DE19914497A1 - Wärmeableitender Sockel für Bauelementträger - Google Patents
Wärmeableitender Sockel für BauelementträgerInfo
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Abstract
Eine Anordnung zur thermischen Ankopplung von elektrischen Bauelementen (4a, 4b, 4c, 4d) an eine als Wärmesenke wirkende Gehäusegrundplatte (1) weist einen Bauelementträger (3) auf, der auf einem auf der metallischen Gehäusegrundplatte (1) vorgesehenen metallischen Sockel (2) angebracht ist. An der Oberseite des Bauelementträgers (3) sind elektrische Bauelemente (4a, 4b, 4c) angeordnet. Der metallische Sockel (2) weist wenigstens eine oberflächenseitige Ausnehmung (10) auf, in welcher ein an der Unterseite des Bauelementträgers (3) anbringbares elektrisches Bauelement (4d) aufnehmbar ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur thermischen Ankopp
lung von dissipativen elektrischen Bauelementen an eine als
Wärmesenke wirkende Gehäusegrundplatte.
Aus den europäischen Patentanmeldungen EP 0 489 958 A1 und
EP 0 085 622 A2 sind bereits verschiedene Maßnahmen zur Abfüh
rung der Verlustwärme von dissipativen elektrischen Bauele
menten zu einem Gehäuse bekannt.
Eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in
der deutschen Patentanmeldung DE 197 13 657 A1 beschrieben.
Diese Anordnung erfüllt die in der Praxis gestellten Anforde
rungen hinsichtlich des Abtransports der von den Bauelementen
erzeugten Verlustwärme. Nachteilig sind jedoch die verhält
nismäßig großen seitlichen Abmessungen der Anordnung, die
entsprechend großvolumige Gehäuse erforderlich machen. Ein
weiterer Nachteil besteht darin, daß der für die Bauelemente
verfügbare Platz auf dem Bauelementträger bereits nach dem
Entwurf der Gehäusegrundplatte mit Sockel nicht mehr erwei
terbar ist, da aus Gründen einer guten Wärmeableitung der
Bauelementträger später nicht über den Sockel überstehen
darf. Dies hat zur Folge, daß die nachträgliche Montage ei
nes elektrischen Bauelements auf dem Bauelementträger aus
Platzmangel häufig nicht mehr möglich ist, oder aber eine ge
wünschte Bestückungsvariabilität des Bauelementträgers nur
durch eine vorsorglich großzügige Dimensionierung des Sockels
erreichbar ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Anordnung zur thermischen Ankopplung von dissipativen elek
trischen Bauelementen an ein Gehäuse zu schaffen, die bei
weiterhin gewährleisteter Wärmeabfuhr kleine seitliche Gehäu
sedimensionen ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäß beidseitige Bestückbarkeit des Bau
elementträgers kann dessen Grundfläche im Vergleich zu dem
Fall einer ausschließlich oberflächenseitigen Bestückbarkeit
reduziert werden. Dies ermöglicht eine entsprechende Ver
kleinerung der Sockelgrundfläche und in Folge davon eine Ver
kleinerung des gesamten Gehäuses. Dabei kann die Ausnehmung
als "Reserve"-Bestückungsplatz vorgesehen sein, der nur im
Bedarfsfall - beispielsweise bei einer nachträglichen Schal
tungserweiterung oder beim Vorsehen mehrerer Schaltungsaus
führungen mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen - in An
spruch genommen wird.
Vorzugsweise ist der metallische Sockel als ein von der Ge
häusegrundplatte separates Teil ausgebildet.
Bevorzugt wird ein als Keramiksubstrat ausgebildeter Bauele
mentträger eingesetzt, da er hohen thermischen und mechani
schen Beanspruchungen standhält.
Vorzugsweise ist der Bauelementträger mittels eines Wärme
leitklebers auf dem metallischen Sockel aufgeklebt. Damit
wird die Lage des Bauelementträgers fixiert und außerdem eine
gute Wärmeabfuhr gesichert.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht
darin, daß der metallische Sockel mittels Befestigungselemen
ten in der Grundplatte verankert ist. Hierfür sind insbeson
dere Schraubglieder bevorzugt, da sie die Anwendung hoher Be
festigungskräfte erlauben. Durch hohe Befestigungskräfte
kann der Anpreßdruck-abhängige Wärmeübergangswiderstand zwi
schen Sockel und Gehäusegrundplatte wirksamen vermindert wer
den.
Allgemein wird die thermische Ankopplung der elektrischen
Bauelemente an die Gehäusegrundplatte bei einer Verminderung
der Sockelhöhe verbessert. Aus diesem Grund kann eine gerin
ge Sockelhöhe vorteilhaft sein, wobei die Ausnehmung den Sockel
vollständig durchlaufen kann und sich gegebenenfalls so
gar in die Gehäusegrundplatte fortsetzt.
Sofern mehrere Ausnehmungen vorgesehen sind, in denen ver
schiedene elektrische Bauelemente mit unterschiedlichen Bau
elementhöhen untergebracht werden sollen, ist es günstig, die
entsprechenden Ausnehmungen mit an die Bauelementhöhen ange
paßten, unterschiedlichen Aufnahmetiefen auszustatten.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand
der Zeichnung erläutert. In dieser zeigt die einzige Figur
eine schematische, teilweise aufgeschnittene Seitenansicht
eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung
mit hinzugefügtem Gehäusedeckel in Querschnittansicht.
Auf eine Gehäusegrundplatte 1 ist ein metallischer Sockel 2
aufgesetzt, auf dessen Oberfläche ein Bauelementträger 3 an
gebracht ist. Auf dem Bauelementträger 3 ist eine elektri
sche Schaltung realisiert, die dissipative elektrische Bau
elemente 4a, 4b, 4c unterschiedlicher Größe und unterschied
licher Verlustwärmeentwicklung umfaßt.
Die elektrische Schaltung steht über Bonddrähte 5 mit Kon
taktpads 6 in Verbindung, die elektrische Leiterbahnen (nicht
dargestellt) einer den metallischen Sockel 2 allseitig umge
benden flexiblen Leiterplatte 7 elektrisch kontaktieren.
Oberhalb der Gehäusegrundplatte 1 ist ein Gehäusedeckel 8
dargestellt, der zusammen mit der Gehäusegrundplatte 1 ein
die elektrische Schaltung einschließendes Gehäuse bildet.
Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Getriebe- oder Mo
torsteuergerät zum Verbau in einem Getriebe/Motor handeln.
Zur Abdichtung des Gehäuseinnenraums gegenüber einem Umge
bungsmedium (Öl, Benzin, Wasser) ist eine in einer Gehäuse
deckelnut eingelegte umlaufende Dichtung 9 vorgesehen, die
bei zusammengefügter Gehäusegrundplatte 1 und Deckel 8 eine
dichte Anlage an der darunterliegenden flexiblen Leiterplatte
7 ausbildet.
Der metallische Sockel 2 ist mit einer oberflächenseitigen
Ausnehmung 10 versehen, die in dem hier dargestellten Bei
spiel den metallischen Sockel 2 vollständig durchläuft. Die
Ausnehmung 10 kann als randseitige Materialaussparung oder im
Vollmaterial des Sockels 2 gebildet sein. In der Ausnehmung
10 ist ein weiteres elektrisches Bauelement 4d untergebracht,
das an der Unterseite des Bauelementträgers 3 befestigt ist.
Die elektrische Verbindung des Bauelements 4d mit der elek
trischen Schaltung auf der Oberseite des Bauelementträgers 3
wird mittels Durchkontaktierungen realisiert.
Der Bauelementträger 3 kann in Form eines mechanisch stabilen
und thermisch beständigen Keramiksubstrats (LTCC) realisiert
sein.
Die Gehäusegrundplatte 1 wirkt als Wärmesenke für die in den
elektrischen Bauelementen 4a, 4b, 4c, 4d im Betrieb entwic
kelte Verlustwärme. Um eine möglichst effiziente Wärmeabfuhr
zu bewirken, ist der Bauelementträger 3 (mit Ausnahme des Ab
schnitts, an dem das elektrische Bauelement 4d montiert ist)
ganzflächig mit einem wärmeleitfähigen Kleber an dem metalli
schen Sockel 2 angeklebt.
Ferner sind die seitlichen Abmessungen des metallischen Soc
kels 2 größer oder zumindest genau so groß wie die seitlichen
Abmessungen des Bauelementträgers 3, so daß an jeder Stelle
des Bauelementträgers 3 eine Wärmeableitung über den Sockel 2
möglich ist.
Der metallische Sockel 2 sowie die Gehäusegrundplatte 1 und
der Deckel 8 können beispielsweise aus Aluminium bestehen.
Ein weiterer wichtiger Aspekt zur Verbesserung der Wärmeab
fuhr von den elektrischen Bauelementen 4a, 4b, 4c, 4d (Wärme
quellen) zu der Gehäusegrundplatte 1 (Wärmesenke) betrifft
die Minimierung des Wärmeübergangswiderstands zwischen dem
metallischen Sockel 2 und der Gehäusegrundplatte 1. Zu die
sem Zweck kann zwischen dem metallischen Sockel 2 und der Ge
häusegrundplatte 1 ebenfalls ein Wärmeleitkleber vorgesehen
sein, und der metallische Sockel 2 kann ferner über Schraub
glieder 11 fest und vollflächig an die Gehäusegrundplatte 1
angepreßt werden.
Zur mechanischen Sockelpositionierung kann ein Zentrierstift
12 und/oder ein grundplattenseitiger Zentriervorsprung 13
eingesetzt werden.
Sofern zur (temporären) Speicherung von Verlustwärme eine ho
he Wärmekapazität benötigt wird, kann diese durch eine ent
sprechend große Masse des metallischen Sockels 2 bereitge
stellt werden. In diesem Fall kann der Sockel 2 eine größere
Höhe aufweisen, und die Ausnehmungen 10 können in Art von
Sacklöchern ausgebildet sein.
Ferner muß die den Sockel 2 tragende Gehäusegrundplatte 1
nicht den Gehäuseboden darstellen sondern kann eine Seiten
wand oder Deckenwand des Gehäuses bilden.
Mit der vorstehend beschriebenen Anordnung ist es insbesonde
re möglich, eine große Anzahl von Leistungsbauelementen 4a,
4b, 4c, 4d in kompakter Weise auf einem Bauelementträger 3 zu
montieren und trotzdem strenge Anforderungen an Wärmeabfuhr
und Widerstandsfähigkeit gegen Erschütterungen und sonstigen
Beanspruchungen im rauhen Betrieb zu erfüllen.
Claims (8)
1. Anordnung zur thermischen Ankopplung von dissipativen
elektrischen Bauelementen (4a, 4b, 4c, 4d) an eine als Wärme
senke wirkende metallische Gehäusegrundplatte (1), mit
- - einem Bauelementträger (3), an dessen Oberseite elektrische Bauelemente (4a, 4b, 4c) angeordnet sind, und
- - einem auf der metallischen Gehäusegrundplatte (1) vorgese henen metallischen Sockel (2), auf dem der Bauelementträger (3) angebracht ist,
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der metallische Sockel (2) als ein von der Gehäusegrund
platte (1) separates Teil ausgebildet ist.
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bauelementträger (3) ein Keramiksubstrat ist.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bauelementträger (3) mittels eines Wärmeleitklebers
auf dem metallischen Sockel (2) aufgeklebt ist.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der metallische Sockel (2) mittels eines Wärmeleitklebers
auf der Gehäusegrundplatte (1) aufgeklebt ist.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der metallische Sockel (2) mittels Befestigungselementen,
insbesondere Schraubgliedern (11) in der Gehäusegrundplatte
(1) verankert ist.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausnehmung (10) den Sockel (2) vollständig durch
läuft.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem metallischen Sockel (2) mehrere oberflächenseitige
Ausnehmungen (10) vorhanden sind, von denen zumindest zwei
unterschiedliche Aufnahmetiefen aufweisen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999114497 DE19914497A1 (de) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | Wärmeableitender Sockel für Bauelementträger |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999114497 DE19914497A1 (de) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | Wärmeableitender Sockel für Bauelementträger |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19914497A1 true DE19914497A1 (de) | 2000-10-19 |
Family
ID=7903002
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1999114497 Withdrawn DE19914497A1 (de) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | Wärmeableitender Sockel für Bauelementträger |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19914497A1 (de) |
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