DE4422114A1

DE4422114A1 - Gehäusetopf für Elektronikmodule und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE4422114A1
Application number: DE4422114A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Lehrmann; Wolfgang Dipl Ing Gudat
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 1994-06-24
Filing date: 1994-06-24
Publication date: 1996-01-04

Description

Die Erfindung betrifft einen Gehäusetopf für Elektronik module gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Gehäusetopfes.

Ein solcher Gehäusetopf dient z. B. in Kraftfahrzeugen zur Aufnahme mindestens einer mit mindestens einem sich relativ stark erwärmenden Leistungsbauelement bestückten Leiterplatte. Es wurde bereits ein Gehäusetopf vorge schlagen, der mittels Rückwärtshohlfließpressung unter Verwendung einer Leichtmetall-Legierung zu einem quader förmigen Leichtmetallkörper geformt ist. Dabei wird ein Butzen in ein einseitig offenes quaderförmiges Gesenk eingelegt. Unter hohem Druck des niedergehenden Stempels einer Kaltfließpresse kommt die Leichtmetall-Legierung zum Fließen und tritt in die von Gesenk und Stempel gebildeten Spalte aus. Der entstandene Gehäusetopf ist ein quaderförmiger Hohlkörper, der einseitig offen gestaltet ist.

Durch eine besondere Formgebung des Stempels an dessen Boden und an dessen Seitenwänden kann der Gehäusetopf während des Fließpressens mit bodeninnenwandseitigen Sta bilisierungsformen einerseits und seiteninnenwandigen Schubführungs- und Halteelementen zur Aufnahme einer oder mehrerer bestückter Leiterplatten andererseits vervoll ständigt werden.

Die Leiterplatten der Elektronikmodule in Fahrzeugen er fordern aus Platzgründen eine hohe Packungsdichte der verwendeten Bauelemente, so daß auf einer Leiterplatte sich relativ schwach erwärmende Bauelemente und sich re lativ stark erwärmende Leistungsbauelemente benachbart angeordnet sind.

Begründet durch eine solche hohe Packungsdichte führt auch bei wohlüberlegtem Bestückungsplan die erzeugte Ver lustwärme zu einem Wärmestau, der auch durch Montage von Kühlrahmen auf Leiterplatten und durch Einsatz von Kühlkörperdeckeln für den Gehäusetopf nicht im notwendigen Maß abgeleitet werden kann. Auch trotz vorhandener wärmeableitender Kontakte zwischen Kühlrahmen, Gehäusedeckel und Gehäusetopf durch eine Ver schraubung ist die Wärmeableitung ungenügend. Die Ursache für die ungenügende Wärmeableitung besteht darin, daß die Elektronikmodule stapelförmig Seite an Seite angeordnet sind und als senkrechter oder waagerechter Stapel in das Fahrzeug eingebaut werden. Die breitflächigen Seitenwände der eng aneinander angeordneten Gehäusetöpfe der Elektro nikmodule tragen nur in geringem Maße zu einer Wärmeab leitung bei, da sich die Temperaturen benachbarter Gehäusetöpfe oft nur unwesentlich voneinander unterschei den. Bei Dauer- und Spitzenbelastung der Leistungsbauele mente können dadurch Störungen in der Arbeitsweise der elektronischen Schaltungen auftreten, die in Fahrzeugen zu unerwünschten Defekten führen.

Zur Fertigung des erwähnten Gehäusetopfes eignen sich vorteilhaft Kaltumformverfahren. Von diesen Verfahren hat insbesondere die Rückwärtshohlfließpressung den Vorteil, daß der Vorgang eine Verringerung der Anzahl von Arbeits gängen bis zur endgültigen Form des Gehäusetopfes gestattet. Trotz dieser umformtechnischen und arbeits zeitmindernden Vorteile eines solchen mittels Rückwärts hohlfließpressung hergestellten Gehäusetopfes bestehen bei der Anwendung als Gehäusetopf für Elektronikmodule in Fahrzeugen bezüglich der Wärmeableitung weiterhin die oben beschriebenen Nachteile.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Gehäusetopf der eingangs genannten Art mit verbesserter Wärmeableitung und einfacher Fertigung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angege bene Erfindung gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung ist im Patentanspruch 2 aufgeführt. Im Patentanspruch 3 ist ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung des er findungsgemäßen Gehäusetopfes angegeben.

Die Verwendung eines Rohlings (Butzens) aus einer Leichtmetall-Legierung (vorzugsweise Al-Legierung), welcher gemäß Patentanspruch 3 im Fließpreßverfahren zu einem Gehäusetopf mit bodenaußenwandseitig abstehenden Kühlelementen geformt wird, trägt dazu bei, daß einer seits die Herstellungskosten durch minimalen Arbeitsauf wand sehr niedrig sind. Andererseits ist durch die durch Kühlelemente geschaffene Oberflächenvergrößerung des Bo dens des Gehäusetopfes ein verbesserter Wärmeaustausch an der oft einzigen freien Außenfläche für vorbeiströmende Luft möglich.

Von Vorteil ist die Ausgestaltung der Kühlelemente als parallelgerichtete Kühlrippen, die durch Umströmung mit tels eines Luftstromes die Wärmeableitung verbessern hel fen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeich nungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Gehäusetopf in Draufsicht und

Fig. 2 den Gehäusetopf nach Fig. 1 in Seitenan sicht.

In den Fig. 1 und 2 werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Teile verwendet.

Der in Fig. 1 dargestellte Gehäusetopf (1) ist für Elek tronikmodule in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Straßen kraftfahrzeugen, vorgesehen. Er dient zur Aufnahme einer mit sich relativ stark erwärmenden Leistungsbauelementen bestückten Leiterplatte. Der Gehäusetopf (1) ist ein qua derförmiger Leichtmetall-Hohlkörper, der einseitig offen gestaltet ist. Wesentlich für die Elektronikmodule in Kraftfahrzeugen ist die flache Gestaltung des quader förmigen Gehäusetopfes, dessen Maße von den Abmessungen mindestens einer bestückten Leiterplatte, von den Abmes sungen einer platzsparenden Einbauweise im stapelartigen Verbund mit anderen Elektronikmodulen im Kraftfahrzeug und drittens einer schnellen Wärmeabgabe an die Umgebung geprägt sind.

Im Inneren des Gehäusetopfes (1) befindet sich an den flachen Seitenwänden (2) und (3) zur Aufnahme einer bestückten Leiterplatte Schubführungs- und Halteelemente (5). Entsprechende Elemente können auch am Boden (4) vor gegeben sein. Es ist aber auch denkbar, daß die Schubfüh rungs- und Halteelemente (5) an bzw. um die Leiterplatte angeordnet sind, so daß auf die Ausprägung der Elemente (5) an den Wänden des Gehäusetopfes (1) verzichtet werden kann. An der Außenwand des Bodens (4) sind Kühlelemente (6) in Form von abstehenden Kühlrippen angeordnet. Jeweils seitlich neben den abstehenden angeformten Kühlelementen (6) des Bodens (4) können Luftschachtbefe stigungen (7) für einen nicht eingezeichneten Luftströ mungskanal am Boden (4) befestigt sein, mit denen der Ge häusetopf (1) mit dem Fahrzeug fest verbunden ist. An den Kühlrippen strömt Luft vorbei, die von den Kühlrippen Wärme vor allem über die Konvenktion aufnimmt. In Fig. 2 sind am Gehäusetopf in Seitenansicht die als Kühlrippen ausgebildeten, von der Außenwand des Bodens (4) abstehen den Kühlelemente (6) dargestellt.

An den großflächigen Seitenwänden (8) und (9) befinden sich vertiefte Öffnungen (10) und (11), die zur Aufnahme von Schrauben zur Befestigung einer bestückten Leiter platte (12) an dem Gehäusetopf (1) dienen. Zur Verbesse rung der Ableitung von Wärmestaus an sich relativ stark erwärmenden Leistungsbauelementen (13) auf der Leiter platte (12) ist es vorteilhaft, wenn eine verschraubte Befestigung des Gehäusetopfes (1) mit einem auf der Leiterplatte befestigten Kühlkörper (14) unter Verwendung der vertieften Öffnungen (11) und der in Fig. 1 dargestellten Bohrungen (16) vorgesehen ist, der mit den Verlustwärme erzeugenden Leistungsbauelementen (13) in engem Kontakt steht.

Das Fließpreßverfahren als bekanntes Kaltumformverfahren weist nicht nur das Rückwärtshohlfließpreßverfahren, son dern neben anderen Varianten auch das Vorwärtsvollpreß verfahren auf. Auch eine Kombination von Rückwärts- und Vorwärtsfließpreßverfahren an Werkstücken ist bekannt.

Für den vorliegenden rückwärtshohlfließgepreßten Gehäuse topf (1) werden aus dessen Boden (4) heraus bodenaußen wandseitig abstehende Kühlelemente (6) mit dem Vorwärts vollfließpreßverfahren fließgepreßt. Im Ergebnis bilden Gehäusetopf (1) und angepreßte Kühlelemente (6) einen einheitlichen Kühlkörper.

Es besteht somit die Möglichkeit, die Vorwärtsvollfließ pressung für die Kühlelemente (6) zeitlich der Rückwärts hohlfließpressung für den Gehäusetopf (1) folgen zu lassen.

Um den Zeitverlust des Umrichtens zur Durchführung der anschließenden Vorwärtsvollfließpressung zu vermeiden, können in vorteilhafter Weise auch beide Fließverfahren zur Gestaltung des Gehäusetopfs (1) mit zugeordneten Kühlelementen (6) gleichzeitig kombiniert durchgeführt werden.

Die gleichzeitige Kombination zur Fließpressung eines Ge häusetopfes (1) mit bodenaußenwandseitig abstehenden Kühlelementen (6) wird im folgenden an einem Beispiel be schrieben:

a) Einlegen eines aus einer Leichtmetall-Legierung be stehenden Butzens in ein Gesenk mit einer aus Stahl bestehenden Matrize, die im Unterteil des quaderför migen Gesenkes einer Kaltfließpresse eine Negativform einer Anordnung von Kühlelementen (6) enthält, wobei die Quadermaße den Außenwandmaßen des Gehäusetopfes (1) entsprechen,
b) Einführen eines quaderförmigen Stempels der Kalt fließpresse in das Gesenk mit einem die Leichtmetall- Legierung verformenden hohen Druck und
c) Fließpressen des Butzens im Gesenk zur gleichzeitigen Erzeugung eines Bodens (4) und einer matrizengemäßen Positivform der Anordnung der Kühlelemente (6) in Vorwärtsvollfließpressung einerseits und quaderförmi ger Seitenwände (2, 3, 8, 9) des Gehäusetopfes (1) durch von Gesenk und Stempel gebildete Spalte in Richtung der Rückwärtshohlfließpressung andererseits.

Ein Vorteil des Rückwärtshohlfließpressens besteht darin, daß durch geeignete Formgebung des Stempels die Schubfüh rungs- und Halteelemente (5) während des Fließpreßvor gangs angeformt werden können.

Die Verschließung eines erfindungsgemäßen fließgepreßten Gehäusetopfes erfolgt mit einem Deckel (15), der als Kühlkörper (14) für die Leistungsbauelemente (13) ausgestaltet sein kann und mit der Leiterplatte (12) in fester Verbindung steht.

Bezugszeichenliste

1 Gehäusetopf
2 flache Seitenwand
3 flache Seitenwand
4 Boden
5 Schubführungs- und Halteelemente
6 Kühlelement
7 Luftschachtbefestigung
8 großflächige Seitenwand
9 großflächige Seitenwand
10 Öffnungen
11 Öffnungen
12 bestückte Leiterplatte
13 Leistungsbauelement
14 Kühlkörper
15 Deckel
16 Bohrung

Claims

1. Gehäusetopf für Elektronikmodule mit folgenden Merkmalen:

a) der Gehäusetopf (1) besteht aus einem mittels Rückwärtshohlfließpressung geformten quaderförmi gen Leichtmetallkörper,
b) der Gehäusetopf (1) ist einseitig offen gestaltet,
gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
c) der Gehäusetopf (1) besitzt bodenaußenwandseitig abstehende, vom Boden aus mittels Vorwärtsvoll fließpressung geformte Kühlelemente (12).

2. Gehäusetopf nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Kühlelemente (12) als Kühlrippen ausgebildet sind.

3. Verfahren zur Herstellung eines Gehäusetopfes nach Patentanspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Einlegen eines aus einer Leichtmetall-Legierung bestehenden Butzens in ein Gesenk mit einer aus Stahl bestehenden Matrize, die im Unterteil des quaderförmigen Gesenkes einer Kaltfließpresse eine Negativform einer Anordnung von Kühlelementen (6) enthält, wobei die Quadermaße den Außenwandmaßen des Gehäusetopfes (1) entsprechen,
b) Einführen eines quaderförmigen Stempels der Kalt fließpresse in das Gesenk mit einem die Leichtme tall-Legierung verformenden hohen Druck und
c) Fließpressen des Butzens im Gesenk zur gleichzei tigen Erzeugung eines Bodens (4) und einer matri zengemäßen Positivform der Anordnung der Kühlele mente (6) in Richtung der Vorwärtsvollfließpres sung einerseits und quaderförmiger Seitenwände (2, 3, 8, 9) des Gehäusetopfes (1) durch von Gesenk und Stempel gebildete Spalte in Richtung der Rück wärtshohlfließpressung andererseits.