具有被動式散熱機構的電子裝置的製作方法

2023-06-09 11:22:56 1

專利名稱：具有被動式散熱機構的電子裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具散熱機構的電子裝置，尤其涉及一種具有被動式散熱 機構的電子裝置。
背景技術：
隨著集成電路的集成度增加，電子裝置如電源轉換器或電源供應器的體 積也隨之縮小，但電子裝置體積縮小所衍生的散熱問題則愈發嚴重。以電源 轉換器為例，電源轉換器在運行時其內部電路板總成上的電子元件會產生極 多的熱量，而傳統的電源轉換器由塑料材料的上下殼體所組合，因此會有熱 量不易散逸且累積於電源轉換器殼體內部的問題衍生。如無法有效解決散熱 問題，將使電源轉換器內部的電子元件易於損壞，如此不只會降低電源轉換 器的使用壽命，且更會降低電源轉換器的電源轉換效率。目前市面上已有為解決散熱問題而設計的具有被動式散熱機構的電源 轉換器。請參閱圖1，其為傳統電源轉換器的結構示意圖。電源轉換器l由上殼體ll、下殼體12、電路板總成13、電源輸入端(圖未示)以及電源輸 出端14所組成；其中，上殼體11與下殼體12可互相組合，且在組合時可 定義一容置空間以容置電路板總成13。電路板總成13設有多個電子元件131 以及線路(圖未示)，通過這些電子元件131以及線路可構成電源轉換電路 以轉換所需電源。此外，為了使這些電子元件131所產生的熱量能有效地散 逸，在電路板總成13上設置多個散熱器132，且部分電子元件131可與散熱 器132以螺絲、夾具或者是鉚接的方式相互連接來幫助電子元件131散去熱傳統的電源轉換器1主要是利用熱傳導的方式將電子元件131所產生的 熱量傳遞至散熱器132，再利用散熱器132的表面積將接收到的電子元件131 的熱量以熱對流與輻射的方式散逸於電源轉換器1的內部空間，且以內部空 間的空氣為媒介傳遞至上殼體11以及下殼體12，通過上殼體11與下殼體以達到被動式散熱的目的。另外，未與散熱器132相互 連接或接觸的電子元件則將產生的熱量直接以熱對流與輻射的方式散逸於 電源轉換器1的內部空間，且以內部空間的空氣為媒介傳遞至上殼體11以 及下殼體12，通過上殼體ll、下殼體12與外部進行熱交換以達到散熱的目 的。然而，現今的電源轉換器l有朝小型化與高功率發展的需求，因此電源 轉換器1在功率方面的提高已使傳統的被動式散熱方式不符合散熱要求。此外，近年來各式民用或消費性電子產品，例如平面顯示器等，已逐漸 成為人們日常生活中不可缺少的設備。以液晶顯示器為例，其內部設有電源 供應器以提供面板顯示所需的電源，然而電源供應器在運行時其電路板總成 上的電子元件同樣地會產生熱量，假若熱量無法適當地轉移至外界而累積在 電源供應器中，則不僅會減損電子元件的壽命甚至於會造成損毀，而且會降 低電源供應器的運行效能，因此，為維持電源供應器的使用壽命與效能，在 電源供應器的電路板總成上通常會採取適當的散熱機制以將熱量轉移至外 界。為符合電子產品(例如平面顯示器)輕薄的要求，其電源供應器通常採 用被動式散熱方式散熱，也就是說在自然對流的散熱環境下將電路板總成上 的電子元件所產生的熱量移除，避免風扇的使用。在自然對流的散熱環境中， 將電路板總成上的電子元件所產生的熱量傳遞至外界所牽涉到的熱量傳遞 機制也包括傳導、對流與輻射等。請參閱圖2，其顯示在自然對流的散熱環 境下將電源供應器的電路板總成上的電子元件所產生的熱量轉移的結構示 意圖。如圖2所示，電源供應器2的電路板總成21上設置電子元件22、 23、 24，這些電子元件22、 23、 24與散熱器25接觸或不接觸，例如電子元件22 鎖固於散熱器25上，電子元件23、 24則與散熱器25相鄰設置。電子元件 22在運行時會產生熱量，而所產生的熱量將傳導至散熱器25，然後在散熱 器25內的熱流會流至相對低溫處，即散熱器25的表面，然後再通過輻射將 熱量傳遞至空氣中，由於所處環境為自然對流的散熱環境，因此經由輻射而 傳遞至空氣中的熱量會以自然對流的方式進一歩將熱量傳遞至外界，以此完 成散熱。另外，未與散熱器25相互連接或接觸的電子元件23、 24則直接以 輻射的方式將熱量傳遞至空氣中，由於所處環境為自然對流的散熱環境，因 此經由輻射而傳遞至空氣中的熱量會以自然對流的方式進一步將熱量傳遞至外界，以此完成散熱。不論是電源轉換器內部的熱輻射散熱機制，還是液晶顯示器所使用的電 源供應器的熱輻射散熱機制，均會左右整個電源轉換器或電源供應器的散熱效率。根據史蒂芬波茲曼方程式(Stefan-Boltzmann equation)，前述的熱量 傳遞機制中經由輻射所產生的熱量傳遞可以利用下列方程式表示a"w((4-r24) (1) 其中，a:輻射熱傳量(『)J:輻射的傳遞面積(附2)A:散熱器(或電子元件)的輻射放射率(emissivity)，其中完美黑體為1o":常數(5.676x10-8『/附2《"散熱器(或電子元件)的輻射表面溫度(《)r2:在環境中空氣的溫度(K) 由上述方程式可知，輻射熱傳量受散熱器132、 25的輻射放射率影響， 由於一般的散熱器132、 25通常由鋁或鋁合金所製成，而鋁的輻射放射率約 為0.05左右，因此輻射至空氣中的熱傳量相對較低。換言之，利用散熱器 132、 25具高熱傳導係數的特性，雖然可以很快地將電子元件131、 22所產 生的熱量傳導至散熱器132、 25表面並均溫，但受限於鋁或鋁合金的低輻射 放射率，因此無法有效而快速地在自然對流的散熱環境下將熱量輻射至空氣 中散熱。相同地，未與散熱器132、 25連接的電子元件23、 24的輻射放射 率也相對地較低，因此也無法有效而快速地在自然對流的散熱環境下將熱量 輻射至空氣中散熱。由於電源轉換器或電源供應器內部的輻射散熱機制無法 有效地提高，因此造成電源轉換器或電源供應器的散熱效率無法增加且整體 溫度無法再降低。有鑑於傳統技術的缺點，實有必要提出一種可在被動式散熱機制下提高 電子裝置散熱效率以及使其整體溫度再降低的結構，以解決目前所遇到的問 題。發明內容本發明的主要目的在於，提供一種具有被動式散熱機構的電子裝置，以解決傳統電子裝置的散熱效率無法提高以及整體溫度無法再降低的問題。本發明的另一目的在於，提供一種具有被動式散熱機構的電子裝置；一 方面，該電子裝置內部的輻射散熱機制的熱傳量可以有效地提高；另一方面， 該電子裝置的散熱結構簡單、易於作業、並且可以保護內部電路板總成的電' 子元件。為實現上述目的，本發明提供一種具有被動式散熱機構的電子裝置，包 括 一電路板總成，具有多個電子元件；以及一輻射增強層，至少部分地貼 附於該電路板總成的該電子元件的表面，以用於輔助該電子元件散熱，其中， 該輻射增強層包含絕緣陶瓷材料。根據上述結構的電子裝置，其可利用輻射增強層改變電路板總成上的電 子元件表面及/或散熱器表面的輻射放射率，以提高散熱效率，這樣不僅可以 解決傳統技術所造成的散熱效率不佳以及整體溫度無法再降低的問題，而且 結構簡單、易於作業，並且可以保護內部的電子元件。


圖1為傳統電源轉換器的結構示意圖。圖2顯示了在自然對流的散熱環境下將電源供應器的電路板總成上的電 子元件所產生的熱量轉移的結構示意圖。圖3為本發明優選實施例的具有被動式散熱機構的電子裝置的結構剖面圖。圖4為本發明另一優選實施例的具有被動式散熱機構的電子裝置的結構 示意圖。其中，附圖標記說明如下1:電源轉換器11:上殼體12:下殼體 13、 21:電路板總成14:電源輸出端131、 22、 23、 24:電子元件132、 25:散熱器2:電源供應器 3、 4:具有被動式散熱機構的電子裝置31、 41:電路板總成 32、 42:輻射增強層33、 34、 43、 44:電子元件 35:殼體結構 351:第一殼體352:第二殼體 36:容置空間37:電源輸入元件38:電源輸出元件 39、 49:散熱器具體實施方式
體現本發明特徵與優點的一些典型實施例將在下面的說明中詳細敘述。 應理解的是，本發明能夠具有各種變化，且其均不脫離本發明的範圍，且其 中的說明及附圖在本質上是用於說明，而非用以限制本發明。請參閱圖3，其為本發明優選實施例的具有被動式散熱機構的電子裝置 的結構剖面圖。如圖3所示，本發明的具有被動式散熱機構的電子裝置3可 為例如電源轉換器，且不以此為限。本發明的具有被動式散熱機構的電子裝 置3主要包括一電路板總成31以及一輻射增強層32。電路板總成31具有多 個電子元件33、 34，例如電晶體、電阻、電容與磁性元件等，所述多個電子 元件33、 34構成一電源轉換電路，使該電路板總成31可以將輸入的電源轉 換為所需規格的電源後輸出。另外，輻射增強層32至少部分地貼附於電路 板總成31的電子元件33、 34的表面，且輻射增強層32由絕緣陶瓷材料所 構成，通過輻射增強層32至少部分地貼附於一個或多個電子元件33、 34的 表面，可以有效地在被動式散熱機制下提高電子元件33、 34的輻射熱傳量， 從而有利於電子元件33、 34的散熱。在一些實施例中，構成輻射增強層32的絕緣陶瓷材料包括但不限於氮 化物、氧化物、碳化物、硼化物及其複合物。絕緣陶瓷材料除具有絕緣特性 外，還具有高溫穩定性、不會產生有毒物質或氣體、良好的化學穩定性、較 高的熱傳導係數以及較高的輻射放射率。在另一些實施例中，該絕緣陶瓷材 料優選為氮化硼、氮化矽、氮化鈦、氧化鋁或其複合物，但不以此為限。以 氮化硼為例，其在空氣存在的環境下的安全操作溫度為攝氏950 100(TC之 間、絕緣強度為30 40kV/mm之間、介電常數為3.9 5.3s之間、熱傳導係數 約大於300w/mk、輻射放射率約為0.8。此外，氮化硼為無機材料不會在高 溫環境下產生有毒物質或氣體，且具有良好的化學穩定性。在一些實施例中，該輻射增強層32可利用例如噴灑、含浸或塗布等方 式直接形成於電路板總成31的電子元件33、 34表面上。舉例而言，若以噴 灑方式進行，則可以將絕緣陶瓷材料與一溶劑混合製備成液體或噴劑，其中 該溶劑可為酮類，例如丙酮，但不以此為限。通過噴灑的方式，可以將絕緣 陶瓷材料至少部分地噴灑於電路板總成31的電子元件33、 34表面上，使輻射增強層32貼附於電子元件33、 34表面，從而利用絕緣陶瓷材料具有相對 較高的輻射放射率，輔助提高電子裝置內部輻射散熱機制的熱傳量，進而保 護內部電子元件。在一些實施例中，電路板總成31也可在大體整個表面上貼附形成輻射 增強層32，該輻射增強層32以大體上均勻的厚度貼附並覆蓋於所述多個電 子元件33、 34的表面，由此形成於電路板總成31上的輻射增強層32可以 提高電子裝置內部輻射散熱機制的熱傳量，進而保護內部電子元件。在一些實施例中，本發明具有被動式散熱機構的電子裝置3還包括一殼 體結構35，該殼體結構35由例如第一殼體351與第二殼體352組成。電路 板總成31設置在殼體結構35內部的容置空間36中。此外，本發明具有被 動式散熱機構的電子裝置3還包括電源輸入元件37以及電源輸出元件38， 該電源輸入元件37可為例如插座，而電源輸出元件38可為例如電源連接線， 但不以此為限。在一些實施例中，本發明具有被動式散熱機構的電子裝置3還包括至少 一個散熱器39，該散熱器39設置在電路板總成31上，且可以與部分的電子 元件33、 34連接或接觸，從而利用散熱器39輔助電子元件33、 34散熱。 舉例而言，如圖3所示，電子元件33與散熱器39連接或接觸，而電子元件 34則不與散熱器39連接或接觸，因此，電子元件33可利用散熱器39輔助 散熱。請再參閱圖3，電路板總成31上的電子元件34在運行時會產生熱量， 而所產生的熱量將通過傳導的方式傳遞至輻射增強層32。之後，輻射增強層 32內的熱流則會分散於其表面，並以輻射的方式將熱量傳遞至內部空氣中。 由於殼體結構35內部採用被動式散熱機制，即不使用風扇散熱，因此經由 輻射而傳遞至內部空氣中的熱量會進一步地以自然對流及輻射的方式傳遞 至殼體，以此完成散熱。由於輻射增強層32具有約0.8的輻射放射率，根據史蒂芬波茲曼方程式， 前述的熱量傳遞機制中經由輻射所產生的熱量傳遞可以利用下列方程式表不g, = ^2、、、。相同地，輻射增強層32具有約0.8的輻射放射率，根據史蒂芬波茲曼方 程式，前述的熱量傳遞機制中經由輻射所產生的熱量傳遞可以利用下列方程 式表不a = ((4-:r24) (2)其中，a:輻射熱傳量(『)J:輻射的傳遞面積(附2) s2:輻射增強層的輻射放射率cr:常數(5.676x10—8『/附2/:4)r1:輻射增強層的輻射表面溫度(《) r2:在環境中空氣的溫度(《) 由上述方程式可知，輻射熱傳量受到散熱器39表面的輻射增強層32的 輻射放射率影響，由於傳統的散熱器通常由鋁或鋁合金所製成，而鋁的輻射放射率約為0.05左右，因此與傳統的散熱器比較，在相同的條件下(假設^、 7;與K相同的條件下)，貼附有輻射增強層32的散熱器39明顯地可以增加輻射熱傳量，提高散熱效率。換言之，散熱器39具高熱傳導係數的特性雖然可以很快地將電子元件 33所產生的熱量傳導至表面並均溫，但傳統技術受限於鋁的低輻射放射率， 因此無法有效而快速地在被動式散熱機制下將熱量輻射至殼體內部空氣中。 然而，貼附輻射增強層32的散熱器39雖增加了由散熱器39傳導至輻射增 強層32的機制，但傳導的熱傳速率與熱傳量遠大於輻射，因此輻射機制的 部分便成為影響熱傳量與散熱效率的主要關鍵。由於貼附有輻射增強層32 的散熱器39具有較高的輻射放射率，因此可以使散熱量與散熱效率提高。請參閱圖4，其為本發明另一優選實施例的具有被動式散熱機構的電子 裝置的結構示意圖。如圖4所示，本發明的具有被動式散熱機構的電子裝置 4可為例如應用於液晶顯示器的電源供應器，且不以此為限。本發明的具有 被動式散熱機構的電子裝置4主要包括一電路板總成41以及一輻射增強層 42。電路板總成41具有多個電子元件43、 44，例如電晶體、電阻、電容與 磁性元件等，所述多個電子元件43、 44構成一電源轉換電路，使該電路板 總成41可以將輸入的電源轉換為所需規格的電源後輸出。另外，輻射增強 層42至少部分地貼附於電路板總成41的電子元件43、 44表面，且輻射增 強層42由絕緣陶瓷材料所構成，通過輻射增強層42至少部分地貼附於一個 或多個電子元件43、 44的表面，可以有效地在被動式散熱機制下輔助提高 電子元件43、 44的輻射熱傳量，從而有利於電子元件43、 44的散熱。在一些實施例中，本發明具有被動式散熱機構的電子裝置4還包括至少 一個散熱器49，該散熱器49設置於電路板總成41上，且可以與部分的電子 元件43、 44連接或接觸，從而利用散熱器49輔助電子元件43、 44散熱。 舉例而言，如圖4所示，電子元件43與散熱器49連接或接觸，而電子元件44則不與散熱器49連接或接觸，因此，電子元件43可利用散熱器49的輔 助散熱。同樣地，輻射增強層42也可至少部分地貼附於電路板總成41的散 熱器49表面。由於具有被動式散熱機構的電子裝置4的輻射散熱機制與圖3 所示實施例相似，因此不再贅述。綜上所述，本發明提供一種具有被動式散熱機構的電子裝置，其主要是 利用輻射增強層改變電路板總成上的電子元件表面及/或散熱器表面的輻射 放射率，以提高散熱效率，這樣不僅可以解決傳統技術所造成的散熱效率不 佳以及整體溫度無法再降低的問題，而且結構簡單、易於作業，並且可以保 護內部的電子元件。對於本領域技術人員而言，在不脫離本發明精神主旨的情況下對本發明 進行的各種修改變化，均不脫離本發明的保護範圍。
權利要求
1、一種具有被動式散熱機構的電子裝置，包括一電路板總成，具有多個電子元件；以及一輻射增強層，至少部分地貼附在該電路板總成的所述電子元件的表面，以用於輔助所述電子元件散熱，其中，該輻射增強層包含絕緣陶瓷材料。
2、 如權利要求1所述的具有被動式散熱機構的電子裝置，其中，該電 路板總成還具有至少一散熱器，該散熱器與部分所述電子元件連接或接觸， 且該散熱器為金屬材料製成。
3、 如權利要求2所述的具有被動式散熱機構的電子裝置，其中，該輻 射增強層至少部分地貼附於該散熱器的表面，以用於輔助該散熱器散熱，且 該輻射增強層的輻射放射率相對高於該散熱器的輻射放射率。
4、 如權利要求1所述的具有被動式散熱機構的電子裝置，其中，該絕 緣陶瓷材料由氮化物、氧化物、碳化物、硼化物或其複合物構成。
5、 如權利要求4所述的具有被動式散熱機構的電子裝置，其中，該絕 緣陶瓷材料由氮化硼、氮化矽、氮化鈦、氧化鋁或其複合物構成。
6、 如權利要求1所述的具有被動式散熱機構的電子裝置，其中，該輻 射增強層的輻射放射率相對高於所述電子元件的輻射放射率。
7、 如權利要求1所述的具有被動式散熱機構的電子裝置，其中，該具 有被動式散熱機構的電子裝置為電源轉換器或電源供應器。
8、 如權利要求l所述的具有被動式散熱機構的電子裝置，還包括 一殼體結構，該殼體結構由一第一殼體與一第二殼體組合而成；以及 一電源輸入元件以及一電源輸出元件，分別設置於該殼體結構上。
9、 如權利要求1所述的具有被動式散熱機構的電子裝置，其中，該輻 射增強層以噴灑、含浸或塗布方式貼附於所述電子元件。
10、 如權利要求9所述的具有被動式散熱機構的電子裝置，其中，絕緣 陶瓷材料與一溶劑相混合而製備成液體或噴劑，且該溶劑為丙酮。
全文摘要
本發明公開了一種具有被動式散熱機構的電子裝置，包括一電路板總成，具有多個電子元件；以及一輻射增強層，至少部分地貼附在該電路板總成的所述電子元件的表面，以用於輔助所述電子元件散熱，其中，該輻射增強層包含絕緣陶瓷材料。根據上述結構的電子裝置，其可利用輻射增強層改變電路板總成上的電子元件表面及/或散熱器表面的輻射放射率，以提高散熱效率，這樣不僅可以解決傳統技術所造成的散熱效率不佳以及整體溫度無法再降低的問題，而且結構簡單、易於作業，並且可以保護內部的電子元件。
文檔編號H05K7/20GK101325860SQ20071010902
公開日2008年12月17日 申請日期2007年6月12日 優先權日2007年6月12日
發明者葉文義, 徐瑞源, 林克誠, 簡士凱, 陳盈源 申請人:臺達電子工業股份有限公司