DE9415270U1 - Schaltungsmodul zum Einbau in eine Leiterplatte - Google Patents

Schaltungsmodul zum Einbau in eine Leiterplatte

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Description

f
Beschreibung
Schaltungsmodul zum Einbau in eine Leiterplatte
Die Erfindung betrifft ein Schaltungsmodul zum Einbau in eine Leiterplatte. Es ist nicht ohne weiteres möglich, elektrische Schaltkreise, beispielsweise für Motorsteuerungen mit Pulsweitenmodulation und mit galvanischer Trennung und Ansteuerungs-Interface, die Verlustleistungen von mehr als lW/cm2 der Aufbaufläche aufweisen, kompakt als Modul aufzubauen.
Bisher wurden solche Schaltkreise diskret auf Baugruppen-Leiterplatten aufgebaut. Wünschenswert wäre ein Aufbau als Modul, das mittels einer üblichen einreihigen Anschlußkonfiguration (SIL) auf der Leiterplatte kontaktierbar sein sollte. Insbesondere bei Anwendungen, in denen mit Vibrationen, Stößen usw. zu rechnen ist, beispielsweise bei einer Waschmaschinen-Gleichstrommotorsteuerung, sind jedoch Probleme mit den dort mechanisch stark belasteten elektrischen Anschlüssen absehbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltungsmodul zu schaffen, bei dem der Schaltkreisträger, ein Kühlkörper sowie die Anschluß- und Verbindungstechnik zu einem Baustein integriert sind und das, wie andere Standardbauelemente, auch automatisch geprüft, in eine Leiterplatte eingesetzt und gelötet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß daduch gelöst,
a) daß ein mit Schaltkreiselementen bestückbarer Schaltkreisträger, ein Kühlkörper mit Rippen, sowie getrennte Anschluß- und Verbindungselemente zur Leiterplatte zu einem Baustein (Modul) integriert sind,
b) und daß das Schaltungsmodul ein mindestens teilweise federelastisches Mehrzweckelement umfaßt, daß so ausgebildet ist,
• f · &psgr;
bl) daß eine Flächenpressung zwischen dem Schaltkreisträger und einer rippenfreien Kühlkörperoberfläche mit für die Kühlung ausreichend gutem Wärmeübergang bewirkt ist,
b2) und daß durch als Verbindungselemente dienende Teile des Mehrzweckelements eine rüttelfeste Halterung des Schaltungsmoduls auf der Leiterplatte bei gleichzeitiger weitestgehender mechanischer Entlastung der elektrischen Anschlußelemente bewirkt ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Anspruchs sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele im folgenden näher erläutert. Es zeigt 15
Figur 1 bis 3: im Schnitt (Figur 1), in Draufsicht (Figur 2) und in Seitenansicht (Figur 3) eine erste Ausführungsform des Moduls,
Figur 4 bis 6 bzw. 7 bis 9 in gleicher Ansicht wie in Figur bis 3 zwei weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Moduls.
Bei dem in Figur 1 bis 3 dargestellten Schaltungsmodul ist das Mehrzweckelernent als metallischer Federbügel (1)ausgebildet,
- mit einem parallel zum Schaltkreisträger (4)geschlossenen Bereich (9), der sich bügelartig zu in Richtung Schaltkreisträger (4)und weiter in Richtung Leiterplatte voreilenden Befestigungsstiften (8)fortsetzt,
- mit sich vom geschlossenen Bereich (9) bis unterhalb der rippenfreien Kühlkörperoberfläche (7)erstreckenden und dort verkrallenden Preßlaschen (6),
- und mit am Federbügel (1)angeordneten Niederhaltelappen (12), die mit Druck auf dem auf der rippenfreien Kühlkörperoberfläche (7)angeordneten Schaltkreisträger (4) aufsitzen.
In Figur 1 bis 3 ist insbesondere erkennbar, daß das Mehrzweckelement, also der Federbügel 1, den beispielsweise beidseitig mit Kühlrippen 2 versehenen Kühlkörper 3 mit dem beispielsweise symmetrisch angeordneten, kürzeren Schaltkreisträger 4 im Bereich einer freien Zone 5 der oberen Kühlrippen verbindet. Die durch Form- und Kraftschluß der Preßlaschen 6 eingeleitete Flächenpressung zwischen Schaltkreisträger 4 und rippenfreier Kühlkörperoberfläche 7 ermöglicht einen ausreichend guten Wärmeübergang, der durch Wärmeleitgeber oder Wärmeleitpaste noch weiter optimiert werden kann. Es ist fertigungstechnisch jedoch sehr vorteilhaft, gegebenenfalls ohne Wärmeleitkleber arbeiten zu können. Das Mehrzweckelement hat voreilende, beispielsweise rechteckige Befestigungsstifte 8, die für die Justierung, den stand off ("s") und die Befestigung des Moduls auf der Baugruppen-Leiterplatte ausgelegt sind. Die Befestigung erfolgt durch Verformung, beispielsweise einem Umlegen der Befestigungsstifte 8 auf der Rückseite der Leiterplatte, oder durch Verlöten und ist für dynamische Belastungen konzipiert, wie sie beispielsweise bei Waschmaschinen im Schleuderbetrieb auftreten können.
Die elektrischen Anschlußelemente 10 sind durch die Befestigungsstifte 8 mechanisch weitestgehend entlastet, sie haben nur eine elektrische Leitungsfunktion. Mit diesem Modulaufbau ist es möglich, eine parallele Anordnung von einem oder mehreren Schaltkreisträgern und einer Baugruppen-Leiterplatte mit einer einreihigen Anschlußkonfiguration (SIL) zuverlässig zu kontaktieren. In einer weiteren Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist es, wie in den Figuren 1 bis 3 dargestellt, möglich, den Federbügel 1, der einen parallel zum Schaltkreisträger 4 geschlossenen Bereich 9 aufweist, auf zwei Seiten mit dazu senkrecht verlaufenden Flächen 11 auszugestalten. Diese Flächen gewährleisten gleichzeitig einen Berührungsschutz und eine elektrische Schirmung für den offenen Schaltungsaufbau mit Spannungen von mehr als 60 V.
Das in Figur 4 bis 6 dargestellte Schaltungsmodul zeichnet sich dadurch aus,
- daß der Schaltkreisträger (4) leiterplattenseitig an der, rippenfreien Kühlkörperoberfläche (7) angeordnet ist, - daß das Mehrzweckelement zwei Kunststoffschienen (13, 14)umfaßt, zwischen denen sich der Schaltkreisträger (4) so erstreckt, daß die Randbereiche zweier gegenüberliegender Seiten des Schaltkreisträgers jeweils durch an oberen Teilbereichen der Kunststoffschienen vorgesehene Auflageflächen abgestützt sind,
- wobei die Flächenpressung durch einstückig mit den Kunststoffschienen (13, 14) verbundene Preßstifte (15, 16) bewirkt ist, die durch Ausnehmungen im Kühlkörper (3) zu dessen von der Leiterplatte wegweisender Oberfläche hindurchgeführt und dort verformt sind,
- und daß an leiterplattenseitigen Teilbereichen der Kunststoff schienen (13, 14) federnde Befestigungsbolzen (17, 18)vorgesehen sind.
Der Schaltkreisträger (4) ist, wie insbesondere in Figur 4 erkennbar, bei dieser Ausführungsform also face down montiert und wird rückseitig durch Verformung der Preßstifte {15, 16) gegen den Kühlkörper 3 gepreßt, der im oberen Teil durchgängig angeordnete Kühlrippen 2 aufweist. Die rüttelfeste Halterung des Moduls auf der Leiterplatte wird durch Form-und Kraftschluß der mit Hinterschnitt ausgeführten, zum Mehrzweckelement gehörenden, federnden Befestigungsbolzen 17 und 18 erreicht.
Das in Figur 7 bis 9 dargestellte Schaltungsmodul zeichnet sich dadurch aus,
- daß der Schaltkreisträger (4)oberhalb der rippenfreien Kühlkörperoberfläche (7)angeordnet ist,
- daß das Mehrzweckelement einen Kunststoffrahmen
(19)umfaßt, der in leiterplattenseitigen Teilbereichen (20, 21)mit Randbereichen des Schaltkreisträgers (4)und
9*616.81 i
mit Kanten des Kühlkörpers (3)gefügt und diese hinterschneidend verformt ist,
- und daß an den leiterplattenseitigen Teilbereichen (20,
21)federnde Befestigungsbolzen (22, 23) vorgesehen sind. 5
Bei dieser' Ausführungsform übernimmt die Mehrfachfunktion der Kunststoffrahmen 19, der in Teilbereichen 20 und 21 nach dem Fügen mit Kühlkörper 3 und Schaltkreiskörper 4 so verformt wird, daß eine genügend große, dauerhafte Flächenpressung zwischen Schaltkreisträgerrückseite und rippenfreier Kühlkörperoberfläche 7 entsteht. Der Kunststoffrahmen 19 kann nach oben hin geschlossen sein, oder auch eine Öffnung haben, in die beispielsweise ein kastenförmiges Schirmelement eingesetzt werden kann. Die Montagefunktionen zur Bestückung und Befestigung des Moduls auf Baugruppen-Leiterplatten entsprechen im wesentlichen den zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Die im Zusammenhang mit den drei unterschiedlichen Ausführungsformen dargestellten drei verschiedenen Kühlkörperausführungen lassen sich mit den Ausführungsformen auch anders als dargestellt kombinieren.

Claims (4)

  1. Schutzansprüche
    I.Schaltungsmodul zum Einbau in eine Leiterplatte, dadurch gekennzeichnet, a) daß ein mit Schaltkreiselementen bestückbarer Schaltkreisträger (4), ein Kühlkörper (3) mit Rippen (2), sowie getrennte Anschluß/ (10)- und Verbindungselemente (8)zur Leiterplatte zu einem Baustein (Modul) integriert sind, b) und daß das Schaltungsmodul ein mindestens teilweise federelastisches Mehrzweckelement umfaßt, da^ß' so ausgebildet ist,
    bl) daß eine Flächenpressung zwischen dem Schaltkreisträger (4) und einer rippenfreien Kühlkörperoberfläche (7) mit für die Kühlung ausreichend gutem Wärmeübergang bewirkt ist,
    b2) und daß durch als Verbindungselemente (8) dienende Teile des Mehrzweckelements eine rüttelfeste Halterung des Schaltungsmoduls auf der Leiterplatte bei gleichzeitiger weitestgehender mechanischer Entlastung 0 der elektrischen Anschlußelemente (10)bewirkt ist.
  2. 2. Schaltungsmodul nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrzweckelement als metallischer Federbügel (1)ausgebildet ist,
    - mit einem parallel zum Schaltkreisträger (4)geschlossenen Bereich (9), der sich bügelartig zu in Richtung Schaltkreisträger (4)und weiter in Richtung Leiterplatte voreilenden Befestigungsstiften (8)fortsetzt, - mit sich vom geschlossenen Bereich (9) bis unterhalb der rippenfreien Kühlkörperoberfläche (7)erstreckenden und dort verkrallenden Preßlaschen (6),
    - und mit am Federbügel (1)angeordneten Niederhaltelappen (12), die mit Druck auf dem auf der rippenfreien Kühlkörperoberfläche (7)angeordneten Schaltkreisträger (4) aufsitzen.
    Sit O 1 -6 &dgr; 1
  3. 3. Schaltungsmodul nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß der Schaltkreisträger (4) leiterplattenseitig an der, rippenfreien Kühlkörperoberfläche (7) angeordnet ist, - daß das Mehrzweckelement zwei Kunststoffschienen (13, 14)umfaßt, zwischen denen sich der Schaltkreisträger (4) so erstreckt, daß die Randbereiche zweier gegenüberliegender Seiten des Schaltkreisträgers jeweils durch an oberen Teilbereichen der Kunststoffschienen vorgesehene Auflageflächen abgestützt sind,
    - wobei die Flächenpressung durch einstückig mit den Kunststoffschienen (13, 14) verbundene Preßstifte (15, 16) bewirkt ist, die durch Ausnehmungen im Kühlkörper (3) zu dessen von der Leiterplatte wegweisender Oberfläche hindurchgeführt und dort verformt sind,
    - und daß an leiterplattenseitigen Teilbereichen der Kunststoffschienen (13, 14) federnde Befestigungsbolzen (17, 18)vorgesehen sind.
  4. 4. Schaltungsmodul nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß der Schaltkreisträger (4)oberhalb der rippenfreien Kühlkörperoberfläche (7)angeordnet ist,
    - daß das Mehrzweckelement einen Kunststoffrahmen
    (19)umfaßt, der in leiterplattenseitigen Teilbereichen (2 0, 21)mit Randbereichen des Schaltkreisträgers (4)und mit Kanten des Kühlkörpers (3)gefügt und diese hinterschneidend verformt ist,
    - und daß an den leiterplattenseitigen Teilbereichen (20, 21)federnde Befestigungsbolzen (22, 23) vorgesehen sind.
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