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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorbaugruppe für eine elektronische Baugruppe mit zumindest einer Leiterplatte und zumindest einem auf der Leiterplatte angeordneten und elektrisch kontaktierten elektronischen Bauteil. Sie betrifft ferner eine Baugruppe aufweisend die Vorbaugruppe sowie einen Kühlkörper.
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Es ist bekannt, elektronische Bauteile mit hohen Verlustleistungen über einen Kühlkörper zu entwärmen, wobei das elektronische Bauteil mittels einer Federkraft an den Kühlkörper angedrückt wird. Derartige Bauteile werden häufig auf einer Leiterplatte durchsteckmontiert, d.h. sie verfügen über Anschlusspins, die in plattierten Hülsen der Leiterplatte gelötet werden, um den elektrischen und mechanischen Kontakt zwischen dem Bauteil und der Leiterplatte herzustellen.
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Dabei ist problematisch, dass die Lotverbindung zwischen den Anschlusspins und der Leiterplatte verhältnismäßig steif und stressempfindlich ist und dass gleichzeitig die Federklemmung, die beispielsweise über einen Clip, der vor oder nach dem Löten des Bauteils montiert wird, erfolgt, einen Federweg erfordert, durch den trotz auftretender Bauteilhöhentoleranzen genügend Presskraft zwischen Bauteil und Kühlkörper aufgebaut wird. Daher werden die Anschlusspins häufig derart groß in ihren lateralen Abmessungen gewählt, dass eine vertikale Relativbewegung nur sehr geringe Stressbelastungen an der Lotstelle zur Folge hat. Dies hat jedoch einen erhöhten Bauraumbedarf zur Folge sowie weitere Nachteile wie beispielsweise Störinduktivitäten.
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Da die Klemmung nachträglich erfolgt, kann es durch sequenzielle Schraubvorgänge zudem zu Verkippungen des Bauteils kommen.
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Um die Lotstellen zu entlasten, werden die Anschlusspins häufig erst verlötet, wenn das komplette Modul bestehend aus Leiterplatte, Bauteil, Klemmfeder und Kühlkörper, verbaut wurde. Als Kühlkörper wird oftmals das Gehäuse eines Produktes verwendet, dessen Abmessungen derart groß sind, dass eine Verlötung im verbauten Zustand nur bei kleinen Produktabmessungen und geringer Komplexität möglich ist. In Fällen, wo eine zweite Leiterplatte über der ersten eingesetzt wird, ist die Lotstelle im Nachhinein nicht mehr zugänglich. Ein Verlöten der Pins nach dem Verbauen des Moduls scheidet dann ohnehin aus.
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Das Dokument
EP 3 975 678 B1 offenbart eine Haltevorrichtung zur thermischen Kontaktierung eines auf einer Leiterplatte montierten elektronischen Bauteils mit einem Kühlkörper, wobei die Haltevorrichtung einen Haltekörper, ein Federelement und ein Spannelement aufweist, wobei der Haltekörper einen zu dem elektronischen Bauteil korrespondierenden Hohlraum zur Aufnahme des elektronischen Bauteils ausbildet und einen Anbindungsabschnitt sowie einen an den Hohlraum angrenzenden und thermisch leitenden Wärmeleitabschnitt mit einer von dem Hohlraum abgewandten thermischen Anbindungsfläche aufweist, wobei das Spannelement ausgebildet ist, das Federelement zu spannen, wobei das Federelement ausgebildet ist, sich in einem gespannten Zustand an einem Gegenhalteelement abzustützen und eine Kraft auf den Haltekörper und/oder das in dem Hohlraum des Haltekörpers aufnehmbare Bauteil auszuüben und den Haltekörper mit der Anbindungsfläche zu dem Kühlkörper zu verschieben und/oder gegen den Kühlkörper zu pressen.
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Das Dokument
DE 101 29 788 B4 offenbar einen Kunststoffrahmen zur Montage eines elektronischen Starkstrom-Steuergeräts mit Aussparungen zur lagegenauen Aufnahme von Stromschienen, einer Leiterplatte und elektrischen/elektronischen Bauelementen sowie einer Vergussmasse, die zum Verguss der Bauelemente dient, und mit angeformten Schnappelementen zur Verbindung mit einem Kühlerkörper.
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Das Dokument
DE 101 54 878 B4 offenbart ein Halteelement zur Fixierung mindestens eines an einer Leiterplatte angeordneten elektronischen Leistungsbauteils an einem Kühlkörper mit einem elastischen Element, durch welches das elektronische Leistungsbauteil gegen den Kühlkörper drückbar ist, wobei das Halteelement in einer Bestückungsrichtung von elektronischen Schaltungselementen an der Leiterplatte positionierbar ist und die Druckkraft des elastischen Elements quer zur Bestückungsrichtung auf das elektronische Leistungsbauteil wirkt, wobei ein oder mehrere Haltefüße zur Fixierung an der Leiterplatte vorgesehen sind und das Halteelement so ausgebildet ist, dass es auf die gleiche Weise wie ein elektronisches Schaltungselement an der Leiterplatte fixierbar ist.
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Das Dokument
WO 2023/ 083 823 A1 offenbart eine Leiterplattenanordnung, die eine Leiterplatte mit einer Oberseite und einer Unterseite, mindestens ein auf der Unterseite der Leiterplatte angeordnetes elektrisches Bauteil, einen Kühlkörper und einen Niederhalter aufweist, wobei der Niederhalter die Leiterplatte gegen den Kühlkörper drückt. Der Niederhalter ist federnd ausgebildet ist und übt eine Federkraft auf die Leiterplatte aus.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorbaugruppe für eine elektronische Baugruppe anzugeben, deren Anschlusspins an einer Leiterplatte möglichst früh im Montageprozess gelötet werden, die jedoch stressfrei an einen Kühlkörper angebunden werden kann.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorbaugruppe für eine elektronische Baugruppe angegeben, aufweisend eine Leiterplatte sowie zumindest ein auf der Leiterplatte angeordnetes und elektrisch kontaktiertes elektronisches Bauteil. Die Vorbaugruppe weist ferner einen Halterahmen zur thermischen Kontaktierung des zumindest einen elektronischen Bauteils mit einem Kühlkörper auf, wobei der Halterahmen eine Aufnahme für das zumindest eine elektronische Bauteil aufweist. Der Halterahmen weist ferner zumindest ein Federelement auf, das an dem Halterahmen in Richtung einer Gleitachse zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position verschiebbar geführt ist, wobei das Federelement in der ersten Position beabstandet von dem Bauteil angeordnet ist und in der zweiten Position das Bauteil federnd kontaktiert.
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Die Vorbaugruppe weist demnach den Halterahmen als separates Bauteil auf, das die thermische Kontaktierung zu einem später mit der Vorbaugruppe zu einer elektronischen Baugruppe zu verbindenden Kühlkörper stressfrei ermöglicht. Dies wird dadurch erreicht, dass der Halterahmen zumindest ein Federelement aufweist, das in zumindest zwei Positionen gebracht werden kann, nämlich in eine erste Position, in der es von dem Bauteil beabstandet angeordnet ist, das heißt das Bauteil nicht kontaktiert und somit keine Kraft auf das Bauteil ausübt, und in eine zweite Position, in der es das Bauteil federnd kontaktiert, d.h. in Kontakt mit dem Bauteil steht und eine Federkraft auf das Bauteil ausübt. Das Federelement ist dabei so ausgelegt, dass die Federkraft in Richtung auf den zu montierenden Kühlkörper und damit insbesondere von der Leiterplatte weg ausgeübt wird.
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Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Federelement erst in die zweite Position gebracht wird, wenn das Bauteil mit der Leiterplatte verlötet sowie die Vorbaugruppe mit dem Kühlkörper verbunden ist. Zum Spannen der Feder und somit zum Aufbauen der Anpresskraft zwischen dem Bauteil und dem Kühlkörper ist lediglich eine Verschiebung des Federelements von der ersten Position in die zweite Position notwendig. Dieses kann auch dann erfolgen, wenn die elektronische Baugruppe schwer zugänglich verbaut ist. Zudem kann der Aufbau der Federkraft verhältnismäßig stressfrei für die Lotstellen erfolgen.
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Es ist somit möglich, die Vorbaugruppe ohne separate mechanische Spannvorrichtung zu löten und sie erst nach erfolgter Montage durch einen einzigen Spannvorgang an einen Kühlkörper zu klemmen. Es entfällt somit die Notwendigkeit einer Spannvorrichtung eines Klemmelements während des Lötvorgangs. Zudem ist der Spannvorgang sehr einfach und erfolgt nach vollständig abgeschlossener Montage gleichförmig, so dass die Bauteilbelastung reduziert wird.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das zumindest eine Federelement als ebenes Federblech mit zumindest einer in der ersten Position aus der Ebene des Federblechs herausragenden und in der zweiten Position in die Ebene des Federblechs gedrückten Federzunge ausgebildet.
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Ein derartiges Federelement ist sehr einfach aufgebaut, kostengünstig und robust und kann besonders einfach von der ersten Position in die zweite Position verschoben werden.
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Weist die Vorbaugruppe mehr als ein elektronisches Bauteil auf, so weist der Halterahmen insbesondere eine Aufnahme für jedes elektronische Bauteil auf.
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Weist die Vorbaugruppe mehrere elektronische Bauteile auf, so kann für jedes dieser Bauteile eine Federzunge vorgesehen sein. Das Federelement ist in diesem Fall dann einstückig aufgebaut und kann beispielsweise aus einem Blech gestanzt werden, weist jedoch eine Mehrzahl von Federzungen auf. Alternativ können auch mehrere separate Federelemente für die einzelnen elektronischen Bauteile vorgesehen sein, die derart angeordnet sind, dass sie beim Verschiebevorgang aneinanderstoßen und gemeinsam verschoben werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das zumindest eine Bauteil an einer Auflage des Halterahmens angeordnet und die Auflage weist eine Aussparung auf, durch die in der zweiten Position des Federelements das Federelement gegen das Bauteil gepresst wird.
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Bei dieser Ausführungsform kann der Halterahmen eine Grundplatte aufweisen mit einer zur Leiterplatte gewandten Unterseite sowie einer zum elektronischen Bauteil gewandten Oberseite, wobei auf der Oberseite das Federelement aufliegt und geführt ist. Im Bereich des elektronischen Bauteils weist der Halterahmen auf seiner Oberseite eine Auflage auf, beispielsweise in Form einer durch die Aussparung unterbrochenen Auflagefläche, auf der das Bauteil aufliegt. Durch die Aussparung kann das Federelement das Bauteil kontaktieren und es gegen den darüber angeordneten Kühlkörper pressen.
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Das elektronische Bauteil ist auf der Leiterplatte insbesondere durchsteckmontiert und mit metallisierten Kontakten der Leiterplatte verlötet.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Federelement in einem Führungskanal des Halterahmens verschiebbar geführt. Dieser Führungskanal weist insbesondere Durchbrüche in seiner einen Seite auf, die den bereits beschriebenen Aussparungen entsprechen. In dem Führungskanal ist eine sichere Führung des Federelements parallel zur Ebene der Leiterplatte möglich, ohne dass die Gefahr einer Verkippung oder Verkeilung besteht.
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Erfindungsgemäß weist das Federelement zumindest ein Langloch auf, das insbesondere an einem Ende des Federelements angeordnet ist. Die Längsachse des Langloches liegt in der Ebene des Federelements und ist senkrecht zur Gleitachse des Federelements ausgerichtet.
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Die Vorbaugruppe umfasst ferner ein Betätigungswerkzeug mit einer Längsachse und einer Stirnseite sowie einem an der Stirnseite in einem Abstand r von der Längsachse angeordneten und sich von der Stirnseite in Richtung der Längsachse erstreckenden Stift, der mit dem Langloch in Eingriff bringbar ist. Das Federelement ist mittels des mit dem Langloch in Eingriff stehenden Stifts durch Drehung des Betätigungswerkzeugs um 180° um dessen Längsachse um die Strecke 2r entlang seiner Gleitachse verschiebbar.
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Das Betätigungswerkzeug ist vorgesehen, um das zumindest eine Federelement von seiner ersten Position in die zweite Position zu bringen. Das Betätigungselement ermöglicht ein Verschieben des Federelements auch dann, wenn die Vorbaugruppe nur noch teilweise zugänglich ist. Die Feder wird dabei durch das Betätigungselement gespannt, indem der Stift in das Langloch eingeführt wird und das Betätigungselement um seine Längsachse gedreht wird. Dadurch nimmt der Stift das Federelement mit und gleitet in dem Langloch, wodurch die Rotationsbewegung des Betätigungswerkzeugs in eine transversale Bewegung des Federelements umgesetzt wird.
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Das Betätigungswerkzeug kann anschließend entfernt werden und muss somit nach erfolgter Montage der Vorbaugruppe nicht mehr Bestandteil der elektronischen Baugruppe sein.
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Nicht erfindungsgemäß ist denkbar, das Federelement mithilfe eines anderen Betätigungselements zu verschieben, insbesondere mit Hilfe eines Betätigungselements, das an oder in dem Federelement angreift und mit diesem zusammen seitlich verschoben wird.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Vorbaugruppe ferner zumindest ein Arretierelement zur Arretierung des Federelements in seiner zweiten Position an dem Halterahmen auf. Das Arretiertelement kann dabei an dem Halterahmen und/oder an dem Federelement angeordnet sein.
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Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass das Federelement nach dem Spannen auf einfache Weise in seiner zweiten Position gehalten wird, die als endgültige Position des Federelements vorgesehen ist. Gleichzeitig ist es jedoch möglich, durch Lösen der Verrastung das Federelement bei Bedarf auch in seine erste Position zurückzuführen.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Vorbaugruppe ferner zumindest einen auf der der Leiterplatte zugewandten Seite des Halterahmens angeordneten Abstandshalter zur Leiterplatte auf. Dadurch wird die Position des Halterahmens auf der Leiterplatte definiert und stabil gehalten und ein Verbiegen des Halterahmens wird - insbesondere bei geeigneter Platzierung einer Mehrzahl von Abstandshaltern - vermieden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Halterahmen aus einer Mehrzahl von Modulen aufgebaut, weil jedes Modul einen Halterahmenabschnitt mit einer Aufnahme für ein elektronisches Bauteil aufweist.
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Bei dieser Ausführungsform ist der Halterahmen demnach nicht aus einem Stück aufgebaut, um eine Mehrzahl von elektronischen Bauteilen aufzunehmen, sondern er besteht aus einer Anzahl separater Module, die die jeweils eine Aufnahme für ein elektronisches Bauteil aufweisen und zu dem Halterahmen zusammengefügt sind. Das hat den Vorteil, dass die Größe des Halterahmens flexibel an die Anzahl der elektronischen Bauteile angepasst werden kann. Die Module können insbesondere aneinander verrastbar oder auf andere Weise miteinander verbindbar sein.
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Die Befestigung des Kühlkörpers an dem Halterahmen und/oder der Leiterplatte kann beispielsweise durch Verschraubung erfolgen, wofür der Kühlkörper Sacklöcher aufweisen kann. Die Verschraubung kann dabei gleichzeitig mit der Leiterplatte und dem Halterahmen erfolgen, d.h. es kann vorgesehen sein, dass dieselben Schrauben den Kühlkörper gleichzeitig sowohl an der Leiterplatte als auch an dem Halterahmen befestigen. Es kann jedoch auch eine individuelle Verschraubung des Kühlkörpers mit der Leiterplatte und separat mit dem Halterahmen vorgesehen sein, um beispielsweise eine flexiblere Platzierung der Verschraubungspunkte zu ermöglichen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine elektronische Baugruppe angegeben, aufweisend die beschriebene Vorbaugruppe sowie ferner einen Kühlkörper, wobei der Kühlkörper an dem Halterahmen und/oder der Leiterplatte befestigt ist.
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Die elektronische Baugruppe weist die bereits im Zusammenhang mit der Vorbaugruppe beschriebenen Vorteile auf.
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Gemäß einer Ausführungsform befindet sich das zumindest eine Federelement in seiner zweiten Position und presst das zumindest eine Bauteil an den Kühlkörper. Somit ist das Federelement gespannt und übt eine Federkraft auf das elektronische Bauteil in Richtung des Kühlkörpers aus. Bei dieser Ausführungsform ist die elektronische Baugruppe bereits fertig montiert und das Federelement ist gespannt, um den thermischen Kontakt zwischen dem Bauteil und dem Kühlkörper herzustellen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen dem Kühlkörper und dem zumindest einen Bauteil ein wärmeleitendes, elektrisch isolierendes Medium angeordnet. Insbesondere kann vor dem Verbau am Kühlkörper eine Isolationsfolie, eine Wärmeleitfolie, ein Kleber oder eine Wärmeleitpaste aufgebracht werden. Ebenso ist eine Kombination aus Isolationsfolie und Wärmeleitpaste möglich.
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Die Montage der Baugruppe kann insbesondere nach dem folgenden Verfahren erfolgen: Zunächst wird der Halterahmen mit den elektronischen Bauteilen bestückt und mit der Leiterplatte verbunden. Die elektronischen Bauteile werden auf der Leiterplatte durchsteckmontiert. Das Federelement befindet sich in seiner ersten, lastfreien Position. Dadurch wird die Vorbaugruppe gebildet.
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Anschließend erfolgt das Löten der Anschlusspins in den plattierten Hülsen der Leiterplatte. Die Vorbaugruppe wird dann auf eine der beschriebenen Weisen mit dem Kühlkörper verbunden, um die elektronische Baugruppe zu bilden. Schließlich wird das Federelement mit Hilfe des Betätigungswerkzeugs gespannt, um die Bauteile an den Kühlkörper anzupressen.
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Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielhaft beschrieben.
- 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Halterahmens für eine Vorbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 2 zeigt eine perspektivische, teilgeschnittene Ansicht des Halterahmens gemäß 1,
- 3 zeigt weitere Details des Halterahmens gemäß den 1 und 2,
- 4 zeigt den in 3 gezeigten Ausschnitt des Halterahmens von einer Unterseite aus,
- 5 zeigt eine Seitenansicht eines Federelements,
- 6 zeigt eine Draufsicht auf das Federelement gemäß 5,
- 7 zeigt ein Betätigungselement zur Verschiebung des Federelements gemäß den 5 und 6 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 8 zeigt eine Schnittansicht des Betätigungselements gemäß 7 in einer ersten Position,
- 9 zeigt eine Schnittansicht des Betätigungselements gemäß 7 in einer zweiten Position,
- 10 zeigt einen Ausschnitt aus dem Halterahmen gemäß den 1 bis 4 mit eingesetztem Betätigungswerkzeug,
- 11 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorbaugruppe mit einem Halterahmen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 12 zeigt eine elektronische Baugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 13 zeigt die elektronische Baugruppe gemäß 12 in einem anderen Stadium der Montage,
- 14 zeigt die elektronische Baugruppe gemäß den 12 und 13 in einem weiteren Stadium der Montage,
- 15 zeigt die elektronische Baugruppe gemäß den 12 bis 14 in einem weiteren Stadium der Montage,
- 16 zeigt eine Schnittansicht durch die Baugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 17 zeigt eine Schnittansicht durch die Baugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
- 18 zeigt eine perspektivische Ansicht von Modulen, die zu einem Halterahmen zusammensetzbar sind und
- 19 zeigt eine perspektivische Ansicht der Module gemäß 18 nach dem Zusammensetzen.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion werden figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Der Halterahmen 5 gemäß 1 ist Bestandteil einer Vorbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Er weist eine Grundplatte 8 auf mit einer Oberseite 9 sowie einer 1 nicht sichtbaren Unterseite. Auf der Oberseite 9 ist eine Anzahl von Aufnahmen 6 für elektronische Bauteile 3 angeordnet. Bei den elektronischen Bauteilen 3 kann es sich beispielsweise um Leistungshalbleiterbauteile handeln, die im Betrieb eine verhältnismäßig hohe Verlustleistung aufweisen und somit gekühlt werden sollen. Dabei wird die Wärme insbesondere über die Oberflächen 7 der elektronischen Bauteile 3 abgeführt, die dazu in thermischen Kontakt mit einem in der Figur nicht gezeigten Kühlkörper gebracht werden soll.
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Zur elektrischen Kontaktierung der elektronischen Bauteile 3 weisen diese in der gezeigten Ausführungsform jeweils drei Anschlusspins 4 auf, die auf eine in der Figur nicht gezeigten Leiterplatte kontaktiert werden.
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2 zeigt eine um 180° gedrehte Ansicht des Halterahmens 5 gemäß 1. In dieser Ansicht ist erkennbar, dass zwischen den elektronischen Bauteilen 3 und Bereichen des Halterahmens 5 ein Kanal 11 gebildet ist, in dem ein Federelement 12 oder eine Anzahl von Federelementen 12 gleiten. Das Federelement 12 weist eine Anzahl von jeweils einem elektronischen Bauteil 3 zugeordneten Federzungen 22 auf sowie ein Langloch 23, das an einem Ende des Federelements 12 angeordnet ist.
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Das Federelement 12 kann in der durch den Pfeil P gekennzeichneten Richtung durch den Kanal 11 gleiten. Somit kennzeichnet der Pfeil P eine Gleitachse des Federelements 12. Das Federelement 12 ist in dem Kanal 11 insbesondere zwischen einer ersten Position verschiebbar, die in 2 gezeigt ist, und einer zweiten Position. In der in 2 gezeigten ersten Position ist das Federelement 12 beabstandet von den elektronischen Bauteilen 3 angeordnet, d.h. zwischen den elektronischen Bauteilen 3 und dem Federelement 12 ist jeweils ein Zwischenraum gebildet. Wird das Federelement 12 jedoch in dem Kanal 11 nach rechts in Richtung des Anschlags 33 verschoben, so werden die Federzungen 22 in den Kanal 11 geschoben und in Kontakt mit den elektronischen Bauteilen 3 gebracht. Die Federzungen 22 üben in dieser zweiten Position eine Kraft auf die elektronischen Bauteile 3 aus.
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Das Langloch, das in 2 nur teilweise dargestellt ist, weist eine Längsachse auf, die in der Ebene des Federelements 12 liegt und senkrecht zur Gleitachse des Federelements 12 ausgerichtet ist.
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Das Federelement 12 kann insbesondere aus einem Federstahl ausgebildet sein oder aus einer CuSn- oder CuNi-Legierung.
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3 zeigt weitere Details des Halterahmens 5. Innerhalb der Aufnahme 6 für die elektronischen Bauteile 3 sind Auflageflächen 10 gebildet, auf denen die elektronischen Bauteile 3 aufliegen. Unterhalb der Auflageflächen 10 ist der Kanal 11 für das Federelement 12 gebildet. Zwischen den Aufnahmen 6 ist das Federelement 12 in der gezeigten Ausführungsform durch Gleitlaschen 16 geführt.
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Die Anordnung der Aufnahmen 6 und ihre Anzahl richtet sich nach der Art der zu bildenden Baugruppe und kann flexibel gestaltet werden.
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Der Halterahmen 5 weist ferner eine Öffnung 15 auf, in die ein Betätigungswerkzeug zum Verschieben des Federelements 12 eingeführt werden kann. Dies wird weiter unten erläutert. Ferner ist an dem Halterahmen 5 ein Arretierelement 14 vorgesehen, mittels dessen das Federelement 12 in seiner zweiten Position arretiert werden kann.
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Der Halterahmen 5 weist ferner Befestigungshülsen 17 zur Verbindung des Halterahmens 5 mit einer in der Figur nicht gezeigten Leiterplatte und/oder einem Kühlkörper auf. Ferner sind auf der Unterseite des Halterahmens 5 Abstandshalter 18 vorgesehen, um einen definierten Abstand zur Leiterplatte zu erzeugen.
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4 zeigt einen Blick auf die Unterseite 19 des Halterahmens 5 und insbesondere des Ausschnitts aus dem Halterahmen 5, der in 3 dargestellt ist. In dieser Ansicht ist erkennbar, dass in der Grundplatte 8 des Halterahmens 5 Durchgangslöcher 20 für die Anschlusspins der elektronischen Bauteile 3 vorgesehen sind.
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5 zeigt das Federelement 21 mit der aus der Ebene des Federelements 12 herausragenden Federzunge 22 in einer Seitenansicht.
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6 zeigt eine Draufsicht auf das in 5 gezeigte Federelement 12. Das Federelement 12 kann insbesondere aus einem Blech gestanzt sein. Es kann einstückig ausgebildet sein und bei mehreren vorhandenen elektronischen Bauteilen 3 für jedes elektronische Bauteil 3 eine Federzunge 22 aufweisen. Es können jedoch auch mehrere Federelemente 12 in Richtung der Gleitachse hintereinander in den Halterahmen 5 eingelegt werden.
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7 zeigt das Betätigungselement 24 zum Spannen des Federelements 12. Das Betätigungselement 24 weist eine Längsachse L auf und eine ebene Stirnseite 25, aus der einen Stift 26 hervorragt und sich parallel zur Längsachse L erstreckt. Der Stift 26 weist von der Längsachse L einen radialen Abstand r auf.
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8 zeigt das Betätigungswerkzeug 24 eingesetzt in die Öffnung 15 im Halterahmen 5. In 8 befindet sich das Betätigungselement 24 in einer ersten Position, die auch einer ersten, ungespannten Position des Federelements 12 entspricht. Der Stift 26 greift in das Langloch 23 in dem Federelement 12 ein.
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Durch Drehen des Betätigungswerkzeugs 24 um seine Längsachse L wird bewirkt, dass der Stift 26 das Federelement 12 mitnimmt. Da die elektronischen Bauteile 3 jeweils in ihren Aufnahmen 6 gehalten sind, überträgt sich die Bewegung des Federelements 12 nicht auf die Bauteile 3. Diese sind somit gegen ein Verrutschen gesichert.
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9 zeigt die Position des Betätigungswerkzeugs 24 und des Federelements 12 nach einer Drehung des Betätigungswerkzeugs 24 um 180°. Das Federelement 12 wurde dadurch um die Strecke 2r verschoben. Hinter dem Federelement 12 rastet dann das Arretierelement 14 ein, um ein Zurückrutschen des Federelements 12 zu verhindern.
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10 zeigt eine Ansicht des Halterahmens 5 von seiner Oberseite 9 aus. Das Betätigungswerkzeug 24 sowie das Federelement 12 befinden sich in der zweiten Position, bei der das Federelement 12 so weit verschoben wurde, dass das Arretierelement 14 dahinter einrastet und die Federzunge 22 in einer Aussparung 27 der Aufnahme 6 zu liegen kommt.
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In der in 10 gezeigten Ansicht wurde der Übersichtlichkeit halber das elektronische Bauteil 3 nicht dargestellt.
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Durch den Anschlag 33 und das Arretierelement 14 ist eine mechanische lösbare Verschiebesicherung der durch das zumindest eine Federelement 12 gebildete Schiebefeder für den fertig montierten Zustand gegeben. Falls eine Reparatur der Baugruppe notwendig sein sollte, wird durch eine Öffnung das Arretierelement 14 im Halterahmen 5 zurückgepresst, so dass durch das Betätigungswerkzeug 24 das Federelement 12 wieder in die ungespannte erste Position verschoben werden kann.
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11 zeigt einem Vorbaugruppe 1 mit mehreren im Halterahmen 5 angeordneten elektronischen Bauteilen 3, die auf eine Leiterplatte 2 durchsteckmontiert sind. Die Leiterplatte 2 ist benachbart zur Unterseite des Halterahmens 5 angeordnet und weist metallisierte Hülsen 28 für die Anschlusspins 4 auf.
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12 zeigt einen Schnitt durch eine Baugruppe 30 mit der Vorbaugruppe 1 gemäß 11. Die Vorbaugruppe 1 ist dabei mit einem Kühlkörper 31 verbunden, der auf die Oberflächen 7 der elektronischen Bauteile 3 montiert ist, um diese zu entwärmen. Bei dem Kühlkörper 31 kann es sich um das Gehäuse eines Produktes oder um einen separaten Kühlkörper handeln.
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Der Kühlkörper 31 kann hierbei mehrschalig aufgebaut sein und mit einem Kühlmedium wie Wasser oder Glykol/Wasser-Gemisch durchströmt sein. Er kann im Bereich der Bauteile 3 mit unterschiedlichen hohen Absätzen im Bereich mehrerer Millimeter versehen sein, um Bauteile 3 mit unterschiedlichen Höhen mit selber Toleranzlage zum Federelement 12 zu verbauen. Der Höhenunterschied zwischen verschiedenen Bauteilbauformen kann hierbei mehrere Millimeter betragen.
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Die elektronischen Bauteile 3 sind beispielsweise als Dioden oder andere Halbleiterbauelemente der Bauform TO247 oder TO220 ausgebildet. Derartige Bauteile weisen eine Höhentoleranz im Bereich von 0,2 mm auf. Weitere Toleranzen, die es zu berücksichtigen gilt, ergeben sich beispielsweise aus der Ebenheit des Halterahmens 5. Der sich ergebende Maximalspalt wird über die Presskraft des Federelements 12 ausgeglichen.
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Die Verbindung zwischen dem Kühlkörper 31 und der Leiterplatte 2 sowie dem Halterahmen 5 erfolgt in der gezeigten Ausführungsform über Schrauben 32, die in die Befestigungshülsen 17 und korrespondierende Sacklöcher in dem Kühlkörper 31 eingesetzt sind.
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12 zeigt die Baugruppe 30 mit dem Federelement 12 in der ersten, ungespannten Position.
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13 zeigt eine perspektivische Ansicht der Baugruppe 30, wobei das Betätigungswerkzeug 24 entfernt wurde. In der dargestellten ersten Position des Federelements 12 liegt ein Bereich des Federelements 12 in der Öffnung 15 frei.
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In dieser Darstellung ist erkennbar, dass der Kühlkörper 31 für jeden Befestigungspunkt an der Leiterplatte bzw. dem Halterahmen Sacklöcher 35 aufweist, in die die Schrauben eingesetzt werden können.
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14 zeigt wiederum eine Schnittansicht durch die Baugruppe 30, wobei das Federelement 12 durch Drehen des Betätigungswerkzeugs 24 in die zweite, gespannte Position gebracht wurde. In dieser Position drücken die Federzungen 22 die elektronischen Bauteile 3 mit ihrer zu entwärmenden Oberfläche (beispielsweise heat slug) gegen den Kühlkörper 31 und sorgen somit für einen besonders guten Wärmeübergang. Das Federelement 12 wurde bis zum Anschlag 33 verschoben.
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15 zeigt die Baugruppe 30 mit gespannten Federelement 12, das daher in der Öffnung 15 nicht mehr oder praktisch nicht mehr frei liegt, weil es aus diesem Bereich nach rechts verschoben wurde.
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Die 16 und 17 zeigen beispielhaft zwei verschiedene Varianten der Verbindung zwischen der Leiterplatte 2, dem Halterahmen 5 und dem Kühlkörper 31 für die Baugruppe 30.
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Bei der in 16 gezeigten Ausführungsform weist der Kühlkörper 31 Sacklöcher 35 auf, die mit Befestigungshülsen 17 des Halterahmens 5 korrespondieren und wie die Befestigungshülsen 17 Innengewinde aufweisen können, in das Schrauben 32 eingesetzt werden, um an jedem Befestigungspunkt die Leiterplatte 2, den Halterahmen 5 und den Kühlkörper 31 miteinander zu verbinden.
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Bei der in 17 gezeigten Ausführungsform dagegen weist der Halterahmen 5 keine Befestigungshülsen 17 auf. Die Schrauben 32 greifen direkt in die Sacklöcher 35 des Kühlkörpers 31 ein und befestigen die Leiterplatte 2 an dem Kühlkörper 31. Der Halterahmen 5 dagegen ist mittels mehrerer Schnapphaken 36 mit der Leiterplatte 2 verbunden, die dafür entsprechende Durchgangsöffnungen aufweist.
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In den 16 und 17 ist zudem eine Wärmeleitfolie 34 zwischen dem elektronischen Bauteil 3 und dem Kühlkörper 31 dargestellt. Die Wärmeleitfolie 34 soll einen besonders guten Wärmeübergang zwischen dem elektronischen Bauteil 3 und dem Kühlkörper 31 herstellen und gleichzeitig elektrisch isolieren. Anstelle der Wärmeleitfolie 34 kann auch eine Schicht aus einem TIM (thermal interface material) oder aus einem gut wärmeleitenden Klebstoff oder Kombinationen daraus vorgesehen sein.
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Die 18 und 19 zeigen eine Variante des Halterahmens 5, bei der dieser aus einzelnen Modulen 37 zusammengesetzt ist. Die einzelnen Module 37 sind jeweils zur Aufnahme eines elektronischen Bauteils 3 geeignet und weisen somit eine Aufnahme 6 für das elektronische Bauteil auf. Die einzelnen Module 37 sind über ineinandergreifende Führungsschienen 38 miteinander verbindbar. Rasthaken 39, die in eine Nut 40 des benachbarten Moduls 37 eingreifen, halten die Module 37 nach dem Ineinanderstecken zusammen.
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18 zeigt die Module 37 vor der Verbindung, 19 zeigt die miteinander verbundenen Module 37.
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Die 18 und 19 zeigen lediglich zwei Module 37. Bei dieser Ausführungsform ist es jedoch möglich, den Halterahmen 5 aus einer beliebigen Anzahl von Modulen 37 je nach Bedarf flexibel zusammenzusetzen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorbaugruppe
- 2
- Leiterplatte
- 3
- elektronisches Bauteil
- 4
- Anschlusspin
- 5
- Halterahmen
- 6
- Aufnahme
- 7
- Oberfläche
- 8
- Grundplatte
- 9
- Oberseite
- 10
- Auflagefläche
- 11
- Kanal
- 12
- Federelement
- 14
- Arretierelement
- 15
- Öffnung
- 16
- Gleitlasche
- 17
- Befestigungshülse
- 18
- Abstandshalter
- 19
- Unterseite
- 20
- Durchgangsloch
- 22
- Federzunge
- 23
- Langloch
- 24
- Betätigungswerkzeug
- 25
- Stirnseite
- 26
- Stift
- 27
- Aussparung
- 28
- Hülse
- 30
- Baugruppe
- 31
- Kühlkörper
- 32
- Schraube
- 33
- Anschlag
- 34
- Wärmeleitfolie
- 35
- Sackloch
- 36
- Schnapphaken
- 37
- Modul
- 38
- Führungsschienen
- 39
- Rasthaken
- 40
- Nut
- L
- Längsachse
- r
- Abstand