電子設備的冷卻的制作方法
【專利摘要】提供了一種電子模塊(8)。該電子模塊包括電路板(6)。電路板包括電子設備。該電子模塊包括殼體(5、7)。殼體圍封電路板。電子模塊包括導熱面板(9a、9b、9c、9d、9e)。導熱面板至少部分地覆蓋殼體的至少兩個相反的側面。還提供了包括至少兩個這種電子模塊的裝置(1c)。還提供了用于提供這種電子模塊的方法。
【專利說明】
電子設備的冷卻
技術領域
[0001]本發明涉及電子設備的冷卻，并且更具體地涉及包括導熱面板的電子模塊、包括這種電子模塊的裝置以及提供這種電子模塊的方法。
【背景技術】
[0002]—般而言，輸入/輸出(I/O)模塊是這樣一種接口電子設備:數據在該接口電子設備中被傳輸以實現功能。I/o模塊可以布置成從傳感器、換能器和控制器等接收輸入數據并且向其他設備發送輸出數據。通常，I/o模塊包括I/O邏輯(例如，為了提供中央處理單元(CPU)與I/O模塊之間的數據傳輸)、數據線(例如，為了提供系統總線與I/O模塊之間的數據傳輸)和輸入/輸出接口(例如，為了控制裝置的操作)。1/0模塊可以提供與控制和定時、處理器通信、設備通信、數據緩沖和誤差檢測中的任一項相關的功能。I/o模塊可以具有消除外圍設備與CR]之間的速度不匹配的數據緩沖功能以及用于檢查機械誤差和通信誤差的內置的誤差檢測器機構。
[0003]I/O模塊包括電子設備。該電子設備可以包括模擬I/O模塊、數字I/O模塊或者模擬I/o模塊與數字I/O模塊的任意組合。數字I/O模塊可以具有與開/關傳感器和開/關致動器連接的數字I/o電路，開/關傳感器例如為按鈕和限位開關，開/關致動器例如為馬達起動器、指示燈和致動器。模擬I/o模塊可以執行所需的模數轉換和數模轉換，以將模擬信號直接接口至數據表值。
[0004]參考圖1a中的裝置Ia所象征的I/O模塊。裝置Ia主要由基板2、多個現場接線塊(FTB) 3以及相應數量的多個電子模塊構成。電子模塊4可以是信號調制模塊(SCM)。FTB3包括螺紋夾具，螺紋夾具用于遠程現場設備與由裝置Ia所象征的I/O模塊之間的線纜的連接。在圖1a的裝置Ia中，具有16個FTB 3和16個電子模塊4。每個電子模塊4均包括印刷電路板(PCB)組件，該PCB組件包括用于信號調制的電子設備。基板2是電子模塊4和FTB 3的載體并且同樣還用作由裝置Ia象征的I/O模塊的保持裝置。
[0005]I/O模塊的一個要求可能是具有緊湊的設計，以便例如允許很多電子模塊處于一個柜中。I/o模塊的一個要求可能是具有高可靠性和長壽命。I/O模塊的一個要求可能是抵抗高環境溫度。將這些需要組合起來可能是有挑戰性的，因為電子模塊中的電子設備消耗產生熱量的功率。更具體地，如前所述，電子模塊包含具有電子部件的PCB。電子部件產生需要保持得盡可能低的熱量以在即使環境溫度高的情況下也實現PCB上的部件的高可靠性和長壽命。
[0006]因此，需要對電子設備冷卻。

【發明內容】

[0007]本文的實施方式的目的是提供一種用于電子設備的冷卻的機構。
[0008]根據第一方面，提供了一種電子模塊。該電子模塊包括電路板。該電路板包括電子設備。該電子模塊包括殼體。殼體圍封電路板。電子模塊包括導熱面板。導熱面板至少部分地覆蓋殼體的至少兩個相反的側面。
[0009 ]有利地，電子模塊提供電子設備的冷卻。
[0010]有利地，允許電子模塊具有緊湊的設計并且因此在空間有限時是適用的。
[0011]有利地，電子模塊使得能夠延長電子設備的壽命。
[0012]例如，電子模塊高效地降低了由發熱電子設備導致的溫度。
[0013]有利地，電子模塊是成本有效的。
[0014]根據第二方面，提供了一種裝置。該裝置包括基板。該裝置包括至少兩個現場接線塊。所述至少兩個現場接線塊相鄰地疊置在基板上。所述至少兩個現場接線塊中的每一個均包括根據第一方面的電子模塊。
[0015]根據第三方面，提供了一種用于提供電子模塊的方法。該方法包括提供電路板。電路板包括電子設備。該方法包括將電路板圍封在殼體中。該方法包括使導熱面板在殼體上滑動。該導熱面板至少部分地覆蓋殼體的至少兩個相反的側面。由此，提供了電子模塊。
[0016]應當指出的是，第一方面、第二方面和第三方面的任何特征都可以應用于任何其他方面，只要適合即可。同樣，第一方面的任何優點都可以等同地分別應用于第二方面和/或第三方面，反之亦然。所附的實施方式的其他目的、特征和優點將從下文的詳細公開內容、從所附從屬權利要求以及從附圖中變得顯而易見。
[0017]一般而言，在權利要求中使用的所有術語都應根據其在技術領域中的常規含義來理解，除非文中另有明確說明。所有指稱“該元件/所述元件、設備、部件、器件、步驟”等都應被開放地理解為指的是這些元件、設備、部件、器件、步驟等的至少一個的情形，除非另有明確說明。本文公開的任何方法的步驟都不需要嚴格按照所公開的順序來執行，除非另有明確說明。
【附圖說明】
[0018]現在參照附圖通過示例來描述本發明，在附圖中:
[0019]圖1a和圖1b示意性地示出了根據現有技術的裝置；
[0020]圖2示意性地示出了根據現有技術的電子模塊；
[0021]圖3示意性地示出了根據實施方式的電子模塊；
[0022]圖4a、4b、4c和4d示意性地示出了根據實施方式的導熱面板；
[0023]圖5示意性地示出了根據實施方式的裝置；
[0024]圖6示出了對于不同的電子模塊，作為溫度升高的函數的功率消耗的模擬結果；以及
[0025]圖7是根據實施方式的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0026]現在將參照附圖在下文中更完整地描述本發明，在附圖中示出了本發明的某些實施方式。然而，本發明可以通過很多不同的形式來實施，不應被理解為局限于本文闡述的實施方式;相反，這些實施方式是通過示例的方式提供的，以使本公開變得徹底而完整，并將本發明的范圍完整地傳達給本領域技術人員。在整個說明書中使用相同的附圖標記來指代相同的元件。
[0027]圖1a和圖1b示意性地示出了用于輸入/輸出(I/O)系統的已有裝置la、lb。裝置la、Ib包括基板2。多個現場接線塊(FTB)3相鄰地層疊在基板2上。每個FTB均包括電子模塊4。在圖1b的裝置Ib中，從FTB的層疊體中移除了一個這種電子模塊4。
[0028]圖2示意性地示出了拆開的已知的電子模塊4。電子模塊4包括電路板6。電路板6包括電子設備。電路板6被具有第一部分(例如上部)5和第二部分(例如下部)7的殼體5、7圍封。殼體由塑料制成。
[0029]電子設備可以設置為印刷電路板(PCB)。電子設備可以布置成提供信號調制。電子模塊4因此可以是信號調制模塊。一般而言，信號調制涉及處理模擬信號，使其滿足下一個處理階段的要求。一個常見的使用是在模數轉換器(ADC)中。在控制工程應用中，通常具有產生傳感器信號的感測階段(其包括至少一個傳感器)、信號調制階段(可以在該階段進行傳感器信號的放大)和處理階段(通常由ACD和微處理器執行)。運算放大器(Op-Amps)通常被用來在信號調制階段執行傳感器信號的放大。信號調制可以包括放大、濾波、轉換、范圍匹配、隔離以及使得傳感器信號適于調制后的處理所需的任何其他處理。使用信號調制的裝置的類型包括但不限于信號過濾器、儀表放大器、采樣保持放大器、隔離放大器、信號隔離器、多路器、橋接調制器、模數轉換器、數模轉換器、頻率轉換器或變頻器、電壓轉換器或逆變器、頻率-電壓轉換器、電壓-頻率轉換器、電流-電壓轉換器、電流環轉換器(currentloop converter)和電荷轉換器(charge converter) ο
[0030]電子設備產生需要保持得盡可能低的熱量以在即使環境溫度高的情況下也實現電路板6上的部件的高可靠性和長壽命。在電子模塊4的運行期間，由電路板6的電子設備產生熱量。
[0031]本文提供的實施方式的一個目的是提供一種改進的機構以用于冷卻電子模塊中設置的電子設備。本發明通過提供具有導熱面板的電子模塊實現了該目的。根據一個特定的方面，提出了附接各個導熱面板以覆蓋每個電子模塊的側部和前部。
[0032]圖3不意性地不出了根據一個實施方式的電子模塊8。電子模塊8包括電路板6(如圖2所示，在圖3中不可見)。電路板6包括電子設備。電子模塊8也包括殼體5、7。殼體可以具有第一部分5和第二部分7。殼體的第一部分5和殼體的第二部分7共同圍封電路板6，并且因此圍封電子設備。當在使用中時，電路板6的電子設備產生熱量。電子模塊8因此包括導熱面板9a。導熱面板9a設置成至少部分地覆蓋殼體5、7的至少兩個相反的側面。導熱面板9a因此用作電子模塊8的冷卻面板。導熱面板9a可以在殼體5、7上滑動，如圖3中的虛線箭頭所示。
[0033]—般而言，導熱面板9a可以設置成不同的形狀、形式和尺寸，同時仍布置成至少部分地覆蓋殼體5、7的至少兩個側面。
[0034]例如，導熱面板可以設計為U形罩，該U形罩從殼體5、7的前側(S卩，殼體5、7當聯接至FTB 3時背離FTB 3的那一側)通過螺紋連接在殼體5、7上。圖3的頂部示出了這種導熱面板9a。因此，根據一個實施方式，導熱面板9a包括兩個平行的長側壁11、12和一個短側壁13。兩個平行的長側壁11、12從短側壁13橫向地延伸。兩個平行的長側壁11、12中的每一個至少部分地覆蓋殼體5、7的至少兩個相反的側面中相應的一個。
[0035]圖4a、4b、4c和4d分別示意性地示出了根據另外的實施方式的導熱面板9b、9c、9d和9e。
[0036]例如，導熱面板可以設置有側壁、頂壁、端壁(gable wall)和敞開的底部。導熱面板然后可以從殼體5、7的前側滑到殼體5、7上。圖4a示出了這種導熱面板9b。因此，根據一個實施方式，導熱面板9a包括兩個平行的長側壁11和12、一個短側壁13以及兩個平行的端壁17和18。兩個平行的長側壁11、12從短側壁13橫向地延伸。兩個平行的端壁17、18在兩個平行的長側壁11、12之間從短側壁13延伸。
[0037]例如，導熱面板可以設置為從殼體5、7的端壁滑到殼體5、7上的兩個罩。每個罩可以設置有短側壁和端壁。圖4a示出了這種導熱面板9b。因此，相對于圖4a的導熱面板9b，圖4b的導熱面板9c可以被認為是分成了兩個部分19、20。因此，根據一個實施方式，導熱面板9c沿著穿過短側壁13和兩個平行的長側壁11、12的切口被分成了兩個部分19、20。兩個部分
19、20可以彼此緊固。因此，導熱面板9c可以設置有緊固裝置21、22。特別地，根據一個實施方式，兩個部分19、20中的每一個均包括用于與兩個部分19、20中的另一個接合的接合裝置21,22。可選地，兩個部分19、20被設置成在殼體5、7上緊密地配合。因此，這種緊密配合可以防止兩個部分19、20意外地從殼體5、7滑落。
[0038]例如，導熱面板可以設置為附接至殼體5、7的側部的兩個L形側板。圖4c示出了這種導熱面板9d。因此，根據一個實施方式，導熱面板9d包括兩個平行的L形壁11、12。兩個平行的L形壁11、12中的每一個均至少部分地覆蓋殼體5、7的至少兩個相反的側表面中相應的一個并且因此至少部分地覆蓋殼體5、7的短側。兩個平行的L形壁11、12可以允許當兩個平行的L形壁11、12附接至殼體5、7時在兩個平行的L形壁11、12的相應的短側之間形成間隙15ο
[0039]例如，導熱面板可以設置有把手。圖4d示出了這種導熱面板9e。例如，導熱面板9e可以是U形罩，其包括側部11和12，并且U形的底部(S卩，短側壁13)形成為可用于將電子模塊8從FTB 3縮回的把手。因此，根據一個實施方式，導熱面板9e包括用于與殼體5、7接合的夾緊裝置14。夾緊裝置14可以設置在導熱面板9e的至少一個端壁側上。盡管導熱面板9e具有U形，但導熱面板9&、％、90和9(1中的任一個都可以包括夾緊裝置14。
[0040]現在將公開前面公開的電子模塊8、特別是前面公開的導熱面板9a、9b、9c和9d的進一步的特征。
[0041 ] 導熱面板9a、9b、9c和9d可以由金屬制成。例如，導熱面板9a、9b、9c、9d、9e可以由具有良好的導熱性的金屬例如鋁或銅制成。因此，根據一個實施方式，導熱面板9a、9b、9c、9d、9e由金屬制成。
[0042]導熱面板9a、9b、9c、9d、9e的熱屬性可以通過提供導熱面板9a、9b、9c、9d、9e的表面處理而被改進。例如，黑色陽極氧化膜可以設置在導熱面板9a、9b、9c、9d、9e上。因此，根據一個實施方式，導熱面板9a、9b、9c、9d、9e在其背離殼體5、7的表面上設置有黑色陽極氧化膜。
[0043]導熱面板9a、9b、9c、9d、9e可以為金屬并且設置有黑色陽極氧化膜。
[0044]電子模塊8可以是信號調制模塊(SCM)。
[0045]圖5示意性地示出了根據一個實施方式的裝置lc。裝置Ic可以是I/O模塊。裝置Ic包括基板2。裝置Ic還包括至少兩個現場接線塊3。所述至少兩個現場接線塊3相鄰地層疊在基板2上。所述至少兩個現場接線塊3中的每一個均包括電子模塊8，電子模塊8包括本文公開的導熱面板9a、9b、9c、9d、9e。本文公開的導熱面板9a、9b、9c、9d、9e因此可以適于在一組電子模塊8靠近在一起安裝時、例如安裝在相鄰地層疊的接線塊3上時提供熱量分布和冷卻。
[0046]圖7是根據一些實施方式提供電子模塊8的方法的流程圖。該方法包括在步驟S102中提供電路板6。電路板6包括電子設備。該方法包括在步驟S104中將電路板6圍封在殼體5、7中。該方法包括在步驟S106中將導熱面板9a、9b、9c、9d、9e在殼體5、7上滑動，并且由此提供電子模塊8。導熱面板9a、9b、9c、9d、9e至少部分地覆蓋殼體5、7的至少兩個相反的側面。
[0047]根據一個實施方式，該方法還包括在可選的步驟S108中提供基板2。根據一個實施方式，該方法還包括在可選的步驟SllO中將至少兩個現場接線塊3相鄰地層疊在基板2上。所述至少兩個現場接線塊3中的每一個均包括在步驟S102、S104和S106中提供的導熱面板9a、9b、9c、9d、9e0
[0048]測量表明，所公開的導熱面板9a導致了電子模塊8內的溫度的顯著降低。對豎向地布置在如圖5所示的基板2上的FTB 3的層疊體中的16個電子模塊8進行了測量。所有的電子模塊8都首先設置被設置獨立導熱面板9a。導熱面板9a由厚度為0.5_的黑色陽極化鋁板制成。對沒有任何導熱面板9a的電子模塊4反復進行測量。在測量過程中，在所有的電子模塊
4、8內布置了溫度傳感器。溫度傳感器靠近電路板6的發熱電子設備布置。溫度傳感器也布置在電子模塊4、8的層疊體外以便測量環境溫度。
[0049]在測量開始之前，所有的電子模塊4、8都被同樣地供電，直至所有的溫度都穩定。在每個電子模塊4、8中大約200mW至大約800mW的功率消耗的情況下，分別在有導熱面板9a和沒有導熱面板9a的情況下進行了測量。
[0050]在沒有導熱面板9a且每個電子模塊4大約SOOmW的情況下的測量顯示了環境溫度與層疊體中最熱的電子模塊4內的溫度的大約51°C的溫差。
[0051]在具有導熱面板9a且每個電子模塊8大約SOOmW的情況下的測量顯示了環境溫度與層疊體中最熱的電子模塊4內的溫度的大約40 0C的溫差。
[0052]因此，所公開的導熱面板9a在SOOmW的功率消耗下降低了大約ITC的溫度。在圖6中提供了測量結果，該測量結果對分別具有導熱面板9a的電子模塊8和不具有導熱面板9a的電子模塊4進行了作為溫度升高的函數的每個電子模塊4、8的功率消耗的比較。
[0053]前面參照少量的實施方式主要描述了本發明。然而，本領域技術人員容易理解，除了前面所公開的實施方式以外的其他實施方式在由所附專利權利要求限定的本發明的范圍內同樣可能。例如，盡管在I/o模塊的背景下描述了本文公開的電子模塊8，但電子模塊8也可以用于除I/o模塊以外的其他類型的電子模塊。一般而言，本文公開的電子模塊8適合于包含用于不同用途的電子器件的所有類型的緊密包裝的裝置。導熱面板9a、9b、9c、9d、9e安裝在每一個裝置上并且降低了裝置內的溫度，以使電子器件的壽命延長并且電子器件的可用性提高。本文公開的導熱面板9a、9b、9c、9d、9e因此能夠實現一種被動式的成本有效的冷卻設施。
【主權項】
1.一種電子模塊(8)，包括: 包括電子設備的電路板(6); 圍封所述電路板的殼體(5、7);以及 導熱面板(9a、9b、9c、9d、9e)，所述導熱面板至少部分地覆蓋所述殼體的至少兩個相反的側面。2.根據權利要求1所述的電子模塊，其中，所述導熱面板包括兩個平行的長側壁(11、12)和一個短側壁(13)，其中，所述兩個平行的長側壁從所述短側壁橫向地延伸，并且其中所述兩個平行的長側壁中的每一個至少部分地覆蓋所述殼體的所述至少兩個相反的側面中相應的一個。3.根據權利要求2所述的電子模塊，其中，所述導熱面板還包括在所述兩個平行的長側壁之間從所述短側壁延伸的兩個平行的端壁(17、18)。4.根據權利要求3所述的電子模塊，其中，所述導熱面板沿著穿過所述短側壁和所述兩個平行的長側壁的切口被分成了兩個部分(19、20)。5.根據權利要求4所述的電子模塊，其中，所述兩個部分中的每一個均包括用于與所述兩個部分中的另一個接合的接合裝置(21、22)。6.根據權利要求1所述的電子模塊，其中，所述導熱面板包括兩個平行的L形壁，其中所述兩個平行的L形壁中的每一個均至少部分地覆蓋所述殼體的所述至少兩個相反的側面中相應的一個并且至少部分地覆蓋所述殼體的短側。7.根據前述權利要求中任一項所述的電子模塊，其中，所述導熱面板包括用于與所述殼體接合的夾緊裝置(14)。8.根據權利要求7所述的電子模塊，其中，所述夾緊裝置設置在所述導熱面板的至少一個端壁側上。9.根據權利要求1所述的電子模塊，其中，所述導熱面板由金屬制成。10.根據前述權利要求中任一項所述的電子模塊，其中，所述導熱面板在其背離所述殼體的表面上設置有黑色陽極氧化膜。11.根據前述權利要求中任一項所述的電子模塊，其中，所述殼體由塑料制成。12.—種裝置(lc)，包括: 基板(2)； 至少兩個現場接線塊(3)，其中所述至少兩個現場接線塊相鄰地層疊在所述基板上;并且 其中，所述至少兩個現場接線塊中的每一個均包括根據權利要求1所述的電子模塊⑶。13.—種提供電子模塊(8)的方法，包括: 提供(S102)包括電子設備的電路板(6); 將所述電路板圍封(S104)在殼體(5、7)中；以及 在所述殼體上滑動(3106)導熱面板(9&、％、9(3、9(1、96)，所述導熱面板至少部分地覆蓋所述殼體的至少兩個相反的側面，從而提供所述電子模塊。14.根據權利要求13所述的方法，還包括: 提供(S108)基板(2)；以及將至少兩個現場接線塊(3)相鄰地層疊(SllO)在所述基板上；其中，所述至少兩個現場接線塊中的每一個均包括根據權利要求13提供的電子模塊。
【文檔編號】H05K7/20GK105830547SQ201380081634
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2013年12月13日
【發明人】R·埃里克森
【申請人】Abb技術有限公司