CN105830547A - 电子设备的冷却 - Google Patents

Abstract

提供了一种电子模块(8)。该电子模块包括电路板(6)。电路板包括电子设备。该电子模块包括壳体(5、7)。壳体围封电路板。电子模块包括导热面板(9a、9b、9c、9d、9e)。导热面板至少部分地覆盖壳体的至少两个相反的侧面。还提供了包括至少两个这种电子模块的装置(1c)。还提供了用于提供这种电子模块的方法。

Description

电子设备的冷却

技术领域

本发明涉及电子设备的冷却，并且更具体地涉及包括导热面板的电子模块、包括这种电子模块的装置以及提供这种电子模块的方法。

背景技术

一般而言，输入/输出(I/O)模块是这样一种接口电子设备：数据在该接口电子设备中被传输以实现功能。I/O模块可以布置成从传感器、换能器和控制器等接收输入数据并且向其他设备发送输出数据。通常，I/O模块包括I/O逻辑(例如，为了提供中央处理单元(CPU)与I/O模块之间的数据传输)、数据线(例如，为了提供系统总线与I/O模块之间的数据传输)和输入/输出接口(例如，为了控制装置的操作)。I/O模块可以提供与控制和定时、处理器通信、设备通信、数据缓冲和误差检测中的任一项相关的功能。I/O模块可以具有消除外围设备与CPU之间的速度不匹配的数据缓冲功能以及用于检查机械误差和通信误差的内置的误差检测器机构。

I/O模块包括电子设备。该电子设备可以包括模拟I/O模块、数字I/O模块或者模拟I/O模块与数字I/O模块的任意组合。数字I/O模块可以具有与开/关传感器和开/关致动器连接的数字I/O电路，开/关传感器例如为按钮和限位开关，开/关致动器例如为马达起动器、指示灯和致动器。模拟I/O模块可以执行所需的模数转换和数模转换，以将模拟信号直接接口至数据表值。

参考图1a中的装置1a所象征的I/O模块。装置1a主要由基板2、多个现场接线块(FTB)3以及相应数量的多个电子模块构成。电子模块4可以是信号调制模块(SCM)。FTB3包括螺纹夹具，螺纹夹具用于远程现场设备与由装置1a所象征的I/O模块之间的线缆的连接。在图1a的装置1a中，具有16个FTB3和16个电子模块4。每个电子模块4均包括印刷电路板(PCB)组件，该PCB组件包括用于信号调制的电子设备。基板2是电子模块4和FTB3的载体并且同样还用作由装置1a象征的I/O模块的保持装置。

I/O模块的一个要求可能是具有紧凑的设计，以便例如允许很多电子模块处于一个柜中。I/O模块的一个要求可能是具有高可靠性和长寿命。I/O模块的一个要求可能是抵抗高环境温度。将这些需要组合起来可能是有挑战性的，因为电子模块中的电子设备消耗产生热量的功率。更具体地，如前所述，电子模块包含具有电子部件的PCB。电子部件产生需要保持得尽可能低的热量以在即使环境温度高的情况下也实现PCB上的部件的高可靠性和长寿命。

因此，需要对电子设备冷却。

发明内容

本文的实施方式的目的是提供一种用于电子设备的冷却的机构。

根据第一方面，提供了一种电子模块。该电子模块包括电路板。该电路板包括电子设备。该电子模块包括壳体。壳体围封电路板。电子模块包括导热面板。导热面板至少部分地覆盖壳体的至少两个相反的侧面。

有利地，电子模块提供电子设备的冷却。

有利地，允许电子模块具有紧凑的设计并且因此在空间有限时是适用的。

有利地，电子模块使得能够延长电子设备的寿命。

例如，电子模块高效地降低了由发热电子设备导致的温度。

有利地，电子模块是成本有效的。

根据第二方面，提供了一种装置。该装置包括基板。该装置包括至少两个现场接线块。所述至少两个现场接线块相邻地叠置在基板上。所述至少两个现场接线块中的每一个均包括根据第一方面的电子模块。

根据第三方面，提供了一种用于提供电子模块的方法。该方法包括提供电路板。电路板包括电子设备。该方法包括将电路板围封在壳体中。该方法包括使导热面板在壳体上滑动。该导热面板至少部分地覆盖壳体的至少两个相反的侧面。由此，提供了电子模块。

应当指出的是，第一方面、第二方面和第三方面的任何特征都可以应用于任何其他方面，只要适合即可。同样，第一方面的任何优点都可以等同地分别应用于第二方面和/或第三方面，反之亦然。所附的实施方式的其他目的、特征和优点将从下文的详细公开内容、从所附从属权利要求以及从附图中变得显而易见。

一般而言，在权利要求中使用的所有术语都应根据其在技术领域中的常规含义来理解，除非文中另有明确说明。所有指称“该元件/所述元件、设备、部件、器件、步骤”等都应被开放地理解为指的是这些元件、设备、部件、器件、步骤等的至少一个的情形，除非另有明确说明。本文公开的任何方法的步骤都不需要严格按照所公开的顺序来执行，除非另有明确说明。

附图说明

现在参照附图通过示例来描述本发明，在附图中：

图1a和图1b示意性地示出了根据现有技术的装置；

图2示意性地示出了根据现有技术的电子模块；

图3示意性地示出了根据实施方式的电子模块；

图4a、4b、4c和4d示意性地示出了根据实施方式的导热面板；

图5示意性地示出了根据实施方式的装置；

图6示出了对于不同的电子模块，作为温度升高的函数的功率消耗的模拟结果；以及

图7是根据实施方式的方法的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图在下文中更完整地描述本发明，在附图中示出了本发明的某些实施方式。然而，本发明可以通过很多不同的形式来实施，不应被理解为局限于本文阐述的实施方式；相反，这些实施方式是通过示例的方式提供的，以使本公开变得彻底而完整，并将本发明的范围完整地传达给本领域技术人员。在整个说明书中使用相同的附图标记来指代相同的元件。

图1a和图1b示意性地示出了用于输入/输出(I/O)系统的已有装置1a、1b。装置1a、1b包括基板2。多个现场接线块(FTB)3相邻地层叠在基板2上。每个FTB均包括电子模块4。在图1b的装置1b中，从FTB的层叠体中移除了一个这种电子模块4。

图2示意性地示出了拆开的已知的电子模块4。电子模块4包括电路板6。电路板6包括电子设备。电路板6被具有第一部分(例如上部)5和第二部分(例如下部)7的壳体5、7围封。壳体由塑料制成。

电子设备可以设置为印刷电路板(PCB)。电子设备可以布置成提供信号调制。电子模块4因此可以是信号调制模块。一般而言，信号调制涉及处理模拟信号，使其满足下一个处理阶段的要求。一个常见的使用是在模数转换器(ADC)中。在控制工程应用中，通常具有产生传感器信号的感测阶段(其包括至少一个传感器)、信号调制阶段(可以在该阶段进行传感器信号的放大)和处理阶段(通常由ACD和微处理器执行)。运算放大器(Op-Amps)通常被用来在信号调制阶段执行传感器信号的放大。信号调制可以包括放大、滤波、转换、范围匹配、隔离以及使得传感器信号适于调制后的处理所需的任何其他处理。使用信号调制的装置的类型包括但不限于信号过滤器、仪表放大器、采样保持放大器、隔离放大器、信号隔离器、多路器、桥接调制器、模数转换器、数模转换器、频率转换器或变频器、电压转换器或逆变器、频率-电压转换器、电压-频率转换器、电流-电压转换器、电流环转换器(currentloopconverter)和电荷转换器(chargeconverter)。

电子设备产生需要保持得尽可能低的热量以在即使环境温度高的情况下也实现电路板6上的部件的高可靠性和长寿命。在电子模块4的运行期间，由电路板6的电子设备产生热量。

本文提供的实施方式的一个目的是提供一种改进的机构以用于冷却电子模块中设置的电子设备。本发明通过提供具有导热面板的电子模块实现了该目的。根据一个特定的方面，提出了附接各个导热面板以覆盖每个电子模块的侧部和前部。

图3示意性地示出了根据一个实施方式的电子模块8。电子模块8包括电路板6(如图2所示，在图3中不可见)。电路板6包括电子设备。电子模块8也包括壳体5、7。壳体可以具有第一部分5和第二部分7。壳体的第一部分5和壳体的第二部分7共同围封电路板6，并且因此围封电子设备。当在使用中时，电路板6的电子设备产生热量。电子模块8因此包括导热面板9a。导热面板9a设置成至少部分地覆盖壳体5、7的至少两个相反的侧面。导热面板9a因此用作电子模块8的冷却面板。导热面板9a可以在壳体5、7上滑动，如图3中的虚线箭头所示。

一般而言，导热面板9a可以设置成不同的形状、形式和尺寸，同时仍布置成至少部分地覆盖壳体5、7的至少两个侧面。

例如，导热面板可以设计为U形罩，该U形罩从壳体5、7的前侧(即，壳体5、7当联接至FTB3时背离FTB3的那一侧)通过螺纹连接在壳体5、7上。图3的顶部示出了这种导热面板9a。因此，根据一个实施方式，导热面板9a包括两个平行的长侧壁11、12和一个短侧壁13。两个平行的长侧壁11、12从短侧壁13横向地延伸。两个平行的长侧壁11、12中的每一个至少部分地覆盖壳体5、7的至少两个相反的侧面中相应的一个。

图4a、4b、4c和4d分别示意性地示出了根据另外的实施方式的导热面板9b、9c、9d和9e。

例如，导热面板可以设置有侧壁、顶壁、端壁(gablewall)和敞开的底部。导热面板然后可以从壳体5、7的前侧滑到壳体5、7上。图4a示出了这种导热面板9b。因此，根据一个实施方式，导热面板9a包括两个平行的长侧壁11和12、一个短侧壁13以及两个平行的端壁17和18。两个平行的长侧壁11、12从短侧壁13横向地延伸。两个平行的端壁17、18在两个平行的长侧壁11、12之间从短侧壁13延伸。

例如，导热面板可以设置为从壳体5、7的端壁滑到壳体5、7上的两个罩。每个罩可以设置有短侧壁和端壁。图4a示出了这种导热面板9b。因此，相对于图4a的导热面板9b，图4b的导热面板9c可以被认为是分成了两个部分19、20。因此，根据一个实施方式，导热面板9c沿着穿过短侧壁13和两个平行的长侧壁11、12的切口被分成了两个部分19、20。两个部分19、20可以彼此紧固。因此，导热面板9c可以设置有紧固装置21、22。特别地，根据一个实施方式，两个部分19、20中的每一个均包括用于与两个部分19、20中的另一个接合的接合装置21、22。可选地，两个部分19、20被设置成在壳体5、7上紧密地配合。因此，这种紧密配合可以防止两个部分19、20意外地从壳体5、7滑落。

例如，导热面板可以设置为附接至壳体5、7的侧部的两个L形侧板。图4c示出了这种导热面板9d。因此，根据一个实施方式，导热面板9d包括两个平行的L形壁11、12。两个平行的L形壁11、12中的每一个均至少部分地覆盖壳体5、7的至少两个相反的侧表面中相应的一个并且因此至少部分地覆盖壳体5、7的短侧。两个平行的L形壁11、12可以允许当两个平行的L形壁11、12附接至壳体5、7时在两个平行的L形壁11、12的相应的短侧之间形成间隙15。

例如，导热面板可以设置有把手。图4d示出了这种导热面板9e。例如，导热面板9e可以是U形罩，其包括侧部11和12，并且U形的底部(即，短侧壁13)形成为可用于将电子模块8从FTB3缩回的把手。因此，根据一个实施方式，导热面板9e包括用于与壳体5、7接合的夹紧装置14。夹紧装置14可以设置在导热面板9e的至少一个端壁侧上。尽管导热面板9e具有U形，但导热面板9a、9b、9c和9d中的任一个都可以包括夹紧装置14。

现在将公开前面公开的电子模块8、特别是前面公开的导热面板9a、9b、9c和9d的进一步的特征。

导热面板9a、9b、9c和9d可以由金属制成。例如，导热面板9a、9b、9c、9d、9e可以由具有良好的导热性的金属例如铝或铜制成。因此，根据一个实施方式，导热面板9a、9b、9c、9d、9e由金属制成。

导热面板9a、9b、9c、9d、9e的热属性可以通过提供导热面板9a、9b、9c、9d、9e的表面处理而被改进。例如，黑色阳极氧化膜可以设置在导热面板9a、9b、9c、9d、9e上。因此，根据一个实施方式，导热面板9a、9b、9c、9d、9e在其背离壳体5、7的表面上设置有黑色阳极氧化膜。

导热面板9a、9b、9c、9d、9e可以为金属并且设置有黑色阳极氧化膜。

电子模块8可以是信号调制模块(SCM)。

图5示意性地示出了根据一个实施方式的装置1c。装置1c可以是I/O模块。装置1c包括基板2。装置1c还包括至少两个现场接线块3。所述至少两个现场接线块3相邻地层叠在基板2上。所述至少两个现场接线块3中的每一个均包括电子模块8，电子模块8包括本文公开的导热面板9a、9b、9c、9d、9e。本文公开的导热面板9a、9b、9c、9d、9e因此可以适于在一组电子模块8靠近在一起安装时、例如安装在相邻地层叠的接线块3上时提供热量分布和冷却。

图7是根据一些实施方式提供电子模块8的方法的流程图。该方法包括在步骤S102中提供电路板6。电路板6包括电子设备。该方法包括在步骤S104中将电路板6围封在壳体5、7中。该方法包括在步骤S106中将导热面板9a、9b、9c、9d、9e在壳体5、7上滑动，并且由此提供电子模块8。导热面板9a、9b、9c、9d、9e至少部分地覆盖壳体5、7的至少两个相反的侧面。

根据一个实施方式，该方法还包括在可选的步骤S108中提供基板2。根据一个实施方式，该方法还包括在可选的步骤S110中将至少两个现场接线块3相邻地层叠在基板2上。所述至少两个现场接线块3中的每一个均包括在步骤S102、S104和S106中提供的导热面板9a、9b、9c、9d、9e。

测量表明，所公开的导热面板9a导致了电子模块8内的温度的显著降低。对竖向地布置在如图5所示的基板2上的FTB3的层叠体中的16个电子模块8进行了测量。所有的电子模块8都首先设置被设置独立导热面板9a。导热面板9a由厚度为0.5mm的黑色阳极化铝板制成。对没有任何导热面板9a的电子模块4反复进行测量。在测量过程中，在所有的电子模块4、8内布置了温度传感器。温度传感器靠近电路板6的发热电子设备布置。温度传感器也布置在电子模块4、8的层叠体外以便测量环境温度。

在测量开始之前，所有的电子模块4、8都被同样地供电，直至所有的温度都稳定。在每个电子模块4、8中大约200mW至大约800mW的功率消耗的情况下，分别在有导热面板9a和没有导热面板9a的情况下进行了测量。

在没有导热面板9a且每个电子模块4大约800mW的情况下的测量显示了环境温度与层叠体中最热的电子模块4内的温度的大约51℃的温差。

在具有导热面板9a且每个电子模块8大约800mW的情况下的测量显示了环境温度与层叠体中最热的电子模块4内的温度的大约40℃的温差。

因此，所公开的导热面板9a在800mW的功率消耗下降低了大约11℃的温度。在图6中提供了测量结果，该测量结果对分别具有导热面板9a的电子模块8和不具有导热面板9a的电子模块4进行了作为温度升高的函数的每个电子模块4、8的功率消耗的比较。

前面参照少量的实施方式主要描述了本发明。然而，本领域技术人员容易理解，除了前面所公开的实施方式以外的其他实施方式在由所附专利权利要求限定的本发明的范围内同样可能。例如，尽管在I/O模块的背景下描述了本文公开的电子模块8，但电子模块8也可以用于除I/O模块以外的其他类型的电子模块。一般而言，本文公开的电子模块8适合于包含用于不同用途的电子器件的所有类型的紧密包装的装置。导热面板9a、9b、9c、9d、9e安装在每一个装置上并且降低了装置内的温度，以使电子器件的寿命延长并且电子器件的可用性提高。本文公开的导热面板9a、9b、9c、9d、9e因此能够实现一种被动式的成本有效的冷却设施。

Claims (14)

1.一种电子模块(8)，包括：

包括电子设备的电路板(6)；

围封所述电路板的壳体(5、7)；以及

导热面板(9a、9b、9c、9d、9e)，所述导热面板至少部分地覆盖所述壳体的至少两个相反的侧面。

2.根据权利要求1所述的电子模块，其中，所述导热面板包括两个平行的长侧壁(11、12)和一个短侧壁(13)，其中，所述两个平行的长侧壁从所述短侧壁横向地延伸，并且其中所述两个平行的长侧壁中的每一个至少部分地覆盖所述壳体的所述至少两个相反的侧面中相应的一个。

3.根据权利要求2所述的电子模块，其中，所述导热面板还包括在所述两个平行的长侧壁之间从所述短侧壁延伸的两个平行的端壁(17、18)。

4.根据权利要求3所述的电子模块，其中，所述导热面板沿着穿过所述短侧壁和所述两个平行的长侧壁的切口被分成了两个部分(19、20)。

5.根据权利要求4所述的电子模块，其中，所述两个部分中的每一个均包括用于与所述两个部分中的另一个接合的接合装置(21、22)。

6.根据权利要求1所述的电子模块，其中，所述导热面板包括两个平行的L形壁，其中所述两个平行的L形壁中的每一个均至少部分地覆盖所述壳体的所述至少两个相反的侧面中相应的一个并且至少部分地覆盖所述壳体的短侧。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电子模块，其中，所述导热面板包括用于与所述壳体接合的夹紧装置(14)。

8.根据权利要求7所述的电子模块，其中，所述夹紧装置设置在所述导热面板的至少一个端壁侧上。

9.根据权利要求1所述的电子模块，其中，所述导热面板由金属制成。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电子模块，其中，所述导热面板在其背离所述壳体的表面上设置有黑色阳极氧化膜。

11.根据前述权利要求中任一项所述的电子模块，其中，所述壳体由塑料制成。

12.一种装置(1c)，包括：

基板(2)；

至少两个现场接线块(3)，其中所述至少两个现场接线块相邻地层叠在所述基板上；并且

其中，所述至少两个现场接线块中的每一个均包括根据权利要求1所述的电子模块(8)。

13.一种提供电子模块(8)的方法，包括：

提供(S102)包括电子设备的电路板(6)；

将所述电路板围封(S104)在壳体(5、7)中；以及

在所述壳体上滑动(S106)导热面板(9a、9b、9c、9d、9e)，所述导热面板至少部分地覆盖所述壳体的至少两个相反的侧面，从而提供所述电子模块。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

提供(S108)基板(2)；以及

将至少两个现场接线块(3)相邻地层叠(S110)在所述基板上；

其中，所述至少两个现场接线块中的每一个均包括根据权利要求13提供的电子模块。