專利名稱：用柔性底板的散熱裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明與電子裝置有關，具體地說，與散去由于安裝在印刷電路板上的這類電子裝置工作而產生的熱量的技術有關。
當前在電子設備的生產和組裝中的趨勢是用較少的硬件或小型化的硬件來組裝更多的電子器件，以便用更為緊湊的結構為用戶提供更多的服務。然而，小型化對熱環(huán)境有一定要求，因為在許多小型化硬件主機結構中所用的諸如個人計算機卡(PC卡)組件之類的電子裝置在工作時要產生不少的熱。常規(guī)的PC卡組件并不是為這樣要求的溫度環(huán)境設計的，因此它們的使用和工作會受到不良影響。如果環(huán)境溫度超過了門限，PC卡將會“燒毀”而不能工作。
近來，通過將這些PC板比較大的間隔配置在標準的、致熱密度不大的母板上來控制由于小型化而產生的熱環(huán)境的不良影響。如在該技術領域所周知的那樣，標準母板具有扁平的矩形結構。然而，采用這種結構的缺點是PC板之間間隔比較大，因而功率密度比較小。實際上，大母板結構所用的PC板并不超過一塊或兩塊，部分就是由于這個限制。例如，典型的類似結構的功率密度只是大約0.05瓦/英寸3而比較密的封裝結構的功率密度可能超過0.2瓦/英寸3。也就是說，在非常緊湊的結構中不能得到最大的熱耗散。
本發(fā)明提供了一種比原先設計更為緊湊的裝置，可以適用于更多的電子裝置，從而大大增加了這種結構的功率密度，解決了這類原有技術組件的上述問題和缺點，使原有技術得到了改進。
本發(fā)明為了使得在一塊母板上能更緊密地配列電子裝置提供了一種散除電子裝置工作時所產生的熱的裝置和方法。這種裝置有一個封住一塊柔性底板的金屬外殼，底板的下表面上裝有一對剛性支承件，而上表面上接有至少一個電子裝置，由剛性支承件支持。柔性底板折疊裝在外殼內，使得剛性支承件面朝外殼內而電子裝置面朝外殼外。一個偏壓件安置在剛性支承件之間，將電子裝置壓靠在外殼上。
在本發(fā)明的一個實施例中，柔性底板是一塊支持一個PC卡陣列的柔性電路板，而裝載裝置是一個圓柱形的彈性壓縮件。金屬外殼是一個鋁的U形結構，具有一對平行的壁，從一個短壁橫向伸出。U形外殼的敞開端部上可以加一個選用蓋，以保護內部的結構。
在本發(fā)明的另一個實施例中，裝載裝置是一個懸臂彈簧，安裝在柔性底板上剛性支承件之間的中間位置上。
在本發(fā)明的還有一個實施例中，U形外殼的平行壁的外表面上形成一系列肋，提供了一組散熱片，以增強將熱從電子裝置到周圍空氣的傳導。平行壁的內表面上開有一些垂直延伸的槽，引導PC卡在外殼內定位。彈性導熱膜粘在外殼內表面上這些槽內，更有利于使熱傳導到散熱片上。
在以下結合附圖所作的說明中對本發(fā)明的以上特點和其他方面進行了說明。在這些附圖中

圖1為本發(fā)明第一實施例的透視圖；圖2為圖1中的柔性電路板的前表面打開時的示意圖；圖3為第一實施例加上端蓋時的頂視圖；圖4為本發(fā)明第二實施例的柔性電路板的頂視圖；圖5為本發(fā)明第三實施例的外殼的頂視圖；圖6為圖5的外殼帶有一層與一個PC卡接觸的彈性導熱薄膜的局部視圖；以及圖7為圖1的外殼在與一些PC卡接觸情況下的局部頂視圖，示出了怎樣預先確定PC卡之間的間隔以使熱傳導最佳。
圖1例示了為一個PC卡陣列散熱的裝置10，當然，本發(fā)明并不限于PC卡。裝置10通常包括一個具有內表面52和外表面54的U形外殼12。外殼12內有一塊由一對相對配置的剛性支承件18支持的折合的柔性電路板16，那么PC卡(未示出)就安裝在這電路板16上。一個諸如圓柱形的彈性壓縮件那樣的偏壓件或裝載件14安置在剛性支承件18之間，使PC卡壓靠在外殼12的內表面52上，將柔性電路板16保持在外殼12內。
U形的外殼12由導熱金屬如鋁制成，具有平行壁42和44，從短壁46橫向伸出。外殼12在與短壁46相對的那個端部是敞開的，以便PC卡插入和彈出。然而，壁42和44在外表面54上都開有相對配置的垂直的槽36，用來安裝鋁端蓋34，這在稍后將加以說明。
在一個例示性實施例中，外殼12的壁42和44均為4英寸寬和25英寸長。短壁46的寬度為2英寸，而長度也為25英寸。因此，外殼12內的容積為200立方英寸(25英寸×4英寸×2英寸)。如果安裝8塊PC卡，每塊PC卡產生約5瓦功率，那么外殼12內的功率密度是40瓦(5瓦/塊×8塊)，即0.2瓦/英寸3。如前面所述，典型的現有技術的結構方式的功率密度為0.05瓦/英寸3。所以，在這個例示性的實施例中，功率密度增大為現有技術的四倍。
現在參見圖2，圖中示出了柔性電路板16在前表面48打開時的情況。柔性電路板16有兩層柔性的諸如聚酰亞胺那樣的非導電層，千分之五至十英寸厚，兩層聚酰亞胺之間夾著一些蝕刻的導電線。柔性電路板16最好是矩形的(25英寸×11英寸)，依靠其后表面50安裝到剛性支承件18上。這些剛性支承件18都用熱膨脹特性與柔性電路板16相同的材料(如玻璃纖維環(huán)氧樹脂合成物)制成。每個剛性支承件10長度最好與柔性電路板16的近似，寬度為4英寸，而厚度為1/16英寸。這些剛性支承件18安裝在柔性電路板16的端部以使剛性支承件18之間的間距大約為3英寸。
在柔性電路板16的與剛性支承件18相對的前表面48上，可以安裝一組PC卡插座24，在圖2中只是示例性地示出兩個插座24。插座24的引線26接到柔性電路板16，與插入插座24的PC卡22電連接。每個插座24還包括一個連接器/彈出器部件20，其工作情況與現有技術用來從個人計算機的軟盤驅動器彈出31/2英寸軟盤的相同。當有一個PC卡22插入插座24時，按鍵60就從部件20向外突出。為了彈出這個PC卡22，只需將按鍵60向里按，PC卡22就會從插座24彈出。這個部件20有助于取出PC卡22，特別是在柔性電路板16保持在外殼12內時十分有用。
圖3示出了裝置10的頂視圖，從中可以清楚地看到柔性電路板16在外殼12內的定位情況。如圖3所示，有一個大體呈U形的鋁端蓋34安裝在外殼12上。U形鋁端蓋34有兩條分別與外殼12上的兩條垂直延伸的槽36相應的凸棱38。在凸棱38以垂直向下的方式插入槽36后，端蓋34就接到了鋁外殼12上。圖3中還示出了將PC卡22壓靠在外殼12上的圓柱形彈性壓縮件14，由于在處于剛性支承件18之間時受到剛性支承件18的反作用力而發(fā)生變形。
圖4示出了將PC卡22壓靠在外殼12上的裝載裝置的另一個實施例。圖4是柔性電路板16的頂視圖，懸臂彈簧30以常用方式安裝在柔性電路板16的后表面50上，例如用鉚釘28鉚在剛性支承件18之間的中間位置上。可以用多個相互平行定位的彈簧30，每對相對配置的PC卡22使用一個或兩個彈簧30。彈簧30起著裝載裝置的作用，情況如下。當為了插入外殼12而折疊柔性電路板16時，剛性支承件18就向內壓迫彈簧30。在柔性電路板16放入外殼12內適當位置而松手時，彈簧30向外擴展，將PC卡22偏壓靠在外殼12上，從而將柔性電路板16固定在外殼12內。彈簧30的形狀和截面很容易加以調整，以提供將PC卡22壓靠在外殼12上所需的適當的力。
圖5示出了本發(fā)明的另一個實施例。在這個實施例中，外殼12的短壁46設計成彎曲的，與折疊的柔性電路板16的形狀適配，以便減小外殼12內的容積，從而增大功率密度。外殼12的壁42和44的每個內表面52上各有一個垂直槽40，寬度與PC卡22的近似，以將PC卡22引導和定位，因此柔性電路板16是垂直向下插入外殼12的。應該指出的是，槽40也可以水平方向開在壁42和44的內表面52上，這樣柔性電路板16就要通過水平方向橫向插入外殼12。槽40的表面上粘有一層導熱的彈性薄膜32，例如厚度最好約為0.04英寸的硅，這樣更有利于將熱傳導給外殼12。PC卡22與導熱彈性材料32之間的交接情況可從圖6清楚地看出。
外殼12的壁42和44的外表面54上有一系列垂直延伸的散熱片56，以便更好地將熱傳導給周圍空氣。如在本技術領域中眾所周知的那樣，可以通過考慮諸如外殼12所用金屬的數量和類型、PC卡產生的功率和外部氣流特性等因素使散熱片56的厚度和間距最佳化。
圖7示出了PC卡22之間的預定間距58。間距58在數學上根據使從PC卡22至外殼12的熱傳導最佳地計算得出。如所周知，相隔的熱源靠得越近，熱源所接觸的鋁就越熱。因此，為了使安裝在PC卡22上的集成電路內的各硅結溫度不超過會使PC卡22“燒毀”的最大極限，PC卡22之間的間距實際上有一個極限。間距58就是可以將PC卡22間隔配置而不致“燒毀”的最小間距。間距58可以用許多目前專門用來執(zhí)行這種功能的計算機程序中的任何一個程序加以計算。
雖然以上已對各例示性的最佳實施例作了詳細說明，但應當指出，熟悉本技術領域的人員顯然能理解，在本發(fā)明的范圍內可以作出種種改動而仍能保留這些優(yōu)點。例如，本發(fā)明并不局限于對PC卡部件的散熱，也同樣可用于其他發(fā)熱電子裝置的散熱。這里所例示的只是說明性的，不是限制性的。并無任何企圖利用以上說明排斥任何與這里所說明相等效的各種特點。因此，本發(fā)明的專利保護范圍應理解為由所附權利要求書所限定。
權利要求
1.一種吸收和耗散PC卡所產生的熱的裝置，所述裝置包括一個具有一個敞開端部以及一個內表面和一個外表面的金屬外殼；一塊安裝在所述外殼內的柔性電路板，所述電路板具有第一表面和第二表面；一個與所述電路板連接的PC卡插座，用來容納一個PC卡，經操作可將所述PC卡接到所述第二表面上；以及一個與所述電路板的所述第一表面接觸的偏壓件，用來使所述第二表面和所述PC卡插座偏向所述金屬外殼。
2.權利要求1的裝置，所述裝置還包括一對安裝在所述柔性電路板的所述第一表面上的剛性支承件，其中所述柔性電路板定位在所述外殼內，使得所述剛性支承件面朝外殼內，而所述插座面朝外殼外。
3.權利要求2的裝置，其中所述偏壓件安置在所述剛性支承件之間，用來使所述插座壓靠在所述外殼上。
4.權利要求3的裝置，其中所述偏壓件是一個圓柱形的彈性壓縮件。
5.權利要求3的裝置，其中所述偏壓件是一個安裝在所述柔性電路板的所述第一表面上在所述支承件之間的中間部位的懸臂彈簧。
6.權利要求1的裝置，所述裝置還包括一個可拆卸地接到所述外殼、封住所述外殼的所述敞開端部的端蓋。
7.權利要求1的裝置，所述裝置還包括一系列在所述外殼的所述外表面上形成的散熱片。
8.權利要求7的裝置，其中所述外殼的所述內表面上形成一個垂直延伸的槽，用來引導所述PC卡進入所述外殼。
9.權利要求8的裝置，所述裝置還包括在所述外殼的所述垂直延伸的槽內的內表面上形成的一層彈性導熱薄膜。
10.一種耗散電子裝置工作時所產生的熱的裝置，所述裝置包括一個導熱外殼；一塊具有一個第一表面和一個第二表面的柔性底板；一對安裝在所述底板的所述第一表面上的剛性支承件；一個由所述剛性支承件支持的插座裝置，用來在操作中將至少一個電子裝置接到所述底板的所述第二表面上，其中所述柔性底板定位在所述外殼內，使得所述剛性支承件面朝所述外殼內，而所述插座裝置面朝所述外殼外；以及一個安置在所述剛性支承件之間的偏壓件，用來使所述插座裝置偏向所述外殼。
11.權利要求10的裝置，其中所述柔性底板是一塊柔性電路板。
12.權利要求10的裝置，其中所述外殼用一種導熱金屬制成。
13.權利要求12的裝置，其中所述導熱金屬是鋁。
14.權利要求10的裝置，其中所述外殼大體呈U形，包括一對從一個端壁橫向延伸的平行壁。
15.權利要求14的裝置，其中所述外殼還包括一對垂直的槽，用來鎖入一對從一個導熱端蓋凸起的相應的棱，以可拆卸地將所述端蓋接到所述外殼上。
16.權利要求10的裝置，所述裝置還包括至少一個容納在所述插座裝置內、經操作可接到所述底板的所述第二表面的電子裝置，其中所述偏壓件使所述電子裝置的至少一部分與所述外殼接觸。
17.權利要求16的裝置，其中所述電子裝置是一個PC卡。
18.權利要求17的裝置，其中所述插座裝置包括一個經操作可將所述PC卡接入所述插座裝置和將所述PC卡彈出所述插座裝置的組件。
19.權利要求10的裝置，其中所述偏壓件是一個圓柱形彈性壓縮件。
20.權利要求10的裝置，其中所述偏壓件是一個安裝在所述底板的所述第一表面上在所述剛性支承件之間的中間部位的懸臂彈簧。
21.權利要求14的裝置，其中所述端壁呈彎曲形。
22.權利要求14的裝置，所述裝置還包括一系列在每個所述平行壁的外表面上形成的散熱片，用來增強從所述電子裝置到周圍空氣的熱傳導。
23.權利要求22的裝置，其中所述平行壁中至少一個壁的內表面上形成一個垂直延伸的槽，用來引導所述電子裝置進入所述外殼。
24.權利要求23的裝置，所述裝置還包括在所述垂直延伸的槽內的所述內表面上形成的一層彈性導熱薄膜，以促進從所述電子裝置到所述外殼的熱傳導。
25.權利要求17的裝置，其中所述柔性底板上的PC卡之間相隔一個預定間隔，以使從所述PC卡到周圍空氣的熱傳導最大。
26.權利要求10的裝置，其中所述剛性支承件具有與所述柔性底板相同的熱膨脹特性。
27.權利要求26的裝置，其中所述柔性底板用聚酰亞胺制成。
28.權利要求27的裝置，其中所述剛性支承件用玻璃纖維環(huán)氧樹脂制成。
29.一種散去電子裝置所產生的熱的方法，所述方法包括下列步驟將所述電子裝置安裝在一塊柔性底板的一個第一表面上，用一對安裝在所述柔性底板的一個第二表面上的剛性支承件支持所述電子裝置；將所述柔性底板折疊，使得所述剛性支承件朝內相互相對，而所述電子裝置面朝外；將所述底板插入一個導熱外殼；以及使所述電子裝置偏壓靠在所述外殼上。
30.權利要求29的方法，其中所述柔性底板是一塊柔性電路板。
31.權利要求29的方法，其中所述外殼用一種導熱金屬制成。
32.權利要求31的方法，其中所述導熱金屬是鋁。
33.權利要求29的方法，其中所述外殼大體呈U形，包括一對從一個端壁橫向延伸的平行壁，而其中所述將所述柔性底板插入所述導熱外殼的步驟還包括將所述底板的一個與所述端壁相鄰的折疊部分對齊的步驟。
34.權利要求33的方法，所述方法還包括將一個導熱端蓋鎖入一對開在所述外殼上的垂直槽內使所述端蓋可拆卸地接到所述外殼上的步驟。
35.權利要求28的方法，其中所述電子裝置是一個PC卡。
36.權利要求35的方法，其中所述安裝步驟包括將所述PC卡插入安裝在所述柔性底板的所述第一表面上的一個插座裝置的步驟。
37.權利要求36的方法，所述方法還包括經操作將所述PC卡接入所述插座裝置和將所述PC卡彈出所述插座裝置的步驟。
38.權利要求29的方法，其中所述偏壓步驟包括將一個圓柱形的彈性壓縮件插在所述剛性支承件之間的步驟。
39.權利要求29的方法，其中所述偏壓步驟包括下列步驟將一個懸臂彈簧安裝在所述剛性支承件之間的中間位置；以及將所述電子裝置壓靠在所述外殼上。
40.權利要求33的方法，其中所述端壁呈彎曲形。
41.權利要求33的方法，所述方法還包括在每個所述平行壁的一個外表面上形成一系列散熱片的步驟。
42.權利要求41的方法，其中所述插入步驟還包括下列步驟在至少一個所述平行壁的一個內表面上形成一個垂直延伸的槽；以及將所述電子裝置貼近所述槽中的一個槽向下導入所述外殼。
43.權利要求42的方法，其中所述形成垂直延伸槽的步驟還包括在所述槽內的所述內表面上粘上一層彈性導熱薄膜的步驟。
44.權利要求35的方法，其中所述安裝步驟包括下列步驟預先確定一個需在所述PC卡與一個要安裝在所述柔性底板上的第二PC卡之間的使從所述這兩個PC卡到空氣的熱傳導為最大的間隔；以及以所述間隔將所述第二PC卡安裝在所述柔性底板的所述第一表面上。
45.權利要求29的方法，其中所述剛性支承件具有與所述柔性底板相同的熱膨脹特性。
46.權利要求45的方法，其中所述柔性底板用聚酰亞胺制成。
47.權利要求46的方法，其中所述剛性支承件用玻璃纖維環(huán)氧樹脂制成。
全文摘要
一種吸收和耗散PC卡所產生的熱的裝置,所述裝置包括:一個具有一個敞開端部以及一個內表面和一個外表面的金屬外殼;一塊安裝在所述外殼內的柔性電路板,所述電路板具有第一表面和第二表面;一個與所述電路板連接的PC卡插座,用來容納一個PC卡,經操作可將所述PC卡接到所述第二表面上;以及一個與所述電路板的所述第一表面接觸的偏壓件,用來使所述第二表面和所述PC卡插座偏向所述金屬外殼。
文檔編號H05K3/00GK1195963SQ97123490
公開日1998年10月14日 申請日期1997年12月30日 優(yōu)先權日1997年1月2日
發(fā)明者弗蘭克·弗農·蓋茨 申請人:美國電報電話公司