[发明专利]工业电子模块通过传导结构的热冷却

说明书

背景技术

在客户要求不允许使用风扇或其它强制的空气流动来进行冷却的工业系统中，热约束是关键的。随着技术趋向迫使电子模块设计向更高的功率耗散以及因此导致的热输出的方向发展，这些热约束正变得越来越难以满足。这些技术趋势包括：(i)以工作在较高时钟速度下的市售CPU代替工作在较低时钟速度下的传统的、专门设计的、专用的ASIC；(ii)导致漏电相应增大的越来越小的硅几何尺寸；以及(iii)工业电子模块安装位置的越来越严酷的客户环境，即客户希望将可允许的环境温度规范增大至60℃以上，而CPU的硅封装技术等迫使硅能够工作的可允许结温度降低。

由于工业电子系统一般是模块化的，在模块内或模块附近只有很少的空气流动或者没有空气流动，这限制了传统热阱的有效性，因此加剧了工业电子模块的冷却问题。因此，例如位于模块内并连接于CPU的仅利用对流的传统热阱不足以实现冷却。另外，已发现将热量传导至每个工业电子模块的盖是不足以实现冷却的，因为在模块周围缺少空气流动并且希望不要增加诸模块之间的间隔。

如上所述，使用风扇或其它强制空气冷却系统是无法令人满意的。在某些情形中，客户要求恰恰是不允许使用风扇。此外，由于风扇的可靠性问题和风扇倾向于将灰尘和其它污染物吸入电子模块中，因此使用分散是不理想的。诸如辐射散热系统、闭环相变系统等其它冷却系统是已知的，然而当作为电子系统的部件使用时，它们在空间和成本上令人望而却步并带来顾虑。

发明内容

根据本发明的第一方面，一种电子模块安装件包括界定至少一个适合用来容纳电子模块的槽的金属机架。该机架包括后壁上为此机架界定一热输入区的曝露的金属区。电子模块起效地安装于该槽内。该模块包括界定一容纳带电子元件的印刷电路板的内部空间的盖组件。盖组件包括热通路，该热通路包括：(i)热通道；(ii)包括毗邻地位于并热耦合于其中至少一个电子元件的底座的烟囱式散热筒；以及(iii)与烟囱式散热筒隔开并至少部分地界定热输出块的凸出尾部。热输出块毗邻地位于并热耦合于金属机架的热输入区。烟囱式散热筒的底座将热量从与之热耦合的电子元件传导至热通道。热输出块将热量从热通道通过所述热输入区传导至机架。

根据本发明的另一方面，一种电子模块包括电子元件和从电子元件吸取热量并将热量传导至适合可松开地容纳该模块的相关联金属机架的热通路。该热通路包括烟囱式散热筒、热耦合于烟囱式散热筒的热通道以及热连接于热通道的热输出块。电绝缘的非金属层将烟囱式散热筒热耦合于电子元件。

根据本发明的另一方面，一种电子模块安装件包括含金属热输入区的机架。电子模块可拆卸地连接于该机架。电子模块包括一电子元件。不间断的热通路将电子元件热连接于机架的热输入区。该热通路包括金属制烟囱式散热筒、热连接于该烟囱式散热筒的金属制热通道、以及热连接于热通道的金属制热输出块。第一和第二电绝缘的非金属层分别使烟囱式散热筒热耦合于电子元件并使热输出块热耦合于机架热输入区。

附图说明

本发明包括各种部件和部件的布置和/或各种步骤和步骤的安排，其优选实施例结合附图被公开于此，在附图中：

图1A和1B(现有技术)是适于容纳工业电子模块的常规金属机架的等角立体图和主视图；

图2是根据本发明形成的工业电子模块的底面等角立体图；

图3是图2的工业电子模块(在图3中模块的面板被拆下以显露出印刷电路板及其与盖组件的关系)的正面等角立体图；

图4是图2模块的热阱盖部分的等角立体图；

图5A是示出安装在图1A和1B的机架中的图2的模块的侧视图(该模块仅被部分地示出并且机架的顶壁和底壁未被示出以显露出模块配合在机架中)；

图5B是示出安装在图1A和1B的机架中的图2的模块的底视图(该模块仅被部分地示出并且顶壁和底壁未被示出以显露出模块配合在机架中)；

图6是指示与现有技术模块相比、根据本发明形成的模块中的降温效果的实验结果的图表。

具体实施方式