1.本发明涉及一种中央计算单元，尤其涉及一种载具中央计算单元、一种凹处模块(pocket module)、一种电子模块、一种印刷电路板、一种冷却叶片以及一种主框架。此外，本发明涉及中央计算单元、凹处模块、电子模块和印刷电路板的单个元件的制造以及几何构思和布置。此外，本发明涉及载具，尤其涉及载具架构和载具中央计算单元(v-ccu)的构造。更特别地但非排他性地，本发明涉及一种用于适应载具环境的印刷电路板的构思。
背景技术：
2.已知中央计算单元安装在载具中。然而，已知解决方案存在若干缺点。例如，需要将不同构造原理的多个硬件或子计算单元集成在一个载具内。这些不同硬件或计算单元的协作既复杂又低效。
3.似乎需要一种协调方法，从而在载具中使用由不同供应商提供的的不同种类的硬件或计算单元。期望使用模块化构造。为许多应用(如服务器系统)建立电子设备的模块化构造原理。另外，汽车行业的各种一级供应商都建立了自己的“机架系统”。然而，现有的“模块化”一级构造仅涵盖有限的“计算”和“功率”域，如与驾驶员辅助系统或信息娱乐相关的域。这种方法导致在“计算”和“功率”域中存在多种非标准化解决方案。例如，域计算单元建立在彼此之间不兼容的各种基于供应商的壳体和主板构造上。因此，只有映射到那些单独的配置(包括sw)的多个功率供应器和主板以及最终的硬件扩展可用。因此，可能需要复杂且昂贵的系统集成。目前可观察到，存在用于那些计算单元(其可能是硬件和/或软件)的系统集成的大量变型。这可能会导致集成设计问题，其导致非优化的硬件和软件操作。在开发期间以及在硬件和软件维护期间(包括变更管理等)可能会出现功能损失和故障操作。基于中央计算单元的架构的关键挑战是软件限定的操作原理从嵌入式系统到非嵌入式系统的变化，这需要操作系统及其所选特征方面的硬件协同设计。
4.此外，载具环境中的电子部件会受到环境的各种影响，如较大的温差、机械应力和振动、来自其它部件(例如高压部件)的电磁影响以及非授权方(例如黑客)的访问尝试。
技术实现要素：
5.本发明根据以下项目解决上述需要：实施例提供了一种组装印刷电路板，其配置用于电子载具部件。电子载具部件应理解为电子部件、部件部分或元件，其旨在在载具或载具环境中使用。电子载具部件的“一个”代表性实例是由 pcba(组装印刷电路板)、周围壳体和 ecu 软件组成的 ecu(电子控制单元)。在过去几十年的载具生态系统中，“电子部件”通常在 ecu 的设计级别处理，除非另有明确限定。该措辞与电子行业中使用的措辞不同，后者主要使用表达电子部件作为电子装置的同义词。实例是适合在载具中使用的电子元件、模块、电路或电路系统，它们可以使用电子部件/部分，例如任何半导体装置或芯片、电阻器、电容器、电感器、晶体管、二极管等。
6.印刷电路板包括印刷电路板中的热分布层和印刷电路板的表面上的一个或多个热耦合区域。一个或多个热耦合区域配置用于从印刷电路板中散热，并且一个或多个热耦合区域热耦合到印刷电路板中的热分布层。热分布层和热耦合区域实现更有效的散热，这适应载具环境。
7.例如，印刷电路板进一步包括用于将热分布层接地的一个或多个触点。将热分布层接地可进一步有助于保护部件免受电磁干扰。
8.热耦合区域可以电耦合到热分布层。热耦合区域可以与热分布层一起接地，反之亦然。将热耦合区域和热分布层保持在相同的电位上可进一步有助于分别保护印刷电路板免受电磁干扰、其部件。
9.在一些实施例中，印刷电路板可以包括嵌入在印刷电路板中的一个或多个传感器。在印刷电路板中嵌入传感器可以实现监测印刷电路板的某些物理特性。
10.例如，一个或多个传感器可以包括温度传感器、具有能量收集装置的温度传感器、机械变形传感器和具有能量收集装置的机械变形传感器的组中的至少一个元件。实施例可以实现对印刷电路板中的温度、机械应力或变形和/或能量收集的监测。
11.一个或多个传感器可以包括至少一个组合的机械变形和温度传感器，其可以实现使用一个传感器监测两个数量。
12.在其它实施例中，印刷电路板可以包括分布式传感器的网格。传感器网格可以实现对整个印刷电路板的分布式监测。
13.实施例还提供了一种用于载具的电子模块，其包括如本文中所述的印刷电路板。电子模块可以使用印刷电路板适应载具环境。
14.例如，电子模块进一步包括安装在印刷电路板上的电子部件和用于具有电子部件的印刷电路板的壳体。电子模块进一步包括热接口材料，该热接口材料构造成热耦合电子部件和壳体。实施例可以使用印刷电路板和印刷电路板到电子模块的壳体的热耦合来提供适应载具环境的有效散热构思。
15.电子模块可以进一步包括一个或多个间隔块，所述一个或多个间隔块配置成将印刷电路板的一个或多个热耦合区域与壳体热耦合。间隔块可以进一步有助于从印刷电路板到壳体的有效散热。
16.此外，在一些实施例中，可以使用热接口材料，该热接口材料配置成将一个或多个间隔块中的至少一个热耦合到壳体。使用热接口材料可以增强热耦合。
17.间隔块可以配置成与壳体一起接地。这样的接地可以有助于通过电子模块的壳体对印刷电路板和在其上实现的电子部件进行电磁屏蔽。
18.一个或多个隔离块可进一步配置成将印刷电路板机械地稳定在壳体中。实施例可以进一步实现印刷电路板在壳体中的有效机械稳定性，例如，在载具环境中更广泛的温度范围内。
19.在一些实施例中，电子模块进一步包括模块连接器，该模块连接器配置成从电子模块的外部提供到印刷电路板的电耦合。实施例可以实现印刷电路板和载具中的其它电子部件的有效电耦合。
20.壳体可以配置成屏蔽印刷电路板免受电磁辐射。这样的屏蔽可以使用金属壳体来实现，例如由铝制成的金属壳体，或使用至少一个导电材料网在印刷电路板周围形成法拉
第笼。
21.实施例进一步提供一种凹处模块，其包括两个冷却叶片和如本文中所述的与两个冷却叶片热耦合的电子模块。这样的凹处模块可以提供电子模块对载具环境的有效适配。又另一个实施例是根据本文描述的具有两个或更多个凹处模块的主框架。
22.主框架可以配置成吸收来自两个或更多个凹处模块的机械应力。实施例可以至少部分地实现主框架和凹处模块的机械脱离。与上述一致，主框架可以配置成屏蔽凹处模块免受电磁辐射。
23.另一个实施例是具有如本文中所述的主框架的载具。
24.此外，冷却叶片可构造用于冷却载具的电子模块。冷却叶片包括用于连接到载具的液体冷却系统的至少一个连接器和用于引导液体冷却剂通过冷却叶片以进行热传递的冷却管线。冷却叶片进一步包括用于电子模块热耦合的热传递区域。利用冷却叶片，提供了可缩放且通用的热传递接口来用于载具中的电子模块的集成。
25.冷却管线可封装在冷却叶片中，这可为电子模块实现高效且有效的冷却构思。
26.在实施例中，冷却叶片可构造成将电子模块与液体冷却剂分离。电子部件可良好地与液体冷却隔离。例如，冷却叶片可进一步包括用于进行泄漏监测的一个或多个湿度传感器，使得泄漏可能可以在由此导致显著破坏之前检测到。
27.此外，冷却叶片可包括具有接地连接器的金属壳体。如此一来，该冷却叶片可进一步用作电子模块的电磁屏蔽件。
28.在冷却叶片处，用于电子模块的热耦合的区域可构造成与另一个冷却叶片一起夹住电子模块。如果电子模块夹在两个冷却叶片之间，则可产生甚至更有效的散热构思，例如，用于热耦合的总面积可加倍。
29.至少在一些实施例中，冷却叶片可构造成与另一个冷却叶片一起形成用于电子模块的腔。这样，电子模块外表面的大部分可用于向冷却叶片进行热传递。
30.腔可构造成允许电子模块与主框架的主框架接口连接，该主框架构造成保持冷却叶片。在实施例中，冷却叶片与电子模块之间的热传递面积可能很大，但仍允许与主框架接口进行电子连接。例如，腔还可构造成允许电子模块使用电子模块的前侧连接器连接到另一个部件。前侧连接器可布置在电子模块的壳体的主框架接口(其可在后侧上)的相对侧上。在实施例中，冷却叶片可允许与载具及其部件进行适当的电子耦合，同时仍确保有效散热。
31.此外，冷却叶片可构造成冷却预定形状因数范围内的电子模块。然后，冷却叶片可成为形状因数范围中的电子模块的通用冷却、屏蔽和保护适配器。
32.实施例还提供了凹处模块，其包括如本文中所述的两个冷却叶片和电子模块。又一个实施例是具有一个、两个或更多个凹处模块的主框架。主框架可构造成吸收来自一个、两个或更多个凹处模块的机械应力。主框架可进一步构造成屏蔽凹处模块免受电磁辐射，同时也阻挡来自模块本身的电磁发射。具有这样的主框架的载具是另一个实施例。
33.另外的实施例是：1. 印刷电路板(5)，其包括电子部件(3)，热分布层(7)，以及
至少一个间隔元件(2)，其中，热分布层(7)集成在印刷电路板(5)内部，并且其中，至少一个间隔元件(2)在其外侧上连接到印刷电路板(5)。
34.2. 根据项目1所述的印刷电路板(5)，其中，热分布层(7)是热分布层(7)内的平面层。
35.3. 根据项目1或2所述的印刷电路板(5)，其包括至少一个嵌入式温度和机械变形传感器(13a)。
36.4. 根据项目1至3中任一项所述的印刷电路板(5)，其中，印刷电路板(5)经由连接件与间隔元件(2)连接，其中，连接是热连接以及电连接。
37.5. 电子模块(9)，其包括壳体(8)，印刷电路板(5)，壳体(2)与印刷电路板(5)之间的至少一个间隔元件(2)。
38.6. 根据项目5所述的电子模块(9)，其中，电子模块(9)是根据项目1至4中任一项所述的印刷电路板(5)。
39.7. 根据项目5或6所述的电子模块(9)，其进一步包括功率接口。
40.8. 根据项目5至7中任一项所述的电子模块(9)，其进一步包括通信接口。
41.9. 根据项目5至8中任一项所述的电子模块(9)，其中，在操作中，电子模块(9)具有至少一个热源(3)和至少一个散热器(2),(7),(8),(11)，其中，电子模块(9)的壳体内部安装有印刷电路板(5)的热分布层(7)，用于将热源的热能分布到散热器。
42.10. 凹处模块(10)，其包括根据前述项目中任一项所述的至少一个电子模块，模块壳体，模块连接器，至少一个流体接口。
43.11. 根据项目10所述的凹处模块(10)，其进一步包括第一热传递冷却叶片(14)和第二热传递冷却叶片(14)。
44.12. 根据项目10或11所述的凹处模块(10)，其进一步包括湿度传感器(13b)。
45.13. 根据项目10至12中任一项所述的凹处模块(10)，其进一步包括用于安装不同尺寸的一个或多个电子模块(9)的内部空间。
46.14. 根据项目10至13中任一项所述的凹处模块(10)，其包括模块壳体与冷却叶片(14)之间的热接口，优选地为粘附流体(油)或磁性层涂层。
47.15. 根据项目10至14中任一项所述的凹处模块(10)，其包括优选地设在凹处模块(10)的下部中的阶梯形几何形状。
48.16. 中央计算单元、尤其载具中央计算单元，其包括具有用于根据前述项目中任一项所述的多个凹处模块(10)的集成槽的主框架。
49.17. 根据项目16所述的中央计算单元，其进一步包括接口板(15)，该接口板优选地具有用于阻尼机械振动的阻尼元件。
50.18. 根据项目16或17所述的中央计算单元，其包括功率模块(18)。
51.19. 根据项目16至18中任一项所述的中央计算单元，其包括以下模块组中的至少一个模块：主板模块、中央hw扩展模块、ocu模块、ai模块、接口，特别是接口模块zec或特别是作为接口扩展模块sac的接口、通信模块和无线通信模块。
52.20. 根据项目16至19中任一项所述的中央计算单元，其进一步包括一个或多个振动阻尼元件(16)。
53.21. 根据项目16至20中任一项所述的中央计算单元，其进一步包括一个或多个热引导元件。热引导元件可限定热传递流。
54.22. 根据项目16至21中任一项所述的中央计算单元，其进一步包括一个或多个温度和/或变形传感器。
55.23. 根据项目16至22中任一项所述的中央计算单元，其包括至少一个电磁屏蔽元件。
56.24. 根据项目16至23中任一项所述的中央计算单元，其包括前盖。
57.25. 根据项目16至24中任一项所述的中央计算单元，其包括后盖。
58.26. 用于制造根据前述项目中任一项所述的印刷电路板(5)的制造方法，其包括提供印刷电路板(5)的元件并且组装这些元件。
59.27. 用于制造根据前述项目中任一项所述的电子模块(9)的制造方法，其包括提供电子模块(9)的元件并且组装这些元件。
60.28. 用于制造根据前述项目中任一项所述的凹处模块(10)的制造方法，其包括提供凹处模块(10)的元件并且组装这些元件。
61.29. 用于制造根据前述项目中任一项所述的中央计算单元的制造方法，包括提供中央计算单元的元件并且组装这些元件。
62.30. 包括根据项目16至25中任一项所述的中央计算单元的载具，优选地，中央计算单元安装在载具内。
63.31. 根据项目30所述的载具，其中，载具是汽车、公共汽车或卡车。
附图说明
64.一些其它特征或方面将使用设备或方法或计算机程序或计算机程序产品的以下非限制性实施例仅以实例的方式并且参考附图来描述，其中：图1至图23示出了本发明的示例性实施例；图1示出了实施例中的电子模块构造；图2示出了实施例中的电子模块构造，其具有关于内部构造的更多细节；图3a和图3b描绘了实施例中的电子模块的横截面；图3c示出了具有热流指示的实施例中的电子模块的横截面；图4a和图4b示出了实施例中的印刷电路板(pcb)构造；图4c描绘了实施例中的pcb构造；图5a示出了包括两个冷却叶片的凹处模块的实施例；
图5b示出了包括两个冷却叶片的凹处模块的另一个实施例；图6a和图6b示出了实施例中的主接口板；图7描绘了实施例中的连接到主框架接口的电子模块；图8示出了实施例中的电子模块与主框架接口之间的另一连接；图9a和图9b示出了实施例中的主框架中的三个凹处模块的构造；图10描绘了实施例中的主框架中的三个凹处模块的构造中的主框架接口；图11a和图11b示出了实施例中的主框架的后侧盖；图12描绘了关于实施例中的主框架的后侧盖的进一步细节；图13示出了关于实施例中的主框架的后侧盖的进一步细节；图14描绘了实施例中的主框架后侧上的热传递流体连接器块；图15a和图15b示出了实施例中的主框架的前视图构造；图16示出了另一个实施例中的主框架中的三个凹处模块的备选构造；图17描绘了关于另一个实施例中的主框架中的三个凹处模块的备选构造的进一步细节；图18示出了实施例中的不同凹处模块构造或类型；图19示出了实施例中的不同凹处模块类型；图20描绘了实施例中的其它凹处模块类型；图21示出了凹处模块的另一个实施例；图22a和图22b示出了实施例中的凹处模块的集成；以及图23描绘了实施例中的集成凹处模块的前侧。
具体实施方式
65.现在将参照附图更全面地描述各种示例性实施例，附图中示出了一些示例性实施例。在附图中，为了清楚起见，线、层或区域的厚度可能夸大。可选部件可使用虚线、点划线或点线来示出。
66.因此，尽管示例性实施例能够进行各种修改和备选形式，其实施例在附图中以实例的方式示出并且将在本文中详细描述。然而，应当理解，示例性实施例不限于所公开的特定形式，但相反，示例性实施例将覆盖落入本发明范围内的所有修改、等同物和备选方案。在整个附图的描述中，相同的数字是指相同或相似的元件。
67.如本文中所用，术语“或”是指非排他性的或除非另有说明(例如，“或否则”或“或备选”)。此外，如本文中所用，除非另有说明，否则用于描述元件之间关系的词语应广义地解释为包括直接关系或中间元件的存在。例如，当元件称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，该元件可直接连接或耦合到另一个元件，或可存在中间元件。相反，当元件称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，不存在中间元件。类似地，诸如“之间”、“相邻”等词语应该以类似的方式来解释。
68.本文中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制示例性实施例。如本文中所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式，除非向下文清楚地另外指出。将进一步理解，术语“包括”、“包含”当在本文中使用时指定所述特征、整数、步骤、操作、元件或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、
元件、部件或其组合。
69.除非另外限定，否则这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与示例性实施例所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解，术语(例如常用词典中限定的那些)应当理解为具有与相关领域的上下文中的意义一致的意义，并且将不会以理想化或过于正式的含义来理解，除非本文明确这样限定。
70.总体而言，本发明尤其涉及机动载具，并且从电子功能的角度解决了hw/sw协同设计方法的挑战，该方法还需要在载具计算机的构造-架构侧进行对应的基于系统工程的协同设计。根据本发明的构思，载具中央计算单元(v-ccu)内的部件是可更换的并且尺寸可变。载具中央计算单元(v-ccu)将多个单硬件单元组合在一个载具中央计算单元(v-ccu)内，该载具中央计算单元也可包括冗余单元。因此，本发明能够实现可更换且可扩展的硬件，并且能够在来自供应链的不同供应商的预限定的形状因数范围内集成不同尺寸的(与图18相比)功率供应器、主板、扩展板等。另外，在预限定的形状因数范围内加上一些标准化电路板设计规则，pcb的冷却和固定是标准化的，并且与pcb的尺寸无关(与图5a相比)。图5a示出了水平方向上的灵活模块尺寸。在其它实施例中，灵活的尺寸变化可在另一个或多个方向上，例如在竖直方向上。此外，接口/模块连接器4示出在模块的后侧上，在其它实施例中，接口板可在底侧上或可存在多个接口/连接器。
71.在此上下文中，使用了以下含义：pcb=印刷电路板pcba=组装印刷电路板ccu=中央计算单元(ccu)v-ccu=载具中央计算单元表述ccu和v-ccu在该上下文中可关于载具应用互换使用ecu=电子控制单元emc=电磁兼容性emi=电磁干扰esd=静电放电ocu=车载连接单元rfi=射频干扰asil=汽车安全完整性等级hw=硬件sw=软件esd=静电放电t：温度sac：传感器/致动器集群zec：区域电气控制器。
72.表述模块、模块凹处或凹处模块在该上下文中可互换使用。
73.由本发明提供的进一步示例性优点及其示例性实施例的优点如下：
‑ꢀ
保护焊接接头免受机械应力和热应力，
‑ꢀ
保护电子部件/包装免受机械应力和热应力
‑ꢀ
用于过应力检测(即车祸，因此明确决定是否需要更换硬件)的变形和热传感器，因此提高功能安全性，
‑ꢀ
用于过应力检测的许多分布式热传感器也可能用于对某些网络安全攻击的入侵检测，这些攻击会产生“热”偏差，
‑ꢀ
emc/emi和esd性能，因此经由所需的附加部件降低了补偿，
‑ꢀ
没有从硬件壳体到电子部件的直接冲击传递，因此可避免焊球裂纹，因此没有功能损失和信号失真，并且也不会错误地假设软件缺陷，
‑ꢀ
利用硬件计算缩放提供功率供应器可缩放性，利用硬件缩放提供冷却可缩放性，
‑ꢀ
asil(汽车安全完整性等级)符合热传递流体冷却，因此对安全功能没有限制，
‑ꢀ
鲁棒的热传递流体冷却构造，
‑ꢀ
热、机械和emi(电磁干扰)屏蔽设计，从pcb设计连接到电子模块壳体连接到冷却叶片连接到抗冲击/振动主框架槽的“一个”构造原理设计，
‑ꢀ
降低成本的主框架构造(减少金属部分)，设计简单，
‑ꢀ
没有专有的主板解决方案(供应商之间兼容)并且对所有人开放，供应商提供硬件升级/更换，
‑ꢀ
与汽车制造商的操作系统可匹配的架构，
‑ꢀ
总体而言，提供了高能效，
‑ꢀ
安装的传感器可提供预先监测，用于启动预防措施以避免电气部件脱落，因此使故障或失效的可能性最小化，
‑ꢀ
由于所提供的几何形状旨在使电子部件的热应力均匀，因此提供了鲁棒的构思，
‑ꢀ
中央计算单元的壳体可在功率供应器和功率量、电子模块的尺寸和集成电子模块的数量方面进行缩放，以及
‑ꢀ
所提供的解决方案在机械构造、电磁屏蔽和热稳定性方面提供了鲁棒的构思。
74.附图的描述：本发明的其它优点、特征和应用在以下详细描述和附图中提供，其中：图1至图23示出了本发明的示例性实施例。
75.图1示出了实施例中的电子模块构造。在图1中，电子模块9示出为标准化电子模块构造。电子模块在其前侧处具有通信接口连接器1a和功率连接器1b，并且在其后侧处具有模块连接器4，以朝计算机主框架的接口板连接，其细节将在后面概述。电子模块9包括作为散热器的标准系列pcba金属壳体8。在该实施例中，模块的前部高度和宽度是标准化的，但其深度1c有助于可变模块尺寸和可缩放性。
76.图2示出了实施例中的电子模块构造，其具有关于内部构造的更多细节。图2示出了与图1相同的透视图，其中对标准系列pcba金属壳体8有所展示。在壳体8内部存在pcb5，其具有多个电子部件3(例如半导体部件)。可看出，电子部件使用热接口材料6(tim)热耦合到壳体8。在pcb5上存在间隔物2(间隔块)，它们接地，并将pcb5机械且热耦合到壳体8。pcb5由此稳定以防热应力和机械应力。通过将间隔物2和壳体8接地，可实现针对电磁干扰(emi)和电磁兼容性(emc)的保护。一些其它示例性构造特征是简单且便宜的构造。emc可通过将
壳体8电气接地并且通过pcb5的分布式接地来实现。间隔块2可直接连接到金属壳体8，由此实现热耦合和接地耦合。间隔物2可为与壳体8的热连接件，以及用于电子部件3的机械缓冲物。机械应力可保持远离电子部件或至少针对电子部件减少。壳体金属8的厚度可相对于热传递流体冷却叶片11的构造进行优化，这将在随后的图中示出。
77.图3a和图3b描绘了实施例中的电子模块9的横截面。用于载具的电子模块9包括pcb5，随后将对其进行更详细的描述。电子模块9包括安装在pcb5上的电子部件3和用于具有电子部件3的pcb5的壳体8。电子部件3可包括任何半导体装置或芯片、电阻器、电容器、电感器、晶体管、二极管等。
78.电子模块9进一步包括热接口材料6(tim)，其构造成热耦合电子部件3和壳体8。例如，tim6可为任何导热材料如铜或铝，其可在糊状或柔性材料中使用。另外，诸如热箔的非导电热传递材料也属于该类别。tim连接也可通过焊接连接或耦合来实现，即使其使制造过程更具挑战性。
79.此外，电子模块9包括一个或多个间隔块2，其构造成将pcb5的一个或多个热耦合区域与壳体8热耦合。间隔块可能不完全是对称的块，而是具有立方体或几乎立方体的尺寸，例如它们可为某种导热垫。对于本文中所述的所有导热部件，可使用导热材料，例如以粉末、纤维、通道、网格、网、结晶、块状等形式。可选地，tim6可用于将一个或多个间隔块2中的至少一个热耦合到壳体8。
80.此外，间隔块2可构造成与壳体8一起接地。壳体8构造成屏蔽pcb5免受电磁辐射。一个或多个间隔块2进一步构造成将pcb5机械稳定在壳体8中。因此，可使用本身提供一些机械鲁棒性的材料来实施间隔块。
81.图3a示出了pcb5的横截面，该pcb具有电子部件3、间隔块2、tim6和模块壳体8。图3b描绘了pcb5的放大横截面。在此，可看出pcb5包括接地的热分布层7，其连接到间隔块2。在实施例中，电气部件3上的tim6可为可选的，因为理想情况下，热分布层7提供足够的散热。
82.用于电子载具部件的pcb5包括pcb5中的热分布层7。pcb可视为一种用于电子部件3的载体，其具有在基本上不导电的载体基板上实施的某些导线、通孔和触点。pcb5可具有若干层导体平面，其中的至少一些可从pcb5的表面电接触。
83.热分布层7可使用导热材料的层状或平面实施方式来实施，例如这样的材料可为诸如铜或铝的金属。实施方式可为平面、多通道、曲折、网、网格等。热分布层7示出为在pcb5的中心实施，例如其可为层压到pcb5中的层，其可在pcb5的中间，但其也可不对称地实施，例如相比另一个表面更靠近pcb5的一个表面。pcb5包括pcb5表面上的一个或多个热耦合区域。这些区域位于图3a中的电子部件3之间，并且耦合到间隔块2。一个或多个热耦合区域构造用于从pcb5散热，并且一个或多个热耦合区域热耦合到pcb5中的热分布层7。于是，热在pcb5中分布并且可通过热耦合区域引导出pcb5。
84.在本实施例中，pcb5包括用于将热分布层7接地的一个或多个触点。在一些实施例中，热耦合区域电耦合到热分布层7，该热分布层可支持电子部件3的屏蔽。
85.图3c示出了具有热流指示的实施例中的电子模块的横截面。可看出，存在经由辐射33(例如，如果不使用tim6，则从电气部件3朝向壳体8)的热传递和经由传导34(例如，通过间隔件2和tim6)的热传递。
86.图4a和图4b示出了关于实施例中的pcb5构造的更多细节。图4a是关于前面的图已详细说明的顶部视图。图4b示出了pcb5的横向截面视图。传感器13a嵌入在pcb的内层中。这些传感器可检测热应力和机械应力。传感器13a分布在整个pcb5中，并且还可有助于入侵检测构思，例如，使能够对是否存在或已经存在热应力或机械应力进行可信性检查。
87.如图4a和图4b进一步所示，pcb5和电子模块9进一步包括模块连接器4，其构造成从电子模块9的外部提供到pcb5的电耦合，参见图2。连接器4可安装在pcb5上，并且壳体8可包括用于连接到pcb5的相应开口。如图4b中可见，pcb5包括嵌入在pcb5中的一个或多个传感器13a。这样的传感器可层压到pcb5中。一个或多个传感器13a可包括温度传感器、具有能量收集装置的温度传感器、机械变形传感器和具有能量收集装置的机械变形传感器中的至少一个。在实施例中，传感器可包括或实施为能量收集装置，其可配置成收集少量环境能量来为无线装置提供功率，例如用于无线通信关于温度、压力、机械变形等的信息。在实施例中，传感器可为实施为组合装置，即实施为用于测量数量的传感器和实施为能量收集装置。此外，一个或多个传感器13a可包括至少一个组合的机械变形和温度传感器。
88.传感器可用于确定pcb5和/或电子部件3的临界条件。例如，可检测到临界温度或变形条件，可应用相应的对策，例如切换到紧急模式或系统操作以避免损坏。此外，至少在一些实施例中，可通过pcb5上的热检测和/或热偏差检测来检测黑客攻击(基于软件和/或硬件)。对于某个电子部件3检测到的热可允许得出关于这样的攻击的结论。如图4a、图4b和图4c进一步所示，pcb5包括分布式传感器13a的网格、网或图案。图4c以横截面视图描绘了具有变形和温度传感器13a的实施例中的pcb构造。
89.图5a示出了包括两个冷却叶片11的凹处模块的实施例。如本文中所述，模块凹处10包括两个冷却叶片11和电子模块9。电子模块9与两个冷却叶片11热耦合。可使用tim、层状触点、导热粘合剂或油来实现热耦合。冷却叶片11中的每个构造成冷却载具的电子模块9。冷却叶片11包括用于连接到载具的液体冷却系统的至少一个连接器12和用于引导液体冷却剂通过冷却叶片以进行热传递的冷却管线(在图5a中延伸到冷却叶片的壁)。连接器12实施为用于冷却目的的流体接口(流体的入口和/或出口)。在图5a中，连接器12示出为对每个冷却叶片11的一个入口和一个出口，导致连接器12在图5a中的组装状态下的四边形布置(两个冷却叶片11形成模块凹处10)。此外，如图5a中的几何结构所示，连接器12相对于冷却叶片11的后侧表面的其余部分偏移地放置，例如在冷却叶片壳体的肩部或阶梯上。这样，用于冷却液体和电耦合(例如以太网)的连接平面可偏移，这在冷却液体泄漏的情况下可能是有利的。如图5a中进一步所示，连接器12位于冷却叶片的底部处，因此滴落的冷却流体将沿远离电子设备的方向滴落。
90.在实施例中，冷却叶片11可构造成与另一个冷却叶片11一起形成凹处模块10。冷却叶片11、凹处模块10分别构造成冷却载具的电子模块9。例如，电子模块9包括壳体8中的印刷电路板5。电子模块9的壳体8与液体冷却系统分离。例如，壳体8是无源的和/或没有与载具的液体冷却系统的连接。冷却叶片11可包括用于连接到载具的液体冷却系统的至少一个连接器12和用于引导液体冷却剂通过冷却叶片11以进行热传递的冷却管线。冷却叶片11可进一步包括用于电子模块9的壳体8的热耦合的热传递区域。
91.在实施例中，冷却叶片11可由轻质材料制成，例如铝。结构越轻，载具中存在的振动引起的耦合或固定部件的机械应力就越小。此外，铝提供了良好的导热性能，以从模块散
热。
92.冷却叶片11进一步包括用于电子模块9的热耦合的热传递区域。热传递区域是图5a中指向电子模块的内表面。在图5a中，冷却管线封装在冷却叶片中并且冷却叶片中的每个构造成将电子模块与液体冷却剂分开。如图5a进一步所示，冷却叶片进一步包括用于进行泄漏监测的湿度传感器/检测器13b。冷却板11进一步包括具有接地连接器的金属壳体。
93.如在图5a中可进一步看出的那样，用于电子模块9的热耦合的区域构造成与另一个冷却叶片11一起夹住电子模块9。冷却叶片11形成用于电子模块9的模块凹处10。具有两个冷却叶片11的布置形成了包括两个冷却叶片11和电子模块9的凹处模块10的实施例。两个冷却叶片11构造成彼此一起形成用于电子模块9的腔(凹处)。因此，图5a示出了标准化电子模块壳体9在两个热传递流体冷却叶片11之间的模块凹处集成。
94.如图5a进一步所示，腔构造成允许电子模块9经由主框架的模块连接器4与主框架接口连接，主框架构造成保持冷却叶片11。
95.如图5a进一步所示，冷却叶片11构造成冷却预定形状因数范围内的电子模块。冷却叶片11构造成冷却不同尺寸的电子模块，例如深度为10cm、15cm或20cm(cm＝厘米)。
96.图5b示出了包括两个冷却叶片11的凹处模块10的另一个实施例。在图5b中所示的实施例中，可使用热传递冷却叶片11的定制外形，其配合电子模块壳体9设计。这在图5b的底部处示出，其中不同深度的冷却叶片11示出为热传递流体冷却叶片尺寸的示例性变型。两种冷却叶片尺寸都允许集成不同的模块壳体尺寸。使用传感器(例如通过能量收集装置)监测水冷叶片的入口和出口以防泄漏。模块壳体9与冷却叶片11之间的热接口(用于电子模块9的热耦合的热传递区域)可使用粘附流体(油)或磁性层涂层以更好地耦合。
97.图6a和图6b示出了实施例中的主接口板。图6a示出了前侧连接器(前侧连接器的透明视图，前侧连接器形成了到模块构造的接口)，并且图6b示出了其中阻尼元件16朝向主框架构造的后侧视图。图6b进一步示出了与通信网络(例如以太网、pcie(外设部件互连高速))的连接器17。
98.图7描绘了实施例中的连接到主框架接口的电子模块。图7示出了三个模块18,19,20的示例性构造，每个模块以并联构造包围在连接到主框架接口板15的冷却叶片之间。三个示例性模块是功率模块凹处18、主板模块凹处19和计算扩展模块凹处20。如图7进一步所示，电子模块可具有前侧连接器21以连接到其它部件。该实施例示出了由叶片11形成的腔可构造成允许电子模块使用电子模块的前侧连接器21连接到另一个部件。前侧连接器21布置在电子模块壳体的主框架接口的相对侧上。
99.图8示出了实施例中的电子模块与主框架接口之间的另一连接。在该实施例中，功率模块18具有到(冲击和振动隔离地)连接到载具功率的计算机主框架的前侧连接器21。
100.图9a和图9b示出了实施例中的主框架中的三个凹处模块的构造。图9a、图9b描绘了具有根据上述的两个或更多个凹处模块的主框架。图9a示出了计算机主框架的前盖，其具有到电子模块连接的开口或适配器(取决于模块凹处内的电子模块长度)。图9b示出了前盖侧视图，其具有通过弹性体阻尼片并且还可包围基于气泡的阻尼元件的振动和冲击隔离件27。此外，存在一层导电硅酮弹性体28，其提供针对电磁干扰(emi)和射频干扰(rfi)的屏蔽。
101.图10描绘了实施例中的主框架中的三个凹处模块的构造中的主框架接口。图10示
出了计算机主框架的后侧盖，其具有到电子模块连接器的开口或适配器(取决于模块凹处内的电子模块长度)。
102.图11a和图11b示出了实施例中的主框架的后侧盖。图11a示出了后侧盖横向视图，并且图11b示出了后侧盖侧视图，其具有也可包围基于气泡的阻尼元件的一层通过弹性体阻尼片的振动和冲击隔离件27，以及提供针对电磁干扰(emi)和射频干扰(rfi)的屏蔽的一层导电硅酮弹性体28。主框架构造成屏蔽凹处模块免受电磁辐射。
103.图12描绘了关于实施例中的主框架的后侧盖的进一步细节。图12示出了三个模块的示例性构造，所述模块包围在连接到主框架接口板的冷却叶片之间，其中没有后侧盖和透明接口板15。冲击/振动阻尼元件用于机械脱离主框架。主框架构造成吸收来自两个或更多个凹处模块的机械应力。示例性以太网连接器17进一步示出在后侧上。
104.图13示出了关于实施例中的主框架的后侧盖的进一步细节。在该图中，计算机主框架的后侧盖31是透明的。可看出后侧盖31如何覆盖冷却叶片11的后侧(除其冷却连接器外)。
105.图14描绘了实施例中的主框架的后侧上的热传递流体连接器块。图14示出了三个模块的另一个示例性构造，所述模块包围在连接到具有后侧盖31的主框架接口板的冷却叶片之间。热传递流体连接器块35提供对凹处模块入口/出口的鲁棒保护。
106.图15a和图15b示出了实施例中的主框架的前视图构造。可看出，若干前连接器可在实施例中变化，例如具有不同的模块组合，如将在后续中详述的那样。
107.图16示出了另一个实施例中的主框架中的三个凹处模块的备选构造。在该实施例中，电子模块是堆叠的26，而不是之前的图中所示的平行构造25。图16示出了主框架在实施例中可使用不同的几何结构。如本文中所述的具有两个或更多个凹处模块10的主框架25,26是另一个实施例。例如，主框架25,26构造成吸收来自两个或更多个凹处模块10的机械应力。主框架25,26可进一步构造成屏蔽凹处模块10免受电磁辐射。
108.图17描绘了关于另一个实施例中的主框架中的三个凹处模块的备选构造的进一步细节。如图所示，可设想不同的模块及其前连接器构造。
109.图18示出了实施例中的不同凹处模块构造。例如，如左上方所示，功率模块凹处18可由冷却叶片形成。功率模块21可具有到(冲击/振动隔离地)连接到载具功率的计算机主框架的前侧连接器21。图18在右上方进一步示出了主板模块(用于操作系统)凹处19。其它模块是通用硬件扩展模块凹处20、车载连接单元(ocu)模块凹处22(具有用于始终操作的单独功率连接器或用于低功率特征的备选功率域)、通用接口扩展模块凹处23。其中两者都具有通信接口连接器1a，即使线束平台基础设施已经固定，其也可为现代通信接口和新传感器类型提供简单的升级选项。图18在底部处进一步示出了人工智能模块凹处24，其也具有通信接口连接器1a，例如，其具有用于光纤接口的选项(传感器之间的超高带宽数据通信和数据融合处理)。
110.图19示出了实施例中的不同凹处模块类型。功率模块凹处18示出在顶部处。功率模块具有到(冲击/振动隔离地)连接到载具功率的计算机主框架的前侧连接器21。主板模块凹处19示出在底部处，其可用于运行操作系统。
111.图20描绘了实施例中的其它凹处模块类型。在左边，示出了通用硬件扩展模块凹处20。在中间，描绘了具有前侧连接器21的ocu模块凹处22。通用接口扩展模块凹处23示出
在右边，其也具有通信接口连接器1a。即使线束基础设施已经固定，后者也可为现代通信接口和新传感器类型提供简单的升级选项。
112.图21示出了凹处模块的另一个实施例，在本实施例中为具有通信接口连接器1a的人工智能(ai)模块。通信接口连接器1a尤其可为光纤接口(传感器之间的超高带宽数据通信和数据融合处理)的选项。
113.图22a和图22b示出了实施例中的凹处模块的集成。图22a示出了集成在主框架槽29内的模块凹处的前视图。主框架构造特征是简单且便宜的构造、集成的emi屏蔽件28、冲击/振动吸收器27、集成的接口板15和供应至冷却叶片11的中央热传递流体入口/出口。图22b示出了使用气泡的振动和冲击隔离件的放大图。
114.图23描绘了实施例中的集成的凹处模块的前侧。图23示出了集成在主框架槽29内的模块凹处的前视图。在左边示出了没有前盖的主框架，并且可看到不同的前连接器。
115.另一个实施例是具有如本文中所述的主框架的载具。
116.包括pcb和电子模块构建元件的载具中央计算机单元(v-ccu或ccu或主框架)的构造架构：
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pcb(5)，其具有特殊设计规则和形状因数范围[与图3和图4相比，包括(2),(6),(7),(13a)]
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标准化电子模块壳体系列(9)(形状因数范围)[与图1和图2相比，包括元件(1a),(1b)和(4)]
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标准化模块凹处系列(10)(形状因数范围)[与图5相比，包括元件(9),(11),(13b)和(14)]
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计算机主框架(29)[与图9-17相比，包括元件(10)及其变型(图19)，元件(图6中的元件15,16,17)、(图9中的元件27,28,30)、(图11中的元件27,28,31)和主框架槽设计，包括(图22中的元件27,28)
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ccu包括计算机主框架(29)，其带有用于模块凹处(10)的集成槽；
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主框架形状可为客户特定的，示例性变型是平行型(25)和堆叠型(26)；
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主框架槽的内表面可涂有抗冲击/振动弹性体阻尼片(27)和用于emi(电磁干扰)屏蔽的导电硅酮弹性体(28)或者(27)和(28)的组合；
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主框架构造可包括接口板(15)，该接口板经由阻尼元件(16)固定到主框架；
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主框架构造可包括中央热传递流体入口/出口，该入口/出口将流体供应到作为(10)的一部分的热传递流体冷却叶片(11)；
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为了完成ccu，至少功率模块凹处(18)和主板模块槽(19)可集成到(29)中；这不排除包括功率供应器的主板模块凹处的变型；
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可通过附加集成通用hw扩展模块凹处(20)、ocu模块凹处(22)、ai模块凹处(24)(ai=人工智能)和通用接口扩展模块凹处(23)(sac，zecs)来建立通过专用hw集成到ccu中来覆盖功能需求的最高形式，
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这些凹处模块类型的具体特征在附图中示出，尤其在图18至图21中。
[0117]
模块凹处(10)的构造：
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易于插入/集成到计算机主框架中的每个模块凹处可包括两个流体冷却叶片(11)，其可包围标准化电子模块壳体(9)
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附加构造特征，如流体泄漏监测器(13b)和模块凹处的模块叶片接口(14)在图5a、图5b中示出。
[0118]
标准化电子模块(9)的构造：
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构造特征(1c)包括可缩放的金属壳体(8)、到主框架接口板(15)的汽车兼容连接器(4)、可选的前侧接口连接器(1a)、可选的电子模块的前侧功率连接器(1b)在图1中示出。
[0119]
(9)内的pcb/pcba(5)的设计原理：
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图3和图4中示出了组装pcb(印刷电路板)(5)的构造特征[间隔块(2)、热接口材料(6)、接地热分布层(7)、机械变形监测器(13a)和这些特征的几何排列]。机械变形可通过集成传感器进行监测。
[0120]
此外：
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组装pcb(5)的设计具有根据本发明的预限定的特征，这些特征添加到电子模块的单独设计中，并且使能够使用敏感的前沿部件(保形热分布-避免苛刻的热循环、改善接地和emi屏蔽、机械稳定性和(热)机械力从壳体到电子部件的脱离)。例如，构造强制保形热分布减少了热诱导的机械应力梯度，因为机械应力梯度是裂缝、分层等的原因
•ꢀ
电子模块和凹处设计原理允许通过标准化模块尺寸的最大尺寸灵活性
•ꢀ
冷却叶片、电子模块以及标准化模块形状的分离通过保持兼容性而允许从不同供应商处购买
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电子模块之间的连接可经由接口板建立，并且这简化了可缩放性，因为功率供应器可根据所需的实际功率进行更换(可能添加冗余功率供应器)-因此成本优化是优势
•
抗冲击/振动构造加上优化的冷却和emi屏蔽使独特的操作特征(敏感的前沿半导体、光纤接口等)能够集成到电子模块中。
[0121]
载具可理解为用于运输人员和/或货物的装置，如客车、卡车、公共汽车、火车、船舶、无人机、飞行器、航天器等。本发明优选安装在汽车行业的载具中，尤其轿车、公共汽车或卡车中，但不限于这些应用。
[0122]
载具中央计算单元(载具ccu)可理解为用于计算关于载具的数据和/或信息的装置。载具ccu可安装在载具上。载具ccu的部分可位于车外或至少与车外的计算装置交互，如云计算系统或计算实体。此外，载具ccu可为便携的和可更换的。因此，可在维护计算系统期间在载具中更换载具ccu或其凹处模块。
[0123]
本发明提供了一种集中式计算单元的解决方案。这样的单元的建议构造和集成可代替载具中的多个单个控制单元。该解决方案可在高度集成的电子系统中实施，尤其可能与安全敏感应用相关的电子系统。所提供的解决方案尤其可适用于可能具有高环境影响的高使用寿命产品的应用。这些应用可在汽车行业、飞行器和航天行业以及船舶和火车载具中找到。
[0124]
此外，本发明及其示例性实施例涉及载具中央计算单元(v-ccu)的构造架构，该架构为围绕复杂性管理、可缩放性、可升级性、易交换性、优化的功率和热管理、emi问题避免/减少，并且尤其对当前和未来的前沿电子设备的安全/可靠性支持的挑战提供实施解决方案。
[0125]
尽管已经描述了本发明的上述若干示例性实施例，但必须注意，存在其大量的变
型。此外，应认识到，所描述的示例性实施例仅示出了如何实施本发明的非限制性实例，并且不旨在限制本文中所述的设备和方法的范围、应用或构造。而是，前面的描述将为本领域技术人员提供用于实施本发明的至少一个示例性实施例的构造，其中，必须理解可对示例性实施例的功能和元件的布置进行各种改变，而不脱离所附权利要求及其法律等效物所限定的主题。
[0126]
附图标记列表：(1a) 通信接口连接器(1b) 功率连接器(1c) 可变模块尺寸(2) 间隔元件，例如间隔块，优选接地的间隔元件(3) 电子部件，例如半导体(4) 模块连接器，其朝向计算机主框架的接口板(5) 印刷电路板/pcb/pcba(6) tim(热接口材料)，其用作导热元件(7) tdl(热分布层)，优选电接地，用作导热元件(8) 模块壳体，优选由金属制成(9) 电子模块，优选标准化电子模块(10) 模块凹处(11) 冷却叶片(12) 用于通过流体冷却的流体接口(入口和/或出口)，例如参见图5a(13a) 嵌入式传感器，适用于能量收集装置、机械变形和/或温度(13b) 用于检测湿度的湿度传感器(湿度检测器)(14) 粘附液体(油)或磁性层涂层(15) 接口板(16) 冲击/振动阻尼元件(17) 到通信网络的连接器(18) 功率模块凹处(19) 主板模块凹处(20) 通用hw扩展模块凹处(21) 到计算机主框架的前侧连接器(22) 车载连接模块凹处(23) 通用接口扩展模块凹处，例如命名为sac或zec(24) ai模块凹处(25) 计算机主框架(29)的平行型版本(26) 计算机主框架(29)的堆叠型版本(27) 机械阻尼元件，例如弹性体材料，通过例如弹性体阻尼片实现隔离振动和冲击的目的-可选地，机械阻尼元件可包围气泡结构(28) 电屏蔽元件，例如提供针对电磁干扰(emi)和射频干扰(rfi)的屏蔽的导电硅酮弹性体
(29) 计算机主框架(30) 计算机主框架的前盖(31) 计算机主框架的后侧盖(32) 热传递流，例如见图3c(33) 经由辐射的热传递，例如见图3c(34) 经由传导的热传递，例如见图3c(35) 中央主框架处的热传递流体入口/出口，热传递流体连接器块(凹处模块入口/出口的鲁棒保护)。