DE3627372C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist allgemein bekannt, daß Leistungsbauelemente der Halbleitertechnik infolge der von ihnen erzeugten Wärme, die auf eine Verlustleistung zurückzuführen ist, gekühlt werden müssen. Zu diesem Zweck weisen die Bauelemente in der Regel Kühlflächen auf, die durch aufgesetzte oder angeschraubte Kühlkörper wesentlich vergrößert werden. Die Kühlkörper übernehmen dabei die Funktion der ventilatorlosen Wärmeableitung, wobei je nach anfallender Verlustleistung der Kühlkörper so ausgebildet ist, daß die Oberfläche möglichst groß und ein optimaler Wärmeübergang zwischen den Kontaktflächen gegeben ist.

Die elektronischen Bauelemente werden in der Regel auf der Bestückungsseite einer Leiterplatte montiert. An der Leiterplatte sind ferner die Kühlkörper befestigt oder aber, falls es sich um leichtere Kühlkörper handelt, direkt auf den befestigten Bauelementen aufgesetzt. Üblich ist es aber auch, einen Blechrahmen um ein Gerätechassis zu legen, an dem die Halbleiterleistungsbauelemente angeschraubt oder mittels Klammerfedern befestigt sind. Die montierten Bauelemente, deren Anschlußdrähte aus der Lötseite der Leiterplatte hervorstehen, werden im Tauch- oder Schwell-Lötverfahren mit den Lötstützpunkten auf der Lötseite der Leiterplatte kontaktiert.

Bei den bekannten Anordnungen hat sich als Nachteil herausgestellt, daß die Kühlkörper stets vor dem Lötvorgang im Chassis montiert sein müssen, und die Bauelemente bereits befestigt sein müssen. Dies führt insbesondere bei Erzielung hoher Packungsdichten der Bauelemente auf der Leiterplatte zu erheblichen fertigungstechnischen Schwierigkeiten sowohl bei der Hand- als auch Automatenbestückung. Ferner hat es sich als Nachteil erwiesen, daß die in der Regel aus Aluminiumblech oder Weißblech sowie Kupfer bestehenden relativ dicken Kühlbleche zu Verunreinigungen des Lötbades führen können, da die in der Regel durch Schränktechnik gehaltenen Kühlkörper mit ihren Befestigungsansätzen aus der Ebene der Lötseite hervorstehen.

Aus der EP-OS 00 71 748 ist eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei welcher zwischen einem Kühlkörper und einem Bauelement ein Brückenelement zwischengefügt ist, das die von dem Bauelement erzeugte Wärme ableitet und auf den Kühlkörper überträgt. Dieses Brückenelement ist so ausgeformt, daß es planparallel auf die Kühlfläche des Bauelementes unter Federwirkung drückt und mit den Rändern sich an der zugewandten Seite des Kühlkörpers abstützt. Die Anordnung ist nur für Flächen-Bauelemente verwendbar, die auf einer Leiterplatte aufliegen oder in Fassungen eingesteckt sind, freistehende Bauteile sind hierüber nicht kühlbar.

Weiterhin ist aus der DE-AS 23 14 247 eine Halbleiteranordnung mit einer biegsamen isolierenden Folie bekannt, bei welcher die Kühlfläche des Halbleiterelementes mit einem Kühlkörper verbunden ist, der zur Stabilität gesickte Brückenelemente als Wärmeableitansätze und Stützerhöhungen aufweist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung eingangs beschriebener Art so auszubilden, daß die zu kühlenden Bauelemente mit ihren Kühlflächen erst nach der Montage und dem Lötvorgang mit dem Kühlkörper verbindbar sind, und zwar ohne daß Einzelkühlkörper verwendet werden müssen.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung eingangs beschriebener Art erfindungsgemäß nach der im Patentanspruch 1 wiedergegebenen technischen Lehre gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Nach der Lehre der Erfindung ist parallel bzw. planparallel zur Lötseite einer Leiterplatte der Kühlkörper angeordnet und weist zur mechanischen Kontaktierung mit den Kühlflächen und zur Befestigung der Bauelemente entsprechend in der Höhe dimensionierte Ansätze auf. Hierzu sind verschiedene Möglichkeiten gegeben. Zum einen können die Leiterplatte und der Kühlkörper in parallele Lagerungsnuten in einem Gehäuse eingeschoben werden, wobei der Abstand so gemessen ist, daß die Ansätze mit ihren Wärmeableitflächen zur Auflage an den Kühlflächen der Bauelemente gelangen. Der Kühlkörper kann aber auch direkt durch Abstandsteile an der Leiterplatte angeschraubt oder mit ihr über Klammerverbinder herkömmlicher Art verbunden sein. Vorteilhaft ist es in diesen Fällen, die Seitenwandungen der Ansätze elastisch bzw. so auszubilden, daß sie eine Eigenfederkraft ausüben. Dadurch werden automatisch Toleranzen der Bauteile sowie des Abstandes zwischen der Leiterplatte und dem Kühlkörper ausgeglichen.

Ein auf der Bestückungsseite angeordnetes Bauteil kann durch entsprechendes Biegen der Anschlußdrähte so eingesetzt sein, daß es nach dem Festlöten der Anschlüsse durch einen Durchbruch hindurchdrückbar ist, so daß es an der Wärmeableitfläche des Ansatzes befestigt werden kann. Dies kann zum einen durch bekannte Klammerbefestigungselemente (Klammerfedern) oder durch Schraubverbinder geschehen. Handelt es sich bei dem auf die Bestückungsseite der Leiterplatte aufzusetzenden Bauteil um einen integrierten Schaltkreis mit strahlenförmigen radial austretenden Anschlußdrähten, so können diese so gebogen werden, daß das Bauteil durch den Durchbruch der Leiterplatte hindurch auf die Wärmeableitfläche des Ansatzes des Kühlkörpers greift. Die konstruktive Ausführung läßt hier jede Möglichkeit zu. Für den Kühlkörper ist ein Blech verwendbar, in das die einzelnen Ansätze in zungenförmiger, gebogener Form eingebracht werden können. Dies kann durch Drücken, Abwinkeln von Zungen oder durch Senken erfolgen. Verwendet man als Ausgangsbasis ein Blech, das zur magnetischen Abschirmung geeignet ist, so kann mit einem solchen Blech zugleich die magnetische Abschirmung zwischen zwei benachbarten Leiterplatten sichergestellt werden. Auch ist es möglich, beidseitig an einem Kühlkörper Ansätze vorzusehen, so daß die auf zwei benachbarten mit ihren Löt- oder Bestückungsseiten gegenüber stehenden Leiterplatten angebrachten Bauelemente mit den zugeordneten Ansätzen verbindbar sind und damit die Wärmeabfuhr über einen gemeinsamen Kühlkörper sichergestellt ist.

Eine Ausführungsform, nach der die Ansätze auf dem flächenförmigen Kühlkörper aufgesetzt sind, z. B. durch Klebtechniken, ist ebenfalls möglich. Üblicherweise wird jedoch aus Kostengründen ein Blech als Kühlkörper verwendet, in das die Züge mit den Wärmeableitflächen entsprechend der benötigten Tiefe und Größe eingebracht sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Teilausschnitt aus einer Leiterplatte, mit einem relativ großflächigen Durchbruch, durch den ein Leistungstransistor drückbar ist,

Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels gemäß der Schnittlinie A-B.

In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist in einer Leiterplatte 1 ein Durchbruch 2 eingestanzt bzw. ausgeschnitten. Auf der Bestückungsseite der Leiterplatte 1 ist ein Leistungstransistor 3 angeordnet. Dieser Leistungstransistor weist drei Anschlußdrähte 4 a, b, c auf, die in entsprechend groß ausgebildeten Bohrungen in der Leiterplatte eingesetzt sind. Die Anschlußdrähte 4 a, b und c sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich, abgewinkelt, wobei während der Montage der Winkel nur so groß ist, daß das Bauteil selbst durch den Durchbruch 2 noch nicht hindurchgreift. Erst nachdem die aus der Lötseite der Leiterplatte hervorstehenden Anschlußdrahtenden an die entsprechenden Lötstützpunkte 5 angelötet sind, wird das Bauteil zur Endmontage durch den Durchbruch hindurchgedrückt, wodurch die Anschlußdrahtenden die gezeichnete winkelige Form annehmen. Andere vorgebogene Formen sind möglich.

Planparallel zur Leiterplatte 1 ist nun, wie aus Fig. 2 ersichtlich, ein Kühlkörper 6 angeordnet, in welchem im Bereich des Durchbruches der Leiterplatte 1 eine Kühlzunge 7 dreiseitig ausgeschnitten bzw. ausgestanzt ist. Die Kühlzunge 7 ist in diesem Beispiel so abgewinkelt, daß die Wärmeableitfläche planparallel zur Leiterplatte 1 verläuft. Auf der Wärmeableitfläche 8 kann nun die Kühlfläche des Leistungstransistors 3 befestigt werden, dies wird durch eine Schraubverbindung bewerkstelligt. Die Zylinderschraube 9 ist zu diesem Zweck in die kongruenten Bohrungen in der Kühlzunge 7 und dem Transistor 3 eingesetzt und mittels einer aufgeschraubten Mutter 10 gesichert. Damit ein definierter Abstand zwischen Leiterplatte 1 und Kühlblech 6 gegeben ist, sind zwischen den planparallelen Teilen Distanzelemente 11 und 12 zwischengefügt.

Es ist auch aus den Figuren ersichtlich, daß das Kühlblech erst nach dem Löten der Platinen montiert zu werden braucht, wobei gleichzeitig eine Wärmeableitung sichergestellt ist. Das Kühlblech kann, wenn es aus magnetisch leitendem Material, z. B. Weißblech besteht, auch die Funktion eines Abschirmbleches übernehmen.

Claims (5)

1. Anordnung, bestehend aus einer Leiterplatte, einem Kühlkörper und zu kühlenden elektronischen Bauelementen, die mit ihren Anschlüssen auf der Lötseite der Leiterplatte angelötet sind, wobei der Kühlkörper flächenförmig ausgebildet ist, in einem bestimmten Abstand von der Lötseite der Leiterplatte angeordnet ist und erhabene, in Richtung der Lötseite der Leiterplatte weisende Ansätze aufweist, die planparallel zu den Kühlflächen der Bauelemente verlaufende Wärmeableitflächen aufweisen und an denen die Kühlflächen der elektronischen Bauelemente anliegen oder an denen sie befestigbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leiterplatte (1) für ein zu kühlendes Bauelement (3) ein Durchbruch (2) vorgesehen ist, der mindestens so groß ist wie die äußere Kontur des Bauelementes (3), und daß das Bauelement (3) durch den Durchbruch (2) hindurchgedrückt und mit seiner Kühlfläche mit der Wärmeableitfläche des die Wärme ableitenden Ansatzes (7) des Kühlkörpers (6) verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper planparallel zur Lötseite der Leiterplatte angeordnet ist, und daß die die Wärmeableitflächen aufweisenden Ansätze aus aus der Oberfläche des Kühlkörpers hervorstehendem, auf diesem befestigem oder aus ihm zungenförmig ausgeschnittenem Kühlblech bestehen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußdrähte der Bauelemente derart abgewinkelt oder vorgebogen sind, daß das Bauteil ohne mechanische Belastung seiner Anschlußdrähte oder der Kontaktierungen in seinem Gehäuse durch den Durchbruch hindurchgreifend einsetzbar ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper aus magnetisch leitendem Material besteht.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper zusätzliche Ansätze mit Wärmeableitflächen derart aufweist, daß die Kühlflächen von auf einer weiteren Leiterplatte befindlichen Bauelementen an den zusätzlichen Ansätzen anliegen oder mit ihnen verbunden sind.