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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kühlung eines elektronischen Bauelements nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine derartige Einrichtung ist bei Kraftfahrzeugen im Bereich von Getriebesteuerungen bereits bekannt. Dabei ist ein elektronisches Bauelement auf einem Schaltungsträger angeordnet und innerhalb des Getriebegehäuses des Kraftfahrzeugs in Anlagekontakt mit dem Getriebegehäuse angeordnet. Weiterhin ist der Schaltungsträger bzw. das elektronische Bauelement in Wirkverbindung mit einem innerhalb des Getriebegehäuses angeordneten Fluid, insbesondere Getriebeöl, angeordnet. Problematisch ist dabei insbesondere der Fall, wenn in dem Fluid metallische Partikel vorhanden sind, die zwei beispielsweise unmittelbar nebeneinander angeordnete Anschlusselemente (Anschlusspins) des Bauelements elektrisch überbrücken und somit einen Kurzschluss verursachen. Zwar ist es aus der Praxis bekannt, die nebeneinander angeordneten Anschlusselemente, sei es in Form von aus Kupfer bestehenden Stanzgitterelementen oder aber in Form elektrischer Anschlussdrähte o.ä. durch Abdeckelemente zu schützen. Jedoch ist es aus Toleranzgründen oftmals nicht möglich, diese Abdeckelemente bis unmittelbar an das elektronische Bauelement heranzuführen, so dass im Ein- bzw. Austrittsbereich der Anschlusselemente an dem Bauelement die Gefahr besteht, dass elektrisch leitende Partikel über diesen Bereich bis zu den Anschlusselementen gelangen können.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Kühlung eines elektronischen Bauelements nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass die Gefahr von elektrischen Kurzschlüssen zwischen den Anschlusselementen des Bauelements durch Fremdpartikel zumindest weiter reduziert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Einrichtung zur Kühlung eines elektronischen Bauelements mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, nicht nur den Bereich der Anschlusselemente von einem Schutzelement zu überdecken, sondern zusätzlich auch den Bereich des elektronischen Bauelements selbst, so dass auch der unmittelbare Bereich zwischen dem Anschlusselement und dem elektronischen Bauelement vor dem Zutritt derartiger Partikel geschützt ist. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das der Kühlung des elektronischen Bauelements dienende Kühlelement eine Aufnahme für das Bauelement aufweist, wobei die Aufnahme von dem Schaltungsträger überdeckt ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass das elektronische Bauelement in der Aufnahme des Kühlelements angeordnet ist, wobei die Aufnahme wiederum von dem Schaltungsträger (vollständig) überdeckt ist. Dadurch wird eine vollflächige Abdeckung sowohl des elektronischen Bauelements als auch der gesamten Anschlusselemente innerhalb der Aufnahme des Kühlelements ermöglicht, so dass ein Zutritt von entsprechenden Partikeln in den Bereich der Anschlusselemente zuverlässig verhindert wird. Eine derartige Anordnung hat darüber hinaus den besonderen Vorteil, dass die Abdeckung der Anschlusselemente ohne zusätzliche Abdeckelemente durch den Schaltungsträger selbst erfolgt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Kühlung eines elektronischen Bauelements sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Besonders bevorzugt ist eine konstruktive Ausbildung der Einrichtung, bei der die Aufnahme von dem Schaltungsträger, ggf. mit Ausnahme von Leckagespalten, verschlossen ist. Unter Leckagespalte werden dabei solche Spalte verstanden, die eine derartige Größe aufweisen, dass keine (metallischen) Partikel die Spalte passieren können, die zu einem Kurzschluss zwischen den Anschlusselementen des Bauelements führen können. Darüber hinaus hat die Ausbildung von (Leckage-)Spalten den Vorteil, dass die Aufnahme in dem Kühlelement für das Bauelement von einem Fluid ausgefüllt werden kann, das die Kühlwirkung bzw. Entwärmung des Bauelements unterstützt.
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Um die Aufnahme für das Bauelement ohne zusätzliche mechanische Elemente ausbilden zu können, ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn die Aufnahme als Ausnehmung in dem Kühlelement ausgebildet ist. Dabei weist die Aufnahme bzw. die Ausnehmung eine Größe auf, die vorzugsweise lediglich etwas größer ist als dies zur Aufnahme des Bauelements mit den Anschlusselementen erforderlich ist. Insbesondere ist die Tiefe einer derartigen Ausnehmung derart an die Bauhöhe der Baugruppe, bestehend aus dem elektronischen Bauelement und dem Schaltungsträger angepasst, dass bei Anlage des Schaltungsträgers an dem Kühlelement gleichzeitig eine Anlage des zu kühlenden elektronischen Bauelements an den Grund der Aufnahme erfolgen kann. Hierbei kann zwischen dem Grund der Aufnahme und dem elektronischen Bauelement ggf. ein Wärmeleitelement in Form eines Wärmeleitklebers o.ä. vorgesehen sein.
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Um einerseits einen möglichst platzsparenden Einbau des Bauelements bzw. des Schaltungsträgers beispielsweise in einem Getriebegehäuse zu ermöglichen, und andererseits die Kühlwirkung zu optimieren, wird vorgeschlagen, dass der Schaltungsträger auf der dem Bauelement abgewandten Seite in Wirkverbindung mit einem elektrisch zumindest im Wesentlichen nichtleitenden Fluid, insbesondere einem Getriebeöl, angeordnet ist.
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Eine soweit beschriebene erfindungsgemäße Einrichtung ist immer dann sinnvoll bzw. von großem Vorteil, wenn die Anschlusselemente des Bauelements zumindest teilweise unmittelbar nebeneinander in einem Abstand zueinander angeordnet sind, der kleiner ist als die Größe von den in dem Fluid auftretenden, elektrisch leitenden bzw. metallischen Partikeln. Dabei ist es durch die Anordnung des Bauelements in der Aufnahme des Schaltungsträgers nicht erforderlich, zwischen den einzelnen Anschlusselementen, wie beim Stand der Technik bekannt, zusätzliche Abdeckmaßnahmen vorzusehen.
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Darüber hinaus kann es gerade beim Einsatz in Getrieben, bei denen ein direkter Kontakt mit Getriebeöl vorgesehen bzw. nicht vermieden werden kann, vorgesehen sein, dass das elektronische Bauelement von einer aus Kunststoff ausgebildeten Umhüllung umgeben ist. Ein solches elektronisches Bauelement, das entweder als aktives oder passives Bauelement oder als Schaltungsbauelement mit einer elektronischen Schaltung ausgebildet sein kann, ist somit als eine „embedded“-Komponente ausgebildet. Durch die Kunststoffumhüllung wird insbesondere ein direkter Kontakt des Bauelements von für das Bauelement schädlichen Medien vermieden.
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Besonders vorteilhaft ist eine elektrische Kontaktierung der Anschlusselemente des Bauelements mit dem Schaltungsträger derart, dass diese auf der dem Bauelement zugewandten Oberfläche des Schaltungsträgers, d.h. in SMD-Technologie, erfolgt. Dadurch sind die gesamten Anschlusselemente innerhalb der Aufnahme angeordnet und somit vor dem Zutritt von metallischen Partikeln sicher geschützt.
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Für den Fall, dass die elektrische Kontaktierung der Anschlusselemente über Durchkontaktierungen in dem Schaltungsträger bzw. der Leiterplatte erfolgt, kann es vorgesehen sein, dass der Schaltungsträger auf der dem Bauelement abgewanden Seite zumindest im Bereich der Durchkontaktierungen mit einer elektrisch nichtleitenden Isoliermasse überdeckt ist. Eine derartige Ausbildung ermöglicht einen Schutz der Anschlusselemente auf der dem Bauelement abgewandten Seite des Schaltungsträgers, insbesondere wenn dieser in unmittelbarem Kontakt mit dem Fluid (Getriebeöl) angeordnet ist. In ähnlicher Art und Weise können beispielsweise Durchkontaktierungen im Bereich der Aufnahme an der Leiterplatte durch eine elektrisch isolierende Masse, im einfachsten Fall in Form eines Isolierlacks, abgedeckt sein, um zu verhindern, dass nebeneinander angeordnete Durchkontaktierungen, welche mit einem Lötzinn ausgefüllt sind, der Gefahr eines Kurzschlusses durch metallische Partikel ausgesetzt sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass zwischen dem Schaltungsträger und dem Kühlelement im Bereich der Aufnahme eine umlaufende Dichtung oder ein Dichtelement angeordnet ist. Eine derartige Dichtung bzw. Dichtelement bewirkt eine Optimierung der Abdichtung der Aufnahme zwischen dem Kühlelement und dem Schaltungsträger und somit einen besonders zuverlässigen Schutz der Anschlusselemente vor schädlichen metallischen Partikeln. Darüber hinaus kann durch eine derartige Dichtung bzw. ein derartiges Dichtelement auch ein Toleranzausgleich bei Bauteiletoleranzen bezüglich der Höhe des Schaltungsträgers bzw. des Bauelements sowie der Tiefe der Aufnahme erfolgen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
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1 einen Längsschnitt durch eine erste Einrichtung zur Kühlung eines elektronischen Bauelements, bei der die Anschlusselemente des elektronischen Bauelements mit der Oberfläche eines Schaltungsträgers kontaktiert sind, und
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2 einen Längsschnitt durch eine gegenüber der 1 modifizierte Einrichtung, bei der die Kontaktierung von Anschlusselementen des Bauelementes über im Schaltungsträger ausgebildete Durchkontaktierungen erfolgt.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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Die in der 1 dargestellte Einrichtung 100 zur Kühlung eines elektronischen Bauelements 1 ist insbesondere, jedoch nicht einschränkend, im Bereich eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs, insbesondere im Bereich eines Getriebegehäuses 10 des Kraftfahrzeugs, angeordnet. Bei dem elektronischen Bauelement 1 handelt es sich vorzugsweise um ein von einer aus Kunststoff ausgebildeten Umhüllung 2 umschlossenes Bauelement 1, das somit als „embedded“-Komponente ausgebildet ist. Bei dem Bauelement 1 kann es sich um ein aktives Bauelement, um ein passives Bauelement, oder um eine elektronische Schaltung handeln.
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Das Bauelement 1 ist über elektrische Anschlusselemente 3 mit einem beispielhaft als Leiterplatte 5 ausgebildeten Schaltungsträger 6 elektrisch leitend verbunden. Insbesondere weist das Bauelement 1 eine Vielzahl von Anschlusselementen 3 auf, wobei zumindest einige der Anschlusselemente 3 senkrecht zur Zeichenebene der 1 in geringem Abstand nebeneinander angeordnet sind. Die Anschlusselemente 3 sind beispielhaft in Form von aus Kupfer bestehenden, im Querschnitt rechteckförmigen Stanzgitterelementen ausgebildet und mit an der Oberfläche 7 der Leiterplatte 5 angeordneten Bereichen von Leiterbahnen elektrisch kontaktiert, insbesondere durch eine Lötverbindung. Weiterhin durchdringen die Anschlusselemente 3 die Umhüllung 2 des Bauelements 1, um das Bauelement 1 elektrisch zu kontaktieren. Der Schaltungsträger 6 ist wiederum in nicht gezeigter, weil an sich bekannter und nicht erfindungswesentlicher Art und Weise elektrisch kontaktiert.
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Das Bauelement 1 ist in einer Ausnehmung 11 des Getriebegehäuses 10 angeordnet, wobei die Ausnehmung 11 eine Aufnahme 12 für das Bauelement 1 ausbildet. Weiterhin bildet das Getriebegehäuse 10 ein Kühlelement 15 für das Bauelement 1 aus. Hierzu ist die dem Grund 16 der Ausnehmung 11 zugewandte Seite des Bauelements 1, ggf. unter Zwischenlage eines Wärmeleitmittels 17, z.B. eine Wärmeleitklebers, in Anlagekontakt mit dem Getriebegehäuse 10 bzw. dem Kühlelement 15 angeordnet.
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Der Schaltungsträger 6 überdeckt den Bereich der Aufnahme 12 des Kühlelements 15 bzw. des Getriebegehäuses 10 und ist mit einer Innenwand 18 des Kühlelements 15 bzw. des Getriebegehäuses 10 über Schraubverbindungen 19, 20 mechanisch verbunden. Insbesondere sind auch die Anschlusselemente 3 innerhalb der Aufnahme 12 angeordnet, wobei durch die Verbindung des Schaltungsträgers 6 mit dem Kühlelement 15 der Bereich des Innenraums 21 der Aufnahme 12 gegenüber dem Eintritt von Medien, insbesondere dem Eintritt von Getriebeöl, abgedichtet ist. Gegebenenfalls sind jedoch geringe (Leckage-)Spalte bzw. Öffnungen zulässig, die einen Zutritt von Medium (Getriebeöl) in den Bereich der Aufnahme 12 zulassen. Derartige Öffnungen bzw. Leckagespalte weisen jedoch eine derartige Größe auf, dass kein Zutritt von metallischen Partikeln, die eine Größe aufweisen, der größer ist als der Abstand zweier benachbarter Anschlusselemente 3, ermöglicht wird.
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Die in der 2 dargestellte Einrichtung 100a unterscheidet sich von der Einrichtung 100 dadurch, dass die elektrische Kontaktierung der Anschlusselemente 3a im Bereich von Durchkontaktierungen 22 des Schaltungsträgers 6a erfolgt. Dabei durchdringen die Anschlusselemente 3a die Durchkontaktierungen 22 derart, dass diese über die Oberseite des Schaltungsträgers 6a auf der dem Bauelement 1 abgewandten Seite hinausragen. Der Bereich der über den Schaltungsträger 6a herausragenden Anschlusselemente 3a ist dabei von einer als Spanschutz dienenden Verguss- bzw. Isoliermasse 25 überdeckt. Weiterhin kann es optional vorgesehen sein, dass der Bereich der Aufnahme 12 von einer zwischen dem Schaltungsträger 6a und dem Kühlelement 15 angeordneten Dichtung 23 umgeben ist.
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Die soweit beschriebe Einrichtung 100, 100a kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Insbesondere soll die Erfindung nicht auf Bauelemente 1 beschränkt sein, die von einer aus Kunststoff bestehenden Umhüllung 2 umgeben sind.
