寬溫、高穩定性BOX PC應用場合持續擴大

前言：
雖然多數採行嵌入式系統的控制應用場合，相同的使用目的即便改採常規桌上型電腦設備也能支援運行，但對於嵌入式系統必須要求的寬溫工作環境、高穩定性與高風險環境運作的惡劣操作條件，若產生任何設備誤動作而造成生產損失，可能必須付出更大代價！這也是相對強固、耐用的BOX PC，持續保有市場需求的關鍵價值。BOX PC規格與一般常規PC近似，由於設計上的差異，得以擁有更寬的工作溫度，並兼具耐震、防塵...

本文：
在多數導入BOX PC的場合，大多是工業或特殊應用環境為主，而電腦必須面對的工作現場環境問題相當複雜，例如設備的置放環境可能會有高溫、高振動、潮濕與通風不良...等現況，但對於生產線或工作環境又不可缺少的輔助用運算系統，其運作品質若沒有採取適當防護措施，所提供的服務品質必定因此而大打折扣，甚至造成無謂損失。

針對各種惡劣環境與設置條件，具高環境耐受度的BOX PC，就是為解決這類環境受限又必須就近設置運算服務的需求設計，而BOX PC電腦外觀在機殼設計就有顯著差異，會比一般常規電腦擁有更強固的外殼材質與設計方式，但體積卻明顯較一般常規電腦來得更小，以因應可能極為狹小的設置場合(例如裝設於工廠生產線的配線箱中)，其在整體電源供應、散熱考量、零件配置必須為惡劣操作環境預先規劃最佳配置。

BOX PC外觀構型設計

雖然BOX PC多半對體積寫相對要求較高，而常規的桌上型電腦近年也持續朝縮減體積發展，但實際上兩者仍有一段差距，因為常規電腦需要考量消費者的升級需求，主機板上自然還會預留部分升級插槽，而BOX PC則極可能縮小設計板面，甚至利用非常規零組件進行主版的小型化設計，雖然一般常規電腦可能已可做到與BOX PC一般小巧的尺寸，但內部的構造仍有部分差距。

BOX PC在處理器選用部份，則多半挑選低TDP(Thermal Design Power)的處理晶片(例如Atom)，以減輕BOX PC的內部散熱負荷。在與常規電腦關鍵零組件近似狀況下，兩者採近似的工業標準亦相當常見，即便BOX PC多用於垂直整合市場，但為了持續壓低產品成本，善用大宗的產品元件，也成為開發省下更多零件採購成本的重要手段，例如，電腦業為使電腦體積有效縮小所提出的SFF(Small form factor)設計主機板，常在BOX PC設計中看到，BOX PC常見沿用常規PC架構、I/O，與處理器、硬碟、記憶體...等關鍵零組件。

BOX PC強固化設計關鍵

BOX PC與一般常規電腦相同，但BOX PC應用優勢在提供相對可靠的運算服務品質，於惡劣條件下亦能運行完整的運算服務，一般商用電腦的運行溫度設定在0~40℃，但對於如Kiosk這類戶外設置用途，強固的定義即必須滿足更寬的工作溫度，甚至針對部份寒帶地區，需提供零下20℃也能啟動開機的能力。BOX PC的強固表現還得應付無預期劇烈震動、突發高溫，甚至碰撞衝擊...等環境耐受條件，而在這些狀況下系統還能順利完成運算任務，這才算合格。

除了一般定義的「強固」要求外，其實也有針對「極端」強固(Extreme Rugged)要求設計，這類相對具更大環境耐受力的BOX PC，必須具備處理偶發性系統當機時自動恢復運作的機制，或遇上如接觸不良或是主機板錫裂...等嚴重硬體問題，運行系統也必須有能力自行切換至備援設計、取代原有主機的應用服務功能，以維持系統正常運作，但這類特殊性的要求多半以大眾運輸、海運、空運與軍用應用目的居多，自然必須採取最高規格的設計與驗證，採高製造標準要求。

BOX PC亦深生活應用

BOX PC應是針對市場需求不斷演進、開發的而來產品線，BOX PC也早已深入生活應用中。例如Kiosk裡頭可能擺的就是BOX PC，而平日搭乘的電梯面板背後的中控核心系統，也可能是BOX PC整合相關按鍵控制延伸應用，另在街邊設置的LCD、LED數位看板，背後的顯示播放主控電腦，大多也是利用BOX PC負責關鍵的展演內容運算與顯示。

從貼近生活的應用方式觀察，會發現BOX PC對於戶外或高溫、潮濕環境應用上，具備較寬廣的環境參數耐受力，運用獨特的機殼、電源配置與散熱規劃，解決一般常規PC無法在惡劣應用場合的限制，搭配BOX PC本身即具備是一部Wintel架構縮小版設計，其擁有100%相容Windows平台的基礎優勢條件，對於導入這類BOX PC應用的廠家，則可以將原有針對Wintel開發的應用程式快速移轉，甚至藉此加速系統的開發時程，讓生產力大幅提升。

不同應用應用領域的設計要求

先前也提過， BOX PC屬於對環境耐受度相對提升的電腦設計，而當電腦運用於工廠、戶外、車用不同場合時，其實際的應用需求就必須針對導入環境現況進行深入評估，例如，路燈控制用的BOX PC，戶外環境的溫度範圍、震動、衝擊、灰塵與溼度，都必須找到對應的檢核數據進行評估。

但目前多數BOX PC設計僅在體積上儘可能縮小，搭配主？被動散熱機制與較高等級的電源供應器，組成一個相對強固的系統平台，若採取戶外架設的應用時，此時系統就必須導入更 ruggedizing多模組化的補強措施，規劃系統時不應只看主機規格，必須將升級配件與應用環境相關的升級解決方案一併納入考量，補強其系統穩定性能。

即使一款號稱散熱設計良好的BOX PC，但其解決方案仍需透過內部設計觀察，檢視長時間不中斷運作下的可靠性表現。以電子元件的運作狀況觀察，通常只要機殼內的溫度持續提高，當機殼內部溫度上升，這也代表著內部的電子零件可靠度也會因此下滑。觀察其散熱機制運作概念，則可協助找到合用的BOX PC參考補強設計。

針對穩定性的儲存設計要求

部分BOX PC系統預設為採硬碟儲存配置，但硬碟與風扇的問題差不多，也是機械性元件較多的組件，容易受到震動或衝擊影響其運作穩定，甚至成為系統穩定運行的隱憂。若是要將BOX PC用於高震動環境，目前有DOM(Disk On Module)、SSD或是CompactFlash儲存卡...等多種儲存解決方案，均可達到建構高穩定、高耐震系統需求。

改換Flash Memory解決方案除高耐震優勢，Flash概念的儲存設備兼具體積較小特質，很容易可以做到雙重備援的系統，例如，有些BOX PC就支援雙CompactFlash儲存媒介作為系統磁碟交互備援，當其中一組CompactFlash磁碟出現硬體故障，系統隨即利用另一個備援的CompactFlash磁碟進行系統重新啟動、運行，如此一來就不會有系統磁碟故障整體系統隨即停擺的問題，用極低成本就可以做到雙系統磁碟的備援設計。

震動問題的改善方案

號稱可積極應對極端嚴苛環境所設計的BOX PC系統，實際應用時不僅有溫度問題需面對，還有震動、衝擊...等設計瓶頸需透過設計強化功能表現。目前電腦系統最不耐衝擊的元件為機械性裝置，例如風扇與硬碟機，風扇問題可在BOX PC採Fanless設計獲得改善，可排除風扇故障引起的系統連鎖反應。例如，成本較低的BOX PC散熱鰭片多採散熱膠與晶片表面貼合或搭配卡榫固定，但經長時間高溫運行與環境震動，容易使散熱膠失去黏性或卡榫龜裂，造成散熱片與熱源無法有效貼合，導致散熱效率下滑。

在BOX PC中常見設計即為將主機外殼就當成超大的散熱鰭片，並在系統核心晶片上方，置入延伸熱導散熱鋁片，部分設計是將系統晶片散熱鋁片與主機外殼整合，這類Fanless的散熱機制實際上卻有不耐震動或外部衝擊的設計限制！當外部震動或衝擊發生時，機殼衝擊力若直接導向散熱片與下方的主控晶片，此外部物理應力即將主控晶片上方施加，會讓系統晶片變成直接面對衝擊應力的角色，震動或外部衝擊發生頻繁時，就會導致增加晶片與主機板間錫裂的機率升高，間接影響系統穩定性表現。

折衷的做法若真需將外部機殼導入散熱機制，就必須妥善設置衝擊應力的隔離設計，例如於引導熱源傳導的鋁材、導熱管間加入緩衝設計，追加機械式的傳導緩衝元件，將外部應力盡可能與散熱對象隔離或減低衝擊影響，或是透過低成本的卡榫或接片，讓外部衝擊不會直接影響施壓於晶片表面，形成更有效率的散熱環境。

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