WO2016165902A1 - Anbindung eines leistungsbauteils an einen kühlkörper - Google Patents
Anbindung eines leistungsbauteils an einen kühlkörper Download PDFInfo
- Publication number
- WO2016165902A1 WO2016165902A1 PCT/EP2016/055745 EP2016055745W WO2016165902A1 WO 2016165902 A1 WO2016165902 A1 WO 2016165902A1 EP 2016055745 W EP2016055745 W EP 2016055745W WO 2016165902 A1 WO2016165902 A1 WO 2016165902A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- power components
- heat sink
- circuit board
- contact
- contact surfaces
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
- H10W40/60—Securing means for detachable heating or cooling arrangements, e.g. clamps
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W90/00—Package configurations
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
- H10W40/40—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids
- H10W40/47—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids by flowing liquids, e.g. forced water cooling
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
- H10W40/60—Securing means for detachable heating or cooling arrangements, e.g. clamps
- H10W40/611—Bolts or screws
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W74/00—Encapsulations, e.g. protective coatings
Definitions
- the invention relates to a heat sink, an electrical assembly and a mounting method.
- the invention relates to the connection of a power component of an electrical assembly to a heat sink.
- An electrical assembly which is designed, for example, to control an electric motor, comprises an electrical and in particular electronic power component, such as a FET, MOSFET or IGBT.
- a power component can heat up during operation, so that the resulting heat loss must be dissipated.
- the power device may be made discrete, having its own housing and electrical connection elements. By means of the connection elements, the power component is usually electrically and mechanically connected to a remaining assembly.
- the housing has a typically planar contact surface for abutment with a heat sink.
- the contact surface In order to improve a heat transfer between the power component and the heat sink, the contact surface must lie as accurately as possible on a corresponding contact surface of the heat sink.
- the orientation of the contact surface often can not be controlled accurately enough so that the contact surface is only partially applied to the contact surface or the power component is subjected to a mechanical stress.
- the invention has for its object to provide a heat sink, an electrical assembly and a mounting method for the electrical assembly, which allow improved conditioning of the electrical power component on the heat sink.
- the invention solves this problem by means of the subjects of the independent claims. Subclaims give preferred embodiments again.
- a heat sink for electric power components comprises a first contact surface for a first power component and a second contact surface for a second power component, wherein the contact surfaces with each other include an acute angle and a space for receiving the power components.
- the angle is in a range of about 1.5 to about 50 °, preferably about 10 to about 30 °, more preferably about 15 to about 25 °.
- a particularly good compromise is an angle of about 20 °.
- An electrical assembly includes a printed circuit board, first and second power devices, and the heat sink described above.
- Each power component has a contact surface for abutment against an associated contact surface of the heat sink, and the power components are attached to the printed circuit board in such a way that their contact surfaces enclose an angle with one another which corresponds to the opening angle of the contact surfaces of the heat sink.
- the described construction makes it easier to remove the power components from the heat sink.
- the assembly can be easily maintained, for example, in case of repair.
- the power components of the electronic module can be pressed in this way improved pressed against the heat sink, so that a heat transfer between the power components and the heat sink is facilitated. A heat dissipation from the power components can thereby be improved, so that a life or reliability of the electrical assembly can be increased.
- the power components are preferably attached to the printed circuit board by means of deformable contact elements.
- the contact elements may comprise, for example, wires, stamped grid or another conductive element in order to be able to produce both a mechanical and an electrical connection between the power component and the printed circuit board.
- the contact element can be soldered in particular to the printed circuit board. Due to the deformable contact element, the power component can be improved so aligned that its contact surface is parallel to the contact surface of the heat sink.
- the power component may first be attached to the circuit board so that its contact surface is perpendicular to the circuit board. This attachment can be carried out for example by means of a placement machine.
- the orientation of the power device can then be adapted to the inclined contact surface of the heat sink before the power components are pressed into the V-shaped receiving area of the heat sink.
- the power component can be finally aligned during the pressing into the opening of the heat sink.
- a deformability of the contact element can be increased, for example, by the contact element has a bent portion between the power device and the circuit board, which can accommodate bending stresses improved.
- a pressing element is further provided, which is arranged between the power components and adapted to press the power components against the contact surfaces.
- the wedge effect which leads to the improved pressing of the power components to the heat sink, can be applied in this way not by a movement of the power components with respect to the heat sink, but by a movement of the pressing member relative to the power components.
- the contact pressure element can be designed in particular elastically.
- the pressing element is wedge-shaped and loaded with a biasing force in the direction of lying between the contact surfaces space.
- the clamping force which drives the power components apart and each against one of the contact surfaces of the heat sink, can be constructed so improved and be kept improved.
- the assembly can thereby also ensure, under the influence of vibrations, temperature fluctuations or other physical influences, optimum installation of the power components on the heat sink.
- the pressing element is supported relative to the printed circuit board.
- the contact pressure on the power components can be particularly easily effected.
- the printed circuit board has a recess through which a transmission element leading to the pressing element extends to introduce the biasing force.
- the assembly additionally comprises a housing with two opposite inner sides, wherein the heat sink is supported relative to the one inner side and the transmission element relative to the other inner side.
- the biasing force that causes the pressing force of the power components on the heat sink can be so safe and easy to set up and held.
- the housing comprises a lid which forms one of the inner sides. By removing the lid, the biasing force can be easily removed, so that removal of the printed circuit board with the power components from the heat sink can be simplified.
- the heat-conducting element may comprise, for example, a so-called heat-conducting pad, a mica disk or a thermal compound.
- the heat-conducting element can additionally act as an electrical insulator. This can be particularly useful, when an electrical connection of the power element is guided to its conductive contact surface.
- a method of assembling the described assembly includes steps of attaching the power components to the circuit board, aligning the power components such that their contact surfaces enclose an angle with each other corresponding to the opening angle of the contact surfaces of the heat sink, and pressing the power components toward the heat sink in the direction of between the contact surfaces lying space.
- the first two steps can be executed in any order. Additional method steps may be due to the further features of the assembly described above.
- Fig. 1 an electrical assembly
- FIG. 2 shows the assembly of FIG. 1 prior to its assembly
- Fig. 3 is a perspective view of an assembly according to the of
- Fig. 1 illustrates in an exemplary embodiment.
- the subassembly 100 can be provided in particular for use on board a motor vehicle.
- the assembly 100 may perform electrical power control, such as for control of an electric motor.
- the assembly 100 comprises a heat sink 105, a printed circuit board 1 10 and two power components 1 15.
- the power components 1 15 are usually constructed mechanically the same and may in particular each comprise a semiconductor, such as a transistor, a FET, a MOSFET or an IGBT.
- the power component 15 can be embodied, for example, in a housing of the TO-220 type.
- the power component 1 15 comprises a contact surface 120 for contact with the heat sink 105 and one or more contact elements 125.
- ment 125 may allow a mechanical or electrical connection between the power device 1 15 and the circuit board 1 10.
- the contact element 125 may in particular comprise a soft metal such as aluminum or copper.
- the contact element 125 may be in the form of a wire or a punched grid.
- the contact element 125 includes a bend for mechanical stress relief in a portion between the printed circuit board 1 10 and the cuboid portion of the power component 1 15, which houses the electrical or electronic functional part.
- the contact element 125 is inserted through a corresponding recess in the printed circuit board 1 10, this is referred to as a through-mounting. In alternative embodiments, surface mounting may also be done.
- the electrical or mechanical connection between the contact element 125 and the circuit board 1 10 is usually carried out by means of soldering.
- the heat sink 105 includes two contact surfaces 130 that enclose an acute angle with each other. In the illustrated embodiment, this angle is about 20 °, wherein each contact surface is inclined in about 10 ° relative to the vertical through the printed circuit board 1 10. In the illustrated cross section of the heat sink 105, this results in a V-shaped space 135, in which the power components 1 15 are arranged. A distance between opposite contact surfaces 130 of the heat sink 105 decreases with increasing distance from the circuit board 1 10.
- the power components 1 15 are arranged so that their contact surfaces 120 face away from each other.
- the contact surfaces 120 enclose an angle with each other which corresponds to the opening angle of the contact surfaces 130 of the heat sink 105.
- Each contact surface 120 is associated with one of the contact surfaces 130.
- a heat-conducting element 140 may be provided.
- a wedge effect be utilized by a force acting perpendicularly to the printed circuit board 110 in conjunction with the mutually inclined contact surfaces 130 of the heat sink 105 in order to spread the power components 15 into the space 135.
- the force directed away from the printed circuit board 1 10 can act in response to the size of the enclosed between the contact surfaces 130 angle reinforced on the power components 1 15 and drive them apart.
- the actuating force running vertically in FIG. 1 does not act directly on the power components 15, but first on a contact pressure element 145 which is arranged between the power components 15.
- the pressing element 145 is preferably elastic in order to stress the power components 15 as mechanically as possible.
- the pressing element 145 is wedge-shaped in order to lie as flat as possible on surfaces of the power components 1 15, which are each located away from the contact surfaces 120.
- the pressing element 145 may be supported in one embodiment with respect to the printed circuit board 1 10.
- an elastic element perpendicular to the printed circuit board 1 10 act.
- a transmission element 150 is provided which extends perpendicularly to the printed circuit board 110 through a recess 155 in the printed circuit board 110.
- the transmission element 150 is set up to forward a contact force acting perpendicular to the printed circuit board 110 to the contact pressure element 145.
- the assembly 100 includes a housing 160 having a first inner side 165 that faces a second inner side 170. In this case, the transmission element 150 and the heat sink 105 abut on different inner sides 165, 170.
- the housing 160 comprises a cover 175 on which one of the inner sides 165, 170 is formed.
- the cover 175 exerts a contact pressure on the transmission element 150. If the cover 175 is removed from the housing 160, the contact force acting on the contact element 145 via the transfer element 150 is automatically reduced. As a result, the outwardly directed force between the power components 1 15, which presses each of them against one of the contact surfaces 130 of the heat sink 105, also decreases. Thus, the power components 1 15 can be easily removed together with the circuit board 1 10 from the heat sink 105. This can be important, for example, in the case of repair.
- the transmission element 150 is designed such that it can be pulled on it in the direction of the cover 175 to first the contact pressure of the power components 1 15th on the heat sink 105 and then the power components 1 15 zusannnnen with the circuit board 1 10 in one operation from the space 135 to remove.
- the transmission element 150 may also be attached to the cover 175 or designed to be integrated with it
- the transmission element 150 can also act on the printed circuit board 110 or directly on the power components 15.
- Fig. 2 shows the assembly 100 of Fig. 1 in the manner of an exploded view before assembly. In this case, the housing 160 is not shown.
- the power components 1 15 are attached to the circuit board 1 10, for example by the above-mentioned soldering, and aligned so that their contact surfaces 120 together form an angle that corresponds as possible between the contact surfaces 130 of the heat sink 105. In one variant, the power components 1 15 are brought into this orientation after attachment to the circuit board 1 10. In another embodiment, the power components 15 are first aligned and then attached to the circuit board 110.
- heat-conducting elements 140 are also attached to the power components 15 or to the contact surfaces 130 of the heat sink. Then, the circuit board 1 10 together with the power components 1 15 15 so approximated to the heat sink that the power components 1 15 dip into the space 135 between the contact surfaces 130 of the heat sink 105. Ideally, then lie the contact surfaces 120 of the power components 1 15 already at the contact surfaces 130 of the heat sink, but it may initially be a certain distance or a certain tilting allowed.
- the contact pressure element 145 is used, it is inserted at the latest at this time between the power components 15, namely in FIG. 1 in a direction perpendicular to the plane of representation.
- the transmission element 150 is through the recess 155 in the circuit board 1 10 performed.
- the transmission element 150 engages a corresponding structure of the contact element 145 and is thereby fixed to it.
- the contact force can now be effected, which press the power components 1 15 against the heat sink 105, so that the contact surfaces 120 of the power components 1 15 are pressed against the corresponding contact surfaces 130 of the heat sink 105 , If no pressing element 145 is used, the power components 1 15 can also be pressed against the heat sink 105 by a force exerted directly or on the printed circuit board 110 in such a way that the contact surfaces 120 abut the contact surfaces 130 as well as possible.
- FIG. 3 shows a perspective view of an assembly 100 corresponding to that of FIG. 1 in an exemplary embodiment.
- the housing 160 and the circuit board 1 10 are not shown.
- Several pairs of mutually opposite power components 1 15 are in the space 135 of a common heat sink 105.
- Using the presented Anpresstechnik practically arbitrarily long rows of such pairs of power components 1 15 can be provided on the same heat sink 105.
- several of the pairs of power components 1 15 are pressed by means of the same pressing member 145 to the heat sink 105.
- a plurality of transmission elements 150 may be provided to suitably distribute the force directed into the space 135 between the contact surfaces 130 on the pressing element 145.
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Ein Kühlkörper (105) für elektrische Leistungsbauteile (115) umfasst eine erste Kontaktfläche (130) für ein erstes Leistungsbauteil (115) und eine zweite Kontaktfläche (130) für ein zweites Leistungsbauteil (115), wobei die Kontaktflächen (130) miteinander einen spitzen Winkel und einen Raum (135) zur Aufnahme der Leistungsbauteile (115) einschließen. Eine elektrische Baugruppe (100) umfasst eine Leiterplatte (1 10), ein erstes und ein zweites Leistungsbauteil (1 15) und den beschriebenen Kühlkörper (105). Jedes Leistungsbauteil (115) weist eine Anlagefläche (120) zur Anlage an einer zugeordneten Kontaktfläche (130) des Kühlkörpers (105) auf und die Leistungsbauteile (115) sind derart an der Leiterplatte (1 10) angebracht, dass ihre Anlageflächen (120) miteinander einen Winkel einschließen, der dem Öffnungswinkel der Kontaktflächen (130) des Kühlkörpers (105) entspricht.
Description
Anbindung eines Leistungsbauteils an einen Kühlkörper
Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper, eine elektrische Baugruppe und ein Montageverfahren. Insbesondere betrifft die Erfindung die Anbindung eines Leistungsbauteils einer elektrischen Baugruppe an einen Kühlkörper.
Eine elektrische Baugruppe, die beispielsweise zur Steuerung eines Elektromotors eingerichtet ist, umfasst ein elektrisches und insbesondere elektronisches Leistungsbauteil, etwa einen FET, MOSFET oder IGBT. Ein derartiges Leistungsbauteil kann sich im Betrieb erwärmen, sodass die entstehende Verlustwärme abgeführt werden muss. Das Leistungsbauteil kann diskret ausgeführt sein, wobei es über ein eigenes Gehäuse und elektrische Anschlusselemente verfügt. Mittels der Anschlusselemente wird das Leistungsbauteil üblicherweise elektrisch und mechanisch mit einer restlichen Baugruppe verbunden. Das Gehäuse weist eine üblicherweise ebene Anlagefläche zur Anlage an einen Kühlkörper auf.
Um einen Wärmeübergang zwischen dem Leistungsbauteil und dem Kühlkörper zu verbessern, muss die Anlagefläche möglichst genau an einer korrespondierenden Kontaktfläche des Kühlkörpers anliegen. Bei der Anbringung des Leistungsbauteils an der Leiterplatte kann die Ausrichtung der Anlagefläche häufig nicht genau genug kontrolliert werden, sodass die Anlagefläche nur teilweise an der Kontaktfläche anliegt oder das Leistungsbauteil einer mechanischen Spannung ausgesetzt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlkörper, eine elektrische Baugruppe und ein Montageverfahren für die elektrische Baugruppe bereitzustellen, die eine verbesserte Anlage des elektrischen Leistungsbauteils am Kühlkörper ermöglichen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
Ein Kühlkörper für elektrische Leistungsbauteile umfasst eine erste Kontaktfläche für ein erstes Leistungsbauteil und eine zweite Kontaktfläche für ein zweites Leistungsbauteil, wobei die Kontaktflächen miteinander einen spitzen Winkel und einen Raum zur Aufnahme der Leistungsbauteile einschließen.
Dadurch ist es möglich, zwei Leistungsbauteile V-förmig anzuordnen und derart in Richtung des zwischen den Kontaktflächen liegenden Raums zu drücken, dass die entstehende Keilwirkung die Leistungsbauteile verbessert an die Kontaktflächen an- presst. Die einander in einem Winkel gegenüberliegenden Kontaktflächen des Kühlkörpers können dabei zangenartig einander entgegengesetzte Anteile der jeweiligen Anpresskräfte der Leistungselemente an die Kontaktflächen aufnehmen. Anpresskräfte zwischen den Leistungsbauteilen und dem Kühlkörper können durch die Keilwirkung größer als die in Richtung des zwischen den Kontaktflächen liegenden Raums wirkende Kraft sein. Dabei gilt, dass die Kraftverstärkung umso größer ist, je kleiner der Winkel zwischen den Kontaktflächen ist. Gleichzeitig verlängert sich jedoch ein Weg in Richtung des zwischen den Kontaktflächen liegenden Raums, indem die Leistungsbauteile eingeführt werden müssen, um die Anpresskraft zu erzeugen. Es ist daher bevorzugt, dass der Winkel in einem Bereich von ca. 1 ,5 bis ca. 50°, bevorzugt ca. 10 bis ca. 30°, weiter bevorzugt ca. 15 bis ca. 25° liegt. Einen besonders guten Kompromiss bildet ein Winkel von ca. 20°.
Eine elektrische Baugruppe umfasst eine Leiterplatte, ein erstes und ein zweites Leistungsbauteil und den oben beschriebenen Kühlkörper. Jedes Leistungsbauteil weist eine Anlagefläche zur Anlage an einer zugeordneten Kontaktfläche des Kühlkörpers auf und die Leistungsbauteile sind derart an der Leiterplatte angebracht, dass ihre Anlageflächen miteinander einen Winkel einschließen, der dem Öffnungswinkel der Kontaktflächen des Kühlkörpers entspricht. Durch die beschriebene Ausbildung können die Leistungsbauteile einfacher vom Kühlkörper entfernt werden. Die Baugruppe kann dadurch leichter gewartet werden, beispielsweise im Reparaturfall.
Die Leistungsbauteile der elektronischen Baugruppe können auf diese Weise verbessert an den Kühlkörper gepresst werden, sodass ein Wärmeübergang zwischen den Leistungsbauteilen und dem Kühlkörper erleichtert ist. Eine Wärmeabfuhr von den Leistungsbauteilen kann dadurch verbessert sein, sodass eine Lebensdauer o- der eine Zuverlässigkeit der elektrischen Baugruppe gesteigert sein können.
Bevorzugterweise sind die Leistungsbauteile mittels verformbarer Kontaktelemente an der Leiterplatte angebracht. Die Kontaktelemente können beispielsweise Drähte, Stanzgitter oder ein anderes leitfähiges Element umfassen, um sowohl eine mechanische als auch ein elektrische Verbindung zwischen dem Leistungsbauteil und der Leiterplatte herstellen zu können. Dabei kann das Kontaktelement insbesondere an der Leiterplatte verlötet sein. Durch das verformbare Kontaktelement kann das Leistungsbauteil verbessert so ausgerichtet werden, dass seine Anlagefläche parallel zur Kontaktfläche des Kühlkörpers liegt. In einer Ausführungsform kann das Leistungsbauteil zunächst so an der Leiterplatte angebracht werden, dass seine Anlagefläche senkrecht zur Leiterplatte steht. Diese Anbringung kann beispielsweise mittels eines Bestückungsautomaten durchgeführt werden. Die Ausrichtung des Leistungsbauteils kann dann an die schräge Kontaktfläche des Kühlkörpers angepasst werden, bevor die Leistungsbauteile in den V-förmigen Aufnahmebereich des Kühlkörpers gepresst werden. Außerdem kann das Leistungsbauteil während des Einpressens in die Öffnung des Kühlkörpers final ausgerichtet werden. Eine Verformbarkeit des Kontaktelements kann beispielsweise gesteigert sein, indem das Kontaktelement einen gebogenen Abschnitt zwischen dem Leistungsbauteil und der Leiterplatte aufweist, der Biegespannungen verbessert aufnehmen kann.
Bevorzugterweise ist ferner ein Anpresselement vorgesehen, das zwischen den Leistungsbauteilen angeordnet und dazu eingerichtet ist, die Leistungsbauteile gegen die Kontaktflächen zu pressen. Die Keilwirkung, die zum verbesserten Anpressen der Leistungsbauteile an den Kühlkörper führt, kann auf diese Weise nicht durch eine Bewegung der Leistungsbauteile gegenüber dem Kühlkörper, sondern durch eine Bewegung des Anpresselements gegenüber den Leistungsbauteilen aufgebracht werden. Um einen Schaden durch eine übermäßige Materialspannung an einem der Leistungsbauteile zu vermeiden, kann das Anpresselement insbesondere elastisch ausgebildet sein.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Anpresselement keilförmig ausgebildet und mit einer Vorspannkraft in Richtung des zwischen den Kontaktflächen liegenden Raums belastet ist. Die Spannkraft, die die Leistungsbauteile auseinander und jeweils gegen eine der Kontaktflächen des Kühlkörpers treibt, kann so verbessert aufgebaut und
verbessert gehalten werden. Die Baugruppe kann dadurch beispielsweise verbessert auch unter dem Einfluss von Vibrationen, Temperaturschwankungen oder anderen physikalischen Einflüssen eine optimale Anlage der Leistungsbauteile am Kühlkörper sicherstellen.
In einer Ausführungsform ist das Anpresselement gegenüber der Leiterplatte abgestützt. Die Anpresskraft auf die Leistungsbauteile kann so besonders einfach bewirkt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform, die mit der letztgenannten Ausführungsform kombinierbar ist, weist die Leiterplatte eine Aussparung auf, durch die ein zum Anpresselement führendes Übertragungselement zur Einleitung der Vorspannkraft verläuft. Dadurch kann einerseits die Leiterplatte von der Vorspannkraft befreit werden, andererseits kann ein Betätigungsweg des Anpresselements in Richtung der Kerbe des Kühlkörpers vergrößert sein, ohne die relative Position der Leiterplatte bezüglich des Kühlkörpers zu verändern.
In einer Weiterbildung umfasst die Baugruppe zusätzlich ein Gehäuse mit zwei gegenüberliegenden Innenseiten, wobei der Kühlkörper gegenüber der einen Innenseite und das Übertragungselement gegenüber der anderen Innenseite abgestützt ist. Die Vorspannkraft, die die Anpresskraft der Leistungsbauteile an dem Kühlkörper bewirkt, kann so sicher und einfach aufgebaut und gehalten sein. In einer Variante umfasst das Gehäuse einen Deckel, der eine der Innenseiten bildet. Durch Entfernen des Deckels kann die Vorspannkraft leicht abgebaut werden, sodass ein Entfernen der Leiterplatte mit den Leistungsbauteilen vom Kühlkörper vereinfacht möglich sein kann.
Um einen Wärmeübergang zwischen dem Leistungsbauteil und dem Kühlkörper weiter zu verbessern, ist es bevorzugt, ein Wärmeleitelement zwischen der Kontaktfläche des Kühlkörpers und der Anlagefläche des Leistungsbauteils vorzusehen. Das Wärmeleitelement kann beispielsweise ein sogenanntes Wärmeleitpad, eine Glimmerscheibe oder eine Wärmeleitpaste umfassen. Das Wärmeleitelement kann zusätzlich elektrisch isolierend wirken. Dies kann insbesondere dann von Nutzen sein,
wenn ein elektrischer Anschluss des Leistungselements an seine leitfähige Anlagefläche geführt ist.
Ein Verfahren zur Montage der beschriebenen Baugruppe umfasst Schritte des Befestigens der Leistungsbauteile an der Leiterplatte, des Ausrichtens der Leistungsbauteile, sodass ihre Anlageflächen miteinander einen Winkel einschließen, der dem Öffnungswinkel der Kontaktflächen des Kühlkörpers entspricht, und des Anpressens der Leistungsbauteile an den Kühlkörper in Richtung des zwischen den Kontaktflächen liegenden Raums. Dabei können die beiden erstgenannten Schritte in einer beliebigen Reihenfolge ausgeführt werden. Zusätzliche Verfahrensschritte können durch die oben beschriebenen weiteren Merkmale der Baugruppe bedingt sein.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine elektrische Baugruppe;
Fig. 2 die Baugruppe von Fig. 1 vor ihrer Montage; und
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Baugruppe entsprechend der von
Fig. 1 in einer exemplarischen Ausführungsform darstellt.
Fig. 1 zeigt eine elektrische Baugruppe 100. Die Baugruppe 100 kann insbesondere zum Einsatz an Bord eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Baugruppe 100 eine elektrische Leistungssteuerung durchführen, etwa für eine Steuerung oder Regelung eines Elektromotors.
Die Baugruppe 100 umfasst einen Kühlkörper 105, eine Leiterplatte 1 10 und zwei Leistungsbauteile 1 15. Die Leistungsbauteile 1 15 sind üblicherweise mechanisch gleich aufgebaut und können insbesondere jeweils einen Halbleiter, beispielsweise einen Transistor, einen FET, einen MOSFET oder einen IGBT umfassen. Dazu kann das Leistungsbauteil 1 15 beispielsweise in einem Gehäuse des Typs TO-220 ausgeführt sein. Das Leistungsbauteil 1 15 umfasst eine Anlagefläche 120 zur Anlage am Kühlkörper 105 und eines oder mehrere Kontaktelemente 125. Das Kontaktele-
ment 125 kann eine mechanische oder elektrische Verbindung zwischen dem Leistungsbauteil 1 15 und der Leiterplatte 1 10 ermöglichen. Dazu kann das Kontaktelement 125 insbesondere ein Weichmetall wie Aluminium oder Kupfer umfassen. Das Kontaktelement 125 kann in Form eines Drahtes oder eines Stanzgitters ausgeführt sein. In einer Ausführungsform umfasst das Kontaktelement 125 eine Biegung zum mechanischen Spannungsabbau in einem Abschnitt zwischen der Leiterplatte 1 10 und dem quaderförmig dargestellten Teil des Leistungsbauteils 1 15, der den elektrischen bzw. elektronischen Funktionsteil beherbergt. In der dargestellten Ausführungsform ist das Kontaktelement 125 durch eine entsprechende Aussparung in der Leiterplatte 1 10 durchgesteckt, man spricht hierbei von einer Durchsteckmontage. In alternativen Ausführungsformen kann auch eine Oberflächenmontage erfolgen. Die elektrische bzw. mechanische Verbindung zwischen dem Kontaktelement 125 und der Leiterplatte 1 10 erfolgt üblicherweise mittels Löten.
Der Kühlkörper 105 umfasst zwei Kontaktflächen 130, die miteinander einen spitzen Winkel einschließen. In der dargestellten Ausführungsform beträgt dieser Winkel ca. 20°, wobei jede Kontaktfläche in um ca. 10° gegenüber der Senkrechten durch die Leiterplatte 1 10 geneigt ist. Im dargestellten Querschnitt des Kühlkörpers 105 entsteht dadurch ein V-förmiger Raum 135, in dem die Leistungsbauteile 1 15 angeordnet sind. Ein Abstand zwischen gegenüberliegenden Kontaktflächen 130 des Kühlkörpers 105 verringert sich mit steigender Entfernung von der Leiterplatte 1 10.
Die Leistungsbauteile 1 15 sind so angeordnet, dass ihre Anlageflächen 120 voneinander weg weisen. Dabei schließen die Anlageflächen 120 miteinander einen Winkel ein, der dem Öffnungswinkel der Kontaktflächen 130 des Kühlkörpers 105 entspricht. Jeder Anlagefläche 120 ist eine der Kontaktflächen 130 zugeordnet. Jeweils zwischen einer Anlagefläche 120 und einer Kontaktfläche 130 kann ein Wärmeleitelement 140 vorgesehen sein.
Es wird vorgeschlagen, dass durch eine senkrecht zur Leiterplatte 1 10 wirkende Kraft in Verbindung mit den zueinander schräg stehenden Kontaktflächen 130 des Kühlkörpers 105 eine Keilwirkung ausgenutzt wird, um die Leistungsbauteile 1 15 in den Raum 135 zu spreizen. Die von der Leiterplatte 1 10 entfernt gerichtete Kraft kann
dabei in Abhängigkeit der Größe des zwischen den Kontaktflächen 130 eingeschlossenen Winkels verstärkt auf die Leistungsbauteile 1 15 wirken und diese auseinandertreiben.
Bevorzugterweise wirkt die in Fig. 1 vertikal verlaufende Betätigungskraft nicht unmittelbar auf die Leistungsbauteile 1 15, sondern zunächst auf ein Anpresselement 145, das zwischen den Leistungsbauteilen 1 15 angeordnet ist. Das Anpresselement 145 ist bevorzugterweise elastisch, um die Leistungsbauteile 1 15 mechanisch möglichst gleich zu belasten. Außerdem ist bevorzugt, dass das Anpresselement 145 keilförmig ist, um an Oberflächen der Leistungsbauteile 1 15 möglichst plan anzuliegen, die jeweils von den Anlageflächen 120 entfernt gelegen sind.
Das Anpresselement 145 kann in einer Ausführungsform gegenüber der Leiterplatte 1 10 abgestützt sein. Dazu kann ein elastisches Element senkrecht zur Leiterplatte 1 10 wirken. In der hier dargestellten, bevorzugten Ausführungsform ist ein Übertragungselement 150 vorgesehen, das sich senkrecht zur Leiterplatte 1 10 durch eine Aussparung 155 in der Leiterplatte 1 10 erstreckt. Das Übertragungselement 150 ist dazu eingerichtet, eine senkrecht zur Leiterplatte 1 10 wirkende Anpresskraft auf das Anpresselement 145 weiterzuleiten. In einer Ausführungsform umfasst die Baugruppe 100 ein Gehäuse 160 mit einer ersten Innenseite 165, die einer zweiten Innenseite 170 gegenüberliegt. Dabei liegen das Übertragungselement 150 und der Kühlkörper 105 an unterschiedlichen Innenseiten 165, 170 an. Es ist besonders bevorzugt, dass das Gehäuse 160 einen Deckel 175 umfasst, an dem eine der Innenseiten 165, 170 ausgebildet ist. Dabei übt der Deckel 175 eine Anpresskraft auf das Übertragungselement 150 aus. Wird der Deckel 175 vom Gehäuse 160 entfernt, so wird die über das Übertragungselement 150 auf das Anpresselement 145 wirkende Anpresskraft automatisch verringert. Dadurch sinkt auch die nach außen gerichtete Kraft zwischen den Leistungsbauteilen 1 15, die sie jeweils an eine der Kontaktflächen 130 des Kühlkörpers 105 presst. So können die Leistungsbauteile 1 15 zusammen mit der Leiterplatte 1 10 leicht vom Kühlkörper 105 abgenommen werden. Dies kann beispielsweise im Reparaturfall von Bedeutung sein. In einer Ausführungsform ist das Übertragungselement 150 so ausgeführt, dass man an ihm in Richtung des Deckels 175 ziehen kann, um zuerst die Anpresskraft der Leistungsbauteile 1 15
auf den Kühlkörper 105 zu verringern und dann die Leistungsbauteile 1 15 zusannnnen mit der Leiterplatte 1 10 in einem Vorgang aus dem Raum 135 zu entfernen. Das Übertragungselement 150 kann auch am Deckel 175 befestigt oder mit ihm integriert ausgeführt sein
Das Übertragungselement 150 kann, wenn kein Anpresselement 145 verwendet wird, auch auf die Leiterplatte 1 10 oder unmittelbar auf die Leistungsbauteile 1 15 wirken.
Fig. 2 zeigt die Baugruppe 100 von Fig. 1 nach Art einer Explosionszeichnung vor ihrer Montage. Dabei ist das Gehäuse 160 nicht dargestellt.
Zur Montage der Baugruppe 100 werden die Leistungsbauteile 1 15 an der Leiterplatte 1 10 befestigt, beispielsweise durch das oben erwähnte Verlöten, und derart ausgerichtet, dass ihre Anlageflächen 120 miteinander einen Winkel einschließen, der dem zwischen den Kontaktflächen 130 des Kühlkörpers 105 möglichst entspricht. In einer Variante werden die Leistungsbauteile 1 15 erst nach dem Befestigen an der Leiterplatte 1 10 in diese Ausrichtung gebracht. In einer anderen Ausführungsform werden die Leistungsbauteile 1 15 zuerst ausgerichtet und dann an der Leiterplatte 1 10 angebracht.
Optional werden noch Wärmeleitelemente 140 an den Leistungsbauteilen 1 15 oder an den Kontaktflächen 130 des Kühlkörpers angebracht. Dann wird die Leiterplatte 1 10 zusammen mit den Leistungsbauteilen 1 15 so an den Kühlkörper 105 angenähert, dass die Leistungsbauteile 1 15 in den Raum 135 zwischen den Kontaktflächen 130 des Kühlkörpers 105 eintauchen. Idealerweise liegen dann die Anlageflächen 120 der Leistungsbauteile 1 15 bereits an den Kontaktflächen 130 des Kühlkörpers an, es können jedoch zunächst ein gewisser Abstand oder eine gewisse Verkantung erlaubt werden.
Wird das Anpresselement 145 verwendet, so wird es spätestens zu diesem Zeitpunkt zwischen die Leistungsbauteile 1 15 eingeführt, und zwar in Fig. 1 in einer Richtung senkrecht zur Darstellungsebene. Optional wird das Übertragungselement 150 durch
die Aussparung 155 in der Leiterplatte 1 10 geführt. Bevorzugterweise rastet das Übertragungselement 150 an einer entsprechenden Struktur des Anpressele- ments 145 ein und wird dadurch an ihm fixiert. Durch Ausüben einer Vorspannkraft auf das Übertragungselement 150 in Richtung der Leiterplatte 1 10 kann nun die Anpresskraft bewirkt werden, die die Leistungsbauteile 1 15 gegen den Kühlkörper 105 drücken, sodass die Anlageflächen 120 der Leistungsbauteile 1 15 an den korrespondierenden Kontaktflächen 130 des Kühlkörpers 105 angepresst werden. Wird kein Anpresselement 145 verwendet, können die Leistungsbauteile 1 15 auch durch eine unmittelbare oder auf die Leiterplatte 1 10 ausgeübte Kraft derart gegen den Kühlkörper 105 gepresst werden, dass die Anlageflächen 120 möglichst gut an den Kontaktflächen 130 anliegen.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Baugruppe 100 entsprechend der von Fig. 1 in einer exemplarischen Ausführungsform. Hier sind das Gehäuse 160 und die Leiterplatte 1 10 nicht dargestellt. Mehrere Paare einander jeweils gegenüberliegender Leistungsbauteile 1 15 liegen im Raum 135 eines gemeinsamen Kühlkörpers 105. Mittels der vorgestellten Anpresstechnik können praktisch beliebig lange Reihen solcher Paare von Leistungsbauteilen 1 15 am gleichen Kühlkörper 105 vorgesehen werden. Bevorzugterweise werden mehrere der Paare von Leistungsbauteilen 1 15 mittels des gleichen Anpresselements 145 an den Kühlkörper 105 gepresst. Dazu können mehrere Übertragungselemente 150 vorgesehen sein, um die in den Raum 135 zwischen den Kontaktflächen 130 gerichtete Kraft auf das Anpresselement 145 geeignet zu verteilen.
Bezuqszeichen
100 elektrische Baugruppe
105 Kühlkörper
1 10 Leiterplatte
1 15 Leistungsbauteil
120 Anlagefläche
125 Kontaktelement
130 Kontaktfläche
35 Raum
140 Wärmeleitelennent
145 Anpresselement
150 Übertragungselement
155 Aussparung
160 Gehäuse
165 erste Innenseite
170 zweite Innenseite
175 Deckel
Claims
1 . Kühlkörper (105) für elektrische Leistungsbauteile (1 15), wobei der Kühlkörper (105) eine erste Kontaktfläche (130) für ein erstes Leistungsbauteil (1 15) und eine zweite Kontaktfläche (130) für ein zweites Leistungsbauteil (1 15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (130) miteinander einen spitzen Winkel und einen Raum (135) zur Aufnahme der Leistungsbauteile (1 15) einschließen.
2. Elektrische Baugruppe (100) mit einer Leiterplatte (1 10), einem ersten und einem zweiten Leistungsbauteil (1 15) und einem Kühlkörper (105) nach Anspruch 1 , wobei jedes Leistungsbauteil (1 15) eine Anlagefläche (120) zur Anlage an einer zugeordneten Kontaktfläche (130) des Kühlkörpers (105) aufweist und die Leistungsbauteile (1 15) derart an der Leiterplatte (1 10) befestigt sind, dass ihre Anlageflächen (120) miteinander einen Winkel einschließen, der dem Öffnungswinkel der Kontaktflächen (130) des Kühlkörpers (105) entspricht.
3. Baugruppe (100) nach Anspruch 2, wobei die Leistungsbauteile (1 15) mittels verformbarer Kontaktelemente (125) an der Leiterplatte (1 10) angebracht sind.
4. Baugruppe (100) nach Anspruch 2 oder 3, ferner umfassend ein Anpresselement (145), das zwischen den Leistungsbauteilen (1 15) angeordnet und dazu eingerichtet ist, die Leistungsbauteile (1 15) gegen die Kontaktflächen (130) zu pressen.
5. Baugruppe (100) nach Anspruch 4, wobei das Anpresselement (145) keilförmig ausgebildet und mit einer Vorspannkraft in Richtung des zwischen den Kontaktflächen (130) liegenden Raums (135) belastet ist.
6. Baugruppe (100) nach Anspruch 5, wobei das Anpresselement (145) gegenüber der Leiterplatte (1 10) abgestützt ist.
7. Baugruppe (100) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Leiterplatte (1 10) eine Aussparung (155) aufweist, durch die ein zum Anpresselement (145) führendes Übertra-
gungselement (150) zur Einleitung der Vorspannkraft verläuft.
8. Baugruppe (100) nach Anspruch 6 oder 7, ferner umfassend ein Gehäuse (160) mit zwei gegenüberliegenden Innenseiten (165, 170), wobei der Kühlkörper (105) gegenüber der einen Innenseite (165) und das Übertragungselement (150) gegenüber der anderen Innenseite (170) abgestützt ist.
9. Baugruppe (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen einer Kontaktfläche (130) und einer zugeordneten Anlagefläche (120) ein Wärmeleitelement (140) vorgesehen ist.
10. Verfahren zur Montage einer Baugruppe (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, folgende Schritte umfassend:
- Befestigen der Leistungsbauteile (1 15) an der Leiterplatte (1 10);
- Ausrichten der Leistungsbauteile (1 15), sodass ihre Anlageflächen (120) miteinander einen Winkel einschließen, der dem Öffnungswinkel der Kontaktflächen (130) des Kühlkörpers (105) entspricht; und
- Anpressen der Leistungsbauteile (1 15) an den Kühlkörper (105) in Richtung des zwischen den Kontaktflächen (130) liegenden Raums (135).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102015206992.3A DE102015206992A1 (de) | 2015-04-17 | 2015-04-17 | Anbindung eines Leistungsbauteils an einen Kühlkörper |
| DE102015206992.3 | 2015-04-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2016165902A1 true WO2016165902A1 (de) | 2016-10-20 |
Family
ID=55661373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2016/055745 Ceased WO2016165902A1 (de) | 2015-04-17 | 2016-03-17 | Anbindung eines leistungsbauteils an einen kühlkörper |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102015206992A1 (de) |
| WO (1) | WO2016165902A1 (de) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102019200020A1 (de) | 2019-01-03 | 2020-07-09 | Zf Friedrichshafen Ag | Busbaranordnung und Leistungselektronikanordnungen |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1708260A2 (de) * | 2005-03-31 | 2006-10-04 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co. Ltd. | Elektrisches Schaltmodul, Stromwandler und fahrzeugmontiertes elektronisches System, welches das Modul enthält |
| US20130308362A1 (en) * | 2012-04-04 | 2013-11-21 | Kollmorgen Ab | Switched power converter |
| JP2013251569A (ja) * | 2013-08-02 | 2013-12-12 | Hitachi Ltd | 電力変換装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH440464A (de) * | 1966-07-14 | 1967-07-31 | Bbc Brown Boveri & Cie | Kühlkörper für Halbleiterelemente |
| DE3215192A1 (de) * | 1982-04-23 | 1983-10-27 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Einspannvorrichtung fuer scheibenfoermige halbleiter-bauelemente |
| US6038156A (en) * | 1998-06-09 | 2000-03-14 | Heart Interface Corporation | Power inverter with improved heat sink configuration |
-
2015
- 2015-04-17 DE DE102015206992.3A patent/DE102015206992A1/de not_active Withdrawn
-
2016
- 2016-03-17 WO PCT/EP2016/055745 patent/WO2016165902A1/de not_active Ceased
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1708260A2 (de) * | 2005-03-31 | 2006-10-04 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co. Ltd. | Elektrisches Schaltmodul, Stromwandler und fahrzeugmontiertes elektronisches System, welches das Modul enthält |
| US20130308362A1 (en) * | 2012-04-04 | 2013-11-21 | Kollmorgen Ab | Switched power converter |
| JP2013251569A (ja) * | 2013-08-02 | 2013-12-12 | Hitachi Ltd | 電力変換装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102015206992A1 (de) | 2016-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0873673B1 (de) | Steuergerät bestehend aus mindestens zwei gehäuseteilen | |
| DE69632865T2 (de) | Transistor-lötclip und kühlkörper | |
| DE102013002709B4 (de) | Gedichteter Leiterplattensteckverbinder | |
| EP0847595B1 (de) | Kühlkörper für elektronische bauelemente | |
| DE112016005794B4 (de) | Schaltungsanordnung und elektrischer Anschlusskasten | |
| DE3612862A1 (de) | Kuehlkoerperbefestigungsanordnung fuer einen halbleiter | |
| DE4428170A1 (de) | Anordnung aus Federklemme und Kühlkörper | |
| DE19855389A1 (de) | Elektronische Vorrichtung | |
| DE19506664A1 (de) | Elektrisches Gerät | |
| DE102013002629A1 (de) | Deckelelement und Gehäusevorrichtung zur Verwendung des Deckelelements | |
| DE102015219851B4 (de) | Steuergerät | |
| DE102013225135A1 (de) | Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung | |
| DE102018218101B4 (de) | Leistungsmodul und Halbleitergerät | |
| DE3627372C2 (de) | ||
| EP3799549B1 (de) | Haltevorrichtung zur thermischen kontaktierung eines auf einer leiterplatte montierten elektronischen bauteils mit einem kühlkörper | |
| DE102006052872A1 (de) | Elektrisches Leistungsmodul | |
| WO2016165902A1 (de) | Anbindung eines leistungsbauteils an einen kühlkörper | |
| DE102020209923B3 (de) | Schaltungsträgeranordnung und Verfahren zum Herstellen einer solchen Schaltungsträgeranordnung | |
| DE102015219071B3 (de) | Leistungsmodul mit Kühlkörper | |
| DE202009018077U1 (de) | Leistungselektronikanordnung | |
| DE102012219145A1 (de) | Elektronikanordnung mit reduzierter Toleranzkette | |
| EP2586279B1 (de) | Elektronisches gerät mit gehäuse aus profilmaterial | |
| DE102005012147A1 (de) | Vorrichtung zum Herstellen einer thermischen und mechanischen Verbindung | |
| DE202019104619U1 (de) | Haltevorrichtung zur thermischen Kontaktierung eines auf einer Leiterplatte montierten elektronischen Bauteils mit einem Kühlkörper | |
| EP2482386A1 (de) | Vorrichtung zur elektrischen und mechanischen Verbindung von zwei übereinander angeordneten Leiterplatten |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 16714260 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| DPE1 | Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101) | ||
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 16714260 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |