DE3003373A1

DE3003373A1 - Elektrische baueinheit mit einer leiterplatte

Info

Publication number: DE3003373A1
Application number: DE19803003373
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Wigbert 7750 Konstanz Becker; Ing.(grad.) Rolf 7753 Allensbach Bigosch; Harro Dipl.-Ing. 7750 Konstanz Fuchs; Ing.(grad.) Detlev 7753 Allensbach Martin; Rudolf 7750 Konstanz Tüllmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1980-01-31
Filing date: 1980-01-31
Publication date: 1981-08-06
Also published as: DE3003373C2

Description

Elektrische Baueinheit mit einer Leiterpiatte
Die Erfindung bezieht sich auf eine Baueinheit mit einer einseitig mit einer Vielzahl von elektrischen Bauelementen bestückten Leiterplatte und einer Schicht aus wärmeleitendem elektrisch isolierendem Material 7 die im Betriebszustand den Zwischenraum zwischen der Leiterplatte und einem im wesentlichen ebenen, eine Wärmesenke bildenden Metalkörper überbrückt und den Wärmetransport zwischen den Bauelementen und diesem vermittelt.
Eine derartige Baueinheit ist als in ein Gehäuse einschiebbare Steckeinheit beispielsweise aus der DE-AS 18 03 395 bekannt. Bei einer der dort gezeigten Ausführungsformen ist diejenige Seite der Leiterplatte, welche die Bauelemente trägt, so mit einem gut wärmeleitenden Kunststoff vergoes, daß dieser die Bauelemente völlig umschließt und eineebene Oberfläche bildet, an die sich im Betriebs3ustand eine der Wärmeabfuhr dienende Metallplatte anlegt. Bei einer anderen Ausführungsform ist über die Bauelemente eine Wanne aus gut wäremeleitendem Material gestülpt. Sie dient der Aufnahme einer gut wärmeleitenden plastischen Masse, die sich innig an die Bauelemente legt und sie zumindest teilweise um schließt, um einen möglichst großen Teil der Betriebswärme der Bauelemente aufzunehmen.
Nicht selten weisen die auf einer Leiterplatte angeordneten Bauelemente eine unterschiedliche Höhe (Dicke) auf Damit bei der bekannten Baueinheit die wärmeleitende Zwischenschicht eine einheitliche ebene Oberfläche bilden kann, muß sie dicker sein als das höchste Bauelement Der von den niedrigeren Bauelementen zu der Wärmesenke abzuführende Wärmefluß hat somit eine größere Dicke zu überwinden, so daß sich bezüglich dieser Bauelemente ein höherer Wärmewiderstand bzw. ein höheres Temperaturgefälle ergibt0 Darüber hinaus können sich wegen des Formschlusses zwischen der wärmeleitenden Schicht und den Bauelementen auch bei Verwendung einer nichthaftenden Schicht Schwierigkeiten ergeben, wenn der Wunsch besteht, für Reparaturzwecke die Schicht vorübergehend abzunehmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Baueinheit der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der die vorgenannten Nachteile nicht auftreten0 Dies wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete ~Lösung ermöglicht Die Erfindung macht sich somit in vorteilhafter Weise die Erkenntnis zunutze, daß die Abführung der Wärme aus dem Innern der Bauelemente nicht nur über deren Oberfläche1 sondern auch über deren den Lötanschluß an die Leiterplatte vermittelnde 'Beinchen" erfolgen kann. Durch die erzielbare geringe Schichtdicke ergeben sich für die erfindungsgemäße Baueinheit unter anderem ein geringeres Temperaturgefälle innerhalb der wärmeleitenden Schicht und ein geringeres Gewicht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Baueinheit - wie z.B. die aus der genannten DE-AS 18 03 395 bekannte Baueinheit - als in ein Gehäuse einschiebbare Steckeinheit ausgebildet und weist dann die in Patentanspruch 4 gekennzeichneten Merkmale auf.
Weitere Möglichkeiten zur Ausgestaltung der Erfindung im Sinne der übrigen Unteransprüche sind in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung erläutert.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung einer Steckeinheit gemäß Patentanspruch 4, dessen Merkmale sich aus dem Patentanspruch 7 ergeben.
In der Zeichnung zeigen: F,igur 1 in schaubildlicher Ansicht und teilweise aufgeschnitten eine erfindungsgemäß aufgebaute Steckeinheit; Figur 2 einen vereinfachten Schnitt gemäß der Linie A in Figur 1 entsprechend einer ersten Ausführungsform der wärmeleitenden Schicht, wobei Leiterplatte und Trägerblech in getrenntem Zustand, also zerlegt, dargestellt sind; Figur 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 2 entsprechend dem dort mit III bezeichneten Bereich; Figur 4 einen Schnitt ähnlich Figur 2 entsprechend einer zweiten Ausführungsform der wärmeleitenden Schicht; Figur 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 3 entsprechend dem dort mit V bezeichneten Ausschnitt; und Figur 6 in ähnlicher Darstellung wie in Figur 1 eine Phase eines bevorzugten Herstellungsverfahrens für e eine derartige Steckvorrichtung0 Die in Figur 1 dargestellte Steckeinheit enthält eine Leiterplatte 1, die mit einer Vielzahl von elektrischen Bauelementen 2 bestückt ist, von denen nur einige dargestellt sind An der unteren Längsseite sind Steckleisten 3 angeordnet, deren Steckverbinder 3t über Drähte 4 mit den nicht dargestelltem Leiterbahnen der Leiterplatte verbunden sind, An der Rückseite der Leiterplatte 1 ist mit dieser, z.B.
durch Schrauben 5, ein Trägerblech 6 verbunden, dessen Abstand zur Leiterplatte so groß ist, daß es die rückseitig herausragenden Lötanschlüsse ("ins") 2' der Bauelemente 2 nicht berührt, also diese überragt. An einer Lasche 6 des Trägerblechs 6 ist ein Führungszapfen 7 befestigt, der beim Einschieben der Steckeinheit in das vorgesehene Gehäuse in ein entsprechendes Führungselement eingreift.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auf dem Trägerblech 6, und zwar in seiner der Leiterplatte 1 zugewandten Randzone, ein geschlossener Rahmen 8 angeordnet, dessen Dicke dem genannten Abstand zwischen Leiterplatte und Trägerblech entspricht und der zweckmäßigerweise aus einem elastischen Material besteht. Der Raum innerhalb des Rahmens 8, entsprechend dem Zwischenraum zwischen Leiterplatte 1 und Trägerblech 6, wird von einer wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Schicht 9 ausgefüllt. Entsprechend einer ersten Ausführungsform, auf die sich die Figuren 2 und 3 beziehen, besteht die Schicht 9 aus einem elastomeren Material wie vorzugsweise einem gefüllten /Silikonkautschuk. Sofern eine Reparatur der Steckeinheit erforderlich wird, kann diese Schicht dann gemeinsam mit dem Trägerblech 6 von der Leiterplatte 1 getrennt werden. Da zwischen dem Relief der Rückseite der Leiterplatte und der Schicht 9 kein Formschluß besteht, ergeben sich hierbei - wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich - auch insofern keine Schwierigkeiten. Infolge der geringen Dicke der erfindungs gemäß angeordneten Schicht 9, insbesondere des geringen Abstandes zwischen den Enden der Lötanschlüsse 2 und dem Trägerblech 6 (Figur 3) ergeben sich für den angestrebten Wärmetransport zwischen den Bauelementen 2 und dem Trägerblech 6 optimale Bedingungen0 Bei einer zweiten Ausfübrungsform ist die elektrisch isolierende wärmeleitende Schicht, in den Figuren 4 und 5 mit 9a bezeichnet, durch die an sich bekannte Beschichtung der Rückseite der Leiterplatte mit einem insbesondere fungizid ausgerüsteten Kunstharz gebildet, die an der Leiterplatte festhaftet. Hierzu ist sie im Sinne der Erfindung so dick ausgeführt, daß sie gemäß Figur 5 die durch die Leiterplatte 1 ragenden Lötanschlüsse 2 der Bauelemente 2 überragt und auf der von der Leiterplatte abgewandten Seite eine am Trägerblech 6 anliegende Ebene bildet0 Wird für die Schicht 9a ein durchlötbarer Kunstharzlack verwendet, sind auch bei dieser Ausführungsform in einfacher Weise Reparaturen möglich0 Falls diesem Gesichtspunkt keine Bedeutung zukommt, kann die Steckeinheit auch derart hergeo stellt werden, daß die Schicht 9a sowohl an der Leiterplatte 1 als auch am Trägerblech 6 haftet0 Eine Steckeinheit der beschriebenen Ausführungsformen kann im Rahmen der Erfindung vorteilhaft mittels der folgenden, anhand der Figur 6 erläuterten Verfahrensschritte hergestellt werden: a) Das mit einem Rahmen 8 aus einem elastomeren Material wie z.B. Neoprene versehene Trägerblech 6 und die mit den Bauelementen 2 bestückte Leiterplatte 1 einschließlich der Steckleisten 3 werden zusammengefügt, durch eine von beiden Seiten einwirkende Haltevorrichtung entlang des Rahmens aneinandergedrückt und in lotrechter Lage gehalten.
b-) Durch eine in der Nähe des Rahmens 8 unten im Trägerblech 6 angebrachte Eintrittsbohrung 10 wird die für die isolierende, wärmeleitende Schicht 9 bzw. 9a vorgesehene aushärtende Masse 11 eingepreßt, bis sie durch oben im Trägerblech angebrachte Entlüftungsbohrungen 12 austritt.
Sie breitet sich hierbei im Sinne der eingetragenen Pfeile etwa radial, jedenfalls seitlich und nach oben aus. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der gesamte Zwischenraum zwischen Trägerblech und Leiterplatte ohne Einschließung von Luft gleichmäßig ausgefüllt wird.
c) Nach dem Erhärten (Auspolymerisieren) der Masse 11, die nunmehr - j-e nach dem verwendeten Material - die Schicht 9 (Figuren 1 bis 3) oder 9a (Figuren 4 und 5) bildet, wird die Steckeinheit aus der Haltevorrichtung entnommen.

Claims

Patentansprüche 1.8 Baueinheit mit einer einseitig mit einer Vielzahl von elektrischen Bauelementen bestückten Leiterplatte und einer Schicht aus wärmeleitendem elektrisch isolierendem Material, die im Betriebszustand den Z###ischenraum zwischen der Leiterplatte und einem im wesentlichen ebenen, eine Wärmesenke bildenden Metallkörper überbrückt und den Wärmetransport zwischen den Bauelementen und diesem vermittelt, dadurch gekennzeichnets daß die Schicht (9;94 auf der Rückseite der Leiters platte ( 1 ) anliegt und so dick ist9 daß sie die durch die Leiterplatte hindurchragenden Lötanschlüsse (2P der Bauelemente ( 2) überragt
2. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht ( 9 ) aus einem elastomeren Material wie insbesondere einem gefüllten Silikonkautschuk besteht
3. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (9a) durch die an bb sich bekannte Be schichtung der Rückseite der Leiterplatte ( t ) mit einem insbesondere fungizid ausgestatteten Kunstharz gebildet wird und zumindest an der Leiterplatte fest haftet.
4. Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als in ein Gehäuse einschiebbare Steckeinheit ausgebildet ist und außer der zur Herstellung der elektrischen Verbindungen dienenden Steckleiste ( 3 ) die folgenden Teile umfaßt: - eine mit den -elektrischen Bavelementen ( 2 ) bestückte Leiterplatte ( 1 ), - ein an der Rückseite der Leiterplatte angeordnetes, mit ihr verbundenes Trägerblech ( 6 d, dessen Abstand zur Leiterplatte so groß ist, daß es die herausragenden Lötanschlüsse ( 2' ) nicht berührt, und - eine wärmeleitende und elektrisch isolierende Schicht <9;9a), die den Zwischenraum zwischen Leiterplatte und Trägerblech ausfüllt.
5. Baueinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerblech ( 6 ) in seiner der Leiterplatte ( 1 ) zugewandten Randzone mit einem geschlossenen Rahmen ( 8 ) versehen ist, dessen Dicke dem vorgesehenen Abstand zwischen Leiterplatte und Trägerblech entspricht, und daß die wärmeleitende Schicht (9;9a) den Raum innerhalb des Rahmens ausfüllt.
6. Baueinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen ( 8 ) aus elastischem Material wie z.B. Gummi besteht.
7. Verfahren zum Herstellen einer Baneinheit gemäß den Ansprüchen 5 oder 6, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) das mit dem Rahmen ( 8 ) versehene Trägerblech ( 6 ) und die bestückte Leiterplatte ( t ) einschließlich der Steckleisten ( 3 ) werden zusammengefügt, durch eine Haltevorrichtung entlang des Rahmens aneinandergedrückt und in im wesentlichen lotrechter Lage gehalten; b) durch eine in der Nähe des Rahmens ( 8 ) unten im Trägerblech ( 6 ) angebrachte Eintrittsbohrung ( 10 ) wird die für die Schicht ( 9 ; 9a) vorgesehene aushärtende Masse( ii ) eingepreßt, bis sie durch oben im Trägern blech angebrachte Entlüftungsbohrungen ( 12 ) austritt; c) nach dem Erhärten der Masse ( 11 ) wird die Baueinheit aus der Halte vorrichtung entnommen.