CN111867344A - 经由雷达罩进行传热的雷达单元 - Google Patents

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Abstract

一种雷达单元(14)，该雷达单元(14)包括支承集成电路(IC)芯片(40)的印刷电路板(PCB)(34)。雷达罩(42)布置在集成电路芯片(40)上方。弹簧(52)接合集成电路芯片(40)和雷达罩(42)。弹簧(52)构造成在集成电路芯片(40)和雷达罩(42)之间传递热能。

Description

经由雷达罩进行传热的雷达单元
技术领域
本公开涉及一种具有雷达罩和一个或多个集成电路(IC)芯片的雷达单元。
背景技术
雷达单元正越来越多地用在车辆和其他应用中，以确定物体相对车辆的位置和接近程度。一种通常的雷达单元包括布置在具有雷达罩的壳体中的一个或多个电路板。一个或多个集成电路芯片设在与雷达罩邻接的电路板上。芯片穿过雷达罩发送波并接收从物体反射回来的波，以确定物体相对芯片的位置和距离并且由此确定相对车辆的位置和距离。
一种诸如汽车远程雷达产品的类型的雷达单元的发展已经实现在电路板面向雷达罩的一侧放置雷达单片微波集成电路(MMIC)。单片微波集成电路可产生大量的热量，必须将该热量传递到周围的环境以确保雷达单元的电子设备的所需工作。
发明内容
在一个示例性实施例中，一种雷达单元包括印刷电路板(PCB)，该印刷电路板(PCB)支承集成电路(IC)芯片。雷达罩布置在集成电路芯片上方。弹簧接合集成电路芯片和雷达罩。弹簧被构造成在集成电路芯片和雷达罩之间传递热能。
在上述的另一个实施例中，集成电路芯片是单片微波集成电路(MMIC)。
在上述任何一个的另一个实施例中，雷达罩由塑料材料制成。弹簧由具有挠性起伏部的波纹式金属材料制成。
在上述任何一个的另一个实施例中，雷达罩包括金属的传热杆。弹簧与传热杆接合。
在上述任何一个的另一个实施例中，传热杆由沉积到塑料材料上的金属镀层提供。
在上述任何一个的另一个实施例中，雷达罩包括用于接纳传热杆的狭槽。
在上述任何一个的另一个实施例中，传热杆包括凹口。弹簧具有凸片，该凸片接纳在狭槽中且在凹口内。
在上述任何一个的另一个实施例中，电磁干扰(EMI)屏蔽罩围绕集成电路芯片安装至印刷电路板。弹簧与电磁干扰屏蔽罩接合。
在上述任何一个的另一个实施例中，雷达单元包括布置成围绕印刷电路板的塑料壳体。雷达罩由塑料壳体提供。
在上述任何一个的另一个实施例中，壳体包括冷却翅片。
在上述任何一个的另一个实施例中，雷达单元包括布置成围绕印刷电路板的金属外壳。壳体包括孔。雷达罩包覆模制在孔内。
在上述任何一个的另一个实施例中，印刷电路板包括一行集成电路芯片。共用弹簧接合该行内的每个集成电路芯片。
在另一个示例性实施例中，一种制造雷达单元的方法包括以下步骤：将具有集成电路(IC)芯片的印刷电路板(PCB)固定到壳体部分，将弹簧安装到雷达罩，以及将雷达罩相对于该壳体部分固定，以使集成电路芯片与弹簧接合。
在上述任何一个的另一个实施例中，雷达罩包括传热杆。安装步骤包括将弹簧与传热杆接合。
在上述任何一个的另一个实施例中，该方法包括如下步骤：将传热杆沉积到雷达罩基板上。
在上述任何一个的另一个实施例中，该方法包括如下步骤：将传热杆插入到雷达罩基板中的狭槽中。
在上述任何一个的另一个实施例中，该方法包括如下步骤：将弹簧的凸片插入到传热杆中的凹口中
一种雷达单元包括雷达产生单元，该雷达产生单元用于发射微波。雷达罩，该雷达罩布置在雷达产生单元上方。雷达单元还包括传热堆叠部，该传热堆叠部用于在雷达产生单元和雷达罩之间传递热能。传热堆叠部与雷达罩和雷达产生单元接合。
在上述任何一个的另一个实施例中，雷达产生单元是单片微波集成电路(MMIC)。雷达罩由塑料材料制成。传热堆叠部是由波纹式金属材料制成的弹簧。
在上述任何一个的另一个实施例中，雷达单元包括用于使得与雷达产生单元的电磁干扰最小化的屏蔽装置。传热堆叠部接合屏蔽装置。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述可以进一步理解本公开，在附图中：
图1是一种类型的车辆雷达系统的简化示意图。
图2是一个示例雷达单元的分解图。
图3是雷达单元的用于将热量从集成电路(IC)芯片传递到雷达罩的传热堆叠部的示意图。
图4A是包括散热器、散热件和弹簧的一个示例传热堆叠部的立体图。
图4B是图4A中所示的布置在雷达单元壳体中的传热堆叠部的示意性局部剖视图。
图5是布置在另一个雷达单元壳体中的另一个示例传热堆叠部的示意性局部剖视图。
图6是图4B中所示的传热堆叠部的侧视图。
图7是示例传热杆的局部立体图。
图8A和8B分别是图7中所示的具有支承弹簧的传热杆的侧视图和俯视图。
图9是用于与在图7中所示的传热杆类似的传热杆一起使用的多个分立弹簧的侧视图。
图10是围绕集成电路芯片布置并且安装在印刷电路板(PCB)上的电磁干扰(EMI)屏蔽罩的立体图。
图11是嵌入在雷达罩内的示例弹簧的立体图。
图12是与图10中所示的电磁干扰屏蔽罩和集成电路芯片接合的弹簧的剖视图。
图13是沉积到雷达罩上并且构造成接合弹簧的镀层的正视图。
包括它们的各个方面或相应单个特征中的任何一个的前述段落、权利要求或以下说明和附图的实施例、示例和替代例可以独立地或以任何组合来进行。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非这些特征不兼容。在各个附图中，相同的附图标记和标号指示相同的元件。
具体实施方式
图1示意性地示出了示例车辆雷达系统10。系统10包括控制器12，控制器12与提供驾驶员辅助功能的各种部件通信。在一个示例中，诸如汽车远程雷达(例如77GHz)的雷达单元14与控制器通信；然而，应当理解的是，其他类型的雷达单元(例如24GHz短程雷达)可以结合公开的传热方案。诸如LIDAR、GPS、超声传感器和/或摄像机的一个或多个其他传感器24、26也可以与控制器12通信。
各种传感器协作以有助于驾驶员操作车辆，诸如提供制动辅助16、转向辅助18和自动巡航控制20。可以在车辆10中设置各种其他辅助或控制系统22以提供改善的车辆安全性。
图2中示出了示例性雷达单元14。雷达单元14包括多件式壳体28，包括至少第一壳体部分和第二壳体部分30、32。通常，诸如第一印刷电路板和第二印刷电路板34、36的多个印刷电路板(PCB)被封装在壳体28内。印刷电路板34、36可使用例如由第一连接器部分和第二连接器部分38a、38b提供的连接器彼此电气互连，第一连接器部分和第二连接器部分38a、38b在组装时彼此互锁。除了所公开的那些构造之外，还可以使用其他构造。
随着雷达单元的发展并且变得更加强大和复杂，在必须管理的雷达单元内会产生大量的热量。在雷达单元的一种示例类型的中，诸如单片微波集成电路(MMIC)的多个(例如八个)集成电路芯片(集成电路芯片40)被用于产生感测与车辆10相关联的周围物体的微波。诸如单片微波集成电路之类的产生和接收波的集成电路芯片40布置在印刷电路板34的外表面上。
壳体28包括布置在集成电路芯片40上方的雷达罩42。雷达罩42由诸如聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)的塑料材料制成，这使得来自集成电路芯片40的波易于穿过雷达罩42。在图2和图5所示的示例中，第一壳体部分30包括由雷达罩42密封的孔，使得雷达罩42和第一壳体部分30可以由不同的材料构造。在图4B中所示的示例中，第一壳体部分30可以由与雷达罩42相同的塑料构成，使得它们无缝的一体结构。这种塑料雷达罩通常不是很好的热导体。
单片微波集成电路在运行期间产生大量热量。如图3中所示，采用了传热堆叠部(stack)44以将热量从集成电路芯片0传递到雷达罩42。用于雷达罩42的一种通常的PBT材料具有相对较低的导热率，例如，大约270W/m-K。但是，这种较低的导热率比空气的导热率高得多(是原来的大约10倍)。虽然跨雷达罩42的传热不会去除所有单片微波集成电路产生的热量，但是利用此热功能可以显著改善总体上的传感器热性能，特别是如图3中所示如果使用传热堆叠部在集成电路芯片40与雷达罩42之间的传导性。例如，PBT雷达罩42的108mm2面积在跨雷达罩42的温度差为40℃的情况下可以传递约0.58瓦特。
如图3所示，通过引入散热器46以通过雷达罩42散热和传导解决通过雷达单元14的正面(即雷达罩42)来使单片微波集成电路散热的问题。安装在印刷电路板34上的一个或多个集成电路芯片40与散热器46接合，散热器46也牢固地与雷达罩42接合。以这种方式，散热器46将热量从集成电路芯片40传导地传递到雷达罩42，散热器46可包括一个或多个分立的部件。
参考图4A至4B，示出了示例传热堆叠部。在一个示例中，雷达罩42由第一壳体部分30提供。可以将附加的表面积特征结合到雷达罩42的外部的正面上，以增加对环境空气的总体上的传热。例如，第一壳体部分30是模制塑料材料，其可以包括多个翅片31以有助于从雷达罩42散发热量。第一壳体部分和第二壳体部分30、32可以通过例如激光焊接在接头54处彼此固定。
在一个实施例中，这些单个或多个冲压的金属传导散热器包括如下所述的接触弹簧，该接触弹簧提供与每个单片微波集成电路的正面的一个或多个热接触点，同时维持与雷达罩42的内表面的多个接触点。这些弹簧接触点允许热量从单片微波集成电路的生热面散开，同时通过塑料雷达罩42传递热量。弹簧还提供竖直组件公差以确保单片微波集成电路与雷达罩42保持恒定接触。
雷达罩42包括散热件48，散热件48嵌入到雷达罩42的面向集成电路芯片40的内表面中。散热件48包括狭槽49，狭槽49接纳传热杆50的支腿51。一个或多个薄的挠性弹簧52物理地接触并接合集成电路芯片40和传热杆50。散热件48、传热杆50和弹簧52是例如金属的高导热材料，诸如铜、镁或铝。
弹簧52可以固定到传热杆50，以简化雷达单元14的最终组装。诸如焊料、铜焊、粘合剂、铆钉、紧固件之类的附件或其他附接机构可以用来将弹簧52固定至传热杆50。然后，可以将带有其附接的弹簧52的传热杆50插入到散热件48的狭槽49中，这提供与第一壳体部分30的整体组装。替代地，弹簧52可以作为单个、整体的结构被集成到传热杆50中，而没有任何分离的附件。
在另一个示例中，如图5和13中所示，可以例如通过使用合适的金属沉积技术将传热杆58直接镀覆到雷达罩142上，来将传热杆58直接粘附到雷达罩142的内表面。弹簧452与传热杆58的接合区域在图13中由虚线示出。
如图5中所示，雷达罩142可以由塑料材料提供，而第一壳体部分130可以由另一种材料提供，诸如不同的塑料材料或金属以改善传热。例如通过将雷达罩42包覆模制在由第一壳体部分130提供的孔内，互锁轮廓56可以设置在雷达罩142与第一壳体部分130之间。
参照图6，弹簧52包括挠性的第一起伏部和第二起伏部60、62。第一波状部60接合传热杆50，并且第二波状部62接合集成电路芯片40。应当理解的是，多个起伏部可接合每个芯片，或者单一个起伏部可足以提供期望的传热。接触弹簧的一种示例类型在美国专利号8,465,008中进行了描述，其全部内容通过引用纳入本文。此外，如果需要，可以使用单个弹簧来接合多个芯片，如图6中所示。
为了简化弹簧相对于雷达罩42的支承，如图7中所示，传热杆150可包括凹口64，如图8A至8B所示，凹口64接纳弹簧152的凸片66。如图9所示，可以设置分立弹簧252。
冲压金属弹簧还可以在相邻的单片微波集成电路之间提供电磁干扰(EMI)隔离，并且可以电连接到印刷电路板的接地部。如图10至12示意性地示出的，可以为集成电路芯片40提供针对电磁干扰的保护。电磁屏蔽罩68安装到印刷电路板134并且电连接到接地部70。与雷达罩242接合的弹簧352与电磁屏蔽罩68电接触并且与芯片40热接合。如果需要的话，弹簧352可包括夹子72，夹子72嵌入在雷达罩242内以消除散热器和传热杆的分离的部件。
还应当理解的是，尽管在所示实施例中公开了特定的部件布置，但是其他布置将从本文受益。尽管示出、描述和要求保护了特定的步骤序列，但是应当理解的是，除非另外指出，否则步骤可以以任何顺序、分离或组合的方式来执行，并且仍将从本发明中受益。
尽管不同的示例具有图中所示的特定部件，但是本发明的实施例不限于那些特定的组合。可以将示例中的一个的一些部件或特征与示例中的另一个的特征或部件结合使用。
尽管已经公开了示例实施例，但是本领域普通技术人员将认识到某些修改将落入权利要求的范围内。因此，应研究以下权利要求以确定它们的真实范围和内容。

Claims (20)

1.一种雷达单元(14)，所述雷达单元(14)包括：
印刷电路板(34)，所述印刷电路板(34)支承集成电路芯片(40)；
雷达罩(42)，所述雷达罩(42)布置在所述集成电路芯片(40)上方；以及
弹簧(52)，所述弹簧(52)接合所述集成电路芯片(40)和所述雷达罩(42)，所述弹簧(52)构造成在所述集成电路芯片(40)和所述雷达罩(42)之间传递热能。
2.根据权利要求1所述的雷达单元(14)，其特征在于，所述集成电路芯片(40)是单片微波集成电路。
3.根据权利要求1所述的雷达单元(14)，其特征在于，所述雷达罩(42)由塑料材料制成，并且所述弹簧(52)由具有挠性起伏部(60、62)的波纹式金属材料制成。
4.根据权利要求1所述的雷达单元(14)，其特征在于，所述雷达罩(42)包括金属的传热杆(50)，所述弹簧(52)与所述传热杆接合(50)。
5.根据权利要求4所述的雷达单元(14)，其特征在于，所述传热杆(50)由沉积到所述塑料材料上的金属镀层(58)提供。
6.根据权利要求4所述的雷达单元(14)，其特征在于，所述雷达罩(42)包括用于接纳所述传热杆(50)的狭槽(49)。
7.根据权利要求6所述的雷达单元(14)，其特征在于，所述传热杆(150)包括凹口(64)，并且所述弹簧(52)具有凸片(66)，所述凸片(66)接纳在所述狭槽(49)中且在所述凹口(64)内。
8.根据权利要求1所述的雷达单元(14)，其特征在于，电磁干扰屏蔽罩(68)围绕所述集成电路芯片(40)安装至所述印刷电路板(34)，并且所述弹簧(52)与所述电磁干扰屏蔽罩(68)接合。
9.根据权利要求1所述的雷达单元(14)，其特征在于，包括围绕所述印刷电路板(34)布置的塑料壳体，并且所述雷达罩(42)由所述塑料壳体提供。
10.根据权利要求9所述的雷达单元(14)，其特征在于，所述壳体(28)包括冷却翅片(31)。
11.根据权利要求1所述的雷达单元(14)，其特征在于，包括围绕所述印刷电路板(34)布置的金属壳体，并且所述壳体包括孔，并且所述雷达罩(42)包覆模制在所述孔内。
12.根据权利要求1所述的雷达单元(14)，其特征在于，所述印刷电路板(34)包括一行集成电路芯片(40)，并且共用弹簧接合所述行内的每个集成电路芯片(40)。
13.一种制造雷达单元(14)的方法，所述方法包括以下步骤：
将具有集成电路芯片(40)的印刷电路板(34)固定到壳体部分；
将弹簧(52)安装到雷达罩(42)；以及
将所述雷达罩(42)相对于所述壳体部分固定，以使集成电路芯片(40)与所述弹簧(52)接合。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述雷达罩(42)包括传热杆(50)，并且所述安装步骤包括将所述弹簧(52)与所述传热杆(50)接合。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述传热杆(58)沉积到所述雷达罩(142)基板上。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述传热杆(50)插入到所述雷达罩(142)基板中的狭槽(49)中。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述弹簧(152)的凸片(66)插入到所述传热杆(150)中的凹口(64)中。
18.一种雷达单元(14)，所述雷达单元(14)包括：
雷达产生单元(14)，所述雷达产生单元(14)用于发射微波；
雷达罩(42)，所述雷达罩(42)布置在所述雷达产生单元(14)上方；以及
传热堆叠部(44)，所述传热堆叠部(44)用于在所述雷达产生单元(14)和所述雷达罩(42)之间传递热能，所述传热堆叠部(44)与所述雷达罩(42)和所述雷达产生单元(14)接合。
19.根据权利要求18所述的雷达单元(14)，其特征在于，所述雷达产生单元(14)是单片微波集成电路，所述雷达罩(242)由塑料材料制成，并且所述传热堆叠部(44)是由波纹式金属材料制成的弹簧(52)。
20.根据权利要求18所述的雷达单元(14)，其特征在于，包括用于使得与所述雷达产生单元(14)的电磁干扰最小化的屏蔽装置(68)，所述传热堆叠部(44)接合所述屏蔽装置(68)。
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