CN111149441A

CN111149441A - 具有散热器的电子器件壳体

Info

Publication number: CN111149441A
Application number: CN201880062063.6A
Authority: CN
Inventors: P·Z·托罗克
Original assignee: Parker Hannifin Corp
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 2017-10-04
Filing date: 2018-10-03
Publication date: 2020-05-12
Anticipated expiration: 2038-10-03
Also published as: KR20200065019A; US20200253087A1; US10932394B2; EP3692775A1; KR102612457B1; EP3692775B1; WO2019070815A1; CN111149441B; JP2020536375A; CA3077194A1

Abstract

电子壳体组件包括聚合物壳体基座和以扣合接合的方式固定至壳体基座的金属散热器。印刷电路板定位在壳体组件的腔内并且在壳体内由环境密封件保护。电子壳体组件允许散热器与壳体之间的扩张和收缩同时维持密封件的整体性。

Description

具有散热器的电子器件壳体

技术领域

本发明公开了壳体组件，其包括散热器用于从固定在壳体内的电子器件消散或传输热量。

背景技术

机动车传感器测量、监测和控制各种不同的数据，从而维持正确的车辆操作以及改善安全。改善的安全特征包括盲点检测、车道变更辅助、适应性巡航控制、车道脱离警告、制动辅助和碰撞避免、泊车辅助等。电子传感器单元大体上经受极端严峻的状况，例如热、湿和振动。

传统的车辆电子传感器单元具有塑料或金属壳体、壳体内的印刷电路板(PCB)、散热器片、以及连接至车辆线束的连接器。散热器片安装至PCB，以便在车里操作的过程中抽离由PCB产生的热量。

随着在机动车操作中采用的传感器的数量增加，各个传感器的功率需求也增加。因此，存在针对传感器单元的改善的散热的需求。

发明内容

本说明针对电子壳体组件，其在一个方面中包括壳体基座，所述壳体基座具有第一开口以及相反的第二开口的、界定第一开口的凹设的凸缘、以及围绕所述凸缘的多个弹性保持构件；环形保持器，其具有与所述多个弹性保持构件对应的多个孔，以便接收所述多个弹性保持构件；和定位附着在所述第一开口上的散热器，并且其具有围绕所述散热器的周边设置的唇部，所述唇部在接合的状态中被保持在所述保持器与所述壳体基座的凸缘之间。

在一个实施例中，壳体基座是聚合物材料，并且散热器由金属材料例如铝构成。

环境密封件构件被定位在散热器唇部上，而环境密封件在接合的状态中被压缩在唇部与凸缘之间。

壳体基座上的每个弹性保持构件在远端处包括向外朝向的倒刺部。弹性构件响应于抵抗着保持器施加的扣合插入力从最初位置向外移动，并且在保持器环抵接接触壳体基座和散热器唇部之后返回至最初位置。

弹性垫圈可以被施加至散热器的内边缘。在一个实施例中，弹性垫圈是导电的。

散热器可以包括在散热器的向外朝向的表面上布置的多个间隔开的冷却翅片。散热器还可以在散热器的向内朝向的表面处包括至少一个升高的热垫。热交界材料(TIM)可以被施加至所述至少一个热垫。

在另一个方面中，设置有电壳体组件，其包括壳体基座，所述壳体基座具有第一开口和相反的第二开口、界定所述第一开口的凹设的凸缘、和围绕所述凸缘的多个弹性保持构件；以及散热器，所述散热器附着在所述第一开口上定位并且具有围绕所述散热器的周边定位的唇部、和从所述唇部径向向内设置的肩部，所述唇部具有多个孔，所述多个孔对应于所述多个弹性保持构件，以便在其中接收所述多个弹性保持构件，其中所述肩部在固定的状态中接合所述壳体基座的凸缘。

在另一个方面中，设置有电壳体组件，其包括壳体基座，所述壳体基座具有第一开口和相反的第二开口、界定所述第一开口的凹设的凸缘、和围绕所述凸缘的多个孔；和散热器，所述散热器附着在所述第一开口上定位并且具有围绕所述散热器的周边设置的唇部以及从所述唇部径向向内设置的肩部，所述唇部具有多个弹性保持构件；并且其中，所述壳体基座的多个孔布置用于在其中接收所述散热器的多个弹性保持构件，并且其中，所述散热器的肩部在固定的状态中接合所述壳体基座的凸缘。

附图说明

图1是根据本发明的示意性壳体组件的立体图。

图2是图1的壳体组件的示意性散热器的顶表面的立体图。

图3是图2的散热器的底表面的立体图。

图4是图1的壳体组件的基座的立体图。

图5是图4的基座的凸片的局部放大图。

图6是图1的壳体组件的保持器的立体图。

图7是图6的保持器中的孔的局部放大图。

图8是图6的保持器的剖视图，示出了孔的内部。

图9是图2的散热器的局部立体图，环境密封件位于散热器和壳体基座的交界面处。

图10是图9的环境密封件的局部放大图。

图11是图3的散热器的立体图，TIM被施加至散热器的热垫。

图12是图1的组件的散热器和壳体堆栈的立体图。

图13是图12的散热器和壳体堆栈的局部剖视图，所述环境密封件位于交界面处。

图14是图12的散热器和壳体堆栈的立体图，环形保持器就位以便安装。

图15是处于预组装状态的图1的壳体组件的部件的局部剖视图。

图16是图15的组件的局部剖视图，保持器扣合至壳体基座。

图17是图16的组件的局部剖视图。

图18是图16的壳体组件的下侧的立体图。

图19是根据本发明的另一示意性壳体组件的立体图。

图20是图19的壳体组件的散热器的顶表面的立体图。

图21是图20的散热器的底表面的立体图。

图22是图21的散热器的局部剖视图。

图23是处于预组装状态中的图19的壳体组件的部件的局部剖视图。

图24是图19的组件的局部剖视图，散热器扣合至壳体基座。

图25是图19的壳体组件的下侧的立体图。

图26是壳体组件的实施例的基座的立体图，其中，基座包括多个孔。

图27是示意性散热器的底表面的立体图，所述散热器包括多个弹性凸片，所述多个弹性凸片对应于图26的基座的多个孔。

具体实施方式

在此描述的壳体组件被配置成传输来自在壳体内固定的电子器件例如印刷电路板(PCB)的热量，同时提供改进的环境密封。

参照图1，示意性壳体组件100包括基座200、散热器300和保持器400，所述散热器扣合配合至基座200，以将散热器300固定就位。

图2和3示出了示意性散热器300。散热器300具有板体301，其限定了顶表面302、底表面304、和环形唇部306。多个翅片308被形成在顶表面302中并且从板体301向外延伸。翅片308是平行的并且沿着板体301的长度隔开。翅片308与板体301一体形成。底表面304包括一个或多个热垫310，以便冷却安装至PCB(未示出)的电子部件。

散热器300可以是金属散热器。金属可以是但不限于铝、铜、合金等。金属的选择除了传热以外还可以提供电磁干扰(EMI)屏蔽。散热器300可以利用各种技术被制造，包括但不限于金属冲压、模铸、挤出成形、粉末金属和注射成型。在一个实施例中，散热器由铝模铸而成。

参照图4和5，壳体基座200大体上是矩形成形的，并且具有顶表面202，其具有凹设的开口204以及围绕着凹设的开口204的多个弹性凸片206。凸片206一体地形成在顶表面203上，并且从凹设的开口204的水平(x-y)平面向上(在z方向上)延伸。每个凸片206在远端处具有倒刺部207，所述倒刺部背离凹设的开口204。环形凸缘208围绕着凹设的开口204。凹设的开口204和环形凸缘208的尺寸对应于散热器300。

大体上，壳体基座将包括连接元件(未示出)，其与PCB(未示出)和对应的外连接器例如车辆线束(未示出)协作。

参照图6和7，保持器400被用于在壳体组件中将散热器300固定至基座200。环形保持器400包括多个孔402，所述多个孔对应于基座200上的多个凸片206。孔402被示出具有矩形的形状，但是可以具有适应基座凸片206以及其上的倒刺部207的任何形状。如图8所示，孔402的内表面可以被配置成包括特征，例如一个或多个斜坡的侧壁404，其有助于在散热器的安装过程中倒刺部206的弯曲。

环形保持器400提供了散热器300的整个周边周围的扣合特征的高集中度。另外，通过使用简单应用的压力，组装时间是非常高效的。环形保持器400可以通过注射成型被制造。

壳体基座200和保持器400由聚合物材料构成，其可以是混合物或者其它添加物，可以是热塑性的或热固性的，并且特别地可以取决于以下因素中的一个或多个被选择，即操作时间、硬度、化学兼容性、弹性、顺从性、压缩变形、压缩形变、柔性、在变形后复原的能力、模量、伸缩强度、延伸率、力反馈、可燃性、或者其它化学或物理特性。取决于应用，合适的材料可以包括特别地聚氨酯、硅树脂、氟硅橡胶、聚碳酸酯、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚砜、丙烯酸、聚氯乙烯(PVC)、聚苯醚、聚苯乙烯、聚酰胺、尼龙、聚烯烃、聚(酮醚)、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸乙二酯、含氟聚合物、聚酯、乙缩醛、液晶聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯醚、聚苯乙烯、环氧树脂、酚醛树脂、氯磺酸盐、聚丁二烯、丁苯橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶、腈、聚异戊二烯、天然橡胶、和诸如苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、乙烯-丙烯(EPR)、乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)、腈-丁二烯(NBR)和苯乙烯-丁二烯(SBR)的共聚物橡胶、以及它们的共聚物和混合物。任何前述材料可以非发泡地被使用，或者如果由应用所需地被吹塑或者以其它方式被化学地或物理地处理成开孔或闭孔发泡体。

在一些实施例中，壳体的基座和保持器部件可以具有EMI屏蔽特性。对于这些实施例，基座和保持器可以包括树脂、塑料、弹性体、或者其它或其它聚合物成分、以及导电的、颗粒填料成分的混合物或其它添加物。

聚合物成分大体上可以形成材料中的粘合剂或者其它连续或基体相，导电颗粒填料可以作为离散相被分散到所述材料中。填料大体上包含在粘合剂中，比例足以提供针对所想要的应用所期望的导电级别。对于大多数应用，并不大于大约1000Ω-cm的体或体积电阻率、和/或并不大于大约1000Ω/sq.的表面电阻率将被想到可接受，并将转化成填料充量(filler loading)，其大体上可以是在按重量的大约5至95％之间，这是基于化合物的(按照情况)总体积或重量。

大体上，填料可以具有任何形状或者形状的组合，并且在此宽泛地被称为“颗粒”，其应当理解为实心或空心球和微球、弹性气球、薄片、小片、纤维、棒、不规则形状的颗粒、纤维(它们可以被斩碎或研磨)或者晶须、和粉末。对于多个应用，填料的微粒尺寸或分布(其可以是直径、估算直径、长度、或者颗粒的其它尺寸)大体上将范围从大约0.01mil(0.25um)至大约10mil(250um)针对粉末，并且从大约0.004英寸(0.1mm)至大约1英寸(25mm)针对纤维。

合适的导电纤维包括：诸如碳、石墨的非金属、以及内在地、即固有地导电聚合物；贵金属和非贵金属例如金、银、镍、铜、锡、铝和镍；贵金属或非贵金属镀层的、复合的、金属化的、或者以其它方式涂层的贵金属和非贵金属例如镀金或镀银的铜、镍或铝、以及镀锡或镀镍的铜、银、铋、铟和铅；贵金属或非贵金属涂层的非金属例如金，银和/或镍镀层的或复合的石墨，即镀金的镍复合石墨、玻璃、陶瓷、塑料、弹性体和云母；非金属涂层的金属和非金属；以及它们的组合和混合物。导电的纤维特别地可以取决于导电率、树脂需求、硬度、化学兼容性(例如与聚合物成分的化学兼容性)、和成本中的一项或多项被选择。在涂层的情况中，涂层可以由相同材料的一个或多个层或者由不同材料的层被形成。

附加的填料和添加剂可以被包含在材料的配方中，这取决于所考虑的特定应用的需求。可以是功能性的或惰性的此类填料和添加剂可以包括润湿剂或表面活性剂、颜料、分散剂、染料和其他着色剂、遮光剂、发泡剂或消泡剂、抗静电剂、偶联剂例如钛酸酯、扩链油、增粘剂、流动改性剂、颜料、润滑剂例如二硫化钼(MoS₂)、硅烷、过氧化物、薄膜增强聚合物和其他试剂、稳定剂、乳化剂、抗氧化剂、增稠剂、和/或阻燃剂和其他填料例如三水合铝、三氧化二锑、金属氧化物和盐、插层石墨颗粒、磷酸酯、十溴二苯醚、硼酸盐、磷酸盐、卤代化合物、玻璃、二氧化硅(它们可以被煅制)、或晶体、硅酸盐、云母、陶瓷、玻璃或聚合物微球。大体上，这些填料和添加剂被混合或以其它方式添加有所述配方或者其聚合物成分，并且可以包括占配方的总体积的大约0.05至80％之间或更多。

参照图9和10，在将散热器300安装到基座200之前，环境密封件500被施加至唇部306的底侧307。环境密封件500可以是预成形的垫圈，或者分配的弹性材料，其被施加至整个环形唇部306。在一个实施例中，环境密封件包括硅基凝胶。

参照图11，热学交界材料(TIM)504被施加至热垫310的表面，以促进从PCB(未示出)至散热器300的传热。TIM例如可以是分配的热胶或者热凝胶。替代地，TIM可以是预切割的和压力敏感的粘合剂附接间隙垫。

如图10所示，导电垫圈502或者垫圈式材料可以被施加至散热器的底边缘305。导电垫圈或垫圈式材料502可以设置为这样的垫圈形式，所述垫圈具有弹性芯元件，其给予间隙填充的能力，所述芯元件可以由导电元件加载、屏蔽或者包覆。弹性芯元件(其可以被发泡或未被发泡，实心的或筒形的)大体上可以由弹性热塑性材料模制成型、挤出成型、模切或者以其它方式被形成，所述弹性热塑性材料例如聚烯烃、聚氯乙烯或聚丙烯-EPDM共混物、或者热塑性或热固性橡胶例如丁二烯、苯乙烯-丁二烯、腈、氯磺酸盐、氯丁橡胶、尿烷、硅酮或氟硅酮。

用于填料、屏蔽或者涂层的导电材料包括金属或者镀金属的微粒、织物、网眼和纤维。优选的金属包括铜、镍、银、铝、锡或合金例如Monel，具有优选的纤维和织物包括天然或合成纤维例如棉、毛发、丝绸、纤维素、聚酯、聚酰胺、尼龙、聚酰亚胺。其它导电微粒和纤维例如碳、石墨、电镀玻璃，或导电聚合物材料可以被替代。替代地，垫圈可以被设置成具有全金属、编织线结构，或者作为可固化的、导电有硅胶的或聚氨酯合成物的包覆成型的或者现场发泡(FIP)珠。对于FIP结构，合成物可以以流畅的状态分配到一个或另一个表面上，并且然后就地经由热的施加或者利用大气水分、UV、辐射、或者其它能量源被固化或被发泡。

参照图12和13，具有预施加的垫圈500的散热器300被嵌套到基座200的凹设的开口204中。散热器300的长度和宽度具有相对于凹设的唇部204的尺寸的间隙间隔。散热器的唇部306利用施加至其的环境密封件500接合基座200的环形凸缘208。

参照图14至16，在散热器300已经被嵌套到基座200中之后，保持器400被置放附着在基座200的凸片206上，使得孔402与对应的凸片206对正。在预组装的位置P₁，凸片206自最初的位置响应于扣合力被施加到保持器400而向内弯离。在保持器400抵接接触基座200和散热器唇部306(如图16所示处于组装的位置P₂)后，凸片206转回至其最初位置，而倒刺部207现在与保持器400的上表面抓持接合。在扣合的位置中，保持器400在散热器唇部306与环形凸缘208之间压缩环境密封件500。在散热器的整个周边周围的扣合特征提供了环境密封件的非常均匀的压缩。

参照图17，建于散热器300和基座200的长度和宽度尺寸中的间隙(c₁和c₂)允许热膨胀系数(CTE)在金属散热器300与塑料基座200之间不匹配，而不会有裂缝或密封分离失效。

如图18所示，壳体组件100包括接收空间210用于接收PCB(未示出)。施加有TIM504的热垫310被定位成与PCB上的发热部件对正并且接触，以便传输来自发热部件的热量。热垫的位置和尺寸可以针对待被容纳在壳体组件内的PCB的特定特征被定制。

参照图19，替代的壳体组件600包括基座200和散热器620，所述散热器具有保持器特征，以将散热器620扣合至基座200。基座200如上所述并且在图4和5中示出。

图20和21示出了散热器620。散热器620具有板体621，其限定顶表面622、底表面623、和环形保持器唇部627。环形保持器唇部627包括多个孔628，其中所述多个孔对应于基座200上的多个凸片206。孔628被示出具有矩形的形状，但是可以具有容纳基座凸片628和在其上的倒刺部207的任何形状。如图22所示，孔628的内表面可以被配置成包括特征，例如一个或多个斜坡的侧壁629，所述特征或者一个或多个斜坡的侧壁有助于在散热器安装的过程中凸片206弯曲。多个翅片625在顶表面622中形成，并且从板体625向外延伸。翅片625与板体621一体形成。底表面623包括从环形唇部627径向向内设置的肩部624。底表面包括一个或多个热垫626，以便冷却安装至PCB(未示出)的电子部件。

散热器620可以是金属散热器。金属可以是但不限于铝、铜、合金等。金属的选择可以提供电磁干扰(EMI)屏障还有传热。散热器620可以例如各种技术被生产，包括但不限于金属冲压、模铸、挤出成型、粉末金属和注塑成型。在一个实施例中，散热器由模铸铝制成。

参照图22，在将散热器620安装到基座200上之前，环境密封件500被施加至肩部624。环境密封件500可以是预发泡的垫圈或者分配的弹性材料，其被施加至整个肩部624。在一个实施例中，环境密封件包括硅基凝胶。

参照图23，具有预施加的垫圈500的散热器620被置放附着在基座200的凸片206上，将孔628与对应的凸片206对正。如图所示，在图24中的组装位置中，倒刺部207与保持唇部627的上表面抓持接合。在扣合的或固定的位置，环境密封件500在肩部624与基座200的环形凸缘208之间受压。散热器的整个周边周围的扣合特征提供环境密封件的非常均匀的压缩。建入散热器620和基座200的长度和宽度尺寸中的间隙(C₃和C₄)允许热膨胀系数(CTE)在金属散热器620与塑料基座200之间不匹配，而不会有裂缝或密封分离失效。

如图25所示，壳体组件600包括接收空间630，用于接收PCB(未示出)。施加有TIM504的热垫626被定位成与PCB上的生热部件对正和接触，以便传输来自生热部件的热量。热垫的位置和尺寸可以针对待容纳在壳体组件内的PCB的特定的特征被定制。

在如图26和27所示的另一个实施例中，壳体基座700具有顶表面702，其包含凹设的开口704以及在凹设的开口704周围的多个孔706。散热器720具有顶表面722和底表面723以及环形保持器唇部727。环形保持器唇部727包括多个弹性凸片728。壳体基座700的多个孔706对应于散热器720上的多个凸片。如之前所述，孔706可以具有容纳凸片728和其上的倒刺部的任何形状。电子壳体组件的散热器和壳体基座的其它特征可以是如上所述的。

与传统的壳体组件相比，在此描述的电子壳体组件提供了散热器的减小的重量以及容易的安装，并且提供了紧密环境密封，这是由于适应金属散热器和塑料壳体基座的不同热膨胀系统特性造成的。

尽管本发明已经参照特定的实施例被示出和被说明，但是明显的是本领域技术人员在说明书和附图的阅读和理解之后可以进行等价改变和修改。特别关于由上述元件(部件、组件、装置、合成物等)所执行的不同的功能，术语(包括对“器具”的参照)被用于描述此类元件的术语将是对应(除非以其它方式表明)于任何元件，所述任何元件执行所述元件的特定的功能(即使并不结构上等价于所公开的结构，其在此处描述的本发明的示意性实施例的功能)。另外，尽管本发发明的特定的特征已经参照多个示出的实施例中的仅一个或多个如上被描述，但是此类特征可以与其它实施例的一个或多个其它特征组合，正如针对任何给定或特定的应用所期望和有利地。

Claims

1.一种电壳体组件，包括：

壳体基座，所述壳体基座具有第一开口以及相反的第二开口、界定所述第一开口的凹设的凸缘、以及围绕所述凸缘的多个弹性保持构件；

环形保持器，其具有多个孔，所述多个孔与所述多个弹性保持构件对应，以便接收所述多个弹性保持构件；和

散热器，所述散热器定位附着在所述第一开口上并且具有围绕所述散热器的周边设置的唇部，所述唇部在接合的状态中被保持在所述环形保持器与所述壳体基座的凸缘之间。

2.一种电壳体组件，包括：

壳体基座，所述壳体基座具有第一开口以及相反的第二开口、界定所述第一开口的凹设的凸缘、以及围绕所述凸缘的多个弹性保持构件；和

散热器，所述散热器定位附着在所述第一开口上并且具有围绕所述散热器的周边设置的唇部以及自所述唇部径向向内设置的肩部，所述唇部具有多个孔，所述多个孔与所述多个弹性保持构件对应，以便在其中接收所述多个弹性保持构件，其中，所述肩部在固定的状态中接合所述壳体基座的凸缘。

3.一种电壳体组件，包括：

壳体基座，所述壳体基座具有第一开口以及相反的第二开口、界定所述第一开口的凹设的凸缘、以及围绕所述凸缘的多个孔；和

散热器，所述散热器定位附着在所述第一开口上并且具有围绕所述散热器的周边设置的唇部以及自所述唇部径向向内设置的肩部，所述唇部具有多个弹性保持构件，

其中，所述壳体基座的多个孔被布置成在其中接收所述散热器的多个弹性保持构件，并且其中，所述散热器的肩部在固定的状态中接合所述壳体基座的凸缘。

4.根据前述权利要求任一所述的电壳体组件，其中，所述第一开口与相反的所述第二开口之间的空间限定用于接收所述壳体组件内的印刷电路板的接收腔。

5.根据前述权利要求任一所述的电壳体组件，其中，所述壳体基座包括聚合物材料，并且所述散热器包括金属材料。

6.根据权利要求5所述的电壳体组件，其中，所述散热器由铝制成。

7.根据前述权利要求任一所述的电壳体，还包括环境密封件构件，其定位在所述散热器唇部上，所述环境密封件在接合的状态中被压缩在所述唇部与所述凸缘之间。

8.根据前述权利要求任一所述的电壳体，其中，每个弹性保持构件在远端处包括向外朝向的倒刺部。

9.根据权利要求8所述的电壳体，其中，所述弹性构件响应于抵抗着保持器施加的扣合插入力从最初的位置向外移动，并且在保持器环与壳体基座和散热器唇部抵接接触之后返回至所述最初位置。

10.根据前述权利要求任一所述的电壳体，还包括施加至所述散热器的内边缘的弹性垫圈。

11.根据权利要求10所述的电壳体，其中，所述弹性垫圈是导电的。

12.根据前述权利要求任一所述的电壳体，其中，所述散热器包括在所述散热器的向外朝向的表面上布置的多个间隔开的冷却翅片。

13.根据前述权利要求任一所述的电壳体，其中，所述散热器在所述散热器的向内朝向的表面处包括至少一个升高的热垫。

14.根据权利要求13所述的电壳体，还包括施加至所述至少一个热垫的热交界材料。