DE4226816C2

DE4226816C2 - Vorrichtung zur Wärmeableitung aus einem Gehäuse einer integrierten Schaltung

Info

Publication number: DE4226816C2
Application number: DE19924226816
Authority: DE
Inventors: Franz Baader
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Schneider Automation GmbH
Priority date: 1992-08-13
Filing date: 1992-08-13
Publication date: 1996-08-22
Anticipated expiration: 2012-08-14
Also published as: DE4226816A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wärmeableitung aus einem Gehäuse einer integrierten Schaltung, wobei ein mit Rippen versehener, metallischer Kühlkörper gegen die Oberfläche des Gehäuses mit mindestens einer aus einem länglichen Federelement bestehenden, in der Mitte gebogenen, bügelartigen Feder angedrückt ist, deren Enden hakenförmig abgewinkelt sind und in Löcher eines Trägers eingreifen.

Eine Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art ist bekannt (DE 88 01 581 U1). Bei dieser Vorrichtung ist ein integrierter Baustein in eine Steckfassung eingesetzt, die außerhalb der Auflagefläche des integrierten Bausteins die Löcher enthält, in die die Enden der bügelartigen Federn eingreifen. Der Kühlkörper liegt mit seiner ebenen Unterseite auf der ebenen Oberfläche des integrierten Bausteins auf. Die Anpreßkräfte der Federn müssen so groß sein, daß eine Verschiebung des Kühlkörpers bei seitlich auf den Kühlkörper einwirkenden Kräften vermieden wird.

Bekannt ist auch eine Vorrichtung zur Wärmeableitung aus einer integrierten Schaltung mit einem Kühlkörper, der mit Rippen versehen ist und mit einer ebenen Unterseite auf der Oberfläche des Gehäuses der integrierten Schaltung aufliegt. Eine längliche Feder, die in der Mitte wellenförmig gebogen und an den Enden abgewinkelt ist, ist gegen das Gehäuse der integrierten Schaltung gedrückt. Die hakenförmigen Enden rasten auf der Unterseite des Gehäuses der integrierten Schaltung ein (JP1-71 154 A, In: Patents Abstracts of Japan, E-781).

Schließlich ist eine Kühleinrichtung für eine integrierte Schaltung bekannt, bei der auf die Oberfläche der auf einer Leiterplatte befindlichen integrierten Schaltung ein Kühlelement durch mehrere axial unter Federspannung stehende Stempel angedrückt ist. Die Stempel sind gegeneinander örtlich versetzt und in einer oberhalb der integrierten Schaltung parallel zu deren Oberfläche verlaufenden Führungsplatte gelagert. Die Führungsplatte ist über ein Abstandsröhrchen und eine durch diese hindurchgehende Schraube auf der Leiterplatte befestigt (DE 90 14 677 U1).

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zur Wärmeableitung aus einem Gehäuse einer integrierten Schaltung zu entwickeln, die auch bei schockartigen Kräften und bei Vibrationen eine sichere Fixierung von standardmäßigen Kühlkörpern auf einem Gehäuse ermöglicht.

Das Problem wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Träger eine Leiterplatte einer zwei parallele Leiterplatten aufiveisenden Baugruppe ist, zwischen denen das an der einen Leiterplatte befestigte Gehäuse angeordnet ist, und daß der Kühlkörper in eine Ausnehmung der anderen Leiterplatte ragt, wobei die Ausnehmung so ausgebildet ist, daß der Kühlkörper in Abschnitte der Ausnehmung so hineinragt, daß deren Ecken den äußeren Rippen gegenüberstehen.

Bei dieser Einrichtung wird auf einfache Weise der mit parallelen Rippen versehene Kühlkörper nicht nur gegen die Oberfläche des Schaltkreisgehäuses gedrückt, sondern auch gegen Querverschiebung auf der Oberfläche gesichert. Die Montage des Kühlkörpers am Gehäuse ist einfach und erfordert nur wenige Handgriffe. Die Ausnehmung sichert den Kühlkörper gegen Verschiebungen, indem sie die parallel zur Oberfläche auf den Kühlkörper wirkenden Kräfte aufnimmt. Schlagartig auf die Baugruppe einwirkende Kräfte, die auch die Reibungskraft zwischen Oberfläche und Kühlkörper überwinden, können daher nicht eine unerwünschte Verschiebung des Kühlkörpers auf der Gehäuseoberfläche hervorrufen.

Vorzugsweise sind Hohlräume zwischen der Auflagefläche des Kühlkörpers und der Oberfläche des Gehäuses durch Wärmeleitpaste ausgefüllt. Damit wird eine weitere Verbesserung des Wärmeübergangs erreicht. Die Fixierung des Kühlkörpers auf dem Gehäuse bleibt auch erhalten wenn die Wärmeleitpaste zwischen Kühlkörper und Schaltkreisgehäuse vorgesehen ist, was sich in einer Reduzierung der Reibungskraft zwischen diesen beiden Teilen auswirken kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben.

Es zeigen

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Wärmeableitung aus einem Gehäuse einer integrierten Schaltung im Querschnitt;

Fig. 2 eine perspektische Ansicht eines Teils einer Baugruppe mit zwei parallelen Leiterplatten, von denen eine ein Gehäuse einer integrierten Schaltung und eine Vorrichtung zur Wärmeableitung aus dem Gehäuse enthält;

Fig. 3 eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Wärmeableitung aus einem Gehäuse einer integrierten Schaltung in perspektivischer Ansicht.

Eine integrierte Schaltung ist mit ihrem elektrisch isolierenden Gehäuse 1 auf einem Träger, einer Leiterplatte 2, angeordnet, die zu einer in Fig. 1 nicht vollständig dargestellten Baugruppe 3 gehört. Das Gehäuse 1 weist Anschlußdrähte 4 auf, die mit ihren abgewinkelten Teilen in nicht näher bezeichnete Löcher der Leiterplatte 2 ragen. Die freien Enden 5 der Anschlußdrähte 4 überragen die Oberfläche der Leiterplatte 2 und sind durch Lot mit Leiterbahnen 6 verbunden. Das Gehäuse kann Anschlußflächen für die SMD-Technik aufweisen, wobei eine Leiterplatte ohne Löcher verwendet werden kann.

Gegen die der Leiterplatte 2 abgewandte, ebene Oberfläche 7 des Gehäuses 1 ist ein metallischer Kühlkörper 8 angedrückt. Die Anpreßkraft für den Kühlkörper 8 wird von mindestens einer Feder 9 erzeugt. Der Kühlkörper 8 besteht aus einer Basisplatte 10, von deren einer Seite kammartig plattenförmige Rippen 11 ausgehen, die parallel zueinander verlaufen. Die aus einem gewölbten Blatt bestehende Feder 9 ragt in den Zwischenraum zwischen zwei Rippen 11.

Die Feder 9 besteht aus einem Blatt, das bügelartig gewölbt ist. Es kann aber auch eine Feder aus Rundmaterial vorgesehen sein. In der Mitte weist die Feder 9 wellenförmig Wölbungen 12, 13 auf, die an Stellen 14, 15 gegen die Basisplatte 10 des Kühlkörpers 8 angedrückt sind. Die Wölbungen 12, 13 gehen gegen die Enden der Feder 9 hin in Abschnitte 16, 17 über, die an den Enden 18, 19 hakenförmig abgewinkelt sind. Die Abschnitte 16, 17 ragen jeweils durch Löcher 20, 21 der Leiterplatte hindurch. Unter der Federvorspannung legen sich einerseits die Enden 18, 19 gegen die dem Gehäuse 1 abgewandte Oberfläche der Leiterplatte 2 und andererseits die dem Gehäuse 1 am nächsten kommenden Stellen der Wölbungen 12, 13 an der Basisplatte 10 an. Die den Rippen 11 abgewandte, ebene Seite des Kühlkörpers 8 wird unter der Federkraft gegen die Oberfläche 7 gedrückt. Die Hohlräume zwischen den Auflagestellen von Basisplatte 10 und der Oberfläche 7 sind durch eine Wärmeleitpaste 39 ausgefüllt. Der Wärmeübergangswiderstand zwischen Oberfläche 7 und Kühlkörper 8 ist auch infolge der Wärmeleitpaste gering.

Da keine formschlüssige sondern nur eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Kühlkörper 8 und Gehäuse 1 vorhanden ist, können sich Unterschiede in den Wärmeausdehnungskoeffizienten des metallischen Kühlkörpers 8 und des elektrisch isolierenden Gehäuses 1, das z. B. aus Kunststoff besteht, nicht störend auswirken. Es bleibt auch bei unterschiedlichen Temperaturen immer ein niedriger Wärmeübergangswiderstand bestehen. Der Kühlkörper 8 wird durch Konvektion gekühlt. Die Kühlfläche wird auf die Wärmeentwicklung im Gehäuse 1 abgestimmt. Bei größerer Ausdehnung der Oberfläche 7 werden vorzugsweise zwei oder mehr Federn 9 zum Andrücken des Kühlkörpers 8 an der Oberfläche 7 verwendet. Um eine gute Kühlung auch ohne zwangsweise Belüftung zu erreichen, wird die Oberfläche 7 vertikal angeordnet, wobei die Rippen ebenfalls vertikal verlaufen. An den Rippen 11 strömt dann Kühlluft durch natürliche Konvektion vorbei.

Die Vorrichtung zur Wärmeableitung aus einem Gehäuse einer integrierten Schaltung eignet sich insbesondere für Mikroprozessoren mit einer großen Zahl paralleler Daten- und Adressenanschlüsse und mit großer Verarbeitungsgeschwindigkeit. In derartigen Mikroprozessoren sind aktive und passive elektrische Bauelemente mit großer Packungsdichte angeordnet. Im Betrieb wird dabei eine relativ große Verlustwärme erzeugt, die abgeleitet werden muß, damit nicht die zulässigen Temperaturgrenzen überschritten werden.

In Fig. 2 ist die Baugruppe 22 mit zwei parallelen Leiterplatten 23, 24 dargestellt, die miteinander kraft- und formschlüssig verbunden sind. Im Zwischenraum der beiden Leiterplatten 23, 24 befindet sich eine integrierte Schaltung mit ihrem Gehäuse 25. Die Anschlußenden des Gehäuses 25 sind in der Leiterplatte 23 eingelötet, d. h. das Gehäuse 25 ist an der Leiterplatte 23 befestigt. An derjenigen Fläche des Gehäuses 25, das der Leiterplatte 23 abgewandt ist, ist ein Kühlkörper 26 mittels zweier Federn 27, 28 angedrückt. Die Federn 27, 28 verlaufen mit nicht näher bezeichneten Wölbungen jeweils in Räumen zwischen zwei Rippen 29, 30 und 31, 32 und sind mit nicht näher bezeichneten Wölbungen gegen die Basisplatte 33 des Kühlkörpers 26 angedrückt. Die Leiterplatte 24 hat eine Ausnehmung 34, durch die der Kühlkörper 26 hindurchragt.

Die Ausnehmung 34 ist so ausgebildet, daß der Kühlkörper 26 in Abschnitte 35, 36 hineinragt, deren Ecken den äußeren Rippen 37, 38 gegenüberstehen. Bei platzsparender Randlage braucht unterhalb des Kühlkörpers 26 kein Leiterplattenabschnitt mehr vorhanden zu sein, d. h. die Leiterplatte 24 ist ausgespart. Die Abschnitte 35, 36 halten den Kühlkörper 26 in seiner Position quer zur Anpreßkraft fest. Der Kühlkörper 26 wird einerseits durch die von den Anpreßkräften abhängigen Reibungskräfte und andererseits durch die Aussparung 34 davor geschützt, daß er auf der Oberfläche des Gehäuses 25 ohne abzuheben in unzulässiger Weise verschoben wird. Bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung liegen die Enden der Federn 27, 28 einerseits an der Leiterplatte 24 und andererseits an der Leiterplatte 23 an. Die Enden ragen dabei durch nicht bezeichnete Löcher in diesen Leiterplatten. Bei der in Fig. 3 dargestellten Baugruppe 40 mit zwei parallelen Leiterplatten 41, 42 ist die Aussparung in der Leiterplatte 42 so groß, daß die Federn 43, 44 nur an der einen Leiterplatte 41 anliegen, d. h. symmetrisch zu ihrer Mitte ausgebildet sind.

Claims

1. Vorrichtung zur Wärmeableitung aus einem Gehäuse einer integrierten Schaltung, wobei ein mit Rippen versehener, metallischer Kühlkörper gegen die Oberfläche des Gehäuses mit mindestens einer aus einem länglichen Federelement bestehenden, in der Mitte gebogenen, bügel artigen Feder angedrückt ist, deren Enden hakenförmig abgewinkelt sind und in Löcher eines Trägers eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine Leiterplatte (23) einer zwei parallele Leiter platten (23, 24) aufweisenden Baugruppe (22) ist, zwischen denen das an der einen Leiterplatte (23) befestigte Gehäuse (25) angeordnet ist, und daß der Kühlkörper (26) in einem Ausnehmung (34) der anderen Leiterplatte (24) ragt, wobei die Ausnehmung (34) so ausgebildet ist, daß der Kühlkörper (26) in Abschnitte (35, 36) der Ausnehmung so hineinragt, daß deren Ecken den äußeren Rippen (37, 38) gegenüberstehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Hohlräume zwischen der Auflagefläche des Kühlkörpers (26) und der Oberfläche des Gehäuses (25) durch eine Wärmeleitpaste ausgefüllt sind.