DE3437774C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kühlung von auf senkrecht stehenden einreihigen Schaltungsmodulen aufge­ brachten Leistungshalbleitern entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Anordnung ist aus der DE-AS 11 04 576 bekannt.

Bei der bekannten Anordnung ist eine gedruckte Schaltung mit Wärmeableiter vorgesehen, bei der fast die gesamte Bestückungs­ seite mit einem dünnen Metallbelag versehen ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung von Wärmeableitflächen kann natürlich auf der Bestückungsseite keine Verdrahtung in Form von Leiterbahnen vorhanden sein. Die Leiterbahnen müssen sich demzufolge zwangsläufig auf der Rückseite der Leiterplatte befinden. Eine Wärmeableitung ist auch nur dann gegeben, wenn die Gehäuseform der Bauelemente derart ausgestaltet ist, daß sich eine großflächige Berührung mit der Metallschicht ergibt. Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, ist es bei einer derartigen gedruckten Schaltung mit Wärmeableiter außerdem unbedingt erforderlich, daß die Leiterplatte Löcher zur Befestigung und zur Kontaktierung aufweist.

Es werden jedoch auch Schaltungsanordnungen hergestellt, die nur auf einer Seite bedruckt werden, wobei auch Bau­ elemente in den Druck mit einbezogen werden und andere Bauelemente gehäuselos bestückt werden. Bei derartigen hybrid-integrierten Schaltungen, vorzugsweise Dickschicht- Schaltungen wird die Verdrahtung nahezu ausschließlich auf der Bestückungsseite ausgeführt. Auch bei in derartiger Technologie hergestellten Schaltungen ist oft eine Wärmeableitung erforderlich. Ein gehäuseloses, senkrecht steckbares Single-in-Line-Schaltungsmodul ist aus der DE-OS 31 23 201 bekannt. Dieses Schaltungsmodul weist ein Kühlblech auf, das in entfernbarer Weise angeklammert ist. Dabei besteht aber die gesamte Kühlvorrichtung aus mehreren Teilen, die mechanisch so präzise ausgeführt sein müssen, daß sie ineinander eingreifen und dabei eine feste, wärme­ leitfähige Verbindung entsteht. Die Bauform eines derartigen Schaltungmoduls wird durch die Kühlvorrichtung wesentlich beeinflußt, so daß beim Anbringen solcher Schaltungsmodule auf einer Trägerplatte die Bestückungsdichte von der An­ ordnung der Kühlbleche abhängig ist. Es ergeben sich außerdem durch den zusätzlichen Aufwand der Klammervorrichtungen wesentliche Verteuerungen.

Außerdem ist es aus "IBM-Technical Disclosure Bulletin", Vol. 13, Nr. 7, Dez. 1970, bekannt, Federklips zur wärmeleitenden Verbindung von elektronischen Schaltungen mit Metallteilen vorzusehen. Dort ist auf Seite 2029 angegeben, daß Leiterplatten in an Rahmenteilen befestigten Klips federnd festgehalten werden. Diese Klips sind aus wärmeleitendem Material hergestellt, so daß die Wärme zu größeren Metallflächen des Rahmens abgeleitet werden kann. Eine diesen Klips ähnliche Ausführung der Klammer, wie sie im Patentanspruch 3 angegeben ist, ist bei der vorliegenden Erfindung in den Fig. 3 und 4 dargestellt, wobei jedoch eine Verbindung mit Rahmenteilen nicht vorgesehen ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine gattungsgemäße Anordnung zur Kühlung von auf senkrecht stehenden einreihigen Schaltungsmodulen aufgebrachten Leistungshalbleitern vor­ zustellen, wobei nur ein einziger Teil zur Kühlung jeweils eines Leistungshalbleiters erforderlich ist, welches die Bauhöhe eines Schaltungsmoduls nicht wesentlich beeinflußt. Diese Aufgabe wird mit Merkmalen gelöst, wie sie im Patent­ anspruch 1 angegeben sind.

Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß beim ent­ werfen derartiger Schaltungsmodule keine besonderen An­ strengungen erforderlich sind, um das Kühlproblem zu be­ herrschen. Die für die Kühlung eingesetzten Klammern lassen sich leicht optimal an die vom zu kühlenden Bauelement abge­ gebene Leistung anpassen. Die Größe der zur Kühlung einge­ setzten Klammer ist außerdem nicht abhängig von den äußeren Abmessungen eines Schaltungsmoduls. Deshalb können derartige federnde Klammern in wenigen genormten Größen in großen Stückzahlen hergestellt und bereitgehalten werden. Außerdem ist eine derartige Klammer sehr leicht auch nachträglich anzubringen, wenn es sich herausstellt, daß eine Kühlung notwendig ist. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeisiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Bestückungsseite eines Schaltungsmoduls,

Fig. 2 die Seitenansicht eines Schaltungsmoduls mit zusätzlichem Fortsatz bei der zur Kühlung eingesetzten Klammer,

Fig. 3 die Rückseite eines Schaltungsmoduls,

Fig. 4 die Seitenansicht eines Schaltungsmoduls mit Klammern ohne zusätzliche Fortsätze.

In der Fig. 1 ist schematisch dargestellt, wie ein Leistungs­ halbleiter L innerhalb eines Schaltungsmoduls SM bestückt sein kann. Ein solcher Leistungshalbleiter L ist mit einer Anschlußfahne AF ausgestattet, die eine erhöhte Wärmeableitung zuläßt. Zu diesem Zweck sind am Rande des Schaltungsmoduls Metallstreifen M angeordnet, womit die Anschlußfahne AF des Leitungshalbleiters L wärmeleitend verbunden wird. Dabei kann es sich durchaus auch um eine beispielsweise durch Löten hergestellte elektrisch leitende Verbindung handeln. Auf dem Substrat S sind außerdem selbstverständlich in bekannter Weise nicht dargestellte zwischen den einzelnen Bauelementen ver­ laufende elektrische Verbindungen aufgebracht. Wenn die durch die Metallstreifen M gebildete zusätzliche Kühlfläche nicht ausreicht, so wird eine Klammer KL aufgesetzt, deren Gestalt aus den Fig. 2 und 4 besser erkannt werden kann.

Die in der Fig. 2 dargestelte Klammer KL weist einen Fortsatz F auf, womit die gesamte Kühlfläche wesentlich vergrößert werden kann. Beim Einsatz einer derartigen Klammer KL mit Fortsatz F kann es sich erübrigen, daß die Rückseite des Schaltungsmoduls SM, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist, mit zusätzlichen Metallflächen MF ausge­ stattet sein muß. Wenn jedoch wegen einer größeren abzu­ führenden Wärmemenge eine große Kühlfläche benötigt wird, so kann diese größere Fläche dadurch gewonnen werden, daß eine Klammer KL mit Fortsatz F eingesetzt wird und zu­ sätzlich eine Metallfläche MF in entsprechender Größe auf der Rückseite des Schaltungsmoduls SM angeordnet ist.

In der Fig. 3 ist dargestellt, wie zusätzliche Metall­ flächen MF auf der Rückseite eines Schaltungsmoduls SM ange­ ordnet sein können. Diese Metallflächen MF müssen elektrisch voneinander isoliert sein, wenn zwei verschiedene Leistungs­ halbleiter L mit einer Wärmeableitung ausgestattet sein müssen, die keine elektrische Verbindung miteinander haben dürfen. Die Seitenansicht einer derartigen Anordnung ist in Fig. 4 dargestellt. Dabei ist beispielsweise die eine Klammer KL 1 ohne zusätzlichen Fortsatz ausgeführt. Eine der­ artige Klammer KL 1 stellt also nur eine wärmeleitende Ver­ bindung zwischen dem Metallstreifen M auf der Vorderseite und der zugehörigen Metallfläche MF auf der Rückseite des Schaltungsmoduls SM her. In den meisten Anwendungsfällen wird eine derart einfach ausgeführte Klamer KL 1 genügen, um eine ausreichende Wärmeableitung zu erzielen.

Die Länge einer Klammer KL ist nicht an die äußeren Maße eines Schaltungsmoduls SM gebunden, insbesondere dann, wenn sie auf den oberen Rand des Schaltungsmoduls SM aufgesetzt wird. Eine derartige Klammer KL kann in Extremfällen durch­ aus auch länger sein als der Schaltungsmodul SM, wenn der in einer Baugruppe vorhandene Platz dies zuläßt, und wenn dies für eine ausreichende Wärmeableitung erforderlich ist. Es ist außerdem denkbar, daß derartige Klammern KL in längeren Streifen (Meterware) hergestellt werden, und für den jeweiligen Anwendungsfall auf eine entsprechende Länge zugeschnitten werden. Somit ist für die erfindungsge­ mäße Anordnung zur Kühlung von auf senkrecht stehenden einreihigen Schaltungsmodulen aufgebrachten Leistungshalb­ leitern eine vielseitige und doch individuell optimale Anwendung gegeben.

Claims (5)

1. Anordnung zur Kühlung von auf senkrecht stehenden einreihigen Schaltungsmodulen aufgebrachten Leistungshalbleitern, die zur Wärmeableitung mit großflächig herausgeführten Anschlußfahnen ausgestattet sind, welche mit großflächigen Metallstreifen auf der Bestückungsseite des Substrates des Schaltungsmoduls wärmeleitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstreifen (M) an den Rändern des Substrats (S) des Schaltungsmoduls (SM) angeordnet sind, und daß eine die Kante des Substrats (S) umfassende federnde Klammer (KL) zur Vergrößerung der gesamten Kühlfläche vorgesehen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammer (KL) einen vom Substrat (S) abstehenden großflächigen Fortsatz (F) hat.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammer (KL) lediglich eine wärmeleitende Verbindung zu auf der Rückseite des Substrats (S) befindlichen großen Metallflächen (MF) herstellt und keinen zusätzlichen Fortsatz (F) hat.

4. Anordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammer (KL) mit den Metallstreifen (M) und ggf. auch mit den Metallflächen (MF) der Rückseite zusätzlich verlötet wird.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Klammern (KL 1, KL 2) voneinander isoliert angebracht werden können, und auch die senkrechten Kanten des Substrates (S) benutzt werden.