Titel

Einschubmodul und Modulanordnung

Die Erfindung betrifft ein Einschubmodul, insbesondere für eine Modulanordnung in einem Fahrzeug. Zudem betrifft die Erfindung eine Modulanordnung, insbeson dere für ein Fahrzeug, mit mindestens einem solchen Einschubmodul sowie ein Verfahren zur Herstellung einer externen thermischen Schnittstelle eines solchen Einschubmoduls.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Entwärmungstechnologien be kannt, um elektrische Baugruppen oder Module, wie beispielsweise Steuerge räte, Leistungsendstufen usw., oder einzelne elektrische Bauteile, wie beispiels weise Leistungshalbleiter, Prozessoren, Mikrocontroller usw., in einem vorgege benen Temperaturbereich zu betreiben. Hierbei hat die thermische Anbindung der Komponenten als Wärmequellen an eine Wärmesenke, wie beispielsweise eine Kühlvorrichtung, einen hohen Einfluss.

Aus der nachveröffentlichten DE 102021 202 654 Al der Anmelderin ist bei spielsweise eine Wärmeableitvorrichtung, insbesondere für eine Steuergerätean ordnung in einem Fahrzeug, mit einem an mindestens einer Seite offenen Auf nahmeraum und mindestens einem in dem Aufnahmeraum angeordneten Mosa iksegment bekannt, welches ein thermisch leitendes und elastisches Ausgleich selement und einen thermisch leitenden adhäsionsarmen Kontaktbereich um fasst. Das mindestens eine Mosaiksegment ist so in dem Aufnahmeraum ange ordnet, dass das thermisch leitende und elastische Ausgleichselement des min destens einen Mosaiksegments an einer inneren Oberfläche eines Bodens des Aufnahmeraums anliegt und zumindest der thermisch leitende adhäsionsarme Kontaktbereich des mindestens einen Mosaiksegments an einer offenen Seite des Aufnahmeraums, welche dem Boden gegenüberliegt, teilweise aus dem Auf nahmeraum übersteht. Hierbei bildet eine äußere Oberfläche des Bodens des Aufnahmeraums eine feste erste Kontaktfläche für eine Wärmequelle oder für eine Wärmesenke aus, und der thermisch leitende adhäsionsarme Kontaktbe reich des mindestens einen Mosaiksegments bildet eine flexible zweite Kontakt fläche für die Wärmesenke oder für die Wärmequelle aus.

Zudem ist aus der nachveröffentlichten DE 10 2021 203 625 Al eine Elektronik baugruppe eines Kraftfahrzeug bekannt, welche zumindest eine Elektronikeinheit mit zumindest einem Elektronikbauteil und zumindest ein Gehäuse umfasst, wel ches die Elektronikeinheit mit dem Elektronikbauteil umschließt. Das Elektronik bauteil steht mit dem Gehäuse in wärmeleitender Verbindung. Hierbei ist zur Ent- wärmung des Elektronikbauteils außerhalb des Gehäuses zumindest eine Wär meableitung bzw. ein Bauteil mit hoher Wärmeleitfähigkeit angeordnet. Zudem offenbart die DE 10 2021 203 625 Al eine Vorrichtung zur Aufnahme austausch barer Elektronikbaugruppen, mit zumindest einem Gehäuse aus einem wärmelei tenden Material, welches die austauschbaren Elektronikbaugruppen zumindest teilweise umschließt. Zudem ist eine mit dem Gehäuse lösbar verbundene Vor derseite vorgesehen, über welche ein Zugang zu den im Inneren des Gehäuses angeordneten austauschbaren Elektronikbaugruppen möglich ist. Zur Kühlung der austauschbaren Elektronikbaugruppen ist an zumindest einer Außenseite des Gehäuses zumindest ein Kühler angeordnet. Eine rückseitige Gehäuseabde ckung umfasst zumindest eine Durchführung für zumindest einen Stecker und/o der zumindest eine Abschirmung und/oder zumindest eine Aufnahme für eine pa rallel zu der Gehäuseabdeckung ausgerichtete Rückwandleiterplatte, welche zur Kontaktierung der austauschbaren Elektronikbaugruppen dient.

Offenbarung der Erfindung

Das Einschubmodul mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und die Modulanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentan spruchs 9 haben jeweils den Vorteil, dass durch mindestens eine externe thermi sche Schnittstelle größere Anbindungsflächen zu einer externen Wärmsenke möglich sind. Dadurch kann eine höhere Entwärmungsleistung umgesetzt wer- den. Alternativ kann bei gleicher Entwärmungsleistung die zur Entwärmung erfor derliche Kontaktfläche reduziert werden. Zudem können durch mindestens ein thermisch leitendes elastisches Ausgleichselement der mindestens einen exter nen thermischen Schnittstelle Unebenheiten zwischen einer Wärmeableitvorrich- tung und der externen Wärmesenke ausgeglichen werden. Durch den verbesser ten Wärmeübertrag kann die Lebensdauer der elektrischen Bauteile als Wärme quellen verlängert werden. Durch mindestens ein thermisch leitendes gleitfähiges Kontaktelement der mindestens einen externen thermischen Schnittstelle kann diese einfach wieder von der korrespondierenden Kontaktfläche der Wärme senke abgehoben werden, ohne dass Teile des mindestens einen thermisch lei tenden elastischen Ausgleichselements auf der Kontaktfläche der Wärmesenke Zurückbleiben. Zudem können durch das mindestens eine thermisch leitende elastische Ausgleichselement größere Toleranzen bei den Kontaktflächen der Wärmeableitvorrichtung und der externen Wärmesenke zugelassen werden. Dadurch können die Herstellungskosten weiter reduziert werden.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Einschubmodul, ins besondere für eine Modulanordnung in einem Fahrzeug, mit einem Modulge häuse, mindestens einer Wärmeableitvorrichtung und mindestens einem auf ei ner Leiterplatte angeordneten elektrischen Bauteil zur Verfügung. Das Modulge häuse umgibt die Leiterplatte zumindest teilweise. Die mindestens eine Wärme ableitvorrichtung weist an einer dem mindestens einen elektrischen Bauteil zuge wandten Oberfläche mindestens eine interne thermische Schnittstelle auf, welche ausgeführt ist, das mindestens eine elektrischen Bauteil mit der mindestens ei nen Wärmeableitvorrichtung thermisch zu koppeln. Zudem weist die mindestens eine Wärmeableitvorrichtung an einer dem mindestens einen elektrischen Bauteil abgewandten Oberfläche mindestens eine externe thermische Schnittstelle auf, welche ausgeführt ist, die mindestens eine Wärmeableitvorrichtung mit einer ex ternen Wärmesenke thermisch zu koppeln. Hierbei umfasst die mindestens eine externe thermische Schnittstelle mindestens ein thermisch leitendes elastisches Ausgleichselement, welches mit der mindestens einen Wärmeableitvorrichtung verbunden und ausgeführt ist, beim Ausbilden der korrespondierenden externen thermischen Schnittstelle komprimiert zu werden, und mindestens ein thermisch leitendes gleitfähiges Kontaktelement, welches auf das mindestens eine ther misch leitende elastische Ausgleichselement aufgebracht und ausgeführt ist, eine thermische Kontaktfläche der externen thermischen Schnittstelle zu der externen Wärmsenke auszubilden und das mindestens eine thermisch leitende elastische Ausgleichselement zu komprimieren.

Zudem wird eine Modulanordnung, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse, in welchem eine Rückwandleiterplatte, mindestens eine externe Wär mesenke und mindestens ein Steckplatz angeordnet sind, und mit mindestens einem solchen Einschubmodul vorgeschlagen. Hierbei ist das mindestens eine Einschubmodul an einem korrespondierenden Steckplatz so in eine korrespon dierende Aufnahmeöffnung des Gehäuses eingeschoben, dass das Einschubmo dul zwischen einer ersten Kontaktfläche und einer zweiten Kontaktfläche der Auf nahmeöffnung formschlüssig und kraftschlüssig gehalten ist, wobei das durch die Einschubbewegung komprimierte mindestens eine thermisch leitende elastische Ausgleichselement mit dem mindestens einen thermisch leitenden gleitfähigen Kontaktelement die mindestens eine externe thermische Schnittstelle zu der min destens einen externen Wärmsenke ausbilden, so dass die von dem mindestens einen elektrischen Bauteil des Einschubmoduls erzeugte Wärme über die min destens eine interne thermische Schnittstelle und die mindestens eine Wärmeab- leitvorrichtung und die mindestens eine externe thermische Schnittstelle direkt in die mindestens eine externe Wärmsenke ableitbar ist.

Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung einer externen thermischen Schnittstelle eines solchen Einschubmoduls vorgeschlagen, welches die nachfol genden Schritte umfasst: Bereitstellen des Einschubmoduls, Aufbringen des min destens einen thermisch leitenden elastischen Ausgleichselements auf die dem mindestens einen elektrischen Bauteil abgewandten Oberfläche der mindestens einen Wärmeableitvorrichtung. Verbinden des in Einschubrichtung vorderen ers ten Endbereichs des mindestens einen thermisch leitenden gleitfähigen Kontak telements mit der mindestens einen Wärmeableitvorrichtung und Aufbringen des mindestens einen thermisch leitenden gleitfähigen Kontaktelements auf das min destens eine thermisch leitende elastische Ausgleichselement.

Ausführungsformen der externen thermischen Schnittstelle erlauben es, Uneben heitstoleranzen zu einer externen Wärmesenke auszugleichen und einen guten Wärmeübertrag auch bei Unebenheiten der Oberflächen und bei Partikeln zwi schen den Oberflächen aufzunehmen, ohne dass ein bleibender Luftspalt zwi schen der Wärmeableitvorrichtung und der externen Wärmesenke entsteht.

Unter einem Einschubmodul kann nachfolgend eine Elektronikbaugruppe ver standen werden, welche insbesondere rechenintensive Funktionen im Kraftfahr zeugbereich ausführt und beispielsweise für teilautonome oder autonome Fahr funktionen, Kommunikationsfunktionen, Gateway-Funktionalitäten, Infotainment funktionen, Sicherheitsfunktionen usw. eingesetzt werden kann. Die zugehörigen elektrischen Bauteile umfassen leistungsstarke Prozessoren, Multikernprozesso ren oder hochintegrierte Schaltungen (SoC, System-on-Chip) oder Leistungs halbleiter, die sich durch hohe Verlustleistungen auszeichnen. Die Ausführung als Einschubmodul ermöglicht eine einfache Austauschbarkeit in der korrespon dierenden Modulanordnung und erlaubt auch ein späteres Nachrüsten von aktu eller Hardware, indem Elektronikbaugruppen entsprechend ausgetauscht oder eingesetzt werden können.

Unter einer Wärmeableitvorrichtung wird nachfolgend ein Bauteil mit einer beson ders guten Wärmeleitfähigkeit verstanden, welches beispielsweise als Druck gussbauteil, insbesondere Aluminiumdruckgussbauteil, oder als Strangpressteil oder Blechteil ausgebildet sein kann.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiter bildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentan spruch 1 angegebenen Einschubmoduls und der im unabhängigen Patentan spruch 9 angegebenen Modulanordnung, insbesondere für ein Fahrzeug mög lich.

Besonders vorteilhaft ist, dass die mindestens eine externe thermische Schnitt stelle in einem Aufnahmeraums der mindestens einen Wärmeableitvorrichtung angeordnet werden kann, wobei das mindestens eine thermisch leitende gleitfä hige Kontaktelement vollständig und das mindestens eine thermisch leitende elastische Ausgleichselement zumindest teilweise aus dem Aufnahmeraum über- stehen können. Dadurch kann eine Tiefe des Aufnahmeraums einen Maximalbe reich darstellen, über welchen das mindestens eine thermisch leitende elastische Ausgleichselement nicht weiter komprimiert werden kann.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Einschubmoduls kann das mindestens eine thermisch leitende elastische Ausgleichselement unlösbar mit der mindestens ei nen Wärmeableitvorrichtung verbunden sein. Vorzugsweise kann das mindes tens eine thermisch leitende elastische Ausgleichselement durch Kleben mit der Wärmeableitvorrichtung verbunden sein. Alternativ können auch andere geeig nete Verbindungstechniken eingesetzt werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Einschubmoduls kann das mindestens eine thermisch leitende elastische Ausgleichselement als Gap- Filler ausgeführt sein. So kann beispielsweise eine handelsübliche silikonbasierte, selbstklebende und gut wärmeleitfähige Matte mit einer Stärke von 1,52mm als thermisch leiten des elastisches Ausgleichselement verwendet werden. Dadurch können bei spielsweise Unebenheiten in einem Bereich von ca. ±0,2 mm kompensiert. Das mindestens eine thermisch leitende elastische Ausgleichselement kann beispiels weise als flächige Matte oder als Streifen ausgeführt sein.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Einschubmoduls können das mindes tens eine thermisch leitende gleitfähige Kontaktelement als Streifen oder Platte ausgeführt sein. Das mindestens eine thermisch leitende gleitfähige Kontaktele ment besteht aus einem sehr dünnen, reißfesten und widerstandsfähigen Mate rial, welches aber nicht speziell dafür bearbeitet werden muss. Als Material kann beispielsweise Messing, Kupfer, Aluminium, Kohlenstoff (Karbonfasern), Graphit oder aber auch Federstahl verwendet werden. Das mindestens eine thermisch leitende gleitfähige Kontaktelement kann beispielsweise als sehr dünnes Walz blech oder als Kohlefasermatte mit einer Stärke von ca. 0,02mm bis 0,1mm vor liegen. Um den Ausgleich von Unebenheiten und Partikeln zu verstärken, können alternativ zu einem großflächigen thermisch leitenden gleitfähigen Kontaktele ment auch mehrere Streifen von thermisch leitenden gleitfähigen Kontaktelemen ten aufgebracht werden. Die Streifen können beispielweise als Stanz- oder La- ser-schneidteile hergestellt werden und beispielsweise eine Breite zwischen 5 und 20mm aufweisen. Daher ergibt sich eine hohe geometrische Freiheit, so dass die Streifen in Geometrie und Materialauswahl und Flächenanteil an einer gesamten Kühlfläche einfach an die Anforderungen angepasst werden können. Da das mindestens eine thermisch leitende elastische Ausgleichselement von den einzelnen Streifen oder die Platte weitgehend abgedeckt wird, kann das min destens eine thermisch leitende gleitfähige Kontaktelement leicht von einer Kon taktfläche der Wärmesenke entfernt werden. Hierbei kann sich die externe ther mische Schnittstelle aufgrund des kompressiblen mindestens einen thermisch lei tenden elastischen Ausgleichselements den Oberflächenunebenheiten anpas sen. Damit können auch unebene gefügte Oberflächen großflächig Kontakt be kommen und somit einen guten Wärmeübertrag aufweisen. Des Weiteren kann sich eine hohe Robustheit gegenüber Verschmutzung ergeben, da einzelne Schmutzpartikel im Luftspalt zwischen den einzelnen Streifen der thermisch lei tenden gleitfähigen Kontaktelemente nur das Anliegen eines einzelnen Streifens verhindern können. Damit ist weiterhin ein guter Wärmeübertrag aller anderer Streifen gewährleistet. Zwischenräume zwischen den Streifen können als „Volu menpuffer“ dienen. Im Falle von Partikeln oder lokalen Unebenheiten können diese Räume beispielsweise als Volumenausgleich für ein Klebermedium dienen, welches die Streifen an dem mindestens einen thermisch leitenden elastischen Ausgleichselement hält.

Zudem sind aber auch weitere Lösungsansätze denkbar, wie beispielsweise Lö cher in dem mindestens einen thermisch leitenden gleitfähigen Kontaktelement, welche es erlauben, dass das mindestens eine thermisch leitende elastische Ausgleichselement direkten Kontakt mit der Wärmesenke bekommt. Idealerweise presst sich das Material erst nach dem Montagevorgang durch die Öffnungen, um diesen nicht zu behindern, oder wird erst durch Abziehen eines Films wirk sam. Mit diesem Prinzip wird teilweise ein weiterer Übergangswiderstand einge spart. Allerdings ist dieses Verfahren nur sinnvoll, wenn der thermische Wider stand des Materials des mindestens einen thermisch leitenden elastischen Aus gleichselements kleiner als die Summe des thermischen Widerstands des min destens einen thermisch leitenden gleitfähigen Kontaktelements und des Über gangswiderstands ist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Einschubmoduls kann das mindestens eine thermisch leitende gleitfähige Kontaktelement an einem in Einschubrichtung vorderen ersten Endbereich mit der mindestens einen Wärmeableitvorrichtung verbunden sein. Dadurch kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass sich das mindestens eine thermisch leitende gleitfähige Kontaktelement beim Einschieben des Einschubmoduls von dem mindestens einen thermisch leiten den elastischen Ausgleichselement löst. Das bedeutet, dass durch eine erste Verbindung am ersten Endbereich Reibungskräfte beim Einstecken des Ein schubmoduls abfangen werden können. Alternativ kann das mindestens eine thermisch leitende gleitfähige Kontaktelement an beiden Endbereichen mit der mindestens einen Wärmeableitvorrichtung verbunden sein. Durch eine zusätzli che zweite Verbindung an einem zweiten Endbereich können Reibungskräfte beim Herausziehen des Einschubmoduls abgefangen werden. Als Verbindungs technik kann vorzugsweise Laserschweißen genutzt werden. Selbstverständlich sind auch andere geeignete Verbindungsverfahren, wie beispielsweise Schwei ßen, Toxen, Nieten, Schrauben, Klemmen oder Löten denkbar, die wiederum von der Materialpaarung abhängen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Modulanordnung kann die mindestens eine Wärmesenke als Kühlvorrichtung ausgebildet sein. Hierbei kann die mindestens eine Aufnahmeöffnung in der Kühlvorrichtung ausgebildet sein.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Modulanordnung kann die mindestens eine Kühlvorrichtung mehrere Kühlelemente aufweisen, wobei zwischen zwei be nachbart zueinander angeordneten Aufnahmeöffnungen mindestens ein Kühlele ment angeordnet sein kann. Zudem kann das mindestens eine Kühlelement bei spielsweise als Metallplatte ausgeführt sein, in welche mindestens ein Kühlkanal eingebracht ist. Durch den mindestens einen Kühlkanal kann beispielsweise Wasser oder ein anderes geeignetes Kühlmittel geleitet werden, um die von dem mindestens einen elektrischen Bauteil erzeugte Wärme abführen zu können. Al ternativ kann das Kühlelement beispielsweise auch als so genannte Vapor Chamber, Heatpipe, Pulsating Heatpipe ausgeführt sein.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Modulanordnung kann das Einschubmodul mindestens einen Stecker aufweisen, welcher im eingeschobenen Zustand in eine korrespondierende Steckeraufnahme der Rückwandleiterplatte eingesteckt sein kann. Das Montageprinzip der erfindungsgemäßen Modulanordnung besteht darin, dass ein Einschubmodul, wie eine Schublade am korrespondierenden Steckplatz in eine zugehörige Aufnahmeöffnung eingeschoben werden kann. Hierbei wird das Einschubmodul so weit in die Aufnahmeöffnung eingeführt, bis der mindes tens eine Stecker des Einschubmoduls in die korrespondierende Steckerauf nahme der Rückwandleiterplatte eingesteckt ist. Während des Einschiebevor- gangs des Einschubmoduls bewirkt die aufgewandte Schiebekraft eine senkrecht zur Schieberichtung wirkende Kompressionskraft, welche das mindestens eine thermisch leitende elastische Ausgleichselement der mindestens einen externen thermischen Schnittstelle komprimiert. Selbstverständlich soll die Kraft, welche erforderlich ist, das Einschubmodul in die Aufnahmeöffnung einzuführen, so klein wie möglich sein, und somit sind die Reibpartner entsprechend auszulegen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines Aus führungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Modulanordnung, insbesondere für ein Fahrzeug, mit Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Einschub moduls.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts des erfindungsge mäßen Einschubmoduls aus Fig. 1 von unten.

Fig. 3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels ei nes erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer externen thermischen Schnittstelle des Einschubmoduls aus Fig. 1 und 2. Fig. 4 bis 6 zeigen jeweils eine schematische Schnittdarstellung eines Aus schnitts des erfindungsgemäßen Einschubmoduls aus Fig. 1 und 2 während der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aus Fig. 3.

Ausführungsformen der Erfindung

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiele ei ner erfindungsgemäßen Modulanordnung 1, insbesondere für ein Fahrzeug, ein Gehäuse 3, in welchem eine Rückwandleiterplatte 5, mindestens eine Wärme senke 8 und mindestens ein Steckplatz 6 angeordnet sind, und mindestens ein Einschubmodul 10, welches an einem korrespondierenden Steckplatz 6 so in eine korrespondierende Aufnahmeöffnung 9 des Gehäuses 3 eingeschoben ist, dass das Einschubmodul 10 zwischen einer ersten Kontaktfläche 9.1 und einer zweiten Kontaktfläche 9.2 der Aufnahmeöffnung 9 formschlüssig und kraftschlüs sig gehalten ist. Hierbei bildet mindestes ein durch die Einschubbewegung kom primiertes thermisch leitendes elastisches Ausgleichselement 18 mit mindestens einem thermisch leitenden gleitfähigen Kontaktelement 19 die mindestens eine externe thermische Schnittstelle 17 zu der mindestens einen externen Wärm senke 8 aus, so dass die von mindestens einem elektrischen Bauteil 15 des min destens einen Einschubmoduls 10 erzeugte Wärme über mindestens eine in terne thermische Schnittstelle 16 und mindestens eine Wärmeableitvorrichtung 12 und die mindestens eine externe thermische Schnittstelle 17 direkt in die min destens eine externe Wärmsenke 8 ableitbar ist.

Der in Fig. 1 dargestellte Ausschnitt der Modulanordnung 1 zeigt zwei Steck plätze 6a, 6B, in welche jeweils ein Einschubmodul 10 eingeführt werden kann. Zudem sind in Fig. 1 zwei Einschubmodule 10 dargestellt, wobei ein erstes Ein schubmodul 10A bereits an seinem vorgesehen Steckplatz 6A eingesteckt ist und ein zweites Einschubmodul 10B in seinen vorgesehenen Steckplatz 6B ein geführt wird.

Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Einschubmodule 10, 10A, 10B jeweils ein Modulgehäuse 11, mindestens eine Wärmeableitvorrich tung 12 und mindestens ein auf einer Leiterplatte 14 angeordnetes elektrisches Bauteil 15, wobei das Modulgehäuse 11 die Leiterplatte 14 zumindest teilweise umgibt. Die mindestens eine Wärmeableitvorrichtung 12 weist an einer dem min destens einen elektrischen Bauteil 15 zugewandten Oberfläche mindestens eine interne thermische Schnittstelle 16 auf, welche das mindestens eine elektrischen Bauteil 15 mit der mindestens einen Wärmeableitvorrichtung 12 thermisch kop pelt. Zudem weist die mindestens eine Wärmeableitvorrichtung 12 an einer dem mindestens einen elektrischen Bauteil 15 abgewandten Oberfläche mindestens eine externe thermische Schnittstelle 17 auf, welche die mindestens eine Wär meableitvorrichtung 12 mit einer externen Wärmesenke 8 thermisch koppelt. Hierbei umfasst die mindestens eine externe thermische Schnittstelle 17 mindes tens ein thermisch leitendes elastisches Ausgleichselement 18, welches mit der mindestens einen Wärmeableitvorrichtung 12 verbunden und beim Ausbilden der korrespondierenden externen thermischen Schnittstelle 17 komprimierbar ist, und mindestens ein thermisch leitendes gleitfähiges Kontaktelement 19, welches auf das mindestens eine thermisch leitende elastische Ausgleichselement 18 aufge bracht ist und eine thermische Kontaktfläche der externen thermischen Schnitt stelle 17 zu der externen Wärmsenke 8 ausbildet und das mindestens eine ther misch leitende elastische Ausgleichselement 18 komprimiert.

Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, umfassen die Einschubmodule 10A, 10B im dargestellten Ausführungsbeispiel der Modulanordnung 1 jeweils nur eine Wär meableitvorrichtung 12, welche gleichzeitig einen Gehäuseboden 11A des Ge häuses 11 ausbildet. Im dargestellten Ausschnitt des Einschubmoduls 10A, 10B sind jeweils zwei elektrische Bauteile 15 auf der Leiterplatte 14 angeordnet, wel che über mindestens ein Befestigungselement 14.2 mechanisch mit der Wärme ableitvorrichtung 12 verbunden ist. Hierbei ist ein erstes elektrisches Bauteil 15 als Leistungshalbleiter 15A ausgeführt, welcher über eine erste interne thermi sche Schnittstelle 16A mit der Wärmeableitvorrichtung 12 verbunden ist. Ein zweites elektrisches Bauteil 15 ist als Leistungsprozessor 15B ausgeführt, wel cher über eine zweite interne thermische Schnittstelle 16B mit der Wärmeableit vorrichtung 12 verbunden ist. Alternativ kann die Leiterplatte 14 auch wie bei ei nem „Sandwich“ zwischen zwei Teilen des Gehäuses 11 angeordnet und gehal ten werden. Die internen thermischen Schnittstellen 16, 16A, 16B können bei spielsweise aus Wärmeleitmaterialen bestehen, die auch als thermische Inter facematerialien (TIM) bezeichnet werden. Bei dem Wärmeleitmaterial kann es sich vorzugsweise um ein thermisch leitendes Elastomer handeln. Zudem umfas sen die Wärmeableitvorrichtungen 12 der dargestellten Einschubmodule 10A,

10B jeweils nur eine externe thermische Schnittstelle 17, welche in einem Auf nahmeraums 13 der mindestens einen Wärmeableitvorrichtung 12 angeordnet ist. Hierbei ist der Aufnahmeraum 13 als Vertiefung ausgeführt, wobei das min destens eine thermisch leitende gleitfähige Kontaktelement 19 vollständig und das mindestens eine thermisch leitende elastische Ausgleichselement 18 zumin dest teilweise aus dem Aufnahmeraum 11 überstehen. Im dargestellten Ausfüh rungsbeispiel ist das mindestens eine thermisch leitende elastische Ausgleich selement 18 als Gap-Filler 18A ausgeführt und mittels einer Klebeverbindung un lösbar mit der Wärmeableitvorrichtung 12 verbunden. Im dargestellten Ausfüh rungsbeispiel weist der Gap-Filler 18A im Normalzustand eine Hl von ca.

1,52mm auf. Der Aufnahmeraum 13 weist eine Höhe HA von ca.0,9mm zur Auf lagekante auf. Diese Höhe HA stellt einen Maximalbereich dar, über welchen der Gap-Filler 18A nicht komprimiert werden kann. Das bedeutet, dass eine Höhe H2 des Gap-Fillers 18A im komprimierten Zustand minimal 0,9mm aufweisen kann. Hieraus ergibt sich ein Toleranzfeld, welches die beiden Oberflächen an Uneben heiten aufweisen dürfen, um diese noch fügen zu können.

Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, weisen die Einschubmodule 10 im dargestell ten Ausführungsbeispiel der Modulanordnung 1 jeweils sechs als Streifen 19A ausgeführte thermisch leitende gleitfähige Kontaktelemente 19 auf, welche je weils auf einem als Streifen ausgeführten thermisch leitenden elastischen Aus gleichselement 18 angeordnet sind, so dass sechs thermisch leitende gleitfähige Kontaktelemente 19 auf sechs thermisch leitenden elastischen Ausgleichsele menten 18 angeordnet sind.

Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das mindes tens eine thermisch leitende elastische Ausgleichselement 18 als flächige Matte ausgeführt, auf welchem die sechs als Streifen 19A ausgeführten thermisch lei tenden gleitfähigen Kontaktelemente 19 angeordnet sind.

Bei einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist in das mindestens eine thermisch leitende gleitfähige Kontaktelement 19 mindestens ein Loch ein gebracht. Wie aus Fig. 1 und 2 weiter ersichtlich ist, sind die thermisch leitenden gleitfähi gen Kontaktelemente 19 jeweils an einem in Einschubrichtung vorderen ersten Endbereich 19.1 über eine erste Verbindung 20A mit der Wärmeableitvorrichtung 12 verbunden. Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, können die thermisch leiten den gleitfähigen Kontaktelemente 19 optional auch am zweiten Ende 19.2 jeweils über eine zweite Verbindung mit der mindestens einen Wärmeableitvorrichtung 12 verbunden werden. Die Verbindungen 20A, 20B werden beispielsweise als Laserschweißverbindungen 20 ausgeführt.

Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, ist die mindestens eine Wärmesenke 8 als Kühlvorrichtung 8A mit mehreren Kühlelementen 8.1 ausgebildet. Zudem sind die Aufnahmeöffnungen 9 in der Kühlvorrichtung 8A ausgebildet, wobei zwischen zwei benachbart zueinander angeordneten Aufnahmeöffnungen 9 mindestens ein Kühlelement 8.1 angeordnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kühlelement 8.1 als Metallplatten ausgeführt, wobei die zwischen zwei be nachbarten Aufnahmeöffnungen 9 angeordneten Kühlelemente 8.1 im dargestell ten Ausführungsbeispiel zusätzlich einen in die Metallplatte eingebrachten Kühl kanal 8.2 aufweisen. Die Kühlvorrichtung 8A ist fest mit dem Gehäuse 3 verbun den, so dass die Aufnahmeöffnungen 9 unbeweglich bezüglich der Steckplätze 6, 6A, 6B angeordnet sind. Das bedeutet, dass sich die Aufnahmeöffnungen 9 beim Einschieben der Einschubmodule 10, 10A, 10B nicht bewegen.

Wie aus Fig. 1 und 2 weiter ersichtlich ist, weisen die Einschubmodule 10, 10A, 10B jeweils mehrere Stecker 14.1 auf, welche im eingeschobenen Zustand in eine korrespondierende Steckeraufnahme 5.1 der Rückwandleiterplatte 5 einge steckt sind, wie das in Fig. 1 dargestellte erste Einschubmodul 10A zeigt. Über die Steckeraufnahmen 5.1 der Rückwandleiterplatte 5 werden die eingeschobe nen bzw. eingesteckten Einschubmodule 10, hier das erste Einschubmodul 10A, elektrisch kontaktiert. Zudem können mehrere eingesteckte Einschubmodule 10, 10A, 10B über die Rückwandleiterplatte 5 elektrisch miteinander verbunden wer den. Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, ist die Kühlvorrichtung 8A so im Ge häuse 3 angeordnet, dass ein Endbereich des eingeschobenen Einschubmoduls 10A, an welchem die Stecker 14.1 angeordnet sind, kraftschlüssig und form schlüssig in der Aufnahmeöffnung 9 gehalten ist. Das Gehäuse 3 umfasst neben einem dargestellten Deckel 3.1 und einer dargestellten Rückwand 3.2 auch nicht näher dargestellte Seitenwände und einen nicht dargestellten Boden.

Das Montageprinzip der Modulanordnung 1 besteht darin, dass die Einschubmo- dule 10A, 10B ohne Werkzeuge wie Schubladen in Längsrichtung y in das Ge häuse 3 eingeschoben werden können. Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, wird das dargestellte zweite Einschubmodul 10B beim Einführen mittels kleiner Ein führschrägen 9.3 an der Aufnahmeöffnung 9 mit einem gewollten Spiel von bei spielsweise ca. 0,6mm vorzentriert. Das bedeutet, dass das Gehäuse 11 und die thermisch leitenden gleitfähigen Kontaktelemente 19 des zweiten Einschubmo duls 10 nach einer kurzen Einführbewegung von beispielsweise ca. 10mm die Einführschrägen 9.3 berühren und somit das zweite Einschubmodul 10B in Hoch richtung z zentrieren, indem die nachfolgenden thermisch leitenden elastischen Ausgleichselemente 18 mit einem Übermaß von beispielsweise ca. 0,3mm an fangen, das zweite Einschubmodul 10B gegen die zweite Kontaktfläche 9.2 zu drücken. Nach Beendigen des Zentrierprozesses fängt das eigentliche Gleiten der thermisch leitenden gleitfähigen Kontaktelemente 19 an. Hierbei bewirkt die aufgebrachte Schubkraft FS in Längsrichtung y eine in Hochrichtung z wirkende Kompressionskraft FK, welche über die thermisch leitenden gleitfähigen Kontak telemente 19 die thermisch leitenden elastischen Ausgleichselemente 18 kompri miert. Nun gleitet das zweite Einschubmodul 10 über die erste Kontaktfläche 9.1 der Wärmesenke 8 und die zweite Kontaktfläche 9.2 in Richtung der Steckerauf nahme 5.1 der Rückwandleiterplatte 5. Die Steckeraufnahme 5.1 ist wiederum so ausgelegt bzw. an der Rückwandleiterplatte 5 positioniert und mit der zweiten Kontaktfläche 9.2 abgestimmt, dass keine Verformung in der Leiterplatte 14 oder an den Steckern 14.1 oder der Steckeraufnahme 5.1 verursacht wird. Ist die Endlage erreicht, dann ist eine elektrische Verbindung zwischen der Rückwand leiterplatte 5 und dem zweiten Einschubmodul 10B hergestellt. Diese durch die Kompression um 0,3mm der thermisch leitenden elastischen Ausgleichselemente aufrechterhaltene Kompressionskraft FK wirkt bei dem eingesteckten ersten Ein schubmodul 10A, so dass die externe thermische Schnittstelle 17 einen guten thermischen Übergang zwischen der Wärmeableitvorrichtung 12 und der Wärme senke 8 bewirkt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Modulanordnung 1 umfasst ein thermi scher Pfad zwischen dem eingeschobenen ersten Einschubmodul 10A und dem korrespondierenden Kühlelement 8.1 mit dem Kühlkanal einen Übergangswider stand des aufgeklebten Gap- Fillers 18A, welcher durch die Herstellung der exter nen thermischen Schnittstelle 17 beeinflusst werden kann, eine Wärmeleitung im Gap-Filler 18A, welche durch die Materialauswahl bestimmt werden kann, einen Wärmeübergang zum thermisch leitenden gleitfähigen Kontaktelement 19, wel cher durch die Herstellung der externen thermischen Schnittstelle 17 beeinflusst werden kann, eine Wärmeleitung im thermisch leitenden gleitfähigen Kontaktele ment 19, welcher durch Auswahl eines Werkstoffes jedoch mit Auswirkung auf den Reibungswert beeinflusst werden kann, und einen Wärmeübergang vom thermisch leitenden gleitfähigen Kontaktelement 19 zum Kühlelement 8.1, in wel cher durch den Ausgleich von Toleranzen und Unebenheiten positiv beeinflusst werden kann.

Durch die Kombination der elastischen Ausgleichselements 18 mit den gleitfähi gen Kontaktelementen, welches einen niedrigen Gleitreibungskoeffizienten im Bereich von 0,1 bis 0,3 aufweisen, ist durch den guten Toleranzausgleich eine größere Kontaktfläche für den Wärmeübergang erzeugbar.

Wie aus Fig. 3 weiter ersichtlich ist, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren 100 zur Herstellung einer externen thermischen Schnittstelle 17 eines Einschub moduls 10 einen Schritt S100, welcher ein Einschubmodul 10 bereitstellt. In ei nem Schritt S110 wird das mindestens eine thermisch leitende elastische Aus gleichselement 18 auf die dem mindestens einen elektrischen Bauteil 15 abge wandten Oberfläche der mindestens einen Wärmeableitvorrichtung 12 aufge bracht. Wie aus Fig. 4 weiter ersichtlich ist, wird das mindestens eine thermisch leitende elastische Ausgleichselement 18 im dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Abscherbewegung auf die Wärmeableitvorrichtung 12 aufgebracht und verklebt, wobei Lufteinschlüsse vermieden werden. In einem Schritt S120 wird ein in Einschubrichtung vorderer erster Endbereich 19.1 des mindestens einen thermisch leitenden gleitfähigen Kontaktelements 19 mit der mindestens einen Wärmeableitvorrichtung 12 verbunden. Wie aus Fig. 5 weiter ersichtlich ist, wird der vordere erste Endbereich 19.1 des mindestens einen thermisch leitenden gleitfähigen Kontaktelements 19 im dargestellten Ausführungsbeispiel mittels La serschweißen mit der mindestens einen Wärmeableitvorrichtung 12 verbunden. Anschließend wird im Schritt S130 das mindestens eine thermisch leitende gleit fähige Kontaktelement 19 auf das mindestens eine thermisch leitende elastische Ausgleichselement 18 aufgebracht. Wie aus Fig. 6 weiter ersichtlich ist, wird das mindestens eine thermisch leitende gleitfähige Kontaktelement 19 über eine Ab scherbewegung auf das mindestens eine thermisch leitende elastische Aus gleichselement 18 aufgebracht und verklebt, wobei Lufteinschlüsse vermieden werden.

Optional kann im gestrichelt dargestellten Schritt S140 auch der zweite Endbe reich 19.2 des mindestens einen thermisch leitenden gleitfähigen Kontaktele ments 19 mit der Wärmeableitvorrichtung 12 verbunden werden.