专利名称：用柔性底板的散热装置的制作方法
技术领域：
本发明与电子装置有关，具体地说，与散去由于安装在印刷电路板上的这类电子装置工作而产生的热量的技术有关。
当前在电子设备的生产和组装中的趋势是用较少的硬件或小型化的硬件来组装更多的电子器件，以便用更为紧凑的结构为用户提供更多的服务。然而，小型化对热环境有一定要求，因为在许多小型化硬件主机结构中所用的诸如个人计算机卡(PC卡)组件之类的电子装置在工作时要产生不少的热。常规的PC卡组件并不是为这样要求的温度环境设计的，因此它们的使用和工作会受到不良影响。如果环境温度超过了门限，PC卡将会“烧毁”而不能工作。
近来，通过将这些PC板比较大的间隔配置在标准的、致热密度不大的母板上来控制由于小型化而产生的热环境的不良影响。如在该技术领域所周知的那样，标准母板具有扁平的矩形结构。然而，采用这种结构的缺点是PC板之间间隔比较大，因而功率密度比较小。实际上，大母板结构所用的PC板并不超过一块或两块，部分就是由于这个限制。例如，典型的类似结构的功率密度只是大约0.05瓦/英寸3而比较密的封装结构的功率密度可能超过0.2瓦/英寸3。也就是说，在非常紧凑的结构中不能得到最大的热耗散。
本发明提供了一种比原先设计更为紧凑的装置，可以适用于更多的电子装置，从而大大增加了这种结构的功率密度，解决了这类原有技术组件的上述问题和缺点，使原有技术得到了改进。
本发明为了使得在一块母板上能更紧密地配列电子装置提供了一种散除电子装置工作时所产生的热的装置和方法。这种装置有一个封住一块柔性底板的金属外壳，底板的下表面上装有一对刚性支承件，而上表面上接有至少一个电子装置，由刚性支承件支持。柔性底板折叠装在外壳内，使得刚性支承件面朝外壳内而电子装置面朝外壳外。一个偏压件安置在刚性支承件之间，将电子装置压靠在外壳上。
在本发明的一个实施例中，柔性底板是一块支持一个PC卡阵列的柔性电路板，而装载装置是一个圆柱形的弹性压缩件。金属外壳是一个铝的U形结构，具有一对平行的壁，从一个短壁横向伸出。U形外壳的敞开端部上可以加一个选用盖，以保护内部的结构。
在本发明的另一个实施例中，装载装置是一个悬臂弹簧，安装在柔性底板上刚性支承件之间的中间位置上。
在本发明的还有一个实施例中，U形外壳的平行壁的外表面上形成一系列肋，提供了一组散热片，以增强将热从电子装置到周围空气的传导。平行壁的内表面上开有一些垂直延伸的槽，引导PC卡在外壳内定位。弹性导热膜粘在外壳内表面上这些槽内，更有利于使热传导到散热片上。
在以下结合附图所作的说明中对本发明的以上特点和其他方面进行了说明。在这些附图中
图1为本发明第一实施例的透视图；图2为图1中的柔性电路板的前表面打开时的示意图；图3为第一实施例加上端盖时的顶视图；图4为本发明第二实施例的柔性电路板的顶视图；图5为本发明第三实施例的外壳的顶视图；图6为图5的外壳带有一层与一个PC卡接触的弹性导热薄膜的局部视图；以及图7为图1的外壳在与一些PC卡接触情况下的局部顶视图，示出了怎样预先确定PC卡之间的间隔以使热传导最佳。
图1例示了为一个PC卡阵列散热的装置10，当然，本发明并不限于PC卡。装置10通常包括一个具有内表面52和外表面54的U形外壳12。外壳12内有一块由一对相对配置的刚性支承件18支持的折合的柔性电路板16，那么PC卡(未示出)就安装在这电路板16上。一个诸如圆柱形的弹性压缩件那样的偏压件或装载件14安置在刚性支承件18之间，使PC卡压靠在外壳12的内表面52上，将柔性电路板16保持在外壳12内。
U形的外壳12由导热金属如铝制成，具有平行壁42和44，从短壁46横向伸出。外壳12在与短壁46相对的那个端部是敞开的，以便PC卡插入和弹出。然而，壁42和44在外表面54上都开有相对配置的垂直的槽36，用来安装铝端盖34，这在稍后将加以说明。
在一个例示性实施例中，外壳12的壁42和44均为4英寸宽和25英寸长。短壁46的宽度为2英寸，而长度也为25英寸。因此，外壳12内的容积为200立方英寸(25英寸×4英寸×2英寸)。如果安装8块PC卡，每块PC卡产生约5瓦功率，那么外壳12内的功率密度是40瓦(5瓦/块×8块)，即0.2瓦/英寸3。如前面所述，典型的现有技术的结构方式的功率密度为0.05瓦/英寸3。所以，在这个例示性的实施例中，功率密度增大为现有技术的四倍。
现在参见图2，图中示出了柔性电路板16在前表面48打开时的情况。柔性电路板16有两层柔性的诸如聚酰亚胺那样的非导电层，千分之五至十英寸厚，两层聚酰亚胺之间夹着一些蚀刻的导电线。柔性电路板16最好是矩形的(25英寸×11英寸)，依靠其后表面50安装到刚性支承件18上。这些刚性支承件18都用热膨胀特性与柔性电路板16相同的材料(如玻璃纤维环氧树脂合成物)制成。每个刚性支承件10长度最好与柔性电路板16的近似，宽度为4英寸，而厚度为1/16英寸。这些刚性支承件18安装在柔性电路板16的端部以使刚性支承件18之间的间距大约为3英寸。
在柔性电路板16的与刚性支承件18相对的前表面48上，可以安装一组PC卡插座24，在图2中只是示例性地示出两个插座24。插座24的引线26接到柔性电路板16，与插入插座24的PC卡22电连接。每个插座24还包括一个连接器/弹出器部件20，其工作情况与现有技术用来从个人计算机的软盘驱动器弹出31/2英寸软盘的相同。当有一个PC卡22插入插座24时，按键60就从部件20向外突出。为了弹出这个PC卡22，只需将按键60向里按，PC卡22就会从插座24弹出。这个部件20有助于取出PC卡22，特别是在柔性电路板16保持在外壳12内时十分有用。
图3示出了装置10的顶视图，从中可以清楚地看到柔性电路板16在外壳12内的定位情况。如图3所示，有一个大体呈U形的铝端盖34安装在外壳12上。U形铝端盖34有两条分别与外壳12上的两条垂直延伸的槽36相应的凸棱38。在凸棱38以垂直向下的方式插入槽36后，端盖34就接到了铝外壳12上。图3中还示出了将PC卡22压靠在外壳12上的圆柱形弹性压缩件14，由于在处于刚性支承件18之间时受到刚性支承件18的反作用力而发生变形。
图4示出了将PC卡22压靠在外壳12上的装载装置的另一个实施例。图4是柔性电路板16的顶视图，悬臂弹簧30以常用方式安装在柔性电路板16的后表面50上，例如用铆钉28铆在刚性支承件18之间的中间位置上。可以用多个相互平行定位的弹簧30，每对相对配置的PC卡22使用一个或两个弹簧30。弹簧30起着装载装置的作用，情况如下。当为了插入外壳12而折叠柔性电路板16时，刚性支承件18就向内压迫弹簧30。在柔性电路板16放入外壳12内适当位置而松手时，弹簧30向外扩展，将PC卡22偏压靠在外壳12上，从而将柔性电路板16固定在外壳12内。弹簧30的形状和截面很容易加以调整，以提供将PC卡22压靠在外壳12上所需的适当的力。
图5示出了本发明的另一个实施例。在这个实施例中，外壳12的短壁46设计成弯曲的，与折叠的柔性电路板16的形状适配，以便减小外壳12内的容积，从而增大功率密度。外壳12的壁42和44的每个内表面52上各有一个垂直槽40，宽度与PC卡22的近似，以将PC卡22引导和定位，因此柔性电路板16是垂直向下插入外壳12的。应该指出的是，槽40也可以水平方向开在壁42和44的内表面52上，这样柔性电路板16就要通过水平方向横向插入外壳12。槽40的表面上粘有一层导热的弹性薄膜32，例如厚度最好约为0.04英寸的硅，这样更有利于将热传导给外壳12。PC卡22与导热弹性材料32之间的交接情况可从图6清楚地看出。
外壳12的壁42和44的外表面54上有一系列垂直延伸的散热片56，以便更好地将热传导给周围空气。如在本技术领域中众所周知的那样，可以通过考虑诸如外壳12所用金属的数量和类型、PC卡产生的功率和外部气流特性等因素使散热片56的厚度和间距最佳化。
图7示出了PC卡22之间的预定间距58。间距58在数学上根据使从PC卡22至外壳12的热传导最佳地计算得出。如所周知，相隔的热源靠得越近，热源所接触的铝就越热。因此，为了使安装在PC卡22上的集成电路内的各硅结温度不超过会使PC卡22“烧毁”的最大极限，PC卡22之间的间距实际上有一个极限。间距58就是可以将PC卡22间隔配置而不致“烧毁”的最小间距。间距58可以用许多目前专门用来执行这种功能的计算机程序中的任何一个程序加以计算。
虽然以上已对各例示性的最佳实施例作了详细说明，但应当指出，熟悉本技术领域的人员显然能理解，在本发明的范围内可以作出种种改动而仍能保留这些优点。例如，本发明并不局限于对PC卡部件的散热，也同样可用于其他发热电子装置的散热。这里所例示的只是说明性的，不是限制性的。并无任何企图利用以上说明排斥任何与这里所说明相等效的各种特点。因此，本发明的专利保护范围应理解为由所附权利要求书所限定。
权利要求
1.一种吸收和耗散PC卡所产生的热的装置，所述装置包括一个具有一个敞开端部以及一个内表面和一个外表面的金属外壳；一块安装在所述外壳内的柔性电路板，所述电路板具有第一表面和第二表面；一个与所述电路板连接的PC卡插座，用来容纳一个PC卡，经操作可将所述PC卡接到所述第二表面上；以及一个与所述电路板的所述第一表面接触的偏压件，用来使所述第二表面和所述PC卡插座偏向所述金属外壳。
2.权利要求1的装置，所述装置还包括一对安装在所述柔性电路板的所述第一表面上的刚性支承件，其中所述柔性电路板定位在所述外壳内，使得所述刚性支承件面朝外壳内，而所述插座面朝外壳外。
3.权利要求2的装置，其中所述偏压件安置在所述刚性支承件之间，用来使所述插座压靠在所述外壳上。
4.权利要求3的装置，其中所述偏压件是一个圆柱形的弹性压缩件。
5.权利要求3的装置，其中所述偏压件是一个安装在所述柔性电路板的所述第一表面上在所述支承件之间的中间部位的悬臂弹簧。
6.权利要求1的装置，所述装置还包括一个可拆卸地接到所述外壳、封住所述外壳的所述敞开端部的端盖。
7.权利要求1的装置，所述装置还包括一系列在所述外壳的所述外表面上形成的散热片。
8.权利要求7的装置，其中所述外壳的所述内表面上形成一个垂直延伸的槽，用来引导所述PC卡进入所述外壳。
9.权利要求8的装置，所述装置还包括在所述外壳的所述垂直延伸的槽内的内表面上形成的一层弹性导热薄膜。
10.一种耗散电子装置工作时所产生的热的装置，所述装置包括一个导热外壳；一块具有一个第一表面和一个第二表面的柔性底板；一对安装在所述底板的所述第一表面上的刚性支承件；一个由所述刚性支承件支持的插座装置，用来在操作中将至少一个电子装置接到所述底板的所述第二表面上，其中所述柔性底板定位在所述外壳内，使得所述刚性支承件面朝所述外壳内，而所述插座装置面朝所述外壳外；以及一个安置在所述刚性支承件之间的偏压件，用来使所述插座装置偏向所述外壳。
11.权利要求10的装置，其中所述柔性底板是一块柔性电路板。
12.权利要求10的装置，其中所述外壳用一种导热金属制成。
13.权利要求12的装置，其中所述导热金属是铝。
14.权利要求10的装置，其中所述外壳大体呈U形，包括一对从一个端壁横向延伸的平行壁。
15.权利要求14的装置，其中所述外壳还包括一对垂直的槽，用来锁入一对从一个导热端盖凸起的相应的棱，以可拆卸地将所述端盖接到所述外壳上。
16.权利要求10的装置，所述装置还包括至少一个容纳在所述插座装置内、经操作可接到所述底板的所述第二表面的电子装置，其中所述偏压件使所述电子装置的至少一部分与所述外壳接触。
17.权利要求16的装置，其中所述电子装置是一个PC卡。
18.权利要求17的装置，其中所述插座装置包括一个经操作可将所述PC卡接入所述插座装置和将所述PC卡弹出所述插座装置的组件。
19.权利要求10的装置，其中所述偏压件是一个圆柱形弹性压缩件。
20.权利要求10的装置，其中所述偏压件是一个安装在所述底板的所述第一表面上在所述刚性支承件之间的中间部位的悬臂弹簧。
21.权利要求14的装置，其中所述端壁呈弯曲形。
22.权利要求14的装置，所述装置还包括一系列在每个所述平行壁的外表面上形成的散热片，用来增强从所述电子装置到周围空气的热传导。
23.权利要求22的装置，其中所述平行壁中至少一个壁的内表面上形成一个垂直延伸的槽，用来引导所述电子装置进入所述外壳。
24.权利要求23的装置，所述装置还包括在所述垂直延伸的槽内的所述内表面上形成的一层弹性导热薄膜，以促进从所述电子装置到所述外壳的热传导。
25.权利要求17的装置，其中所述柔性底板上的PC卡之间相隔一个预定间隔，以使从所述PC卡到周围空气的热传导最大。
26.权利要求10的装置，其中所述刚性支承件具有与所述柔性底板相同的热膨胀特性。
27.权利要求26的装置，其中所述柔性底板用聚酰亚胺制成。
28.权利要求27的装置，其中所述刚性支承件用玻璃纤维环氧树脂制成。
29.一种散去电子装置所产生的热的方法，所述方法包括下列步骤将所述电子装置安装在一块柔性底板的一个第一表面上，用一对安装在所述柔性底板的一个第二表面上的刚性支承件支持所述电子装置；将所述柔性底板折叠，使得所述刚性支承件朝内相互相对，而所述电子装置面朝外；将所述底板插入一个导热外壳；以及使所述电子装置偏压靠在所述外壳上。
30.权利要求29的方法，其中所述柔性底板是一块柔性电路板。
31.权利要求29的方法，其中所述外壳用一种导热金属制成。
32.权利要求31的方法，其中所述导热金属是铝。
33.权利要求29的方法，其中所述外壳大体呈U形，包括一对从一个端壁横向延伸的平行壁，而其中所述将所述柔性底板插入所述导热外壳的步骤还包括将所述底板的一个与所述端壁相邻的折叠部分对齐的步骤。
34.权利要求33的方法，所述方法还包括将一个导热端盖锁入一对开在所述外壳上的垂直槽内使所述端盖可拆卸地接到所述外壳上的步骤。
35.权利要求28的方法，其中所述电子装置是一个PC卡。
36.权利要求35的方法，其中所述安装步骤包括将所述PC卡插入安装在所述柔性底板的所述第一表面上的一个插座装置的步骤。
37.权利要求36的方法，所述方法还包括经操作将所述PC卡接入所述插座装置和将所述PC卡弹出所述插座装置的步骤。
38.权利要求29的方法，其中所述偏压步骤包括将一个圆柱形的弹性压缩件插在所述刚性支承件之间的步骤。
39.权利要求29的方法，其中所述偏压步骤包括下列步骤将一个悬臂弹簧安装在所述刚性支承件之间的中间位置；以及将所述电子装置压靠在所述外壳上。
40.权利要求33的方法，其中所述端壁呈弯曲形。
41.权利要求33的方法，所述方法还包括在每个所述平行壁的一个外表面上形成一系列散热片的步骤。
42.权利要求41的方法，其中所述插入步骤还包括下列步骤在至少一个所述平行壁的一个内表面上形成一个垂直延伸的槽；以及将所述电子装置贴近所述槽中的一个槽向下导入所述外壳。
43.权利要求42的方法，其中所述形成垂直延伸槽的步骤还包括在所述槽内的所述内表面上粘上一层弹性导热薄膜的步骤。
44.权利要求35的方法，其中所述安装步骤包括下列步骤预先确定一个需在所述PC卡与一个要安装在所述柔性底板上的第二PC卡之间的使从所述这两个PC卡到空气的热传导为最大的间隔；以及以所述间隔将所述第二PC卡安装在所述柔性底板的所述第一表面上。
45.权利要求29的方法，其中所述刚性支承件具有与所述柔性底板相同的热膨胀特性。
46.权利要求45的方法，其中所述柔性底板用聚酰亚胺制成。
47.权利要求46的方法，其中所述刚性支承件用玻璃纤维环氧树脂制成。
全文摘要
一种吸收和耗散PC卡所产生的热的装置,所述装置包括:一个具有一个敞开端部以及一个内表面和一个外表面的金属外壳;一块安装在所述外壳内的柔性电路板,所述电路板具有第一表面和第二表面;一个与所述电路板连接的PC卡插座,用来容纳一个PC卡,经操作可将所述PC卡接到所述第二表面上;以及一个与所述电路板的所述第一表面接触的偏压件,用来使所述第二表面和所述PC卡插座偏向所述金属外壳。
文档编号H05K3/00GK1195963SQ97123490
公开日1998年10月14日 申请日期1997年12月30日 优先权日1997年1月2日
发明者弗兰克·弗农·盖茨 申请人:美国电报电话公司