本發(fā)明涉及一種新穎的冷卻裝置、尤其是用于傳感器系統(tǒng)或控制裝置的冷卻裝置、一種具有根據(jù)本發(fā)明所述冷卻裝置的相應控制裝置、一種用于根據(jù)本發(fā)明所述冷卻裝置的散熱器及一種根據(jù)本發(fā)明所述冷卻裝置的制造方法。

背景技術：

0、技術背景

1、諸如機動車輛或摩托車等現(xiàn)代交通工具越來越多地配置有駕駛員輔助系統(tǒng)，這類駕駛員輔助系統(tǒng)借助傳感器系統(tǒng)檢測周圍環(huán)境、識別交通情形并通過例如制動干預、轉向干預、視覺警告或音頻警告為駕駛員提供支持。雷達傳感器、激光雷達傳感器、攝像傳感器或類似傳感器常被用作檢測周圍環(huán)境的傳感器系統(tǒng)。傳感器所測定的傳感器數(shù)據(jù)可用于對周圍環(huán)境進行推斷，由此，例如可用于建立對象和/或周圍環(huán)境的分類或建立周圍環(huán)境模型。此外，在(部分)自主駕駛領域，周圍環(huán)境檢測幾乎是不可或缺的，因此進一步研發(fā)相應系統(tǒng)尤為重要。電子控制裝置(ecu)或控制裝置通常用于對執(zhí)行裝置(制動裝置、馬達、變速裝置等)和/或傳感器的控制，以及計算和控制駕駛功能和輔助功能。

2、電子控制裝置的一重要方面是散熱。電子控制裝置需散發(fā)的熱量例如可通過控制裝置的具有良好導熱性能的殼體如金屬殼體等向外排放。在殼體的表面或在殼體例如至少一側，現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)是，如何在損耗功率較高情況下盡可能好地散熱，從而保護殼體中部件不會過熱。有不同形式的冷卻方式，如空氣冷卻，必要時帶有散熱鰭片或散熱結，或可連接到控制裝置殼體并流經(jīng)殼體壁或其表面的封閉式冷卻回路。

3、通用的/本類型的電子控制裝置，尤其是高性能計算機系統(tǒng)，越來越多地應用于現(xiàn)代車輛或航空領域，成為性能越來越高的計算機系統(tǒng)，這些系統(tǒng)必須在環(huán)境溫度下或以例如-40至65℃或更高的冷卻劑溫度運行。但控制裝置中的一些電子器件，尤其是數(shù)據(jù)存儲器件，如ram(隨機存取存儲器)或閃存器件或eeprom(電可擦除可編程只讀存儲器)，通常在最高允許溫度方面受到很大限制。此外，尤其因為數(shù)據(jù)傳輸速度越來越快，也因為需要避免電壓下降或振蕩趨勢，快速數(shù)據(jù)存儲器件應盡可能靠近控制它們的微處理器或高性能處理器(尤其是中央處理單元(cpu)、圖形處理器(gpu)、交換機、集成電路(ic)或類似裝置)，因為靠近高性能處理器的位置通常能最快實現(xiàn)所需的快速寫入和讀取速度或通信速度。在此，高性能處理器通常會產(chǎn)生大量廢熱，在傳統(tǒng)應用中，這些廢熱會顯著加熱高性能處理器附近的導熱部件，因此必須將這些熱量散發(fā)出去。隨著損耗功率，尤其是高性能處理器損耗功率的不斷增加，鄰近的組件會因此承受越來越大的熱負荷，冷卻系統(tǒng)勢必越來越復雜，以便從發(fā)生器/生熱件和相鄰更敏感器件中散熱。

4、根據(jù)目前的現(xiàn)有技術，在高性能處理器和周圍器件上設置散熱器是為了將它們冷卻到允許的溫度。在相應熱的熱點散熱的一種方法是所謂的“熱管”，它利用介質的汽化焓實現(xiàn)高熱流密度，由此可有效散熱。

5、高性能處理器內(nèi)核的熱量通常通過處理器的金屬處理器殼體(lid)及施加在芯片(內(nèi)核)與金屬處理器殼體(lid)之間的公差補償?shù)膬?nèi)部的導熱界面材料(tim)散發(fā)，金屬處理器殼體還能保護處理器內(nèi)核免受機械損傷。在此，處理器殼體(lid)或芯片殼體(或封裝)是半導體芯片或“芯片(die)”或“集成電路(ic)器件”的包括連接點(引腳、焊珠或引線)在內(nèi)的殼體。如果冷卻裝置要連接到一共用的控制裝置殼體上，金屬處理器殼體要通過額外的公差補償?shù)膶峤缑娌牧?tim)(粘合膏、粘合劑或導熱墊)連接到金屬殼體(通常是鋁殼體)上。鋁殼體上設置有用于空氣冷卻的散熱鰭片或用于液體冷卻的通道等，這些都可散熱。在此，相對較厚的導熱界面材料(tim)層可能會產(chǎn)生不利影響，因為這種材料的導熱性通常比例如鋁和銅等材料差得多，而鋁和銅等通常也用于殼體中，而且出于公差補償原因，其厚度必須達到幾百微米直至幾毫米。因此，導熱界面材料(tim)上會出現(xiàn)(通常在幾攝氏度范圍內(nèi)的)溫度下降。在此，處理器殼體也會出現(xiàn)幾攝氏度的溫度下降，這取決于材料的厚度、類型和壓縮程度。這類溫度下降會導致對性能的巨大限制。

6、因此，我們特別需要一種解決方案，減少由于材料常數(shù)所產(chǎn)生的溫度下降數(shù)值。在此已知一些建設性解決方案，通過公差鏈實現(xiàn)盡可能薄的導熱界面材料(tim)層，和/或盡可能增大導熱表面，以減小熱阻。然而，在此處理器或處理器殼體的溫度升高是一不利因素，其結果是，本身產(chǎn)生廢熱很少的相鄰器件被更大程度地加熱。

7、出版物的技術現(xiàn)狀

8、從de?11?2007?002?317?t5中已知不同的導熱界面材料(tim)。此外，de?11?2007002?317?t5還涉及集成電路裝置(ic裝置)在運行過程中產(chǎn)生大量熱能的問題，這些熱能會對集成電路裝置的性能產(chǎn)生負面影響，如果不對這些熱能進行散熱，會通過不同機制造成集成電路裝置損壞。本文公布了一種集成電路裝置(ic裝置)，它包括鄰近集成電路(ic)裝置設置的第一導熱部件(或被動式冷卻裝置)，及設置在集成電路(ic)裝置和第一導熱部件之間、與集成電路(ic)裝置和第一導熱部件熱耦合的導熱界面材料(tim)。此外，還設置有與第一導熱部件熱耦合的第二導熱部件。在此，第一導熱部件可設置為被動式冷卻裝置，第二導熱部件可是主動式冷卻裝置或第二被動式冷卻裝置。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的任務是提供一種本類型的冷卻裝置，從而在導熱部件(或散熱器或冷卻元件)和需冷卻部件(或需冷卻組件)之間實現(xiàn)良好散熱，并以簡單、節(jié)省空間和成本經(jīng)濟合理的方式克服現(xiàn)有技術的缺點。

2、任務的解決方案

3、上述任務通過權利要求1及獨立權利要求的總體理論來解決。在從屬權利要求中，根據(jù)使用目的對本發(fā)明的設計方案提出要求。

4、根據(jù)本發(fā)明所述冷卻裝置包括殼體，尤其是控制裝置殼體或傳感器殼體，設置在冷卻裝置殼體或控制裝置殼體內(nèi)的需冷卻部件，以及設置在需冷卻部件上的第一導熱部件。此外，殼體上具有凹穴，第一導熱部件被置于凹穴中，方式是，使第一導熱部件和需冷卻部件熱耦合，尤其是在沒有大間隔的情況下熱耦合，并彼此機械對齊。根據(jù)本發(fā)明所述，在第一導熱部件和殼體之間提供有誤差補償材料，它對第一導熱部件(或散熱器)加以固定。通過根據(jù)本發(fā)明所述冷卻裝置可減少導熱界面材料(tim)層的厚度和/或導熱界面材料(tim)層的數(shù)量，從而特別改善從需冷卻部件到第一導熱部件或散熱器的熱傳導。令人驚訝的是，通過新的冷卻裝置，導熱界面材料(tim)層只需涂得很薄，甚至可完全省略。

5、根據(jù)本發(fā)明所述冷卻裝置一特別優(yōu)選的設計方案，公差/誤差補償材料(尤其是固定材料)是尤其在組裝后或組裝過程中會硬化的材料，如粘合劑、樹脂、環(huán)氧樹脂或類似材料，優(yōu)選不能被壓縮或只能輕微壓縮。在一種有益的方式中，公差補償材料以液態(tài)或膏狀被施加到在殼體或第一導熱部件或散熱器(或其凸緣)處的凹穴邊緣。在此，只有當公差補償材料硬化時，第一導熱部件才會固定在凹穴中。此外，公差補償材料會在此之后在第一導熱部件或散熱器與殼體之間形成穩(wěn)定連接，從而使得作用在第一導熱部件或散熱器上的力能夠被傳遞到殼體上，而不會被傳遞到相對敏感的需冷卻部件或處理器裝置上。因此，需冷卻部件可在很大程度上免受例如在撞擊或墜落過程中可能發(fā)生的機械力影響。

6、此外，還可設置第二導熱部件，該部件設置在殼體和/或第一導熱部件上，以便將第一導熱部件的熱量散發(fā)出去。由此就能更有效地進行熱調控或冷卻。根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選設計方案所述，可在第一導熱部件和第二導熱部件之間設置導熱界面材料(tim)或導熱界面材料(tim)層，和/或在第一導熱部件和需冷卻部件之間設置導熱界面材料(tim)或導熱界面材料(tim)層。

7、第一導熱部件優(yōu)選設計成例如由金屬，尤其是銅和/或鋁和/或其合金制成的散熱器或“熱擴散器”。根據(jù)一特別優(yōu)選的設計方案所述，散熱器也可由鋁銅復合材料構成，例如，可作為所謂的擠壓部件制成。這類設計方案可能會特別合適，因為鋁使用性能特別靈活(例如與冷卻水回路中使用的鋁制部件兼容)，而銅具有極佳的導熱性能，因此可將兩種材料的優(yōu)點結合起來。根據(jù)使用目的，散熱器可具有凸緣，其中，公差補償材料設置在凸緣上，即設置在散熱器凸緣和凹穴邊緣之間。由此，散熱器就能特別好地匹配在凹穴內(nèi)。

8、作為替代選擇，散熱器也可有斜方形(rhomboedrisch)或梯形截面。由于斜方形或梯形的錐形/漸縮的橫截面可適應凹穴的不同尺寸和橫截面，因此散熱器的這種設計方案變型特別適用于(例如，由于不平整或加工不干凈造成的)沒明顯邊緣的凹穴。

9、此外，散熱器還可在上側，即在背朝需冷卻組件或需冷卻部件的一側上具有散熱鰭片或散熱結。

10、根據(jù)本發(fā)明另一設計方案所述，第二導熱部件可包括“熱管”或流體冷卻裝置，尤其是帶流體通道的水冷裝置或帶散熱鰭片的空氣冷卻裝置或帶流體通道的流體板。此外，現(xiàn)有技術中已知的其他被動式和主動式冷卻裝置也可設置為第二導熱部件。

11、第二導熱部件優(yōu)選是至少部分由柔性材料制成的彈性波紋管或冷卻墊，以便第二導熱部件或第二導熱部件的柔性部分緊靠第一導熱部件。由于散熱器材料的柔性特性，尤其在膨脹時(例如在用流體充填散熱器材料時)，它能緊靠需冷卻部件。與此同時，第二導熱部件也能緊靠殼體相關位置，并通過取決于部件的柔性，第二導熱部件能同時緊靠處于不同層面的部件(如殼體和散熱器)，而不必設置充填公差間隙的導熱界面材料(tim)。

12、根據(jù)使用目的，金屬箔，尤其是鋁箔或銅箔，和/或塑料薄膜和/或層壓薄膜和/或復合薄膜，尤其是由金屬箔和至少一塑料薄膜組成的復合薄膜可設置為柔性材料，因為這類薄膜可以簡單、經(jīng)濟合理的方式制造加工。由此，可將復合薄膜或層壓薄膜設置為柔性材料，由此可通過簡單的方式提高散熱器的耐用性和穩(wěn)定性。此外，散熱器還由此能與各相應冷卻介質的特性或周圍環(huán)境條件相匹配。此外，柔性材料還可有涂層，尤其是鋁涂層，以提高穩(wěn)定性、密封性、抗老化性和耐用性方面的特性。尤其是，陽極極化涂層(陽極極化工藝方法＝通過鋁的陽極極化在鋁表面上形成氧化鋁層)或陽極涂層(陽極工藝過程＝鋁的電解氧化，其中，通過陽極氧化在鋁表面形成氧化保護層)也適合作為鋁箔的涂層。

13、此外，第二導熱部件中可充填冷卻介質或有冷卻介質流過，其中，流體，尤其是水、乙二醇、水-乙二醇混合物、空氣、二氧化碳等可被設置為冷卻介質。

14、根據(jù)使用目的，還可設置附加的公差補償材料，用于補償公差，并設置在第一導熱部件與第二導熱部件和/或承載需冷卻部件的電路板和/或需冷卻部件之間。由此，可進一步提高需冷卻部件的保護效果。

15、根據(jù)使用目的，需冷卻部件可是至少一電路板和/或印刷電路板(pcb)和/或微控制器和/或處理器和/或芯片和/或集成電路(ic)和/或半導體組件和/或電路載體和/或電池和/或其他電子器件。在實際應用中，殼體可是控制裝置或周圍環(huán)境檢測傳感器的殼體。本發(fā)明尤其還包括控制器或控制裝置，或者還包括傳感器，其中，設置根據(jù)本發(fā)明所述冷卻裝置，用于冷卻需冷卻部件。

16、當然，與冷卻需冷卻部件的方式相同，本發(fā)明也可用于調溫或加熱需加熱部件。

17、此外，本發(fā)明還包括一種制造冷卻裝置的方法，其中，包括實施以下方法步驟(其中，這些步驟不必按所示順序進行)：

18、-提供(i)帶有凹穴的殼體，尤其是控制裝置的殼體，或如果該殼體沒有凹穴，也可選擇制作(ii)凹穴，

19、-將需冷卻部件安裝(iii)到控制裝置的殼體中，

20、-施加(iv)尤其是會硬化的公差補償材料以用于在控制裝置殼體上或凹穴邊緣上固定散熱器，-將散熱器置入(vi)凹穴中，并將散熱器與需冷卻部件的位置對齊，優(yōu)選將公差補償材料硬化，以固定散熱器。

21、根據(jù)使用目的，根據(jù)本發(fā)明所述制造方法還可包括向需冷卻部件上施加(v)導熱界面材料(tim)的工藝步驟，其中，該工藝步驟實際上應在將散熱器置入(vi)凹穴之前進行。此處所用的導熱界面材料(tim)可優(yōu)選為膏狀、液狀或薄墊狀。

22、在此，各單一工藝步驟不一定要按規(guī)定的順序進行。例如，也可在將需冷卻部件安裝(iv)在控制裝置殼體中后，再施加(iii)公差補償材料。此外，本發(fā)明自然還包括殼體具有多個凹穴和多個第一導熱部件或散熱器的設計方案變型，以便冷卻多個組件。

23、有益的是，通過本發(fā)明實現(xiàn)了主發(fā)熱體或需冷卻部件及其相鄰部件(例如存儲器、晶體管、電池等其他組件)的熱解耦，因為這些組件與散熱器或第一導熱部件沒有連接，而且散熱器與殼體也僅有少量的熱耦合。

24、此外，本發(fā)明還公布了一種用于根據(jù)本發(fā)明所述冷卻裝置或根據(jù)本發(fā)明所述控制裝置的散熱器，其中，散熱器由鋁銅復合材料并借助成型工藝，尤其是借助擠壓工藝制成的。在實際應用中，通過復合材料可將鋁和銅的優(yōu)點結合在一組件中，并可用一種令人驚訝的簡單方法通過成型工藝制造出相關組件。例如，可以為實現(xiàn)液體冷卻而制作一種朝向需冷卻部件具有銅或銅合金的散熱器，因為銅具有杰出的導熱特性，而針對流體冷卻，散熱器也可具有鋁或鋁合金，因為鋁對各相應流體具有良好的魯棒性，同時也具有良好的導熱特性。由此可極大地改良冷卻。