DE3738897C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein wärmeleitendes
Verbindungselement für elektrische Bauelemente, in denen
Verlustwärme erzeugt wird, das folgende Merkmale
aufweist:
- - zwei versteifte, je eine Kontaktfläche bildende Endbereiche, von denen einer mit einem elektrischen Bauelement und der andere mit einer Wärmesenke oder einer Stromzuführung verbunden wird, und
- - ein aus einem flexiblen Metallband bestehender Mittelbereich.
In elektrischen und elektronischen Bauelementen, vor
allem in Halbleiterbauelementen und integrierten
Schaltungen, wird im Bereich Verlustwärme erzeugt.
Aufgrund der zunehmenden Miniaturisierung und
Integrationsdichte der Schaltungen wird die Verlustwärme
pro Flächen- oder Volumeneinheit immer größer. Sie muß
zuverlässig abgeführt werden, wenn eine Beschädigung der
Bauelemente verhindert werden soll.
Ein bekanntes wärmeleitendes Verbindungselement der eingangs genannten Art
(DE 32 12 592 A1) weist ein flexibles Metallband aus gut
wärmeleitendem Material auf, das einerseits auf der für
die Wärmeableitung vorgesehenen Kontaktfläche eines
Halbleiterbauelements angedrückt und andererseits an der
Kühlfläche eines Gehäuses befestigt wird. Das flexible
Metallband besteht aus verflochtenen dünnen
Kupferdrähten. Seine Herstellung ist aufwendig und seine
auf die Volumeneinheit bezogene Wärmeleitfähigkeit nicht
besonders groß, da in dem Geflecht viele mit Luft
gefüllte Hohlräume vorhanden sind.
Ein anderes wärmeleitendes Verbindungselement
(DE-OS 28 23 296) weist ein metallisches Folienbündel
auf, das aus einzelnen langen Folienstreifen besteht,
die gefaltet und mit ihrer langen Kante in U-förmige
Schienen eingesetzt werden. Durch den geforderten
Abständen entsprechende Ausschnitte oder Ausstanzungen
können die in den U-förmigen Schienen kammartig
miteinander verbundenen Folienbündel erzeugt werden. Das
Herstellen der Folienbündel aus einzelnen Folienstreifen
ist ebenfalls recht aufwendig.
Ein weiteres wärmeleitendes Verbindungselement weist
metallische Halter auf, in die die metallisierten Kanten
einer Leiterplatte eingesetzt und die durch aus
biegsamen Drahtgewebe bestehende Metallstreifen mit
einem Gehäuse verbunden sind (DE-AS 18 10 675). Auch
diese Verbindungselemente sind aufwendig herzustellen
und weisen aufgrund ihrer Porosität kein allzugutes
Wärmeleitvermögen aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verbindungselement zu schaffen, das eine gute
Leitfähigkeit und einen einfachen Aufbau aufweist.
Ferner ist ein wenig aufwendiges Herstellungsverfahren
für ein derartiges Verbindungselement zu schaffen.
Die Aufgabe wird mit einem Verbindungselement der
eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß das Metallband aus mehreren Lagen eines durchgehend
aufgewickelten und formgeprägten metallischen
Folienbandes besteht. Außerdem wird die Aufgabe durch
ein Verfahren zum Herstellen des genannten
Verbindungselements gelöst, das folgende Schritte
einschließt:
- - ein metallisches Folienband wird um einen flachen Wickeldorn derart gewickelt, daß sich ein durchgehender mehrlagiger flacher Folienbandwickel bildet,
- - der Folienbandwickel wird von dem Wickeldorn abgenommen und mit einem Prägestempel geprägt, so daß ein Folienband mit einander anliegenden Folienlagen entsteht, wobei diesem Folienband gleichzeitig eine vorgegebene Form eingeprägt wird, und
- - dieses Folienband wird an mindestens einem Ende versteift oder oder durch Metallplatten verfestigt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den
Unteransprüchen zu entnehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden
anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Verbindungselement in
eingebautem Zustand, in einer perspektivischen
Ansicht,
Fig. 2 eine zum Befestigen des Verbindungselements
nach Fig. 1 an einem Bauelement dienende
Klammer und
Fig. 3 einen zum Herstellen des Verbindungselements
nach Fig. 1 dienenden Wickeldorn.
Ein Verbindungselement 1 weist einen
nachgiebig gestalteten Mittelbereich 2 und zwei im
wesentlichen starr ausgebildete Endbereiche 3 und 4 auf.
Über alle drei Bereiche erstreckt sich ein
Wärmeleitstreifen 5, der aus einem in mehreren Lagen 6
durchgehend aufgewickelten und formgeprägten
metallischen Folienband besteht.
In dem ersten Endbereich 3 sind die Folienbandlagen 6
durch zwei Drückstücke oder Metallplatten 8 und 9
versteift, zwischen denen sie eingespannt sind. Die
beiden Metallplatten 8, 9 sind dazu durch zwei Schrauben
10 - oder durch Nieten - miteinander verbunden.
In dem zweiten Endbereich 4 sind die Folienbandlagen 6
mittels eines weiteren Druckstücks 12 an einer
Gehäusewand 13, z. B. der Frontplatte eines nicht weiter
dargestellten Baugruppenträgers befestigt. Das
Druckstück 12 ist dazu mit zwei Schrauben 14 an der
Gehäusewand 13 festgeschraubt. Der durch den
Anpreßdruck des Druckstücks 14 in dem Endbereich 4
ebenfalls starre oder steife Wärmeleitstreifen 5 liegt
mit einer breiten Anlagefläche 15 eng an der Gehäusewand
13 an, die hier die Wärmesenke darstellt, so daß sich
ein einwandfreier Wärmeübergang ergibt.
In dem ersten Endbereich 3 wird die Anlagefläche 16
durch die äußere Oberfläche der Metallplatte 8 gebildet,
die auch hier einen einwandfreien Wärmeübergang zu dem
zu kühlenden Bauelement ergibt.
Das zu kühlende Bauelement wird hier durch einen
Isolierstoff-Rahmen 18 gebildet, auf dem die - in der
Zeichnung nicht ersichtliche - eigentliche integrierte
Schaltung oder Chip aufgebracht ist. Der Rahmen 18 weist
an seiner Unterseite mehrere umlaufende Reihen von
Anschlußstiften 19 auf, die in entsprechende Öffnungen
einer Leiterplatte 20 eingesteckt und mit dieser
verlötet sind. Auch von der Leiterplatte 20 ist hier nur
ein Abschnitt dargestellt.
Der Endbereich 3 des Verbindungselements 1 wird mit
einer Klammer 22 aus Federstahl (Fig. 2) an dem zu
kühlenden Bauelement befestigt. Die Klammer 22 weist
dazu an der Unterseite ihrer beiderseitigen Schenkeln
Vorsprünge oder Wiederhaken 23 auf, die in axialer
Richtung - wie durch einen Pfeil A angedeutet - unter
die Ränder des Isolierstoff-Rahmens geschoben werden und
dort festgehalten werden. Beim Aufschieben der Klammer
22 gibt deren durchgebogener Oberschenkel 24 elastisch
nach und drückt auf die Metallplatte 9. Dadurch wird der
ganze Endbereich 3 auf das zu kühlende Bauelement
gedrückt, wodurch sich an der Anlagefläche 16 ein
Anpreßdruck und damit ein guter Wärmeübergang ergibt.
Die Klammer 22 ermöglicht auch eine schnelle und
einfache Montage und Demontage des Verbindungselements 1
von dem Bauelement 18 und damit von der Leiterplatte 20.
Der Wärmeleitstreifen 5 des
Verbindungselements wird mit Hilfe eines Wickeldorns 26
(Fig. 3) hergestellt. Ein dünnes Folienband aus einem
die Wärme und den elektrischen Strom gut leitenden
Material, z. B. Aluminium oder Kupfer, wird auf den
länglichen Wickeldorn 26 durchgehend oder kontinuierlich
aufgewickelt, bis sich eine Art flacher Folienbandwickel
mit z. B. 30 bis 80 Lagen Folienband bildet. Dieses
Aufwickeln eines kontinuierlichen Folienbandstreifens
ist viel einfacher und schneller durchzuführen als das
Aufeinanderschichten einzelner Folienbandstreifen, ganz
besonders dann, wenn zwischen die einzelnen
Folienbandstreifen noch Abstandshalterstreifen eingefügt
werden müssen. Außerdem können während des Wickelns bei
Bedarf auch Verbindungsmassen z. B. Lötpasten oder
Klebstoffmassen, auf Bereiche des Folienbandes
aufgebracht werden.
Nach dem Aufwickeln wird der flache Folienbandwickel von
dem Wickeldorn 26 abgenommen und in einer geeignet
gestalteten Prägeform mit einem entsprechenden Stempel
geprägt. Dabei werden einerseits die einzelnen
Folienbandstreifen aufeinandergedrückt, so daß sich ein
flacher bandartiger Wärmeleitstreifen 5 bildet.
Gleichzeitig wird diesem Wärmeleitstreifen auch jede
beliebige, von dem vorgesehenen Einsatz bestimmte Form
gegeben. In Fig. 1 ist dies eine etwa L-förmige Gestalt.
Gleichzeitig mit dem Prägevorgang, gegebenenfalls auch
danach, werden in den Wärmeleitstreifen 5 Öffnungen
gestanzt, insbesondere die Durchgangsöffnungen für die
Schrauben 10 und 14. Schließlich werden die
Metallplatten 8 und 9 zusammengeschraubt. Durch
Festschrauben der Metallplatte 12 wird das
Verbindungselement an der Gehäusewand 13 festgeschraubt.
Danach muß nur noch durch Aufschieben der Klammer 24 das
Verbindungselement an dem zu kühlenden Bauelement 18
befestigt werden.
Durch Aufwickeln eines breiten Folienbandstreifens
können eine größere Anzahl Verbindungselemente
gleichzeitig gewickelt, geprägt und ausgestanzt werden.
Danach müssen nur noch die einzelnen Wärmeleitstreifen
abgetrennt werden.
Die beiden Endbereiche 3 und 4 können auch dadurch
versteift werden, daß die einzelnen Folienbandlagen
miteinander verklebt, verlötet oder auch (ultraschall-)
verschweißt werden. Der Klebstoff oder die Lötpaste
kann, wie bereits angedeutet, während des Wickelns der
Folienbandlagen aufgebracht werden. Es entfallen dann
die Metallplatten 8, 9 und/oder 12. Zum Befestigen der
Endbereiche 3, 4 müssen lediglich Löcher ausgestanzt und
selbstformende Schrauben eingedreht werden. Stattdessen
ist es auch möglich, die Endbereiche 3 und 4 an das
Bauelement bzw. an ein geeignetes Kühlelement zu löten
oder zu kleben.
Das Verbindungselement ist sehr
wirtschaftlich herzustellen, außerdem ist es leicht an
unterschiedliche Einsatzzwecke anzupassen, da ihm
beliebige Formen aufgeprägt werden können. Durch die
Nachgiebigkeit des Wärmeleitstreifens in dem
Mittelbereich 2 werden Drehmomente und Zugkräfte, die
etwa durch die Verförmung von Bauteilen, wie etwa der
Leiterplatte 20 herrühren können, zuverlässig
ausgeglichen.
Das Verbindungselement kann auch zur Stromzuführung
eingesetzt werden. Wegen der dicht aufeinander liegenden
Folienbandlagen weist es einen - im Vergleich mit
Stromführungsbändern aus geflochenen Kupferlitzen - bei
gleichen Außenabmessungen erheblich größeren Querschnitt
auf, der sowohl dem Strom - als auch dem Wärmetransport
zugute kommt.
Claims (12)
1. Wärmeleitendes Verbindungselement für elektrische
Bauelemente, in denen Verlustwärme erzeugt wird, das
folgende Merkmale aufweist:
- - zwei versteifte, je eine Kontaktfläche bildende Endbereiche, von denen einer mit einem elektrischen Bauelement und der andere mit einer Wärmesenke oder einer Stromzuführung verbunden wird, und
- - ein aus einem flexiblen Metallband bestehender Mittelbereich,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Metallband aus mehreren Lagen (6) eines
durchgehend aufgewickelten und formgeprägten
metallischen Folienbandes besteht.
2. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die versteiften Endbereiche (3, 4)
durch mindestens eine Metallplatte (9, 12) gebildet
werden, durch die die Folienbandlagen (6) eingespannt
sind.
3. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Folienbandlagen (6) in dem mit
dem elektrischen Bauelement (18) zu verbindenden ersten
Endbereich (3) zwischen zwei Metallplatten (8, 9)
eingespannt sind, die durch Schrauben (10) oder dgl.
miteinander verbunden sind.
4. Verbindungselement nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der zweite Endbereich (4) eine
Metallplatte (12) aufweist, durch die er gegen die
Wärmesenke (13) gedrückt wird.
5. Verbindungselement nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Endbereich (3) mittels
einer Klammer (22) an dem elektrischen Bauteil (18)
befestigt ist.
6. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß in mindestens einem der Endbereiche
(3, 4) die einzelnen Folienbandlagen (6) untereinander
verbunden sind.
7. Verbindungselement nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Folienbandlagen (6) durch
Ultraschallschweißen miteinander verbunden sind.
8. Verfahren zum Herstellen eines Verbindungselements
nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das folgende
Schritte einschließt:
- - ein metallisches Folienband wird um einen flachen Wickeldorn derart gewickelt, daß sich ein durchgehender mehrlagiger flacher Folienbandwickel bildet,
- - der Folienbandwickel wird von dem Wickeldorn abgenommen und mit einem Prägestempel geprägt, so daß ein Folienband mit aneinander anliegenden Folienlagen entsteht, wobei diesem Folienband gleichzeitig eine vorgegebene Form eingeprägt wird, und
- - dieses Folienband wird an mindestens einem Ende versteift oder durch Metallplatten verfestigt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß gleichzeitig mit dem Prägen des Folienband aus
diesem Aussparungen ausgestanzt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß beim Wickeln des Folienbandes auf diesem eine
Haftmasse aufgebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß ein breiter Folienbandstreifen gewickelt, geprägt
und gegebenenfalls ausgestanzt wird, und daß aus dem
dabei gebildeten Mehrfach-Folienbandwickel anschließend
einzelne Folienbänder abgetrennt werden.
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Publications (2)
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DE3738897A1 DE3738897A1 (de) | 1989-05-24 |
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ID=6340607
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