可靠散熱的電子設備的制作方法

專利名稱：可靠散熱的電子設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電子設備，例如電子開關。
此類設備通常含有一個電子開關電路，它設有一個電子功率構件，例如MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)、功率二極管等。這種功率構件在按規定使用時還產生巨大的損耗熱，該損耗熱必須從設備的外殼導出，以免開關電路過熱。為了保證有效導出損耗熱，通常將設備安裝在尤其金屬的冷卻體上。為了實現從設備向冷卻體的良好傳熱，將一塊配備有一個或多個功率構件的支承板直接組合在設備的外殼內。在這里支承板恰當地設在外殼的底板內，在裝配狀態底板直接貼靠在冷卻體的支承面上。因為支承板在冷卻體上的支靠越均勻和面積越大，在支承板與冷卻體之間的熱連接越好，所以設備通常用螺釘固定在冷卻體上，從而將支承板壓靠在冷卻體的支承面上。
為了建立這種螺釘連接，往往在設備的外殼上裝連接板，它們尤其沿外殼縱向從外殼伸出。這些連接板在結構上導致比較遠地離開支承板的重心。這意味著在設備與冷卻體用螺釘在這里連接的固定點也離支承板比較遠，因此，通過螺釘連接產生的預緊力只是不利地和損失很大地傳給支承板。這種不利的傳力途徑導致外殼高的扭曲負荷，這種扭曲負荷尤其強烈地出現在連接板到外殼的過渡區內以及在支承板棱邊的周圍。基于這種材料扭曲產生的應力可能導致外殼和/或支承板損壞，以及在最不利的情況下甚至斷裂。
為了避免所述的材料扭曲，有時將支承板與一金屬的裝配板全面地釬焊，該裝配板再用螺釘固定在冷卻體上。然而，支承板在裝配板上的所述釬焊不利地需要附加和費時的加工步驟。此外，裝配板意味著是設備的一個附加零件，它一方面提高了設備的生產成本，以及另一方面增大了設備的結構體積。
本發明的目的是提供一種電子設備，其中可以在避免所述缺點的情況下實現可靠散熱。
此目的按本發明通過權利要求1的特征達到。據此，設備的外殼設計為由多部分組成，包括一個殼座和一個殼蓋，殼蓋鞋盒狀套在殼座上。在這里，殼座有一塊規定用于靠放在冷卻體上的底板，在底板內裝入一塊配備有至少一個電子功率構件的支承板。殼蓋上又設有一用于將外殼固定在冷卻體上的并因而用于將支承板緊壓在冷卻體支承面上的安裝裝置。由該安裝裝置產生的壓緊力在這里通過至少一個支承部分從殼蓋傳給殼座。
通過由多部分尤其兩部分組成的外殼設計，外殼具有一種柔性，基于這種柔性將不對稱的材料扭曲在外殼的內部大體均勻地分配。換句話說，產生局部的材料扭曲時尤其兩個外殼部分可以相對作用，從而避免局部外殼區的過載。這尤其導致施加在設備上的壓緊力特別均勻地傳給底板，由此保證組合在底面內的支承板全面貼靠在冷卻體的支承面上。
通過至少一個支承部分，可以目標特別準確地將壓緊力傳給殼座。如下面還要詳細說明的那樣，優選地設多個支承部分，它們對稱地圍繞支承板并盡可能靠近支承板設置。由此將支承板特別好地、均勻地并因而愛護材料地壓靠在冷卻體上。
殼蓋和殼座優選相互卡鎖。因此這兩個外殼部分不僅在已裝配狀態而且在未完成裝配狀態均防止失落地互相固持。另一方面，該互鎖連接并不抵消外殼結構所具有的有利的柔性。
按恰當的設計，安裝裝置包括至少兩個緊固螺釘，它們每一個插入并支承在殼蓋的一個配屬的螺釘導引裝置內。為了改善傳力途徑使設備在這些地方固定在冷卻體上的緊固點能盡可能靠近支承板布置，所以每個螺釘導引裝置均穿過外殼內腔。這種結構設計對于尤其在裝配狀態作用在外殼上的扭曲負荷方面是特別有利的。螺釘導引裝置附加地用于緊固螺釘相對于外殼內腔的電絕緣。
有利地，在外殼的側壁區域內設一個或多個支承部分。在這里兩個沿外殼縱向定向的外殼壁稱為外殼的側壁，它們從底板出發折角。這些側壁置于支承板橫側的兩側，也就是沿支承板的縱向定向。因此，這些側壁設置為比較靠近支承板的重心，從而可以比較靠近中央地將力傳給支承板。
基于外殼分成兩部分的設計結構，兩個外殼部分，亦即殼蓋和殼座，在側壁的區域內搭接。因此，外殼的每個側壁包括互相層狀貼靠的一個殼蓋的側壁和一個與之配置的殼座的側壁。優選地，所述的或配屬于外殼每一個側壁的支承部分包括一個成形在第一外殼部分上的支承凸塊，它作用在第二外殼部分側壁內相應的支承輪廓上。作為第一個帶有支承凸塊的外殼部分，優選地選擇殼座，而作為第二外殼部分的殼蓋帶有所述支承輪廓。但按等效原則，也可以將支承凸塊安置在殼蓋上以及在殼座上設支承輪廓。此外，優選地各個支承部分大體設在每個側壁的縱向中央。但每個側壁也可以設多個支承部分。
側壁構成外殼結構最大的平面。因此它們對于在外殼內部作用的壓應力當然相對不太穩定。為了避免側壁在壓緊力作用下彎曲并因而可能使設在側壁內的一個或多個支承部分從其支承位置滑出，這個或每個凸塊優選地按側凹咬邊的方式設計。對此可以理解成，每個支承凸塊的支承棱邊成銳角從相關的側壁伸出，以及在支承位置倒扣住第二外殼部分貼靠著的支承輪廓。以此方式使互相貼靠著的側壁壓緊力越大互相壓得越緊。因此兩個外殼部分彼此貼靠的側壁在壓緊力作用下彼此更加穩定。為了進一步增強外殼的剛度，規定，殼座和/或殼蓋尤其在側壁區內設有加強筋。
為了在支承板的端側區內也實現良好傳力，按有利的設計，在一個或每個螺釘導引裝置的區域內也設一支承部分。此支承部分包括一個從螺釘導引裝置伸出的徑向凸塊，尤其是螺釘導引裝置的臺階狀展寬，它與殼座的一個與之對應的尤其形式上為空心圓柱形凸塊的止擋配合作用。
此外，為了進一步改善支承板在空心體上的支承，規定，支承板稍許超越底板伸入外殼的外部空間內。為了將壓緊力特別好和均勻地傳到支承板上，一個或每個螺釘導引裝置沿外殼縱向緊鄰支承板或離支承板小的距離處設置。此外，支承板相宜地完全被底板圍繞，以便能將壓緊力均勻地從殼座傳給支承板。
下面借助附圖詳細說明本發明的實施例。其中

圖1為一個電子設備的立體分解視圖，該電子設備具有一個包括一殼座及一殼蓋的外殼和一塊組合在殼座內用于電子功率構件的支承板；圖2為圖1所示設備組裝好后的立體視圖；以及圖3為圖2所示設備的縱剖面圖。
在所有的附圖中互相對應的部分采用相同的附圖標記。
圖1中透視表示的電子設備1例如涉及一種開關裝置。該設備1具有絕緣的外殼2。該外殼2分成兩部分以及包括一槽狀殼座3和一同樣槽狀的殼蓋4，殼蓋按鞋盒的形式套在殼座3上。此外設備1包括一個可裝入外殼2內的扁平的組件5，亦即一板狀的電路載體，其上配備有一個電子電路的各電子元件。
按設備1在圖2和3中表示的組裝狀態，扁平組件5與兩個裝在殼座3內的接觸夾子6和另一些同樣裝在殼座3內的電子功率構件7電連接。在這些從扁平組件5向外轉移出的電路元件，亦即接觸夾子6和功率構件7，與扁平組件5之間的接觸借助于觸銷8，觸銷8從殼座3伸入外殼內腔9中以及與扁平組件5在其下側10觸點接通。
殼蓋4設有兩個螺釘導引裝置11，其中各裝入一個緊固螺釘12。螺釘導引裝置11簡單地說各有大體空心圓柱形的凸塊，它們從殼蓋4伸入外殼內腔9并朝殼座3的方向伸出以及穿過整個外殼內腔9。因此，緊固螺釘12可以沿螺釘導引裝置11穿過外殼2插入，以及用于將設備1用螺釘固定在一個底座上尤其冷卻體13(參見圖3)上。因此，緊固螺釘12和配屬的螺釘導引裝置11也總稱為安裝裝置。
殼蓋4包括一個在中央的大體矩形的蓋面14，從其棱邊大體成直角地彎折出兩個側壁15和兩個端壁16。側壁15在這里沿外殼縱向17定向，而端壁16則垂直于其定向。側壁15和端壁16又在其相鄰的棱邊互相連接，所以殼蓋4簡單地說有一種在其下側開口的空心長方六面體的形狀。采用這種造型尤其在遭遇壓或扭曲負荷時殼蓋4是穩定的。為了進一步增強殼蓋4，側壁15設有加強筋18。加強筋18成型在側壁15面朝外殼內腔9的側面上。因此在按圖1的立體視圖中它們被遮住了，由于這一原因圖中只用虛線表示。
殼座3有一塊在中央的與殼蓋4的蓋面14對置的底板19，類似于殼蓋4，從底板出發大體成直角地彎折出側壁20和端壁21，端壁21作為接觸夾子6的通道被切成有很大的缺口。
在設備1的組合狀態，扁平組件5置入外殼2內(圖3)，以及殼座3與套上的殼蓋4互相卡鎖。安設在殼座3上的止動凸鼻22便用于此，它們分別插入加工在殼蓋4內的相應安裝座23內。此外，在組合狀態從每個側壁20向外伸出的支承凸塊24形狀封閉地置入一個加工在每個側壁15上的支承輪廓25中。在這里，支承凸塊24按側凹咬邊的形式設計，所以它在支承輪廓25的區域內倒扣住側壁15。
設備1尤其設計為能將在設備1工作時由功率構件7產生的損耗熱從設備1可靠地排出。為此，功率構件7安裝在一個尤其陶瓷的支承板26上，支承板26又不可拆地組合在殼座3的底板19中。為此，將支承板26從外部置入底板19的窗口狀孔內并與殼座3優選粘結。殼座3與支承板26在其整個邊緣區重疊，所以支承板26被殼座3完全圍繞。若如圖3所示設備1通過底板19裝在冷卻體13上，則支承板26支靠在冷卻體13的支承面27上，由此使功率構件7內產生的損耗熱可以經由薄的支承板26直接流入冷卻體13內。支承板26和冷卻體13可選擇按傳統的技術中間連接一種圖中沒有進一步表示的導熱膜或導熱膏來改善熱傳導。
對于支承板26與冷卻體13之間良好的熱接觸而言重要的是，支承板26在預緊力作用下并且盡可能大面積地支靠在支承面27上。在這里支承板26應盡可能均勻壓靠在支承面27上，以避免造成損壞的材料扭曲。為了產生必要的壓緊力F，將緊固螺釘12旋入加工在冷卻體13內的相應的螺紋孔28內。在這里壓緊力F通過螺釘導引裝置11與每個緊固螺釘12的螺釘頭29對應的支座30傳給殼蓋4。壓緊力F從殼蓋4通過下面將詳細說明的支承部分傳給殼座3。殼座3再將壓緊力F至少部分傳給支承板26，由此將它預緊地壓靠在支承面27上。此外，部分壓緊力F經殼座3的底板19傳給冷卻體13。
上述支承部分之一由支承凸塊24和對應的支承輪廓25構成(圖2)。借助支承凸塊24和對應的支承輪廓25，使壓緊力F有利地通過每對側壁15和20傳遞。因此這種力的傳遞在支承板26橫邊的附近進行并就此而言比較靠近支承板26的重心，這對于傳力途徑是特別有利的。在每個螺釘導引裝置11的區域內各設一個附加的支承部分，它包括一個設計為臺階狀展寬的徑向凸塊31和一個對應的止擋32，后者設計為殼座3上大體空心圓柱形地伸入外殼內腔9中的凸塊以及同心地圍繞著配屬的螺釘導引裝置11。由各一個徑向凸塊31和一個相應的止擋32構成的支承部分沿外殼縱向17緊鄰支承板26設置。因此，壓緊力F相對于支承板26是全面和對稱的并因而可特別均勻地從殼蓋4傳給殼座3，并從殼座傳給支承板26。由此尤其避免局部某點的材料扭曲。為了能將壓緊力F盡可能多地傳給支承板26，令支承板從底板19輕微伸出。因此支承板26近乎被夾緊在底板19與支承面27之間。
外殼2分成兩部分的優點尤其突出地表現在當緊固螺釘12不對稱地，亦即以不同大小的預緊度旋緊在冷卻體13上的情況下。特別是因為這兩個外殼半部基于比較柔性的互鎖連接可以相互作用，從而避免了在外殼材料內部的局部應力峰值。
權利要求
1.一種電子設備(1)，其具有一個分成多個部分的外殼(2)，包括一個殼座(3)和一個殼蓋(4)，其中，在所述殼座(3)的一底板(19)上設置一塊配備有至少一個電子功率構件(7)的支承板(26)，其中，所述殼蓋(4)帶有一安裝裝置(11、12)，用于在將支承板(26)壓緊在一冷卻體(13)的一支承面(27)上的情況下將外殼(2)固定在該冷卻體(13)上，以及，設有至少一個支承部分(24、25、31、32)，用于將一個朝底板(19)方向定向的壓緊力(F)從殼蓋(4)傳遞到殼座(3)上。
2.按照權利要求1所述的電子設備(1)，其特征為所述殼座(3)和殼蓋(4)相互卡鎖。
3.按照權利要求1或2所述的電子設備(1)，其特征為所述安裝裝置(11、12)包括至少兩個緊固螺釘(12)和分別與之配屬的在所述殼蓋(4)上的螺釘導引裝置(11)，其中，每個螺釘導引裝置(11)穿過外殼內腔(9)。
4.按照權利要求1至3之一所述的電子設備(1)，其特征為所述支承部分(24、25)設在所述外殼(2)的一側壁(15、20)上。
5.按照權利要求4所述的電子設備(1)，其特征為所述支承部分(24、25)包括一個成形在第一外殼部分(3)側壁(20)上的支承凸塊(24)，該支承凸塊(24)作用在所述第二外殼部分(4)側壁(15)內一與之對應的支承輪廓(25)上。
6.按照權利要求5所述的電子設備(1)，其特征為所述支承凸塊(24)按側凹咬邊的方式設計構造。
7.按照權利要求1至6之一所述的電子設備(1)，其特征為所述殼座(3)和/或殼蓋(4)上設有加強筋(18)。
8.按照權利要求2至7之一所述的電子設備(1)，其特征為所述支承部分(31、32)包括所述殼蓋(14)中的螺釘導引裝置(11)的一徑向凸塊(31)，它與所述殼座(3)上的一對應的止擋(32)配合作用。
9.按照權利要求1至8之一所述的電子設備(1)，其特征為所述支承板(26)超越所述底板(19)向外伸出。
10.按照權利要求2至9之一所述的電子設備(1)，其特征為所述螺釘導引裝置(11)沿外殼縱向(17)緊鄰所述支承板(26)的每個縱向端或與所述支承板(26)的每個縱向端相距很小間距地設置。
11.按照權利要求1至10之一所述的電子設備(1)，其特征為所述殼座(3)的底板(19)構成一個用于所述支承板(26)的封閉框架。
全文摘要
本發明的目的是使電子設備(1)可靠散熱。為達到此目的采用一個分成多個部分的外殼(2)，包括一個殼座(3)和一個殼蓋(4)，其中，在殼座(3)的底板(19)上設有一塊配備有至少一個電子功率構件(7)的支承板(26)，殼蓋(4)帶有一安裝裝置(11、12)，用于在將支承板(26)緊壓在一冷卻體(13)支承面(27)上的情況下將外殼(2)固定在該冷卻體(13)上，以及，設有至少一個支承部分(24、25、31、32)，用于將一個朝底板(19)方向定向的壓緊力(F)從殼蓋(4)傳到殼座(3)上。
文檔編號H05K5/02GK1754411SQ200480005068
公開日2006年3月29日 申請日期2004年2月17日 優先權日2003年2月28日
發明者沃爾特·阿普費爾巴徹, 托馬斯·庫伯朱韋特, 安妮瑪麗·萊邁耶, 諾伯特·賴切巴赫 申請人:西門子公司