CN113009992A - 用于电路板的多区域冷却体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冷却体，其用于面状地安置在装备有电子部件的电路板上，所述冷却体包括第一部分表面和第二部分表面。在第一部分表面与第二部分表面之间延伸有隔热部，并且跨越隔热部的刚性的机械连接部将第一部分表面与第二部分表面相连接。所述冷却体由此能实现将第一部分表面和第二部分表面分配给电路板上的电子部件并且有助于电路板的机械稳定性。

Description

用于电路板的多区域冷却体
技术领域
本发明涉及计算机系统的热管理。
背景技术
市面上存在大量针对外部应用而在车辆中设计的计算机系统，如NVIDIA的DRIVEAGX平台、Crystal Group的“Rugged Embedded Computer”系列和dSPACE的AuteraAutoBox。对这种计算机系统的典型要求是：紧凑性，以便能够在狭窄的环境下使用它们；以及鲁棒性和抗震性。特别是由于当前正在努力研发高度自动化的车辆，因此存在针对外部应用所设计的这种研发系统，所述研发系统此外也配备有高计算能力并且因此需要高效的冷却。最后的要求出于随后阐释的原因而与前面提到的紧凑性、鲁棒性和抗震性方面的要求相冲突。
由现有技术已知在计算机系统中用于面状地安置在装备有电子部件的电路板上的无源冷却体，例如来自RaidSonic的ICY BOX IB-M2H2-100模型。这种冷却体吸收电子部件的废热，以将废热排出到环境空气中。冷却体可以布置在用于运走废热的空气流中。通常在电路上安装有带有不同的废热功率或者说废热产生性能
Figure BDA0002845365560000011
和不同的温度耐受性(Temperaturtoleranz)的不同的电子部件。因此安装冷却体甚至可能适得其反，因为冷却体将废热从功率强劲的部件运输到有较低温度耐受性的部件，因此从后者的角度来看，冷却体起到了加热器的作用。由现有技术已知的针对这种效应的措施基于总冷却性能例如由于使用了较大的冷却体、用于产生较强的空气流的功率强劲的风扇或装备有热泵或压电元件的有源冷却体的改进。但所有这些措施均提高了冷却系统的空间需求并且随之而来的是降低了计算机系统的紧凑性。
发明内容
在这个背景下，本发明的任务是，减小功率强劲的、针对外部应用所设计的计算机系统的空间需求。
为了解决该任务，建议了一种用于面状地安置在装备有电子部件的电路板上的冷却体，该冷却体具有多个彼此隔热或热隔离或绝热的部分表面，其中，每个部分表面布置用于仅吸收布置在电路板上的电子部件的一部分电子部件的废热。冷却体因此包括至少一个第一部分表面用于吸收电路板的第一数量的电子部件的废热以及至少一个第二部分表面用于吸收电路板的第二数量的电子部件的废热。在第一部分表面和第二部分表面之间布置有隔热部或绝热部，该隔热部总体上具有与两个部分表面相比明显减小的热导率并且由此明显限制了在第一部分表面和第二部分表面之间的热交换。冷却体还包括第一部分表面与第二部分表面的跨越所述隔热部的刚性的机械连接部。
刚性的机械连接部可理解为，所述机械连接部尽可能设计成坚硬且无隙的，并且所述机械连接部由此也在强烈的、但在按规定使用电路板时预期的弯曲力矩作用到冷却体的情况下将第一部分表面和第二部分表面彼此保持在预定的相对位置中。
按照本发明所设计的冷却体使得能够仅将冷却体的总面积的各份额分别分配给在电路板上的一些部件或者部件组，并且以这种方式更好地冷却特别是温度敏感的部件，或者防止特别是温度敏感的部件由于冷却体从电路板上的其它部件的导热而变热。各分区在从空间上被布置和设定尺寸成，使得第一部分表面吸收在给定的电路板上第一电子部件的废热并且第二部分表面吸收在同一电路板上第二电子部件的废热。当第一部件的温度耐受性高于第二部件的温度耐受性时，那么可以通过恰当地设定第一分区的尺寸大小将冷却体的总面积的——按第一部件的废热功率测得的——较小的份额分配给第一部件，以利于为了有效冷却而可以将总面积的较大的分区分配给冷却体的第二部件。在电路板的运行中并且在达到热平衡之后，第一部分表面的温度就高于第二部分表面的温度，为了有效地充分利用面积优选几乎处在最高容许温度之下。
通过机械连接部，按本发明的冷却体保持了在电路板上稳定化、加固的作用，如按照之前的说明由现有技术已知的冷却体所具有的那样。在前一段落中阐释的技术效果当然也可以通过在电路板上放置多个较小的冷却体达到。但在Autera AutoBox的研发过程中，由本申请人执行的震动测试通常导致了这种装备有多个冷却体的电路板的受损，而装备有按本发明的冷却体的电路板则具有足够的稳定性。
隔热部有利地设计成在冷却体中的空隙，所述空隙在第一分区和第二分区之间延伸并且因此形成了布置在两个分区之间的空气间隙。这种设计方案能简单地构造并且同时实现了良好的隔热，在隔热时，在两个分区之间的热交换基本上仅通过机械连接部实现。
为了防止冷却体破裂，有利的是，机械连接部无缝地过渡到第一部分表面和第二部分表面中，特别是使得在微观平面上看不到机械连接部到第一部分表面或第二部分表面的过渡。带有第一部分表面、第二部分表面和机械连接部的冷却体特别有利地构造成整体式金属体，其例如被一体式浇注或总体上从由唯一一个金属件铣削而成。机械连接部可以例如设计成在第一部分表面和第二部分表面之间的第一数量的金属桥。
为了改进隔热，可以在机械连接部的造型方面对机械连接部进行设计，以便使冷却所述冷却体的空气流涡旋。在机械连接部处生成的空气涡流引起了将较远的并且因此较冷的空气层运输到机械连接部的表面上并且因此能在热量可能迁入部分表面之前更好地将热量从机械连接部取走，这有效地对应了机械连接部热导率的降低。机械连接部为此目的可以包括突起部，所述突起部从冷却面伸出并且具有高空气动力学的正面阻力系数，以利于生成涡流。
当然，按本发明的冷却体除了第一部分表面和第二部分表面外也可以包括另外的部分表面，所述另外的部分表面分别通过隔热部与冷却体的所有其它的部分表面隔热并且分别借助跨越隔热部的刚性的机械连接部与冷却体的至少一个其它部分表面连接。
附图说明
附图1为了更为详细地阐释本发明而示出了按本发明的冷却体在有利的、但示例性的设计方案中的透视图。
具体实施方式
在图1中示出了一个面状地安置在电路板3上的带第一部分表面1和第二部分表面2的冷却体。在第一部分表面1和第二部分表面2之间，延伸有在整个宽度上横跨电路板的空隙4，该空隙构成了在第一部分表面1和第二部分表面2之间的空气间隙并且因此使第一部分表面1与第二部分表面2隔热。四个金属桥5跨越空隙4并且构成了第一部分表面1与第二部分表面2的机械连接部。
在电路板3上，在冷却体下方看不见地布置着电子部件。第一电子部件，例如闪存控制器布置在第一部分表面1下方，第二电子部件，例如闪存芯片则布置在第二部分表面2下方。闪存控制器按规定能在直至125℃的运行温度下运行。而闪存芯片的温度耐受性则仅为70℃。闪存控制器的废热功率和闪存芯片的废热功率大致相同。
如在图中可以看到的那样，第二部分表面2在尺寸上比第一芯片1要大。由于闪存芯片的温度耐受性较低，因此分配给闪存芯片的冷却体总面积的份额要大于分配给闪存控制器的份额。因此在电路板投入运行后，第一部分表面1在热平衡下达到了比第二部分表面2更高的温度。第一部分表面1的尺寸大小被设定成，使得第一部分表面在电路板投入运行之后在热平衡下的温度接近处在闪存控制器的温度耐受性之下，即接近处在125℃之下，以便将冷却体总面积的尽可能高的份额分配给对温度更为敏感的闪存芯片。
在使用不带隔热部4的传统的冷却体时，实际上仅冷却体的总面积的一半分配给了闪存芯片。那么整个冷却体必然尺寸设定得更大，以便充分冷却闪存芯片，这就需要在电路板3装入其中的计算机系统的紧凑性上做出妥协。
带有第一部分表面1、第二部分表面2和金属桥5的冷却体是由单块金属铣削而成的整体的完整金属体。桥5因此不仅无缝地过渡到第一部分表面1中而且无缝地过渡到第二部分表面2。在微观层面上，在桥5与第一部分表面1之间或者在桥5与第二部分表面2之间看不到过渡。桥5由此构成了刚性的机械连接部。冷却体的机械刚度和无隙性进而冷却体对电路板3的稳定作用因此大致相当于没有隔热部4的设计用于面状地安置在电路板上的传统冷却体的水平。
电路板3布置在对冷却体进行冷却的空气流中。隔热部4当然不是完美的。第一部分表面1和第二部分表面2通过经由桥5并且可能地视空气流的方向而定通过空气运输的热辐射交换热能。为了减少通过经由桥5的导热进行的热交换，桥5被设计成使空气流发生涡旋。如图所示，桥5从冷却体的表面突伸出并且具有多个直角的棱边，以利于在桥5处形成涡流并且由此改善气流在桥5处的冷却效果。此外，桥5的从表面突出的构造方式提高了体积并且因此提高了桥5的热容量。总体而言，这种构造方式促使由桥5从第一部分表面1吸收的热量先是分布在相应的桥5中，并且在第二部分表面2可以吸收所述从第一部分表面吸收的热量之前使大部分所述热量被涡流的空气流吸收。桥5的构造方式以这种方式改善了隔热部4的隔热效果。
为了提高冷却性能，在冷却体上还布置有另外的涡流元件6和冷却肋7。

Claims (7)

1.一种冷却体，所述冷却体用于面状地安置在装备有电子部件的电路板(3)上，所述冷却体包括：
用于吸收电路板(3)的第一数量的电子部件的废热的第一部分表面(1)，
用于吸收电路板(3)的第二数量的电子部件的废热的第二部分表面(2)
第一部分表面(1)与第二部分表面(2)的隔热部(4)，和
第一部分表面(1)与第二部分表面(2)的跨越所述隔热部(4)的刚性的机械连接部(5)。
2.按照权利要求1所述的冷却体，其特征在于，所述冷却体的隔热部(4)设计成在所述冷却体中在所述第一部分表面和所述第二部分表面之间延伸的空隙。
3.按照权利要求1或2所述的冷却体，其特征在于，所述冷却体的机械连接部(5)无缝地过渡到所述第一部分表面(1)和所述第二部分表面(2)中。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的冷却体，其特征在于，所述冷却体设计成整体式金属体。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的冷却体，其特征在于，所述冷却体的机械连接部(5)设计用于，为了改善机械连接部的隔热效果而使冷却所述冷却体的空气流发生涡旋。
6.电路板(3)，所述电路板装备有第一电子部件和第二电子部件，所述电路板带有面状地安置在所述电路板上的按照权利要求1至5中任一项所述的冷却体，所述冷却体的第一部分表面(1)在空间上被布置成用于吸收第一电子部件的废热，并且冷却体的第二部分表面(2)在空间上被布置成用于吸收第二电子部件的废热。
7.按照权利要求6所述的电路板，其特征在于，所述电路板的冷却体通过对第一部分表面(1)和第二部分表面(2)的尺寸设定而被设计成，使得在电路板(3)运行之后的热平衡中第一部分表面(1)的温度高于第二部分表面(2)的温度。
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