具有被动式散热机构的电子装置的制作方法

文档序号:8021223
专利名称:具有被动式散热机构的电子装置的制作方法
技术领域
本发明涉及一种具散热机构的电子装置,尤其涉及一种具有被动式散热 机构的电子装置。
背景技术
随着集成电路的集成度增加,电子装置如电源转换器或电源供应器的体 积也随之縮小,但电子装置体积縮小所衍生的散热问题则愈发严重。以电源 转换器为例,电源转换器在运行时其内部电路板总成上的电子元件会产生极 多的热量,而传统的电源转换器由塑料材料的上下壳体所组合,因此会有热 量不易散逸且累积于电源转换器壳体内部的问题衍生。如无法有效解决散热 问题,将使电源转换器内部的电子元件易于损坏,如此不只会降低电源转换 器的使用寿命,且更会降低电源转换器的电源转换效率。目前市面上已有为解决散热问题而设计的具有被动式散热机构的电源 转换器。请参阅图1,其为传统电源转换器的结构示意图。电源转换器l由上壳体ll、下壳体12、电路板总成13、电源输入端(图未示)以及电源输 出端14所组成;其中,上壳体11与下壳体12可互相组合,且在组合时可 定义一容置空间以容置电路板总成13。电路板总成13设有多个电子元件131 以及线路(图未示),通过这些电子元件131以及线路可构成电源转换电路 以转换所需电源。此外,为了使这些电子元件131所产生的热量能有效地散 逸,在电路板总成13上设置多个散热器132,且部分电子元件131可与散热 器132以螺丝、夹具或者是铆接的方式相互连接来帮助电子元件131散去热传统的电源转换器1主要是利用热传导的方式将电子元件131所产生的 热量传递至散热器132,再利用散热器132的表面积将接收到的电子元件131 的热量以热对流与辐射的方式散逸于电源转换器1的内部空间,且以内部空 间的空气为媒介传递至上壳体11以及下壳体12,通过上壳体11与下壳体以达到被动式散热的目的。另外,未与散热器132相互 连接或接触的电子元件则将产生的热量直接以热对流与辐射的方式散逸于 电源转换器1的内部空间,且以内部空间的空气为媒介传递至上壳体11以 及下壳体12,通过上壳体ll、下壳体12与外部进行热交换以达到散热的目 的。然而,现今的电源转换器l有朝小型化与高功率发展的需求,因此电源 转换器1在功率方面的提高已使传统的被动式散热方式不符合散热要求。此外,近年来各式民用或消费性电子产品,例如平面显示器等,已逐渐 成为人们日常生活中不可缺少的设备。以液晶显示器为例,其内部设有电源 供应器以提供面板显示所需的电源,然而电源供应器在运行时其电路板总成 上的电子元件同样地会产生热量,假若热量无法适当地转移至外界而累积在 电源供应器中,则不仅会减损电子元件的寿命甚至于会造成损毁,而且会降 低电源供应器的运行效能,因此,为维持电源供应器的使用寿命与效能,在 电源供应器的电路板总成上通常会采取适当的散热机制以将热量转移至外 界。为符合电子产品(例如平面显示器)轻薄的要求,其电源供应器通常采 用被动式散热方式散热,也就是说在自然对流的散热环境下将电路板总成上 的电子元件所产生的热量移除,避免风扇的使用。在自然对流的散热环境中, 将电路板总成上的电子元件所产生的热量传递至外界所牵涉到的热量传递 机制也包括传导、对流与辐射等。请参阅图2,其显示在自然对流的散热环 境下将电源供应器的电路板总成上的电子元件所产生的热量转移的结构示 意图。如图2所示,电源供应器2的电路板总成21上设置电子元件22、 23、 24,这些电子元件22、 23、 24与散热器25接触或不接触,例如电子元件22 锁固于散热器25上,电子元件23、 24则与散热器25相邻设置。电子元件 22在运行时会产生热量,而所产生的热量将传导至散热器25,然后在散热 器25内的热流会流至相对低温处,即散热器25的表面,然后再通过辐射将 热量传递至空气中,由于所处环境为自然对流的散热环境,因此经由辐射而 传递至空气中的热量会以自然对流的方式进一歩将热量传递至外界,以此完 成散热。另外,未与散热器25相互连接或接触的电子元件23、 24则直接以 辐射的方式将热量传递至空气中,由于所处环境为自然对流的散热环境,因 此经由辐射而传递至空气中的热量会以自然对流的方式进一步将热量传递至外界,以此完成散热。不论是电源转换器内部的热辐射散热机制,还是液晶显示器所使用的电 源供应器的热辐射散热机制,均会左右整个电源转换器或电源供应器的散热效率。根据史蒂芬波兹曼方程式(Stefan-Boltzmann equation),前述的热量 传递机制中经由辐射所产生的热量传递可以利用下列方程式表示a"w((4-r24) (1) 其中,a:辐射热传量(『)J:辐射的传递面积(附2)A:散热器(或电子元件)的辐射放射率(emissivity),其中完美黑体为1o":常数(5.676x10-8『/附2《"散热器(或电子元件)的辐射表面温度(《)r2:在环境中空气的温度(K) 由上述方程式可知,辐射热传量受散热器132、 25的辐射放射率影响, 由于一般的散热器132、 25通常由铝或铝合金所制成,而铝的辐射放射率约 为0.05左右,因此辐射至空气中的热传量相对较低。换言之,利用散热器 132、 25具高热传导系数的特性,虽然可以很快地将电子元件131、 22所产 生的热量传导至散热器132、 25表面并均温,但受限于铝或铝合金的低辐射 放射率,因此无法有效而快速地在自然对流的散热环境下将热量辐射至空气 中散热。相同地,未与散热器132、 25连接的电子元件23、 24的辐射放射 率也相对地较低,因此也无法有效而快速地在自然对流的散热环境下将热量 辐射至空气中散热。由于电源转换器或电源供应器内部的辐射散热机制无法 有效地提高,因此造成电源转换器或电源供应器的散热效率无法增加且整体 温度无法再降低。有鉴于传统技术的缺点,实有必要提出一种可在被动式散热机制下提高 电子装置散热效率以及使其整体温度再降低的结构,以解决目前所遇到的问 题。发明内容本发明的主要目的在于,提供一种具有被动式散热机构的电子装置,以解决传统电子装置的散热效率无法提高以及整体温度无法再降低的问题。本发明的另一目的在于,提供一种具有被动式散热机构的电子装置;一 方面,该电子装置内部的辐射散热机制的热传量可以有效地提高;另一方面, 该电子装置的散热结构简单、易于作业、并且可以保护内部电路板总成的电' 子元件。为实现上述目的,本发明提供一种具有被动式散热机构的电子装置,包 括 一电路板总成,具有多个电子元件;以及一辐射增强层,至少部分地贴 附于该电路板总成的该电子元件的表面,以用于辅助该电子元件散热,其中, 该辐射增强层包含绝缘陶瓷材料。根据上述结构的电子装置,其可利用辐射增强层改变电路板总成上的电 子元件表面及/或散热器表面的辐射放射率,以提高散热效率,这样不仅可以 解决传统技术所造成的散热效率不佳以及整体温度无法再降低的问题,而且 结构简单、易于作业,并且可以保护内部的电子元件。


图1为传统电源转换器的结构示意图。图2显示了在自然对流的散热环境下将电源供应器的电路板总成上的电 子元件所产生的热量转移的结构示意图。图3为本发明优选实施例的具有被动式散热机构的电子装置的结构剖面图。图4为本发明另一优选实施例的具有被动式散热机构的电子装置的结构 示意图。其中,附图标记说明如下1:电源转换器11:上壳体12:下壳体 13、 21:电路板总成14:电源输出端131、 22、 23、 24:电子元件132、 25:散热器2:电源供应器 3、 4:具有被动式散热机构的电子装置31、 41:电路板总成 32、 42:辐射增强层33、 34、 43、 44:电子元件 35:壳体结构 351:第一壳体352:第二壳体 36:容置空间37:电源输入元件38:电源输出元件 39、 49:散热器具体实施方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在下面的说明中详细叙述。 应理解的是,本发明能够具有各种变化,且其均不脱离本发明的范围,且其 中的说明及附图在本质上是用于说明,而非用以限制本发明。请参阅图3,其为本发明优选实施例的具有被动式散热机构的电子装置 的结构剖面图。如图3所示,本发明的具有被动式散热机构的电子装置3可 为例如电源转换器,且不以此为限。本发明的具有被动式散热机构的电子装 置3主要包括一电路板总成31以及一辐射增强层32。电路板总成31具有多 个电子元件33、 34,例如晶体管、电阻、电容与磁性元件等,所述多个电子 元件33、 34构成一电源转换电路,使该电路板总成31可以将输入的电源转 换为所需规格的电源后输出。另外,辐射增强层32至少部分地贴附于电路 板总成31的电子元件33、 34的表面,且辐射增强层32由绝缘陶瓷材料所 构成,通过辐射增强层32至少部分地贴附于一个或多个电子元件33、 34的 表面,可以有效地在被动式散热机制下提高电子元件33、 34的辐射热传量, 从而有利于电子元件33、 34的散热。在一些实施例中,构成辐射增强层32的绝缘陶瓷材料包括但不限于氮 化物、氧化物、碳化物、硼化物及其复合物。绝缘陶瓷材料除具有绝缘特性 外,还具有高温稳定性、不会产生有毒物质或气体、良好的化学稳定性、较 高的热传导系数以及较高的辐射放射率。在另一些实施例中,该绝缘陶瓷材 料优选为氮化硼、氮化硅、氮化钛、氧化铝或其复合物,但不以此为限。以 氮化硼为例,其在空气存在的环境下的安全操作温度为摄氏950 100(TC之 间、绝缘强度为30 40kV/mm之间、介电常数为3.9 5.3s之间、热传导系数 约大于300w/mk、辐射放射率约为0.8。此外,氮化硼为无机材料不会在高 温环境下产生有毒物质或气体,且具有良好的化学稳定性。在一些实施例中,该辐射增强层32可利用例如喷洒、含浸或涂布等方 式直接形成于电路板总成31的电子元件33、 34表面上。举例而言,若以喷 洒方式进行,则可以将绝缘陶瓷材料与一溶剂混合制备成液体或喷剂,其中 该溶剂可为酮类,例如丙酮,但不以此为限。通过喷洒的方式,可以将绝缘 陶瓷材料至少部分地喷洒于电路板总成31的电子元件33、 34表面上,使辐射增强层32贴附于电子元件33、 34表面,从而利用绝缘陶瓷材料具有相对 较高的辐射放射率,辅助提高电子装置内部辐射散热机制的热传量,进而保 护内部电子元件。在一些实施例中,电路板总成31也可在大体整个表面上贴附形成辐射 增强层32,该辐射增强层32以大体上均匀的厚度贴附并覆盖于所述多个电 子元件33、 34的表面,由此形成于电路板总成31上的辐射增强层32可以 提高电子装置内部辐射散热机制的热传量,进而保护内部电子元件。在一些实施例中,本发明具有被动式散热机构的电子装置3还包括一壳 体结构35,该壳体结构35由例如第一壳体351与第二壳体352组成。电路 板总成31设置在壳体结构35内部的容置空间36中。此外,本发明具有被 动式散热机构的电子装置3还包括电源输入元件37以及电源输出元件38, 该电源输入元件37可为例如插座,而电源输出元件38可为例如电源连接线, 但不以此为限。在一些实施例中,本发明具有被动式散热机构的电子装置3还包括至少 一个散热器39,该散热器39设置在电路板总成31上,且可以与部分的电子 元件33、 34连接或接触,从而利用散热器39辅助电子元件33、 34散热。 举例而言,如图3所示,电子元件33与散热器39连接或接触,而电子元件 34则不与散热器39连接或接触,因此,电子元件33可利用散热器39辅助 散热。请再参阅图3,电路板总成31上的电子元件34在运行时会产生热量, 而所产生的热量将通过传导的方式传递至辐射增强层32。之后,辐射增强层 32内的热流则会分散于其表面,并以辐射的方式将热量传递至内部空气中。 由于壳体结构35内部采用被动式散热机制,即不使用风扇散热,因此经由 辐射而传递至内部空气中的热量会进一步地以自然对流及辐射的方式传递 至壳体,以此完成散热。由于辐射增强层32具有约0.8的辐射放射率,根据史蒂芬波兹曼方程式, 前述的热量传递机制中经由辐射所产生的热量传递可以利用下列方程式表不g, = ^2<7(7;4—:r24) (2)其中,辐射热传量(『)辐射的传递面积(m2) s2:辐射增强层的辐射放射率 o":常数(5.676x10-8『/附2《4) r1:辐射增强层的辐射表面温度(《) r2:在环境中空气的温度(《) 由上述方程式可知,辐射热传量受到电子元件34表面上辐射增强层32 的辐射放射率所影响,由于电子元件34的辐射放射率约低于0.1,因此在相同的条件下(假设j、 t;与^相同的条件下),贴附有辐射增强层32的电子元件34明显地可以增加辐射热传量,降低电子元件34的温度,保护电子元 件34,并提高散热效率。在实际应用时,使用本发明技术的被动式散热机制 与使用传统技术的散热机制,电子元件34的温度约可再降低约摄氏2 10°C, 且周围的电子元件的温度也会相对地降低。请再参阅图3,在一些实施例中,辐射增强层32同样地可以至少部分地 贴附于电路板总成31的散热器39表面,且散热器39与电子元件33连接或 接触。在本实施例中,由于辐射增强层32大体上由绝缘陶瓷材料构成,因 此辐射增强层32的辐射放射率相对高于散热器39的辐射放射率。相似地,电路板总成31的电子元件33在运行时会产生热量,而所产生 的热量将传导至散热器39,然后在散热器39内热流会流至低温处,即散热 器39的表面,然后再通过传导的方式将热流传递至辐射增强层32。之后, 辐射增强层32内的热流则会以辐射的方式将热量传递至内部空气中。由于 壳体结构35内部采用被动式散热机制,即不使用风扇散热,因此经由辐射 而传递至内部空气中的热量会进一歩地被传递至壳体结构35,以此完成散 执。■>、、、。相同地,辐射增强层32具有约0.8的辐射放射率,根据史蒂芬波兹曼方 程式,前述的热量传递机制中经由辐射所产生的热量传递可以利用下列方程 式表不a = ((4-:r24) (2)其中,a:辐射热传量(『)J:辐射的传递面积(附2) s2:辐射增强层的辐射放射率cr:常数(5.676x10—8『/附2/:4)r1:辐射增强层的辐射表面温度(《) r2:在环境中空气的温度(《) 由上述方程式可知,辐射热传量受到散热器39表面的辐射增强层32的 辐射放射率影响,由于传统的散热器通常由铝或铝合金所制成,而铝的辐射放射率约为0.05左右,因此与传统的散热器比较,在相同的条件下(假设^、 7;与K相同的条件下),贴附有辐射增强层32的散热器39明显地可以增加辐射热传量,提高散热效率。换言之,散热器39具高热传导系数的特性虽然可以很快地将电子元件 33所产生的热量传导至表面并均温,但传统技术受限于铝的低辐射放射率, 因此无法有效而快速地在被动式散热机制下将热量辐射至壳体内部空气中。 然而,贴附辐射增强层32的散热器39虽增加了由散热器39传导至辐射增 强层32的机制,但传导的热传速率与热传量远大于辐射,因此辐射机制的 部分便成为影响热传量与散热效率的主要关键。由于贴附有辐射增强层32 的散热器39具有较高的辐射放射率,因此可以使散热量与散热效率提高。请参阅图4,其为本发明另一优选实施例的具有被动式散热机构的电子 装置的结构示意图。如图4所示,本发明的具有被动式散热机构的电子装置 4可为例如应用于液晶显示器的电源供应器,且不以此为限。本发明的具有 被动式散热机构的电子装置4主要包括一电路板总成41以及一辐射增强层 42。电路板总成41具有多个电子元件43、 44,例如晶体管、电阻、电容与 磁性元件等,所述多个电子元件43、 44构成一电源转换电路,使该电路板 总成41可以将输入的电源转换为所需规格的电源后输出。另外,辐射增强 层42至少部分地贴附于电路板总成41的电子元件43、 44表面,且辐射增 强层42由绝缘陶瓷材料所构成,通过辐射增强层42至少部分地贴附于一个 或多个电子元件43、 44的表面,可以有效地在被动式散热机制下辅助提高 电子元件43、 44的辐射热传量,从而有利于电子元件43、 44的散热。在一些实施例中,本发明具有被动式散热机构的电子装置4还包括至少 一个散热器49,该散热器49设置于电路板总成41上,且可以与部分的电子 元件43、 44连接或接触,从而利用散热器49辅助电子元件43、 44散热。 举例而言,如图4所示,电子元件43与散热器49连接或接触,而电子元件44则不与散热器49连接或接触,因此,电子元件43可利用散热器49的辅 助散热。同样地,辐射增强层42也可至少部分地贴附于电路板总成41的散 热器49表面。由于具有被动式散热机构的电子装置4的辐射散热机制与图3 所示实施例相似,因此不再赘述。综上所述,本发明提供一种具有被动式散热机构的电子装置,其主要是 利用辐射增强层改变电路板总成上的电子元件表面及/或散热器表面的辐射 放射率,以提高散热效率,这样不仅可以解决传统技术所造成的散热效率不 佳以及整体温度无法再降低的问题,而且结构简单、易于作业,并且可以保 护内部的电子元件。对于本领域技术人员而言,在不脱离本发明精神主旨的情况下对本发明 进行的各种修改变化,均不脱离本发明的保护范围。
权利要求
1、一种具有被动式散热机构的电子装置,包括一电路板总成,具有多个电子元件;以及一辐射增强层,至少部分地贴附在该电路板总成的所述电子元件的表面,以用于辅助所述电子元件散热,其中,该辐射增强层包含绝缘陶瓷材料。
2、 如权利要求1所述的具有被动式散热机构的电子装置,其中,该电 路板总成还具有至少一散热器,该散热器与部分所述电子元件连接或接触, 且该散热器为金属材料制成。
3、 如权利要求2所述的具有被动式散热机构的电子装置,其中,该辐 射增强层至少部分地贴附于该散热器的表面,以用于辅助该散热器散热,且 该辐射增强层的辐射放射率相对高于该散热器的辐射放射率。
4、 如权利要求1所述的具有被动式散热机构的电子装置,其中,该绝 缘陶瓷材料由氮化物、氧化物、碳化物、硼化物或其复合物构成。
5、 如权利要求4所述的具有被动式散热机构的电子装置,其中,该绝 缘陶瓷材料由氮化硼、氮化硅、氮化钛、氧化铝或其复合物构成。
6、 如权利要求1所述的具有被动式散热机构的电子装置,其中,该辐 射增强层的辐射放射率相对高于所述电子元件的辐射放射率。
7、 如权利要求1所述的具有被动式散热机构的电子装置,其中,该具 有被动式散热机构的电子装置为电源转换器或电源供应器。
8、 如权利要求l所述的具有被动式散热机构的电子装置,还包括 一壳体结构,该壳体结构由一第一壳体与一第二壳体组合而成;以及 一电源输入元件以及一电源输出元件,分别设置于该壳体结构上。
9、 如权利要求1所述的具有被动式散热机构的电子装置,其中,该辐 射增强层以喷洒、含浸或涂布方式贴附于所述电子元件。
10、 如权利要求9所述的具有被动式散热机构的电子装置,其中,绝缘 陶瓷材料与一溶剂相混合而制备成液体或喷剂,且该溶剂为丙酮。
全文摘要
本发明公开了一种具有被动式散热机构的电子装置,包括一电路板总成,具有多个电子元件;以及一辐射增强层,至少部分地贴附在该电路板总成的所述电子元件的表面,以用于辅助所述电子元件散热,其中,该辐射增强层包含绝缘陶瓷材料。根据上述结构的电子装置,其可利用辐射增强层改变电路板总成上的电子元件表面及/或散热器表面的辐射放射率,以提高散热效率,这样不仅可以解决传统技术所造成的散热效率不佳以及整体温度无法再降低的问题,而且结构简单、易于作业,并且可以保护内部的电子元件。
文档编号H05K7/20GK101325860SQ20071010902
公开日2008年12月17日 申请日期2007年6月12日 优先权日2007年6月12日
发明者叶文义, 徐瑞源, 林克诚, 简士凯, 陈盈源 申请人:台达电子工业股份有限公司
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