CN103140064B - 壳体的设计方法及壳体、包括该壳体的电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于电子设备领域，公开了一种壳体的设计方法及壳体、包括该壳体的电子设备。上述壳体的设计方法，将壳体设置为由位于外侧的结构层和位于内侧且利于散热的导热层组成，结构层与导热层之间层叠设置。上述壳体，由层叠设置的导热层和结构层组成，导热层位于内侧，结构层位于外侧。上述电子设备，包括上述的壳体。本发明提供的一种壳体的设计方法及壳体、包括该壳体的电子设备，其改善壳体散热效果，以利于提高电子设备的散热能力，从而提高了产品的可靠性并利于延长产品的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于电子设备领域，尤其涉及一种壳体的设计方法及壳体、包括该壳体的电子设备。
背景技术
随着技术的发展，移动终端越来越普及，而且向着更加智能化、更高集成度、更强功能、更高能耗的方向发展。现在的便携式电子设置，如智能手机，其集音视频通话、短信、多媒体、上网、电子游戏、拍照、录音、计算、文件管理等多种功能于一体。在为用户带来更多方便的同时，移动终端对电能的消耗也呈指数级增长。
对于产品体积有严格限制的便携式消费类电子产品(如MP3、MP4、手机、数据卡等)，无法提供强迫风冷装置的安装空间，该种条件下，随着功耗密度的增长，散热成为产品设计的瓶颈。主要存在两方面的问题：
1、为了提高产品可靠性和延长产品使用寿命，必须降低产品内部器件温升；
2、用户对温度敏感，需要措施降低产品整体温度，改善用户体验。
器件的可靠性随着温度的升高而降低。如硅PNP管，其电应力比为0.3时，在130℃时的基本失效率为13.9×10-6/h，而在25℃时的基本失效率为2.25×10-6/h，高低温失效率之比为6∶1。
现有技术中电子设备的壳体，其散热效果差，不利于电子设备的散热，导致电子设备使用寿命短、产品可靠性差、用户体验感觉差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种壳体的设计方法及壳体、包括该壳体的电子设备，改善壳体散热效果，以利于提高电子设备的散热能力，从而提高了产品的可靠性并利于延长产品的使用寿命。
本发明的技术方案是：一种壳体的设计方法，将壳体设置为由位于外侧的结构层和位于内侧且利于散热的导热层组成，结构层与导热层之间层叠设置。
一种壳体，由层叠设置的导热层和结构层组成，导热层位于内侧，结构层位于外侧。
本发明还提供了一种电子设备，包括具有容置腔的外壳，所述外壳的容置腔内设置有电路板和电子元器件，所述外壳包括至少一上述的壳体。
本发明提供的一种壳体的设计方法及壳体、包括该壳体的电子设备，其创造性地将壳体分设为两层，其中内层的导热层采用导热性佳的改性导热塑料制成，外层的结构层采用结构强度佳且可满足喷涂要求的普通塑料制成，很好地互补了两种材料的不足，从而得到导热性佳，结构可靠并便于喷涂的壳体，很好地挖掘产品壳体的散热能力，改善了壳体散热效果，以利于提高电子设备的散热能力，从而提高了产品的可靠性并利于延长产品的使用寿命，且散热效果好，明显改善了用户体验的效果。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种壳体的横截面示意图；
图2是本发明实施例提供的普通塑料和两种导热塑料的散热性能实测数据图；
图3是采用本发明实施例所提供的壳体与现有技术中的壳体分别应用于电子设备时的散热性能实测数据图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种壳体的设计方法，将壳体设置为由位于外侧的结构层110和位于内侧且利于散热的导热层120组成，结构层110与导热层120之间层叠设置。其中内层的导热层120采用导热性佳的改性导热塑料制成，外层的结构层110采用结构强度佳且可满足喷涂要求的普通塑料制成，很好地互补了两种材料的不足，从而得到导热性佳，结构可靠并便于喷涂的壳体，以利于提高电子设备的散热能力，从而提高了产品的可靠性并利于延长产品的使用寿命，且散热效果好，可明显改善用户体验的效果。
具体地，如图1所示，导热层120和结构层110之间粘接物或/和锁紧件连接。锁紧件可为螺丝等，导热层120和结构层110之间可设置硅胶等导热胶，以进一步提高设备的散热效果。另外地，作为替代方案，壳体采用二次注塑或镶嵌注塑的方式制成，以减少装配步骤。
在满足结构强度的前提下，可尽量降低结构层110的厚度，并在保证产品内部尺寸和外形尺寸满足要求的情况下增大导热层120的厚度，以达到最佳的散热效果。
如图1所示，本发明实施例提供的一种壳体，用于手机、MP3、MP4、手机、数据卡、导航仪等电子设备上。上述壳体由层叠设置的导热层120和结构层110组成，导热层120位于内侧，结构层110位于外侧。导热层120其采用导热性能佳的非金属材料如改性导热塑料制成，以避免屏蔽信号，但是改性导热塑料结构强度差，其强度、韧性比普通塑料差，不耐冲击、振动和弯折，而且改性导热塑料的表面无法采用普通塑料使用的喷涂工艺，适应性差。本发明实施例所提供的壳体，其创造性地将壳体分设为两层，其中内层的导热层120采用导热性佳的改性导热塑料制成，外层的结构层110采用结构强度佳且可满足喷涂要求的普通塑料制成，很好地互补了两种材料的不足，从而得到导热性佳，结构可靠并便于喷涂的壳体，很好地挖掘产品壳体的散热能力，改善壳体散热效果，以利于提高电子设备的散热能力，从而提高了产品的可靠性并利于延长产品的使用寿命，且散热效果好，可明显改善用户体验的效果。
优选地，导热层120采用改性塑料制成，改性塑料包括塑料基材和导热辅材。导热辅材为导热性能优异的材料。通过在塑料基材中混入导热辅材并由塑胶模具成型，从而得到导热性能佳的导热层120。
具体地，塑料基材为塑胶材料或树脂材料，导热辅材为金属粉末或金属氧化物粉末。塑料基材包括PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)、ABS(AcrylonitrileButadieneStyreneplastic，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料)、PC/ABS合金、尼龙中的一种或几种，导热辅材为AlN(氮化铝)、Al2O3(氧化铝)中的一种或几种。其中，PC/ABS合金为改性工程塑料，其兼具PC和ABS的优点。具体应用中，可根据实际情况选用合适的塑料基材和导热辅材，均属于本发明的保护范围。
优选地，塑料基材占壳体重量的70％至90％，导热辅材占壳体重量的30％至10％，在满足结构强度的前提下，尽可能地提高壳体和散热能力。当然，可以理解地，也可以选用其它配比的塑料基材和导热辅材。
优选地，导热层120的导热系数介于2W/m.K(瓦特/米.开，为热导率单位，定义：当温度垂直梯度为1℃/m时，单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量)至50W/m.K(瓦特/米.开)之间，此范围内的材料，其导热系数是普通塑料导热系数(约0.25W/m.K)的8倍以上，热阻大大降低，电子设备内部的热量可及时快速地排出，而且，导热系数大的材料其均温效果明显，产品的整体温度明显低于普通塑料。导热系数介于2W/m.K至50W/m.K之间的改性塑料，其具有整体不导电的特性，以免影响产品内部天线的效率。
图2所示为普通塑料和两种导热塑料的散热性能实测数据。图2中的纵坐标为温度参数，横坐标为手机的各元器件，从图2可看出，采用普通塑料作为壳体材料的手机，其上壳、下壳、Flash(闪存芯片)等元器件的温度均高于采用导热改性塑料1、2作为壳体材料的手机，因为导热改性塑料1和2的热导率均高于普通塑料的导热率，散热效果也就更好。导热改性塑料1、2之间材料配比不同，使改性塑料2的导热率与导热改性塑料1的导热率不同。导热改性塑料2的执导率高于导热改性塑料1，故采用了导热改性塑料2为壳体材料的手机，其上壳、下壳、Flash(闪存芯片)等元器件的温度均低于采用普通塑料作为壳体材料的手机，也低于采用导热改性塑料1作为壳体材料的手机。据此可推断，由普通塑料制成的结构层和由导热改性塑料的导热层层叠组合形成的壳体，其导热率高于普通塑料的导热率，且低于单纯采用导热改性塑料制成的壳体的导热率。
图3所示为采用本发明实施例所提供的壳体与现有技术中的壳体分别应用于电子设备时的散热性能实测数据。图3中的横坐标为手机的各温度测试点，芯片1、芯片2、芯片3为手机内不同的芯片，外壳1、外壳2、外壳3、外壳4为手机壳体上四个不同位置的测试点；图3中的纵坐标为温度，单位为摄氏度。图3中矩形节点为现有技术中原始设计的壳体应用于手机时的测量结果，菱形节点为本实施例所提供的壳体应用于同种手机时的测量结果。图3中新设计的壳体的材料，采用PC/ABS合金为塑料基材，其占壳体重量的80％；采用氮化铝为导热辅材，其占壳体重量的20％。从图3可以看出，手机通过采用本实施所提供的新设计的壳体，其内的各芯片及各壳体位置的温度均低于采用传统技术的壳体的手机。
具体地，导热层120和结构层110之间采用粘接物或/和锁紧件连接。粘接物可为胶水等，锁紧件可为螺丝等，导热层120和结构层110之间可设置硅胶等导热胶，以进一步提高设备的散热效果。
或者，作为替代方案，壳体采用二次注塑或镶嵌注塑的方式制成，以减少装配步骤。具体地，二次注塑的方式如下：可采用双色注塑模具，其具有两个模腔，在第一模腔内先注塑成型导热层120，待导热层120冷却后再将第一模具的前模及其上的导热层120整体移入第二模腔中注塑结构层110，这样，导热层120和结构层110可以可靠地粘合成一个整体，这种生产方式，所用的注塑机设置有两套独立的熔胶、注射系统，产品生产效率高，利于提高产能。镶嵌注塑的方式如下：先在第一套模具的模腔内成型导热层120，待其冷却后将导热层120从第一套模具的模腔中取出，再放入第二套模具的模腔内并进行定位，并将熔融的普通塑料注入第二套模具的模腔内以成型结构层110，普通塑料可覆盖于导热层120上形成结构层110；这种生产方式，采用普通的具有一套熔胶、注射系统的注塑机便可生产，模具结构简单，利于降低模具成本。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括具有容置腔的外壳，所述外壳的容置腔内设置有电路板和电子元器件；所述外壳包括至少一上述的壳体。具体应用中，外壳可由前壳、后壳等组成，其前壳、后壳等可全部采用上述具有结构层110和导热层120的壳体结构。也可根据实际情况，外壳由上述壳体和由普通塑料制成的普通壳体拼装而成，将上述壳体应用于电子设备发热量较大的区域处，其它发热量较小的区域可采用以普通塑料为材料的普通壳体，以降低成本。电子设备可为MP3、MP4、手机、数据卡等移动终端设备，适应范围广。通过采用具有导热系数高的导热层120和结构强度佳的结构层110的壳体，很好地互补了两种材料的不足，在保证壳体强度的前提下可大大提高电子设备的散热能力，从而提高了产品的可靠性并利于延长产品的使用寿命，且散热效果好。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种壳体的设计方法，其特征在于，将所述壳体设置为由位于外侧的结构层和位于内侧且利于散热的导热层组成，所述结构层与导热层之间层叠设置；所述结构层采用普通塑料制成，所述导热层采用改性塑料制成；所述改性塑料包括塑料基材和导热辅材，所述导热层的导热系数介于2瓦特/米.开至50瓦特/米.开之间。
2.如权利要求1所述的壳体的设计方法，其特征在于，所述导热层和结构层之间粘接物或/和锁紧件连接。
3.一种壳体，其特征在于，由层叠设置的导热层和结构层组成，所述导热层位于内侧，所述结构层位于外侧；所述结构层采用普通塑料制成，所述导热层采用改性塑料制成；所述改性塑料包括塑料基材和导热辅材，所述导热层的导热系数介于2瓦特/米.开至50瓦特/米.开之间。
4.如权利要求3所述的壳体，其特征在于，所述塑料基材为塑胶材料或树脂材料，所述导热辅材为金属粉末或金属氧化物粉末。
5.如权利要求4所述的壳体，其特征在于，所述塑料基材包括聚碳酸酯PC、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料ABS、PC/ABS合金、尼龙中的一种或几种，所述导热辅材为氮化铝AlN、氧化铝Al2O3中的一种或几种。
6.如权利要求3所述的壳体，其特征在于，所述导热层和结构层之间采用粘接物或/和锁紧件连接。
7.如权利要求3所述的壳体，其特征在于，所述壳体采用二次注塑或镶嵌注塑的方式制成。
8.一种电子设备，包括具有容置腔的外壳，所述外壳的容置腔内设置有电路板和电子元器件，其特征在于，所述外壳包括至少一如权利要求3至7中任一项所述的壳体。
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