DE69329501T2

DE69329501T2 - Verpackung für elektronische Komponenten

Info

Publication number: DE69329501T2
Application number: DE69329501T
Authority: DE
Inventors: John S. Balog; Fred Finnemore; Brant T. Johnson; Patrizio Vinciarelli
Original assignee: VLT Corp
Current assignee: Vicor Corp
Priority date: 1992-07-17
Filing date: 1993-07-16
Publication date: 2001-05-03
Anticipated expiration: 2013-07-17
Also published as: US5365403A; EP0702509A3; JPH06509686A; EP0702511B1; DE69327666D1; US5526234A; DE69326318T2; US5663869A; EP0702509A2; WO1994003038A1; JPH08213780A; EP0702509B1; DE69329501D1; JP2791216B2; EP0605712A4; DE69326318D1; EP0702511A3; EP0702511A2; US5778526A; EP0605712B1

Description

Die Erfindung betrifft die Unterbringung elektrischer Komponenten.
Eine Vorgehensweise bei der Unterbringung elektrischer Komponenten (Fig. 1) umfaßt eine Einhausung, die sowohl die Komponenten einschließt als auch bei der Ableitung von Wärme von leistungsabführenden Komponenten innerhalb des Gehäuses hilft. Die Einhausung umfaßt ein nichtleitendes Gehäuse 5 und einen Wärme verbrauchenden Aluminiumgrundkörper 6. Eine gedruckte Schaltungsplatte (PCB) 3 ist neben der oberen Wandung 5a des Gehäuses montiert. Leitende Stifte 7 sind direkt an der PCB 3 angebracht und erstrecken sich aufwärts durch die Wandung 5a.
Elektronische Komponenten 9a, 9c sind an einer Seite oder an beiden Seiten der PCB 3 (obere Seite 3a und untere Seite 3b) montiert. Größere Komponenten wie Drossel 9c sind aus Raumgründen an der unteren Seite 3b montiert. Leistungsabführende Komponenten 9b sind für einen besseren Wärmetransfer direkt an der Grundplatte 6 montiert. Die Komponente 9b ist durch Anschlüsse 12 mit der PCB elektrisch verbunden.
Die Stifte 7 ermöglichen, daß die Anordnung 1 an einer Schaltungsplatte 14 montiert werden kann; die Grundplatte 6 stellt eine flache thermisch leitende Oberfläche bereit, von der innerhalb der Anordnung erzeugte Wärme durch freie oder erzwungene Konvektion oder indem ein Wärmeverbraucher (nicht gezeigt) an der Oberfläche der Grundplatte montiert wird, abgeleitet werden.
Die Anordnung 1 ist mit einer Epoxy-Vergußmasse gefüllt, die beim Aushärten vergleichsweise hart wird. Die Vergußmasse wirkt als thermischer Verteiler wie auch als mechanische Stütze. Um sicherzustellen, daß das Gehäuse und die Basisplatte eng zusammengehalten werden, ist eine Tasche 6a in der Grundplatte ausgebildet, wobei die Grundplatte Unterschneidungen 6b aufweist, die entlang der Kante der Tasche ausgebildet sind. Die Vergußmasse erstreckt sich in die Unterschneidungen hinein und weist genug Zugfestigkeit auf, um die Gefahr, daß das Gehäuse von dem Grundkörper weggezogen wird, zu minimieren. Um die Komponenten vor einem Schaden durch Schrumpfung der starren Vergußmasse zu schützen, was während des Aushärtens oder während des niedrigen Temperaturen Ausgesetztseins auftreten kann, werden empfindliche Komponenten (beispielsweise Glasdioden, keramische Widerstände oder Kondensatoren, magnetische Kerne) mit einer "Pufferbeschichtung" aus einem weichen, gummiartigen Material bedeckt.
Die vorliegende Erfindung wurde aus der Beschreibung unserer ebenfalls anhängigen europäischen Patentanmeldung Nr. 93918218.4 (Veröffentlichungsnummer EP-A-0 605 712) ausgeschieden, die als europäische regionale Phase definternationalen Patentanmeldung PCT/CTS93/06685 (Veröffentlichungsnummer WO94/03038) anhängig ist, worauf hier ebenfalls verwiesen wird. Verwiesen wird des weiteren auf die Beschreibung unserer ebenfalls anhängigen Patentanmeldung Nr. 95118206.2, die ebenfalls aus der vorher genannten Anmeldung mit der Nummer 93918218.4 ausgeschieden wurde.
Die Elternanmeldung beschreibt eine Unterbringung für elektrische Komponenten, die eine Verbesserung an der unter Bezugnahme auf Fig. 1 oben beschriebenen Anordnung darstellt. Die Unterbringung der Elternanmeldung umfaßt eine Schaltungsplatte zum Halten elektrischer Komponenten, die mindestens eine Oberfläche und eine umlaufende Kante aufweist. Die Schaltungsplatte liegt im allgemeinen parallel zu der unteren inneren Oberfläche einer Einfassung, die im allgemeinen parallele beabstandete obere und untere innere Oberflächen aufweist. Die elektrischen Komponenten werden in einem inneren Raum zwischen der Schaltungsplatte und der oberen inneren Oberfläche gehalten. Leitende Anschlußstifte erstrecken sich von außerhalb der Einfassung in den inneren Raum. Leitende Verbindungen, von denen jede ein Ende aufweist, das in den inneren Raum vorspringt und mit einem der Anschlußstifte verbunden ist, weisen Verbindungsoberflächen auf, die mit einem Abschnitt der umlaufenden Kante zusammenlaufen.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Struktur, die eine Unterbringung der in unserer vorher genannten Elternanmeldung beschriebenen Art darstellen kann, wobei die Struktur raumsparend und derart gestaltet ist, daß sie eine Schaltungsplatte und eine elektronische Komponente aufweist, die innerhalb der Struktur montiert ist, und daß sie zudem eine gute Leistungsabführung von einem leistungsabführenden elektronischen Element bereitstellt, das Teil der elektronischen Komponente ist.
In dem US-Patent 4 879 630 von Boucard et al. schützt eine Einhausung eine Schaltung, die aktive Leistungskomponenten und eine gedruckte Schaltungsplatte aufweist. Eine Leistungselektrode einer aktiven Leistungskomponente ist auf die bündige Oberfläche einer Heizung aufgeschweißt, die im Grundkörper der Einhausung untergebracht ist. Die Komponente sitzt in einer Öffnung in der Schaltungsplatte und ist elektrisch mit leitenden Bahnen der Schaltungsplatte mittels Drähten verbünden, die mit Kontaktstiften verschweißt sind, die an der Platte montiert sind.
Das US-Patent 4 724 514 von Kaufffian befaßt sich mit einer Anordnung aus einer preisgünstigen, zusammengedrückt eingespannten Schaltung und einem Wärmeverbraucher. Die Kaufman'sche Anordnung umfaßt eine Anzahl von Komponenten, die mit Nieten zusammengehalten sind, die sich durch die ganze Anordnung von einer zu der anderen Seite hindurch erstrecken, um eine gedruckte Schaltungsplatte gegen flache Anschlußrahmen zusammengedrückt einzuspannen, die elektrisch durch Jumper-Drähte mit einem Schaltungselement verbunden sind.
Das Schaltungselement sitzt innerhalb einer Öffnung in einer Schaltungsplatte der Anordnung, wobei die Anschlußrahmen zumindest teilweise zwischen der unteren Oberfläche der Schaltungsplatte und einem Substrat eingespannt sind, auf dem die elektrischen Komponenten montiert sind.
In Gegensatz hierzu und in Entsprechung mit einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung stellen wir einer Struktur bereit, die umfaßt: eine thermisch leitende Grundplatte, eine Schaltungsplatte, die parallel zu und anliegend an der Grundplatte angeordnet ist und eine Öffnung aufweist, und eine elektronische Komponente, die ein leistungsabführendes elektronisches Element, eine leistungsabführende Oberfläche und Anschlußflächen zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit dem Element aufweist, wobei die elektronische Komponente auf das leistungsabführende Element montiert ist, das in der Öffnung der Platte sitzt, und wobei die leistungsabführende Oberfläche in Kontakt mit der Basisplatte ist, wobei die Struktur dadurch gekennzeichnet ist, daß die Anschlußflächen auf einer Oberfläche der Komponente montiert und durch diese gestützt sind und daß die Anschlußflächen an die Schaltungsplatte gelötet sind.
Spezifische Ausführungsbeispiele der Struktur können die folgende Merkmale umfassen. Die elektronische Komponente umfaßt ein thermisch leitendes Substrat. Das leistungsabführende Element und die Anschlußflächen sind auf einer Seite des Substrates montiert, und die leistungsabführende Oberfläche ist auf der gegenüberliegenden Seite des Substrates montiert. Die Platte umfaßt ein oder mehrere metall-bedeckte Durchgangslöcher, und die Anschlußflächen sind an das Durchgangsloch/die Durchgangslöcher gelötet.
Im allgemeinen besteht ein weiterer Aspekt der Erfindung in einem Verfahren zum Montieren einer elektronischen Komponente, die ein leistungsabführendes Element sowie Kontaktanschlußflächen aufweist, die an einer Oberfläche der Komponente montiert und durch diese gestützt sind, wobei das Verfahren die nachstehende Schritte umfaßt: Montieren der Komponente an einer thermisch leitende Grundplatte, Plazieren einer Schaltungsplatte, die eine Öffnung über der Komponente aufweist, wobei zumindest ein Teil des leistungsabführenden Elementes in der Öffnung liegt, und wobei die Schaltungsplatte an den Anschlußflächen anliegend angeordnet ist, und ein Löten der Anschlußflächen an die Schaltungsplatte.
Besondere Ausführungsvarianten des Verfahrens können die folgenden Merkmalen aufweisen. Lot wird auf die Schaltungsplatte aufgebracht. Die Schaltungsplatte wird auf unterhalb der Schmelztemperatur des Lotes vorgewärmt, die Grundplatte und das Substrat werden auf eine Temperatur über der Schmelztemperatur des Lotes vorgeheizt. Die Schaltungsplatte ist an dem Substrat anliegend plaziert, damit das Lot in der Schaltungsplatte schmelzen kann.
Kontaktanschlußflächen sind auf dem Substrat montiert und mit dem leistungsabführenden Element verbunden. Drähte sind mit den Anschlußflächen und mit dem leistungsabführenden Element verbunden. Ein metall-bedecktes Durchgangsloch oder mehrere solche ist in der Schaltungsplatte an der Stelle ausgebildet, wo die Anschlußflächen an die Schaltungsplatte gelötet werden sollen.
Ein Vielfalt anderer Vorteile und Merkmale wird aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung augenscheinlich werden.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine Querschnittseitenansicht einer Komponentenunterbringung des Standes der Technik,
Fig. 2a eine perspektivische Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Komponentenunterbringung.
Fig. 2b-2f Seitenschnittansichten alternativer Stift/Gehäuse-Strukturen,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Unterbringung mit entferntem Gehäuse,
Fig. 4a eine entlang der Linie IV-IV genommene Seitenschnittansicht der Unterbringung der Fig. 3,
Fig. 4b eine perspektivische aufgeschnittene Explosionsansicht des Gehäuses und der Grundplatte,
Fig. 4c eine vergrößerte Seitenschnittansicht eines Abschnittes der Fig. 4b,
Fig. 5a eine teilweise aufgebrochene Endansicht der Unterbringung der Fig. 3,
Fig. 5b eine perspektivische aufgeschnittene Explosionsansicht eines Abschnittes der Unterbringung der Fig. 3,
Fig. 6a und 6b jeweils Seiten- und Draufsichten der auf einer gedruckten Schaltungsplatte montierten Unterbringungen der Fig. 3,
Fig. 7a und 7b jeweils Seiten- und Draufsichten einer weiteren Montagetechnik,
Fig. 8a-8d Schnittseitenansichten alternativer Montage-Stiftstrukturen,
Fig. 9 eine vergrößerte Seitenschnittansicht, die darstellt, wie eine leistungsabführende Komponente in der Unterbringung montiert wird, und
Fig. 10 eine vergrößerte perspektivische teilweise aufgebrochene Ansicht einer leistungsabführenden in der Unterbringung montierten Komponente.
Wie in Fig. 2a gezeigt ist, ist in der durch diese Erfindung bereitgestellten Unterbringung 11 eine leistungsabführende elektronische Komponente 13 direkt an einer thermisch leitenden (beispielsweise aus Aluminium bestehenden) Grundplatte 15 montiert. Eine gedruckte Multilayer-Schaltungsplatte (PCB) 17 ist über der leistungsabführenden Komponente plaziert, und elektrische Verbindungen sind zwischen der Komponente 13 und der PCB direkt hergestellt. Die leistungsabführende Komponente 13 umfaßt ein Substrat 213. Die Dicke des Substrates 213 definiert eine Lücke zwischen der unteren Seite 17L der PCB und der Grundplatte 15. Eine Isolierschicht 19 ist in jener Lücke plaziert. Die obere Seite 17U der PCB wird gebraucht, um Komponenten (beispielsweise eine Drossel 21, einen Transformator 23) zu montieren, die dann in den Raum zwischen der oberen Seite 17U und der oberen Wandung des Gehäuses passen. Niederprofilige Komponenten wie beispielsweise SMD-Widerstände können auf der unteren Seite 17L der PCB ebenfalls montiert sein.
Die leistungsabführende Komponente ist direkt an der Grundplatte 15 und der PCB 17 montiert. Entsprechend ist der thermische Widerstand zwischen der leistungsabführenden Komponente und der Grundplatte niedrig, während der Bedarf an Verbindungsanschlüssen (Anschlüsse 12 in Fig. 1) beseitigt wird. Die Beseitigung der Anschlüsse vereinfacht die Herstellung, da eine genaue Plazierung und Lötung der Anschlüsse schwierig ist. Zudem stellen die Anschlüsse eine parasitären Induktivitäts- und Widerstandswert dar, der in Hochfrequenzschaltungen (beispielsweise über 500 kHz) zu unerwünschten Seiteneffekten während des Schaltungsbetriebes beitragen kann, beispielsweise der Verlangsamung von Hochfahrzeiten und dem Auftreten von hochfrequenten Oszillationsüberschwingern.
Verbindungen von den Stiften 25a und 25b zu der PCB 17 werden über leitende Verbindungen hergestellt, die anfänglich als Zäune 29, 29' ausgebildet sind. Die Zäune 29, 29' sind entlang von zwei der Kanten der PCB montiert und wickeln sich um die Ecken der PCB. Die Verbindungen springen sodann aufwärts zu der oberen Wandung des Gehäuses in einer Richtung senkrecht zu der PCB vor. Die Zäune weisen Schlitze 29a auf, die mit Zungen 17a zusammenlaufen, die entlang der Kanten der PCB ausgebildet sind. Die Verbindungen 29e (siehe auch Fig. 5a) sind zu Beginn über abtrennbare Abschnitte 29c verbunden, die während der Herstellung abgetrennt werden.
Jede Zaunverbindung weist einen Abschnitt 29d auf, der rechtwinklig zu dem Hauptteil der Verbindung abgebogen ist. Jeder Abschnitt 29d entspricht einem der Stifte 25a-25b. Die gebogenen Abschnitte 29d erstrecken sich parallel zu der PCB, wodurch der Zaun im Querschnitt die Gestalt eines umdrehten L's erhält. Die Stifte 25a-25b sind mit den abgebogenen Abschnitten 29d verbunden, wodurch der Raum zwischen den Unterseiten der Stifte und der PCB für die Schaltungskomponenten verfügbar wird. Im Beispiel einer Leistungswandlerschaltung werden große Stifte 25a an den Ecken der Platte als Leistungsverbindungen benutzt; kleinere Stifte 25b werden für Steueranschlüsse verwendet. Die relativen Größen der Stifte können entsprechend der Leistungs- und Steueranforderungen an den Leistungswandler angepaßt werden. Die Unterseite jeder Verbindung ist an die entsprechende Strecke auf der PCB gelötet.
Die Breite der Verbindungspfade zwischen der Verbindung und der Strecke ist an den Ecken der Platte bei den Leistungsverbindungen größer als bei den Steuerverbindungen. Dieser breitere Verbindungspfad stellt eine größere Stromträgerkapazität bereit. Dies ist beispielsweise besonders im Kontext der Unterbringung eines Gleichstrom- Gleichstrom-Leistungswandlers (beispielsweise wo die PCB 17 eine Vierschichtenplatte ist mit einer Breite von ungefähr 1,5 Zoll (38,1 mm), einer Länge von 2, 2 Zoll (55,88 mm) und einer Dicke von 0,030 Zoll (0,762 mm)) nützlich. Ein derartiger Wandler kann 30 Ampere Strom über die Wandler-Output-Stifte (Stifte 25a) an eine Last abgeben. Die Dicke der Bahnen auf den vier Schichten der PCB macht jedoch nur einen kleinen Bruchteil der Gesamtdicke der PCB aus. Ohne die breiten und verhältnismäßig dicken Verbindungen des Zaunes wäre es notwendig, einen großen Anteil der Fläche der Bahnen auf der PCB für das Tragen des großen Stromes vorzusehen. Die Verwendung der Zaunverbindungen beseitigt dieses Problem, da die volle Dicke des Zaunes, (beispielsweise 0,030 Zoll) für das Tragen des Stromes zur Verfügung steht. Als Ergebnis kann der Betrag der Fläche der Bahnen auf der Oberfläche der Platte, der für das Tragen großer Ströme gedacht ist, minimiert werden. Zudem verringern die Zaunverbindungen die Impedanz des Pfades, der den Strom tragt.
Die Zaunverbindungen stellen zudem sicher, daß die elektrischen Verbindungen zwischen den Verbindungen und der PCB nahe an der Stromquelle sind. Beispielsweise können die Vorsprünge 17a entlang der Kante der PCB an Stellen plaziert werden, die nahe an der Stromquelle sind (beispielsweise einer der Verbindungsstifte oder mehrere davon auf dem Transformator 23 oder der Drossel 21). Das beträchtliche Stromtragevermögen der Zaunverbindungen kann dazu benutzt werden, das Starten an einem Punkt entlang der Kante der PCB zu fördern, der physisch nahe an der Stromquelle ist, wodurch die Output-Impedanz und Verluste, die mit Stromfluß von den inneren Schaltkreisen zu den Output-Stiften des Wandlers verbunden sind, minimiert werden.
Sobald die Grundplatte 15, die PCB 17 mit aufmontierten Komponenten, die Zäune 29, 29' und die Stifte 25a-25b zusammengebaut worden sind, wird ein Gehäuse 27 an der Grundplatte angebracht. Das Gehäuse 27 ist aus einem thermoplastischen Material (beispielsweise Valox oder Ultem) gußgespritzt, und es ist im allgemeinen tassenförmig. Das Gehäuse umfaßt eine obere Wandung 27a, abgeschrägte Übergänge 27d, die die obere Wandung mit Stufen 27c verbinden, Seitenwandungen 27b und Endwandungen 27e. Eine Reihe von Löchern 27f für die Stifte ist entlang von jeder der Stufen 27d angeordnet.
Um ein Auslaufen flüssigen Vergußmaterials (vor dem Aushärten) zu verhindern, sind die Stifte 25a-25b mit dem Gehäuse dichtend verbunden. In einem Schema (Fig. 2b) ist ein scharfer Grat 31 auf einem Grundkörper 25c des Stiftes 25 ausgebildet. Die Löcher (beispielsweise 27f in Fig. 2A) sind klein genug, um eine Reibdichtung zwischen den Stiften und dem Gehäuse sicherzustellen. In Fig. 2b ist der Stift durch das Loch gezogen, wodurch die vergleichsweise großen Durchmesser aufweisende obere Schulter 25d des Stiftes veranlaßt wird, den Innendurchmesser des entsprechenden Loches zu dehnen. Die Schulter des Stiftes rastet sodann in eine Nut 33 ein, die die äußere Kante der Öffnung umgibt, wodurch die scharfen Zahnungen 31 dazu veranlaßt werden, sich in die inneren Wandungen des Materials des Kunststoffgehäuses hineinzubeißen, um eine Dichtung zu bilden.
Andere Schemen sind möglich. So ist in Fig. 2c eine Membran 35 über den Stiften 25a-25b plaziert, bevor die Stifte durch die Löcher in das Gehäuse 27 gezogen werden. In Fig. 2d sitzt ein formmäßig anpaßbarer O-Ring 37 in einer Nut 39, die in dem Grundkörper 25c des Stiftes ausgebildet ist. In den Fig. 2e und 2f ist eine thermoplastische Unterlegscheibe 41 in einer Ausnehmung 43 plaziert, die zwischen dem Stift und dem Loch ausgebildet ist. Die ringförmige thermoplastische Unterlegscheibe 41 kann flach (Fig. 2e) oder angeschrägt (Fig. 2f) ausgebildet sein. Eine Beaufschlagung der Umgebung der Unterlegscheibe mit Wärme macht den Kunststoff weich, wodurch eine Dichtung geschaffen wird. Alle Schemen in den Fig. 2b-2f können sowohl mit kleinen Durchmesser aufweisenden als auch mit großen Durchmesser aufweisenden Stiften verwendet werden.
Wie in den Fig. 3 und 4a zu sehen ist, umfassen bei einem Gehäuse eines Leistungswandlers die unterzubringenden Komponenten leistungsabführende Komponenten 13 und große Komponenten wie beispielsweise eine Drossel 21 und einen Transformator 23. Die Drossel 21 kann eine Windung 21a und einen Ferritkern 21b aufweisen. Der Transformator 21 kann zwei Windungen 23a, 23b aufweisen. In Fig. 4a (siehe auch Fig. 2a) sind Löcher 4S in der PCB 17 über leistungsabführenden Komponenten 13 positioniert, die vorher direkt an die Grundplatte 15 montiert wurden. Wenn die PCB auf die Grundplatte 15 montiert wird, wurden die Zäune 29 und 29' mit angebrachten Stiften 25a-25b bereits an die PCB angebaut und die abtrennbaren Teile des Zaunes wurden bereits abgetrennt. Sobald die PCB in Position ist, wird das Gehäuse 27 über den Stiften montiert, wobei die Stifte sich durch die Löcher 27 erstrecken. Die großen Komponenten wie beispielsweise die Drossel 21 und der Transformator 23 werden auf der PCB in dem Raum unterhalb der abgeschrägten Übergänge 27d angeordnet. Des weiteren wird Raum durch das Montieren der Drossel 21 und des Transformators 23 auf der PCB 17 freigehalten, so daß die Windungen 23a, 23b des Transformators und die Windungen 21a der Drossel sich teilweise durch die Löcher 47, die in der PCB ausgebildet sind, erstrecken. Diese Montageanordnung ermöglicht, daß ein Teil der Köter der Windungen 21a und 23a-b denselben vertikalen Zwischenraum als die Dicke der PCB 17 belegt, was eine Verringerung der Gesamtdicke der Unterbringung ermöglicht. Gleichzeitig werden die Windungen durch die Minimierung der thermischen Impedanz zwischen den Windungen und der Basisplatte effizient gekühlt.
Andere kleinere Komponenten 222 sind unterhalb der Stifte montiert und nehmen vorteilhafterweise Raum nahe den Kanten der PCB ein, der ansonsten nicht zur Verfügung stünde, falls die Zaunverbindungen nicht anstatt längerer Stifte bereitgestellt wären, die direkt zu der PCB laufen.
Zum Zwecke des Anbringens des Gehäuses 27 an der Grundplatte 15 (siehe Fig. 4b und 4c) sind Zähne 49 entlang der unteren Kante von zumindest zwei der Zweiseitenwandungen 27b des Gehäuses (nur ein Zahn ist gezeigt) ausgebildet. Eine Einpaßnut (oder Feststellarretierung) 15a ist entlang der Kante der Tasche 15b unterschnitten. Ein Abschnitt der PCB 17 ist auch in Fig. 4c gezeigt. Wird das Gehäuse über die Taschen gesenkt, so werden die Seitenwandungen 27b des Gehäuses aufgrund des Kontaktes zwischen den Zähnen 49 und den abgewinkelten Flächen 51, die auf der Basisplatte ausgebildet sind, einwärts gezwungen. Die abgewinkelten Flächen 51 führen die Zähne 49 in die Nuten 15a. Sobald die Zähne 49 in den Nuten 15a verrastet sind, kann das Gehäuse 27 nicht mehr ohne Eindrücken der Seitenwandungen 27 des Gehäuses entfernt werden. Um einen guten Sitz des Gehäuses an der abgeschrägten Oberfläche 51 der Grundplatte sicherzustellen, ist ein kleiner Anteil der Auswärtskrümmung d1 (in Fig. 4b übertrieben) entlang der Seitenwandungen des Gehäuses vorgesehen, wodurch das Gehäuse vorbelastet wird.
Die "Snap-in"-Struktur (Einschnapp-Struktur), die in Fig. 4b und 4c gezeigt ist, ermöglicht die Verwendung einer weichen Vergußmasse und beseitigt daher den Bedarf an einer Pufferbeschichtung auf den Komponenten innerhalb der Unterbringung. Das Vergußmittel in den Fig. 4a und 4b braucht nur eine niedrige Kompressibilität aufzuweisen, so daß es jedweden Kompressionskräften widerstehen kann, die dazu neigen könnten, die Seitenwandungen des Gehäuses zusammenzuquetschen. Solange jene Seitenwandungen nicht zusammengequetscht werden können, kann das Gehäuse nicht von der Grundplatte weggezogen werden. Die Inkompressibilität des Materials, das den Raum d2 zwischen der unteren Kante der Seitenwandung 27b des Gehäuses und der äußeren Kante der PCB 17 ausfüllt, hält die Zähne davon ab, sich aus der Nut 15a herauszubewegen. Das Vergußmittel bildet daher einen Teil einer nichtkompressiblen Überbrückung von Vergußmaterial und Komponenten, die sich zwischen den Stellen an den zwei Seitenwandungen des Gehäuses erstrecken, wo die Zähne angeordnet sind. Gleichzeitig ist das eingespritzte Material ausreichend weich, damit es die Komponenten während eines sich Ausdehnens oder eines sich Zusammenziehens nicht beschädigt.
Im Falle eines Gleichstrom-Gleichstrom-Leistungswandlers, der magnetische Komponenten und oberflächenmontierte passive Komponenten und Halbleiter enthält, weist ein mineral-gefülltes Zweikomponenten-Epoxy-System #LA4001-12, hergestellt von Emerson & Cuming, Wobum, MA 01880, eine angemessene Drückfestigkeit auf, um die Zähne 49 innerhalb der Nut 15a in Eingriff zu halten, während gleichzeitig genug Beständigkeit für einen Betrieb über einem Temperaturbereich von -40ºC-100ºC und ohne die Verwendung einer Pufferbeschichtung bereitgestellt ist.
Wie in Fig. 5a gezeigt ist, ist der Zaun 29 auf den Kanten der PCB 17 montiert, wobei die Zungen 17a auf der PCB in die Schlitze 29a vorspringen. Jede Verbindung 29b weist ihren eigenen Schlitz auf und ist durch eine Zunge 29a gestützt.
Wie in Fig. 5b gezeigt ist, wird der Zaun 29 von einem dünnen Kupferblatt in einem Muster abgestanzt, das die Verbindungen, die Schlitze und die abtrennbaren Abschnitte 29c, die die Verbindungen verbinden, beinhaltet. Jeder Stift 25 ist an seine entsprechende Verbindung 29b angelötet (51). Leitende Bahnen 53 auf der PCB verlaufen auf die Zungen 17a. Wenn der Zaun 29 an der PCB angebracht ist, werden die Leiterbahnen 53 durch Löten an die entsprechenden Verbindungen elektrisch verbunden, wodurch sie mit dem jeweiligen Stift 25 verbunden werden. Das Lot stellt des weiteren eine mechanische Stütze des Zaunes an der PCB während des Herstellungsprozesses dar; die Vergußmasse stellt anschließend eine dauerhaftere Stütze dar. Der Zaun kann an Leiterbahnen an einer der beiden Flächen wie auch an sowohl der oberen als auch der unteren Fläche der PCB angelötet werden.
Nachdem der Zaun an der PCB angebracht ist, erstrecken sich die abtrennbaren Abschnitte 29c unterhalb der PCB. Diese abtrennbaren Abschnitte werden sodann (siehe Phantomlinien in Fig. 5b) abgeschnitten, um die Verbindungen 29b elektrisch zu trennen. Ein anfängliches Ausbilden der Verbindungen als untereinander verbundene Zäune verringert effizient die Anzahl von Teilen, mit denen umzugehen ist und die an der PCB während des Zusammenbaus anzubringen sind, und es stellt eine passende Ausrichtung der Verbindungen 29b sicher.
Wie in Fig. 6a gezeigt ist, sind die Stufen auf dem Gehäuse bei der Montage der Unterbringung an eine externe Schaltungsplatte 57 von Nutzen. Wie in Fig. 6b gezeigt ist, weist die Schaltungsplatte 57 Löcher 57a-57b, die den Stiften 25a-25b entsprechen, und ein abgesetztes (das heißt von den übrigen Stiftlöchern getrenntes) großes rechteckiges Loch 57c auf, das der oberen Wandung 27a des Gehäuses 27 entspricht. Die Stufen des Gehäuses ermöglichen, daß die obere Wandung 27a innerhalb des Loches 57c liegt, wobei die Schaltungsplatte 57 auf den Stufen ruht. Die effektive Höhe der Kombination aus Unterbringung und Schaltungsplatte wird verringert, weil ein Abschnitt der Höhe der Unterbringung sich zusammen mit der Dicke der Schaltungsplatte 57 erstreckt.
Alternativ, wie in den Fig. 7a-7b gezeigt ist, werden Ferritringe oder "Wulste" 59 auf den Stiften 25a plaziert, um Hochfrequenzrauschen zu verringern. Die Schaltungsplatte 57 legt sich sodann bündig an die obere Wandung 27a des Gehäuses an, wodurch ein Raum für die Ferritringe 59 gelassen wird.
Bei alternativen Stiftstrukturen, Fig. 8a-8d, sind die Lötstifte durch Stifte mit Außen- oder Innengewinden ersetzt, die ein höheres Stromträgervermögen und eine leichtere Entfernung und Wiedermontage erlauben. Die mit Gewinde versehenen Schemen beinhalten entweder einen mit einem inneren Gewinde versehenen Schraubengrundkörper 61 und eine passende Schraube 63 oder einen mit einem äußeren Gewinde versehenen Ansatz 62 und eine entsprechende Mutter 64. Der Schraubengrundkörper 61 (oder der Ansatz 30) ist mit der Zaunverbindung 29 verbunden und erstreckt sich durch das Gehäuse 27 in der gleichen Weise wie die Stifte 25a-25b. Keine Abwandlungen an dem Gehäuse 27 oder dem Zaun 29 sind notwendig. Jede der alternativen Strukturen der Fig. 2b-2f kann mit den Gewindestiften verwendet werden.
Die Schaltungsplatte 57 weist Schaltungsleiterbahnen oder leitende Ösen 65 in der Umgebung des rechtwinkligen Loches zur elektrischen Verbindung mit der Schraube 63 oder der Mutter 64 und dem Grundkörper 61 oder dem Ansatz 62 auf, sobald die Gewindeanordnung angezogen ist. Die sich ergebende elektrische Verbindung zwischen der Zaunverbindung 29 und der Schaltungsplatte 57 ist sichergestellt.
In der Fig. 8a ist der mit einem Innengewinde versehene Schraubengrundkörper 61 lang genug, um die obere Wandung 27a des Gehäuses bündig gegen die Schaltungsplatte 57 zu halten. Die Schraube 63 wird von der Hinterseite der Schaltungsplatte her angebracht. In Fig. 8b ermöglicht ein kürzerer Schraubengrundkörper 61, daß die obere Wandung 27a des Gehäuses sich durch das Loch 57c erstreckt. Die Fig. 8c-8d entsprechen den Fig. 8a-8b, wobei der Grundkörper und die Schraube durch den Ansatz 62 und die Mutter 64 ersetzt sind.
Wie in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist, ist eine leistungsabfihihrende Komponente 13 auf der Grundplatte 15 montiert und an der PCB 17 wie folgt angebracht. Ein Semikonduktor-Die 67 (das leistungsabführende Element) ist an einem elektrisch nichtleitenden Substrat 69 (beispielsweise Tonerdekeramik) montiert. Das Substrat 69 ist (unter Verwendung des Haftstoffes 70) an die Basisplatte 15 geklebt und stellt eine elektrische Isolierung und einen effizienten Wärmetransfer zwischen dem Die und der Grundplatte sicher. Ebenfalls ausgebildet auf dem Substrat 69 sind leitende Anschlußflächen 71, die elektrisch durch Verbindungsdrähte 73 mit Anschlüssen 75 auf der Oberseite des Halbleiter-Dies 67 verbunden sind.
Eine Anschlußfläche 71 erstreckt sich unter dem Halbleiter-Die und ist direkt mit ihm verlötet (das Lot ist nicht gezeigt). Die sich erstreckende Anschlußfläche kann benutzt werden, um eine der elektrischen Verbindungen mit dem Die herzustellen, da die untere Oberfläche des Halbleiter-Dies häufig einer der Anschlüsse des Elementes ist (beispielsweise die Anode oder Kathode einer Diode oder der Drain-Anschluß eines Feldeffekttransistors). Ist die sich erstreckende Anschlußfläche aus einem Material (beispielsweise Kupfer) hergestellt, dessen thermischer Widerstand sehr viel geringer ist als jener des darunterliegenden Substrates 69, so wirkt die Anschlußfläche als im wesentlichen isothermische Fläche, die die Wärme aus dem Die über eine vergleichsweise große Oberfläche des Substrates verteilt. Dies verringert den thermischen Gesamtwiderstand zwischen dem vergleichsweise kleineren Die 69 und der Grundplatte 15. Die vergleichsweise größere Fläche des leitenden Materials der Anschlußfläche, die beispielsweise 0,008 Zoll (0,2032 mm) dickes Kupfer sein kann, das mit dem Tonerdesubstrat 69 (siehe Babcock et al. US-Patent 3,766,634) direkt verbunden ist, stellt einen thermisch leitenden Pfad für die Abführung von Wärme von dem Die und die Verteilung der Wärme über eine vergleichsweise große Zone der Oberfläche des Substrates bereit. Indem sie als eine im wesentlichen isotherme Oberfläche wirkt, stellt die sich erstreckende Anschlußfläche Mittel zur Weiterleitung von Wärme durch einen vergleichsweise großen Querschnitt des Substrates zur Verfügung, wodurch der thermale Widerstand zwischen dem Die und der Grundplatte verringert wird und wodurch dieser thermische Widerstand von der Die-Größe vergleichsweise unabhängig wird.
Die PCB 17 weist ein Loch 45, durch das der Halbleiter-Die 69 und die Verbindungsdrähte 73 greifen können, und einige kleinere Löcher 45a auf, die zahlen- und ortsmäßig den Anschlußflächen 71 entsprechen. Eine leitende Strecke 77 ist an den oberen und unteren Oberflächen der PCB 17 in der Umgebung jedes Loches 45a und ebenfalls durch die Löcher selbst hindurch ausgebildet, wodurch gleitende Durchgangslöcher geschaffen sind. Eine elektrische Verbindung zwischen einer leitenden Strecke 77 und der entsprechenden Anschlußfläche 71 wird durch Löten (79) erreicht, beispielsweise durch Reflow-Löten. Die vergleichsweise große Oberflächenzone zwischen dem Lot und der inneren Wandung des Durchgangsloches bedingt eine beträchtliche mechanische Stärke der Lötverbindung.
Dieses Verfahren des Verbindens einer leistungsabführenden Komponente mit der PCB vereinfacht den Zusammenbau. Wegen des effizienten Wärmetransfers zwischen der Grundplatte 15 und dem Substrat 69 kann Lot 79 durch einfaches Einwirkenlassen einer Wärmeplatte 81 auf die Unterseite der Grundplatte 15 (siehe Fig. 9) geschmolzen werden. Eine einfache Entfernung der Schaltungsplatte von der Grundplatte ist ebenfalls durch einfaches Einwirkenlassen einer Wärmeplatte auf die Unterseite der Grundplatte möglich. Dies vermeidet ungenaues und Beschädigungen nach sich ziehendes manuelles Ein- und Auslöten.
Ein Verfahren des Anlötens der PCB an das Substrat verwendet das der Grundplatte selbst inherente Wärmefassungsvermögen. Lotpaste einer bekannten Schmelztemperatur (beispielsweise 183ºC) wirkt auf die leitenden Strecken 77 ein, und die vollständig zusammengebaute PCB-Anordnung wird auf eine feste Temperatur vorgewärmt, die mit dem Temperaturnennwert der Komponenten, die auf die PCB montiert werden (beispielsweise 125ºC) konsistent ist. Dies verringert die Wärmemenge, die anschließend gebraucht wird, um die Lotpaste zu schmelzen und fördert ebenso das Ausgasen flüchtiger Lösungsmittel, die in der Lolpaste vorhanden sein können. Die Grundplatte 15 mit den darauf montierten leistungsabführenden Komponenten wird auf eine Temperatur geheizt, die mit den Temperaturnennwerten der leistungsabführenden Komponenten (beispielsweise 250ºC) konsistent ist. Sobald die Grundplatte auf der Temperatur ist, wird sie von der Wärmeplatte 81 entfernt und die PCB wird sofort in direkten Kontakt mit den Substraten gebracht. Die in der Grundplatte gespeicherte Hitze wird auf die Lötpaste übertragen, was die Lötpaste zum Schmelzen bringt und eine Lötverbindung entstehen läßt.
Wie in Fig. 10 gesehen werden kann, spart das Loch 45 in der PCB 17 Platz, da die Höhe des Halbleiter-Dies 67 sich gemeinsam mit der Höhe der PCB 17 erstreckt.
Andere Ausführungsbeispiele sind machbar. Beispielsweise können die Techniken bei der Einhausung einer Vielfalt weiterer Elemente - auch anderer als der in dem oben gegebenen Beispiel beschriebenen Leistungswandlern - Verwendung finden.

Claims

1. Eine Struktur umfassend eine wärmeleitende Grundplatte (15), eine Schaltungsplatte (17), die parallel zu und angrenzend an der Grundplatte befindlich ist und eine Öffnung (45) aufweist, und eine elektronische Komponente (13), die eine leistungsabführende elektronische Vorrichtung (67), eine leistungsabführende Oberfläche (69) und Anschlußflächen (71) zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit der Vorrichtung beinhaltet, wobei die elektronische Komponente mit der leistungsabführenden Vorrichtung in der Öffnung (45) sitzend montiert ist, und wobei die leistungsabführende Oberfläche (69) in Kontakt mit der Grundplatte (15) ist; wobei die Struktur dadurch gekennzeichnet ist, daß die Anschlußflächen auf eine weitere Oberfläche der Komponente montiert und durch diese gestützt sind und daß die Anschlußflächen an die Schaltungsplatte gelötet sind.

2. Eine Struktur nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Komponente ein wärmeleitendes Substrat (69) beinhaltet, wobei die leistungsabführende Vorrichtung (67) und die Anschlußflächen an eine Seite des Substrates montiert sind und die leistungsabführende Oberfläche an der gegenüberliegenden Seite des Substrates angeordnet ist.

3. Eine Struktur nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Platte eines oder mehrere metallbedeckte Durchgangslöcher (45a) beinhaltet und daß die Anschlußflächen an das Durchgangsloch / die Durchgangslöcher gelötet sind.

4. Ein Verfahren zum Montieren einer elektronischen Komponente (13), die eine leistungsabführende Vorrichtung und Kontaktanschlußflächen (71) aufweist, die auf eine Oberfläche der Komponente montiert und durch diese gestützt sind, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: ein Montieren der Komponente auf eine wärmeleitende Grundplatte (15), ein Plazieren einer Schaltungsplatte (17), die eine Öffnung (45) über der Komponente aufweist, wobei zumindest ein Teil der leistungsabführenden Vorrichtung in der Öffnung liegt und wobei die Schaltungsplatte (17) an die Anschlußflächen angrenzt, und ein Löten der Anschlußflächen an die Schaltungsplatte.

5. Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Lötens ein Erwärmen der Grundplatte umfaßt.

6. Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Lötens ein Aufbringen von Lot auf die Schaltungsplatte, ein Vorwärmen der Schaltungsplatte auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Lotes, ein Vorwärmen der Grundplatte (15) und des Substrates (69) auf eine Temperatur über der Schmelztemperatur des Lotes und ein Plazieren der Schaltungsplatte (17) angrenzend an das Substrat, um das Lot in der Schaltungsplatte zum Schmelzen zu bringen, umfaßt.

7. Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Montierens der Komponente auf die Grundplatte ein Montieren der leistungsabführenden Vorrichtung auf ein Substrat und ein Montieren des Substrates auf die Grundplatte umfaßt.

8. Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Montierens der Komponente auf eine Grundplatte ferner vor dem Montieren der leistungabführenden Vorrichtung auf das Substrat ein Montieren der Kontaktanschlußflächen (71) auf das Substrat und vor dem Montieren des Substrates auf die Grundplatte das Verbinden der Kontaktanschlußflächen mit der leistungsabführenden Vorrichtung umfaßt.

9. Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Verbindens ein Verbinden von Drähten (73) mit den Anschlußflächen (71) und mit der leistungsabführenden Vorrichtung (67) umfaßt.

10. Das Verfahren nach Anspruch 4, das des weiteren das Ausbilden von einem oder mehreren metallbedeckten Durchgangslöchern (45a) in der Schaltungsplatte an der Stelle, wo die Anschlußflächen an die Schaltungsplatte zu löten sind, umfaßt.