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Die
Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1, mit einer Leiterplatte, auf welcher elektrische Bauelemente
angeordnet sind, unterhalb derer die Leiterplatte eine Öffnung aufweist,
in der ein Wärmeleitelement
angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Wärmeleitelement.
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Aus
der
DE 43 26 506 A1 ist
ein elektrisches Gerät
beziehungsweise ein Wärmeleitelement
bekannt, bei dem auf einer Leiterfolie elektrische Bauelemente angeordnet
sind, unterhalb derer die Leiterfolie eine Öffnung aufweist, in der ein
Wärmeleitelement
angeordnet ist.
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Bei
dem bekannten Gerät
ist die Leiterfolie mit SMD-Leistungsbauelementen bestückt. Zur
mechanischen Stabilisierung und zur Wärmeableitung der von den Leistungsbauelementen
erzeugten Wärme
ist die Leiterfolie auf einer Trägerplatte
aufgebracht. Unterhalb der Leistungsbauelemente ist auf der Oberseite
der Leiterfolie eine lötfähige Randschicht
ausgebildet, die eine großflächige Ausnehmung
begrenzt. Die Ausnehmung ist mit einer wärmeleitenden Masse ausgefüllt, so
dass ein Wärmetransport
vom Leistungsbauelement zur Trägerplatte möglich ist.
Als wärmeleitende
Masse wird eine an sich bekannte Lötpaste für die SMD-Bestückung
vorgeschlagen.
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Nachteilig
bei der aus der
DE
43 26 506 A1 bekannten Wärmeableitung ist, dass die
wärmeleitende
Masse einen relativ geringen Wärmeleitwert hat.
Des Weiteren lässt
sich die aus der
DE
43 26 506 A1 bekannte Wärmeableitung
nicht bei Standard-Leiterplatten verwenden. Der zur Realisierung
der bekannten Wärmeableitung
erforderliche Aufbau ist zudem recht aufwendig.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung bei einem eingangs genannten elektrischen
Gerät die
Wärmeableitung
optimaler zu gestalten.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden
Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß der Erfindung
ist ein elektrisches Gerät
mit einer Leiterplatte, auf welcher elektrische Bauelemente angeordnet
sind, unterhalb derer die Leiterplatte eine Öffnung aufweist, in der ein
Wärmeleitelement
angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement
ein einen Zapfen und einen Kragen aufweisendes im Querschnitt T-förmig ausgebildetes
Bauelement aus einem Material mit einem Wärmeleitwert von wenigstens
100 Watt pro Meter Kelvin ist, welches mittels seines Kragens auf
der dem Bauelement abgewandten Seite der Leiterplatte befestigt
ist derart, dass zwischen dem Zapfen und dem Bauelement eine wärmeleitende
Verbindung besteht.
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Dadurch,
dass das Wärmeleitelement
ein einen Zapfen und einen Kragen aufweisendes im Querschnitt T-förmig ausgebildetes
Bauelement ist, welches mittels des Kragens auf der dem Bauelement
abgewandten Seite der Leiterplatte befestigt ist, lässt sich
das Wärmeleitelement
auf einfache Weise auf der Leiterplatte anbringen. Durch die Befestigung auf
der Leiterplatte mittels des Kragens wird darüber hinaus auf einfache Weise
eine sehr stabile Befestigung erreicht.
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Das
Wärmeleitelement
kann beispielsweise mit einem gut wärmeleitenden Kleber auf die
Leiterplatte geklebt werden. In vorteilhafter Weise weist die Leiterplatte
auf ihrer dem Bauelement abgewandten Seite jedoch eine lötfähige Schicht
auf, auf der der Kragen des Wärmeleitelements
aufgelötet
werden kann. Hierdurch kann die Verbindung des Wärmeleitelements mit der Leiterplatte
sowie einem betreffenden elektrischen Bauelement während des
Auflötens des
elektrischen Bauelements auf die Leiterplatte erfolgen.
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In
vorteilhafter Weise ist wenigstens der Zapfen des Wärmeleitelements
zylinderförmig
ausgebildet. Hierdurch passt das Wärmeleitelement in eine zylinderförmige Öffnung der
Leiterplatte, sodass diese als Bohrung ausgebildet sein kann. In
vorteilhafter Weise ist die Bohrung geringfügig größer als der Zapfen des Wärmeleitelements,
sodass das Wärmeleitelement
im Wesentlichen ohne Kraft in die Öffnung eingebracht werden kann.
Dies ist besonders vorteilhaft, da das Wärmeleitelement hierdurch mittels
bei der SMD-Bestückung üblicherweise
verwendeter Handhabungsgeräte
in die Öffnung
eingebracht werden kann.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Fläche des
Kragens, mit der dieser mit der Leiterplatte in Verbindung steht,
bezogen auf das Gewicht des Wärmeleitelements
etwa 0,3 cm2 pro Gramm beträgt. Hierdurch
wird erreicht, dass das Wärmeleitelement mittels
einer Adhäsionskraft
an der Leiterplatte gehalten wird, wenn zwischen dem Kragen des
Wärmeleitelements
und der lötfähigen Schicht
eine Lötpaste beziehungsweise
ein Lot vorhanden ist.
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Bei
einer weiteren besonderen Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leiterplatte derart in einem
Gehäuse
angeordnet ist, dass der Kragen des Wärmeleitelements mit dem Gehäuse in wärmeleitendem
Kontakt steht. Hierdurch kann das Wärmeleitelement die von dem
elektrischen Bauelement abgeleitete Wärme an das Gehäuse abgeben,
wodurch insgesamt eine sehr gute Wärmeableitung aus dem elektrischen
Bauelement erreicht wird.
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Sehr
vorteilhaft ist aber auch eine Ausführungsform der Erfindung, bei
der das Wärmeleitelement
an seinem dem Zapfen abgewandten Ende ein Befestigungselement aufweist,
an dem ein Kühlkörper angeordnet
ist. Hierdurch wird ebenfalls erreicht, dass die aus dem elektrischen
Bauelement abgeleitete Wärme
effektiv aus dem Wärmeleitelement
abgeleitet und an die Umgebung abgegeben wird. Es ist auch möglich, das
Gehäuse
so auszubilden, dass das Befestigungselement mit dem Gehäuse verbindbar
ist, sodass das Gehäuse
als Kühlkörper wirkt.
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In
vorteilhafter Weise ist das Befestigungselement als Stift ausgebildet,
auf dem ein Kühlkörper aufgesteckt
ist. Durch die Ausbildung des Befestigungselements als Stift lässt sich
das Befestigungselement auch auf einfache Weise mit dem Gehäuse verbinden,
da das Gehäuse
nur eine entsprechende Öffnung
aufweisen muss, in die der Stift einsteckbar ist. Es ist jedoch
auch möglich,
dass das Befestigungselement als Öffnung ausgebildet ist, in
welche ein entsprechendes Element eines Kühlkörpers eingesteckt werden kann.
So kann das Befestigungselement beispielsweise eine Gewindebohrung
sein, in die ein entsprechender Gewindestift des Kühlkörpers einschraubbar
ist.
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Dadurch,
dass das Wärmeleitelement
als separates Bauelement ausgebildet ist, ist man in vorteilhafter
Weise in der Materialwahl für
das Wärmeleitelement
frei. In vorteilhafter Weise besteht das Wärmeleitelement daher aus Kupfer.
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Das
erfindungsgemäße Wärmeleitelement lässt sich
in vorteilhafter Weise wie ein SMD-Bauelement auf eine Leiterplatte
aufbringen. Hierzu ist erforderlich, dass unterhalb eines betreffenden
SMD-Leistungsbauelements eine Bohrung ausgebildet wird, deren Durchmesser
geringfügig
größer als
der Zapfen des Wärmeleitelements
ist. Nachdem die Bohrungen in der Leiterplatte hergestellt wurden,
wird auf der dem SMD-Leistungsbauelement abgewandten Seite der Leiterplatte
um die Bohrungen herum sowie an den Stellen, an denen gegebenenfalls
weitere SMD-Bauelemente, welche nur eine geringe Wärmeentwicklung
haben, angeordnet werden sollen, eine Lötpaste aufgebracht.
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Nachdem
die Lötpaste
an den betreffenden Stellen auf die Leiterplatte aufgebracht ist,
werden die weiteren SMD-Bauelemente mittels entsprechender Handhabungsgeräte auf die
Leiterplatte aufgebracht. In gleicher Weise werden die Wärmeleitelemente
auf die Leiterplatte aufgebracht.
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Nachdem
die weiteren SMD-Bauelemente und die Wärmeleitelemente auf die Leiterplatte
aufgebracht wurden, wird die Anordnung erhitzt, wodurch die Lötpaste schmilzt
und die weiteren SMD-Bauelemente sowie die Wärmeleitelemente fest mit der
Leiterplatte verbunden werden.
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Nachdem
die weiteren SMD-Bauelemente und die Wärmeleitelemente auf die Leiterplatte
aufgelötet
wurden, wird die andere Seite der Leiterplatte, das heißt die Seite,
auf der die SMD-Leistungsbauelemente angeordnet sind, mit Lötpaste versehen. Lötpaste wird
an den Stellen aufgebracht, an denen SMD-Bauelemente auf die Leiterplatte
aufgelötet werden
sollen. In vorteilhafter Weise wird Lötpaste auch an den Stellen
auf die Leiterplatte aufgebracht, an denen sich die Wärmeleitelemente
durch die Leiterplatte erstrecken.
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Danach
werden mittels entsprechender Handhabungsgeräte die SMD-Leistungsbauelemente auf die Leiterplatte
aufgebracht. Nachdem die SMD-Leistungsbauelemente
auf die Leiterplatte aufgebracht wurden, wird die Anordnung erneut
erhitzt, wodurch die Lötpaste
schmilzt und die SMD-Leistungsbauelemente
auf die Leiterplatte aufgelötet werden.
Dadurch, dass auch auf den sich durch die Bohrung erstreckenden
Teil des Wärmeleitelements Lötpaste aufgebracht
wurde, wird das Wärmeleitelement
mit dem betreffenden SMD-Bauelement verlötet, wodurch sich ein sehr
guter Wärmekontakt
ergibt.
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Beim
erneuten Erhitzen der Anordnung werden die Wärmeleitelemente sowie die weiteren SMD-Bauelemente
mittels einer Adhäsionskraft
an der Leiterplatte gehalten.
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Bei
Verwendung der erfindungsgemäßen Wärmeleitelemente
ergibt sich somit der große
Vorteil, dass zur Herstellung einer Wärmeableitung keine besonderen
Maßnahmen
zu ergreifen sind, da das Aufbringen der Wärmeleitelemente im Rahmen der üblichen
Bestückung
einer Leiterplatte mit SMD-Bauelementen erfolgen kann.
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung besonderer Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine
Anordnung einer Wärmeableitung
mittels einer ersten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Wärmeleitelements
und
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2 eine
Anordnung einer Wärmeableitung
mittels einer zweiten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Wärmeleitelements.
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Wie 1 entnommen
werden kann, ist auf einer Leiterplatte 1, welche auf der
ersten ihrer Oberflächen 1a kupferkaschierte
Bereiche aufweist, ein elektronisches SMD-Leistungsbauelement 2 angeordnet.
Die Leiterplatte 1 weist unterhalb des Bauelements 2 eine
Bohrung 3 auf, in welcher ein zylinderförmig ausgebildeter Zapfen 4a eines
Wärmeleitelements 4 angeordnet
ist. Die Stirnfläche
des Zapfens 4a ist mittels einer Lötpaste 5a mit dem
SMD-Leistungsbauelement 2 verlötet. Das Wärmeleitelement 4 ist
im Querschnitt T-förmig
ausgebildet und weist neben dem zylinderförmigen Zapfen 4a noch
einen ebenfalls zylinderförmig
ausgebildeten Kragen 4b auf, der an der zweiten Oberfläche 1b der
Leiterplatte 1 anstößt. Das
Wärmeleitelement
besteht aus Kupfer, das heißt
es weist einen Wärmeleitwert
von 384 Watt pro Kelvin auf.
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Im
Bereich des Kragens 4b weist die Leiterplatte 1 an
ihrer zweiten Oberfläche 1b ebenfalls
eine Kupferkaschierung auf. Auf diese Kupferkaschierung ist das
Wärmeleitelement 4 mittels
einer Lötpaste 5b aufgelötet.
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An
der der Leiterplatte 1 abgewandten Seite weist der Kragen 4b des
Wärmeleitelements 4 eine Wärmeleitfolie 8 auf.
Statt einer Wärmeleitfolie
kann aber auch eine Wärmeleitpaste
verwendet werden.
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Die
Leiterplatte 1 ist derart in einem Gehäuse angeordnet, dass das Wärmeleitelement 4 über die Wärmeleitfolie 8 mit
einer Wandung 6 des Gehäuses in
einem guten Wärmekontakt
steht.
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Die
in 2 dargestellte Anordnung entspricht im Wesentlichen
der in 1 dargestellten Anordnung, weshalb dieselben Elemente
mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Im Unterschied zu der
in 1 dargestellten Anordnung weist das Wärmeleitelement 4 an
seinem Kragen 4b einen zylinderförmigen Stift 4c auf,
auf welchen ein Kühlkörper 7 aufgesteckt
ist. Die Anordnung des Kühlkörpers 7 an
dem Wärmeleitelement 4 ist
problemlos möglich,
da das Wärmeleitelement 4 durch
die Lötverbindung
fest mit der Leiterplatte 1 verbunden ist.
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Des
Weiteren ist das Wärmeleitelement 4 nicht
mit dem SMD-Leistungsbauelement 2 verlötet, sondern liegt mit der
Stirnfläche
seines Zapfens 4a unmittelbar auf der Oberfläche des
SMD-Leistungsbauelements 2 auf.