DE9210053U1 - Gehäuse für eine elektronische Schaltung mit einem Leistungshalbleiter - Google Patents
Gehäuse für eine elektronische Schaltung mit einem LeistungshalbleiterInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
DR. RUDOLF BAUER · DIPL-ING. HELMUT HUBBUCH
DIPL.-PHYS. ULRICH TWELMEIER
7530 PFORZHEIM (WEST-germany)
TELEFON (0 72 31) 10 22 90/70 TELEFAX(O 72 31) 10 11 44 TELEX 783 929 patmad TELEGRAMME: PATMARK
24.07.1992 TW/Be
DODUCO GMBH + Co. Dr. Eugen Dürrwächter, D-7530 Pforzheim
Gehäuse für eine elektronische Schaltung mit einem Leistungshalbleiter
Beschreibung:
Die Erfindung geht aus von einem Gehäuse mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Solche Gehäuse
werden in der Automobiltechnik verwendet zum Aufnehmen von elektronischen Schaltungen von Zündanlagen. Die
Gehäuse sind für den Einsatz im Motorraum von Automobilen vorgesehen und sollen unter rauhen Umgebungsbedingungen
(Temperaturbereich von -40 bis +125° C^ Berührung mit Spritzwasser,
Straßenschmutz, Kraftstoff und Motoröl) thermische Verlustleistung (Wärme) aus dem Gehäuseinnern an eine Wärmesenke
(z.B. ein Karosserieblech als Montagefläche) abführen. Die Gehäuse haben üblicherweise einen angespritzten elektrischen
Stecker, der zusammen mit einer dazu passenden Kupplung eine wasserdichte Steckverbindung bilden kann. Der ange-
spritzte Stecker stellt die elektrische Verbindung zur Schaltung im Innern des Gehäuses her. In das Gehäuse wird die elektronische
Schaltung eingefügt, welche wenigstens einen Leistungshalbleiter enthält. Es handelt sich bei der Schaltung
heute meistens um eine Hybridschaltung auf einem Keramikträger, mit welchem die im Innenbereich des Gehäuse liegenden
Kontaktflächen des Steckers in der Regel durch Bonden verbunden werden. Anschließend wird das Gehäuse durch eine
metallische Bodenplatte, welche als Deckel dient, hermetisch verschlossen. Die metallische Bodenplatte hat Kontakt
mit dem Leistungshalbleiter und überträgt dessen Verlustwärme auf die Montageflache, auf welcher das Gehäuse
befestigt wird.
Die für die Wärmeableitung günstige und gewollte metallische Bodenplatte hat jedoch den Nachteil, dass die eine Gehäusewand
elektrisch leitend ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse der eingangs genannten Art zu schaffen, welches
hinreichende Wärmeabfuhr aus dem Gehäuseinneren mit verbesserter Isolation des Gehäuses nach aussen hin verbindet,
ohne dass das Gehäuse dadurch verteuert würde.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Gehäuse mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das neue Gehäuse hat nicht länger eine metallische Aussenflache,
welche durch eine metallische Bodenplatte gebildet, wird, sondern hat eine allseitig elektrisch isolierende
Aussenflache. Um dennoch eine hinreichende Wärmeabfuhr zu
erzielen, ist ein flacher Körper, welcher die Verlustwärme des Lexstungshalbleiters überträgt, in eine Wand des Gehäuses
eingespritzt. Der Körper wird dadurch zu einem Bestandteil der Wand aus Kunststoff, welche zwar an sich ein schlechtes
Wärmeleitvermögen hat, in dem Bereich aber, wo der Körper eingespritzt ist, ohne Einbuße an Festigkeit so dünn sein
kann, dass der dadurch bedingte Wärmeübergangswiderstand nicht mehr ins Gewicht fällt, die elektrische Isolation
des Gehäuses aber rundum lückenlos gewährleistet ist.
Als weiterer Vorteil kommt hinzu, dass die Montage der elektronischen
Schaltung im Gehäuse erleichtert wird, weil der die Verlustwärme übertragende flache Körper bereits beim
Spritzgießen des Gehäuses mit eingespritzt wird, für ihn also kein gesonderter Montageschritt benötigt wird. Da beim
Spritzen des Gehäuses ohnehin schon heute ein elektrischer Stecker mit angespritzt wird, bedeutet es keinen nennenswerten
zusätzlichen Aufwand, auch den der Wärmeübertragung dienenden flachen Körper mit einzuspritzen. Bei diesem flachen
Körper kann es sich um eine Metallplatte handeln, welche vorzugsweise in der Weise eingespritzt ist, dass sie aussen
mit einer gespritzten Kunststoffschicht bedeckt ist, welche dünn ist im Vergleich zur Dicke der Gehäusewand, innen aber
eine vom Kunststoff der Gehäusewand unbedeckte Oberfläche hat, so dass dort keine Kunststoffzwischenschicht den Wärmeübergang
vom Leistungshalbleiter auf die Metallplatte behindert.
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Eine andere günstige Möglichkeit, die vom Leistungshalbleiter erzeugte Wärme nach aussen abzuführen, besteht darin, dass
man den Leistungshalbleiter selbst, welcher ja üblicherweise in einem flachen Kunststoffgehäuse untergebracht ist, mit
seinem Gehäuse in eine Wand des anderen Gehäuses, welches die gesamte Schaltung aufnimmt, einspritzt, und zwar vorzugsweise
so, dass eine Aussenflache des Gehäuses des Leistungshalbleiters
zugleich eine Aussenfläche des die Schaltung umfassenden Gehäuses ist, so dass die Verlustwärme des Leistungshalbleiters
von seinem integralen Gehäuse unmittelbar an die Umgebung abgegeben werden kann. Die gegenüberliegende Aussenfläche
des Gehäuses des Leistungshalbleiters ist jedoch vorzugsweise von dem Kunststoff der Wand des die Schaltung umfassenden
Gehäuses bedeckt. Das hat einerseits den Vorteil, dass der Wärmeübergang in das Innere des Gehäuses behindert
wird, und dass andererseits zwischen dem Gehäuse des Leistungshalbleiters und dem Kunststoff der Gehäusewand, in welche es
eingebettet ist, keine Fugen entstehen, durch die hindurch Wasserdampf in das Innere des Gehäuses diffundieren könnte.
Vorzugsweise ist der Leistungshalbleiter mit seinem Gehäuse so in die Wand des größeren Gehäuses eingespritzt, dass seine
Oberfläche mit der angrenzenden Gehäusewand fluchtet. Ein
Ein weiterer Vorteil dieses Aufbaus besteht darin, dass der
Schaltungsaufbau dadurch kompakter wird.
Der zum Gehäuse gehörende Stecker kann vorgefertigt und dann eingespritzt werden, es ist aber auch möglich und wird bevorzugt,
den Stecker dadurch zu bilden, dass seine Steckkontakte unmittelbar in die Spritzgießform eingelegt und mit
dem Kunststoff des Gehäuses umspritzt werden, so dass der Stecker durch den Spritzgießvorgang gebildet wird.
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Zum Anschluß von Sensoren an die elektronische Schaltung im Gehäuse wird in eine Gehäusewand vorzugsweise ein Kabel eingespritzt.
Erfindungsgemässe Gehäuse eignen sich insbesondere, um in
der Automobiltechnik und in der industriellen Meß- und Regeltechnik in rauhen Umgebungsbedingungen möglichst nahe zum
Beispiel an einem Sensor oder an einem Aktuator eine elektronische Schaltung mit einem Leistunghalbleiter unterzubringen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt.
Figur 1 zeigt ein Gehäuse in der Draufsicht mit abgenommenem Deckel,
Figur 2 zeigt das Gehäuse in einem Schnitt, und
Figur 3 zeigt das Gehäuse in der Ansicht auf seinen
Stecker.
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Es handelt sich um ein aus Kunststoff gespritztes Gehäuse 1 mit einem Flansch 2, welcher Bohrungen 3 enthält, mit denen
das Gehäuse 1 auf einer Montagefläche, z.B. auf einem Karosserieblech, befestigt werden kann. An einer der Seitenflächen
des Gehäuses ist ein Stecker 4 ausgebildet, indem dessen Steckkontakte 5 unmittelbar in die Gehäusewand eingespritzt
sind. Im Innenraum 6 des Gehäuses sind die Steckkontakte 5 umgebogen und machen Kontakt mit einer Schaltungsträgerplatte
7, bei welcher es sich um eine metallisierte Keramikplatte oder um eine konventionelle, unter Verwendung
von Kunststoff hergestellte Platine handeln kann. Diese Schaltungsplatte wird - mit Bauelementen einer elektronischen
Schaltung bestückt - in das Gehäuse eingesetzt und an einer Bundfläche 8 positioniert. Auf der Schaltungsträgerplatte 7
befindet sich auch ein Leistungshalbleiter 9, dessen Gehäuse Kontakt hat mit einer Metallplatte 10, welche so in
die der Gehäuseöffnung gegenüberliegende Gehäusewand 11 eingebettet ist, dass die zum Leistungshalbleiter 9 weisende
Oberfläche etwas über den Kunststoff der Gehäusewand 11 vorsteht, wohingegen die nach aussen weisende Oberfläche der
Metallplatte 10 von einer dünnen Kunststoffschicht 12 bedeckt ist, welche zwischen 0,2 und 0,4, vorzugsweise nicht
mehr als 0,3 mm dick ist; die Schicht 12 ist damit klein gegenüber der Dicke der Wand 11, welche etwa 2 mm beträgt.
In derselben Zeichnung ist noch eine weitere Möglichkeit der Anordnung eines Leistungshalbleiters 13 dargestellt: Er
ist unmittelbar in die Gehäusewand 11 eingespritzt, und zwar so, dass seine ebene Aussenseite bündig mit der Aussenseite
der Gehäusewand 11 abschließt, wohingegen die restliche Oberfläche des Gehäuses des Leistungshalbleiters 13 von dem Kunststoff
der Gehäusewand 11 bedeckt ist, durch den hindurch die abgebogenen Anschlußbeine 14 des Leistungshalbleiters zur
Schaltungsträgerplatte 7 führen.
In die Seitenwand 15, welche dem Stecker 5 gegenüberliegt, ist ein Kabel 16 eingespritzt, durch welches ein Sensor mit
der Schaltung auf der Schaltungsträgerplatte 7 verbunden werden kann.
Um die Wirksamkeit der Metallplatte 10 zu illustrieren, sei ein Zahlenbeispiel angegeben:
Die Metallplatte habe eine Grundfläche von 1200 mm2, die
Kunststoffschicht 12 darüber sei 0,3 mm dick, die spezifische
Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffes betrage 0,25 W/(m &khgr; K),
dann ist der thermische übergangswiderstand der dünnen Kunststoffschicht
&rgr; _ Q / 3 K_ .
1200 &khgr; 0,00025 W
d.h., eine in die eingespritzte Metallplatte eingebrachte
Verlustleistung von 10 W führt zu einer Temperaturerhöhung im Gehäuseinneren gegenüber der Montagefläche von nur 10 K. Bei einer Umgebungstemperatur von HO0C (z.B. im Motorraum) stellt sich somit eine Gehäuseinnentemperatur von 12O0C ein, was zulässig ist.
Verlustleistung von 10 W führt zu einer Temperaturerhöhung im Gehäuseinneren gegenüber der Montagefläche von nur 10 K. Bei einer Umgebungstemperatur von HO0C (z.B. im Motorraum) stellt sich somit eine Gehäuseinnentemperatur von 12O0C ein, was zulässig ist.
Das geöffnet dargestellte Gehäuse wird verschlossen durch
einen Kunststoffdeckel, welcher mit dem restlichen Gehäuse verklebt werden kann.
einen Kunststoffdeckel, welcher mit dem restlichen Gehäuse verklebt werden kann.
Claims (7)
1. Durch Spritzgießen aus Kunststoff hergestelltes Gehäuse mit angespritztem elektrischem Stecker und mit einem
Deckel zum wasserdichten Verschließen des Gehäuses, welches zum Aufnehmen einer elektronischen Schaltung mit wenigstens
einem Leistungshalbleiter dient, der mit einem dessen Verlustwärme übertragenden flachen Körper verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) allseitig eine elektrisch isolierende Aussenflache hat und der Körper (10,
13) in eine Wand (11) des Gehäuses (1) eingespritzt ist. 10
2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (10) eine Metallplatte ist, welche aussen
mit einer gespritzten Kunststoffschicht (12) bedeckt ist,
welche dünn ist im Vergleich zur Dicke der Gehäusewand (11), welche innen eine vom Kunststoff der Gehäusewand (11) unbedeckte
Oberfläche hat.
3. Gehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gespritzte Kunststoffschicht (12) auf der Metallplatte
(10) 0,2 bis 0,4 mm, vorzugsweise 0,3 mm dick ist.
4. Gehäuse nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass
der Körper (13) das Gehäuse, in welches der Leistungshalbleiter eingegossen ist, selbst ist.
5. Gehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (13) des Leistungshalbleiters so eingespritzt ist, dass eine Aussenflache des Gehäuses (13) des Leistungshalbleiters zugleich eine Aussenflache des die Schaltung (7)
umfassenden Gehäuses (1) ist und dass die anderen Aussenflächen des Gehäuses (1) des Leistungshalbleiters (13) von dem
Kunststoff der Wand (11) des die Schaltung (7) umfassenden Gehäuses (1) bedeckt sind.
6. Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Stecker (4) durch Umspritzen seiner Steckkontakte (5) beim Spritzgießen des Gehäuses (1)
gebildet ist.
7. Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Kabel (16) in eine Gehäusewand (15) eingespritzt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE9210053U DE9210053U1 (de) | 1992-07-27 | 1992-07-27 | Gehäuse für eine elektronische Schaltung mit einem Leistungshalbleiter |
Applications Claiming Priority (1)
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DE9210053U DE9210053U1 (de) | 1992-07-27 | 1992-07-27 | Gehäuse für eine elektronische Schaltung mit einem Leistungshalbleiter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE9210053U1 true DE9210053U1 (de) | 1992-11-19 |
Family
ID=6882045
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE9210053U Expired - Lifetime DE9210053U1 (de) | 1992-07-27 | 1992-07-27 | Gehäuse für eine elektronische Schaltung mit einem Leistungshalbleiter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE9210053U1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4327584A1 (de) * | 1993-08-17 | 1995-02-23 | Bayerische Motoren Werke Ag | Elektrische Antriebseinheit |
DE102004008897B4 (de) * | 2003-02-21 | 2007-07-05 | Visteon Global Technologies, Inc., Dearborn | Elektroniksystem für ein Kraftfahrzeug |
-
1992
- 1992-07-27 DE DE9210053U patent/DE9210053U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE4327584A1 (de) * | 1993-08-17 | 1995-02-23 | Bayerische Motoren Werke Ag | Elektrische Antriebseinheit |
DE102004008897B4 (de) * | 2003-02-21 | 2007-07-05 | Visteon Global Technologies, Inc., Dearborn | Elektroniksystem für ein Kraftfahrzeug |
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