TWI731622B

TWI731622B - 車用電子裝置

Info

Publication number: TWI731622B
Application number: TW109108844A
Authority: TW
Inventors: 鍾兆才; 林柏霖; 詹舒婷
Original assignee: 亞旭電腦股份有限公司
Priority date: 2020-03-17
Filing date: 2020-03-17
Publication date: 2021-06-21
Also published as: TW202137853A; US20210298203A1; EP3883353A1

Abstract

一種車用電子裝置耐用在溫度至少攝氏九十五度的車用環境，車用電子裝置包括：一底蓋、一電路板以及一散熱鰭片殼體。電路板安裝在底蓋上；散熱鰭片殼體與底蓋組合，並且包覆電路板於底蓋與散熱鰭片殼體之間。散熱鰭片殼體包括：一外表面、多個長條鰭片以及多個側邊鰭片。多個長條鰭片沿一第一方向分別佈設在外表面，其中，長條鰭片的其中二個相鄰長條鰭片之間的距離至少大於8mm；多個側邊鰭片沿一第二方向分別佈設在外表面的邊緣處，並且連接至其中一個長條鰭片。

Description

車用電子裝置

本發明關於一種車用電子裝置，特別關於一種適用在高溫環境下的車用電子裝置。

車用的操作環境多屬高溫、戶外、甚至是封閉於車內，車用電子裝置必須能夠耐用在這樣的操作環境下保持正常運作，並且不會因長久處在高溫而損壞。由於車用電子裝置內的零組件在運作時仍會發熱處在高溫，零組件仍需透過車用電子裝置的散熱機制將熱排到其殼體外。

以往車用電子裝置若預想在攝氏-30至70度的操作環境，採用鋁擠殼體即可滿足此溫度條件下的熱阻需求。在較為嚴格的情況下，車用電子裝置是預想在攝氏85度以下的操作環境，零組件運作時產生熱在比操作環境還高的溫度下。在這樣的預想溫度環境下，車用電子裝置的殼體上的散熱鰭片可以採用一般的做法，即可滿足此條件下的熱阻需求，一般的做法是以製程極限來決定散熱鰭片的間距，以壓鑄設計製造的殼體其散熱鰭片的間距會在3mm左右，這種做法也是盡量將散熱鰭片排列的緊密，藉以增加鰭片數量因而提高鰭片的總面積，但這樣會造成自然對流效果不佳。

然而，上述做法都無法滿足更為嚴格的熱阻需求，無法滿足車用電子裝置預想在攝氏95度的操作環境。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種適用在高溫環境下的車用電子裝置。

在一實施例中，一種車用電子裝置耐用在溫度至少攝氏九十五度的車用環境，車用電子裝置包括：一底蓋、一電路板以及一散熱鰭片殼體。電路板安裝在底蓋上；散熱鰭片殼體與底蓋組合，並且包覆電路板於底蓋與散熱鰭片殼體之間。散熱鰭片殼體包括：一外表面、多個長條鰭片以及多個側邊鰭片。多個長條鰭片沿一第一方向分別佈設在殼體之外表面，其中，長條鰭片的其中二個相鄰長條鰭片之間的距離至少大於8mm；多個側邊鰭片沿一第二方向分別佈設在外表面的邊緣處，並且連接至該等長條鰭片的其中一個。

在一實施例中，第一方向垂直於第二方向，該等長條鰭片的主軸沿第二方向，該等側邊鰭片的主軸沿第一方向，散熱鰭片殼體與底蓋組合後形成一密閉容置空間以供電路板設置，藉以對電路板提供防塵、防水的保護。

在一實施例中，外表面包括多個不同高度的區域，該等區域個別位在該等長條鰭片的其中二個相鄰的長條鰭片之間，藉以形成不同深度的溝槽並具有不同的熱對流效果。

在一實施例中，外表面的較低處形成有一凹部，凹部有較厚的殼體厚度，凹部位在電路板的一通訊模組或一處理器的正上方。

在一實施例中，該等側邊鰭片垂直於該等長條鰭片，該等側邊鰭片平行於一重力方向，藉以利用熱空氣浮力促進該外表面上的熱對流。

在一實施例中，散熱鰭片殼體為鋁壓鑄機殼，底蓋為鋁沖壓機殼、鋁壓鑄機殼。

在一實施例中，電子裝置更包括：一零組件以及一導熱元件。零組件設置於電路板，零組件與散熱鰭片殼體的一間隙小於0.5mm；導熱元件填充於間隙，導熱元件在間隙的厚度小於0.5mm。

在一實施例中，底蓋更包括一凸台位在電路板上的一通訊模組或一處理器的正下方，凸台與電路板之一間隙小於2mm，一導熱元件填充於間隙，導熱元件在間隙的厚度小於0.2mm。

在一實施例中，導熱元件為導熱膠、導熱墊片（PAD）或導熱泥（putty）。

在一實施例中，車用電子裝置包括一電池，散熱鰭片殼體包括一電池蓋，電池與該等側邊鰭片分別設置在車用電子裝置的彼此相對的二側邊，電池蓋具有一凹部，凹部覆蓋在電池上並透過一導熱元件接觸電池以供電池散熱。

在一實施例中，電子裝置更包括一導熱介質，導熱介質設置於電路板上，並接觸散熱鰭片殼體或底蓋。

在一實施例中，二個相鄰長條鰭片之間的距離足以供熱空氣在長條鰭片之間上升後帶動上方空氣向下流動遞補該熱空氣所在的空間，提升熱對流效率。

在一實施例中，車用電子裝置包括多個端子接頭分別在散熱鰭片殼體的側邊，散熱鰭片殼體包括多個接頭蓋體在該等端子接頭上，該等接頭蓋體約和該等長條鰭片等高，俯視散熱鰭片殼體來看，該等接頭蓋體與其中二個該等長條鰭片圍起一溝槽的四邊將其封閉，使得空氣無法直接從該溝槽的四邊流入，該溝槽的寬度有助於該溝槽上方相對冷的空氣進入該溝槽內促進熱對流。

承上所述，本揭露之車用電子裝置中，二個相鄰長條鰭片之間的距離至少大於8mm，相較於以往依據製程極限與排列緊密原則所決定的散熱鰭片間距3mm，本揭露之鰭片間距放大到8mm以上。藉此夠寬的設計，熱空氣在鰭片之間上升後，可帶動較多的空氣向下流動遞補原熱空氣所在的空間，相較於以往3mm的散熱鰭片間距設計可以產生較佳的對流效果，可以在維持或犧牲一些鰭片的相同總表面積條件下，增加空氣流動之循環。因此，本揭露之車用電子裝置可耐用在溫度至少攝氏九十五度的車用環境。

另外，相較於設置於長條鰭片平行於長邊的設計，長條鰭片與散熱鰭片殼體的短邊都沿第二方向而平行，因而可縮短鰭片長度以縮短空氣進入鰭片間距後的流動距離，藉此降低流動阻力與壓力損失，提高熱交換係數以增加散熱效果。再者，側邊鰭片可垂直於長條鰭片，側邊鰭片的表面可平行於重力方向，因而可有效利用熱空氣浮力所產生之熱對流。另一方面，零組件與散熱鰭片殼體的間隙小於0.5mm，導熱元件填充於間隙，導熱元件在間隙的厚度小於0.5mm，藉此可以大幅降低熱傳導熱阻。因此，本揭露之車用電子裝置可耐用在溫度至少攝氏九十五度的車用環境，甚至可以無需風扇僅靠自然對流來散熱，並能保持裝置內的電子零組件穩定運作。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之車用電子裝置，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

如圖1、圖2與圖3A所示，圖1為實施例之車用電子裝置的分解圖，圖2為圖1中散熱鰭片殼體的立體圖，圖3A為實施例之車用電子裝置的剖視圖。一車用電子裝置1包括：一散熱鰭片殼體11、一電路板12以及一底蓋13。散熱鰭片殼體為鋁壓鑄機殼，底蓋為鋁沖壓機殼、鋁壓鑄機殼。車用電子裝置1例如是通訊裝置、計算機裝置、等等。車用電子裝置1放置的位置例如是汽車的座椅下方、行李箱、駕駛儀錶板下方等等。

電路板12安裝在底蓋13上。電路板12例如是印刷電路板、軟性電路板等等，電路板12上可佈設零組件14例如電池、主動元件與被動元件等等，這些元件包括晶片、天線、電阻器、電容器、電感器等等。電路板12及零組件的散熱是透過散熱鰭片殼體11及／或底蓋13傳遞到外部。以車用晶片來說，其可容忍的工作溫度上限約在攝氏115度，在一般的車用情況下，晶片的溫度大概會比環境高10度以上，若以攝氏95度的車用情況來說，晶片的溫度大概會在至少攝氏95度以上，甚至至少攝氏105度以上，散熱鰭片殼體11的溫度也會在至少攝氏95度以上。

散熱鰭片殼體11與底蓋13組合，並且包覆電路板12於底蓋13與散熱鰭片殼體11之間。散熱鰭片殼體11與底蓋13組合後可形成一密閉的容置空間以供電路板12設置於此，藉以對車用電子裝置內部的元件例如電路板12或零組件等提供防塵、防水的保護。

若從圖面的上方俯視散熱鰭片殼體11與電路板12，其形狀像是矩形，散熱鰭片殼體11與電路板12的長邊沿著一第一方向D1，散熱鰭片殼體11與電路板12的短邊沿著一第二方向D2。第一方向D1可以垂直於第二方向D2。另外，在其他的實施方式中散熱鰭片殼體11的形狀也可以有其他不同的形狀，散熱鰭片殼體11的形狀依據電路板12的形狀而定。

散熱鰭片殼體11包括：一外表面111、多個長條鰭片112以及多個側邊鰭片113。多個長條鰭片112沿第一方向D1分別佈設在外表面111，長條鰭片112的其中二個相鄰長條鰭片112之間的距離G1至少大於8mm，長條鰭片112的主軸沿第二方向D2而平行於散熱鰭片殼體11的短邊，長條鰭片112可垂直於外表面111。

多個側邊鰭片113沿第二方向D2分別佈設在外表面111的邊緣處，並且連接至其中一個長條鰭片112，側邊鰭片113的主軸沿第一方向D1。側邊鰭片113可垂直於外表面111，側邊鰭片113平行於一重力方向D3，外表面111的法線方向可以是平行於重力方向D3。

外表面111可包括多個不同高度的區域1111、1112，區域1112較低於區域1111而形成凹處，凹處有助於散熱鰭片殼體11更接近熱源，這些區域1111、1112位在長條鰭片112的其中二個相鄰的長條鰭片之間，因而形成具有不同深度的一溝槽117或形成多個溝槽117分別具有不同深度，不同深度具有不同的熱對流效果。外表面111和不同高度的長條鰭片112也可形成不同深度的溝槽並具有不同的熱對流效果。不同深度的溝槽117可藉由配置不同高度的區域1111、1112及／或不同高度的長條鰭片112而形成，這些有不同溝槽深度的區域可因應發熱程度或結構形狀不同的熱源。例如圖3B中，在電路板12上的處理器141的正上方，外表面111的高度較低處形成有一凹部，該凹部有較厚的殼體厚度，以利處理器141透過正上方的溝槽散熱。處理器141可以替換為其他電子元件例如通訊模組142。

如圖1、圖2與圖3A所示，車用電子裝置1包括多個端子接頭191、192，散熱鰭片殼體11包括接頭蓋體114、115在端子接頭191、192上。端子接頭191、192的一部分本體設置在接頭蓋體114、115內，另一部分從接頭蓋體114、115往外露出。端子接頭191與接頭蓋體114在散熱鰭片殼體11的一側邊S1，端子接頭192與接頭蓋體115在散熱鰭片殼體11的另一側邊S2，接頭蓋體114、115的高度不高於長條鰭片112。在一例子中，接頭蓋體114、115約和長條鰭片112等高，俯視散熱鰭片殼體11來看，二條長條鰭片1121、1122與接頭蓋體114、115圍起溝槽118的四邊將其封閉，空氣無法直接從溝槽118的四邊流入，加寬的溝槽118有助於溝槽118上方相對冷的空氣進入溝槽118內，促進熱對流。溝槽119有一邊未被圍起但另外三邊有二個長條鰭片112與接頭蓋體114，為了改善空氣不容易流入溝槽119，加寬的溝槽119有助於溝槽119上方相對冷的空氣進入溝槽119內，促進熱對流。通常電路板上會儘量縮短處理晶片與端子接頭之間的線路長度，因此，端子接頭的週遭會設置處理晶片。藉由以上設計，可克服處理晶片在端子接頭191、192的中間處以及接頭蓋體114、115會妨礙熱對流的散熱問題。

另外，車用電子裝置1還包括一電池18，電池18與該等側邊鰭片113分別設置在車用電子裝置1的彼此相對的二側邊S4、S3，電池18設置在側邊S4可避免影響散熱。散熱鰭片殼體11包括一電池蓋116，電池蓋116覆蓋電池18。電池蓋116可具有凹部1161，凹部1161覆蓋在電池18上並透過一導熱元件接觸電池18以供電池18散熱。該等長條鰭片112可以有不同長度，例如在電池蓋116旁，長條鰭片1123較短。

圖4與圖5為實施例之車用電子裝置的空氣流場圖。圖6為實施例之車用電子裝置的側邊熱對流的流場圖。

如圖4與圖5所示，在車用電子裝置1中，二個相鄰長條鰭片112之間的距離G1大於8mm，相較於以往依據製程極限與排列緊密原則所決定的散熱鰭片間距3mm，本揭露之鰭片間距放大到8mm以上。藉此夠寬的設計，熱空氣在長條鰭片112之間上升後，可帶動較多的上方空氣向下流動遞補原熱空氣所在的空間，提升熱對流效率，相較於以往3mm的散熱鰭片間距設計可以產生較佳的對流效果，可以在維持或犧牲一些長條鰭片112的相同總表面積條件下，增加空氣流動之循環。

另外，相較於長條鰭片平行於長邊的設計，長條鰭片112與散熱鰭片殼體11的短邊都沿第二方向D2而平行，因而可縮短鰭片長度以縮短空氣進入長條鰭片112間距後的流動距離，藉此降低流動阻力與壓力損失，提高熱交換係數以增加散熱效果。

對於四邊被封閉的溝槽118來說，若其採用以往3mm的設計，直接從溝槽118的四邊不會有空氣進入，在攝氏95度以上的環境僅靠自然對流（無風扇或無其他冷卻液），則長條鰭片112上方的相對冷空氣能沉降進入溝槽118內的空氣量有限，造成對流不易幾乎無法散熱的問題。若依據本揭露之設計可有效處理上述問題，改善熱對流情況提升熱對流效率，因而可適用在攝氏95度以上的工作環境。三邊被封的溝槽119也類似。

再者，如圖6所示，側邊鰭片113可垂直於長條鰭片112，側邊鰭片113的表面可平行於重力方向，藉以利用熱空氣浮力促進外表面111上的熱對流。配合上述在長條鰭片112間加寬的間距設計，更能一起有效增加自然對流的總流量，因而可有效利用熱空氣浮力所產生之熱對流。

回到如圖1與圖3A所示，電子裝置1更包括：一零組件14以及一導熱元件15。零組件14設置於電路板12，零組件14與散熱鰭片殼體11的一間隙G2小於0.5mm。導熱元件15填充於間隙G2，導熱元件15在間隙G2的厚度小於0.5mm。導熱元件15為導熱膠、導熱墊片（PAD）或導熱泥（putty）。導熱膠例如是導熱AB膠。零組件14例如主動元件與被動元件等等，這些元件包括晶片、天線、電阻器、電容器、電感器。

底蓋13更包括一凸台131，凸台131是從底蓋13朝散熱鰭片殼體11凸出。凸台131與電路板12之一間隙G3小於2mm，一導熱元件16填充於間隙G3，導熱元件16在間隙G3的厚度小於0.2mm。導熱元件16為導熱膠、導熱墊片（PAD）或導熱泥（putty）。導熱膠例如是導熱AB膠。例如在圖3C中，在電路板12上的通訊模組142的正下方，底蓋13的凸台132靠進電路板12下表面，以利通訊模組142透過下方的凸台132散熱。通訊模組亦可換為其他熱源例如是處理器。凸台132與電路板12間可設有導熱元件。

另外，若熱源的散熱需求更高，可以同時在該熱源的上方與下方分別設置殼體凹處與底蓋13的凸台，藉以讓熱源可透過其上下兩面散熱。

電子裝置更包括導熱介質17，導熱介質17設置於電路板12的上表面並接觸散熱鰭片殼體11，另外，導熱介質也可設置於電路板12的下表面並接觸底蓋13。導熱介質17例如是導熱AB膠。導熱介質17的厚度可以小於0.5mm、甚至小於0.2mm。導熱介質17可包覆一些零組件。

零組件與散熱機殼之間的間隙是利用導熱元件或介質填充以降低熱阻。熱傳導的熱阻與導熱介質之厚度成正比，與熱傳導係數成反比。因此，降低導熱介質的厚度至0.5mm以下則可以大幅降低熱傳導熱阻。零組件14與散熱鰭片殼體11的間隙G2小於0.5mm，因此導熱元件15在間隙G2的厚度小於0.5mm可以大幅降低熱傳導熱阻。同樣的，導熱元件16在間隙G3的厚度小於0.2mm，導熱介質17的厚度可以小於0.5mm、甚至小於0.2mm，可以大幅降低熱傳導熱阻。

以往使用導熱介質還兼具吸收組裝公差的功能，因此會使用厚度較厚且具備可壓縮特性的導熱介質。為了涵蓋可能之間隙範圍、又要降低壓縮後的反作用力避免電路板過度變形，通常導熱介質會選用2mm以上之厚度。然而，導熱介質的厚度增加卻又要降低熱阻就勢必採用熱傳導係數高的導熱介質，但熱傳導係數高的導熱介質又會導致硬度提高與壓縮率降低，如此一來又只能再加厚導熱介質，導致設計的惡性循環。相較於此，本揭露之車用電子裝置可避免以上的惡性循環。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1:車用電子裝置

11:散熱鰭片殼體

111:外表面

1111:區域

1112:區域

112:長條鰭片

1121~1123:長條鰭片

113:側邊鰭片

114~115:接頭蓋體

116:電池蓋

1161:凹部

117~119:溝槽

12:電路板

13:底蓋

131~132:凸台

14:零組件

141:處理器

142:通訊模組

15:導熱元件

16:導熱元件

17:導熱介質

18:電池

191~192:端子接頭

D1:第一方向

D2:第二方向

D3:重力方向

G1:距離

G2:間隙

G3:間隙

S1~S4:側邊

圖1為實施例之車用電子裝置的分解圖。圖2為圖1中散熱鰭片殼體的立體圖。圖3A為實施例之車用電子裝置的剖視圖。圖3B與圖3C為實施例之車用電子裝置的剖視圖。圖4與圖5為實施例之車用電子裝置的空氣流場圖。圖6為實施例之車用電子裝置的側邊熱對流的流場圖。