专利名称：对其内容纳有发热元件的箱体进行冷却的装置及其冷却方法
背景技术：
已知有一种方法用来冷却其内容纳有包含高发热密度半导体晶片的电子装置(例如个人电脑、游戏控制器或影音系统)的箱体，其通过使冷空气自外界引入至箱体内、在箱体内进行热交换、然后将温度提高的空气自箱体内排放至箱体外来实现。
图7为依据该已知冷却方法冷却箱体的装置的透视简图。
如图7所示，一印刷电路板25安装在一箱体21内。在该箱体上具备一进气口29以使外界空气进入，还具有一排放口以使空气自箱体内排放至箱体外。此外，在该排放口上安装一排气扇22以排放空气。此外，在该排放口附近配置一散热片26使得由安装于印刷电路板25上的发热元件(图中未示)产生的热发散以靠近排气扇22。
由安装于印刷电路板25上的发热元件产生的热由散热片26在箱体21内排放。此时外界空气如图中箭头23所示自进气口29进入且因排气扇22的作用而通过该散热片，然后借由该排气扇如箭头24所示自该排放口排放至该箱体以外。
图8为依据该已知方法的箱体冷却装置的纵剖面简图。
如图8所示，在该箱体冷却装置上安排一热导管。如图8所示，一印刷电路板25安装于箱体21内，且由发热元件28产生的热由一热导管27传导至安装了一散热片26的位置。在图8所示箱体中，同样提供一进气口29以引入外界空气、以及一排放口以将空气自箱体内排放至箱体外。此外，将一排气扇22配置为接近该排放口。在该排放口附近安置一散热片26使得由安装于印刷电路板25上的发热元件28产生的热发散以靠近排气扇22。
由安装于印刷电路板25上的发热元件28产生的热经热导管27传导且由散热片26在箱体21内排放。此时外界空气如图中箭头23所示自进气口29进入且因排气扇22的作用而通过该散热片，然后通过该排气扇如箭头24所示自该排放口排放至该箱体以外。
如前所述，在已知箱体冷却装置中，当发热元件由具有散热片的散热器冷却时，该散热片配置为非常接近箱体内的排气扇。更明确地说，预料该箱体是通过使尽可能大量的空气自箱体内排放至箱体外而得到冷却的，因为就风速而言在该排气扇正前方的风速为最大。
然而在此已知的箱体冷却装置中有以下缺点。更明确地说，当该散热片被设置为在箱体内非常接近排气扇时，从进气口引入至箱体内的空气的温度会因为箱体内发热元件产生的热而提高。因此，温度提高的空气通过散热片并不能有效地使热发散，从而使散热片的冷却效率变差。
当将热导管施加于散热器(散热片)时，一热源(例如发热元件)必须以定位于与该热导管同高度或在该热导管之下方的方式设置以使热导管有效地运作(亦即保障热导管的操作原理)。此外，若采用一能进行垂直安装和水平安装的装置，必须配置多个热导管以使热导管有效地作用。
因此本发明的目的为提供一种对容纳有发热元件的箱体进行冷却的装置及冷却方法，一散热片的冷却效率能借以提高且一热导管能有效地作用。
此外，经发现如果在箱体为垂直安装时将散热片以定位于发热元件附近或沿水平方向位于其上方的方式安装，一发热源如发热元件可被配置为即使在箱体为水平安装时也与热导管处于同高度或在热导管下方，由此使所有安装热导管有效地作用。
本发明以上述发现为基础做出。
本发明的对容纳有发热元件的箱体进行冷却的方法的第一实施例包含以下步骤(1)在该箱体内设置一用以引入外界空气的进气口及一用以使空气自该箱体排放至外界的排放口，且在该箱体内安装一散热片；(2)将该散热片的局部或全部安置为在该箱体内接近该进气口；及(3)使从该进气口引入的空气通过该散热片以发散由该发热元件产生的热，然后将因通过该散热片而提高温度的空气自该排放口排放至该箱体以外，借此冷却该箱体。
本发明的对容纳有发热元件的箱体进行冷却的方法的第二实施例包含以下步骤(1)在该箱体内设置一用以引入外界空气的进气口及一用以使空气自该箱体排放至外界的排放口，且在该箱体内安装一散热片及热传递装置；(2)将该散热片的局部或全部安置为在该箱体内接近该进气口；(3)借由该热传递装置将该发热元件产生的热传给该散热片；及(4)使从该进气口引入的空气通过该散热片以发散由该发热元件产生的热，然后将因通过该散热片而提高了温度的空气自该排放口排放至该箱体以外，借此冷却该箱体。
在本发明的对其内容纳有发热元件的箱体进行冷却的方法的第三实施例中，该热传递装置包含至少一热导管。
在本发明的对其内容纳有发热元件的箱体进行冷却的方法的第四实施例中，该箱体为垂直地和/或水平地安装，且在该箱体为垂直安装时，该散热片以定位在该发热元件附近或该发热元件之水平方向上方的方式安装。
在本发明的对其内容纳有发热元件的箱体进行冷却的方法的第五实施例中，将一排气扇安装为接近该排放口。
本发明的对其内容纳有发热元件的箱体进行冷却的装置的第一实施例包含一进气口，其自该箱体之外引入空气；一排放口，其将空气排放至该箱体之外；及一散热片，其局部或完全安置为在该箱体内接近该进气口；其中自该进气口引入的空气通过该散热片发散由该发热元件产生的热，然后因通过该散热片而提高温度的空气自该排放口排放至该箱体以外，借以冷却该箱体。
本发明的对其内容纳有发热元件的箱体进行冷却的装置的第二实施例包含一进气口，其自该箱体之外引入空气；一排放口，其将空气排放至该箱体之外；一散热片，其局部或完全安置为在该箱体内接近该进气口；及热传递装置，其将该发热元件产生的热传导至该散热片；其中由该发热元件产生的热借由该热传递装置传导至该散热片，自该进气口引入的空气通过该散热片发散由该发热元件产生的热，然后因通过该散热片而提高温度的空气自该排放口排放至该箱体以外，借以冷却该箱体。
在本发明的对容纳有发热元件的箱体进行冷却的装置的第三实施例中，该热传递装置包含至少一热导管。
在本发明的对容纳有发热元件的箱体进行冷却的装置的第四实施例中，该箱体为垂直地和/或水平地安装，且在该箱体为垂直安装时，该散热片以定位在该发热元件附近或该发热元件之水平方向上方的方式安装。
在本发明的对容纳有发热元件的箱体进行冷却的装置的第五实施例中，该散热片构成一散热器，该散热片固定于一底座构件与一装配构件之间成夹置状态。
在本发明的对容纳有发热元件的箱体进行冷却的装置的第六实施例中，将一排气扇安装为接近该排放口。
优选实施例详述参照附图在此说明一种依据本发明对容纳有发热元件的箱体进行冷却的装置及方法。
本发明的对容纳有发热元件的箱体进行冷却的装置包含一自该箱体之外引入空气的进气口，一将空气排放至该箱体之外的排放口及一散热片，该散热片局部或完全安置为在该箱体内接近该进气口；其中自该进气口引入的空气通过该散热片发散由该发热元件产生的热，然后因通过该散热片而提高了温度的空气自该排放口排放至该箱体以外，借以冷却该箱体。
在本发明的装置中，该散热片可构成一散热器，该散热片固定在一底座构件与一装配构件之间。更明确地说，该散热片包含一散热片部分，其具有多个山形部分以及支撑该多个山形部分的底座部分；一底座构件，具有使该散热片的山形部分插入的多个插槽以及用来固定该散热片部分的多个孔；及一装配构件，其具有与该底座部分的多个孔相对应的多个突起部分，用来将该散热片部分固定于该底座构件与该装配构件本身之间。
此外，本发明对容纳有发热元件的箱体进行冷却的装置包含一自该箱体之外引入空气的进气口，一将空气排放至该箱体之外的排放口，一局部或完全安置为在该箱体内接近该进气口的散热片，及将该发热元件产生的热传导至该散热片的热传递装置，其中由该发热元件产生的热借由该热传递装置传导至该散热片，自该进气口进入的空气通过该散热片发散由该发热元件产生的热，然后因通过该散热片而提高了温度的空气自该排放口排放至该箱体以外，借以冷却该箱体。
本发明的对容纳有发热元件的箱体进行冷却的方法包含以下步骤。更明确地说，其包含以下步骤(1)在该箱体的一个壁内设置一用以引入外界空气的进气口及一使空气自该箱体排放至外界的排放口，且在该容纳有发热元件的箱体内安装一散热片；(2)将该散热片的局部或全部安置为在该箱体内接近该进气口；及(3)使从该进气口引入的空气通过该散热片以发散由该发热元件产生的热，然后将因通过该散热片而提高了温度的空气自该排放口排放至该箱体以外，借此冷却该箱体。
本发明的对容纳有发热元件且包括热传递装置(例如一热导管)的箱体进行冷却的方法包含以下步骤。更明确地说，其包含以下步骤(1)在该箱体的一个壁内设置一用以引入外界空气的进气口及一使空气自该箱体排放至外界的排放口，且在该容纳有发热元件的箱体内安装一散热片及热传递装置；(2)将该散热片的局部或全部安置为在该箱体内接近该进气口；(3)借由该热传递装置将该发热元件产生的热传导至该散热片；及(4)使从该进气口引入的空气通过该散热片以发散由该发热元件产生的热，然后将因通过该散热片而提高了温度的空气自该排放口排放至该箱体以外，借此冷却该箱体。
本发明的箱体冷却方法能应用于所有需要散热的电子装置的所有领域。
图1为一依据本发明对容纳有发热元件的箱体进行冷却的装置及冷却方法的透视简图。
如图1所示，一印刷电路板5安装于一垂直设置的箱体1内。一自该箱体外引入空气的进气口9及一将空气排放至该箱体外的排放口配置于该箱体的一个壁内。此外，为该排放口提供一排气扇2。设置一接近进气口9的散热片6。一热导管7用来将一安装于印刷电路板5上的发热元件8产生的热传导至散热片6，该热导管的一端被设置为与发热元件8热接触，且该热导管的另一端安装于散热片6的印刷电路板侧以便沿该散热片的纵向方向穿过该散热片。
安装于印刷电路板5上的发热元件8产生的热由热导管7传导至散热片6。从进气口9进入的冷空气3直接吹到散热片6上以冷却由该热导管传导至散热片6的热。然后，在箱体1内因发散散热片6的热而提高了温度的空气经该排放口由排气扇2排放至箱体外，如图中箭头4所示。依据本发明，如前所述，由于从箱体外部进给的最低温空气直接吹过散热片，因此该散热片的热效率(亦即冷却效率)非常高。
图2为图1所示依据本发明对容纳有发热元件的箱体进行冷却的装置的纵剖面简图。
如图2所示，印刷电路板5安装于箱体1内，且安装于印刷电路板上的发热元件8产生的热由热导管7传导至散热片6的安装位置。自箱体外引入空气的进气口9及将箱体内空气排放至箱体外的排放口亦设置于箱体1的壁内。此外，对该排放口提供排气扇2。设置接近进气口9的散热片。用来将安装于印刷电路板5上的发热元件8所产生的热传导至散热片6的热导管7的一端被设置为与发热元件8热接触，且该热导管的另一端安装于散热片6的印刷电路板侧以沿该散热片的纵向方向穿过该散热片。
安装于印刷电路板5上的发热元件8产生的热由热导管7传导至散热片6。从进气口9进入的冷空气3直接吹到散热片6上以冷却由该热导管传导至散热片6的热。然后，在箱体1内因发散散热片6的热而提高了温度的空气经该排放口由排气扇2排放至箱体外，如图中箭头4所示。
图3为一依据本发明对容纳有发热元件的箱体进行冷却的装置及冷却方法的透视简图。图4为一依据本发明对容纳有发热元件的箱体进行冷却的装置的横剖面简图。
如图3和4所示，印刷电路板5安装于水平放置的箱体1内。自箱体外引入空气的进气口9及将箱体内空气排放至箱体外的排放口亦设置于箱体1的壁内。此外，对该排放口提供排气扇2。设置了接近进气口9的散热片6。用来将安装于印刷电路板5上的发热元件8产生的热传导至散热片6的热导管7的一端被设置为与发热元件8热接触，且该热导管的另一端安装于散热片6的印刷电路板侧以沿该散热片的纵向方向穿过该散热片。
安装于印刷电路板5上的发热元件8产生的热由热导管7传导至散热片6。从进气口9引入的冷空气3直接吹到散热片6上以冷却由该热导管传导至散热片6的热。然后，在箱体1内因发散散热片6的热而提高了温度的空气经该排放口由排气扇2排放至箱体外，如图中箭头4所示。依据本发明，如前所示，由于从箱体外部进给的最低温空气直接吹过散热片，因此该散热片的热效率(亦即冷却效率)非常高。
在对容纳有发热元件的箱体进行冷却的方法中，作为热传递装置的热导管包含至少一个热导管。在本发明中可使用多个热导管。
在对容纳有发热元件的箱体进行冷却的方法中，该箱体为垂直和/或水平地安装，如图1和3所示，且在该箱体如图1所示为垂直安装时，该散热片以定位在该发热元件附近或该发热元件之水平方向上方的方式安装。
图5和6显示本发明散热片的一个实施例。更明确地说，图5为散热片的一个实施例的透视简图，且图6显示散热片的构件。
在对容纳有发热元件的箱体进行冷却的装置中，该散热片构成一散热器，该散热片固定于一底座构件与一装配构件之间成夹置状态，如图5和6所示。更明确地说，散热片16包含一散热片部分11，其具有多个山形部分12以及支撑该多个山形部分的底座部分13；一底座构件14，其具有使该散热片部分的山形部分插入的多个插槽15以及固定该散热片部分的多个孔17；及一装配构件18，其具有与该底座部分的多个孔相对应的多个突起部分19，以用来将该散热片部分固定于该底座构件与该装配构件本身之间。
散热片部分11的山形部分12插入底座构件14的插槽15内以突出在该底座构件之上，且装配构件18的突起部分19插入底座构件14的孔17内，且突起部分19的头部被填隙(caulked)。散热片固定于底座构件与装配构件之间成夹置状态。
对容纳有发热元件的箱体进行冷却的装置及冷却方法在下述实例中有进一步说明。实例准备如图1所示具备发热元件(例如半导体晶片)的箱体。一容纳有电子装置的箱体的尺寸为330毫米长×70毫米宽×200毫米深。一个50毫米×50毫米大小的排气扇安装于该箱体北侧的一排放口上。一进气口配置于该箱体的前侧以便于在箱体前中央部分至箱体上侧的范围内有20％的开口面积率。
一放热元件(25毫米长×25毫米宽×2毫米高，发热功率为15瓦)安装于该电子装置的一印刷电路板上、处在离箱体下部外表面80毫米且离箱体前侧外表面100毫米处，该放热元件依据本发明的箱体冷却方法利用下述散热片冷却。
更明确地说，该散热片包含一底座构件、一波纹叶片(亦即散热片部分)及一装配构件。使用一A1050号铝制电磁屏蔽遮板(250毫米长×120毫米宽×0.5毫米厚)作为该底座构件。使用A1050号铝制波纹叶片(山形部分高度45毫米；山形部分间距3毫米；深度13毫米；山形部分数量15个；叶片厚度0.4毫米)作为一散热片部分。装配构件则使用一受热和一传热模铸铝块(90毫米长×45毫米宽×4毫米厚)，且在其上设置了15个插脚(第一插脚的外径为2毫米，高度为1.2毫米)以进行固定。
将一4毫米外径、160毫米高的热导管大约自其中央部分弯成L形，且放置在该装配构件与底座构件之间以便定位在该波纹叶片下方，其中该热导管与该波纹叶片热连接。在该装配构件(亦即模铸铝)内形成与该热导管的形状相应的沟槽。
八个2.5毫米×20.2毫米的矩形插槽(该波纹叶片的山形部分插入其内)以及15个对应于该装配构件插脚的2.2毫米直径孔分别形成于该底座构件内。
该波纹叶片的山形部分从由前述方式制备的底座构件的下侧插入，该多个插脚插入相应孔内，且该多个插脚的末端被填隙，同时将该波纹叶片固定在该底座构件与装配构件(该导热管以压入方式嵌入其内)之间成夹置状态，借此构成该散热器。依前述方式制备的散热器以将该波纹叶片定位为接近该进气口的方式安装。
将一传热橡胶片(25毫米长×25毫米宽×1毫米厚，传热率为2.5W/mk)粘在该发热元件上。
该印刷电路板及散热器相互以螺纹固定，上述散热器的装配构件固定在该传热橡胶片的厚度变成0.8毫米的位置。
以此装置运作四个小时，并测量该发热元件的表面温度。结果为该温度比环境温度高20℃且包括该传热橡胶片的热阻为1.3℃/W。如前所述，依据本发明的箱体冷却装置及冷却方法明显得到提高了的冷却效率。
在本发明的对容纳有发热元件的箱体进行冷却的装置中，由于其冷却效率比散热片安装为接近排气扇的装置优异，使热发散的设计能有较高自由度，如此导致散热片的尺寸变小且使排气扇的气流流速降低，从而促进装置简化。此外，可以垂直/水平安装的装置并不受限于热导管的操作原理，且能以最少的热导管完成设计。因此，依据本发明，可以提供对容纳有发热元件的箱体进行冷却的装置及冷却方法，从而采用有效作用的热导管能提高散热片的冷却效率。
权利要求
1．一种用来冷却容纳有发热元件的箱体的方法，其包含以下步骤(1)在该箱体内设置一用以引入外界空气的进气口及一使空气自该箱体排放至外界的排放口，且在该箱体内安装一散热片；(2)将该散热片的局部或全部安置为在该箱体内接近该进气口；及(3)使从该进气口引入的空气通过该散热片以发散由该发热元件产生的热，然后将因通过该散热片而提高了温度的空气自该排放口排放至该箱体以外，借此冷却该箱体。
2．一种用来冷却容纳有发热元件的箱体的方法，其包含以下步骤(1)在该箱体内设置一用以引入外界空气的进气口及一使空气自该箱体排放至外界的排放口，且在该箱体内安装一散热片及热传递装置；(2)将该散热片的局部或全部安置为在该箱体内接近该进气口；(3)借由该热传递装置将该发热元件产生的热传递给该散热片；及(4)使从该进气口引入的空气通过该散热片以发散由该发热元件产生的热，然后将因通过该散热片而提高了温度的空气自该排放口排放至该箱体以外，借此冷却该箱体。
3．如权利要求2的方法，其特征在于，该热传递装置包含至少一个热导管。
4．如权利要求1至3项中任一项的方法，其特征在于，该箱体为垂直和/或水平地安装，且在该箱体为垂直安装时，该散热片以定位在该发热元件附近或该发热元件的水平方向上方的方式安装。
5．如权利要求1至4项中任一项的方法，其特征在于，还将一排气扇安装为接近该排放口。
6．一种用来冷却容纳有发热元件的箱体的装置，其包含一进气口，其自该箱体之外引入空气；一排放口，其将空气排放至该箱体之外；及一散热片，其局部或完全安置为在该箱体内接近该进气口；其中自该进气口引入的空气通过该散热片发散由该发热元件产生的热，然后因通过该散热片而提高了温度的空气自该排放口排放至该箱体以外，借以冷却该箱体。
7．一种用来冷却容纳有发热元件的箱体的装置，其包含一进气口，其自该箱体之外引入空气；一排放口，其将空气排放至该箱体之外；一散热片，其局部或完全安置为在该箱体内接近该进气口；及热传递装置，其将该发热元件产生的热传导至该散热片；其中由该发热元件产生的热借由该热传递装置传导至该散热片，自该进气口引入的空气通过该散热片发散由该发热元件产生的热，然后因通过该散热片而提高了温度的空气自该排放口排放至该箱体以外，借以冷却该箱体。
8．如权利要求7的装置，其特征在于，该热传递装置包含至少一个热导管。
9．如权利要求6至8项中任一项的装置，其特征在于，该箱体为垂直和/或水平地安装，且在该箱体为垂直安装时，该散热片以定位在该发热元件附近或该发热元件的水平方向上方的方式安装。
10．如权利要求6或7的装置，其特征在于，该散热片构成一散热器，该散热片固定于一底座构件与一装配构件之间成夹置状态。
11．如权利要求6至10项中任一项的装置，其特征在于，还将一排气扇安装为接近该排放口。
全文摘要
一种对容纳有发热元件的箱体进行冷却的方法,其包含以下步骤:(1)在该箱体内设置一用以引入外界空气的进气口及一使空气自该箱体排放至外界的排放口,且在该箱体内安装一散热片;(2)将该散热片的局部或全部安置为在该箱体内接近该进气口;及(3)使从该进气口引入的空气通过该散热片以发散由该发热元件产生的热,然后将因通过该散热片而提高了温度的空气自该排放口排放至该箱体以外,借此冷却该箱体。
文档编号H05K7/20GK1320357SQ00801724
公开日2001年10月31日 申请日期2000年8月15日 优先权日1999年8月18日
发明者佐佐木千佳, 凤康宏 申请人:索尼电脑娱乐公司