专利名称：电能模块以及将其连接至印刷电路板和散热器的方法
技术领域：
本发明涉及一种待安装在印刷电路板上的电能模块，其包括第一侧面和第二侧面，其中第一侧面安装在散热器的表面上，并且当电能模块位于散热器上的安装位置时，第一侧面配置成大致平行于散热器；第二侧面设置有电连接元件，电连接元件适于将电能模块电连接至印刷电路板。本发明还涉及将电能模块连接至印刷电路板和散热器的方法。
背景技术：
电能模块是设置有半导体器件的模块，其适合于驱散由半导体器件生成的热。在常规电能模块中，电能模块通常通过螺丝连接至散热器和印刷电路板两者。这涉及到电能模块的费力且成本集约的组装，并需要在印刷电路板上可获得足够的空间，因为必须在印刷电路板上设置若干通孔用于安装电能模块。或者，可使用螺丝和夹子紧固件来将电能模块连接至印刷电路板。印刷电路板在这里通过电能模块的壳体的夹子元件连接至电能模块，而电能模块通过螺丝连接至散热器。因此，电能模块能够更容易地连接至散热器和印刷电路板。然而，该紧固类型要求印刷电路板上的比较大的表面通过铣削而凹入，这再次导致印刷电路板上的表面损失。将电能模块连接至印刷电路板的另一替代方法是通过螺丝连接电能模块和印刷电路板。电能模块和印刷电路板在这里通过穿过一盖体的螺丝彼此连接。这可能有助于在印刷电路板上安装电能模块，但是必须使用盖体，从而使印刷电路板需要大的表面面积，因为盖体是设置在印刷电路板上的。此外，印刷电路板上的通孔也是必要的，导致印刷电路板的表面上的空间的附加损失。这种电能模块在DE 19630173C2中有描述。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种安装在印刷电路板上的电能模块，允许以简单方式并且在印刷电路板上不发生表面面积损失的情况下，将电能模块连接至印刷电路板和散热器。具体说，提供一种电气模块，其允许在没有螺丝和附加工艺步骤的情况下，通过一个单一的压入方法步骤，将电能模块连接至印刷电路板和散热器。此外，还提供了将电能模块连接至印刷电路板和散热器的相应方法。该目的通过本发明的以下方面得以实现。根据本发明的一个方面，提供了一种电能模块，其安装在印刷电路板上，包括 第一侧面，安装在散热器的表面上，当所述电能模块位于所述散热器上的安装位置时，所述第一侧面配置成大致平行于所述散热器；和第二侧面，设置有电连接元件，所述电连接元件适于将所述电能模块电连接至所述印刷电路板，其中，所述电能模块包括至少一个销钉形(dowel-shaped)固定元件，或者适于接收至少一个销钉形固定元件，所述至少一个销钉形固定元件能够被引入所述散热器的至少一个孔洞中、并适于接收夹装元件 (clampingelement)，使得所述夹装元件因被引入所述至少一个销钉形固定元件中而被夹装在所述散热器的所述至少一个孔洞中。
根据本发明的另一个方面，提供了一种将电能模块连接至印刷电路板和散热器的方法，其包括以下步骤将所述电能模块的第一侧面安装在散热器的表面上，其中当所述电能模块位于所述散热器上的安装位置时，所述第一侧面配置成大致平行于所述散热器；通过将所述电连接元件引入所述印刷电路板的相应通孔中，来将所述电能模块的设置有电连接元件的第二侧面连接至所述印刷电路板；以及将所述电能模块的至少一个销钉形固定元件引入所述散热器)的至少一个孔洞中，其中，通过将夹装元件经由所述印刷电路板的通孔引入所述至少一个销钉形固定元件中，以使所述夹装元件因被引入所述至少一个销钉形固定元件中而得以夹装在所述散热器的所述至少一个孔洞中，从而使得所述电能模块进入最终安装状态。如上所述，由于所述电能模块包括至少一个销钉形固定元件或者适于接收至少一个销钉形固定元件，所述至少一个销钉形固定元件能够被引入所述散热器的至少一个孔洞中、并适于接收夹装元件，使得所述夹装元件因被引入所述至少一个销钉形固定元件中而被夹装在所述散热器的所述至少一个孔洞中，所以能够以简单方式将电能模块连接至印刷电路板和散热器。具体说，如果经由印刷电路板的通孔将夹装元件引入至少一个销钉形固定元件中，则能够在一个单一的压入方法步骤中将电能模块连接至印刷电路板和散热器。因此，能够通过压入连接元件在一个单一步骤中将电能模块压入印刷电路板中， 并且同时能够固定到散热器上。与用于具有压入触头的通过将模块压入电路板中并拧紧到散热器上的常规安装方法形成对比，根据本发明，是将模块销子压入印刷电路板中，从而在一个单一步骤中，使模块相对于散热器得到固定、而印刷电路板相对于模块得到固定。在本发明电能模块的一个实施例中，所述至少一个销钉形固定元件与电能模块是一体的，并设置在电能模块的第一侧面上。在本发明电能模块的一个有利实施例中，所述至少一个销钉形固定元件包括两个从电能模块的第一侧面突出的半圆筒体。在本发明的另一有利实施例中，电能模块包括两个销钉形固定元件，它们各自设置在电能模块的一端，并且能够被引入散热器的两个相应孔洞中。在本发明的另一实施例中，电能模块包括接收所述至少一个销钉形固定元件的至少一个孔口。在本发明的一个有利实施例中，电能模块包括接收相应销钉形固定元件的两个孔
下面将通过附图所示实施例来详细描述本发明。根据本发明的电能模块的相似或相应的细目在整个附图中以相同附图标记示出，附图中图1示出了包括本发明电能模块、散热器、印刷电路板和两个夹装元件的系统的透视图；图2示出了散热器的透视图；图3示出了本发明电能模块的侧面透视图4示出了通过夹装元件连接至散热器和印刷电路板的本发明电能模块的侧视图；图5示出了图4所示构造的侧面透视图；图6示出了图1所示系统在预安装状态下的透视图；图7示出了在图6所示状态后续的安装状态下的放大透视图；图8示出了本发明电能模块在最终安装状态下的透视图；图9示出了本发明另一实施例的包括电能模块、散热器、印刷电路板、销钉形固定元件和夹装元件的系统的透视图；图10示出了图9所示系统在最终安装状态下的透视剖面图；图11示出了本发明另一实施例的电能模块的透视图；图12示出了图11所示电能模块的背面；图13示出了本发明再一实施例的包括与图11和图12中相同的电能模块、散热器和印刷电路板的系统的透视图；图14示出了图13所示系统在另一安装状态下的透视图；图15示出了图14所示系统在最终安装状态下的透视图；而图16示出了图15所示系统在最终安装状态下的透视剖面图。
具体实施例方式透视1示出了包括通过夹装元件25相互连接的本发明的电能模块2、印刷电路板1和散热器(heat sink) 3的系统。待安装在印刷电路板1上的本发明的电能模块2包括待安装在散热器3的表面上的第一侧面21、和设置有电连接元件23的待安装在印刷电路板1上的第二侧面22。电能模块2的第一侧面21适于安装在散热器3的表面上。为此，第一侧面21包括两个销钉形固定元件M、24'，各自设置在电能模块2的一端、并可被引入到散热的两个相应孔洞 31,31'中。当本发明的电能模块2就位于散热器3上时，电能模块2的第一侧面21设置成大致平行于散热器3。电能模块2的第二侧面22的电连接元件23大致垂直于电能模块2的第二侧面22，并用于将电能模块2电连接至印刷电路板1。如图1所示，本发明的电能模块还包括两个夹装元件25、25'。优选地，夹装元件 25,25'由塑料制成，并且是贯穿印刷电路板1的相应通孔11而进入销钉形固定元件24、 24'的相应孔洞M5中的大致呈椭圆形的销子。夹装元件可呈不同形状，例如由螺栓和头部组成的普通(Plain)形状、或圆锥形形状、或包括有肩部的形状。其功能将在以下通过其它附图更详细地说明。图2示出了包括有孔洞31、31'的散热器3的透视图。散热器3大致是可在其上安装电能模块2的热传导板，其孔洞31、31'的数量根据电能模块2的第一侧面21上的销钉形固定元件M、24'的数量相应选择。图3示出了电能模块2的侧面透视图。从该图可看出，电能模块2包括由从电能模块2的第一侧面21突出的两个半圆筒体241、242制成的销钉形固定元件M。图4示出了电能模块2处于散热器3的表面上的安装位置的放大侧视图，其中电
5能模块2还未处于最终安装位置。示出了夹装元件25，其插穿印刷电路板1的通孔(未示出)，并进入图3所示的销钉形固定元件M的孔口 245中。电能模块2的电连接元件23设置在印刷电路板1的相应通孔中，但是电连接元件23还未处于它们的最终安装位置。图5示出了处于图4所示构造的电能模块2的侧面透视图。图6示出了用于将电能模块2连接至印刷电路板1和散热器3的方法要求优选通过按压夹装元件25、25'来将夹装元件25、25'引入销钉形固定元件M、24'中。图7示出了沿上下方向按压夹装元件 25,25'是如何向两个半圆筒体Ml J42的上部施加压力的。因此，向销钉形固定元件M 中引入夹装元件25使得，夹装元件25被夹装在散热器3的孔洞中，从而获得电能模块2的最终安装状态，如图8所示。图9示出了包括本发明的电能模块2、印刷电路板1和散热器3的系统的另一实施例。从图9可看出，该电能模块2包括单个销钉形固定元件M。所述单个销钉形固定元件 24大致位于电能模块2的第一侧面21的中心。销钉形固定元件M从电能模块2的第一侧面21突出，并且能够被引入散热器3的相应孔洞31中。在电能模块2的第二侧面22上设置有与印刷电路板1中的通孔12相对应的相应孔口 M5，夹装元件25经由设置在印刷电路板1与夹装元件25之间的盖体4被引入孔口 245中。通过引入夹装元件25，电能模块2 被带入根据上述原理的最终安装状态。图10示出了电能模块2的最终安装状态的透视剖面图。图11示出了本发明的电能模块2的另一实施例，其中销钉形固定元件与电能模块 2不是一体的。图11所示电能模块2包括适于接收相应固定元件(未示出)的两个孔口 245-1,245-2.图12示出了图11所示电能模块2的另一侧。图13示出了根据本发明另一实施例的系统的透视图，包括印刷电路板1和散热器3，使用了如图11和图12所示的实施例的电能模块2。在本实施例中，销钉形固定元件 M-l、24-2被引入电能模块2的相应孔口 Μ5-1、Μ5-2(未示出)中，并进入散热器3的相应孔洞(未示出)中。如上相对于第一实施例所描述的，夹装元件25、25'被引入印刷电路板1的相应孔口中，并进入固定元件对-1、24-2中，使散热器3和印刷电路板1两者在一个单一步骤中同时连接至电能模块2。图14示出了在将夹装元件25、25'弓丨入印刷电路板1的相应孔口前的安装状态。 图15示出了该系统的最终安装状态。图16示出了处于最终安装状态的图15所示系统的透视剖面图。
权利要求
1.一种电能模块O)，安装在印刷电路板⑴上，包括第一侧面(21)，安装在散热器C3)的表面上，当所述电能模块( 位于所述散热器(3) 上的安装位置时，所述第一侧面配置成大致平行于所述散热器(3)；和第二侧面(22)，设置有电连接元件(23)，所述电连接元件适于将所述电能模块 ⑵电连接至所述印刷电路板(1)，其中，所述电能模块(2)包括至少一个销钉形固定元件(M)、或者适于接收至少一个销钉形固定元件(M)，所述至少一个销钉形固定元件04)能够被引入所述散热器( 的至少一个孔洞(31)中、并适于接收夹装元件(25)，使得所述夹装元件05)因被引入所述至少一个销钉形固定元件04)中而被夹装在所述散热器(3)的所述至少一个孔洞(31)中。
2.如权利要求1所述的电能模块，其中，所述至少一个销钉形固定元件04)与所述电能模块( 是一体的，并且设置在所述电能模块的第一侧面上。
3.如权利要求1或2所述的电能模块，其中，所述至少一个销钉形固定元件04)包括两个从所述电能模块的第一侧面突出的半圆筒体041、242)。
4.如权利要求1 3中任一项所述的电能模块，其中，所述电能模块(2)包括两个销钉形固定元件04、M')，这两个销钉形固定元件04、M')各自设置在所述电能模块(2) 的一端处，并且能够被引入所述散热器(3)的两个相应孔洞(31、31')中。
5.如权利要求1所述的电能模块，其中，所述电能模块(2)包括接收所述至少一个销钉形固定元件(24-1)的至少一个孔口(245-1)。
6.如权利要求5所述的电能模块，其中，所述电能模块( 包括两个孔口(M5-1、 245-2)，以接收两个相应的销钉形固定元件(M-l、24-2)。
7.一种包括如权利要求1 6中任一项所述的电能模块的系统，其中，所述散热器(3) 的所述至少一个孔洞(31)是普通孔洞、圆锥孔洞或螺纹孔洞中的一个，并且所述至少一个销钉形固定元件04)具有相应的普通、圆锥或螺纹外形。
8.如权利要求7所述的系统，还包括设置在所述印刷电路板(1)与所述夹装元件05) 之间的盖体⑷。
9.一种将电能模块(2)连接至印刷电路板⑴和散热器(3)的方法，包括以下步骤将所述电能模块( 的第一侧面安装在散热器(3)的表面上，其中当所述电能模块(2)位于所述散热器C3)上的安装位置时，所述第一侧面配置成大致平行于所述散热器⑶；通过将所述电连接元件引入所述印刷电路板(1)的相应通孔(11)中，来将所述电能模块的设置有电连接元件的第二侧面0 连接至所述印刷电路板(1)；以及将所述电能模块的至少一个销钉形固定元件04)引入所述散热器(3)的至少一个孔洞(31)中，其中，通过将夹装元件0 经由所述印刷电路板(1)的通孔(1 引入所述至少一个销钉形固定元件04)中，以使所述夹装元件05)因被引入所述至少一个销钉形固定元件 (24)中而得以夹装在所述散热器C3)的所述至少一个孔洞(31)中，从而使得所述电能模块 (2)进入最终安装状态。
全文摘要
本发明涉及一种安装在印刷电路板(1)上的电能模块(2)，其包括第一侧面(21)和第二侧面(22)，其中第一侧面(21)安装在散热器(3)的表面上，并且当电能模块(2)位于散热器(3)上的安装位置时，第一侧面(21)配置成大致平行于散热器(3)；第二侧面(22)设置有电连接元件(23)，电连接元件(23)适于将电能模块(2)电连接至印刷电路板(1)。如果所述电能模块(2)包括至少一个销钉形固定元件(24)、或者适于接收至少一个销钉形固定元件(24)，则电能模块(2)能够更容易连接至印刷电路板(1)和散热器(3)，其中所述至少一个销钉形固定元件(24)能够被引入散热器(3)的至少一个孔洞(31)中、并适于接收夹装元件(25)，使得所述夹装元件(25)因被引入所述至少一个销钉形固定元件(24)中而被夹装在所述散热器(3)的所述至少一个孔洞(31)中。
文档编号H05K7/20GK102271467SQ20111014726
公开日2011年12月7日 申请日期2011年6月2日 优先权日2010年6月2日
发明者贾诺斯.纳比雷克 申请人:文科泰克控股公司