TWI687645B - 溫度響應熱橋組件 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種熱橋(110)，其包含設置成放置為與第一電組件熱連通的一第一板堆疊(112)，以及設置成放置為與第二電組件熱連通的一第二板堆疊(114)。該第一板堆疊包含複數個第一板(122)，並且該第二板堆疊包含與該等第一板交錯的複數個第二板(132)。一溫度響應致動器(116)連結到至少該第一板堆疊與該第二板堆疊之一者，該溫度響應致動器改變形狀以響應溫度變化，來改變該等第一板與該等二板的相對位置，藉此導致該等第一板與該等第二板改變該第一電組件與該第二電組件之間的熱阻抗。

Description

溫度響應熱橋組件

本發明係關於一熱橋。

熱橋用來熱耦合一電子系統的一個電組件與另一個電組件，將熱量轉移至這種電組件或從此組件轉移出熱量，例如，在一個特定應用當中，一熱橋將來自像是處理器這類電組件的熱量轉移至另一個電組件，像是電子系統的散熱器。在其他應用當中，一熱橋用來加熱一電組件，而非從該電組件移除熱量，例如，一產熱組件可用來加熱一非產熱組件。

然而，使用傳統熱橋難以控制熱轉移。不過仍舊需要一種在電組件之間提供自我調節熱轉移的熱橋。

根據本發明，用於第一與第二電組件之間的一熱橋包含設置成放置為與第一電組件熱連通的一第一板堆疊，以及設置成放置為與第二電組件熱連通的第二板堆疊。該第一板堆疊包含複數個第一板，並且該第二板堆疊包含與該等第一板交錯的複數個第二板。一溫度響應致動器連結到至少該第一板堆疊與該第二板堆疊之一者，該溫度響應致動器改變形狀，以響應溫度變化，來改變該第一板與該第二板的相對位置。該溫度響應致動器導致該等第一板與該等第二板改變該第一電組件與該第二電組件 之間的熱阻抗，以回應該等第一板與該等第二板的相對位置改變。

100‧‧‧電子裝置

102‧‧‧第一電組件

104‧‧‧第二電組件

106‧‧‧電路板

110‧‧‧熱橋

112‧‧‧第一板堆疊

114‧‧‧第二板堆疊

116‧‧‧溫度響應致動器

120‧‧‧第一基座

122‧‧‧第一板

124‧‧‧第一通道

126‧‧‧共用邊緣

128‧‧‧熱介面

130‧‧‧第二基座

132‧‧‧第二板

134‧‧‧第二通道

136‧‧‧共用邊緣

138‧‧‧熱介面

150‧‧‧帶子

152‧‧‧第一側邊

154‧‧‧第二側邊

156‧‧‧第一末端

158‧‧‧第二末端

160‧‧‧凹穴

164‧‧‧第一構件

166‧‧‧第二構件

170‧‧‧間隙

第一圖例示包含根據示範具體實施例形成的一熱橋之電子裝置。

第二圖為根據示範具體實施例的該熱橋之分解圖。

第三圖為在擴展狀態下該熱橋的俯視圖。

第四圖為在擴展狀態下該熱橋一部分的放大圖。

第五圖為在收縮狀態下該熱橋的俯視圖。

第六圖為在收縮狀態下該熱橋一部分的放大圖。

第一圖例示根據示範具體實施例形成的一電子裝置100。電子裝置100包含第一電組件102以及第二電組件104，形成電子裝置100的電系零件。在例示的具體實施例中，電子裝置100包含其上固接該第一與第二電組件102、104的一電路板106。然而在替代具體實施例中，第一電組件102及/或第二電組件104固接至另一個結構或電子裝置100的部分，而非固接至電路板106。選擇性，第一電組件102及/或第二電組件104可電連接至電路板106，像是連接至電路板106的一或多個電路。第一和第二電組件102、104可透過電路板106的電路，電連接至電子裝置100的其他電組件。第一和第二電組件102、104可或不可透過電路板106的電路彼此連接。

電子裝置100包含一熱橋110，其熱耦合在第一與第二電組件102、104之間。熱橋110在第一與第二電組件102、104之間轉移熱。選擇性，熱橋110可用來運用其他組件產生的熱量，提高一個組件的溫度。此外或另 外，熱橋110可用來利用將熱量從這種組件轉移至他組件，將該等組件之一者冷卻或散熱。選擇性，熱橋110可使用另一個組件產生的熱，像是一產熱組件，用來加熱一個組件，像是非產熱組件。如此，熱橋110可以加熱組件，而不用提供或不用操作這種組件的主動加熱元件。如此，電子裝置100的整體組件數量可以減少。利用使用其他必要產熱組件所產生的過多熱量，減少使用或免除用於非產熱組件的專屬加熱器或其他加熱組件，如此可降低電子裝置100的功率消耗量。

在一個特定具體實施例中，第一電組件102感應溫度變化，並且應該在一預定溫度範圍內操作，以獲得正常或最佳效能。當周圍溫度下降時，第一電組件102的溫度會下降低於該預定範圍，導致第一電組件102以次佳方式操作。第一電組件102可包含一專屬加熱器，在該周圍溫度下降並且第一電組件102的溫度低於該預定範圍時，控制第一電組件102的溫度。然而，這種加熱器需要電力來操作。熱橋110用來從第二電組件104將熱轉移至第一電組件102，提高第一電組件102的溫度，像是提高至該預定範圍。熱橋110可將熱量轉移至第一電組件102而不需要該專屬加熱器，如此降低電子裝置100的耗電量。在其他許多具體實施例中，電子裝置100可不包含一專屬加熱器，而是依賴熱橋110在需要時將多餘熱量供應給第一電組件102。

在一個特定具體實施例中，第一電組件102為一雷射型通訊裝置。該通訊裝置接收電信號並操作雷射來傳送信號，像是光信號。該雷射對溫度敏感，例如，該雷射的波長可根據溫度變化來調變或改變。在替代具體實施例中可使用其他種溫度敏感電組件。該第二電組件可為一調變 器、一光/電轉換器或另一個產熱組件。

在示範具體實施例中，當第一電組件102冷卻時，像是當周圍溫度下降時，熱橋110散發來自第二電組件104的熱量。選擇性，當第一電組件102在一預定溫度上，像是當周圍溫度高於該預定溫度時，熱橋110不散熱或散發些許熱量至第一電組件102。如此，該熱轉移可變化，例如，熱橋110在某些環境內會將來自第二電組件104的熱量散發至第一電組件102，在其他環境內則否。

熱橋110包含設置成放置為與第一電組件102熱連通的一第一板堆疊112，以及設置成放置為與第二電組件104熱連通的一第二板堆疊114。熱橋110包含一溫度響應致動器116，其連結到至少第一和第二板堆疊112、114之一者。溫度響應致動器116改變形狀，以響應溫度變化，來改變第一與第二板堆疊112、114的相對位置。溫度響應致動器116根據第一和第二板堆疊112、114內相對位置變化，導致第一和第二板堆疊112、114改變第一和第二板堆疊112、114之間的熱阻抗。如此，熱橋110會響應溫度，改變第一與第二電組件102、104之間的熱阻抗。

在許多具體實施例中，如周圍溫度下降，溫度響應致動器116可導致第一和第二板堆疊112、114更靠近連結，如此降低熱阻抗，並導致更大量熱在第一與第二電組件102、104之間轉移。在示範具體實施例中，如溫度下降時，溫度響應致動器116將第一與第二板堆疊112、114擠在一起，藉此增加第一板堆疊112與第二板堆疊114之間的熱轉移。然而，隨著周圍溫度上升，溫度響應致動器116可改變形狀，導致第一與第二板堆疊112、114變成降低熱連結，如此提高熱橋110的熱阻抗。隨著熱阻抗升高，該熱轉移 降低，導致從第二電組件104較少熱轉移至第一電組件102。如此，根據周圍溫度調整該熱轉移。

第二圖為熱橋110的分解圖，顯示第一板堆疊112、第二板堆疊114以及溫度響應致動器116。第一與第二板堆疊112、114設置成彼此嵌套並熱連結，第一與第二板堆疊112、114可由具有高熱傳導性的材料製成，例如銅材料，允許這之間有效的熱轉移。溫度響應致動器116設置成連結至第一和第二板堆疊112、114，像是利用改變該熱阻抗，來控制第一和第二板堆疊112、114的熱連結量。在例示的具體實施例中，溫度響應致動器116為帶子，設置成將第一和第二板堆疊112、114整個包起來。第一和第二板堆疊112、114都收納在溫度響應致動器116內。

第一板堆疊112包含一第一基座120和從第一基座120延伸出來的複數個第一板122。第一板122由第一通道124分隔。任意數量的第一板122都可從第一基座120延伸出來。在例示的具體實施例中，第一板122全都從第一基座120的一共用邊緣126延伸出來。第一板122朝向第二板堆疊114延伸。在例示的具體實施例中，第一板122是大體平行的板，具有在相互垂直的x、y和z方向上測量的寬度、長度和高度。第一通道124的寬度大約等於第一板122的寬度。選擇性，第一通道124可比第一板122稍微寬一點。選擇性，第一板122的高度大約等於第一基座120的高度。

基座120包含位於基座120底部上的一熱介面128，熱介面128設置成連結至第一電組件102(顯示於第一圖)，例如，第一基座120可直接固接至第一電組件102，如此熱介面128直接卡住第一電組件102。選擇性，熱介面材料可提供於熱介面128內或第一電組件102上，來強化第一基座120 與第一電組件102之間的熱接觸，例如，可在熱介面128與第一電組件102之間塗抹熱黃油。

第二板堆疊114包含一第二基座130和從第二基座130延伸出來的複數個第二板132。第二板132由第二通道134分隔。任意數量的第二板132都可從第二基座130延伸出來。在例示的具體實施例中，第二板132全都從第二基座130的一共用邊緣136延伸出來。第二板132朝向第一板堆疊112延伸。第一與第二板堆疊112、114彼此面對，如此第一與第二板122、132交錯，例如，第二板132套疊在第一通道124內，而第一板122則套疊在第二通道134內。

在例示的具體實施例中，第二板132是大體平行的板，具有在相互垂直的x、y和z方向上測量的寬度、長度和高度。第二通道134的寬度大約等於第二板132的寬度。選擇性，第二通道134可比第二板132稍微寬一點。選擇性，第二板132的高度大約等於第二基座130的高度。

基座130包含位於基座130底部上的一熱介面138，熱介面138設置成連結至第二電組件104(顯示於第一圖)，例如，第二基座130可直接固接至第二電組件104，如此熱介面138直接卡住第二電組件104。選擇性，熱介面材料可提供於熱介面138內或第二電組件104上，來強化第二基座130與第二電組件104之間的熱接觸，例如，可在熱介面138與第二電組件104之間塗抹熱黃油。

在示範具體實施例中，間隙定義於第一與第二板122、132之間，例如，第一與第二通道124、134可比收納其中的對應板132、122還要寬，如此在板122、132之間形成間隙。該等間隙相當小，如此第一與第 二板122、132彼此接近。該等間隙增加第一與第二板122、132之間的熱阻抗。該等間隙可填入空氣及/或另一種基材，根據板122、132的相對位置，允許改變熱阻抗，例如，該等間隙可至少部分填入熱黃油，如此覆蓋板122、132。

溫度響應致動器116導致第一與第二板122、132改變相對位置並且改變該等間隙尺寸(例如縮小或擴展)，以改變第一與第二板堆疊112、114之間的熱阻抗。例如，溫度響應致動器116可將第一與第二板122、132擠在一起，如此該等間隙的尺寸減少及/或消除。當該溫度響應致動器收縮時，第一與第二板122、132彼此靠近，並且在某些環境下可彼此卡住，來提高第一與第二板堆疊112、114之間的熱轉移量。

溫度響應致動器116包含一帶子150，將第一和第二板堆疊112、114整個包起來。帶子150包含在第一與第二末端156、158之間延伸的第一與第二側152、154。帶子150圍繞大體上矩形的凹穴160，其接收第一與第二板堆疊112、114。在替代具體實施例中，帶子150可具有其他形狀。選擇性，該等轉角可彎曲。在例示的具體實施例中，側邊152、154比末端156、158還要長。側邊152、154沿著板122、132延伸並一般與之平行。選擇性，側邊152、154可卡住板122及/或132。

在示範具體實施例中，溫度響應致動器116由溫度響應材料製成，其改變形狀來響應溫度變化，例如，帶子150的一部分可收縮並擴展，以響應周圍溫度變化。例如，側邊152、154在冷卻時收縮，並且在受到加熱時擴展，反之亦然。末端156、158可額外擴展與收縮，以響應溫度變化。

在示範具體實施例中，帶子150包含至少一個第一構件164 以及至少一個第二構件166。選擇性，第一與第二構件164、166可定義一雙金屬彈簧162。第二構件166與第一構件164沿著兩者之間的共用長度連結在一起。第二構件166可連結至第一構件164，像是利用焊接或其他固定處理。選擇性，第一構件164整個包圍帶子150，並且第二構件166沿著第一與第二側邊152、154連結至第一構件164的外表面。在替代具體實施例中，第二構件166可沿著第一構件164的內部定位。

第一構件164由第一金屬材料製成，而第二構件166由和該第一金屬材料不同的一第二金屬材料製成。第一與第二構件164、166的金屬材料具有不同熱膨脹係數，如此帶子150改變形狀以響應溫度變化。帶子150將溫度變化轉換成機械位移，例如在示範具體實施例中，第一構件164可具有比第二構件166還要低的熱膨脹係數，而該第二構件具有比第一構件164還要高的熱膨脹係數。如此當溫度下降時，第二構件166可收縮或減少尺寸超過第一構件164，導致第一與第二側邊152、154往內收縮。

在替代具體實施例中可有其他配置。例如，第一構件164可由具有比第二構件166還要高熱膨脹係數的材料所製成。這種配置可在周圍溫度上升時，導致帶子150往內收縮。選擇性，在示範具體實施例中，該較低熱膨脹係數材料可為鐵鎳合金，而該較高熱膨脹係數材料可為不鏽鋼材料。在替代具體實施例內可使用其他材料。

第三圖為在擴展狀態下熱橋110的俯視圖。第四圖為在擴展狀態下熱橋100一部分的放大圖。第五圖為在收縮狀態下熱橋110的俯視圖。第六圖為在收縮狀態下熱橋110一部分的放大圖。

當組裝時，第一與第二板堆疊112、114的板122、132都與相 鄰板122、132之間界定的間隙170(第三圖和第四圖)交錯。間隙170具有熱阻抗，如此降低板122、132之間的熱轉移。該等間隙170可填入空氣及/或另一種基材允許改變熱阻抗，以響應板122、132的相對位置。間隙170的寬度，以及因此板122、132之間空氣的體積，都會影響該熱阻抗。溫度響應致動器116改變形狀，以響應溫度變化，來改變第一與第二板堆疊132、170的相對位置，如此改變間隙170的形狀/體積。例如，當周圍溫度下降並變冷時，溫度響應致動器116可收縮，導致帶子150的側邊152、154往內彎曲，進入收縮模式(第五圖和第六圖)。當側邊152、154往內收縮，側邊152、154往內抵住板122、132。隨著板122、132向內壓，間隙170的尺寸縮小，並且在一些案例中可能整個不見。隨著間隙170縮小，該熱阻抗降低並且熱轉移量增加。板122、132在其表面上塗抹熱黃油，以便在板122、132彼此靠近及/或壓在一起時，提高板122、132之間的熱轉移。

間隙170的寬度可沿著板122、132的長度變化，及/或可通過板堆疊112、114的寬度而變。例如，隨著帶子150開始擠壓板122、132，該等板一開始會在板堆疊112、114的中心附近壓在一起，如此減少中心附近的間隙170；然而，遠離中心的間隙170有很大程度上保留不變。如此，當溫度應變致動器116從擴展位置轉變成收縮位置，間隙170的寬度沿著板122、132的長度而變。選擇性，當帶子150開始從該擴展位置朝向該收縮位置移動時，帶子150往內彎曲，例如，側邊152、154可以呈現凹形弓形形狀。帶子150一開始可抵住最外板122、132(例如最靠近側邊152、154的板122、132)，縮小或消除最外板122、132之間的間隙170；然而，靠近板堆疊112、114中心的板122、132一開始不受帶子150夾緊的影響，如此讓這些板122、 132之間的間隙170靠近板堆疊112、114的中心。隨著帶子150繼續往內夾，越來越多板122、132可朝向彼此往內夾，如此縮小板122、132之間的間隙170。在縮收狀態中，所有板122、132之間的間隙170大體上或整個移除，如此所有板122、132都直接接觸相鄰板122、132。第一與第二板堆疊112、114之間的該熱阻抗會隨溫度響應致動器116從該擴展位置移動至該收縮位置而變。

在示範具體實施例中，隨著周圍溫度降低，當冷卻時，溫度響應致動器116收縮來擠壓第一與第二板堆疊112、114，導致第一與第二板122、132彼此靠近。在替代具體實施例中，隨著周圍溫度升高，當受到加熱時，溫度響應致動器116收縮來擠壓第一與第二板堆疊112、114，導致第一與第二板122、132彼此靠近。在示範具體實施例中，隨著溫度升高，當受到加熱時，溫度響應致動器116擴展來導致第一與第二板122、132分開遠離彼此，如此增加間隙170的尺寸並且升高該熱阻抗。在替代具體實施例中，隨著溫度降低，當冷卻時，溫度響應致動器116擴展來導致第一與第二板122、132分開遠離彼此，如此增加間隙170的尺寸並且升高該熱阻抗。

100‧‧‧電子裝置

102‧‧‧第一電組件

104‧‧‧第二電組件

106‧‧‧電路板

110‧‧‧熱橋

112‧‧‧第一板堆疊

114‧‧‧第二板堆疊

116‧‧‧溫度響應致動器

Claims (8)

1. 一種用於第一與第二電組件之間的熱橋，該熱橋的特徵在於：設置成放置為與該第一電組件熱連通的一第一板堆疊，以及設置成放置為與該第二電組件熱連通的一第二板堆疊，該第一板堆疊包含複數個第一板，該第二板堆疊包含與該第一板交錯的複數個第二板，該等第一板與該等第二板由間隙分隔，以及連結到至少該第一板堆疊與該第二板堆疊之一者的一溫度響應致動器，該溫度響應致動器包含一帶子，其圍繞該第一板堆疊與該第二板堆疊，該溫度響應致動器改變形狀以響應溫度變化，該帶子隨著該溫度響應致動器擴展與收縮來改變形狀，以改變該等間隙的尺寸，來改變該等第一板與該等第二板的相對位置，以改變該第一電組件與該第二電組件之間的熱阻抗，以響應該等第一板與該等第二板的相對位置變化。
2. 如申請專利範圍第1項之用於第一與第二電組件之間的熱橋，其中該第一板堆疊包含一第一基座，其設置成固接來與該第一電組件直接熱接觸，該等第一板與該第一基座整合並延伸自該第一基座，該第二板堆疊包含一第二基座，其設置成固接來與該第二電組件直接熱接觸，該等第二板與該第二基座整合並延伸自該第二基座。
3. 如申請專利範圍第1項之用於第一與第二電組件之間的熱橋，其中該等第一板平行並由第一通道分隔，該等第二板平行並由第二通道分隔，該等第二板收納於該等第一通道內，並且該等第一板收納於該等第二通道內。
4. 如申請專利範圍第1項之用於第一與第二電組件之間的熱橋，其中該 溫度響應致動器的該帶子包含一第一構件以及連結至該第一構件的一第二構件，該第二構件相對於該第一構件改變形狀，以響應該第一構件的溫度與該第二構件的溫度。
5. 如申請專利範圍第4項之用於第一與第二電組件之間的熱橋，其中該第一構件具有比該第二構件還要低的熱膨脹係數。
6. 如申請專利範圍第1項之用於第一與第二電組件之間的熱橋，其中該溫度響應致動器的該帶子為具有一第一構件與一第二構件的一雙金屬彈簧，以不同比率擴展與收縮來響應溫度變化。
7. 如申請專利範圍第1項之用於第一與第二電組件之間的熱橋，其中該溫度響應致動器在冷卻時收縮，來擠壓該第一板堆疊與該第二板堆疊，導致該等第一板與該等第二板彼此靠近。
8. 如申請專利範圍第1項之用於第一與第二電組件之間的熱橋，其中該溫度響應致動器在受到加熱時收縮，來擠壓該第一板堆疊與該第二板堆疊，導致該等第一板與該等第二板彼此靠近。

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