CN105683700A - 具有隔离的对流翅片的多层散热器组件 - Google Patents

Abstract

在紧凑型电子机箱中将两个或更多个散热器的组件附接到印刷电路板。所述散热器包括有助于通过通风孔将热量通风到机箱外部的翅片。通过散热器将印刷电路板与外壳屏蔽。

Description

具有隔离的对流翅片的多层散热器组件

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年8月16日递交的美国临时申请No.61/866,776和2014年5月15日递交的美国临时申请61/993,601的权益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本原理总体上涉及电子设备，更具体地，涉及一种用于电子设备的散热件(heatsink)附接装置和方法。

背景技术

在紧凑型电子机箱中进行发热管理是较为困难的，这是由于客户对美学和性能的要求使得所述机箱被构造为与电子元件相配，仅存在非常小的自然对流空间来进行散热。通常，产生最大热量的集成电路(IC)被布置在所述机箱的中心，许多客户反对直接位于印刷电路板(PCB)上方的机箱通风开口。这样导致将热量限制在所述机箱中，并可能损坏敏感的元件。此外，所述机箱的外表面可能超过用户触摸可接受的温度限制。

存在许多方法来管理发热。一部分涉及使用多个通风开口，并在所述机箱中提供足够的空间，有助于排出热量。然而，许多客户反对较大的机箱尺寸和过多的开口。散热器(Heatspreader)通常被用于紧凑型电子机箱中，以便将热量辐射到所述机箱的壁，但是，热量的耗散是受限的。翅片式散热件(Finnedheatsink)被用于更大的机箱中，允许空气流过通风孔。在具有翅片式散热件的系统中，需要有足够的空间以供空气循环，因此，这种要求通常引起需要更大的机箱。广泛使用风扇和吹风机，但是它们产生令许多客户反感的噪声。将流体填充的热管用于传送来自机箱的中心的热量，但是这种方法是昂贵的。

在最典型的机顶盒中，PCB组件具有安装在PCB一侧上的元件和连接器，其中为了美观，将所述机箱形成为与元件相配。这样通常将所述机箱的一侧布置为靠近PCB，另一侧相对较远。这样使得有助于能够通过传导来吸取某些方向的热量，在其他方向上保护所述机箱不受到辐射；然而，这样导致需要机顶盒具有附加的高度。

因此，认识到还需要实现一种有效消除发热并且紧凑、安静且低成本的机顶盒设计。

发明内容

提供了一种电子设备10，包括：印刷电路板4；第一散热器1，具有第一板状部30和沿着所述第一板状部两侧的第一翅片8T，第一板状部位于印刷电路板上方；以及第二散热器3，具有第二板状部31和沿着所述第二板状部两侧的第二翅片8B，第二板状部位于印刷电路板下方。所述电子设备可以包括智能卡组件5，其中散热器之一在相应板状部内具有切口部，且智能卡组件位于切口部中。电子设备还可以包括含有第三板状部的第三散热器1a，第三散热器1a具有沿着所述第三板状部的一侧延伸的附加翅片8TT，其中所述第三板状部位于所述切口部中。电子设备还可以包括外侧16，且至少一个外侧可以具有布置为靠近至少一个翅片的至少一个通风孔15。

附加地，提供了一种电子设备10，包括：印刷电路板4；第一散热器1，具有第一板状部30和沿着所述第一板状部两侧的第一翅片8T，第一板状部30位于印刷电路板上方；以及第二散热器3，具有第二板状部31和沿着所述第二板状部两侧的第二翅片8B，第二板状部位于印刷电路板下方；以及具有第三板状部的第三散热器1a，其中所述第三板状部布置在第一板状部内的切口部中。电子设备还可以包括沿着第三板状部一侧的附加翅片8TT。

在本发明的实施例中，第一翅片和/或第二翅片可以垂直地排列，并彼此平行。根据这种排列，多个第一和第二翅片可以沿着第一和第二板状部的两侧彼此交替。

在实施例中，电子设备可以具有多个垂直外侧16，其中所述垂直外侧16具有布置为靠近所述翅片的至少一个通风孔15，其中所述通风孔相对于所述翅片垂直排列。这些实施例可以包括电子设备的顶部29和底部2，其中两个相对的外垂直侧以及顶部和底部中靠近所述相对的外垂直侧的边缘部具有被布置为靠近所述翅片的多个通风孔15，使得所述通风孔相对于所述翅片垂直排列。附加地，底部2可以具有第一通风孔之间的第二通风孔17，其中第一通风孔15可以是细长型的并可以与所述翅片相垂直，第二通风孔可以是细长型的并可以与所述翅片相平行。

附图说明

结合附图，参考实施例详细描述了本发明，附图中：

图1是根据本发明的机顶盒10的内侧顶部前透视图；

图2是根据本发明的机顶盒10的内侧底部前透视图；

图3是根据本发明的机顶盒10的内侧顶部平视图；

图4是根据本发明的机顶盒10的内侧底部平视图；

图5A是根据本发明的内侧顶部平视图，图5B是根据本发明的内侧截面视图；

图6是根据本发明的机顶盒10的内侧顶部前透视图；

图7是根据本发明的机顶盒10的内侧底部前透视图；

图8是在没有机顶盒的底部或基座框架2的情况下的内侧固体底部(interiorsolidbottom)平视图；

图9是根据本发明的机顶盒的前透视图；以及

图10是根据本发明的机顶盒的底部平视图。

具体实施方式

实施例通常包括由附接到紧凑型电子机箱中的PCB的两个或更多个散热器构成的组件，其中优选的是针对散热器选择具有较高传导性的材料，诸如铝。

根据需要，针对与所述散热器相附接的具体元件，可以使用导热的弹性衬垫。

现详细描述本发明，其中附图中示出了本发明的实施例。应注意，贯穿说明书，可以替换性地使用表述散热器和散热件，且本发明的实施例可以使用散热器和/或散热件。散热器被理解为是如下结构：通过热传导从发热元件提取热量并接着允许通过以扩散方式进行对流和辐射来释放和/或散出热量。散热件被理解为是如下结构：具有足够大的质量，且同样通过热传导从发热元件提取热量，使得散热件有效吸收来自发热零件的热量。

图1是具有根据本发明的电子设备10(诸如，机顶盒)等的一些透视特征的顶部前透视图。去除顶部、前侧、左侧和右侧，以便更清楚地示出内部特征。电子设备10包括：印刷电路板4；第一散热器1，具有第一板状部30和沿着所述第一板状部两侧或两个边缘的第一翅片8T，其中第一板状部30位于印刷电路板上方；第二散热器3，具有第二板状部31和沿着所述第二板状部两侧或两个边缘的第二翅片8B，其中第二板状部位于印刷电路板下方。在这种实施例和其他实施例中，可以将螺钉驱动通过散热器中的浮凸和PCB中的孔。可以将螺钉驱动到所述散热器浮凸中或驱动到机箱的塑料轴套(boss)中。在特定位置处，根据所需的热量传导，可以仅将一个散热器或其他散热器的组合附接到PCB。

图2是具有根据本发明的机顶盒10等的一些透视特征的底部前透视图。去除底部、顶部、前侧、左侧和右侧，以便更清楚地示出内部特征。在该视图中，示出了主要的热量产生元件，智能卡/智能卡组件5。这里，散热器3之一在相应板状部31内具有切口部，且智能卡组件5位于所述切口部中。

图3是设备10的顶部内侧平视图，示出了如何连接顶部散热件1和翅片8T。该视图还示出了与底部散热件3相连的翅片8B，并示出了所述翅片8B如何位于翅片8T之间。电子设备可以包括面板插口7，连接器位于后壁6上。顶部散热件1也可以包括切口部，以便容纳诸如智能卡组件的元件。

图4是底部的内侧平视图，示出了如何连接底部散热件3和翅片8B。

图5A示出了顶部内侧平视图，图5B是机顶盒的内侧截面视图。这些视图示出了可以以能够独立于由其他元件产生的热量，至少部分地提取来自主要发热元件(诸如，智能卡组件5)的热量的方式，划分顶部散热件1。智能卡组件区可以如图所示具有次要顶部散热件1a，其中表述“次要”意味着比所述顶部散热件更小的散热件或意味着专门用于特定内部元件的散热件。这些视图示出了顶部散热件1的中心凹陷(centraldepression)9，其中顶部散热件1接触PCB4或在PCB上的热接触衬垫19，以便提取来自PCB的热量。类似地，这些视图示出了针对次要顶部散热件1a的凹陷9a，其中所述凹陷9a从次要顶部散热件1a的次要平面部(minorplanarportion)32向下延伸。凹陷9a接触智能卡组件5等，以便将热量传送到次要顶部散热件平面外围部32，围绕所述凹陷9a或所述凹陷的一部分。所述凹陷9a与凹陷9在如何将热量传递到围绕凹陷9的平面外围部(第一板状部30)的方式上是相似的。图5B还示出了机顶盒上的支脚11，这样允许从机顶盒的底部去除热量。所述支脚还允许发生通过对流进行空气循环。这些视图示出了螺钉凹陷12中的螺钉能够如何将顶部散热片1支撑到PCB4或底部2，以及中心凹陷如何能够接触PCB4。针对本发明优选实施例之一的一些尺寸为：

底部2和底部散热件3之间的间隙等于3mm；

底部散热件3的厚度等于2mm；

电子设备的顶部到底部的尺寸等于38mm；

电路板尺寸等于215mmx150mm；以及

底部散热件3到电路板之间的间隙等于6mm。

图6是根据本发明的机顶盒10等的顶部前透视图。这里，翅片8B与底部散热件3相连，翅片8T与顶部散热件1相连。在一侧上，通过交替布置翅片8B和8T来有效地提取热量。翅片的间距通常使得它有利于空气对流，即，有利于将加热空气对流到位于所述翅片附近的通风孔的外部。所述翅片将通过热传导来从机顶盒的中心部提取来自散热件的热量。在机顶盒的一侧上，翅片8B和8T可以是交替的。在一些情况下，所述交替并非是必须性的。此外，次要顶部散热件1A可以具有端部翅片(endfin)8TT。应注意，优选的是具有垂直排列的翅片且所述翅片彼此平行。

图7是在没有机顶盒的底部或基座框架2的情况下的底部前透视图。该视图示出了底部散热件3的可能图案。这里，底部散热件的外围平面部围绕所示的智能卡/智能卡组件5，其中所述智能卡/智能卡组件5可以包括智能卡5A和能够附着到所述PCB4的智能卡读取器5B。底部散热件的功能在于通过将热量传送到机顶盒10的底部，以便进一步允许从机顶盒的中心部更均匀地扩散热量以及将热量散至机顶盒外部并使之离开机顶盒，来进一步提取来自电路板的热量。

图8是在没有机顶盒的底部或基座框架2的情况下的固体底部平视图。螺钉组件触点13是为了帮助底部散热件进一步提取来自电路板和/或来自在电路板上的热量产生元件的热量，其中所述螺钉组件触点13被布置在底部散热件上。所述螺钉组件触点13有利于通过螺钉、螺栓等在顶部散热件、PCB和底部散热件之间进行连接。这些螺钉组件触点13可以分布在所述外围的附近，以便增强从中心移除热量。通过这些螺钉组件触点，顶部散热件、PCB和底部散热件可以在机械学和热力学上接触基底2。请注意，所有的或任一的热接触点均可以使用热学衬垫19。机顶盒还可以具有穿过内部元件中的任一元件的附加通孔14，以便向基座2的其他内部元件提供机械支撑(通过螺钉、螺栓、铆钉、卡子等)所述内部元件中的任一元件的机会。

图9是装配好顶部29、正面17和侧面16的机顶盒等的前透视图。在该视图中，示出了细长型的通风孔15，其中所述通风孔15可以垂直排列在顶部29的边缘处、侧面16处、和机顶盒底部2的边缘处。构思在于将通风孔布置在所述翅片的附近，以便位于所述翅片上方、所述翅片的侧面上和所述翅片的下方。所述翅片的平面可以与细长型的通风孔(即，狭缝)相垂直。所述视图还示出了一侧16可以包括接收和容纳智能卡的智能卡槽18。

图10是机顶盒的底部平视图，示出了所述机顶盒还可以包括能够彼此平行且与通风孔15相垂直的附加通风槽17。附加通风槽17布置在所述通风孔15之间，并位于印刷电路板下方。

设备中的一部分关键特征可以包括：将顶部散热器1附接到PCB上的主集成电路(IC)，其中主IC可以是主要的发热元件；将顶部散热器1附接到PCB的区域，其中智能卡组件触点位于该区域中，使得所述触点可以处于热敏感区域中；以及仅在外侧将底部散热器3附接到所述PCB。

在一些实施例中，顶部散热器1在PCB上方具有更大空间，这是由于连接器位于PCB的上侧。因此，可以使用最多数目或必要数目的浮凸，以便将顶部散热器附接到PCB，从而将尽可能多的热量汲取到散热器中。

在一些实施例中，顶部智能卡散热器1a最少仅用一个螺钉浮凸和一个经由热衬垫与PCB相接合的浮凸附接到PCB。

通常，在一些实施例中，底部散热器在PCB下方没有足够的空间，使得这种散热器的中心没有任何到PCB的浮凸。

底部散热器还可以用作针对机箱的底部的辐射屏蔽。通过散热器吸收辐射，并传导热量，以便防止机箱底部上的发热点。在底部散热器3上可以存在到位于PCB两侧或外围上的PCB的一部分浮凸，其中在所述PCB两侧或外围上，热量聚集较少。

实施例的重要特征在于：所有的散热器可以具有形成在侧面上的一系列垂直翅片，所述垂直翅片伸出所述PCB。由于许多人希望或要求不将通风口直接设置在PCB上方，这些翅片在PCB的外侧，相关通风孔15也位于PCB水平剖面的外侧。在这些外侧区域中，通风孔15可以位于机箱的底部、顶部和侧面。这样允许从底部带入冷却空气，并由于自然对流而允许从顶部排出热空气。

根据所公开的实施例，对机顶盒执行热力有限元分析(FEA)仿真。所述仿真示出：根据本发明的热量管理系统在散热方面是高效的。具体地，最高产生18瓦功率的机顶盒通过使用所公开的热量管理系统，能够允许所述设备实现并保持在良好稳定状态条件下。具体地，散热件/散热器均是高效的，且有助于实现和产生良好的稳定状态条件，其中(1)电路板上的发热点在热衬垫下方，且大约为71.0C；(2)顶部散热件的发热点处于其中心，且大约为66.1C，其中顶部散热件的中心接触电路板和/或电路板上的热衬垫；以及(3)顶部散热件的翅片达到并保持在大约59C的温度。在这些稳定的温度值下，通过翅片8高效地将热量从所述通风孔15去除。

本发明可以包括以下特征：附接到所述顶部散热件和底部散热件的翅片，所述翅片沿着机顶盒的短边的整个长度交替。这种配置可以用于一侧或两侧。

尽管本文参考附图描述了所述实施例，然而应理解本发明不限于这些精确的实施例，本领域技术人员可以进行各种变形和修改，而不脱离本原理的精神和范围。所有的这种变形和修改都旨在被包括在如所附权利要求所述的本原理的范围内。

Claims (15)

1.一种电子设备(10)，包括：

印刷电路板(4)；

第一散热器(1)，具有第一板状部(30)和沿着第一板状部两侧的第一翅片(8T)，第一板状部位于印刷电路板上方；以及

第二散热器(3)，具有第二板状部(31)和沿着第二板状部两侧的第二翅片(8B)，第二板状部位于印刷电路板下方。

2.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：智能卡组件(5)，其中所述散热器之一在相应板状部中具有用于容纳智能卡组件的切口部。

3.根据权利要求2所述的电子设备，还包括：具有第三板状部(32)的第三散热器(1a)，第三板状部(32)具有沿着第三板状部的一侧的附加翅片(8TT)，其中第三板状部位于所述切口部中。

4.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一散热器在第一板状部中具有切口部，且具有第三板状部的第三散热器(1a)位于所述切口部中。

5.根据权利要求4所述的电子设备，还包括沿着第三板状部一侧的附加翅片(8TT)。

6.根据权利要求1所述的电子设备，还包括外侧(16)，且至少一个外侧具有布置为靠近至少一个翅片的至少一个通风孔(15)。

7.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一翅片垂直排列并彼此平行。

8.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第二翅片垂直排列并彼此平行。

9.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一翅片和第二翅片垂直排列并彼此平行。

10.根据权利要求1所述的电子设备，其中多个第一翅片和第二翅片沿着所述第一板状部和第二板状部的两侧彼此交替。

11.根据权利要求9所述的电子设备，还包括多个外侧(16)，所述外侧(16)具有布置为靠近所述翅片的至少一个通风孔(15)，其中所述通风孔相对于所述翅片垂直排列。

12.根据权利要求9所述的电子设备，还包括多个垂直外侧(16)、顶部(29)和底部(2)，其中所述垂直外侧(16)中的两个与顶部和底部的边缘部具有布置为靠近所述翅片的多个通风孔(15)，其中所述通风孔与所述翅片相垂直。

13.根据权利要求9所述的电子设备，还包括：

具有第一通风孔(15)的底部(2)，第一通风孔(15)布置为在底部的相对边缘处靠近所述翅片；以及

第一通风孔之间的第二通风孔(17)。

14.根据权利要求14所述的电子设备，其中第一通风孔(15)是细长型的且与所述翅片相垂直，第二通风孔是细长型的且与所述翅片相平行。

15.根据权利要求14所述的电子设备，其中第一通风孔(15)布置为在底部的相对边缘处靠近所述翅片，第二通风孔(17)在所述第一通风孔之间。