DE4338392C2 - Anordnung zur Wärmeabfuhr von auf eine Platine gelöteten elektrischen Bauelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmeabfuhranordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

Bei einer derartigen Anordnung (US-A-4.899.255) sind eine Platine und eine Reihe daran angebrachter Leistungstransistoren als gekühlte Vorrichtungen vorgesehen, die an einem Kühlblech anliegen, welches über eine thermisch leitfähige und elektrisch isolierende Platte fest mit einem Kühlsteg verbunden ist. Federclipse umgreifen den Kühlsteg und die jeweiligen gekühlten Vorrichtungen und pressen sie gegen das Kühlblech. Nachteilig daran ist eine eventuelle Belastung der Lötstifte und Lötstellen.

Es ist auch schon bekannt (JP 62-60246 A. In: Pat. Abstr. of JP, E-531) ein winkelförmiges Kühlblech als Wärmesenke zu benutzen, welches beim Anschrauben an ein Gehäuseteil über eine Feder auf die zu kühlende Fläche eines elektronischen Bauteiles gepreßt wird. Auch hier erfolgt durch diese Anpressung ggfs. eine Beeinträchtigung von Lötstiften oder Lötstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art derart zu gestalten, daß mit geringem Aufwand ein guter Wärmekontakt zwischen den Wärmeleitblechen und dem Kühlsteg erreicht wird, ohne daß dabei unzulässig hohe mechanische Spannungen, insbesondere auf die Anschlußelemente der elektronischen Bauelemente ausgeübt werden.

Die Lösung gelingt dadurch, daß das Wärmeleitblech zwei etwa rechtwinklig zueinander verlaufende Schenkel aufweist, daß ein Schenkel mittels des Federelements an den Kühlsteg gedrückt ist, und daß der andere Schenkel mit einer in etwa parallel zur Platine verlaufenden Fläche mit dem elektronischen Bauelement wärmeleitend verbunden ist.

Ein erfindungsgemäß gestaltetes Wärmeleitblech weist zwei in etwa senkrecht zueinander stehende Schenkel auf, welche an das elektronische Bauelement einerseits und andererseits an den Kühlsteg genau und ohne Kraftanwendung angeschmiegt werden können. Die Lötanschlußelemente bleiben dann unabhängig von der toleranzbedingten Dicke der elektronischen Bauelemente spannungsfrei.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß ein Schenkel des Wärmeleitbleches mit dem elektronischen Bauelement mittels eines wärmeleitenden Klebers verbunden ist. Wenn der Kleber in gewissem Umfang elastisch ist, kann eine geringfügige, durch thermische Dehnungen bedingte Verschiebung der verklebten Flächen aufgefangen werden.

Es ist vorteilhaft, daß das Wärmeleitblech am Kühlsteg zwischen zwei Anschlagflächen einen Bewegungsspielraum in etwa senkrecht zur Platine hat. Dann ist bei betriebsmäßigen Temperaturschwankungen ein nachgebendes Gleiten der Kühlbleche entlang der Seitenfläche des Kühlstegs möglich. Trotzdem ist das Wärmeleitblech am Kühlsteg ausreichend lagegesichert während der Montagearbeiten.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Andruckfeder eine U-förmige Klammer ist, welche den Kühlsteg beidseitig mit zur Platine ragenden Schenkeln umfaßt, und daß durch die Schenkel beidseitig des Kühlstegs je ein Wärmeleitblech an den Kühlsteg gedrückt ist.

Dann kann eine besonders große Anzahl von elektronischen Bauelementen platzsparend einem Kühlsteg zugeordnet werden. Das gilt insbesondere dann, wenn an einer oder an beiden Seiten des Kühlstegs mindestens Wärmeleitbleche von je zwei elektronischen Bauelementen kontaktiert sind. Im letztgenannten Fall ist es konstruktiv günstig und montagefreundlich, wenn die Wärmeleitbleche der elektronischen Bauelemente von einer einteiligen Andruckfeder gehalten sind.

Damit eine großflächige Kühlplatte mit gutem Wärmekontakt und mit geringem Wärmeübergangswiderstand an der Rückenfläche des Kühlstegs befestigt werden kann, ist vorgesehen, daß die längliche Andruckfeder den Kühlsteg U-förmig umgreift und zwei seitliche Schenkelstreifen aufweist, welche durch Verbindungsstege verbunden sind, welche durch Nuten der Rückenfläche des Kühlstegs verlaufen. Dabei kann zum Ausgleich von Toleranzunterschieden der Wärmeleitbleche vorgesehen sein, daß die seitlichen Schenkelstreifen die Andruckfeder zur Bildung einer Vielzahl von Federzungen geschlitzt sind.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die elektrischen Bauelement(e) mit ihren elektrischen Anschlüssen mit der Platine verbunden werden, daß dann das bzw. die zugeordneten Wärmeleitblech(e) mit einem Schenkel an die Seitenfläche des an der Platine befestigten Kühlstegs und mit dem anderen Schenkel vorzugsweise über Kleber an das bzw. die elektronischen Bauelement(e) angelegt werden, daß darauf die U-förmige Andruckfeder aufgebracht wird, und daß schließlich die Kühlplatte am Kühlsteg befestigt wird.

Hierdurch können keine mechanischen Spannungen auf das elektronische Bauelement ausgeübt werden.

Die Erfindung wird anhand der Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht auf einen zwischen einer Platine und einer Kühlplatte angeordneten Kühlsteg, mit dessen Seitenflächen elektronische Bauelemente über Wärmeleitbleche wärmeleitend kontaktiert sind.

Fig. 2 zeigt perspektivisch einen Kühlsteg nach Fig. 1

Fig. 3 zeigt perspektivisch eine längliche U-förmige Andruckfeder nach Fig. 1

Fig. 4 zeigt perspektivisch ein Wärmeleitblech nach Fig. 1

Zunächst wurden zur Herstellung einer Anordnung nach Fig. 1 elektronische Bauelemente 6 und 7 beidseitig des an der Platine 8 befestigten Kühlstegs 5 an die Platine 8 gelötet. Danach wurden winklige Wärmeleitbleche 3 und 4 mit einem ihrer Schenkel über einen wärmeleitenden und elastischen Kleber mit den elektronischen Bauelementen 6 bzw. 7 fest verbinden und danach mit dem anderen Schenkel an eine der Seitenflächen des Kühlstegs 5 gedrückt. Die Wärmeleitbleche 3 und 4 werden mittels der Andruckfeder 2 in gutem Wärmekontakt an den Seitenflächen des Kühlstegs 5 gehalten. Die Wärmeleitbleche 3 und 4 können sich senkrecht zur Platine 8 zwischen Anschlägen 11 und 12 in gewissem Umfang in eine dem jeweiligen elektronischen Bauelement angepaßte Lage verschieben. Der untere Anschlag 11 verhindert ein zu weites Schieben der Wärmeleitbleche 3 und 4 beim Aufdrücken der Andruckfeder 2.

Wie Fig. 2 erkennen läßt, ist der Kühlsteg 5 derart bemessen, daß an beiden Seiten Wärmeleitbleche 3 und 4 mehrerer elektronischer Bauelemente 6 und 7 aufgenommen werden können. An Füßen 10 wird der Kühlsteg 5 an der Platine 8 befestigt. In Gewindebohrungen 9 werden Schrauben zur Befestigung der Kühlplatte 1 (Fig. 1) eingeschraubt. In Ausnehmungen 13 werden die Verbindungsstege 14 einer einstückigen länglichen Andruckfeder 2 (Fig. 3) eingelegt. Die Andruckfeder wird dadurch einerseits lagegesichert und behindert andererseits nicht die großflächige Anlage der Kühlplatte 1 an den zwischen den Ausnehmungen 13 verbleibenden Rückenflächenelementen des Kühlstegs 5. Diese Flächenelemente ragen durch die Ausnehmungen 15 (Fig. 3).

Wie Fig. 3 erkennen läßt, weist die Andruckfeder 2 Schenkelstreifen 17 und 18 auf, welche über mehrere federnde Stege 14 verbunden sind. Die Endkanten der Schenkelstreifen 17 und 18 sind mit einer Vielzahl von federnden Zungen 16 versehen.

Fig. 4 zeigt eine vorteilhafte Gestaltung eines Wärmeleitblechs 3. Es handelt sich um ein biegegestanztes Blechteil mit etwa rechtwinklig zueinander angeordneten Schenkel 19 und 20. Zungen 21 bilden einen Anschlag gegen die Anschlagfläche 11 des Kühlstegs 5.

Claims (5)

1. Wärmeabfuhranordnung mit folgenden Merkmalen:
eine Platine (8) mit zu kühlenden elektronischen Bauelementen (6, 7);
ein Kühlsteg (5), der mit der Platine (8) fest verbunden ist und Kühlflächen aufweist, die im wesentlichen rechtwinklig zur Platine (8) verlaufen;
Wärmeleitbleche (3, 4), die an den zu kühlenden Bauelementen (6, 7) und dem Kühlsteg anliegen; und
eine Andruckfeder (2);
gekennzeichnet durch folgende Ausbildung:
die Bauelemente (6, 7) sind mit jeweils einer zu kühlenden Fläche in etwa parallel zu der Platine (8) angeordnet;
das jeweilige Wärmeleitblech (3, 4) weist einen ersten, mit dem Bauelement (6, 7) fest und wärmeleitend verbundenen Schenkel (19) und einen zweiten, am Kühlsteg (5) angedrückten Schenkel (20) auf, die etwa rechtwinklig zueinander verlaufen;
die Andruckfeder (2) liegt unmittelbar am zweiten Schenkel (20) des Wärmeleitbleches (3, 4) an.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Verbindung des ersten Schenkels (19) des Wärmeleitbleches (3, 4) mit dem elektronischen Bauelement (6, 7) über einen wärmeleitenden Kleber erfolgt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlsteg (5) zwei Anschlagsflächen (11, 12) aufweist, zwischen denen der zweite Schenkel (20) des Wärmeleitbleches (3, 4) anliegt, um so einen Bewegungsspielraum in etwa senkrecht zur Platine (8) aufzuweisen.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckfeder (2) als U- förmige Klammer mit zwei Schenkeln (16, 17) ausgebildet ist, welche den Kühlsteg unter der Zwischenlage je eines zweiten Schenkels (20) der Leitbleche (3, 4) umfaßt.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig des Kühlsteges (5) elektronische Bauelemente (6, 7) mit daran angebrachten Wärmeleitblechen (3, 4) angeordnet sind.