TW202139822A - 抑制電磁干擾的通氣管道 - Google Patents

Abstract

提供一種由電磁干擾吸收體以片狀形式形成的通氣管道。可以將吸收體片材彎曲成管道，或透過將其劃痕並在劃痕線上摺曲以使吸收體片材的末端接近。接著，可透過膠合、焊接或機械固定將端部連接。本文揭露的通氣管道具有雙重功能，即對電子模組中的電子組件提供通風，同時減少電磁干擾(electromagnetic interference，EMI)。可將具有相同或不同尺寸、形狀、體積的一或多個通氣管道與電子模組(例如是伺服器)結合使用，以對電子模組內的各部件提供通風及抑制電磁干擾。

Description

抑制電磁干擾的通氣管道

本發明是有關於一種用以使電子裝置通風的通氣管道，其中通氣管道具有雙重的功能特性。通氣管道係用以使電子裝置(例如一機架中的電子部件)通風。本揭露係提供用以使電子裝置通風之同時在寬頻範圍內抑制電磁干擾(electromagnetic interference，EMI)。

美國專利公開號(US 20030202326 A1)，其名為「減少電磁干擾的通氣管道(“Electromagnetic interference reduction air duct”)」，描述用以使一電子裝置通風之具有一處理器的一通氣管道。此通氣管道包括一或多個壁，此一或多個壁具有不規則表面且更具有貼附於不規則表面的一導體材料層。此申請揭露的其他實施例包括具有以不規則內表面為特徵的一通風管道以及貼附於不規則內表面的導體材料的電子裝置外殼和電子裝置。換言之，一導體塗料將通氣管道轉換成一平行波導(parallel wave-guide)。通氣管道一般具有一「截止頻率(cut-off frequency)」，其中具有低於此截止頻率之頻率的一電磁波將不會傳播。因此，具有低於此截止頻率之頻率的電磁波造成指數衰減(即減少電磁干擾)，指數衰減取決於波導的長度。

此先前處理方式的缺點在於截止頻率取決於通氣管道的尺寸。因此，此波導僅用於微波頻率。對於低頻率而言，通氣管道的尺寸將無法符合電子部件通風裝置的正常尺寸範圍內。

近期所見的電磁吸收產品可提供一相對簡單的解決方案以減少非期望的射頻(radio frequency，RF)雜訊。此些片狀式吸收產品係為將磁性粒子埋設於聚合物中的一複合材料。此些產品具有自數百MHz至幾GHz的雜訊衰減特性。此材料具有獨特的電磁和物理特性。

日本專利公開號(JP-A-2002-329995)揭露一種層疊的電磁波吸收體，其由一電磁波反射層所構成，電磁波反射層至少在一側塗覆有一電磁波吸收層。反射層包括分散於矽樹脂中的一導電填料，而吸收層包括分散於矽樹脂中的一電磁波吸收填料。此專利宣稱其具有高電磁波吸收/屏蔽的能力，同時具有高可塑性和可撓性。 耐氣候性和耐熱性係歸因於矽樹脂本身。日本專利公開號( JP-A-11-335472)揭露了一片狀的電磁波吸收導熱矽凝膠組合物，其包含金屬氧化物(如一鐵磁體)的磁性粒子以及一如金屬氧化物或其類似的導熱填料。

日本專利公開號(JP-A-2000-342615)揭露一種用於製作由黏合劑和溶劑製成漿狀的平軟磁性粉末的一複合磁性層之方法。然而，此方法難以具有平軟磁性粉末之成分含量高的膜層。因此，無法期望此膜層在1GHz以上的高頻下具有高導磁性。日本專利公開號(JP-A-2001-294752)和(JP-A-2001-119189)揭露一種可固化的矽組合物，此組合物包含高含量的一軟磁性粉末，也具有良好的電磁波吸收性。然而，此組合物涉及軟磁性粒子成分與可塑性不足的問題。日本專利公開號(JP-A-2002-15905)揭露一種用於吸收電磁波的複合磁性材料。此複合磁性材料包含長徑比(aspect ratio)為20以上的平軟磁性粉末，粒徑為100μm以下的鐵氧體粉末和樹脂黏合劑，此磁性粉末具有良好平衡的複合導磁率和複合介電常數，以在高頻下實現有效地將雜訊轉換為熱能。

美國的專利公開號(US 2070196671 A1)揭露了電磁波吸收體的數個實施例。 在一實施例中，電磁波吸收體包括：(a)表面以無官能基的矽烷化合物處理過的軟鐵氧體、(b)平軟磁性金屬粉末、(c)磁鐵礦、以及(d)矽樹脂。在另一實施例中，省略了(b)平軟磁性金屬粉末，並且僅包含(a)表面以無官能基的矽烷化合物處理過的軟鐵氧體、(c)磁鐵礦和(d)矽樹脂。在其他實施例中，其記載電磁波吸收劑在吸收電磁波、導熱及阻燃性方面表現優異，展現出較低的溫度依賴性，且電磁波吸收體柔軟及具優異的黏附強度，且亦具高電阻、高絕緣之特性。能量轉換效率在1 MHz至10 GHz寬帶頻率下保持穩定。前述先前技術中的每一揭露內容均引用整體以併入本揭露的文中。

本文所使用的「實施例」之用語及類似用語係旨在廣義地代表本揭露和如后的請求項之所有標的。應當理解包含此些用語的描述並不限制本文所述的標的或如后的請求項之含義或範圍。本文所涵蓋之本揭露的實施例係由如后的請求項所界定，非此發明內容。此發明內容是本揭露各層面的上位概述並介紹了一些概念，此些概念將於如后的具體實施方式之部分中進一步詳述。此發明內容並非旨在標識所請求保護之標的的關鍵或必要特徵；也非旨在單獨用於確立所請求保護之標的的範圍。應當透過參考本揭露說明書的適當部分、所有圖式及各個請求項來了解標的。

由於對電子模組的通氣管道之要求不斷變化及浮現，本揭露被認為可提供以下內容： ‧在一實施例中，提供一種具有使一電子裝置通風並降低電磁干擾之雙重作用的通氣管道。此通氣管道包括由一電磁吸收體形成的至少一壁。 ‧在另一實施例中，此至少一壁更包括一平軟磁性粉末(flat, soft magnetic powder)。 ‧在另一實施例中，此通氣管道包括由一電磁吸收體形成的多個壁，此電磁吸收體包括以無官能基的矽烷(silane having no functional group)處理過的軟鐵氧體(soft ferrite)、磁鐵礦(magnetite)及矽(silicon)。 ‧在另一實施例中，此至少一壁能吸收介於50 MHz至10 GHz的一廣泛的頻率範圍。 ‧在另一實施例中，此至少一壁包括介於0.1 mm至0.5 mm之範圍的厚度。

在另一實施例中，係提供多個電子裝置在單一模組(例如是一伺服器或機架)內，其中係由具有如上所述之二合一功能特性的一或多個通氣管道，來使電子裝置通風。 ‧在一實施例中，提供如段落[0010]所述的一通氣管道與一電子模組之一組合，其中此電子模組包括至少一中央處理單元(CPU)。 ‧在另一實施例中，此電子模組包括至少一中央處理單元和至少一其他的電子部件。 ‧在另一實施例中，此電子模組包括至少一中央處理單元，其中亦提供如段落[0010】所述之多個通氣管道。 ‧在另一實施例中，該些通氣管道中的至少一者在尺寸、形狀及流量之至少其一上不同於該些通氣管道中的至少另一者。

本揭露的再一實施例是利用一電磁干擾吸收體片材來製造一通氣管道，其性能優勢在使一電子裝置通風的雙重(二合一)功能特性以及在廣泛的頻率範圍中抑制電磁干擾，更甚者，通氣管道的尺寸能夠靈活地滿足不同電子裝置的散熱要求。

以上發明內容並非旨在表示本揭露的各實施例或各方面。而是，前述發內容僅提供本文闡述的一些新穎方面和特徵的示例。結合於所附圖式和申請專利範圍之參照內容，本揭露的如上特徵和優點以及其他的特徵和優點將顯見於用於實施本揭露的代表性實施例和態樣。

本揭露之發明可以多種不同形式進行實施。圖式係繪示出代表性實施例，且將詳細描述於本文中。此些實施例係為本揭露之原理的示例或說明，並非旨在限制其廣泛層面。在此情況上，所揭露之元件和限制，例如在摘要、發明內容和具體實施方式的部分中揭露但未在申請專利範圍明確闡述的，應不意味或經推斷而單獨地或共同地併入申請專利範圍中。為了詳細說明，除非特別聲明，否則單數(singular)包括複數(plural)，反之亦然。並且「包括」一詞代表「包括但不限於此」。此外，近似的詞語，舉例如「大約(about)」、「幾乎(almost)」、「實質上(substantially)」、「近似(approximately)」等，在本文中可用於表示「於(at)」、「接近(near)」、「接近於(near at)」或「在3~5%內」、或「在可接受的製造公差範圍內」、或其上述任何合乎邏輯之組合。在所附圖式的各圖中，相似的元件被賦予相同的標號。

第1圖中係繪示出一形成為通氣管道之前的電磁干擾吸收體片材10。電磁干擾吸收體片材10能以各種方式形成，或甚至能以商業購買。在一實施例中，電磁干擾吸收體片材10包括表面以無官能基的矽烷化合物處理過的軟鐵氧體(soft ferrite)、磁鐵礦(magnetite)以及矽樹脂(silicone)。在另一實施例中，電磁干擾吸收體片材10可包括表面以無官能基的矽烷化合物處理的軟鐵氧體，平軟磁性粉末(flat, soft magnetic powder)、磁鐵礦以及矽樹脂。舉例來說，電磁干擾吸收體片材10能繞自身彎曲，並在其相鄰的邊緣處固定，以形成具有單數的壁之管狀的通氣管道，例如是具有管狀橫截面的通氣管道。在此實施例中，通氣管道可以說只有包括單一的壁。然而，在較佳實施例中，電磁干擾吸收體片材10可形成為包括多個壁的一管道外形。

如第2圖所示，可透過提供一組劃痕線(score line)14及劃痕線18來將電磁干擾吸收體片材10形成為空氣管道，以利將電磁干擾吸收體片材10轉換成預摺曲的已劃痕(scored)的電磁干擾吸收體片材12。已劃痕的電磁干擾吸收體片材12分為如劃痕線14及劃痕線18所定義出的區段部11、區段部13及區段部17。此些區段部11、區段部13及區段部17將定義出通氣管道的形狀。

如第3圖所示，已劃痕的電磁干擾吸收體片材12接著沿箭頭20的方向摺曲以形成一通氣管道30。區段部13形成為通氣管道30的頂壁，而區段部17和區段部11形成為通氣管道30的左側壁和右側壁。區段部17和區段部11的鄰近邊緣可透過膠合、焊接、機械固定或本領域已知的其他方式在它們的相交處連接。並且，如第3圖所示，此些區段部的數量、大小和形狀將確立壁的數量和通氣管道30的最終外形。在此例中，三個矩形的區段部11、區段部13及區段部17形成通氣管道30的三個線性壁。由電磁干擾吸收體片材10形成的通氣管道的數個壁亦可導為非線性形狀(例如是曲線形)，像是單一壁形成一流管狀的結構。在本揭露的其他實施例中，電磁干擾吸收體片材10(在第1圖中)可被劃痕二次、三次、四次、五次、六次、七次、八次、九次或更多次，以形成多重壁的形狀。沿劃痕線摺曲所形成的通氣管道的橫截面形狀例如為三角形、四邊形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形、九邊形、十邊形等。四邊形可包括正方形、矩形、平行四邊形、梯形、等腰梯形、箏形和菱形的橫截面等。然而，應當理解所有前述實施例都是示例性的，並非以限制通氣管道30的形狀。透過使用彎曲的劃痕線、或是透過組合直線和曲線的劃痕線，能夠實現各種非線性的通氣管道之形狀設置，包括僅具兩個壁之設置。

或者，通氣管道能以由相似於第1圖中的電磁干擾吸收體片材10之一電磁干擾吸收體片材的個別片材所形成，其中個別的片材係固定在一起以形成通氣管道。所謂固定可透過各種方式來實現，例如使用膠合、焊接、裝訂、夾緊以及其他將此些片材接合在一起的方式。當使用各別片材而非具摺線的坯料時，通氣管道的形狀、尺寸和內部容積可自由設計，以適應通氣管道的通風要求。甚至可將通氣管道容納於電子裝置或模組(例如一伺服器)範圍內的裝配。

本揭露亦可在單一個電子裝置(例如一伺服器)內形成多個通氣管道。鑒於電子裝置的冷卻要求的差異，氣流量和其他電子設備構造和/或配置獨有的特性可能會有所不同。因此，多個通氣管道的形狀、尺寸、氣流量等可能相同亦可能不同。

在一實施例中，如第4圖所示，當使用CA150-030吸收片製造通氣管道，吸收體的厚度為0.30 mm，導磁係數µ'= 150 (於1 MHz之頻率)。導磁係數(permeability)為複數(complex)且通常寫為µ=µ'-jµ''。實部(µ')和虛部(µ'')分別表示磁儲存(magnetic storage)和磁損失(magnetic losses)。當電磁干擾吸收體片材10用於使電子設裝置通風及抑制電磁干擾時，其性能優勢來自雙重(二合一)之功能特性。第4圖繪示用於製造通氣管道的CA150-030片材之導磁係數的圖形代表圖。於第4圖的圖形中可以看出頻率的影響，其中係繪示橫座標的頻率(單位：MHz)相對於縱坐標的導磁係數。

電磁干擾吸收體片材10能夠具有各種厚度。舉例來說，電磁干擾吸收體片材10能具有介於0.10 mm至0.50 mm之範圍內的厚度，且以0.10 mm為增量變化。舉例來說，電磁干擾吸收體片材10的厚度可選自0.10 mm、0.20 mm、0.30 mm、0.40mm或0.50 mm。在第5圖中，針對各種厚度的吸收體繪示了典型的功率損失之變化(power loss change)與頻率(frequency)的關係圖。在50 MHz至10 GHz甚至更高的頻率範圍內，都可能吸收電磁干擾。舉例來說，CA150-030是厚度為0.30 mm的吸收體，CA150-050是厚度為0.50 mm的吸收體。功率損失茲隨吸收片的厚度以及頻率而變化。介於50 MHz至10 GHz頻率範圍內之各種吸收體(例如CA150-010、CA150-020、CA150-030、CA150-040及CA150-050)的圖表結果顯示於第5圖中。

第5圖繪示出功率損失的圖形代表圖，其中在橫座標繪示厚度分別為0.10 mm、0.20 mm、0.30 mm、0.40 mm及0.50 mm之吸收片的頻率範圍(50 MHz至10 GHz)。可透過改變電磁干擾吸收體片材10中使用的各種成分的量和/或相對比例，以改變導磁係數和功率損失之變化。

第6圖繪示出可利用根據本揭露所製之通氣管道的雙重(2合1)功能的環境。第6圖示出一電子模組40，其包括與一或多個電子裝置44和電子裝置46組合的印刷電路板41(printed circuit board，PCB)。電子裝置44和電子裝置46能獨立地選自於一中央處理單元、一電源供應器、一顯示卡和其他可見於伺服器中的電子部件。電子裝置44和電子裝置46由機架48承載。在第6圖中的實施例，通氣管道50和通氣管道52係用於朝向電子模組40內的各電子部件提供通風作用，例如提供一冷卻空氣。此些通氣管道50和通氣管道52可為前述之(二合一)功能的通氣管道30，以對電子模組40中的部件提供通風和抑制電磁干擾。由於電子模組的設計處於通量恆定狀態(constant state of flux)，因此僅以電子模組40的單一電流形式為例。然而，處理速度和要求係迅速改善此種電子模組。本揭露係設計成滿足當前和將來對使此種電子模組通風之需求。更高的處理速度通常會導致更高的功率要求和更大的通風需求。由於並非所有在單一電子模組中的電子組件都需要同量或同程度的通風，因此可以預見單一電子模組中可能會存在各種形狀、尺寸、氣流和電磁干擾抑制規格的多個通氣管道。本揭露係提供此種通氣管道以滿足所有這樣的要求。

除非有其他定義，此處使用的所有詞語(包含技術或科學術語)具有與本技術領域中具有通常知識者普遍理解的相同含意。此外，詞語，例如那些普遍使用的字典所定義的詞語，應解讀為具備與其在相關技術內容中的含意一致的含意，且將不會解讀為理想化或過度表面的意義，除非本文明確定義。

雖然已參照一或多個實施方式闡述及說明本創作，本技術領域之技術人員在閱讀與理解本說明書及附圖後當可進行或熟知同等意義之改變與修飾。此外，雖然本創作之一特定特徵可能僅揭露於數個實施方式中的一者，此特徵可依需求結合其他實施方式之一或多個其他特徵，且可有利於任意的特定或具體應用。

前述關於本揭露的描述係供本領域的任何技術人員致能製造或使用本揭露。本揭露的各種修飾變化對於本領域的技術人員來說將是顯而易見，且在不脫離本揭露的範圍之情況下，本文中所定義的通常性原理可應用於其他修飾變化。因此，本揭露之內容非旨在限於本文描述的範例和設計，而是與符合本文揭露的原理和新穎性特徵的最廣義範圍一致。

10:電磁干擾吸收體片材 11,13,17:區段部 12:已劃痕的電磁干擾吸收體片材 14,18:劃痕線 20:箭頭 30,50,52:通氣管道 40:電子模組 41:印刷電路板 44,46:電子裝置 48:機架

透過示例性實施例的以下描述，將更好地理解本揭露及其優點、所附圖式，且因此不應將其視為對各實施例或請求項的範圍之限制。 第1圖繪示一電磁干擾吸收體坯料的示意代表圖； 第2圖繪示第1圖的電磁干擾吸收體坯料帶有劃痕線以利摺成四邊形的通氣管道的示意代表圖。 第3圖繪示沿著第2圖所示之劃痕線摺曲而成的一通氣管道的示意代表圖。 第4圖繪示導磁係數(μ)為縱座標及頻率為橫坐標之圖形代表圖，其中在1MHz時，μ=150。 第5圖繪示典型的功率損失之變化為縱座標及頻率為橫坐標之圖形代表圖。 第6圖繪示根據本揭露一實施例的通氣管道與安裝於單一機架(未繪示)的至少一電子裝置結合之示意立體圖。 本揭露可理解為各種不同的變化與替代形式。一些代表性實施例已藉由多個附圖之示例來展現，且將於此處詳細描述之。然而，應理解的是，本創作並不侷限於所揭露之特定形式。更確切地說，本創作之精神與範圍以隨附之申請專利範圍加以定義，本揭露自當涵蓋落在本創作之精神與範圍內的所有變化、同等物與替代物。

30,50,52:通氣管道

40:電子模組

41:印刷電路板

44,46:電子裝置

48:機架

Claims (10)

1. 一種通氣管道，用以使一電子裝置通風並減少對該電子裝置的電磁干擾(electromagnetic interference，EMI)，該通氣管道包括由一電磁干擾吸收體所形成的至少一壁。
2. 如請求項1所述之通氣管道，其中該至少一壁更包括一平軟磁性金屬粉末。
3. 如請求項1所述之通氣管道，更包括複數個該電磁干擾吸收體所形成的該壁。
4. 如請求項1所述之通氣管道，其中該至少一壁能吸收的一頻率範圍介於50 Mhz至10 Ghz。
5. 如請求項1所述之通氣管道，其中該至少一壁的厚度範圍介於0.1 mm至0.5 mm。
6. 如請求項1所述之通氣管道，其中該通氣管道的該至少一壁係由一電磁干擾吸收體片材所形成。
7. 如請求項6所述之通氣管道，其中該電磁干擾吸收體片材包括複數條劃痕線，且該電磁干擾吸收體片材係沿該些劃痕線摺曲以形成該通氣管道。
8. 如請求項1所述之通氣管道，其中該至少一壁係由該電磁干擾吸收體的複數個不同的部件組裝而成，該些部件被連結在一起以形成該通氣管道。
9. 如請求項1所述之通氣管道，其中該電磁干擾吸收體具有一導磁係數(μ’)，該導磁係數在1 MHz之頻率下為150 (µ’=150 at 1MHz)。
10. 如請求項1所述之通氣管道，包括複數個該通氣管道；其中該些通氣管道中的至少一者在尺寸、形狀及氣流量之至少其一上不同於該些通氣管道中的至少另一者。

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