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DE3614086C2 - Device for heat dissipation from a unit containing electronic components and method for thermally coupling a unit containing electronic components - Google Patents

Device for heat dissipation from a unit containing electronic components and method for thermally coupling a unit containing electronic components

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Publication number
DE3614086C2
DE3614086C2 DE3614086A DE3614086A DE3614086C2 DE 3614086 C2 DE3614086 C2 DE 3614086C2 DE 3614086 A DE3614086 A DE 3614086A DE 3614086 A DE3614086 A DE 3614086A DE 3614086 C2 DE3614086 C2 DE 3614086C2
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DE
Germany
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assembly
cooling plate
circuit board
spring clip
electronic components
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De Martiis Carlo Cognetti
Bruno Murari
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STMicroelectronics SRL
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SGS Microelettronica SpA
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmeableitung von einer elektronische Komponenten enthaltenden Baueinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.The invention relates to a device for heat dissipation from a electronic component containing unit according to the The preamble of claim 1 and a method according to the preamble of claim 5.

Eine solche Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind aus der DE-33 15 583 A1 bekannt.Such a device and such a method are known from the DE-33 15 583 A1 known.

Bei der bekannten Vorrichtung sitzt die Baueinheit auf einem Kühl­ block, welcher seinerseits auf der Kühlplatte angeordnet ist. Von der Oberseite der Baueinheit gehen nach allen Richtungen Leitungen aus, und die äußeren Enden dieser Leitungen sind mit Leitern auf der Oberseite der Schaltungsplatte verbunden. Die Baueinheit und der genannte Kühlblock sitzen in einem runden oder rechteckigen Fenster der Schaltungsplatte, so daß diese als Fenster ausgebildete Ausnehmung den Kühlblock und die Baueinheit seitlich vollständig umgibt. Der dazu erforderliche Herstellungsaufwand ist erheblich. Festgehalten wird die Baueinheit auf dem Kühlblock mit Hilfe einer dünnen leitenden Klebschicht, während der Kühlblock auf der Kühlplatte durch Löten oder Punkten angebracht ist. Ein Justieren oder ein Austauschen des Bauelements ist - wenn überhaupt - nur sehr schwierig möglich.In the known device, the assembly sits on a cooler block, which in turn is arranged on the cooling plate. Of the The top of the module has lines going out in all directions, and the outer ends of these lines are with conductors on the Top of the circuit board connected. The unit and the called cooling block sit in a round or rectangular window the circuit board so that this recess formed as a window completely surrounds the cooling block and the assembly from the side. The one for that required manufacturing effort is considerable. The is captured Assembly on the cooling block using a thin conductive Adhesive layer while soldering the cooling block on the cooling plate or points is attached. Adjusting or replacing the Component is very difficult - if at all - possible.

Aus dem DE-GM 79 06 405 ist eine Halbleiter-Kühlvorrichtung bekannt, bei der ein Kühlkörper an einem Gehäuse eines Chips mit Hilfe eines leitenden Metallstreifens angeschraubt ist. Die Befestigung mittels Schraubverbindung ist äußerst aufwendig und platzraubend. Außerdem besteht die Gefahr eines Bruchs der Platine. From DE-GM 79 06 405 is a semiconductor cooling device known in which a heat sink on a housing of a chip with the help a conductive metal strip is screwed on. The attachment by means of Screw connection is extremely complex and space-consuming. Furthermore there is a risk of the circuit board breaking.  

Aus der US-PS 3,480,836 ist es bekannt, in einer Schaltungsplatte ein elektronisches Bauteil anzuordnen, wozu in der Schaltungsplatte ein durchgehendes Fenster ausgebildet wird, in das hinein sich Enden von Leiterbahnen erstrecken, die auf einer Seite der Schaltungsplatte ausgebildet sind. Diese Enden der Leitungsbahnen tragen das Bauteil und sorgen auch für eine elektrische Verbindung.From US-PS 3,480,836 it is known in a circuit board Arrange electronic component, what in the circuit board through window is formed, into which ends extend from traces on one side of the circuit board are trained. These ends of the conductor tracks carry the component and also provide an electrical connection.

Aus dem DE-GM 80 24 180 ist eine Baugruppe bekannt, bei der seitliche aus einem Bauelement vorstehende Federkontakte U-förmig zurückgebogen sind, so daß die freien Enden der Kontakte in Berüh­ rung stehen mit Anschlußflächen auf einer Trägerplatte des Bauele­ ments. Ein Teil der Trägerplatte steht mit einer metallischen Kühlplatte in Verbindung, die nicht nur für eine Wärmeabfuhr sorgt, sondern auch eine mechanische Stabilisierung darstellt.From DE-GM 80 24 180 an assembly is known in which lateral spring contacts protruding from a component U-shaped are bent back so that the free ends of the contacts in contact tion are with pads on a support plate of the Bauele mentions. A part of the carrier plate stands with a metallic cooling plate in connection, which not only ensures heat dissipation, but also represents mechanical stabilization.

Aus der DE 29 19 058 A1 ist es bekannt, in einem eine Schaltungs­ platine umgebenen Gußkörper Hohlräume vorzusehen, in die die auf der Platine befindlichen Bauelemente hineinragen. In der Nähe von solchen Bauelementen, die Wärme erzeugen, ist außerdem eine Wärmeableitplatte vorgesehen.From DE 29 19 058 A1 it is known in a circuit Provide the surrounding cast body cavities in which the on the Protrude circuit board components. Near such Components that generate heat is also one Heat dissipation plate provided.

Aus der DE 28 23 699 A1 ist eine Kühlanordnung für wärmeerzeugende Halbleiterbauelemente bekannt, die aus einem U-förmigen Blechstück gebildet ist, welches auf einer Seitenwand des die Halbleiterelemente aufnehmenden Gehäuses gesteckt ist. Dabei ist ein Schenkel des U-förmigen Teils zur Außenseite des Gehäuses hingeführt, während an dem anderen Schenkel des U-förmigen Teils Teile der Halbleiterbau­ elemente anliegen. Die Bauelemente werden mit Hilfe einer Blattfeder an die Oberfläche des zweiten Schenkels des U-förmigen Metallteils angedrückt.DE 28 23 699 A1 describes a cooling arrangement for heat-generating Semiconductor components known from a U-shaped piece of sheet metal is formed, which on a side wall of the semiconductor elements receiving housing is inserted. One leg of the U-shaped part led to the outside of the housing while on the other leg of the U-shaped part of parts of semiconductor construction elements. The components are made with the help of a leaf spring to the surface of the second leg of the U-shaped metal part pressed.

Aus der GB 2 129 223 ist es bekannt, auf beiden Seiten von gedruckten Schaltungsplatinen Kühlplatten anzuordnen, und diese Kühlplatten durch am Rand befindliche U-förmige Clips anzudrücken. Dabei haben diese Federclips lediglich eine indirekte Funktion, d. h. sie dienen lediglich zum Andrücken der zur mechanischen Stabilisierung und zur Wärmeabfuhr dienenden Metallplatten an die Oberseite und die Unterseite der Schaltungsanordnung.From GB 2 129 223 it is known to be printed on both sides Circuit boards to arrange cooling plates, and through these cooling plates press on the U-shaped clips on the edge. Doing this  Spring clips are only an indirect function, i. H. they only serve to press the for mechanical stabilization and Heat dissipation metal plates on the top and the Bottom of the circuit arrangement.

Aus der DE 31 28 856 A1 ist eine Vorrichtung zum Befestigen von Bauteilen an einer Leiterplatte bekannt, die im wesentlichen aus einer mit Längsschlitzen versehenen Buchse besteht. Diese Buchse wird durch miteinander fluchtende Öffnungen in der Leiterplatte und in dem Bauteil sowie dem Kühlkörper gesteckt, so daß diese Teile wärmeleitend miteinander verbunden sind.DE 31 28 856 A1 describes a device for fastening Components known on a circuit board, which consists essentially of a with longitudinal slots provided. This jack is through aligned openings in the circuit board and in the component as well as the heat sink, so that these parts are thermally conductive are interconnected.

Die vorgenannten Nachteile sollen durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 bzw. ein Verfahren nach Anspruch 5 behoben werden.The aforementioned disadvantages are intended to be achieved by a device according to claim 1 or a method according to claim 5 can be remedied.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Preferred developments of the invention result from the Subclaims.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen von Ausführungsbeispielen naher erläutert. Es zeigen:The invention and further developments of the invention are as follows based on the drawings of exemplary embodiments explained in more detail. Show it:

Fig. 1a eine Schnittansicht in Richtung der Pfeile x-x der Fig. 1b einer Vorrichtung für die Wärmeableitung von einer Halbleiter- Baueinheit gemäß der vorliegenden Erfindung, die elektrische Leitungen an mehr als einer Seite der Baueinheit aufweist; und FIG. 1a is a sectional view in the direction of arrows a device for heat dissipation of a semiconductor assembly xx of Figure 1b according to the present invention, the electrical cables to more than one side comprising the assembly. and

Fig. 1b eine Perspektivansicht der Vorrichtung der Fig. 1a. Fig. 1b is a perspective view of the device of Fig. 1a.

In den Fig. 1a und 1b ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wärmeableitung von der Baueinheit 10, bei der Leitungen an mehr als einer Seite der Baueinheit vorhanden sind, zu einem Kühlkörper bzw. einer Kühlplatte 20 gezeigt. Die Vorrichtung besitzt einen Federclip 30, der an einem oberen Flächenbereich der Halbleiter-Baueinheit 10 sowie an einer Bodenfläche der Kühlplatte 20 angreift. Die Schaltungsplatte 15, in der eine Öffnung ausgebildet ist, ist dazu ausgelegt, in enger Nachbarschaft mit drei Seiten der Baueinheit 10 angeordnet zu werden. Auf diese Weise können sich bei der Baueinheit 10 die mit der Schaltungsplatte 15 elektrisch verbundenen elektrischen Leitungen 11 von drei Seiten der Baueinheit 10 wegerstrecken. Es ist möglich, ein wärmeleitendes Material 25 zwischen der Halbleiter-Baueinheit 10 und der Kühlplatte 20 zur Verbesserung der Wärmeleitung anzuordnen.In FIGS. 1a and 1b is a device according to the invention for heat dissipation from the unit 10, in which there are lines to more than one side of the assembly, shown to a heat sink or a cooling plate 20. The device has a spring clip 30 which engages on an upper surface area of the semiconductor assembly 10 and on a bottom surface of the cooling plate 20 . The circuit board 15 , in which an opening is formed, is designed to be arranged in close proximity to three sides of the assembly 10 . In this way, in the assembly 10, the electrical lines 11 electrically connected to the circuit board 15 can extend from three sides of the assembly 10 . It is possible to arrange a heat-conducting material 25 between the semiconductor assembly 10 and the cooling plate 20 in order to improve the heat conduction.

Wie in den Fig. 1a und 1b zu erkennen ist, ist ein Federclip 30 vorgesehen, um die Baueinheit 10, die Leitungen an mehr als einer ihrer Seiten aufweist, an der Kühlplatte 20 zu befestigen. Bei dieser Konfiguration schafft der Federclip 30 in Kombination mit der in der Schaltungsplatte 15 vorgesehenen Öffnung, die sich an der Stelle befindet, an der die Baueinheit 10 anzuordnen ist, mehrere deutliche Vorteile. Die Position der Halbleiter-Baueinheit 10 auf der Kühlplatte 20 kann etwas flexibler sein, und die Position der Baueinheit ist nicht durch die Position von Schraubenlöchern begrenzt, wie sie im Stand der Technik zum Teil erforderlich sind. Diese Flexibilität ermöglicht es, die Baueinheit 10 an verschiedenen Bereichen auf der oberen Oberfläche der Kühlplatte 20 zu befestigen. Außerdem ermöglicht es der Federclip 30, daß die Baueinheit näher an dem Rand der Kühlplatte 20 angeordnet wird. Der Federclip 30 läßt sich einfach und rasch entfernen, falls die Kühlplatte 20 relativ zu der Schaltungsplatte 15 bewegt werden muß. Falls die Baueinheit 10 von der Schaltungsplatte 15 getrennt bzw. entfernt werden muß, wird dieser Vorgang durch die einfache Entfernbarkeit des Federclips 30 erleichtert. Die Möglichkeit, eine elektrische Kopplung für Leitungen zu schaffen, die sich von mehreren Seiten der Halbleiter-Baueinheit wegerstrecken, wobei es sich bei dem in Fig. 1b gezeigten Ausführungsbeispiel um drei Seiten handelt, führt zu einer Erhöhung der Flexibilität der elektrischen Verbindung zwischen der Baueinheit und der Schaltungsplatte.As can be seen in FIGS . 1a and 1b, a spring clip 30 is provided in order to fasten the assembly 10 , which has lines on more than one of its sides, to the cooling plate 20 . With this configuration, the spring clip 30, in combination with the opening provided in the circuit board 15 , which is located at the location where the assembly 10 is to be arranged, creates several distinct advantages. The position of the semiconductor device 10 on the cooling plate 20 can be somewhat more flexible, and the position of the device is not limited by the position of screw holes, as are required in part in the prior art. This flexibility enables the assembly 10 to be attached to the upper surface of the cooling plate 20 in various areas. In addition, the spring clip 30 allows the assembly to be placed closer to the edge of the cooling plate 20 . The spring clip 30 can be easily and quickly removed if the cooling plate 20 has to be moved relative to the circuit board 15 . If the assembly 10 has to be separated or removed from the circuit board 15 , this process is facilitated by the simple removability of the spring clip 30 . The possibility of creating an electrical coupling for lines which extend away from several sides of the semiconductor component, the three exemplary embodiments shown in FIG. 1b increasing the flexibility of the electrical connection between the component and the circuit board.

Es sind eine Vorrichtung zur Wärmeableitung sowie ein Verfahren zum thermischen Koppeln einer Baueinheit 10 beschrieben, die elektronische Bauteile enthält. Die Wärmeableitung erfolgt unter Verwendung einer Kühlplatte 20, die unter einer Schaltungsplatte 15 angeordnet ist. Die Baueinheit 10, die sich von mehr als einer Seite der Baueinheit 10 wegerstreckende Leitungen 11 aufweist, wird derart auf der Kühlplatte 20 positioniert, daß die sich von den Seiten der Baueinheit 10 wegerstreckenden Leitungen 11 mit Leitern 16 auf der Schaltungsplatte 15 elektrisch gekoppelt werden können, wobei die Schaltungsplatte 15 um wenigstens zwei und vorzugsweise drei Seiten der Baueinheit 10 herum angeordnet ist. Die Baueinheit 10 wird an der Kühlplatte 20 mittels eines Federclips 30 befestigt. Der Federclip 30 gestattet ein flexibles Positionieren der Baueinheit 10 relativ zu der Kühlplatte 20, und zwar einschließlich einer Positionierung der Baueinheit 10 nahe bei der Kante der Kühlplatte 20. Die Wärmeleitung zwischen der Baueinheit 10 und der Kühlplatte 20 läßt sich durch Vorsehen eines zusammendrückbaren wärmeleitenden Materials 25 verbessern. Die Schaltungsplatte 15 ist vorzugsweise mit einer Öffnung versehen, so daß sich die Schaltungsplatte 15 sehr nahe zu den drei Seiten der Baueinheit 10 anordnen läßt, so daß eine Erhöhung der Verbindungs- bzw. Anschlußmöglichkeiten geschaffen ist.An apparatus for heat dissipation and a method for thermally coupling an assembly 10 that contains electronic components are described. The heat is dissipated using a cooling plate 20 , which is arranged under a circuit board 15 . The assembly 10 , which has lines 11 extending from more than one side of the assembly 10 , is positioned on the cooling plate 20 such that the lines 11 extending from the sides of the assembly 10 can be electrically coupled to conductors 16 on the circuit board 15 , wherein the circuit board 15 is arranged around at least two and preferably three sides of the assembly 10 . The assembly 10 is attached to the cooling plate 20 by means of a spring clip 30 . The spring clip 30 allows the assembly 10 to be flexibly positioned relative to the cooling plate 20 , including positioning the assembly 10 close to the edge of the cooling plate 20 . The heat conduction between the assembly 10 and the cooling plate 20 can be improved by providing a compressible heat-conducting material 25 . The circuit board 15 is preferably provided with an opening, so that the circuit board 15 can be arranged very close to the three sides of the assembly 10 , so that an increase in the connection or connection possibilities is created.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Wärmeableitung von einer elektronische Kompo­ nenten enthaltenden Baueinheit (10), von deren Oberseite sich in mehrere Richtungen elektrische Leitungen (11) wegerstrecken, mit einer Kühlplatte (20), auf deren Oberseite die Baueinheit (10) und eine Schaltungsplatte (15) gelagert sind, wobei die Baueinheit (10) in einer Ausnehmung der Schaltungsplatte aufgenommen ist, und die elektrischen Leitungen (11) der Baueinheit (10) mit auf der Obersei­ te der Schaltungsplatte (15) befindlichen elektrischen Leiterbahnen (16) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (10) an der Kühlplatte (20) mittels eines Federclips (30) gehalten wird, wobei ein Ende des Federclips an der Oberseite der Baueinheit (10) und ein anderes Ende des Federclips an der Unterseite der Kühlplatte (20) angreift.1. Device for heat dissipation from an electronic component ( 10 ), from the top of which electrical lines ( 11 ) extend in several directions, with a cooling plate ( 20 ), on the top of which the unit ( 10 ) and a circuit board ( 15 ) are mounted, the assembly ( 10 ) being received in a recess in the circuit board, and the electrical lines ( 11 ) of the assembly ( 10 ) are connected to electrical conductors ( 16 ) located on the upper side of the circuit board ( 15 ), thereby characterized in that the structural unit ( 10 ) is held on the cooling plate ( 20 ) by means of a spring clip ( 30 ), one end of the spring clip on the top of the structural unit ( 10 ) and another end of the spring clip on the underside of the cooling plate ( 20 ) attacks. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (10) und die Aus­ nehmung der Schaltungsplatte (15) im Kantenbereich der Kühlplatte (20) angeordnet sind, wobei die Ausnehmung zu der Kante hin offen ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the structural unit ( 10 ) and the recess from the circuit board ( 15 ) are arranged in the edge region of the cooling plate ( 20 ), the recess being open towards the edge. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Baueinheit (10) und der Kühlplatte (20) wärmeleitendes Material angeordnet ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that heat-conducting material is arranged between the structural unit ( 10 ) and the cooling plate ( 20 ). 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Federclip (30) eine Kante der Kühlplatte (20) und der Baueinheit (10) umgreift. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the spring clip ( 30 ) engages around an edge of the cooling plate ( 20 ) and the structural unit ( 10 ). 5. Verfahren zum thermischen Koppeln einer elektronische Komponen­ ten enthaltenden Baueinheit (10), von deren Oberseite sich in mehrere Richtungen elektrische Leitungen (11) wegerstrecken, mit einer Kühlplatte (20), auf deren Oberseite die Baueinheit (10) und eine Schaltungsplatte (15) gelagert sind, wobei die Baueinheit in einer Ausnehmung der Schaltungsplatte (10) aufgenommen wird, und die elektrischen Leitungen (11) der Baueinheit mit auf der Oberseite der Schaltungsplatte (15) befindlichen elektrischen Leiter­ bahnen (16) verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (10) mit Hilfe eines Federclips (30) an der Kühlplatte (20) befestigt wird, indem ein Ende des Federclips an der Oberseite der Baueinheit (10) und ein anderes Ende des Federclips an der Unterseite der Kühlplatte (20) zur Anlage gebracht wird.5. A method for the thermal coupling of an electronic component containing component ( 10 ), from the top of which electrical lines ( 11 ) extend in several directions, with a cooling plate ( 20 ), on the top of which the unit ( 10 ) and a circuit board ( 15 ) are mounted, the assembly being received in a recess in the circuit board ( 10 ), and the electrical lines ( 11 ) of the assembly being connected to electrical conductors ( 16 ) located on the top of the circuit board ( 15 ), characterized in that the assembly ( 10 ) is fastened to the cooling plate ( 20 ) with the aid of a spring clip ( 30 ), with one end of the spring clip on the top of the assembly ( 10 ) and another end of the spring clip on the underside of the cooling plate ( 20 ) brought.
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