CN112020269B - 用于传导热的装置、电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于传导热的装置，该装置包括基板，该基板用于接纳一个或更多个电气部件和热物质循环系统。基板包括用于接纳热物质循环系统的第一部分的第一接口和用于接纳热物质循环系统的第二部分的第二接口，使得基板在使用时与第一接口和第二接口之间的循环系统的热物质接触。基板是导热的，以用于在一个或更多个电气部件与循环系统的热物质之间传递热。
Description
技术领域
本发明涉及用于传导电子设备中的热的装置。
背景技术
电子设备中使用的电气部件在使用中生成过多的热。过多的热可能引起例如过热的风险，这可能引起对电气部件和设备的损坏。发热还可能限制例如部件的性能，因此，可能无法尽可能有效地利用部件。因此，需要用于电子设备的部件的有效冷却解决方案。例如，可以通过其中将过多的热从部件传导走的结构来执行冷却。
当前的热传导解决方案可能不是有效的，因此，需要用于热传导的更先进的解决方案。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于传导热的装置，所述装置包括：基板，所述基板用于接纳一个或更多个电气部件和热物质循环系统，其中，所述基板包括用于接纳所述热物质循环系统的第一部分的第一接口和用于接纳所述热物质循环系统的第二部分的第二接口，使得所述基板在使用时与所述第一接口和所述第二接口之间的循环系统的热物质接触，以及其中，所述基板是导热的，以用于在所述一个或更多个电气部件与所述循环系统的热物质之间传递热。
根据本发明的实施方式，优选地，所述循环系统的热物质包括液体。
优选地，所述基板是用于将热从所述一个或更多个电气部件传导至所述循环系统的热物质的热导体。
优选地，所述基板的形状基本上是板。
优选地，所述第一接口和/或所述第二接口基本上在所述基板的中心区域中。
优选地，所述基板包括用于所述循环系统的热物质的至少一个流动通道。
优选地，所述基板包括在所述基板的一侧上的至少一个冷却片。
优选地，所述基板包括在所述基板的多个侧上的至少一个冷却片。
优选地，所述基板是所述热物质循环系统的组成部分。
优选地，所述基板的材料包括铝。
优选地，所述基板是挤压的铝型材。
优选地，所述一个或更多个电气部件包括电连接器。
优选地，所述一个或更多个电气部件与所述基板直接接触。
优选地，所述装置还包括盖，所述盖用于在所述盖处于关闭位置时至少部分地覆盖所述基板。
优选地，所述装置还包括密封构件，所述密封构件用于在所述盖处于所述关闭位置时对所述盖与配对物之间的接口进行密封。
附图说明
在下文中，将参照附图借助于优选实施方式更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出了根据实施方式的装置；
图2示出了根据实施方式的基板与热物质循环系统之间的连接；
图3示出了根据实施方式的基板；
图4示出了根据实施方式的基板；以及
图5A和图5B示出了根据实施方式的基板。
具体实施方式
以下实施方式仅是示例。尽管说明书可能在若干位置处提到“一个”实施方式，但是这不一定意味着每个这样的提及都指相同的(一个或多个)实施方式，或者这不一定意味着该特征仅适用于单个实施方式。不同实施方式的单个特征也可以被组合以提供其他实施方式。此外，词语“包括(comprising)”和“包括(including)”应当被理解为不会将所描述的实施方式限制成仅由已经被提及的那些特征组成，并且这样的实施方式还可以包含没有被特别提及的特征/结构。
如在背景技术中所描述的，电子设备中使用的电气部件在使用中生成过多的热。电子设备通常包括用于使部件冷却的冷却系统。冷却系统可以是例如热物质循环系统，其中，冷却物质在设备中被循环。由电气部件生成的过多的热被传导至冷却物质，这降低了部件的温度。用于将热从部件传导至冷却物质的路径可以包括若干接口，所述若干接口可能降低热传导的效率。因此，应当避免在路径中的接口，以实现用于电子设备中的发热部件的有效冷却系统。
根据本发明的解决方案提供了用于在电子设备中使用的部件与冷却系统的热物质之间进行有效的热传导的先进的解决方案。
在实施方式中，一种用于传导热的装置，该装置包括：基板，其用于接纳一个或更多个电气部件和热物质循环系统，其中，基板包括用于接纳热物质循环系统的第一部分的第一接口以及用于接纳热物质循环系统的第二部分的第二接口，使得基板在使用时与第一接口和第二接口之间的循环系统的热物质接触，并且其中，基板是导热的，以用于在一个或更多个电气部件与循环系统的热物质之间传递热。
参照图1，其中，示出了根据实施方式的装置100。装置包括基板102，基板102是用于电气部件和热物质循环系统的连接板。基板102可以例如与电子设备耦接。基板102包括用于接纳一个或更多个电气部件106的一个或更多个耦接件104。耦接件是例如基板上的机械特征，电气部件可以被装配至该机械特征。机械特征可以通过基板来形成，换句话说，耦接件可以由与基板相同的材料制成，然后成为基板的组成部分。耦接件还可以包括被装配至基板的分开的部件。例如，可以通过螺钉或焊接将电气部件装配至基板，从而使得部件与基板接触。部件与基板之间的接触确保由部件生成的热传导至基板。在一些情况下，可以使用像例如导热垫或导热凝胶的热材料来改善部件与基板之间的热传导。电气部件可以被装配在基板的一个或多个侧上。部件也可以穿过基板，然后位于基板的两侧上。
基板102还包括用于热物质循环系统的连接器110、112的至少一个耦接件108。在图1中未示出热物质循环系统。用于循环系统的耦接件108是例如基板102上的机械特征，循环系统的(一个或多个)连接器可以连接至该机械特征。机械特征可以通过基板来形成，换句话说，耦接件可以由与基板相同的材料制成，然后成为基板的组成部分。耦接件还可以包括被装配至基板的分开的部件。热物质循环系统被用于使热物质在装配有基板的电子设备的流动通道中循环。热物质被用于将热从电子设备的部件传导至热物质，或者相反地，热物质被用于将热从热物质传导至部件。换句话说，热物质循环系统可以被用于冷却或加热电子设备。
在基板中可以存在用于循环系统的热物质的入口和出口。可以经由入口将热物质引导至设备中，并且可以经由出口将热物质引导到设备外面。在实施方式中，基板包括用于热物质的入口连接器和出口连接器的耦接件。根据本发明的解决方案集中于用于将热物质引导至电子设备中的热物质的入口。第一连接器110和第二连接器112可以被用在热物质循环系统的入口中。热物质循环系统可以包括第一部分和第二部分。热物质循环系统的第一部分可以在电子设备的外部，热物质循环系统的第二部分可以在电子设备的内部。因此，系统的第一部分将热物质馈送至电子设备中，第二部分使物质在设备内循环。热循环系统的第一部分和第二部分可以包括连接器，所述连接器被配置成：与放置在基板上的第一连接器110和第二连接器112连接。
基板102可以包括用于将热物质循环系统与基板连接的第一连接器110和第二连接器112。连接器可以包括用于将连接器与基板以及/或者将连接器与循环系统锁定的锁定构件。电子设备可以具有例如片金属壳体，基板被装配至该片金属壳体，并且热物质循环系统可以从壳体的外部和内部与基板耦接。
基板可以被装配至电子设备，从而使得基板的第一侧S1在壳体的外部，并且基板的第二侧S2在壳体的内部。热物质循环系统的第一连接器110可以被放置在基板的第一侧S1上，并且第二连接器112可以被放置在基板的第二侧S2上。因此，热物质循环系统的第一部分可以连接至第一连接器110，并且热物质循环系统的第二部分可以连接至第二连接器112。
因此，第一连接器和第二连接器与基板耦接，使得它们在基板的相对侧上，并且基板可以基本上在连接器之间。换句话说，热物质被引导通过基板，使得基板与热物质接触。被放置在基板上的(一个或多个)连接器与热物质循环系统之间的连接可以包括密封构件，以防止热物质从系统中泄漏出来。
参照图2，其中，示出了基板的截面。基板102包括用于接纳热物质循环系统的第一部分202的第一接口206以及用于接纳热物质循环系统的第二部分204的第二接口208。第一接口206可以在第一连接器110的端部处，第二接口208可以在第二连接器112的端部处。所述端部指代连接器在基板内部的一部分，并且所述端部可以在被装配至基板时彼此相对。第一接口26与第二接口208之间是通路200，该通路200用于通过基板102将热物质从循环系统的第一部分202引导至循环系统的第二部分204，换句话说，通过基板102将热物质从第一连接器110引导至第二连接器112。通路200可以被形成至基板102中，因此，基板102经由通路200与热物质接触，然后成为液体循环系统的一部分。箭头FD示出了热物质的流动方向。
在实施方式中，基板由导热材料制成。如所描述的，基板与一个或更多个电气部件和循环系统的热物质耦接。因此，基板形成用于在部件与循环系统的热物质之间传导热的非常有效的热导体。由基板形成的热导体与部件和热物质接触，因此，在热导体中不存在任何额外的接口。没有接口的热导体提供用于热传导的非常有效的解决方案。
如上所述，根据本发明的解决方案——其中，电气部件和热物质循环系统的(一个或多个)连接器在同一基板中——提供了用于热传导的有效且简单的解决方案。
在实施方式中，热物质包括液体。因此，热物质循环系统是用于热传导的液体循环系统。除液体之外，例如，可以使用气体或者适合于热传递的任何其他物质来代替液体。另外，可以使用不同热物质的组合。
在实施方式中，基板是用于将热从一个或更多个电气部件传导至循环系统的液体的热导体。换句话说，基板可以用于使在电子设备中生成热的部件冷却。如所描述的，根据本发明的解决方案可以用于将热从部件传导至液体或者从液体传导至部件。当热从部件被传导至液体时，基板被用于冷却，并且当热从液体被传导至部件时，基板被用于加热部件。因此，虽然从冷却的角度描述了本发明，但是根据本发明的解决方案可以适用于对部件进行冷却和加热两者。因为本发明被应用于冷却，所以循环系统中的液体是具有高的热容量的冷却液。
在实施方式中，基板的形状基本上是板。参照图3，其中，示出了基板102的顶视图。板状基板102可以具有两侧S1、S2，用于一个或更多个电气部件和液体循环系统的连接器的耦接件可以被放置于两侧S1、S2。另外，在图3中示出了基板的侧边缘SE1、SE2。基板102的厚度可以根据需要而变化。当需要更有效的热传导时，基板102可以更厚。厚度也可以在基板102的不同点处变化。例如，基板102可能在中间处更厚，用于液体循环系统的耦接件108在中间处，并且中间处的厚度可以朝向侧边缘SE1、SE2减小。例如，热负荷可能从基板102的侧边缘SE1、SE2朝向中间增加，因此，材料朝向基板102的中间变厚以实现有效的热传导。
在实施方式中，第一接口和第二接口基本上在基板的中心区域处。热源与冷却元件之间的距离应当尽可能短以实现高冷却能力。因此，冷却系统的结构应当被布置成使得热源被放置在冷却元件附近。参照图3，用于液体循环系统的连接器的耦接件108基本上在基板102的中间处，换句话说，在基板102的中心区域处，耦接件108与侧边缘SE1、SE2之间的距离基本上相等。电气部件可以被放置在例如基板102的第一侧S1上并且被放置在液体循环系统的耦接件108的两侧上，使得所有部件均匀地分布在冷却液体附近。生成热最多的部件应当最靠近冷却液体被放置。然后，部件与冷却液体之间的热传导距离被优化为尽可能短并且部件的冷却是有效的。
在实施方式中，基板包括用于循环系统的热物质的至少一个流动通道。如所描述的，基板包括第一接口206与第二接口208之间的通路200，其中，冷却液体与基板102接触。另外，基板可以包括用于使液体在基板中循环的(一个或多个)流动通道。流动通道可以是基板的组成部分，或者流动通道可以是与基板耦接的分离的部件。参照图4，流动通道400可以与通路200耦接，使得液体可以流入到通道400中。流动通道可以从通路200朝向第一侧边缘SE1和/或第二侧边缘SE2延伸。这种结构使冷却液体与被装配在第一侧S1和第二侧S2上的生成热的部件更接近。当部件和冷却液体彼此更接近时，热传导更有效。在实施方式中，基板可以包括多个流动通道，使得流动通道和通路在基板中形成通道网络以用于增强冷却。
在实施方式中，例如，用于液体循环系统的第一连接器的耦接件可以远离液体循环系统的第二连接器的耦接件定位，使得第一耦接件和连接器在第一侧边缘附近，并且第二耦接件和连接器在第二侧边缘附近。因此，例如，耦接件之间的通路形成在基板内部侧边缘之间的流动通道，并且冷却液体可以通过基板从第一侧边缘流动至第二侧边缘。
图5A示出了实施方式，其中，基板102包括在基板的一侧上的至少一个冷却片500。冷却片可以是基板的组成部分，或者冷却片可以是与基板耦接的分离的部件。冷却片可以被放置在液体循环系统的耦接件108的两侧上，例如，冷却片可以被放置在基板的第二侧S2上。冷却片500增加了基板102的面积，因此，增强了冷却能力。冷却片500可以降低部件106的周围空气的温度，因此，可以降低部件106的温度。冷却片也可以将热从部件传导至周围空气，这也可以降低部件的温度。在图5A中没有示出部件。冷却片的形状和尺寸可以根据需要而变化。冷却片在基板上的位置也可以变化。冷却片可以被放置在例如部件附近。与冷却片一起的基板和冷却液体能够实现用于使电子设备的部件冷却的非常有效的解决方案。在实施方式中，冷却片包括(一个或多个)流动通道，其中，使冷却液体循环以增强冷却能力。
在实施方式中，基板包括在基板的多个侧上的至少一个冷却片。参照图5B，其中，示出了在多个侧上具有冷却片500的基板102。冷却片被放置在基板102的两侧S1、S2上，这使得基板102的面积更大，并且提高了基板102的冷却能力。例如，部件可以穿过基板102，并且当冷却片500在基板102的两侧S1、S2上时，基板的两侧上的冷却能力被增强。在另一示例中，部件可以被装配在基板的两侧S1、S2上。然后，第一侧S1上的冷却片增强第一侧S1上的冷却能力，第二侧S2上的冷却片增强第二侧S2上的冷却能力。
在实施方式中，基板是热物质循环系统的组成部分。如所描述的，基板可以被装配至由片金属壳体覆盖的电子设备。基板可以被装配至壳体，从而使得基板的第一侧S1在壳体的外部，并且基板的第二侧S2在壳体的内部。液体循环系统的第一连接器可以与基板的第一侧耦接，循环系统的第一部分连接至基板的第一侧，第二连接器可以与基板的第二侧耦接，循环系统的第二部分连接至基板的第二侧。第二连接器和循环系统的第二部分可以在壳体内部，以用于将基板连接至在壳体内部的液体循环系统。参照图2，其中，示出了基板102、第二连接器112和循环系统的第二部分204。在实施方式中，循环系统的第二部分204可以与基板102集成在一起，使得基板是在壳体内部的循环系统的一部分——通过连接器与系统耦接的不分离的部分。循环系统的第一部分仍然可以通过第一连接器与基板可拆卸地连接并且用于将冷却液体引导至电子设备。在实施方式中，液体循环系统的第一部分可以与基板集成在一起。在另一实施方式中，第一部分和第二部分与基板集成在一起，使得基板是液体循环系统的组成部分。
在实施方式中，基板的材料包括铝。铝的热传导性能是高的，因此，铝是用于热传导的合适的材料。铝还是轻的且容易机械加工成不同的形状。例如，机械加工或者铸造可以被用作制造方法，以形成期望的基板形状。除了铝之外，像例如其他金属或塑料的一些其他材料也可以用在基板中。在实施方式中，可以在基板中混合不同的材料。例如，基板可以具有铝框架，但是也可以具有由其他材料制成的一些特征。
在实施方式中，基板是挤压的铝型材。挤压是制造铝型材的非常有效的方法。从铝制造不同种类的形状是容易且便宜的方法。在实施方式中，除了挤压之外，可以使用一些其他制造方法用于制造基板。例如，可以通过挤压来制造基板，但是可以在挤压之后机械加工基板的一些特征。
在实施方式中，一个或更多个电气部件包括电连接器。电连接器可以是例如用于线缆的计数器连接器。换句话说，线缆可以经由放置在基板上的电连接器连接至电子设备。因此，电连接器可以是电子设备与外部连接之间的电气接口。连接至电连接器的线缆可以用于例如将电流传导至电子设备中。当电流通过连接器被传导时，连接器生成热，并且加热可以限制能够通过连接器被传导的电流。当连接器被装配至基板时，由连接器生成的热经由基板被传导至冷却液体。因此，连接器可以被有效地冷却下来，并且可以通过连接器传导更高的电流，而且可以有效地利用线缆连接。
在实施方式中，一个或更多个电气部件与基板直接接触。部件可以至少部分地与基板直接接触。当像例如连接器的部件与基板直接耦接时，可以避免热传导路径中的过多的接口。因此，基板与热源和冷却元件直接接触，这能够实现用于传导热和使热源冷却下来的非常有效的解决方案。基板可以包括例如机械特征，其中，诸如连接器的部件可以被装配成使得部件与基板直接接触。在实施方式中，可以在部件与基板之间使用一些额外的部分。所述部分可以是例如用于部件的基座。部件可以被装配至基座，并且基座可以被装配至基板，从而使得部件直接地和/或经由基座与基板接触。基座可以像基板一样是导热的。
在实施方式中，装置还包括盖，所述盖用于在此盖处于关闭位置时至少部分地覆盖基板。在图中没有示出盖。盖被用于保护基板上的敏感连接器例如免受机械损害。如所描述的，基板可以被装配至电子设备的壳体，从而使得基板的第一侧在壳体的外部并且基板的第二侧在壳体的内部。盖可以被装配至在设备的外部的基板的第一侧。基板的第一侧由盖保护，并且第二侧由电子设备的壳体保护。当盖处于关闭位置时，一个或更多个部件和/或热物质循环系统的连接器可以至少部分地保持在盖下方。在一个示例中，整个基板在盖下方。可以通过螺钉或一些其他锁定构件将盖锁定至基板。盖还可以包括用于可能的线缆和热物质循环系统的引入件(lead-in)。盖可以由铝或一些其他金属制成。除了金属之外，还可以在盖中使用塑料。盖也可以包括不同材料的组合。盖的制造方法可以包括例如机械加工或铸造。
在实施方式中，装置还包括密封构件，该密封构件用于在盖处于关闭位置时对盖与配对物之间的接口进行密封。除了机械损害之外，盖还可以用于保护部件和连接器免受灰尘和湿气影响。因此，装置还可以包括用于对盖与其配对物之间的接口进行密封的密封构件，该密封构件防止灰尘和湿气的进入。在实施方式中，配对物是例如基板。在另一实施方式中，配对物是电子设备，例如电子设备的壳体。密封构件可以耦接至配对物或盖。密封构件可以是例如聚合物密封垫。密封垫可以被放置在配对物上，使得密封垫使放置在基板上的部件和连接器旋转(circulate)并且在它们周围形成均匀的形状。密封垫还可以使整个基板旋转，从而使得基板与电子设备的壳体之间的接口在均匀的形状的内部。当盖处于关闭状态时，密封垫压在盖与配对物之间并且形成密封的接口。另外，盖中的引入件可以包括密封构件，使得引入件也被密封以防止灰尘和湿气。换句话说，当盖处于关闭状态时，灰尘和湿气可能不会经由引入件进入盖下方。
接下来的示例描述了可以如何将装置——其中，热源和冷却元件在同一基板中——应用于电子设备以用于冷却。电子设备可以具有用于冷却设备的热物质循环系统，其中，冷却液体在设备内部循环。由热传导材料制成的基板可以被装配至电子设备的壳体。基板可以包括用于线缆的电连接器和用于冷却液体循环系统的连接器。冷却液体循环系统可以从电子设备的壳体的外部和内部与基板耦接。换句话说，循环系统可以与基板耦接，使得循环系统的第一部分连接至在基板的外表面上的基板的第一连接器。相应地，循环系统的第二部分连接至在基板的内表面上的基板的第二连接器。因此，基板基本上在第一连接器和第二连接器之间并且在循环系统的第一部分和第二部分之间。基板在连接器之间形成通路，并且经由通路与冷却液体接触。与冷却液体的直接接触非常有效地使基板冷却下来。
线缆可以连接至电连接器，并且可以用于将电流传导至电子设备中。当通过连接器被传导时，电流生成热。连接器的加热可能限制能够经由线缆和通过连接器传导的电流，因此，不一定能够尽可能有效地利用线缆。与冷却液体和加热连接器直接耦接的基板创建了有效的热导体，原因是在热导体中不存在过多的接口。换句话说，基板与热源和冷却元件直接接触，因此，提供了用于冷却热源的有效的解决方案。优化电连接器与冷却液体之间的距离，使得该距离尽可能短。基板还可以包括进一步提高基板的冷却能力的冷却片。
根据本发明的解决方案——其中，加热电连接器和冷却系统与同一基板耦接——是用于使电子设备的连接器冷却的非常有效且简单的方法。这使得可以通过连接器使用更高的电流，并且可以使与电子设备耦接的线缆的性能更好。
对于本领域技术人员而言明显的是，随着技术进步，可以以各种方式来实现本发明的构思。本发明及其实施方式不限于以上描述的示例，而是可以在权利要求的范围内变化。
Claims (17)
1.一种用于传导热的装置，包括：
板状基板，所述基板被配置成被装配至电子设备的壳体，所述基板用于接纳所述电子设备的一个或更多个电气部件和热物质循环系统，
其中，所述基板包括用于接纳所述热物质循环系统的第一部分的在所述基板的第一侧中的第一接口和用于接纳所述热物质循环系统的第二部分的在所述基板的第二侧中的第二接口，使得所述基板在使用时与所述第一接口和所述第二接口之间的所述热物质循环系统的热物质接触，
其中，所述第一侧和所述第二侧是所述基板的相反侧；并且
其中，所述基板是导热的，以用于在所述一个或更多个电气部件与所述热物质循环系统的热物质之间传递热。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述热物质循环系统的热物质包括液体。
3.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述基板是用于将热从所述一个或更多个电气部件传导至所述热物质循环系统的热物质的热导体。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第一接口和所述第二接口布置在所述基板上，使得所述第一接口和所述第二接口基本上在所述基板的相反侧上的同一点。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第一接口和/或所述第二接口基本上在所述基板的中心区域中。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述基板包括用于所述热物质循环系统的热物质的至少一个流动通道。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述基板包括在所述基板的一侧上的至少一个冷却片。
8.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述基板包括在所述基板的多个侧上的至少一个冷却片。
9.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述基板是所述热物质循环系统的组成部分。
10.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述基板的材料包括铝。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述基板是挤压的铝型材。
12.根据权利要求1、2和11中任一项所述的装置，其中，所述一个或更多个电气部件包括电连接器。
13.根据权利要求1、2和11中任一项所述的装置，其中，所述一个或更多个电气部件与所述基板直接接触。
14.根据权利要求1、2和11中任一项所述的装置，其中，所述装置还包括盖，所述盖用于在所述盖处于关闭位置时至少部分地覆盖所述基板。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述装置还包括密封构件，所述密封构件用于在所述盖处于所述关闭位置时对所述盖与配对物之间的接口进行密封。
16.根据权利要求1、2和11中任一项所述的装置，其中，所述装置被配置成被装配至所述电子设备的壳体，使得所述基板的所述第一接口在所述壳体的外侧，并且所述第二接口在所述壳体的内侧。
17.一种电子设备，包括：
热物质循环系统；
壳体；以及
根据权利要求1至16中任一项所述的用于传导热的装置，其中，所述装置被装配至所述电子设备的壳体。
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