DE112015002430T5

DE112015002430T5 - Schaltungsbaugruppe und elektrischer Verteiler

Info

Publication number: DE112015002430T5
Application number: DE112015002430.1T
Authority: DE
Inventors: Tou Chin
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2017-03-09
Also published as: CN106463930A; US20170079129A1; JP2015223044A; WO2015178232A1; US10117322B2

Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung 11 mit einer Wärmesenke 25, einer auf der Wärmesenke 25 platzierten isolierenden Folie 30 und einer über die isolierende Folie 30 auf der Wärmesenke 25 platzierten Leiterplatte 12 bereitgestellt. Die Leiterplatte 12 ist durch Verschrauben an der Wärmesenke 25 fixiert, und zwischen der isolierenden Folie 30 und der Leiterplatte 12 ist ein wärmeleitendes Element 35 angeordnet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte technische Lehre betrifft eine Schaltungsbaugruppe und einen elektrischen Verteiler.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Herkömmlicherweise sind Einrichtungen, bei denen eine Schaltungsbaugruppe mit einer Leiterplatte, auf welcher diverse elektronische Komponenten montiert sind, in einem Gehäuse untergebracht ist, als Einrichtungen zum Unterstromsetzen und Stromlosmachen von bordeigenen elektrischen Komponenten bekannt.
Bei derartigen Einrichtungen erzeugen diese auf der Leiterplatte montierten elektronischen Komponenten jedoch eine vergleichsweise große Wärmemenge, und wenn somit die von den elektronischen Komponenten erzeugte Wärme im Gehäuse bleibt, steigt die Temperatur im Gehäuse an, woraus ein Risiko entsteht, dass die Leistung der in dem Gehäuse untergebrachten elektronischen Komponenten abnimmt.
Demgemäß wurden im Stand der Technik diverse Strukturen zum Abführen der von der Leiterplatte bzw. den elektronischen Komponenten erzeugten Wärmemenge vorgeschlagen. Zum Beispiel wurde eine Schaltungsbaugruppe vorgeschlagen, die eine Ausgestaltung aufweist, bei welcher ein metallisches Wärmeableitungselement auf derjenigen Fläche einer Leiterplatte vorgesehen ist, die von der Fläche abgewandt ist, auf welcher die elektronischen Komponenten angeordnet sind.
Die Leiterplatte und das Wärmeableitungselement werden miteinander verklebt, indem zunächst auf einer Flächenseite des Wärmeableitungselements eine isolierende Schicht zum Isolieren des Wärmeableitungselements gegen die Leiterplatte bereitgestellt und dann ein Klebstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit auf der isolierenden Schicht verteilt wird.
VORBEKANNTE TECHNISCHE DOKUMENTE PATENTDOKUMENTE

Patentdokument Nr. 1: JP 2003-164039A

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
Es gibt ein Verfahren, bei dem zum Beispiel ein thermoplastischer Klebstoff auf die obere Fläche des Wärmeableitungselements aufgebracht und erhitzt wird, um eine isolierende Dünnschicht auszubilden, die als die vorgenannte isolierende Schicht dient.
Allerdings erfordert das Verfahren, bei dem ein thermoplastischer Klebstoff aufgebracht und gehärtet wird, um eine isolierende Schicht auszubilden, eine große Vorrichtung und erhöht die Herstellungskosten. Es ist daher ein Verfahren in Betracht gezogen worden, das einen Klebstoff benutzt, der bei Raumtemperatur gehärtet werden kann. Allerdings kann ein derartiger Klebstoff nicht mit Verfahren wie etwa Drucken oder Sprühen benutzt werden, da er im Laufe der Zeit bei Raumtemperatur aushärtet, und es ist schwierig, daraus eine gleichförmige Schicht auszubilden, um zuverlässige Isolation zu erreichen.
Alternativ hierzu ist es auch denkbar, dass eine isolierende Folie benutzt, die auf beiden Seiten Hafteigenschaften aufweist, um sowohl Isolation als auch ein Haften zwischen der Wärmesenke und der Leiterplatte zu erzielen, doch ist es schwierig, die Leiterplatte auf diese Weise in einem gleichförmigen Zustand mit dem Wärmeableitungselement zu verkleben, weil es schwierig ist, gleichförmig einen konstanten Druck auf die Leiterplatte auszuüben, auf der die elektronischen Komponenten montiert sind.
Die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte technische Lehre entstand angesichts der vorstehend beschriebenen Umstände, und ihr liegt als Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsbaugruppe und einen elektrischen Verteiler mit geringen Herstellungskosten und verbesserten Wärmeableiteigenschaften bereitzustellen.
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
Gemäß der in der vorliegenden Beschreibung offenbarten technischen Lehre weist eine Schaltungsbaugruppe auf: eine Wärmesenke, eine isolierende Folie, die auf der Wärmesenke platziert ist, und eine Leiterplatte, die über die isolierende Folie auf der Wärmesenke platziert ist, wobei die Leiterplatte mit einem Fixierungselement an der Wärmesenke fixiert ist und ein wärmeleitendes Element zwischen der isolierenden Folie und der Leiterplatte angeordnet ist.
Gemäß einer solchen Ausgestaltung sorgt erstens die isolierende Folie für Isolation zwischen der Wärmesenke und der Leiterplatte. Weiterhin sind die Wärmesenke und die Leiterplatte durch das Fixierungselement aneinander fixiert.
Zu diesem Zeitpunkt kann zwischen der Wärmesenke und der Leiterplatte ein Spalt entstehen, und in einem solchen Falle besteht ein Risiko, dass die Wärmeleitfähigkeit abnimmt. Da jedoch die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte technische Lehre eine Ausgestaltung aufweist, bei welcher das wärmeleitende Element zwischen der Wärmesenke und der Leiterplatte angeordnet ist und das wärmeleitende Element in engem Kontakt mit der Wärmesenke und der Leiterplatte ist, wird von der Leiterplatte erzeugte Wärme von dem wärmeleitenden Element unmittelbar auf die Wärmesenke übertragen und abgeleitet.
Wenn weiterhin auf einer Fläche der Leiterplatte, die einer Seite, auf welcher die Wärmesenke vorgesehen ist, abgewandt ist, eine elektronische Komponente montiert ist, ist auch eine Ausgestaltung möglich, bei welcher das wärmeleitende Element in einer Region vorgesehen ist, die einer Region der Leiterplatte entspricht, auf welcher die elektronische Komponente montiert ist. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es, einen hohen Wärmeableiteffekt zu erzielen und dabei die benötigte Menge des wärmeleitenden Elements zu reduzieren.
Weiterhin betrifft die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte technische Lehre einen elektrischen Verteiler, bei welchem die Schaltungsbaugruppe in einem Gehäuse untergebracht ist.
EFFEKT DER ERFINDUNG
Gemäß der in der vorliegenden Beschreibung offenbarten technischen Lehre ist es möglich, eine Schaltungsbaugruppe und einen elektrischen Verteiler zu erhalten, die niedrige Herstellungskosten und verbesserte Wärmeableiteigenschaften aufweisen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht, die eine Wärmesenke gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
2 ist eine Draufsicht, die eine isolierende Folie veranschaulicht.
3 ist eine Draufsicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem die isolierende Folie von der Wärmesenke überlagert ist.
4 ist eine Draufsicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem die wärmeleitenden Elemente von der isolierenden Folie überlagert sind.
5 ist eine Draufsicht, die eine Schaltungsanordnung ohne elektronische Komponenten veranschaulicht.
6 ist eine auseinandergezogene Querschnittsansicht entlang der Linie A-A aus 5.
7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A aus 5.
8 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer Schaltungsbaugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 wird eine Ausführungsform beschrieben.
Ein elektrischer Verteiler 10 der vorliegenden Ausführungsform ist mit einer Schaltungsbaugruppe 11, die eine Leiterplatte 12 und eine Wärmesenke 25 aufweist, und einem Kunststoffgehäuse 40 versehen, in dem die Schaltungsbaugruppe 11 untergebracht ist (siehe 5). Es sei angemerkt, dass in der nachstehenden Beschreibung die obere Seite in 7 als „Vorderseite“ oder „Oberseite“ und die untere Seite in 7 als „rückwärtige Seite“ oder „Unterseite“ bezeichnet wird.
Wie in 7 gezeigt ist, ist die Schaltungsbaugruppe 11 mit der Leiterplatte 12, elektronischen Komponenten 20, die auf der vorderen Fläche (oberen Fläche in 1) der Leiterplatte 12 angeordnet sind, und der Wärmesenke 25 versehen, die auf der rückwärtigen Fläche (untere Fläche in 1) der Leiterplatte 12 angeordnet ist.
Wie in 5 gezeigt ist, ist die Leiterplatte 12 rechteckig und weist eine Ausgestaltung auf, bei welcher auf der vorderen Fläche eines isolierenden Substrats 13 durch gedruckte Verdrahtung ein leitender Schaltkreis (nicht gezeigt) ausgebildet ist und auf der rückwärtigen Fläche des isolierenden Substrats 13 mehrere Sammelschienen 16 in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind. Die mehreren Sammelschienen 16 sind im Wesentlichen rechteckig und werden durch Pressen einer Metallplatte in vordefinierte Formen ausgebildet. Die Leiterplatte 12 weist an vier Ecken und in ihrer Mitte Substratfixierungslöcher 15 auf, durch welche jeweils Schrauben 38 (ein Beispiel für das Fixierungselement) zum Fixieren der Leiterplatte 12 an der Wärmesenke 25 geführt sind.
Die elektronischen Komponenten 20 wie etwa Relais sind auf der vorderen Fläche der Leiterplatte 12 angeordnet. Wie in den 5 und 7 gezeigt ist, weist das isolierende Substrat 13 an Positionen davon, an welchen die elektronischen Komponenten 20 angeordnet sind, Verbindungsöffnungen 14 zur Verwendung beim Montieren der elektronischen Komponenten 20 auf den Sammelschienen 16 auf, und Anschlussbeine der elektronischen Komponenten 20 sind durch zum Beispiel ein bekanntes Verfahren wie Löten elektrisch mit Kontaktflecken 17 des leitenden Schaltkreises oder der vorderen Flächen der Sammelschienen 16, die durch die Verbindungsöffnungen 14 freiliegen, verbunden.
Die Wärmesenke 25 ist an der unteren Flächenseite (rückwärtige Flächenseite) der Sammelschienen 16 der Leiterplatte 12 angeordnet (siehe 7). Die Wärmesenke 25 ist ein plattenförmiges Element, das aus einem Metallmaterial wie etwa Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit exzellenter Wärmeleitfähigkeit ausgebildet ist und die Funktion aufweist, Wärme abzuleiten, die durch die Leiterplatte 12 und die elektronischen Komponenten 20 erzeugt wird. Die Wärmesenke 25 weist an Positionen der Wärmesenke 25, die den vorstehend beschriebenen Substratfixierungslöchern 15 entsprechen, Wärmesenke-Fixierungslöcher 26 auf.
Eine isolierende Folie 30 zum Isolieren der Wärmesenke 25 gegen die Leiterplatte 12 (Sammelschienen 16) ist von der oberen Fläche der Wärmesenke 25 überlagert. Die isolierende Folie 30 weist eine Größe auf, die ein wenig kleiner als die obere Fläche der Wärmesenke 25 ist und ein geeignetes Haftvermögen aufweist, so dass sie an der Wärmesenke 25 fixierbar ist. Weiterhin weist die isolierende Folie 30 an Positionen, die den Wärmesenke-Fixierungslöchern 26 entsprechen, Folienfixierungslöcher 31 auf, die die isolierende Folie 30 durchdringen.
Weiterhin sind zwischen der isolierenden Folie 30 und den Regionen der Sammelschienen 16, die den elektronischen Komponenten 20 entsprechen, wärmeleitende Elemente 35 angeordnet (siehe 5 und 7). Bei der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei den wärmeleitenden Elementen 35 beispielsweise um ein Klebemittel mit Viskosität.
Im Nachstehenden wird ein Beispiel für Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Verteilers 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Zunächst wird auf der oberen Fläche der Leiterplatte 12, auf deren vorderen Fläche der leitfähige Schaltkreis durch Siebdruck ausgebildet wird, und auf deren rückwärtiger Fläche die Sammelschienen 16 in einem vorbestimmten Muster angeordnet werden, durch Siebdruck auf vorbestimmte Positionen Lot aufgebracht. Sodann werden die elektronischen Komponenten 20 an den vorbestimmten Positionen platziert, und es wird ein Aufschmelzlötvorgang ausgeführt. Demgemäß wird ein Zustand erreicht, in dem die elektronischen Komponenten 20 auf der vorderen Flächenseite der Leiterplatte 12 montiert sind (siehe 6).
Sodann wird die isolierende Folie 30 auf der oberen Fläche der Wärmesenke 25 platziert, und die isolierende Folie 30 und die Wärmesenke 25 werden insgesamt derart gegeneinander gedrückt, dass sie in engen Kontakt miteinander gebracht und aneinander fixiert werden (siehe 3). Anschließend werden die wärmeleitenden Elemente 35 auf die Regionen der isolierenden Folie 30 aufgebracht, die den elektronischen Komponenten 20 entsprechen, wenn die Leiterplatte 12 darüber liegt (siehe 4), und dann wird die Leiterplatte 12, auf welcher die elektronischen Komponenten 20 montiert sind, von oben darauf gelegt. Zu diesem Zeitpunkt werden die wärmeleitenden Elemente 35 zwischen der unteren Fläche der Leiterplatte 12 (Sammelschienen 16) und der oberen Fläche der isolierenden Folie 30 breitgedrückt und in engen Kontakt mit beiden Komponenten gebracht.
Sodann werden durch die Substratfixierungslöcher 15, die Folienfixierungslöcher 31 und die Wärmesenke-Fixierungslöcher 26 geführt, die miteinander in Verbindung stehen, die Schrauben 38 geführt und mit Muttern 39 (ein Beispiel für das Fixierungselement) festgezogen. Demgemäß wird die Schaltungsbaugruppe 11 erhalten, bei welcher die Leiterplatte 12 und die Wärmesenke 25 aneinander fixiert sind (siehe 5 bis 7). Es sei darauf hingewiesen, dass in 5 die montierten elektronischen Komponenten 20 nicht dargestellt sind, um die Positionsbeziehung zwischen den wärmeleitenden Elementen 35 und den Verbindungsöffnungen 14 und den Kontaktflecken 17 klarer zu verdeutlichen.
Als Letztes wird die Schaltungsbaugruppe 11 in dem Gehäuse 40 untergebracht, und es ergibt sich der elektrische Verteiler 10.
Im Nachstehenden werden die Funktionen und Effekte der Schaltungsbaugruppe 11 und des elektrischen Verteilers 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Bei der Schaltungsbaugruppe 11 und dem Verteiler 10 der vorliegenden Ausführungsform gewährleistet die isolierende Folie 30 die Isolation zwischen Wärmesenke 25 und Leiterplatte 12 (Sammelschienen 16). Verglichen mit der herkömmlichen Ausgestaltung, bei welcher eine isolierende Schicht aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt ist und die Herstellungskosten aufwirft, ist es demgemäß möglich, die Schaltungsbaugruppe 11 und den elektrischen Verteiler 10 kostengünstig herzustellen.
Weiterhin weisen die Wärmesenke 25 und die Leiterplatte 12 eine Ausgestaltung auf, bei welcher sie durch Festziehen der Schrauben 38 mit den Muttern 39 aneinander fixiert sind. Zu diesem Zeitpunkt kann zwischen der Wärmesenke 25 und der Leiterplatte 12, die beide plattenförmig sind, ein Spalt entstehen, und in einem solchen Falle besteht ein Risiko, dass die Wärmeleitfähigkeit abnimmt. Da jedoch gemäß der vorliegenden Ausführungsform die wärmeleitenden Elemente 35 zwischen der Wärmesenke 25 und der Leiterplatte 12 angeordnet und in engem Kontakt mit sowohl der Wärmesenke 25 als auch der Leiterplatte 12 sind, wird von der Leiterplatte 12 erzeugte Wärme von den wärmeleitenden Elementen 35 unmittelbar auf die Wärmesenke 25 übertragen und abgeleitet.
Da weiterhin, wie vorstehend beschrieben, die Wärmesenke 25 und die Leiterplatte 12 durch Festziehen der Schrauben 38 mit den Muttern 39 miteinander fixiert sind, müssen die wärmeleitenden Elemente 35 nicht notwendigerweise Haftvermögen aufweisen, und es ist einfach, ein Material auszuwählen.
Da weiterhin eine Ausgestaltung realisiert wird, bei welcher die wärmeleitenden Elemente 35 lediglich in Regionen vorgesehen sind, die den Regionen der Leiterplatte 12 entsprechen, auf welchen die elektronischen Komponenten 20 montiert sind, ist es möglich, die von den elektronischen Komponenten 20 erzeugte Wärme unmittelbar auf die Wärmesenke 25 zu übertragen, dabei die benötigte Menge an wärmeleitenden Elementen 35 zu reduzieren und gleichzeitig einen hohen Wärmeableiteffekt zu erzielen.
Mit anderen Worten ist es möglich, die Schaltungsbaugruppe 11 und den elektrischen Verteiler 10 zu erhalten, die niedrige Herstellungskosten und verbesserte Wärmeableiteigenschaften aufweisen.
Andere Ausführungsformen
Die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte technische Lehre ist nicht auf die anhand der Zeichnung in der Beschreibung erläuterte Ausführungsform beschränkt, sondern umfasst diverse Modifikationen, von denen einige nachstehend beispielhaft beschrieben sind.

(1) Die vorstehend beschriebene Ausführungsform weist eine Ausgestaltung auf, bei welcher die wärmeleitenden Elemente 35 lediglich an den Positionen vorgesehen sind, die den elektronischen Komponenten 20 entsprechen, aber es ist, wie in 8 gezeigt, auch eine Ausgestaltung denkbar, bei welcher ein wärmeleitendes Element 55 auf der gesamten oberen Fläche der Wärmesenke 25 vorgesehen ist.
(2) Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform handelt es sich bei den wärmeleitenden Elementen 35 um ein Klebemittel mit Haftvermögen, aber es kann auch ein anderes Element (wie zum Beispiel eine gelartige Folie) benutzt werden, solange es leicht verformbar ist und in engen Kontakt mit der Leiterplatte 12 (den Sammelschienen 16) und der isolierenden Folie 30 kommt, so dass es einen Spalt dazwischen füllen kann. Somit sind die wärmeleitenden Elemente 35 nicht auf die der vorstehend beschriebenen Ausführungsform beschränkt.
(3) Die Positionen der Schrauben 38 zum Fixieren der Leiterplatte 12 an der Wärmesenke 25 sind nicht auf die der vorstehend beschriebenen Ausführungsform beschränkt, und die Schrauben 38 können an anderen Positionen je nach Festigkeit der Leiterplatte 12 vorgesehen sein. Weiterhin ist auch die Anzahl Schrauben 38 nicht auf die der vorstehend beschriebenen Ausführungsform beschränkt.

Bezugszeichenliste

10: elektrischer Verteiler
11: Schaltungsbaugruppe
12: Leiterplatte
14: Verbindungsöffnung
16: Sammelschiene
20: elektronische Komponente
25: Wärmesenke
30: isolierende Folie
35: wärmeleitendes Element
38: Schraube (Fixierungselement)
39: Mutter (Fixierungselement)
40: Gehäuse

Claims

Schaltungsbaugruppe, aufweisend: eine Wärmesenke, eine isolierende Folie, die auf der Wärmesenke platziert ist, und eine Leiterplatte, die über die isolierende Folie auf der Wärmesenke platziert ist, wobei die Leiterplatte mittels eines Fixierungselements an der Wärmesenke fixiert ist und ein wärmeleitendes Element zwischen der isolierenden Folie und der Leiterplatte angeordnet ist.
Schaltungsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei eine elektronische Komponente auf einer Fläche der Leiterplatte montiert ist, die von einer Seite, auf welcher die Wärmesenke angeordnet ist, abgewandt ist, und das wärmeleitende Element in einer Region vorgesehen ist, die einer Region der Leiterplatte entspricht, auf welcher die elektronische Komponente montiert ist.
Schaltungsbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die Region der Leiterplatte, auf welcher die elektronische Komponente montiert ist, zwischen einem Anschlussbein und einem weiteren Anschlussbein der elektronischen Komponente vorgesehen ist.
Elektrischer Verteiler, bei welchem die Schaltungsbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in einem Gehäuse untergebracht ist.