DE1439308A1 - Elektrisches Geraet,bestehend aus einer gedruckten Schaltungsplatte,die mit einem Kuehlkoerper verbunden ist - Google Patents

Elektrisches Geraet,bestehend aus einer gedruckten Schaltungsplatte,die mit einem Kuehlkoerper verbunden ist

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DE1439308A1
DE1439308A1 DE19631439308 DE1439308A DE1439308A1 DE 1439308 A1 DE1439308 A1 DE 1439308A1 DE 19631439308 DE19631439308 DE 19631439308 DE 1439308 A DE1439308 A DE 1439308A DE 1439308 A1 DE1439308 A1 DE 1439308A1
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DE
Germany
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heat sink
plate
electrical device
insulating
components
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Application number
DE19631439308
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English (en)
Inventor
Hans Donath
Raffler Dipl-Ing Erich
Fritz Toth
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20509Multiple-component heat spreaders; Multi-component heat-conducting support plates; Multi-component non-closed heat-conducting structures

Description

  • Elektrisches Gerät, bestehend aus einer gedrückten Schaltungsplatte, die mit einem Kühlkörper verbunden ist Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Gerät, bestehend aus einer nachrichtentechnische Bauelemente und ihre Verbindungen tragenden Platte aus Isolierstoff, vorzugsweise einer Platte mit gedruckter Schaltung, in deren Stromkreisen, thermisch hochbelastete Bauelemente, insbesondere Transistoren enthalten sind,. denen ein besonderer, metallischer Kühlkörper zugeordnet ist.
  • Bei einem derartigen elektrischen Gerät besteht die Erfindung darin, daß der metallische Kühlkörper plattenförmig ausgebildet ist und in der Plattenebene verlauf ende rohrförmige Hohlräume hat, die dem Durchtritt von Kühlluft dienen, und daß dieser plattenförmige Kühlkörper mechanisch gegen die die anderen Bauelemente der Schaltung tragenden Isolierstoffplatten abgestützt ist.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß für Halbleiterelemente, insbesondere für solche mit genormten Anschlußflanschen, die der Isolierstoffplatte zugewandten Oberflächen des Kühlkörpers schlitzförmig durchbrochen sind und in die dadurch entstandenen Öffnungen die Anschlüsse der Halbleiterbauelemente unter Bildung von Schleifen hineinragen und daß diese Anschlüsse zur Verbindung mit der Isolierstoffplatte zu dieser hochgezogen sind.
  • 6 Bei manchen Anwendungsfällen kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn die Anschlußdrähte durch entsprechende Öffnungen in'beiden Plattenoberflächen hindurchgeführt und auf der dem wärmespendenden Elementgegenüberliegenden Seite der Platte mit der dort vorgesehenen Schaltungsplatte verbunden werden.
  • Soll der Kühlkörper gemäß einer Weiterbildung der Erfindung gleichzeitig als Frontplatte für das elektrische Gerät dienen, so ist es zweckmäßig die schaltungstragende Isolierstoffplatte bzw. -Platten auf der Rückseite des Kühlkörpers zu befestigen und Durchbrüche in beiden Plattenoberflächen vorzusehen, duzch die Antriebselemente für veränderbare Bauelemente auf der Schaltungsplatte hindurchgeführt werden können. Vorteilhaft besteht der Kühlkörper aus einem im Strangpreßverfahren oder einem ähnlichen Verfahren hergestellten Profilkörper.
  • lachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Kühlkörper für nicht näher dargestellte wärmeezzeugende Bauelemente einer elektrischen Schaltung gezeigt, der aus zwei, sich parallel gegenüberstehenden Platten 1 und 2 besteht, die über Querstege 3 miteinander verbunden sind. Dieses Profil läßt sich am einfachsten durch ein Strangpreßverfahren aus einem gut wärmeleitenden Metall, beispielsweise einer Aluminiumlegierung, in an sich bekannter Weise herstellen. Die Platte 2 dieses Kühlkörpers kann wie in der Fig. 1 ersichtlich gleichzeitig als Frontpiatte eines Gerätes dienen. Zur Befestigung dieses .
  • Kühlkörpern mit dem Gehäuse eines Gerätes oder einem etea vorhandenen weiteren Chassis am Gehäuse sind in diesem Kühlkörper Bohrungen, z.B. 8 vorgesehen, durch die Verbindungsschrauben oder dergleichen hindurchgeführt werden. Dia Frontplätte kann auch mit einer Beschriftung 4 versehen werden. Wie aus den folgenden Figuren ersichtlich, ist hinter der Platte 1 eine Isolierstoffplatte angeordnet, die nur wenig Wärme erzeugenden Bauelemente der Schaltung trägt. Auf dieser Schaltungsplatte können auch einstellbare Bauelemente, wie Potentiometer, Drehkondensatoren uswv. befestigt sein. Zur Betätigung dieser einstellbaren Bauelemente werden durch Bohrungen in beiden Platten 1 und 2, deren Betätigungsachsen durch die Frontplatte geführt. Ein solches Bedienungselement ist in der Figur 1 mit 6 bezeichnet. In den rohrförmigen Hohlräumen 7 des Kühlkörpers können außerdem Anzeigelampen oder ähnliche Signalelemente untergebracht sein. Zur Beobachtung dieser Elemente sind an entsprechenden Stellen der Frontplatte 2, Durchbrechungen 5 vorgesehen.
  • Die Figur 2 zeigt eine-andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlkörpers. Die rohrförmigen Hohlräume haben hierbei eine Querschnittsfläche ähnlich einer Kreisfläche.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach der Figur 3 sind in einen Kühlkörper nach der Figur 1 zur weiteren Verbesserung der Wärmeabführung in Längserstreckung der rohrförmigen Hohlräume ? etwa S-förmig gebogene Bleche 1® eingebracht. Diese Bleche . können beispielsweise aus Federbronze bestehen und sind zur besseren Auflage an den Innenflächen des Kühlkörpers mit Auflageflächen 12 versehen. Die Bleche können bei dieser Ausführungsform im Bedarfsfall jederzeit nachträglich in die Hohlräume eingeschoben werden. Es ist andererseits aber auch daran gedacht, die Bleche schon von vorneherein vorzusehen. Ein erfindungsgemäßer Kühlkörper kann an sich rohrförmige Hohlräume beliebigen Profils enthalten. Die in den Figuren 1 und 2 gezeigten Profile haben sich jedoch sowohl in der Herstellung, als auch bei der nachstehend geschilderten Anwendung als besonders günstig erwiesen.
  • Die in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Kühlkörperformen dienen zur Wärmeabführung von hochbelasteten Bauelementen eines elektrischen Gerätes. Die übrigen Bauelemente der Schaltung sind auf einer Isolierstoffplatte angebracht, die vorzugsweise mit einer gedruckten Schaltung versehen ist. Diese Kombination ist in der Figur 4 im Querschnitt dargestellt. Der Kühlkörper 13 ist mit der Isolierstoffplatte 15 über Abstandshalter 14 mechanisch durch nicht dargestellte Schrauben oder dgl. fest verbunden. Auf dienen Kühlkörper ist durch Schrauben 18 oder dgl. ein Transistor 16 befestigt. Wie in der Figur 1 schon gezeigt, kann die eine Seite 19 des Kühlkörpers als Frontplatte des Gerätes ausgestaltet werden, in diesem Falle stellt die die Schaltungsplatte tragende Platte des Kühlkörpers dessen Rückseite dar. Die Anschlüsse 17 des Bauelementes, in diesem ,Fall einen, Tranaiators, werden umgebogen, durch Bohrungen in. der rückwärtigen Platte 19a zur elektrischen Schaltungsplatte 15 hochgezogen und dort vordrahtet. Diese Ausführung ist besonders günstig, wenn Transistoren oder Halbleiterbauelemente mit genormten Anschlußflanschen verwendet werden. Bei diesen Anschlußflanschen liegen, wie in Figur 5 dargestellt, die Anschlußdrähte 9 in einer Ebene Außerdem sind zur Befestigung dieser Halbleiterbauelemente Gewindebohrungen ga in den Boden des Gehäuses eingelassen, Die Ebenen, in denen die Anschlußdrähte und in denen die Befestigungsschrauben angebracht sind, liegen hierbei senkrecht zueinander. Bei diesen Ausführungen der Anschlußflansche der Halbleiterbauelemente, iot cdie in Figur 6 dargestellte Anordnung eines Transistors auf einem Kühlkörper der geschilderten Art sehr vorteilhaft. Die Figur 6 zeigt einen Kühlkörper 13 im Längsschnitt, der etwa in der Mitte eines rohrförmigen Hohlraumes 7 durchgeführt ist. Aus der einen Platte des Kühlkörpers ist eine schmale schlitzförmige Öffnung 20, z.B. durch Fräsen herausgearbeitet. Durch diesen Schlitz sind die Anschlußdrähte 17 des Transistors 16 geführt. Die Ebene der Befestigungsschrauben 18 liegt senkrecht zur Schnittebene. Die Befestigung von Transistoren mit Überwurfschellen, kann auf ähnliche Weise durchgeführt werden.
  • Eine weitere günstige Lösung zur Befestigung und Vordrahtung der Transistoren ist in der Figur 7 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der Transistor 16 auf=' der einen Plattenoberfläche des Kühlkörpers 13 befestigt, während auf der gegenüberliegenden Plattenoberfläche die die übrigen Bauelemente der Schaltung tragende Isolierstoffplatte 15 angeordnet ist. Die Anschlußdrähte 17 sind in diesen Falle durch Bohrungen in beiden Platten des Kühlkörpers von der einen auf die andere Seite hindurchgezogen. Die Bohrungen können bei dieser Ausführungsform der Lage der Anschlußdrähte leicht angepaßt werden.
  • Sowohl bei der in Figur 4 wie auch bei der in Figur 7 gezeigten Anordnung von Transistprkühlkörper und Schaltungsplatte, können in vorteilhafter Weise auch uuf beiden Spiten des Kühlkörpers Schaltungsplatten (z.B. 15 in Fig.4). angebracht woien.
  • Zur Ableitung gqößerer pxWärmemengen, bei pehr hochbelafteteh Halbleiterbauelementen, können mehrere Kühlkörper Platte an Platte aneinandergefügt und fest@niteinander verbunden werden. Es ist zweckmäßig, in allen vorgenannten Fällen die Kühlkörper im Gerät so anzuordnen, daß die rohrförmigen Hohlräume im Gerät senkrecht verlaufen. Dadurch wird eine gute Kaminwirkung und damit Kühlung der Bauelemente erzielt.
  • Ein elektrisches gerät mit erfindungsgemäß ausgebildeter Küh@@ung, läßt sich bei Anordnung in einem Gerätegestell bzw. ßestellschrank mit Vorteil unmittelbar hinter deren Türen anbringen. In der Figur 6 ist zur Erläuterung hierfür in einem horizontalen Schnitt ein Teil der Gestellschranktür und eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers gezeigt. Der Kühlkörper ist mit 21 bezeichnet. Die Frontplatte 24 desselben grenzt unmittelbar an die nur teilweise im Schnitt dargestellte Gehäusetür 23 an. Neben der raumsparenden Anordnung, die dadurch erreicht wird, kann man durch zusätzlich angebrachte Federelemente in Bandform 22 dafür-sorgen, daß eine zusätzliche Wärmeabführung von dem Kühlkörper zu der aus Metall bestehenden Gestellschranktür 23 erzielt wird. Diese Anordnung ist also besonders günstig bei den Gestellsahränken und metallischen Schutzgehäusen, die für die Unterbringung elektrischer Geräte, insbesondere bei der-Richtfunktechnik und bei mobilen elektrischen Anlagen vorgesehen sind.
  • Die Kühlkörper nach der Erfindung können außerdem mit einem Gebläse zusammenarbeiten, da die rohrförmigen Hohlräume in den Kühlkörpern eine geschlossene Luftführung erlauben. Dadurch können auf sehr einfache Weise mehrere übereinander gesetzte mit Kühlluft versorgt werden. Dabei empfiehlt es sich in manchen Fällen die einen großen Kühlluftbedarf aufweisenden Einheiten dem Kühllufteintritt benachbart anzuordnen.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausbildung von Kühlkörpern und deren Zusammenbau mit elektrischen Schaltungseinheiten ergeben sich somit insbesondere folgende Vorteile: Die Befestigung von Halbleiterbauelementen am Kühlkörper ist auf sehr einfache Art möglich, z.B. wie in Figur 6 dargestellt. Der Kühlkörper kann auf sehr einfache Weise z.B. durch ein . Strangpreßverfahren hergestellt werden. Er ergibt gute Bearbeitungsmöglichkeiten, da ein Ausweichen der Querbleche (z.B. 3 in Fig.1) Beim Sägen, Fräsen und dergleichen kaum eintritt. Die Anordnung hat eine große Steifigkeit, wodurch sich zusätzliche Befeatigungsbleche für die Halterung der Isolieratoffplatten erübrigen. Der Kühlkörper läßt sich für die Bearbeitung in Werkzeugmaschinen ohne Schwierigkeiten fest einspannen. Zur Vergrößerung der Kühloberfläche ist ein Aneinanderschichten von Kühlkörpern in größerer Anzahl leicht. Bei den erläuterten Anordnungen läßt sich außerdem eine kurze Leitungsführung bei günstiger Anordnung der Transistoren erzielen. Schließlich ergeben sich noch Vorteile, die bei den einzelnen Anordnungen bereits aufgezeigt wurden.

Claims (6)

  1. Patentansprüche 1 Elektrisches Gerät, bestehend aus einer nachrichtentechnische Bauelemente und ihre Verbindungen tragenden Platte aus Isolierstoff, vorzugsweise einer Platte mit gedruckter Schaltung, in deren Stromkreisen, thermisch hochbelastete Bauelemehte, insbesondere Transistoren enthalten sind, denen ein besonderer, metallischer Kühlkörper zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Kühlkörper plattenförmig ausgebildet ist und in der Plattenebene verlaufende rohrförmige Hohlraume hat, die dem Durchtritt von Kühlluft dienen, und daß dieser plattenförmige Kühlkörper mechanisch gegen die die anderen Bauelemente der Schaltung tragenden Isolierstoffplatten abgestützt ist.
  2. 2. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für Halbleiterbauelemente mit genormten Anschlußflanschen im Bereich vder röhrenförmigen Hohlräume, in die der Isolierstoffplatte zugewandten Oberfläche des Kühlkörpers, vorzugsweise schlitzförmige Öffnungen eingebracht sind, in die die Anschlußdrähte der Halbleiterlbauelemente Schleifen bildend hineinragen und zur Verbindung mit der Isolierstoffplatte nach oben hochgeogen sind. .
  3. 3. Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Isolierstoffplatte abgewandte freie Oberfläche dss Kühlkörpers als Frontplatte ausgebildet ist und mit einer Beschriftung versehen ist.
  4. 4. Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Kühlkörper mit aneinanderliegenden freien Plattenebenen zusammengefügt sind.
  5. 5. Elektrischen Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkörper im Gerät so angeordnet Bind, daß die rohrförmigen Hohlräume senkrecht verlaufen.
  6. 6. Elektrisches Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkörper in einem kontinuierlichen Verfahren, insbesondere einem Strangpreßverfahren aus einer Aluminiumleglerung hergestellt sind.
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