DE4104888C2 - Elektronik-Baugruppe mit Metallgehäuse - Google Patents
Elektronik-Baugruppe mit MetallgehäuseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Elektronik-Baugruppe mit
Metallgehäuse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine solche Elektronik-Baugruppe ist aus der deutschen
Offenlegungsschrift 37 03 088 bekannt. Im Metallgehäuse
befindet sich eine Leiterplatte, die mit
Halbleiterbauelementen bestückt ist. Halbleiterbauelemente mit
hoher Verlustleistung sind zwecks guter Kühlung am Rand der
Leiterplatte angeordnet und werden durch Federn an eine
Seitenwand des Metallgehäuses angedrückt. So wird die in den
Halbleiterbauelementen entstehende Wärme an das Metallgehäuse
und von da an die umgebende Luft abgegeben.
Nachteilig ist, daß nur der Rand der Leiterplatte für die
Halbleiterbauelemente mit hoher Verlustleistung zur Verfügung
steht, wodurch ihre Anzahl begrenzt ist. Das Erfordernis der
Montage am Rand erschwert außerdem das Layout der
Leiterbahnführung auf der Leiterplatte. Das Erfordernis der
Wärmeableitung an eine Seitenwand läßt nur die Verwendung von
Halbleiterbauelementen zu, die zum aufrecht stehenden Einbau
ausgebildet sind und nur wenige Anschlußfahnen aufweisen.
Moderne Halbleiterbauelemente, wie zum Beispiel solche in
Dual-in-Line, Flat-Pack- und PLCC- (Plastic-Leaded-Chip-
Carrier-) Gehäusen weisen sehr viele Anschlußfahnen auf und
sind deshalb zum flach auf der Leiterplatte liegenden Einbau
ausgebildet. Auch bei solchen Halbleiterbauelementen kann
eine so hohe Verlustleistung auftreten, daß die Kühlung
allein durch die das betreffende Halbleiterbauelement
unmittelbar umgebende Luft nicht ausreicht und eine
zusätzliche Kühlung notwendig ist.
Aus der GB 2 164 499 A ist ein U-förmiger
Wärmeübertragungskörper aus Kupfer bekannt, der ein
elektronisches Bauteil umgibt. Dieser berührt das Bauteil an
dessen Oberseite, oder es befindet sich ein geringer Spalt
zwischen beiden, der mit Wärmeleitpaste gefüllt sein kann.
Der Wärmeübertragungskörper ist auf Kupferplatten befestigt,
die wiederum auf einer Leiterplatte befestigt sind.
Aus der US 4,621,304 ist ein U-förmiger
Wärmeübertragungskörper bekannt, der auf einer Leiterplatte
befestigt ist und ein elektronisches Bauteil umgibt. Der
Wärmekontakt wird zwischen beiden mittels einer Schraube
hergestellt, die in einer Wärmesenke des
Wärmeübertragungskörpers verschraubt ist, und die auf die
Oberseite des Bauteils angepreßt wird. Die auf den
Wärmeübertragungskörper übertragene Wärme wird hier durch
Strahlung und Luftkühlung abgeführt.
Der Erfindung liegt folgende Aufgabe zugrunde: Es soll eine
Elektronik-Baugruppe der obigen Art angegeben werden, bei
der die Halbleiterbauelemente flach an beliebiger Stelle auf
der Leiterplatte liegend eingebaut sind und mit einer
zusätzlichen Kühlung versehen sind.
Diese Aufgabe wird durch die Lehre gemäß dem Patentanspruch
1 gelöst.
Der Anspruch 2 lehrt eine vorteilhafte Weiterbildung.
Die Verwendung eines Wärmeübertragungskörpers, der aus einem
Grundkörper und einem darin geführten Stempel besteht, zur
Kühlung eines Halbleiterbauelementes ist aus der deutschen
Offenlegungsschrift 37 35 985 bekannt. Statt
"Wärmeübertragungskörper" wird dort der Ausdruck
"wärmeleitender Modul" gebraucht. Nachteilig ist, daß eine
Kühlwirkung erst nach völligem Zusammenbau der Elektronik-
Baugruppe möglich ist. Damit ist z. B. ein Testbetrieb vor dem
völligen Zusammenbau nicht möglich.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 37 08 000 sind
Leiterplatten mit Metallkern an sich bekannt.
Die Wärmeableitung von einem Halbleiterbauelement über den
Metallkern einer Leiterplatte ist an sich aus der deutschen
Offenlegungsschrift 38 29 117 bekannt. Nachteilig ist, daß der
Metallkern genau entsprechend der beabsichtigten Bestückung
vorgeprägt ist. Damit entfällt jede Freizügigkeit in der
Plazierung der Bauelemente. Da das Halbleiterbauelement nur
lose auf dem Metallkern aufliegt, ist der Wärmekontakt
zwischen beiden nur schlecht. Außerdem entfällt die
Möglichkeit, Leiterbahnen bauteileseitig unter dem
Halbleiterbauelement hindurch zu führen. Ferner wird die Wärme
vom Boden, also von der der Leiterplatte zugekehrten Fläche
des Halbleiterbauelementes abgeführt. Viele
Halbleiterbauelemente mit hochintegrierten Schaltungen sind
aber so ausgebildet, daß die Wärme an der Oberseite, also an
der der Leiterplatte abgewandten Fläche entsteht.
Die Erfindung wird anhand von in den Fig. 1 . . . 6
dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei die in
der folgenden Tabelle angegebene Zuordnung gilt.
Ausf.-Beispiel | |
Figuren | |
1|1 u. 2 | |
2 | 3 u. 4 |
3 | 5 u. 6 |
In den Fig. 1, 3 und 5 ist jeweils ein Ausschnitt aus der
erfindungsgemäßen Elektronik-Baugruppe dargestellt. In den
Fig. 2, 4 und 6 ist ein in dem jeweiligen
Ausführungsbeispiel vorgesehener Wärmeübertragungskörper im
Detail dargestellt.
Es wird zunächst die Fig. 1 beschrieben. In ihr bedeuten:
MG ein Metallgehäuse,
Ab ein Absatz
Bd ein Boden
LP eine Leiterplatte
IS₁ eine erste Isolierschicht
IS₂ eine zweite Isolierschicht
MK ein Metallkern
IC ein Halbleiterbauelement
AF Anschlußfahnen,
GK ein Grundkörper
FS eine Federscheibe
St ein Stempel
De ein Deckel
KR Kühlrippen
B₁ . . . B₄ Beine
S₂, S₃, S₅ Schrauben
Ab ein Absatz
Bd ein Boden
LP eine Leiterplatte
IS₁ eine erste Isolierschicht
IS₂ eine zweite Isolierschicht
MK ein Metallkern
IC ein Halbleiterbauelement
AF Anschlußfahnen,
GK ein Grundkörper
FS eine Federscheibe
St ein Stempel
De ein Deckel
KR Kühlrippen
B₁ . . . B₄ Beine
S₂, S₃, S₅ Schrauben
Die Leiterplatte LP weist einen Metallkern MK, eine erste
Isolierschicht IS1 und eine zweite Isolierschicht IS2 auf. Die
Leiterplatte LP ist im Metallgehäuse MG eingebaut, wobei der
Metallkern gut wärmeleitend mit dem Metallgehäuse verbunden
ist. Als Beispiel für die Ausbildung einer solchen gut
wärmeleitenden Verbindung ist hier eine Schraubverbindung
dargestellt. Sie umfaßt die Schraube S5 und weitere nicht
bezeichnete Schrauben. Mit diesen Schrauben ist die
Leiterplatte am Absatz Ab und damit auch am Metallgehäuse
befestigt, wobei an der Auflagefläche der Leiterplatte auf den
Absatz die betr. Isolierschicht fehlt. So wird bewirkt, daß
der Metallkern unmittelbar oder über Wärmeleitpaste gut
wärmeleitend mit dem metallischen Absatz Ab in Verbindung
steht. Auch unter den Köpfen der betr. Schrauben fehlt die
betr. Isolierschicht. So wird erreicht, daß der durch das
Anziehen der Schrauben erreichte und für eine gute
Wärmeleitung erforderliche hohe Aspreßdruck auf die Dauer
erhalten bleibt und nicht durch ein evt. Fließen der
Isolierschicht nachläßt. Außerdem tragen so die Schrauben auch
noch zur Wärmeleitung bei.
Auf der Leiterplatte LP sind Halbleiterbauelemente montiert.
Als Beispiel ist hier eines in der Form eines PLCC-Gehäuses
dargestellt. Zur zusätzlichen Kühlung ist ein
Wärmeübertragungskörper vorgesehen, der aus dem Grundkörper
GK, dem Stempel St und der Federscheibe FS besteht. Der
Stempel St ist in einem Sackloch des Grundkörpers GK geführt.
Im Spalt zwischen der Mantelfläche des Stempels St und der
Innenwand des Sackloches ist Wärmeleitpaste eingebracht.
Einzelheiten des Wärmeübertragungskörpers werden anhand der
Fig. 2 beschrieben. Mit EL ist ein Entlüftungsloch
bezeichnet. Der Grundkörper GK, und damit auch der
Wärmeübertragungskörper, weist vier Beine B1 bis B4 auf.
Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, ist der
Wärmeübertragungskörper mit den Beinen B1 bis B4 an der
Leiterplatte LP befestigt. Zur Befestigung dienen Schrauben,
von dessen nur die Schrauben S2 und S3 dargestellt sind. An
der Auflagefläche des jeweiligen Beines auf der Leiterplatte
fehlt die jeweilige Isolierschicht. So wird bewirkt, daß der
Wärmeübertragungskörper unmittelbar oder über Wärmeleitpaste
gut wärmeleitend mit dem Metallkern MK in Verbindung steht.
Auch unter den Köpfen der betr. Schrauben fehlt die betr.
Isolierschicht. So wird erreicht, daß der durch das Anziehen
der Schrauben erreichte und für eine gute Wärmeleitung
erforderliche hohe Anpreßdruck auf die Dauer erhalten bleibt
und nicht durch ein evt. Fließen der Isolierschicht nachläßt.
Außerdem tragen so die Schrauben auch noch zur Wärmeleitung
bei.
Durch die Verwendung von Schrauben bestehen lösbare
Verbindungen zwischen dem Wärmeübertragungskörper und der
Leiterplatte LP.
Der Stempel St wird durch die Federscheibe FS auf die
Rückseite des Halbleiterbauelementes IC gedrückt. So wird die
in ihm entstehende Wärme über den Stempel St, dem Grundkörper
GK und dem Metallkern MK an das Metallgehäuse MG abgeleitet
und von dort an die umgebende Luft abgegeben. Dazu sind die
Kühlrippen KR vorgesehen.
Im Ausführungsbeispiel 2 ist anstelle der Federscheibe FS eine
Blattfeder BF vorgesehen. Dementsprechend weist der
Grundkörper GK kein Sackloch sondern ein Durchgangsloch zur
Führung des Stempels St auf.
In den Ausführungsbeispielen 1 und 2 wird die zum Andrücken
des Stempels St an das Halbleiterbauelement erforderliche
Federkraft durch eigens dafür vorgesehene Federn (Federscheibe
FS bzw. Blattfeder BF) aufgebracht. Im Ausführungsbeispiel 3
wird stattdessen die Federwirkung der Leiterplatte LP
ausgenutzt. Um die erforderliche Andruckkraft einzuleiten, ist
der Stempel St schraubbar ausgeführt. Er trägt ein
Außengewinde und das Loch im Grundkörper GK das entsprechende
Innengewinde. Der Stempel St wird so weit hineingeschraubt,
bis er mit der nötigen Andruckkraft an der Rückseite des
Halbleiterbauelementes anliegt.
In den zuvor beschriebenen Beispielen ist der Stempel St und
das Loch zu seiner Führung im Grundkörper rund ausgebildet.
Jedoch ist bei den Ausführungsbeispielen 1 und 2 auch eine
andere Querschnittsform denkbar, und zwar eine an die Form des
jeweiligen Halbleiterbauelementes angepaßte Form. So käme bei
PLCC-Gehäusen die quadratische Form und bei Halbleitern in
Dual-in-Linie-Gehäusen die Rechteckform infrage.
Die erfindungsgemäße Lösung hat folgende Vorteile:
- a) Sie erfordert keine eigens zur Anbringung eines Wärmeübertragungskörpers ausgebildete Form des Halbleiterbauelementes. Es genügt, wenn das Halbleiterbauelement eine ebene Oberseite aufweist. Dies ist bei vielen handelsüblichen Halbleiterbauelementen der Fall.
- b) Wenn die Elektronik-Baugruppe nach dem Patentanspruch 2 ausgebildet ist, läßt sich der Wärmeübertragungskörper leicht vom Halbleiterbauelement lösen. Dies ermöglicht ein leichtes Auswechseln des Halbleiterbauelementes.
- c) Auch außerhalb des Metallgehäuses ist die auf der Leiterplatte untergebrachte Schaltung unter einschränkenden Bedingungen schon betriebsfähig, weil in diesem Fall der Wärmeübertragungskörper wegen seiner großen Oberfläche als Kühlkörper wirkt. Ein Betrieb außerhalb des Metallgehäuses ist deshalb wichtig, weil dann z. B. für Prüfzwecke noch alle Bauelemente zugänglich sind.
In den zuvor beschriebenen Beispielen ist die Leiterplatte in
demjenigen Bereich des Metallgehäuses mit diesem verbunden, in
dem sich die Kühlrippen befinden. Daraus folgt, daß einige
Teile des Metallgehäuses, in diesen Beispielen der Deckel De
und der Boden Bd, nichts zur Wärmeableitung beitragen. Diese
Teile können also verhältnismäßig dünn und leicht abnehmbar
ausgebildet sein. D.h., auch der Boden Bd kann abweichend von
der Darstellung in den Fig. 1, 3 und 5 so dünn und leicht
abnehmbar wie der Deckel De ausgebildet sein. Das hat den
Vorteil, daß nach Abnehmen des Deckels bzw. des Bodens die
Bauelemente z. B. für Prüfzwecke leicht zugänglich sind, wobei
die Elektronikbaugruppe noch voll funktionsfähig ist.
Claims (3)
1. Elektronik-Baugruppe mit Metallgehäuse mit folgenden
Merkmalen:
- a) Im Metallgehäuse (MG) ist eine Leiterplatte (LP) eingebaut, die mit Halbleiterbauelementen (IC) bestückt ist.
- b) Die Leiterplatte (LP) weist einen Metallkern (MK) auf.
- c) Mindestens ein Halbleiterbauelement (IC) steht über einen Wärmeübertragungskörper in Wärmekontakt mit dem Metallgehäuse (MG).
- d) Der Wärmeübertragungskörper steht über den Metallkern (MK) in Wärmekontakt mit dem Metallgehäuse (MG).
- e) Der Wärmeübertragungskörper weist einen Grundkörper (GK) und einen Stempel (St) auf.
- f) Der Grundkörper (GK) ist zur gut wärmeleitenden Verbindung (B1 . . . B4) mit dem Metallkern (MK) ausgebildet.
- g) Das Metallgehäuse (MG) und die Leiterplatte (LP) sind zur gut wärmeleitenden Verbindung (Ab, S5) des Metallkernes (MK) mit dem Metallgehäuse (MG) ausgebildet.
- h) Der Stempel (St) ist so in dem Grundkörper gehaltert, daß er an die Oberseite des Halbleiterbauelementes angedrückt wird.
Der einleitende Satz sowie die Merkmale a) und c) bilden den
Oberbegriff. Die Merkmale b) sowie d) bis h) bilden den
kennzeichnenden Teil.
2. Elektronik-Baugruppe nach dem Patentanspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wärmeübertragungskörper zur lösbaren
Verbindung mit dem Metallkern ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914104888 DE4104888C2 (de) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | Elektronik-Baugruppe mit Metallgehäuse |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914104888 DE4104888C2 (de) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | Elektronik-Baugruppe mit Metallgehäuse |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4104888A1 DE4104888A1 (de) | 1992-08-20 |
DE4104888C2 true DE4104888C2 (de) | 1994-09-08 |
Family
ID=6425240
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914104888 Expired - Fee Related DE4104888C2 (de) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | Elektronik-Baugruppe mit Metallgehäuse |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4104888C2 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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GB8423618D0 (en) * | 1984-09-18 | 1984-10-24 | Howood Ind Ltd | Heat sink structures |
GB8625472D0 (en) * | 1986-10-24 | 1986-11-26 | Bicc Plc | Circuit board installation |
DE3708000A1 (de) * | 1987-03-12 | 1988-09-22 | Isola Werke Ag | Verfahren zur herstellung von metallkerne enthaltenden elektrischen leiterplatten und basismaterial dafuer |
DE3829117A1 (de) * | 1988-08-27 | 1990-03-08 | Standard Elektrik Lorenz Ag | Metallkern-leiterplatte |
DE8906726U1 (de) * | 1989-06-01 | 1989-07-27 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Elektronische Funktionseinheit |
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1991
- 1991-02-18 DE DE19914104888 patent/DE4104888C2/de not_active Expired - Fee Related
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