冷却电子部件的冷却系统及其方法、电子控制单元和车辆与流程

1.本公开涉及一种冷却系统和一种组装用于冷却电子部件的冷却系统的方法，该冷却系统包括电子部件和散热器。本公开还涉及电子控制单元和车辆。


背景技术：

2.当前的电子控制单元具有多个具有高功耗的处理器。已知使用液体冷却作为消除由于高功耗而产生的热量的手段。
3.已知概念的挑战在于，将冷却结构与电子控制单元的电子部件分开的每个元件会给整个系统带来很大的热阻，从而导致冷却效率的损失。将电子部件与冷却结构分开的热界面材料必须相对较厚，以补偿电子部件以及冷却结构的所有公差，其中，这些公差是由于例如焊接或铣削之类的制造工艺而产生的。这些公差无法完全避免，从而导致冷却系统效率不足。
4.因此，需要提供一种用于冷却电子部件的特别高效的冷却系统以及一种用于组装这种冷却系统的方法。此外，需要提供一种电子控制单元和包括该电子控制单元的车辆，该电子控制单元被特别良好地保护以防止其电子部件过热。


技术实现要素：

5.本公开提供了一种冷却系统、电子控制单元、车辆以及用于组装冷却系统的方法。
6.在一个方面，本公开涉及一种用于冷却至少一个电子部件的冷却系统。例如，至少一个电子部件可以是电子控制单元的电子部件，诸如处理器或半导体芯片或集成电路或印刷电路板。冷却系统包括所述至少一个电子部件和散热器，其中，散热器包括用于引导液体(例如液体冷却剂)通过散热器的至少一个冷却通道。例如，至少一个冷却通道可以被设计成引导导电液体和/或包含水和/或乙二醇溶液的液体或者基于乙二醇的冷却剂。其它可能的液体是液态金属、盐溶液或诸如氢气或氦气之类的液化气。散热器包括外表面，电子部件在该外表面处被安装至散热器。优选地，外表面是平坦的。特别地，电子部件的壳体被安装至散热器的平坦外表面。此外，散热器的壳体可以至少部分地形成所述外表面。例如，散热器被设计成包括金属壳体的冷却板。另选地，散热器的壳体可以由玻璃材料和/或塑料材料和/或合成材料和/或防水材料构成。散热器的壳体可以与电子部件的壳体直接接触。电子部件本身的结构不需要任何更改。
7.散热器的外表面包括至少一个开口，该至少一个开口至少部分地暴露出至少一个冷却通道。换句话说，冷却通道可以经由至少一个开口至少部分地与电子部件直接接触。至少一个电子部件中的相应电子部件被安装至外表面，使得电子部件覆盖至少一个开口。冷却系统还包括密封材料，该密封材料被布置在散热器的外表面与电子部件之间，使得相对于液体冷却剂密封电子部件。例如，流过至少一个冷却通道的液体可以在至少一个开口处被释放并且直接流过电子部件。密封材料可以被布置成使得液体的流动受到限制。例如，密封材料被布置成使得液体不会流动超出电子部件的与散热器接触的表面的限制。这允许相
对于液体密封其它电子部件，诸如相邻电子部件或印刷电路板。
8.这样，由于在电子部件与冷却通道之间没有放置中间元件或没有热界面材料，因此可以实现电子部件的有效冷却。因此，不会在冷却系统中引入附加热阻。流过冷却通道的液体可以直接流过电子部件的表面。因此，冷却系统的多个部分(例如散热器的壳体)的整体热导性变得不那么重要，从而允许使用其它材料而不是高导热性材料(诸如金属)用于冷却系统的这些部分。此外，可以在不对来自标准结构的电子部件进行任何改变的情况下实现电子部件的有效冷却。
9.根据一实施方式，密封材料被布置在电子部件与散热器的外表面之间，使得当液体流过至少一个冷却通道时，电子部件至少部分地与液体直接接触。因此，密封材料被围绕至少一个开口布置而不覆盖开口本身。因此，液体可以自由流过电子部件并提供有效冷却。
10.根据一实施方式，密封材料包括胶粘剂。胶粘剂可以是结合剂或粘合剂。特别地，密封材料可以是双面胶带。密封材料可以包括或形成多个层，例如多层胶。优选地，密封材料对应于热塑性材料。特别优选地，密封材料是热熔粘合剂。换句话说，密封材料是可分配材料，其已经以液态分配到散热器的平坦表面上。因此，电子部件本身和/或相邻电子部件被相对于液体(例如冷却液)特别良好地密封，因此被保护而不受任何损坏。
11.根据一实施方式，密封材料是耐冷却剂的和/或刚性的。密封材料可以抵抗由于冷却剂的流动而在散热器内产生的压力。换句话说，密封材料承受冷却系统的压力需求。例如，密封材料抵抗至少1巴、优选地至少2巴的压力。因此，冷却系统被设计成即使在例如由于液体流过冷却通道并在电子部件表面上流动而相对于密封产生压力的情况下也保持电子部件相对于液体密封。
12.根据一实施方式，电子部件以非形状配合的方式和非摩擦的方式安装至散热器。可以仅经由密封材料将电子部件附接至散热器。例如，如果密封材料是热熔粘合剂，则将电子部件胶合至散热器。特别地，不需要用于将电子部件附接至散热器的焊接工艺。非形状配合和非摩擦的连接允许设计特别轻的冷却结构，该冷却结构可以以特别容易和快速的方式组装。
13.根据一实施方式，电子部件经由胶合或经由焊接被安装至散热器。至少一个电子部件可以在一侧焊接至印刷电路板，并且在另一侧焊接至散热器。
14.根据一实施方式，密封材料形成与二维几何对称形状的周边相对应的形状。例如，密封材料可以在散热器的外表面上形成连续的线。特别地，密封材料形成与矩形的周边相对应的形状。另选地，密封材料是环形的。由于密封材料具有几何形状，因此可以将液体限定在一定空间内。至少一个开口可以被设计成遍布由密封材料界定的区域延伸，因此允许电子部件与尽可能多的液体热接触，而没有冷却系统泄漏的风险。
15.根据一实施方式，密封材料沿着电子部件的周边延伸。所述至少一个开口可以在由密封材料包围的表面内延伸，使得安装至散热器的外表面的电子部件的表面可以与液体直接接触。因此，液体的特别大的表面与电子部件直接接触，从而允许特别有效地冷却电子部件。
16.根据一实施方式，散热器包括形成外表面的基座。换句话说，散热器的主体不是完全平坦的，而是形成隆起部，该隆起部提供至少部分地暴露出至少一个冷却通道的外表面。特别地，基座的外表面可以是平坦的。基座的尺寸可以与要安装在基座上的电子部件的表
面的尺寸相对应。例如，由基座提供的外表面的长度和宽度与要安装到基座上的电子部件的表面的长度和宽度相对应。特别地，密封材料可以沿着基座的外表面的周边延伸，并且开口可以形成在由基座的外表面上的密封材料界定的表面内。由于基座形成的隆起部允许将不同的电子部件安装在安装至散热器的电子部件附近。例如，多个电子部件被安装在印刷电路板上，这些电子部件具有不同的尺寸。基座允许根据电子部件的不同尺寸将所有电子部件容纳在散热器和印刷电路板内的空间中。
17.根据一实施方式，冷却系统被配置成冷却多个电子部件。散热器包括多个基座，其中，每个基座形成用于安装多个电子部件中的相应电子部件的外表面。由多个基座形成的这些外表面可以各自包括不同的尺寸，使得相应外表面的尺寸与要安装至基座的相应电子部件的表面的尺寸相对应。这样，用单个散热器就可以实现多个电子部件的高效冷却。
18.在另一方面，本公开涉及一种电子控制单元，所述电子控制单元包括本文所述的冷却系统。例如，电子控制单元被设计成在车辆的操作中使用。
19.应当理解，在电子控制单元中可以实现结合冷却系统描述的特征，反之亦然。
20.在另一方面，本公开涉及一种车辆，所述车辆包括本文所述的电子控制单元。该车辆包括冷却回路。电子控制单元连接至车辆的冷却回路，使得冷却回路的冷却剂被引导至电子控制单元的冷却系统的散热器的至少一个冷却通道。换句话说，用于冷却车辆的部件(例如发动机部件)的冷却剂也用于冷却电子控制单元的电子部件。
21.应当理解，在该车辆中可以实现结合冷却系统以及结合电子控制单元描述的特征，反之亦然。
22.在另一方面，本公开涉及一种组装用于冷却电子部件的冷却系统的方法。该方法包括以下步骤。首先，穿过散热器的外表面形成至少一个开口，其中，该至少一个开口至少部分地暴露出散热器的冷却通道。至少一个开口可以例如通过穿过外表面钻孔或铣削或切割而形成。至少一个开口的位置可以在外表面上选择在散热器内的至少一个冷却通道的位置处。
23.在第二步骤中，将密封材料围绕至少一个开口以液态分配在外表面上面。密封材料形成成型件或成型物。在第三步骤中，将电子部件或电子部件的壳体压到由密封材料形成的成型物上。最后，密封材料可以被硬化成固态，从而将电子部件附接至散热器的平坦外表面。
24.应当理解，对于该方法可以实现结合冷却系统以及结合电子控制单元和车辆描述的特征，反之亦然。
附图说明
25.这里结合示意性示出的以下附图描述本公开的示例实施方式和功能：
26.图1是包括散热器、集成电路和印刷电路板的冷却系统的示意性分解图；
27.图2是组装后的图1所示的冷却系统的示意性剖视图；
28.图3是具有多个电子部件的冷却系统的示意性剖视图；
29.图4是具有多个电子部件的冷却系统的另一实施方式的示意性剖视图；以及
30.图5是组装用于冷却电子部件的冷却系统的方法的示意图。
31.附图标记列表
32.10 冷却系统
33.12 散热器
34.14 集成电路
35.16 印刷电路板
36.18 基座
37.20 平坦外表面
38.22 冷却通道
39.24 开口
40.26 密封材料
41.28 电子部件
42.30 电子部件
43.32 电子部件
44.34 基座
45.36 基座
46.38 基座
47.40 冷却通道
48.42 冷却通道
49.44 冷却通道
50.46 冷却通道
具体实施方式
51.图1示出了包括散热器12和集成电路14的冷却系统10的分解图。此处示出的集成电路14被设计成球栅阵列。集成电路14可以另选地被设计成双列直插式封装或任何其它常见的集成电路封装。图1还示出了印刷电路板16，集成电路14将被附接到印刷电路板16上。图2示出了同一冷却系统10的剖视图，其中，图2中所示的冷却系统10被组装好。在图2中用剖视图示出散热器12，以便显示散热器12的内部部分。散热器12可以被设计成具有诸如铝壳体之类的金属壳体的板。另选地，散热器12的壳体可以包括塑料材料或合成材料和/或完全由塑料材料或合成材料形成。散热器12在其外表面上形成基座18，其中，基座18提供平坦外表面20。换句话说，与散热器12的其余外表面相比，基座18的平坦外表面20被升高。散热器12容纳冷却通道22，该冷却通道22例如沿着散热器12的长度延伸，如图1和图2所示。冷却通道22还穿过基座18，并且特别地沿着基座18的平坦外表面20穿过。
52.为了冷却集成电路14，穿过基座18的平坦外表面20形成开口24。在图1中部分地示出了开口24，其中，所示的开口24具有正方形的横截面。经由开口24，冷却通道22部分地暴露于散热器12的外部。密封材料26被分配在平坦的外表面20上面。优选地，如图1所示，密封材料26沿着平坦外表面20的周边或要附接至基座18的集成电路14的表面的周边分配。密封材料26沿着开口24的边界分配，使得可以避免液体或液体冷却剂从冷却通道22流过集成电路14的除其壳体之外的电子部分或流过印刷电路板16。如图1所示，密封材料26的形状与空心正方形相对应，该正方形的尺寸与集成电路14的表面的尺寸相对应。
53.如图2所示，在安装状态中，集成电路14或其壳体与冷却通道22直接接触，使得当
液体流过冷却通道22时，该液体与集成电路14直接接触。仅经由密封材料26实现集成电路14到散热器12的基座18的连接或附接。因此，该连接是非形状配合和非摩擦的。密封材料26是防水的和/或耐冷却剂包含的诸如乙二醇等成分。
54.图3示出了另一实施方式中的冷却系统10的剖视图。冷却系统10被配置成冷却多个电子部件，如在此所示的三个不同尺寸的电子部件28、30、32。为此，散热器12包括三个基座34、36、38，每个基座被配置成安装至电子部件28、30、32中的一个电子部件。为此，三个基座34、36、38具有不同的尺寸，其中，相应基座34、36、38的每个尺寸适合于相应电子部件28、30、32的尺寸。电子部件28、30、32可以连接至印刷电路板16。每个基座34、36、38形成平坦外表面20，该平坦外表面20的尺寸与要安装到相应基座34、36、38上的电子部件28、30、32的相应表面的尺寸相对应。散热器12包括多个冷却通道，如在此在图3中所示的三个冷却通道40、42、44。冷却通道40、42、44被引导至一个或更多个基座34、36、38的外表面20。另选地，散热器12可以仅包括被引导穿过每个基座34、36、38的一个冷却通道。图3中所示的散热器12包括总共三个开口24，其中，每个电子部件28、30、32在其外表面处用密封材料26相对于液体密封。
55.图4示出了又一实施方式中的冷却系统10的剖视图，其中，如图3所示的实施方式，冷却系统10被配置成冷却多个电子部件。与图3相比，冷却系统10不包括任何基座。代替地，散热器12的外表面是平坦的，并且包括此处示出的三个开口，在该三个开口处附接有电子部件28、30、32。在此示出的电子部件28、30、32具有相同的尺寸，使得印刷电路板16与散热器12之间的间距在散热器12的长度或宽度上是相同的。因此，与图3所示的实施方式相比，不需要基座。散热器12包括单个冷却通道46，该单个冷却通道46经由相应开口连接至所有电子部件28、30、32。
56.图5示意性地示出了用于组装冷却系统10的方法的步骤的图。在第一步骤s1中，穿过散热器12的外表面20形成开口24，其中，开口24被形成为使得该开口至少部分地暴露出散热器12的冷却通道22。可以穿过平坦外表面20钻孔、铣削或切割出开口24。在第二步骤s2中，将密封材料26以液态分配在开口24周围，使得密封材料26形成成型物。在第三步骤s3中，将集成电路14或电子部件28、30、32压在由密封材料26形成的成型物上。