DE102024111435A1

DE102024111435A1 - Vehicle module comprising a housing and an electronic unit arranged in the housing, as well as manufacturing methods for a vehicle module

Info

Publication number: DE102024111435A1
Application number: DE102024111435.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Wujanicz; Erim Cakir; Gowtham Chinnapandi
Original assignee: Connaught Electronics Ltd
Current assignee: Connaught Electronics Ltd
Priority date: 2024-04-24
Filing date: 2024-04-24
Publication date: 2025-10-30
Also published as: WO2025224014A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugmodul (1) und ein Fertigungsverfahren für das Fahrzeugmodul (1). Das Fahrzeugmodul (1) weist ein Gehäuse (3) und eine Elektronikeinheit (4) auf, die in dem Gehäuse (3) angeordnet ist. Das Gehäuse (3) weist ein Gehäuseteil (10) mit einer Öffnung (16) auf, die direkt mit einem Einsatz (11) des Gehäuses (3) mittels thermischen Verbindens verschlossen ist. Das Gehäuseteil (10) ist aus einem ersten Material mit einer ersten Wärmeleitfähigkeit und der Einsatz (11) ist aus einem zweiten Material mit einer zweiten Wärmeleitfähigkeit, die höher ist als die erste Wärmeleitfähigkeit. Der Einsatz (11) ist dazu ausgebildet, von der Elektronikeinheit (4) abgegebene Wärme abzuführen. The invention relates to a vehicle module (1) and a manufacturing method for the vehicle module (1). The vehicle module (1) comprises a housing (3) and an electronic unit (4) arranged in the housing (3). The housing (3) has a housing part (10) with an opening (16) that is directly closed by thermal bonding with an insert (11) of the housing (3). The housing part (10) is made of a first material with a first thermal conductivity, and the insert (11) is made of a second material with a second thermal conductivity that is higher than the first thermal conductivity. The insert (11) is designed to dissipate heat emitted by the electronic unit (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugmodul mit einem Gehäuse und einer Elektronikeinheit, die in dem Gehäuse angeordnet ist. Zudem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem derartigen Fahrzeugmodul und ein Fertigungsverfahren für ein derartiges Fahrzeugmodul.The invention relates to a vehicle module comprising a housing and an electronic unit arranged in the housing. The invention also relates to a vehicle with such a vehicle module and a manufacturing method for such a vehicle module.

Ein Fahrzeug kann zumindest ein Fahrzeugmodul mit einer Elektronikeinheit aufweisen. Ein derartiges Fahrzeugmodul kann ein Steuergerät des Fahrzeugs, insbesondere eine elektronische Steuereinheit (englisch: electronic control unit, ECU), sein.A vehicle can have at least one vehicle module with an electronic unit. Such a vehicle module can be a vehicle control unit, in particular an electronic control unit (ECU).

Steigende Leistungsanforderungen für Steuergeräte im Automobilbereich, insbesondere für ECUs, führen zur Entwicklung innovativer Kühllösungen, die dazu imstande sind, von Elektronikbauteilen der Elektronikeinheit erzeugte Wärme abzuführen. Allerdings werden bekannte passive und/oder aktive Kühllösungen unzureichend für die anspruchsvollsten und somit komplexen Anwendungen in dem Fahrzeug. Komplexere Kühllösungen sind daher erforderlich, um den zunehmenden Leistungsanforderungen zu genügen.Increasing performance demands on automotive control units, especially ECUs, are driving the development of innovative cooling solutions capable of dissipating heat generated by the electronic components within the unit. However, existing passive and/or active cooling solutions are insufficient for the most demanding and complex applications in vehicles. More sophisticated cooling solutions are therefore required to meet these increasing performance demands.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, Kühlung für ein Fahrzeugmodul mit ausreichender Kühlleistung für komplexe Anwendungen in einem Fahrzeug bereitzustellen.The object of the invention is to provide cooling for a vehicle module with sufficient cooling capacity for complex applications in a vehicle.

Die unabhängigen Ansprüche lösen die Aufgabe.The independent claims solve the problem.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeugmodul mit einem Gehäuse und einer Elektronikeinheit, die in dem Gehäuse angeordnet ist. Das Gehäuse weist ein Gehäuseteil mit einer Öffnung auf. Die Öffnung kann alternativ als ein Loch in dem Gehäuseteil bezeichnet werden. Die Öffnung erstreckt sich von einer ersten Seite des Gehäuseteils, die einem Inneren des Gehäuses zugewandt ist, bis zu einer zweiten Seite des Gehäuseteils, die einer Umgebung des Fahrzeugmoduls zugewandt ist. Die erste Seite liegt gegenüber der zweiten Seite. Das Innere des Gehäuses bildet einen Volumenraum, in dem zumindest die Elektronikeinheit positioniert ist.A first aspect of the invention relates to a vehicle module comprising a housing and an electronic unit arranged within the housing. The housing includes a housing part with an opening. The opening can alternatively be described as a hole in the housing part. The opening extends from a first side of the housing part, facing the interior of the housing, to a second side of the housing part, facing the environment of the vehicle module. The first side is opposite the second side. The interior of the housing forms a volume in which at least the electronic unit is positioned.

Die Öffnung ist mittels thermischen Verbindens direkt mit einem Einsatz des Gehäuses verschlossen. Der Einsatz ist ein Teil des Gehäuses. Der Einsatz schließt die Öffnung in dem Gehäuseteil. Direkt verschlossen bedeutet, dass das Gehäuseteil an einer Kante der Öffnung einerseits und eine Kante des Einsatzes, die an das Gehäuseteil angrenzt, andererseits direkt miteinander verbunden sind. Zum Beispiel ist kein Bauteil oder keine Schicht zwischen dem Gehäuseteil an der Kante der Öffnung und der Kante des Einsatzes vorhanden. Somit ist zum Beispiel keine separate Lötmaterialplatte oder Hartlötplatte zwischen dem Gehäuseteil und dem Einsatz angeordnet.The opening is directly closed by thermal bonding to an insert of the housing. The insert is part of the housing. The insert closes the opening in the housing part. "Directly closed" means that the housing part is directly connected at one edge of the opening and at the other edge of the insert adjacent to the housing part. For example, there is no component or layer between the housing part at the edge of the opening and the edge of the insert. Thus, for example, there is no separate solder plate or brazing plate between the housing part and the insert.

Das Gehäuseteil ist aus einem ersten Material mit einer ersten Wärmeleitfähigkeit. Der Einsatz ist aus einem zweiten Material mit einer zweiten Wärmeleitfähigkeit, die höher als die erste Wärmeleitfähigkeit ist. Die Wärmeleitfähigkeit eines Materials, hier des jeweiligen Materials, ist ein Maß für die Fähigkeit des Materials, Wärme zu leiten. Sie kann durch einen materialspezifischen Wert beschrieben werden, der in Watt pro Meter und Kelvin angegeben wird. Das erste Material und das zweite Material unterscheiden sich voneinander. In einem bevorzugten Beispiel sind das erste Material und das zweite Material jeweils ein Metall. Das erste Material kann alternativ als erstes Metall und das zweite Material kann alternativ als zweites Metall bezeichnet oder verstanden werden. Der Einsatz ist dazu eingerichtet, von der Elektronikeinheit abgegebene Wärme abzuleiten. Die Wärmeabfuhr wird durch die höhere Wärmeleitfähigkeit des Einsatzes in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit des den Einsatz umgebenden Gehäuseteils zumindest verbessert, insbesondere angetrieben.The housing component is made of a first material with a first thermal conductivity. The insert is made of a second material with a second thermal conductivity that is higher than the first. The thermal conductivity of a material, in this case the respective material, is a measure of the material's ability to conduct heat. It can be described by a material-specific value, which is given in watts per meter and Kelvin. The first and second materials differ from each other. In a preferred example, the first and second materials are both metals. The first material can alternatively be referred to as the first metal, and the second material can alternatively be understood as the second metal. The insert is designed to dissipate heat emitted by the electronic unit. The heat dissipation is at least improved, and in particular accelerated, by the higher thermal conductivity of the insert relative to the thermal conductivity of the housing component surrounding the insert.

Bei dem Vorgang des thermischen Verbindens zur Schaffung der thermischen Verbindung verschmelzen beide Materialien und ihre Atome mischen sich. Das führt zur Bildung eines Hybridmaterials aus dem ersten Material und dem zweiten Material. Die thermische Verbindung ist zum Beispiel auslaufsicher, so dass kein Fluid an dem Einsatz in das Gehäuse eindringen beziehungsweise aus dem Gehäuse entweichen kann. Mit anderen Worten bilden das Gehäuseteil und der Einsatz, die thermisch miteinander verbunden sind, ein Gehäuse aus einem Hybridmaterial. Das Hybridmaterial umfasst das erste Material und das zweite Material. Die Benutzung eines derartigen Gehäuses erhöht die Wärmeeffizienz des Fahrzeugmoduls aufgrund des hochwärmeleitfähigen zweiten Materials, welches für den Einsatz verwendet wird, im Vergleich zu der Wärmeleitfähigkeit des ersten Materials, das für das Gehäuseteil gewählt wird, erheblich. Das zweite Material mit der hohen Wärmeleitfähigkeit wird nur in einem spezifischen Bereich des Gehäuses benutzt. Der spezifische Bereich des Gehäuses kann ein Bereich sein, der eine hohe Wärmeabgabe im Vergleich zu anderen Bereichen des Gehäuses erfordert. In einem Beispiel kann der Einsatz in einem Kühlkanal für aktives Kühlen der Elektronikeinheit, zum Beispiel, wenn das Gehäuse einen Kühlkanal aufweist, eingebettet sein.During the thermal bonding process, the two materials fuse together, and their atoms mix. This results in the formation of a hybrid material from the first and second materials. The thermal bond is, for example, leak-proof, preventing any fluid from entering or escaping the housing. In other words, the housing component and the thermally bonded component form a housing made of a hybrid material. This hybrid material comprises both the first and second materials. Using such a housing significantly increases the thermal efficiency of the vehicle module due to the high thermal conductivity of the second material used for the component, compared to the thermal conductivity of the first material chosen for the housing component. The second material with high thermal conductivity is used only in a specific area of the housing. This specific area may be one requiring a higher heat dissipation than other areas of the housing. In one example, the device can be embedded in a cooling channel for active cooling of the electronic unit, for example, if the housing has a cooling channel.

Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, dass ein Gehäuse für ein Fahrzeugmodul aus bearbeitetem oder gegossenem Aluminium sein kann, da Aluminium ein relativ gutes Verhältnis von Wärmeleitfähigkeit und Robustheit zu Kosten bietet. Angesichts zunehmender Leistungsanforderungen für moderne Fahrzeugmodule ist diese Lösung jedoch technisch überholt, da die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium etwa 190 Watt pro Meter und Kelvin ist. Materialien, die höhere Wärmeleitfähigkeiten bieten, zum Beispiel Kupfer mit einer Wärmeleitfähigkeit bis zu 400 Watt pro Meter und Kelvin, sind daher erforderlich. Dieses Beispiel für ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit ist jedoch relativ teuer. Es ist somit nicht kosteneffektiv, wenn ganze Gehäuse von Fahrzeugmodulen aus Kupfer sind. Das Gehäuse sollte daher aus einem Hybridmaterial sein, indem zum Beispiel ein aus Aluminium gegossenes oder gefertigtes Gehäuseteil mit dem thermisch verbundenen Einsatz aus dem hochwärmeleitfähigen Material, wie etwa Kupfer, benutzt wird.The invention is based on the observation that a housing for a vehicle module made of bear The housing can be made of cast or machined aluminum, as aluminum offers a relatively good ratio of thermal conductivity and robustness to cost. However, given the increasing performance requirements for modern vehicle modules, this solution is technically obsolete, since the thermal conductivity of aluminum is around 190 watts per meter and Kelvin. Materials offering higher thermal conductivities, such as copper with a thermal conductivity of up to 400 watts per meter and Kelvin, are therefore required. However, this example of a high-thermal-conductivity material is relatively expensive. It is therefore not cost-effective to make entire vehicle module housings from copper. The housing should therefore be made of a hybrid material, for example, by using a housing component cast or machined from aluminum with a thermally bonded insert made of the high-thermal-conductivity material, such as copper.

Diese Lösung beseitigt das Gehäuseteil, zum Beispiel eine Schicht des Gehäuseteils aus Aluminium, aus dem Wärmestapel, was bedeutet, dass Wärme, die von Hochleistungsbauteilen der elektronischen Einheit abgeführt wird, nur durch die hochleitungsfähige Schicht, die durch den Einsatz gegeben ist, befördert wird und nicht durch eine zusätzliche Schicht des Gehäuseteils befördert werden muss.This solution eliminates the housing part, for example a layer of the aluminum housing part, from the heat stack, which means that heat dissipated by high-performance components of the electronic unit is only carried through the high-conductivity layer provided by the insert and does not have to be carried through an additional layer of the housing part.

Insgesamt stellt das Fahrzeugmodul ein Kühlen mit ausreichender Kühlleistung für komplexe Anwendungen in einem Fahrzeug bereit, indem der Einsatz mit hoher Wärmeleitfähigkeit für schnelle und zuverlässige Wärmeübertragung von der Elektronikeinheit an die Umgebung des Fahrzeugmoduls benutzt wird. Somit kann der Einsatz als eine Wärmesenke oder Wärmesenkeinheit des Fahrzeugmoduls verstanden werden und/oder kann mit einer Wärmesenkeinheit des Fahrzeugmoduls verbunden sein.Overall, the vehicle module provides sufficient cooling capacity for complex applications within a vehicle by utilizing a highly thermally conductive insert for rapid and reliable heat transfer from the electronic unit to the vehicle module's environment. Therefore, the insert can be understood as a heat sink or heat sink unit of the vehicle module and/or can be connected to a heat sink unit of the vehicle module.

Ein Ausführungsbeispiel umfasst, dass der Einsatz eine erste Seite aufweist, die einem Inneren des Gehäuses zugewandt ist, wobei die erste Seite mittels zumindest eines Wärmekopplungselements thermisch direkt an die Elektronikeinheit gekoppelt ist. Das Wärmekopplungselement kann eine dünne Schicht mit einer Dicke von etwa 0,5 Millimetern sein. Dickere oder dünnere Wärmekopplungselemente sind jedoch möglich. Das Wärmekopplungselement kann so dünn wie möglich sein, um die Wärmeleistung des Fahrzeugmoduls zu maximieren. Das Wärmekopplungselement ist insbesondere aus einem Wärmeschnittstellenmaterial, TIM (englisch: thermal interface material). Das TIM kann eine Wärmeleitpaste, ein Wärmeleitkleber, ein Wärmespaltfüller, ein Wärmeleitblock, ein thermischen Band und/oder eine andere Art von Material sein, das dazu ausgebildet ist, die Wärmekopplung zwischen der ersten Seite des Einsatzes und der Elektronikeinheit zu verbessern.One embodiment includes an insert having a first side facing the interior of the housing, wherein the first side is thermally coupled directly to the electronic unit by means of at least one thermal coupling element. The thermal coupling element can be a thin layer with a thickness of approximately 0.5 millimeters. However, thicker or thinner thermal coupling elements are possible. The thermal coupling element can be as thin as possible to maximize the thermal performance of the vehicle module. The thermal coupling element is, in particular, made of a thermal interface material (TIM). The TIM can be a thermal paste, a thermally conductive adhesive, a thermal gap filler, a thermal block, a thermal tape, and/or another type of material designed to improve the thermal coupling between the first side of the insert and the electronic unit.

Die Elektronikeinheit kann eine gedruckte Leiterplatte (englisch: printed circuit board, PCB) mit zumindest einem Elektronikbauteil umfassen. Das Wärmekopplungselement ist dann in einem bevorzugten Beispiel zwischen dem zumindest einen Elektronikbauteil und dem Einsatz positioniert, wobei das Wärmekopplungselement die erste Seite und das Elektronikbauteil direkt berührt, insbesondere über eine Gesamtoberfläche der ersten Seite und eine Gesamtoberfläche des Elektronikbauteils. In diesem Beispiel ist das Elektronikbauteil eine wärmeerzeugende Vorrichtung und der Einsatz ist eine wärmeabführende Vorrichtung. Wenn mehrere Elektronikbauteile vorhanden sind, kann es manche Elektronikbauteile ohne danebenliegenden Einsatz geben. Der Einsatz kann auf ausgewählten Bauteilen der Elektronikeinheit positioniert sein, zum Beispiel auf derartigen Bauteilen, die im Vergleich zu anderen Bauteilen eine besonders große Menge an Wärme produzieren.The electronic unit can comprise a printed circuit board (PCB) with at least one electronic component. In a preferred example, the thermal coupling element is positioned between the at least one electronic component and the insert, with the thermal coupling element directly contacting the first side and the electronic component, in particular via a total surface area of the first side and a total surface area of the electronic component. In this example, the electronic component is a heat-generating device and the insert is a heat-dissipating device. If multiple electronic components are present, some may be located without an adjacent insert. The insert can be positioned on selected components of the electronic unit, for example, on those components that produce a particularly large amount of heat compared to other components.

Zum Beispiel bietet Kupfer als zweites Material eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit in alle Richtungen, so dass Wärmeausbreitung nicht die einzige Funktion des Hybridgehäuses sein kann. Ein anderer großer Vorteil des Hybridgehäuses ist die Evakuierung von Wärme aus der Elektronikeinheit, indem die Wärme durch das Wärmekopplungselement direkt aus heißen Bauteilen des PCB entnommen wird und die Wärme mittels eines passiven Luftkühlungssystems, das von der Umgebung des Fahrzeugmoduls bereitgestellt wird, abgeführt wird.For example, copper, as a second material, offers excellent thermal conductivity in all directions, meaning that heat dissipation cannot be the sole function of the hybrid housing. Another major advantage of the hybrid housing is the evacuation of heat from the electronic unit. This is achieved by extracting heat directly from hot components on the PCB via the thermal coupling element and dissipating it through a passive air cooling system provided by the vehicle module's environment.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel umfasst, dass die Elektronikeinheit mehrere wärmeabgebende Elektronikbauteile umfasst. Die wärmeabgebenden Elektronikbauteile sind insbesondere auf der Elektronikeinheit, zum Beispiel auf der PCB, zusammengruppiert. Das bedeutet, dass in einem bevorzugten Beispiel alle Hochleistungsbauteile auf der PCB zusammengruppiert sind, so dass ein gemeinsamer Einsatz, zum Beispiel genau eine Materialplatte aus dem zweiten Material, für alle Bauteile, die Kühlung benötigen, ausreichend ist. Der von den Hochleistungsbauteilen gemeinsam genutzte Einsatz, der mit dem Gehäuseteil verbunden ist, optimiert die Konstruktion des Fahrzeugmoduls und reduziert seine Gesamtkosten. Alternativ kann das Fahrzeugmodul mehrere Einsätze aufweisen, wobei jeder von ihnen eine von mehreren Öffnungen in dem Gehäuseteil verschließt.A preferred embodiment includes an electronic unit comprising several heat-dissipating electronic components. These heat-dissipating electronic components are grouped together on the electronic unit, for example, on the PCB. This means that, in a preferred example, all high-performance components are grouped together on the PCB, so that a single insert, for example, exactly one material plate made of the second material, is sufficient for all components requiring cooling. The insert shared by the high-performance components, which is connected to the housing part, optimizes the design of the vehicle module and reduces its overall cost. Alternatively, the vehicle module can have multiple inserts, each of which closes one of several openings in the housing part.

Das Fahrzeugmodul weist mehrere Wärmekopplungselemente auf. Zumindest zwei der mehreren wärmeabgebenden Elektronikbauteilen sind mittels eigenen Wärmekopplungselemente thermisch direkt an die erste Seite gekoppelt. Das bedeutet, dass die mehreren wärmeabgebenden Elektronikbauteile derart gruppiert sind, dass ein Einsatz ausreichend ist, jedoch Lücken zwischen den mehreren wärmeabgebenden Elektronikbauteilen vorhanden sein können, so dass mehrere einzelne Wärmekopplungselemente dazu benutzt werden können, die mehreren wärmeabgebenden Elektronikbauteile mit der ersten Seite des Einsatzes thermisch zu koppeln. Das führt zu einer minimalen Benutzung von Wärmekopplungselementen, was zu einer Reduzierung der Gesamtkosten des Fahrzeugmoduls beitragen kann.The vehicle module features several thermal coupling elements. At least two of the multiple heat-emitting electronic components are thermally coupled by means of their own thermal coupling elements. directly coupled to the first side. This means that the multiple heat-generating electronic components are grouped in such a way that one insert is sufficient, but gaps may exist between the components. Therefore, several individual thermal coupling elements can be used to thermally couple the components to the first side of the insert. This results in a minimal use of thermal coupling elements, which can contribute to a reduction in the overall cost of the vehicle module.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Einsatz eine Grundplatte mit der ersten Seite und der gegenüberliegenden zweiten Seite auf. Des Weiteren weist der Einsatz zumindest eine Rippe auf, die sich von der Grundplatte an der zweiten Seite aus erstreckt. In einem bevorzugten Beispiel weist der Einsatz mehrere Rippen auf. Die mehreren Rippen können sich aneinander angrenzend auf der zweiten Seite befinden. Sie können parallel zueinander ausgerichtet sein. Mit anderen Worten hat der Einsatz zumindest eine Rippe an seiner oberen Oberfläche, die von dem Inneren des Gehäuses abgewandt ist, wobei die zumindest eine Rippe Wärme an die Umgebung des Gehäuses und somit an die Umgebung des Fahrzeugmoduls abgibt. Die Rippe kann alternativ als Lamelle bezeichnet werden. Ein Querschnitt der Rippe an einem ersten Ende, das mit der zweiten Seite verbunden ist, kann größer sein als ein Querschnitt der Rippe an einem zweiten Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt. In diesem Beispiel hat die Rippe eine sich verjüngende Form. An dem zweiten Ende kann die Rippe abgeflacht oder zugespitzt sein. Die von den Elektronikbauteilen der Elektronikeinheit abgegebene Wärme wird somit wegen ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit schnell innerhalb des Einsatzes verbreitet, wobei die Wärme von der Grundplatte aus in Richtung der Rippe verbreitet wird und an die die zumindest eine Rippe umgebende Luft abgegeben wird. Dies stellt eine rasche Wärmeübertragung von den Hochleistungselektronikbauteilen zur Außenseite des Fahrzeugmoduls und passives Kühlen mit einem zwischen den Rippen hindurchströmenden natürlichen Luftstrom sicher.According to another embodiment, the insert has a base plate with a first side and an opposing second side. Furthermore, the insert has at least one rib extending from the base plate on the second side. In a preferred example, the insert has several ribs. The multiple ribs can be adjacent to one another on the second side. They can be aligned parallel to each other. In other words, the insert has at least one rib on its upper surface facing away from the interior of the housing, with the at least one rib dissipating heat to the surroundings of the housing and thus to the surroundings of the vehicle module. The rib can alternatively be referred to as a fin. A cross-section of the rib at a first end, which is connected to the second side, can be larger than a cross-section of the rib at a second end, which is opposite the first end. In this example, the rib has a tapered shape. At the second end, the rib can be flattened or pointed. The heat emitted by the electronic components of the electronic unit is thus rapidly dissipated within the module due to their high thermal conductivity. The heat is transferred from the base plate towards the fins and then transferred to the air surrounding at least one fin. This ensures rapid heat transfer from the high-performance electronic components to the outside of the vehicle module and passive cooling via a natural airflow between the fins.

Die Grundplatte kann eine Länge und/oder Breite aufweisen, die größer ist als eine Dicke der Grundplatte, wobei die Dicke in einer senkrechten Richtung zu einer Oberfläche des Gehäuseelements betrachtet wird. Die Dicke der Grundplatte kann zumindest gleich groß wie oder größer als eine Dicke des Gehäuseteils an den Kanten der Öffnung sein. Die Länge und Breite der Grundplatte an der zweiten Seite kann einer Länge und Breite der Öffnung entsprechen, so dass der Einsatz mit seiner Grundplatte in die Öffnung passen kann. An der ersten Seite kann die Länge und/oder Breite der Grundplatte größer oder gleich der Länge und/oder Breite der Öffnung sein, so dass die Grundplatte die Öffnung im Inneren des Gehäuses überlappen kann.The base plate can have a length and/or width greater than its thickness, measured perpendicular to a surface of the housing element. The thickness of the base plate can be at least equal to or greater than the thickness of the housing element at the edges of the opening. The length and width of the base plate on the second side can correspond to the length and width of the opening, allowing the insert to fit into the opening with its base plate. On the first side, the length and/or width of the base plate can be greater than or equal to the length and/or width of the opening, allowing the base plate to overlap the opening inside the housing.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel umfasst, dass das Fahrzeugmodul zumindest einen Ventilator aufweist, der sich angrenzend an die zumindest eine Rippe befindet, so dass ein mittels des zumindest einen Ventilators erzeugter Luftstrom parallel zu der zumindest einen Rippe verläuft. Das bedeutet, dass das Hybridgehäuse mit einem aktiven Luftkühlungssystem, das hier der zumindest eine Ventilator ist, gekühlt wird. Der in dem Gehäuseteil eingebettete Einsatz kann mehrere Rippen auf einer von dem Inneren des Gehäuses abgewandten äußeren Oberfläche des Gehäuseteils aufweisen. Die mehreren Ventilatoren sind direkt einem forcierten Luftstrom ausgesetzt, der von dem zumindest einen Ventilator induziert ist. Dies stellt eine rasche Wärmeübertragung von der Elektronikeinheit an die Umgebung des Fahrzeugmoduls und eine rasche Kühlung mit einem zwischen den Rippen hindurchströmenden forcierten Luftstrom sicher.A preferred embodiment includes the vehicle module having at least one fan located adjacent to the at least one fin, such that an airflow generated by the at least one fan runs parallel to the at least one fin. This means that the hybrid housing is cooled by an active air cooling system, which in this case is the at least one fan. The insert embedded in the housing part can have multiple fins on an outer surface of the housing part facing away from the interior of the housing. The multiple fans are directly exposed to a forced airflow induced by the at least one fan. This ensures rapid heat transfer from the electronic unit to the environment of the vehicle module and rapid cooling with a forced airflow passing between the fins.

Des Weiteren umfasst ein Ausführungsbeispiel, dass sich der zumindest eine Ventilator auf der äußeren Oberfläche des Gehäuseteils befindet. Insbesondere befindet er sich direkt neben der zumindest einen Rippe liegend. Der Ventilator ist somit derart direkt an dem Hybridgehäuse angebracht, dass er einen zu den Rippen parallel verlaufenden Luftstrom führen kann. Alternativ kann ein Zwischenelement, das zwischen dem Ventilator und der äußeren Oberfläche positioniert ist, vorhanden sein. Der zumindest eine Ventilator kann an dem Gehäuseteil befestigt sein, er kann zum Beispiel an das Gehäuseteil angeklebt und/oder angeschraubt sein. Alternative oder zusätzliche Befestigungstechniken können angewendet werden. Es kann einen Luftspalt zwischen dem zumindest einen Ventilator und dem Einsatz geben. Sobald die Wärme in die Rippen übertragen wird, wird sie schnell und zuverlässig mit der zwischen den Rippen strömenden Luft entfernt.Furthermore, one embodiment includes the at least one fan being located on the outer surface of the housing part. In particular, it is situated directly next to the at least one fin. The fan is thus attached to the hybrid housing in such a way that it can direct an airflow parallel to the fins. Alternatively, an intermediate element positioned between the fan and the outer surface can be present. The at least one fan can be attached to the housing part; for example, it can be glued and/or screwed to it. Alternative or additional fastening techniques can be used. There can be an air gap between the at least one fan and the insert. As soon as heat is transferred to the fins, it is quickly and reliably removed by the air flowing between the fins.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst, dass das Fahrzeugmodul eine Kühlplatte aufweist, die mittels eines thermischen Kopplungselements auf einer zweiten Seite des Einsatzes, der von dem Inneren des Gehäuses abgewandt ist, thermisch direkt mit dem Einsatz gekoppelt ist. In einem bevorzugten Beispiel hat die zweite Seite eine flache Oberfläche. Der Einsatz kann als eine Platte mit einer flachen ersten Oberfläche und einer flachen zweiten Oberfläche geformt sein. Die Kühlplatte kann zumindest einen Kühlkanal mit einem hindurchströmenden Kühlfluid aufweisen. Das Kühlfluid kann Wasser oder eine andere Kühlflüssigkeit oder ein anderes Kühlmittel sein. Das bedeutet, dass das Hybridgehäuse mit einem Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit, gekühlt wird, das beziehungsweise die durch den Kühlkanal strömt, der durch die an der oberen Oberfläche (zweite Seite) des Einsatzes angebrachte Kühlplatte bereitgestellt wird. Die Kühlplatte ist ein separater Teil des Fahrzeugmoduls. Eine Länge und/oder Breite der Kühlplatte kann zumindest genauso groß wie oder größer als die Länge und/oder Breite der zweiten Seite des Einsatzes sein. Das Wärmekopplungselement auf der zweiten Seite kann ein TIM sein. Es kann von einem gleichen Wärmekopplungselementtyp sein wie das Wärmekopplungselement zwischen der Elektronikeinheit und der ersten Seite des Einsatzes. Alternativ unterscheiden sich die Wärmekopplungselemente voneinander. Das Wärmekopplungselement auf der zweiten Seite wird dazu benutzt, eine gute Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Einsatz und dem Gehäuseteil auf einer Seite und der Kühlpatte auf der anderen Seite bereitzustellen. Das gilt für modulare Fahrzeugmodule, bei welchen zum Beispiel abnehmbare Module oder Kartuschen zu der Haupt-ECU-Einheit hinzugefügt werden. Die Kühlplatte kann in der Haupt-ECU-Einheit montiert sein. Die Wärme tritt durch das Wärmekopplungselement, das auf einem heißen Bauteil der Elektronikeinheit verwendet wird, hindurch, wird dann durch den Einsatz in dem Hybridgehäuse geleitet und von dem den Kühlkanal der Kühlplatte durchströmenden Kühlmittel abgeführt.Another embodiment includes a vehicle module with a cooling plate that is thermally coupled directly to the insert by means of a thermal coupling element on a second side of the insert, facing away from the interior of the housing. In a preferred example, the second side has a flat surface. The insert can be shaped as a plate with a flat first surface and a flat second surface. The cooling plate can have at least one cooling channel with a cooling fluid flowing through it. The cooling fluid can be water or another coolant or refrigerant. This means that the hybrid housing is cooled with a fluid, in particular a liquid, The coolant flowing through the cooling channel is provided by the cooling plate attached to the upper surface (second side) of the insert. The cooling plate is a separate part of the vehicle module. The length and/or width of the cooling plate can be at least as large as, or larger than, the length and/or width of the second side of the insert. The thermal interface element on the second side can be a thermal interface material (TIM). It can be of the same type as the thermal interface element between the electronics unit and the first side of the insert. Alternatively, the thermal interface elements can be different. The thermal interface element on the second side is used to provide good thermal conductivity between the insert and the housing part on one side and the cooling plate on the other. This applies to modular vehicle modules where, for example, removable modules or cartridges are added to the main ECU unit. The cooling plate can be mounted within the main ECU unit. The heat passes through the thermal coupling element, which is used on a hot component of the electronic unit, is then conducted through the insert in the hybrid housing and is carried away by the coolant flowing through the cooling channel of the cooling plate.

Des Weiteren umfasst ein Ausführungsbeispiel, dass der Einsatz zumindest einen Teil des zumindest einen Kühlkanals für ein Kühlgerät des Fahrzeugmoduls umfasst. Wenn der Einsatz nur ein Teil des Kühlkanals ist, kann er mechanisch an den umliegenden Teilen eines Kanalbodens und Kanalseitenwänden des Kühlkanals befestigt sein. Der Kanalboden und die Kanalseitenwände sind dann Teile des Gehäuseteils. Das bedeutet, dass das Hybridgehäuse aktiv mit einem Kühlfluid, das einen in dem Gehäuse eingebetteten Kühlkanal durchströmt, gekühlt wird. Zum Beispiel kann das Kühlgerät mehrere Kühlkanäle aufweisen, die einen Kühlkreislauf bilden, der sich über einen spezifischen Bereich des Gehäuseteils erstreckt. Zumindest ein Teilbereich des Bereichs wird von dem Einsatz bereitgestellt. Das Kühlgerät erlaubt eine besonders rasche und effektive Kühlung, die durch den Einsatz aus dem zweiten Material mit der hohen Wärmeleitfähigkeit sogar noch verbessert wird, so dass Wärme aus der Elektronikeinheit das Kühlgerät schnell und effektiv erreicht.Furthermore, one embodiment includes an insert comprising at least a portion of the at least one cooling channel for a cooling unit of the vehicle module. If the insert is only a portion of the cooling channel, it can be mechanically attached to the surrounding parts of the channel base and side walls. The channel base and side walls then become part of the housing. This means that the hybrid housing is actively cooled by a cooling fluid flowing through a cooling channel embedded in the housing. For example, the cooling unit can have several cooling channels forming a cooling circuit that extends over a specific area of the housing. At least a portion of this area is provided by the insert. The cooling unit enables particularly rapid and effective cooling, which is further enhanced by the insert being made of the second material with high thermal conductivity, allowing heat from the electronic unit to reach the cooling unit quickly and effectively.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst, dass der Einsatz zumindest ein Teil eines Bodenteils des zumindest einen Kühlkanals ist. Das Gehäuse weist eine Abdeckplatte auf, die an dem Gehäuseteil angebracht ist, wobei die Abdeckplatte einen oberen Teil des zumindest einen Kühlkanals bereitstellt und das Kühlgerät in Richtung der Umgebung des Fahrzeugmoduls abdeckt. Mit anderen Worten umfasst ein Boden des Kühlkanals den eingebetteten Einsatz, der thermisch mit dem gegossenen oder bearbeiteten Gehäuseteil verbunden ist. Aus der Elektronikeinheit abgeführte Wärme wird zum Beispiel direkt von Rippen auf der zweiten Seite des Einsatzes zu dem die Rippen umströmenden Kühlmittel geführt, wenn die Rippen sich auf der zweiten Seite erstrecken. Die thermische Verbindung zwischen dem Einsatz und dem Gehäuseteil ist auch auslaufsicher, was sicherstellt, dass kein Auslaufen zwischen diesen Teilen auftritt. Zudem ist aufgrund der angebrachten Abdeckplatte kein Auslaufen an dem oberen Teil möglich. Die Abdeckplatte kann mechanisch an dem Gehäuseteil angebracht sein. Zum Beispiel kann sie an dem Gehäuseteil angeschweißt oder angeklebt sein. Die Abdeckplatte kann aus dem ersten Material, einem anderen Material oder zum Beispiel aus Kunststoff sein. Die Abdeckplatte kann, insbesondere durch Rührreibschweißen, an dem Gehäuseteil des Gehäuses angeschweißt sein.Another embodiment includes the insert forming at least part of a bottom section of the at least one cooling channel. The housing has a cover plate attached to the housing part, the cover plate providing an upper part of the at least one cooling channel and covering the cooling unit towards the environment of the vehicle module. In other words, the bottom of the cooling channel comprises the embedded insert, which is thermally connected to the cast or machined housing part. Heat dissipated from the electronic unit is, for example, conducted directly from fins on the second side of the insert to the coolant flowing around the fins, provided the fins extend to the second side. The thermal connection between the insert and the housing part is also leak-proof, ensuring that no leakage occurs between these parts. Furthermore, the attached cover plate prevents any leakage at the upper part. The cover plate can be mechanically attached to the housing part. For example, it can be welded or bonded to the housing part. The cover plate can be made of the first material, a different material, or, for example, plastic. The cover plate can be welded to the housing part, particularly by friction stir welding.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst der Einsatz die Grundplatte mit der ersten Seite, die dem Inneren des Gehäuses zugewandt ist, und der gegenüberliegenden zweiten Seite. Die gegenüberliegende zweite Seite ist der Abdeckplatte zugewandt. Zumindest ein thermisches Element erstreckt sich von der Grundplatte aus an der zweiten Seite. Das zumindest eine thermische Element ist insbesondere zumindest eine Rippe und/oder zumindest ein Stift und/oder zumindest ein Turbulator. Höhere Leistungsanforderungen an die Elektronikeinheit können erfordern, dass der Einsatz für höhere Wärmeleitfähigkeit durch das Kühlgerät anspruchsvoller ausgestaltet ist. Dies kann mittels zumindest eines zusätzlichen thermischen Merkmals, welches hier das zumindest eine thermische Element ist, erreicht werden. Neben Rippen, Stiften und/oder Turbulatoren können andere Ausgestaltungsmerkmale, die die Kühleffizienz des Kühlgeräts steigern, möglich sein. Das zumindest eine thermische Element steigert somit die Kühleffizienz des Kühlgeräts des Fahrzeugmoduls.According to a further embodiment, the insert comprises a base plate with a first side facing the interior of the housing and a second, opposite side. The second, opposite side faces the cover plate. At least one thermal element extends from the base plate along the second side. This thermal element is, in particular, at least one rib and/or at least one pin and/or at least one turbulator. Higher performance requirements for the electronic unit may necessitate a more sophisticated design of the insert to achieve higher thermal conductivity through the cooling device. This can be achieved by means of at least one additional thermal feature, which in this case is the at least one thermal element. In addition to ribs, pins, and/or turbulators, other design features that increase the cooling efficiency of the cooling device are possible. The at least one thermal element thus increases the cooling efficiency of the vehicle module's cooling device.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das erste Material Aluminium und/oder das zweite Material ist Kupfer und/oder Silber. Alternativ kann das erste Material ein anderes Material mit einer Wärmeleitfähigkeit sein, die von der Wärmeleitfähigkeit von Aluminium um weniger als 20 Prozent, insbesondere weniger als 10 Prozent oder 5 Prozent, abweicht. Alternativ kann das zweite Material ein anderes Material mit einer Wärmeleitfähigkeit sein, die von der Wärmeleitfähigkeit von Kupfer und/oder Silber um weniger als 20 Prozent, insbesondere weniger als 10 Prozent oder 5 Prozent, abweicht. Somit kann das erste Material ein billigeres Material als das zweite Material sein, die höhere Wärmeleitfähigkeit des zweiten Materials macht es jedoch besonders vorteilhaft für die Verwendung in dem Einsatz.According to a preferred embodiment, the first material is aluminum and/or the second material is copper and/or silver. Alternatively, the first material can be another material with a thermal conductivity that differs from that of aluminum by less than 20 percent, particularly less than 10 percent or 5 percent. Alternatively, the second material can be another material with a thermal conductivity that differs from that of copper and/or silver by less than 20 percent, particularly less than 10 percent or 5 percent. Thus, the first material can be a less expensive material than the second material, but the higher thermal conductivity of the second material makes it more cost-effective. particularly advantageous for use in this application.

In einem bevorzugten Beispiel ist das Fahrzeugmodul das Steuergerät, insbesondere die ECU eines Fahrzeugs. Die Elektronikeinheit kann eine Einchipsystemeinheit sein oder eine Einchipsystemeinheit aufweisen. Sie kann alternativ als SoC-Einheit bezeichnet werden. Das Steuergerät kann als eine Recheneinheit oder als ein Datenverarbeitungsgerät mit Verarbeitungsschaltkreisen verstanden werden. Das Steuergerät kann daher Rechenoperationen zur Verarbeitung von Daten durchführen.In a preferred example, the vehicle module is the control unit, specifically the ECU of a vehicle. The electronic unit can be a system-on-a-chip (SoC) or have a system-on-a-chip (SoC) component. It can alternatively be referred to as a SoC unit. The control unit can be understood as a computing unit or as a data processing device with processing circuits. The control unit can therefore perform computational operations to process data.

Für das Fahrzeug kann insbesondere eine fahrzeugzentrische, zonenorientierte Architektur der elektrischen bzw. elektronischen Komponenten des Fahrzeuges vorgesehen sein. Insbesondere kann in einer solchen Fahrzeugarchitektur zumindest ein Haupt-Controller, beispielsweise ein einziger Haupt-Controller, vorgesehen sein, der auch als Hauptsteuergerät oder Fahrzeugcomputer bezeichnet werden kann, und der dazu ausgebildet sein kann, die hauptsächlichen Rechenoperationen für fahrzeugspezifische Anwendungen, beispielsweise autonomes Fahren, durchzuführen.For the vehicle, a vehicle-centric, zone-oriented architecture of the vehicle's electrical and/or electronic components may be provided. In particular, such a vehicle architecture may include at least one main controller, for example a single main controller, which may also be referred to as the main control unit or vehicle computer, and which may be configured to perform the main computational operations for vehicle-specific applications, such as autonomous driving.

Der Haupt-Controller kann mit mehreren, vorzugsweise vier Zonen-Controllern, die auch als Zonen-Steuergeräte bezeichnet werden können, signaltechnisch verbunden sein. Zonen-Controller können dazu ausgebildet sein, im Vergleich zu den hauptsächlichen Rechenoperationen des Haupt-Controllers, weniger anspruchsvolle Rechenoperationen durchzuführen.The main controller can be interconnected via signal transmission to several, preferably four, zone controllers, which can also be referred to as zone control units. Zone controllers can be configured to perform less demanding calculations compared to the main calculations performed by the main controller.

Beispielsweise kann die elektronische Fahrzeugarchitektur in Zonen, vorzugsweise vier Zonen, unterteilt sein, wobei jeweils ein Zonen-Controller für jede Zone vorgesehen sein kann. Insbesondere kann der Haupt-Controller über die Zonen-Controller an weitere elektrische und elektronische Komponenten des Fahrzeuges angebunden sein, insbesondere an kleinere, verteilte Steuergeräte, sowie an eine Vielzahl von Sensoren und Aktuatoren des Fahrzeuges.For example, the electronic vehicle architecture can be divided into zones, preferably four zones, with a zone controller for each zone. In particular, the main controller can be connected via the zone controllers to other electrical and electronic components of the vehicle, especially smaller, distributed control units, as well as to a multitude of sensors and actuators of the vehicle.

Eine solche fahrzeugzentrische, zonenorientierte Architektur der elektrischen bzw. elektronischen Komponenten kann zumindest dahingehend vorteilhaft sein, dass diese gegenüber domänenorientierten Architekturen weniger komplex ausgebildet sind. Insbesondere können die Rechenoperationen der komplexen, Fahrzeugspezifischen Anwendungen von verteilten Steuergeräten auf einen einzigen bzw. auf wenige, sehr leistungsstarke Haupt-Controller konsolidiert werden.Such a vehicle-centric, zone-oriented architecture of electrical and electronic components can be advantageous, at least in that it is less complex compared to domain-oriented architectures. In particular, the computational operations of complex, vehicle-specific applications can be consolidated from distributed control units onto a single or a few very powerful main controllers.

Vorzugsweise kann das Fahrzeugmodul ein Haupt-Controller des Fahrzeuges sein. Alternativ kann das Fahrzeugmodul ein Zonen-Controller des Fahrzeuges sein. Entsprechend können mit dem Einsatz im Gehäuse die leistungsstarken elektronischen Elektronikbauteile eines Haupt-Controllers beziehungsweise eines Zonen-Controllers gekühlt werden.Preferably, the vehicle module can be the vehicle's main controller. Alternatively, the vehicle module can be a zone controller. Accordingly, the high-performance electronic components of a main controller or a zone controller can be cooled by using the module within its housing.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Fahrzeugmodul wie oben beschrieben. Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug, zum Beispiel ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Bus, ein Motorrad und/oder ein Moped, sein.Another aspect of the invention relates to a vehicle with a vehicle module as described above. The vehicle can be a motor vehicle, for example a passenger car, a truck, a bus, a motorcycle and/or a moped.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fertigungsverfahren für ein Fahrzeugmodul Das Fahrzeugmodul umfasst ein Gehäuse und eine Elektronikeinheit, die in dem Gehäuse angeordnet ist. Das Gehäuse umfasst ein Gehäuseteil mit einer Öffnung und einem Einsatz. Das Gehäuseteil ist aus einem ersten Material mit einer ersten Wärmeleitfähigkeit und der Einsatz ist aus einem zweiten Material mit einer zweiten Wärmeleitfähigkeit, die höher als die erste Wärmeleitfähigkeit ist. Die Öffnung in dem Gehäuseteil ist mit dem Einsatz mittels thermischen Verbindens verschlossen. Thermisches Verbinden kann zumindest teilweise durch Hartlöten, Löten und/oder Rührreibschweißen erreicht werden. Der Einsatz ist dazu ausgebildet, von der Elektronikeinheit abgegebene Wärme abzuführen.Another aspect of the invention relates to a manufacturing process for a vehicle module. The vehicle module comprises a housing and an electronic unit arranged within the housing. The housing comprises a housing part with an opening and an insert. The housing part is made of a first material with a first thermal conductivity, and the insert is made of a second material with a second thermal conductivity that is higher than the first. The opening in the housing part is closed by the insert using thermal bonding. Thermal bonding can be achieved, at least partially, by brazing, soldering, and/or friction stir welding. The insert is designed to dissipate heat emitted by the electronic unit.

Mit anderen Worten ist das Gehäuseteil aus dem bearbeiteten oder gegossenen ersten Material, welches insbesondere Aluminium ist, gefertigt. Der Einsatz ist aus einem hochwärmeleitfähig Material, wie etwa Kupfer als das zweite Material. Der Einsatz wird in der Öffnung in dem Gehäuseteil platziert und dann thermisch mit dem Gehäuseteil verbunden. Thermisches Verbinden umfasst Hartlöten, Löten und Schweißen. Dadurch wird ein aus zwei Materialien bestehendes Hybridgehäuse gebildet, das eine Menge Vorteile bietet. Zum Beispiel wird das Gehäuse aufgrund des thermischen Verbindens wasserdicht, so dass es an der Verbindungsstelle zu keinem Auslaufen kommen kann.In other words, the housing component is made from the machined or cast first material, which is typically aluminum. The insert is made from a highly thermally conductive material, such as copper. The insert is placed in the opening in the housing component and then thermally joined to it. Thermal joining includes brazing, soldering, and welding. This creates a hybrid housing made of two materials, which offers several advantages. For example, the thermal joining process makes the housing watertight, preventing any leakage at the joint.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Fertigungsverfahrens umfasst, dass der Einsatz mit einer Materialzugabe zumindest auf der ersten Seite, die dem Inneren des Gehäuses zugewandt ist, bereitgestellt wird. Der Einsatz hat so mehr als nötig von dem zweiten Material zumindest auf der unteren Seite oder Unterseite des Einsatzes. Die Materialzugabe erlaubt es, die Ungenauigkeiten des Verbindungsvorgangs, zum Beispiel durch Nachbearbeitung des Einsatzes nach dem thermischen Verbinden, zu kompensieren. Dies verbessert die Fixierung des Einsatzes in der Öffnung des Gehäuseteils.A preferred embodiment of the manufacturing process includes providing the insert with an additional layer of material, at least on the first side facing the interior of the housing. This gives the insert more material than necessary, at least on its lower or underside. This additional material allows for the compensation of inaccuracies in the joining process, for example, those resulting from post-processing of the insert after thermal joining. This improves the retention of the insert in the opening of the housing part.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Fertigungsverfahrens umfasst, dass zumindest die erste Seite und/oder die gegenüberliegende zweite Seite des Einsatzes nach dem thermischen Verbinden bearbeitet wird, so dass eine Oberfläche der bearbeiteten Seite eine Rauheit in einem vordefinierten Rauheitsbereich und/oder eine Flachheit in einem vordefinierten Flachheitsbereich aufweist. Zum Beispiel muss die Bodenoberfläche des Einsatzes, die hier die Oberfläche der ersten Seite ist, nach dem Verbindungsvorgang bearbeitet werden, um eine erforderliche Oberflächenrauheit, eine erforderliche thermische Lücke für das Wärmekopplungselement und/oder ausreichend gute Flachheit zu erreichen. Der vordefinierte Rauheitsbereich kann unterhalb eines Rauheitsparameters R_a von 3,2 Mikrometern liegen. In diesem vordefinierten Rauheitsbereich ist die Wärmeleitung von der Elektronikeinheit, insbesondere dem Wärmekopplungselement, zu dem Einsatz im Vergleich zu einem Einsatz mit einer raueren Oberfläche erhöht. Wenn die Flachheit in dem vordefinierten Flachheitsbereich liegt, so ist eine direkte Kontaktoberfläche des Einsatzes im Vergleich zu einer Oberfläche mit einer schlechteren Flachheit vergrößert. Die flache Ausgestaltung verhindert zum Beispiel, dass sich Luftspalte zwischen Vertiefungen und/oder Materialbergen auf der Oberfläche bilden.Another embodiment of the manufacturing process involves machining at least the first side and/or the opposite second side of the insert after thermal joining, such that a surface of the machined side has a roughness within a predefined roughness range and/or a flatness within a predefined flatness range. For example, the bottom surface of the insert, which here is the surface of the first side, must be machined after the joining process to achieve a required surface roughness, a required thermal gap for the heat-coupling element, and/or sufficiently good flatness. The predefined roughness range can be below a roughness parameter _Ra of 3.2 micrometers. Within this predefined roughness range, the heat conduction from the electronic unit, in particular the heat-coupling element, to the insert is increased compared to an insert with a rougher surface. If the flatness is within the predefined flatness range, the direct contact surface of the insert is increased compared to a surface with a lower flatness. The flat design prevents, for example, air gaps from forming between depressions and/or material mounds on the surface.

Wenn die zweite Seite des Einsatzes flach ist und zum Beispiel ohne Rippen, sollte sie nach dem Verbindungsvorgang auch bearbeitet werden. Das bedeutet, dass ein obere Oberfläche des Einsatzes, die hier die zweite Seite ist, für eine ausreichend gute Oberflächenrauheit und -flachheit abgeschöpft werden kann, die zum Beispiel für einen zuverlässigen Kontakt mit der Kühlplatte benötigt werden. Diese Bearbeitung der zweiten Seite kann erreichen, dass die zweite Seite eine Rauheit in dem vordefinierten Rauheitsbereich hat und/oder eine Flachheit in dem vordefinierten Flachheitsbereich. If the second side of the insert is flat and, for example, without ribs, it should also be machined after the joining process. This means that the upper surface of the insert, which in this case is the second side, can be skimmed to achieve a sufficiently good surface roughness and flatness, which is necessary, for example, for reliable contact with the cooling plate. This machining of the second side can achieve a roughness within the predefined range and/or a flatness within the predefined range.

Rauheits- und/oder Flachheitsanforderungen können für beide Seiten des Einsatzes dieselben oder unterschiedlich sein.Roughness and/or flatness requirements may be the same or different for both sides of the application.

Die Ausführungsbeispiele, die in Zusammenhang mit dem Fahrzeugmodul oder dem Fertigungsverfahren, sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander, beschrieben sind, gelten gegebenenfalls entsprechend für das Fertigungsverfahren beziehungsweise das Fahrzeugmodul. Sie gelten entsprechend für das Fahrzeug. Die Erfindung umfasst Kombinationen der beschriebenen Ausführungsbeispiele.The exemplary embodiments described in connection with the vehicle module or the manufacturing process, both individually and in combination, may apply accordingly to the manufacturing process or the vehicle module, respectively. They also apply accordingly to the vehicle. The invention comprises combinations of the described exemplary embodiments.

Die Figuren zeigen in:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Fahrzeugmodul;
2 eine Explosionsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugmoduls;
3 eine schematische Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels von 2;
4 eine Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels von 2 und 3 mit mehreren Elektronikbauteilen;
5 eine Explosionsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugmoduls;
6 eine schematische Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels von 5;
7 eine Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels von 5 und 6 mit mehreren Elektronikbauteilen;
8 eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels von 5 bis 7 mit zwei Ventilatoren;
9 eine Explosionsdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugmoduls;
10 eine schematische Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels von 9;
11 eine Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels von 9 und 10 mit mehreren Elektronikbauteilen;
12 eine Explosionsdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugmoduls;
13 eine schematische Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels von 12; und
14 eine Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels von 12 und 13 mit mehreren Elektronikbauteilen.

The characters show in:

1 a schematic representation of a vehicle with a vehicle module;
2 an exploded view of a first embodiment of a vehicle module;
3 a schematic cross-sectional view of the exemplary embodiment of 2 ;
4 an exploded view of the exemplary embodiment of 2 and 3 with multiple electronic components;
5 an exploded view of a second embodiment of a vehicle module;
6 a schematic cross-sectional view of the exemplary embodiment of 5 ;
7 an exploded view of the exemplary embodiment of 5 and 6 with multiple electronic components;
8 a schematic representation of the exemplary embodiment of 5 until 7 with two fans;
9 an exploded view of a third embodiment of a vehicle module;
10 a schematic cross-sectional view of the exemplary embodiment of 9 ;
11 an exploded view of the exemplary embodiment of 9 and 10 with multiple electronic components;
12 an exploded view of a fourth embodiment of a vehicle module;
13 a schematic cross-sectional view of the exemplary embodiment of 12 ; and
14 an exploded view of the exemplary embodiment of 12 and 13 with several electronic components.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen angegeben.The figures show identical components with the same reference symbols.

1 zeigt ein Fahrzeugmodul 1, welches von einem Fahrzeug 2 umfasst ist. Das Fahrzeug 2 kann ein Kraftfahrzeug 2 sein. Das Fahrzeugmodul 1 kann ein Steuergerät des Fahrzeugs 2 sein, insbesondere kann es eine elektronische Steuereinheit, ECU (englisch: electronic control unit) sein. Das Fahrzeugmodul 1 kann dazu eingerichtet sein, eine Funktion für das Fahrzeug 2, wie etwa ein Fahrerassistenzsystem, bereitzustellen. 1 Figure 1 shows a vehicle module 1, which is encompassed by a vehicle 2. The vehicle 2 can be a motor vehicle 2. The vehicle module 1 can be a control unit of the vehicle 2, in particular an electronic control unit (ECU). The vehicle module 1 can be configured to provide a function for the vehicle 2, such as a driver assistance system.

2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Fahrzeugmoduls 1. Das Fahrzeugmodul 1 umfasst ein Gehäuse 3 und eine Elektronikeinheit 4, die in dem Gehäuse 3 angeordnet ist. Die Elektronikeinheit 4 umfasst in diesem Beispiel eine gedruckte Leiterplatte (englisch: printed circuit board, PCB) 5 und zumindest ein Elektronikbauteil 6, das elektronisch an die PCB 5 gekoppelt ist. Des Weiteren kann die Elektronikeinheit 4 mehrere Anschlüsse 7, 8, 9, zum Beispiel zum Anschließen anderer Fahrzeugmodule 1, einer Stromzufuhr, einer Sensorvorrichtung des Fahrzeugs 2 und/oder irgendeiner anderen Elektronikvorrichtung in dem Fahrzeug 2, aufweisen. Die mehreren Anschlüsse 7, 8, 9 können einen PCB-Anschluss, einen High-Speed Modular Twisted-Pair Data (H-MTD) Anschluss und/oder einen Fachkreis-Automobil-Anschluss (FAKRA-Anschluss) umfassen. Andere Anschlüsse 7, 8, 9 können möglich sein. 2 Figure 1 shows a first embodiment of the vehicle module 1. The vehicle module 1 comprises a housing 3 and an electronic unit 4, which is arranged in the housing 3. In this example, the electronic unit 4 comprises a printed circuit board (PCB) 5 and at least one electronic component 6, which is electronically coupled to the PCB 5. Furthermore, the electronic unit 4 can include several Connectors 7, 8, and 9 may be used, for example, to connect other vehicle modules 1, a power supply, a sensor device of the vehicle 2, and/or any other electronic device in the vehicle 2. The multiple connectors 7, 8, and 9 may include a PCB connector, a High-Speed Modular Twisted-Pair Data (H-MTD) connector, and/or a Professional Automotive Connector (FAKRA connector). Other connector configurations 7, 8, and 9 are possible.

Das Gehäuse 3 weist ein Gehäuseteil 10 auf. In Höhenrichtung (z-Richtung) betrachtet kann dieses Gehäuseteil 10 ein oberer Teil des Gehäuses 3 sein. Das Gehäuseteil 10 ist aus einem ersten Material, insbesondere aus einem ersten Metall, mit einer ersten Wärmeleitfähigkeit. In einem bevorzugten Beispiel ist dieses erste Material Aluminium. Das Gehäuse 3 weist einen Einsatz 11 auf, der mit dem Gehäuseteil 10 in einer Öffnung 16 (siehe Bezugszeichen 16 in 3) des Gehäuseteils 10 thermisch verbunden ist. Die Öffnung 16 des Gehäuseteils 10 ist mittels thermischen Verbindens direkt mit dem Einsatz 11 des Gehäuses 3 verschlossen.The housing 3 has a housing part 10. Viewed in the vertical direction (z-direction), this housing part 10 can be an upper part of the housing 3. The housing part 10 is made of a first material, in particular a first metal, with a first thermal conductivity. In a preferred example, this first material is aluminum. The housing 3 has an insert 11 which engages with the housing part 10 in an opening 16 (see reference numeral 16 in [reference number]). 3 The opening 16 of the housing part 10 is thermally connected. The opening 16 of the housing part 10 is directly closed to the insert 11 of the housing 3 by means of a thermal connection.

Der Einsatz 11 ist aus einem zweiten Material, insbesondere aus einem zweiten Metall, mit einer zweiten Wärmeleitfähigkeit. Die zweite Wärmeleitfähigkeit ist höher als die erste Wärmeleitfähigkeit. In einem bevorzugten Beispiel ist das zweite Material Kupfer oder Silber. Der Einsatz 11 ist dazu ausgebildet, von der Elektronikeinheit 4 abgegebene Wärme abzuführen. Genauer gesagt kann die Wärme von dem Elektronikbauteil 6 abgegeben werden, insbesondere wenn es ein Hochleistungselektronikbauteil 6 ist.The insert 11 is made of a second material, in particular a second metal, with a second thermal conductivity. The second thermal conductivity is higher than the first thermal conductivity. In a preferred example, the second material is copper or silver. The insert 11 is designed to dissipate heat emitted by the electronic unit 4. More precisely, the heat can be dissipated by the electronic component 6, especially if it is a high-performance electronic component 6.

In dem skizzierten Beispiel kann es ein Wärmekopplungselement 12 geben, welches sich zwischen dem Elektronikbauteil 6 und dem Einsatz 11 befindet. Das Wärmekopplungselement 12 kann aus einem Wärmeschnittstellenmaterial (englisch: thermal interface material, TIM), wie etwa einer Wärmeleitpaste, sein.In the outlined example, there can be a thermal coupling element 12 located between the electronic component 6 and the insert 11. The thermal coupling element 12 can be made of a thermal interface material (TIM), such as thermal paste.

Das Gehäuseteil 10 kann zumindest eine Schraube 13, insbesondere eine unverlierbare Schraube 13, zum Anfügen des Fahrzeugmoduls 1 an einem Trägergestell mittels Schraubverbindung aufweisen. Beim Befestigen der zumindest einen Schraube 13 bleibt das Gehäuse 3 sicher an dem Trägergestell angebracht. Dies erlaubt auch eine schnelle Montage. Die zumindest eine Schraube 13 kann per Hand geschraubt werden und/oder mit einem Schraubenzieher.The housing part 10 can have at least one screw 13, in particular a captive screw 13, for attaching the vehicle module 1 to a support frame by means of a screw connection. When the at least one screw 13 is tightened, the housing 3 remains securely attached to the support frame. This also allows for quick assembly. The at least one screw 13 can be tightened by hand and/or with a screwdriver.

Das Kraftfahrzeug 1 kann einen Gehäuseboden 14 aufweisen. Der Gehäuseboden 14 kann mit der PCB 5 und dem Gehäuseteil 10 mittels zumindest einer weiteren Schraube 15 verbunden sein. In diesem verbundenen Zustand wird das Gehäuse 3 zusammengebaut (hier nicht dargestellt). In dem verbundenen Zustand befindet sich die Elektronikeinheit 4 in einem Inneren des Gehäuses 3.The motor vehicle 1 can have a housing base 14. The housing base 14 can be connected to the PCB 5 and the housing part 10 by means of at least one further screw 15. In this connected state, the housing 3 is assembled (not shown here). In this connected state, the electronic unit 4 is located inside the housing 3.

3 zeigt eine Querschnittsansicht des ersten Ausführungsbeispiels. Die Querschnittsansicht zeigt die Öffnung 16, die hier bereits mit dem Einsatz 11 verschlossen ist. Der Einsatz 11 weist eine erste Seite 17 auf, die dem Inneren des Gehäuses 3 mit der Elektronikeinheit 4 zugewandt ist. Die erste Seite 17 ist thermisch direkt an die Elektronikeinheit 4 gekoppelt. Hier ist die erste Seite 17 mittels des Wärmekopplungselements 12 thermisch direkt an das Elektronikbauteil 6 gekoppelt. 3 Figure 1 shows a cross-sectional view of the first embodiment. The cross-sectional view shows the opening 16, which is already closed with the insert 11. The insert 11 has a first side 17, which faces the interior of the housing 3 containing the electronic unit 4. The first side 17 is thermally coupled directly to the electronic unit 4. Here, the first side 17 is thermally coupled directly to the electronic component 6 by means of the thermal coupling element 12.

Der ersten Seite 17 gegenüberliegend umfasst der Einsatz 11 eine zweite Seite 18, die einer Umgebung des Fahrzeugmoduls 1 zugewandt ist. Der Einsatz 11 kann eine Grundplatte 19 sowie zumindest eine Rippe 20 aufweisen, die sich von der Grundplatte 19 an der zweiten Seite 18 aus erstreckt. Die zumindest eine Rippe 20 kann alternativ als eine Lamelle bezeichnet werden. Die Grundplatte 19 kann eine flache Oberfläche auf der ersten Seite 17 aufweisen.Opposite the first side 17, the insert 11 comprises a second side 18, which faces the environment of the vehicle module 1. The insert 11 can have a base plate 19 and at least one rib 20 extending from the base plate 19 along the second side 18. The at least one rib 20 can alternatively be referred to as a lamella. The base plate 19 can have a flat surface on the first side 17.

Als ein Beispiel kann die Grundplatte 19 Vorsprünge 21 an der ersten Seite 17 aufweisen, so dass zum Beispiel eine Breite und/oder Länge der Grundplatte 19 an der ersten Seite 17 im Vergleich zur zweiten Seite 18 größer ist. Dies vergrößert ein Oberflächengebiet des Einsatzes 11, das an einer Kante der Öffnung 16 in direktem Kontakt mit dem Gehäuseteil 10 steht. An diesem Oberflächengebiet ist der Einsatz thermisch mit dem Gehäuseteil 10 verbunden. Das thermische Verbinden kann zum Beispiel mittels Hartlöten, Löten und/oder Rührreibschweißen erreicht werden.As an example, the base plate 19 can have projections 21 on the first side 17, such that, for example, the width and/or length of the base plate 19 is greater on the first side 17 compared to the second side 18. This increases a surface area of the insert 11 that is in direct contact with the housing part 10 at an edge of the opening 16. The insert is thermally bonded to the housing part 10 at this surface area. This thermal bonding can be achieved, for example, by brazing, soldering, and/or friction stir welding.

Der Einsatz 11 kann mit einer Materialzugabe zumindest auf einer ersten Seite 17 bereitgestellt sein. Zum Beispiel wird zumindest die erste Seite 17 nach dem thermischen Verbinden bearbeitet, so dass eine Oberfläche der bearbeiteten Seite, welche die erste Seite 17 und/oder zumindest teilweise die zweite Seite 18 sein kann, eine Rauheit in einem vordefinierten Rauheitsbereich und/oder eine Flachheit in einem vordefinierten Flachheitsbereich hat. Das Ergebnis ist, dass der direkte thermische Kontakt mit dem Wärmekopplungselement 12 auf der ersten Seite 17 besonders effektiv sein kann.The insert 11 can be provided with a material addition on at least one side 17. For example, at least the first side 17 is machined after thermal joining, so that a surface of the machined side, which can be the first side 17 and/or at least partially the second side 18, has a roughness within a predefined roughness range and/or a flatness within a predefined flatness range. The result is that the direct thermal contact with the heat coupling element 12 on the first side 17 can be particularly effective.

In 3 zeigen Wärmepfeile 22 mögliche Richtungen von durch die Elektronikeinheit 4 abgegebener Wärme, genauer gesagt von dem wärmeabgebenden Elektronikbauteil 6. Die Wärme wird dann durch das Wärmekopplungselement 12 zu dem Einsatz 11 befördert und dann in Richtung der Umgebung des Fahrzeugmoduls 1 befördert.In 3 Heat arrows 22 show possible directions of heat emitted by the electronic unit 4, more precisely by the heat-emitting electronic component 6. The heat is then transported by the thermal coupling element 12 to the insert 11 and then towards the surroundings of the vehicle module 1.

4 zeigt ein Beispiel für das erste Ausführungsbeispiel mit mehreren wärmeabgebenden Elektronikbauteilen 6 und mehreren Wärmekopplungselementen 12. Die mehreren wärmeabgebenden Elektronikbauteile 6 sind auf der PCB 5 zusammengruppiert. Als ein Beispiel gibt es drei nebeneinanderliegende Wärmekopplungselemente 12 sowie mehrere wärmeabgebende Elektronikbauteile 6. Zumindest zwei der mehreren wärmeabgebenden Elektronikbauteile 6 können mittels räumlich getrennten Wärmekopplungselementen 12 thermisch direkt an die erste Seite 17 gekoppelt sein. Hier gibt es ein eigenes Wärmekopplungselement 12 für jedes der drei wärmeabgebenden Elektronikbauteile 6. Jedoch kann der eine Einsatz 11 alle die wärmeabgebenden Elektronikbauteile 6 abdecken. 4 Figure 1 shows an example of the first embodiment with several heat-emitting electronic components 6 and several thermal coupling elements 12. The several heat-emitting electronic components 6 are grouped together on the PCB 5. For example, there are three adjacent thermal coupling elements 12 and several heat-emitting electronic components 6. At least two of the several heat-emitting electronic components 6 can be thermally coupled directly to the first side 17 by means of spatially separated thermal coupling elements 12. Here, there is a separate thermal coupling element 12 for each of the three heat-emitting electronic components 6. However, a single insert 11 can cover all the heat-emitting electronic components 6.

In einem alternativen und nicht skizzierten Beispiel kann es mehrere Bereiche auf der PCB 5 mit jeweils zumindest einem wärmeabgebenden Elektronikbauteil 6 geben. In diesem Beispiel kann das Gehäuseteil 10 mehrere Öffnungen 16 haben, die jeweils direkt mit einem einzelnen Einsatz 11 verschlossen sind, so dass ein Einsatz 11 für jeden der Bereiche mit dem zumindest einem wärmeabgebenden Elektronikbauteil 6 bereitgestellt wird. Alternativ kann der eine Einsatz 11 so groß sein, dass er alle Bereiche mit wärmeabgebenden Elektronikbauteilen 6 abdeckt.In an alternative, unillustrated example, there can be several areas on the PCB 5, each containing at least one heat-emitting electronic component 6. In this example, the housing part 10 can have several openings 16, each directly closed with a single insert 11, so that one insert 11 is provided for each of the areas with the at least one heat-emitting electronic component 6. Alternatively, the single insert 11 can be large enough to cover all areas with heat-emitting electronic components 6.

5 zeigt eine Explosionsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Fahrzeugmoduls 1. Das Fahrzeugmodul umfasst zumindest einen Ventilator 23. Der zumindest eine Ventilator 23 befindet sich an die zumindest eine Rippe 20 angrenzend, so dass ein von dem zumindest einen Ventilator 23 erzeugter Luftstrom parallel zu der zumindest einen Rippe 20 verläuft. Der Ventilator 23 kann sich an einer äußeren Oberfläche 24 des Gehäuseteils 10 befinden. Der zumindest eine Ventilator 23 befindet sich hier direkt neben dem Einsatz 11 mit den Rippen 20. Die äußere Oberfläche 24 ist dem Inneren des Gehäuses 3 abgewandt und somit der Umgebung des Gehäuses 3 und des Fahrzeugmoduls 1 zugewandt. 5 Figure 1 shows an exploded view of a second embodiment of the vehicle module 1. The vehicle module includes at least one fan 23. The at least one fan 23 is located adjacent to the at least one rib 20, such that an airflow generated by the at least one fan 23 runs parallel to the at least one rib 20. The fan 23 can be located on an outer surface 24 of the housing part 10. Here, the at least one fan 23 is located directly next to the insert 11 with the ribs 20. The outer surface 24 faces away from the interior of the housing 3 and thus towards the environment of the housing 3 and the vehicle module 1.

6 zeigt eine Querschnittsansicht des zweiten Ausführungsbeispiels mit zwei Ventilatoren 23, die sich nebeneinander befinden. 6 zeigt auch das Beispiel, dass es mehrere Wärmekopplungselemente 12 für mehrere einzelne wärmeabgebende Elektronikbauteile 6, die auf der PCB 5 zusammengruppiert sind, gibt. In dem Beispiel für das zweite Ausführungsbeispiel weist der Einsatz 11 die Grundplatte 19 und die sich erstreckenden Rippen 20 auf. 6 shows a cross-sectional view of the second embodiment with two fans 23 located next to each other. 6 The example also shows that there are several thermal coupling elements 12 for several individual heat-emitting electronic components 6, which are grouped together on the PCB 5. In the example for the second embodiment, the insert 11 has the base plate 19 and the extending ribs 20.

7 zeigt ein Beispiel für das zweite Ausführungsbeispiel mit mehreren separaten Wärmekopplungselementen 12. Dieses zeigt auch, wie sich zwei Ventilatoren 23 in Bezug auf die Rippen 20 neben der zweiten Seite 18 des Einsatzes 11 auf der äußeren Oberfläche 24 befinden können. Mehr Ventilatoren 23 als zwei Ventilatoren 23 können möglich sein. 7 Figure 1 shows an example of the second embodiment with several separate heat coupling elements 12. This also shows how two fans 23 can be located on the outer surface 24 with respect to the fins 20 next to the second side 18 of the insert 11. More than two fans 23 are possible.

8 zeigt einen Ausschnitt von 7 im Detail. Der Ausschnitt zeigt einen kalten Luftstrom 25, der von den Ventilatoren 23 angezogen und in Richtung der Rippen 20 gerichtet wird. Hinter den Rippen 20 kann ein im Vergleich zu dem kalten Luftstrom 25 wärmerer Luftstrom 26 detektiert werden, da der kalte Luftstrom 25 von der vom Einsatz 11 abgeführten Wärme erwärmt wird. 9 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Fahrzeugmoduls 1. Hier ist der Einsatz 11 als eine Platte geformt. Er kann somit nur die Grundplatte 19 aufweisen. Die Oberfläche des Einsatzes 11 ist sowohl auf der ersten Seite 17 wie auch auf der zweiten Seite 18 flach. Des Weiteren weist das Fahrzeugmodul 1 eine Kühlplatte 27 auf, die mittels eines Wärmekopplungselements 12 auf der zweiten Seite 18 des Einsatzes 11 thermisch direkt an den Einsatz 11 gekoppelt ist. Die Kühlplatte 27 kann für aktives Kühlen ausgebildet sein, was bedeutet, dass ein Kühlfluid, wie ein Kühlmittel oder eine Kühlflüssigkeit durch Kühlkanäle in der Kühlplatte 27 (hier nicht eingezeichnet) strömt. Das dritte Ausführungsbeispiel kann zwei Wärmekopplungselemente 12, eines auf der ersten Seite 17 und ein weiteres auf der zweiten Seite 18, aufweisen. Sie können sich in Bezug auf ihre Größe voneinander unterscheiden. Zum Beispiel kann die Größe des Wärmekopplungselements 12, welches direkt an die erste Seite 17 gekoppelt ist, von einer Größe der wärmeabgebenden Elektronikbauteile 6 abhängen, wohingegen die Größe des Wärmekopplungselements 12 zwischen der zweiten Seite 18 und der Kühlplatte 27 von einer Größe der zweiten Seite 18 des Einsatzes 11 abhängen kann. In einem bevorzugten Beispiel deckt das Wärmekopplungselement 12 zumindest eine Gesamtoberfläche des Einsatzes 11 auf der ersten Seite 17 beziehungsweise der zweiten Seite 18 ab. Alternativ kann das Wärmekopplungselement 12 die erste Seite 17 oder die zweite Seite 18 nur teilweise abdecken. 8 shows an excerpt of 7 In detail. The section shows a cold airflow 25, which is attracted by the fans 23 and directed towards the fins 20. Behind the fins 20, a warmer airflow 26 can be detected compared to the cold airflow 25, since the cold airflow 25 is heated by the heat dissipated by the insert 11. 9 Figure 1 shows a third embodiment of the vehicle module 1. Here, the insert 11 is shaped as a plate. It can therefore only have the base plate 19. The surface of the insert 11 is flat on both the first side 17 and the second side 18. Furthermore, the vehicle module 1 has a cooling plate 27, which is thermally coupled directly to the insert 11 by means of a heat coupling element 12 on the second side 18. The cooling plate 27 can be designed for active cooling, meaning that a cooling fluid, such as a coolant or a cooling liquid, flows through cooling channels in the cooling plate 27 (not shown here). The third embodiment can have two heat coupling elements 12, one on the first side 17 and another on the second side 18. They can differ in size from one another. For example, the size of the thermal coupling element 12, which is directly coupled to the first side 17, can depend on the size of the heat-dissipating electronic components 6, whereas the size of the thermal coupling element 12 between the second side 18 and the cooling plate 27 can depend on the size of the second side 18 of the insert 11. In a preferred example, the thermal coupling element 12 covers at least a total surface area of the insert 11 on the first side 17 or the second side 18. Alternatively, the thermal coupling element 12 can only partially cover the first side 17 or the second side 18.

10 zeigt das dritte Ausführungsbeispiel in einer Querschnittsansicht. Diese gibt die unterschiedlichen Größen der zwei Wärmekopplungselemente 12, die hier benutzt werden können, besser an. Sie zeigt auch, dass die Kühlplatte 27 in Bezug auf ihre Breite und/oder Länge größer als der Einsatz 11 sein kann, so dass zum Beispiel nur ein Teil der Kühlplatte 27 über das Wärmekopplungselement 12 mit dem Einsatz 11 in Kontakt steht. 10 Figure 3 shows the third embodiment in a cross-sectional view. This better illustrates the different sizes of the two heat coupling elements 12 that can be used here. It also shows that the cooling plate 27 can be larger than the insert 11 in terms of its width and/or length, so that, for example, only a part of the cooling plate 27 is in contact with the insert 11 via the heat coupling element 12.

11 zeigt ein Beispiel für das dritte Ausführungsbeispiel mit mehreren einzelnen Wärmekopplungselementen 12 zwischen dem Einsatz 11 und den wärmeabgebenden Elektronikbauteilen 6. Daher ist in diesem Beispiel der Einsatz 11 in einer Längenrichtung (x-Richtung) größer im Vergleich zum Beispiel zu dem Einsatz 11, der in 9 gezeigt ist. 11 shows an example of the third embodiment with several individual thermal coupling elements 12 between the insert 11 and the heat-emitting electronic components 6. Therefore, in this example, the stake 11 is larger in one longitudinal direction (x-direction) compared to, for example, the stake 11 that is in 9 is shown.

Das führt dazu, dass der Einsatz 11 alle wärmeabgebenden Elektronikbauteile 6 auf der PCB 5 und im Vergleich zu 9 einen größeren Teil der Kühlplatte 27 abdeckt.This results in the use of 11 all heat-emitting electronic components 6 on the PCB 5 and in comparison to 9 covers a larger part of the cooling plate 27.

12 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel des Fahrzeugmoduls 1. Hier weist der Einsatz 11 zumindest einen Teil zumindest eines Kühlkanals 28 für ein Kühlgerät 29 des Fahrzeugmoduls 1 auf. Hier weist der Einsatz 11 nur einen Teil des Kühlkanals 28 und des Kühlgeräts 29 auf. Somit ist der Einsatz 11 hier von Teilen des Kühlkanals 28 umgeben, die von dem Gehäuseteil 10 bereitgestellt sind, was bedeutet, dass das Gehäuseteil 10 den Rest des Kühlkanals 28 oder den Rest des Kühlgeräts 29 umfasst. Der Einsatz 11 kann mechanisch an dem umgebenden Teilen des Kühlgeräts 29 befestigt sein. Zum Beispiel können die Kanten des Einsatzes 11 mit einem Kanalboden beziehungsweise einer Kanalseitenwand des Kühlkanals 28 des Kühlgeräts 29 verbunden sein. In einem bevorzugten Beispiel ist das Kühlgerät 29 ein Flüssigkeitskühlgerät, das von einer Kühlflüssigkeit durchströmt wird. 12 Figure 1 shows a fourth embodiment of the vehicle module 1. Here, the insert 11 has at least a portion of at least one cooling channel 28 for a cooling unit 29 of the vehicle module 1. Here, the insert 11 has only a portion of the cooling channel 28 and the cooling unit 29. Thus, the insert 11 is surrounded by portions of the cooling channel 28 provided by the housing part 10, meaning that the housing part 10 encompasses the remainder of the cooling channel 28 or the remainder of the cooling unit 29. The insert 11 can be mechanically attached to the surrounding portions of the cooling unit 29. For example, the edges of the insert 11 can be connected to a channel base or a channel side wall of the cooling channel 28 of the cooling unit 29. In a preferred example, the cooling unit 29 is a liquid cooling unit through which a coolant flows.

Das Gehäuse 3 kann eine Abdeckplatte 30 aufweisen, die an dem Gehäuseteil 10 angebracht ist. Die Abdeckplatte 30 stellt einen oberen Teil des zumindest einen Kühlkanals 28 bereit und deckt das Kühlgerät 29 in Richtung der Umgebung des Fahrzeugmoduls 1 ab. Insbesondere ist die Abdeckplatte 30 aus dem ersten Material und mittels Rührreibschweißen mit dem Gehäuseteil 10 aus demselben ersten Material verschweißt.The housing 3 can have a cover plate 30, which is attached to the housing part 10. The cover plate 30 provides an upper part of the at least one cooling channel 28 and covers the cooling unit 29 towards the surroundings of the vehicle module 1. In particular, the cover plate 30 is made of the first material and welded to the housing part 10, made of the same first material, by friction stir welding.

13 zeigt eine Querschnittsansicht des vierten Ausführungsbeispiels mit dem Einsatz 11 als der Boden des Kühlkanals 28. Die Verbindung zwischen dem Einsatz 11 und zum Beispiel anderen Bodenteilen des Kühlkanals 28 und/oder den Seitenwänden des Kühlkanals 28 kann mittels mechanischer Anbringung, wie etwa Schweißen oder Kleben bereitgestellt sein. Der Einsatz 11 kann als eine Grundplatte 19 verstanden werden, wobei die erste Seite 17 dem Inneren des Gehäuses 3 zugewandt ist und die gegenüberliegende zweite Seite 18 der Abdeckplatte 30 zugewandt ist. Es kann zumindest ein thermisches Element 31 vorhanden sein, welches sich von der Grundplatte 19 aus auf der zweiten Seite 18 erstreckt. Das zumindest eine thermische Element 31 kann zum Beispiel zumindest eine Rippe 20, wie hier skizziert, sein. Alternativ oder zusätzlich kann es zumindest ein Stift und/oder zumindest ein Turbulator sein. In den Leerräumen zwischen dem Einsatz 11, dem Gehäuseteil 10 und der Abdeckplatte 30 kann das Kühlfluid fließen oder strömen. 13 Figure 1 shows a cross-sectional view of the fourth embodiment with the insert 11 forming the base of the cooling channel 28. The connection between the insert 11 and, for example, other base components of the cooling channel 28 and/or the side walls of the cooling channel 28 can be provided by mechanical attachment, such as welding or gluing. The insert 11 can be understood as a base plate 19, with the first side 17 facing the interior of the housing 3 and the opposite second side 18 facing the cover plate 30. At least one thermal element 31 can be present, extending from the base plate 19 onto the second side 18. This thermal element 31 can, for example, be at least one rib 20, as sketched here. Alternatively or additionally, it can be at least one pin and/or at least one turbulator. The cooling fluid can flow or stream in the empty spaces between the insert 11, the housing part 10 and the cover plate 30.

14 zeigt ein Beispiel für das vierte Ausführungsbeispiel mit mehreren wärmeabgebenden Elektronikbauteilen 6 sowie mehreren separaten Wärmekopplungselementen 12. 14 Figure 1 shows an example of the fourth embodiment with several heat-emitting electronic components 6 and several separate thermal coupling elements 12.

Im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen die anderen Ausführungsbeispiele Kombinationen mit aktiven Kühltechniken mittels des zumindest einen Ventilators 23, der Kühlplatte 27 beziehungsweise des Kühlgeräts 29.In comparison to the first embodiment, the other embodiments show combinations with active cooling techniques using at least one fan 23, the cooling plate 27 or the cooling device 29.

Die skizzierten Größen und Proportionen der einzelnen Merkmale in den Figuren, insbesondere des Einsatzes 11, können abhängig von einem spezifischen Anwendungsfall sein und sind als Beispiele zu verstehen.The sketched sizes and proportions of the individual features in the figures, especially of insert 11, may depend on a specific application and are to be understood as examples.

Insgesamt betrifft die Erfindung ein Hybridgehäuse für ein Steuergerät für ein Fahrzeug 2 mit passiver Luftkühlung und wahlweise zusätzlicher aktiver Luftkühlung. Das Gehäuse 3 kann aus gegossenem oder bearbeitetem Aluminium sein. Ein hochwärmeleitfähiger Wärmeverteiler, wie etwa der Einsatz 11 aus Kupfer, ist in dem Aluminiumgehäuse 3 eingebettet und thermisch mit dem Aluminium verbunden, wobei ein Hybridmaterial gebildet wird. Thermische Verbindungen zwischen Aluminium- und Kupferteilen umfassen Löten, Hartlöten und Rührreibschweißen. Beide Materialien verschmelzen in dem thermischen Verbindungsvorgang und ihre Atome vermischen sich, wobei das Hybridmaterial gebildet wird. Diese Bindung ist auch auslaufsicher, wodurch es möglich ist, sie in Kühlkanälen 28 einzusetzen. Der Einsatz 11 kann Rippen 20 auf der oberen Oberfläche aufweisen, die die Wärme an ihre Umgebung abgeben.The invention relates to a hybrid housing for a control unit for a vehicle 2 with passive air cooling and optionally additional active air cooling. The housing 3 can be made of cast or machined aluminum. A highly thermally conductive heat distributor, such as the copper insert 11, is embedded in the aluminum housing 3 and thermally bonded to the aluminum, forming a hybrid material. Thermal connections between the aluminum and copper parts include soldering, brazing, and friction stir welding. During the thermal bonding process, both materials fuse, and their atoms mix, forming the hybrid material. This bond is also leak-proof, making it possible to use the housing in cooling channels 28. The insert 11 can have fins 20 on its upper surface that dissipate heat to its surroundings.

Der Einsatz 11 hat eine Materialzugabe auf der Unterseite, um Ungenauigkeiten des Verarbeitungsvorgangs zu kompensieren. Eine Bodenfläche des Einsatzes 11 (erste Seite 17) muss nach dem Verbindungsvorgang bearbeitet werden. Dies dient dazu, die erforderliche Oberflächenrauheit, die thermische Lücke für das Wärmekopplungselement 12 sowie gute Flachheit zu erreichen. Im Fall des dritten Ausführungsbeispiels kann der Einsatz 11 eine Materialzugabe auf beiden Seiten 17, 18 haben, um Ungenauigkeiten des Verbindungsvorgangs auszugleichen. Die zweite Seite 18 muss für eine gute Oberflächenrauheit und -flachheit, die für einen guten Kontakt mit der Kühlplatte 27 nötig sind, abgeschöpft werden. Die erste Seite 17 des Einsatzes 11 muss nach dem Verbindungsvorgang auch bearbeitet werden. Dies ist nötig, um die erforderliche thermische Lücke für das Wärmekopplungselement 12 sowie eine gute Flachheit zu erreichen.The insert 11 has a material allowance on its underside to compensate for inaccuracies in the manufacturing process. One bottom surface of the insert 11 (first side 17) must be machined after the joining process. This serves to achieve the required surface roughness, the thermal gap for the heat-coupling element 12, and good flatness. In the third embodiment, the insert 11 can have a material allowance on both sides 17, 18 to compensate for inaccuracies in the joining process. The second side 18 must be skimmed to achieve the necessary surface roughness and flatness for good contact with the cooling plate 27. The first side 17 of the insert 11 must also be machined after the joining process. This is necessary to achieve the required thermal gap for the heat-coupling element 12 and good flatness.

Vorteile der Ausführungsbeispiele sind, dass die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer zweimal so hoch wie die von Aluminium ist, was es zu einer hervorragenden Wärmeverteilungslösung für PCB-Bauteile mit einer hohen Leistungskonzentration (hohe Leistung und kleines Oberflächengebiet zur Beseitigung der Wärme) macht. Der Einsatz 11 aus Kupfer ist dazu ausgestaltet, direkt über Elektronikbauteilen 6 für Hochleistungen auf der PCB 5 positioniert zu sein, um die Wärme über ein größeres Oberflächengebiet zu verteilen. Das größere Oberflächengebiet erhöht die Wärmeübertragung zwischen dem Kupfereinsatz 11 und einem passiven und/oder aktiven Kühlsystem.Advantages of these embodiments include the fact that copper's thermal conductivity is twice that of aluminum, making it an excellent heat distribution solution for PCB components with high power concentration (high power and a small surface area for heat dissipation). The copper insert 11 is designed to be positioned directly above high-power electronic components 6 on the PCB 5 to distribute heat over a larger surface area. This larger surface area increases heat transfer between the copper insert 11 and a passive and/or active cooling system.

Kupfer bietet hervorragende Wärmeleitfähigkeit in alle Richtungen, so dass die Wärmeverteilung nicht die einzige Funktion des Hybridgehäuses 3 ist. Ein anderer wesentlicher Vorteil des Hybridgehäuses 3 ist die Wärmeevakuierung aus der Elektronikeinheit 4 durch direkte Entnahme der Wärme von heißen Elektronikbauteilen 6 der PCB 5 durch das Wärmekopplungselement 12 und Abführen der Wärme mittels eines natürlichen oder künstlichen Luftstroms 25, 26, einer freistehende Kühlplatte und/oder dem Kühlgerät 29.Copper offers excellent thermal conductivity in all directions, so heat distribution is not the only function of the hybrid housing 3. Another significant advantage of the hybrid housing 3 is the heat evacuation from the electronic unit 4 by directly extracting heat from hot electronic components 6 of the PCB 5 via the thermal coupling element 12 and dissipating the heat by means of a natural or artificial airflow 25, 26, a freestanding cooling plate and/or the cooling device 29.

Claims

Vehicle module (1) with a housing (3) and an electronic unit (4) arranged in the housing (3), wherein the housing (3) has a housing part (10) with an opening (16) which is directly closed with an insert (11) of the housing (3) by thermal joining, wherein the housing part (10) is made of a first material with a first thermal conductivity and the insert (11) is made of a second material with a second thermal conductivity which is higher than the first thermal conductivity, wherein the insert (11) is designed to dissipate heat emitted by the electronic unit (4).

Vehicle module (1) according to Claim 1 , wherein the insert (11) has a first side (17) which faces an inside of the housing (3), wherein the first side (17) is thermally coupled directly to the electronic unit (4) by means of at least one thermal coupling element (12).

Vehicle module (1) according to one of the preceding claims, wherein the electronic unit (4) comprises several heat-emitting electronic components (6), which are in particular grouped together on the electronic unit (4), and several thermal coupling elements (12), wherein at least two of the several heat-emitting electronic components (6) are thermally coupled directly to the first side (17) by means of spatially separated thermal coupling elements (12).

Vehicle module (1) according to Claim 2 or 3 , wherein the insert (11) has a base plate (19) with the first side (17) and an opposite second side (18) and at least one rib (20) extending from the base plate (19) on the second side (18).

Vehicle module (1) according to Claim 4 , wherein the vehicle module (1) has at least one fan (23) located adjacent to the at least one rib (20) such that an airflow (25, 26) generated by the at least one fan (23) is parallel to the at least one rib (20).

Vehicle module (1) according to Claim 5 , wherein the at least one fan (23) is located on an outer surface (24) of the housing part (10), in particular directly next to the at least one rib (20), wherein the outer surface (24) faces away from an interior of the housing (3).

Vehicle module (1) according to one of the preceding claims, wherein the vehicle module (1) has a cooling plate (27) which is thermally coupled directly to the insert (11) by a heat coupling element (12) on a second side (18) of the insert (11) which is facing away from the interior of the housing (3).

Vehicle module (1) according to one of the preceding claims, wherein the insert (11) comprises at least a part of at least one cooling channel (28) of a cooling device (29) of the vehicle module (1).

Vehicle module (1) according to Claim 8 , wherein the insert (11) comprises at least a part of a bottom part of the at least one cooling channel (28) and the housing (3) comprises a cover plate (30) attached to the housing part (10), the cover plate (30) providing an upper part of the at least one cooling channel (28) and covering the cooling device (29) in the direction of the environment of the motor vehicle (1).

Vehicle module (1) according to Claim 8 or 9 , wherein the insert (11) has a base plate (19) with a first side (17) facing an interior of the housing (3) and an opposite second side (18) facing the cover plate (30), and has at least one thermal element (31) extending from the base plate (19) on the second side (18), wherein the at least one thermal element (31) is in particular at least one rib (20) and/or at least one pin and/or at least one turbulator.

Vehicle module (1) according to one of the preceding claims, wherein the first material is aluminium and/or the second material is copper and/or silver.

Vehicle (2) with a vehicle module (1) according to one of the preceding claims.

Manufacturing method for a vehicle module (1) with a housing (3) and an electronic unit (4) arranged in the housing (3), wherein the housing (3) has a housing part (10) with an opening (16) and an insert (11), wherein the housing part (10) is made of a first material with a first thermal conductivity and the insert (11) is made of a second material with a second thermal conductivity that is higher than the first thermal conductivity, wherein the opening (16) in the housing part (10) is closed with the insert (11) by thermal joining, in particular at least partially by brazing, soldering and/or friction stir welding, wherein the insert (11) is configured to dissipate heat emitted by the electronic unit (4).

Manufacturing process according to Claim 13 , wherein the insert (11) is provided with an addition of material at least on a first side (17) which faces an interior of the housing (3).

Manufacturing process according to Claim 14 , wherein at least the first side (17) and/or an opposite second side (18) of the insert (11) is machined after thermal joining, such that a surface of the machined side has a roughness in a predefined roughness range and/or a flatness in a predefined flatness range.