DE4224720A1 - Gehäuse für eine elektronische Schaltung mit einem Leistungshalbleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Gehäuse mit den im Ober­ begriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Solche Ge­ häuse werden in der Automobiltechnik verwendet zum Auf­ nehmen von elektronischen Schaltungen von Zündanlagen. Die Gehäuse sind für den Einsatz im Motorraum von Automobilen vorgesehen und sollen unter rauhen Umgebungsbedingungen (Temperaturbereich von -40 bis +125°C, Berührung mit Spritz­ wasser, Straßenschmutz, Kraftstoff und Motoröl) thermische Verlustleistung (Wärme) aus dem Gehäuseinnern an eine Wärme­ senke (z. B. ein Karosserieblech als Montagefläche) abführen. Die Gehäuse haben üblicherweise einen angespritzten elektri­ schen Stecker, der zusammen mit einer dazu passenden Kupp­ lung eine wasserdichte Steckverbindung bilden kann. Der ange­ spritzte Stecker stellt die elektrische Verbindung zur Schal­ tung im Innern des Gehäuses her. In das Gehäuse wird die elek­ tronische Schaltung eingefügt, welche wenigstens einen Leis­ tungshalbleiter enthält. Es handelt sich bei der Schaltung heute meistens um eine Hybridschaltung auf einem Keramikträ­ ger, mit welchem die im Innenbereich des Gehäuse liegenden Kontaktflächen des Steckers in der Regel durch Bonden ver­ bunden werden. Anschließend wird das Gehäuse durch eine metallische Bodenplatte, welche als Deckel dient, herme­ tisch verschlossen. Die metallische Bodenplatte hat Kon­ takt mit dem Leistungshalbleiter und überträgt dessen Ver­ lustwärme auf die Montagefläche, auf welcher das Gehäuse befestigt wird.

Die für die Wärmeableitung günstige und gewollte metallische Bodenplatte hat jedoch den Nachteil, daß die eine Gehäuse­ wand elektrisch leitend ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse der eingangs genannten Art zu schaffen, welches hinreichende Wärmeabfuhr aus dem Gehäuseinneren mit ver­ besserter Isolation des Gehäuses nach außen hin verbindet, ohne daß das Gehäuse dadurch verteuert würde.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Gehäuse mit den im An­ spruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Das neue Gehäuse hat nicht länger eine metallische Außenfläche, welche durch eine metallische Bodenplatte gebildet wird, sondern hat eine allseitig elektrisch isolierende Außenfläche. Um dennoch eine hinreichende Wärmeabfuhr zu erzielen, ist ein flacher Körper, welcher die Verlustwärme des Leistungshalbleiters überträgt, in eine Wand des Gehäuses eingespritzt. Der Körper wird dadurch zu einem Bestandteil der Wand aus Kunststoff, welche zwar an sich ein schlechtes Wärmeleitvermögen hat, in dem Bereich aber, wo der Körper eingespritzt ist, ohne Einbuße an Festigkeit so dünn sein kann, daß der dadurch bedingte Wärmeübergangswiderstand nicht mehr ins Gewicht fällt, die elektrische Isolation des Gehäuses aber rundum lückenlos gewährleistet ist.

Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß die Montage der elek­ tronischen Schaltung im Gehäuse erleichtert wird, weil der die Verlustwärme übertragende flache Körper bereits beim Spritzgießen des Gehäuses mit eingespritzt wird, für ihn also kein gesonderter Montageschritt benötigt wird. Da beim Spritzen des Gehäuses ohnehin schon heute ein elektrischer Stecker mit angespritzt wird, bedeutet es keinen nennens­ werten zusätzlichen Aufwand, auch den der Wärmeübertragung dienenden flachen Körper mit einzuspritzen. Bei diesem flachen Körper kann es sich um eine Metallplatte handeln, welche vorzugsweise in der Weise eingespritzt ist, daß sie außen mit einer gespritzten Kunststoffschicht bedeckt ist, welche dünn ist im Vergleich zur Dicke der Gehäusewand, innen aber eine vom Kunststoff der Gehäusewand unbedeckte Oberfläche hat, so daß dort keine Kunststoffzwischenschicht den Wärme­ übergang vom Leistungshalbleiter auf die Metallplatte be­ hindert.

Eine andere günstige Möglichkeit, die vom Leistungshalbleiter erzeugte Wärme nach außen abzuführen, besteht darin, daß man den Leistungshalbleiter selbst, welcher ja üblicherweise in einem flachen Kunststoffgehäuse untergebracht ist, mit seinem Gehäuse in eine Wand des anderen Gehäuses, welches die gesamte Schaltung aufnimmt, einspritzt, und zwar vorzugsweise so, daß eine Außenfläche des Gehäuses des Leistungshalb­ leiters zugleich eine Außenfläche des die Schaltung umfassen­ den Gehäuses ist, so daß die Verlustwärme des Leistungs­ halbleiters von seinem integralen Gehäuse unmittelbar an die Umgebung abgegeben werden kann. Die gegenüberliegende Außenfläche des Gehäuses des Leistungshalbleiters ist jedoch vor­ zugsweise von dem Kunststoff der Wand des die Schaltung um­ fassenden Gehäuses bedeckt. Das hat einerseits den Vorteil, daß der Wärmeübergang in das Innere des Gehäuses behindert wird, und daß andererseits zwischen dem Gehäuse des Leistungs­ halbleiters und dem Kunststoff der Gehäusewand, in welche es eingebettet ist, keine Fugen entstehen, durch die hindurch Wasserdampf in das Innere des Gehäuses diffundieren könnte. Vorzugsweise ist der Leistungshalbleiter mit seinem Gehäuse so in die Wand des größeren Gehäuses eingespritzt, daß seine Oberfläche mit der angrenzenden Gehäusewand fluchtet.

Ein weiterer Vorteil dieses Aufbaus besteht darin, daß der Schaltungsaufbau dadurch kompakter wird.

Der zum Gehäuse gehörende Stecker kann vorgefertigt und dann eingespritzt werden, es ist aber auch möglich und wird be­ vorzugt, den Stecker dadurch zu bilden, daß seine Steck­ kontakte unmittelbar in die Spritzgießform eingelegt und mit dem Kunststoff des Gehäuses umspritzt werden, so daß der Stecker durch den Spritzgießvorgang gebildet wird.

Zum Anschluß von Sensoren an die elektronische Schaltung im Gehäuse wird in eine Gehäusewand vorzugsweise ein Kabel ein­ gespritzt.

Erfindungsgemäße Gehäuse eignen sich insbesondere, um in der Automobiltechnik und in der industriellen Meß- und Regel­ technik in rauhen Umgebungsbedingungen möglichst nahe zum Beispiel an einem Sensor oder an einem Aktuator eine elektro­ nische Schaltung mit einem Leistungshalbleiter unterzubringen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beige­ fügten Zeichnung dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Gehäuse in der Draufsicht mit abgenommenem Deckel,

Fig. 2 zeigt das Gehäuse in einem Schnitt, und

Fig. 3 zeigt das Gehäuse in der Ansicht auf seinen Stecker.

Es handelt sich um ein aus Kunststoff gespritztes Gehäuse 1 mit einem Flansch 2, welcher Bohrungen 3 enthält, mit denen das Gehäuse 1 auf einer Montagefläche, z. B. auf einem Karosserieblech, befestigt werden kann. An einer der Seiten­ flächen des Gehäuses ist ein Stecker 4 ausgebildet, indem dessen Steckkontakte 5 unmittelbar in die Gehäusewand ein­ gespritzt sind. Im Innenraum 6 des Gehäuses sind die Steck­ kontakte 5 umgebogen und machen Kontakt mit einer Schaltungs­ trägerplatte 7, bei welcher es sich um eine metallisierte Keramikplatte oder um eine konventionelle, unter Verwendung von Kunststoff hergestellte Platine handeln kann. Diese Schaltungsplatte wird - mit Bauelementen einer elektronischen Schaltung bestückt - in das Gehäuse eingesetzt und an einer Bundfläche 8 positioniert. Auf der Schaltungsträgerplatte 7 befindet sich auch ein Leistungshalbleiter 9, dessen Ge­ häuse Kontakt hat mit einer Metallplatte 10, welche so in die der Gehäuseöffnung gegenüberliegende Gehäusewand 11 eingebettet ist, daß die zum Leistungshalbleiter 9 weisen­ de Oberfläche etwas über den Kunststoff der Gehäusewand 11 vorsteht, wohingegen die nach außen weisende Oberfläche der Metallplatte 10 von einer dünnen Kunststoffschicht 12 be­ deckt ist, welche zwischen 0,2 und 0,4, vorzugsweise nicht mehr als 0,3 mm dick ist; die Schicht 12 ist damit klein gegenüber der Dicke der Wand 11, welche etwa 2 mm beträgt.

In derselben Zeichnung ist noch eine weitere Möglichkeit der Anordnung eines Leistungshalbleiters 13 dargestellt: Er ist unmittelbar in die Gehäusewand 11 eingespritzt, und zwar so, daß seine ebene Außenseite bündig mit der Außenseite der Gehäusewand 11 abschließt, wohingegen die restliche Ober­ fläche des Gehäuses des Leistungshalbleiters 13 von dem Kunst­ stoff der Gehäusewand 11 bedeckt ist, durch den hindurch die abgebogenen Anschlußbeine 14 des Leistungshalbleiters zur Schaltungsträgerplatte 7 führen.

In die Seitenwand 15, welche dem Stecker 5 gegenüberliegt, ist ein Kabel 16 eingespritzt, durch welches ein Sensor mit der Schaltung auf der Schaltungsträgerplatte 7 verbunden wer­ den kann.

Um die Wirksamkeit der Metallplatte 10 zu illustrieren, sei ein Zahlenbeispiel angegeben:

Die Metallplatte habe eine-Grundfläche von 1200 mm², die Kunststoffschicht 12 darüber sei 0,3 mm dick, die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffes betrage 0,25 W/(m×K), dann ist der thermische Übergangswiderstand der dünnen Kunst­ stoffschicht

d. h., eine in die eingespritzte Metallplatte eingebrachte Verlustleistung von 10 W führt zu einer Temperaturerhöhung im Gehäuseinneren gegenüber der Montagefläche von nur 10 K. Bei einer Umgebungstemperatur von 110°C (z. B. im Motorraum) stellt sich somit eine Gehäuseinnentemperatur von 120°C ein, was zulässig ist.

Das geöffnet dargestellte Gehäuse wird verschlossen durch einen Kunststoffdeckel, welcher mit dem restlichen Gehäuse verklebt werden kann.

Claims (7)

1. Durch Spritzgießen aus Kunststoff hergestelltes Gehäuse mit angespritztem elektrischem Stecker und mit einem Deckel zum wasserdichten Verschließen des Gehäuses, welches zum Aufnehmen einer elektronischen Schaltung mit wenigstens einem Leistungshalbleiter dient, der mit einem dessen Ver­ lustwärme übertragenden flachen Körper verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) allseitig eine elektrisch isolierende Außenfläche hat und der Körper (10, 13) in eine Wand (11) des Gehäuses (1) eingespritzt ist.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) eine Metallplatte ist, welche außen mit einer gespritzten Kunststoffschicht (12) bedeckt ist, welche dünn ist im Vergleich zur Dicke der Gehäusewand (11), welche innen eine vom Kunststoff der Gehäusewand (11) unbe­ deckte Oberfläche hat.

3. Gehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gespritzte Kunststoffschicht (12) auf der Metall­ platte (10) 0,2 bis 0,4 mm, vorzugsweise 0,3 mm dick ist.

4. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (13) das Gehäuse, in welches der Leistungs­ halbleiter eingegossen ist, selbst ist.

5. Gehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (13) des Leistungshalbleiters so eingespritzt ist, daß eine Außenfläche des Gehäuses (13) des Leistungs­ halbleiters zugleich eine Außenfläche des die Schaltung (7) umfassenden Gehäuses (1) ist und daß die anderen Außenflächen des Gehäuses (1) des Leistungshalbleiters (13) von dem Kunststoff der Wand (11) des die Schaltung (7) umfassenden Gehäuses (1) bedeckt sind.

6. Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stecker (4) durch Umspritzen seiner Steckkontakte (5) beim Spritzgießen des Gehäuses (1) gebildet ist.

7. Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kabel (16) in eine Gehäuse­ wand (15) eingespritzt ist.