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Die Erfindung betrifft eine Elektronikeinheit mit einem zweiteiligen Gehäuse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Elektronische Schaltungen weisen bekanntermaßen elektronische Bauteile auf, wie Prozessoren, Speicher, Kondensatoren und Widerstände, die mittels auf einer Leiterplatte aufgebrachten Leiterbahnen untereinander elektrisch verbunden sowie an der Leiterplatte befestigt sind. Die die elektronische Schaltung tragende Leiterplatte ist zum Schutz vor Feuchtigkeit und mechanischen Einwirkungen üblicherweise in einem Gehäuse aufgenommen. Zur Sicherstellung eines schadlosen Betriebs der Bauteile der elektronischen Schaltung muss die von den elektronischen Bauteilen erzeugte Wärme aus dem Gehäuse abgeleitet werden. Hierzu bietet es sich an, einzelne elektronische Bauteile aktiv oder passiv mit einsprechenden Vorrichtungen zu kühlen. Die Wärmeabfuhr kann dabei durch eine Wärmeleitung zu einer anderen Vorrichtung erfolgen, mit der das elektronische Bauteil verbunden ist, oder mittels einer Abstrahlung der Wärme über einen an dem elektronischen Bauteil befestigten Kühlkörper stattfinden. Da ein effektiver Wärmetransport weg von dem elektronischen Bauteil einen Wärme gut leitenden Kontakt zu der aktiven oder passiven Kühlvorrichtung voraussetzt, werden üblicherweise Wärmeleitmittel zwischen der Oberfläche des elektronischen Bauteils und der Kühlvorrichtung angeordnet.
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Vor diesem Hintergrund ist aus der
DE 25 16 006 A1 eine Elektronikeinheit mit einem zweiteiligen Gehäuse bekannt geworden, die ein thermisch und elektrisch leitendes Basisteil aufweist, welches etwa wannenförmig ausgebildet ist und einen nach oben offenen Hohlraum bildet, in dem elektronischen Bauteile der Elektronikeinheit aufgenommen sind. Der Hohlraum des Basisteils ist ein Gehäuse bildend durch einen Deckel verschließbar und weist an seiner deckelfernen Außenseite eine Mehrzahl von Finnen auf, die zur Wärmeabstrahlung an die Umgebung dienen. In dem Gehäuse angeordnete elektronische Bauteile, die unerwünschte Abwärme erzeugen, sind auf einer Schicht aus einem elektrisch und thermisch leitenden Kupfersubstrat befestigt. Zwischen dieser Schicht aus dem Kupfersubstrat und dem Basisteil der Elektronikeinheit ist eine poröse, elektrisch isolierende Lage aus Glasfasern angeordnet, die mit einem elektrisch isolierenden Haftmittel, etwa eine Gummilösung, imprägniert ist. Dabei dient die imprägnierte Glasfaserlage dazu, das Kupfersubstrat in einer vorgesehenen Lage auf der Hohlraumseite des Basisteils des Gehäuses zu halten. Dadurch, dass die im Betrieb heiß werdenden elektronischen Bauteile auf dem Wärme gut leitenden Kupfersubstrat angeordnet sind, kann die unerwünschte Abwärme zu dem Basisteil der Elektronikeinheit abgeführt werden. Die zwischen dem Basisteil des Gehäuses und dem Kupfersubstrat angeordnete gummiimprägnierte Lage aus Glasfasern bewirkt eine elektrische Isolierung gegen das metallische Basisteil.
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Die aus der
DE 25 16 006 A1 bekannte Elektronikeinheit scheint einige Grundanforderungen hinsichtlich des Schutzes ihrer elektronischen Bauteile gegen äußere Einwirkungen sowie eine Wärmeabfuhr aus dem Gehäuse zu ermöglichen. Als nachteilig wird jedoch beurteilt, dass die einzelnen elektronischen Bauteile auf einem Kupfersubstrat befestigt werden müssen. Ferner erscheint das Auftragen der elektrisch isolieren Schicht aus den mit einer Gummilösung imprägnierten Glasfaser auf den Hohlraumboden des Gehäuses sowie das anschließende Anordnen der Schicht aus dem Kupfersubstrat auf dieser elektrisch isolierenden Schicht sehr aufwendig zu sein.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Elektronikeinheit mit einem zweiteiligen Gehäuse vorzustellen, in dem eine komplette elektronische Leiterplatte angeordnet werden kann, wobei die Abwärme der elektronischen Bauteile dieser Leiterplatte an das Gehäuse weiterleitbar sein sollen. Dabei soll der Kontakt der Leiterplatte mit dem Gehäuse einerseits elektrisch isolierend und andererseits thermisch gut leitend sein. Die Mittel zur elektrischen Isolierung sowie thermischen Leitung von Wärme sollen kostengünstig in der Herstellung sowie einfach in der Montage sein.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Weiterbildungen den Unteransprüchen entnehmbar sind.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die gestellte Aufgabe gelöst werden kann, wenn die elektrisch isolierende und thermisch leitende Schicht zwischen der Leiterplatte und der Basis des Gehäuses der Elektronikeinheit durch einen elektrisch isolierenden Klebestreifen realisiert ist, der bei geringer Dicke beidseitig einen Klebstoff aufweist. Der Klebstoff dient einerseits zur Befestigung des Klebestreifens an der Hohlraumseite der Gehäusebasis und andererseits zur Befestigung der Leiterplatte an dem Klebestreifen.
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Demnach betrifft die Erfindung eine Elektronikeinheit mit einem eine Gehäusebasis und einen Deckel aufweisenden Gehäuse, in dessen Hohlraum eine elektronische Bauteile tragende Leiterplatte angeordnet ist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist bei dieser Elektronikeinheit vorgesehen, dass die Leiterplatte an ihrer zur Gehäusebasis weisenden Seite mit einem doppelseitig klebenden sowie elektrisch isolierenden Klebestreifen verbunden ist, und dass die leiterplattenferne Seite des Klebestreifens mit der Innenseite der Gehäusebasis verbunden ist.
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Durch den doppelseitig klebenden Klebestreifen ist die Leiterplatte elektrisch isoliert und thermisch ausreichend leitend mit der Gehäusebasis verbunden. Der Klebestreifen trägt aufgrund seiner Klebfähigkeit mit dazu bei, dass die Leiterplatte in dem Gehäuse weitgehend unbeweglich und auch weitgehend vibrationsarm aufgenommen ist. Dadurch, dass die Leiterplatte über den Klebestreifen in thermischen Kontakt mit der Gehäusebasis ist, wird zumindest die Gehäusebasis zur Weiterleitung und/oder Abstrahlung von Abwärme der elektronischen Bauteile der Leiterplatte genutzt. Da der Deckel zur Bildung eines geschlossenen Gehäuses ebenfalls mit der Gehäusebasis verbunden ist, wird über diesen ebenfalls Wärme abgeführt.
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Die Aufgabe des Klebestreifens besteht einerseits in einer guten elektrischen Isolierung der Leiterplatte von der vorzugsweise aus Metall hergestellten Gehäusebasis, andererseits weist er aufgrund einer geringen Dicke eine vergleichsweise gute thermische Leitfähigkeit auf.
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Der elektrisch isolierende Klebestreifen weist gemäß einer ersten Ausführungsform ein Textilgewebe auf, dessen beide Seiten mit einem Klebstoff beschichtet sind. Ein Textilgewebe hat einige bekannte Vorteile. So kann dieses auf und zwischen den Gewebefäden vergleichsweise viel Klebstoff aufnehmen, und die Klebstoffschichten zwischen den beiden Gewebeseiten sind durch Lücken zwischen den Gewebefäden miteinander durch Klebstoff verbunden. Außerdem ist ein solcher textiler Klebestreifen vor der Aushärtung des Klebstoffs sehr flexibel und daher an Oberflächenunebenheiten gut anpassbar.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform weist der elektrisch isolierende Klebestreifen ein Kunststoffmaterial auf, dessen beide Seiten mit einem Klebstoff beschichtet sind. Da das Kunststoffmaterial ein elektrischer Isolator ist, braucht der Klebstoff selbst keine elektrisch isolierenden Eigenschaften aufweisen. Das beidseitig mit einem Klebstoff belegte Kunststoffmaterial und die Fäden des Textilgewebes können aus Acryl bestehen.
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Gemäß einer dritten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der elektrisch isolierende Klebestreifen aus einer Mischung von Trägermaterial und Klebstoff besteht, der vor dessen Aufkleben zwischen zwei Schutzfolien angeordnet ist. Nach dem Abziehen der ersten Schutzfolie kann der Klebestreifen auf eine erste Oberfläche aufgeklebt werden. Nach der Befestigung des Klebestreifens auf der ersten Oberfläche wird die zweite Schutzfolie abgezogen und zweite Klebefläche zur Verklebung mit einer zweiten Oberfläche freigegeben.
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Eine ausreichend gute thermische Leitfähigkeit sowie mechanische Stabilität des Klebestreifens wird erreicht, wenn dessen Dicke geringer als 0,5 mm ist, vorzugsweise zwischen 0,005 mm bis 0,05 mm beträgt. Da die hier genutzten elektronischen Bauteile im Betrieb Temperaturen von bis zu 80°C erreichen können, ist der Klebestreifen vorzugsweise bis zu einer Temperatur von 100°C temperaturbeständig.
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Die Gehäusebasis weist vorzugsweise eine den Hohlraum des Gehäuses verkleinernde erste Einsenkung aufweist, die sich demnach in Richtung zu der Innenseite des Deckels erstreckt. Der Klebestreifen ist auf der hohlraumseitigen Oberfläche dieser ersten Einsenkung festgeklebt, und mit seiner gegenüberliegenden Oberfläche mit der Leiterplatte verklebt. Die erste Einsenkung der Gehäusebasis ist dabei in demjenigen Bereich ausgebildet, in dem die Leiterplatte diejenigen elektronischen Bauteile trägt, die im Betrieb eine so große Abwärme erzeugen, dass diese durch gesonderte bauliche Maßnahmen aus dem Gehäuse abgeführt werden muss.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Elektronikeinheit gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Deckel an seinem Rand eine Mehrzahl von Halteelemente, vorzugsweise in der Form von Rasthaken, aufweist. Diese Halteelemente fassen zum Verschließen des Gehäuses der Elektronikeinheit verrastend um den Rand der Gehäusebasis.
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Schließlich kann vorgesehen sein, dass die Leiterplatte an einer Seite über Kontaktpins mit wenigstens einer Steckerbuchse verbunden ist, dass der Deckel zur form- und kraftschlüssigen Aufnahme der wenigstens einen Steckerbuchse wenigstens eine Aussparung aufweist, dass der Deckel an seiner zu der Aussparung gegenüberliegenden Seite wenigstens eine Schließmulde zum Eingreifen eines Fingers oder eines Werkzeugs zur Ausübung einer Schließkraft auf den Deckel aufweist, dass die Gehäusebasis an ihrer von der Steckerbuchse fernen Seite eine den Hohlraum verkleinernde zweite Einsenkung aufweist, und dass die Leiterplatte mit ihrer von der Steckerbuchse fernen Seite im Bereich zwischen der zweiten Einsenkung der Gehäusebasis und der Schließmulde zwischen der Deckelbasis und dem Deckel festgeklemmt ist. Durch diese Konstruktion ist die Leiterplatte an zwei Seiten fest mit dem Gehäuse verbunden. Zusätzlich ist die Leiterplatte mit ihrem durch elektronische Bauteile thermisch belasteten Bereich mittels des Klebestreifens fest mit der Deckelbasis verbunden. Durch diese sehr stabile Halterung der Leiterplatte in dem Gehäuse kann davon ausgegangen werden, dass die Leiterplatte im Betrieb keine großen Bewegungen oder Vibrationen vollführt, so dass sich der Klebestreifen nicht löst und seine Wärmeübertragungsaufgabe erfüllt.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In dieser zeigt
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1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Elektronikeinheit mit einem zweiteiligen Gehäuse, und
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2 eine Explosionsdarstellung der Elektronikeinheit gemäß 1.
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Die 1 und 2 verdeutlichen, dass die Elektronikeinheit 1 ein aus einer Gehäusebasis 2 und einen damit lösbar verbundenen Deckel 3 bestehendes Gehäuse aufweist. Das Gehäuse hat eine im Wesentlichen rechteckige Form mit abgerundeten Ecken, und seine Gehäusebasis 2 ist aus einem Metall hergestellt, beispielsweise Aluminium, während der Deckel 3 ein Kunststoff-Spritzgussteil ist.
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Der Deckel 3 weist bevorzugt an allen vier Seitenwänden rasthakenförmige Halteelemente 4 auf, welche zum Schließen des Gehäuses die Gehäusebasis 2 randseitig untergreifen und mit dieser verrasten. Um diesen Schließvorgang nach einem anfänglichen Einhaken der Halteelemente 4 des Deckels 3 unter die Gehäusebasis 2 durch Anwenden einer Schließkraft auf den Deckel 3 zu beenden, weist der Deckel 3 an einer Seitenwand an den gegenüberliegenden Ecken jeweils eine Schließmulde 5, 5' auf, in die beispielsweise ein Daumen oder Finger eines Montagearbeiters oder ein Werkzeug eingreifen kann, um so den Deckel 3 unter temporärer Aufweitung einiger Halteelemente 4 auf die Gehäusebasis 2 zu pressen. Die Gehäusebasis 2 und der Deckel 3 schließen im geschlossenen Zustand des Gehäuses einen Hohlraum 13 ein, in dem eine Leiterplatte 6 angeordnet ist.
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Die Leiterplatte 6 trägt elektronische Bauteile 7, die über auf der Leiterplatte aufgebrachte elektrisch leitende Leiterbahnen zu einer logischen Schaltung miteinander verbunden sind. Bei den elektronischen Bauteilen 7 handelt es sich um solche, die im Betrieb kaum unerwünschte Abwärme erzeugen, sowie um andere, die in diesem Ausführungsbeispiel bei ihrer Nutzung bis zu 80°C heiß werden können. Die eine große Abwärme erzeugenden elektronischen Bauteile 7 sind hier im Wesentlichen an einem mittleren Abschnitt der Leiterplatte 6 angeordnet.
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An einer Seite der Leiterplatte 6 weist diese zwei Steckerbuchsen 9, 9' auf, die über Kontaktpins 8 mit der Leiterplatte 6 und mit Leiterbahnen auf der Leiterplatte 6 verbunden sind. Die beiden Steckerbuchsen 9, 9' dienen zur Aufnahme von nicht dargestellten Steckern, die mit Kabel verbunden sind und zu anderen elektrischen und/oder elektronischen Geräten führen. Wie vor allem in 2 deutlich zu erkennen ist, weist der Deckel 3 in einer Seitenwand zwei Ausnehmungen 15, 15' auf, die zur abgedichteten Aufnahme und Hindurchführung der Steckerbuchsen 9, 9' dienen.
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Die Deckelbasis 2 weist in einem mittleren Abschnitt eine weitgehend plane erste Einsenkung 10 auf, die sich in Richtung zur Leiterplatte 6 bzw. zur Innenwand des Deckels 3 erstreckt und damit den Hohlraum 13 des Gehäuses verkleinert. Auf der hohlraumseitigen Oberfläche dieser ersten Einsenkung 10 der Gehäusebasis 2 ist ein doppelseitig klebender Klebestreifen 11 weitgehend flächenbündig aufgeklebt. In diesem Ausführungsbeispiel besteht der Klebestreifen 11 aus einer beidseitig mit einem Klebstoff beschichteten Kunststofffolie mit einer Dicke von etwa 0,05 mm. Die Kunststofffolie wirkt aufgrund des bei ihrer Herstellung verwendeten Werkstoffs einerseits elektrisch isolierend, andererseits ist sie derartig dünn, dass die dennoch einen guten Abtransport von Wärme durch sie hindurch ermöglicht.
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Wie die Figuren zeigen, ist die Leiterplatte 6 mit ihrem mittleren Bereich, also mit demjenigen Bereich, an dem die im Betrieb heiß werdenden elektronischen Bauteile 7 angeordnet sind, mit der hohlraumseitigen Klebeschicht des doppelseitig klebenden Klebestreifens 11 weitgehend plan aufliegend verklebt. Hierdurch ist die Leiterplatte 6 über einen vergleichsweise großen Teil ihrer Fläche mittelbar mit der Gehäusebasis 2 verbunden. Die Klebung ist dabei vorzugsweise derartig gut, dass im Betrieb gegebenenfalls auftretende Vibrationen, die von anderen Bauteilen in das Gehäuse geleitet werden, zu keinen Schwingungen der Leiterplatte 6 führen. Außerdem sorgen die vergleichsweise große Kontaktfläche mit dem Klebestreifen 11 sowie dessen geringe Dicke dafür, dass die unerwünschte Abwärme der elektronischen Bauteile 7 gut an die Gehäusebasis 2 weitergeleitet werden kann. Die Gehäusebasis 2 dient hierbei als ein Element, welches diese Abwärme direkt an die Umgebung abstrahlen und/oder an andere Bauteile außerhalb des Gehäuses weiterleiten kann, die eine Wärmesenke darstellen, also die überschüssige Abwärme aufnehmen und gegebenenfalls selbst an die Umgebung abstrahlen können.
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Wie 1 auf deren rechten Seite verdeutlicht, wird bei einem Verschließen des Gehäuses die Leiterplatte 6 mit ihrer steckerbuchsenfernen Seite zwischen der Gehäusebasis 2 und dem Deckel 3 eingeklemmt. Dadurch ist die Leiterplatte 6 an insgesamt drei Stellen fixiert, nämlich im Bereich der beiden Steckerbuchsen 9, 9', im Bereich des Klebestreifens 11 und der ersten Einsenkung 10 der Gehäusebasis 2, sowie an ihrer steckerbuchsenfernen Seite im Bereich einer zweiten Einsenkung 14 der Gehäusebasis 2. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist gewährleistet, dass die Leiterplatte 6 auch bei geringer Klebekraft des Klebers des Klebestreifens 11 plan und unbeweglich unmittelbar auf diesem aufliegt sowie mittelbar mit der Gehäusebasis 2 in Kontakt ist.
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Abweichend von dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Leiterplatte 6 auch doppelseitig mit elektronischen Bauteilen 7 bestückt sein, wobei diese elektronischen Bauteile dann über den Klebestreifen mit der Gehäusebasis 2 verklebt verbunden sind.
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Gemäß einer anderen Variante kann vorgesehen sein, dass die Leiterplatte wenigstens ein elektronisches Bauteil aufweist, welches auf der Leiterplatte 6 sich in Richtung der Gehäusebasis 2 erstreckend angeordnet ist, und welches mit dem Klebestreifen 11 verklebt mit der Gehäusebasis 2 in thermischen Kontakt steht. Weiter kann hierbei vorgesehen sein, dass die erste Einsenkung 10 der Gehäusebasis 2 weitgehend nur dort ausgebildet ist, wo gegenüberliegend das elektronische Bauteil an der Leiterplatte 6 angeordnet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektronikeinheit
- 2
- Gehäusebasis
- 3
- Deckel des Gehäuses
- 4
- Halteelement am Deckel
- 5
- Schließmulde am Deckel
- 5'
- Schließmulde am Deckel
- 6
- Leiterplatte
- 7
- Elektronisches Bauteil
- 8
- Kontaktpin
- 9
- Steckerbuchse
- 9'
- Steckerbuchse
- 10
- Erste Einsenkung der Gehäusebasis
- 11
- Klebestreifen, doppelseitig klebend
- 12
- Bauteilferne Seite des Klebestreifens
- 13
- Hohlraum des Gehäuses
- 14
- Zweite Einsenkung der Gehäusebasis
- 15
- Aussparung im Deckel
- 15'
- Aussparung im Deckel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2516006 A1 [0003, 0004]
