CN107197588B - 电子装置及组装该电子装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子装置及组装该电子装置的方法。用于机动车辆的电子装置(10)包括：导热的壳体(12)，所述壳体(12)容纳印刷电路板(18)；和安装在所述印刷电路板(18)上的发热元件(20)。所述壳体(12)包括：壳体底座(14)，所述印刷电路板(18)安装在所述壳体底座(14)上；和与所述壳体底座(14)相对的盖(16)。第一散热金属结构(28)安装在所述发热元件(20)上，并且第二散热金属结构(38)形成为所述壳体的所述盖(16)的一部分并突出到所述壳体(12)中，所述第二散热金属结构(38)与所述第一散热金属结构(28)联接，以促进朝向所述壳体(12)的外部散去来自所述发热元件(20)的热能。

Description

电子装置及组装该电子装置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的电子装置，更具体地，涉及一种用于印刷电路板的散热装置。
背景技术
用于机动车辆的电子装置一般包括安装在印刷电路板上的电子元件。某些电子元件是发热元件。这些电子元件可能是微控制器，其数据处理速度使得这些微控制器在操作过程中变热，或者，再比如，这些电子元件可能是将高电流分配到车辆的设备的电子元件，或又简单的是在所述印刷电路板上的承载高电流的导电印制线。
为了冷却这些元件以避免它们发生故障，一个已知的解决方法是通过将这些元件直接热联接到该装置的导热壳体上来散去它们的热量。一般的，为了保证永久的热联接，特别当车辆(该装置装载在该车辆上)被开动并受到振动时，该壳体的盖(作为用于冷却这些元件的散热器)被拧紧到印刷电路板上，以保持盖的朝向壳体的内部突出的一部分持续接触到发热元件上。
已观察到，在这些装置的组装过程中，同样的在车辆(这些装置装载在该车辆上)被开动时这些装置受到振动时，拧紧到一起的这些组件的刚性会导致冷却元件发生故障，特别是这些元件的焊点的开裂或这些元件的其他损坏(该损坏导致元件发生故障)。也已观察到，这样的结构被证明是难以升级的，因为一般来说，在安装到印刷电路板上的电子元件的配置的硬件升级过程中，必须提供一种新的壳体的盖的设计，以适应盖的突起的布置，其中，所述突起直接与产生热的元件接触以确保它们的冷却。
因此，提供一种克服上述问题的新的解决方法是很重要的。
发明内容
一种用于机动车辆的电子装置包括：导热的壳体，所述壳体容纳印刷电路板；和安装在所述印刷电路板上的发热元件。所述壳体包括：壳体底座，所述印刷电路板安装在所述壳体底座上；和与所述壳体底座相对的盖。第一散热金属结构安装在诉搜狐发热元件上，并且第二散热金属结构形成为所述壳体的所述盖的一部分并突出到所述壳体中，所述第二散热金属结构与所述第一散热金属结构联接，以促进朝向所述壳体的外部散去来自所述发热元件的热能。
所述第一散热金属结构和所述第二散热金属结构均可以包括多个散热片，所述第一散热金属结构的所述散热片和所述第二散热金属结构的所述散热片相互交叉。交叉的所述散热片可以包括相互热联接的斜侧壁。所述第一散热金属结构比所述第二散热金属结构可以较少的散热片。所述电子装置可以包括位于交叉的所述散热片之间的间隙，所述间隙包含导热材料，以使得将交叉的所述散热片热联接。所述印刷电路板可以包括几个带有散热片的第一散热金属结构，其中，每个带有散热片的第一散热金属结构的高度适应于所述发热元件与所述壳体的所述盖的内表面间隔开的距离，以促进朝向所述壳体的外部散去来自所述发热元件的热能。所述壳体的所述盖可以包括几个带有散热片的第二散热金属结构，其中，每个带有散热片的第二散热金属结构的高度适应于所述发热元件与所述壳体的所述盖的内表面间隔开的距离，以促进朝向所述壳体的外部散去来自所述发热元件的热能。所述第一散热金属结构可以通过导热胶层固定到关联的所述发热元件上。所述壳体的所述盖可以包括在其外表面上的散热片。
一种组装上文所述的用于机动车辆的电子装置的方法包括步骤：
提供包括发热元件的印刷电路板；
将所述印刷电路板固定到壳体底座上；
将导热材料固定到所述发热元件上；
将带有散热片的第一散热金属结构固定到放置在所述发热元件上的所述导热材料上；
将另一种导热材料布置在固定到所述发热元件上的所述第一散热金属结构的所述散热片上；
为导热的壳体提供盖，所述盖包括带有朝向所述壳体的内部突出的散热片的结构；
通过以下方式封闭所述壳体：将所述壳体的所述盖放置在所述壳体底座上，以使得所述壳体的所述盖的带有散热片的所述结构与所述发热元件的带有散热片的所述第一散热金属结构交叉并且热联接，其中，所述热联接通过将提前布置在所述第一散热金属结构的所述散热片上的所述另一种导热材料压缩在交叉的所述散热片的侧壁之间来实现。
附图说明
本发明的其他特征、目的和优点在阅读以下通过非限制性实施例示出的详细描述和相关的附图后将更为明显，其中：
图1是根据本发明的第一实施例的用于机动车辆的电子装置的示意性分解立体图和横截面图。
图2是图1中的组装好的电子装置的示意性横截面图。
图3是图1中的组装好的电子装置的示意性横截面图，其中，电子元件的布置被改良过。
图4是图1中的电子装置的印刷电路板的示意图。
图5是图1中的电子装置的印刷电路板装配有散热结构的示意图。
具体实施方式
根据图1和图2，用于车辆的电子装置10包括由壳体底座14和盖16形成的壳体12以及在壳体12内部安装在壳体底座14上的印刷电路板18。
印刷电路板18上装备有通过导电印制线24(例如铜印制线)连接到一起的电子元件20。电子元件20和印刷电路板上由导电印制线24穿过的区域被第一导热黏胶材料26(例如导热膏)所覆盖。第一导热材料26优选采用双面型胶条的形式。第一散热金属结构28由于导热材料26的黏性固定到第一导热材料26上。电子元件20和印刷电路板的由导电印制线24穿过的区域22是发热元件并且被第一散热金属结构28冷却。尽管在本发明的下述说明部分中电子装置10包括两个发热元件，但是很明显，本发明覆盖包括至少一个发热元件20的电子装置10的所有实施方式。
根据图1，在该描述的下述部分和以非限制方式，正交坐标系限定了垂直轴V、横轴T和纵轴L。
第一散热金属结构28包括尺寸与发热元件的表面积大体相似的底板30，散热片32在该底板上沿着垂直轴V朝向与壳体底座14相对的壳体的盖16的内表面36延伸。散热片32具有穿过横轴T的三角形形状的横截侧面。每个散热片32的顶端33沿着底板30、沿着纵轴L全程延伸。散热片32的基部35在横向上以有规律的方式分开达与它们的基部35的宽度相同数量级的距离d。散热片32因此具有带三角形基部的棱柱形状。每个散热片32包括沿着底板全程纵向延伸的两个斜侧壁34。散热片32的数量被限定为能覆盖整个底板30。底板30和散热片32形成单个元件。
壳体的盖16由导热金属(例如铝或镁)制成。在它的与壳体底座14相对的内表面36上，壳体的盖16包括第二散热金属结构38，其朝向壳体12的内部形成突起。第二散热金属结构38与壳体的盖16形成单件。第二散热金属结构38也包括散热片40，其在它们之间具有有规律的间隔，以使得能够与第一金属结构的散热片32交叉。第二散热金属结构38具有与第一散热金属结构28相似的几何形状；第二散热金属结构的散热片40沿着垂直轴V朝向壳体底座14延伸，以使得能够与第一散热金属结构28的散热片32交叉。
在本发明的内容中，术语“交叉”应当被解释为第一散热金属结构28的散热片32插在第二散热金属结构38的散热片40之间。盖16在它的与印刷电路板18相对的外表面42上还包括另外的散热片44，以使散热最优化。优选地，位于盖16的外表面42上的这些另外的散热片44和第二散热金属结构38的散热片40都在相同方向上延伸，以利于通过注塑形成盖16。然而，应当注意的是，位于壳体的外表面42上的另外的散热片44对于该装置10不是必需的，这种优化特别取决于待散去的热功率。
根据图1，在组装之前，多片具有大致矩形形状的第二导热材料46，诸如多片导热膏，以平面的方式布置在第一金属结构28的散热片32的顶端33上。多片第二导热材料46覆盖了第一散热金属结构28的所有散热片32，并且其沿横轴T的尺寸大于第一散热金属结构28沿横轴T的尺寸。根据图2，在组装之前放置在第一散热金属结构28的散热片32的顶端33上的第二导热材料46的尺寸允许第二导热材料46在壳体的盖16和壳体底座14组装之后被压入到第一和第二散热金属结构28、38的相互交叉的散热片32、40之间的所有侧壁34之间。
根据图2，当壳体的盖16封闭电子装置10的壳体12时，第一和第二散热金属结构28、38的散热片32、40在彼此间相互交叉，以使得热联接在一起。位于交叉的散热片32、40的侧壁34上的第二导热材料46是柔性材料，以使得被压缩在交叉的散热片32、40之间，并因此与交叉的散热片32、40接触。也就是说，交叉的散热片32、40之间的间隙37包括设置在散热片32、40的侧壁34上的另外的导热材料46，从而确保交叉的散热片32、40之间的有效热联接。第二导热材料46在交叉的散热片32、40之间形成热密封。优选地，交叉的散热片32、40之间的间隙37沿横轴T的尺寸小于一毫米，第二导热材料46的厚度大于该尺寸以便被压缩在交叉的散热片32、40之间。根据这种组装，发热元件20、22的大量热量朝向壳体12的外部散去。根据这种组装，由于在交叉散热片32、40之间提供联接的第二导热材料46，形成盖16的一部分的第二散热金属结构38不需要针对印刷电路板18的任何特殊固定元件。这种组装也避免了对在散热金属结构28、38和印刷电路板18之间的固定螺栓的需要，从而减少了损坏印刷电路板18或发热元件20、22的风险。
替代地，在交叉的散热片32、40之间形成热密封的第二导热材料46可以被提前布置在第一金属结构的散热片32的侧壁34上的金属氧化物硅脂类型的导热脂所替代。作为另一替代，在交叉的散热片32、40之间形成热密封的第二导热材料46可以是与第一散热金属结构28的散热片32形状互补的结构，以便在组装盖16之前放置在这些散热片32之间。
电子元件20的高度一般约为一或几毫米，而导电印制线24的厚度等同于用于这些高电流铜印制线的设计的铜的厚度，也就是说约为几十甚至几百微米的厚度。位于两个产生热量元件20、22上的两个第一散热金属结构28有彼此相似的散热片高度H1，而朝向壳体12的内部突出的每个第二散热金属结构38均有不同的散热片高度H2。第二散热金属结构38的散热片40的高度H2差，允许了发热元件20、22和盖的内表面36之间的距离差得到补偿，以便对于用于电子装置的所有散热金属结构来说，将在交叉的散热片32、40之间的间隙37保持为大致相似，从而允许使用相同厚度的安装在交叉的散热片32、40之间的第二导热材料46。
替代地，第一散热金属结构28的散热片32可具有相互不同的高度H1，也是为了补偿发热元件20、22的高度差。如果必要，每个散热金属结构28、38的散热片32、40也可以具有不同的高度H1、H2。
根据图2和图3，第二散热金属结构38的散热片40的数量大于第一散热金属结构28的散热片32的数量。第二散热金属结构38的散热片40的更多数量的技术优势是在使得产生热量的电子元件20和印刷电路板的由高电流导电印制线24穿过的区域22的定位能够被改变或升级而不必开发新的壳体盖16方面提供的灵活性。优选地，这种重新定位在发热元件的初始位置附近。凭借这种更多数量的散热片，如图3所示的实施例，与图2相比，尽管产生热量的电子元件20和印刷电路板的由高电流导电印制线24穿过的区域22的重新定位，第一散热金属结构28的散热片32仍与第二散热金属结构38的散热片40全部交叉。更多数量的散热片40也允许在发热元件的尺寸方面的灵活性。
根据另外的实施方式，散热金属结构28、38的散热片32、40可以具有与图1、2和3示出的形状不同的形状。散热金属结构28、38的散热片32、40必须具有几何形状互补的形状以便能够相互交叉，同时通过由导热材料46形成的热密封确保它们之间的热联接。如果必要，每个散热金属结构28、38的散热片32、40也可以以不规律的方式相互间隔。第二散热金属结构38的散热片40也可以比第一散热金属结构28的散热片32沿着纵轴有更大程度的延伸，以便允许对发热元件沿着纵轴的位置或产生热量的大小进行改变或升级。
图1、图4和图5示意性示出了用于机动车辆的电子装置10的一种组装。根据图4，印刷电路板18包括电子元件20和把它们连接在一起的导电印制线24。在该装置操作时发热元件已被确定。标示的发热元件为：印刷电路板18的由高电流导电印制线24穿过的区域22，如通过图3中虚线框出的区域建模；和集成电路类型的电子元件20。根据图5，第一导热材料26布置在产生热量元件20、22上。根据图5，第一散热金属结构28放置在第一导热材料26上，第一导热材料26自身放置在发热元件上。第一散热金属结构28凭借第一导热材料26的黏性固定到位。根据图1，印刷电路板18放置在壳体底座14上并通过定位销固定。根据图1，多片第二导热材料46以平面的方式放置在第一散热金属结构28的散热片32的顶端33上，以使得在壳体的盖16封闭电子装置10时能够被压缩在第一散热金属结构28的散热片32和第二散热金属结构38的散热片40之间。
替代地，第二导热材料46的结构预成形为与第一散热金属结构28的散热片32形状互补的形状，该第二导热材料46可以在组装盖16之前安装在第一散热金属结构28的散热片32之间。
优选地，该装置10被盖16以防漏的方式封闭。

Claims (8)

1.一种用于机动车辆的电子装置(10)，所述电子装置包括：导热的壳体(12)，所述壳体(12)容纳印刷电路板(18)；安装在所述印刷电路板(18)上的发热元件(20)；和固定到所述发热元件(20)上的导热材料(26)；
所述壳体(12)包括：壳体底座(14)，所述印刷电路板(18)安装在所述壳体底座(14)上；和与所述壳体底座(14)相对的盖(16)，第一散热金属结构(28)安装在所述发热元件(20)上，第二散热金属结构(38)形成为所述壳体的所述盖(16)的一部分并突出到所述壳体(12)中，所述第二散热金属结构(38)与所述第一散热金属结构(28)联接，以促进朝向所述壳体(12)的外部散去来自所述发热元件(20)的热能，所述第一散热金属结构(28)和所述第二散热金属结构(38)均包括多个散热片(32，40)，所述第一散热金属结构(28)的所述散热片(32)与所述第二散热金属结构(38)的所述散热片(40)相互交叉，其特征在于，所述电子装置还包括位于交叉的散热片(32，40)之间的间隙(37)，所述间隙(37)包含提前布置在所述第一散热金属结构(28)的所述散热片(32)的顶端(33)处的多片具有大致矩形形状的导热膏(46)，以使得将交叉的所述散热片(32，40)热联接。
2.根据权利要求1所述的电子装置(10)，其特征在于，交叉的所述散热片(32，40)包括相互热联接的斜侧壁(34)。
3.根据权利要求1或2所述的电子装置(10)，其特征在于，所述第一散热金属结构(28)比所述第二散热金属结构(38)包括更少的散热片(32)。
4.根据权利要求1或2所述的电子装置(10)，其特征在于，所述印刷电路板(18)包括几个带有散热片(32)的第一散热金属结构(28)，其中，每个带有散热片的第一金属结构(28)的高度(H1)适应于所述发热元件(20)与所述壳体的所述盖(16)的内表面(36)间隔开的距离，以促进朝向所述壳体(12)的外部散去来自所述发热元件(20)的热能。
5.根据权利要求1或2所述的电子装置(10)，其特征在于，所述壳体的所述盖(16)包括几个带有散热片(40)的第二散热金属结构(38)，其中，每个带有散热片的第二金属结构(38)的高度(H2)适应于所述发热元件(20)与所述壳体的所述盖(16)的内表面(36)间隔开的距离，以促进朝向所述壳体(12)的外部散去来自所述发热元件(20)的热能。
6.根据权利要求1或2所述的电子装置(10)，其特征在于，所述第一散热金属结构(28)通过导热胶层(26)固定到关联的所述发热元件(20)上。
7.根据权利要求1或2所述的电子装置(10)，其特征在于，所述壳体的所述盖(16)包括在其外表面(42)上的散热片(44)。
8.一种组装根据前述权利要求中任一项的用于机动车辆的电子装置(10)的方法，所述方法包括步骤：
提供包括发热元件(20，22)的印刷电路板(18)；
将所述印刷电路板(18)固定到壳体底座(14)上；
将导热材料(26)固定到所述发热元件(20，22)上；
将带有散热片(32)的第一散热金属结构(28)固定到放置在所述发热元件(20，22)上的所述导热材料(26)上；
将多片具有大致矩形形状的导热膏(46)布置在固定到所述发热元件(20，22)上的所述第一散热金属结构(28)的所述散热片(32)的顶端(33)处；
为导热的壳体提供盖(16)，所述盖(16)包括带有朝向所述壳体(12)的内部突出的散热片的结构(38)；
通过以下方式封闭所述壳体(12)：将所述壳体(12)的所述盖(16)放置在所述壳体底座(14)上，以使得所述壳体的所述盖(16)的带有散热片的所述结构(38)与所述发热元件(20，22)的带有散热片的所述第一散热金属结构(28)交叉并且热联接，其中，所述热联接通过将提前布置在所述第一散热金属结构(28)的所述散热片(32)的所述顶端(33)处的多片具有大致矩形形状的导热膏(46)压缩在交叉的所述散热片(32，40)的侧壁(34)之间来实现。
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