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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kühlen von zumindest einem elektrischen und/oder elektronischen Bauelement und/oder einer Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen mittels eines Kühlkörpers.
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Es gibt eine Vielzahl von Anordnungen zum Kühlen von elektronischen Bauelementen mit einem Kühlkörper. So ist beispielsweise aus
EP 1 732 131 B1 ein Kühlkörper für leistungselektronische Bauelemente bekannt. Die Verbindung der Bauelemente mit dem Kühlkörper wird durch eine Ausformung des Kühlkörpers erzielt, so dass die Ausformung des Kühlkörpers die zu kühlenden Bauelemente, die auf einer Leiterplatte angeordnet sind, in ihrer Form und ihrer Lage angepasst, zumindest teilweise umschließt. In die Ausbuchtung kann eine Wärmeleitpaste eingebracht werden, die für die Wärmeübertragung der Bauteile an den Kühlkörper eingesetzt wird und zugleich einen bestimmten Abstand innerhalb der Ausbuchtung von Kühlkörper und Bauelement gewährleistet. Nachteilig bei dieser Ausführungsform ist jedoch, dass in der Kühlpaste Distanzkügelchen vorhanden sind, die im Betrieb und beim Einbau leicht verdrängt werden können und es auf diese Weise leicht zu einem Kurzschluss zwischen dem Bauelement und dem Kühlkörper kommen kann. Im Weiteren können mittels dieser Erfindung lediglich Bauteile gekühlt werden, welche liegend auf der Leiterplatte angeordnet sind. Außerdem ist bei dieser Anordnung keine vollflächige thermische Kühlung eines Bauelementes möglich, so dass weiterhin ein Teil der Abwärme auf die Leiterplatte abgeführt wird. Im Weiteren muss eine mit Gel gefüllte Bohrung angeordnet sein, um den thermischen Gradienten zwischen Ober- und Unterseite zu reduzieren. Wesentlicher Nachteil ist aber, dass weiterhin ein Großteil der Wärme vom Bauelement an die Leiterplatte abgeführt wird.
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Aus
US-A-5,315 480 ist ein Kühlkörper für eine elektronische Vorrichtung zum Kühlen von elektronischen Bauteilen bekannt. Bei dieser Erfindung wird der Kühlkörper auf einer Leiterplatte angebracht, auf der elektrische Bauelemente befestigt sind. Der Kühlkörper wird auf die zu kühlenden Bauelemente aufgesetzt, dabei kann der Kühlkörper den Bauteilen entsprechend angepasst sein, wie beispielsweise Vertiefungen im Kühlkörper oder entsprechender Formgebung aufweisen. Der Kühlkörper besteht aus einer ersten isolierenden Schicht und einer zweiten Schicht, die das Bauteil kühlt. Bei diesem Verfahren werden die Bauteile von einem Kühlkörper umschlossen. Es handelt sich hierbei um eine übliche Anordnung von Kühlkörpern auf elektrischen/elektronischen Bauelementen. Nachteilig bei dieser Erfindung ist, dass ein Großteil der Wärme von den elektrischen/elektronischen Bauteilen auf die Leiterplatte übertragen wird.
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In
EP 0 340 520 ist eine Anordnung zum konvektiven Kühlen von auf Leiterplatten angeordneten elektronischen Bauelementen offenbart. Es kommt ein Kühlkörper zum Einsatz, der aus zwei übereinander angeordneten, zusammengesetzten Teilen besteht. Der untere Teil des Kühlkörpers ist dabei aus Kunststoffmaterialverbundfolien gebildet und wird auf die Bauelemente zur Kühlung aufgesetzt. Zum Aufsetzen auf die Bauelemente sind Ausformungen in den Kühlkörper eingebracht, die in ihrer Lage und Form an die Bauelemente angepasst sind und mit einem gut wärmeleitenden, flexiblen Material gefüllt sind. Der obere Teil des Kühlkörpers besteht aus einer Platte, die auf der den Bauelementen abgewandten Seite Strukturen mit großer Oberfläche aufweist. Bei dieser Ausführung erfolgt wiederum kein vollflächiges Umgeben des zu kühlenden Bauelementes durch den Kühlkörper. Es wird wiederum ein wesentlicher Teil der Wärme, die von den zu kühlenden Bauelementen abgegeben wird, auf die Leiterplatte übertragen.
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Aus
EP 1 300 883 A2 ist ein Kühlkörper bekannt, der Aussparungen aufweist, in welche ein wärmeleitfähiges Material eingebracht wird, welches zur Verbesserung der Wärmeableitung der Bauelemente auf den Kühlkörper dient. Bei dieser Erfindung wird aber wiederum ein Großteil der von den Bauelementen abgegebenen Wärme auf die Leiterplatte selbst übertragen.
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Nachteilig bei den bekannten Anordnungen zum Kühlen von elektrischen/elektronischen Bauelementen ist es, dass ein Großteil der vom elektrischen/elektronischen Bauelement erzeugten Wärmeleistung auf die Leiterplatte, auf welcher das elektrische/elektronische Bauelement befestigt und/oder elektrisch angebunden ist, übertragen wird und die Leiterplatte somit erheblich erwärmt wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zum Kühlen von elektrischen/elektronischen Bauelementen aufzuzeigen, durch welche eine Übertragung der abgegebenen Wärme des elektrischen/elektronischen Bauelementes auf die Leiterplatte, auf der das elektrische/elektronische Bauelement elektrisch angebunden ist, vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird anhand der Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich anhand der weiteren Beschreibung, der abhängigen Ansprüche sowie der Figuren eines konkreten Ausführungsbeispiels und der zugehörigen Figurenbeschreibung.
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Die erfindungsgemäße Anordnung dient zum Kühlen von zumindest einem elektrischen und/oder elektronischen Bauelement und/oder einer Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen mittels eines Kühlkörpers. Der Kühlkörper weist hierzu zumindest eine Aussparung auf, in welche das zu kühlende elektrische/elektronische Bauelement und/oder die Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen einführbar ist. In der Aussparung des Kühlkörpers ist ein Mittel eingebracht, welches zumindest ein elektrisches/elektronisches Bauelement und/oder die Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen im in die Aussparung eingeschobenen Zustand nahezu vollständig umgibt.
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Vorteilhaft gemäß der Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 2 ist, dass das Mittel, das in der Aussparung im Kühlkörper eingebracht ist, ein Wärmeleitmittel ist. Das Wärmeleitmittel ist vorzugsweise flüssig, zähflüssig, gelartig, gallertartig oder klebstoffartig und weist eine gute thermische Leitfähigkeit auf. Das Wärmeleitmittel ist aber elektrisch isolierend, d. h. nicht elektrisch leitend, falls eine Potentialtrennung zwischen Bauteil und Kühlkörper erforderlich ist. Sofern diese Potentialtrennung zwischen Bauteil und Kühlkörper nicht erforderlich ist, kann auch ein elektrisch leitendes Wärmeleitmittel verwendet werden. Das in der Aussparung eingebrachte Wärmeleitmittel wird beim Einführen des zumindest einen elektrischen/elektronischen Bauelements und/oder der Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen in die Aussparung verdrängt und umschließt das zumindest eine elektrische/elektronische Bauelement und/oder die Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen im in die Aussparung eingeschobenen Zustand. Das Wärmeleitmittel gewährleistet eine gute Wärmeableitung vom zumindest einen elektrische/elektronischen Bauelement und/oder der Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen und eine gute Wärmeleitung zum Kühlkörper. Durch die Ausgestaltung des Wärmeleitmittels als flüssig, zähflüssig, gelartig, gallertartig oder klebstoffartig wird zum einen gewährt, dass das Wärmeleitmittel das zumindest eine elektrische/elektronische Bauelement und/oder die Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen im in die Aussparung eingeschobenen Zustand nahezu vollständig und vollflächig umgibt und somit eine nahezu optimale Wärmeableitung gegeben ist. Zum andern wird durch die Ausgestaltung des Wärmeleitmittels als zähflüssiges, gelartiges, gallertartiges oder klebstoffartiges Medium dafür Sorge getragen, dass das Wärmeleitmittel nicht aus der Aussparung ausläuft, sondern in dieser verbleibt, z. B. durch Adhäsion, und das zumindest eine elektrische/elektronische Bauelement und/oder die Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen weiterhin umschließt.
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Vorteilhaft gemäß der Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 3 ist, dass das zumindest eine elektrische/elektronische Bauelement und/oder die Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen von einem Rahmen umgeben sind, wobei der Rahmen beim Einschieben des zumindest einen elektrischen/elektronischen Bauelements und/oder der Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen in die Aussparung des Kühlkörpers und im eingeschobenen Zustand in die Aussparung des Kühlkörpers eine Kurzschlussbildung durch Berührung des zumindest einen elektrischen/elektronischen Bauelements und/oder der Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen mit dem Kühlkörper in und/oder an der Aussparung verhindert. Der Rahmen umgibt das zumindest eine elektrische/elektronische Bauelement und/oder die Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen form- und gegebenenfalls kraftschlüssig und erhöht damit die Stabilität des zumindest einen elektrischen/elektronischen Bauelements und/oder der Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen. Diese erhöhte Stabilität zeichnet sich durch die Fixierung des Bauteils aus. Dis ist insbesondere beim Lötprozess von Vorteil, da auf aufwendige Maßnahmen, wie z. B mechanische Vorrichtungen zum Niederhalten des Bauteils, verzichtet werden kann.
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Außerdem wird durch den Rahmen verhindert, dass der elektrisches Potential führende Bereich des zumindest einen elektrischen/elektronischen Bauelements und/oder der Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen mit dem Kühlkörper beim Einführen in die Aussparung in Kontakt tritt. Somit wird eine Kurzschlussbildung vermieden.
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Vorteilhaft gemäß der Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 4 ist, dass der Rahmen aus nicht leitendem Material, vorzugsweise Kunststoff besteht und/oder der Rahmen das zu kühlende elektrische/elektronische Bauelement und/oder die Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen formschlüssig und/oder kraftschlüssig an zumindest zwei Kanten umschließt und/oder dass der Rahmen mit der Leiterplatte verbunden ist und somit die elektrische Verbindung des zu kühlenden, mindestens einen elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes und/oder der Gruppe von elektrischen Bauelementen stützt und schützt und/oder dass der Rahmen an der der Leiterplatte abgewandten oder zugewandten Seite eine Öffnung aufweist, in welche das zu kühlende, mindestens eine elektrische und/oder elektronische Bauelement und/oder die Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen in den Rahmen einschiebbar sind, und/oder dass an der Innenseite des Rahmens Führungen vorhanden sind, in denen das zu kühlende, mindestens eine elektrische/elektronische Bauelement und/oder die Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen beim Einschieben in den Rahmen geführt werden. Indem der Rahmen aus nicht leitendem Material, vorzugsweise Kunststoff besteht, wird eine mögliche elektrische Kurzschlussbildung vermieden. Da der Rahmen das zu kühlende elektrische/elektronische Bauelement und/oder die Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen formschlüssig und/oder kraftschlüssig an zumindest zwei Kanten umschließt, wird eine gute Stabilisierung auf und gegenüber der Leiterplatte erreicht. Indem der Rahmen mit der Leiterplatte verbunden ist, stützt der Rahmen mechanisch die Verbindung zwischen dem zu kühlenden, mindestens einen elektrischen/elektronischen Bauelementes und/oder der Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen und schützt diese Verbindung zugleich von extern einwirkenden Kräften, so dass eine mechanische Krafteinwirkung auf die elektromechanische Verbindung zwischen der Leiterplatte und dem mindestens einen elektrischen/elektronischen Bauelement und/oder der Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen zunächst kompensierend vom Rahmen aufgenommen wird. Indem der Rahmen an der der Leiterplatte abgewandten oder zugewandten Seite eine Öffnung aufweist, können das zu kühlende, mindestens eine elektrische/elektronische Bauelement und/oder die Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen in den Rahmen einfach eingesetzt werden. Da der Rahmen an der Innenseite Führungen aufweist, in denen das zu kühlende, mindestens eine elektrische/elektronische Bauelement und/oder die Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen beim Einschieben in den Rahmen geführt werden, ist das Einsetzen des mindestens einen elektrischen/elektronischen Bauelementes und/oder der Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen einfach möglich.
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Vorteilhaft gemäß der Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 5 ist, dass das mindestens eine zu kühlende elektrische/elektronische Bauelement und/oder die Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen mit einer Leiterplatte zumindest elektrisch verbunden sind und abgesetzt von der Leiterplatte oder direkt auf der Leiterplatte fixiert angeordnet sind. Durch die Anordnung des mindestens einen zu kühlenden elektrischen/elektronischen Bauelements und/oder der Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen abgesetzt von der Leiterplatte wird es ermöglicht, dass das mindestens eine zu kühlende elektrische/elektronische Bauelement und/oder die Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen ausreichend tief in die Aussparung des Kühlkörpers eingeschoben werden können, so dass Wärmeleitmittel diese vollflächig umgibt bzw. umschließt.
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Vorteilhaft gemäß der Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 6 ist, dass das mindestens eine zu kühlende elektrische/elektronische Bauelement und/oder die Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen gemeinsam mit der Leiterplatte mit oder ohne Rahmen in die Aussparung des Kühlkörpers einschiebbar sind. Auf diese Weise können ganze Baugruppen, welche auf einer Leiterplatte angeordnet sind, gekühlt werden. Außerdem können somit auch SMD-Bauelemente angeordnet auf einer Leiterplatte, gekühlt werden.
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Vorteilhaft gemäß der Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 7 ist, dass die Leiterplatte auf dem Kühlkörper befestigbar ist und dass im befestigten Zustand der Leiterplatte auf dem Kühlkörper zwischen der Leiterplatte und dem Kühlkörper ein Luftspalt verbleibt, so dass eine Temperaturübertragung vom Kühlkörper und dem mindestens einen zu kühlenden elektrischen und/oder elektronischen Bauelement und/oder der Gruppe von elektrischen/elektronischen Bauelementen auf die Leiterplatte weitgehend unterbunden wird. Somit wird die Leiterplatte von Temperatureinflüssen befreit. Die Leiterplatte wird nicht mehr durch die Wärmeabgabe eines auf dieser angeordneten Bauelement und/oder einer Gruppe von Bauelementen erwärmt. Es können daher auch temperatursensible Elemente auf dieser Leiterplatte angeordnet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Kühlkörper zumindest auf der der Leiterplatte zugewandten Seite Abstandshalter auf, auf welcher die Leiterplatte zu liegen kommt. Durch diese Abstandshalter wird verhindert, dass eine großflächige Berührung zwischen dem Kühlkörper und der Leiterplatte erfolgt. Es wird hierdurch eine Wärmeableitung vom Kühlkörper auf die Leiterplatte vermieden. Da sich somit zwischen der Leiterplatte und dem Kühlkörper ein Luftspalt bildet, erfolgt eine thermische Isolierung zwischen der Leiterplatte und dem Kühlkörper. Zugleich wird die wirksame Fläche des Kühlkörpers zur Wärmeabgabe an die Umgebungsluft vergrößert.
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In der weiteren nachfolgenden Beschreibung werden weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen anhand von konkreten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei sind die in den einzelnen Varianten beschriebenen Merkmale und Zusammenhänge grundsätzlich auf alle Ausführungsbeispiele übertragbar. Es erfolgt keine Einschränkung der Erfindung auf eines der nachfolgenden konkreten Ausführungsbeispiele bzw. des nachfolgenden Ausführungsbeispiels. Es werden bei der Figurenbeschreibung in allen Figuren für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet. Dies dient der besseren Verständlichkeit der Erfindung.
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Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung mit Rahmen,
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2 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Anordnung mit Rahmen,
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3 ein auf einer Leiterplatte angeordnetes elektronisches Bauelement mit Rahmen,
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4 ein auf einer Leiterplatte angeordnetes elektronisches Bauelement mit Rahmen,
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5 ein auf einer Leiterplatte angeordnetes elektronisches Bauelement mit Rahmen,
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6 ein Bauelement mit einem umgebenden Rahmen,
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7 einen Rahmen in seitlicher Ansicht,
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8 eine weitere Ansicht eines Rahmens,
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9 die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers im Schnitt,
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10 die schematische Darstellung eines Schnittes durch eine erfindungsgemäße Anordnung ohne Rahmen (keine Isolation) – vor dem Zusammenbau,
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11 die schematische Darstellung eines Schnittes durch eine erfindungsgemäße Anordnung,
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12 die schematische Darstellung eines weiteren Schnittes durch eine erfindungsgemäße Anordnung für SMD mit Leiterplatte,
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13 die schematische Darstellung eines weiteren Schnittes durch eine erfindungsgemäße Anordnung mit Rahmen zur Abstandshaltung/Isolation vor der Montage,
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14 die schematische Darstellung eines weiteren Schnittes durch eine erfindungsgemäße Anordnung mit Rahmen nach der Montage.
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In 1 ist ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung dargestellt. Es ist der Kühlkörper 2 im Schnitt dargestellt. Der Kühlkörper 2 weist entsprechende Ausformungen zur Vergrößerung seiner Oberfläche auf. In den Kühlkörper 2 ist auf der der Leiterplatte 7 zugewandten Seite eine Aussparung 3 eingebracht. Die Aussparung 3 entspricht in etwa der Form des zu kühlenden Bauelementes 1, welches mittels des Kühlkörpers zu kühlen ist. Bei dem zu kühlenden Bauelement handelt es sich beispielsweise um einen Leistungstransistor oder einen integrierten Schaltkreis. Das Bauelement 1 ist mit einer Leiterplatte 7 elektrisch verbunden und steht in 1 senkrecht von dieser ab, d. h. das Bauelement 1 ist lediglich über eine einfache, dünne, mechanische Verbindung, welche vorzugsweise allein durch die elektrischen Anschlüsse des Bauelementes 1 realisiert sein kann oder aber welche eine spezielle Ausformung am Bauelement 1 ist, um mit der Leiterplatte 7 eine mechanische Verbindung einzugehen, verbunden. In der Aussparung 3 ist ein Wärmeleitmittel 4 eingebracht. Das Wärmeleitmittel 4 ist vorzugsweise flüssig, zähflüssig, gelartig, gallertartig oder klebstoffartig und weist eine gute thermische Leitfähigkeit auf. Zugleich ist das Wärmeleitmittel aber elektrisch nicht leitend. Vor dem Einsetzen des zu kühlenden Bauelementes 1, es kann sich um ein einzelnes Bauelement, um eine Gruppe von Bauelementen, um eine integrierte Schaltung oder um eine Leiterplatte mit mehreren darauf befindlichen elektrischen/elektronischen Bauelementen handeln, muss das Wärmeleitmittel 4 in die Aussparung 3 eingebracht sein.
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In die Aussparung 3 ist das Wärmeleitmittel eingebracht. In die Aussparung 3 wird nunmehr das Bauelement 1, angeordnet auf der Leiterplatte, eingeschoben. Beim Einschieben des Bauelementes 1 in die Aussparung 3 verdrängt das Bauelement 1 das in der Aussparung 3 befindliche Wärmeleitmittel 4, so dass das Wärmeleitmittel 4, im eingeschobenen Zustand des Bauelementes 1 in die Aussparung 3, dieses vollflächig umschließt. In vorteilhafter Ausgestaltung ist in der Aussparung 3 die Menge des Wärmeleitmittels 4 derart dosiert, dass im eingeschobenen Zustand des Bauelementes 1 in die Aussparung 3 das Wärmeleitmittel 4 eine leichte Überhöhung an der Öffnung der Aussparung 3 gegenüber der Leiterplatte 7 ausbildet, so dass das Bauelement 1 in der Aussparung 3 vollständig und vollflächig mit dem Wärmeleitmittel 4 umgeben ist. Das Wärmeleitmittel 4 ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung so gewählt, dass es beim Umkippen oder Umdrehen des Kühlkörpers 2 in der Aussparung 3 verbleibt und in dieser adhäsiv haftet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung härtet das Wärmeleitmittel 4 aus und fixiert somit das Bauelement zugleich in der Aussparung 3.
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In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist das Bauelement 1 mit einem Rahmen 5 umgeben. Der Rahmen 5, der das Bauelement 1 umgibt und in vorzugsweiser Ausgestaltung mit der Leiterplatte 7 mechanisch verbunden ist, gewährt eine stabile Verbindung zwischen dem Bauelement 1 und der Leiterplatte 7. Zugleich ist der Rahmen 5 in der Weise ausgestaltet, dass er beim Einführen des Bauelementes 1 in die Aussparung 3 verhindert, dass das Bauelement 1 elektrischen Kontakt mit dem Kühlkörper 2 erhält. Insoweit wird ein Kurzschluss bei der elektrischen Inbetriebnahme des Bauelementes 1 vermieden.
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Im eingeschobenen Zustand des Bauelementes 1 in die Aussparung 3 kommt die Leiterplatte 7 an Erhöhungspunkten 11 des Kühlkörpers 2 zum Liegen. Durch die geschickte Auswahl der Erhöhungen 11 des Kühlkörpers 2 verbleibt zwischen der Leiterplatte 7 und dem Kühlkörper 2 ein Luftspalt 12. Durch den Luftspalt 12 wird vermieden, dass es zu einer vollflächigen und großen Übertragung von Wärme vom Kühlkörper 2 und/oder vom Bauelement 1 auf die Leiterplatte 7 kommt.
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Durch die vollflächige Umhüllung des Bauelementes 1 mit dem Wärmeleitmittel 4 in der Aussparung 3 erfolgt eine weitgehende Übertragung der Wärmeentwicklung des Bauelementes 1 auf den Kühlkörper 2. Durch die volumen- und flächenmäßig geringe Anbindung des Bauelementes 1 an die Leiterplatte 7 wird die Leiterplatte 7 nahezu vollständig von der Wärmeabgabe des Bauelementes 1 entkoppelt.
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In 2 ist eine Draufsicht auf die Leiterplatte 7, welche auf dem Kühlköper 2 und der Erhöhung 11 aufliegt, dargestellt. Es ist zu erkennen, dass das Bauelement 1 elektrische Verbindungen mit der Leiterplatte 7 aufweist und der Rahmen 5 mit der Leiterplatte 7 mechanisch verbunden ist.
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In 3 ist eine Ausgestaltung eines Rahmens 5 dargestellt. Der Rahmen 5 ist über Verankerungspunkte mit der Leiterplatte 7 mechanisch verbunden. Der Rahmen 5 besteht vorzugsweise aus Kunststoff und/oder nicht leitendem Material. In einer weiteren Ausgestaltungsform kann der Rahmen auch aus Metall oder metallisierten Werkstoffen gefertigt sein. Es müssen dann aber zusätzlich Vorkehrungen getroffen sein, dass keine elektrische Verbindung zwischen dem Rahmen 5 und dem Bauelement 1 erfolgt. Der Rahmen 5 dient zur Stabilisierung des Bauelementes 1 auf der Leiterplatte 7 und ermöglicht es zugleich, das Bauelement 1 leicht abgesetzt von der Leiterplatte 7 auf dieser anzuordnen.
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In 4 ist eine weitere Ansicht des Rahmens 5 auf der Leiterplatte 7 dargestellt. Im Rahmen 5 ist das Bauelement 1 eingefügt. Im Rahmen 5 sind Führungen 10 vorhanden, welche beim Einsetzen des Bauelementes 1 in den Rahmen 5 selbiges führen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Rahmen 5 in einem gesonderten Arbeitsschritt direkt auf das Bauelement 1 aufgebracht.
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5 zeigt eine weitere Ansicht des Rahmens 5 mit dem darin befestigten Bauelement 1. Der Rahmen 5 ist mit der Leiterplatte 7 mechanisch verbunden. Das Bauelement 1 ist an der Leiterplatte elektrisch über die Anschlüsse 15 angebunden. Es sind bei 5 die Verankerungspunkte 14 zwischen der Leiterplatte 7 und dem Rahmen 5 dargestellt. Die Anschlüsse 15 des Bauelementes 1 sind mit der Leiterplatte 7 elektrisch verbunden.
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In 6 ist ein weiterer Rahmen 5 mit eingesetztem Bauelement 1 dargestellt, hierbei ist die Ausformung des Rahmens 5 gut zu erkennen. Im Weiteren sind die elektrischen Anschlüsse 15 des Bauelementes gut zu erkennen, mittels welcher das Bauelement 1 elektrisch an die Leiterplatte 7 angebunden wird.
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In 7 und 8 ist der Rahmen 5 in verschiedenen Ansichten ohne Bauelement 1 dargestellt. Es ist gut ersichtlich, dass Rahmenaussparungen 16 vorhanden sind, durch welche die elektrischen Anschlüsse 15 des Bauelementes 1, wenn dieses in den Rahmen 5 eingeführt wird, geführt werden. Es sind die Verankerungspunkte 14 in Hakenform ausgeführt. Somit kann der Rahmen 5 mit der Leiterplatte 7 mittels eines Klipp-Verschlusses verbunden werden, der dann in die vorgesehene Öffnung auf der Leiterplatte einrastet. Außerdem weist der Rahmen 5 in vorteilhafter Ausgestaltung Füße 17 auf, welche beim Einfügen des Rahmens 5 in bzw. auf die Leiterplatte 7 den Rahmen 5 auf der Leiterplatte 7 abstützen.
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9 zeigt einen Schnitt durch einen Kühlkörper 2. In den Kühlkörper 2 ist die Aussparung 3 eingebracht. Die Aussparung 3 ist beispielsweise in Form einer Sacklochbohrung oder aber einer quadratischen oder rechteckigen Ausfräsung in den Kühlkörper eingebracht. In die Aussparung 3 wird das Wärmeleitmittel 4 in definierter Menge eingebracht, beispielsweise mittels einer Siebdrucktechnik oder mittels einer Einspritzung. Am Kühlkörper 2 sind die jeweiligen Erhöhungen 11 angeordnet, welche gewährleisten, dass die Leiterplatte 7, in 9 nicht dargestellt, nicht auf den Kühlkörper 2 direkt aufsetzt.
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In 10 ist der Kühlkörper 2 dargestellt. Es ist der Zustand dargestellt, in welchem eine Leiterplatte 7 bestückt mit einem Bauelement 1, das in der Ausführung gemäß 10 senkrecht auf der Leiterplatte 7 stehend angeordnet ist, auf den Kühlkörper 2 zugeführt wird und das Bauelement 1 in die Aussparung 3 mit dem darin befindlichen Wärmeleitmittel 4 eingeführt wird.
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In 11 ist die Leiterplatte 7 mit dem stehend auf der Leiterplatte 7 angeordneten Bauelement 1 dargestellt. Das Bauelement 1 ist in die Aussparung 3 des Kühlkörpers 2 eingeführt. Durch die Erhöhungen 11 des Kühlkörpers 2 wird die Leiterplatte 7 in einem definierten Abstand zum Kühlkörper 2 gehalten. Es bildet sich ein Luftspalt 12 zwischen dem Kühlkörper 2 und der Leiterplatte 7 aus. Das Wärmeleitmittel 4, das in der Aussparung 3 vorhanden ist, wird durch Einführen des Bauelementes 1 verdrängt und umschließt nunmehr das Bauelement 1, das nahezu vollständig in der Aussparung 3 eingeführt ist, vollflächig. Somit ist ein guter Wärmeübertrag vom Bauelement 1 an das Wärmeleitmittel 4 und über das Wärmeleitmittel 4 an den Kühlkörper 2 gewährleistet.
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In 12 ist wiederum ein Schnitt durch einen Kühlkörper 2 dargestellt. In den Kühlkörper 2 ist wiederum die Aussparung 3 eingebracht. In 12 ist nunmehr ein Bauelement 1, in dieser Ausführung ein SMD-Bauelement, direkt auf der Leiterplatte 7 montiert. Gemeinsam mit der Leiterplatte 7 wird das Bauelement 1 in die Aussparung 3 eingeführt. Das Wärmeleitmittel 4, welches vor dem Einführen bereits in der Aussparung 3 vorhanden war, umschließt nunmehr das Bauelement 1 mit der Leiterplatte 7 in der Aussparung 3. Es erfolgt eine vollflächige Kühlung des Bauelementes 1 nebst der Leiterplatte 7.
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In 13 ist das Bauelement 1 ebenfalls direkt auf einer Leiterplatte 7 angeordnet. Das Bauelement 1 und insbesondere die elektrischen Anschlüsse 15 sind von dem Rahmen 5 umgeben. Der Rahmen 5 gewährleistet, dass es beim Einführen und beim Platzieren des Bauelementes 1 in die Aussparung 3 keinen Kontakt zwischen dem Bauelement 1, insbesondere potenzial- und/oder stromführenden Teilen des Bauelementes 1, und dem Kühlkörper 2 erfolgt.
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In 14 ist die Anordnung aus 13 in der Weise dargestellt, dass das Bauelement 1 mit den umgebenden Rahmen 5 in die Aussparung 3 des Kühlkörpers 2 eingeführt ist. Das Wärmeleitmittel 4 umschließt nunmehr vollflächig den Rahmen 5 und das Bauelement 1. Die Leiterplatte 7 kommt auf den Erhöhungen 11 des Kühlkörpers 2 zum Liegen und es bildet sich der Luftspalt 12 zwischen der Leiterplatte 7 und dem Kühlkörper 2 aus.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauelement
- 2
- Kühlkörper
- 3
- Aussparung
- 4
- Mittel (Wärmeleitmittel)
- 5
- Rahmen
- 7
- Leiterplatte
- 9
- Öffnung
- 10
- Führung(en)
- 11
- Erhöhung
- 12
- Luftspalt
- 14
- Verankerungspunkt
- 15
- Anschlüsse
- 16
- Aussparung
- 17
- Füße
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1732131 B1 [0002]
- US 5315480 A [0003]
- EP 0340520 [0004]
- EP 1300883 A2 [0005]
