DE102022211729A1 - Front assembly for positioning electrical power components, method for assembling the front assembly - Google Patents

Front assembly for positioning electrical power components, method for assembling the front assembly Download PDF

Info

Publication number
DE102022211729A1
DE102022211729A1 DE102022211729.8A DE102022211729A DE102022211729A1 DE 102022211729 A1 DE102022211729 A1 DE 102022211729A1 DE 102022211729 A DE102022211729 A DE 102022211729A DE 102022211729 A1 DE102022211729 A1 DE 102022211729A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
circuit board
assembly
power components
holding frame
positioning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102022211729.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Peer Glock
Mihal-Iustin Agapianu
Ludwig Kirschenhofer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitesco Technologies GmbH
Original Assignee
Vitesco Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vitesco Technologies GmbH filed Critical Vitesco Technologies GmbH
Publication of DE102022211729A1 publication Critical patent/DE102022211729A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R12/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, specially adapted for printed circuits, e.g. printed circuit boards [PCB], flat or ribbon cables, or like generally planar structures, e.g. terminal strips, terminal blocks; Coupling devices specially adapted for printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures; Terminals specially adapted for contact with, or insertion into, printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures
    • H01R12/50—Fixed connections
    • H01R12/51—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures
    • H01R12/55—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures characterised by the terminals
    • H01R12/58—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures characterised by the terminals terminals for insertion into holes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20436—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing
    • H05K7/2049—Pressing means used to urge contact, e.g. springs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Vorbaugruppe (1), umfassend eine Mehrzahl von elektrischen Leistungsbauelementen (2), eine Haltefeder (6) und einen Halterahmen (3) aus einem elastischen Kunststoffmaterial. Der Halterahmen (3) weist dabei eine Mehrzahl von ersten Positionierungselementen (5) zum Positionieren und Halten der Mehrzahl von elektrischen Leistungsbauelementen (2), eine Mehrzahl von zweiten Positionierungselementen (7) zum Vorpositionieren der Vorbaugruppe (1) auf einer Leiterplatte (30) und eine Mehrzahl von Anschlagpunkten zum Positionieren der Haltefeder (6) auf. Weiterhin betrifft die vorliegende Anmeldung ein Verfahren zum Montieren der Mehrzahl von elektrischen Leistungsbauelementen (2) an der Leiterplatte (30).Ferner wird ein Verfahren zum Montieren einer Mehrzahl von elektrischen Leistungsbauelementen (2) an der Leiterplatte (30) beschrieben.The present application relates to a pre-assembly (1) comprising a plurality of electrical power components (2), a retaining spring (6) and a retaining frame (3) made of an elastic plastic material. The retaining frame (3) has a plurality of first positioning elements (5) for positioning and holding the plurality of electrical power components (2), a plurality of second positioning elements (7) for pre-positioning the pre-assembly (1) on a circuit board (30) and a plurality of stop points for positioning the retaining spring (6). The present application also relates to a method for mounting the plurality of electrical power components (2) on the circuit board (30). A method for mounting a plurality of electrical power components (2) on the circuit board (30) is also described.

Description

Die vorliegende Anmeldung beschreibt eine Vorbaugruppe zur Positionierung von elektrischen Leistungsbauelementen und ein Verfahren zum Zusammensetzen der Vordergruppe und deren Montage.The present application describes a front assembly for positioning electrical power components and a method for assembling the front assembly and its installation.

In verschiedensten Industrieanwendungen ist es erforderlich elektrische Leistungsbauelemente IGBTs (Insulated-Gate Bipolar Transistors) oder ähnliche Leistungshalbleiter elektronisch anzubinden, also beispielsweise an einer Leiterplatte zu montieren und elektronisch zu kontaktieren, und außerdem thermisch an Kühlkörper anzubinden, um im Betrieb Abwärme abzuleiten und eine Überhitzung der elektrischen Leistungsbauelemente zu vermeiden.In a wide variety of industrial applications, it is necessary to electronically connect electrical power components IGBTs (Insulated-Gate Bipolar Transistors) or similar power semiconductors, for example to mount them on a circuit board and to make electronic contact with them, and also to thermally connect them to heat sinks in order to dissipate waste heat during operation and prevent overheating of the electrical power components.

Die Anbindung erfolgt in der Regel mittels Anschraubfedern oder per direkter Fixierung beispielsweise mittels Schrauben.The connection is usually made by means of screw-on springs or by direct fixation, for example by means of screws.

Die Positionierung der Leistungsbauelemente erfolgt bei diesen herkömmlichen Verfahren während der Montage und bedingt einen hohen Prozessaufwand. Der Platzbedarf für die Positionierung und Montage der Bauteile ist dann in der Regel hoch.With these conventional methods, the positioning of the power components takes place during assembly and requires a high level of process effort. The space required for positioning and assembling the components is then usually high.

Ein Ziel ist es daher, die Positionierung und Montage von elektrischen Leistungsbauelementen an Leiterplatten oder Kühlkörpern zu vereinfachen bzw. zu verbessern.One goal is therefore to simplify or improve the positioning and assembly of electrical power components on circuit boards or heat sinks.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorbaugruppe zur Positionierung elektrischer Leistungsbauelemente an einer Leiterplatte.The present invention relates to a subassembly for positioning electrical power components on a printed circuit board.

Die Vorbaugruppe umfasst daher zumindest eine Mehrzahl von elektrischen Leistungsbauelementen wie z.B. Halbleiterbauelemente und Transistoren. Bevorzugt handelt es sich dabei um eine Mehrzahl von Leistungsbauelement des jeweils selben Typs. Bei der Mehrzahl von Leistungsbauelementen kann es sich beispielsweise um zwei, drei, vier oder mehr Leistungsbauelemente handeln.The pre-assembly therefore comprises at least a plurality of electrical power components such as semiconductor components and transistors. Preferably, this involves a plurality of power components of the same type. The plurality of power components can, for example, be two, three, four or more power components.

Die Vorbaugruppe umfasst weiterhin eine Haltefeder. Die Haltefeder ist vorzugsweise als Blattfeder bzw. Flachfeder, beispielsweise als gekrümmte Flachfeder ausgeführt. Die Haltefeder umfasst mehrere federnde Elemente. Bevorzugt umfasst die Haltefeder so viele federnde Elemente wie die Vorbaugruppe Leistungsbauelemente umfasst, also beispielsweise zwei, drei, vier oder mehr. Die Haltefeder ist bevorzugt elektrisch nicht leitend und aus einem elastischen Kunststoff gefertigt.The pre-assembly also includes a retaining spring. The retaining spring is preferably designed as a leaf spring or flat spring, for example as a curved flat spring. The retaining spring includes several spring elements. The retaining spring preferably includes as many spring elements as the pre-assembly includes power components, for example two, three, four or more. The retaining spring is preferably electrically non-conductive and made of an elastic plastic.

Die Vorbaugruppe umfasst weiterhin einen Halterahmen aus einem elastischen Kunststoffmaterial.The pre-assembly also includes a support frame made of an elastic plastic material.

Der Halterahmen umfasst eine Mehrzahl von ersten Positionierungselementen zum Positionieren und zum Halten der Mehrzahl von elektrischen Leistungsbauelementen. Die Anzahl der ersten Positionierungselemente und der elektrischen Leistungsbauelemente ist bevorzugt gleich. Die ersten Positionierungselemente sind beispielsweise in Form von Nieten, Stiften, Dornen, Klemmfedern, Bolzen etc. ausgeführt, die weiterhin beispielsweise federnde Eigenschaften oder Gewinde aufweisen können.The holding frame comprises a plurality of first positioning elements for positioning and holding the plurality of electrical power components. The number of first positioning elements and electrical power components is preferably the same. The first positioning elements are designed, for example, in the form of rivets, pins, mandrels, clamping springs, bolts, etc., which can also have, for example, spring properties or threads.

Der Halterahmen umfasst weiterhin eine Mehrzahl von zweiten Positionierungselementen zum Vorpositionieren der Vorbaugruppe auf einer Leiterplatte. Die Anzahl der zweiten Positionierungselemente kann geeignet gewählt sein und beträgt beispielsweise zwei, drei, vier oder mehr. Die zweiten Positionierungselemente sind beispielsweise in Form von Nieten, Stiften, Dornen, Bolzen etc. ausgeführt.The holding frame further comprises a plurality of second positioning elements for pre-positioning the pre-assembly on a circuit board. The number of second positioning elements can be suitably selected and is, for example, two, three, four or more. The second positioning elements are designed, for example, in the form of rivets, pins, mandrels, bolts, etc.

Der Halterahmen umfasst weiterhin eine Mehrzahl von Anschlagpunkten zum Positionieren der Haltefeder im Halterahmen. Die Anzahl der Anschlagpunkte entspricht bevorzugt der Anzahl an federnden Elementen der Haltefeder.The holding frame further comprises a plurality of stop points for positioning the holding spring in the holding frame. The number of stop points preferably corresponds to the number of spring elements of the holding spring.

Jedes Leistungsbauelement ist in einem positionierten Zustand an dem Halterahmen gehalten. Zum Beispiel sind die Leistungsbauelemente mittels Reibschluss gehalten. Insbesondere können die Leistungsbauelemente im positionierten Zustand mittels Reibschluss an den ersten Positionierungselementen gehalten sein. Die Leistungsbauelemente weisen hierzu bevorzugt Aufnahmeelemente auf, die die ersten Positionierungselemente aufnehmen. Each power component is held in a positioned state on the holding frame. For example, the power components are held by means of frictional engagement. In particular, the power components can be held in the positioned state by means of frictional engagement on the first positioning elements. For this purpose, the power components preferably have receiving elements that receive the first positioning elements.

Mittels der Mehrzahl von zweiten Positionierungselementen ist der Halterahmen und somit die Vorbaugruppe relativ zur Leiterplatte an der Leiterplatte vorpositioniert. Der Halterahmen ist insbesondere in einer ersten Richtung parallel zur Leiterplatte und einer davon verschiedenen zweiten Richtung parallel zur Leiterplatte vorpositioniert. Die Leiterplatte weist hierzu beispielsweise Aufnahmeelemente auf, die die zweiten Positionierungselemente aufnehmen.By means of the plurality of second positioning elements, the holding frame and thus the pre-assembly are pre-positioned on the circuit board relative to the circuit board. The holding frame is pre-positioned in particular in a first direction parallel to the circuit board and a second direction that is different therefrom parallel to the circuit board. For this purpose, the circuit board has, for example, receiving elements that receive the second positioning elements.

In einem montierten Zustand der Vorbaugruppe ist weiterhin die Haltefeder zwischen der Leiterplatte und der Mehrzahl von elektrischen Leistungsbauelementen vorgespannt im Halterahmen aufgenommen. Die Haltefeder übt im montierten Zustand somit Druck auf die Leistungsbauelemente aus.In an assembled state of the pre-assembly, the retaining spring is accommodated in the retaining frame in a pre-tensioned manner between the circuit board and the plurality of electrical power components. In the assembled state, the retaining spring thus exerts pressure on the power components.

Die Vorbaugruppe kann somit vorteilhaft vor ihrer Positionierung und Montage zusammengebaut werden. Dies reduziert die Anzahl der bei der Montage notwendigen Schritte. Dies ist insbesondere bedeutend, da die Erreichbarkeit vieler Bauteile während der Montage eingeschränkt ist.The sub-assembly can therefore be assembled before positioning and assembly. This reduces the number of This is particularly important because the accessibility of many components is limited during assembly.

Weiterhin kann die beschriebene Vorbaugruppe vorteilhaft schon vor ihrer Montage an der Leiterplatte positioniert werden, sodass bei der anschließenden Montage die Positionierung der Leiterplatte nicht mehr beachtet werden muss.Furthermore, the described pre-assembly can advantageously be positioned on the circuit board before it is mounted, so that the positioning of the circuit board no longer needs to be taken into account during subsequent assembly.

Dies vereinfacht die Montage der Leiterplatte und reduziert die Anzahl der notwendigen Montageschritte. Die Vorpositionierung ermöglicht weiterhin eine vorgegebene und möglichst gleichförmige Positionierung der Vorbaugruppen in der Massenfertigung. Auch die Positionierung der Vorbaugruppe relativ zu weiteren Baugruppen neben der Leiterplatte wie beispielsweise einem Kühlsystem kann so im selben Schritt voreingestellt werden.This simplifies the assembly of the circuit board and reduces the number of assembly steps required. Pre-positioning also enables the pre-assembly groups to be positioned in a predetermined and as uniform a manner as possible in mass production. The positioning of the pre-assembly group relative to other components next to the circuit board, such as a cooling system, can also be preset in the same step.

Die beschriebene Vorbaugruppe ermöglicht weiterhin ein platzsparendes und kompaktes Design, da die einzelnen Bauteile in einer vorgegebenen und durchdachten Anordnung platziert sind.The described sub-assembly also enables a space-saving and compact design, as the individual components are placed in a predetermined and well-thought-out arrangement.

In einer Ausführungsform halten die ersten Positionierungselemente die elektrischen Leistungsbauelemente mittels Reibschluss. Die ersten Positionierungselemente sind dafür geeignet gestaltet. Die Leistungsbauelemente sind somit an der Leiterplatte reversibel festgelegt.In one embodiment, the first positioning elements hold the electrical power components by means of frictional engagement. The first positioning elements are designed to be suitable for this purpose. The power components are thus reversibly secured to the circuit board.

In einer Ausführungsform sind die ersten Positionierungselemente in Form von aus dem Halterahmen hervorstehenden Spreiznieten oder alternativ in Form von Klammern ausgeführt.In one embodiment, the first positioning elements are designed in the form of expanding rivets protruding from the holding frame or alternatively in the form of clamps.

In einer Ausführungsform sind die ersten Positionierungselemente, insbesondere die Spreiznieten, in jeweils eine Aussparung eines der elektrischen Leistungsbauelemente eingeführt und halten somit die Leistungsbauelemente.In one embodiment, the first positioning elements, in particular the expanding rivets, are each inserted into a recess of one of the electrical power components and thus hold the power components.

In einer Ausführungsform halten die ersten Positionierungselemente, insbesondere die Klammern, die elektrischen Leistungsbauelemente, indem sie diese umklammern, also indem sie von zwei entgegengesetzten Seiten reibschlüssig an Seitenflächen der elektrischen Leistungsbauelemente anliegen.In one embodiment, the first positioning elements, in particular the clamps, hold the electrical power components by clamping them, i.e. by frictionally engaging side surfaces of the electrical power components from two opposite sides.

In einer Ausführungsform stehen die ersten Positionierungselemente in einer dritten Richtung aus dem Halterahmen hervor, die senkrecht zur ersten und zur zweiten Richtung ist und die im montierten Zustand senkrecht von der Leiterplatte weg zeigt.In one embodiment, the first positioning elements protrude from the holding frame in a third direction which is perpendicular to the first and second directions and which, in the assembled state, points perpendicularly away from the circuit board.

Spreiznieten ermöglichen beispielsweise auf einfache Weise die Positionierung und das Festlegen der Leistungsbauelemente am Halterahmen. Die Leistungsbauelemente können auf einfache Weise auf die Spreiznieten aufgeschoben werden, die dann vorgespannt sind und so die Leistungsbauelemente halten.For example, expanding rivets make it easy to position and secure the power components to the support frame. The power components can be easily pushed onto the expanding rivets, which are then pre-tensioned and thus hold the power components.

In einer Ausführungsform sind die zweiten Positionierungselemente in Form von aus dem Halterahmen hervorstehenden Dornen, Stiften oder Bolzen ausgeführt.In one embodiment, the second positioning elements are designed in the form of spikes, pins or bolts protruding from the holding frame.

In einer Ausführungsform sind die zweiten Positionierungselemente, insbesondere die Dornen, Stifte oder Bolzen im montierten Zustand jeweils in eine dazu geeignete Aussparung der Leiterplatte eingeführt.In one embodiment, the second positioning elements, in particular the mandrels, pins or bolts, are each inserted into a suitable recess in the circuit board in the assembled state.

Die zweiten Positionierungselemente stehen in einer vierten Richtung aus dem Halterahmen hervor, die senkrecht zur ersten und zur zweiten Richtung ist und die im montierten Zustand senkrecht zur Leiterplatte hin zeigt.The second positioning elements protrude from the holding frame in a fourth direction which is perpendicular to the first and second directions and which, in the assembled state, points perpendicular to the circuit board.

Die zweiten Positionierungselemente ermöglichen somit insbesondere eine Vorpositionierung der Vorbaugruppe relativ zu Leiterplatte, ohne die Vorbaugruppe an der Leiterplatte festzulegen. Die zweiten Positionierungselemente bewirken, dass die Vorbaugruppe nicht mehr relativ zur Leiterplatte in einer Richtung parallel zur Leiterplatte bewegt werden kann.The second positioning elements thus enable in particular a pre-positioning of the pre-assembly relative to the circuit board without fixing the pre-assembly to the circuit board. The second positioning elements mean that the pre-assembly can no longer be moved relative to the circuit board in a direction parallel to the circuit board.

In einer Ausführungsform umfasst die Vorbaugruppe weiterhin eine Mehrzahl von dritten Positionierungselementen zum Positionieren und Halten der Vorbaugruppe auf der Leiterplatte. Die dritten Positionierungselemente legen die Vorbaugruppe in der ersten Richtung und der zweiten Richtung parallel zur Leiterplatte fest.In one embodiment, the pre-assembly further comprises a plurality of third positioning elements for positioning and holding the pre-assembly on the circuit board. The third positioning elements fix the pre-assembly in the first direction and the second direction parallel to the circuit board.

Bevorzugt ist die Vorbaugruppe an der Leiterplatte reversibel festgelegt.Preferably, the subassembly is reversibly attached to the circuit board.

Eine Spannungsfreiheit in den ersten und zweiten Richtungen parallel zur Leiterplatte wird mittels geeigneter Dimensionierung und Abstimmung des Toleranzsystems von den Komponenten der Vorbaugruppe und der Leiterplatte erreicht.Freedom from stress in the first and second directions parallel to the circuit board is achieved by means of suitable dimensioning and coordination of the tolerance system of the components of the pre-assembly and the circuit board.

Weiterhin positionieren die dritten Positionierungselemente die Vorbaugruppe in einer dritten Richtung, die senkrecht zur ersten und zur zweiten Richtung ist, also senkrecht zur Leiterplatte vor. Die dritten Positionierungselemente gewähren der Vorbaugruppe aber in der dritten Richtung Spiel. Mechanische Spannungen in der dritten Richtung werden somit vermieden. Die dritten Positionierungselemente legen die Vorbaugruppe also nicht vollständig an der Leiterplatte fest.Furthermore, the third positioning elements pre-position the pre-assembly in a third direction that is perpendicular to the first and second directions, i.e. perpendicular to the circuit board. However, the third positioning elements allow the pre-assembly play in the third direction. Mechanical stresses in the third direction are thus avoided. The third positioning elements therefore do not fix the pre-assembly completely to the circuit board.

Das Spiel in der dritten Richtung wird genutzt, um mechanische Spannungen an Verbindungsstellen zwischen der Leiterplatte und den Komponenten der Vorbaugruppe zu minimieren, indem letztere erst nach einer finalen Positionierung der gesamten Baugruppe umfassend die Vorbaugruppe und die Leiterplatte in der dritten Richtung fixiert werden.The play in the third direction is used to minimize mechanical stresses at connection points between the circuit board and the components of the sub-assembly by fixing the latter in the third direction only after a final positioning of the entire assembly comprising the sub-assembly and the circuit board.

In einer Ausführungsform sind die dritten Positionierungselemente in Form von aus dem Halterahmen hervorstehenden Rasthaken ausgeführt. Die Rasthaken rasten im montierten Zustand jeweils in eine dafür vorhergesehenen Aussparung der Leiterplatte ein.In one embodiment, the third positioning elements are designed in the form of locking hooks protruding from the holding frame. When mounted, the locking hooks each lock into a recess provided for this purpose in the circuit board.

In einer Ausführungsform stehen die dritten Positionierungselemente, insbesondere die Rasthaken, in einer vierten Richtung aus dem Halterahmen hervor, die senkrecht zur ersten und senkrecht zur zweiten Richtung ist und die im montierten Zustand senkrecht zur Leiterplatte hin zeigt.In one embodiment, the third positioning elements, in particular the locking hooks, protrude from the holding frame in a fourth direction which is perpendicular to the first and perpendicular to the second direction and which, in the assembled state, points perpendicular to the circuit board.

Die Anzahl der dritten Positionierungselemente ist bevorzugt größer als die Anzahl der zweiten Positionierungselemente. Die zweiten Positionierungselemente dienen lediglich der Vorpositionierung der Vorbaugruppe.The number of third positioning elements is preferably greater than the number of second positioning elements. The second positioning elements only serve to pre-position the sub-assembly.

In einer Ausführungsform weisen die elektrischen Leistungsbauelemente jeweils Anschlussbeine bspw. in Form von Anschluss-Pins auf, die durch dafür vorgesehene Aussparungen im Halterahmen geführt sind und im montierten Zustand elektrisch mit der Leiterplatte kontaktiert sind.In one embodiment, the electrical power components each have connection legs, for example in the form of connection pins, which are guided through recesses provided for this purpose in the holding frame and are electrically contacted with the circuit board in the assembled state.

Die Anschlussbeine kontaktieren die elektrischen Leistungsbauelemente elektrisch mit der Leiterplatte. Die Kontaktierung zwischen den Anschlussbeinen und der Leiterplatte ist beispielsweise per Lot, per Schweißverbindung oder per leitender Klebeverbindung ausgeführt. Durch die Kontaktierung mit der Leiterplatte sind die Anschlussbeine auch mechanisch an der Leiterplatte befestigt. Somit sind die elektrischen Leistungsbauelemente elektrisch an der Leiterplatte angeschlossen und mechanisch an dieser befestigt. Die Kontaktierung zwischen den Anschlussbeinen und der Leiterplatte kann bevorzugt erst nach einer finalen Positionierung der gesamten Baugruppe erfolgen.The connecting legs electrically connect the electrical power components with the circuit board. The contact between the connecting legs and the circuit board is made using solder, a welded connection or a conductive adhesive connection, for example. By making contact with the circuit board, the connecting legs are also mechanically attached to the circuit board. The electrical power components are thus electrically connected to the circuit board and mechanically attached to it. The contact between the connecting legs and the circuit board can preferably only be made after the entire assembly has been finally positioned.

Indem die Anschlussbeine durch Aussparungen im Halterahmen geführt sind, ist die Position der Leistungsbauelemente in der Vorbaugruppe festgelegt. Weiterhin können die Leistungsbauelemente so zusätzlich reibschlüssig am Halterahmen festgelegt werden.The position of the power components in the sub-assembly is determined by the connection legs being guided through recesses in the support frame. The power components can also be secured to the support frame using friction.

Das Biegen der Anschlussbeine, beispielsweise im rechten Winkel, ermöglicht weiterhin eine Positionierung der Leiterplatte unabhängig von der Position der Leistungsbauelemente.Bending the connection legs, for example at a right angle, still allows the circuit board to be positioned independently of the position of the power components.

In einer Ausführungsform ist der Halterahmen im montierten Zustand zwischen der Leiterplatte und den elektrischen Leistungsbauelementen angeordnet. Durch das Montieren des Halterahmens an der Leiterplatte sind die Leistungsbauelemente auch an der Leiterplatte festgelegt. Die Leistungsbauelemente sind jedoch weiterhin von der Seite, an der sie nicht am Halterahmen bzw. der Leiterplatte angeordnet sind, frei zugänglich, um beispielsweise ein Kühlsystem anzuordnen.In one embodiment, the holding frame is arranged between the circuit board and the electrical power components in the assembled state. By mounting the holding frame on the circuit board, the power components are also fixed to the circuit board. However, the power components are still freely accessible from the side on which they are not arranged on the holding frame or the circuit board, for example in order to arrange a cooling system.

In einer Ausführungsform ist die vorgespannte Haltefeder im montierten Zustand im Halterahmen zwischen der Leiterplatte und den elektrischen Leistungsbauelementen angeordnet. Die Haltefeder liegt dann in einer Richtung an der Leiterplatte an. In der entgegengesetzten Richtung liegt die Haltefeder an den elektrischen Leistungsbauelementen an.In one embodiment, the pre-tensioned retaining spring is arranged in the mounted state in the retaining frame between the circuit board and the electrical power components. The retaining spring then rests against the circuit board in one direction. In the opposite direction, the retaining spring rests against the electrical power components.

In einer Ausführungsform presst die Haltefeder die elektrischen Leistungsbauelemente gegen einen Kühlkörper, um einen thermischen Kontakt herzustellen. Der Kühlkörper ist dazu angrenzend zur Vorbaugruppe an einer, der Leiterplatte gegenüberliegenden, Seite angeordnet.In one embodiment, the retaining spring presses the electrical power components against a heat sink to establish thermal contact. For this purpose, the heat sink is arranged adjacent to the pre-assembly on a side opposite the circuit board.

Der Kühlkörper kann in verschiedenen Ausführungsformen auf eine beliebige geeignete Weise ausgeführt sein. Der Kühlkörper kann aktiv oder passiv gekühlt sein. Beispielsweise ist der Kühlkörper als wärmeleitendes Gehäuse, das von einem Kühlfluid durchflossen wird, ausgeführt. Zwischen dem Kühlkörper und den elektronischen Leistungsbauelementen kann weiterhin ein wärmeleitendes Element, wie zum Beispiel ein Thermopad vorgesehen sein.In various embodiments, the heat sink can be designed in any suitable manner. The heat sink can be actively or passively cooled. For example, the heat sink is designed as a heat-conducting housing through which a cooling fluid flows. A heat-conducting element, such as a thermal pad, can also be provided between the heat sink and the electronic power components.

In einer Ausführungsform weist die Haltefeder ein zentrales Loch 60 auf, zum Beispiel eine Bohrung, durch das im montierten Zustand ein Befestigungsmittel geführt ist, um die Vorbaugruppe an der Leiterplatte festzulegen. Das zentrale Loch 60 ist vorzugsweise zwischen den einzelnen federnden Elementen der Haltefeder vorgesehen.In one embodiment, the retaining spring has a central hole 60, for example a bore, through which a fastening means is guided in the assembled state in order to fix the pre-assembly to the circuit board. The central hole 60 is preferably provided between the individual spring elements of the retaining spring.

Bei dem Befestigungsmittel kann sich beispielsweise um eine Schraube oder einen Niet handeln.The fastening element can be, for example, a screw or a rivet.

Durch das Befestigungsmittel ist die Vorbaugruppe zusätzlich an der Leiterplatte fixiert und auch in einer Richtung senkrecht zur Leiterplatte festgelegt.The fastening device additionally fixes the sub-assembly to the circuit board and also in a direction perpendicular to the circuit board.

Da das Befestigungsmittel aufgrund der weiteren Positionierungselemente erst nach dem Einbau der Vorbaugruppe in/an eine Vorrichtung oder in/an ein Gerät eingeführt werden kann, um die Vorbaugruppe in/an der Vorrichtung oder in/an dem Gerät festzulegen, werden Spannungen in einer Richtung senkrecht zu Leiterplatte vermieden. Solche Spannungen ergeben sich in herkömmlichen Lösungen, in denen eine Leiterplatte und elektronische Leistungsbauelemente schon vor Einbau verschraubt werden.Since the fastening device, due to the additional positioning elements, can only be used after the sub-assembly has been installed in/on a device or can be inserted into/onto a device to fix the sub-assembly in/onto the device or in/onto the device, stresses in a direction perpendicular to the circuit board are avoided. Such stresses arise in conventional solutions in which a circuit board and electronic power components are screwed together before installation.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Montieren der zuvor beschriebenen Mehrzahl von elektrischen Leistungsbauelementen an einer Leiterplatte. Alle zuvor genannten Eigenschaften und Merkmale können auch auf das Verfahren zutreffen und umgekehrt. Insbesondere beschreibt das Verfahren das Zusammensetzen einer Vorbaugruppe und das Montieren der Vorbaugruppe an der Leiterplatte.The invention further relates to a method for mounting the above-described plurality of electrical power components on a circuit board. All of the above-mentioned properties and features can also apply to the method and vice versa. In particular, the method describes the assembly of a pre-assembly and the mounting of the pre-assembly on the circuit board.

Das Verfahren umfasst zumindest die im Folgenden genannten Schritte, vorzugsweise in der genannten Reihenfolge.The method comprises at least the steps mentioned below, preferably in the order mentioned.

In einem Schritt wird eine Mehrzahl von elektrischen Leistungsbauelementen, eine Haltefeder und ein Halterahmens aus einem elastischen Kunststoffmaterial bereitgestellt.In one step, a plurality of electrical power components, a retaining spring and a retaining frame made of an elastic plastic material are provided.

Der Halterahmen weist eine Mehrzahl von ersten Positionierungselementen zum Positionieren und Halten der elektrischen Leistungsbauelemente, eine Mehrzahl von zweiten Positionierungselementen zum Vorpositionieren des Halterahmens an der Leiterplatte; und eine Mehrzahl von Anschlagpunkten zum Positionieren der Haltefeder auf.The holding frame has a plurality of first positioning elements for positioning and holding the electrical power components, a plurality of second positioning elements for pre-positioning the holding frame on the circuit board; and a plurality of stop points for positioning the holding spring.

In einem weiteren Schritt werden die elektrischen Leistungsbauelemente zum Beispiel mittels Reibschluss oder mittels Kleben an den ersten Positionierungselementen des Halterahmens positioniert und befestigt.In a further step, the electrical power components are positioned and fastened to the first positioning elements of the holding frame, for example by means of frictional engagement or by gluing.

In einem weiteren Schritt wird die Haltefeder in den Halterahmen eingesetzt und an den Anschlagpunkten des Halterahmens positioniert.In a further step, the retaining spring is inserted into the holding frame and positioned at the stop points of the holding frame.

Nach Durchführung der zuvor genannten Schritte ist die Vorbaugruppe zusammengesetzt.After completing the above steps, the sub-assembly is assembled.

In einem weiteren Schritt wird der Halterahmen an der Leiterplatte mittels der zweiten Positionierungselemente in einer ersten Richtung parallel zur Leiterplatte und einer davon verschiedenen, zweiten Richtung parallel zur Leiterplatte positioniert. Der Halterahmen ist dann in der ersten und der zweiten Richtung nicht mehr relativ zur Leiterplatte verschiebbar.In a further step, the holding frame is positioned on the circuit board by means of the second positioning elements in a first direction parallel to the circuit board and a different, second direction parallel to the circuit board. The holding frame can then no longer be moved relative to the circuit board in the first and second directions.

In einem weiteren Schritt wird die Vorbaugruppe bzw. der Halterahmen an der Leiterplatte festgelegt, wobei die Haltefeder zwischen der Leiterplatte und der Mehrzahl von elektrischen Leistungsbauelementen vorgespannt wird.In a further step, the pre-assembly or the holding frame is fixed to the circuit board, whereby the holding spring is pre-tensioned between the circuit board and the plurality of electrical power components.

Das Festlegen erfolgt bevorzugt zuerst mittels dritter Positionierungselemente. Die Haltefeder kann in diesem Schritt teilweise vorgespannt werden.Fixing is preferably done first using third positioning elements. The retaining spring can be partially pre-tensioned in this step.

In einem weiteren optionalen Schritt kann die gesamte Baugruppe umfassend die Vorbaugruppe und die Leiterplatte anschließend in/an einem Gerät oder in/an einer Vorrichtung verbaut werden. Bevorzugt werden dabei die Leistungsbauelemente benachbart zu einem Kühlkörper angeordnet, um zum Beispiel eine Überhitzung der elektrischen Leistungsbauelemente in einem Betriebszustand zu vermeiden.In a further optional step, the entire assembly, including the pre-assembly and the circuit board, can then be installed in/on a device or in/on a device. The power components are preferably arranged adjacent to a heat sink in order to avoid, for example, overheating of the electrical power components in an operating state.

In einem weiteren optionalen Schritt zum Festlegen der Vorbaugruppe an der Leiterplatte, wird die Vorbaugruppe anschließend mittels eines Befestigungsmittels wie eines Niets oder einer Schraube an der Leiterplatte fixiert.In a further optional step to attach the pre-assembly to the circuit board, the pre-assembly is then fixed to the circuit board using a fastener such as a rivet or a screw.

Da das Befestigungsmittel erst nach dem Einbau der Vorbaugruppe in/an eine Vorrichtung oder in/an ein Gerät eingeführt werden kann, um die Vorbaugruppe in/an der Vorrichtung oder in/an dem Gerät festzulegen, werden Spannungen in einer Richtung senkrecht zu Leiterplatte vermieden. Solche Spannungen ergeben sich in herkömmlichen Lösungen, in denen eine Leiterplatte und elektronische Leistungsbauelemente schon vor Einbau verschraubt werden.Since the fastener can only be inserted after the sub-assembly has been installed in/on a device or in/on a piece of equipment in order to fix the sub-assembly in/on the device or in/on the piece of equipment, stresses in a direction perpendicular to the circuit board are avoided. Such stresses arise in conventional solutions in which a circuit board and electronic power components are screwed together before installation.

In einer beispielhaften Ausführungsform des oben genannten Verfahrens wird bei dem Schritt des Bereitstellens des Halterahmens ferner vorgesehen, dass der Halterahmen ferner mit einer Mehrzahl von dritten Positionierungselementen zum Positionieren und Halten der Vorbaugruppe auf der Leiterplatte ausgestattet wird. Bei dem Schritt des Positionierens des Halterahmens an der Leiterplatte wird dann ferner vorgesehen, dass der Halterahmen durch die dritten Positionierungselemente in einer dritten Richtung, die senkrecht zur ersten und zur zweiten Richtung liegt, an der Leiterplatte vorpositioniert wird. Ferner wird bei dem Schritt des Festlegens des Halterahmens an der Leiterplatte weiter vorgesehen, dass der Halterahmen durch die dritten Positionierungselemente in der ersten Richtung und der zweiten Richtung parallel zur Leiterplatte festgelegt wird.In an exemplary embodiment of the above-mentioned method, the step of providing the holding frame further provides that the holding frame is further equipped with a plurality of third positioning elements for positioning and holding the pre-assembly on the circuit board. The step of positioning the holding frame on the circuit board then further provides that the holding frame is pre-positioned on the circuit board by the third positioning elements in a third direction that is perpendicular to the first and second directions. The step of fixing the holding frame on the circuit board further provides that the holding frame is fixed by the third positioning elements in the first direction and the second direction parallel to the circuit board.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des oben genannten Verfahrens wird bei dem Schritt des Festlegens des Halterahmens an der Leiterplatte ferner vorgesehen, dass die Haltefeder zwischen der Leiterplatte und der Mehrzahl von elektrischen Leistungsbauelementen derart vorgespannt wird, dass die Haltefeder die Leistungsbauelementen an einen Kühlkörper presst, um einen körperlichen und thermischen Kontakt zwischen den Leistungsbauelementen einerseits und dem Kühlkörper andererseits herzustellen.In a further exemplary embodiment of the above-mentioned method, in the step of fixing the holding frame to the circuit board, it is further provided that the holding spring is arranged between the circuit board and the plurality of electrical power components in such a way that is tensioned so that the retaining spring presses the power components against a heat sink in order to establish physical and thermal contact between the power components on the one hand and the heat sink on the other.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand von Figuren näher erläutert. Die Erfindung ist nicht auf das folgende Ausführungsbeispiel beschränkt.The invention is explained in more detail below in an exemplary embodiment with reference to figures. The invention is not limited to the following exemplary embodiment.

Die Figuren zeigen:

  • 1: eine Explosionsansicht einer beispielhaften Vorbaugruppe umfassend Halterahmen, Haltefeder und vier IGBT-Module.
  • 2: eine perspektivische Ansicht der beispielhaften Vorbaugruppe von schräg oben links.
  • 3: eine perspektivische Ansicht der beispielhaften Vorbaugruppe von schräg oben rechts.
  • 4: eine Explosionsansicht einer Baugruppe umfassend eine Leiterplatte und die beispielhafte Vorbaugruppe.
  • 5: eine perspektivische Ansicht der Baugruppe umfassend die Leiterplatte und die beispielhafte Vorbaugruppe.
  • 6: eine Explosionsansicht der Baugruppe, eines Kühlsystems und Schrauben.
The figures show:
  • 1 : an exploded view of an exemplary subassembly comprising holding frame, holding spring and four IGBT modules.
  • 2 : a perspective view of the exemplary front assembly from the top left.
  • 3 : a perspective view of the exemplary front assembly from the top right.
  • 4 : an exploded view of an assembly comprising a circuit board and the exemplary pre-assembly.
  • 5 : a perspective view of the assembly including the circuit board and the example sub-assembly.
  • 6 : an exploded view of the assembly, a cooling system and screws.

Ähnliche oder augenscheinlich gleiche Elemente in den Figuren sind mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse in den Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu.Similar or apparently identical elements in the figures are provided with the same reference numerals. The figures and the proportions in the figures are not necessarily to scale.

Die 1 bis 3 zeigen eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorbaugruppe 1. In der Vorbaugruppe 1 sind als elektrische Leistungsbauelemente 2 vier Insulated-Gate Bipolar Transistors, kurz IGBTs, verbaut. Die IGBTs können beispielsweise einen Hochspannungsschalter einer Leistungselektronik bilden.The 1 to 3 show an exemplary embodiment of the pre-assembly 1 according to the invention. Four insulated-gate bipolar transistors, or IGBTs for short, are installed in the pre-assembly 1 as electrical power components 2. The IGBTs can, for example, form a high-voltage switch of a power electronics system.

Die Vorbaugruppe 1 umfasst einen elastischen Kunststoffrahmen 3. Der elastische Kunststoffrahmen 3 bildet den Halterahmen 3 der Vorbaugruppe 1. Der Kunststoff kann zur Erhöhung der Stabilität mit Glasfasern verstärkt sein. Insbesondere sollte der Kunststoff auch hohe Temperaturen oder Laserbestrahlung beispielsweise in späteren Herstellungsschritten aushalten.The pre-assembly 1 comprises an elastic plastic frame 3. The elastic plastic frame 3 forms the holding frame 3 of the pre-assembly 1. The plastic can be reinforced with glass fibers to increase stability. In particular, the plastic should also withstand high temperatures or laser irradiation, for example in later production steps.

Der Halterahmen 3 ist im vorliegenden Beispiel als rechtwinkliger Halterahmen mit einem im Wesentlichen rechteckigen Grundriss ausgeführt. Der Halterahmen 3 umschließt eine Öffnung 4, die in einer ersten Richtung 4A und in einer zweiten Richtung 4B geöffnet ist. Die Richtungen 4A und 4B sind entgegengesetzt gerichtet.In the present example, the holding frame 3 is designed as a rectangular holding frame with a substantially rectangular outline. The holding frame 3 encloses an opening 4 which is open in a first direction 4A and in a second direction 4B. The directions 4A and 4B are directed in opposite directions.

Am Halterahmen 3 sind im Beispiel vier Spreiznieten 5 vorgesehen, die in die erste Richtung 4A aus dem Halterahmen 3 hervorstehen. Die Spreiznieten 5 stehen senkrecht zur Öffnung 4 des Halterahmens 3. Die Spreiznieten 5 dienen zum Positionieren und zum Halten der vier Leistungsbauelemente 2, die hier als IGBT ausgeführt sind.In the example, four expanding rivets 5 are provided on the holding frame 3, which protrude from the holding frame 3 in the first direction 4A. The expanding rivets 5 are perpendicular to the opening 4 of the holding frame 3. The expanding rivets 5 serve to position and hold the four power components 2, which are designed here as IGBTs.

Jedes der vier elektrischen Leistungsbauelemente 2 weist eine Aussparung 21 zur Aufnahme einer Spreizniete 5 auf. Die Aussparung 21 ist so bemessen, dass die Spreizniete 5 in die Aussparung 21 eingeführt werden kann und das Leistungsbauelement 2 nach dem Einführen der Spreizniete 5 reibschlüssig von der Spreizniete 5 gehalten wird. Die Aussparungen 21 können als Bohrungen ausgeführt sein.Each of the four electrical power components 2 has a recess 21 for receiving an expanding rivet 5. The recess 21 is dimensioned such that the expanding rivet 5 can be inserted into the recess 21 and the power component 2 is held in place by the expanding rivet 5 in a frictionally locked manner after the expanding rivet 5 has been inserted. The recesses 21 can be designed as bores.

Jedes der Leistungsbauelemente 2 weist weiterhin drei Anschlussbeine 22 auf, über die das jeweilige Leistungsbauelement 2 elektrisch kontaktiert ist. Die Anschlussbeine 22 sind in dafür vorhergesehenen Aussparungen an den schmalen Seiten des Halterahmens 3 eingeführt.Each of the power components 2 further comprises three connecting legs 22, via which the respective power component 2 is electrically contacted. The connecting legs 22 are inserted into recesses provided for this purpose on the narrow sides of the holding frame 3.

Optional hält der Halterahmen 3 die Anschlussbeine 22 reibschlüssig. Andernfalls ist Spiel zwischen den Anschlussbeinen 22 und den Aussparungen im Halterahmen 3 vorgesehen. Durch die Anordnung der Anschlussbeine 22 ist die Position der Leistungsbauelemente 2 vorgegeben. Die Krümmung der Anschlussbeine 22 ermöglicht die Positionierung einer Leiterplatte auf der entgegengesetzten Seite des Halterahmens 3.Optionally, the holding frame 3 holds the connection legs 22 with friction. Otherwise, play is provided between the connection legs 22 and the recesses in the holding frame 3. The position of the power components 2 is predetermined by the arrangement of the connection legs 22. The curvature of the connection legs 22 enables the positioning of a circuit board on the opposite side of the holding frame 3.

In den Halterahmen 3 ist eine Haltefeder 6 eingelegt. Die Haltefeder 6 ist beispielsweise als Anpressfeder ausgeführt. Die Haltefeder 6 weist hier vier federnde Elemente auf, die auf den vier Leistungsbauelementen 22 auffliegen. Die Haltefeder 6 weist weiterhin eine mittige Aussparung auf, durch die ein Befestigungsmittel geführt sein kann. Die Haltefeder 6 ist im vorliegenden Beispiel als Blattfeder ausgeführt. Insbesondere kann die Haltefeder 6 als Haltefeder mit mehreren gekrümmten Blattfederelementen ausgeführt sein.A retaining spring 6 is inserted into the holding frame 3. The retaining spring 6 is designed, for example, as a pressure spring. The retaining spring 6 here has four spring elements that rest on the four power components 22. The retaining spring 6 also has a central recess through which a fastening means can be guided. In the present example, the retaining spring 6 is designed as a leaf spring. In particular, the retaining spring 6 can be designed as a retaining spring with several curved leaf spring elements.

Der Halterahmen 3 weist weiterhin zwei Positionierungselemente 7 auf, die jeweils mittig an den beiden kurzen Seiten des Halterahmens 3 angeordnet sind. Die Positionierungselemente 7 sind beispielsweise in Form von Dornen oder Stiften ausgeführt. Bevorzugt weisen die Positionierungselemente 7 eine zylindrische Form auf. Die Positionierungselemente 7 ragen in der zweiten Richtung 4B aus dem Halterahmen 3. Die Positionierungselemente 7 sind dazu geeignet, den Halterahmen 3 und damit die Vorbaugruppe 1 an einer Leiterplatte vorzupositionieren.The holding frame 3 further comprises two positioning elements 7, which are each arranged centrally on the two short sides of the holding frame 3. The positioning elements 7 are designed, for example, in the form of spikes or pins. The positioning elements 7 preferably have a cylindrical shape. The positioning elements 7 protrude from the holding frame 3 in the second direction 4B. The positioning elements 7 are suitable for pre-positioning the holding frame 3 and thus the pre-assembly 1 on a circuit board.

Des Weiteren weist der Halterahmen 3 vier Rasthaken 8 auf, die an den langen Seiten des Halterahmens 3 angeordnet sind. Jeweils einer der Rasthaken 8 ist nahe einer der Ecken des Halterahmens 3 angeordnet. Die Rasthaken 8 stehen aus dem Halterahmen 3 in der zweiten Richtung 4B hervor. Die Rasthaken 8 dienen dazu, den Halterahmen 3 an der Leiterplatte zu positionieren und zu befestigen.Furthermore, the holding frame 3 has four locking hooks 8, which are arranged on the long sides of the holding frame 3. One of the locking hooks 8 is arranged near each of the corners of the holding frame 3. The locking hooks 8 protrude from the holding frame 3 in the second direction 4B. The locking hooks 8 serve to position and fasten the holding frame 3 to the circuit board.

Die 4 und 5 zeigen eine Baugruppe umfassend die Vorbaugruppe 1 im verbauten Zustand an einer Leiterplatte 30. Die Vorbaugruppe 1 umfasst die zuvor beschriebenen Elemente und ist mittels der Positionierungselemente 7 und der Rasthaken 8 an der Leiterplatte 30 in allen Richtungen parallel zur Leiterplatte festgelegt und in allen Richtungen, auch senkrecht zur Leiterplatte, vorpositioniert.The 4 and 5 show an assembly comprising the pre-assembly 1 in the installed state on a circuit board 30. The pre-assembly 1 comprises the elements described above and is fixed to the circuit board 30 in all directions parallel to the circuit board by means of the positioning elements 7 and the locking hooks 8 and is pre-positioned in all directions, including perpendicular to the circuit board.

Die Angaben „parallel zur Leiterplatte“ oder „senkrecht zur Leiterplatte“ beziehen sich hierbei immer auf die flächige Oberfläche der Leiterplatte.The information “parallel to the circuit board” or “perpendicular to the circuit board” always refers to the flat surface of the circuit board.

Die Rasthaken 8 sind so gestaltet, dass die Vorbaugruppe 1 mit Spiel senkrecht zur Leiterplatte festgelegt ist, also dass die Vorbaugruppe 1 in einer Richtung senkrecht zur Leiterplatte noch etwas bewegt werden kann. Die Haltefeder 6 ist dann durch die Montage der Vorbaugruppe 1 an der Leiterplatte vorgespannt.The locking hooks 8 are designed in such a way that the pre-assembly 1 is fixed perpendicular to the circuit board with play, i.e. that the pre-assembly 1 can still be moved slightly in a direction perpendicular to the circuit board. The retaining spring 6 is then pre-tensioned by the assembly of the pre-assembly 1 on the circuit board.

6 zeigt die Baugruppe umfassend die Vorbaugruppe 1 und die Leiterplatte 30 im verbauten Zustand mit einem Kühlsystem 40. 6 shows the assembly comprising the pre-assembly 1 and the circuit board 30 in the installed state with a cooling system 40.

Das Kühlsystem 40 umfasst ein elektrisch isolierendes Wärmeleitmaterial 41, beispielsweise eine Keramik. Die Leistungsbauelementen 2 sind so angeordnet, dass sie im verbauten Zustand mit dem elektrisch isolierenden Wärmeleitmaterial 41 in Kontakt stehen.The cooling system 40 comprises an electrically insulating heat conducting material 41, for example a ceramic. The power components 2 are arranged such that they are in contact with the electrically insulating heat conducting material 41 in the installed state.

Das Kühlsystem 40 umfasst weiterhin einen Kühlkörper 42, der beispielsweise von einer Kühlflüssigkeit oder einem gasförmigen Kühlfluid durchströmt ist und eine thermisch leitende Oberfläche aufweist. Das elektrisch isolierende Wärmeleitmaterial 41, z.B. die Keramik 41 oder Thermopads, sind auf der thermisch leitenden Oberfläche des Kühlkörpers 42 aufgebracht. Der Kühlkörper 42 ist so angeordnet, dass im verbauten Zustand die thermisch leitende Oberfläche über das Wärmeleitmaterial 41 mit den Leistungsbauelementen 2 in thermischem Kontakt steht.The cooling system 40 further comprises a heat sink 42, through which, for example, a cooling liquid or a gaseous cooling fluid flows and which has a thermally conductive surface. The electrically insulating thermal conductivity material 41, e.g. the ceramic 41 or thermal pads, are applied to the thermally conductive surface of the heat sink 42. The heat sink 42 is arranged such that, in the installed state, the thermally conductive surface is in thermal contact with the power components 2 via the thermal conductivity material 41.

Die Haltefeder 6 presst die Leistungsbauelemente 2 dann gegen die Oberfläche des Wärmeleitmaterials 41. Die überschüssige Abwärme der Leistungsbauelemente 2 im Betriebszustand kann so einfach an den Kühlkörper 42 abgeleitet werden.The retaining spring 6 then presses the power components 2 against the surface of the thermally conductive material 41. The excess waste heat of the power components 2 in the operating state can thus be easily dissipated to the heat sink 42.

Der Zusammenbau von Kühlsystem 40, Leiterplatte 30 und Vorbaugruppe 1 ist aufgrund des Spiels der an der Leiterplatte 30 angeordneten Vorbaugruppe 1 in der zur Leiterplatte 30 senkrechten Richtung mechanisch spannungsfrei möglich. Die mechanische Spannungsfreiheit parallel zur Leiterplatte wird mittels geeigneter Dimensionierung und Abstimmung des Toleranzsystems von den Komponenten der Vorbaugruppe 1, der Leiterplatte 30 und des Kühlsystems 40 erreicht.The assembly of cooling system 40, circuit board 30 and pre-assembly 1 is possible without mechanical stress due to the play of the pre-assembly 1 arranged on the circuit board 30 in the direction perpendicular to the circuit board 30. The mechanical stress-freeness parallel to the circuit board is achieved by means of suitable dimensioning and coordination of the tolerance system of the components of the pre-assembly 1, the circuit board 30 and the cooling system 40.

Weiterhin sind Befestigungselemente wie Schrauben vorgesehen, um die Leiterplatte 30 und das Kühlsystem 40 einander zu befestigen. Die Schraube 51 ist durch die in der Haltefeder 6 vorgesehene Öffnung hindurchgeführt, um die Vorbaugruppe 1 zusätzlich zu fixieren.Furthermore, fastening elements such as screws are provided to fasten the circuit board 30 and the cooling system 40 to one another. The screw 51 is passed through the opening provided in the retaining spring 6 in order to additionally fix the sub-assembly 1.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
VorbaugruppePre-assembly
22
LeistungsbauelementPower component
2121
Aussparung am LeistungsbauelementRecess on the power component
2222
AnschlussbeinConnecting leg
33
HalterahmenHolding frame
44
RahmenöffnungFrame opening
4A, 4B4A, 4B
RichtungenDirections
55
SpreiznieteExpanding rivet
66
HaltefederRetaining spring
77
PositionierungselementePositioning elements
88th
RasthakenLatching hook
3030
LeiterplatteCircuit board
4040
KühlsystemCooling system
4141
WärmeleitmaterialThermally conductive material
4242
KühlkörperHeatsink
50, 5150, 51
SchraubenScrews
6060
Loch an der HaltefederHole on the retaining spring

Claims (13)

Vorbaugruppe (1), umfassend eine Mehrzahl von elektrischen Leistungsbauelementen (2); eine Haltefeder (6); und einen Halterahmen (3) aus einem elastischen Kunststoffmaterial, wobei der Halterahmen (3) eine Mehrzahl von ersten Positionierungselementen (5) zum Positionieren und Halten der Mehrzahl von elektrischen Leistungsbauelementen (2); eine Mehrzahl von zweiten Positionierungselementen (7) zum Vorpositionieren der Vorbaugruppe (1) auf einer Leiterplatte (30); und eine Mehrzahl von Anschlagpunkten zum Positionieren der Haltefeder (6) aufweist; und wobei jedes Leistungsbauelement (2) der Mehrzahl von elektrischen Leistungsbauelementen (2) in einem positionierten Zustand an dem Halterahmen (3) gehalten ist; wobei die Vorbaugruppe (1) mittels der Mehrzahl von zweiten Positionierungselementen (7) in einer ersten Richtung parallel zur Leiterplatte (30) und einer davon verschiedenen, zweiten Richtung parallel zur Leiterplatte (30) relativ zur Leiterplatte (30) vorpositioniert ist; und in einem montierten Zustand der Vorbaugruppe (1) die Haltefeder (6) zwischen der Leiterplatte (30) und der Mehrzahl von elektrischen Leistungsbauelementen (2) vorgespannt aufgenommen ist.Pre-assembly (1) comprising a plurality of electrical power components (2); a retaining spring (6); and a retaining frame (3) made of an elastic Plastic material, wherein the holding frame (3) has a plurality of first positioning elements (5) for positioning and holding the plurality of electrical power components (2); a plurality of second positioning elements (7) for pre-positioning the pre-assembly (1) on a circuit board (30); and a plurality of stop points for positioning the retaining spring (6); and wherein each power component (2) of the plurality of electrical power components (2) is held in a positioned state on the holding frame (3); wherein the pre-assembly (1) is pre-positioned relative to the circuit board (30) by means of the plurality of second positioning elements (7) in a first direction parallel to the circuit board (30) and a different, second direction parallel to the circuit board (30); and in an assembled state of the pre-assembly (1), the retaining spring (6) is received in a pre-tensioned manner between the circuit board (30) and the plurality of electrical power components (2). Vorbaugruppe (1) nach Anspruch 1, wobei die ersten Positionierungselemente (5) die elektrischen Leistungsbauelemente (2) mittels Reibschluss halten.Pre-assembly (1) after Claim 1 , wherein the first positioning elements (5) hold the electrical power components (2) by means of frictional engagement. Vorbaugruppe (1) nach Anspruch 2, wobei die ersten Positionierungselemente (5) in Form von aus dem Halterahmen (3) hervorstehenden Spreiznieten ausgeführt sind, die jeweils in eine Aussparung (21) eines der elektrischen Leistungsbauelemente (2) eingeführt sind und wobei die ersten Positionierungselemente (5) in einer dritten Richtung aus dem Halterahmen (3) hervorstehen, die senkrecht zur ersten und zur zweiten Richtung ist und die im montierten Zustand senkrecht von der Leiterplatte (30) weg zeigt.Pre-assembly (1) after Claim 2 , wherein the first positioning elements (5) are designed in the form of expanding rivets protruding from the holding frame (3), which are each inserted into a recess (21) of one of the electrical power components (2), and wherein the first positioning elements (5) protrude from the holding frame (3) in a third direction which is perpendicular to the first and second directions and which, in the assembled state, points perpendicularly away from the circuit board (30). Vorbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweiten Positionierungselemente (7) in Form von aus dem Halterahmen (3) hervorstehenden Dornen ausgeführt sind, die im montierten Zustand jeweils in eine Aussparung der Leiterplatte (30) eingeführt sind und wobei die zweiten Positionierungselemente (7) in einer vierten Richtung (4B) aus dem Halterahmen (3) hervorstehen, die senkrecht zur ersten und zur zweiten Richtung ist und die im montierten Zustand senkrecht zur Leiterplatte (30) hin zeigt.Pre-assembly (1) according to one of the Claims 1 until 3 , wherein the second positioning elements (7) are designed in the form of mandrels protruding from the holding frame (3), which in the assembled state are each inserted into a recess of the circuit board (30), and wherein the second positioning elements (7) protrude from the holding frame (3) in a fourth direction (4B) which is perpendicular to the first and second directions and which in the assembled state points perpendicular to the circuit board (30). Vorbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin umfassend eine Mehrzahl von dritten Positionierungselementen (8) zum Positionieren und Halten der Vorbaugruppe (1) auf der Leiterplatte (30), wobei die Vorbaugruppe (1) durch die dritten Positionierungselemente (8) in der ersten Richtung und der zweiten Richtung parallel zur Leiterplatte (30) festgelegt wird und in einer dritten Richtung (4A), die senkrecht zur ersten und zur zweiten Richtung ist, vorpositioniert wird.Pre-assembly (1) according to one of the Claims 1 until 4 , further comprising a plurality of third positioning elements (8) for positioning and holding the pre-assembly (1) on the circuit board (30), wherein the pre-assembly (1) is fixed by the third positioning elements (8) in the first direction and the second direction parallel to the circuit board (30) and is pre-positioned in a third direction (4A) which is perpendicular to the first and second directions. Vorbaugruppe (1) nach Anspruch 5, wobei die dritten Positionierungselemente (8) in Form von aus dem Halterahmen (3) hervorstehenden Rasthaken ausgeführt sind, die im montierten Zustand jeweils in eine Aussparung der Leiterplatte (30) einrasten und wobei die dritten Positionierungselemente (8) in einer vierten Richtung (4B) aus dem Halterahmen (3) hervorstehen, die senkrecht zur ersten und zur zweiten Richtung ist und die im montierten Zustand senkrecht zur Leiterplatte (30) hin zeigt.Pre-assembly (1) after Claim 5 , wherein the third positioning elements (8) are designed in the form of latching hooks protruding from the holding frame (3), which in the assembled state each latch into a recess of the circuit board (30), and wherein the third positioning elements (8) protrude from the holding frame (3) in a fourth direction (4B) which is perpendicular to the first and second directions and which in the assembled state points perpendicular to the circuit board (30). Vorbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die elektrischen Leistungsbauelemente (2) jeweils Anschlussbeine (22) aufweisen, die durch dafür vorgesehene Aussparungen im Halterahmen (3) geführt sind und im montierten Zustand elektrisch mit der Leiterplatte (30) kontaktiert sind.Pre-assembly (1) according to one of the Claims 1 until 6 , wherein the electrical power components (2) each have connection legs (22) which are guided through recesses provided for this purpose in the holding frame (3) and are electrically contacted with the circuit board (30) in the assembled state. Vorbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Halterahmen (3) im montierten Zustand zwischen der Leiterplatte (30) und den elektrischen Leistungsbauelementen (2) angeordnet ist.Pre-assembly (1) according to one of the Claims 1 until 7 , wherein the holding frame (3) is arranged in the assembled state between the circuit board (30) and the electrical power components (2). Vorbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die vorgespannte Haltefeder (6) im montierten Zustand im Halterahmen (3) zwischen der Leiterplatte (30) und den elektrischen Leistungsbauelementen (2) angeordnet ist und die elektrischen Leistungsbauelementen (2) an einen Kühlkörper (41) presst, um einen körperlichen und thermischen Kontakt zwischen den Leistungsbauelementen (2) einerseits und dem Kühlkörper (41) andererseits herzustellen.Pre-assembly (1) according to one of the Claims 1 until 8th , wherein the prestressed retaining spring (6) is arranged in the mounted state in the holding frame (3) between the circuit board (30) and the electrical power components (2) and presses the electrical power components (2) against a heat sink (41) in order to establish physical and thermal contact between the power components (2) on the one hand and the heat sink (41) on the other hand. Vorbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Haltefeder (6) ein zentrales Loch (60) aufweist, durch das im montierten Zustand ein Befestigungsmittel (51) geführt ist, um die Vorbaugruppe (1) an der Leiterplatte (30) festzulegen.Pre-assembly (1) according to one of the Claims 1 until 9 , wherein the retaining spring (6) has a central hole (60) through which a fastening means (51) is guided in the assembled state in order to fix the pre-assembly (1) to the circuit board (30). Verfahren zum Montieren einer Mehrzahl von elektrischen Leistungsbauelementen (2) an einer Leiterplatte (30) umfassend: Bereitstellen einer Mehrzahl von elektrischen Leistungsbauelementen (2), einer Haltefeder (6) und eines Halterahmens (3) aus einem elastischen Kunststoffmaterial, wobei der Halterahmen (3) eine Mehrzahl von ersten Positionierungselementen (5) zum Positionieren und Halten der elektrischen Leistungsbauelemente (2); eine Mehrzahl von zweiten Positionierungselementen (7) zum Vorpositionieren des Halterahmens (3) an der Leiterplatte (30); und eine Mehrzahl von Anschlagpunkten zum Positionieren der Haltefeder (6) aufweist; Positionieren und Befestigen der elektrischen Leistungsbauelemente (2) an den ersten Positionierungselementen (5) des Halterahmens (3); Einlegen der Haltefeder (6) in den Halterahmen (3) und Positionieren der Haltefeder (6) an den Anschlagpunkten; Positionieren des Halterahmens (3) an der Leiterplatte (30) mittels der zweiten Positionierungselemente (7) in einer ersten Richtung parallel zur Leiterplatte (30) und einer davon verschiedenen, zweiten Richtung parallel zur Leiterplatte (30); Festlegen des Halterahmens (3) an der Leiterplatte (30), wobei die Haltefeder (6) zwischen der Leiterplatte (30) und der Mehrzahl von elektrischen Leistungsbauelementen (2) vorgespannt wird.Method for mounting a plurality of electrical power components (2) on a circuit board (30), comprising: providing a plurality of electrical power components (2), a retaining spring (6) and a retaining frame (3) made of an elastic plastic material, wherein the retaining frame (3) has a plurality of first positioning elements (5) for positioning and holding the electrical power components (2); a plurality of second positioning elements (7) for pre-positioning the holding frame (3) on the circuit board (30); and a plurality of stop points for positioning the holding spring (6); positioning and fastening the electrical power components (2) on the first positioning elements (5) of the holding frame (3); inserting the holding spring (6) into the holding frame (3) and positioning the holding spring (6) on the stop points; positioning the holding frame (3) on the circuit board (30) by means of the second positioning elements (7) in a first direction parallel to the circuit board (30) and a different, second direction parallel to the circuit board (30); fixing the holding frame (3) on the circuit board (30), wherein the holding spring (6) is pre-tensioned between the circuit board (30) and the plurality of electrical power components (2). Verfahren nach Anspruch 11, wobei, der Schritt des Bereitstellens des Halterahmens (3) ferner vorsieht, dass der Halterahmen (3) ferner eine Mehrzahl von dritten Positionierungselementen (8) zum Positionieren und Halten der Vorbaugruppe (1) auf der Leiterplatte (30) aufweist; der Schritt des Positionierens des Halterahmens (3) an der Leiterplatte (30) ferner vorsieht, dass der Halterahmen (3) durch die dritten Positionierungselemente (8) in einer dritten Richtung (4A), die senkrecht zur ersten und zur zweiten Richtung ist, an der Leiterplatte (30) vorpositioniert wird; und der Schritt des Festlegens des Halterahmens (3) an der Leiterplatte (30) ferner vorsieht, dass der Halterahmen (3) durch die dritten Positionierungselemente (8) in der ersten Richtung und der zweiten Richtung parallel zur Leiterplatte (30) festgelegt wird.Procedure according to Claim 11 , wherein the step of providing the holding frame (3) further provides that the holding frame (3) further comprises a plurality of third positioning elements (8) for positioning and holding the pre-assembly (1) on the circuit board (30); the step of positioning the holding frame (3) on the circuit board (30) further provides that the holding frame (3) is pre-positioned on the circuit board (30) by the third positioning elements (8) in a third direction (4A) which is perpendicular to the first and second directions; and the step of fixing the holding frame (3) on the circuit board (30) further provides that the holding frame (3) is fixed by the third positioning elements (8) in the first direction and the second direction parallel to the circuit board (30). Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei, der Schritt des Festlegens des Halterahmens (3) an der Leiterplatte (30) ferner vorsieht, dass die Haltefeder (6) zwischen der Leiterplatte (30) und der Mehrzahl von elektrischen Leistungsbauelementen (2) derart vorgespannt wird, dass die Haltefeder (6) die Leistungsbauelementen (2) an einen Kühlkörper (41) presst, um einen körperlichen und thermischen Kontakt zwischen den Leistungsbauelementen (2) einerseits und dem Kühlkörper (41) andererseits herzustellen.Procedure according to Claim 11 or 12 , wherein the step of fixing the holding frame (3) to the circuit board (30) further provides that the holding spring (6) between the circuit board (30) and the plurality of electrical power components (2) is prestressed such that the holding spring (6) presses the power components (2) against a heat sink (41) in order to establish physical and thermal contact between the power components (2) on the one hand and the heat sink (41) on the other hand.
DE102022211729.8A 2022-11-04 2022-11-07 Front assembly for positioning electrical power components, method for assembling the front assembly Pending DE102022211729A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22465565.4 2022-11-04
EP22465565 2022-11-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022211729A1 true DE102022211729A1 (en) 2024-05-08

Family

ID=84360936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022211729.8A Pending DE102022211729A1 (en) 2022-11-04 2022-11-07 Front assembly for positioning electrical power components, method for assembling the front assembly

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102022211729A1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019133941A1 (en) 2019-12-11 2021-06-17 Hanon Systems Device for driving a compressor and method of assembling the device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019133941A1 (en) 2019-12-11 2021-06-17 Hanon Systems Device for driving a compressor and method of assembling the device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008033465B4 (en) POWER SEMICONDUCTOR MODULE SYSTEM AND POWER SUB-LEAD MODULE WITH A HOUSING AND METHOD FOR PRODUCING A POWER SEMICONDUCTOR ASSEMBLY
DE102005044867B4 (en) Combined fastening and contacting system for electrical components on printed circuit boards arranged one above the other
DE102009055882B4 (en) Power semiconductor device
EP0597254B1 (en) Device with power semiconductor components
DE112006002302B4 (en) ELECTRICAL SYSTEM INCLUDING A POWER TRANSISTOR ARRANGEMENT, A BUSBAR AND A CIRCUIT BOARD ASSEMBLY
DE69632865T2 (en) TRANSISTOR SOLDERING CLIP AND COOLING BODY
DE102011076319B4 (en) Printed circuit board system for automotive power converters
DE102006052872A1 (en) Electric power module
DE19712099A1 (en) Electrical apparatus housing
DE102007001407A1 (en) Mounting arrangement for fixing superposed printed circuit boards in a housing
DE102015219851B4 (en) control unit
DE202007012096U1 (en) Electrical connection device for conductive contacts, in particular blade contacts
DE102020209923B3 (en) Circuit carrier arrangement and method for producing such a circuit carrier arrangement
DE102008015785B4 (en) Electronic substrate mounting structure
DE102022211729A1 (en) Front assembly for positioning electrical power components, method for assembling the front assembly
EP2489956B2 (en) Cooling system of an electric construction element that heats up
DE19603224A1 (en) Power semiconductor mechanical apparatus for e.g. power switch or rectifier
DE102006032436A1 (en) Device for arrangement of electronic element on printed circuit board, has support element, electro-technical element, which is arranged on support element, and cover that is provided with electro-technical element for support element
WO2008083878A1 (en) Fixing element for printed circuit boards
DE102006032441A1 (en) Device has printed circuit board, module which comprising electro-technical element and mechanically loadable electrical contact element on side, and module is electrically connected on side
DE102015213916A1 (en) The power semiconductor module arrangement
EP1864557B1 (en) Method for producing an electronic appliance, and corresponding electronic appliance
DE4338392C2 (en) Arrangement for heat dissipation of electrical components soldered to a circuit board
EP1953820A1 (en) High performance semiconductor module
DE102019133206B4 (en) Device for cooling at least one heat-generating electronic component and plug-in element

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication