TW201837648A - 電腦電路板冷卻配置 - Google Patents

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曼尼爾 德瓊極
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Abstract

本發明係關於一種安全配置(10)，其經調適以改良一電腦電路板(22)上之電路板組件(12、14、16、18、20)的散熱，其中複數個該些電路組件(12、14、16、18、20)嵌埋於一安全護罩(5)中且熱連接至至少一個熱交換器裝置(24)，其特徵在於：該熱交換器裝置(24)位在離開該安全護罩(5)一距離處，且至少複數個該些電路組件(12、14、16、18、20)經由至少一個散熱引線(32、33、34)與該至少一個熱交換器裝置(24)熱連接，以增強該些電路板組件(12、14、16、18、20)之冷卻。

Description

電腦電路板冷卻配置
本發明係關於一種配置，其經調適以經由至少一個一級散熱片裝置、引線及至少一個二級散熱片裝置來改良附接在電腦殼體中之電腦電路板上之組件的散熱。
在本發明技術領域中，需要可靠地密封電腦電路板上之硬體及使所密封之硬體得到冷卻。
Hashemi等之專利文件US5344795及Wieloch之專利文件US6029343揭示已知使用嵌裝程序(potting)來保護一件電子組件，亦即較小單元，以便處置所需的冷卻要求。然而，此原理並不始終提供足夠的安全密封。
根據Chai之專利申請案文件US2012073794 A1，已知安裝在發熱元件，諸如安置於類載體之電路板上之CPU，上的散熱裝置。散熱裝置包括塊形狀之散熱底座，其具備很多個堆疊之空心導熱導管。基於導熱導管之空心特性，散熱藉由對流而達成。然而，該設計相當複雜且佔用空間，從而變得比許多應用中所需的花費更多且不夠緊湊。此外，該設計不提供安全密封。US 20040182088、EP 0632688、US 20050243517及US 20120106083亦揭示不提供任何安全密封之散熱配置。
存在多種已知設計，其中經改良安全性可藉助於將電路板上之複 數個組件封閉至一個均質密封件中，結合在電路板之一側上使用相對較大之導熱交換器而提供。然而，此設計成本相對較高且亦耗用相對較多空間。
本發明之一個目標為提供一種經改良設計，其用於可靠地密封電腦電路板上之硬體及使所密封之硬體得到冷卻，該目標將藉助於如技術方案1之解決方法來達成。
歸功於根據本發明之解決方法，在提供良好可撓性之同時，亦可以有利於具成本效益之生產的方式達成經改良安全性。
根據本發明之其他態樣；
- 該至少一個散熱引線可形成為細長的熱轉移部件，其至少一個部件附接在該安全護罩內且另一部件熱連接至該熱交換器，此提供設計之額外良好可撓性的優點。
- 該至少一個散熱引線可形成桿狀部件，其一端熱連接至，較佳直接接觸非常接近於該些電路板組件中之至少一者的至少一個散熱片裝置，此提供額外良好散熱之優點。
- 複數個散熱引線可配置在複數個該些散熱片裝置與該熱交換器之間，此提供設計之額外良好可撓性的優點。
- 該至少一個散熱引線可呈複合式或實心桿或導管之形式，該桿或導管具有大於200W/mK之熱導率。
- 該至少一個散熱引線可形成環圈狀部件，其中該環圈狀部件較佳由經流體填充之管所形成，其中該流體經配置以循環，從而實現冷卻，此在一些應用中提供額外良好冷卻之優點。
- 該安全護罩藉由較佳封閉該電路板之所有側邊的嵌裝程序形成，此提供 額外良好安全性之優點。
- 該安全護罩另外可將該些組件緊固至該電路板。
1‧‧‧電腦殼體/外殼
5‧‧‧安全護罩
8‧‧‧盒底部
10‧‧‧安全配置
12‧‧‧習知硬體組件
13‧‧‧習知硬體組件
14‧‧‧習知硬體組件
16‧‧‧習知硬體組件
18‧‧‧習知硬體組件
22‧‧‧電路板
24‧‧‧熱交換器裝置
26‧‧‧散熱片裝置
28‧‧‧散熱片裝置
32‧‧‧引線/熱管
33‧‧‧引線/熱管
34‧‧‧引線/熱管
20‧‧‧組件
30‧‧‧散熱片裝置
36‧‧‧通孔
38‧‧‧螺釘/夾子
40‧‧‧螺釘/夾子
41‧‧‧鰭片/凸緣
50‧‧‧嵌裝程序
80‧‧‧支撐裝置
t‧‧‧預選擇厚度
圖1示意性地說明根據本發明之電腦殼體內之配置自高處看的透視圖，其中安全護罩未展示；圖2示意性地說明圖1中所示之配置自高處看的更詳細透視圖，圖3示意性地說明根據本發明之具有安全護罩的圖2之配置自高處看的透視圖，圖4示意性地說明圖3之配置自背面看的側視圖，且圖5示意性地說明圖3之配置自左側面看的側視圖。
此後，為了更好地理解本發明之具體實例及給定實例，在整個發明描述中參考隨附圖式。
本發明提供配置10，該配置可靠地保護電路板22上之電子硬體，該電路板包含由安全護罩完全囊封/嵌埋的複數個組件/電路，其中導熱引線/導管/管將經囊封硬體連接至定位在遠處之熱交換器。對本發明之配置之實體保護可容易由3層聯邦資訊處理標準(Federal Information Processing Standard；FIPS)140-2之要求滿足。
圖1示意性地說明本發明。展示出電路配置10，其包含處於電腦殼體/外殼1內之電腦電路板22。因此，圖1展示配置10，其中示意性地描繪了電路板22之習知硬體組件12、13、14、16、18中之一些，例如CPU、RAM、儲存 器等。此等組件12、14、16、18在操作時產生熱，如此項技術中已知的，熱必須自電路板22及電腦殼體1耗散，避免由過熱引起之故障。
如圖1中亦展示且在圖2中更詳細地展示，電路板22連接至至少一個熱交換器裝置24。應理解，可提供連接至電路板22之大量熱交換器裝置24。
本發明利用至少一個、較佳複數個散熱片裝置26、28、30，該些散熱片裝置非常接近於、較佳緊密接觸組件12、14、16、18、20而附接至電路板22，以自該些組件有效地轉移熱。
此外，本發明藉助於安全護罩5來保護硬體組件12、13、14、16、18不受入侵，此係因為，熟知地，對於操控、未經授權之資料提取、曬圖(blue printing)及反向工程(reverse engineering)，硬體、資料、軟體及韌體可受關注。
如圖3、圖4及圖5中所示，示意性地說明了本發明之一個具體實例，其中安全護罩5經配置。在此具體實例中，安全護罩5呈嵌裝50之形式而被用於電路板22的所有周圍，該安全護罩完全覆蓋硬體組件20、14、16、18及電路板22之背面，因此將電路板22完全嵌埋例如在環氧化物嵌裝程序中。嵌裝之厚度足以安全地保護該些組件不受入侵，亦即嵌裝程序具有足夠厚度及抗性以保全組件不受入侵，以使得即使層被破壞/移除(例如藉由切割、鏨刻)，入侵亦實際上不可實現，亦不會損害硬體。因此，本發明有效地消除操控、未經授權資料提取、曬圖(blue printing)及反向工程之風險。此外，此護罩亦將使配置10防水且防塵，此係一額外優點，此係因為，在較佳具體實例，安全護罩5完全且氣密地嵌埋電路板22，而使得輸出介面(未圖示，用於連接纜線)較佳整合於嵌裝50中。
如圖4及圖5中更詳細地展示，安全護罩5配置在周圍，亦即形成氣密、較佳水密之單元。在較佳具體實例中，組件僅施加至平坦電路板22之一側，而護罩5之對置側空白，由此足以施加具有較佳在5<t<15mm範圍內之預選 擇厚度t的最小層。在組件側上，厚度因而會大很多，通常在2t至20t之間，更佳為3t至10t。
此外，如圖5中所指示，使用一種開放或閉合之盒底部8可能較佳，電路板22在嵌埋於安全護罩5中之前定位在盒底部處。在嵌裝50(例如樹脂)之情況下，盒底部較佳經配置具有支撐裝置80，該些支撐裝置突出高於盒底部8之底面一所要距離t，以藉此針對將用嵌裝50填充之空間進行配置，從而不僅提供額外安全性，而且將電路板22接合至盒底部8。
在大部分應用中使用根據本發明之安全護罩5要求增強對嵌裝50內之電腦電路板22的冷卻，通常由安全護罩5之設計/材料的固有低熱導率引起。
為此目的，本發明提供引線/導管/管32、33、34，該些引線/導管/管熱連接散熱片裝置26、28、30與熱交換器裝置24，該熱交換器裝置24位於離開安全護罩5的一距離處。
因此，二級散熱片裝置26、28、30經歷來自組件12、14、16、18、20之熱傳導(且亦經歷某種對流)，熱係經由引線/導管/管32、33、34自嵌裝50內部傳導至熱交換器裝置24，在熱交換器裝置中，熱藉助於藉由熱交換器裝置24之鰭片/凸緣40/41(或類似對流構件)之對流而轉移至周圍空氣。
如圖2中所描繪，在一個具體實例中，散熱片裝置26可建構為U形/成形細長的部件，其中引線32之一端定位在U形之兩個垂直部分之間，從而接觸三個內表面以提供良好熱接觸，且使U形的外側邊接觸組件14、16。顯而易見，許多不同形式之散熱片裝置可實行以滿足功能，亦即包括眾多其他幾何形狀。
在本發明之一個其他具體實例中，散熱片裝置28形成為平行的細長U形散熱片之陣列，該些散熱片與定位在散熱片28下之組件(圖中未示)接觸。不產生很多熱之某些組件20不需要與任何散熱片裝置直接接觸，在此，允許至 鄰近散熱片28之熱對流的一定接近性即足夠。
如所提及，電路板22及其組件之散熱係藉由引線/導管/管32、33、34達成，該些引線/導管/管可具有不同幾何形狀，且較佳(至少相對地)可彎曲/可撓以利於容易適應不同幾何形狀。因此，由散熱片裝置26、28、30吸收之熱經由引線32、33、34傳導至熱交換器裝置24。
較佳地，引線32、33、34係由具有例如至少大於200W/(mK)之高熱導率的材料製成。藉助於此配置10，組件之冷卻足夠良好以允許完全嵌埋於安全護罩5中。
在許多應用中，對於引線32、33、34中之至少一個(或更多個)，較佳使用熱管。熱管為一熱轉移裝置，其組合熱傳導及相轉變兩者之原理以有效地管理兩個固體界面之間，此處為散熱片裝置26、28、30與熱交換器裝置24之間的熱轉移。在熱管32、33、34之熱界面(末端鄰近組件)處，與(熱管之)導熱固體表面接觸的液體藉由自彼表面吸收熱而轉變成蒸汽。蒸汽接著沿著熱管行進達到較冷的熱交換器24，且釋放潛熱而冷凝成液體。液體接著返回至熱界面(例如，經由毛細作用或重力)，且該循環重複。由於沸騰及冷凝之極高熱轉移係數，熱管係非常有效之熱導體。有效熱導率隨熱管長度改變，但可容易提供大於2000W/(mK)之熱導率，且在一些應用中可大於20kW/(mK)。熱管之優點在於熱管不含機械移動部件且通常不需要維護以及其優於許多其他散熱機構之良好轉移效率。
除習知熱管外，本發明亦可在一些應用中與充當熱二極體之熱管一起使用，在一個方向上轉移熱，同時充當另一方向上之絕緣體。此外，亦可使用環圈熱管(loop heat pipe；LHP)，亦即被動式二相熱管，其可藉由使並流液體及蒸汽流動而跨較長距離載送更多電力。
此外，亦預見可使用習知環圈導管，例如含有合適液體，其中流 體經環繞泵送以達成所要冷卻。
亦如圖式中所描繪，可能具體實例係如何將引線32、33、34連接至熱交換器裝置24，例如藉助於熱交換器裝置24中之通孔36，該些通孔經調適以提供對引線32、33、34之插入末端的緊密配合。如所呈現，引線與散熱片裝置26、28、30之間的連接可例如藉由螺釘/夾子38、40來實現，當然，其他手段亦係可行的，例如焊接及或膠合。
對熟習本發明技術領域之技術的人士而言，附加之請求項組判定本發明之其他可能具體實例。
根據可用以解決吾人在下文所提出之主要問題的經修改具體實例，可使用兩種原理，該些原理可結合本發明而使用或單獨地使用，且因此可能的單獨保護將涵蓋於與不同種類之安全護罩(上文所描述之安全護罩除外)相關的一或多個單獨分案申請中。具體言之，其可指具有封閉電子電路之密閉式金屬或塑膠盒，且及熱管係穿過盒中之孔而引出。此盒可例如經由電網狀物連接至內部電路板，該內部電路板可包括一種感測器裝置，其可偵測網狀物之損壞(電阻變化、斷裂連接等)且因此可導致儲存於電路板內之資料的刪除。此外，安全護罩亦可包括一(較佳額外)電網狀物，其可充當法拉第籠且將電子器件與外部屏蔽以防止基於量測電磁輻射之竊聽。電網狀物可較佳嵌埋於合適的聚合物或複合物中。金屬盒替代物可較佳由合適的金屬板(例如高強度鋼合金)製成，從而形成難以穿透的外殼，其例如具有2mm至10mm之壁厚度。

Claims (20)

  1. 一種安全配置(10)，其經調適以改良電腦電路板(22)上之電路板組件(12、14、16、18、20)的散熱，其中複數個該些電路組件(12、14、16、18、20)嵌埋於藉由該電路板(22)之至少一個表面上的一嵌裝程序所形成的一安全護罩(5)中且熱連接至至少一個熱交換器裝置(24)，其中該熱交換器裝置(24)位在離開該安全護罩(5)一距離處，且至少複數個該些電路組件(12、14、16、18、20)經由至少一個散熱引線(32、33、34)與該至少一個熱交換器裝置(24)熱連接，以增強該些電路板組件(12、14、16、18、20)之冷卻。
  2. 如申請專利範圍第1項之安全配置(10)，其中該至少一個散熱引線(32、33、34)形成為一細長的熱轉移部件，其至少一個部分附接在該安全護罩(5)內且另一部分熱連接至該熱交換器。
  3. 如申請專利範圍第2項之安全配置，其中該至少一個散熱引線(32、33、34)形成一桿狀部件，其一端熱連接至，較佳直接接觸非常接近於該些電路板組件(12、14、16、18、20)中之至少一者的至少一個散熱片裝置(26、28、30)。
  4. 如申請專利範圍第3項之安全配置，其中複數個散熱引線(32、33、34)配置在複數個該些散熱片裝置(26、28、30)與該熱交換器(24)之間。
  5. 如申請專利範圍第3項之安全配置，其中該至少一個散熱引線(32、33、34)呈複合式或實心桿或導管之形式，該桿或導管具有大於200W/mK之熱導率，較佳包括金、銀或銅中之至少一種金屬。
  6. 如申請專利範圍第1項之安全配置，其中該至少一個散熱引線(32、33、34)形成一環圈狀部件。
  7. 如申請專利範圍第6項之安全配置，其中該環圈狀部件係由一經流體填充、較佳經液體填充之管形成，其中該流體經配置以循環，從而實現冷卻。
  8. 如申請專利範圍第1項之安全配置，其中該安全護罩(5)係藉由封閉該電路板(22)之所有側邊的一嵌裝程序所形成。
  9. 如申請專利範圍第8項之安全配置，其中該嵌裝程序係由一樹脂、較佳由一環氧樹脂組成。
  10. 如申請專利範圍第1項之安全配置(10)，其中該安全護罩(5)將該些組件(12、14、16、18、20)進一步緊固至該電路板(22)。
  11. 如申請專利範圍第8項之安全配置(10)，其中該安全護罩具有介於1mm至15mm之間、較佳介於5mm至12mm之間的一最小厚度(t)，且其中較佳地，該安全護罩之一最厚部分具有介於2t至20t、較佳3t至10t之間的一厚度。
  12. 如申請專利範圍第1項中任一項之安全配置(10)，其中該安全護罩包括一實質上封閉之盒。
  13. 如申請專利範圍第12項之安全配置(10)，其中該盒包括或呈一法拉第籠之形式，其中較佳地，該法拉第籠嵌埋於一聚合物或複合物盒中。
  14. 如申請專利範圍第12項之安全配置(10)，其中該盒包括或呈一金屬外殼之形式，該金屬外殼具有2mm至10mm之一壁厚度。
  15. 一種電腦裝置(1)，其包含如申請專利範圍第1項之一安全配置(10)。
  16. 一種用於提供一安全配置(10)之方法，該安全配置經調適以改良一電腦電路板(22)上之電路板組件(12、14、16、18、20)的散熱，該方法包含：將複數個該些電路組件(12、14、16、18、20)嵌埋於藉由該電路 板(22)之至少一個表面上的嵌裝程序形成之實質上封閉之盒或安全護罩(5)中且將該些電路組件(12、14、16、18、20)熱連接至至少一個熱交換器裝置(24)；使該熱交換器裝置(24)位在離開該安全護罩(5)一距離處；及經由至少一個散熱引線(32、33、34)將至少複數個該些電路組件(12、14、16、18、20)與該至少一個熱交換器裝置(24)熱連接，以增強該些安全電路板組件(12、14、16、18、20)之冷卻。
  17. 如申請專利範圍第16項之方法，其進一步包含藉由封閉該電路板(22)之所有側邊的嵌裝程序來提供該安全護罩(5)。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，其進一步包含將一實質上封閉之盒包括於該安全護罩(5)中。
  19. 如申請專利範圍第18項之方法，其進一步包含以一法拉第籠之形式提供該封閉盒。
  20. 如申請專利範圍第19項之方法，其進一步包含提供嵌埋於該嵌裝程序中之該法拉第籠。
TW106145065A 2016-12-21 2017-12-21 電腦電路板冷卻配置 TWI760406B (zh)

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