WO2006015685A2 - Bauteilanordnung mit optimierter montagefähigkeit - Google Patents

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WO2006015685A2
WO2006015685A2 PCT/EP2005/007675 EP2005007675W WO2006015685A2 WO 2006015685 A2 WO2006015685 A2 WO 2006015685A2 EP 2005007675 W EP2005007675 W EP 2005007675W WO 2006015685 A2 WO2006015685 A2 WO 2006015685A2
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heat sink
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Anton Mauder
Wolfgang Scholz
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Infineon Technologies Ag
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Definitions

  • the invention relates to a component arrangement with a electronics module, a heat sink and a printed circuit board.
  • Such electronic modules are often soldered to the circuit board and fastened with screws or clamps on the heat sink.
  • thermal stresses can occur either at the soldering point or at the transition of the connecting legs into the housing, which can lead to crack formation on the solder or on the housing and thus failure of the electronic module.
  • thermoplastic housings do not withstand the high temperatures during wave soldering, so that in turn requires a separate, complex soldering step for mounting the electronics module ,
  • springs are inserted into the thermoplastic housing of an electronic module, which electrically contact the printed circuit board with a substrate of the electronic module arranged in the thermoplastic housing.
  • the electronics module it is necessary to provide the electronics module with a certain, for example, a Force generated by a screw connection to the printed circuit board.
  • a large-area, mechanically stable counter-holder which requires on the one hand mounting effort and, on the other hand, plenty of space, must be fastened to the side of the printed circuit board facing away from the electronic module the Lei ⁇ terplatte consumed.
  • WO 00/35262 shows a method for assembling an electronic component.
  • the electronic component which has spring contacts for electrical contacting, inserted into a holder and held therein by means of a lid.
  • the holder with the electronic component is placed or folded onto a carrier and contacted with contact surfaces of the carrier.
  • a strip which does not form part of the electronic component.
  • a further object of the invention is to provide an electronic module which is suitable for use in a component arrangement of this type. This object is achieved by a component arrangement according to An ⁇ claim 1 and by an electronic module according to claim 14.
  • Advantageous embodiments and further developments of the invention are the subject of dependent claims.
  • the component arrangement according to the invention comprises an electronic module, a cooling body contacted with the electronic module, a printed circuit board, and a fastening means for preferably permanent attachment of the electronic module to the printed circuit board and the heat sink.
  • the electronic module has at least one elastic connecting leg for solder-free contacting of the electronic module with the printed circuit board and a receptacle for the fastening means.
  • the electronic module comprises a decoupling means for decoupling the pressure force between the connecting leg and the printed circuit board from the contact force between the heat sink and the electronic module.
  • a further aspect of the invention is directed to an electronic module which can be used in such a component arrangement.
  • the electronic module is electrically contactable by means of a Befest Trents ⁇ by means of a printed circuit board and thermally with a heat sink. It has at least one elastic connection leg for solder-free contacting of the electronics module with the printed circuit board and a receptacle for the fastening means.
  • the electronic module comprises a decoupling means for decoupling the pressure force zwi ⁇ tween the connecting leg and the circuit board of the pressing force between the heat sink and the electronic module.
  • FIG. 1 shows a cross-section through a subassembly according to the invention, in which connecting legs are led out laterally from the electronic module, in cross-section,
  • FIG. 2 shows a component arrangement according to the invention, in which connecting legs are led out on the underside of the electronic module, in cross-section,
  • FIG. 3 shows a section of an electronic module with a laterally led out connecting leg in a side view
  • FIG. 4 shows a cross section through a component part arrangement according to the invention, in which the fastening element on
  • Edge of the electronics module is arranged
  • Figure 5 shows a portion of a solder-free contactable
  • Figure 6 is an elastic connecting leg.
  • the component arrangement shown in FIG. 1 comprises an electronics module 10 with a housing 15. Laterally projecting from the housing 15 are angled connecting legs 11 which extend in the direction of a printed circuit board 30 and which surround the electronic module 10 at contact points 111 with a not-so-thin Contact her ⁇ shown metallization on the front side 31 of the circuit board 30 lot lot.
  • the contact points 111 are preferably located on curved sections of the connecting legs 11. However, the ends 112 of the connecting legs 11 can likewise form the contact points 111.
  • the electronic module 10 On its side facing away from the printed circuit board 30, the electronic module 10 is thermally kontak ⁇ with a heat sink 20 kontak ⁇ advantage. In order to ensure good heat transfer between the electronic module 10 and the heat sink 20, it is necessary to press them together with high force.
  • the pressing force required for this purpose is generated by a fastening means 40 designed as a screw in order to ensure a permanent connection of these components.
  • the screw connects the heat sink 20, the printed circuit board 30 and the electronic module 10 arranged therebetween and generates both the contact force required for the thermal contact between the electronic module 10 and the heat sink 20, as well as for the electrical, solder-free contacting between the connecting legs 11 and the front side 31 of the printed circuit board 30 required pressure force.
  • this pressing force must be neither too low nor too high.
  • the connecting leg 11 has a certain preload.
  • the pressure force is too great, the elasticity range of the resilient connecting leg 11 may be exceeded and thus permanently deformed. In this case too, the electrical contact between the connection leg 11 and the printed circuit board 30 would be impaired, since the elastic element properties of a material outside its elasticity range.
  • first and second decoupling means 12, 13 are arranged between the housing 15 of the electronic module 10 and the printed circuit board 30.
  • These decoupling means 12, 13 are designed as spacers, ensure a minimum distance d ⁇ between the front side 31 of the printed circuit board 30 and the housing 15 of the electronic module 10, and thus limit the pressing force of the connecting legs 11 to the printed circuit board 30
  • the first and second Ent ⁇ coupling means 12, 13 on the same lengths dl.
  • at least one, particularly preferably each of the decoupling means 12, 13 is formed integrally with the housing of the electronics module 10.
  • FIG. 3 shows a section of the electronic module 10 shown in FIG. 1.
  • the electronic module 10 is not yet connected to the printed circuit board 30 in this view. Therefore, the connecting leg 11 assumes a relaxed position 51, in which it extends to a plane A.
  • the connecting leg 11 is brought by the printed circuit board 30 from its relaxed position 51 into a prestressed position 52 and then only extends up to a level B, which then coincides with the front side 31 of autism ⁇ plate 30 according to Figure 1.
  • the contact points 111 shown in Figure 1 between the front 31 of the circuit board 30- and the connection legs 11 is preferably between the housing 15 and the circuit board 30 arranged so on this aside from the electronics module 10 sufficient space for the assembly with other components remains.
  • the fastening means 40 is designed by way of example as a screw.
  • the screw is guided through an opening 33 of the printed circuit board 30 and through a channel-shaped receptacle 14 and screwed to a thread 21 of the heat sink 20.
  • One advantage of this arrangement is that the attachment means 40 does not laterally protrude beyond the housing 15 of the electronic module 10.
  • the first decoupling means 12 are arranged in the immediate vicinity of the screw. This measure ensures that the force introduced by the fastening means 40 is absorbed by the first decoupling means 12 and the sections 151 of the housing 15 arranged between the latter and the heat sink 20. In this way, bending or breaking of the printed circuit board 30 due to the force caused by the screw connection is avoided.
  • the typical compressive strength for a printed circuit board 30 used in a component arrangement according to the invention, for example of epoxy-glass fiber materials, is between 120 N / mm 2 and 200 N / mm 2 .
  • this type of fastening does not require a large-area counterholder such as the component arrangement according to the prior art. As a result, more space remains on the rear side 32 of the printed circuit board 30, which space is available for mounting further electronic components 35.
  • a washer 41 is preferably arranged between the head of the screw and the back 32 of the printed circuit board 30.
  • a spring der- or Tellertial be provided to compensate for thermo-mechanical stresses.
  • the second decoupling means 13 are in particular also provided to prevent tilting of the electronic module 10 with the attached heat sink 20 relative to the printed circuit board 30. Therefore, the second decoupling means 13 are spaced from each other and from the first decoupling means 12 in the lateral direction. As a result, regions which are arranged between the first and second decoupling means 12, 13 and which are delimited in the vertical direction by the printed circuit board 30 and by the housing 15 of the electronic module 10 are formed. Within these areas, the printed circuit board 30 can be equipped on its front side 31 with further electronic components 34, which leads to optimum space utilization of the printed circuit board 30.
  • FIG. 2 shows another preferred embodiment of a component arrangement according to the invention.
  • the connection legs 11 are not led out laterally but out of the electronics module on the underside of the housing 15.
  • the advantage of this arrangement is that the connection legs 11 are placed completely below the housing 15 and do not project laterally beyond it, so that the area of the printed circuit board 30 located laterally of the housing 15 is available for fitting with other components.
  • the printed circuit board 30, the electronic module 10 and the heat sink 20 are not yet firmly screwed together.
  • the first and the second decoupling means 12 and 13 have different lengths d1 and d0, wherein the lengths dl of the first decoupling means 12 are greater than those Lengths d ⁇ of the second decoupling means 13.
  • the first decoupling means 12 are made of an elastic material, then they can elastically deform during the production of the frictional connection between the printed circuit board 30, the electronic module 10 and the heat sink 20. As a result, its original length d 1 is reduced and the electronic module is reliably pressed against the heat sink via this spring force.
  • a resilient element eg spring or Tellerschei ⁇ be
  • the first and second decoupling means 12, 13 then have the length d ⁇ of the second decoupling means 13.
  • the first and / or second decoupling means 12, 13 have projections 18 which engage in bores 36 of the printed circuit board 30, which simplifies the positioning of the electronic module 10 on the printed circuit board 30 during assembly.
  • the extensions 18 secure the electronics module 10 against rotation on the printed circuit board 30.
  • the lengths of the extensions 18 are not included in the determination of the lengths d1, d0 of the first and second decoupling means 12, 13, respectively, since it is at the lengths dl, d ⁇ of the decoupling means 12, 13 is "effective" lengths, by which the distance between the housing 15 of the electronic module 10 and the front side 31 of autism ⁇ plate 30 is determined.
  • the inventive component arrangement allows a
  • the fastening means 40 is preferably arranged substantially in the middle of the electronic module 10. If the fastening means 40 is designed as a screw, as shown, various components of the electronic module 10, for example a power unit 16 and a control unit 17, can be arranged around the screw so that it is not necessary to carry one of the assemblies 16 or 17 with it an opening for passing the screw to provide.
  • FIG. 5 shows a section of an electronic module in a side view looking onto the connecting legs 11.
  • the housing 15 is shown partially broken away, so that two receptacles 14 designed as depressions can be seen.
  • a fastening spring ein ⁇ grab the ver ⁇ connects a printed circuit board 30, the electronic module 10, and a heat sink by their spring force ver ⁇ .
  • the connecting legs In order to ensure a proper contacting of the electronic module with the circuit board, the connecting legs must be designed in a suitable manner.
  • the connecting legs are formed as extensions of a metallic carrier strip (leadframe).
  • connection leg 11 is elastic and designed as an extension of a carrier strip 19.
  • the connecting leg 11 is preferably designed as a spring and preferably has a high rigidity.
  • a material for producing the struts 11 for example, a copper beryllium bronze is suitable.
  • an electrically conductive material e.g. Gold or other precious metals, tin, or alloys of these metals to coat.
  • a first level C characterizes the later housing limit, for example, after the encapsulation or encapsulation of the electronic module with a pressing or potting compound forming the housing 15.
  • the bending of the connecting leg 11 by an angle of preferably 90 ° is made in the region of the plane D.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bauteilanordnung mit einem Elektronikmodul. (10), einem mit dem Elektronikmodul (10) kontaktierten Kühlkörper (20), einer Leiterplatte (30) und einem Befestigungsmittel (40) zur Befestigung des Elektronikmoduls (10) mit der Leiterplatte (30) und dem Kühlkörper (20). Dabei weist das Elektronikmodul (10) wenigstens ein elastisches Anschlussbein (11) zur lotfreien Kontaktierung des Elektronikmoduls (10) mit der Leiterplatte (30) sowie eine Aufnahme (14) für das Befestigungsmittel (40) auf. Des weiteren umfasst das Elektronikmodul (10) ein Entkopplungsmittel (12) zur Entkopplung der Druckkraft zwischen dem Anschlussbein (11) und der Leiterplatte (30) von der Anpresskraft zwischen dem Kühlkörper (20) und dem Elektronikmodul (10). Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist auf ein Elektronikmodul (10) gerichtet, das bei einer derartigen Bauteilanordnung verwendbar ist.

Description

Beschreibung
Bauteilanordnung mit optimierter Montagefähigkeit
Die Erfindung betrifft eine Bauteilanordnung mit einem Elekt¬ ronikmodul, einem Kühlkörper und einer Leiterplatte.
Derartige Elektronikmodule werden häufig mit der Leiterplatte verlötet und mit Schrauben oder Klammern am Kühlkörper befes- tigt. Insbesondere wenn die Elektronikmodule ein umpresstes Gehäuse aufweisen, kann es entweder an der Lötstelle oder am Übergang der Anschlussbeine in das Gehäuse zu thermischen Spannungen kommen, die zur Rissbildung am Lot oder am Gehäuse und somit zum Ausfall des Elektronikmoduls führen können. Durch eine sorgfältige Montage ist es zwar möglich, diese Ge¬ fahr zu reduzieren, allerdings erhöhen sich dadurch die mit der Montage verbundenen Kosten.
Darüber hinaus kann es je nach Montagekonzept erforderlich sein, das Elektronikmodul in einem separaten Lötschritt e- lektrisch zu kontaktieren, was ebenfalls mit zusätzlichen Kosten verbunden ist.
Die Gefahr einer oben erwähnten Rissbildung kann zwar durch die Verwendung von Thermoplast-Gehäusen auf ein vertretbares Maß reduziert werden, jedoch halten diese Thermoplast-Gehäuse den hohen Temperaturen beim Schwallbadlöten nicht stand, so dass zur Montage des Elektronikmoduls wiederum ein eigener, aufwändiger Lötschritt erforderlich ist.
Bei einer alternativen Ausführungsform werden in das Thermo¬ plast-Gehäuse eines Elektronikmoduls Federn eingesteckt, die die Leiterplatte elektrisch mit einem in dem Thermoplast- Gehäuse angeordneten Substrat des Elektronikmoduls kontaktie- ren. Dabei ist es erforderlich, das Elektronikmodul mit einer gewissen, beispielsweise durch eine mittels einer Verschrau- bung erzeugte Kraft an die Leiterplatte anzudrücken. Damit es dabei wegen des zur Kontaktierung des Kühlkörpers erforderlichen Anpressdrucks nicht zu einer Verformung der Leiterplatte kommt, muss auf der dem Elektronikmodul abge- wandten Seite der Leiterplatte ein großflächiger, mechanisch stabiler Gegenhalter befestigt werden, der einerseits Monta¬ geaufwand erfordert und andererseits viel Platz auf der Lei¬ terplatte verbraucht.
Aus der US 6,580,613 B2 ist eine Elektronikbaugruppe bekannt, bei der eine oder mehrere Halbleiterchips mittels leitender Anschlüsse lotfrei mit einer Leiterplatte kontaktiert werden können. Die Andruckkraft zur lotfreien Kontaktierung wird da¬ bei von einem Rahmen, der gleichzeitig als Kühlkörper dient, erzeugt. Diese Anordnung weist den Nachteil auf, dass die An¬ druckkraft zwischen den leitenden Anschlüssen und der Leiter¬ platte gegenüber der Anpresskraft zwischen den Halbleiter¬ chips und dem Kühlkörper nicht entkoppelt ist .
Die WO 00/35262 zeigt ein Verfahren zur Montage einer elekt¬ ronischen Komponente. Dazu wird die elektronische Komponente, die Federkontakte zur elektrischen Kontaktierung aufweist, in eine Halterung eingelegt und mittels eines Deckels darin gehalten. Die Halterung mit der elektronischen Komponente wird auf einen Träger aufgesetzt oder geklappt und mit Kon¬ taktflächen des Träger kontaktiert. Zwischen der elektroni¬ schen Komponente und dem Träger ist eine Leiste angeordnet, die keinen Bestandteil der elektronischen Komponente dar¬ stellt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bauteil- anordnung bereitzustellen, bei der ein Elektronikmodul elekt¬ risch lotfrei mit einer Leiterplatte sowie thermisch mit ei¬ nem Kühlkörper auf einfache Weise verbunden ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Elektronikmodul be¬ reitzustellen, das sich für die Verwendung in einer derarti¬ gen Bauteilanordnung eignet. Diese Aufgabe wird durch eine Bauteileanordnung gemäß An¬ spruch 1 sowie durch ein Elektronikmodul gemäß Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Bauteilanordnung umfasst ein Elektronik¬ modul, einen mit dem Elektronikmodul kontaktierten Kühlkör¬ per, eine Leiterplatte, sowie ein Befestigungsmittel zur vor- zugsweise dauerhaften Befestigung des Elektronikmoduls mit der Leiterplatte und dem Kühlkörper. Dabei weist das Elektro¬ nikmodul wenigstens ein elastisches Anschlussbein zur lot- freien Kontaktierung des Elektronikmoduls mit der Leiterplat¬ te sowie eine Aufnahme für das Befestigungsmittel auf. Des weiteren umfasst das Elektronikmodul ein Entkopplungsmittel zur Entkopplung der Druckkraft zwischen dem Anschlussbein und der Leiterplatte von der Anpresskraft zwischen dem Kühlkörper und dem Elektronikmodul .
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist auf ein Elektronikmodul gerichtet, das bei einer derartigen Bauteilanordnung verwend¬ bar ist. Das Elektronikmodul ist mittels eines Befestigungs¬ mittels elektrisch mit einer Leiterplatte und thermisch mit einem Kühlkörper kontaktierbar. Es weist wenigstens ein elas- tisches Anschlussbein zur lotfreien Kontaktierung des Elekt¬ ronikmoduls mit der Leiterplatte sowie eine Aufnahme für das Befestigungsmittel auf. Weiterhin umfasst das Elektronikmodul ein Entkopplungsmittel zur Entkopplung der Druckkraft zwi¬ schen dem Anschlussbein und der Leiterplatte von der Anpress- kraft zwischen dem Kühlkörper und dem Elektronikmodul.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher er¬ läutert.
In den Figuren zeigt Figur 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Bau¬ teilanordnung, bei der Anschlussbeine seitlich aus dem Elektronikmodul herausgeführt sind, im Quer¬ schnitt,
Figur 2 eine erfindungsgemäße Bauteilanordnung, bei dem An¬ schlussbeine auf der Unterseite des Elektronikmo¬ duls herausgeführt sind, im Querschnitt,
Figur 3 einen Abschnitt eines Elektronikmoduls mit einem seitlich herausgeführten Anschlussbein in Seitenan¬ sicht,
Figur 4 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Bau- teilanordnung, bei dem das Befestigungselement am
Rand des Elektronikmoduls angeordnet ist,
Figur 5 einen Abschnitt eines lotfreien kontaktierbaren
Elektronikmoduls mit einer Aufnahme für eine Monta- geklammer in teilweise aufgebrochener Seitenan¬ sicht, und
Figur 6 ein elastisches Anschlussbein.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugzeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
Die in Figur 1 dargestellte Bauteilanordnung umfasst ein E- lektronikmodul 10 mit einem Gehäuse 15. Seitlich aus dem Ge- häuse 15 ragen abgewinkelte Anschlussbeine 11 hervor, die sich in Richtung einer Leiterplatte 30 erstrecken und die das Elektronikmodul 10 an Kontaktstellen 111 mit einer nicht nä¬ her dargestellten Metallisierung an der Vorderseite 31 der Leiterplatte 30 lotfrei kontaktieren. Die Kontaktstellen 111 befinden sich vorzugsweise an gekrümmten Abschnitten der An¬ schlussbeine 11. Ebenso können jedoch auch die Enden 112 der Anschlussbeine 11 die Kontaktstellen 111 bilden. Auf seiner der Leiterplatte 30 abgewandten Seite ist das Elektronikmodul 10 thermisch mit einem Kühlkörper 20 kontak¬ tiert. Damit ein guter Wärmeübergang zwischen dem Elektronik- modul 10 und dem Kühlkörper 20 gewährleistet ist, müssen bei¬ de mit hoher Kraft aneinander gepresst werden. Die hierzu er¬ forderliche Anpresskraft wird von einem als Schraube ausge¬ bildeten Befestigungsmittel 40 erzeugt, um eine dauerhafte Verbindung dieser Komponenten zu gewährleisten.
Die Schraube verbindet den Kühlkörper 20, die Leiterplatte 30 sowie das zwischen diesen angeordnete Elektronikmodul 10 mit¬ einander und erzeugt sowohl die für die thermische Kontaktie- rung zwischen dem Elektronikmodul 10 und dem Kühlkörper 20 erforderliche Anpresskraft, als auch die zur elektrischen, lotfreien Kontaktierung zwischen den Anschlussbeinen 11 und der Vorderseite 31 der Leiterplatte 30 erforderlichen An- druckkraft.
Damit eine ordnungsgemäße, lotfreie elektrische Kontaktierung des Elektronikmoduls 10 mit der Vorderseite 31 der Leiter¬ platte 30 sichergestellt ist, darf diese Andruckkraft weder zu niedrig noch zu hoch sein.
Bei einer zu niedrigen Andruckkraft ist die Kontaktierung zwischen dem Anschlussbein 11 und der Leiterplatte 30 zu schlecht, um hohe Ströme von zum Teil mehr als 10 Ampere oder sogar mehr als über 100 Ampere zu übertragen. Daher ist es erforderlich, dass das Anschlussbein 11 eine gewisse Vorspan- nung aufweist.
Ist andererseits die Andruckkraft zu groß, so kann es zu ei¬ ner Überschreitung des Elastizitätsbereichs des federelasti¬ schen Anschlussbeins 11 und somit zu einer dauerhaften Ver- formung desselben kommen. Auch in diesem Fall wäre die elekt¬ rische Kontaktierung zwischen dem Anschlussbein 11 und der Leiterplatte 30 beeinträchtigt, da sich die elastischen Ei- genschaften eines außerhalb seines Elastizitätsbereichs be¬ triebenen Materials signifikant verändern.
Daher sind, um die zwischen dem Anschlussbein 11 und der Lei- terplatte 30 wirkende Andruckkraft zu begrenzen, zwischen dem Gehäuse 15 des Elektronikmoduls 10 und der Leiterplatte 30 erste und zweite Entkopplungsmittel 12, 13 angeordnet. Diese Entkopplungsmittel 12, 13 sind als Abstandhalter ausgebildet, gewährleisten einen Mindestabstand dθ zwischen der Vordersei- te 31 der Leiterplatte 30 und dem Gehäuse 15 des Elektronik¬ moduls 10, und begrenzen damit die Andruckkraft der An¬ schlussbeine 11 an die Leiterplatte 30. Gemäß einer bevorzug¬ ten Ausführungsform weisen die ersten und die zweiten Ent¬ kopplungsmittel 12, 13 dieselben Längen dl auf. Des weiteren ist bevorzugt zumindest eines, besonders bevorzugt jedes der Entkopplungsmittel 12, 13 einstückig mit dem Gehäuse des E- lektronikmoduls 10 ausgebildet.
Insbesondere durch das zweite Entkopplungsmittel 13 wird auch die Vorspannung des Anschlussbeins 11 gegenüber der Leiter¬ platte 30, wie anhand von Figur 3 gezeigt, begrenzt. Figur 3 zeigt einen Abschnitt des in Figur 1 dargestellten Elektro¬ nikmoduls 10. Das Elektronikmodul 10 ist jedoch in dieser An¬ sicht noch nicht mit der Leiterplatte 30 verbunden. Daher nimmt das Anschlussbein 11 eine entspannte Position 51 ein, in der es sich bis zu einer Ebene A erstreckt.
Wird das Elektronikmodul 10 in der anhand von Figur 1 be¬ schriebenen Weise mit einer Leiterplatte 30 verbunden, so wird das Anschlussbein 11 durch die Leiterplatte 30 aus sei¬ ner entspannten Position 51 in eine vorgespannte Position 52 gebracht und erstreckt sich dann nur noch bis zu einer Ebene B, die dann zusammenfällt mit der Vorderseite 31 der Leiter¬ platte 30 gemäß Figur 1. Die in Figur 1 gezeigten Kontakt- stellen 111 zwischen der Vorderseite 31 der Leiterplatte 30 -und den Anschlussbeinen 11 ist bevorzugt zwischen dem Gehäuse 15 und der Leiterplatte 30 angeordnet, so dass auf dieser seitlich neben dem Elektronikmodul 10 ausreichend Platz für die Bestückung mit anderen Bauelementen verbleibt .
Bei der Bauteilanordnung gemäß Figur 1 ist das Befestigungs- mittel 40 beispielhaft als Schraube ausgebildet. Die Schraube ist durch eine Öffnung 33 der Leiterplatte 30 sowie durch ei¬ ne kanalförmig ausgebildete Aufnahme 14 geführt und mit einem Gewinde 21 des Kühlkörpers 20 verschraubt. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass das Befestigungsmittel 40 seit- lieh nicht über das Gehäuse 15 des Elektronikmoduls 10 hin¬ ausragt.
Die ersten Entkopplungsmittel 12 sind dabei in unmittelbarer Nähe der Schraube angeordnet. Durch diese Maßnahme ist si- chergestellt, dass der durch das Befestigungsmittel 40 be¬ wirkte Krafteintrag von den ersten Entkopplungsmitteln 12 so¬ wie von den zwischen diesem und dem Kühlkörper 20 angeordne¬ ten Abschnitten 151 des Gehäuses 15 aufgenommen wird. Hier¬ durch wird eine Durchbiegung oder ein Brechen der Leiterplat- te 30 infolge der durch die Schraubverbindung bewirkten Kraft vermieden. Die typische Druckfestigkeit für eine bei einer erfindungsgemäßen Bauteilanordnung verwendeten Leiterplatte 30, beispielsweise aus Epoxy-Glasfaser-Materialien, liegt zwischen 120 N/mm2 und 200 N/mm2.
Zudem erfordert diese Art der Befestigung keinen großflächi¬ gen Gegenhalter wie die Bauteilanordnung gemäß dem Stand der Technik. Dadurch verbleibt auf der Rückseite 32 der Leiter¬ platte 30 mehr Platz, der für die Montage weiterer Elektro- nikkomponenten 35 zur Verfügung steht.
Um den vom Kopf der Schraube ausgehenden Krafteintrag auf die Leiterplatte 30 besser zu verteilen und die Leiterplatte 30 vor einer mechanischen Beschädigung zu schützen, ist zwischen dem Kopf der Schraube und der Rückseite 32 der Leiterplatte 30 bevorzugt eine Unterlegscheibe 41 angeordnet. Anstelle o- der zusätzlich zu der Unterlegscheibe kann auch noch eine Fe- der- oder Tellerscheibe zum Ausgleich thermomechanischer Spannungen vorgesehen sein. Durch das Eindrehen der Schraube kommt es zu einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen der Leiterplatte 30, dem Elektronikmodul 10 und dem Kühlkörper 20.
Die zweiten Entkopplungsmittel 13 sind insbesondere auch dazu vorgesehen, ein Verkippen des Elektronikmoduls 10 mit dem aufgesetzten Kühlkörper 20 gegenüber der Leiterplatte 30 zu vermeiden. Deshalb sind die zweiten Entkopplungsmittel 13 voneinander sowie von den ersten Entkopplungsmitteln 12 in lateraler Richtung beabstandet. Hierdurch entstehen zwischen den ersten und den zweiten Entkopplungsmitteln 12, 13 ange¬ ordnete Bereiche, die in vertikaler Richtung durch die Lei- terplatte 30 und durch das Gehäuse 15 des Elektronikmoduls 10 begrenzt sind. Innerhalb dieser Bereiche kann die Leiterplat¬ te 30 auf ihrer Vorderseite 31 mit weiteren Elektronikkompo¬ nenten 34 bestückt werden, was zu einer optimalen Platzaus¬ nutzung der Leiterplatte 30 führt.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemä- ßen Bauteilanordnung zeigt Figur 2. Im Unterschied zu der Bauteileanordnung gemäß Figur 1 sind die Anschlussbeine 11 nicht seitlich, sondern auf der Unterseite des Gehäuses 15 aus dem Elektronikmodul herausgeführt. Der Vorteil dieser An¬ ordnung besteht darin, dass die Anschlussbeine 11 vollständig unterhalb des Gehäuses 15 platziert sind und seitlich nicht über dieses hinausragen, so dass der seitlich des Gehäuses 15 gelegene Bereich der Leiterplatte 30 für die Bestückung mit anderen Komponenten zur Verfügung steht.
Unterschied zu der Bauteileanordnung gemäß Figur 1 besteht darin, dass die Leiterplatte 30, das Elektronikmodul 10 und der Kühlkörper 20 noch nicht fest miteinander verschraubt sind. Die ersten und die zweiten Entkopplungsmittel 12 und 13 weisen unterschiedliche Längen dl bzw. dθ auf, wobei die Län¬ ge dl der ersten Entkopplungsmittel 12 größer sind als die Längen dθ der zweiten Entkopplungsmittel 13. Sind die ersten Entkopplungsmittel 12 aus einem elastischen Material gebil¬ det, so kann es sich bei der Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung zwischen der Leiterplatte 30, dem Elektronikmodul 10 und dem Kühlkörper 20 elastisch verformen. Dadurch wird seine ursprüngliche Länge dl verringert und das Elektronikmo¬ dul wird über diese Federkraft zuverlässig an den Kühlkörper gepresst. Alternativ zu einem verformbaren Entkopplungsmittel 12 kann auch die Kraftübertragung auf das Befestigungsmittel 40 über ein federndes Element (z.B. Feder- oder Tellerschei¬ be) erfolgen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die ersten und zweiten Entkopplungsmittel 12, 13 dann die Länge dθ des zwei- ten Entkopplungsmittels 13 auf. Durch diese Maßnahme ist si¬ chergestellt, dass der durch das Befestigungsmittel 40 be¬ wirkte Krafteintrag von den ersten Entkopplungsmitteln 12 so¬ wie von den zwischen diesen und dem Kühlkörper 20 angeordne¬ ten Abschnitten des Gehäuses 15 aufgenommen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die ersten und/oder zweiten Entkopplungsmittel 12, 13 Fortsätze 18 auf, die in Bohrungen 36 der Leiterplatte 30 eingreifen, was die Positionierung des Elektronikmoduls 10 auf der Leiterplatte 30 bei der Montage vereinfacht. Zugleich sichern die Fortsät¬ ze 18 das Elektronikmodul 10 gegenüber einer Verdrehung auf der Leiterplatte 30. Die Längen der Fortsätze 18 werden bei der Bestimmung der Längen dl, dθ der ersten bzw. zweiten Ent¬ kopplungsmittel 12, 13 nicht mit eingerechnet, da es sich bei den Längen dl, dθ der Entkopplungsmittel 12, 13 um „wirksame" Längen handelt, durch die der Abstand zwischen dem Gehäuse 15 des Elektronikmoduls 10 und der Vorderseite 31 der Leiter¬ platte 30 bestimmt ist.
Die erfindungsgemäß Bauteilanordnung ermöglicht es, ein
Elektronikmodul 10 mittels eines einzigen Befestigungsmittels 40 miteinander zu verbinden, was die Montage erheblich ver- einfacht. In diesem Fall ist das Befestigungsmittel 40 bevor¬ zugt im Wesentlichen in der Mitte des Elektronikmoduls 10 an¬ geordnet. Ist das Befestigungsmittel 40 wie dargestellt als Schraube ausgebildet, so können verschiedene Baugruppen des Elektronikmoduls 10, beispielsweise ein Leistungsteil 16 und eine Steuereinheit 17, um die Schraube herum angeordnet wer¬ den, so dass es nicht erforderlich ist, eine der Baugruppen 16 oder 17 mit einer Öffnung zum Hindurchführen der Schraube zu versehen.
Generell ist es jedoch bei der Verwendung von nur einem ein¬ zigen Befestigungsmittel 40 ebenso möglich, dieses in ent¬ sprechender Weise im Randbereich des Elektronikmoduls 10 an¬ zuordnen. Eine derartige Anordnung ist besonders dann vor- teilhaft, wenn sich dadurch das Herstellen einer teuren Boh¬ rung oder Aussparung in einer Baugruppe, beispielsweise in einem Substrat eines Leistungsteils 16, vermeiden lässt. Eine solche Anordnung ist in Figur 4 dargestellt .
Bei dem bisher vorgestellten Befestigungsmittel wurden ledig¬ lich Schrauben beschrieben. Statt dessen können jedoch belie¬ bige in der Technik bekannte Befestigungsmittel wie bei¬ spielsweise Klammern, Nieten oder Rastnasen eingesetzt wer¬ den. Insbesondere bei der Verwendung von Klammern ist es vor- teilhaft, wenn das Elektronikmodul 10 eine oder mehrere Auf¬ nahmen 14 aufweist, wie dies in Figur 4 dargestellt ist.
Figur 5 zeigt einen Abschnitt eines Elektronikmoduls in Sei¬ tenansicht mit Blickrichtung auf die Anschlussbeine 11. Das Gehäuse 15 ist teilweise aufgebrochen dargestellt, so dass zwei als Vertiefungen ausgebildete Aufnahmen 14 erkennbar sind. In diese Aufnahmen 14 kann anstelle einer Schraube, wie sie in Figur 4 dargestellt ist, eine Befestigungsfeder ein¬ greifen, die eine Leiterplatte 30, das Elektronikmodul 10, sowie einen Kühlkörper durch ihre Federkraft miteinander ver¬ bindet. Infolge der mit derartigen Befestigungsfedern erziel¬ baren großen Federwege können insbesondere durch Kriecheigen- Schäften einer gegebenenfalls zwischen den Kühlkörper 20 und das Gehäuse 15 eingebrachten Wärmeleitpaste verursachte Ab¬ standsänderungen ausgeglichen werden.
Um eine ordnungsgemäße Kontaktierung des Elektronikmoduls mit der Leiterplatte zu gewährleisten, müssen die Anschlussbeine in geeigneter Weise ausgebildet sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Anschlussbeine als Fortsätze eines metallischen Trägerstreifens (Leadframe) ausgebildet.
Ein derartiges Anschlussbein ist in Figur 6 dargestellt. Das Anschlussbein 11 ist elastisch und als Fortsatz eines Träger¬ streifens 19 ausgebildet. Das Anschlussbein 11 ist bevorzugt als Feder ausgebildet und weist vorzugsweise eine hohe Stei- figkeit auf. Als Material zur Herstellung der Federbeine 11 eignet sich beispielsweise eine Kupfer-Beryllium-Bronze. Um eine gute elektrische Kontaktierung des Anschlussbeins 11 zu erreichen, ist es vorteilhaft, dieses mit einem elektrisch leitenden Material, z.B. Gold oder anderen Edelmetallen, Zinn, bzw. Legierungen dieser Metalle zu überziehen.
Damit das Anschlussbein 11 die in den Figuren 1, 2, 4 gezeig¬ te Form aufweist, muss es ausgehend von der dargestellten, ebenen Form noch gebogen werden. Eine erste Ebene C kenn- zeichnet die spätere Gehäusegrenze, beispielsweise nach dem Umspritzen oder Vergießen des Elektronikmoduls mit einer das Gehäuse 15 bildenden Press- bzw. Vergussmasse. Die Biegung des Anschlussbeins 11 um einen Winkel von bevorzugt 90° wird im Bereich der Ebene D hergestellt. Bezugszeichenliste
10 Elektronikmodul
11 Anschlussbein 111 Kontaktstelle
112 Ende des Anschlussbeins
12 Erstes Entkopplungsmittel
13 Zweites Entkopplungsmittel
14 Aufnahme 15 Gehäuse
16 Leistungsteil
17 Steuereinheit
18 Fortsatz
19 Trägerstreifen (Leadframe) 20 Kühlkörper
21 Gewinde des Kühlkörpers
30 Leiterplatte
31 Vorderseite der Leiterplatte
32 Rückseite der Leiterplatte 33 Bohrung
34 Elektronikkomponenten auf der Vorderseite
35 Elektronikkomponenten auf der Rückseite 36 Bohrung
40 Befestigungsmittel 41 Unterlegscheibe
51 Entspannte Position des Anschlussbeins
52 Vorgespannte Position des Anschlussbeins 151 Gehäuseabschnitte

Claims

Patentansprüche
1. Bauteilanordnung mit einem Elektronikmodul (10) , einem mit dem Elektronikmodul (10) kontaktierten Kühlkörper (20) , einer Leiterplatte (30) und einem Befestigungsmittel (40) zur Befestigung des Elektronikmoduls (10) mit der Leiterplatte (30) und dem Kühlkörper (20) , wobei das Elektronikmodul (10)
wenigstens ein elastisches Anschlussbein (11) zur lotfreien Kontaktierung des Elektronikmoduls (10) mit der Leiterplatte (30) ,
eine Aufnahme (14) für das Befestigungsmittel (40) , und
ein mit dem Entkopplungsmittel (12) zur Entkopplung der Druckkraft zwischen dem Anschlussbein (11) und der Leiterplatte (30) von der Anpresskraft zwischen dem Kühlkörper (20) und dem Elektronikmodul (10)
aufweist.
2. Bauteilanordnung nach Anspruch 1, bei dem das Entkopp¬ lungsmittel (12) als Distanzstück ausgebildet ist, das form- schlüssig zwischen dem Kühlkörper (20) und der Leiterplatte (30) angeordnet ist.
3. Bauteilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Be¬ festigungsmittel (40) als Schraube oder als Federklammer aus- gebildet ist.
4. Bauteilanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Aufnahme (14) als Bohrung oder als Nut ausgebil¬ det ist.
5. Bauteilanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem ersten Distanzstück (12) und einem zweiten Distanz- stück (13) , wobei der Abstand zwischen einem der Anschluss¬ beine (11) und dem ersten Distanzstück (12) größer ist als der Abstand zwischen diesem Anschlussbein (11) und dem zwei¬ ten Distanzstück (13) .
6. Bauteilanordnung nach Anspruch 5, bei dem die Länge (dl) des ersten Distanzstückes (12) größer oder gleich ist der Länge (d2) des zweiten Distanzstückes (13) .
7. Bauteilanordnung nach Anspruch 5 oder 6, bei dem zwischen dem ersten Distanzstück (12) und dem zweiten Distanzstück (13) zumindest ein mit der Leiterplatte (30) verbundenes e- lektronisches Bauteil (34) angeordnet ist.
8. Bauteilanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zumindest ein elastisches Anschlussbein (11) als Fe¬ der ausgebildet ist.
9. Bauteilanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zumindest ein elastisches Anschlussbein (11) als Fe¬ der ausgebildet ist.
10. Bauteilanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Elektronikmodul (10) ein Gehäuse (15) aufweist.
11. Bauteilanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem sich das wenigstens eine Anschlussbein (11) in late¬ raler Richtung nicht über das Gehäuse (15) hinaus erstreckt.
12. Bauteilanordnung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, bei dem zumindest eines der Entkopplungsmittel (12) einstü¬ ckig mit dem Gehäuse (15) ausgebildet ist.
13. Bauteilanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Leiterplatte (30) eine maximale Druckfestigkeit zwischen 120 N/mm2 und 200 N/mm2 aufweist.
14. Elektronikmodul (10), das mittels eines Befestigungsmit¬ tels (40) elektrisch mit einer Leiterplatte (30) und ther¬ misch mit einem Kühlkörper (20) kontaktierbar ist, und das
wenigstens ein elastisches Anschlussbein (11) zur lotfreien Kontaktierung des Elektronikmoduls (10) mit der Leiterplatte (30) ,
- eine Aufnahme (14) für das Befestigungsmittel (40) , und
ein Entkopplungsmittel (12) zur Entkopplung der Druckkraft zwischen dem Anschlussbein (11) und der Leiterplatte (30) von der Anpresskraft zwischen dem Kühlkörper (20) und dem Elektronikmodul (10)
aufweist.
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