DE102020104327A1

DE102020104327A1 - Electronic circuit with a cooling system and a cooling unit for the cooling system and motor vehicle with a circuit

Info

Publication number: DE102020104327A1
Application number: DE102020104327.9A
Authority: DE
Inventors: Johann Schneider; Jürgen Isenberg
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-02-19
Filing date: 2020-02-19
Publication date: 2021-08-19

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schaltungskreis (11) mit einem Kühlsystem (16), wobei das Kühlsystem (16) eine hydraulische Leitungsanordnung (17) zum Führen einer Kühlflüssigkeit (20) und zumindest eine Kühleinheit (21) aufweist. Die Erfindung sieht vor, dass die jeweilige Kühleinheit (21) zumindest eine von der Kühlflüssigkeit (20) durchströmbare Flüssigkeitskammer (32) aufweist, die mit der Leitungsanordnung (17) hydraulisch gekoppelt ist und die an einer Seite von einem Bodenelement (22) und an einer gegenüberliegenden Seite von einem Deckenelement (23) begrenzt ist, wobei das Bodenelement (22) und das Deckenelement (23) gegeneinander beweglich gelagert sind und das Kühlsystem (16) dazu eingerichtet ist, mittels eines Flüssigkeitsdrucks (P) der Kühlflüssigkeit (20) das Bodenelement (22) und das Deckenelement (23) in eine expandierte Stellung auseinander zu drücken, in welcher das Bodenelement (22) und/oder das Deckenelement (23) jeweils an eine Leiterplatte (12) gedrückt ist.The invention relates to an electronic circuit (11) with a cooling system (16), the cooling system (16) having a hydraulic line arrangement (17) for guiding a cooling liquid (20) and at least one cooling unit (21). The invention provides that the respective cooling unit (21) has at least one liquid chamber (32) through which the cooling liquid (20) can flow, which is hydraulically coupled to the line arrangement (17) and which is connected on one side by a base element (22) and on an opposite side is delimited by a ceiling element (23), the bottom element (22) and the ceiling element (23) being mounted so as to be movable relative to one another and the cooling system (16) being set up to use a liquid pressure (P) of the cooling liquid (20) to To push the floor element (22) and the ceiling element (23) apart into an expanded position in which the floor element (22) and / or the ceiling element (23) is pressed against a printed circuit board (12).

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schaltungskreis, wie er beispielsweise in einem Bordcomputer eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein kann. Der elektronische Schaltungskreis weist zumindest eine Leiterplatte und ein Kühlsystem auf. Mittels des Kühlsystems wird an der zumindest einen Leiterplatte zumindest elektronische Komponente, z.B. einen Mikroprozessor, gekühlt. Hierzu ist an der jeweiligen Leiterplatte an zumindest einer Seite eine Kühleinheit des Kühlsystems angeordnet. Diese Kühleinheit ist von einer Kühlflüssigkeit durchströmbar. Eine solche Kühleinheit ist ebenfalls Bestandteil der Erfindung. Schließlich bezieht sich die Erfindung auf ein Kraftfahrzeug, in welchem ein Schaltungskreis der beschriebenen Art bereitgestellt ist, beispielsweise in Form eines Bordcomputers.The invention relates to an electronic circuit such as can be provided, for example, in an on-board computer of a motor vehicle. The electronic circuit has at least one printed circuit board and a cooling system. At least electronic components, for example a microprocessor, are cooled on the at least one circuit board by means of the cooling system. For this purpose, a cooling unit of the cooling system is arranged on at least one side of the respective printed circuit board. A cooling liquid can flow through this cooling unit. Such a cooling unit is also part of the invention. Finally, the invention relates to a motor vehicle in which a circuit of the type described is provided, for example in the form of an on-board computer.

Ein Schaltungskreis mit einer Leiterplatte, bei welcher eine elektronische Komponente, beispielsweise ein integrierter Schaltkreis, gekühlt werden muss, ist beispielsweise aus der DE 10 2015 103 096 A1 bekannt. Für diese Kühlung wird die Leiterplatte im Bereich der zu kühlenden elektronischen Komponente zwischen zwei Ausbuchtungen eines metallischen Gehäuses eingeklemmt. Dies erfordert aber eine sehr hohe Genauigkeit bei der Fertigung des Gehäuses und der Leiterplatte, was wiederum die Kosten bei der Herstellung unerwünscht hoch werden lässt.A circuit with a printed circuit board, in which an electronic component, for example an integrated circuit, has to be cooled, is for example from the DE 10 2015 103 096 A1 famous. For this cooling, the circuit board is clamped between two bulges of a metallic housing in the area of the electronic component to be cooled. However, this requires a very high level of accuracy in the manufacture of the housing and the printed circuit board, which in turn makes the manufacturing costs undesirably high.

Aus der EP 3 086 147 A1 ist bekannt, dass ein sich erhitzender Abschnitt einer Glasfaser in einem Bad aus Kühlflüssigkeit gelagert sein kann, um die Abwärme abführen zu können. Bei einer zu kühlenden elektronischen Komponente ist dies allerdings wegen der notwendigen elektrischen Isolierung nur mit hohem Isolationsaufwand möglich.From the EP 3 086 147 A1 it is known that a heating section of a glass fiber can be stored in a bath of cooling liquid in order to be able to dissipate the waste heat. In the case of an electronic component to be cooled, however, because of the necessary electrical insulation, this is only possible with a high level of insulation effort.

Aus der US 2004/0218365 A1 ist bekannt, dass in einem elektronischen Schaltungskreis mehrere Leiterplatten planparallel zueinander in einem sogenannten Rack angeordnet sein können. Die Leiterplatten sind hierbei als Steckkarten in jeweils einen Anschlussschacht eingesteckt. Diese Anordnung ermöglicht es, den Schaltungskreis kompakt aus mehreren Leiterplatten zu bilden. Allerdings neigen die frei in den Einsteckschächten steckenden Leiterplatten zum Schwingen oder Federn, wenn der Schaltungskreis geschüttelt wird, wie es beispielsweise während einer Fahrt eines Kraftfahrzeugs in selbigem vorkommen kann.From the US 2004/0218365 A1 it is known that several printed circuit boards can be arranged plane-parallel to one another in a so-called rack in an electronic circuit. The circuit boards are plugged into a connection slot as plug-in cards. This arrangement makes it possible to compactly form the circuit from a plurality of printed circuit boards. However, the printed circuit boards freely plugged into the insertion slots tend to vibrate or spring when the circuit is shaken, as can happen in the same, for example, while a motor vehicle is driving.

Gerade in einem Kraftfahrzeug geht mit den zunehmenden Anforderungen bezüglich Rechenleistung oder Rechengeschwindigkeit beispielsweise für KI (Künstliche Intelligenz) und/oder autonome Fahrfunktionen das Problem der Entwärmung von Verlustleistung aus elektronischen Komponenten einher. Eine solche elektronische Komponente kann beispielsweise ein integrierter Schaltkreis sein, das heißt die Verlustleistung entsteht auf sehr kleinem Raum. Luftkühlung ist hierbei oftmals schwierig, denn das bedarf der Kühlrippen einer Luftkühlung. Indem die Leistungsverursacher (elektronische Komponenten, wie beispielsweise Prozessoren) auf sehr kleiner Fläche (beispielsweise kleiner als 10 Quadratzentimeter) bei gleichzeitig limitierter Temperaturdifferenz (Umgebungstemperatur der Luft oberhalb von 60 Grad) dennoch eine Entwärmung gewährleisten müssen, ist der thermische Widerstand zwischen der elektronischen Komponente und der verwendeten Kühleinheit entscheidend, d.h. er muss klein gehalten werden. Dies kann aber in der beschriebenen Weise zu einem erhöhten Aufwand bei der Fertigung führen, um geringe Toleranzen sicherstellen zu können. So muss ein Kühlkörper sehr nahe an eine Oberfläche einer zu kühlenden elektronischen Komponente herangeführt werden können, da selbst mit Wärmeleitpasten ansonsten ein zu hoher Wärmewiderstand Rth entstehen kann. Eine ausreichende Minimierung des Spaltmaßes zwischen Kühlkörper und Komponente ist aber aufgrund der beschriebenen Fertigungstoleranzen nicht immer möglich. Mechatronische Lösungen, wie beispielsweise eine Heat Pipe oder Luftkühlung, erhöhen wiederum den technischen Aufwand. Einen Kühlkörper mittels einer Feder auf einer elektronischen Komponente zu befestigen, kann aufgrund des Gewichts des Kühlkörpers ebenfalls zu einem Problem führen, insbesondere kann die Neigung zum Schwingen oder Schaukeln entstehen, wenn ein Schaltungskreis im Kraftfahrzeug betrieben wird.In a motor vehicle in particular, the increasing demands on computing power or computing speed, for example for AI (Artificial Intelligence) and / or autonomous driving functions, are accompanied by the problem of heat dissipation from electronic components. Such an electronic component can be, for example, an integrated circuit, that is, the power loss occurs in a very small space. Air cooling is often difficult here because the cooling fins require air cooling. Since those responsible for the performance (electronic components, such as processors) still have to guarantee cooling on a very small area (for example smaller than 10 square centimeters) with a limited temperature difference (ambient temperature of the air above 60 degrees), the thermal resistance between the electronic component and the cooling unit used is decisive, ie it must be kept small. However, in the manner described, this can lead to increased expenditure in production in order to be able to ensure low tolerances. It must be possible to bring a heat sink very close to a surface of an electronic component to be cooled, since otherwise too high a thermal resistance Rth can arise, even with thermal pastes. However, due to the manufacturing tolerances described, it is not always possible to sufficiently minimize the gap between the heat sink and the component. Mechatronic solutions, such as a heat pipe or air cooling, in turn increase the technical effort. Fastening a heat sink to an electronic component by means of a spring can also lead to a problem due to the weight of the heat sink, in particular the tendency to oscillate or rock can arise when a circuit in the motor vehicle is operated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem elektronischen Schaltungskreis zumindest eine elektronische Komponente einer Leiterplatte zu kühlen.The invention is based on the object of cooling at least one electronic component of a printed circuit board in an electronic circuit.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are described by the dependent claims, the following description and the figures.

Durch die Erfindung ist ein elektronischer Schaltungskreis mit einem Kühlsystem bereitgestellt. Ein solcher Schaltungskreis kann beispielsweise als ein Computer oder ein Zentralrechner für ein Kraftfahrzeug ausgestaltet sein. In dem Schaltungskreis ist zumindest eine Platine oder Leiterplatte mit zumindest einer elektronischen Komponente, beispielsweise einem Mikroprozessor oder einem SOC (System on Chip) oder allgemein einem integriertem Schaltkreis (IC) bereitgestellt. Die Erfindung geht davon aus, dass auf der zumindest einen Leiterplatte die dort jeweils zu kühlende zumindest eine elektronische Komponente durch das besagte Kühlsystem zu kühlen ist, also eine im Betrieb des Schaltungskreises in der jeweiligen Komponente erzeugte Abwärme oder Wärmeenergie durch das Kühlsystem von der Komponente wegtransportiert oder abtransportiert werden soll. Das Kühlsystem sieht hierzu eine hydraulische Leitungsanordnung mit zumindest einer Leitung zum Führen einer Kühlflüssigkeit vor. Es können also eine oder mehrere Leitungen, jeweils beispielsweise ausgestaltet als Rohr oder Schlauch, vorgesehen sein. Zudem weist das Kühlsystem zumindest eine Kühleinheit auf, die jeweils an die Leitungsanordnung angeschlossen ist, sodass die Kühlflüssigkeit durch die jeweilige Kühleinheit hindurch und zurück in die Leitungsanordnung fließen kann.. Hierzu weist die jeweilige Kühleinheit zumindest eine von der Kühlflüssigkeit des Kühlsystems durchströmbare Flüssigkeitskammer auf. Ist also die Kühleinheit an die Leitungsanordnung angeschlossen, so kann Kühlflüssigkeit von einem Wärmetauscher ausgehen aus einer zuführenden Leitung der Leitungsanordnung in eine solche Flüssigkeitskammer hineinfließen und an einem anderen Ende der Flüssigkeitskammer wieder hinaus in eine abführende Leitung der Leitungsanordnung abfließen. Von dort kann die Kühlflüssigkeit dann beispielsweise zu dem Wärmetauscher zurück fließen oder geführt sein. Die Flüssigkeitskammer ist also mit der Leitungsanordnung hydraulisch gekoppelt.The invention provides an electronic circuit with a cooling system. Such a circuit can be designed, for example, as a computer or a central computer for a motor vehicle. At least one circuit board or printed circuit board with at least one electronic component, for example a microprocessor or an SOC (system on chip) or generally an integrated circuit (IC), is provided in the circuit. The invention is based on the assumption that the at least one electronic component to be cooled there on the at least one circuit board is to be cooled by the said cooling system, that is to say one generated in the respective component during operation of the circuit Waste heat or thermal energy is to be transported away or removed from the component by the cooling system. For this purpose, the cooling system provides a hydraulic line arrangement with at least one line for guiding a cooling liquid. One or more lines, each configured, for example, as a tube or hose, can therefore be provided. In addition, the cooling system has at least one cooling unit which is connected to the line arrangement so that the cooling liquid can flow through the respective cooling unit and back into the line arrangement. For this purpose, the respective cooling unit has at least one liquid chamber through which the cooling liquid of the cooling system can flow. If the cooling unit is connected to the line arrangement, cooling liquid can flow from a heat exchanger from a supply line of the line arrangement into such a liquid chamber and flow out again at another end of the liquid chamber into a discharge line of the line arrangement. From there, the cooling liquid can then, for example, flow back to the heat exchanger or be guided. The liquid chamber is thus hydraulically coupled to the line arrangement.

Eine solche Kühleinheit ist jeweils an zumindest einer Leiterplatte angeordnet oder liegt dort an. Mit „zumindest einer“ ist gemeint, dass eine solche Kühleinheit an einer Leiterplatte anliegen kann oder zwischen zwei Leiterplatten angeordnet sein kann und dann beide Leiterplatten berühren kann. Jede Kühleinheit liegt also an zumindest einer der besagten zumindest einen Leiterplatte des Schaltungskreises an.Such a cooling unit is in each case arranged on at least one circuit board or rests there. “At least one” means that such a cooling unit can rest on a circuit board or can be arranged between two circuit boards and then touch both circuit boards. Each cooling unit is therefore in contact with at least one of said at least one printed circuit board of the circuit.

Um hierbei sicherzustellen, dass zwischen der Kühleinheit und der zu kühlenden Komponente kein Luftspalt vorhanden ist, welcher einen unerwünschten Wärmewiderstand Rth darstellen könnte, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die jeweilige Kühleinheit expandierbar oder ausfahrbar ist. Um die Kühleinheit expandierbar oder ausfahrbar zu machen, ist die jeweilige Flüssigkeitskammer auf einer Seite von einem Bodenelement und auf einer gegenüberliegenden Seite von einem Deckenelement begrenzt. Das Bodenelement und das Deckenelement können also die Wände der Flüssigkeitskammer bilden, die Kühlflüssigkeit muss aber nicht bis an das Bodenelement oder Deckenelement heranreichen, es kann beispielsweise auch eine flüssigkeitsdichte Membran oder Folie in der Flüssigkeitskammer angeordnet sein, sodass die Kühlflüssigkeit nicht das Bodenelement oder Deckenelement benetzt. Die Begrenzung ist vielmehr dahingehend zu verstehen, dass ein Flüssigkeitsdruck der Kühlflüssigkeit von der Kühlflüssigkeit auf das Bodenelement und das Deckenelement wirkt.In order to ensure that there is no air gap between the cooling unit and the component to be cooled, which could represent an undesirable thermal resistance Rth, it is provided according to the invention that the respective cooling unit is expandable or extendable. In order to make the cooling unit expandable or extendable, the respective liquid chamber is delimited on one side by a floor element and on an opposite side by a ceiling element. The floor element and the ceiling element can thus form the walls of the liquid chamber, but the cooling liquid does not have to reach the floor element or ceiling element; for example, a liquid-tight membrane or film can also be arranged in the liquid chamber so that the cooling liquid does not wet the floor element or ceiling element . Rather, the limitation is to be understood to the effect that a liquid pressure of the cooling liquid acts on the floor element and the ceiling element from the cooling liquid.

Das Bodenelement und das Deckenelement sind gegeneinander beweglich gelagert. Es kann sich bei dem Bodenelement und dem Deckenelement jeweils beispielsweise um eine Platte oder eine Schale handeln. Als Material kann beispielsweise ein Metall (beispielsweise Kupfer oder Aluminium) oder eine Metalllegierung vorgesehen sein, wodurch eine Wärmeübertragung von einer Umgebung durch das Bodenelement oder das Deckenelement hindurch in die Kühlflüssigkeit ermöglicht ist.The floor element and the ceiling element are mounted so that they can move relative to one another. The floor element and the ceiling element can each be, for example, a plate or a shell. A metal (for example copper or aluminum) or a metal alloy can be provided as the material, which enables heat to be transferred from an environment through the floor element or the ceiling element into the cooling liquid.

Indem die Kühlflüssigkeit gegen das Bodenelement und das Deckenelement drücken kann und Bodenelement und Deckenelement gegeneinander beweglich gelagert sind, ist die beschriebene Expandierbarkeit oder Ausfahrbarkeit der Kühleinheit ermöglicht. Das Kühlsystem ist entsprechend dazu eingerichtet, mittels des Flüssigkeitsdrucks der Kühlflüssigkeit das Bodenelement und das Deckenelement in eine expandierte Stellung auseinanderzudrücken. In dieser expandierten Stellung ist entweder das Bodenelement oder das Deckenelement oder es sind sowohl das Bodenelement und das Deckenelement jeweils an eine Leiterplatte des Schaltungskreises gedrückt. In der expandierten Stellung kann also das Bodenelement und/oder das Deckenelement jeweils eine Leiterplatte berühren, das heißt das Spaltmaß zwischen der Kühleinheit und der Leiterplatte kann auf Null reduziert werden. Zudem wird der Flüssigkeitsdruck auf die Leiterplatte übertragen, das heißt es ergibt sich an dem Bodenelement und/oder an dem Deckenelement ein „Anpressdruck“ gegen die zumindest eine zu kühlende Komponente der Leiterplatte. Mit „Anpressdruck“ ist hier eine Anpresskraft gemeint, mit der das Bodenelement oder das Deckenelement gegen die jeweilige Leiterplatte drückt.Since the cooling liquid can press against the floor element and the ceiling element and the floor element and ceiling element are mounted so as to be movable relative to one another, the described expandability or extensibility of the cooling unit is made possible. The cooling system is set up accordingly to press the floor element and the ceiling element apart into an expanded position by means of the liquid pressure of the cooling liquid. In this expanded position, either the floor element or the ceiling element or both the floor element and the ceiling element are each pressed against a printed circuit board of the circuit. In the expanded position, the floor element and / or the ceiling element can each touch a circuit board, that is to say the gap between the cooling unit and the circuit board can be reduced to zero. In addition, the liquid pressure is transferred to the circuit board, that is to say there is a “contact pressure” against the at least one component of the circuit board to be cooled on the base element and / or on the ceiling element. “Contact pressure” here means a contact force with which the floor element or the ceiling element presses against the respective circuit board.

Die expandierte Stellung ergibt sich aber nur, wenn die Kühleinheit bereits an die Leitungsanordnung des Kühlsystems angeschlossen ist und hierdurch der Flüssigkeitsdruck der Kühlflüssigkeit in der jeweiligen Flüssigkeitskammer der Kühleinheit wirkt. Zum Einbauen, wenn in der Flüssigkeitskammer kein Überdruck (in Bezug auf die Umgebungsluft) herrscht, können Bodenelement und Deckenelement dagegen zusammengeführt oder zusammengesteckt sein, sodass sich eine Kühleinheit und eine Leiterplatte mit geringem Aufwand zwischen Leiterplatten stecken oder montieren lassen. Zudem kann die Fertigungstoleranz größer sein, als es für das Schließen des Spalts zwischen Kühleinheit und Leiterplatte notwendig ist, da sich durch das Expandieren der Kühleinheit die Breite oder Form der Kühleinheit im Nachhinein mittels des Flüssigkeitsdrucks an die geometrischen Verhältnisse oder die Position der Leiterplatte anpassen lässt oder von selbst anpasst.The expanded position is only obtained when the cooling unit is already connected to the line arrangement of the cooling system and the liquid pressure of the cooling liquid acts as a result in the respective liquid chamber of the cooling unit. For installation, if there is no overpressure (in relation to the ambient air) in the liquid chamber, the floor element and ceiling element can, on the other hand, be brought together or plugged together so that a cooling unit and a circuit board can be plugged or assembled between circuit boards with little effort. In addition, the manufacturing tolerance can be greater than is necessary to close the gap between the cooling unit and the circuit board, since the expansion of the cooling unit allows the width or shape of the cooling unit to be adapted to the geometric relationships or the position of the circuit board using the liquid pressure or adapt by yourself.

Durch die Erfindung ergibt sich somit der Vorteil, dass eine Kühleinheit sich im eingebauten Zustand mittels des Flüssigkeitsdrucks der Kühlflüssigkeit in der Form oder Breite oder Dicke an einen Abstand zwischen Kühleinheit und Leiterplatte anpassen lässt, sodass ein Spaltmaß zwischen Kühleinheit und Leiterplatte auf Null reduziert werden kann, also die Kühleinheit an einer Leiterplatte oder zwischen zwei Leiterplatten an diesen anliegt.The invention thus results in the advantage that a cooling unit is in the installed state by means of the liquid pressure of the Cooling liquid can be adjusted in shape or width or thickness to a distance between the cooling unit and the circuit board, so that a gap between the cooling unit and the circuit board can be reduced to zero, i.e. the cooling unit is in contact with a circuit board or between two circuit boards.

Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also encompasses embodiments which result in additional advantages.

Wenn bei einer Leiterplatte nur auf einer Seite eine Kühleinheit einen Anpressdruck auf die Leiterplatte ausübt, so wird die Leiterplatte hierdurch zur Seite gedrängt, was eine zusätzliche Versteifung oder Stützung der Leiterplatte nötig machen würde. Um diesen Aufwand zu vermeiden, sieht eine Ausführungsform vor, dass die zumindest eine Leiterplatte, insbesondere mehrere Leiterplatten, zwischen zwei seitlichen Stützwänden angeordnet ist (und war planparallel zu diesen) und jede Leiterplatte beidseitig durch jeweils eine Kühleinheit flankiert ist. Es ergibt sich also ein Kamm aus Leiterplatten oder ein sogenanntes Rack, das zwischen zwei Seitenwänden oder Stützwänden angeordnet ist. Die Leiterplatten und die Kühleinheiten sind dabei alle planparallel zueinander und in abwechselnder Folge (Kühleinheit, Leiterplatte) angeordnet. Durch den Flüssigkeitsdruck wird nun jede Kühleinheit expandiert und übt ihren Anpressdruck mit dem Bodenelement auf eine Leiterplatte und mit dem Deckenelement auf eine andere Leiterplatte aus. Die beiden Kühleinheiten am Rand des Racks oder Stapels aus Leiterplatten üben den Anpressdruck natürlich nur auf die letzte Leiterplatte des Stapels einerseits und auf die Stützwand andererseits aus. Somit wird aber auf jede Leiterplatte von zwei gegenüberliegenden Seiten ein Anpressdruck durch jeweils eine Kühleinheit ausgeübt. Durch den sich ergebenden beidseitigen Anpressdruck ist somit jede Leiterplatte in dem Schaltungskreis eingespannt. Indem also die Zwischenräume zwischen den Leiterplatten beziehungsweise zwischen der letzten Leiterplatte des Stapels und der dort angrenzenden Stützwand mit einer expandierbaren Kühleinheit ausgefüllt ist, lassen sich die Leiterplatten in dem Schaltungskreis mechanisch einspannen. Dies stabilisiert die Leiterplatten gegen Schwingungen, wie sie beispielsweise bei einer Fahrt in einem Kraftfahrzeug entstehen können.If, in the case of a circuit board, a cooling unit exerts a contact pressure on the circuit board on only one side, the circuit board is thereby pushed to the side, which would make additional stiffening or support of the circuit board necessary. To avoid this effort, one embodiment provides that the at least one circuit board, in particular several circuit boards, is arranged between two lateral support walls (and was plane-parallel to these) and each circuit board is flanked on both sides by a cooling unit. This results in a comb made of printed circuit boards or a so-called rack, which is arranged between two side walls or support walls. The circuit boards and the cooling units are all arranged plane-parallel to one another and in an alternating sequence (cooling unit, circuit board). Each cooling unit is now expanded by the liquid pressure and exerts its contact pressure with the base element on one circuit board and with the ceiling element on another circuit board. The two cooling units on the edge of the rack or stack of printed circuit boards naturally only exert the contact pressure on the last printed circuit board of the stack on the one hand and on the supporting wall on the other. In this way, however, a contact pressure is exerted on each printed circuit board from two opposite sides by a cooling unit in each case. The resulting pressure on both sides means that each printed circuit board is clamped in the circuit. Since the spaces between the circuit boards or between the last circuit board of the stack and the supporting wall adjoining there are filled with an expandable cooling unit, the circuit boards can be mechanically clamped in the circuit. This stabilizes the circuit boards against vibrations, such as those that can arise when driving in a motor vehicle, for example.

In einer Ausführungsform ist hierbei vorgesehen, dass die Kühleinheiten, die beiderseits an der jeweiligen Leiterplatte angeordnet sind, über die Leitungsanordnung des Kühlsystems hydraulisch gekoppelt sind. Drückt also die Leiterplatte gegen eine der Kühleinheiten und schiebt dadurch Kühlflüssigkeit aus deren zumindest einer Flüssigkeitskammer in die Leitungsanordnung, so kann die Flüssigkeit in die gegenüberliegende Kühleinheit einströmen. Hierdurch entstehen aber Strömungsverluste, sodass sich insgesamt ein Schwingungsdämpfer für die Leiterplatte ergibt. Dies reduziert das Schwingungsverhalten oder die Schwingneigung jeder Leiterplatte.In one embodiment it is provided here that the cooling units, which are arranged on both sides of the respective circuit board, are hydraulically coupled via the line arrangement of the cooling system. If the printed circuit board presses against one of the cooling units and thereby pushes cooling liquid from its at least one liquid chamber into the line arrangement, the liquid can flow into the opposite cooling unit. However, this results in flow losses, so that overall a vibration damper results for the circuit board. This reduces the vibration behavior or the tendency of each circuit board to vibrate.

In einer Ausführungsform ist die jeweilige Kühleinheit selbst schwimmend oder seitlich bewegbar gelagert, das heißt sie ist entlang einer Expansionsrichtung, entlang welcher sich auch ihr Bodenelement und Deckenelement auseinanderbewegen lässt, schwimmend oder beweglich gelagert, wenn sie nicht expandiert ist. Diese schwimmende Lagerung kann einen Verschiebeweg oder Bewegungsweg in Expansionsrichtung in einem Bereich von zwei Millimeter bis drei Zentimeter ermöglichen. In dem expandierten Zustand oder in der expandierten Stellung, wenn also Bodenelement und Deckenelement auseinandergedrückt sind, ist dabei die Kühleinheit in dem Schaltungskreis aber mechanisch eingespannt. Durch die schwimmende Lagerung lässt sich eine Kühleinheit mit geringem Aufwand bei der Montage des Schaltungskreises in diesen einführen. Später dann, im Betrieb, wenn sich Bodenelement und Deckenelement in der expandierten Stellung befinden, spannt sich dann die Kühleinheit selbst zwischen zwei mechanischen Widerständen (beispielsweise zwei Leiterplatten), gegen welche das Bodenelement und das Deckenelement gedrückt sind, ein. Dadurch, dass auf den gegenüberliegenden Kühlplatten die gleichen Anpressdrücke aufgrund des Flüssigkeitsdrucks anliegen, ergibt sich auf die jeweilige Leiterplatte keine resultierende Querkraft, die zu Verspannungen führen könnte, sondern die Kühler passen sich an die jeweilige Toleranzlage an uns sorgen so für eine feste Lagerung der Leiterplatte; ohne sie zu verspannen.In one embodiment, the respective cooling unit itself is mounted in a floating or laterally movable manner, i.e. it is mounted in a floating or movable manner along an expansion direction, along which its bottom element and ceiling element can also be moved apart, when it is not expanded. This floating mounting can enable a displacement path or movement path in the expansion direction in a range of two millimeters to three centimeters. In the expanded state or in the expanded position, that is to say when the floor element and ceiling element are pressed apart, the cooling unit is mechanically clamped in the circuit. As a result of the floating mounting, a cooling unit can be introduced into the circuit with little effort during assembly. Later, during operation, when the floor element and ceiling element are in the expanded position, the cooling unit then clamps itself between two mechanical resistances (for example two circuit boards) against which the floor element and the ceiling element are pressed. Because the same contact pressures are applied to the opposing cooling plates due to the fluid pressure, there is no resulting transverse force on the respective circuit board that could lead to tension, but the coolers adapt to the respective tolerance position, so that the circuit board is securely mounted ; without straining them.

In einer Ausführungsform ist die jeweilige Leiterplatte des Schaltungskreises als eine Steckkarte ausgestaltet, das heißt sie lässt sich in einen Steckplatz einer Trägerplatine (Motherbord) einstecken. Die jeweilige Kühleinheit ist mit der zumindest einen Leitung der Leitungsanordnung über eine hydraulische Steckkupplung oder Schnellkupplung verbunden oder eingesteckt. Mit anderen Worten lässt sich sowohl eine Leiterkarte als auch eine Kühleinheit jeweils durch einen Steckvorgang in dem Schaltungskreis montieren.In one embodiment, the respective printed circuit board of the circuit is designed as a plug-in card, that is to say it can be plugged into a slot on a carrier board (motherboard). The respective cooling unit is connected or plugged in to the at least one line of the line arrangement via a hydraulic plug-in coupling or quick-release coupling. In other words, both a printed circuit board and a cooling unit can each be installed in the circuit by means of a plugging process.

In einer Ausführungsform ist insbesondere vorgesehen, dass die jeweilige Kühleinheit auf eine jeweilige Leiterplatte mittels einer spielbehafteten Halterung vormontiert ist. Mit anderen Worten kann eine Leiterplatte zusammen mit einer Kühleinheit als eine Montageeinheit zum Einsetzen in den Schaltungskreis vormontiert bereitgestellt werden. Lassen sich dann die Leiterplatte als Steckkarte und die Kühleinheit über die Steckkopplung in dem Schaltungskreis montieren, so kann dies in einem Steckvorgang ermöglicht sein. Damit die Steckkupplungen und die Steckplätze hierbei toleranzbehaftet angeordnet sein können, ist die spielbehaftete Halterung vorgesehen. Diese kann beispielsweise mittels einer Befestigungsklammer, beispielsweise einem Stanzbiegeteil, realisiert sein. Diese Klammer kann an der Leiterplatte befestigt sein und die Kühleinheit halten und hierbei einen Verschiebeweg in einem Bereich von 0,2 Millimeter bis einem Zentimeter vorsehen.In one embodiment it is provided in particular that the respective cooling unit is preassembled on a respective printed circuit board by means of a bracket with play. In other words, a printed circuit board can be provided pre-assembled together with a cooling unit as an assembly unit for insertion into the circuit. If the circuit board can then be installed as a plug-in card and the cooling unit via the plug-in coupling in the circuit, this can be made possible in one plug-in process. So that the plug-in couplings and the slots are subject to tolerances can be arranged, the bracket with play is provided. This can be implemented, for example, by means of a fastening clip, for example a stamped and bent part. This clamp can be attached to the circuit board and hold the cooling unit and provide a displacement path in a range of 0.2 millimeters to one centimeter.

Bisher wurde beschreiben, dass mittels des Flüssigkeitsdrucks in einer Kühleinheit deren Bodenelement und deren Deckenelement zum Expandieren auseinandergedrückt werden können. Beim Einbauen oder Ausbauen einer Kühleinheit ist man daran interessiert, dass das Bodenelement und das Deckenelement zusammengeschoben sind, also ineinander zusammengeschoben sind, damit die Kühleinheit flacher ist als in der expandierten Stellung. Damit dies selbsttätig erfolgt, sieht eine Ausführungsform vor, dass bei der zumindest einen Kühleinheit zumindest eine Rückholfeder das Bodenelement und das Deckenelement mittels einer Federkraft in eine eingefahrene Stellung zusammenzieht, falls der Flüssigkeitsdruck der Kühlflüssigkeit kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Ist also nur ein geringer oder gar kein Überdruck (im Vergleich zur umgebenden Atmosphäre) in der jeweiligen Flüssigkeitskammer vorhanden, so überwiegt die Federkraft der zumindest einen Rückholfeder und schiebt Bodenelement und Deckenelement zusammen. Der Flüssigkeitsdruck drückt also das Bodenelement und das Deckenelement entgegen der Federkraft in die ausgefahrene Stellung nur auseinander, falls der Flüssigkeitsdruck größer als der Schwellenwert ist. Somit zieht sich also eine Kühleinheit selbsttätig zusammen oder führt Bodenelement und Deckenelement selbsttätig mittels der zumindest einen Rückholfeder zusammen, wenn der Flüssigkeitsdruck kleiner als der Schwellenwert ist. Damit lässt sich eine Kühleinheit mit geringem Aufwand einbauen und ausbauen.So far it has been described that the bottom element and the top element of a cooling unit can be pushed apart to expand by means of the liquid pressure in a cooling unit. When installing or removing a cooling unit, one is interested in the floor element and the ceiling element being pushed together, that is to say being pushed together, so that the cooling unit is flatter than in the expanded position. In order for this to take place automatically, one embodiment provides that in the at least one cooling unit, at least one return spring pulls the base element and the ceiling element together into a retracted position by means of a spring force if the liquid pressure of the cooling liquid is less than a predetermined threshold value. If there is only little or no overpressure (compared to the surrounding atmosphere) in the respective liquid chamber, then the spring force of the at least one return spring predominates and pushes the floor element and ceiling element together. The liquid pressure therefore only pushes the base element and the ceiling element apart against the spring force into the extended position if the liquid pressure is greater than the threshold value. Thus, a cooling unit automatically contracts or automatically brings the floor element and ceiling element together by means of the at least one return spring when the liquid pressure is less than the threshold value. This means that a cooling unit can be installed and expanded with little effort.

In einer Ausführungsform ist die Wärmeverteilung der aus der zu kühlenden Komponente auf eine Oberfläche des Bodenelements oder des Deckenelements mittels einer zusätzlichen wärmeverteilenden Abdeckplatte oder Spreizplatte vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform ist bei der jeweiligen Leiterplatte ihre zumindest eine zu kühlende Komponente durch eine solche Abdeckplatte in Richtung zu der Kühleinheit abgedeckt, welche auf die zu kühlende Komponente mit dem Anpressdruck drückt. Es ist hierbei eine gemeinsame Leiterplatte vorgesehen, die bei mehreren zu kühlenden Komponenten alle Kühlkomponenten berührt. Ein Höhenprofil der Abdeckplatte kann hierbei an ein korrespondierendes Höhenprofil der zu kühlenden Komponenten angepasst sein. Auf einer gegenüberliegenden Seite der Abdeckplatte, also auf der zur Kühleinheit hin gewandten Oberfläche oder Seite, kann die Abdeckplatte an eine Form der Kühleinheit angepasst sein. Dies maximiert die Wärmeübertrittsflächen sowohl hin zur zumindest einen Komponente als auch hin zur Kühleinheit. Die Abdeckplatte überträgt dann konsequenterweise den Anpressdruck von der Kühleinheit auf die zumindest eine zu kühlende Komponente. Mit anderen Worten ist die Abdeckplatte zwischen der Kühleinheit und der zumindest einen zu kühlenden Komponente eingeklemmt. Die Abdeckplatte kann aus Metall oder einer Metalllegierung sein. Als Metall kann beispielsweise Kupfer oder Aluminium vorgesehen sein. Innerhalb der Abdeckplatte kann eine Wärmeverteilung erfolgen, sodass von einer zu kühlenden Komponente als Hotspot die Wärmedichte in der Abdeckplatte reduziert werden kann und auf eine vergrößerte (im Vergleich zur Komponente selbst) Übertrittsfläche hin zur Kühleinheit übertragen werden kann. Durch ein Oberflächenprofil der Abdeckplatte kann zudem eine Berührfläche in Bezug auf die zumindest eine zu kühlende Komponente und/oder in Bezug auf die Kühleinheit maximiert sein.In one embodiment, the heat distribution from the component to be cooled onto a surface of the floor element or of the ceiling element is provided by means of an additional heat-distributing cover plate or spreading plate. In this embodiment, the respective circuit board has its at least one component to be cooled covered by such a cover plate in the direction of the cooling unit, which presses on the component to be cooled with the contact pressure. A common printed circuit board is provided, which touches all cooling components if there are several components to be cooled. A height profile of the cover plate can be adapted to a corresponding height profile of the components to be cooled. On an opposite side of the cover plate, that is to say on the surface or side facing the cooling unit, the cover plate can be adapted to a shape of the cooling unit. This maximizes the heat transfer areas both towards the at least one component and towards the cooling unit. The cover plate then consequently transmits the contact pressure from the cooling unit to the at least one component to be cooled. In other words, the cover plate is clamped between the cooling unit and the at least one component to be cooled. The cover plate can be made of metal or a metal alloy. Copper or aluminum, for example, can be provided as the metal. Heat can be distributed within the cover plate so that the heat density in the cover plate can be reduced from a component to be cooled as a hotspot and can be transferred to an enlarged (compared to the component itself) transition area to the cooling unit. A contact surface with respect to the at least one component to be cooled and / or with respect to the cooling unit can also be maximized by means of a surface profile of the cover plate.

Bisher wurde das Verringern des Spaltmaßes zwischen Kühleinheit und Leiterplatte und/oder zwischen der Abdeckplatte und der zu kühlenden Komponente nur in Bezug auf die mechanische Maßnahme (expandierende Kühleinheit) beschrieben. Es kann zusätzlich ein Schließen oder Auffüllen eines Spalts mittels einer Wärmeleitpaste oder eines Wärmeleitmittels vorgesehen sein. In einer Ausführungsform ist hierbei aber besonders vorgesehen, dass zwischen Kühleinheit und Leiterplatte und/oder auf der zu kühlenden Komponente ein derart nieder-viskoses Wärmeleitmittel angeordnet ist, dass es bei dem durch die Kühleinheit bewirkten Anpressdruck fließt oder nachgibt. Ein solches Wärmeleitmittel wirkt bevorzugt als ein Bingham-Fluid. Durch seine Viskosität steht es dem Anpressdruck nicht entgegen, sondern weicht aus und dient lediglich dazu, eine Oberflächenrauigkeit der Kühleinheit und/oder der zu kühlenden Komponente auszugleichen, das heißt die durch die Oberflächenrauigkeit gegebenen und sich hierdurch ergebenden Lufteinschlüsse werden durch das Wärmeleitmittel aufgefüllt. Dies verringert den Wärmeleitwiderstand Rth, ohne einer Minimierung des Spaltmaßes entgegenzustehen. Es kann in dem Wärmeleitmittel zur Steigerung der Wärmeleitfähigkeit ein Feststoff (z.B. Aluminium-Oxid) enthalten sein, der aber z.B. als ein Pulver bereitgestellt sein sollte, dessen Granularität eine entsprechend kleine Korngröße aufweist, um das beschriebene Fließen zuzulassen. Ein Pulver kann in vorteilhafte Weise auch eine bindenden Wirkung für denjenigen Anteil des Wärmeleitmittels haben, der am Rand herausquillt und nicht abtropfen soll.So far, reducing the gap between the cooling unit and the printed circuit board and / or between the cover plate and the component to be cooled has only been described with reference to the mechanical measure (expanding cooling unit). In addition, a gap can be closed or filled by means of a heat-conducting paste or a heat-conducting agent. In one embodiment, however, it is particularly provided that between the cooling unit and the printed circuit board and / or on the component to be cooled, such a low-viscosity heat conducting medium is arranged that it flows or yields under the contact pressure caused by the cooling unit. Such a thermal conductor preferably acts as a Bingham fluid. Due to its viscosity, it does not oppose the contact pressure, but rather evades and serves only to compensate for a surface roughness of the cooling unit and / or the component to be cooled, i.e. the air inclusions resulting from the surface roughness are filled by the heat conducting agent. This reduces the thermal resistance Rth without preventing the gap from being minimized. A solid (e.g. aluminum oxide) can be contained in the heat conducting agent to increase the thermal conductivity, but this should be provided, for example, as a powder, the granularity of which has a correspondingly small grain size in order to allow the flow described. A powder can advantageously also have a binding effect for that portion of the heat-conducting agent that oozes out at the edge and should not drip off.

In einer Ausführungsform stellt das Kühlsystem in der Leitungsanordnung und der zumindest einen Kühleinheit mittels einer Druckfeder und/oder eines einstellbaren Hubzylinders einen statischen Flüssigkeitsdruck, also einen hydrostatischen Druck, bereit. Mit anderen Worten wird also der Flüssigkeitsdruck, der zum Expandieren der Kühleinheit und zum Erzeugen des Anpressdrucks auf die zumindest eine zu kühlende Komponente notwendig ist, als hydrostatischer Druck mittels zumindest einer Druckfeder sichergestellt oder bewirkt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Umwälzpumpe des Kühlsystems mit geringerer Leistung betrieben werden kann als es der Fall wäre, wenn mittels der Umwälzpumpe auch ein ausreichend großer Druck zum Erzeugen des Anpressdruckes erzeugt werden müsste. Das Kühlsystem kann als geschlossener Kühlkreislauf ausgestaltet sein, in welchem mittels der zumindest einen Druckfeder der statische Flüssigkeitsdruck gehalten werden kann. Mittels eines Hubzylinders kann eine Veränderung des Gesamtvolumens des Kühlkreislaufs kompensiert werden, wie sie sich durch Anschließen einer neuen Kühleinheit ergeben kann.In one embodiment, the cooling system in the line arrangement and the at least one cooling unit provides a static fluid pressure, that is to say a hydrostatic pressure, by means of a compression spring and / or an adjustable lifting cylinder. In other words, it becomes the Liquid pressure, which is necessary for expanding the cooling unit and for generating the contact pressure on the at least one component to be cooled, is ensured or brought about as hydrostatic pressure by means of at least one compression spring. This results in the advantage that a circulation pump of the cooling system can be operated with less power than would be the case if the circulation pump also had to generate a sufficiently high pressure to generate the contact pressure. The cooling system can be designed as a closed cooling circuit in which the static fluid pressure can be maintained by means of the at least one compression spring. A change in the total volume of the cooling circuit can be compensated for by means of a lifting cylinder, as can result from connecting a new cooling unit.

Um den erfindungsgemäßen Schaltungskreis mit seinem Kühlsystem bereitzustellen, ist zumindest eine Kühleinheit der beschriebenen Art notwendig, das heißt eine expandierbare Kühleinheit. Diese ist ebenfalls Bestandteil der Erfindung. Die Kühleinheit ist somit für eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltkreises mit seinem Kühlsystem vorgesehen. Die Kühleinheit ist in der beschriebenen Weise mit zumindest einer von einer Kühlflüssigkeit durchströmbaren Flüssigkeitskammer ausgestattet, die mit einer Leitungsanordnung des Kühlsystems hydraulisch koppelbar ist, beispielsweise über die beschriebenen Schnellkupplungen oder Steckkupplungen. Die jeweilige Flüssigkeitskammer ist dabei an einer Seite von einem Bodenelement und an einer gegenüberliegenden Seite von einem Deckenelement begrenzt, wobei Bodenelement und Deckenelement in der beschriebenen Weise gegeneinander beweglich gelagert sind, also es lassen sich Bodenelement und Deckenelement auseinanderziehen und zusammenschieben. In order to provide the circuit according to the invention with its cooling system, at least one cooling unit of the type described is necessary, that is to say an expandable cooling unit. This is also part of the invention. The cooling unit is thus provided for an embodiment of the circuit according to the invention with its cooling system. The cooling unit is equipped in the manner described with at least one liquid chamber through which a cooling liquid can flow and which can be hydraulically coupled to a line arrangement of the cooling system, for example via the quick-release couplings or plug-in couplings described. The respective liquid chamber is delimited on one side by a floor element and on the opposite side by a ceiling element, the floor element and ceiling element being movably supported in relation to one another in the manner described, so the floor element and ceiling element can be pulled apart and pushed together.

Sie sind dazu eingerichtet, von einem Flüssigkeitsdruck einer Kühlflüssigkeit des Kühlsystems, die in die zumindest eine Flüssigkeitskammer strömen kann, in die beschriebene expandierte Stellung auseinandergedrückt zu werden. Das Expandieren bedeutet also, dass die Wände im Inneren der Flüssigkeitskammer ihren Abstand vergrößern. Das Volumen der Flüssigkeitskammer ist in der expandierten Stellung größer als in der eingefahrenen Stellung. Durch das Auseinanderdrücken vergrößert sich also ein Abstand oder ein äußeres Abmaß der Kühleinheit im Bereich von Bodenelement und Deckenelement.They are set up to be forced apart into the described expanded position by a liquid pressure of a cooling liquid of the cooling system, which can flow into the at least one liquid chamber. The expansion means that the walls inside the liquid chamber increase their distance. The volume of the liquid chamber is greater in the expanded position than in the retracted position. By pressing apart, a distance or an external dimension of the cooling unit in the area of the floor element and ceiling element increases.

In einer Ausführungsform ist die jeweilige Flüssigkeitskammer der Kühleinheit mittels einer jeweiligen Rollmembran oder Hubmembran zu dem Deckelelement hin flüssigkeitsdicht verschlossen. Mit anderen Worten kann die Flüssigkeitskammer durch das Bodenelement gebildet sein und das verschiebbar oder lose aufliegende Deckenelement kann von der Kühlflüssigkeit durch die Rollmembran hindurch weggedrückt oder angehoben werden. Durch die Verwendung der Rollmembran ergibt sich der Vorteil, dass kein Abdichten zwischen gleitenden Flächen, die sich zwischen Bodenelement und Deckenelement ergeben, notwendig ist. Somit ergibt sich ein verringerter Aufwand beim Abdichten. Alternativ dazu kann man eine gleitende Dichtung (O-Ring) verwenden, die es zulässt, beide Seiten (Deckelelement und Bodenelement) mit Kühlflüssigkeit zu durchströmen oder zu benetzen und somit beidseitig zu kühlen.In one embodiment, the respective liquid chamber of the cooling unit is closed in a liquid-tight manner towards the cover element by means of a respective rolling membrane or lifting membrane. In other words, the liquid chamber can be formed by the base element and the slidable or loosely resting ceiling element can be pushed away or raised by the cooling liquid through the rolling membrane. The use of the rolling membrane has the advantage that no sealing is necessary between sliding surfaces that arise between the floor element and the ceiling element. This results in a reduced effort for sealing. Alternatively, a sliding seal (O-ring) can be used, which allows both sides (cover element and base element) to flow through or moisten with cooling liquid and thus to cool on both sides.

Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen der Kühleinheit, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schaltungskreises beschrieben worden sind. Deshalb sind die entsprechenden Ausführungsformen hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes embodiments of the cooling unit, as they have already been described in connection with the embodiments of the circuit according to the invention. The corresponding embodiments are therefore not described again here.

Zu der Erfindung gehört schließlich auch ein Kraftfahrzeug, in welchem ein Schaltungskreis gemäß der Erfindung bereitgestellt ist. Ein solcher Schaltungskreis kann beispielsweise als ein Zentralrechner des Kraftfahrzeugs ausgestaltet sein. Als zu kühlende Komponenten können beispielsweise jeweils ein Mikroprozessor oder SOC oder allgemein ein IC vorgesehen sein. Finally, the invention also includes a motor vehicle in which a circuit according to the invention is provided. Such a circuit can be designed, for example, as a central computer of the motor vehicle. For example, a microprocessor or SOC or generally an IC can be provided as the components to be cooled.

Durch die expandierenden Kühleinheiten und die beschriebene Anordnung ist es möglich, in dem Schaltungskreis eine Vibrationsdämpfung für die zumindest eine Leiterplatte zu bewirken, sodass während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs eine mechanische Belastung jeder Leiterplatte gering gehalten werden kann, selbst wenn der Schaltungskreis geschüttelt wird oder vibriert.The expanding cooling units and the described arrangement make it possible to dampen vibrations for the at least one circuit board in the circuit so that mechanical stress on each circuit board can be kept low while the motor vehicle is in motion, even if the circuit is shaken or vibrated.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger vehicle or truck, or as a passenger bus or motorcycle.

Zu der Erfindung gehört auch die Steuervorrichtung für das Kraftfahrzeug. Die Steuervorrichtung kann als ein Steuergerät ausgestaltet sein. Die Steuervorrichtung weist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltungskreises auf.The control device for the motor vehicle also belongs to the invention. The control device can be designed as a control device. The control device has an embodiment of the circuit according to the invention.

Die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können auch in ein und derselben Realisierung der Erfindung kombiniert bereitgestellt werden, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.The described embodiments of the invention can also be provided combined in one and the same implementation of the invention, provided that the embodiments have not been described as mutually exclusive.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
2 eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht einer erfindungsgemäßen Kühleinheit;
3 eine schematische Darstellung einer Explosionsansicht der Kühleinheit von 2;
4 eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht eines elektronischen Schaltkreises, wie er in dem Kraftfahrzeug von 1 auf Grundlage der Kühleinheit von 2 realisiert sein kann; und
5 eine schematische Ansicht einer Steckkarte mit einer Abdeckplatte, die über ein viskoses Wärmeleitmittel mit einer elektronischen Komponente der Steckkarte thermisch gekoppelt ist.

The invention is described below on the basis of exemplary embodiments. This shows:

1 a schematic representation of an embodiment of the motor vehicle according to the invention;
2 a schematic representation of a perspective view of a cooling unit according to the invention;
3 FIG. 6 is a schematic illustration of an exploded view of the cooling unit of FIG 2 ;
4th a schematic representation of a perspective view of an electronic circuit as it is in the motor vehicle of FIG 1 based on the cooling unit of 2 can be realized; and
5 a schematic view of a plug-in card with a cover plate which is thermally coupled to an electronic component of the plug-in card via a viscous heat-conducting medium.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention which are to be considered independently of one another and which also further develop the invention in each case independently of one another. Therefore, the disclosure is intended to include combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, handeln kann. In dem Kraftfahrzeug 10 kann ein elektronischer Schaltungskreis 11 bereitgestellt sein, bei dem es sich beispielsweise um eine zentrale Recheneinheit für beispielsweise eine autonome Fahrfunktion und/oder eine Objekterkennungseinrichtung für ein Fahrerassistenzsystem handeln kann, wobei diese Funktionen hier nur beispielhaft sein sollen. Im elektronischen Schaltungskreis können eine oder mehrere Leiterplatten 12 vorgesehen sein, die beispielsweise als Steckkarten 13 in einem jeweiligen Steckplatz 14 eingesteckt sein können. Die Steckkarten 13 können planparallel zueinander angeordnet sein, sodass sie ein sogenanntes Rack bilden. Die jeweilige Leiterkarte 12 kann zumindest eine elektronische Komponente 15 aufweisen, die jeweils auf Leiterbahnen und/oder Anschluss-Pads der Leiterplatte aufgelötet oder angelötet sein können. Ein Beispiel für eine elektronische Komponente ist ein IC oder ein SOC (System on Chip). 1 shows a motor vehicle 10 , which can be a motor vehicle, in particular a passenger car or truck. In the motor vehicle 10 can be an electronic circuit 11 be provided, which can be, for example, a central processing unit for, for example, an autonomous driving function and / or an object recognition device for a driver assistance system, these functions being only intended here as examples. In the electronic circuit there can be one or more printed circuit boards 12th be provided, for example, as plug-in cards 13th in a respective slot 14th can be plugged in. The plug-in cards 13th can be arranged plane-parallel to one another so that they form a so-called rack. The respective circuit card 12th can have at least one electronic component 15th have, which can be soldered or soldered to conductor tracks and / or connection pads of the circuit board. An example of an electronic component is an IC or a SOC (System on Chip).

Während eines Betriebs des elektronischen Schaltkreises entsteht insbesondere in den elektronischen Komponenten 15 Abwärme, die durch ein Kühlsystem 16 des Schaltungskreises 11 von den elektronischen Komponenten 15 abgeführt werden kann. Das Kühlsystem 16 kann hierzu eine Leitungsanordnung 17 aus einer oder mehreren Leitungen 18 aufweisen, durch welche hindurch eine Umwälzpumpe 19 eine Kühlflüssigkeit 20 pumpen kann. Zwischen den jeweiligen Steckkarten 13 kann jeweils eine Kühleinheit 21 des Kühlsystems 16 angeordnet sein, in welche hinein die Kühlflüssigkeit 20 mit einem Flüssigkeitsdruck P drückt und/oder fließt.During operation of the electronic circuit, arises in particular in the electronic components 15th Waste heat generated by a cooling system 16 of the circuit 11 from the electronic components 15th can be discharged. The cooling system 16 can do this with a line arrangement 17th from one or more lines 18th have through which a circulation pump 19th a coolant 20th can pump. Between the respective plug-in cards 13th can have one cooling unit at a time 21 of the cooling system 16 be arranged into which the cooling liquid 20th with a liquid pressure P. pushes and / or flows.

Jede der Kühleinheiten 21 kann expandierbar ausgestaltet sein, indem die Kühleinheit 21 jeweils ein Bodenelement 22 und ein Deckenelement 23 aufweist, die gegeneinander derart beweglich gelagert sind, dass sie sich auseinanderbewegen lassen in Richtungen senkrecht zu ihren Oberflächen, sodass sich beim Auseinanderbewegen eine Expansionsbewegung 24 von Bodenelement 22 und Deckenelement 23 ergibt. Die Kühleinheiten 21 können mit ihren auseinander beweglichen Flächen planparallel zu den Plattenebenen der Leiterplatten 12 angeordnet sein.Each of the cooling units 21 can be made expandable by the cooling unit 21 one floor element each 22nd and a ceiling element 23 which are mounted so that they can move relative to one another in such a way that they can be moved apart in directions perpendicular to their surfaces, so that an expansion movement occurs when they move apart 24 of floor element 22nd and ceiling element 23 results. The cooling units 21 With their surfaces that can move apart, they can be plane-parallel to the planes of the printed circuit boards 12th be arranged.

Durch ein Gehäuse 25 des Schaltungskreises 11 können an den jeweiligen Enden der beschriebenen planparallelen Anordnung jeweils Stützwände 26 bereitgestellt sein, gegen welche sich jeweils die äußere Kühleinheit 21 während der Expansionsbewegung 24 abstützt. Durch Beaufschlagen des Kühlsystems 16 mit einem Flüssigkeitsdruck P größer als ein vorbestimmter Schwellenwert werden somit von jeder Kühleinheit 21 deren Bodenelement 22 und Deckenelement 23 in der Expansionsbewegung 24 auseinanderbewegt, bis die jeweilige Kühleinheit 21 zwischen jeweils zwei Leiterplatten 12 beziehungsweise an den äußeren Enden zwischen einer Leiterplatte 12 und der jeweiligen Stützwand 26 eingeklemmt ist. Diese sich hierbei ergebende maximale Ausdehnung ist hier als expandierte Stellung bezeichnet. Jede Leiterplatte 12 ist dann beidseitig durch eine Kühleinheit mit einem Anpressdruck beaufschlagt, der durch die beidseitigen Kühleinheiten 21 auf die Leiterplatte 12 ausgeübt wird. Ein statischer Flüssigkeitsdruck P kann durch eine Druckfeder F in der Kühlflüssigkeit 20 aufgebaut und gehalten werden. Durch die Stützwände 26 ergibt sich über das Gehäuse 25 des Schaltungskreises 11 ein Kraftschluss, der in sich geschlossen ist.Through a housing 25th of the circuit 11 can each support walls at the respective ends of the plane-parallel arrangement described 26th be provided against which each of the outer cooling unit 21 during the expansion movement 24 supports. By pressurizing the cooling system 16 with a liquid pressure P. are thus greater than a predetermined threshold value from each cooling unit 21 their floor element 22nd and ceiling element 23 in the expansion movement 24 apart until the respective cooling unit 21 between two printed circuit boards 12th or at the outer ends between a circuit board 12th and the respective retaining wall 26th is jammed. This resulting maximum expansion is referred to here as the expanded position. Any circuit board 12th is then acted upon by a cooling unit on both sides with a contact pressure that is generated by the cooling units on both sides 21 on the circuit board 12th is exercised. A static fluid pressure P. can by a compression spring F in the coolant 20th be built up and held. Through the retaining walls 26th results from the housing 25th of the circuit 11 a frictional connection that is self-contained.

Hierdurch ist jede Leiterplatte 12 in dem Schaltungskreis 11 auch mechanisch eingespannt, sodass durch eine Rüttelbewegung oder eine Vibration 28, wie sie in dem Kraftfahrzeug 10 während einer Fahrt verursacht werden kann, jede Leiterplatte 12 und auch jede Kühleinheit 21 in dem Gehäuse 25 festgehalten ist und nicht beispielsweise um ihren Steckplatz 14 herum schwingen oder federn kann. Eine zusätzliche Dämpfung ergibt sich durch eine hydraulische Kopplung 29, wie sie durch die Leitungsanordnung 17 zwischen den Kühleinheiten 21 beidseitig jeder Leiterplatte 12 vorhanden sein kann.This makes every PCB 12th in the circuit 11 also mechanically clamped, so that by a shaking movement or a vibration 28 as they are in the motor vehicle 10 Any circuit board can be caused during a drive 12th and also every cooling unit 21 in the case 25th is held and not, for example, about yours slot 14th can swing or bounce around. A hydraulic coupling provides additional damping 29 as indicated by the conduit arrangement 17th between the cooling units 21 on both sides of each printed circuit board 12th may be present.

Durch die Expansionsbewegung 24 ergibt sich insgesamt eine Expansionsrichtung E senkrecht zu den Ebenen der Leiterplatten 12. Jede Kühleinheit 21 kann, wenn sie nicht in der expandierten Stellung mechanisch eingespannt ist, entlang der Expansionsrichtung E eine schwimmende Lagerung L aufweisen, das heißt es kann, ohne eine mechanische Zerstörung zu verursachen, jede Kühleinheit 21 zwischen den jeweiligen Leiterplatten 12 beziehungsweise am Ende des Racks zwischen der letzten Leiterplatte 12 und der Stützwand 26 eine Bewegungstoleranz entlang der Expansionsrichtung E ermöglicht sein.By the expansion movement 24 the overall result is an expansion direction E perpendicular to the planes of the printed circuit boards 12th . Any cooling unit 21 can, if it is not mechanically clamped in the expanded position, have a floating bearing L along the expansion direction E, that is to say any cooling unit can, without causing mechanical destruction 21 between the respective circuit boards 12th or at the end of the rack between the last circuit board 12th and the retaining wall 26th a movement tolerance along the expansion direction E can be made possible.

Auf der jeweiligen Leiterplatte 12 können die elektronischen Komponenten 15 jeweils durch eine Abdeckplatte, insbesondere eine gemeinsame Abdeckplatte A, abgedeckt sein. Eine andere Bezeichnung für eine solche Abdeckplatte ist auch Spreizplatte. Die Abdeckplatte A kann aus einem wärmeleitfähigen Material, insbesondere einem Metall, gefertigt sein. Eine in den elektronischen Komponenten 15 entstehende Abwärme kann in die Abdeckplatte A der Leiterplatte 12 übertreten und sich dort auf eine Berührfläche verteilen, an welcher die jeweilige Kühleinheit 21 anliegen kann. On the respective circuit board 12th can use the electronic components 15th each be covered by a cover plate, in particular a common cover plate A. Another name for such a cover plate is also an expansion plate. The cover plate A can be made of a thermally conductive material, in particular a metal. One in the electronic components 15th The resulting waste heat can enter the cover plate A of the circuit board 12th step over and spread over a contact surface on which the respective cooling unit 21 can apply.

2 zeigt eine einzelne Kühleinheit 21. Dargestellt ist ein Deckenelement 23, das sich während der Expansionsbewegung 24 nach oben (in der Perspektive von 2) bewegen kann, während ein nicht sichtbares darunterliegendes Bodenelement 22 sich entgegengesetzt in der Expansionsbewegung 24 nach unten bewegen kann. Die Kühleinheit 21 kann über eine jeweilige Steckkupplung 30 an die Leitungsanordnung 17 (nicht dargestellt) angesteckt werden, sodass kühles Kühlwasser als Kühlflüssigkeit 20 durch eine der Steckkupplungen 30 in die Kühleinheit einfließen kann und durch die zweite Steckkupplung 30 die erwärmte Kühlflüssigkeit 20 ausfließen kann. Liegt der Flüssigkeitsdruck P unter dem besagten Schwellenwert, so werden Deckenelement 23 und Bodenelement 22 zusammengezogen, also entgegen der Expansionsbewegung 24 aufeinander zubewegt. Hierzu kann in der Kühleinheit 21 zumindest eine Rückholfeder 31 vorgesehen sein, welche der Expansionsbewegung 24 entgegenwirken, also entgegen dem Flüssigkeitsdruck P das Bodenelement 22 und das Deckenelement 23 zusammenhalten oder zusammenziehen. 2 shows a single cooling unit 21 . A ceiling element is shown 23 that occurs during the expansion movement 24 upwards (in the perspective of 2 ) can move while an invisible floor element underneath 22nd opposite in the expansion movement 24 can move down. The cooling unit 21 can via a respective plug-in coupling 30th to the line arrangement 17th (not shown) are plugged in, so that cool cooling water is used as the cooling liquid 20th through one of the plug-in couplings 30th can flow into the cooling unit and through the second plug-in coupling 30th the heated coolant 20th can flow out. Is the fluid pressure P. below said threshold value, then ceiling element 23 and floor element 22nd contracted, i.e. contrary to the expansion movement 24 moved towards each other. This can be done in the cooling unit 21 at least one return spring 31 be provided which of the expansion movement 24 counteract, i.e. against the fluid pressure P. the floor element 22nd and the ceiling element 23 stick together or pull together.

3 veranschaulicht in einer Explosionsdarstellung einen möglichen Aufbau oder eine mögliche Konstruktion der Kühleinheit von 2. 3 illustrates in an exploded view a possible structure or a possible construction of the cooling unit of 2 .

Die Zugehörigkeit der im Folgenden beschriebenen Teile zur Kühleinheit 21 wird durch ein T im Bezugszeichen symbolisiert. Das Bodenelement 22 weist in 3 das Bezugszeichen T1, das Deckenelement 23 das Bezugszeichen T2 auf. Dargestellt sind die folgenden zusätzlichen Elemente: Ein Anschlussblock T3, eine Hubmembran oder Rollmembran T4, die Rückstellfedern oder Rückholfedern T5, T6, eine Membranflanschplatte T7, eine Befestigungsfeder für eine spielbehaftete Halterung T8, ein Klemmstück T9 für die jeweilige Rückholfeder T5, T6, Befestigungsschrauben T10, Senkkopfschrauben T11, Gewindestifte T12, T13 zum Abdichten von Bohrungen im Bodenteil T1, 22, eine Flachdichtung T15, ein O-Ring T16 und ein Zentrierstift T17.The assignment of the parts described below to the cooling unit 21 is symbolized by a T in the reference number. The floor element 22nd points in 3 the reference number T1 , the ceiling element 23 the reference number T2 on. The following additional elements are shown: A connection block T3 , a lifting diaphragm or rolling diaphragm T4 , the return springs or return springs T5 , T6 , a diaphragm flange plate T7 , a fastening spring for a bracket with play T8 , a clamp piece T9 for the respective return spring T5 , T6 , Fastening screws T10 , Countersunk screws T11 , Threaded pins T12 , T13 for sealing holes in the bottom part T1 , 22nd , a flat gasket T15 , an O-ring T16 and a centering pin T17 .

In dem Bodenelement 22 können eine oder mehrere Flüssigkeitskammern 32 vorgesehen sein, in welche die Kühlflüssigkeit 20 mit dem Flüssigkeitsdruck P1 strömen kann. Die Flüssigkeitskammern 32 können zum Deckenelement 23 hin durch die beschriebene Rollmembran T4 abgedichtet sein. Die Rollmembran T4 kann aufgrund des Flüssigkeitsdrucks P expandiert oder auseinanderbewegt werden, wodurch sie das Deckenelement 23 entgegen dem Federdruck oder der Federkraft der Rückholfedern T5, T6 in der Expansionsbewegung von dem Bodenelement 22 wegbewegt, mit anderen Worten steigt das Volumen der Flüssigkeitskammern 32.In the floor element 22nd can have one or more fluid chambers 32 be provided in which the cooling liquid 20th with the fluid pressure P1 can flow. The liquid chambers 32 can become a ceiling element 23 through the rolling membrane described T4 be sealed. The rolling membrane T4 may due to the fluid pressure P. expanded or moved apart, making them the ceiling element 23 against the spring pressure or the spring force of the return springs T5 , T6 in the expansion movement of the floor element 22nd moved away, in other words the volume of the liquid chambers increases 32 .

4 veranschaulicht noch einmal die Anordnung der Kühleinheiten 21 an den Leiterplatten 12 in einer Konstellation, bei welcher jede Leiterplatte 12 als Steckkarte 13 für einen Steckplatz 14 des elektronischen Schaltungskreises 11 ausgestaltet ist. Jede Kühleinheit 21 kann über die spielbehaftete Halterung T8 an der jeweiligen Abdeckplatte A der Leiterplatte 12 montiert sein. In der Halterung T8 kann die Kühleinheit 21 relativbeweglich zu der Abdeckplatte A gehalten sein. Die Abdeckplatte A kann alle, einige oder eine der elektronischen Komponenten 15 berühren, wobei an der Berührfläche ein viskoses Wärmeleitmittel angeordnet sein kann, wie im Folgenden noch im Zusammenhang mit 5 beschrieben ist. 4th once again illustrates the arrangement of the cooling units 21 on the circuit boards 12th in a constellation in which every printed circuit board 12th as a plug-in card 13th for one slot 14th of the electronic circuit 11 is designed. Any cooling unit 21 can via the bracket with play T8 on the respective cover plate A of the circuit board 12th be mounted. In the holder T8 can the cooling unit 21 be held relatively movable to the cover plate A. The cover plate A can include all, some, or one of the electronic components 15th touch, it being possible for a viscous heat conduction agent to be arranged on the contact surface, as will be described below in connection with 5 is described.

Zum Montieren einer Leiterplatte 12 kann diese mit der an ihr durch die Halterung T8 gehaltene Kühleinheit 21 in den Steckplatz 14 eingesteckt werden und hierbei können die hydraulischen Steckkupplungen 30 in die Leitungsanordnung 17 eingesteckt werden. Durch die Steckkupplungen 30 ist dieser Vorgang tropffrei, das heißt es gelangt keine Kühlflüssigkeit auf die Leiterplatten 12. Durch die spielbehaftete Halterung T8 und die durch die Steckkupplungen 30 gegebene Beweglichkeit sind Toleranzen gegeben zum Einstecken der jeweiligen Steckkarte 13 in den Steckplatz 14 und zum gleichzeitigen Einstecken der Steckkupplungen 30. Wird dann die Kühlflüssigkeit mit dem Flüssigkeitsdruck P größer als der Schwellenwert beaufschlagt, so expandieren die Kühleinheiten 21 durch die Expansionsbewegungen 24 zwischen den Leiterplatten in die expandierte Stellung, in welcher sie die Leiterplatten 12 mit dem Anpressdruck 27 (siehe 1) beaufschlagen. For mounting a circuit board 12th can this with the one on her through the bracket T8 held cooling unit 21 into the slot 14th can be plugged in and the hydraulic plug-in couplings 30th into the line arrangement 17th be plugged in. Through the plug-in couplings 30th this process is drip-free, i.e. no coolant gets onto the circuit boards 12th . Due to the play-prone bracket T8 and through the plug-in couplings 30th Given mobility, tolerances are given for inserting the respective plug-in card 13th into the slot 14th and for the simultaneous insertion of the plug-in couplings 30th . Then the cooling liquid with the liquid pressure P. applied greater than the threshold value, the cooling units expand 21 through the expansion movements 24 between the circuit boards in the expanded position in which they hold the circuit boards 12th with the contact pressure 27 (please refer 1 ) apply.

Somit liegen die Kühleinheiten 21 mit Bodenelement und Deckenelement spaltfrei an. Hierdurch kann ein Wärmeübertritt aus den Leiterplatten 12 in die Kühleinheiten 21 optimiert werden.Thus, the cooling units lie 21 with floor element and ceiling element without gaps. This can result in heat transfer from the circuit boards 12th in the cooling units 21 be optimized.

Das Bodenelement und das Deckenelement können jeweils beispielsweise aus Aluminium oder aus Kupfer oder allgemein einem Metall oder einer Metalllegierung gefertigt sein, wodurch eine Wärmeleitfähigkeit sichergestellt werden kann.The floor element and the ceiling element can each be made, for example, of aluminum or of copper or, in general, of a metal or a metal alloy, whereby thermal conductivity can be ensured.

5 zeigt einen Vergleich zwischen einer herkömmlichen Konstellation K1 mit einer Leiterplatte 12, bei welcher eine elektronische Komponente 15 zu kühlen ist und hierzu ein Wärmeleitmittel 33 vorgesehen ist, über welches ein Kühlkörper 34 thermisch an die Komponente 15 angekoppelt sein kann. Das Wärmeleitmittel 33 kann als herkömmliches Wärmeleitmittel beispielsweise Festkörper enthalten und/oder zähflüssig sein. Insgesamt bleibt hierdurch eine Dicke d1 des Wärmeleitmittels 33 zwischen Komponente 15 und Kühlkörper 34 auf einem Wert, durch welchen ein sich ergebender Wärmeleitwiderstand zwischen elektronischer Komponente 15 und Kühlkörper 34 signifikant beeinträchtigt ist, was durch die dargestellte Gleichung 35 für den Wärmefluss deutlich wird. Der Wärmewiderstand Rth ergibt sich hierin als Rth = = A*d/λ, mit λ dem Wärmleitkoeffizienten, A der Fläche und d dem Abstand oder der Dicke in der aus dem Stand der Technik bekannte Definitionsweise. Diese eindimensionale Betrachtung ist hier zulässig, da kein relevanter Wärmegradient quer zur Richtung des Abstandes d vorliegt. 5 shows a comparison between a conventional constellation K1 with a circuit board 12th , in which an electronic component 15th is to be cooled and for this purpose a heat transfer agent 33 is provided over which a heat sink 34 thermally to the component 15th can be coupled. The heat transfer agent 33 can, for example, contain solids and / or be viscous as a conventional heat-conducting medium. Overall, this leaves a thickness d1 of the heat conducting means 33 between component 15th and heat sink 34 to a value by which a resulting thermal resistance between electronic components 15th and heat sink 34 is significantly impaired, which is clear from the illustrated equation 35 for the heat flow. The thermal resistance Rth results here as Rth = = A * d / λ, with λ the thermal conductivity coefficient, A the area and d the distance or the thickness in the definition known from the prior art. This one-dimensional view is permissible here, since there is no relevant thermal gradient transverse to the direction of the distance d.

5 zeigt des Weiteren eine Konstellation K2, wie sie sich bei dem Kühlsystem 16 ergeben kann. Auch hier ist dargestellt, wie von einer Leiterplatte 12 eine elektronische Komponente 15 zu kühlen sein kann. 5 ist eine Darstellung ohne Abdeckplatte A, um den folgenden Sachverhalt anschaulicher darstellen zu können. Durch eine Abdeckplatte A ändert sich an dem Sachverhalt allerdings nichts. Dargestellt ist, wie eine Kühleinheit 21 mit ihrem Bodenelement 22 und ihrem Deckenelement 23 durch den Flüssigkeitsdruck P der Kühlflüssigkeit 20 in der zumindest einen Flüssigkeitskammer 32 das Bodenelement oder (wie hier dargestellt) das Deckenelement 23 mit dem Anpressdruck 27 gegen die elektronische Komponente 15 drücken kann. Zwischen Kühleinheit 21 und elektronischer Komponente 15 kann hierbei ebenfalls ein Wärmeleitmittel 36 vorgesehen sein, das hier allerdings viskos sein kann. Als Wärmeleitmittel 36 kann beispielsweise eine Paste oder ein Fett verwendet werden, die bzw. das als Bingham-Fluid wirkt. Bevorzug wird ein Wärmeleitmittel 25 verwendet, das bei einer Beaufschlagung mit einer Anpresskraft, wie sie sich durch dem verfügbaren oder eingestellten Flüssigkeitsdruck P ergibt, sich auf eine Dicke d kleiner als 0,2 Millimeter, bevorzugt auf 0 oder nahezu 0, zusammendrücken lässt, hierbei aber ein am Rand herausquellender Anteil des Wärmeleitmittels 36 nicht tropft. Vorteilhafter Weise kann dies erreicht werden mit einem Wärmeleitgel. Ein Wärmeleitgel kann mit viskosen Eigenschaften versehen werden derart, dass sich ein minimaler Spalt von theoretisch 0 bis zu 0,1 mm durch Aufbringen eines Drucks ausprägen kann. Typischerweise sind das Gele mit dynamischer Viskosität bis zu 100.000 mPas („Milli-Pascalsekunden“) oder niedriger bis hin zu haftenden Ölen, die Bingham-Fluid-Eigenschaften haben und dadurch nicht abtropfen. Feste Füllstoffe sollten dabei nicht enthalten sein. Die genaue Festlegung der Viskosität hängt von der Plattengröße und dem Druck ab - hier typischer weise zwischen 50 und 100 cm² und einer Druckkraft von ca. 20 - 200 N. 5 also shows a constellation K2 how it relates to the cooling system 16 can result. Here, too, it is shown as from a printed circuit board 12th an electronic component 15th can be too cool. 5 is a representation without cover plate A, in order to be able to illustrate the following facts more clearly. A cover plate A does not, however, change the situation. It is shown like a cooling unit 21 with their floor element 22nd and their ceiling element 23 by the fluid pressure P. the coolant 20th in the at least one liquid chamber 32 the floor element or (as shown here) the ceiling element 23 with the contact pressure 27 against the electronic component 15th can press. Between cooling unit 21 and electronic components 15th can also use a heat transfer agent 36 be provided, which can, however, be viscous here. As a heat transfer agent 36 For example, a paste or fat that acts as Bingham fluid can be used. A heat conducting agent is preferred 25th used when a contact pressure is applied, as determined by the available or set fluid pressure P. results, can be compressed to a thickness d of less than 0.2 millimeters, preferably to 0 or almost 0, but in this case a proportion of the heat conducting agent that swells out at the edge 36 not dripping. This can advantageously be achieved with a heat conduction gel. A thermally conductive gel can be provided with viscous properties in such a way that a minimal gap of theoretically 0 to 0.1 mm can be formed by applying pressure. Typically, these are gels with a dynamic viscosity of up to 100,000 mPas ("milli-Pascal seconds") or lower up to adhesive oils that have Bingham fluid properties and therefore do not drip off. Solid fillers should not be included. The exact definition of the viscosity depends on the plate size and the pressure - here typically between 50 and 100 cm ² and a pressure force of approx. 20 - 200 N.

Durch ein solches viskoses Wärmeleitmittel 36 kann insbesondere eine Rauigkeit der sich berührenden Oberflächen kompensiert werden, sodass Lufteinschlüsse durch Rauigkeit kompensiert sind. Insgesamt ergibt sich ein Film aus Wärmeleitmittel 36 mit einer Dicke d2 zwischen elektronischer Komponente 15 und Kühleinheit 21. Der Wert der Dicke d2 ist geringer als der Wert der Dicke d1. Gemäß der dargestellten Gleichung 35 verringert sich hierdurch der Wärmeleitwiderstand im Verhältnis zur Konstellation K1.By such a viscous thermal conductor 36 In particular, a roughness of the contacting surfaces can be compensated so that air inclusions are compensated for by the roughness. Overall, the result is a film of thermal conductive agent 36 with a thickness d2 between electronic component 15th and cooling unit 21 . The value of the thickness d2 is smaller than the value of the thickness d1. According to equation 35 shown, this reduces the thermal resistance in relation to the constellation K1 .

Der Wärmeleitspalt d (d1 oder d2) zwischen SOC-Case (als Beispiel für eine elektronische Komponente) zum Kühler richtet sich nicht nach Toleranzen oder Gapfiller-Dicke Gapfiller-Pad-Dicke sondern die Kühleinheit dehnt sich aus und der Spalt wird minimiert.The heat conduction gap d (d1 or d2) between the SOC case (as an example of an electronic component) and the cooler is not based on tolerances or gap filler pad thickness, but rather the cooling unit expands and the gap is minimized.

K1: bei nichtleitendem Gapfiller max. bis zu 4,5 W/mK (Spalt d1 dann typischer Weise bis 1,1 mm, da Toleranzen zu berücksichtigen sind). K2: bei niedrigviskosem Gapfiller ca. 2 W/mK (Spalt d2 = 0,1 mm, da die Toleranzen eliminiert sind).K1: with non-conductive gap filler max. Up to 4.5 W / mK (gap d1 then typically up to 1.1 mm, since tolerances have to be taken into account). K2: with low-viscosity gap filler approx. 2 W / mK (gap d2 = 0.1 mm, since the tolerances are eliminated).

Insgesamt können in dem elektronischen Schaltungskreis 11 durch die expansionsfähigen Kühleinheiten 21 zum einen eine spaltfreie Anordnung der Kühleinheiten 21 an den zu kühlenden Leiterplatten 12 sichergestellt werden und zum anderen lässt sich gegen eine Vibration 28 die Leiterplatte 12 in dem Schaltungskreis 11 mechanisch verspannen.Overall, in the electronic circuit 11 thanks to the expandable cooling units 21 on the one hand, a gap-free arrangement of the cooling units 21 on the circuit boards to be cooled 12th be ensured and on the other hand can be against a vibration 28 the circuit board 12th in the circuit 11 mechanically brace.

Die Minimierung des Spaltes erreicht man somit dadurch, dass man die Kühleinheit als Kühlkörper in Bezug auf seine Dicke zwischen den Leiterplatten „atmend“ gestaltet und somit auf den Prozessor oder eine andere zu kühlende elektronische Komponenten zubewegen lässt. Dieser atmende Kühlkörper löst das Problem der Toleranzen, indem er das Spaltmaß (theoretisch auf 0) reduzieren kann und zudem der Anpressdruck auf die Kühlfläche eingestellt werden kann, welcher ebenfalls für den Wärmeübergang optimierend wirkt.The minimization of the gap is thus achieved by using the cooling unit as a heat sink in relation to its thickness between the circuit boards "Breathing" designed and thus can be moved towards the processor or another electronic component to be cooled. This breathing heat sink solves the problem of tolerances by being able to reduce the gap size (theoretically to 0) and also by adjusting the contact pressure on the cooling surface, which also optimizes the heat transfer.

Die Fähigkeit sich auszudehnen (zu „atmen“) kann durch einen hydrostatischen Druck im durch den Kühlkörper zirkulierenden Kühlwasser (Kühlflüssigkeit) erreicht werden. Dabei wird das Kühlwasser durch eine Pumpe durch den Kühlkörper in einem Kreislauf transportiert, die Wärme wird in einem Wärmetauscher an anderer Stelle abgeführt und der geschlossene Kreislauf wird mit einem überlagerten hydrostatischen Druck beaufschlagt. Dieser Druck sorgt dafür, dass der zweiteilige Kühlkörper sich ausdehnt und den Spalt somit minimiert. Dabei richtet sich das Maß der Ausdehnung immer auf das Erreichen des Bauteils aus. welches der größte Verlustleister (Hauptprozessor) sein sollte.The ability to expand (“breathe”) can be achieved through hydrostatic pressure in the cooling water (cooling liquid) circulating through the heat sink. The cooling water is transported through the heat sink in a circuit by a pump, the heat is dissipated elsewhere in a heat exchanger and the closed circuit is subjected to a superimposed hydrostatic pressure. This pressure ensures that the two-part heat sink expands and thus minimizes the gap. The extent of the expansion is always based on reaching the component. which should be the biggest loss provider (main processor).

Diese Eigenschaft löst das Problem der Toleranzen und der Kühlkörper orientiert sich damit immer an den Positionen der zu entwärmenden Bauteile. Speziell bei Racks, die eine besonders hohe Bauteildichte bezogen aufs Volumen der Baugruppe ermöglichen, ist eine Stapelung mit Zwischenkühlern in atmender Bauweise besonders zielführend, da die einzelnen Rack-Steckkarten dadurch querkraftfrei gelagert werden können und gleichzeitig bei auftretenden Schwingungen trotzdem optimal gelagert sind. Die Hydraulische Ausdehnung und Beweglichkeit der der Kühlkörper wird hier über eine Rollmembrane umgesetzt und bei Demontage der Kühler geht der Kühlköper über eine Rückholfeder wieder in die Ursprungslage zurück. Der Vorteil bezüglich des Wärmeabtransportes ist an einem Rechenbeispiel ebenfalls nachfolgend dargestellt. In diesem Beispiel kann der Prozessor um 15K kühler gehalten werden.This property solves the problem of tolerances and the heat sink is always based on the positions of the components to be cooled. Especially with racks that enable a particularly high component density in relation to the volume of the assembly, stacking with intercoolers in a breathing design is particularly effective, as the individual rack plug-in cards can be stored without transverse forces and at the same time are still optimally stored in the event of vibrations. The hydraulic expansion and mobility of the heat sinks is implemented here via a rolling membrane and when the cooler is dismantled, the heat sink returns to its original position via a return spring. The advantage in terms of heat dissipation is also shown below using a calculation example. In this example, the processor can be kept 15K cooler.

Kräfte heben sich durch den überall gleich aufgebrachten hydrostatischen gegenseitig auf. Die Leiterplatten sind dadurch querkraftfrei gelagert und die Position orientiert sich an den Steckern. Die somit nicht toleranzausgleichend sein müssen. Durch die hydrostatische Einspannung sind alle Leiterplatten im Rack bzgl. Schwingungen optimal gelagertForces cancel each other out due to the hydrostatic being applied equally everywhere. This means that the printed circuit boards are stored free of transverse forces and the position is based on the connectors. Which therefore do not have to compensate for tolerances. Due to the hydrostatic clamping, all circuit boards in the rack are optimally supported with regard to vibrations

Die Rackeinschübe (Steckkarten) werden hydrostatisch eingespannt und somit querkraftfrei im Rack gehalten Positionstoleranzen (Steckerbedingt) werden kompensiert. Die Karten sind samt Kühler über Schnellkupplungen einsteckbar (Tropfenfrei).The rack modules (plug-in cards) are clamped hydrostatically and thus held in the rack free of lateral forces. Position tolerances (due to the connector) are compensated. The cards, including the cooler, can be plugged in using quick-release couplings (drop-free).

Bei High Performance Rechnern mit üblicherweise bis zu 190 W Verlustleistung je SOC kann ein Wärmeleitpfad bereitgestellt werden, um in einem Kraftfahrzeug mit 50°C bis 65°C Vorlauftemperatur des Wassers (Kühlflüssigkeit) überhaupt die Verlustwärme abtransportieren zu können.In the case of high-performance computers with a power loss of up to 190 W per SOC, a heat conduction path can be provided in order to be able to remove the heat loss in a motor vehicle with a flow temperature of the water (cooling liquid) at 50 ° C to 65 ° C.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Entwärmung eines Hochleistungsrechners über „atmendes“ Wasserkühlsystem bereitgestellt werden kann.Overall, the examples show how the invention can provide cooling for a high-performance computer via a “breathing” water cooling system.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102015103096 A1 [0002]
EP 3086147 A1 [0003]
US 2004/0218365 A1 [0004]

Claims

Electronic circuit (11) with a cooling system (16), the circuit (11) having at least one printed circuit board (12) with at least one electronic component (15) to be cooled by the cooling system (16) and the cooling system (16) being a hydraulic one Line arrangement (17) with at least one line (18) for guiding a cooling liquid (20) and with at least one cooling unit (21) connected to the line arrangement (17), the respective cooling unit (21) being connected to at least one printed circuit board (12). is applied, characterized in that the respective cooling unit (21) has at least one liquid chamber (32) through which the cooling liquid (20) can flow, which is hydraulically coupled to the line arrangement (17) and which is connected on one side by a base element (22) and on on an opposite side is bounded by a ceiling element (23), the floor element (22) and the ceiling element (23) being mounted so as to be movable relative to one another and the cooling system (16) is set up to press the floor element (22) and the ceiling element (23) apart into an expanded position in which the floor element (22) and / or the The ceiling element (23) is pressed against a printed circuit board (12) and exerts a contact pressure (17) against the at least one component (15) of the printed circuit board (12) to be cooled.

Circuit (11) Claim 1 , wherein the at least one circuit board (12) is arranged between and parallel to two lateral support walls (26) and each circuit board (12) is flanked on both sides by a cooling unit (21) and by the resulting contact pressure (27) on both sides in the circuit (11) is clamped.

Circuit (11) Claim 2 , wherein the cooling units (21) on both sides of the respective circuit board (12) are hydraulically coupled (29) via the line arrangement (17).

Circuit (11) according to one of the preceding claims, wherein the respective cooling unit (21) is floatingly mounted in the circuit (11) along an expansion direction (E) along which its base element (22) and its ceiling element (23) can be moved apart and is mechanically clamped in the expanded position.

Circuit (11) according to one of the preceding claims, wherein the respective printed circuit board (12) is designed as a plug-in card (13) and each cooling unit (21) is connected to the line arrangement (17) via a hydraulic plug-in coupling (30).

Circuit (11) according to one of the preceding claims, wherein the respective cooling unit (21) is preassembled on a respective printed circuit board (12) by means of a bracket (T8) with play.

Circuit (11) according to one of the preceding claims, wherein in the at least one cooling unit (21) at least one return spring (31) pulls the base element (22) and ceiling element (23) together into a retracted position by means of a spring force if the liquid pressure (P ) is smaller than a predetermined threshold value, and the liquid pressure (P) only pushes the base element (22) and the ceiling element (23) apart against the spring force into the expanded position in that the liquid pressure (P) is greater than the threshold value.

Circuit (11) according to one of the preceding claims, wherein the respective circuit board (12) has at least one component (15) to be cooled through a cover plate (A) of the circuit board (12) to the cooling unit (21) exerting the contact pressure (27) is covered and the cover plate (A) transfers the contact pressure (27) from the respective cooling unit (21) to the at least one component (15) of the circuit board (12) to be cooled.

Circuit (11) according to one of the preceding claims, wherein between the cooling unit (21) and printed circuit board (12) and / or on the component (15) to be cooled, such a low-viscosity heat conduction means (36) is arranged that it is through the Cooling unit (21) caused contact pressure (27) flows.

Circuit (11) according to one of the preceding claims, wherein the cooling system (16) in the line arrangement (17) and the at least one cooling unit (21) a static fluid pressure as part of the fluid pressure by means of at least one compression spring (F) and / or an adjustable lifting cylinder (P) provides.

Cooling unit (21) for a cooling system (16) of a circuit (11) according to one of the preceding claims, wherein the cooling unit (21) has at least one liquid chamber (32) through which a cooling liquid (20) can flow and which is connected to a line arrangement (17) of the The cooling system (16) is designed so that it can be hydraulically coupled and which is delimited on one side by a floor element (23) and on an opposite side by a ceiling element (22), the floor element (22) and the ceiling element (23) being mounted so as to be movable relative to one another and are set up to be pushed apart by a liquid pressure (P) of the cooling liquid (20) of the cooling system (16) into an expanded position.

Cooling unit (21) Claim 11 , the respective liquid chamber (32) being closed in a liquid-tight manner towards the ceiling element (23) by means of a respective rolling membrane (T4).

Motor vehicle (10) with a circuit (11) according to one of the Claims 1 until 10 .