熱控制組件的製作方法
2023-10-04 12:53:14
專利名稱：熱控制組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及諸如在利用通過冷卻空氣的通道的結構中冷卻電子部件的方法。像這樣的技術可從例如HiFi放大器中得知，其中帶有冷卻散熱片的冷卻元件定位成讓散熱片指向通道的內部，在所述通道中風扇驅動冷卻空氣。電子部件位於冷卻元件的外側上。
背景技術：
目前，在位於PCB上或固定至PCB的部件上進行冷卻，尤其是利用PCB形成通道，空氣被強制通過所述通道以便冷卻所述部件。
發明內容
在第一方面中，本發明涉及一種組件，其包括其上具有電子部件的第一 PCB，第
一PCB具有第一側和第二側，一個或更多第一電子部件位於第一 PCB的第一側，所述組件還包括冷卻表面和用於朝向第一電子部件的至少一個的上表面偏壓冷卻表面的偏壓裝置，其中偏壓裝置包括至少三個彈性元件。組件還包括固定到第一PCB或相對於第一PCB固定的一個或更多元件，在第一PCB的平面中在位於離所述至少一個電子部件的中心不同距離的位置處，偏壓裝置接合所述固定元件。所述固定元件提供剛性，使得施加的力不會施加到PCB上，從而PCB不會彎曲。在當前的上下文中，組件是一起工作及/或彼此連接諸如固定到彼此的多個元件。自然，所述固定可以以可拆卸方式實現，並且可以經由線、無線地、經由機械聯接器等實現任何交互操作。電子部件可以是任何類型的部件，從簡單的電阻器到任何類型的晶片。因而，部件可以是處理器、FPGA、存儲電路、電阻器、電容器、線圈/電感等等。通常PCB是印刷電路板，其為扁平元件，具有兩個主側面以及邊緣部分。PCB可具有一層和更多層導體，並且可在其一個側面或者在其兩個主側面上具有電子部件。通常，通過在彼此之間經由PCB中的導體發送/接受電力及/或信號，電子部件能夠交互操作。通常，部件例如經由PCB的導體固定到PCB上。所述組件包括固定到PCB或者相對於PCB固定的一個或更多元件，在PCB的平面中在位於離所述電子部件的中心不同距離的位置處，偏壓裝置接合固定元件。這樣，一個距離可能比其它距離之一至少大10%。冷卻表面可以是任何類型的表面，優選為導熱材料的表面。該表面或元件可以簡單地被周圍空氣、強制空氣流、冷卻液體或者其它冷卻裝置(諸如冷卻散熱片、冷卻元件例如拍耳帖兀件)等冷卻。偏壓元件優選定位成使得，沿著彼此垂直並位於所述平面中的兩個軸線的每一個，從所述電子部件的中心到關於所述中心定位在沿著所述軸線的一個方向上的每個偏壓元件的第一組合距離在第二組合距離的預定距離內，其中所述第二組合距離是從所述中心到關於所述中心定位在沿著所述軸線的相反方向上的每個偏壓元件的距離。下面更詳細地描述這一點。在優選實施例中，所述組件還包括帶有第一側和第二側的第二 PCB，一個或更多第二電子部件位於第二 PCB的第一偵U，第一 PCB的第一側面對第二 PCB的第一側，通道形成元件，其包括所述一個或更多固定元件並用第一和第二 PCB的第一側的至少一部分形成具有第一端和第二端的通道，及空氣推動元件，定位成強制空氣從通道的第一端朝向通道的第二端穿過通道，其中偏壓元件鄰接通道形成元件。注意，在這個實施例中，到所述至少一個電子部件的中心的距離可以是相同的。本發明提供許多優點可以在不放鬆對部件的冷卻的情況下節約空間。這樣，當PCB的第一側被用於成形或形成通道時，對位於通道中的部件實現直接冷卻並且不需要額外元件來形成冷卻通道。另外，通道形成元件也可以提供為相當剛硬，因此還用來加強所述組件。這是十分相關的，特別是如下面進一步描述那樣當該元件還用於接合偏壓裝置時。當各PCB的第一側彼此面對時，這些側面形成通道的側面，其中位於第一側的電子部件定位成被空氣推動元件產生的空氣流冷卻。優選地，第一和第二 PCB平行，這意味著其基本平面(在它們是扁平元件的情況中，所述平面將是PCB的主平面)是平行的。在這種情況中，PCB的邊緣部分可以定位成在其間具有相同的距離，從而通道形成元件在形成通道的位置處可以具有相同的厚度。在這種上下文中，通道形成元件適於和PCB —起形成通道，例如，PCB的第一側和位於第一側的在形成通道的PCB的部分處的電子部件一起形成通道。自然，通道可以是直的、彎曲的或者蜿蜒的，均在第一側中的一個或兩個的平面中或者與其垂直。注意位於第一側的部件可能使通道在內部尺寸上不規則，以致其中的氣流受到影響。注意，同樣在其中PCB平行的情況中(當PCB是扁平元件時是主平面)，通道形成元件不必位於PCB的平直側，而是可以僅僅在第一表面的一部分上限定通道並且垂直於通道從第一端到第二端的整體方向橫越通道的寬度。通道的形成是提供元件使空氣大體從第一端流向第二端。自然，通道形成元件不需要沿著通道的全長以氣密方式密封通道。小的開口(通過所述開口空氣可進入或離開通道)是可以接受的，並且實際上可以幫助通風和冷卻，只要在通道中保持期望的氣流。通道優選具有第一端和第二端，在所述第一端和第二端處，空氣可進入或離開通道。空氣可以經由一個或更多開口進入/離開通道。其它開口可以不位於所述端部處以便在通道中獲得預期的空氣流動。形成通道的最簡單的方式是讓通道形成元件簡單地在PCB的邊緣之間提供密封，因而利用PCB的橫跨通道的總體方向(例如從第一端到第二端)的整個寬度形成所述通道。然而，通過讓通道形成元件不是接合或密封在PCB中的一個或兩個的邊緣處而是密封或接合在其第一表面處，通道可以製成為比上述通道窄。因此，一個PCB在橫越通道的總體方向的方向上可寬於另一 PCB，從而該通道可佔據PCB中的一個而非另一個的全寬，或者通道形成元件接合或密封在兩個PCB的第一表面處，於是可窄於橫越通道的大體方向的兩個PCB的寬度。通常，通道具有沿著PCB的一個或兩者的縱軸的總體方向，從而所述端部在所述/這些PCB的端部處位於其邊緣處或附近。在強制空氣進入例如通道中方面存在多種手段和方式。風扇、壓縮空氣等都可以使用。在通道的一端處提供吸力會在穿過通道的一個方向上強制空氣流動，提供增加的壓力(例如讓風扇在相反方向上工作)將在穿過通道的另一方向強制空氣流動。空氣的期望方向取決於部件在通道中的位置，尤其是在通道內的最發熱的和對熱最敏感的部件的位置。可以期望最冷的空氣，即，還沒有用來冷卻許多部件的空氣，首先提供至對熱最敏感的元件，以便首先和優先保證這些元件的冷卻。替代地，可以期望將最發熱的部件放置在空氣離開通道的那一點處，以便由其所產生的變熱的空氣不會被提供到其它部件，因為其將加熱這些部件而非冷卻這些部件。這樣，空氣在通道中的流動方向以及各個部件的位置可用於調節對各個部件的冷卻。如所提到的那樣，可以強制空氣在一端進入通道而在另一端輸出。通常，通道在其端部具有一個或更多開口，以便促進這種空氣流動。如果需要也可以提供其它開口。在一個實施例中，組件還包括位於通道的第二端處或附近的一個或更多開口。如上面提到的那樣，這些開口的一個或更多可以位於通道形成元件中。在該實施例或者另一實施例中第一 PCB具有在其平面中的第一輪廓，第二 PCB在所述平面中具有第二輪廓，第一和第二輪廓的至少一部分交迭，通道形成元件在所述輪廓的交迭部分的邊界的至少一部分處阻塞或關閉在第一和第二 PCB之間的任何開口。因而，第一和第二 PCB的輪廓交迭，通道形成元件可利用PCB的交迭部分形成所述通道。在特別感興趣的實施例中，第一 PCB在其平面中覆蓋第一區域，第二 PCB在所述平面中覆蓋第二區域，第二區域位於第一區域內，其中空氣推動元件在所述平面中覆蓋第三區域，第三區域位於第一區域的未被第二區域覆蓋的部分內。這樣，空氣推動元件可位於第
二PCB附近並且在第一 PCB的第一表面的一部分的上方。再一次，通道將形成在第一和第二區域交迭處，用於空氣離開/進入的開口可位於第二和第三區域之間的界面處。如下面進一步描述的那樣，這帶來優點。優選地，第二和第三區域不交迭，而是一起覆蓋或對應第一區域，以便儘可能最優地利用組件的空間。在該實施例中，在所述平面中，空氣推動元件優選定位成與通道的第二端相比更靠近通道的第一端。這樣空氣推動元件被用於強制空氣從組件外面經過空氣推動元件並進入通道中。然後，空氣將流經通道和位於其中的部件並在通道的另一端離開。容易構造的是這樣一種實施例，其中第一和第二 PCB至少基本平行。在這種情況中，通道形成元件在垂直於PCB的平面的方向中可具有相同厚度或者延伸長度以便獲得其功能。
在該實施例中，其中空氣推動元件包括冷卻表面和偏壓元件，所述偏壓元件偏壓冷卻表面抵靠第一部件的至少一個部件，在例如通過交迭第一和第二 PCB的一部分而形成在通道中的部件被流經通道的空氣冷卻。然而，一些部件替代地或額外地被偏壓在其上的冷卻表面直接冷卻。注意，冷卻表面通常僅偏壓在最高的部件上，因而對較低的(在垂直於PCB的平面的方向上)部件的冷卻可以通過空氣流動實現，或者通過在這些部件和冷卻表面之間提供導熱元件或材料而實現。一般地，優選偏壓元件包括具有至少基本相同的彈簧常數的至少三個彈性元件，所述彈性元件定位成使得偏壓元件和空氣推動元件施加在所述至少一個部件上的力垂直於所述至少一個部件所定位的PCB的平面。在這一方面中，彈性元件可以是任何類型的彈性元件，例如彈簧、盤簧或片簧、泡沫、固體材料例如橡膠、塑料、聚合物等等。自然地，如果需要，更加複雜的技術例如壓縮氣缸等等也可以使用。彈性元件的彈性常數或彈簧常數通常描述在特定方向上實現元件的預定變形/壓縮所需要的力。當力垂直於所述平面時，冷卻表面能夠接觸部件的至少幾乎所有上表面，該部件正常情況下是扁平部件，具有平行於PCB的平面的上表面。這優化了部件的冷卻。另外，提供垂直於PCB的平面的力保證偏壓不會對任何附接到PCB的部件施加應力。在非常感興趣的實施例中，偏壓元件定位成使得，沿著彼此垂直並位於所述平面中的兩個軸線的每一個，從所述至少一個部件的中心到關於所述中心定位在沿著所述軸線的一個方向上的每個偏壓元件的第一組合距離在第二組合距離的預定距離內，其中所述第二組合距離是從所述中心到關於所述中心定位在沿著所述軸線的相反方向上的每個偏壓元件的距離。理想地且優選地，預定距離為零，但是製造瑕疵和其它考慮因素可能決定了一定的偏離是容許的。這樣，該距離可以達到從任何彈性裝置到所述部件的中心的最大距離的 10%。這樣，對於兩個軸線中的每一個，從部件的中心確定所述方向；簡單地加總沿所述兩個方向的距離。如何選擇軸線可能是無關的。有關的部分是施加在部件上的力與從所述中心到彈性元件的距離有關，以及所施加的力優選對所有彈性元件來說是相同的。當偏壓元件不能以到部件中心有相同距離的方式對稱放置在部件周圍時，該實施例是特別相關的。這可能是這樣的情形其中電子部件、空氣推動元件等等阻止上述布置或者使其難以出現。而偏壓元件應該具有相同彈性或彈簧常數的選擇則使這些位置的選擇變得困難。然而，上述對位置的確定，保證即使彈簧常數相同的情況下，力保持垂直於PCB的平面。這樣，對於彈性裝置位置不對稱的情況，也能獲得相同的有利效果。注意，力的方向在一定程度上偏離垂直於PCB的平面的方向是可以允許的。因而，彈簧常數可以在預定量或預定百分比(通常由製造瑕疵導致)內不同於彼此，這通常由製造誤差引起。如上面提到的那樣，到部件的中心的距離可以偏離預定量或百分比，只要力的方向保持在垂直方向的可容許角度內。
因而，通常可以接受的是彈簧常數最大變化達彈性元件的常數的平均值的10%。還有，正常可以接受的是，單個偏壓元件到所述中心的距離的最大變化達最佳或理想位置的 10%。注意，當偏壓元件接合通道形成元件而不是例如PCB時，還有額外的優點。當接合PCB並且從那裡得到彈性元件施加的力時，PCB會受到影響而彎曲。這可能隨著時間的流逝，以及由於計算機中通常出現的振動以及溫度變動而損壞PCB。本發明的第二方面涉及一種操作第一方面的優選實施例的組件的方法，所述方法包括提供電力到第一 PCB的電子部件，提供電力到第二 PCB的電子部件，操作空氣推動元件以從空氣推動元件通過通道的第一端朝向通道的第二端推動空氣。
下面，將參考附圖描述優選實施例，在附圖中圖I從上方示出優選實施例，圖2從側面示出圖I的實施例，圖3示出圖I的實施例的橫截面，圖4示出圖I的實施例的橫截面，圖5和6示出圖I的實施例的固定裝置，及圖7示出偏壓元件的布置。
具體實施例方式在圖I中，從上方示出數據處理組件10。在圖2中其示出為側視圖，在圖3中作為沿A線的橫截面，而在圖4中，示出沿B線的橫截面。在圖5和6中，示出與組件10的組裝有關的細節。組件10包括兩個印刷電路板(PCB) 12和14，它們由外部加強元件16相對於彼此保持在適當位置，以及包括通風設備或風扇18。可以看到，限定在PCB12/14的平面中的區域被PCB12單獨佔據或者被PCB14與風扇18 —起佔據。PCB包括至少在彼此面對的側面上的電子部件20，但是這些部件也可以設置在彼此背對的側面上。組件10的電子部件的操作是給部件20/20』供電並根據期望接受/產生/輸出數據。還有，這些部件可包括電源以及如附圖標記24所表示的輸入/輸出裝置。還有，每個PCB可包括插頭22，所述插頭適於和PCB相互電連接，以便交換電力/信號/信息等。組件可以作為PCI卡經由從外部可接近的接頭12』操作。同樣，組件可具有PCI卡所需要的託架10』。當前組件的冷卻操作是，風扇18強制空氣進入組件10中並進入PCB12/14以及元件16限定的通道30中(看圖4)。所述空氣將在組件10的另一端(圖I中的下側)處離開通道30，例如通過元件16中的開口 16』離開。
風扇18(看圖3)優選具有在實際風扇和位於其下面的電子部件20』之間的下表面18』，以便提高其冷卻效果。自然，這些部件20』可具有不同高度，並且可以例如通過彈簧偏壓朝向這些部件的最高的一個推動風扇18，導熱材料諸如漿、膠水或泡沫28可以設置在較低部件和下表面18』之間。另外，在圖I中示出，風扇18具有多個平行散熱片18」，進入通道30的空氣通過所述散熱片並且所述散熱片熱連接到下表面18』以便提高其冷卻效果。被冷卻得最好的部件是部件20』，其通常是最耗電的因而發熱最大的部件。自然，部件的位置(例如部件20』在表面18』處，部件20在通道30內或者部件20位於PCB12/14的外側)取決於該部件在工作過程中的發熱以及該部件承受高溫的能力。由於空氣流經通道30以及由於設置在元件16中的狹縫16」，空氣還可能由於文氏效應被吸入到部件20』所在的空間中並被吸入到通道30中。這為元件20』提供更好的冷卻並還將同樣被面對元件20』的元件18』的下側所冷卻的冷空氣吸入到通道30中。以下面的方式(特別是看圖2、5和6)完成組件10的組裝加強元件16設置有多個區域，所述區域具有中央切口 32和衝出的散熱片34，它們用來固定元件24，而通道26通過所述元件24固定。這些元件24具有裝配在切口 32內的部分以便在橫切元件16的縱向方向的方向上固定它們，這樣散熱片34會固定元件24到元件16。於是利用通過通道26的螺栓和螺母，PCB12/14可以固定至彼此以及固定至元件24及因而加強元件16。風扇18經由彈簧偏壓連接到加強元件16，以便保持到元件20』和導熱材料28的充分的熱連接。這樣，元件16的多個部件36被彎曲以位於風扇18上方，銷40設置在每個部件36的孔38中以用於引飛彈簧42，然後彈簧42設置在部件36和風扇18之間以便遠離部件36而朝向元件20』推壓風扇18。利用加強元件16的部件36來偏壓風扇18而不用關於PCB12的緊固件可節約在PCB12上的空間。另外，力可施加到部件20』，不必從PCB12得到所述力，如果彈簧42連接到PCB而非加強元件16的話，才是這種情況。由於偏壓，優選地，元件36定位成使得，相對於部件20』的最高的一個的中心，所施加的力被平衡。這在圖7中示出。可以以多種方式得到上述結果。取決於部件36關於最高的部件20』的中心的位置，可以使用具有不同彈簧常數的彈性元件42，或者可以選擇部件36的位置以便可以使用相同的彈簧42或者至少具有相同彈簧常數的元件。由於所述施加的力和力矩(力和到最高的部件20』的中心的距離)在該部件的中心處指向正下方，可防止部件20』破裂(否則，如果表面18』要施加不垂直於PCB12的平面的力的話，會出現破裂情況)。在圖7中，示出表面18』及其下面的元件20』的範圍和位置。很容易確定表面18』的中心c以及元件20』的中心。兩個彈簧元件42的位置示出在圓圈I和2處，用箭頭a和b示出兩個垂直方向。根據這些位置，可以確定第三個元件或者任何額外元件42的最佳位置。由於為了製造的目的，期望所有彈性裝置42都相同(在製造限制內)，另外的彈性裝置42和圓圈I和2的位置僅僅由從部件20』的中心到彈簧42的位置1、2的距離在兩個方向上的投影決定。
尤其是，沿著方向a從部件20』的中心算起的定位在一個方向上的所有彈簧42的組合距離，應該等於沿著方向a的從部件20』的中心算起的定位在相反方向的所有彈簧42的組合距離的預定距離或者在所述組合距離的預定距離內。沿方向b同樣如此，由此利用相同的彈簧42獲得偏壓，所述彈簧42提供力，所述力被表面18』沿垂直於表面18』的方向施加在部件20』上,並因而施加在部件20』的上表面上。
權利要求
1.一種組件，包括 其上具有電子部件的第一 PCB，第一 PCB具有第一側和第二側，一個或更多個第一電子部件位於第一 PCB的第一側，所述組件還包括冷卻表面和偏壓裝置，所述偏壓裝置用於朝向第一電子部件中的至少一個的上表面偏壓冷卻表面，其中偏壓裝置包括至少三個彈性元件， 所述組件還包括固定到第一 PCB或相對於第一 PCB固定的一個或更多個元件，在第一PCB的平面中在位於離所述至少一個電子部件的中心不同距離的位置處，偏壓裝置接合所述固定元件， 所述固定元件提供剛性，使得施加的力不會施加到PCB上，從而PCB不會彎曲。
2.根據權利要求I所述的組件，其中偏壓元件定位成使得，沿著彼此垂直並位於所述平面中的兩個軸線中的每一個，從電子部件的中心到關於所述中心定位在沿著所述軸線的一個方向上的每個偏壓元件的第一組合距離在第二組合距離的預定距離內，其中所述第二組合距離是從所述中心到關於所述中心定位在沿著所述軸線的相反方向上的每個偏壓元件的距離。
3.根據權利要求I或2所述的組件，包括 帶有第一側和第二側的第二 PCB，一個或更多個第二電子部件位於第二 PCB的第一側，第一 PCB的第一側面對第二 PCB的第一側， 通道形成元件，其包括所述一個或更多個固定元件，並用第一和第二 PCB的第一側的至少一部分形成具有第一端和第二端的通道，及 空氣推動元件，定位成強制空氣從通道的第一端朝向通道的第二端穿過通道， 其中偏壓元件鄰接通道形成元件。
4.根據權利要求3所述的組件，還包括位於通道的第二端處或附近的一個或更多個開□。
5.根據權利要求3或4所述的組件，其中 第一 PCB具有在其平面中的第一輪廓， 第二 PCB在所述平面中具有第二輪廓，第一和第二輪廓的至少一部分交迭，通道形成元件在所述輪廓的交迭部分的邊界的至少一部分處阻塞或關閉在第一和第二 PCB之間的任何開口。
6.根據權利要求3-5中任一項所述的組件，其中第一PCB在其平面中覆蓋第一區域，第二 PCB在所述平面中覆蓋第二區域，第二區域位於第一區域內，其中空氣推動元件在所述平面中覆蓋第三區域，第三區域位於第一區域的未被第二區域覆蓋的部分內。
7.根據權利要求6所述的組件，其中在所述平面中，空氣推動元件定位成與通道的第二端相比更靠近通道的第一端。
8.根據權利要求3-7中任一項所述的組件，其中第一和第二PCB至少基本平行。
9.根據權利要求I所述的組件，其中彈性元件具有至少基本相同的彈簧常數。
10.根據權利要求9所述的組件，其中偏壓元件定位成使得，沿著彼此垂直並位於所述平面中的兩個軸線中的每一個，從所述至少一個第一電子部件的中心到關於所述中心定位在沿著所述軸線的一個方向上的每個偏壓元件的第一組合距離在第二組合距離的預定距離內，其中所述第二組合距離是從所述中心到關於所述中心定位在沿著所述軸線的相反方向上的每個偏壓元件的距離。
11.一種操作根據權利要求3所述的組件的方法，所述方法包括下述步驟 提供電力到第一 PCB的電子部件， 提供電力到第二 PCB的電子部件， 操作空氣推動元件以從空氣推動元件通過通道的第一端並朝向通道的第二端推動空氣。
全文摘要
一種印刷電路板，具有將要被偏壓在其上的冷卻表面冷卻的電子部件，其中偏壓元件不鄰接PCB而是與連接到PCB的加強件鄰接，以便不使PCB變形或彎曲。
文檔編號H05K1/14GK102986318SQ201180020506
公開日2013年3月20日 申請日期2011年4月19日 優先權日2010年4月23日
發明者克勞斯·伊科, 克里斯多福·斯道倫莫恩 申請人:納派泰克股份公司