DE3916899C2 - Gehäuse zur Aufnahme einer elektronischen Schaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse zur Aufnahme einer elektronischen Schaltung.

Elektronische Bauelemente, beispielsweise Leistungs­ halbleiter oder IC's erzeugen im Betrieb oftmals eine verhältnismäßig große Verlustwärme, die zur Vermei­ dung von zur Zerstörung führender Überhitzung abge­ führt werden muß. Bekannt ist es, Leistungsbauelemen­ te auf Metallplatten oder profilierten Kühlblechen zu montieren. Aus elektrischen Gründen ist es dabei oft­ mals erforderlich, isolierende Materialien, insbeson­ dere Glimmerplättchen, zwischen Leistungsbauelement und Metallplatte bzw. Kühlblech vorzusehen. Ein der­ artiger Aufbau ist relativ aufwendig und teuer.

Ferner ist es bekannt, ein wannenförmiges Wärmeab­ leitprofil aus Metall einzusetzen, das ein elektroni­ sches Bauteil, z. B. ein Leistungshalbleiter unter Verwendung einer Wärmeleitpaste aufnimmt. Das Metallprofil ist zu seiner Fixierung in eine Vertie­ fung eines Kunststoffgehäuses eingeklipst. Der Aufbau dieser Anordnung ist ebenfalls relativ kompliziert und teuer.

In der Schrift DE 36 04 074 A1 wird ein Schaltgerät beschrieben, dessen Grundkörper aus Aluminiumnitrid besteht und auf dem eine elektronische Schaltung angeordnet ist. Die zwar im übrigen Gehäuse des Schaltgeräts vorhandenen Kunststoffe haben aber keine Wärmeleitfunktion.

Beim Gerät nach der Schrift EP 0 306 412 A1 ist in einem Gehäuse aus Kunststoff ein Kühlteil bzw. ein Wärmeabführelement eingesetzt. Diese Kühlteile haben aber zugleich noch die Doppelfunktion als elektrische Kontaktierungsmöglichkeit für die elektrischen Bauteile, die ferner auf einem Substrat aus Aluminiumoxid oder Keramik aufgebracht sind.

Bei dem in der Schrift DE 30 39 127 A1 beschriebenen elektrischen Gerät wird zwar ein aus Kunststoffmaterial bestehender Plattenkörper erwähnt. Die Kunststoffmaterialien sollen aber den ästhetischen Effekt verbessern. Die Wärmeabfuhr soll dort aufgrund der vorgesehenen Öffnungen verstärkt werden, so daß dadurch erst bedingt Kunststoffmaterialien verwendet werden können. Der Einsatz der Kunststoffmaterialien soll vor allem zur Gewichtsreduzierung führen.

Der beim elektronischen Gerät nach der Schrift DE 29 19 058 A1 verwendete Kunststoffgußkörper hat ausschließlich Schutzfunktionen. Auch wird eine zusätzliche Leiterplatte verwendet.

Das Gehäuse zur Aufnahme einer elektronischen Schaltung mit den im Hauptanspruch genannten Merkmalen hat demge­ genüber den Vorteil, daß durch das in den Boden eingelegte oder umspritzte Wärmeabführ­ element, dessen dem Bauelement abgewandte Seite einen Teil der Außen­ fläche des Bodens bildet, eine verbesserte Wärmeabfuhr erzielt wird. In Verbindung mit der eine Hohlauflage erzeugenden Ausnehmung wird eine Wärmerückkopplung in die dem Wärmeabführelement benachbarten Bereiche vermieden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gehäuses sind in den Unteransprüchen angegeben.

Vorzugsweise kommt ein Kunststoff mit einer besonders hohen Wärmeleitfähigkeit zum Ein­ satz.

Die Wärmeableitung wird dadurch verbessert, daß das Bauelement in einer Vertiefung des Trägers angeordnet ist.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Ge­ häuse einen auf dem Boden angeordneten, die elektro­ nische Schaltung umgebenden Rahmen auf. Dieser Rahmen kann vorzugsweise aus Kunststoff bestehen. Entweder sind Boden und Rahmen einstückig, vorzugsweise als Spritzteil, ausgebildet. Aufgrund des Kunststoff­ materials von Boden und Rahmen läßt sich jedoch auch eine Reibschweißverbindung zwischen ihnen herstellen. Es ist jedoch auch eine Klebeverbindung möglich, wo­ bei diese - aufgrund des gleichen Wärmeausdehnungsko­ effizienten des Kunststoffes wesentlich unkritischer gegenüber dem früheren Aufbau ist, bei dem Kunststoff und Metall zusammengefügt werden mußten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im nachfolgenden anhand der Figu­ ren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines eine elektro­ nische Schaltung aufnehmenden Gehäuses mit wärmeab­ leitender Befestigung eines elektronischen Bauele­ ments, das lediglich der grundsätzlichen Erläuterung des Aufbaus eines Gehäuses dient und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer eine Hohlauflage erzeugenden Ausnehmung im Ge­ häuseboden sowie einem mittels Reibschweißung befe­ stigten Rahmen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen Gehäuse 1, in denen elek­ tronische Schaltungen 2 untergebracht sind. Jede elektronische Schaltung 2 weist zumindest ein elek­ tronisches Bauelement 3 auf, das im Betrieb eine re­ lativ große Verlustwärme abgibt. Bei der elek­ tronischen Schaltung 2 handelt es sich um ein Steuer­ gerät einer elektronischen Zündanlage eines Kraft­ fahrzeuges.

Jedes Gehäuse 1 besteht aus einem Boden 4, einem Rah­ men 5 und einer Abdeckung 6. In den Seitenbereichen 7 und 8 des Bodens 4 sind Durchgangsbohrungen 9 vorge­ sehen, die - fluchtend - auch den Rahmen 5 durchset­ zen. Die Wandlungen der Durchgangsbohrungen sind vor­ zugsweise mit Hülsen 9' ausgekleidet. Die Durchgangs­ bohrungen 9 bzw. die Hülsen 9' dienen der Aufnahme von (nicht dargestellten) Befestigungsschrauben. Vorzugsweise wird das Gehäuse 1 derart an einer Befestigungsfläche, z. B. dem Chassis oder der Karos­ serie eines Kraftfahrzeuges, befestigt, daß für eine günstige Wärmeableitung ein möglichst großflächiger Kontakt besteht.

Der Boden 4 des Gehäuses 1 bildet eine Grundplatte 11 für die elektronische Schaltung 2, d. h. sie stellt das Substrat dieser gedruckten Schaltung dar. Liegt beispielsweise ein Dickschichtaufbau vor, so ist die­ ser - wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt - direkt auf der Innenfläche 12 der Grundplatte 11 aufge­ bracht. Ferner weist die Innenfläche 12 eine Vertie­ fung 13 auf, in der das elektronische Bauelement 3 (z. B. ein Leistungstransistor) angeordnet ist. Vor­ zugsweise kann der Spaltraum 14 zwischen dem elektro­ nischen Bauelement 3 und den Wänden der Vertiefung 13 durch eine Wärmeleitpaste ausgefüllt sein.

Der Boden 4 des Gehäuses 1 besteht aus Kunststoff, so daß die Verlustwärme des elektronischen Bauelements 3 - ohne Zwischenschaltung von Metalleinlagen oder der­ gleichen - direkt über den Boden 4 zur nicht darge­ stellten Befestigungsfläche geleitet wird (Fig. 1). Die Grundplatte 11 bildet somit einen aus Kunststoff bestehenden Träger 15 für das elektronische Bauele­ ment 3.

Die Innenfläche 12 des Bodens 4 weist in den Seiten­ bereichen 7 und 8 jeweils eine Stufe 16 auf, die zur Führung des ebenfalls aus Kunststoff bestehenden Rah­ mens 5 dient. Vorzugsweise sind Boden 4 und Rahmen 5 durch Reibschweißung aneinander befestigt (Fig. 1 und 3). Der Rahmen 5 weist Nuten 17 auf, in die die Seitenränder der Abdeckung 6 eingreifen. Sofern die Abdeckung 6 ebenfalls aus Kunststoff hergestellt ist, kann ihre Befestigung an dem Rahmen 5 ebenfalls durch Reibschweißen erfolgen.

Das Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß der Fig. 2 unterscheidet sich von der Anordnung gemäß Fig. 1 dadurch, daß Bo­ den 4 und Rahmen 5 einstückig im Kunststoff-Spritz­ verfahren hergestellt sind. Ferner ist im Bereich des elektronischen Bauelements 3 ein Wärmeabführelement 18 vorgesehen. Dieses besteht aus Metall oder Alumi­ niumnitrid und ist in den Boden 4 eingelegt bzw. ein­ geschoben oder bei der Herstellung mit Teile des Bo­ dens 4 bildendem Kunststoff umspritzt.

Das Wärmeabführelement ist gemäß Fig. 2 als Vollpro­ fil ausgebildet. Es besitzt einen rechteckförmigen Grundkörper 19, von dessen Seiten 20 und 21 flügelar­ tige Fortsätze 22 einstückig ausgehen, die eine ge­ ringere Dicke als der Grundkörper 19 aufweisen. Mit seiner dem elektronischen Bauelement 3 abgewandten Seite 23 fluchtet das Wärmeabführelement 18 mit der Außenfläche 10 der übrigen Bereiche des Bodens 4. Die Vertiefung 13 auf der Innenfläche 12 der den Boden 4 bildenden Grundplatte 11 ist derart ausgebildet, daß ihr Grund von der der Seite 23 gegenüberliegenden Seite 24 des Wärmeabführelements 18 gebildet wird. Demgemäß befindet sich das elektronische Bauelement 3 in direktem Kontakt mit dem Wärmeabführelement 18. Die Verlustwärme wird dadurch im wesentlichen über das Wärmeabführelement 18 abgeführt und zu der nicht dargestellten, das Gehäuse 1 tragenden Befestigungs­ fläche geleitet.

Die Fig. 2 zeigt weiterhin, daß die aus Kunststoff bestehende, benachbart zum Wärmeab­ führelement 18 liegende Außenfläche 10 des Bodens 4 mit einer Ausnehmung 25 versehen ist. Durch die Aus­ nehmung 25 ist ein Hohlraum zwischen Boden 4 und der nicht dargestellten, das Gehäuse 1 tragenden Befesti­ gungsfläche ausgebildet, so daß das Wärmeab­ führelement 18 mit seiner Seite 23 eine definierte Auflage erhält und demgemäß ein gezielter, effektiver Wärmeabfluß erfolgt.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind Boden 4 und Rahmen 5 als separate Teile ausgebildet; selbstver­ ständlich ist es auch möglich, eine einteilige Ver­ sion vorzunehmen.

Aus der Fig. 2 geht hervor, das die Breite der Vertiefung 13 kleiner als die Breite des Grund­ körpers 19 des Wärmeabführelements 18 ist. Hierdurch bildet der Boden 4 im Bereich seiner Innenfläche 12 leistenförmige Stege 26 aus. Demgemäß kann die elek­ tronische Schaltung 2 bis an die Ränder der Ver­ tiefung 13 heranreichen und dennoch ein Wärmeabführ­ element 18 mit großer Querschnittsfläche eingesetzt werden, so daß auf engstem Raum eine sehr gute Wärmeabfuhr sichergestellt ist. Die Fortsätze 22 des Wärmeabführelements 18 vergrößern zum einen die Ober­ fläche, was sich positiv auf die Wärmeabfuhr aus­ wirkt, und zum anderen verhindern sie ein Herausfal­ len des Wärmeabführelements 18 bei der Handhabung des noch nicht montierten Gehäuses 1.

Die Erfindung ermöglicht einen einfachen und kosten­ günstigen Aufbau bei sehr guter Wärmeabfuhr. Durch die in den Boden des Gehäuses 1 eingelegte oder um­ spritzte Wärmeabführelemente zum Einsatz gelangen, ist ein kanalisierter Wärmefluß zur Wärmesenke (Befe­ stigungsfläche) gegeben. Eine besonders günstige Lö­ sung ergibt sich dadurch, daß auf der Innenfläche 12 des aus Kunststoff bestehenden Bodens 4 die elektro­ nische Schaltung, vorzugsweise im Dickschichtaufbau, direkt aufgebracht ist, so daß die Grundplatte 11 ei­ nerseits die Verlustwärme des elektronischen Bauele­ ments 3 abführt und andererseits zusätzlich als Dick­ schichtsubstrat dient. Mithin werden die genannten Aufgaben von einer Wandung des Gehäuses 1 übernommen.

Claims (12)

1. Gehäuse zur Aufnahme einer elektronischen Schaltung, insbesondere einer Hybridschaltung, mit mindestens einem elektrischen Bauelement, das wärmeleitend auf einem Boden (4) des Gehäuses (1) angeordnet ist, wobei der Boden (4) aus Kunststoff besteht und mindestens ein teilweise umspritztes oder eingelegtes, ein Teil des Bodens (4) bildendes Wärmeabführelement (18) aufweist, das mit seiner dem elektrischen Bauelement (3) abgewandten Seite (23) einen Teil der Außenfläche (10) des Bodens (4) bildet, und wobei die aus Kunststoff bestehende, benachbart zum Wärmeabführelement (18) liegende Außenfläche (10) des Bodens (4) mit mindestens einer, eine Hohlauflage erzeugenden Ausnehmung (25) versehen ist.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (4) aus einem eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Kunststoff besteht.

3. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (4) eine Grundplatte (11) einer elektro­ nischen Schaltung (2), insbesondere Hybrid-Schaltung bildet.

4. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung (2) im Dickschichtaufbau erstellt ist, der auf die Innenfläche (12) der Grund­ platte (11) aufgebracht ist.

5. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Bauelement (3) in einer Vertiefung (13) des Trägers (15) angeordnet ist.

6. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeabführelement (18) aus Metall besteht.

7. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeabführelement (18) aus Aluminiumnitrid be­ steht.

8. Gehäuse nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das wärmeerzeugende elektronische Bauelement (3) auf dem Wärmeabführelement (18) des Bodens (4) an­ geordnet ist.

9. Gehäuse nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) einen auf dem Boden (4) angeord­ neten, die elektronische Schaltung (2) umgebenden Rahmen (5) aufweist.

10. Gehäuse nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (5) aus Kunststoff besteht.

11. Gehäuse nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Boden (4) und Rahmen (5) einstückig ausgebildet sind.

12. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Boden (4) und Rahmen (5) durch Reibschweißung an­ einander befestigt sind.