专利名称：热控制组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及诸如在利用通过冷却空气的通道的结构中冷却电子部件的方法。像这样的技术可从例如HiFi放大器中得知，其中带有冷却散热片的冷却元件定位成让散热片指向通道的内部，在所述通道中风扇驱动冷却空气。电子部件位于冷却元件的外侧上。
背景技术：
目前，在位于PCB上或固定至PCB的部件上进行冷却，尤其是利用PCB形成通道，空气被强制通过所述通道以便冷却所述部件。
发明内容
在第一方面中，本发明涉及一种组件，其包括其上具有电子部件的第一 PCB，第
一PCB具有第一侧和第二侧，一个或更多第一电子部件位于第一 PCB的第一侧，所述组件还包括冷却表面和用于朝向第一电子部件的至少一个的上表面偏压冷却表面的偏压装置，其中偏压装置包括至少三个弹性元件。组件还包括固定到第一PCB或相对于第一PCB固定的一个或更多元件，在第一PCB的平面中在位于离所述至少一个电子部件的中心不同距离的位置处，偏压装置接合所述固定元件。所述固定元件提供刚性，使得施加的力不会施加到PCB上，从而PCB不会弯曲。在当前的上下文中，组件是一起工作及/或彼此连接诸如固定到彼此的多个元件。自然，所述固定可以以可拆卸方式实现，并且可以经由线、无线地、经由机械联接器等实现任何交互操作。电子部件可以是任何类型的部件，从简单的电阻器到任何类型的芯片。因而，部件可以是处理器、FPGA、存储电路、电阻器、电容器、线圈/电感等等。通常PCB是印刷电路板，其为扁平元件，具有两个主侧面以及边缘部分。PCB可具有一层和更多层导体，并且可在其一个侧面或者在其两个主侧面上具有电子部件。通常，通过在彼此之间经由PCB中的导体发送/接受电力及/或信号，电子部件能够交互操作。通常，部件例如经由PCB的导体固定到PCB上。所述组件包括固定到PCB或者相对于PCB固定的一个或更多元件，在PCB的平面中在位于离所述电子部件的中心不同距离的位置处，偏压装置接合固定元件。这样，一个距离可能比其它距离之一至少大10%。冷却表面可以是任何类型的表面，优选为导热材料的表面。该表面或元件可以简单地被周围空气、强制空气流、冷却液体或者其它冷却装置(诸如冷却散热片、冷却元件例如拍耳帖兀件)等冷却。偏压元件优选定位成使得，沿着彼此垂直并位于所述平面中的两个轴线的每一个，从所述电子部件的中心到关于所述中心定位在沿着所述轴线的一个方向上的每个偏压元件的第一组合距离在第二组合距离的预定距离内，其中所述第二组合距离是从所述中心到关于所述中心定位在沿着所述轴线的相反方向上的每个偏压元件的距离。下面更详细地描述这一点。在优选实施例中，所述组件还包括带有第一侧和第二侧的第二 PCB，一个或更多第二电子部件位于第二 PCB的第一侦U，第一 PCB的第一侧面对第二 PCB的第一侧，通道形成元件，其包括所述一个或更多固定元件并用第一和第二 PCB的第一侧的至少一部分形成具有第一端和第二端的通道，及空气推动元件，定位成强制空气从通道的第一端朝向通道的第二端穿过通道，其中偏压元件邻接通道形成元件。注意，在这个实施例中，到所述至少一个电子部件的中心的距离可以是相同的。本发明提供许多优点可以在不放松对部件的冷却的情况下节约空间。这样，当PCB的第一侧被用于成形或形成通道时，对位于通道中的部件实现直接冷却并且不需要额外元件来形成冷却通道。另外，通道形成元件也可以提供为相当刚硬，因此还用来加强所述组件。这是十分相关的，特别是如下面进一步描述那样当该元件还用于接合偏压装置时。当各PCB的第一侧彼此面对时，这些侧面形成通道的侧面，其中位于第一侧的电子部件定位成被空气推动元件产生的空气流冷却。优选地，第一和第二 PCB平行，这意味着其基本平面(在它们是扁平元件的情况中，所述平面将是PCB的主平面)是平行的。在这种情况中，PCB的边缘部分可以定位成在其间具有相同的距离，从而通道形成元件在形成通道的位置处可以具有相同的厚度。在这种上下文中，通道形成元件适于和PCB —起形成通道，例如，PCB的第一侧和位于第一侧的在形成通道的PCB的部分处的电子部件一起形成通道。自然，通道可以是直的、弯曲的或者蜿蜒的，均在第一侧中的一个或两个的平面中或者与其垂直。注意位于第一侧的部件可能使通道在内部尺寸上不规则，以致其中的气流受到影响。注意，同样在其中PCB平行的情况中(当PCB是扁平元件时是主平面)，通道形成元件不必位于PCB的平直侧，而是可以仅仅在第一表面的一部分上限定通道并且垂直于通道从第一端到第二端的整体方向横越通道的宽度。通道的形成是提供元件使空气大体从第一端流向第二端。自然，通道形成元件不需要沿着通道的全长以气密方式密封通道。小的开口(通过所述开口空气可进入或离开通道)是可以接受的，并且实际上可以帮助通风和冷却，只要在通道中保持期望的气流。通道优选具有第一端和第二端，在所述第一端和第二端处，空气可进入或离开通道。空气可以经由一个或更多开口进入/离开通道。其它开口可以不位于所述端部处以便在通道中获得预期的空气流动。形成通道的最简单的方式是让通道形成元件简单地在PCB的边缘之间提供密封，因而利用PCB的横跨通道的总体方向(例如从第一端到第二端)的整个宽度形成所述通道。然而，通过让通道形成元件不是接合或密封在PCB中的一个或两个的边缘处而是密封或接合在其第一表面处，通道可以制成为比上述通道窄。因此，一个PCB在横越通道的总体方向的方向上可宽于另一 PCB，从而该通道可占据PCB中的一个而非另一个的全宽，或者通道形成元件接合或密封在两个PCB的第一表面处，于是可窄于横越通道的大体方向的两个PCB的宽度。通常，通道具有沿着PCB的一个或两者的纵轴的总体方向，从而所述端部在所述/这些PCB的端部处位于其边缘处或附近。在强制空气进入例如通道中方面存在多种手段和方式。风扇、压缩空气等都可以使用。在通道的一端处提供吸力会在穿过通道的一个方向上强制空气流动，提供增加的压力(例如让风扇在相反方向上工作)将在穿过通道的另一方向强制空气流动。空气的期望方向取决于部件在通道中的位置，尤其是在通道内的最发热的和对热最敏感的部件的位置。可以期望最冷的空气，即，还没有用来冷却许多部件的空气，首先提供至对热最敏感的元件，以便首先和优先保证这些元件的冷却。替代地，可以期望将最发热的部件放置在空气离开通道的那一点处，以便由其所产生的变热的空气不会被提供到其它部件，因为其将加热这些部件而非冷却这些部件。这样，空气在通道中的流动方向以及各个部件的位置可用于调节对各个部件的冷却。如所提到的那样，可以强制空气在一端进入通道而在另一端输出。通常，通道在其端部具有一个或更多开口，以便促进这种空气流动。如果需要也可以提供其它开口。在一个实施例中，组件还包括位于通道的第二端处或附近的一个或更多开口。如上面提到的那样，这些开口的一个或更多可以位于通道形成元件中。在该实施例或者另一实施例中第一 PCB具有在其平面中的第一轮廓，第二 PCB在所述平面中具有第二轮廓，第一和第二轮廓的至少一部分交迭，通道形成元件在所述轮廓的交迭部分的边界的至少一部分处阻塞或关闭在第一和第二 PCB之间的任何开口。因而，第一和第二 PCB的轮廓交迭，通道形成元件可利用PCB的交迭部分形成所述通道。在特别感兴趣的实施例中，第一 PCB在其平面中覆盖第一区域，第二 PCB在所述平面中覆盖第二区域，第二区域位于第一区域内，其中空气推动元件在所述平面中覆盖第三区域，第三区域位于第一区域的未被第二区域覆盖的部分内。这样，空气推动元件可位于第
二PCB附近并且在第一 PCB的第一表面的一部分的上方。再一次，通道将形成在第一和第二区域交迭处，用于空气离开/进入的开口可位于第二和第三区域之间的界面处。如下面进一步描述的那样，这带来优点。优选地，第二和第三区域不交迭，而是一起覆盖或对应第一区域，以便尽可能最优地利用组件的空间。在该实施例中，在所述平面中，空气推动元件优选定位成与通道的第二端相比更靠近通道的第一端。这样空气推动元件被用于强制空气从组件外面经过空气推动元件并进入通道中。然后，空气将流经通道和位于其中的部件并在通道的另一端离开。容易构造的是这样一种实施例，其中第一和第二 PCB至少基本平行。在这种情况中，通道形成元件在垂直于PCB的平面的方向中可具有相同厚度或者延伸长度以便获得其功能。
在该实施例中，其中空气推动元件包括冷却表面和偏压元件，所述偏压元件偏压冷却表面抵靠第一部件的至少一个部件，在例如通过交迭第一和第二 PCB的一部分而形成在通道中的部件被流经通道的空气冷却。然而，一些部件替代地或额外地被偏压在其上的冷却表面直接冷却。注意，冷却表面通常仅偏压在最高的部件上，因而对较低的(在垂直于PCB的平面的方向上)部件的冷却可以通过空气流动实现，或者通过在这些部件和冷却表面之间提供导热元件或材料而实现。一般地，优选偏压元件包括具有至少基本相同的弹簧常数的至少三个弹性元件，所述弹性元件定位成使得偏压元件和空气推动元件施加在所述至少一个部件上的力垂直于所述至少一个部件所定位的PCB的平面。在这一方面中，弹性元件可以是任何类型的弹性元件，例如弹簧、盘簧或片簧、泡沫、固体材料例如橡胶、塑料、聚合物等等。自然地，如果需要，更加复杂的技术例如压缩气缸等等也可以使用。弹性元件的弹性常数或弹簧常数通常描述在特定方向上实现元件的预定变形/压缩所需要的力。当力垂直于所述平面时，冷却表面能够接触部件的至少几乎所有上表面，该部件正常情况下是扁平部件，具有平行于PCB的平面的上表面。这优化了部件的冷却。另外，提供垂直于PCB的平面的力保证偏压不会对任何附接到PCB的部件施加应力。在非常感兴趣的实施例中，偏压元件定位成使得，沿着彼此垂直并位于所述平面中的两个轴线的每一个，从所述至少一个部件的中心到关于所述中心定位在沿着所述轴线的一个方向上的每个偏压元件的第一组合距离在第二组合距离的预定距离内，其中所述第二组合距离是从所述中心到关于所述中心定位在沿着所述轴线的相反方向上的每个偏压元件的距离。理想地且优选地，预定距离为零，但是制造瑕疵和其它考虑因素可能决定了一定的偏离是容许的。这样，该距离可以达到从任何弹性装置到所述部件的中心的最大距离的 10%。这样，对于两个轴线中的每一个，从部件的中心确定所述方向；简单地加总沿所述两个方向的距离。如何选择轴线可能是无关的。有关的部分是施加在部件上的力与从所述中心到弹性元件的距离有关，以及所施加的力优选对所有弹性元件来说是相同的。当偏压元件不能以到部件中心有相同距离的方式对称放置在部件周围时，该实施例是特别相关的。这可能是这样的情形其中电子部件、空气推动元件等等阻止上述布置或者使其难以出现。而偏压元件应该具有相同弹性或弹簧常数的选择则使这些位置的选择变得困难。然而，上述对位置的确定，保证即使弹簧常数相同的情况下，力保持垂直于PCB的平面。这样，对于弹性装置位置不对称的情况，也能获得相同的有利效果。注意，力的方向在一定程度上偏离垂直于PCB的平面的方向是可以允许的。因而，弹簧常数可以在预定量或预定百分比(通常由制造瑕疵导致)内不同于彼此，这通常由制造误差引起。如上面提到的那样，到部件的中心的距离可以偏离预定量或百分比，只要力的方向保持在垂直方向的可容许角度内。
因而，通常可以接受的是弹簧常数最大变化达弹性元件的常数的平均值的10%。还有，正常可以接受的是，单个偏压元件到所述中心的距离的最大变化达最佳或理想位置的 10%。注意，当偏压元件接合通道形成元件而不是例如PCB时，还有额外的优点。当接合PCB并且从那里得到弹性元件施加的力时，PCB会受到影响而弯曲。这可能随着时间的流逝，以及由于计算机中通常出现的振动以及温度变动而损坏PCB。本发明的第二方面涉及一种操作第一方面的优选实施例的组件的方法，所述方法包括提供电力到第一 PCB的电子部件，提供电力到第二 PCB的电子部件，操作空气推动元件以从空气推动元件通过通道的第一端朝向通道的第二端推动空气。
下面，将参考附图描述优选实施例，在附图中图I从上方示出优选实施例，图2从侧面示出图I的实施例，图3示出图I的实施例的横截面，图4示出图I的实施例的横截面，图5和6示出图I的实施例的固定装置，及图7示出偏压元件的布置。
具体实施例方式在图I中，从上方示出数据处理组件10。在图2中其示出为侧视图，在图3中作为沿A线的横截面，而在图4中，示出沿B线的横截面。在图5和6中，示出与组件10的组装有关的细节。组件10包括两个印刷电路板(PCB) 12和14，它们由外部加强元件16相对于彼此保持在适当位置，以及包括通风设备或风扇18。可以看到，限定在PCB12/14的平面中的区域被PCB12单独占据或者被PCB14与风扇18 —起占据。PCB包括至少在彼此面对的侧面上的电子部件20，但是这些部件也可以设置在彼此背对的侧面上。组件10的电子部件的操作是给部件20/20’供电并根据期望接受/产生/输出数据。还有，这些部件可包括电源以及如附图标记24所表示的输入/输出装置。还有，每个PCB可包括插头22，所述插头适于和PCB相互电连接，以便交换电力/信号/信息等。组件可以作为PCI卡经由从外部可接近的接头12’操作。同样，组件可具有PCI卡所需要的托架10’。当前组件的冷却操作是，风扇18强制空气进入组件10中并进入PCB12/14以及元件16限定的通道30中(看图4)。所述空气将在组件10的另一端(图I中的下侧)处离开通道30，例如通过元件16中的开口 16’离开。
风扇18(看图3)优选具有在实际风扇和位于其下面的电子部件20’之间的下表面18’，以便提高其冷却效果。自然，这些部件20’可具有不同高度，并且可以例如通过弹簧偏压朝向这些部件的最高的一个推动风扇18，导热材料诸如浆、胶水或泡沫28可以设置在较低部件和下表面18’之间。另外，在图I中示出，风扇18具有多个平行散热片18”，进入通道30的空气通过所述散热片并且所述散热片热连接到下表面18’以便提高其冷却效果。被冷却得最好的部件是部件20’，其通常是最耗电的因而发热最大的部件。自然，部件的位置(例如部件20’在表面18’处，部件20在通道30内或者部件20位于PCB12/14的外侧)取决于该部件在工作过程中的发热以及该部件承受高温的能力。由于空气流经通道30以及由于设置在元件16中的狭缝16”，空气还可能由于文氏效应被吸入到部件20’所在的空间中并被吸入到通道30中。这为元件20’提供更好的冷却并还将同样被面对元件20’的元件18’的下侧所冷却的冷空气吸入到通道30中。以下面的方式(特别是看图2、5和6)完成组件10的组装加强元件16设置有多个区域，所述区域具有中央切口 32和冲出的散热片34，它们用来固定元件24，而通道26通过所述元件24固定。这些元件24具有装配在切口 32内的部分以便在横切元件16的纵向方向的方向上固定它们，这样散热片34会固定元件24到元件16。于是利用通过通道26的螺栓和螺母，PCB12/14可以固定至彼此以及固定至元件24及因而加强元件16。风扇18经由弹簧偏压连接到加强元件16，以便保持到元件20’和导热材料28的充分的热连接。这样，元件16的多个部件36被弯曲以位于风扇18上方，销40设置在每个部件36的孔38中以用于引导弹簧42，然后弹簧42设置在部件36和风扇18之间以便远离部件36而朝向元件20’推压风扇18。利用加强元件16的部件36来偏压风扇18而不用关于PCB12的紧固件可节约在PCB12上的空间。另外，力可施加到部件20’，不必从PCB12得到所述力，如果弹簧42连接到PCB而非加强元件16的话，才是这种情况。由于偏压，优选地，元件36定位成使得，相对于部件20’的最高的一个的中心，所施加的力被平衡。这在图7中示出。可以以多种方式得到上述结果。取决于部件36关于最高的部件20’的中心的位置，可以使用具有不同弹簧常数的弹性元件42，或者可以选择部件36的位置以便可以使用相同的弹簧42或者至少具有相同弹簧常数的元件。由于所述施加的力和力矩(力和到最高的部件20’的中心的距离)在该部件的中心处指向正下方，可防止部件20’破裂(否则，如果表面18’要施加不垂直于PCB12的平面的力的话，会出现破裂情况)。在图7中，示出表面18’及其下面的元件20’的范围和位置。很容易确定表面18’的中心c以及元件20’的中心。两个弹簧元件42的位置示出在圆圈I和2处，用箭头a和b示出两个垂直方向。根据这些位置，可以确定第三个元件或者任何额外元件42的最佳位置。由于为了制造的目的，期望所有弹性装置42都相同(在制造限制内)，另外的弹性装置42和圆圈I和2的位置仅仅由从部件20’的中心到弹簧42的位置1、2的距离在两个方向上的投影决定。
尤其是，沿着方向a从部件20’的中心算起的定位在一个方向上的所有弹簧42的组合距离，应该等于沿着方向a的从部件20’的中心算起的定位在相反方向的所有弹簧42的组合距离的预定距离或者在所述组合距离的预定距离内。沿方向b同样如此，由此利用相同的弹簧42获得偏压，所述弹簧42提供力，所述力被表面18’沿垂直于表面18’的方向施加在部件20’上,并因而施加在部件20’的上表面上。
权利要求
1.一种组件，包括 其上具有电子部件的第一 PCB，第一 PCB具有第一侧和第二侧，一个或更多个第一电子部件位于第一 PCB的第一侧，所述组件还包括冷却表面和偏压装置，所述偏压装置用于朝向第一电子部件中的至少一个的上表面偏压冷却表面，其中偏压装置包括至少三个弹性元件， 所述组件还包括固定到第一 PCB或相对于第一 PCB固定的一个或更多个元件，在第一PCB的平面中在位于离所述至少一个电子部件的中心不同距离的位置处，偏压装置接合所述固定元件， 所述固定元件提供刚性，使得施加的力不会施加到PCB上，从而PCB不会弯曲。
2.根据权利要求I所述的组件，其中偏压元件定位成使得，沿着彼此垂直并位于所述平面中的两个轴线中的每一个，从电子部件的中心到关于所述中心定位在沿着所述轴线的一个方向上的每个偏压元件的第一组合距离在第二组合距离的预定距离内，其中所述第二组合距离是从所述中心到关于所述中心定位在沿着所述轴线的相反方向上的每个偏压元件的距离。
3.根据权利要求I或2所述的组件，包括 带有第一侧和第二侧的第二 PCB，一个或更多个第二电子部件位于第二 PCB的第一侧，第一 PCB的第一侧面对第二 PCB的第一侧， 通道形成元件，其包括所述一个或更多个固定元件，并用第一和第二 PCB的第一侧的至少一部分形成具有第一端和第二端的通道，及 空气推动元件，定位成强制空气从通道的第一端朝向通道的第二端穿过通道， 其中偏压元件邻接通道形成元件。
4.根据权利要求3所述的组件，还包括位于通道的第二端处或附近的一个或更多个开□。
5.根据权利要求3或4所述的组件，其中 第一 PCB具有在其平面中的第一轮廓， 第二 PCB在所述平面中具有第二轮廓，第一和第二轮廓的至少一部分交迭，通道形成元件在所述轮廓的交迭部分的边界的至少一部分处阻塞或关闭在第一和第二 PCB之间的任何开口。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的组件，其中第一PCB在其平面中覆盖第一区域，第二 PCB在所述平面中覆盖第二区域，第二区域位于第一区域内，其中空气推动元件在所述平面中覆盖第三区域，第三区域位于第一区域的未被第二区域覆盖的部分内。
7.根据权利要求6所述的组件，其中在所述平面中，空气推动元件定位成与通道的第二端相比更靠近通道的第一端。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的组件，其中第一和第二PCB至少基本平行。
9.根据权利要求I所述的组件，其中弹性元件具有至少基本相同的弹簧常数。
10.根据权利要求9所述的组件，其中偏压元件定位成使得，沿着彼此垂直并位于所述平面中的两个轴线中的每一个，从所述至少一个第一电子部件的中心到关于所述中心定位在沿着所述轴线的一个方向上的每个偏压元件的第一组合距离在第二组合距离的预定距离内，其中所述第二组合距离是从所述中心到关于所述中心定位在沿着所述轴线的相反方向上的每个偏压元件的距离。
11.一种操作根据权利要求3所述的组件的方法，所述方法包括下述步骤 提供电力到第一 PCB的电子部件， 提供电力到第二 PCB的电子部件， 操作空气推动元件以从空气推动元件通过通道的第一端并朝向通道的第二端推动空气。
全文摘要
一种印刷电路板，具有将要被偏压在其上的冷却表面冷却的电子部件，其中偏压元件不邻接PCB而是与连接到PCB的加强件邻接，以便不使PCB变形或弯曲。
文档编号H05K1/14GK102986318SQ201180020506
公开日2013年3月20日 申请日期2011年4月19日 优先权日2010年4月23日
发明者克劳斯·伊科, 克里斯托弗·斯道伦莫恩 申请人:纳派泰克股份公司