DE4231141A1

DE4231141A1 - Power component module for electronic control device - uses sidewall of control device housing as heat sink for dissipating waste heat generated by power components

Info

Publication number: DE4231141A1
Application number: DE4231141A
Authority: DE
Inventors: Willy Bentz; Waldemar Dipl Ing Ernst
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-09-17
Filing date: 1992-09-17
Publication date: 1994-03-24
Also published as: ITMI931982A0; ITMI931982A1; FR2695792A1; IT1272626B; FR2695792B1

Abstract

The module has at least one electronic power component (11) mounted on an electronic control circuit board (10) so that it lies in contact with the inside face (34) of one of the outer sidewalls of the housing (30) of the control device, acting as a heat sink for dissipating the waste heat generated by the power component. The power component is mounted on the circuit board via a fixing element (12). A spring (27) is used to press the power component into firm contact with the housing sidewall. ADVANTAGE - Rapid, good heat dissipation without requiring additional cooling elements. Can be built into housing of control unit. Power components can be plugged in by hand or automatically from above in simple manner during mounting.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einer Baugruppe für elektronische Steuer geräte nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on an electronic control assembly devices according to the genus of the main claim.

Aus der DE-OS 33 31 207 ist eine Baugruppe bekannt, bei der die Verlustwärme eines Leistungsbauelementes mit Hilfe eines zusätzli chen Kühlelements abgeführt wird. Dabei ist ein großer Platzbedarf notwendig, der für andere elektronische Bauteile auf der Leiter platte verlorengeht. Insbesondere bei großen Verlustleistungen ist die Wärmeabfuhr nicht hinreichend groß und schnell genug. Ferner ist die Montage durch das zusätzliche Kühlelement aufwendig.From DE-OS 33 31 207 an assembly is known in which the Heat loss of a power component with the help of an additional Chen cooling element is removed. It takes up a lot of space necessary for other electronic components on the ladder plate is lost. Especially with large power losses the heat dissipation is not sufficiently large and fast enough. Further is the assembly is complex due to the additional cooling element.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Baugruppe für elektronische Steuergeräte mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß keine zusätzlichen Kühlelemente zur Ableitung der Verlustwärme notwendig sind. Da die Leistungsbauelemente direkt an der Innenwand des Gehäuses anliegen, ist eine schnelle und gute Wärmeableitung möglich. Da keine zusätzlichen Kühlelemente mehr notwendig sind, ergibt sich zusätzlicher Platz für weitere elektri sche Bauteile auf der Leiterplatte. Durch das einfache und preis günstige Montageverfahren erhält man Baugruppen, die in das Gehäuse des Steuergerätes eingebaut werden können, und dabei die Rückseite des Leistungsbauelements direkt an der Innenwand des Gehäuses zum Anliegen kommt. Bereits vor dem Lötvorgang, bei dem die Anschlüsse des Leistungsbauelements mit den Leiterbahnen der Leiterplatte ver bunden werden, befindet sich das Leistungsbauelement in einer definierten Schräglage, die der späteren Einbaulage entspricht. Während der Montage können die Leistungsbauelemente auf der Leiter platte von oben her in einfacher Weise durch Hand oder auch automa tisch in herkömmlicher Weise gesteckt werden.The assembly according to the invention for electronic control units with in contrast, has the characteristic features of the main claim the advantage that no additional cooling elements to derive the Heat loss is necessary. Because the power components directly The inner wall of the case is fast and good Heat dissipation possible. Because no additional cooling elements necessary, there is additional space for further electri cal components on the circuit board. Because of the simple and affordable Favorable assembly methods are used to obtain assemblies that are in the housing of the control unit can be installed, and the back of the power component directly on the inner wall of the housing Concern comes. Even before the soldering process, in which the connections ver of the power component with the conductor tracks of the circuit board be bound, the power component is in one defined inclined position, which corresponds to the later installation position. The power components can be mounted on the ladder during assembly plate from above in a simple manner by hand or automatically be put in the table in a conventional manner.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Baugruppe möglich.The measures listed in the subclaims provide for partial further training and improvements in the main claim specified assembly possible.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgende Beschreibung näher erläutert. In den Fig. 1 bis 3 sind jeweils im Längsschnitt die wesentlichen Ver fahrensschritte dargestellt wobei in der Fig. 3 eine in einem Gehäuse eines Steuergeräts eingebaute Baueinheit gezeigt ist.An embodiment of the invention is shown in the drawing and Darge explained in more detail in the following description. In Figs. 1 to 3 which are each represented substantially Ver method steps wherein in the Fig. 3 is a built in a housing of a control device assembly is shown in longitudinal section.

Description of the embodiment

In der Fig. 1 ist mit 10 eine Leiterplatte bezeichnet, die eine nicht näher dargestellte elektronische Schaltung trägt. Zu dieser elektronischen Schaltung gehören Leistungsbauelemente 11, die im Betriebszustand Verlustwärme abgeben, die wiederum möglichst schnell abgeleitet werden muß. Als Leistungsbauelement 11 können z. B. Transistoren verwendet werden. Um das Leistungsbauelement 11 auf der Leiterplatte 10 fixieren zu können, ist auf der Leiterplatte 10 ein Fixierelement 12 plaziert, das mit Hilfe eines Fortsatzes 13 fest auf der Leiterplatte 10 befestigt ist. Das Fixierelement 12 weist trichterförmige Bohrungen 14 auf, die mit in der Leiterplatte 10 ausgebildeten Bohrungen 15 fluchten. Die Öffnungen 16 der Bohrungen 14 mit dem größeren Durchmesser sind dem Leistungsbauelement 11 zugewandt, so daß die Anschlüsse 17 der Leistungsbauelemente 11 leicht in die Bohrungen 14, 15 eingeführt werden können. Auf der Leiterplatte 10 befinden sich in herkömmlicher Weise die Leiter bahnen 18, die mit einer Lötverbindung 19, wie in Fig. 2 gezeigt, mit den Anschlüssen 17 des Leistungsbauelements 11 verbunden sind. Statt Leiterbahnen 17 könnte auch eine Leiterfolie verwendet werden. Wie beispielsweise beim Anschluß 20 gezeigt, können die Enden der Anschlüsse auch umgebogen sein, so daß sie vor dem Verlöten fixiert sind.In Fig. 1, 10 denotes a circuit board which carries an electronic circuit, not shown. This electronic circuit includes power components 11 which emit heat loss in the operating state, which in turn must be dissipated as quickly as possible. As a power component 11 z. B. transistors can be used. In order to use the power device 11 fixed on the circuit board 10 is placed on the circuit board 10, a fixing member 12 which is fixedly attached by means of an extension 13 on the circuit board 10 degrees. The fixing element 12 has funnel-shaped bores 14 which are aligned with bores 15 formed in the printed circuit board 10 . The openings 16 of the bores 14 with the larger diameter face the power component 11 , so that the connections 17 of the power components 11 can be easily inserted into the bores 14 , 15 . On the circuit board 10 are the conductor tracks 18 in a conventional manner, which are connected to the connections 17 of the power component 11 with a solder connection 19 , as shown in FIG. 2. Instead of conductor tracks 17 , a conductor foil could also be used. As shown for example in connection 20 , the ends of the connections can also be bent over so that they are fixed before soldering.

Das Fixierelement 12 weist ein etwa senkrecht zur Leiterplatte 10 abstehendes Anschlagselement 23 auf. Die dem Leistungsbauelement 11 zugewandte Seite ist schräg ausgebildet, wobei der Neigungswinkel etwas großer als 90° ist. Er entspricht aber dem Neigungswinkel der Innenwand des Gehäuses, an dem, wie der Fig. 3 zu entnehmen ist, im fertigmontierten Zustand, das Leistungsbauelement 11 zum Anschlag kommt. Das Leistungsbauelement 11 liegt somit mit seiner einen Seite, d. h. mit seinem Rücken, an der schrägen Seite 24 des An schlagselements 23 an, und sitzt mit seiner Unterseite 25, aus der auch die Anschlüsse 17 herausführen, auf einem Ansatz 26 des An schlagselements 23 des Fixierelements 12 auf. Ferner wird das Leistungsbauelement 11 durch ein in das Fixierelement 12 inte griertes Federelement 27 an die Seite 24 des Fixierelements 12 gedrückt. The fixing element 12 has a stop element 23 which projects approximately perpendicular to the printed circuit board 10 . The side facing the power component 11 is formed obliquely, the angle of inclination being somewhat greater than 90 °. However, it corresponds to the angle of inclination of the inner wall of the housing, on which, as can be seen in FIG. 3, the power component 11 comes to a stop in the fully assembled state. The power component 11 is thus with its one side, ie with its back, on the inclined side 24 of the impact element 23 , and sits with its underside 25 , from which the connections 17 lead out, on a shoulder 26 of the impact element 23 on Fixing element 12 . Further, the power device 11 is pressed by an inte grated in the fixing element 12 the spring element 27 to the side 24 of the fixing 12th

In der Fig. 1 ist nur ein Leistungsbauelement mit einem Fixier element 12 dargestellt. Es können aber mehrere Leistungsbauelemente auf jeweils einem eigenen Fixierelement oder auf einem gemeinsamen Fixierelement auf der Leiterplatte angeordnet sein. Besonders durch die erfindungsgemäße Anordnung der Baugruppe ist eine relativ große Anzahl von Leistungsbauelementen auf der Leiterplatte möglich.In Fig. 1, only a power device with a fixing element 12 is shown. However, several power components can each be arranged on their own fixing element or on a common fixing element on the printed circuit board. A relatively large number of power components on the circuit board is possible, in particular, through the arrangement of the assembly according to the invention.

Bei der Montage wird auf der Leiterplatte 10 das Fixierelement 12 aufgesetzt. Die Leiterplatte 10 befindet sich hierbei auf einem Nutzen oder ist mit einem sogenannten Nutzenrahmen versehen. Bei einem Nutzen handelt es sich um eine Trägerplatte, auf der sich mehrere Leiterplatten zur Herstellung von mehreren Baugruppen befinden. Unter einem sogenannten Nutzenrahmen versteht man eine Art Rahmen, in dem mehrere Leiterplatten aufgehängt sind, um mehrere Baugruppen in einem Arbeitsvorgang herstellen zu können. Wie noch später erläutert, werden während der Herstellung die einzelnen Bau gruppen durch ein Trennverfahren aus dem Nutzen bzw. aus dem Nutzen rahmen herausgetrennt. Mit Hilfe des Fortsatzes 13 ist das Fixier element fest auf der Leiterplatte 10 befestigt, so daß die Bohrungen 14 und 15 genau fluchten. Das Leistungsbauelement 11 wird nun senk recht von oben her in das Fixierelement 12 zwischen dessen Anlage element 23 und dem Federelement 27 mit den Anschlüssen 17 voran hineingeführt. Mit Hilfe der trichterförmigen Öffnung 16 der Bohrungen 14 werden nun die Anschlüsse 17 geführt, so daß das Leistungsbauelement bis zum Anschlag 26 in das Fixierelement 12 hineingeführt wird und die Anschlüsse 17 durch die Bohrungen 15 durch die Leiterplatte 10 hindurchragen. Mit Hilfe des Federelements 27 wird nun das Leistungsbauelement 11 gegen die Seite 24 des Anlageelements 23 gedrückt. Anschließend werden durch ein Lötver fahren, z. B. durch das allgemein bekannte Schwall-Löten, die An schlüsse 17 des Leistungsbauelements 11 mit den Leiterbahnen 18 der Leiterplatte 10 verbunden. Dieser Montagezustand ist in der Fig. 1 dargestellt. During assembly, the fixing element 12 is placed on the printed circuit board 10 . The circuit board 10 is located on a panel or is provided with a so-called panel. One benefit is a carrier plate on which there are several printed circuit boards for the production of several assemblies. A so-called utility frame is a type of frame in which several printed circuit boards are suspended in order to be able to manufacture several assemblies in one operation. As will be explained later, the individual assemblies are separated from the benefit or the benefit framework by a separation process during manufacture. With the help of the extension 13 , the fixing element is firmly attached to the circuit board 10 , so that the holes 14 and 15 are exactly aligned. The power component 11 is now introduced vertically from above into the fixing element 12 between its contact element 23 and the spring element 27 with the connections 17 ahead. With the help of the funnel-shaped opening 16 of the bores 14 , the connections 17 are now guided, so that the power component is inserted as far as the stop 26 into the fixing element 12 and the connections 17 protrude through the bores 15 through the printed circuit board 10 . With the help of the spring element 27 , the power component 11 is now pressed against the side 24 of the contact element 23 . Then drive through a soldering z. B. by the well-known wave soldering, the connections 17 to the power component 11 connected to the conductor tracks 18 of the circuit board 10 . This assembly state is shown in FIG. 1.

Im nachfolgenden Verfahrensschritt wird nun die Baugruppe aus dem Nutzen durch ein Trennverfahren, z. B. durch Fräsen, herausgetrennt. Hierbei werden die einzelnen Leiterplatten 10 der jeweiligen Bauein heit im Nutzen voneinander getrennt. Gleichzeitig werden aber auch das Anlageelement 23 mit dem Anschlag 26, der Fortsatz 13 und ein Teil der Leiterplatte in diesem Bereich abgefräst. Das Fixierteil 12 und die Leiterplatte 10 werden hierbei so weit abgefräst, daß sie nur noch maximal bis zu einer gedachten Verlängerungslinie 28 des Rückens, d. h. der der Seite 24 zugewandten Seite des Bauelements 11 reichen. Dieser Montagezustand ist in der Fig. 2 dargestellt. Er stellt die Baugruppe im Zustand vor dem Einbau in ein Steuergerät dar. Wichtig ist hierbei für einen erfindungsgemäßen Einbau, daß das Fixierelement 12 und die Leiterplatte 10 so weit abgefräst werden bis sie nicht mehr über die gedachte Verlängerungslinie 28 heraus ragen. Dieser Fräsvorgang wird gleichzeitig in einem Arbeitsvorgang mit dem Trennen der einzelnen Baugruppe aus dem Nutzen durchgeführt.In the subsequent process step, the assembly is now used by a separation process, eg. B. separated by milling. Here, the individual circuit boards 10 of the respective Bauein unit are separated from each other in use. At the same time, however, the contact element 23 with the stop 26 , the extension 13 and part of the circuit board are also milled off in this area. The fixing part 12 and the printed circuit board 10 are milled so far that they only extend up to an imaginary extension line 28 of the back, ie the side of the component 11 facing the side 24 . This assembly state is shown in FIG. 2. It represents the assembly in the state before installation in a control unit. It is important for an installation according to the invention that the fixing element 12 and the printed circuit board 10 are milled off until they no longer protrude beyond the imaginary extension line 28 . This milling process is carried out at the same time as the individual assembly is separated from the panel.

In der Fig. 3 ist nun die in der Fig. 2 dargestellte Baugruppe in ein teilweise gezeigtes Gehäuse 30 eines Steuergerätes dargestellt. Hierbei liegt die Leiterplatte 10 auf der Grundplatte 31 des Gehäuses 30 auf. In der Grundplatte 31 ist im Randbereich eine Aus nehmung 32 ausgebildet. Die Seitenwand 33 steht mit einem Winkel der etwas großer als 90° ist, von der Grundplatte 31 ab. Die Baugruppe wird nun so in das Gehäuse 30 eingesetzt, daß die Leiterplatte 10 auf dem Bodenteil 31 aufliegt. Der Bereich der Anschlüsse 17 und der Lötverbindungen 19 der Baugruppe soll sich im Bereich der Aus nehmung 32 befinden, so daß die Lötverbindungen 19 durch eine eventuelle Auflage auf der Leiterplatte nicht beschädigt werden können. Ferner kommt der Rücken des Leistungsbauelements 11 an der Innenseite 34 der Seitenwand 33 zur Anlage. Durch das Feder element 27 wird das Leistungsbauelement 11 bereits an die Innenseite 34 gedrückt. Zusätzlich kann das Leistungsbauelement 11 noch mit einer, in der Fig. 3 nicht dargestellten, Feder fixiert bzw. gehalten werden. Wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist, reichen die Enden des Fixierteils 12 und das Ende der Leiterplatte 10 nicht bis zur Innenseite 34 der Außenwand 33, so daß keine Verspannungen in der Leiterplatte 10 oder eventuelle Toleranzprobleme entstehen können, die wiederum eine Anlage des Rückens des Leistungsbau elementes 11 über seine gesamte Länge an der Innenseite 34 der Außenwand 33 behindern würde. Die Schräge der Innenwand 34 der Seitenwand 33 ist einmal bedingt durch die notwendige Schräge für eine Entformung des als Gußteil hergestellten Gehäuses 30. Anderer seits wird hierdurch bereits durch das Eigengewicht des Leistungs bauelements 11 ein gewisser Anpreßdruck an der Innenwand 34 der Seitenwand 33 erreicht. Das Fixierteil 12 dient einerseits zur Führung der Anschlüsse 17 des Leistungsbauelements 11, andererseits um einen definierten Abstand des Leistungsbauelements 12 zur Leiter platte 10 zu gewährleisten. FIG. 3 shows the assembly shown in FIG. 2 in a housing 30 of a control unit, which is shown partially. Here, the circuit board 10 rests on the base plate 31 of the housing 30 . In the base plate 31 , a recess 32 is formed in the edge region. The side wall 33 protrudes from the base plate 31 at an angle which is somewhat larger than 90 °. The assembly is now inserted into the housing 30 so that the circuit board 10 rests on the bottom part 31 . The area of the connections 17 and the solder connections 19 of the assembly should be in the area from the recess 32 , so that the solder connections 19 cannot be damaged by a possible support on the circuit board. Furthermore, the back of the power component 11 comes to rest on the inside 34 of the side wall 33 . The power element 11 is already pressed against the inside 34 by the spring element 27 . In addition, the power component 11 can also be fixed or held with a spring (not shown in FIG. 3). As can be seen from Fig. 3, the ends of the fixing part 12 and the end of the circuit board 10 do not extend to the inside 34 of the outer wall 33 , so that no tension in the circuit board 10 or possible tolerance problems can arise, which in turn a system of Back of the power building element 11 would hinder its entire length on the inside 34 of the outer wall 33 . The slope of the inner wall 34 of the side wall 33 is due to the necessary slope for a demolding of the housing 30 produced as a cast part. On the other hand, a certain contact pressure on the inner wall 34 of the side wall 33 is already achieved by the weight of the power component 11 . The fixing part 12 serves on the one hand to guide the connections 17 of the power component 11 , and on the other hand to ensure a defined distance between the power component 12 and the printed circuit board 10 .

Durch das Federelement 27 wird bereits während der einzelnen Montageschritte, insbesondere zum Zeitpunkt des Lötvorgangs der Anschlüsse 17 mit den Leiterbahnen 18 eine genau definierte schräge Stellung des Leistungsbauelements 11 gewährleistet, die der Stellung, wie sie in der Fig. 3 dargestellt ist, entspricht. Dadurch werden im eingebauten Zustand, d. h. wie in der Fig. 3 dargestellt, die Lötverbindungen nicht mehr durch eventuelle Ruck bewegungen beschädigt.The spring element 27 already ensures a precisely defined oblique position of the power component 11 during the individual assembly steps, in particular at the time of the soldering process of the connections 17 with the conductor tracks 18, which corresponds to the position as shown in FIG. 3. As a result, in the installed state, ie as shown in FIG. 3, the soldered connections are no longer damaged by possible jerk movements.

Claims

1. An assembly for electronic control units, with at least one heat emitting electrical component ( 11 ) which is arranged with the aid of a fixing element ( 12 ) on a circuit board ( 10 ), characterized in that the fixing element ( 12 ) and the end of the circuit board ( 10 ) at most up to an extension line ( 28 ) of the rear of the component ( 11 ), and that the component ( 11 ) rests with the back in the installed state in the control unit on a heat dissipating component ( 33 ).

2. Module according to claim 1, characterized in that the construction part ( 33 ) is the side wall of the housing ( 30 ) of the control device.

3. Module according to claim 1 and / or 2, characterized in that the base plate ( 31 ) of the housing ( 30 ) of the control device has a recess ( 32 ) at least in the region of the component ( 11 ).

4. Module according to one of claims 1 to 3, characterized in that the fixing element ( 12 ) has a spring element ( 27 ) which presses the component ( 11 ) in the installed state on the component ( 33 ).

5. A process for preparing an assembly for electronic control units, wherein a fixing element (12) is mounted on the printed circuit board (10), (10) is set at least one electrical component (11) from the side of the fixing member (12) on the printed circuit board is inserted in which the component ( 11 ) between a stop element ( 23 ) and a spring element ( 27 ) of the fixing element ( 12 ) and the connections ( 17 ) of the component ( 11 ) through bores ( 14 ) of the fixing element ( 12 ) into the bores ( 15 ) of the printed circuit board ( 10 ), the connections ( 17 ) being connected to the printed conductors ( 18 ) of the printed circuit board ( 10 ) by solder connections ( 19 ), the fixing element ( 12 ) and the printed circuit board ( 10 ) are separated on one side so far that the ends of the fixing part ( 12 ) and the end of the circuit board ( 10 ) at most up to an imaginary extension line ( 28 ) of the back of the construction ements ( 11 ) are sufficient.

6. The method according to claim 5, characterized in that the fixing element ( 12 ) and the printed circuit board ( 10 ) are also separated when the assemblies are removed from the panel.

7. The method according to claim 5 and / or 6, characterized in that the stop element ( 23 ), the projection ( 26 ) and the extension ( 13 ) of the fixing element ( 12 ) are separated.