DE8811949U1

DE8811949U1 - Vorrichtung zur Wärmeableitung und Versteifung von Leiterplatten-Baugruppen

Info

Publication number: DE8811949U1
Application number: DE8811949U
Authority: DE
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1988-09-21
Filing date: 1988-09-21
Publication date: 1988-12-01

Description

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Vorrichtung zur Wärmeableitung und Versteifung von Leiterplatten-Baugruppen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmeableitung und Versteifung einer in Führungen einer Baugruppen-Aufnahme steckbaren Leiterplatten-Baugruppe mit einer Leiterplatte und einer parallelen Stützplatte aus wärmeleitendem Werkstoff.

Eine derartige Anordnung ist aus der DE-OS 25 52 682 bekannt. Die Fig. 8 dieser Druckschrift zeigt eine Baugruppe, bei der eine Leiterplatte mit einer Wärme leitenden Blechplatte durch zwei Schienen verbunden ist, die den Abstand der beiden Platten bestimmen und an denen bei den anderen dort beschriebenen Ausführungen die zu kühlenden Bauelemente befestigt sind. Bei dieser Ausführung ist das Bauelement jedoch auf der Leiterplatte angebracht und reicht bis nahe an die Blechplatte heran. Beide Platten werden in je einem Paar Führungsschienen eines Aufnahmemagazins geführt. Durcfi alle Teile kann kühlende Luft strömen.

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Ferner ist aus der DE-vAS 19 47 586 eine Einrichtung zur Wärmeabführung aus einem Gehäuse bekannt/ bei dem die Kühlplatte (Absöfpt i öns körper) itfit der Leiter- oder Trägerplatte über Distanzstücke verbunden ist* Da nur die Leiterplatte in Führungen einer Aufnahme gehaLtert ist, kann dadurch bei entsprechendem Einsatz eine mechanische Belastung der Leiterplatte eintreten, der diese nicht gewachsen ist. Bei anderen Ausführungen sind die Kühlplatte^ zwar geführt, jedoch nicht mit der Leiterplatte mechanisch verbunden, so daß die Kühlwirkung auf Konvektion und Strahlungsabsorption beschränkt ist.

Außerdem ist es auch bekannt, die Leiterplatten ah ihren Führungskanten in engen Körperkontakt mit einer der Seitenwinde der Führungsnut in der Aufnahme zu bringen (DE-OS 29 20 468). Dies geschieht mit Hilfe von Klemme lernen ten, die in die Führungsnute eingesetzt werden. Ein Klemmelement besteht aus zwei stabförmigen Flachstangen, die durch schrägstehende Lenker verbunden und gegeneinander verschiebbar sind. Letzteres erfolgt mittels einer Druckschraube an der Aufnahme, die auf das rechtwinklig abgebogene Ende der einen Flachstange wirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Wärmeableitung und Versteifung von Baugruppen der eingangs genannten Art zu schaffen, die einerseits auch bei konvekt i ons lose;* Anordnungen, bei denen die Baugruppen in geschlossenen Gehäusen untergebracht sind, für eine ausreichende Wärmeableitung sorgt und die andererseits auch bei Einsatz schwer zu handhabender Bauteil-Technologien, wie z.B. Pin-Grid-Arrays oder oberflächen-montierter Bauteile,

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erfindungsgemäß einsetzbar bleibt. Da solche Anordnungen beispielsweise in der Raumfahrt zum Einsatz kommen/ wird zugleich eine höhe mechanische Belastbarkeit gefordert*

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Eine andere Lösung wird durch die Merkmale des Anspruchs 2 wiedergegeben. Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Abführung der Verlustwärme erfolgt in vorteilhafter Weise auf verschiedenen Wegen: einerseits durch Leitung in der Leiterplatte in Richtung auf die seitlichen Führungen und andererseits durch Strahlung auf das großflächige, parallel angeordnete Stützteil und von dort weiter durch Wärmeleitung ebenfalls zu den Führungen des Gehäuses oder Baugruppenträgers. Ferner wird die Leiterplatte und die Stützplatte an beiden Führungs- oder Seitenkanten jeweils mit Hilfe einer Spreizvorrichtung in innigen Kontakt mit den Seitenwänden der Führungsnute gebracht. Durch diese Maßnahmen verdoppelt sich die Kontakt fläche zwischen Steckbaugruppe und Gehäusewand ohne zusätzlichen HaItercftgsaufwand und der maximal zulässige Wärmeström von der Leiterplatte erhöht sich bei sonst unveränderten Rahmenbedingungen um über 35 %.

Die Stützplatte verbessert weiterhin mit Hilfe der bei der einen Ausführung in beliebiger Zahl und an jedem beliebigen Ort anbringbaren Wärme Leitstücke, bei der anderen Ausführung durch das Netzwerk aus Distanz- und Wärme Leitstücken die Wärmeverteilung auf der Leiterplatte und tragt damit zur Vermeidung sogenannter "hot spots" bei. Ein weiterer Vorteil liegt in der Versteifung der Steckbaugruppe, die die

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Widerstandsfähigkeit gegen Vibrations-* "nd oGhockbeanspruohungen erheblich verbessert und die Anwendung größerer LeiterpLattenabmessungen unter erschwerenden, mechanischen UiriweLtbedingungen

J e rfnög Lieht. Dieser Effekt beruht einerseits auf der

Versteifung der Baugruppe selbst, andererseits auf der Tatsache, daß Leiter- und Stützplatte kraftschlüssig mit dem Gehäuse öder Baugruppenträger verbunden sind.

Die Erfindung wird an AusführungsbeispieLen beschrieben,

sj.. die in den zugehörigen Zeichnungen dargestellt sind.

Darin zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch eine

Leiterplatten-Baugruppe mit Stützplatte, die in f die Führungen eines Gehäuses eingeschoben ist;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Baugruppe nach Fig. 1, bei abgenommener Stützplatte; und

Fig. 3 zu einem Netzwerk verbundene Wärme Ieitstücke, in perspektivischer Ansicht.

Die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Baugruppe besteht aus einer mit Bauelementen 3 bestückten Leiterplatte und einer parallel dazu angeordneten, plattenförmigen Stützplatte 2 mit gleichem Umriß. Leiterplatte 1 und \ Stützpiatte 2 sind durch mehrere Wärme Leitstücke 4

: gleicher Höhe aus gut wärmeleitendem Werkstoff

j miteinander verbunden, die in besonderer Weise

f angeordnet sind, was noch erläutert wird. Je nach

r. Anordnung dieser Wärme Lei tstüct? -? 4 können außerdem in

den freien Bereichen der PLatten übliche Distanzstücke gleichmäßig verteilt eingesetzt sein, wie aus Fig. _

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ersichtlich ist, um der Baugruppe die nötige Steife zu geben. Diese Figur zeigt auch, daß an einer Kante der Leiterplatte 1 Kontakt leisten 5 angebracht sind, über die beim Einschieben der Baugruppe in ein Gehäuse oder in einen Baugruppenträger die elektrischen Anschlüsse erf&ogr; Igen.

Fig. 1 zeigt die Baugruppe im eingeschobenen Zustand im Querschnitt. Die Führungen 7 der Baugruppenaufnahme 8 sind so konstruiert, daß jeweils beide Platten 1 und der Baugruppe in die gleichen Führungsnute 9 passen. Die Plattenränder sind hinreichend federnd, um das Einschieben zu erleichtern, weil die Wärme Leitstücke und die Di stanzstücke 6 in einem gewissen Mindestabstand von den Führungskanten der Platte angeordnet sind. Da andererseits aber ein guter Wärmeübergang von den Platten 1 und 2 auf die Führung 7 notwendig ist, sind an den genannten Führungskanten jeweils zwischen die Platten Vorrichtungen 10 mit speizender Funktion eingefügt, z.B. Drehstäbe mit elliptischem Querschnitt oder Stäbe, die in Abschnitte unterteilt sind, die an stirnseitigen Keilflächen seitlich gegeneinander verschiebbar sind. Nach dem Einschieben der Baugruppe in die Aufnahme 8 werden durch Betätigen der Spreizvorrichtungen 10 die Außenseiten der Randbereiche der Führungskanten von Leiterplatte 1 und Stützplatte in unmittelbaren, flächigen Kontakt mit den Seitenwänden der Führungsnute 9 gebracht. Die nun auftretenden Wärmeströme 11 sind in Fig. 1 durch Wellenlinien angedeutet. Die Wärmeströme nehmen ihren Ausgang von dem Bauelement 3 und gelangen z.T. durch direkten Kontakt, z.T. durch Strahlung in die Leiterplatte 1, in die Stützplatte 2 und in die Wärme Ieitstücke A. Da die Stützplatte Z und die Wärme Leitstüdke 4 eine wesentlich

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bessere Wärmeleitfähigkeit haben als die Leiterplatte 1, findet auch ein Wärmeübergang von der Leiterplatte über die Wärme Leitstücke auf die Stützplatte statt. In der Führungsnut 9 schließlich tritt die Wärme von den Platten 1 und 2 in die Führung 7 und damit in das Gehäuse über. Auf diese Art kann die Wärme auch aus geschlossenen, konvektions losen Gehäusen ausreichend abgeleitet werden.

Es ist dabei zweckmäßig, der Stützplatte 2 durch geeignete Behandlung eine für die Wärme besonders aufnahmefähige Oberfläche zu geben, z.B. durch mattschwarze Lackierung, Eloxierung usw. Wichtig ist ferner, den WärmeLeitstücken 4 ein geeignetes Profil zu geben und sie so zwischen Leiterplatte 1 und Stützplatte 2 anzuordnen, daß ein möglichst großer Wirkungsgrad hinsichtlich der Wärmeableitung von den Bauelementen erzielt wird. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel 7ind die Wärme Ieitstücke 4 von einem rechteckigen Profil auf bedarfsmäßige Länge abgeschnitten und so auf der Leiterplatte 1 angeordnet, daß ein Bauelement 3 mit großer Wärmeentwicklung auf drei Seiten von Wärme Leitstücken flankiert wird, während drei andere Bauelemente mit geringer Wärmeentwicklung neben einem durchgehenden Wärme Leitstück liegen. Die Befestigungselemente der Wärme Leitstücke 4 und der Di stanzstücke 6 sind in Fig. 2 durch Kreuze angedeutet. Sie werden beispielsweise von Gewindebohrungen oder von Gewindezapfen gebildet.

In Fig. 3 ist eine Ausführung gezeigt, bei der die Wärme Ieitstücke 4 und die Distanzstücke 6 zu einem Netzwerk 12 verbunden sind. Dieses Netzwerk 12 kann als Gußteil oder durch Fräsen aus einem Block hergestellt

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werden. Ersteras wird vor aLLem bei größeren Stückzahlen zweckmäßig sein. Mittels des Netzwerkes 12 werden Leiterplatten 1 und Stützplatte 2 miteinander verbunden. Die Konfiguration ist den gegebenen Verhältnissen, d.h. der Anordnung der Wärme abgebenden Bauelemente auf der Leiterplatte 1 entsprechend konzipiert. Distanzstucke und Wärme Leitstücke 4 können durchweg die gleiche Höhe haben, doch kann es auch zweckmäßig sein, verschiedene oder alle Wärme Leitstücke 4 etwas niedriger zu dimensionieren als die Distanzstücke, um auf der Seite der Leiterplatte 1 z.B. Raum für durchgehende Leiterbahnen oder Bauelemente zu haben oder um die Entstehung harter Überhöhungs-Spitzen bei Vibrationen in Resonanz-Näht* zu vermeiden. Letzteres gilt auch für die andere Seite, die der Stützplatte 2 zugewandt ist.

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Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Wärmeableitung und Versteifung iiner in Führungen (7) einer Baugruppenaufnahme (8) steckbaren, mit Wärme erzeugenden Bauelementen (3) bestückten Leiterplatten-Baugruppe für elektronische Einrichtungen, mit einer Leiterplatte (1) und einer parallel dazu verlaufenden, mittels Distanzstücken (6) mit dieser verbundenen Stutzplatte (2) von annähernd gleichen Abmessungen aus gut wärmeleitendem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet , daß außer den Distanzstücken (6) Wärme Leitstücke (4) mit gleicher Höhe, jedoch unterschiedlicher Länge zwischen Leiterplatte (1) und Stützplatte (2) den wärmeren Bauelementen (3) mindestens an einer Seite unmittelbar benachbart angeordnet sind, und daß die beiden einander gegenüber liegenden Führungskanten von Leiterplatte (1) und Stützplatte (2) jeweils in der gleichen Führungsnut (9) der Aufnahme (8) geführt und durch eine Spreizvorrichtung (10) an die Seitenwände der Führungsnut (9) gedrückt werden.

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2. Vorrichtung zur Wärmeableitung und Versteifung einer in Führungen (7) einer Baugruppenaufnahme <.8) steckbaren, mit Wärme erzeugenden Bauelementen (3) bestückten Leiterplatten-Baugruppe für elektronische Einrichtungen, mit einer Leiterplatte (1) und einer parallel dazu verlaufenden, mittels Distanzstücken (6) mit dieser verbundenen Stützplatte (2) von annähernd gleichen Abmessungen aus gut wärmeleitendem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzstücke (6) mit Wärme Leitstücken (4) zu einem Netzwerk (12) verbunden sind, wobei mindestens die Distanzstücke (6) gleiche Höhe haben, das zwischen Leiterplatte (1) und Stützplatte (2) so angeordnet ist, daß die wärmeren Bauelemente (3) zumindest teilweise von Wärme Leitstücken umgeben sind, und daß die beiden einander gegenüber liegenden Führungskanten von Leiterplatte (1) und Stützplatte (2) jeweils in der gleichen Führungsnut (9) der Aufnahme (8) geführt und durch eine Spreizvorrichtung (10) an die Seitenwände der Führungsnut (9) gedrückt werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Führungsnut en (9) der Aufnahme (8) zugekehrten Teile von Leiterplatte (1) und Stützplatte (2) in dem den Spreizvorrichtungen (10) benachbarten Bereichen frei von verbindenden Distanz- und WarmeLeitstücken (4, 6) sind.

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