CN106879224B - 温度响应热桥 - Google Patents

Abstract

热桥(110)包括第一板堆结构(112)和第二板堆结构(114)，所述第一板堆结构(112)被配置以放置为与第一电部件热连通，所述第二板堆结构(114)被配置以放置为与第二电部件热连通。第一板堆结构包括多个第一板(122)，并且第二板堆结构包括与第一板交错的多个第二板(132)。温度响应促动器(116)联接至第二板堆结构和第二板堆结构中的至少一个。温度响应促动器响应于温度的改变而改变形状，以改变第一板和第二板的相对位置，由此导致第一板和第二板改变第一电部件和第二电部件之间的热阻。

Description

温度响应热桥

技术领域

本发明涉及热桥。

背景技术

热桥被用于将一个电部件与电子系统的另一个电部件热联接以将热量传递至这样的电部件或者将热量从这样的电部件传递出去。例如，在一个特定应用中，热桥将热量从一个电部件，诸如处理器，传递至另一电部件，诸如电子系统的热沉。在另一应用中，热桥用于加热电部件而不是将热量从电部件移除。例如，发热部件可以用于加热不发热部件。

然而，使用常规的热桥难以控制传热。仍需要提供电部件之间的自调节传热的热桥。

发明内容

根据本发明，用于在第一和第二电部件之间使用的热桥包括第一板堆结构和第二板堆结构，所述第一板堆结构被配置以放置为与第一电部件热连通，所述第二板堆结构被配置以放置为与第二电部件热连通。第一板堆结构包括多个第一板，并且第二板堆结构包括与第一板交错的多个第二板。温度响应促动器联接至第二板堆结构和第二板堆结构中的至少一个。温度响应促动器响应于温度的改变而改变形状，以改变第一板和第二板的相对位置。温度响应促动器导致第一板和第二板响应于第一板和第二板的相对位置的变化而改变第一电部件和第二电部件之间的热阻。

附图说明

图1例示了根据示例性实施例形成的、包括热桥的电子设备。

图2是根据示例性实施例的热桥的分解视图。

图3是处于扩张状态的热桥的顶视图。

图4是处于扩张状态的热桥的部分的放大视图。

图5是处于收缩状态的热桥的顶视图。

图6是处于收缩状态的热桥的部分的放大视图。

具体实施方式

图1例示了根据示例性实施例形成的电子设备100。电子设备100包括第一电部件102和第二电部件104，其形成电子设备100的电系统的部分。在所例示的实施例中，电子设备100包括电路板106，第一和第二电部件102、104安装在所述电路板106上。然而，在替代实施例中，第一电部件102和/或第二电部件104可以被安装到电子设备100的另一结构或部分，而不是安装到电路板106。可选地，第一电部件102和/或第二电部件104可以被电连接至电路板106，诸如连接至电路板106的一个或多个电路。第一和第二电部件102、104可通过电路板106的电路电连接至电子设备100的其他电部件。第一和第二电部件102、104可通过电路板106的电路彼此电连接或不电连接。

电子设备100包括热桥110，其热联接在第一和第二电部件102、104之间。热桥110在第一和第二电部件102、104之间传递热量。可选地，热桥110可用于使用其他部件产生的热量来提高一个部件的温度。附加地或替代地，热桥110可用于冷却部件中的一个或者将热量从其散去，这通过将热量从这样的部件传递至其他部件来完成。可选地，热桥110可用于通过使用由另一部件(诸如发热部件)产生的热量来加热一个部件(诸如不发热部件)。这样，热桥110允许加热部件，而不设置或不操作用于此部件的主动加热元件。像这样，电子设备100的全部部件的数目可被减少。通过使用由其他必需的发热部件产生的多余热量来减少使用用于不发热部件的专用加热器或其他加热部件，或者消除对所述专用加热器或其他加热部件的需要，电子设备100的功率消耗量可被减少。

在一个特定应用中，第一电部件102对温度变化敏感，并且为了正常或最优性能，其应当在预定温度范围中操作。当环境温度下降，第一电部件102的温度可下降到预定范围以下，导致第一电部件102次优操作。第一电部件102可包括专用加热器以当环境温度下降且第一电部件102的温度低于预定范围时控制第一电部件102的温度。然而，这样的加热器需要功率来操作。热桥110用于将热量从第二电部件104传递至第一电部件102以提高第一电部件102的温度，诸如到预定范围。热桥110可传递热量至第一电部件102而不需要专用加热器，因此减少了电子设备100的功率消耗。在其他各种实施例中，电子设备100可不包括专用加热器，而是可依赖热桥110来在需要时供应所有的附加热量至第一电部件102。

在一个特定实施例中，第一电部件102是基于激光的通信设备。通信设备接收电信号并且操作激光以发送信号，诸如光信号。激光对温度敏感。例如，激光的波长可基于温度偏移而调制或改变。在替代实施例中，可以使用其他类型的温度敏感电部件。第二电部件可以是调制器、光/电转换器、或另一发热部件。

在示例性实施例中，当第一电部件102变冷，诸如当环境温度变冷时，热桥110从第二电部件104散发热量。可选地，当第一电部件102处于预定温度，诸如当周围环境高于预定温度时，热桥110不散发热量、或散发较少热量至第一电部件102。这样，传热可以是可变的。例如，热桥110在一些情形中从第二电部件104散发热量至第一部件102，并且在其他情形中不从第二电部件104散发热量至第一部件102。

热桥110包括第一板堆结构112和第二板堆结构114，所述第一板堆结构112被配置以放置为与第一电部件102热连通，所述第二板堆结构114被配置以放置为与第二电部件104热连通。热桥110包括温度响应促动器116，其联接至第一和第二板堆结构112、114中的至少一个。温度响应促动器116响应于温度的改变而改变形状，以改变第一和第二板堆结构112、114的相对位置。温度响应促动器116基于第一和第二板堆结构112、114的相对位置的变化而导致第一和第二板堆结构112、114改变第一和第二电部件102、104之间的热阻。这样，热桥110是温度响应的，以改变第一和第二电部件102、104之间的热阻。

在各实施例中，随着环境温度变冷，温度响应促动器116可导致第一和第二板堆结构112、114更紧密地联接，因此降低热阻并导致第一和第二电部件102、104之间更大量的传热。在示例性实施例中，随着温度变冷，温度响应促动器116将第一和第二板堆结构112、114挤压在一起，由此增加第一板堆结构112和第二板堆结构114之间的传热。然而，随着环境温度增加，温度响应促动器116可改变形状、导致第一和第二板堆结构112、114变得更少地热联接，因此提高热桥110的热阻。随着热阻增加，传热减少，导致更少的热从第二电部件104传递至第一电部件102。这样，传热可被基于环境温度改变(throttle)。

图2是热桥110的分解视图，示出了第一板堆结构112、第二板堆结构114和温度响应促动器116。第一和第二板堆结构112、114配置为相互嵌套(internested)并热联接至彼此。第一和第二板堆结构112、114可以由具有高导热性的材料(诸如铜材料)制造，以允许在其间的有效传热。温度响应促动器116配置为联接至第一和第二板堆结构112、114以控制第一和第二板堆结构112、114之间热联接的量，诸如通过改变热阻。在所例示的实施例中，温度响应促动器116是配置为围绕第一和第二板堆结构112、114完全缠绕的带。第一和第二板堆结构112、114被接收在温度响应促动器116内侧。

第一板堆结构112包括第一基部120和从第一基部120延伸的多个第一板122。第一板122通过第一通道124分开。任意数量的第一板122可从第一基部120延伸。在所例示的实施例中，第一板122全部从第一基部120的共同边缘126延伸。第一板122朝向第二板堆结构114延伸。在所例示的实施例中，第一板122是具有沿相互垂直的x、y和z方向测量的宽度、长度和高度的大致平行的板。第一通道124具有的宽度与第一板122的宽度近似相等。可选地，第一通道124比第一板122稍微更宽。可选地，第一板122具有的高度近似等于第一基部120的高度。

基部120包括在基部120的底部的热界面128。热界面128配置为联接至第一电部件102(图1中所示)。例如，第一基部120可以直接安装至第一电部件102，使得热界面128直接接合第一电部件102。可选地，热界面材料可设置在热界面128处或在第一电部件102上，以增强第一基部120和第一电部件102之间的热接触。例如，热油脂可应用在热界面128和第一电部件102之间。

第二板堆结构114包括第二基部130和从第二基部130延伸的多个第二板132。第二板132通过第二通道134分开。任意数量的第二板132可从第二基部130延伸。在所例示的实施例中，第二板132全部从第二基部130的共同边缘136延伸。第二板132朝向第一板堆结构112延伸。第一和第二板堆结构112相对于彼此定向为使得第一和第二板122、132交错。例如，第二板132嵌套在第一通道124中而第一板122嵌套在第二通道134中。

在所例示的实施例中，第二板132是具有沿相互垂直的x、y和z方向测量的宽度、长度和高度的大致平行的板。第二通道134具有的宽度与第二板132的宽度近似相等。可选地，第二通道134比第二板132稍微更宽。可选地，第二板132具有的高度近似等于第二基部130的高度。

基部130包括在基部130的底部的热界面138。热界面138配置为联接至第二电部件104(图1中所示)。例如，第二基部130可以直接安装至第二电部件104，使得热界面138直接接合第二电部件104。可选地，热界面材料可设置在热界面138处或在第二电部件104上，以增强第二基部130和第二电部件104之间的热接触。例如，热油脂可应用在热界面138和第二电部件104之间。

在示例性实施例中，间隙限定在第一和第二板122、132之间。例如，第一和第二通道124、134可以比接收在其中的相应板132、122更宽，使得间隙形成在板122、132之间。间隙可以相对小，使得第一和第二板122、132紧密靠近彼此。热间隙增加第一和第二电部件122、132之间的热阻。间隙可被填充有空气和/或允许基于板122、132的相对位置而改变热阻的另一物质。例如，间隙可以至少部分地填充有热油脂，诸如覆盖板122、132。

温度响应促动器116导致第一和第二板122、132改变相对位置并且改变间隙的尺寸(例如，缩小或扩张)，以改变第一和第二板堆结构112、114之间的热阻。例如，温度响应促动器116可将第一和第二板122、132挤压在一起，使得间隙的尺寸被减小和/或消除。随着温度响应促动器收缩，第一和第二板122、132更靠近彼此定位，并且在一些情形中可彼此接合，以增加第一和第二板堆结构112、114之间的传热量的量。

温度响应促动器116包括围绕第一和第二板堆结构112、114缠绕的带150。带150包括在第一和第二端部156、158之间延伸的第一和第二侧部152、154。带150围绕大致矩形的空腔160，所述空腔接收第一和第二板堆结构112、114。带150在替代实施例中可具有其他形状。可选地，拐角可以为曲线。在所例示的实施例中，侧部152、154比端部156、158更长。侧部152、154沿着板122、132并大致平行于板122、132延伸。可选地，侧部152、154可接合板122和/或132。

在示例性实施例中，温度响应促动器116由温度响应材料制造，所述温度响应材料响应于温度的改变而改变形状。例如，带150的部分可响应于环境温度的改变而收缩和扩张。例如，侧部152、154可当被冷却时收缩，并且当被加热时扩张，反之亦然。端部156、158可响应于温度的改变而附加地扩张和收缩。

在示例性实施例中，带150包括至少一个第一构件164和至少一个第二构件166。响应于第一构件的温度变化和第二构件的温度变化，所述第一构件相对于第二构件改变形状。可选地，第一和第二构件164、166可限定双金属弹性件162。第二构件166沿着与第一构件164共享的长度联接至第一构件164。第二构件166可联接至第一构件164，诸如通过焊接或其他固定处理。可选地，第一构件164可完整围绕带150缠绕，并且第二构件166沿着第一和第二侧部152、154联接至第一构件164的外部表面。在替代实施例中第二构件166可沿着第一构件164的内部定位。

第一构件164由第一金属材料制造，而第二构件166由不同于第一金属材料的第二金属材料制造。第一和第二构件164、166的金属材料具有不同的热膨胀系数，使得带150响应于温度的改变而改变形状。带150将温度改变转换为机械位移。例如，在示例性实施例中，第一构件164可具有比第二构件166更低的热膨胀系数，所述第二构件166具有比第一构件164更高的热膨胀系数。这样，当温度变冷时，第二构件166可在尺寸上比第一构件164缩小或减小更多，导致第一和第二侧部152、154向内挤压。

在替代实施例中其他布置是可能的。例如，第一构件164可以由具有比第二构件166更高的热膨胀系数的材料制造。这样的布置可导致，随着环境温度增大，带150收缩或向内挤压。可选地，在示例性实施例中，较低热膨胀系数材料可以是铁镍合金，而较高热膨胀系数材料可以是不锈钢材料。在替代实施例中可以使用其他材料。

图3是处于扩张状态的热桥110的顶视图。图4是处于扩张状态的热桥110的部分的放大视图。图5是处于收缩状态的热桥110的顶视图。图6是处于收缩状态的热桥110的部分的放大视图。

当被组装时，第一和第二板堆结构112、114的板122、132之间与由相邻板122、132限定的间隙170(图3和4)交错。间隙170具有热阻，因此减少板122、132之间的传热。间隙170可被填充有空气和/或允许响应于板122、132的相对位置而改变热阻的另一物质。间隙170的宽度，并且因此板122、132之间的空气的体积，影响热阻。温度响应促动器116响应于温度的改变而改变形状，以改变第一和第二板122、132的相对位置，并且因此改变间隙170的形状/体积。例如，随着环境温度降低并且变冷，温度响应促动器116可收缩，导致带150的侧部152、154朝向收缩状态(图5和6)向内弯曲。随着侧部152、154向内弯曲，侧部152、154向内挤压板122、132。随着板122、132被向内挤压，间隙170的尺寸减小，并且在一些情况下可被完全消除。随着间隙170被减少，热阻被降低并且传热量增加。板122、132可在其表面具有热油脂，以当板122、132被带至极为接近和/或挤压到一起时增加板122、132之间的传热。

间隙170的宽度可以是沿板122、132的长度可变的，并且/或者可以是跨板堆结构112、114的宽度可变的。例如，随着带150开始压缩板122、132，板可以起初被靠近板堆结构112、114的中心挤压到一起，因此减小靠近中心的间隙170；然而，远离中心的地方间隙170可保持很大程度上不变。这样，随着温度响应促动器116从扩张位置转变到收缩位置，间隙170的宽度可以沿着板122、132的长度变化。可选地，随着带150开始从扩张位置朝向收缩位置移动，带150向内弯曲。例如，侧部152、154可以呈现凹弧形形状。带150可以起初挤压最外面的板122、132(例如，最靠近侧部152、154的那些板122、132)，减小或消除最外面的板122、132之间的间隙170；然而，靠近板堆结构112、114中间的板122、132可起初不被带150的挤压影响，因此留出靠近板堆结构112、114中间的那些板122、132之间的间隙170。随着带150继续向内挤压，越来越多的板122、132被朝向彼此向内挤压，因此减小这样的板122、132之间的间隙170。在收缩状态，所有的板122、132之间的间隙170可以被大体或完全移除，使得所有的板122、132直接接触相邻的板122、132。随着温度响应促动器116从扩张状态移动到收缩状态，第一和第二板堆结构112、114之间的热阻是可变的。

在示例性实施例中，当被冷却时温度响应促动器116收缩，以压缩第一和第二板堆结构112、114，导致随环境温度降低而第一和第二板122、132更靠近彼此移动。在替代实施例中，当被加热时温度响应促动器116收缩，以压缩第一和第二板堆结构112、114，导致当环境温度升高时第一和第二板122、132更靠近彼此移动。在示例性实施例中，当被加热时温度响应促动器116扩张，以导致第一和第二板122、132彼此伸展分开，因此随温度升高而增大间隙170的尺寸并且提高热阻。在替代实施例中，当被冷却时温度响应促动器116扩张，以导致第一和第二板122、132彼此伸展分开，因此随温度降低而增大间隙170的尺寸并且提高热阻。

Claims (9)

1.一种用于在第一和第二电气部件(102、104)之间使用的热桥(110)，所述热桥的特征在于，包括：

第一板堆结构(112)，配置为与第一电气部件热连通地放置，

第二板堆结构(114)，配置为与第二电气部件热连通地放置，

其中，所述第一板堆结构包括多个第一板(122)，所述第二板堆结构包括与第一板交错的多个第二板(132)，第一板(122)和第二板(132)由间隙(170)分隔；

联接至第一板堆结构和第二板堆结构中的至少一个的温度响应促动器(116)，所述温度响应促动器响应于温度的改变而改变形状，随着温度响应促动器改变形状，温度响应促动器改变间隙(170)的尺寸，以改变第一电气部件和第二电气部件之间的热阻。

2.如权利要求1所述的热桥，其中第一板堆结构(112)包括第一基部(120)，所述第一基部(120)配置为安装成与第一电气部件(102)直接热接触，所述第一板(122)与第一基部成整体并且从第一基部延伸，第二板堆结构(114)包括第二基部(130)，所述第二基部(130)配置为安装成与第二电气部件(104)直接热接触，所述第二板(132)与第二基部成整体并且从第二基部延伸。

3.如权利要求1所述的热桥，其中第一板(122)是平行的并且由第一通道(124)分隔，第二板(132)是平行的并且由第二通道(134)分隔，第二板被接收在第一通道中并且第一板被接收在第二通道中。

4.如权利要求1所述的热桥，其中温度响应促动器包括围绕第一板堆结构(112)和第二板堆结构(114)缠绕的带(150)，所述带随着温度响应促动器扩展和收缩而改变形状。

5.如权利要求1所述的热桥，其中温度响应促动器包括第一构件(164)和联接到第一构件的第二构件(166)，响应于第一构件的温度和第二构件的温度变化，所述第一构件相对于第二构件改变形状。

6.如权利要求5所述的热桥，其中第一构件(164)具有比第二构件(166)更低的热膨胀系数。

7.如权利要求1所述的热桥，其中温度响应促动器是具有第一构件(164)和第二构件(166)的双金属弹性件(162)，所述第一构件(164)和第二构件(166)响应于温度的改变而以不同的比率扩张和收缩。

8.如权利要求1所述的热桥，其中温度响应促动器在被冷却时收缩，以压缩第一板堆结构(112)和第二板堆结构(114)，导致第一板(122)和第二板(132)更靠近彼此移动。

9.如权利要求1所述的热桥，其中温度响应促动器在被加热时收缩，以压缩第一板堆结构(112)和第二板堆结构(114)，导致第一板(122)和第二板(132)更靠近彼此移动。

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