DE102010062410A1

DE102010062410A1 - Elektrischer Stecker und Wärmesenke

Info

Publication number: DE102010062410A1
Application number: DE102010062410A
Authority: DE
Inventors: Slobodan Mich. Pavlovic
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2010-02-11
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2011-08-11
Also published as: US8038465B2; CN102196710B; US20100144172A1; CN102196710A

Abstract

Es wird eine Leistungsverteilungs-Leiterplatte angegeben, auf der miteinander verbundene elektronische Bauelemente und ein Stecker montiert sind. Die miteinander verbundenen elektronischen Bauelemente umfassen ein oder mehrere Wärme erzeugende Bauelemente. Der Stecker umfasst einen Hauptkörper, der aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist, um eine Vielzahl von Anschlüssen zu halten. Die Anschlüsse weisen erste Enden, die mit der Leiterplatte verbunden sind, und zweite Enden auf, die ausgebildet sind, um mit einem komplementären Stecker eines Kabelbaums in dem Fahrzeug verbunden zu werden. Der Hauptkörper des Steckers ist konfiguriert, um einen Luftspalt zwischen dem Hauptkörper und der Leiterplatte zu bilden, wobei sich die Anschlüsse von dem Hauptkörper durch den Spalt zu dem ersten Ende erstrecken. Weiterhin ist der Stecker auf der Leiterplatte mit einem wärmeleitenden Pfad von einem der Wärme erzeugenden Bauelemente zu dem Spalt angeordnet, sodass die Anschlüsse in dem Luftspalt als Wärmesenke dienen, um Wärme von dem Wärme erzeugenden Bauelement abzuführen.

Description

Die vorliegende Anmeldung ist eine Teilfortsetzung der US-Patentanmeldung Nr. 12/006,973 vom 1.7.2008, die hier Unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Leiterplatten. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Wärmesenke zum Abführen von übermäßiger Wärme, die durch die elektronischen Bauelemente auf einer Leiterplatte erzeugt wird.
Mit der stets zunehmenden Bedeutung von elektronischen Geräten besteht ein Bedarf dafür, immer größere Anzahlen von elektronischen Bauelementen auf Leiterplatten vorzusehen. In vielen Anwendungen werden elektrische Verbindungen auf Leiterplatten durch eine Oberflächenmontagetechnik (SMT) hergestellt. Bei SMT-Bauelementen werden Flachanschlüsse gewöhnlich durch Löten mit einer Oberfläche der Leiterplatte verbunden. Dabei bleibt die gegenüberliegende Seite der Leiterplatte frei für das Herstellen von anderen Schaltungen unter Verwendung von SMT-Bauelementen. Auf diese Weise kann eine größere Anzahl von Schaltungen auf einer Leiterplatte installiert werden.
Die auf einer Leiterplatte montierten elektronischen Bauelemente können während ihres Betriebs Wärme erzeugen. Durch diese Wärme wird die Temperatur der Leiterplatte und der damit verbundenen Bauelemente erhöht. Die Leiterplatte kann beschädigt werden, wenn die Temperatur entsprechend steigt. Deshalb ist es wünschenswert, übermäßige Wärme von einer Leiterplatte abzuführen. Dabei kann die Wärme unter Verwendung einer Wärmesenke von einer Leiterplatte abgeführt werden. Eine typische Wärmesenke besteht aus einem wärmeleitenden Material und weist eine Basis auf, die in Kontakt mit einem heißen Bauelement ist. Die Wärmesenke weist mehrere Rippen auf, um die Oberfläche der Wärmesenke zu vergrößern und die Wärme in die umgebende Luft abzuführen.
Wenn eine größere Anzahl von elektronischen Bauelementen auf einer Leiterplatte montiert ist, kann eine größere Wärme erzeugt werden. Außerdem wird durch die Anordnung von weiteren Bauelementen auf einer Leiterplatte der verfügbare Raum für die Anbringung von Wärmesenken vermindert. Es ist deshalb wünschenswert, einen verbesserten Mechanismus für das Abführen von übermäßiger Wärme von einer Leiterplatte anzugeben.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte für die Leistungsverteilung in einem Fahrzeug. Auf der Leiterplatte sind miteinander verbundene elektronische Bauelemente und ein Stecker montiert. Die miteinander verbundenen elektronischen Bauelemente umfassen eine oder mehrere Wärme erzeugenden Bauelemente. Der Stecker umfasst einen Hauptkörper, der aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist, um eine Vielzahl von Anschlüssen zu halten. Die Anschlüsse weisen erste Enden auf, die mit der Leiterplatte verbunden sind, und zweite Enden, die ausgebildet sind, um mit einem komplementären Stecker eines Kabelbaums in dem Fahrzeug verbunden zu werden. Der Hauptkörper des Steckers ist konfiguriert, um einen Luftspalt zwischen dem Hauptkörper und der Leiterplatte zu bilden, wobei sich die Anschlüsse von dem Hauptkörper durch den Luftspalt zu den ersten Enden erstrecken. Weiterhin ist der Stecker auf der Leiterplatte mit einem wärmeleitenden Pfad von einem der Wärme erzeugenden Bauelemente zu dem Luftspalt angeordnet, sodass die Anschlüsse in dem Luftspalt als Wärmesenke zum Abführen von Wärme von dem einen Leistungs-Bauelement dienen.
Verschiedene Aspekte der Erfindung werden für den Fachmann durch die folgende ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines modularen elektrischen Steckers.
2A ist eine Draufsicht von oben auf einen Verteilerkasten in einem Fahrzeug, der eine erste Leiterplatte und den modularen elektrischen Stecker von 1 enthält.
2B ist eine perspektivische Ansicht eines Steckverbinders, der derart aufgebaut und konfiguriert ist, dass er mit dem modularen elektrischen Stecker von 1 verbunden werden kann.
3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Körperteils des modularen elektrischen Steckers von 1.
4 ist eine perspektivische Explosionsansicht des modularen elektrischen Steckers von 1.
5 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Leiterplatte, die mehrere elektrische Stecker umfasst.
6 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie 6-6 von 5.
7 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie 7-7 von 6.
8 ist eine 7 ähnliche Querschnittansicht eines elektrischen Steckers mit einem ersten alternativen Anschlussaufbau, in dem die Anschlüsse in einem Spalt angeordnet sind.
9 ist eine 7 und 8 ähnliche Querschnittansicht eines elektrischen Steckers mit einem zweiten alternativen Anschlussaufbau, in dem sich die Anschlüsse außerhalb des Spalts erstrecken.
10 ist eine 7, 8 und 9 ähnliche Querschnittansicht eines elektrischen Steckers mit einem dritten alternativen Anschlussaufbau, in dem die Anschlüsse einander nicht kreuzen und sich außerhalb des Spalts erstrecken.
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines in Übereinstimmung mit der Oberflächemontagetechnik (SMT) aufbauten modularen elektrischen Steckers, der allgemein durch das Bezugszeichen 10 angegeben ist. Der gezeigte elektrische Stecker 10 ist ein Header-Stecker, der in einem Verteilerkasten für ein Fahrzeug wie etwa dem Verteilerkasten 12 von 2A verwendet werden kann. Der Verteilerkasten 12 kann zum Beispiel ein Leistungsverteilerkasten, eine Anschlussdose oder ähnliches sein. Wie in 2A gezeigt, enthält der Verteilerkasten 12 eine Vielzahl von elektronischen Bauelementen 14A, 14B, 14C, 14D und 14E, die an einer Leiterplatte 16 angebracht sind. Wenn der Verteilerkasten 12 zum Beispiel ein Leistungsverteilerkasten in einem Fahrzeug ist, kann ein Steckverbinder 18 wie in 2B gezeigt verwendet werden, um den elektrischen Stecker 10 über einen Kabelbaum 20 mit verschiedenen Systemen in dem Fahrzeug zu verbinden.
Wie in 1 und 4 gezeigt, umfasst der elektrische Stecker 10 einen Körper 22 und eine Vielzahl von elektrischen Anschlüssen 24 und 26. Der Körper 22 umfasst einen oder mehrere Körperteile 28 mit einer Achse A, eine obere bzw. erste Fläche 30, eine untere bzw. zweite Fläche 32, eine erste Kontaktfläche 34 und eine zweite Kontaktfläche 36. Der gezeigte elektrische Stecker 10 umfasst drei identische Körperteile 28, wobei der elektrische Stecker allgemein jedoch auch eine andere Anzahl von Körperteilen und verschiedene Typen von Körperteilen umfassen kann. Eine sich in der Axialrichtung erstreckende Montageöffnung 38 ist zwischen der Kontaktfläche 34 und der Kontaktfläche 36 ausgebildet.
Wie am besten in 3 zu erkennen ist, sind vier Anschlüsse 24 einstückig mit jedem gezeigten Körperteil 28 ausgebildet. Jeder Anschluss 24 ist im wesentlichen L-förmig und weist ein Flachende 40 (das sich in 3 von dem Körperteil 38 nach oben erstreckt) und ein SMT-Ende 42 (das sich in 3 von dem Körperteil 38 nach unten erstreckt) mit einer Lötöffnung 44 auf.
Das SMT-Ende 42 der Anschlüsse 24 kann durch dem Fachmann bekannte SMT-Verbindungsverfahren mit einer Leiterplatte 16 verbunden werden, wobei zum Beispiel das in der US-Patentanmeldung Nr. 11/264,409 beschriebene Verfahren verwendet werden kann. Dieses Verfahren zum Verbinden eines SMT-Anschlussendes ist hier unter Bezugnahme eingeschlossen.
Die Körperteile 28 können aus einem Kunststoff wie etwa Polyamid (PA), Polyphthalamid (PPA) oder einem anderen gewünschten thermoplastischen Material ausgebildet sein. Die Körperteile 28 können auch aus einem wärmeleitenden Material wie etwa Keramik oder Polymer ausgebildet sein, das mit leitenden Fasern und/oder Füllmaterialien gefüllt ist. Wärmeleitende Körperteile 28 bilden einen Ausgleichsblock, erhöhen die Wärmeübertragung zwischen den Flachanschlussenden 40 und verbessern die Wärmeabführungsleistung der Leiterplatte. Es ist zu beachten, dass einige Körperteile wie etwa die Körperteile 28 aus gegenüber hohen Temperaturen beständigen Polymeren ausgebildet sein können, während andere Körperteile aus einem Polymer mit einer relativ niedrigeren Leistung oder einer relativ niedrigeren Temperaturbeständigkeit ausgebildet sein können.
In der gezeigten Ausführungsform sind die Flachenden 40 2,8 mm breite Flachanschlüsse. Alternativ hierzu können die Flachenden 40 zum Beispiel auch 0,64 mm, 1,2 mm, 1,5 mm, 4,8 mm und 6,3 mm breite Flachanschlüsse sein.
Der Körper 22 umfasst weiterhin einen ersten Endteil 46 und einen zweiten Endteil 48. Der erste Endteil 46 weist eine obere bzw. erste Fläche 50, eine untere bzw. zweite Fläche 52, eine Endfläche 54 und die zweite Kontaktfläche 36 auf. Eine sich in der Axialrichtung erstreckende Montageöffnung 56 ist zwischen der Endfläche 54 und er zweiten Kontaktfläche 36 ausgebildet. Der zweite Endteil 48 ist dem Endteil 46 im wesentlichen ähnlich und weist eine obere bzw. erste Fläche 50, eine untere bzw. zweite Fläche 52, eine Endfläche 58 und die erste Kontaktfläche 34 auf. Eine sich in der Axialrichtung erstreckende Montageöffnung 60 ist zwischen der Endfläche 58 und der ersten Kontaktfläche 34 ausgebildet.
In der gezeigten Ausführungsform ist einer der Anschlüsse 26 einstückig mit jedem der Endteile 46 und 48 ausgebildet. Jeder Anschluss 26 weist ein Flachende 62 (das sich wie in 4 gezeigt von dem Endteil 46 nach oben erstreckt) und ein Ösenanschlussende 64 (das sich wie in 4 gezeigt von dem Endteil 46 nach unten erstreckt) auf. Die Ösenanschlussenden 64 befestigen den Steckerkörper 22 an der Leiterplatte 16 und stellen sicher, dass der Körper 22 während des Lötens der SMT-Enden 42 des Anschlusses 24 an der Leiterplatte 16 befestigt bleibt.
Alternativ hierzu können die Anschlüsse 24 und 26 auch mittels eines dem Fachmann bekannten automatisierten Herstellungsvorgangs auf die Körperteile 28 und die Endteile 46 und 48 „geheftet” werden.
Die Endteile 46 und 48 können aus einem Kunststoff wie zum Beispiel Polyamid (PA), Polyphthalamid (PPA) oder einem anderen gewünschten thermoplastischen Material ausgebildet sein. Die Endteile 46, 48 können aus einem wärmeleitenden Material wie etwa Keramik oder Polymer ausgebildet sein, das mit leitenden Fasern und/oder einem Füllmaterial gefüllt ist, um einem Ausgleichsblock zu bilden, die Wärmeübertragung zwischen den Flachanschlussenden 62 zu erhöhen und die Wärmeabführungsleistung der Leiterplatte zu verbessern. Es ist zu beachten, dass einige Endteile wie etwa die Endteile 46, 48 aus Polymeren mit einer hohen Temperaturbeständigkeit ausgebildet werden können und dass andere Endteile aus Polymeren mit einer relativ niedrigeren Leistung oder einer relativ geringeren Temperaturbeständigkeit ausgebildet sein können. In der gezeigten Ausführungsform ist das Flachende 62 ein 6,3 mm breiter Flachanschluss. Alternativ hierzu kann das Flachende 62 auch ein Anschluss eines anderen Typs oder aus einem anderen Material wie etwa ein 9,5 mm breiter Flachanschluss sein.
Wie am besten in 1 und 4 zu erkennen, kann der elektrische Stecker 10 als modular beschrieben werden, wobei der elektrische Stecker 10 durch die Montage von verschiedenen Komponenten gebildet wird. Zum Beispiel kann der elektrische Stecker 10 zusammengebaut werden, indem eine Verbindungsstange 66 vorgesehen wird und eine beliebige Anzahl von Körperteilen 28 an der Verbindungsstange 66 zwischen dem ersten Endteil 46 und dem zweiten Endteil montiert wird. Die Verbindungsstange 66 erstreckt sich durch Montageöffnungen 38, 56, 60, sodass sich ein Teil der Stange 66 über die Endflächen 54 und 58 hinaus nach außen erstreckt. Die Enden der Stange 66 können dann wie durch das Bezugszeichen 68 in 1 angegeben auf beliebige Weise wie etwa durch ein Heißverprägen oder Ultraschallschweißen verformt werden. Die gezeigte Stange 66 weist einen rechteckigen Querschnitt auf, um eine Drehung und/oder axiale Biegung der montierten Komponenten vor dem Heißverprägen oder Ultraschallschweißen zu verhindern. Alternativ hierzu kann die Stange 66 auch eine andere Querschnittform wie etwa eine quadratische, dreieckige oder andere Form wie etwa eine ovale oder unregelmäßige Form aufweisen.
In der gezeigten Ausführungsform sind die Kontaktflächen 34 und 36 gestuft. Es ist jedoch zu beachten, dass die Kontaktflächen 34 und 36 auch eine beliebige andere Form aufweisen können, die eine Verbindung der Kontaktflächen 34 und 36 unterstützt.
In der gezeigten Ausführungsform von 1 umfasst der elektrische Stecker 10 drei Körperteile 28. Es ist jedoch zu beachten, dass der elektrische Stecker auch mit einer anderen gewünschten Anzahl von Körperteilen wie etwa nur einem Körperteil 28, zwei Körperteilen 28 oder aber vier oder mehr Körperteilen 28 ausgebildet werden kann.
Die kleine Größe des Körperteils 28 und der Endteile 46, 48 relativ zu bekannten SMT-Steckerstreifen minimiert den Effekt einer Materialschrumpfung oder -verwerfung, der auftreten kann, wenn größere Steckerstreifen oder Komponenten gegossen oder geformt werden. Dementsprechend können kostengünstigere Polymere verwendet werden. Außerdem gestattet der Endmontageprozess des elektrischen Steckers 10 eine Einstellung und Ausrichtung der Komponentenkörperteile 28 und der Endteile 46, 48, sodass die vorgegebenen Toleranzen einfach eingehalten werden.
Wenn die Größe und die Geometrie der internen Komponenten (d. h. der Anschlüsse 24) und der externen Komponenten (d. h. der Körperteile 28) standardisiert werden, kann eine gemeinsame Form verwendet, wodurch die Kosten reduziert werden können. Außerdem kann eine automatisierte Montagevorrichtung für die Montage des elektrischen Steckers 10 verwendet werden.
Der hier beschriebene elektrische Stecker 10 ist modular und kann skaliert werden, um die Herstellung mehrerer verschiedener Leiterplatten-Header-Stecker wie etwa des elektrischen Steckers 10 durch die Verwendung von verschiedenen Kombinationen der Körperteile 28, der Endteile 46, 48 und der Stangen 66 sowie von verschiedenen Prozessen wie etwa einem Heißverprägen oder einem Ultraschallschweißen zu ermöglichen.
Es ist zu beachten, dass die Körperteile 28 und die Endteile 46 und 48 eine beliebige Anzahl und Kombination von elektrischen Anschlüssen wie etwa den Anschlüssen 24 und 26 aufweisen können. Zum Beispiel kann ein Körperteil 28 eine erste Kombination von elektrischen Anschlüssen 24 aufweisen, kann ein benachbarter Körperteil 28 eine zweite Kombination von elektrischen Anschlüssen 24 aufweisen und können die Endteile 46 und 48 eine dritte Kombination von elektrischen Anschlüssen 26 aufweisen, um eine Modularität und Skalierbarkeit für die Herstellung von vielen verschiedenen Leiterplatten-Header-Steckern zu ermöglichen.
Eine reduzierte Gesamtkomplexität der Komponenten des elektrischen Steckers 10 ermöglicht eine effiziente Nutzung von Herstellungsvorrichtungen. Zum Beispiel kann eine Familienform (d. h. eine einzelne Form mit mehreren Hohlräumen für alle Montagekomponenten) verwendet werden, um die Körperteile 28, die Endteile 46, 48 und die Stange 66 zu formen. Eine einzelne Formmaschine kann verwendet werden, um Anschlüsse 24 an die Körperteile 28 und Endteile 46, 48 zu heften (sofern die Anschlüsse 24 nicht einstückig mit denselben gegossen werden).
5 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Leiterplatte 116. Die zweite Leiterplatte 116 ist eine Leistungsverteilungs-Leiterplatte, wobei es sich aber auch um einen anderen Typ von Leiterplatte handeln kann. Die zweite Leiterplatte 116 umfasst eine Vielzahl von elektronischen Bauelementen 114. Die elektronischen Bauelemente 114 können Schalter, Widerstände, Kondensatoren, Festkörper-Bauelemente oder andere Typen von elektronischen Bauelementen sein. Die elektronischen Bauelemente 114 können durch eine Oberflächenmontage befestigt werden, wobei aber auch andere Methoden verwendet werden können. Die zweite Leiterplatte 116 umfasst ebenfalls mehrere elektrische Stecker 110. Die elektrischen Stecker 110 weisen verschiedene Konfigurationen von elektrischen Anschlüssen 124 und 126 auf.
Die zweite Leiterplatte 116 weist weiterhin eine Reihe von Leiterbahnen 115 auf. Die Leiterbahnen sind elektrisch leitende Pfade, die die elektrischen Stecker 110 und die elektronischen Bauelemente 114 miteinander verbinden. Die Leiterbahnen 115 sind aus einem geeigneten elektrisch leitenden Material wie etwa Kupfer ausgebildet. Es können aber auch andere gewünschte Materialien verwendet werden. Es ist zu beachten, dass die Konfiguration der elektronischen Bauelemente 114, der elektrischen Stecker 110 und der Leiterbahnen 115 von 5 lediglich beispielhaft ist und kein tatsächliches Schaltungslayout wiedergibt.
Die elektrischen Stecker 110 werden mit Steckverbindern 118 und Kabelbäume 120 verbunden. In 5 sind der Übersichtlichkeit halber nur ein Steckverbinder 118 und ein Kabelbaum 120 gezeigt. Die Kabelbäume 120 gestatten, dass die zweite Leiterplatte 116 mit verschiedenen Systemen (nicht gezeigt) verbunden wird, die in einer Entfernung zu der zweiten Leiterplatte 116 angeordnet sind.
6 und 7 zeigen Querschnittansichten eines Teils der zweiten Leiterplatte 11. Die Querschnittansicht von 6 verläuft entlang der Linie 6-6 von 6 und durch einen der elektrischen Stecker 110. Die Querschnittansicht von 7 verläuft entlang der Linie 7-7 von 6. Wie gezeigt, umfasst der elektrische Stecker 110 einen Körper 122 und eine Vielzahl von elektrischen Anschlüssen 124 und 126. Es ist zu beachten, dass der elektrische Stecker 110 ein modularer elektrischer Stecker wie mit Bezug auf 1 bis 6 beschrieben sein kann. Dies ist jedoch nicht notwendigerweise der Fall, wobei der elektrische Stecker auch einen nicht-modularen Aufbau aufweisen kann. Der Körperteil 122 kann aus einem Kunststoff wie etwa Polyamid (PA), Polyphthalamid (PPA) oder einem anderen gewünschten Material ausgebildet sein. Der Körper 122 kann aus einem wärmeleitenden Material wie etwa Keramik oder Polymer ausgebildet sein, das mit wärmeleitenden Fasern und/oder Füllmaterialien gefüllt ist.
Die oberflächemontierten Enden der Anschlüsse 124 sind unter Verwendung des in dem US-Patent Nr. 7,458,828 beschriebenen Verfahrens mit der zweiten Leiterplatte 116 verbunden, wobei aber auch ein anderes gewünschtes Verfahren verwendet werden kann. Jeder Anschluss 126 weist ein Flachende 162 und ein Ösenanschlussende 164 auf. Die Ösenanschlussenden 164 befestigten den Steckerkörper 122 an der zweiten Leiterplatte 116 und helfen dabei, dass der Körper 122 während des Lötens der SMT-Enden 142 der Anschlüsse 124 an der zweiten Leiterplatte 116 befestigt bleiben. Wie in dem US-Patent Nr. 7,458,828 beschrieben, hilft eine Lötöffnung an dem SMT-Ende 142 des Anschlusses 124 dabei, eine gute elektrische Verbindung zwischen dem Anschluss 124 und der zweiten Leiterplatte 116 zu erhalten. Indem eine gute elektrische Verbindung zwischen diesen Komponenten erhalten wird, ist der Widerstand gegenüber einer elektrischen Leitung kleiner und wird weniger Verlustwärme an diesen Verbindungen erzeugt. Es ist außerdem zu beachten, dass eine gute elektrische Verbindung zwischen dem Anschluss 124 und der zweiten Leiterplatte 116 auch eine gute Wärmeleitung zwischen dem Anschluss 124 und der zweiten Leiterplatte 116 vorsieht.
Der elektrische Stecker 110 umfasst einen optionalen Zwischenraum oder Spalt 133 zwischen einer unteren Fläche 132 des Körpers 122 und der zweiten Leiterplatte 116. Der Körper 122 ist mit einem Abstand bzw. einer Höhe 135 von der zweiten Leiterplatte 116 angeordnet. Die Höhe 135 kann eine gewünschte Größe aufweisen. Der Spalt 133 gestattet, dass Luft an den SMT-Enden 142 der Anschlüsse 124 vorbei zirkuliert. Diese Luftzirkulation ermögliche die Abführung einer größeren Wärmemenge durch Konvektion. Wie gezeigt, sind die L-förmigen Anschlüsse 124 derart angeordnet, dass sie sich durch den Spalt 133 erstrecken. Es ist zu beachten, dass die L-förmige Konfiguration der Anschlüsse 124 die in dem Spalt 133 freiliegende Oberfläche der Anschlüsse 124 vergrößert. Der Anschluss 124 erstreckt sich also von der unteren Fläche 132 des Körpers 122 zu der zweiten Leiterplatte 116 entlang eines Pfads, der größer als die Höhe 135 des Spalts 133 ist. Diese größere Länge der Anschlüsse 124 vergrößert die Wärmemenge, die von den Anschlüssen 124 durch Konvektion abgeführt werden kann.
Der Spalt 133 unterstützt die natürliche Konvektion, weil erwärmte Luft von den Anschlüssen 124 weg strömen kann. Es ist zu beachten, dass ein Ventilator oder Gebläse (nicht gezeigt) vorgesehen werden kann, um eine Konvektion zu erzwingen, die die Abführung einer übermäßigen Wärme von dem Stecker 110 fördert.
Weil der Körperteil 122 des elektrischen Steckers 110 aus einem wärmeleitenden Material ausgebildet ist, weist der elektrische Stecker 110 eine erhöhte Wärmekapazität auf. Der elektrische Stecker 110 kann also eine größere Wärmemenge speichern als ein nicht aus einem wärmeleitenden Material ausgebildeter Stecker. Weiterhin sieht der elektrische Stecker 110 einen Ausgleichsblock vor. Das bedeutet, dass Wärme entlang seiner Länge übertragen werden kann. Wenn also ein erster Endteil 146 eine höhere Temperatur aufweist als ein zweiter Endteil 145, kann die übermäßige Wärme entlang der wärmeleitenden Teile des elektrischen Steckers 110 geleitet werden.
Der (in 5 gezeigte) Steckverbinder 118 ist ebenfalls aus einem wärmeleitenden Material wie etwa Keramik oder Polymer ausgebildet, das mit leitenden Fasern und/oder Füllmaterialien gefüllt ist. Deshalb bildet der Steckverbinder 118 zusammen mit dem elektrischen Stecker 110 einen Teil des Ausgleichsblocks.
Es ist zu beachten, dass die oben beschriebenen Merkmale des elektrischen Steckers 110 diesen für die Verwendung als Wärmesenke für die zweite Leiterplatte 116 geeignet machen. Der elektrische Stecker 110 kann also eine durch das elektronische Bauelement 114 erzeugte übermäßige Wärme abführen. Der Spalt 133 und die Anordnung der Anschlüsse 124 erzeugt eine Konvektion zum Abführen von übermäßiger Wärme. Außerdem wird Wärme in dem elektrischen Stecker 110 von der wärmeleitenden Verdrahtung in dem verbundenen Kabelbaum 120 weggeführt. Es ist zu beachten, dass die elektrisch leitende Verdrahtung in dem Kabelbaum 120 übermäßige Wärme von dem elektrischen Stecker 110 wegführt. Und es ist weiterhin zu beachten, dass bei Bedarf zusätzliche wärmeleitende Elemente in dem Kabelbaum vorgesehen werden können. Weil der elektrische Stecker 110 aus einem wärmeleitenden Material ausgebildet ist, kann übermäßige Wärme an heißen Punkten in dem elektrischen Stecker 110 zu kühleren Teilen des elektrischen Steckers 110 und in den verbundenen Kabelbaum 120 übertragen werden.
Indem die elektrischen Stecker 110 als Wärmesenken für die elektronischen Bauelemente 114 verwendet werden, kann die Anzahl der herkömmlichen Wärmesenken für das Halten der zweiten Leiterplatte 116 bei einer gewünschten Temperatur reduziert werden. Deshalb kann die Leiterplatte kleiner vorgesehen werden, weil weniger Oberfläche für herkömmliche Wärmesenken aufgewendet werden muss.
Wie in 5 gezeigt, sind die elektronischen Bauelemente 114 auf der zweiten Leiterplatte 116 mit verschiedenen Distanzen von den verschiedenen elektrischen Steckern 110 montiert. Indem der Abstand zwischen den elektronischen Bauelementen 114 und den elektrischen Steckern reduziert wird, kann die von einem bestimmten elektronischen Bauelement zu einem elektrischen Stecker übertragene Wärmemenge vergrößert werden. Die elektrisch leitenden Leiterbahnen 115 sind ebenfalls wärmeleitend und gestatten, dass Wärme von den relativ heißen elektronischen Bauelementen 114 zu dem relativ kühlen elektrischen Stecker 110 übertragen wird. Es ist zu beachten, dass zusätzliche wärmeleitende Materialien (nicht gezeigt) vorgesehen werden können, um diese Wärmeübertragung zu unterstützen. Indem die elektronischen Bauelemente 114 in nächster Nähe zu den elektrischen Steckern 110 montiert werden, kann die Größe der Leiterplatte reduziert werden, weil die Dichte der Elemente auf der Leiterplatte erhöht ist.
In der vorstehenden Beschreibung sind die elektronischen Bauelemente 114 und die elektrischen Stecker auf einer Seite der zweiten Leiterplatte 116 vorgesehen. Diese Seite wird als A-Seite der zweiten Leiterplatte 116 bezeichnet. In 6 und 7 ist ein elektronisches Bauelement 114a gezeigt, das auf einer B-Seite 117 der zweiten Leiterplatte 116 montiert ist. Es ist zu beachten, dass die B-Seite 117 die zu der A-Seite der zweiten Leiterplatte 116 gegenüberliegende Seite ist. Die B-Seite 117 ist eine willkürliche Bezeichnung, weil sich die B-Seite 117 physikalisch nicht von der A-Seite der zweiten Leiterplatte 116 unterscheidet. Die B-Seite 117 der zweiten Leiterplatte kann zusätzliche elektronische Bauelemente, Leiterbahnen und elektrische Stecker (nicht gezeigt) umfassen. Es ist zu beachten, dass das elektronische Bauelement 114a Wärme über das Substrat 119 der zweiten Leiterplatte 116 zu dem elektrischen Stecker 110 überträgt. Der elektrische Stecker 110 dient damit als Wärmesenke für das elektronische Bauelement 114a. Außerdem können Durchgänge (nicht gezeigt) durch das Substrat 119 der zweiten Leiterplatte 116 hindurch vorgesehen sein, die den elektrischen Stecker 110 mit dem elektronischen Bauelement 114a verbinden. Die Durchgänge sind elektrisch leitende Pfade, die verwendet werden, um elektrische Leistung von dem elektrischen Stecker 110 auf der A-Seite der Leiterplatte zu dem elektronischen Bauelement 114a auf der B-Seite 117 der Leiterplatte zuzuführen. Die Durchgänge können gleichzeitig auch die Übertragung von übermäßiger Wärme von dem elektronischen Bauelement 114a zu dem elektrischen Stecker 110 unterstützen. In der beschriebenen Ausführungsform wird der elektrische Stecker 110 auf der A-Seite als Wärmesenke verwendet, wobei jedoch zu beachten ist, dass auch elektrische Stecker (nicht gezeigt) auf der B-Seite 117 der zweiten Leiterplatte 116 als Wärmesenken für die elektrischen Bauelemente 114 und 114a verwendet werden können.
8 bis 10 sind schematische Ansichten, die verschiedene Möglichkeiten zeigen, mit denen ein elektrischer Stecker an einer Leiterplatte angebracht werden kann. 8 zeigt eine Leiterplatte 216, die einen elektrischen Stecker 210 umfasst. Der elektrische Stecker 210 enthält Anschlüsse 224. Die Anschlüsse 224 erstrecken sich durch einen Spalt 233. Der elektrische Stecker 210 weist einen Körperteil 222 mit einer Breite D1 auf. Die Anschlüsse 224 sind an der Leiterplatte 216 an Kontaktteilen 244 befestigt. Die Kontaktteile 244 auf gegenüberliegenden Seiten des elektrischen Steckers 210 sind lateral durch einen Abstand D2 voneinander getrennt. Die Distanz D2 ist kleiner als die Breite D1, wobei die Anschlüsse 224 vollständig in dem Zwischenraum 233 angeordnet sind.
9 zeigt eine Leiterplatte 316, die einen elektrischen Stecker 310 umfasst. Der elektrische Stecker 310 weist einen Körperteil 322 mit einer Breite D1 auf. Anschlüsse 324 erstrecken sich durch einen Spalt 333 und sind an Kontaktteilen 344 an der Leiterplatte 316 befestigt. Die Kontaktteile 344 auf gegenüberliegenden Seiten des elektrischen Steckers 310 sind lateral durch eine Distanz D2 voneinander getrennt. Die Distanz D2 ist größer als die Breite D1, wobei sich die Anschlüsse 324 lateral aus dem Spalt 333 erstrecken.
10 zeigt eine Leiterplatte 416, die einen elektrischen Stecker 410 umfasst. Der elektrische Stecker 410 umfasst einen Körperteil 422 und Anschlüsse 424. Die Anschlüsse 424 erstrecken sich von dem Körperteil 422 und gehen auseinander. Die Anschüsse 424 kreuzen also einander in dem lateralen Querschnitt nicht.
Vorstehend wurde das Prinzip der Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Es ist jedoch zu beachten, dass die Erfindung auch anders als hier beschrieben und gezeigt realisiert werden kann, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7458828 [0041]

Claims

Leistungsverteilungs-Leiterplatte in einem Fahrzeug, die umfasst: eine Leiterplatte (116), auf der miteinander verbundene elektronische Bauelemente (114) und ein Stecker (110) montiert sind, wobei die miteinander verbundenen elektronischen Bauelemente (114) ein oder mehrere Wärme erzeugende Bauelemente umfassen, wobei der Stecker (110) einen Hauptkörper (122) umfasst, der aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist, um eine Vielzahl von Anschlüssen (124) zu halten, deren erste Enden mit der Leiterplatte (116) verbunden sind und deren zweite Enden ausgebildet sind, um mit einem komplementären Stecker eines Kabelbaums (120) in dem Fahrzeug verbunden zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass: der Hauptkörper des Steckers (110) konfiguriert ist, um einen Luftspalt (133) zwischen dem Hauptkörper (122) und der Leiterplatte (116) zu bilden, sich die Anschlüsse (124) von dem Hauptkörper (122) durch den Spalt (133) zu dem ersten Ende erstrecken, und der Stecker (110) auf der Leiterplatte (166) mit einem wärmeleitenden Pfad angeordnet ist, der sich von einem der Leistungs-Bauelemente (114) zu dem Spalt erstreckt, sodass die Anschlüsse (124) in dem Luftspalt (133) als Wärmesenke zum Abführen von Wärme aus dem Wärme erzeugenden Bauelement (114) dienen.
Leistungsverteilungs-Leiterplatte in einem Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärme erzeugende Bauelement (114) auf einer ersten Seite der Leiterplatte (116) montiert ist und dass der Stecker (110) auf einer zweiten Seite der Leiterplatte (116) montiert ist.
Leistungsverteilungs-Leiterplatte in einem Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungs-Bauelement (114) auf der ersten Seite der Leiterplatte (116) direkt gegenüber dem Stecker (110) montiert ist.
Leistungsverteilungs-Leiterplatte in einem Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anschlüsse (124) entlang von Pfaden von dem Hauptkörper (122) zu der Leiterplatte (116) erstrecken, wobei die Länge eines oder mehrerer der Pfade größer als die Distanz zwischen dem Hauptkörper (122) und der Leiterplatte (116) ist.
Leistungsverteilungs-Leiterplatte in einem Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der Anschlüsse (124) eine Biegung zwischen dem ersten Ende und dem Körper umfassen.
Leistungsverteilungs-Leiterplatte in einem Fahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Satz von Anschlüssen (124) auf einer ersten Seite des Körpers (122) gehalten wird und ein zweiter Satz von Anschlüssen (124) auf einer zweiten Seite der Körpers (122) gehalten wird.
Leistungsverteilungs-Leiterplatte in einem Fahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anschlüsse (124) in dem ersten Satz in einer ersten Richtung biegen und die Anschlüsse (124) in dem zweiten Satz in einer zweiten Richtung biegen, die der ersten Richtung entgegen gesetzt ist.
Leistungsverteilungs-Leiterplatte in einem Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Richtung zu der zweiten Seite des Körpers (122) erstreckt und die zweite Richtung zu der ersten Seite der Körpers (122) erstreckt.
Leistungsverteilungs-Leiterplatte in einem Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse (124) im wesentlichen in dem Spalt (133) bleiben.
Leistungsverteilungs-Leiterplatte in einem Fahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungs-Bauelement (114) auf einer ersten Seite der Leiterplatte (116) montiert ist und der Stecker (110) auf einer zweiten Seite der Leiterplatte (116) montiert ist.
Leistungsverteilungs-Leiterplatte in einem Fahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungs-Bauelement (114) auf der ersten Seite der Leiterplatte (116) direkt gegenüber dem Stecker (110) montiert ist.
Leistungsverteilungs-Leiterplatte in einem Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungs-Bauelement (114) auf einer ersten Seite der Leiterplatte (116) montiert ist und auch der Stecker (110) auf der ersten Seite der Leiterplatte (116) montiert ist.
Leistungsverteilungs-Leiterplatte in einem Fahrzeug nach Anspruch 12, weiterhin gekennzeichnet durch Leiterbahnen (115) auf der Leiterlatte (116), wobei die Leiterbahnen (115) mit den Leistungs-Bauelementen (114) und dem Stecker (110) verbunden sind.