冷却装置的制作方法

1.本发明涉及一种冷却装置、一种制造根据本发明所述冷却装置的方法以及一种将石蜡油、尤其是白油和/或凡士林作为毛细充填介质的基质在根据本发明所述冷却装置中或根据本发明所述方法中的应用。


背景技术：

2.例如机动车辆或摩托车等现代交通工具越来越多地配备驾驶员辅助系统，这类系统借助传感器系统检测周围环境、识别交通情形并通过例如制动或转向干预或通过输出视觉或音频警示为驾驶员提供支持。通常使用超声波传感器、摄像机传感器、全景环视摄像机、雷达传感器、激光雷达传感器等作为检测周围环境的传感器系统。然后，从通过传感器测定的传感器数据中可得出有关周围环境的结论，这可实现在泊车和/或驾驶操控时为驾驶员提供支持的辅助功能。这类传感器的控制以及所产生传感器数据的进一步处理如今借助复杂的电子控制装置实施。
3.通用控制装置常会产生大量废热，即功率损耗，其中，控制装置的功率损耗可根据周围环境条件以不同方式耗散，例如通过冷却装置。已知不同形式的冷却方法，例如通过自然对流，其中，比冷空气轻的热空气上升，后续流入的空气被加热，然后也上升。此外，可设置强制对流，其中，例如借助风扇，气流被吹送通过或抽吸通过待冷却的部件，由此带走热空气。还有一些液体冷却系统，其中，待冷却的部件通过冷却液冷却(例如借助泵主动驱动冷却液经过需冷却部件旁)。此外，已知所示系统的众多混合形式和变型以及其他冷却可能性，例如将热传导至较冷点等。
4.此外，电子控制装置的散热还可通过控制装置的良好导热的壳体，例如金属壳体向外散热。在壳体表面上或至少在例如壳体的一侧上，在较高功耗时会面临尽可能良好散热的挑战，以便保护壳体中的部件不会过热。为此，例如可在控制装置壳体上连接带散热片或封闭式冷却剂回路的空气冷却器。在此，例如安装和拆卸装置时必须中断冷却回路，并要求有更短的保养间隔(补充充填和重新充填冷却剂)。此外，制造流通式散热器作为壳体部件，例如作为控制装置的基壳是非常复杂的。
5.因此，从所描述场景出发已建立一种结构形式，它包括由金属制成的、至少在主冷却区域中由金属制成的壳体区域，散热器优选通过导热膏(或导热粘合剂)或导热垫(或导热箔或导热垫)法兰连接到壳体区域上。这类导热膏和导热垫可基于所谓的热界面材料(tim)制造。在此，导热垫或导热膏尽可能无气泡置入散热器和壳体之间，以实现良好的热粘合。然而，在传统的制造工艺中，散热器表面或壳体表面不可避免地存在不平整的情况。为对壳体和散热器之间这类不平整、不平坦表面以及脏污粒料进行平衡补偿，导热垫通常为一至几毫米厚并且通常必须被压缩，以确保可供使用的导热性。此外，导热膏还必须非常精确地分布在表面上，以免产生任何气穴。
6.与此相反，通常尝试使导热垫和导热膏铺得很薄，因为它们的导热性通常比金属(例如铝或铜)差得多。然而，这受到所描述的平衡补偿功能和所需压缩值或物料适度的流
动特性限制。在小到几平方厘米的冷却装置中，导热膏或导热垫的功能发挥程度通常是可接受的。较大面积时，例如从1或2平方分米或从din a5或din a4纸张大小起，导热膏或导热垫的工作效果越来越差。
7.此外，散热器也可设计成有弹性，以便它们“紧贴”壳体。由于对散热器材料特性的要求，这类设计如果能实现，通常要经过极大的努力，因为壳体和散热器之间的缝隙中常会侵入脏污粒料或侵入的液体会造成腐蚀(缝隙腐蚀)。由于该问题，这类冷却结构还应是防潮和防液体的，以阻止例如通过冷凝或液体受潮或水润湿而造成的损坏。
8.从de 10 2011 083 224 a1中已知一种功率半导体装置，其中，在功率半导体模块和散热器之间设有具有热致变色颜色成分和基质材料的导热膏。嵌入一种或多种导热填料的基质材料例如可是油、树脂或脂肪，或基于油、树脂或脂肪的至少具有例如环氧树脂的膏、凡士林、基于硅油的膏，或基于聚丙烯乙二醇的膏。作为导热填料，例如可使用具有以下一种或多种材料的粉末：金刚石、铜、铝、银、氧化锌、氧化铍、氮化硼、氮化铝、氮化硅以及氧化铝。在此，导热膏用于平衡补偿功率半导体模块和散热器相关接触面不可避免的不平整性，并在功率半导体模块可能出现的故障失灵后确定所述模块是否超越了其规定的温度上限。这一确定通过热致变色颜色成分实现，所述颜料成分的颜色在一定的转变温度下随导热膏的温度变化而连续变化或突然变化。


技术实现要素：

9.本发明现在的任务是提供一种冷却装置和方法，籍此实现散热器和壳体之间的良好热传输，并以简单、经济的方式克服现有技术导致的缺点。
10.上述任务通过权利要求1以及独立权利要求的总启示来解决。在从属权利要求中要求保护本发明的适宜的设计方案。
11.根据本发明所述冷却装置包括带冷却面的散热器和带冷却面的需冷却部件(例如控制装置、部件、壳体等)，其中，散热器的冷却面和需冷却部件的冷却面彼此紧靠。由于冷却面的这类设置，在冷却面之间例如通过冷却面结构的不平整至少产生不可避免的毛细缝隙。在此，根据本发明设有毛细充填介质，它尤其能(例如通过“蠕动”)自动充填毛细缝隙。这类毛细充填介质可在初始组装和/或维修/保养期间特别容易地加工或附着、施加或引入，即很容易应用。此外，可平衡补偿/充填散热器和壳体之间冷却面的表面不平整或由于异物而导致的散热器和壳体之间的缝隙，从而使散热器和壳体间建立良好的热传输。此外，这类设置的空间需求很小并可特别经济合理地实施和改装。由此，无需使用如尤其在使用导热垫时所需要的、大的机械压紧力就可使冷却面简单紧靠，这特别降低了部件损坏的风险。此外，通过引入的介质和与此相关的空气排除可显著改善毛细缝隙中的防腐蚀，例如即使在通过电化学电势序中的腐蚀性颗粒(例如铝壳体/散热器中的铜颗粒)情况下也得到改善，因为毛细充填使腐蚀性液体、潮气、颗粒、空气或物料的侵入特别困难或被加以阻止。
12.毛细充填介质优选在组装、安装、保养或制造时设置在冷却面之间(即在随后出现的毛细缝隙区域中)、在散热器储存器内和/或在需冷却部件的储存器内。在此，在壳体和/或散热器中与制造条件相关的凹槽或明确实施的凹陷可预定为储存器。作为替代选择或附加措施，壳体和/或散热器也可具有边缘侧的储存区域，它例如可以简单的方式从外部充填并可设置为，使所述储存区域与稍后形成的毛细缝隙相接触或朝向稍后形成的毛细缝隙开
放或与稍后形成的毛细缝隙流体连接。此外，只要不拆卸控制装置和/或散热器，就可通过预定一个或多个储存器实现热连接的免保养使用寿命，例如使热连接的使用寿命与车辆使用寿命相当或超过车辆使用寿命。
13.根据使用目的，可预定需冷却部件的特别可规定的工作温度，例如作为需冷却组件可预定控制装置(例如车辆的电子控制单元ecu或自动驾驶控制单元adcu)以及预定控制装置允许的最低、平均或最高工作温度。在此，毛细充填介质的设置方式可以是，在规定的工作温度下，即在对毛细作用最有益发挥特性的温度下充填毛细缝隙。
14.毛细充填介质优选在工作温度下为液体，即它也可在工作温度外以另一种物质状态存在。例如，毛细充填介质可在室温下很容易地施加和再度去除。由此构成持久的、例如多年后仍可很好去除的热连接。毛细充填介质的选择或更改方式是，它能在控制装置/成套设备以及散热器最高工作温度时始终保持(明显)低于介质沸点。
15.在本发明意义上，毛细充填介质是指凭借毛细作用和/或毛细效应充填毛细缝隙的介质。这是因为相应介质在工作温度下是液体，并通过液体本身的表面张力以及液体或介质与毛细缝隙固定表面(即“容器壁”，例如壳体或散热器的金属)之间的界面张力在与毛细管或毛细缝隙接触时充填毛细缝隙或具有毛细作用。
16.石蜡或例如白油等石蜡油可令人惊异的预定用作毛细充填介质。尤其是，可使用例如在制药或化妆品行业中使用的、达到医疗质量(液体石蜡)的白油，这些产品在纯度和耐受性方面可满足非常高的要求。这类医用白油通常是无色、无气味和无味的，经提纯后通常不含其他如芳香剂或硫化合物等添加剂。在此，通用白油的特点是对人类无害，因此它们也可用于食品工业。
17.作为替代选择或附加措施，凡士林或类似物料也可预定用作毛细充填介质。在此，一种例如70％到90％的高度支化异链烷烃和烯烃的液体成分与例如10％到30％的长链组分(如正链烷烃和小支链异链烷烃)固体或结晶成分的混合物被称为凡士林，其中，液体成分渗透固体成分的(结晶)结构。凡士林的特征还在于极好的人类和环境兼容性，因此根据本发明所述的应用在特定程度上便于安装或介质应用。
18.根据使用目的，毛细充填介质可包含有益于抑制腐蚀物料(例如精细分布的铬酸盐)和/或促进排除液体或排水的物料。由此，甚至可附加改善防腐蚀保护。石蜡或石蜡油和凡士林就具有杰出的防水特性，因此已提供一种良好的防腐蚀保护。
19.根据一优选设计方案，可预定压力平衡通道，其优选具有比毛细缝隙更大的尺寸(例如更大的直径)并连接到毛细缝隙或连接到与毛细缝隙相连接的凹槽/凹陷，以便进行压力平衡。由此，通过压力平衡通道抑制/减少抽气/吸气过程并充当盛放多余介质的容器的方式，可进一步提高连接安全性和/或在充填阶段或在工作(例如在工作温度时)期间阻止/避免介质的泄漏现象。
20.作为独立权利要求或附属权利要求，本发明还包括一种制造冷却装置的方法，其中，散热器的冷却面和需冷却部件的冷却面彼此紧靠，其中，通过冷却面的设置，在冷却面之间至少形成(通常不可避免的)毛细缝隙。在此，毛细充填介质可设置在冷却面之间、在散热器的储存器内和/或在需冷却部件的储存器内，以便例如在工作状态下(在部件工作期间，例如在工作温度下)充填毛细缝隙。
21.此外，本发明要求保护一种将石蜡油，尤其是白油和/或凡士林作为毛细充填介质
的基质在通用的冷却装置中、尤其在根据本发明所述的冷却装置中或在根据本发明所述的方法中的应用。
附图说明
22.下面依据符合目的的实施例对本发明进行更详细的解释。其中：
23.图1示出根据本发明所述冷却装置的第一设计方案在拆卸状态下的简化剖视图；
24.图2示出根据本发明所述冷却装置的冷却剂散热器设计方案的简化剖视图；
25.图3示出根据本发明所述冷却装置另一设计方案的简化剖视图，以及
26.图4示出根据本发明所述冷却装置的需冷却部件(一部分)的壳体设计方案的简图，其中示出壳体的俯视图(下)和沿切割线a-a的相关剖视图(上)。
具体实施方式
27.图1中的附图标记1表示用于空气冷却的散热器，带有多个散热片2以及设置在散热片2对面的法兰面或散热面3。在此，散热器1用于通过将散热器1的冷却面3设置在控制装置4的壳体6的冷却面5上来冷却控制装置4或其部件，其中，工作热量被散发到周围环境中。在此，散热器1也可(采取胶合、铆接、螺纹连接、夹紧等类似方式)附接固定到壳体6。此外，控制装置4可包括壳体罩盖7，以便以简单的方式进入壳体6内部并由此接触到电子部件。作为电子部件，例如可设置电路载体或印刷电路板8、与经冷却的外表面热连接的电子部件9a、9b(例如还包括功率电子部件等)，或不与经冷却外表面热连接的电子部件10。在此，根据本发明所述方法所基于的是，使彼此大面积地紧靠设置的部件(散热器1和壳体6)通过引入良好蠕变的毛细充填介质(图中为明晰起见未予展示)来彼此紧靠，其中，所述介质是防水的，因此它可充填(不可避免的)缝隙，即完全或大幅度地排除气隙或毛细缝隙中的空气，并由此对不平整性予以平衡补偿。
28.图2展示散热器的另一设计方案，其中，散热器11具有带有多个冷却通道12的冷却剂冷却装置，冷却剂可流过这些冷却通道。与散热器1相同，散热器11可通过以法兰面或冷却面13设置在控制装置4冷却面5上对控制装置4进行冷却。
29.如图3所示，通过将散热器1和壳体6现在直接彼此组合在一起，即之间没有导热垫或导热膏，因此可在一处或通常在多处直接形成金属接触。然而，如图3中放大图所示，在(众多)其他位置，金属面或冷却面3、5间具有千分之一或百分之一毫米，有时可能是十分之几毫米的间隔。由此会形成一缝隙(毛细缝隙14)或若干缝隙，这些缝隙很容易通过介质基于毛细作用予以充填。与此相应，毛细充填介质在工作中(例如在工作温度下)完全或部分地充填毛细缝隙14。在此令人惊异的是，所述介质的导热性能可能比传统的导热垫或导热膏差好多倍，因为所述介质只有传统导热垫或导热膏强度或厚度的很小一部分，并且冷却面3、5之间也可能存在局部的直接金属接触。
30.由于结构设计原因，可能需要在安置散热器的、实际平坦设计的壳体底座的壳体部分中预定空腔或凹槽15，以便在为了在壳体6内导引靠近需冷却部件(例如应用于内部散热的壳体铝部件)而使壳体内部底座须局部拱起的区域中避免材料堆积(例如在铝压铸壳体情况中)。如果通过散热器和壳体间缝隙中的介质使这些气穴被封闭在整个冷却面中，在膨胀或收缩过程中，即在加热或冷却时，这类气穴会构成吹突或吸入效应。如果无法避免这
种气穴，则可如图4所示，预定一压力平衡通道16。在此，所述压力平衡通道16具有比壳体6和散热器1之间的毛细缝隙14明显厚得多的(毛细)缝隙。由此，空气或介质可以较小阻力输送或释放(即实施一压力平衡补偿，以减少或阻止吸入或吹突效应)。
31.在此，所述毛细充填介质例如可通过喷雾(气雾剂、喷雾剂等类似形式)、气相喷镀、喷洒或涂覆液体或软膏状介质(例如借助刷子或棉签)等方式以液体或固体形式施加或引入。此外，还可在室温/加工温度下施加或引入固体介质，以防在控制装置升温(例如从室温下的正常状态到例如30摄氏度、40摄氏度、50摄氏度等工作温度时控制装置的工作状况)时介质熔化，随后作用于毛细充填。在此，介质使控制装置4在最热(允许)状况时(使用以及待机或关机)，不发生或不明显发生介质蒸发。在实际操作中，凹槽15或压力平衡通道16也可在正常操作期间用介质充填和/或部分用作介质储存器。此时设置，凹槽15和/或压力平衡通道16从毛细缝隙14接收介质，以防介质泄漏或冷却面3、5之间的连接松动或减弱。
32.毛细充填介质的施加或引入在实际操作中在壳体6和散热器1的一个或两个接触面上来实施，即在冷却面3、5的区域中或通过将加工温度下为液体、软膏状或固体的介质引入壳体6和/或散热器1上的凹槽15中来实施，所述凹槽优选可接触到毛细缝隙14。
33.可将例如石蜡油或白油或凡士林预定用作毛细充填介质，所述石蜡油或白油或凡士林也可用于皮肤保护剂或医用产品，因此人体使用无风险。尤其是，例如在机动车辆内部使用也不成问题，因此即使在维修服务情况下，所用介质对人和环境也是无害的。在此，所述介质不必作为纯物料使用。而是可混合有利于防腐蚀保护或例如有利于排水的物料。作为替代选择，也可使用蜡，例如蜡烛用蜡。在电子装置通常工作温度范围内，所述介质应远离沸点，以保证根本不蒸发或很少蒸发。如果在较高温度下重新恢复流动性，则所述介质的物质状态在控制装置4的工作温度范围内从液体到固体的变化不成问题。
34.由此，介质至少在控制装置4热或烫的工作状态下是或必须是液体的，为了持续充填毛细缝隙4，所以能有或应有附加的、可容纳或重新给出较大量介质的储存器或储存器区域17a、17b存在。存储器区域17a、17b例如可置于壳体6和散热器1之间需要较少冷却(热传输较差)的场合，并以例如一略厚的毛细缝隙的形式构成，因为窄缝隙中毛细效应比宽缝隙的毛细效应更大，即液体或介质被吸入较窄的缝隙。此外，预设在边缘侧或边缘部分的储存区域17a、17b可用于，在冷却面3、5的区域中施加或引入毛细充填介质(类似于借助凹槽15引入)，其中，优选在控制装置4或散热器1、11加热情况下，在制造或测试流程中将介质渗入毛细缝隙14中。
35.本发明还明确包括温度调节(即冷却或加热)装置和方法，其中，在需冷却部件(散热器1、11)处预定有诸如加热装置等例如加热部件。此外，本发明还包括未明确提及的单一设计方案示例和从属权利要求(独立权利要求和从属权利要求)的特征组合。
36.附图标记列表1
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散热器(用于空气冷却)2
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散热片
[0037]3ꢀꢀꢀꢀ
冷却面
[0038]4ꢀꢀꢀꢀ
控制装置
[0039]5ꢀꢀꢀꢀ
冷却面
[0040]6ꢀꢀꢀꢀ
壳体
[0041]7ꢀꢀꢀꢀ
壳体罩盖8
ꢀꢀꢀꢀ
印刷电路板
[0042]
9a
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电子部件(或部件)
[0043]
9b
ꢀꢀꢀ
电子部件(或部件)
[0044]
10
ꢀꢀꢀ
电子部件(或部件)
[0045]
11
ꢀꢀꢀ
散热器(用于冷却剂冷却)12
ꢀꢀꢀ
冷却通道
[0046]
13
ꢀꢀꢀ
冷却面
[0047]
14
ꢀꢀꢀ
毛细缝隙
[0048]
15
ꢀꢀꢀ
凹槽16
ꢀꢀꢀ
压力平衡通道
[0049]
17a
ꢀꢀ
储蓄区域
[0050]
17b
ꢀꢀ
储蓄区域a-a 切割线