專利名稱：具有加熱元件的電路板散熱器和熱框結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及電路板組件和在零度環(huán)境溫度以下的擴(kuò)展操作和冷開機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)下預(yù)熱電路板組件的設(shè)備。
背景技術(shù)：
本部分提供涉及本公開的背景信息，所述背景信息不一定是現(xiàn)有技術(shù)。具有傳導(dǎo)冷卻和/或?qū)α骼鋮s的印刷電路組件、片和/或單板計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在許多實(shí)例中具有在0°c以下的環(huán)境溫度下冷開機(jī)啟動(dòng)的限制。許多商用的處理器設(shè)計(jì)成在0 rc)溫度以上啟動(dòng)。這些設(shè)備通常還包括散熱器和/或熱框結(jié)構(gòu)，所述散熱器和/或熱框結(jié)構(gòu)一般用于移除和消散正在工作的部件所產(chǎn)生的熱量。在啟動(dòng)期間，尤其是低于0 rc)溫度時(shí)，因?yàn)樯崞骱?或熱框結(jié)構(gòu)對(duì)流或傳導(dǎo)地消散在中央處理器啟動(dòng)時(shí)系統(tǒng)所需的熱量，所以，散熱器和/或熱框結(jié)構(gòu)的熱傳遞性能將進(jìn)一步阻礙冷開機(jī)啟動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本部分提供了本公開的概述，而不是具有本公開的全部范圍或所有特征的全面公開。根據(jù)一些實(shí)施例，電路板組件包括在冷啟動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行的加熱設(shè)備，所述電路板組件包括印刷電路板。中央處理單元(central processing unit,CPU)被安裝在所述印刷電路板上。熱傳遞設(shè)備被連接到所述印刷電路板，當(dāng)CPU工作時(shí)所述熱傳遞設(shè)備起作用以移除CPU產(chǎn)生的熱量。加熱設(shè)備運(yùn)行來加熱所述熱量傳遞設(shè)備。當(dāng)檢測(cè)到限定CPU或所述熱量傳遞設(shè)備的冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度時(shí)，所述加熱設(shè)備被通電。所述加熱設(shè)備將熱能量輸入引導(dǎo)到所述熱量傳遞設(shè)備內(nèi)，以將所述熱量傳遞設(shè)備和CPU加熱到高于冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度的溫度。根據(jù)其他實(shí)施例,包括在冷開機(jī)啟動(dòng)時(shí)工作的加熱設(shè)備的電路板組件包括具有計(jì)算機(jī)部件的電路板。當(dāng)所述計(jì)算機(jī)部件工作時(shí)，連接到所述電路板的熱量傳遞設(shè)備作用來移除由所述計(jì)算機(jī)部件產(chǎn)生的熱量。加熱設(shè)備運(yùn)行來加熱所述熱量傳遞設(shè)備。當(dāng)在計(jì)算機(jī)部件或所述熱量傳遞設(shè)備處檢測(cè)到限定冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fieldprogrammable gate array,FPGA)使所述加熱設(shè)備通電，以加熱所述熱量傳遞設(shè)備，因此將所述計(jì)算機(jī)部件加熱到高于所述冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度的溫度。連接到所述加熱設(shè)備的控制設(shè)備提供所述加熱設(shè)備的操作模式。根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，提供了一種傳遞熱量到電路板組件的部件和從所述電路板組件的部件中傳遞熱量的方法。所述電路板組件包括中央處理單元、印刷電路板、熱量傳遞設(shè)備和在冷啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)工作的加熱設(shè)備。所述方法包括將所述熱量傳遞設(shè)備定位成接觸所述印刷電路板；以及當(dāng)CPU溫度等于限定冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度時(shí)使所述加熱設(shè)備通電，以加熱所述熱量傳遞設(shè)備，其后所述熱量傳遞設(shè)備加熱CPU。根據(jù)在此提供的說明，其他可應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)⒆兊妹黠@。在本發(fā)明內(nèi)容中的說明和 特定的示例僅是為了說明的目的，而并非為了限制本公開的范圍。


文中說明的附圖僅是為了說明所選擇的實(shí)施例而非所有的可能實(shí)現(xiàn)，并且并不打算限制本公開的范圍。
圖1示出了容納本公開的電路板組件的示例性的盒的左前透視圖2示出了本公開的傳導(dǎo)式加熱/冷卻的電路板組件的左上透視圖3示出了圖2的電路板組件的分解組裝圖4示出了圖2的電路板組件的俯視平面圖5示出了圖2的電路板組件的仰視平面圖6示出了本公開的加熱設(shè)備的左上透視圖7示出了本公開的對(duì)流式加熱/冷卻的電路板組件的左上透視圖8示出了圖7的對(duì)流式加熱/冷卻的電路板組件的分解圖9A示出了本公開的加熱器控制系統(tǒng)的電路圖的第一部分；
圖9B示出了本公開的加熱器控制系統(tǒng)的電路圖的第二部分；
在附圖的一些視圖中，相應(yīng)的附圖標(biāo)記表不相應(yīng)的部件。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將參考附圖，更充分地闡述示例實(shí)施例。
參考圖1，電路板組件10可適于滑動(dòng)地插入殼體(諸如盒12等)。電路板組件10可滑動(dòng)地容納在第一盒壁18和第二盒壁20中的每一個(gè)中所形成的第一板插槽14和第二板插槽16內(nèi)。盒12可包括一組第一和第二板插槽14，16以容納單個(gè)的電路板組件，或多組第一和第二板插槽14，16以容納多個(gè)電路板組件。盒12可用作可暴露于大氣溫度環(huán)境的通信設(shè)備(諸如收音機(jī)或計(jì)算機(jī)站等)的殼體。因此，盒12及其中的部件可暴露在從大約_45°C到大約35°C的范圍的環(huán)境溫度。
參考圖2，電路板組件10可以包括具有電路板的安裝板/蓋22 (諸如連接到安裝板/蓋22的印刷電路板24等)。一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)部件26連接到印刷電路板24，所述印刷電路板24可包括諸如中央處理單元(CPU)28、DIP開關(guān)30、多個(gè)存儲(chǔ)器設(shè)備32以及其他部件(諸如M0SFET、電源電路和/或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(field programmable gate array,FPGA)等)等，這些部件參考圖4-圖5來更詳盡地示出。在操作期間，例如經(jīng)由可與部件外殼36形成一體的熱交換片34，通過熱量傳遞，以對(duì)流的方式部分地消散由CPU 28產(chǎn)生的熱量。
為進(jìn)一步改善電路板組件10的發(fā)熱部件的熱量傳遞能力，導(dǎo)熱傳遞設(shè)備38(諸如熱框(heatframe)40等)可被連接到安裝板/蓋22。熱框40位于電路板組件10的所有發(fā)熱部件(包括CPU 28)附近并為所述發(fā)熱部件提供另外的導(dǎo)熱傳遞路徑。
當(dāng)CPU 28作為商用級(jí)設(shè)備被提供時(shí)，CPU 28可能具有啟動(dòng)限制或當(dāng)CPU 28和/或電路板組件10的其他部件處于從(TC到大約-45°c的范圍內(nèi)時(shí)可能不能夠啟動(dòng)。對(duì)于所述操作溫度范圍，本文統(tǒng)稱為冷啟動(dòng)狀態(tài)，熱量傳遞設(shè)備38或CPU 28的溫度可分別在大約(TC到_45°C之間的范圍內(nèi)。由于CPU 28可能不能夠在所述冷啟動(dòng)狀態(tài)期間啟動(dòng)，因此，將加熱設(shè)備42提供到電路板組件10，以將CPU 28預(yù)熱到高于(TC。根據(jù)一些實(shí)施例，加熱設(shè)備42是在5伏特和3安培的輸入下額定功率為15瓦特的電阻絲元件加熱器。根據(jù)一些實(shí)施例，加熱設(shè)備42可以是由明尼蘇達(dá)州，明尼阿波利斯市的明科公司(Minco Corporation ofMinneapolis, Minnesota)提供的可彈性變形的聚酰亞胺加熱器(elastically flexiblepolyimide heater)。為了使熱量傳遞最大化,使用固著劑46 (諸如導(dǎo)熱的或非導(dǎo)熱的粘合齊U)將加熱設(shè)備42固定在熱框插槽44中。加熱設(shè)備42的加熱器端子48被連接到設(shè)置有印刷電路板24的加熱器控制電路50。在由電源電路(在該視圖中未示出)供電的情形下，使用加熱器控制電路50控制加熱設(shè)備42的打開(on)和/或關(guān)閉(off)操作的時(shí)間間隔和開關(guān)循環(huán)。參考圖3，電路板組件10以如下方式組裝。印刷電路板24例如通過緊固而連接到安裝板/蓋22。在示出的實(shí)施例中，CPU 28和存儲(chǔ)設(shè)備32離開所述安裝板/蓋22相向而對(duì)。熱量傳遞設(shè)備(在實(shí)施例中示出為熱框40)例如通過緊固同時(shí)被連接到印刷電路板24和安裝板/蓋22。加熱設(shè)備42被連接到所述熱框40并且電連接到所述印刷電路板24，使得當(dāng)通電時(shí)來自加熱設(shè)備42的熱量以傳導(dǎo)的方式分散經(jīng)過所述熱框40。然后第二蓋板52可被連接到所述熱框40。參考圖4和圖2，連接到印刷電路板24的上側(cè)面/第一側(cè)面54的部件包括CPU
28、存儲(chǔ)設(shè)備32、可被連接到所述加熱器控制電路50的MOSFET 56、以及PCH 58。電路板組件10的印刷電路板24還可包括第一溫度監(jiān)視設(shè)備60 (諸如運(yùn)行來檢測(cè)所述熱量傳遞設(shè)備38的溫度Tl的入口熱量傳感器(inlet thermal sensor))。電路板組件10的印刷電路板24還可包括第二溫度監(jiān)視設(shè)備62 (諸如檢測(cè)CPU 28的溫度T2的入口熱量傳感器)。參考圖5、圖2和圖4，連接到印刷電路板24的下側(cè)面/第二側(cè)面64的部件包括另外的存儲(chǔ)設(shè)備32和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)66。FPGA 66用作主要的熱量管理控制器。FPGA 66控制加熱設(shè)備42的“打開(通電)”和“關(guān)閉(斷電)”時(shí)間。對(duì)于自動(dòng)溫度控制功能，F(xiàn)PGA 66從第一和第二溫度監(jiān)視設(shè)備60，62接收溫度示數(shù)Tl，T2，以及接收來自CPU 28的溫度，并且當(dāng)存在表示冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度時(shí)，給所述加熱設(shè)備42通電。在第一預(yù)定時(shí)間段(例如大約4分鐘)之后，F(xiàn)PGA 66自動(dòng)地使加熱設(shè)備42斷電，并在第二預(yù)定時(shí)間段(例如大約I分鐘)內(nèi)將所述加熱設(shè)備42維持在所述斷電狀態(tài)，重新分析來自CPU 28的和來自第一和第二溫度監(jiān)視設(shè)備60，62的溫度示數(shù)T1，T2，并且識(shí)別加熱設(shè)備42是否需要進(jìn)一步運(yùn)行。必須重復(fù)所述步驟，直到來自CPU 28和來自所述第一和第二溫度監(jiān)視設(shè)備60，62的溫度示數(shù)Τ1，Τ2表明不再存在表示冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度。FPGA 66通過MOSFET 56和加熱器控制電路50控制加熱設(shè)備42。中央處理單元(CPU)28被安裝到電路板組件10。熱量傳遞設(shè)備38被連接到電路板組件10，并且當(dāng)CPU 28以比冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度高的溫度運(yùn)行時(shí)正常作用以移除CPU 28產(chǎn)生的熱量。加熱設(shè)備42被連接到或可固定到所述熱量傳遞設(shè)備38。當(dāng)檢測(cè)到限定熱量傳遞設(shè)備38和/或CPU 28的冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度時(shí)，所述加熱設(shè)備42被通電。加熱設(shè)備42將熱量輸入引導(dǎo)到熱量傳遞設(shè)備38內(nèi)，以便將熱量傳遞設(shè)備38，進(jìn)而將CPU 28和/或任何其他的計(jì)算機(jī)部件26加熱到高于冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度。參考圖6和圖2，加熱設(shè)備42既可是縱向易彎曲的，并且也可是橫向易彎曲的(可彈性彎曲)，以使所述加熱設(shè)備42被準(zhǔn)確地定位和與熱框插槽44的表面幾何形狀相配合。根據(jù)一些實(shí)施例，加熱設(shè)備42包括形成有電阻元件70的蝕刻底座68。各個(gè)加熱器端子48a，48b被連接到電阻元件70的相對(duì)端。根據(jù)一些實(shí)施例，加熱設(shè)備42的額定電流是3安培，但是可以根據(jù)熱框40和印刷電路板24的容量變化。柔性絕緣層72可以被應(yīng)用到蝕刻底座68上，所述蝕刻底座68電隔離并且保護(hù)電阻元件70，并且所述蝕刻底座68提供使用固著劑而固定于熱框插槽44的光滑表面區(qū)域。參考圖7和圖2，根據(jù)另外的實(shí)施例，不同于電路板組件10，電路板組件74主要作為對(duì)流加熱/冷卻組件。電路板組件74包括安裝板/蓋76，印刷電路板78例如通過緊固而連接到所述安裝板/蓋76。安裝板/蓋76還可包括加熱設(shè)備插槽80，加熱設(shè)備82被固定在所述加熱設(shè)備插槽80中，加熱設(shè)備82在設(shè)計(jì)和操作上類似于加熱設(shè)備42。當(dāng)通電時(shí)，加熱設(shè)備82加熱安裝板/蓋76和連接到安裝板/蓋76的第一和第二散熱器84，86。在電路板組件74的操作模式期間，印刷電路板78的部件(其類似于印刷電路板24的部件)在冷啟動(dòng)狀態(tài)期間可被類似地加熱，或當(dāng)加熱設(shè)備82斷電時(shí)，通過經(jīng)由第一和第二散熱器84，86的對(duì)流式熱量傳遞來冷卻。繼續(xù)參考圖7、圖1和圖2，電路板組件74以及電路板組件10還可包括可用于將電路板組件10，74以可拆卸的方式連接到盒12的解鎖/閉鎖設(shè)備88。參考圖8，示出了在組裝之前的電路板組件74的部件。第一和第二散熱器84，86連接到安裝板/蓋76。解鎖/閉鎖設(shè)備88設(shè)置有端板組件90，所述端板組件90連接到安裝板/蓋76。加熱設(shè)備82可在安裝安裝板/蓋76到電路板78之前連接到安裝板/蓋76，然后電連接到電路板78。參考圖9A和9B，并且繼續(xù)參考圖2_圖5，加熱器控制電路50的部件可包括DIP開關(guān)30、第一多工器92、第二多工器94、第三多工器96、第四多工器98、第一解碼器100、第二解碼器102、第三解碼器104、第四解碼器106、第五解碼器108、第六解碼器110、第七解碼器112和第八解碼器114。第一多工器92通過DIP開關(guān)30，30’來實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱設(shè)備42，82的控制。在通過FPGA寄存器SPARE_DIP_REG(5)配置加熱設(shè)備42，82的情形下，DIP開關(guān)30，30’可以手動(dòng)地打開/關(guān)閉加熱設(shè)備42，82。如果寄存器SPARE_DIP_REG(5)被斷言(asserted),則加熱設(shè)備42，82的使用取決于DIP開關(guān)30，30’的狀態(tài)。如果寄存器SPARE_DIP_REG(5)沒有被斷言，則加熱設(shè)備42，82始終啟用。第一解碼器100用作溫度狀態(tài)解碼器。通過下面的任何FPGA寄存器的值來解碼溫度狀態(tài):1)CPU封裝溫度(TPACK_REG) ;2)入口溫度傳感器狀態(tài)(INLET_STAT_REG);或3)出口溫度傳感器狀態(tài)(OUTLET_STAT_REG)。為解碼器100提供下面的溫度狀態(tài)。I) NORMAL (正常):a)CPU 28封裝溫度高于200C (界限可配置成從20°C到34°C);或b)電路板24，78入口溫度傳感器讀數(shù)高于-10°C;或c)電路板24，78出口溫度傳感器讀數(shù)高于-10°C ;2) COLD (冷):a)CPU 28封裝溫度低于20°C;或b)電路板24，78入口溫度傳感器讀數(shù)低于-10°C;或c)電路板24，78出口溫度傳感器的讀數(shù)低于-10°C;3) FROZEN (非常冷):a)CPU 28封裝溫度低于15°C (界限可配置成從15°C到22°C);或b)電路板24，78入口溫度傳感器讀數(shù)低于-15°C ;或c)電路板24，78出口溫度傳感器讀數(shù)低于-15°C;4)DEAD (死機(jī)):a)CPU 28封裝溫度低于0°C (界限可配置成從0°C到TC) ;b)電路板24，78入口溫度傳感器讀數(shù)低于-45°C ;或c)電路板24，78的出口溫度傳感器讀數(shù)低于-45 °C。
第二解碼器102為加熱設(shè)備提供手動(dòng)控制狀態(tài)。所述手動(dòng)控制狀態(tài)通過下面的FPGA寄存器的值來解碼:PWM控制(PWM_REG) (7)。解碼器102的狀態(tài)是a) NORMAL (正常):加熱設(shè)備42，82被手動(dòng)關(guān)閉(OFF) ;*b)H0T (熱):加熱設(shè)備42，82被手動(dòng)打開(ON)。
多工器92用作溫度狀態(tài)選擇器。如果’heater_usage_off’信號(hào)是“0”，則加熱設(shè)備狀態(tài)只可以是NORMAL狀態(tài)。在NORMAL狀態(tài)，加熱設(shè)備關(guān)閉。否則，如果“heater_usage_off”信號(hào)是“ I”，加熱設(shè)備狀態(tài)可以是NORMAL、HOT、COLD、FROZEN或DEAD狀態(tài)。
多工器94用作熱量管理啟用器。所述熱量管理功能在負(fù)溫度時(shí)可以通過下面的寄存器來禁用/啟用:PWM控制(PWM_REG)位6。如果PWM_REG(6)被斷言，則啟用熱量管理，因此，加熱設(shè)備可以是NORMAL、COLD、FROZEN或DEAD狀態(tài)。否則，如果PWM_REG (6)未被斷言，則禁用熱量管理，并且加熱設(shè)備可能僅是NORMAL或HOT狀態(tài)。
第三解碼器104用作COLD狀態(tài)加熱設(shè)備啟用正脈沖寬度解碼器。在COLD狀態(tài)，所述加熱設(shè)備可每隔4分鐘打開/關(guān)閉一次。通過寄存器PWM控制(PWM_REG)位[1:0]配置打開時(shí)間。在 a)PWM_REG(l:0)= “00” 時(shí)，打開時(shí)間是 239904ms (3.9984min) ；b)PWM_REG (1:0) =”01”時(shí)，打開時(shí)間是 239936ms(3.99893min);c)PWM_REG (1:0) =“ 10”時(shí)，打開時(shí)間是 239968ms(3.999467min);以及 d) PWM_REG(1:0) =^‘11”時(shí)，打開時(shí)間是 240000ms (4.0min，始終打開)。
第四解碼器106用作COLD狀態(tài)加熱設(shè)備啟用負(fù)脈沖寬度解碼器。在COLD狀態(tài)，通過寄存器PWM控制(PWM_REG)位[1:0]，配置加熱設(shè)備的關(guān)閉時(shí)間。在a) PWM_REG (1:0)^00”時(shí)，關(guān)閉時(shí)間是 96ms ；b)PWM_REG(l:0)= “01”時(shí)，關(guān)閉時(shí)間是 64ms ;c) PWM_REG (1:0) =”10”，關(guān)閉時(shí)間是32ms ;&&d)PWM_REG(l:0)= “ 11”，關(guān)閉時(shí)間是0ms，始終打開。
第五解碼器108用作FROZEN狀態(tài)加熱設(shè)備啟用正脈沖寬度解碼器。在FROZEN狀態(tài)，所述加熱設(shè)備可每隔6分鐘打開/關(guān)閉一次。通過寄存器PWM控制(PWM_REG)位[3:2]配置打開時(shí)間。在&) 麗_1 6(3:2 )=“00”時(shí)，打開時(shí)間是 35990411^(5.99841^11)；b)PWM_REG(3:2)=”01” 時(shí)，打開時(shí)間是 359936ms (5.99893min) ；c) PWM_REG(3:2) = “10”時(shí)，打開時(shí)間是 359968ms (5.999467min);以及 d)PWM_REG(1:0) = “11” 時(shí)，打開時(shí)間是360000ms (6.0min,始終打開)。
第六解碼器110用作FROZEN狀態(tài)加熱設(shè)備啟用負(fù)脈沖寬度解碼器。在FROZEN狀態(tài)，通過寄存器P麗控制(PWM_REG)位[3:2]配置加熱設(shè)備的關(guān)閉時(shí)間。在a)PWM_REG(3:2)= “00”時(shí)，關(guān)閉時(shí)間是 96ms ；b)PWM_REG(3:2)= ”01”時(shí)，關(guān)閉時(shí)間是 64ms ；c)PWM_REG(3:2)= “10”時(shí)，關(guān)閉時(shí)間是 32ms;以及 d)PWM_REG(1:0) = “ 11”時(shí)，關(guān)閉時(shí)間是 0ms，(始終打開)。
第七解碼器112用作DEAD狀態(tài)加熱設(shè)備啟用正脈沖寬度解碼器。在DEAD狀態(tài)，所述加熱設(shè)備可每隔8分鐘打開/關(guān)閉一次。通過寄存器PWM控制(PWM_REG)位[5:4]配置打開時(shí)間。在 a)PWM_REG(5:4)= “00” 時(shí)，打開時(shí)間是 479904ms(7.9984min) ；b)PWM_REG(5:4)= ”01”時(shí)，打開時(shí)間是 479936ms(7.99893min)；c)PWM_REG(5:4) =“ 10”時(shí)，打開時(shí)間是479968ms(7.999467min);以及 d)PWM_REG(5:4)^ll”時(shí)，打開時(shí)間是470000ms (8.0min,始終打開)。
第八解碼器114用作DEAD狀態(tài)加熱設(shè)備啟用負(fù)脈沖寬度解碼器。在DEAD狀態(tài)，通過寄存器PWM控制(PWM_REG)位[5:4]配置加熱設(shè)備的關(guān)閉時(shí)間。在8) 麗_1 6(5:4)#00”時(shí)，關(guān)閉時(shí)間是 96ms ;b)PWM_REG(5:4)=”01“關(guān)閉時(shí)間是 64ms ；c)PWM_REG (5:4) = “10”時(shí)，關(guān)閉時(shí)間是32ms;以及d)PWM_REG(5:4)= “11”時(shí)，關(guān)閉時(shí)間是0ms，(始終打開)。多工器98用作加熱設(shè)備啟用模式多工器。在NORMAL狀態(tài)，加熱設(shè)備關(guān)閉。在HOT狀態(tài)，加熱設(shè)備打開。在COLD狀態(tài)，加熱設(shè)備每隔4分鐘打開/關(guān)閉一次。在FROZEN狀態(tài)，加熱設(shè)備每隔6分鐘打開/關(guān)閉一次。在DEAD狀態(tài),加熱設(shè)備每隔8分鐘打開/關(guān)閉一次。手動(dòng)打開/關(guān)閉加熱設(shè)備有兩種選擇。第一選擇或選擇1通過DIP開關(guān)30起作用。這如下來實(shí)現(xiàn):a)通過將SPARE_DIP_REG(7:0)寄存器的值配置為“00100000”來啟用DIP開關(guān)；或b)通過將PWM_REG位6的值配置為‘0’來禁用熱量管理功能。當(dāng)DIP開關(guān)30關(guān)閉時(shí)，加熱設(shè)備打開。當(dāng)DIP開關(guān)30打開時(shí)，加熱設(shè)備關(guān)閉。第二選擇或選擇2是通過寄存器訪問(Register Access)。其如下來實(shí)現(xiàn):a)通過將PWM_REG位6的值配置為‘0’來禁用熱量管理功能；或b)通過向PWM_REG位7寫入‘0’來使加熱設(shè)備關(guān)閉。如本文提到的，冷啟動(dòng)狀態(tài)可以包括在大約0°C到_45°C之間的范圍內(nèi)的環(huán)境和/或部件溫度。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)電路板組件的部件在上述溫度范圍內(nèi)并且有跡象表明CPU 28未運(yùn)行時(shí)，本公開的電路板組件的加熱設(shè)備的操作可以是連續(xù)的或間歇的。還應(yīng)當(dāng)指出的是，如果所檢測(cè)到的電路板組件的任何部件(包括CPU 28)的溫度被確定落入到大約0°C到_45°C的冷啟動(dòng)狀態(tài)溫度范圍內(nèi)，則當(dāng)CPU 28運(yùn)行時(shí)，可能出現(xiàn)加熱設(shè)備運(yùn)行。電路板組件10可以包括加熱器控制電路50，所述加熱器控制電路50連接到第一和第二溫度監(jiān)視設(shè)備60，62并且連接到加熱設(shè)備42的加熱器端子48。加熱器控制電路50在從第一或第二溫度監(jiān)視設(shè)備60，62中的至少一個(gè)接收到表示冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度信號(hào)S1或S2時(shí)運(yùn)行以為加熱設(shè)備42通電。如本文提到的，冷啟動(dòng)狀態(tài)被定義為熱量傳遞設(shè)備38或CPU 28在大約0°C到_45°C之間的溫度。預(yù)計(jì)在長時(shí)間關(guān)閉電路板組件10后，所述熱量傳遞設(shè)備38和CPU 28應(yīng)該具有與周圍大氣溫度對(duì)應(yīng)的相同的溫度。另外，預(yù)計(jì)在所述熱量傳遞設(shè)備38和CPU 28運(yùn)行期間，在熱量傳遞設(shè)備38和CPU 28之間會(huì)出現(xiàn)溫度差異。在操作狀態(tài)下，如果熱量傳遞設(shè)備38和/或CPU 28中的任何一個(gè)或兩個(gè)的溫度在大約0°C到_45°C之間，則所述加熱設(shè)備42將被通電。參考圖2和圖6，根據(jù)一些實(shí)施例，所述熱量傳遞設(shè)備38被提供作為熱框40，所述熱框40可以是金屬材料(諸如鋁)以增加其熱傳遞系數(shù)。所述加熱設(shè)備42包括至少一個(gè)電阻元件70和絕緣層72 (其可是聚合材料)。絕緣層72被粘接或固定到熱框32，以將熱量從加熱設(shè)備42的電阻元件70傳導(dǎo)到熱框32，從而增加CPU 28和/或任何其他的計(jì)算機(jī)部件26的溫度。參考圖6和圖7，根據(jù)一些實(shí)施例，熱量傳遞設(shè)備是散熱器(諸如第一和第二散熱器84，86等)。第一和第二散熱器84，86可以是金屬材料(諸如鋁或)，以使熱量傳遞最大化。加熱設(shè)備82類似于加熱設(shè)備42，并且因此包括至少一個(gè)電阻元件和絕緣層。加熱設(shè)備82的絕緣層被固定到所述第一和第二散熱器84，86，從而以對(duì)流的方式將熱量從加熱設(shè)備82傳遞到第一和第二散熱器84，86，并且因此增加CPU 28的溫度。使用FPGA 66和MOSFET 56來為加熱設(shè)備42，82提供一些操作模式。在第一操作模式中，當(dāng)從第一或第二溫度監(jiān)視設(shè)備60，62感測(cè)到的溫度表明任何計(jì)算機(jī)部件26 (諸如CPU 28、熱框40或第一或第二散熱器84，86)的溫度等于或小于(TC時(shí)，F(xiàn)PGA 66命令加熱設(shè)備42，82通電。加熱設(shè)備42或82將在第一預(yù)定時(shí)間段(大約4分鐘)內(nèi)保持通電(打開)，并且接著在第二預(yù)定時(shí)間段(大約I分鐘)內(nèi)斷電(關(guān)閉)，所述兩種時(shí)間段共同定義了打開/關(guān)閉循環(huán)。然后識(shí)別系統(tǒng)部件和/或熱框40或第一和第二散熱器84，86的溫度，并且如果所有部件的溫度都大于0°C，則終止加熱設(shè)備42，82的操作。如果任何系統(tǒng)部件和/或熱框40和/或第一和第二散熱器84，86的任何檢測(cè)溫度等于或低于0°C，則啟動(dòng)加熱設(shè)備42或82的打開/關(guān)閉循環(huán)的另一第一模式之后，再次進(jìn)行部件溫度識(shí)別。在第二操作模式中，類似于第一操作模式，當(dāng)從第一或第二溫度監(jiān)視設(shè)備60，62檢測(cè)到的溫度或CPU 28的溫度表明計(jì)算機(jī)部件26、熱框40或第一或第二散熱器84，86中的任何一個(gè)在_45°C和大約_15°C之間的范圍內(nèi)時(shí)，加熱設(shè)備42，82通電。在一個(gè)或更多個(gè)打開/關(guān)閉循環(huán)中重復(fù)所述操作，直到第一和第二溫度監(jiān)視設(shè)備60，62檢測(cè)到的溫度和CPU28的溫度都在大約-15°C和0°C之間。對(duì)于大約-15°C和0°C之間的檢測(cè)溫度，在每一個(gè)打開/關(guān)閉循環(huán)中，加熱設(shè)備42，82在大約I到2分鐘的較短的第三預(yù)定時(shí)間段內(nèi)通電，并且接著在大約2到4分鐘的較長的第四時(shí)間段內(nèi)斷電。此外，一旦指示的第一和第二熱量傳感器(諸如第一和第二溫度監(jiān)視設(shè)備60，62)的溫度和CPU 28的溫度都大于(TC時(shí)，則終止加熱設(shè)備42，82的操作。當(dāng)CPU 28運(yùn)行來確定CPU 28的溫度或任何計(jì)算機(jī)部件26的溫度是否低于(TC時(shí)，還周期性的監(jiān)控來自第一和第二溫度監(jiān)視設(shè)備60，62的溫度，并且如果低于零度，則啟動(dòng)加熱操作模式。文中參考圖9說明了加熱器控制電路50的另外的操作模式。本公開的加熱設(shè)備42，82結(jié)合熱量傳遞設(shè)備(諸如熱框40或散熱器84，86)的一起使用提供了一些優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)周圍溫度或部件溫度等于或低于部件的最低操作溫度時(shí)，通過直接向熱框或散熱器結(jié)構(gòu)增加熱量，通常被所述結(jié)構(gòu)冷卻的部件可以被預(yù)熱或加熱，以允許處理器啟動(dòng)。在部件操作期間，在部件溫度低于預(yù)定的最小閾值溫度(例如，CPU操作或啟動(dòng)的最低溫度)時(shí)，加熱設(shè)備的操作也可加熱部件。因此本公開的加熱設(shè)備利用通常用于冷卻系統(tǒng)部件或從系統(tǒng)部件中移除多余熱量的熱量傳遞途徑，以允許在低于部件的最低操作溫度的溫度下的系統(tǒng)操作，因此增大了系統(tǒng)操作狀態(tài)的范圍。通過在不同操作模式的加熱設(shè)備的操作排序，根據(jù)環(huán)境溫度最優(yōu)化系統(tǒng)預(yù)熱。文中最低系統(tǒng)溫度確定為_45°C，然而通過適當(dāng)?shù)馗淖兗訜嵩O(shè)備的尺寸或增加加熱設(shè)備的數(shù)量，還可實(shí)現(xiàn)低于所述溫度的操作。提供示例實(shí)施例以使本公開向本領(lǐng)域的技術(shù)人員完全地并且充分地傳達(dá)保護(hù)范圍。闡述了許多具體的細(xì)節(jié)(諸如具體部件、設(shè)備和方法的示例)來提供對(duì)本公開的實(shí)施例的透徹理解。對(duì)于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員而言，顯然沒必要采用特定的細(xì)節(jié)，示例性實(shí)施例可以許多不同的形式實(shí)施，并且示范實(shí)施例及其變型不應(yīng)解釋為限制本公開的范圍。在一些示例性實(shí)施例中，未詳細(xì)說明眾所周知的處理，眾所周知的設(shè)備結(jié)構(gòu)，以及眾所周知的技術(shù)。在此使用的術(shù)語只是為了闡述特定的示例性實(shí)施例，而不是為了限制。除非上下文清晰地表明另有所指，如本文所用的單數(shù)形式“一”、“所述”意在也包括復(fù)數(shù)形式。術(shù)語“包括”、“包含”和“具有”是包含性的，并且因此指明所述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在和添加一個(gè)或多個(gè)其他的特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組合。在此說明的方法步驟、處理和操作不解釋為必須要求它們按所討論的或說明的特定次序執(zhí)行，除非明確指出為執(zhí)行次序。還應(yīng)理解的是可使用另外的或替代的步驟。當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在另一元件或?qū)又稀?、“接合到”、“連接到”或“耦接到”另一元件或?qū)訒r(shí)，其可以指直接“在另一元件或?qū)又稀?，“接合到”、“連接到”或“耦接到”其他的元件或?qū)樱虼嬖谥虚g的元件或?qū)?。相比之下，?dāng)元件被稱為“直接在另一元件或?qū)又稀薄ⅰ爸苯咏Y(jié)合到”、“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件或?qū)訒r(shí)，則可能不存在中間的元件或?qū)印?yīng)以相似的方式解釋用于描述元件之間的關(guān)系的其他詞(例如，“在……之間”與“直接在……之間”、“相鄰”與“直接相鄰”，等)。如本文所用，術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的列出項(xiàng)目的任何和所有的組合。雖然術(shù)語第一、第二、第三等在此被使用以說明不同的元件、部件、區(qū)域、層和/或部分，這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)該被這些術(shù)語所限制。這些術(shù)語只被用于將一種元件、部件、區(qū)域、層和/或部分與另一種元件、部件、區(qū)域、層和/或部分區(qū)分開。除非上下文明確指示，在此使用的諸如“第一”、“第二”和其他的數(shù)字術(shù)語不表示順序或次序。因此，下面討論的第一元件、部件、區(qū)域、層或部分可以被稱為第二元件、部件、區(qū)域、層和或部分，而不脫離所述示例性實(shí)施例的教義。為了便于說明，本文中可使用空間相對(duì)關(guān)系術(shù)語(諸如“內(nèi)部的”，“外部的”，“在……之下”，“在……下面” “較低的” “在……上方” “上面的”等)，以說明在圖中示出的一種元件或特征相對(duì)于另一種元件或特征的關(guān)系?？臻g相對(duì)關(guān)系的術(shù)語意在包括除了在圖中描述的方位之外的使用或操作中的設(shè)備的不同方位。例如，如果圖中的設(shè)備翻轉(zhuǎn)，說明為“在其他元件或特征下面”或“在其他元件或特征之下”的元件將被定向?yàn)椤霸谄渌脑蛱卣髦稀?。因此，示例術(shù)語“在……之下”可同時(shí)包括在上和在下的方位。所述設(shè)備可被另外定位(旋轉(zhuǎn)的90度或在其他方位)，并相應(yīng)地解釋為本文所用的空間相對(duì)關(guān)系描述符。

出于說明和闡述的目的提供前述實(shí)施例的說明。其并非為了窮舉或限制本公開。特定的實(shí)施例的各個(gè)元件或特征通常不限于所述特定實(shí)施例，而在適用的情況下可相互交換，并且可被用于所選擇的即使未被具體地示出或闡述的實(shí)施例。各個(gè)元件或特征可以許多方式變化。所述變化并不被認(rèn)為脫離本公開，并且所有變型意在包含在本公開的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電路板組件，所述電路板組件包括在冷啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)運(yùn)行的加熱設(shè)備，所述電路板組件包括: 印刷電路板； 中央處理單元，所述中央處理單元被安裝到所述印刷電路板上； 熱量傳遞設(shè)備，所述熱量傳遞設(shè)備被連接到所述印刷電路板上，并且在所述中央處理單元運(yùn)行時(shí)起作用以移除所述中央處理單元產(chǎn)生的熱量；以及 加熱設(shè)備，所述加熱設(shè)備運(yùn)行來對(duì)所述熱量傳遞設(shè)備加熱，當(dāng)檢測(cè)到限定所述中央處理單元或所述熱量傳遞設(shè)備的冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度時(shí)使所述加熱設(shè)備通電，所述加熱設(shè)備將熱量輸入引導(dǎo)到所述熱量傳遞設(shè)備，以將所述熱量傳遞設(shè)備和所述中央處理單元加熱到高于所述冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度的溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的電路板組件，還包括第一溫度監(jiān)視設(shè)備，所述第一溫度監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行來檢測(cè)所述熱量傳遞設(shè)備的溫度。
3.如權(quán)利要求2所述的電路板組件，還包括第二溫度監(jiān)視設(shè)備，所述第二溫度監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行來檢測(cè)所述中央處理單元的溫度。
4.如權(quán)利要求3所述的電路板組件，還包括加熱器控制電路，所述加熱器控制電路被連接到所述第一和第二溫度監(jiān)視設(shè)備和所述加熱設(shè)備的加熱器端子，所述加熱器控制電路運(yùn)行為在接收到來自所述第一或第二溫度監(jiān)視設(shè)備中的至少一個(gè)的表示冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度信號(hào)時(shí)使加熱設(shè)備通電。
5.如權(quán)利要求1所述的電路板組件，其中，所述熱量傳遞設(shè)備是熱框。
6.如權(quán)利要求5所述的電路板組件，其中，所述加熱設(shè)備包括至少一個(gè)電阻元件和絕緣層，所述絕緣層固定到所述 熱框，以將熱量從所述加熱設(shè)備傳導(dǎo)到所述熱框，以增加所述中央處理單元的溫度。
7.如權(quán)利要求1所述的電路板組件，其中，所述熱量傳遞設(shè)備是散熱器。
8.如權(quán)利要求7所述的電路板組件，其中，所述加熱設(shè)備包括至少一個(gè)電阻元件和絕緣層，所述絕緣層固定到所述電路板組件，以將熱量從所述加熱設(shè)備傳導(dǎo)到所述散熱器，以增加所述中央處理單元的溫度。
9.如權(quán)利要求1所述的電路板組件，其中，所述冷啟動(dòng)狀態(tài)被限定為所述熱量傳遞設(shè)備或所述中央處理單元的溫度在大約0°C到-45°C之間。
10.如權(quán)利要求1所述的電路板組件，還包括控制電路，所述控制電路被連接到所述加熱設(shè)備，并且分別提供所述加熱設(shè)備的第一和第二操作模式，所述第一操作模式在所述熱量傳遞設(shè)備或所述中央處理單元的溫度等于或低于大約0°c時(shí)以順次重復(fù)在第一時(shí)間段使加熱設(shè)備通電并且在第二時(shí)間段使所述加熱設(shè)備斷電，而所述第二操作模式在所述熱量傳遞設(shè)備或所述中央處理單元的溫度等于或低于大約0°c時(shí)使所述加熱設(shè)備通電。
11.一種電路板組件，所述電路板組件包括在冷開機(jī)啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行的加熱設(shè)備，所述電路板組件包括: 電路板，所述電路板具有計(jì)算機(jī)部件； 熱量傳遞設(shè)備，所述熱量傳遞設(shè)備連接到所述電路板，并且在所述計(jì)算機(jī)部件運(yùn)行時(shí)起作用以移除所述計(jì)算機(jī)部件產(chǎn)生的熱量； 加熱設(shè)備，所述加熱設(shè)備運(yùn)行來加熱所述熱量傳遞設(shè)備；現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，當(dāng)檢測(cè)到限定所述計(jì)算機(jī)部件或所述熱量傳遞設(shè)備的冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度時(shí)，所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列使所述加熱設(shè)備通電，當(dāng)所述熱量傳遞設(shè)備被所述加熱設(shè)備加熱時(shí)，所述熱量傳遞設(shè)備將所述計(jì)算機(jī)部件加熱到高于冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度的溫度；以及 控制設(shè)備，所述控制設(shè)備被連接到所述加熱設(shè)備，所述控制設(shè)備提供所述加熱設(shè)備的操作模式。
12.如權(quán)利要求11所述的電路板組件，其中，所述操作模式包括當(dāng)所述熱量傳遞設(shè)備或所述計(jì)算機(jī)部件的溫度等于冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度時(shí)，在第一預(yù)定時(shí)間段使所述加熱設(shè)備通電，并且在第二預(yù)定時(shí)間段使所述加熱設(shè)備斷電，其中所述第一和第二預(yù)定時(shí)間段順次重復(fù)。
13.如權(quán)利要求12所述的電路板組件，其中，所述冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度在大約0°C到-45°C之間的范圍內(nèi)。
14.如權(quán)利要求12所述的電路板組件，其中，所述第一預(yù)定時(shí)間段是大約4分鐘，并且所述第二預(yù)定時(shí)間段是大約I分鐘。
15.如權(quán)利要 求11所述的電路板組件，其中，所述操作模式被定義為當(dāng)所述熱量傳遞設(shè)備或所述計(jì)算機(jī)部件的溫度等于或低于0°C時(shí)使所述加熱設(shè)備連續(xù)通電。
16.如權(quán)利要求11所述的電路板組件，其中，所述計(jì)算機(jī)部件是以最低溫度(TC運(yùn)行的中央處理單元。
17.如權(quán)利要求11所述的電路板組件，其中，所述計(jì)算機(jī)部件是單板計(jì)算機(jī)。
18.如權(quán)利要求11所述的電路板組件，其中，所述計(jì)算機(jī)部件是存儲(chǔ)單元。
19.如權(quán)利要求11所述的電路板組件，其中，所述熱量傳遞設(shè)備是熱框。
20.如權(quán)利要求11所述的電路板組件，其中，所述熱量傳遞設(shè)備是散熱器。
21.一種將熱量傳遞到電路板組件的部件或從電路板組件的部件中傳遞熱量的方法，所述電路板組件包括中央處理單元、印刷電路板、熱量傳遞設(shè)備和在冷啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)運(yùn)行的加熱設(shè)備，所述方法包括: 將所述熱量傳遞設(shè)備定位成接觸所述印刷電路板；以及 當(dāng)所述中央處理單元的溫度等于限定冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度時(shí)，使所述加熱設(shè)備通電，以加熱所述熱量傳遞設(shè)備，其后，所述熱量傳遞設(shè)備加熱所述中央處理單元。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括: 在第一時(shí)間段執(zhí)行所述通電步驟；以及 在第二時(shí)間段使所述加熱設(shè)備斷電。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，還包括: 確定所述中央處理單元溫度；以及 重復(fù)所述通電和斷電步驟，直到中央處理單元溫度高于0°C。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，還包括: 測(cè)量所述中央處理單元溫度；以及 當(dāng)所述中央處理單元溫度高于0°C時(shí)，終止所述通電和斷電步驟。
25.如權(quán)利要求22所述的方法還包括: 選擇所述第一時(shí)間段為4分鐘；以及設(shè)置所述第二時(shí)間段為I分鐘。
26.如權(quán)利要求22所述的方法，還包括: a)當(dāng)限定所述冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度在_45°C到-15°C之間時(shí): 選擇所述第一時(shí)間段為4分鐘；以及 設(shè)置所涉及第二時(shí)間段為I分鐘；以及 b)當(dāng)限定所述冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度在_15°C到0°C之間時(shí): 選擇所述第一時(shí)間段在I到2分鐘之間；以及 設(shè)置所述第二時(shí)間段在2到4分鐘之間。
27.如權(quán)利要求22所述的方法，還包括: 當(dāng)限定所述冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度在_45°C到-15°C之間時(shí)，設(shè)置所述第一時(shí)間段長于所述第二時(shí)間段；以及 當(dāng)限定所述冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度在-15°C到0°C之間時(shí)，設(shè)置所述第一時(shí)間段短于所述第二時(shí)間段。
28.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括:使用連接到所述加熱設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，控制所述加熱設(shè)備的操作模式。`
29.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括:將所述冷啟動(dòng)狀態(tài)限定為所述中央處理單元的溫度等于或低于0°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了具有用于在零度以下運(yùn)行的電路板的加熱元件的電路板散熱器和熱框結(jié)構(gòu)。電路板組件包括在冷開機(jī)啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行的加熱設(shè)備，所述電路板組件包括具有計(jì)算機(jī)部件的電路板。熱量傳遞設(shè)備被連接到所述電路板組件，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)部件運(yùn)行來移除由所述計(jì)算機(jī)部件產(chǎn)生的熱量時(shí)，所述熱量傳遞設(shè)備起作用。加熱設(shè)備運(yùn)行來加熱所述熱量傳遞設(shè)備。當(dāng)在所述計(jì)算機(jī)部件或熱量傳遞設(shè)備處檢測(cè)到定義冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列運(yùn)行以為所述加熱設(shè)備通電。當(dāng)熱量傳遞設(shè)備被加熱設(shè)備加熱時(shí)，所述熱量傳遞設(shè)備將計(jì)算機(jī)部件加熱到高于冷啟動(dòng)狀態(tài)的溫度。連接到加熱設(shè)備的控制設(shè)備提供加熱設(shè)備的操作模式。
文檔編號(hào)H05K7/20GK103140030SQ20121047236
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月21日
發(fā)明者卡梅洛·恩格拉西亞·巴基阿諾, 卡梅洛·德洛維諾·卡亞班, 保羅·弗朗西斯·布羅薩斯·蒙塔爾沃, 約瑟夫·埃斯托焦·塞洛西亞 申請(qǐng)人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源-嵌入式計(jì)算有限公司