CN101208003B

CN101208003B - 电子设备冷却结构

Info

Publication number: CN101208003B
Application number: CN2007101597096A
Authority: CN
Inventors: 高相和夫
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2027-12-20
Also published as: JP4735528B2; JP2008159688A; US7606027B2; DE102007058706A1; DE102007058706B4; CN101208003A; US20080151501A1

Abstract

一种电子设备包括电路板(13)，安装在电路板(13)上的电路元件(14、15)，和用于冷却电路元件(14、15)的冷却结构。电路元件(14、15)包括生热元件(14)。冷却结构包括散热器(12)，与散热器一体形成的冷却片(19)，空气入口(22)，空气出口(21)，和产生从空气入口(22)流到空气出口(21)的冷却空气的风扇设备(16)。散热器(12)位于电路板(13)上方，且与安装在电路板(13)上的生热元件(14)热连接。向电路板(13)延伸的冷却片(19)在电路板(13)和散热器(12)之间提过若干空气通道(23)。空气入口(22)和出口(21)通过空气通道(23)彼此连通。

Description

电子设备冷却结构

技术领域

本发明涉及具有冷却结构的电子设备，所述冷却结构包括用于冷却安装在电路板上的生热元件的散热器和风扇设备。

背景技术

通常，车辆导航设备包括称为导航板的板。此导航板被构造为，中央处理器(CPU)和外围部件比如存储设备和高频元件安装在电路板上。导航板与例如硬盘驱动器的其它设备一起安装在壳体内。

车辆导航设备被安装在车辆上，其所处的地方温度变得相对较高。最近几年，车辆导航设备已经变得日益复杂了，也就是在车辆导航设备中应用CPU已经日益复杂了。因此，由CPU产生的热量增大了。所以，用于冷却CPU和周围部件的冷却结构已经变得非常重要。

例如，如与JP-A-2002-368467相应的US6847524所公开的，已经提出了膝上型计算机冷却结构，包括散热器(也就是散热片)，与散热器一体的冷却片和为冷却片之间提供空气的风扇设备。散热器置于电路板上方，生热的半导体封装(也就是CPU)安装在电路板上。所述散热器与生热的半导体封装热接触。

如图3所示，发明人已经将这样的膝上型计算机冷却结构应用于用于冷却导航板的冷却结构中。作为生热设备的CPU 2和若干电路元件3(外围部件)安装在电路板1上。类似盘形的、由铝制造的散热器4位于电路板1的上方。接触部分5一体形成在散热器4的底表面上，且与CPU 2热接触。

若干冷却片6一体形成散热器4的顶表面上，且在图3中在左右方向上延伸。象金属板的盖8位于冷却片6的上方，以便在冷却片6之间形成空气通道。风扇设备7位于图3的右角部分。如图3中箭头所知，当风扇7被驱动时，空气从上方吸入空气通道，而且空气在图3中从左到右穿过空气通道。因此，由CPU 2所产生的热量通过冷却片6被消散。

这种传统的冷却结构集中于冷却CPU 2，也就是消散CPU 2所产生的热量。简而言之，传统的冷却结构中不考虑电路元件3的冷却。然而，一些电路元件3的保证温度低于CPU 2的保证温度。因此，当由CPU 2所产生的热量大量增加时，例如，由于复杂化，电路元件3的周围温度可能会超过电路元件3的保证温度。

例如，假设CPU 2的保证表面温度为100℃，且电路元件3的保证周围温度为85℃。这样，散热器4的底表面要求被冷却到100℃以下。例如，设计散热器4使得散热器4的底表面被冷却到95℃以下。这样95℃的热产生部件位于整个电路板1的上方。结果，电路元件3的周围温度会超过电路元件3的保证周围温度85℃。

通过增强散热器4的冷却性能，电路元件3的周围温度能够被降低到低于电路元件3的保证周围温度。一个增强散热器4冷却性能的方法是增加散热器4的尺寸。但是，增加散热器4的尺寸会导致增加冷却结构的尺寸和成本。另外，图3中所示的冷却结构需要盖8，这也增加冷却结构的尺寸和成本。

发明内容

考虑到上述问题，本发明的目的是提供具有冷却结构的电子设备，其不仅有效冷却安装在电路板上的生热元件，而且冷却安装在电路板上的外围元件。

电子设备包括电路板，安装在电路板上的若干电路元件，和用于冷却电路元件的冷却结构。电路元件包括生热元件。冷却结构包括散热器，与散热器一体的若干冷却片，空气入口，空气出口，和用于产生从空气入口流到空气出口的空气的风扇设备。

散热器位于电路板上方，且与安装在电路板上的生热元件热连接。向电路板延伸的冷却片在电路板和散热器之间提供若干空气通道。空气入口和出口通过若干空气通道彼此连通。

根据冷却结构，当风扇被驱动时，冷却空气流过空气通道，空气通道分别被冷却片分离，且设在散热器和电路板顶表面之间。生热元件所产生的热量通过冷却片散入冷却的空气中，且具有热量的冷却空气从空气出口被排放。另外，冷却空气直接与生热元件、除生热元件之外的电路元件和电路板的顶表面接触。因此，冷却结构提高了冷却容量。冷却片向电路板延伸，以便冷却结构能够小型化。

附图说明

本发明的上述和其它的目的、特点和优点从后续的参照附图的详细描述中会更为明显。其中：

图1是根据本发明的实施例具有冷却结构的导航板的剖面图；

图2是冷却结构的散热器的底视图；和

图3是根据相关技术具有冷却结构的导航板的剖面图。

具体实施方式

图1中所示为根据本发明实施例的作为电子设备的导航板11。导航板11具有冷却结构。尽管在图中没有示出，导航板11与许多设备一起安装在壳体中，以构成车辆导航设备的主单元。例如，所述设备可能包括硬盘驱动器，DVD驱动器，和其它电路板(例如音频板)。

如图1所示，导航板11包括矩形印刷电路板13，安装在板13的顶表面上的中央处理器(CPU)14，和安装在板13的顶表面上的若干电路元件15(也就是外围元件)。板13的长度比板13的宽度长。CPU 14基本上安装在板13的中央。

电路元件15包括半导体元件(例如存储元件)。半导体元件为薄型小尺寸封装(TSOP)，芯片级封装(CSP)，和类似的封装。半导体元件设在CPU 14附近。除半导体元件之外，电路元件15包括电源元件、电容、线圈和类似元件。电源元件、电容、线圈设于图1中板13的左侧。具体地，设于图1中板13左侧的电路元件15的高度比设于图1中板13的中间和右侧的电路元件15高。因此，相对高的电路元件15共同安装在图1中板13的左侧。CPU 14是生热元件，且由CPU 14所产生的热量比每一个电路元件15所产生的热量多。

导航板11具有包括散热器12和风扇设备16的冷却结构。散热器12和风扇设备16位于板13上方。散热器12为矩形板状，且尺寸比板13略小。例如，散热器12可以由铝制成。散热器12设有接触部分17、屏蔽墙18和冷却片19。接触部分17、屏蔽墙18和冷却片19与散热器12的底表面一体形成，面对板13的顶表面。接触部分17与安装在板13的顶表面上的CPU 14热接触。尽管图中没有示出，散热器12在边缘设有安装部分(例如螺丝孔)，且例如通过螺丝在安装部分被固定在板13上。

接触部分17为圆柱形，且基本上位于散热器12的中央，以与CPU 14面对。接触部分17延伸向板13的顶表面，且与CPU 14热接触。如图1所示，导热胶体20安装在接触部分17的底表面上。因此，接触部分17的底表面和CPU 14的顶表面能够通过导热胶体20热结合在一起。

如图2中所示的散热器12的底视图，屏蔽墙18围绕散热器12的周边设置，且向板13的顶表面延伸。屏蔽墙18在图2中的左顶侧具有切口部分。切口部分作为空气入口21。如图1中所示，大约0.5mm到1mm之间的恒定间隙C1设在屏蔽墙18的底表面和板13的顶表面之间。

散热器12在图2中的右底角具有圆形空气入口22。风扇设备16位于空气入口22上方以覆盖空气入口22。风扇设备16具有矩形外形。风扇设备16包括壳体16a，叶片16b，和马达(未示出)。壳体16a具有与散热器12的空气入口22连通的圆形开口。当叶片16b被马达驱动时(也就是旋转时)，冷却空气通过空气入口22从外部被吸入散热器12和板13之间的空间。

在图1中，冷却片19在向下方向上向板13的顶表面延伸。冷却片19也在图1中左右延伸。在本实施例中，散热器12在平行排方向设有四个冷却片19。因此，分别被四个冷却片19分离的五个的空气通道23设在散热器12的底表面和板13的顶表面之间的空间内。

如图2所示，冷却片19没有设在直接位于风扇设备16下面的矩形区域内。冷却片19也没有设在矩形区域前面的三角形区域内。因此，由矩形区域和三角形区域形成的第一梯形区域设在空气入口22侧。第一梯形区域作为入口压力室24，通过空气入口22引入的空气通过第一梯形区域分布在空气通道23之间。同样地，不设有冷却片19的第二梯形区域设在空气出口21侧。第二梯形区域作为出口压力室25。穿过空气通道23的空气聚入出口压力室25，且通过空气出口21被排到外部。在本实施例中，例如，出口压力室25的宽度比入口压力室24的宽度小。另外，两个中间的冷却片19中的每一个被分成两个，以便形成围绕接触部分17的环形空间26。

如图1所示，冷却片19具有台阶19a，19b，其调整冷却片19的从散热器12的底表面伸出的长度。因此，台阶19a，19b允许在冷却片19和安装在板13上的电路元件15之间留有预定间隙C2。如前所述，在图1中，设在板13的左侧的电路元件15的高度比设在板13的中间或右侧的电路元件15高。因此，设在左侧的冷却片19的长度比设在中间或右侧的冷却片19长度短。具体地，当设在中间或右侧的冷却片19的长度恒定，设在左侧的冷却片19的长度可以根据电路元件15的高度由台阶19a，19b调整。在本发明实施例中，设置间隙C2比间隙C1大，且例如在1mm到2mm之间。

本据本发明的冷却结构具有下述的效果和优点。由图1、2的箭头所示，当风扇设备16被驱动时，空气通过空气入口22吸入入口压力室24。然后，在图1、2中，空气穿过分别被冷却片19分离的空气通道23从左向右流动。空气在均匀地分布在空气通道23之间的均匀压力作用下从入口压力室24被引入空气通道23。因此，空气散布在所有的空气通道23中。

穿过空气通道23的空气聚集入出口压力室25，且通过空气出口21被排到外界。与CPU 14热接触的接触部分17位于空气通道23中，以便空气能够围绕接触部分17流动，也就是CPU 14。另外，由于接触部分17是圆柱形的，空气能够顺滑地通过空气通道23而不被接触部分17所阻碍。因此，接触部分17和CPU 14能够被穿过空气通道23的空气有效地冷却。除此之外，围绕散热器12周边的屏蔽墙18有助于防止空气从空气通道23中泄漏。本发明人已经通过实验证实当间隙为1mm时空气的泄漏是可以忽略的。

当被引入导航板11的空气以如上所述的方式流动时，由CPU 14所产生的热量以如下的方式流动。热量从CPU 14通过导热胶体20传递给散热器12的接触部分17。因此，热散布整个散热器12，且散热器12和冷却片19的温度升高。在冷却片19和流过空气通道23的空气之间产生热交换。因此，热量有效的从冷却片19散入空气中，且被热交换加热的空气从空气出口21排放出去。

同时，热量通过板13和CPU 14之间的电连接从CPU 14传递给板13。因此，板13和安装在板13上的电路元件15的温度升高。在板13和电路元件15，和流过空气通道23的空气之间产生热交换。因此，热量有效的从板13和电路元件15散入空气中，且被热交换加热的空气从空气出口21排放出去。因此，除CPU 14之外，还有板13和电路元件15能够被空气冷却。另外，由于散热器12基本上覆盖整个板13，散热器12作为电磁屏蔽。

如上所述，根据本发明的冷却结构大大改善了对CPU 14的冷却性能。另外，所述冷却结构使电路元件15的周围温度保持较低。

例如，假设CPU 14的保证温度为100℃，且电路元件15的保证周围温度为85℃。这样，散热器12的底表面要求被冷却到100℃以下。例如，设计散热器12使得散热器12的底表面被冷却到95℃以下。这样95℃的生热部件(即，散热器12)位于整个板13的上方。

根据本实施例，空气在散热器12和板13之间流动，以便入口和出口空气温度能够被保持在85℃以下。因此，电路元件1 5的周围温度能够被保持在85℃以下，而85℃是电路元件15的保证周围温度。尽管由CPU 14所产生的热量能够被传递给板13，但是空气可以直接与板13接触。因此，板13和CPU 14被空气充分的冷却，以便电路元件15周围的温度低于电路元件15的保证周围温度。因此，CPU 14和电路元件15的温度被保持在低于其各自的保证温度，而不增加散热器12的大小，也不提高风扇设备16的空气供给量。

另外，冷却片19向板13延伸。使用这种方法，限制导航板11的尺寸增大以便限制导航板11的成本增加。冷却片19具有台阶19a，19b，台阶19a，19b使得冷却片19和电路元件15之间留有预定间隙C2。因此，包括冷却片19的整个散热器12的厚度可以被减小。不同于图3中所示的相关技术，根据本发明的冷却结构不需要盖。因此，导航板11的尺寸和成本都能够被降低。

除此之外，屏蔽墙18围绕散热器12的周边设置，以帮助防止空气穿过空气通道23泄漏。因此，冷却结构具有改善的冷却性能。屏蔽墙18和板13之间的间隙C1小于冷却片19和电路元件15之间的间隙C2。用这种方法，引入导航板11的大多数空气穿过空气通道23不泄漏地流动，以便保证冷却性能足够保持CPU 14和电路元件15的温度低于其各自的保证温度。

除此之外，入口压力室24位于空气入口22附近，以把通过空气入口22引入的空气均匀地分布在空气通道23之间。出口压力室25位于空气出口21附近，聚集穿过空气通道23的空气，以便空气通过空气出口21被排放而不被扩散。与CPU 14热接触的接触部分17是圆柱形的，且环状空间26围绕接触部分17形成。用这种方法，空气可以顺滑地通过空气通道23，而不会受到接触部分17的阻碍。因此，接触部分17和CPU 14能够被穿过空气通道23的空气有效地冷却。

可以用各种方式修改上述实施例。例如，在上述实施例中，风扇设备16是鼓风机型，且设置在空气入口22侧。作为选择，风扇设备16可以是抽吸型，且设置在空气出口21侧。其它的风扇设备可以设置散热器12上方。散热器12的接触部分17可以为圆柱形之外的其它形状。例如，接触部分17可以具有棱柱形。接触部分17和CPU 14可以通过导热构件而不是导热胶体20热连接在一起。例如，接触部分17和CPU 14能够通过导热油脂或带而热连接在一起。电路元件14、15和冷却片19的数量和设置可以根据需要改变。

根据本发明的冷却结构可以适用于各种具有需要被冷却的生热元件的电子设备。特殊地，冷却结构适于应用于车辆上的温度会变高的电子设备。

应该明白这样的改变和修改都在如后续权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims

1.一种电子设备，其包括：

电路板(13)；

安装在电路板(13)的顶表面上的多个电路元件(14、15)，该多个电路元件(14、15)包括生热元件(14)；和

冷却结构，其包括散热器(12)、与散热器(12)一体形成的多个冷却片(19)、空气入口(22)、空气出口(21)、和用于产生从空气入口(22)流动到空气出口(21)的冷却空气的风扇设备(16)，

其中散热器(12)位于电路板(13)上方，且与安装在电路板(13)上的生热元件(14)热连接，

其中该多个冷却片(19)向电路板(13)延伸，在电路板(13)和散热器(12)之间提供多个空气通道(23)，以及

其中空气入口(22)和出口(21)通过该多个空气通道(23)彼此连通。

2.如权利要求1的电子设备，其中该多个冷却片(19)具有台阶部分(19a，19b)，台阶部分(19a，19b)使该多个冷却片(19)和安装在电路板(13)上的该多个电路元件(14，15)之间留有预定间隙。

3.如权利要求1的电子设备，其中冷却结构还包括围绕所述散热器(12)的周边设置且向所述电路板(13)的顶表面延伸的壁构件(18)，以防止空气从该多个空气通道(23)泄漏。

4.如权利要求1的电子设备，

其中冷却结构还包括位于空气入口(22)附近的压力室，

其中在所述压力室(24)中不设置冷却片(19)，以及

其中空气通过所述压力室(24)分布在该多个空气通道(23)之间。

5.如权利要求1的电子设备，

其中没有冷却片(19)围绕生热元件(14)设置，以提供围绕生热元件(14)的空间(26)，以及

其中空气从空气入口(22)通过所述空间(26)流向空气出口(21)。

6.如权利要求1-5之一的电子设备，

其中散热器(12)包括圆柱形的接触部分(17)，其向电路板(13)的顶表面延伸，以与生热元件(14)热接触。

7.如权利要求3的电子设备，

其中壁构件(18)具有空气入口(22)和空气出口(21)中的至少一个。