SE524161C2 - Kylanordning och förfarande för dess framställning - Google Patents

Description

524 161 2 element kan inriktas. Dessutom kan avståndet mellan elektro- nikkomponenterna och kretskortet slutgiltigt justeras så att vid fastsättningen av kylplattan inga krafter verkar påi lödställena, med vilka anslutningselementen kontakteras 5 elektriskt på kretskortet.

För framställningen av en optimal termisk väg mellan komponenterna och kylplattan är varken ursparningar i krets- kortet eller en perifer anordning av komponenterna nödvän- l0 digt. Vid utformningen av kretskortet behöver man därför inte gå med på några kompromisser till förmån för elektronik- komponenternas kylning.

Kylanordningen kan byggas upp speciellt kompakt, ytbesparande 15 och. plant eftersom. kylplattan är anordnad. på den sida av kretskortet som är bestyckad med de elektronikkomponenter som skall kylas och som är ytkontakterad med elektronikkomponen- terna. Vidare är värmeavledningen. från. de komponenter som skall kylas optimerad emedan två effektiva termiska vägar 20 står till förfogande. En termisk väg leder från komponenten direkt till kylplattan, eventuellt via ett företrädesvis isolerande värmeledande skikt. Den andra termiska vägen leder via komponenten och pàtryckningselementet likaledes till kylplattan, närmare bestämt till samma sida där komponenterna 25 som skall kylas är placerade. Genom den andra termiska vägen fyller påtryckningselementet jämte sin primärfunktion "fast- tryckning på kylplattan" en sekundärfunktion.

Kylanordningen garanterar även under vibration en tillför- ir 30 litlig kontakt över stor yta mellan elektronikkomponenterna 'Y; A som skall kylas och kylplattan. Inte heller behövs en '¿§ efterbehandling för utjämning av toleranser som exempelvis är ' orsakade av olika bygghöjder för de komponenter som skall "I kylas. De i locken anordnade fjädertungorna kan utan att :;¿ 35 påverka pàtryckningselementets primärfunktion, d \r s fast- tryckning av komponenterna, tänjas längre så att en plastisk deformation uppstår, Det i fjädertungan återstående elastiska oas a 10 15 20 25 30 '12 35 524 161 3 området sörjer trots kylanordningens plana uppbyggnad för primärfunktionens upprätthållande. Påtryckningselementet kan vara löstagbart utformat så att reparationer är möjliga.

Kylanordningen lämpar sig därför för all slags effektelek- tronik där enskilda effektkomponenter används , t ex vid elektromekanisk broms (brake by wire) eller elektromekanisk styrning (steering by wire).

Vidare kan kylanordningen finna fördelaktig användning i styranordningar för motorfordon, vid vilka stora förlust- effekter måste bortledas. Speciellt kan kylanordningen använ- das i styrdon för vevaxlar-startgeneratorer eller för elek- styrdon för motorer och tromekaniska ventilstyrningar i växellådor.

Ytterligare fördelar, särdrag och användningsmöjligheter för uppfinningen framgår av efterföljande beskrivning av ett utföringsexempel i anslutning till ritningarna. Härvid visar Fig. 1 en planvy av ett påtryckningselement, Fig. 2 en snittvy av en kylanordning med påtryckningselementet enligt Fig. l Fig. 3 en delvy i perspektiv av kylanordningen, Fig. 4 en planvy av en fixeringsram, Fig. 5 en frontvy av fixeringsramen enligt Fig. 4, Fig. 6 en på ett kretskort anordnad fixeringsram och Fig. 7 en kylanordning med en fixeringsram, Fig. 1 åskådliggör ett påtryckningselement l i. fonn av en fjäderlist som. är stansat ur en fjäderplåt. Påtrycknings- elementet l uppvisar en huvudsakligen runt om gående ram ll och två med ramen förbundna, klaffliknande lock 12. I locken 12 är ett flertal motliggande fjädertungor 13 utformade i två rader. Raderna av fjädertungor ligger mitt- Fjädertungorna 13 i dessa båda rader kan även Mellan lockets motliggande, emot varandra. vara förskjutna i förhållande till varandra. anno» l0 15 20 25 30 35 524 161 4 12 fjädertungor 13 sträcker sig förbindningsdelar så att en stark styvnad för påtryckningselementet och dess fjädrande beståndsdelar erhålls.

Locken 12 och fjädertungorna 13 är anordnade innanför ramen ll. En kontaktyta 14 är anordnad parallellt med locken 12.

Locken 12 lämnar fri en central öppning 15 för anslutnings- element 21 till elektronikelement 2 Den som. skall kylas. centrala öppningen 15 har tvâ väggytor som. är parallellt inriktade till ramen ll och sträcker sig från locken 12 i riktning mot kontaktytorna 14.

De båda visade kontaktytorna 14 ligger an med stor yta mot en kylplatta 3. Kontaktytorna 14 uppvisar fästhål för skruvar eller nitar. Kylplattan 3 består av formpressat aluminium- gods. Som kylplatta metallplât. lämpar sig emellertid även en tunn Eftersom: varje fjädertunga 13 är avsedd att trycka på en elektronikkomponent 2 på kylplattan 3 kan ett påtrycknings- element uppta ett flertal komponenter som skall kylas. Kom- ponenterna 2 kan vara placerade på kylplattan antingen direkt eller via ett värmeledande skikt.

Fig. 2 visar en kylanordning med kylplattan 3 och ett härmed parallellt inriktat kretskort 4. Mellan kylplattan 3 och kretskortet. 4 är komponenterna 2 som skall kylas och. på- tryckningselementet 1 anordnade. De elektroniska komponen- terna 2 är via ett elektriskt isolerande värmeledningsskikt 31 eller en värmeledande folie anordnade på en från grund- plattan utstående sockel 32.

Det värmeledande skiktet består av ett högelastiskt binde- medel som är förenat med ett värmeledande fyllmedel. Detta påförs som skikt på ett bärelement. Värmeledningsskiktet kan konstrueras av ett flertal olika material, exempelvis glas- polyimidfilm, polyesterfilm och fyll- fiber, silikongummi, .none 10 15 20 25 524 161 5 medel för effektökning. Vid härdningen av det värmeledande skiktet limmas komponenterna 2 på kylplattan.

Eftersom påtryckningselementet 1 fästs på kylplattan bredvid sockeln 32 spänns vid fastsättningen fjädertungorna 13 nwt elektronikkomponenterna 2 och kylplattan 3. Sålunda kan fjä- dertungorna 13 utöva en fjäderkraft på komponenterna 2 i riktning mot kylplattan 3 och bort från kretskortet 4.

Därvid framgår att fjädertungorna är böjda lätt S-formigt ut från lockens 12 plan och i riktning mot kontaktytan 14.

Komponenterna 2 är kopplade effekttransistorer vilkas anslut- ningselement 21 är inriktade vinkelrätt mot kylplattan 3 och kretskortet 4. Anslutningselementen 21 är förda genom hål i kretskortet och lödda vid lödpunkter 41 på kretskortets 4 ledarbanor.

Fig. 3 åskådliggör det vid kylplattan 3 fästa, i ett stycke utformade påtryckningselementet 1, från vars centrala öppning anslutningselementen 21 går ut och genom hål i kretskortet 4.

Kretskortet 4 hålls fast enbart av de vid kylplattan 3 fixerade elektronikkomponenterna 2.

Alternativt kan kretskortet fastsättas vid kylplattan med fästelement. I detta fall kan anslutningselementen 21 för elektronikkomponenterna 2 .böjas i exempelvis omegaform. för att kompensera den mekaniska överbestämningen. Vidare kan kretskortets 4 flexibilitet utnyttjas till att belastning på anslutningselementens 21 lödställen. måste säkerställas att kretskortet 4 vid fästpunkterna trycks Fästpunkterna skall dock inte undvika Därvid i riktning mot kylplattan 3. förläggas för' nära elektronikkomponenterna 2 för att inte belasta kretskortet alltför mycket. Anslutningselementens 21 lödställen förblir opåverkade av krafter eftersom påpress- via kretskortet 4 på påtrycknings- ningskraften verkar 10 15 20 25 524 161 6 elementet, på komponentens 2 kropp 2 och därmed. på kyl- plattan.

Vid framställningen av kylanordningen läggs först påtryck- ningselementet l på kretskortets 4 bestyckningssida. Därefter läggs elektronikkomponenterna på fjädertungorna 13 så att igenom påtryck- l centrala öppning och bringas till löd- Lödställena finns på den sida av komponenternas anslutningselement 21 förs ningselementets ställen på kretskortet 2. kretskortet 2 tronikkomponenterna. som ligger mot bestyckningssidan med elek- Härefter löds elektronikkomponenterna 2 på kretskortet 4.

Kretskortet 4 vänds därefter och sätts med bestyckningssidan tillsammans med påtryckningselementet 1 och komponenterna 2 på kylplattan. Därefter fästs påtryckningselementet 1 på kyl- plattan. Detta kan ske genom påsättning på själva kylplattan 3 eller vid sidan härav. Pâtryckningselementet 1 fästs inte på kretskortet 4 utan avskilt från detta. För fastsättningen av påtryckningselementet på kylplattan 2 kan hål vara anord- nade i kretskortet 4, genom vilka ett skruv- eller nitnings- verktyg kan föras.

Påtryckningselementet 1 stansas ur en fjäderplàt som en enda del i ett stycke. Vid stansningen fristansas fjädertungorna.

Genonl böjning av stansdelen erhåller påtryckningselementet sin tredimensionella utformning med en bryggformig ram och från ramen 11 huvudsakligen vinkelrätt utskjutande lock 12 och kontaktytor 14. Därvid sträcker sig lock 12 och kontakt- ytor 14 avskilda från ramens ll nivå i motsatta riktningar.

Fig. 4 åskådliggör en fixeringsram 5 som tjänar till inrikt- ning av anslutningselementen eller ben till komponenterna som skall kylas av kylplattan. En förbindningsdel 51 är centralt anordnad i fixeringsramen 5. Förbindningsdelen stämmer över- ens med den centrala öppningen, i påtryckningselementet. I förbindningsdelen 51 finns justeröppningar 52 för anslut- 10 15 20 25 '30 524 161 7 ningselementen till de elektroniska effektkomponenterna. De senare sätts på fixeringsramens anliggningsytor 56. Anligg- ningsytorna 56 sörjer för att elektronikkomponenterna bringas' Därigenonl säkerställs att komponenterna kylplattan till vågrätt läge. efter monteringen av påtryckningselementet pà ligger an plant mot kylplattan.

Fig. 6 vänd. Den centrala 5 visar fixeringsramen 5 j. Fig. förbindningsdelen 51 uppvisar sidoväggar som. sträcker sig från fixeringsramen, griper in i påtryckningselementets cen- trala öppning och styrs av denna. Vinkelrätt mot sidoväggarna har fixeringsramen 5 en inte visad anliggningsyta mot kanten av påtryckningselementets centrala öppning.

Fixeringsramen hålls via åtminstone två distanshållare 53 med 54 På detta sätt inställs ett definierat avstånd för de mot fixeringsramen 5 på kretskortet. inte heller om efter lödningen av komponenterna kretskortet elektronikkomponenterna trycks mot kylplattan. Lödställena på fast- anslagsytor avskild från kretskortet. anliggande komponenterna som skall lödas Detta avstånd ändras pàtryckningselementet med och kretskortet belastas därför inte av kylanordningens sättning.

Från distanshállarna 53 utstående centreringsstift 55 införs i motsvarande hål i kretskortet för att rikta in fixerings- ramen med komponenterna och deras anslutningselement i för- hållande till kretskortet.

I Fig. den i. påtrycknings- elementet 1 inlagda fixeringsramen 5 och de i fixeringsramen 5 anordnade elektronikkomponenterna 2 visade före lödningen. 13 6 är pàtryckningselementet 1, Påtryckningselementets fjädertungor utövar ännu ingen kraft på komponenterna.

Fig. 7 åskådliggör kylanordningen efter fastsättningen av pá- tryckningselementet 1 på kylplattan. Pàtryckningselementet *unc- 10 15 20 25 524 161 8 har fastsatts med fästelement 6 på kylplattan så att påtryck- ningselementets kontaktytor 14 ligger an utan spel mot kyl- plattan 3. eller nitar. kylplattan 3 utövas inga krafter på anslutningselementen 21 eller lödställena 41 eftersom transistorernas läge relativt Endast påtryckningselementet Vid pressningen av påtryckningselementet 1 på kretskortet förblir oförändrat. 1 rör sig i riktning mot kylplattan 3.

För framställningen av kylanordningen läggs först fixerings- ramen 4 1. pátryckningselementet 1 på kretskortet 4 så att fixerings- linje med de kommande in i påtryckningselementet Därefter placeras ramens 5 justeröppningar ligger i lödställena 41 på kretskortet. anordnas i två rader på fixeringsramen 5 och träs med sina anslutningselement 21 in i fixeringsramens justeröppningar för att riktas in mot de avsedda lödpunkterna eller lödstäl- lena 41. tillhållare uppifrån in i fixeringsramen 5 och löds med en Därefter vänds krets- Elektronikkomponenterna 2 Elektronikkomponenterna trycks med icke visade våglödningsprocess till kretskortet 4. kortet och läggs på kylplattan 3 med den bestyckad med elektronikkomponenterna 2. Sedan fästs påtryck- ningselementet l med fästelement 6 under utövande av en påpressningskraft på elektronikkomponenterna 2 på kylplattan 3. sida som är Som fästelement 5 lämpar sig speciellt skruvar»

Claims (16)

1. mono: 10 15 20 25 524 161 Patentkrav l. Kylanordning med - en kylplatta (3), - ett parallellt med kylplattan (3) anordnat och avskilt från denna placerat kretskort (4), ' - åtminstone två mellan kretskortet anordnade elektronikkomponenter (2) placerade på kylplattan (3) med bildning av en ytkontakt samt är elektriskt kontakterade med kretskortet (4) medelst an- slutningselement<2l; - ett vid kylplattan (3) monterat pàtryckningselement (1) av (ll) och åtminstone två innanför ramen utformade fjädertungor (13) (2) mot kylplattan (3). (4) och kylplattan (3) son1 skall kylas och är metall med en ram som pressar elektronikkomponen- terna

2. Kylanordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v a t t påtryckningselementet (l) har åtminstone två rader med fjädertungor (13).

3. Kylanordning enligt föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att påtryckningselementet (1 ) har tvâ motliggande lock (12), i vilka fjädertungorna (13) är anord- nade.

4. Kylanordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att påtryckningselementet (1) är utformat i ett stycke.

5. Kylanordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att påtryckningselementet (1) har åtminstone en central öppning (15) för upptagning av elektronikkomponenternas (2) anslutningselement (21).

6. Kylanordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att påtryckningselementets (l) ram 524 161 10 (ll) går huvudsakligen runt om och är kontakterad med stor yta med kylplattan (3) .

7. Kylanordning enligt föregående krav, 5 kännetecknad av att påtryckningselementet (l) har en parallellt med locken utformad kontaktyta (14), vid vilken påtryckningselementet (1) med kylplattan (3) fästs.

8. Kylanordning enligt föregående krav, 10 kännetecknad av att kylplattan har en sockel (32), på vilken elektronikkomponenterna (2) är anordnade, och att kontaktytan (14) kontakterar kylplattan utanför sockeln (32) . 15

9. Kylanordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att elektronikkomponenten (2) är elek- triskt isolerad från kylplattan (3) via ett värmeledande skikt (31) och är termiskt hopkopplad med kylplattan (3) . 20

10. Kylanordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att kretskortet (4) hålls fast enbart av elektronikkomponenterna (2) .

11. . Kylanordning enligt något av föregående krav, 25 känne te cknad av att en fixeringsram (5) är anordnad mellan kretskortet (4) och elektronikkomponenterna (2) .

12. . Kylanordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att fixeringsramen (5) har en central "ff 30A förbindningsdel (51) med justeröppningar (52) för inriktning av elektronikkomponenternas (2) anslutningselement (21). __

13. Kylanordning enligt krav ll eller 12, g" 3 k ä n n e t e c k n a d a v att fixeringsramen (5) har distans- 35 element (53) som är fixerbara vid kretskortet (4) och som ställer in ett definierat, huvudsakligen oföränderligt av- stånd mellan elektronikkomponenterna (2) och kretskortet (4) . an.v. 10 15 20 25 524 161 ll

14. något av föregående krav med följande steg: Förfarande för framställning av en kylanordning enligt läggs in i pàtryckningselementet (l), (5) utrustade pàtryckningselementet placeras på kretskortet (4) (5) (52) är i linje med följande lödställen (41) - Fixeringsramen (5) - det med fixeringsramen (1) justeröppningar så att fixeringsramens på kretskortet, - elektronikkomponenterna (2) anordnas i två rader på fixe- ringsramen (5) och träs in med sin anslutningselement (21) i fixeringsramens (5) justeröppningar (52) för att riktas in med kretskortets (4) lödställen (41), - elektronikkomponenterna (2) löds på kretskortet (4), - kretskortet (4) läggs på kylplattan (3) med den sida som är bestyckad med elektronikkomponenterna (2), - pàtryckningselementet (1) fästs på kylplattan (3) med utövande av en påpressningskraft på elektronikkomponenterna (2)-

15. kännetecknad Förfarande enligt föregående krav, av (2) (21) sticks in genom en central öppning (15) att elektronikkomponenternas an- slutningselement i pàtryckningselementet.

16. Förfarande enligt något av föregående förfarandekrav, käI1ne1:ec] ur en fjäderplåt och därvid förses med fjädertungorna (13) och att pàtryckningselementet (l) därefter utrustas med en ram (ll) genom bockning.