CN102098886A

CN102098886A - 机壳及其制作方法

Info

Publication number: CN102098886A
Application number: CN2009102583687A
Authority: CN
Inventors: 刘睿凯; 钟兆才
Original assignee: Pegatron Corp
Current assignee: Pegatron Corp
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2029-12-14
Also published as: CN102098886B

Abstract

本发明提供一种机壳及机壳制作方法，应用于电子装置，其中电子装置内至少包含有发热元件。机壳包含机壳本体、热屏障层以及热扩散层。其中，机壳本体为金属材料。热屏障层设置于机壳本体的内壁上，且其位置对应发热元件。热扩散层设置于热屏障层与机壳本体的内壁上，且热扩散层包含多个扁平状的孔洞，上述这些孔洞的孔洞方向平行于机壳本体的延伸方向。本发明利用对应发热元件位置的热屏障层，避免热能直接传导至机壳本体表面上特定区域，解决了热集中的问题。

Description

机壳及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种用于电子装置的机壳，并且特别涉及一种有助于散热的机壳及其制作方法。

背景技术

目前消费性电子产品如数码相机、手机、笔记本电脑等，其具有的功能愈趋复杂繁多，功率晶体的数量也不断的增加，且机体要求轻薄短小，内部的空间甚为狭小，使热能累积的情况格外严重。为使功率晶体在正常的操作温度下运行、保有产品正常的使用寿命，各种电子装置中大多设置有相对应的散热模块或散热结构。此外，为降低产品的噪音及节约可携式装置的电力消耗，排热风扇的使用亦受一定限制，使得热管理的问题愈加严苛。

目前电子产品多半使用塑料及金属合金(如铝镁合金)作为机壳。以塑料机壳的电子产品为例，多在电子产品的塑料机壳内铺设铜箔、铝箔或石墨片，利用铜箔、铝箔或石墨片等较大的散热面积进行散热，以降低功率晶体的操作温度。

其中，塑料机壳具有成型容易、比重小，表面处理技术成熟且变化多样等优点。然而，塑料机壳本身缺乏对电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)及射频干扰(Radio Frequency Interference，RFI)的屏蔽效果，且塑料材料的热传导系数低、散热性能差，使得发热元件温度过高，缩短原件寿命。若是额外加贴铜箔、铝箔及石墨片等材料，则将使得产品生产时程加长且依赖大量人工，增加产品的成本及体积。

另一方面，若采用金属机壳(如铝镁合金)的电子产品，可直接利用铝镁机壳将热量导入外界，以进行散热。铝镁合金比重小，电磁波及射频遮蔽效果佳，高回收性利于环保，且热传导系数高，散热性能佳。

然而，金属机壳因导热性能好，故在紧邻发热元件的局部机壳处表面容易发生热集中，使机壳温度局部上升。若使用者操作该电子装置并接触到该处时，则可能感觉烫手而不舒适，举例来说，若笔记本电脑的置手处(palm rest)底下埋设有电源供应模块、显示芯片或中央处理器等高功率发热元件，则可能造成操作者不舒适的感受。

发明内容

为了解决已知电子装置于散热时部分壳体表面的热集中问题，本发明提出一种机壳以及机壳制作方法的概念，其利用对应发热元件位置的热屏障层，避免热能直接传导至机壳本体表面上特定区域，以解决上述的热集中问题。

本发明的一目的在于提供一种机壳，应用于电子装置，其中上述电子装置内至少包含有发热元件。

根据一具体实施例，机壳包含机壳本体、热屏障层以及热扩散层。其中，机壳本体为金属材料。热屏障层设置于机壳本体的内壁上，且其位置对应发热元件。热扩散层设置于热屏障层与机壳本体的内壁上，且热扩散层包含多个扁平状的孔洞，上述这些孔洞的孔洞方向平行于机壳本体的延伸方向。

本发明的另一目的在于提供一种机壳制作方法，应用于制作电子装置的机壳，其中电子装置内至少包含有发热元件。

根据一具体实施例，机壳制作方法包含下列步骤：首先提供机壳本体。接着，于机壳本体的内壁上形成热屏障层，且热屏障层的位置对应发热元件。最后，于热屏障层与机壳本体的内壁上形成热扩散层，其中热扩散层包含多个扁平状的孔洞，上述这些孔洞的孔洞方向平行于机壳本体的延伸方向。

关于本发明的优点与精神可以利用以下的发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1所示为根据本发明的一具体实施例中的电子装置及其机壳的示意图。

图2所示为根据本发明的一具体实施例中的机壳的剖面示意图。

图3所示为根据本发明的一具体实施例中机壳的热扩散层其热能流动路径示意图。

图4所示为根据本发明的一具体实施例中的机壳制作方法的方法流程图。

具体实施方式

请参阅图1，图1所示为根据本发明的一具体实施例中的电子装置2及其机壳1的示意图。如图1所示，机壳1适用于设置在电子装置2的表面上，电子装置2可为笔记本电脑、个人电脑系统、手机或各种其它电子装置，电子装置2内部设置可能各种运行所需的电子元件，各种电子元件通电运行时都会产生不同程度的热能，这些运行中的电子元件即为发热元件20。举例来说，电子装置2中常见的主要发热元件20可为无线通信模块、显示模块、背光源、储存媒体、电池、处理芯片或绘图芯片等。在现今高效能且高频处理的电子装置中，这些发热元件20逸散的热能将使得电子装置2的内部温度升高，若无法适当散热，将降低电子装置2的稳定性，甚至造成电子装置2永久性的损坏。于此实施例中，机壳1有助于发热元件20的散热。

图2所示为根据本发明的一具体实施例中的机壳1的剖面示意图。

如图2所示，机壳1包含机壳本体10、热屏障层12以及热扩散层14。且于此实施例中，机壳1进一步包含电绝缘导热层16。于此实施例中的机壳1中，机壳本体10设置于电子装置2的外侧表面上，暴露于外界空间中，举例来说，机壳本体10的材料可为镁合金、铝合金、钢材或铁材等，但本发明并不以此为限。机壳本体10本身为热的良导体可与外界进行热交换，作为散热之用。

如图2所示，于机壳本体10的内壁上设置有电绝缘导热层16。于实际应用中，电绝缘导热层16可为采用熔射喷覆工艺方式喷涂粉末状的电绝缘高导热陶磁材料(electrics-insulation and high-thermal-conductivity ceramic)，形成厚度介于10～50μm，且孔隙率(porosity)小于10％的电绝缘导热陶磁层。实际应用中，此电绝缘导热层16为导热系数为10～200W/m·K的高导热陶磁材料，其材料可为氧化铝(Al₂O₃)、氮化硅(Si₃N₄)、氮化硼(BN)或氮化铝(AlN)，或亦可采用其它具高导热系数但电绝缘的材料，其中以氮化铝较佳，而陶磁粉末的颗粒尺寸可为10～500nm。于此实施例中，电绝缘导热层16可避免因异质材料之间(即机壳本体10相对热屏障层12及热扩散层14之间)的标准电位差引起的电化学腐蚀(如伽凡尼腐蚀，Galvanic corrosion)，增加机壳本体10其内部抗腐蚀性。需特别说明的是，本发明并不限定必需于机壳本体10与热扩散层14之间增设电绝缘导热层16，若电化学腐蚀效应不明显时，亦可略去电绝缘导热层16，由此降低制造成本并精简制造流程。

本发明的热屏障层12可直接设置于上述机壳本体10的内壁上。于此实施例中，因机壳1进一步具有电绝缘导热层16，故如图2所示，热屏障层12形成于热扩散层14与机壳本体10的内壁上的电绝缘导热层16之间，也就是说电绝缘导热层16设置于热屏障层12与机壳本体10的内壁间以及热扩散层14与机壳本体10的内壁间，且热屏障层12的位置对应电子装置2的上述发热元件的所在。也就是说，本发明的机壳1在靠近发热元件20的处，可喷覆、涂布或以其它方式设置具低导热系数的材料层，形成厚度约10～500μm且孔隙率5～10％的热屏障层12，其低导热系数的材料可选自高分子聚合物(polymer)、玻璃纤维、低导热陶瓷材料或各式氧化物等等，但不以此为限。

于另一实施例中，本发明的热扩散层14可直接设置于热屏障层12与机壳本体10的内壁上。于此实施例中，因机壳1进一步具有电绝缘导热层16，故如图2所示，热扩散层14的一侧连接热屏障层12与电绝缘导热层16，另一侧则面向电子装置2的发热元件20。如图2所示，热扩散层14可通过导热界面材料18间接与发热元件20接触。此处的导热界面材料18可为导热膏或导热片等，本发明并不以此为限。于另一实施例中，本发明的热扩散层14亦可不通过导热界面材料18，而直接与发热元件20接触。

实际应用中，热扩散层14的制作，可采用熔射喷覆工艺将具有高导热系数的材料(例如：铜、银、铝、高导热陶瓷材料、碳纤维、石墨、类钻石等)熔融产生直径约1～250μm大小的熔融颗粒，高速撞击基材并附着堆叠于基材表面上，以形成厚度约0.1～1.0mm且孔隙率约5～40％的热扩散层14。

需特别说明的是，在热扩散层14的制作流程中，因单一熔融状喷覆颗粒在高速撞击到基材表面时，分别形成扁平状薄片，多个薄片分别凝固固化并累积堆叠，便形成连续的覆膜层，在累积堆叠的薄片与薄片之间仍有细小的孔洞(void)，使得热扩散层14具有多个扁平状的孔洞140，上述这些孔洞140的孔洞方向平行于机壳本体10的延伸方向(如图2所示)。

因熔融颗粒撞击的缘故，这些热扩散层14中的孔洞140亦形成与薄片平行的扁平形状，因扁平状孔洞140阻挡了热能的传递路径，使得热扩散层14中垂直热扩散层14的延伸方向的垂直热传导系数下降，也就使得，热扩散层14沿上述延伸方向的水平导热速率大于垂直上述延伸方向的垂直导热速率。此一状态导致多孔隙覆膜层(热扩散层14)具有各方向热传导系数不同的特性，而可以作为热的横向扩散层。

请一并参阅图3，图3所示为机壳1中热扩散层14其热能流动路径示意图。于此实施例的机壳1中，热扩散层14本身水平方向的导热速率大于垂直方向的导热速率，且配合低导热系数的热屏障层12的设置，其阻断了发热元件20至机壳本体10的直线路径。当电子装置2中的发热元件20产生热能时，上述热能可在热扩散层14沿水平的延伸方向扩散，最后平均传导至机壳本体10上，由此可减少电子装置2其机壳表面局部温度偏高的现象。

请参阅图4，图4所示为根据本发明的一具体实施例中的机壳制作方法的方法流程图。机壳制作方法应用于制作电子装置的机壳，其中上述电子装置内至少包含有发热元件。

如图4所示，上述机壳制作方法首先执行步骤S100，提供机壳本体。接着，执行步骤S102，于上述机壳本体的内壁上形成电绝缘导热层。接着，执行步骤S104，于机壳本体的内壁的电绝缘导热层上形成热屏障层，且上述热屏障层的位置对应电子装置的发热元件的所在。最后，执行步骤S106，于热屏障层与机壳本体的内壁的电绝缘导热层上形成热扩散层，其中热扩散层包含多个扁平状的孔洞，上述这些孔洞的孔洞方向平行于机壳本体的延伸方向。

其中，步骤S102中形成电绝缘导热层、步骤S104中形成热屏障层以及步骤S106中形成热扩散层等制造流程皆可经由熔射喷覆工艺完成。

其中，热扩散层可用以直接接触电子装置的发热元件。或于另一实施例中，亦可进一步添加制造步骤以设置导热界面材料于热扩散层与发热元件之间，使热扩散层通过导热界面材料间接与发热元件接触。

其中，上述实施例中，步骤S102于机壳本体与内侧两层(热屏障层及热扩散层)之间形成电绝缘导热层。于另一具体实施例中，亦可略去步骤S102中及其所形成的电绝缘导热层，使步骤S104中的热屏障层直接形成于机壳本体上，同理使步骤S106中的热扩散层形成于机壳本体及热屏障层上。

需特别注意的是，其中以熔射喷覆工艺形成的热扩散层包含多个扁平状的孔洞，上述这些孔洞的孔洞方向平行于机壳本体的延伸方向，使得热扩散层的水平导热速率大于垂直上述延伸方向的垂直导热速率。

有关上述机壳制作方法其形成的机壳，采用的材料及制作方式可参阅上述实施例的机壳的细部描述，故在此不另赘述。

为改善已知的电子装置其机壳表面温度不均匀的现象，本发明提出的机壳及机壳制作方法，其具有各方向的热传导系数不同的热扩散层，使机壳温度均匀化，避免机壳表面局部温度偏高。其中热扩散层的孔洞呈扁平状，且孔洞方向与机壳基材方向平行，使得热扩散层各方向的热传导系数不同，垂直方向的热传导系数比另外两个方向小，使热量大部分以扩散方式散开，而较少直接穿透机壳，避免机壳表面局部温度偏高。

利用以上较佳具体实施例的详述，希望能更清楚描述本发明的特征与精神，并非以上述所揭露的较佳具体实施例对本发明的保护范围加以限制。相反，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所附权利要求书所限定的范围内。

Claims

1.一种机壳，应用于电子装置，其中上述电子装置内至少包含有发热元件，其特征是，上述机壳包含：

机壳本体，为金属材料；

热屏障层，设置于上述机壳本体的内壁上，且其位置对应上述发热元件；以及

热扩散层，上述热扩散层设置于上述热屏障层与上述机壳本体的上述内壁上，且上述热扩散层包含多个扁平状的孔洞，上述这些孔洞的孔洞方向平行于上述机壳本体的延伸方向。

2.根据权利要求1所述的机壳，其特征是，上述机壳进一步包含电绝缘导热层，该电绝缘导热层设置于上述热屏障层与上述机壳本体的上述内壁之间及上述热扩散层与上述机壳本体的上述内壁之间。

3.根据权利要求2所述的机壳，其特征是，上述电绝缘导热层的材料为陶瓷材料，其材料可为氧化铝、氮化硅、氮化硼或氮化铝。

4.根据权利要求2所述的机壳，其特征是，上述电绝缘导热层经由熔射喷覆工艺形成。

5.根据权利要求1所述的机壳，其特征是，上述热屏障层与上述热扩散层均经由熔射喷覆工艺形成。

6.根据权利要求1所述的机壳，其特征是，上述热扩散层具有延伸方向，上述热扩散层沿上述延伸方向的水平导热速率大于垂直上述延伸方向的垂直导热速率。

7.根据权利要求1所述的机壳，其特征是，上述热扩散层通过导热界面材料接触上述发热元件。

8.根据权利要求7所述的机壳，其特征是，上述导热界面材料为导热膏或导热片。

9.一种机壳制作方法，应用于制作电子装置的机壳，其中上述电子装置内至少包含有发热元件，其特征是，上述机壳制作方法包含下列步骤：

提供机壳本体；

于上述机壳本体的内壁上形成热屏障层，且上述热屏障层的位置对应上述发热元件；以及

于上述热屏障层与上述机壳本体的上述内壁上形成热扩散层，其中上述热扩散层包含多个扁平状的孔洞，上述这些孔洞的孔洞方向平行于上述机壳本体的延伸方向。

10.根据权利要求9所述的机壳制作方法，其特征是，在上述于上述机壳本体的上述内壁上形成上述热屏障层的步骤之前，上述机壳制作方法进一步包含下列步骤：

于上述热屏障层与上述机壳本体的上述内壁之间及上述热扩散层与上述机壳本体的上述内壁之间形成电绝缘导热层。

11.根据权利要求10所述的机壳制作方法，其特征是，上述电绝缘导热层的材料为陶瓷材料，其材料可为氧化铝、氮化硅、氮化硼或氮化铝。

12.根据权利要求10所述的机壳制作方法，其特征是，上述于上述机壳本体的上述内壁上形成上述电绝缘导热层的步骤经由熔射喷覆工艺完成。

13.根据权利要求9所述的机壳制作方法，其特征是，上述形成上述热屏障层与上述形成上述热扩散层的步骤均经由熔射喷覆工艺完成。

14.根据权利要求9所述的机壳制作方法，其特征是，上述热扩散层具有延伸方向，上述热扩散层沿上述延伸方向的水平导热速率大于垂直上述延伸方向的垂直导热速率。

15.根据权利要求9所述的机壳制作方法，其特征是，在形成上述热扩散层之后，上述机壳制作方法进一步包含下列步骤：

于上述热扩散层与上述发热元件之间设置导热界面材料，其中上述热扩散层通过上述导热界面材料接触于上述发热元件。

16.根据权利要求15所述的机壳制作方法，其特征是，上述导热界面材料为导热膏或导热片。