DE4338392A1 - Anordnung zur Entwärmung eines auf eine Platine gelöteten elektronischen Bauelements - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Entwärmung eines auf eine Platine gelöteten elektronischen Bauelements, bei welcher ein mit dem elektronischen Bauelement verbundenes Wärmeleitblech mittels eines Federelements an eine im wesentlichen rechtwinklig zur Platine verlaufende Fläche eines Kühlstegs gedrückt ist, wobei der Kühlsteg mit der Platine fest verbunden ist.

Eine derartige Anordnung ist durch US 48 99 255 bekannt. Dort sind neben einem an einer Platine bzw. Leiterplatte befestigten Kühlsteg eine Reihe von Leistungstransistoren mit ihren Anschlußstiften mit der Platine verlötet. Die einzelnen Leistungstransistoren sind jeweils mit einem flachen Kühlblech verbunden, welches mittels einer den Kühlsteg übergreifenden U-förmigen Feder gegen einer der Seitenflächen des Kühlstegs gedrückt ist.

Wegen unvermeidbarer Fertigungstoleranzen, insbesondere infolge von Dickenunterschieden der elektronischen Bauelemente, kann ein verspannungsfreies und gleichmäßiges sattes Anliegen der Kühlbleche am Kühlsteg nicht gewährleistet werden. Häufig werden unzulässig hohe mechanische Spannungen auf die Lötstifte und die Lötstellen ausgeübt. Die Federkräfte der Federelemente müssen erheblich sein, wenn in jedem Fall sichergestellt werden soll, daß die Kühlbleche ganzflächig am Kühlsteg anliegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art derart zu gestalten, daß mit geringem Aufwand ein guter Wärmekontakt zwischen den Kühlblechen und dem Kühlsteg erreicht wird, ohne daß dabei unzulässig hohe mechanische Spannungen insbesondere auf die Anschlußelemente der elektronischen Bauelemente ausgeübt werden.

Die Lösung gelingt dadurch, daß das Wärmeleitblech zwei vorzugsweise etwa rechtwinklig zueinander verlaufende Schenkel aufweist, daß ein Schenkel mittels des Federelements an den Kühlsteg gedrückt ist, und daß der andere Schenkel mit einer in etwa parallel zur Platine verlaufenden Fläche mit dem elektronischen Bauelement wärmeleitend verbunden ist.

Ein erfindungsgemäß gestaltetes Kühlblech weist zwei in etwa senkrecht zueinander stehende Schenkel auf, welche an das elektronische Bauelement einerseits und andererseits an den Kühlsteg genau und ohne Kraftanwendung angeschmiegt werden können. Die Lötanschlußelemente bleiben dann unabhängig von der toleranzbedingten Dicke der elektronischen Bauelemente spannungsfrei.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß ein Schenkel des Wärmeleitbleches mit dem elektronischen Bauelement mittels eines wärmeleitenden Klebers verbunden ist. Wenn der Kleber in gewissem Umfang elastisch ist, kann eine geringfügige, durch thermische Dehnungen bedingte Verschiebung der verklebten Flächen aufgefangen werden.

Es ist vorteilhaft, daß das Wärmeleitblech am Kühlsteg zwischen zwei Anschlagflächen einen Bewegungsspielraum in etwa senkrecht zur Platine hat. Dann ist bei betriebsmäßigen Temperaturschwankungen ein nachgebendes Gleiten der Kühlbleche entlang der Seitenfläche des Kühlstegs möglich. Trotzdem ist das Kühlblech am Kühlsteg ausreichend lagegesichert während der Montagearbeiten.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß das Federelement eine U-förmige Klammer ist, welche den Kühlsteg beidseitig mit zur Platine ragenden Schenkeln umfaßt, und daß durch die Schenkel beidseitig des Kühlstegs je ein Wärmeleitblech an den Kühlsteg gedrückt ist.

Dann kann eine besonders große Anzahl von elektronischen Bauelementen platzsparend einem Kühlsteg zugeordnet werden. Das gilt insbesondere dann, wenn an einer oder an beiden Seiten des Kühlstegs mindestens Wärmeleitbleche von je zwei elektronischen Bauelementen kontaktiert sind. Im letztgenannten Fall ist es konstruktiv günstig und montagefreundlich, wenn die Wärmeleitbleche der elektronischen Bauelemente von einem einteiligen Federelement gehalten sind.

Damit eine großflächige Kühlplatte mit gutem Wärmekontakt und mit geringem Wärmeübergangswiderstand an der Rückenfläche des Kühlstegs befestigt werden kann, ist vorgesehen, daß das längliche Federelement den Kühlsteg U-förmig umgreift und zwei seitliche Schenkelstreifen aufweist, welche durch Verbindungsstege verbunden sind, welche durch Nuten der Rückenfläche des Kühlstegs verlaufen. Dabei kann zum Ausgleich von Toleranzunterschieden der Kühlbleche vorgesehen sein, daß die seitlichen Schenkelstreifen des Federelements zur Bildung einer Vielzahl von Federzungen geschlitzt sind.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die elektrischen Bauelement(e) mit ihren elektrischen Anschlüssen mit der Platine verbunden werden, daß dann das bzw. die zugeordneten Kühlblech(e) mit einem Schenkel an die Seitenfläche des an der Platine befestigten Kühlstegs und mit dem anderen Schenkel vorzugsweise über Kleber an das bzw. die elektronischen Bauelement(e) angelegt werden, daß darauf das U-förmige Federelement aufgebracht wird, und daß schließlich die Kühlplatte am Kühlsteg befestigt wird.

Hierdurch können keine mechanischen Spannungen auf das elektronische Bauelement ausgeübt werden.

Die Erfindung wird anhand der Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht auf einen zwischen einer Platine und einer Kühlplatte angeordneten Kühlsteg, mit dessen Seitenflächen elektronische Bauelemente über Kühlbleche wärmeleitend kontaktiert sind.

Fig. 2 zeigt perspektivisch einen Kühlsteg nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt perspektivisch ein längliches U-förmiges Federelement nach Fig. 1.

Fig. 4 zeigt perspektivisch ein Kühlblech nach Fig. 1.

Zunächst wurden zur Herstellung einer Anordnung nach Fig. 1 elektronische Bauelemente 6 und 7 beidseitig des an der Platine 8 befestigten Kühlstegs 5 an die Platine 8 gelötet. Danach wurden winklige Kühlbleche 3 und 4 mit einem ihrer Schenkel über einen wärmeleitenden und elastischen Kleber an die elektronischen Bauelemente 6 bzw. 7 und danach mit dem anderen Schenkel an eine der Seitenflächen des Kühlstegs 5 gedrückt. Die Wärmeleitbleche 3 und 4 werden mittels des Federelements 2 in gutem Wärmekontakt an den Seitenflächen des Kühlstegs 5 gehalten. Die Wärmeleitbleche 3 und 4 können sich senkrecht zur Platine 8 zwischen Anschlägen 11 und 12 in gewissem Umfang in eine dem jeweiligen elektronischen Bauelement angepaßte Lage verschieben. Der untere Anschlag 11 verhindert ein zu weites Schieben der Kühlbleche 3 und 4 beim Aufdrücken des Federelements 2.

Wie Fig. 2 erkennen läßt, ist der Kühlsteg 5 derart bemessen, daß an beiden Seiten Wärmeleitbleche 3 und 4 mehrerer elektronischer Bauelemente 6 und 7 aufgenommen werden können. An Füßen 10 wird der Kühlsteg 5 an der Platine 8 befestigt. In Gewindebohrungen 9 werden Schrauben zur Befestigung der Kühlplatte 1 (Fig. 1) eingeschraubt. In Ausnehmungen 13 werden die Verbindungsstege 14 eines einstückigen länglichen Federelements 2 (Fig. 3) eingelegt. Das Federelement wird dadurch einerseits lagegesichert und behindert andererseits nicht die großflächige Anlage der Kühlplatte 1 an den zwischen den Ausnehmungen 13 verbleibenden Rückenflächenelementen des Kühlstegs 5. Diese Flächenelemente ragen durch die Ausnehmungen 15 (Fig. 3).

Wie Fig. 3 erkennen läßt, weist das Federelement 2 Schenkelstreifen 17 und 18 auf, welche über mehrere federnde Stege 14 verbunden sind. Die Endkanten der Schenkelstreifen 17 und 18 sind mit einer Vielzahl von federnden Zungen 16 versehen.

Fig. 4 zeigt eine vorteilhafte Gestaltung eines erfindungsgemäß vorgesehenen Wärmeleitblechs 3. Es handelt sich um ein biegegestanztes Blechteil mit etwa rechtwinklig zueinander angeordneten Schenkel 19 und 20. Zungen 21 bilden einen Anschlag gegen die Anschlagfläche 11 des Kühlstegs 5.

Claims (5)

1. Anordnung zur Entwärmung eines auf eine Platine (8) gelöteten elek­ tronischen Bauelements (6, 7), bei welcher ein mit dem elektronischen Bauelement (6, 7) verbundenes Wärmeleitblech (3, 4) mittels eines Feder­ elements (5) an eine im wesentlichen rechtwinklig zur Platine verlaufende Fläche eines Kühlstegs (5) gedrückt ist, wobei der Kühlsteg (5) mit der Platine fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitblech (3, 4) zwei vorzugsweise etwa rechtwinklig zueinander verlaufende Schenkel (19, 20) aufweist, daß ein Schenkel (20) mittels des Federelements (2) an den Kühlsteg (5) gedrückt ist, und daß der andere Schenkel (19) mit einer in etwa parallel zur Platine (8) verlaufenden Fläche mit dem elektronischen Bauelement (6, 7) wärme­ leitend verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schenkel (19) des Wärmeleitbleches (3, 4) mit dem elektronischen Bauelement (6, 7) mittels eines wärmeleitenden Klebers verbunden ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitblech (3, 4) am Kühlsteg (5) zwischen zwei Anschlagflächen (11, 12) einen Bewegungsspielraum in etwa senkrecht zur Platine (8) hat.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement eine U-förmige Klammer (2) ist, welche den Kühlsteg (5) beidseitig mit zur Platine ragenden Schenkeln (16, 17) umfaßt, und daß durch die Schenkel (16, 17) beidseitig des Kühlstegs (5) je ein Wärmeleitblech (3, 4) an den Kühlsteg gedrückt ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einer oder an beiden Seiten des Kühlstegs (5) mindestens Wärmeleitbleche (3, 4) von je zwei elektronischen Bau­ elementen (6, 7) kontaktiert sind.