DE69632865T2

DE69632865T2 - Transistor-lötclip und kühlkörper

Info

Publication number: DE69632865T2
Application number: DE69632865T
Authority: DE
Inventors: G. Howard HINSHAW; D. William JORDAN; Matthew Smithers
Original assignee: Aavid Thermalloy LLC
Current assignee: Aavid Thermalloy LLC
Priority date: 1995-10-13
Filing date: 1996-10-09
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2016-10-10
Also published as: WO1997014184A1; JPH11513841A; EP0855089A1; CN1152428C; MY132481A; CN1199505A; EP0855089B1; DE69632865D1; EP0855089A4; KR19990064171A; US5844312A; HK1010277A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft eine Klemmeinrichtung zum Befestigen einer elektronischen Vorrichtung an einem Wärme ableitenden Kühlkörper.
Viele Halbleitervorrichtungen erzeugen während des Betriebs Wärme, die abgeleitet werden muss, um Schaden an der Vorrichtung zu vermeiden. Einige dieser Vorrichtungen haben Belastbarkeitsgrenzen, die größtenteils durch ihre Fähigkeit, im Inneren erzeugte Wärme auszustoßen, bestimmt sind, wodurch allgemeine oder lokale thermische Schäden oder damit verbundene Ausfälle vermieden werden.
Bei einigen Halbleitervorrichtungen wird die im Inneren erzeugte Wärme über das Gehäuse, den Sockel oder die Leitungen der Vorrichtung ausreichend abgeleitet. Jedoch ist es bei vielen Halbleitervorrichtungen notwendig, die Ableitung von im Inneren erzeugter Wärme durch den Einsatz von Kühlkörpern zu unterstützen. Eine große Vielfalt an Kühlkörperformen wird zum Ableiten von im Inneren erzeugter Wärme aus Gehäusen für elektronische Vorrichtungen, in die Halbleitervorrichtungen eingebaut sind, eingesetzt. Zum Zweck der vorliegenden Erfindung ist ein Kühlkörper ein Körper aus Metall oder ähnlichem Material, der in Kontakt mit dem Gehäuse für eine elektronische Vorrichtung angeordnet ist, um im Inneren erzeugte Wärme aus der Halbleitervorrichtung, die in dem Gehäuse für eine elektronische Vorrichtung eingeschlossen ist, weiterzuleiten und um die im Inneren erzeugte Wärme durch Wärmeleitung. Wärmekonvektion und/oder Wärmestrahlung schnell in die Atmosphäre abzuleiten.
Das US-Patent Nr. 4,884,331 an Hinshaw zeigt einen weit verbreiteten Kühlkörper, der gemeinhin als Nadelrippenkühlkörper bezeichnet wird. Der Kühlkörper weist Reihen und Spalten aufrechter paralleler Kühlrippen auf. Die Kühlkörper werden geformt, indem zunächst Reihen von aufrechten Kühlrippen extrudiert werden und anschließend die Rippen quer geschnitten werden, um Reihen und Spalten von Nadelrippen zu bilden.
Ein Verfahren zum Herstellen von Kühlkörpern durch quer gerichtetes Ausstanzen von mit Abstand voneinander angeordneten Abschnitten aus extrudierten Kühlrippen ist in "A PROCESS AND AN APPARATUS FOR FORMING A PROFILED ELEMENT". Fischer u. a., laufende Nummer 08/249,393, angemeldet am 26. Mai 1994 (Anwaltsregister THRM-0007), beschrieben.
Das US-Patent Nr. 4,388,967 an Breese zeigt einen Montagestift zum Befestigen eines Kühlkörpers an einer Leiterplatte. Eine zu kühlende elektronische Vorrichtung wird mittels einer Schraube oder dergleichen am Kühlkörper befestigt. Die Seiten B34 und B35 des Thermalloy-Katalogs THERMAL MANAGEMENT SOLUTIONS, HS 9503 zeigen Kühlkörper, an denen mittels einer Schraube ein Transistor befestigt worden ist. Die Seite A28 dieses Katalogs zeigt lötbare Spannstifte, die verwendet werden können, um einen Kühlkörper an der Leiterplatte zu befestigen. Die Seiten 29–31 zeigen außerdem Klemmeinrichtungen, die verwendet werden können, um einen Transistor am Kühlkörper zu befestigen.
Das US-Patent Nr. 5 309 979 an Brauer beschreibt eine Kühlkörper-Baueinheit, die auf eine Leiterplatte montiert wird, wobei die Baueinheit eine Federklemme zum leichten Festklemmen eines elektrischen Bauelements an einen Kühlkörper während eines Lötvorgangs aufweist. Die Anordnung sieht vor, dass das elektrische Bauelement senkrecht auf eine Leiterplatte montiert wird, und auch die Klemmeinrichtung und der Kühlkörper sind senkrecht in Bezug auf die Leiterplatte dargestellt, derart, dass das Bauelement sandwichartig dazwischen angeordnet ist. Die Federklemme ist als eine lang gestreckte Platte gezeigt, die Beine aufweist, die dafür ausgelegt sind, in entsprechende Öffnungen der Leiterplatte eingesetzt zu werden. Das distale Ende der Platte ist abgewinkelt, so dass es über das elektrische Bauteil ragt, wenn der mittlere Abschnitt der Klemmeinrichtung an dem elektrischen Bauelement anliegt. In dem mittleren Abschnitt sind Pressfinger ausgebildet, die das elektrische Bauelement berühren. Ein Kühlkörper ist als eine ebene, wärmeleitende Fläche oder Isolator gezeigt, der an ein Stützblech angebracht ist, das mit dem elektrischen Bauelement in Kontakt ist und aus Sicht der Klemmeinrichtung auf der gegenüberliegenden Seite des elektrischen Bauelements angeordnet ist.
Das US-Patent Nr. 5 138 524 und die japanische Patentanmeldung JP-A-02 205 058 zeigen Kombinationen von Kühlkörpern und Klemmeinrichtungen zum Befestigen elektronischer Vorrichtungen an den Kühlkörpern.
Die Montage von Klemmeinrichtungen des Standes der Technik, Kühlkörpern und Halbleitervorrichtungen ist zeitaufwändig und teuer.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Klemmeinrichtung zu schaffen, die die Montage eines Kühlkörpers an eine elektrische Vorrichtung stark vereinfacht.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kombination aus einem Kühlkörper und einer Klemmeinrichtung zum Befestigen einer elektronischen Vorrichtung an dem Kühlkörper geschaffen, wobei der Kühlkörper umfasst: aufrechte parallele Kühlrippen, die sich von dem Kühlkörper erstrecken; und einen Schlitz an dem Kühlkörper, der durch zwei Elemente definiert ist, die sich parallel zu den Kühlrippen, aber in entgegengesetzten Richtungen von diesen erstrecken, und einen unteren Abschnitt, der sich zwischen den zwei Elementen erstreckt, wobei der Schlitz an gegenüberliegenden Seiten der Elemente an seinem Boden Kerben aufweist, wobei die Klemmeinrichtung einen Rahmen, dessen Seiten mit einer Breite dazwischen in die Kerben des Kühlkörpers geklemmt sind, umfasst; einen Widerhaken, der sich von dem Rahmen nach außen erstreckt, wobei er gegen den Kühlkörper drückt, um den Rahmen an dem Kühlkörper zu sichern; und Mittel, um die elektronische Vorrichtung an dem Rahmen zu sichern, so dass die Vorrichtung direkt gegen den Kühlkörper gehalten wird.
Vorzugsweise weist der Rahmen zwei Widerhaken auf, die sich von gegenüberliegenden Seiten des Rahmens nach außen erstrecken.
Stärker bevorzugt erstreckt sich der Widerhaken von einer Krümmungslinie aus, entlang welcher der Widerhaken aus der Ebene des Rahmens heraus gebogen ist, nach außen, um den Kühlkörper gegen eine Bewegung in Richtung der Schlitze verriegelnd in Eingriff zu bringen.
Günstigerweise weist der Kühlkörper aufrechte parallele Kühlrippen an einer dem Schlitz gegenüberliegenden Seite auf.
Vorzugsweise sind die Kühlrippen in Reihen und Spalten, und der Rahmen ist rechtwinklig, wobei einander gegenüberliegende Seiten des Rahmens in die Kerben am Boden des Schlitzes an dem Kühlkörper eingepasst sind.
Vorteilhafterweise weist das Mittel zum Befestigen der elektronischen Vorrichtung an dem Rahmen einen erhöhten Abschnitt auf, der durch zwei parallele Einschnitte in dem Rahmen definiert ist, wobei der Abschnitt außerhalb der Ebene des Rahmens erhöht ist, so dass die elektronische Vorrichtung mittels des erhöhten Abschnitts gegen den Kühlkörper gesichert werden kann.
Günstigerweise sind die parallelen Einschnitte in einem der Breite der elektronischen Vorrichtung entsprechenden Abstand voneinander angeordnet, so dass die Seiten des Rahmens außerhalb des erhöhten Abschnitts Führungsschienen für das Einschieben der Vorrichtung unter den erhöhten Abschnitt sind.
Vorzugsweise ist die elektronische Vorrichtung ein Transistor.
Vorzugsweise weist der Rahmen sich nach unten erstreckende Füße auf, die in eine Leiterplatte eingesetzt werden können.
Optional sind die Füße an die Leiterplatte lötbar.
Vorzugsweise weist bei der Kombination nach Anspruch 10 der Rahmen eine ebene Oberfläche auf, und jeder der Füße ist gegabelt und weist einen Zacken auf, der in die Leiterplatte passt.
Vorzugsweise ist die Fläche über dem Zacken überstehend, um einen Abstandshalterabschnitt zu bilden, der mit der Oberfläche der Leiterplatte in Eingriff gelangt, um zu verhindern, dass der Kühlkörper die Leiterplatte berührt.
Vorzugsweise hält der Abstandshalterabschnitt den Kühlkörper über der Oberfläche der Leiterplatte, so dass Flussmittel und Ablagerungen von der Leiterplatte entfernt werden können.
Die bisher genannten sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche besser verstanden werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine auseinander gezogene Darstellung eines Transistors, eines Kühlkörpers, einer Leiterplatte und der Klemmeinrichtung der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Seitenansicht der Klemmeinrichtung:
2A ist eine Seitenansicht des Klemmeinrichtungsausschnitts A in 2;
3 ist eine Vorderansicht der Klemmeinrichtung:
4 ist eine Draufsicht der Klemmeinrichtung und des Kühlkörpers;
4A ist eine Teilansicht entlang der Linie A-A in 4;
4B ist eine Teilansicht entlang der Linie B-B in 4; und
5 ist eine Vorderansicht der Klemmeinrichtung und des Kühlkörpers.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die Klemmeinrichtung der vorliegenden Erfindung weist einen Rahmen 10 auf, der eine Breite hat, die in den Schlitz 11 des Kühlkörpers 12 passt. Der Kühlkörper 12 ist von der Art, die gemäß der oben genannten Anmeldung von Fischer oder dem '331-Hinshaw-Patent hergestellt ist. Er weist Nadelrippen 14, 16, ... in einer Reihe und gleichartige Rippen in parallelen Reihen auf.
Die Klemmeinrichtung weist eine solche Breite auf, dass sie an gegenüberliegenden Seiten des Schlitzes 11 geklemmt werden kann. Ein erhöhter Abschnitt 20 befestigt eine elektronische Vorrichtung wie etwa einen Transistor 22 an dem Rahmen 10. Die Klemmeinrichtung weist einen Widerhaken 23 auf, der sich von den Seiten des Rahmens nach außen erstreckt. (Nachstehend werden die Wörter "nach außen", "nach oben" und "nach unten" verwendet, um Elemente, wie sie in den Zeichnungen zu sehen sind, zu beschreiben, es versteht sich jedoch, dass dies Verhältniswörter sind, die von der Richtung, aus der diese Elemente gesehen werden, abhängen.) Der Widerhaken drückt gegen den Kühlkörper, um den Rahmen an dem Kühlkörper einzurasten.
Die Widerhaken erstrecken sich von einer Krümmungslinie 26 aus, entlang welcher die Widerhaken aus der Ebene des Rahmens heraus gebogen sind, nach unten und nach außen. Diese Widerhaken bringen den Kühlkörper gegen eine Bewegung aus den Schlitzen heraus verriegelnd in Eingriff.
Der erhöhte Abschnitt 20 des Rahmens ist durch zwei parallele Einschnitte 28 und 30 in dem Rahmen definiert. Der Abschnitt 20 ist außerhalb der Ebene des Rahmens erhöht. Ein Transistor 22 wird unter den erhöhten Abschnitt geschoben und gegen den Kühlkörper durch die elastische Rückverformung des Metalls des erhöhten Abschnitts gesichert. Die Klemmeinrichtung weist sich nach unten erstreckende Füße 32 und 34 auf, die in die Löcher einer Leiterplatte 35 eingesetzt werden können. Diese Füße werden zur selben Zeit, zu der auch die Transistorzuleitungen 36 und 38 an die Leiterplatte gelötet werden, an die Leiterplatte 35 gelötet. Die Füße 32 und 34 sind gegabelt, so können sie zusammengedrückt werden, wenn sie in die Leiterplatte eingesetzt werden. Die elastische Rückverformung hält die Füße in den Löchern der Leiterplatte, bis sie verlötet sind. In den Füßen ist ein Zacken 42 vorgesehen, um die Fertigung zu erleichtern. Ein Abstandshalterabschnitt 44 des Rahmens ist über die Ebene der Fläche des Rahmens überstehend. Dieser Abstandshalterabschnitt gelangt mit der Oberfläche der Leiterplatte in Eingriff, um zu verhindern, dass der Kühlkörper die Leiterplatte berührt, und ermöglicht, Flussmittel und Ablagerungen von der Leiterplatte unter dem Kühlkörper zu waschen.
Die Klemmeinrichtung ist aus elastischem Metall wie zum Beispiel rostfreiem oder plattiertem Stahl hergestellt. Die Klemmeinrichtung wird aus einem Blech dieses elastischen Metalls derart gebildet, dass die Breite des Blechs den Rahmen 10 bildet, der in den Schlitz des Kühlkörpers passt.
An der bevorzugten Ausführungsform können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden. Die beigefügten Ansprüche sollen folglich alle derartigen Modifikationen der Erfindung abdecken.

Claims

Kombination aus einem Kühlkörper und einer Klemmeinrichtung zum Befestigen einer elektronischen Vorrichtung an dem Kühlkörper, wobei der Kühlkörper umfasst: – aufrechte parallele Kühlrippen (14, 16), die sich von dem Kühlkörper erstrecken, und einen Schlitz an dem Kühlkörper, der durch zwei Elemente definiert ist, die sich parallel zu den Kühlrippen, aber in entgegengesetzten Richtungen von diesen erstrecken, und einen unteren Abschnitt, der sich zwischen den zwei Elementen erstreckt, wobei der Schlitz an gegenüberliegenden Seiten der Elemente an seinem Boden Kerben aufweist, wobei die Klemmeinrichtung umfasst: – einen Rahmen, dessen Seiten mit einer Breite dazwischen in die Kerben des Kühlkörpers geklemmt sind; – einen Widerhaken (23), der sich von dem Rahmen nach außen erstreckt, wobei er gegen den Kühlkörper drückt, um den Rahmen an dem Kühlkörper zu sichern; – Mittel (22), um die elektronische Vorrichtung an dem Rahmen zu sichern, so dass die Vorrichtung direkt gegen den Kühlkörper gehalten wird.
Kombination nach Anspruch 1, bei der der Rahmen zwei Widerhaken (23) aufweist, die sich von gegenüberliegenden Seiten des Rahmens nach außen erstrecken.
Kombination nach Anspruch 1, bei der sich der Widerhaken (23) von einer Krümmungslinie aus, entlang welcher der Widerhaken aus der Ebene des Rahmens heraus gebogen ist, nach außen erstreckt, um den Kühlkörper gegen eine Bewegung in Richtung der Schlitze verriegelnd in Eingriff zu bringen.
Kombination nach Anspruch 1, bei der der Kühlkörper aufrechte parallele Kühlrippen an einer dem Schlitz gegenüberliegenden Seite aufweist.
Kombination nach Anspruch 4, bei der die Kühlrippen in Reihen und Spalten sind und bei der der Rahmen rechtwinklig ist, wobei einander gegenüberliegende Seiten des Rahmens in die Kerben am Boden des Schlitzes an dem Kühlkörper eingepasst sind.
Kombination nach Anspruch 1, bei der das Mittel zum Befestigen der elektronischen Vorrichtung an dem Rahmen einen erhöhten Abschnitt aufweist, der durch zwei parallele Einschnitte (28, 30) in dem Rahmen definiert ist, wobei der Abschnitt außerhalb der Ebene des Rahmens erhöht ist, so dass die elektronische Vorrichtung mittels des erhöhten Abschnitts gegen den Kühlkörper gesichert werden kann.
Kombination nach Anspruch 6, bei dem die parallelen Einschnitte (28, 30) in einem der Breite der elektronischen Vorrichtung entsprechenden Abstand voneinander angeordnet sind, so dass die Seiten des Rahmens außerhalb des erhöhten Abschnitts Führungsschienen für das Einschieben der Vorrichtung unter den erhöhten Abschnitt sind.
Kombination nach Anspruch 1, bei der die elektronische Vorrichtung ein Transistor ist.
Kombination nach Anspruch 1, bei der der Rahmen sich nach unten erstreckende Füße aufweist, die in eine Leiterplatte eingesetzt werden können.
Kombination nach Anspruch 9, bei der die Füße an die Leiterplatte lötbar sind.
Kombination nach Anspruch 10, bei der der Rahmen eine ebene Oberfläche aufweist und bei der jeder der Füße gegabelt ist und einen Zacken aufweist, der in die Leiterplatte passt.
Kombination nach Anspruch 10, bei der die Fläche über dem Zacken überstehend ist, um einen Abstandshalterabschnitt zu bilden, der mit der Oberfläche der Leiterplatte in Eingriff gelangt, um zu verhindern, dass der Kühlkörper die Leiterplatte berührt.
Kombination nach Anspruch 12, bei der der Abstandshalterabschnitt den Kühlkörper über der Oberfläche der Leiterplatte hält, so dass Flussmittel und Ablagerungen von der Leiterplatte entfernt werden können.