專利名稱：具有最佳裝配能力的元件配置結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種包括電子模塊、散熱器和印刷電路板的元件配置結構。
背景技術：
這類電子模塊通常焊接在印刷電路板上并且通過螺釘或夾子緊固在散熱器上。特別是，如果電子模塊具有封閉式外殼，在焊接接頭或者導線進入外殼處就可能發生熱應力，以及可能在該接頭或外殼處引起裂紋的形成并由此造成電子模塊的失效。雖然通過仔細的裝配可以減少這種危險，但由此將使與裝配有關的費用增加。
此外，在單獨的焊接步驟中，對電子模塊進行電接觸的可能是所需的，這取決于裝配方案，但這樣做同樣會涉及附加費用。
雖然通過使用熱塑性外殼可以將上述裂紋形成的風險減少到一個可以接受的水平，但是這些熱塑性外殼不能承受在波動焊接時的高溫，因此，電子模塊的裝配再次需要一個復雜的單獨焊接步驟。
就一個可供選擇的實施例來說，彈簧被插入到電子模塊的熱塑性外殼內，并且使印刷電路板與設置在熱塑性外殼內的電子模塊的基體實現電接觸。在這種情況下，必須使用例如由螺釘裝置所產生的一定的力將電子模塊壓緊在印刷電路板上。
為了使這種方案不會由于與散熱器的接觸所需要的壓緊力而引起印刷電路板的變形，必須將一個機械穩定的大面積支撐裝置緊固在印刷電路板的面向離開電子模塊的一側，這樣，一方面需要增加裝配工作，另一方面將會占用印刷電路板上的大量空間。
US 6,580,613 B2公開了一種電子裝置，其中一個或更多半導體晶片可以通過導電接頭以無焊料方式與印刷電路板相接觸。在這種情況下，用于無焊料接觸的壓緊力由框架產生，該框架同時還供作散熱器之用。這種配置的缺點是在導電接頭與印刷電路板之間的壓緊力同在半導體晶片與散熱器之間的壓緊力不能斷開聯系。
WO 00/35262公開了一種用來安裝電子元件的方法。為此目的，將具有彈性觸點(用于電接觸)的電子元件放置在一個容器內并且用蓋固定于其中。裝有電子元件的該容器放置在一個承載裝置上(或在其上擺動)并且與該承載裝置的接觸區相接觸。不是該電子元件的組成部分的簧片配置在電子裝置與承載裝置之間。

發明內容
本發明的目的是提供一種元件配置結構，其中，電子模塊以無焊料方式與印刷電路板實現電連接，并且以任何方便的方式與散熱器實現熱連接。本發明的另一個目的是提供一種適合于這種元件配置結構中使用的電子模塊。
本發明的目的可以通過權利要求1所述的元件配置結構和權利要求14所述的電子模塊來達到。本發明的有利的具體體現和改進是從屬權利要求的主題。
本發明的元件配置結構包括電子模塊，與電子模塊相接觸的散熱器，印刷電路板以及用來將電子模塊最好是永久固定在印刷電路板和散熱器上的緊固裝置。在這種情況下，電子模塊具有至少一個用來電子模塊與印刷電路板實現無焊料接觸的彈性導線，以及一個用于緊固裝置的插座。此外，電子模塊包括一個用來使在彈性導線與印刷電路板之間的壓力同在散熱器與電子模塊之間的壓緊力斷開聯系的分離裝置。
本發明的另一個目的是提供一種可以在這種情況下在這類元件配置結構中使用的電子模塊。該電子模塊可以通過緊固裝置實現與印刷電路板的電接觸和與散熱器的熱接觸。該電子模塊具有至少一個用來使電子模塊與印刷電路板實現無焊料接觸的彈性導線，以及一個用于緊固裝置的插座。此外，電子模塊包括用來使在彈性導線與印刷電路板之間的壓力同在散熱器與電子模塊之間的壓緊力斷開聯系的分離裝置。


下面，將根據附圖對本發明進行詳細的說明，附圖中圖1以截面圖示出了穿過本發明元件配置結構截取的一個截面，其中，導線從電子模塊沿側向導出；
圖2以截面圖示出了本發明的元件配置結構，其中，導線從電子模塊的底面導出；圖3以側視圖示出了具有沿側向導出的導線的電子模塊的一部分；圖4示出了穿過本發明的元件配置結構截取的一個截面，其中，緊固裝置配置在電子模塊的邊緣處；圖5以局部剖開的側視圖示出了具有用于固定夾子的插座的可以無焊料接觸的電子模塊的一部分；以及圖6示出了一個彈性導線。
除非另有說明，相同的附圖標記表示具有同樣意義的相同零件。
具體實施例方式
在圖1中所示出的元件配置結構包括具有外殼(package)15的電子模塊10。從外殼15沿側向伸出的是被彎成某一角度離開的導線11，該導線朝印刷電路板30的方向延伸，并且利用在印刷電路板30的正面31上的金屬化(圖中未作更詳細地表示)，在接觸點111處以無焊料接觸的方式與電子模塊10相接觸。接觸點111最好位于導線11的弧線部分。但是，導線11的末端112同樣可以形成接觸點111。
在其面對遠離印刷電路板30的側面上，電子模塊10與散熱器20實現熱接觸。為了保證在電子模塊10與散熱器20之間的良好的熱傳遞，兩者之間必須具有較大的力壓緊。為此目的所需的壓緊力可以通過制成為螺釘的緊固裝置40來產生，以便保證這些部件的永久連接。
該螺釘將散熱器20、印刷電路板30和配置在后兩者之間的電子模塊10互相連接在一起，從而既在電子模塊10與散熱器20之間產生熱接觸所需要的壓緊力，又在導線11與印刷電路板30的正面31之間產生無焊料的電接觸所需要的壓緊力。
為了保證電子模塊10與印刷電路板30的正面31的正確的無焊料電接觸，該壓緊力必須不太小或不太大。
在壓緊力太小的情況下，在導線11與印刷電路板30之間的將因接觸不良而不能傳遞較大的電流，這些電流有時將超過10安培或者甚至超過100安培。所以，導線11必須具有一定的預應力。
另一方面，如果該壓緊力太大，彈性導線11的彈性范圍可能會被超過，因而就可能使該導線發生永久變形。此外，在這種情況下，在導線11與印刷電路板30之間的電接觸也將會由于材料的彈性特性工作在其彈性變化范圍之外很多而受到損害。
因此，為了限制作用在導線11與印刷電路板30之間的壓緊力，將第一和第二分離裝置12、13配置在電子模塊10的外殼15與印刷電路板30之間。分離裝置12、13制成為分隔件，它們可以保證在印刷電路板30的正面31與電子模塊10的外殼15之間的最小間隔d0，由此限定了導線11壓緊在印刷電路板30上的壓緊力。根據本發明的一個較佳實施例，第一和第二分離裝置12、13具有相同的長度d1。此外，應優先采用分離裝置12，13中的至少一個，最好是它們中的每一個與電子模塊10的外殼形成一個整體件。
具體地說，第二分離裝置13還具有限制導線11對于印刷電路板30的預應力的作用，如圖3中所示出的那樣。圖3示出了在圖1中所表示的電子模塊10的一部分。但是，電子模塊10在該視圖中還沒有與印刷電路板相連接。所以，導線11設想處于一個松弛位置51，該導線延伸到如水平標高A這樣的位置。
如果將電子模塊10以圖1中所描述的方式與印刷電路板30相連接，導線11將由印刷電路板30帶動離開其松弛位置51進入預應力位置52，然后只延伸到水平標高B這樣的位置，該導線就與圖1中的印刷電路板30的正面31的位置相重合。在圖1中示出的位于印刷電路板30的正面31與導線11之間的接觸點111優先配置在外殼15與印刷電路板30之間，以便在電子模塊10的旁邊留下用于裝載其他部件的足夠的空間。
在圖1中的元件配置結構的情況下，緊固裝置40可以例如由螺釘來形成。該螺釘通過在印刷電路板30中的孔33和作為通道形成的插座14導入，然后被擰緊在散熱器20的螺紋孔21中。這種配置的一個優點是，緊固裝置40不需要沿側向伸出到電子模塊10的外殼15的外邊。
第一分離裝置12在這種情況下配置在直接靠近螺釘的位置。這項措施保證了由緊固裝置40所產生的力可以由第一分離裝置12和配置在所述第一分離裝置與散熱器20之間的外殼15所吸收。這樣就避免了由于螺釘連接所產生的力的作用的結果而引起的印刷電路板30的彎曲或破裂。在本發明的元件配置結構的情況下，對印刷電路板30的壓力的典型的反作用抗力處于120牛頓/毫米2與200牛頓/毫米2之間，例如對于環氧樹脂玻璃纖維材料的印刷電路板而言。
此外，這種緊固裝置不需要以和現有技術的元件配置結構相同方式的大面積支撐。因此，在印刷電路板30的背面32上就留下了可用來安裝其他電子模塊35的更大的空間。
為了更好地分布由螺釘頭部在印刷電路板30上產生的力并且保護印刷電路板30不受機械損傷，應優先將墊片41配置在螺釘與印刷電路板30的背面32之間。也可以提供一個彈簧墊圈或圓盤墊圈來取代該墊片或者外加在該墊片上，以便補償熱機械應力。螺釘擰緊時將在印刷電路板30，電子模塊10與散熱器20之間產生一種非剛性的連接。
第二分離裝置13還可特別用來防止裝有散熱器20的電子模塊10相對于印刷電路板30的傾斜。因此，第二分離裝置13互相之間隔開一定距離，并且沿側向還與第一分離裝置12間隔一定距離。這種布局可以產生配置在第一與第二分離裝置12、13之間的區域，該區域在垂直方向以印刷電路板30和電子模塊10的外殼15為界限。在這些區域內，印刷電路板30在其正面31上可以裝載其他的電子模塊34，而這將導致在印刷電路板30上的空間的最佳利用。
圖2示出了本發明的元件配置結構的另一個最佳實施例。作為與圖1中的元件配置結構的區別，導線11不是從電子模塊沿側向引出，而是在外殼15的底面引出。該裝置的優點在于，導線11完全放在外殼15的下面，而不再沿側向伸出到該外殼的外面，因而印刷電路板30至外殼15的區域就可用來裝載其他部件。
同圖1中的元件配置結構的一個區別在于，印刷電路板30、電子模塊10和散熱器20互相之間不再牢固地擰緊在一起。第一和第二分離裝置12和13分別具有不同的長度d1和d0，第一分離裝置12的長度d1大于第二分離裝置13的長度。如果第一分離裝置12是由彈性材料制成的，當非剛性連接在印刷電路30、電子模塊10與散熱器20之間產生時，它們可以產生彈性變形。因此，其原始長度d1將減少，并且電子模塊將通過該彈性力可靠地壓緊在散熱器上。作為可變形的分離裝置12的替代方案，傳遞給緊固裝置40的力也可以由彈性件(例如彈簧墊圈或圓盤墊圈)產生。
此外，根據本發明的一個最佳實施例，第一和第二分離裝置12、13具有第二分離裝置13的長度d0。這項措施保證了由緊固裝置40產生的力可以由第一分離裝置12以及還可以由設置在所述第一分離裝置與散熱器20之間的外殼15的一部分來吸收。
根據本發明的一個最佳實施例，第一和/或第二分離裝置12、13具有延伸部分18，它們在印刷電路板30的孔36中接合，從而簡化了裝配時電子模塊10在印刷電路板30上的定位。同時，延伸部分18可以保護電子模塊10不受印刷電路板30的扭轉作用。當確定第一和第二分離裝置12、13的長度d1、d0時，延伸部分18的長度不計算在內，因為第一與第二分離裝置12、13的長度d1、d0是“有效”長度，在電子模塊10的外殼15與印刷電路板30的正面31之間的間隔是根據它們確定的。
本發明的元件配置結構使得借助單個緊固裝置40可實現電子模塊10、散熱器20、和印刷電路板30彼此連接，從而大大地簡化了裝配工作。在這種情況下，緊固裝置40應優先大體上配置在電子模塊10的中部。如果緊固裝置40制成為螺釘(如圖示的那樣)，電子模塊10的各種部件例如電源部分16和控制單元17都可以配置在螺釘的周圍，因而無需為部件16或17中的一者提供用來導引該螺釘穿過的孔。
然而，一般說來，當只使用一個緊固裝置40時，同樣也可以以適當的方式將部件配置在電子模塊10的邊緣區域。這種元件配置結構是有利的，特別是它在任何時候可以避免在組件(例如在電源部分16的基片)中制出一個昂貴的孔或間隙。這樣一種元件配置結構在圖4中示出。
迄今為止所給出的緊固裝置只是描述了螺釘裝置。但是，在現有技術中眾所周知的任何合乎需要的緊固裝置都可以用來替代螺釘，例如夾子、鉚釘或鎖閂凸耳等。特別是當使用夾子時，如果電子模塊10具有一個或更多插座14是有利的，如圖5中所示。
圖5以側視圖(沿著導線11的方向看去)示出了電子模塊的一部分。圖中示出的外殼15被部分地剖開，因此可以看見制成為凹部的兩個插座14。如圖4中所示，取代了螺釘的緊固彈簧可以與這些插座接合并且將印刷電路板30，電子模塊10以及散熱器20通過其彈簧力互相連接在一起。由于這種緊固彈簧能夠達到相當大的彈簧偏移，因而就可能補償由于導熱膠的蠕變特性所引起的間隙變化。
為了保證電子模塊與印刷電路板的正確接觸，導線必須以適當的方式制成。根據本發明的一個最佳實施例，導線被制成為金屬承載條(導線框架)的延伸部分。
這種形式的導線在圖6中示出。導線11被彈性地制成并且作為承載條19的延伸部分。導線11應優先制成為一個彈簧，并且最好是具有較高剛度的彈簧。銅-鈹青銅例如用來作為制造彈性導線11的材料是適當的。為了獲得導線11的良好的電接觸，給它用導電材料進行涂層將是有利的，例如金或其他貴金屬、錫或其金屬合金。
為了使導線11具有如圖1，2，4中所示的形狀，必須將它從圖示的平面形狀進行彎曲。第一水平標高C表示外殼的后面的極限位置，例如在用形成該外殼15的模塑或埋置組合體封裝或埋置了電子模塊以后的極限位置。導線11在水平標高D的附近最好被彎曲成90°。
附圖標記表10電子模塊11導線111 接觸點112 導線末端12第一分離裝置13第二分離裝置14插座15外殼16電源部分17控制單元18延伸部分19承載條(導線框架)20散熱器21散熱器的螺紋30印刷電路板
31 印刷電路板的正面32 印刷電路板的背面33 孔34 在正面上的電子元件35 在背面上的電子元件36 孔40 緊固裝置41 墊片51 導線的松弛位置52 導線的預應力位置151外殼的部分
權利要求
1.一種元件配置結構，該配置包括電子模塊(10)；與電子模塊(10)接觸的散熱器(20)；印刷電路板(30)；以及用來將電子模塊(10)與印刷電路板(30)和散熱器(20)相固定的緊固裝置(40)；電子模塊(10)具有-至少一個用于電子模塊(10)與印刷電路板(30)實現無焊料接觸的彈性導線(11)；-用于緊固裝置(40)的插座(14)；以及-用于使在導線(11)與印刷電路板(30)之間的壓力同在散熱器(20)與電子模塊(10)之間的壓緊力斷開聯系的分離裝置(12)。
2.權利要求1所述的元件配置結構，其中，分離裝置(12)形成為一配置成在散熱器(20)與印刷電路板(30)之間剛性接合的分隔件。
3.權利要求1或2所述的元件配置結構，其中，緊固裝置(40)制成為螺釘或彈簧夾子。
4.前述權利要求中任一項所述的元件配置結構，其中，插座(14)制成為孔或凹槽。
5.前述權利要求中任一項所述的元件配置結構，其包括第一分隔件(12)和第二分隔件(13)，在導線(11)中的一個導線與第一分隔件(12)之間的間隔大于在該導線(11)與第二分隔件(13)之間的間隔。
6.權利要求5所述的元件配置結構，其中，第一分隔件(12)的長度(d1)大于或等于第二分隔件(13)的長度(d0)。
7.權利要求5或6所述的元件配置結構，其中，至少一個連接在印刷電路板(30)上的電子元件(34)配置在第一分隔件(12)與第二分隔件(13)之間。
8.前述權利要求中任一項所述的元件配置結構，其中，至少一個彈性導線(11)制成為彈簧。
9.前述權利要求中任一項所述的元件配置結構，其中，至少一個彈性導線(11)制成為彈簧。
10.前述權利要求中任一項所述的元件配置結構，其中，電子模塊(10)具有外殼(15)。
11.前述權利要求中任一項所述的元件配置結構，其中，至少一個導線(11)不沿側向伸出到外殼(15)的外面。
12.權利要求10或11所述的元件配置結構，其中，分離裝置(12、(13)中的至少一個分離裝置與外殼(15)形成一個整體件。
13.前述權利要求中任一項所述的元件配置結構，其中，印刷電路板(30)對于壓力的最大抗力在120牛頓/毫米2與200牛頓/毫米2之間。
14.一種電子模塊(10)，該電子模塊借助緊固裝置(40)與印刷電路板(30)電接觸以及與散熱器(20)熱接觸，該電子模塊具有-至少一個用于電子模塊(10)與印刷電路板(30)實現無焊料接觸的彈性導線(11)；-用于緊固裝置(40)的插座(14)；以及-用于使在導線(11)與印刷電路板(30)之間的壓力同在散熱器(20)與電子模塊(10)之間的壓緊力斷開聯系的分離裝置(12)。
全文摘要
本發明涉及一種元件配置結構，該配置結構包括電子模塊(10)；與電子模塊(10)接觸的散熱器(20)；印刷電路板(30)；以及用來將電子模塊(10)固定在印刷電路板(30)和散熱器(20)上的緊固裝置(40)。電子模塊(10)具有至少一個用于使電子模塊(10)與印刷電路板(30)實現無焊料接觸的彈性連接臂(11)和一個用于緊固裝置(40)的位置(14)。另外，電子模塊(10)還包括使在連接臂(11)與印刷電路板(30)之間的壓緊力同在散熱器(20)與電子模塊(10)之間的接觸力斷開聯系的分離裝置(12)。本發明的另一個方面涉及一種可以在上述元件配置結構中使用的電子模塊(10)。
文檔編號H05K7/20GK101036425SQ200580033693
公開日2007年9月12日 申請日期2005年7月14日 優先權日2004年8月3日
發明者A·莫德爾, W·肖爾茨 申請人:英飛凌科技股份公司