CN103458654A - 提供加热散热以维持电子元件工作温度的多层电路板架构 - Google Patents

Abstract

一种提供加热与散热以维持电子元件工作温度的多层电路板架构，多层式印刷电路板的外层分别与电子元件接触，再由温度感测电路感测电子元件的工作温度，当电子元件的工作温度低于默认值时，即控制对应的加热电路的致能，藉由导热件进行热传导，以对电子元件加热，当电子元件的工作温度高于默认值时，即控制对应的加热电路的禁能，藉由导热件进行热传导，以对电子元件散热，藉此可以达成在不同的温度环境下维持电子元件工作温度范围的技术功效。

Description

提供加热散热以维持电子元件工作温度的多层电路板架构

技术领域

一种多层电路板架构，尤其是指一种提供加热与散热以维持电子元件工作温度的多层电路板架构。

背景技术

工业计算机的应用范围很广阔，亦即工业计算机是需要应用在不同的工业环境，而在工业计算机中的电子元件会有高功耗与低功耗的差别，因此，当工业计算机被使用在高温环境工作时，由于低功耗电子元件自身所产生的热能较低，故仅需要进行一般的散热即可以满足低功耗电子元件的工作温度范围需求，而对于高功耗电子元件来说，高功耗电子元件自身所产生的热能较高，故需要特别对高功耗电子元件进行散热的设计，才能满足高功耗电子元件的工作温度范围需求。

当工业计算机被使用在低温环境工作时，由于高功耗电子元件自身所产生的热能较高，即可以藉由自身发热满足高功耗电子元件的工作温度范围需求，而对于低功耗电子元件来说，低功耗电子元件自身所产生的热能较低，故在低温环境中，故在低功耗电子元件正常使用的状况下，可能会有超出临界工作温度的状况产生，在超过温度规格下工作的低功耗电子元件会产生出误动作的情形，严重时会造成工业计算机宕机。

综上所述，可知先前技术中长期以来一直存在电子元件应用在高温环境与低温环境中，电子元件会有超出临界工作温度的问题，因此有必要提出改进的技术手段，来解决此一问题。

发明内容

有鉴于先前技术存在电子元件应用在高温环境与低温环境中，电子元件会有超出临界工作温度的问题，本发明遂提供一种提供加热与散热以维持电子元件工作温度的多层电路板架构，其中：

本发明所公开的提供加热与散热以维持电子元件工作温度的多层电路板架构，其包含：至少一电子元件以及多层式印刷电路板，其中，所述至少一电子元件与所述多层式印刷电路板的外层表面接触，与所述至少一电子元件相邻的至少二层中与所述至少一电子元件接触位置对应的位置处分别配置至少一加热线路与至少一导热件。

多层式印刷电路板更包含：温度感测电路与控制电路，其中，所述温度感测电路用以分别与所述多层式印刷电路板外层所配置的所述至少一加热线路电性连接或所述至少一导热件连接，并藉由感测所述至少一加热线路或所述至少一导热件的温度以表示所述至少一电子元件的工作温度；所述控制电路分别与所述至少一加热线路电性连接，其中：所述控制电路当所述温度感测电路感测所述至少一电子元件的工作温度低于与所述至少一电子元件对应的一第一默认值时，控制与所述至少一电子元件接触位置对应的所述至少一加热电路的致能，藉由所述至少一导热件进行热传导，以对对应的所述至少一电子元件提供加热，其中所述第一默认值是依据对应的所述至少一电子元件而设定具有不同工作温度的数值；及所述控制电路当所述温度感测电路感测所述至少一电子元件的工作温度高于与所述至少一电子元件对应的一第二默认值时，控制与所述至少一电子元件接触位置对应的所述至少一加热电路的禁能，藉由所述至少一导热件进行热传导，以对对应的所述至少一电子元件提供散热，其中所述第二默认值是依据对应的所述至少一电子元件而设定具有不同工作温度的数值。

本发明所提供的系统与方法如上，与先前技术之间的差异在于本发明电子元件与多层式印刷电路板的外层表面接触，电子元件相邻的至少二层中与电子元件接触位置对应的位置处分别配置加热线路与导热件，再由多层式印刷电路板中的温度感测电路感测电子元件的工作温度，当多层式印刷电路板中的温度感测电路感测电子元件的工作温度低于第一默认值时，多层式印刷电路板中的控制电路即可控制与电子元件对应的加热电路的致能，藉由导热件进行热传导，以对对应的电子元件进行加热，而当温度感测电路感测电子元件的工作温度高于第二默认值时，控制电路即可控制与电子元件对应的加热电路的禁能，藉由导热件进行热传导，以对对应的电子元件进行散热，即可避免电子元件超过自身工作温度的范围，并增加电子元件工作时的稳定性与增加电子元件的使用寿命。

通过上述的技术手段，本发明可以达成在不同的温度环境下维持电子元件工作温度范围的技术功效。

附图说明

图1绘示为本发明第一实施态样的立体示意图。

图2绘示为本发明第一实施态样的多层式印刷电路板侧视示意图。

图3绘示为本发明第一实施态样多层式印刷电路板的第四层配置平面示意图。

图4绘示为本发明第一实施态样多层式印刷电路板的第三层与第二层配置平面示意图。

图5绘示为本发明第二实施态样的立体示意图。

图6绘示为本发明第二实施态样多层式印刷电路板的侧视示意图。

图7A绘示为本发明第二实施态样多层式印刷电路板的第一层配置平面示意图。

图7B绘示为本发明第二实施态样多层式印刷电路板的第二层配置平面示意图。

图7C绘示为本发明第二实施态样多层式印刷电路板的第三层配置平面示意图。

图7D绘示为本发明第二实施态样多层式印刷电路板的第四层配置平面示意图。

图7E绘示为本发明第二实施态样多层式印刷电路板的第五层配置平面示意图。

图7F绘示为本发明第二实施态样多层式印刷电路板的第六层配置平面示意图。

【主要元件符号说明】

10多层式印刷电路板

11第一层

12第二层

13第三层

14第四层

21电子元件

31导热件

32加热线路

40多层式印刷电路板

41第一层

42第二层

43第三层

44第四层

45第五层

46第六层

51第一电子元件

52第二电子元件

53第三电子元件

61导热件

62加热线路

具体实施方式

以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

首先，请参考「图1」以及「图2」所示，「图1」绘示为本发明第一实施态样的立体示意图；「图2」绘示为本发明第一实施态样的多层式印刷电路板侧视示意图。

在第一实施态样中，电子元件21是以硬盘作为示意，多层式印刷电路板10是以四层印刷电路板作为示意，多层式印刷电路板10包含第一层11、第二层12、第三层13以及第四层14，其中第一层11与第四层14为多层式印刷电路板10的外层，第二层12与第三层13为多层式印刷电路板10的内层。

电子元件21是以贴合方式并配合其它固定方式（例如：螺合）与多层式印刷电路板10的第四层14表面接触，而多层式印刷电路板10与电子元件21的电源是由外部电源（图中未绘示）所提供，例如是由主机板提供多层式印刷电路板10与电子元件21的电源，在此仅为举例说明之，并不以此局限本发明的应用范畴。

接着，请同时参考「图2」以及「图3」所示，「图3」绘示为本发明第一实施态样多层式印刷电路板的第四层配置平面示意图。

电子元件21与多层式印刷电路板10的第四层14表面接触，故于第一实施态样中是在与电子元件21相邻的第四层14中与电子元件21接触位置对应的位置处配置导热件31，而由于电子元件21是以硬盘作为示意故导热件31即可布满第四层14。

导热件31由高热传导系数的金属材质、半导体材质以及聚合物材质的组合所构成，例如：导热件31是厚铜箔平板加以呈现或是铝制平板加以呈现，在第一实施例中仅为举例说明之，并不以此局限本发明的应用范畴。

接着，请同时参考「图2」以及「图4」所示，「图4」绘示为本发明第一实施态样多层式印刷电路板的第三层与第二层配置平面示意图。

电子元件21与多层式印刷电路板10的第四层14表面接触，故于第一实施态样中是在与电子元件21相邻的第三层13以及第二层12中与电子元件21接触位置对应的位置处配置加热线路32，而由于电子元件21是以硬盘作为示意故加热线路32即可分别布满第三层13以及第二层12。

接着，请再次参考「图1」以及「图2」所示，多层式印刷电路板10的第一层11即是配置为印刷电路板的基材，例如：FR-1、FR-2、FR-3、FR-4、G-10、CEM-1、CEM-2、AIN、SIC…等，而在第一层11的表面配置有温度感测电路与控制电路的电子元件（图中未绘示），至于温度感测电路与控制电路的线路配置即是分别配置于第一层11、第二层12、第三层13与第四层14之间（此为多层印刷电路板的习知技术，在此不在进行赘述），以使得温度感测电路与第四层14所配置的导热件31形成连接（亦即温度感测电路的热敏电阻与第四层14所配置的导热件31相互接触，藉以感测导热件31的温度），并且使得控制电路与第二层12以及第三层13所配置的加热线路32形成电性连接。

温度感测电路即可藉由感测导热件31的温度以表示电子元件21的工作温度，在此假设温度感测电路感测到电子元件21的工作温度低于与电子元件21对应的第一默认值，控制电路即可控制与电子元件21接触位置对应的第二层12以及第三层13的加热线路32致能，并藉由与电子元件21接触位置对应的第四层14的导热件31进行热传导，以对对应的电子元件21提供加热。

另外假设温度感测电路感测到电子元件21的工作温度高于与电子元件21对应的第二默认值，控制电路即可控制与电子元件21接触位置对应的第二层12以及第三层13的加热线路32禁能，并藉由导热件31（请参考「图3」所示）进行热传导，以对对应的电子元件21提供加热。

接着，请参考「图5」以及「图6」所示，「图5」绘示为本发明第二实施态样的立体示意图；「图6」绘示为本发明第二实施态样多层式印刷电路板的侧视示意图。

在第二实施态样中，第一电子元件51、第二电子元件52以及第三电子元件53是以芯片作为示意，多层式印刷电路板40是以六层印刷电路板作为示意，多层式印刷电路板40包含第一层41、第二层42、第三层43、第四层44、第五层45以及第六层46，其中第一层41与第六层46为多层式印刷电路板40的外层，第二层42、第三层43、第四层44以及第五层45为多层式印刷电路板40的内层。

第一电子元件51是以焊接方式与多层式印刷电路板40的第一层41表面接触，而第二电子元件52与第三电子元件53是以焊接方式与多层式印刷电路板40的第六层46表面接触，在第二实施例中的多层式印刷电路板40即可为主机板或扩充版（例如：显示卡、声卡、扩充卡…等）。

接着，请同时参考「图6」以及「图7A」所示，「图7A」绘示为本发明第二实施态样多层式印刷电路板的第一层配置平面示意图。

第一电子元件51与多层式印刷电路板40的第一层41表面接触，并且第三电子元件53与多层式印刷电路板40的第六层46表面接触。

故于第二实施态样中是在与第一电子元件51相邻的第一层41中与第一电子元件51接触位置对应的位置处配置导热件61，以及在与第三电子元件53相邻的第一层41中与第三电子元件53接触位置对应的位置处配置导热件61。

接着，请同时参考「图6」以及「图7B」所示，「图7B」绘示为本发明第二实施态样多层式印刷电路板的第二层配置平面示意图。

第一电子元件51与多层式印刷电路板40的第一层41表面接触，并且第三电子元件53与多层式印刷电路板40的第六层46表面接触。

故于第二实施态样中是在与第一电子元件51相邻的第二层42中与第一电子元件51接触位置对应的位置处配置加热线路62，以及在与第三电子元件53相邻的第二层42中与第三电子元件53接触位置对应的位置处配置加热线路62。

接着，请同时参考「图6」以及「图7C」所示，「图7C」绘示为本发明第二实施态样多层式印刷电路板的第三层配置平面示意图。

第一电子元件51与多层式印刷电路板40的第一层41表面接触，并且第二电子元件52与多层式印刷电路板40的第六层46表面接触，以及第三电子元件53与多层式印刷电路板40的第六层46表面接触。

故于第二实施态样中是在与第一电子元件51相邻的第三层43中与第一电子元件51接触位置对应的位置处配置导热件61，并且在与第二电子元件52相邻的第三层43中与第二电子元件52接触位置对应的位置处配置加热线路62，以及在与第三电子元件53相邻的第三层43中与第三电子元件53接触位置对应的位置处配置导热件61。

接着，请同时参考「图6」以及「图7D」所示，「图7D」绘示为本发明第二实施态样多层式印刷电路板的第四层配置平面示意图。

第二电子元件52与多层式印刷电路板40的第六层46表面接触，并且第三电子元件53与多层式印刷电路板40的第六层46表面接触。

故于第二实施态样中是在与第二电子元件52相邻的第四层44中与第二电子元件52接触位置对应的位置处配置导热件61，并且在与第三电子元件53相邻的第四层44中与第三电子元件53接触位置对应的位置处配置加热线路62。

接着，请同时参考「图6」以及「图7E」所示，「图7E」绘示为本发明第二实施态样多层式印刷电路板的第五层配置平面示意图。

第二电子元件52与多层式印刷电路板40的第六层46表面接触，并且第三电子元件53与多层式印刷电路板40的第六层46表面接触。

故于第二实施态样中是在与第二电子元件52相邻的第五层45中与第二电子元件52接触位置对应的位置处配置导热件61，并且在与第三电子元件53相邻的第五层45中与第三电子元件53接触位置对应的位置处配置导热件61。

接着，请同时参考「图6」以及「图7F」所示，「图7F」绘示为本发明第二实施态样多层式印刷电路板的第六层配置平面示意图。

第二电子元件52与多层式印刷电路板40的第六层46表面接触，并且第三电子元件53与多层式印刷电路板40的第六层46表面接触。

故于第二实施态样中是在与第二电子元件52相邻的第六层46中与第二电子元件52接触位置对应的位置处配置加热线路62，并且在与第三电子元件53相邻的第六层46中与第三电子元件53接触位置对应的位置处配置加热线路62。

上述导热件61由高热传导系数的金属材质、半导体材质以及聚合物材质的组合所构成，例如：导热件61是厚铜箔平板加以呈现或是铝制平板加以呈现，在第一实施例中仅为举例说明之，并不以此局限本发明的应用范畴。

上述导热件61会依据对应的第一电子元件51、第二电子元件52或是第三电子元件53的不同，具有不相同的大小范围，而加热线路62会依据对应的第一电子元件51、第二电子元件52或是第三电子元件53的不同，具有不相同的大小范围与电路密度。

上述多层式印刷电路板40的第一层41、第二层42、第三层43、第四层44、第五层45以及第六层46未被配置有导热件61或是加热线路62即可为印刷电路板的基材，例如：FR-1、FR-2、FR-3、G-10、CEM-1、CEM-2、AIN、SIC…等，并配置有电路的线路，在此仅为举例说明之，并不以此局限本发明的应用范畴。

接着，请再次参考「图5」以及「图6」所示，可在多层式印刷电路板40的第一层41及/或第六层46的表面配置有温度感测电路与控制电路的电子元件（图中未绘示），至于温度感测电路与控制电路的线路配置即是分别配置于第一层41、第二层42、第三层43、第四层44、第五层45与第六层46之间（此为多层印刷电路板的习知技术，在此不在进行赘述）。

以使得温度感测电路与第一层41中第一电子元件51接触位置相对应所配置的导热件61形成连接（亦即温度感测电路的热敏电阻与第一层41所配置的导热件61相互接触，藉以感测导热件61的温度），并且使得温度感测电路与第六层46中第二电子元件52接触位置相对应所配置的加热线路62形成电性连接，以及使得温度感测电路与第六层46中第三电子元件53接触位置相对应所配置的加热线路62形成电性连接，另外使得控制电路与第二层42、第三层43、第四层44以及第六层46所配置的加热线路62形成电性连接。

温度感测电路即可藉由感测与第一层41中第一电子元件51接触位置相对应所配置的导热件61的温度以表示第一电子元件51的工作温度，并且温度感测电路即可藉由感测与第六层46中第二电子元件52接触位置相对应所配置的加热线路62的温度以表示第二电子元件52的工作温度，以及温度感测电路即可藉由感测与第六层46中第三电子元件53接触位置相对应所配置的加热线路62的温度以表示第三电子元件53的工作温度。

假设温度感测电路感测到第二电子元件52的工作温度低于与第二电子元件52对应的第一默认值，控制电路即可控制与第二电子元件52接触位置对应的第三层43与第六层46的加热线路62致能，并藉由与第二电子元件52接触位置对应的第四层44与第五层45的导热件61进行热传导，以对对应的第二电子元件52提供加热。

假设温度感测电路感测到第三电子元件53的工作温度高于与第三电子元件53对应的第二默认值，控制电路即可控制与第三电子元件53接触位置对应的第二层42、第四层44与第六层46的加热线路62禁能，并藉由与第三电子元件53接触位置对应的第一层41、第三层43与第五层45的导热件61进行热传导，以对对应的第三电子元件53提供散热。

假设温度感测电路感测到第一电子元件51的工作温度介于与第一电子元件51对应的第一默认值与第二默认值之间，控制电路即可控制与第一电子元件51接触位置对应的第二层42的加热线路62维持原来的状态（即加热线路62于致能状态时持续致能，加热线路62于禁能状态时持续禁能），并藉由与第一电子元件51接触位置对应的第一层41与第三层43的导热件61进行热传导，以对对应的第一电子元件51提供加热或散热。

上述仅为举例说明之，并不以此局限本发明的应用范畴，并且第一默认值是依据对应的电子元件21、第一电子元件51、第二电子元件52以及第三电子元件53而设定具有不同工作温度的数值，亦即不同的电子元件21、第一电子元件51、第二电子元件52以及第三电子元件53设定的工作温度数值是不相同的；第二默认值亦是依据对应的电子元件21、第一电子元件51、第二电子元件52以及第三电子元件53而设定具有不同工作温度的数值，不同的电子元件21、第一电子元件51、第二电子元件52以及第三电子元件53设定的工作温度数值是不相同的。

藉此可以符合电子元件21、第一电子元件51、第二电子元件52以及第三电子元件53正常的工作温度，以避免电子元件21、第一电子元件51、第二电子元件52以及第三电子元件53在超过工作温度规格下可能会有错误动作，并确保电子元件21、第一电子元件51、第二电子元件52以及第三电子元件53工作时的稳定性与增加电子元件21、第一电子元件51、第二电子元件52以及第三电子元件53的使用寿命。

并且由第二实施态样是说明了导热件61与加热线路62之间的配置关系（请参考「图6」所示），在此仅为举例说明之，并不以此局限本发明的应用范畴，导热件61与加热线路62之间其于的配置关系应包含于本发明之内。

而上述的电子元件是以硬盘以及芯片作为举例说明之外，电子元件亦可为面板（Panel），在此仅为举例说明之，并不以此局限本发明的应用范畴。

综上所述，可知本发明与先前技术之间的差异在于本发明电子元件与多层式印刷电路板的外层表面接触，电子元件相邻的至少二层中与电子元件接触位置对应的位置处分别配置加热线路与导热件，再由多层式印刷电路板中的温度感测电路感测电子元件的工作温度，当温度感测电路感测电子元件的工作温度低于第一默认值时，多层式印刷电路板中的控制电路即可控制与电子元件对应的加热电路的致能，藉由导热件进行热传导，以对对应的电子元件进行加热，而当多层式印刷电路板中的温度感测电路感测电子元件的工作温度高于第二默认值时，多层式印刷电路板中的控制电路即可控制与电子元件对应的加热电路的禁能，藉由导热件进行热传导，以对对应的电子元件进行散热，即可避免电子元件超过自身工作温度的范围，并增加电子元件工作时的稳定性与增加电子元件的使用寿命。

藉由此一技术手段可以来解决先前技术所存在电子元件应用在高温环境与低温环境中，电子元件会有超出临界工作温度的问题，进而达成在不同的温度环境下维持电子元件工作温度范围的技术功效。

虽然本发明所提供的实施方式如上，惟所述的内容并非用以直接限定本发明的专利保护范围。任何本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明所提供的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作些许的更动。本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定者为准。

Claims (7)

1.一种提供加热与散热以维持电子元件工作温度的多层电路板架构，其包含：

至少一电子元件；及

一多层式印刷电路板，所述至少一电子元件与所述多层式印刷电路板的外层表面接触，与所述至少一电子元件相邻的至少二层中与所述至少一电子元件接触位置对应的位置处分别配置至少一加热线路与至少一导热件，所述多层式印刷电路板更包含：

一温度感测电路，所述温度感测电路用以分别与所述多层式印刷电路板外层所配置的所述至少一加热线路电性连接或所述至少一导热件连接，并藉由感测所述至少一加热线路或所述至少一导热件的温度以表示所述至少一电子元件的工作温度；及

一控制电路，所述控制电路分别与所述至少一加热线路电性连接，其中：

所述控制电路当所述温度感测电路感测所述至少一电子元件的工作温度低于与所述至少一电子元件对应的一第一默认值时，控制与所述至少一电子元件接触位置对应的所述至少一加热电路的致能，藉由所述至少一导热件进行热传导，以对对应的所述至少一电子元件提供加热，其中所述第一默认值是依据对应的所述至少一电子元件而设定具有不同工作温度的数值；及

所述控制电路当所述温度感测电路感测所述至少一电子元件的工作温度高于与所述至少一电子元件对应的一第二默认值时，控制与所述至少一电子元件接触位置对应的所述至少一加热电路的禁能，藉由所述至少一导热件进行热传导，以对对应的所述至少一电子元件提供散热，其中所述第二默认值是依据对应的所述至少一电子元件而设定具有不同工作温度的数值。

2.如权利要求1所述的提供加热与散热以维持电子元件工作温度的多层电路板架构，其中所述至少一电子元件包含芯片、硬盘以及面板。

3.如权利要求1所述的提供加热与散热以维持电子元件工作温度的多层电路板架构，其中所述至少一导热件是由高热传导系数的金属材质、半导体材质以及聚合物材质的组合所构成。

4.如权利要求1所述的提供加热与散热以维持电子元件工作温度的多层电路板架构，其中所述至少一电子元件以贴合方式分别与所述多层式印刷的外层表面接触。

5.如权利要求1所述的提供加热与散热以维持电子元件工作温度的多层电路板架构，其中所述至少一电子元件以焊接方式分别与所述多层式印刷的外层表面接触。

6.如权利要求1所述的提供加热与散热以维持电子元件工作温度的多层电路板架构，其中所述至少一加热电路是依据对应的所述至少一电子元件具有不同的大小范围与线路密度。

7.如权利要求1所述的提供加热与散热以维持电子元件工作温度的多层电路板架构，其中所述至少一导热件是依据对应的所述至少一电子元件具有不同的大小范围。

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