CN103841784A - 电子装置的内部中框板的成型方法及其该内部中框板 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电子装置的内部中框板及其成型方法。这种内部中框板包括主框板体与形成在主框板体上的特殊结构体，所述特殊结构体由粉体材料直接喷积结合在所述主框板体表面的喷积体所构成。所述内部中框板是使用高速冷喷在所述主框板体上形成特殊结构体，再通过少量的机加工或不需要机加工而成型的。所述内部中框板具有良好的散热管理功能，解决了现有技术中电子装置的内部中框板难以同时做到轻和薄又有良好的散热管理功能的问题。

Description

电子装置的内部中框板的成型方法及其该内部中框板

技术领域

本发明涉及电子装置的内部中框板及其成型方法。

背景技术

许多3C电子装置（Computers, Communication and Consumer electronics），尤其是移动电子装置有内部中框板，用于安装电子元器件和作为电子设备的承力结构件。电子装置的内部中框板有各种各样的设计，从结构和功能上分，内部中框板主要由两大部分组成。第一部分是构成主要结构的主框板体；第二部分是主框板体表面的特殊结构体，包括用于安装电子元器件的承力结构和/或用于散热管理等的功能结构。

由于材料性能的不同（参见表1），以及内部中框板制造工艺的差异，现有技术中不同典型材料制备的移动电子装置的内部中框板的特点如下：

高分子材料（如塑料）比重低、强度低、弹性模量非常低，用注塑方式生产的高分子材料内部中框板虽较轻，但很厚；而且高分子材料的导热系数非常低，难以通过内部中框板将热量传导出去。强化高分子材料（如玻璃纤维强化塑料）的强度和弹性模量比普通高分子材料高，因此内部中框板厚度比高分子材料的薄一些；但其导热系数同样很低，不利于将热量传导出去。

钢（如不锈钢）的强度和弹性模量都高，使得用薄板冲压成型的不锈钢内部中框板是现有技术中最薄的内部中框板。而且由于薄，其重量也不大。但螺栓柱等立体结构不能冲压成型。另外不锈钢是导热系数很低的金属，尤其当材料很薄时，非常不利于将电子装置中的热量通过内部中框板传导散发出去。

压铸生产的镁合金内部中框板，重量较轻，导热系数比不锈钢高，但是材料弹性模量比不锈钢低很多，因此镁合金内部中框板的厚度比不锈钢的要厚很多。

由于材料的比重较大，弹性模量又低，压铸生产的锌合金内部中框板显得厚重。

对于导热系数不高的内部中框板，现有技术常通过在内部中框板上贴上薄铜皮和薄石墨层来增加导热性。但铜皮和石墨层往往太薄，且断面不能变化，难以进行有效的散热管理（thermal management） 设计。

导热系数高的铜和铜合金，由于比重大于钢，强度和弹性模量又不及不锈钢，不适合用于重量要求轻的移动电子装置的内部中框板。

导热系数高、比重较低的铝合金，由于强度和弹性模量大大低于不锈钢，不能生产出像不锈钢一样的薄的内部中框板。

综上所述，现有的电子装置的各种内部中框板不能做到既轻又薄，且散热管理性能优异。

因此，有必要发明一种新型既轻又薄，且散热管理性能优异的电子装置内部中框板及其生产方法，以克服上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子装置的内部中框板及其成型方法。解决了现有技术中电子装置的内部中框板难以同时既轻又薄，且散热管理性能优异的问题。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种内部中框板的成型方法，包括以下步骤：

（1）提供板材并制备成主框板体；

（2）通过高速冷喷将所述粉体材料在所述主框板表面形成喷积体以获得所述内部中框板。；

作为本发明的进一步改进，所述内部中框板的成型方法还包括位于步骤（2）之后的机加工步骤，所述机加工步骤为对所述喷积体进行机加工形成特殊结构体。

作为本发明的进一步改进，所述高速冷喷是由超音速的气体驱动所述粉体材料以250-1000米/秒的速度撞击到所述主框板体表面设定的部位以形成喷积体。

作为本发明的进一步改进，所述粉体材料选自金属粉末、合金粉末、塑料粉末、陶瓷粉末中的一种或多种的混合。

为实现前述发明目的，本发明还提供了一种内部中框板的成型方法制备的电子装置的内部中框板，所述内部中框板包括主框板体和形成在所述主框板体上的特殊结构体；所述特殊结构体由粉体材料直接喷积结合在所述主框板体表面的喷积体所构成。

作为本发明的进一步改进，所述主框板体表面与所述喷积体之间有结合界面存在；且所述结合界面上的显微结构无宏观间隙。

作为本发明的进一步改进，形成所述喷积体的各部分的所述粉体材料可以是一种或一种以上。

为实现本发明目的，本发明还提供了一种采电子装置的内部中框板，所述内部中框板包括主框板体和结合在所述主框板体表面设定部位的喷积体，所述喷积体包括喷积隔热层以及结合在所述喷积隔热层的外表面和周围的喷积导热层；所述喷积隔热层由隔热粉体材料直接喷积结合构成，所述喷积导热层由导热粉体材料直接喷积结合构成，所述隔热粉体材料的导热系数低于所述导热粉体材料的导热系数。

作为本发明的进一步改进，所述主框板体表面与所述喷积隔热层的表面之间是有结合界面存在，且所述结合界面上的显微结构无宏观间隙。

作为本发明的进一步改进，所述喷积导热层与所述喷积隔热层之间有结合界面存在，且所述结合界面上的显微结构无宏观间隙。

作为本发明的进一步改进，所述喷积导热层与所述主框板体表面之间有结合界面存在，且所述结合界面上的显微结构无宏观间隙。

作为本发明的进一步改进，所述隔热粉体材料是高分子材料粉末，或高分子材料粉末和陶瓷粉末的混合粉体。

作为本发明的进一步改进，所述导热粉体材料选自铜粉末、铝粉末、铜合金粉末、铝合金粉末或陶瓷粉末中的一种或多种的混合。

本发明的有益效果在于：通过将冷喷技术引入到电子装置的内部中框板的制备当中，在提高材料利用率的同时，扩大了材料种类的选择性，制备工艺简单，从而能够提供一种既轻又薄，且散热管理性能优异的新型电子装置内部中框板。

附图说明

图1为本发明电子装置的内部中框板立体示意图。

图2为图1内部中框板的俯视平面示意图。

图3为第一种主框板体示意图。

图4为第二种主框板体示意图。

图5为图1主框板体A-A断面示意图。

图6为图1主框板的B-B断面示意图。

图7为表面有导热层的内部中框板断面示意图。

图8为本发明制备内部中框板坯件的高速冷喷装置示意图。

图9为本发明制备内部中框板的工艺流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的各实施方式进行详细地描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本发明使用高速冷喷涂的技术，将选择的粉体材料直接高速冷喷在主框板体表面上形成喷积体而制备出特殊结构体，根据所述特殊结构体的功能，所述粉体材料选自金属粉末、合金粉末、塑料粉末、陶瓷粉末中的一种或多种的混合；且根据不同的特殊结构的功能不同所需要的材料的性能不同，形成所述喷积体的各部分的所述粉体材料可以是一种或一种以上。然后通过少量的机加工成型为终形的电子装置内部中框板；在有些设计中，所述内部中框板坯件可以不需要经过机加工而直接成为终形的电子装置内部中框板。

高速冷喷涂（Gold Gas Dynamic Spray）是使用高速气体驱动金属和非金属的细微粉体喷涂在物体表面的一种较新的技术。被喷射表面在喷涂过程升温不高，故为“冷喷”，对被喷材料的性能影响很小。该技术的理论在荷兰Elsevier出版公司于2007年出版的A. Papyrin教授等编辑的《Cold Spray Technology》专著中有详述。在市场上已有高速冷喷涂设备出售。高速冷喷涂目前主要应用于金属表面防护，以及金属表面缺损的修复上。

图1所示为本发明应用于移动电子装置（如智能手机）的内部中框板10的立体示意图，图2是图1的俯视平面示意图。内部中框板10包括主框板体18，和形成在主框板体18上的特殊结构体。

主框板体18可以有两种结构，一种是如图3所示一体成型主框板体18A，包括主框板体底板20、边框22、边框24、螺栓柱42、螺栓柱44、凸台46，这些结构都是用一块金属或非金属材料（如塑料）成型的； 一体成型主框板体18A的特征是主框板体各部位的厚度不同，通常是通过压铸金属或注塑成型的。主框板体18的另一种类型是如图4所示薄板型主框板体18B，包括的结构有主框板体底板20、边框22和边框24；薄板型主框板体18B的特征是主框板体各部位的厚度相同或基本相同，通常是用金属薄板通过钣金冲压成型的；其它结构，如螺栓柱42、螺栓柱44和凸台46，是通过铆接、焊接、粘接和螺丝等固定到主框板体18B上。在制备主框板体18时，根据设计可形成各种结构和形状，以及主框板体孔38和主框板体边框槽40等。内部中框板10的四周都可有边框，也可完全没有边框而只是主框板的边缘。

图5和图6分别是图1的A-A和B-B断面图。紧贴热源体48的散热管理功能体50，在主框板体18的材料导热系数较低时，将热源体48的热量有效的传输到内部中框板10的周边散发出去。散热管理功能体50是用导热系数高的材料（如铝或铜）成形在主框板体18上的，其导热系数远高于主框板体18A或18B的主要材料塑料、镁合金或者不锈钢等。表1列举了一些可用于制备电子设备的内部中框板的材料的导热系数和力学性能。

图1和图2中所示的散热管理功能体50的中间窄、上下宽，从发热体扩展延伸到内部中框板体边框内表面28和30，这是一种较快将热量传导到边框22和24散发出去的设计。从图5和图6可以看出，散热管理功能体50的A-A和B-B横断面是梯形，即散热管理功能体50接触热源体48的部分更厚，有利于热量的传输。在热源体48的发热量不高时，散热管理功能体50可以采取薄的等厚结构，形成散热管理功能层。根据设计的需要，散热管理功能体或散热管理功能层在主框板体的正面也可在主框板体的反面，图7为在主框板体的反面32有等厚散热管理功能层62的内部中框板60的断面示意图。图7对应图5的A-A断面位置。如有需要散热管理功能层62可以形成在全部或部分主框板体的反面32上，也可延伸形成在主框板体边框外表面34和36上。散热管理功能体50和散热管理功能层62的形状、厚度和面积大小，取决于具体电子装置的整体散热管理设计。

散热管理功能体50或散热管理功能层62，是将导热系数比主框板体高的粉体材料直接通过高速冷喷结合并成形在主框板体18上的喷积体，包括喷积隔热层以及结合在所述喷积隔热层（未图示）的外表面和周围的喷积导热层（未图示）；所述喷积隔热层由隔热粉体材料直接喷积结合构成，所述喷积导热层由导热粉体材料直接喷积结合构成，且所述隔热粉体材料的导热系数低于所述导热粉体材料的导热系数，以方便将热量散发出去。具体地，所述隔热粉体材料是高分子材料粉末，或高分子材料粉末和陶瓷粉末的混合粉体；所述导热粉体材料选自铜粉末、铝粉末、铜合金粉末、铝合金粉末或陶瓷粉末中的一种或多种的混合。

散热管理功能体50或散热管理功能层62与主框板体18是直接的材料结合，不需要铆接、粘接、焊接或螺丝连接，它们之间存在有可在显微镜下观察到的结合界面56或64。所述喷积隔热层与所述中框板体之间存在界面，所述喷积隔热层与所述喷积导热层之间存在界面，所述喷剂导热层与所述中框板体之间也存在界面，且所有结合界面上的显微结构均无宏观间隙。

图8为本发明制备电子装置的内部中框板的高速冷喷装置70，包括高速冷喷枪72、超音速喷管74、喷嘴76、高压气体导管78、粉体材料输送管80、高速冷喷枪电气控制器82、高速冷喷枪72的操作机械手84、机械手控制器86、工件传输台90和工件夹具92。需高速冷喷的主框板体20放在工件夹具92中，并通过真空吸附固定在夹具中。经粉体材料输送管80输入的粉体颗粒由高速气体经过超音速喷管74驱动加速，通过喷嘴76喷出形成射流88。一部分高速粒子会在撞击时升温变形并喷积结合在被撞表面上形成喷积体94，另一部分粒子会被所撞表面弹开。高速冷喷设备70包括有粉体回收装置，图中没有绘出。喷管74与被喷表面应该垂直，最多不应倾斜超过45°。喷嘴76到被喷表面距离d在5-45mm之间。当机械手84控制喷枪72沿被喷射表面移动冷喷，在10-300mm/s速度范围内匀速移动为佳。高速冷喷时，粉体输入速度在10-500克/分范围内进行控制效果较好。对于面积较大较厚的喷积体，采取一层一层地冷喷效果比较好。

使用不同的粉体材料、不同的被喷射表面和不同的高速气体，喷积体本身的强度以及喷积体与被喷射表面的结合强度会有变化，约在20-280Mpa的范围。喷积体的空心率约为0.5-3%。粉末在被喷射表面的喷积效率在10-90%之间。

高速冷喷形成散热管理功能体50或散热管理功能层62的粉体材料是导热系数达到设计要求的铜、铜合金、铝或铝合金，或者是它们的混合金属粉，也可以是上述金属粉与陶瓷粉的混合粉。粉体材料的粒度分布为1-160 μm，平均粒度可为10-90μm，颗粒形状可以是球形也可以是不规则形状。

由于不是外观件，高速冷喷成型的散热管理功能体或散热管理功能层只需很少的机加工，或不需机加工最终成型。

对于图4所示的薄板型主框板体18B，螺栓柱42和44，以及凸台46可以用铆接、粘接和焊接等工艺附加上，也可用粉体材料经高速冷喷积在板型主框板体18B上，然后经机加工成型。

装置70的驱动气体可以是加压的空气、氮气或氦气。氦气最昂贵，氮气次之。为使驱动气体在喷管74中获得很高的速度，将压力在0.5 -4Mpa的驱动气体经过气体加热器加热到250-800oC后，经过一断面由小变大的喇叭形的超音速喷管（拉瓦尔喷管）74而成为超音速气流，并驱动导入其中的粉末颗粒从喷嘴76喷出，形成颗粒速度达250-1000米/秒的高速射流88。高压热气体在经过喷管74膨胀加速后，温度大大降低。驱动气体加热器可在冷喷枪72里面，也可在外面。由于巨大撞击力，粒子会侵蚀碰撞表面，并且颗粒在撞击瞬间绝热升温，造成粒子软化塑性形变，这样使部分粒子会牢固地喷积在被撞表面，同时喷积在一起的粒子之间也牢固地结合，从而不断在被撞表面喷积而成长起来形成喷积体94。可将粉末加热到200-350°C后高速喷出，以提高喷积效率。在高速冷喷过程中，应控制主框板体18的任何部位因高速冷喷造成的升温不会超过280oC，以减少对主框板体的材料性能影响。

如图5、图6和图7所示，高速冷喷成型的散热管理功能体50或散热管理功能层62与主框板体18的被喷射表面结合得非常紧密，并形成结合界面56和64。结合界面在显微镜下可以被观察到。

图9为本发明生产电子装置内部中框板10的主要工艺流程100的示意图。子工艺102是将提供的板材通过传统材料成型工艺制备主框板体18；子工艺104是通过高速冷喷制备中框板坯件。在高速冷喷之前，中框板坯18的要被喷的主框板体表面应经过喷砂等清洁工艺。子工艺106是机加工中框板坯件成型为内部中框板10。由于不是外观件，如果只是高速冷喷成型散热管理功能体50或散热管理功能层62，高速冷喷制备内部中框板坯件只需很少的机加工，或不需机加工为最终的内部中框板10。

以下，将通过具体实施方式详述如何使用本发明的方法成型出本发明的电子装置的内部中框板。

本发明第一实施方式是制备如图1和图2所示的电子装置的不锈钢内部中框板。通过图9所示工艺100实现。用316不锈钢薄平板通过冲压制成主框板体18B，薄板厚度选在0.3-0.6mm之间。内部中框板尺寸小，薄板厚度可较薄。将设定尺寸的不锈钢薄平板，通过铆接将金属的螺栓柱42、螺栓柱44和凸台46附加到不锈钢主框板体18B上。通过高速冷喷在主框板体18B上形成散热管理功能体50。在使用子工艺104时，首先去除主框板体18B表面的油污并对需进行高速冷喷的表面进行喷砂处理，以提高粉体与表面的结合力；喷嘴76到被喷射表面的距离d在10-30mm；粉体材料为铝粉，粒度分布为1-60 μm，平均粒度为10-40μm，颗粒的形状为球形，驱动气体参数在表2中。

本发明第二实施方式是制备铝基复合材料内部中框板。通过图8所示工艺100实现。使用6092/SiC/25p铝基复合材料板材制成主框板体18B，薄板厚度选在0.3-0.6mm之间。该材料的屈服强度高于316不锈钢，弹性模量达到100Gpa，大于6061铝合金的69 Gpa；导热系数为178 W/m·K，远大于316不锈钢的16W/m·K。由于该材料导热系数高，可以省去散热管理功能体50，只需使用金属粉体通过高速冷喷在铝基复合材料主框板体18B上形成螺栓柱42、螺栓柱44和凸台46，然后机加工成型为终形的内部中框板10。在使用子工艺104时，首先去除主框板体18B表面的油污并对需进行高速冷喷的表面进行喷砂处理，以提高粉体与表面的结合力。高速冷喷的具体参数，根据所选的金属粉体的不同而有所不同。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所做的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种内部中框板的成型方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）提供板材并制备成主框板体；

（2）通过高速冷喷将所述粉体材料在所述主框板表面形成喷积体以获得所述内部中框板。

2.如权利要求1所述的内部中框板的成型方法，其特征在于：还包括位于步骤（2）之后的机加工步骤，所述机加工步骤为对所述喷积体进行机加工形成特殊结构体。

3.如权利要求1所述的内部中框板的成型方法，其特征在于：所述高速冷喷是由超音速的气体驱动所述粉体材料以250-1000米/秒的速度撞击到所述主框板体表面设定的部位以形成喷积体。

4.如权利要求1所述的内部中框板的成型方法，其特征在于：所述粉体材料选自金属粉末、合金粉末、塑料粉末、陶瓷粉末中的一种或多种的混合。

5.一种采用如权利要求1-4所述的内部中框板的成型方法制备的电子装置的内部中框板，所述内部中框板包括主框板体和形成在所述主框板体上的特殊结构体；其特征在于：所述特殊结构体由粉体材料直接喷积结合在所述主框板体表面的喷积体所构成。

6.如权利要求5所述的内部中框板，其特征在于：所述主框板体表面与所述喷积体之间有结合界面存在；且所述结合界面上的显微结构无宏观间隙。

7.如权利要求5所述的内部中框板，其特征在于：形成所述喷积体的各部分的所述粉体材料可以是一种或一种以上。

8.一种采用如权利要求1-4所述的内部中框板的成型方法制备的电子装置的内部中框板，所述内部中框板包括主框板体和结合在所述主框板体表面设定部位的喷积体，其特征在于：所述喷积体包括喷积隔热层以及结合在所述喷积隔热层的外表面和周围的喷积导热层；所述喷积隔热层由隔热粉体材料直接喷积结合构成，所述喷积导热层由导热粉体材料直接喷积结合构成，所述隔热粉体材料的导热系数低于所述导热粉体材料的导热系数。

9.如权利要求8所述的内部中框板，其特征在于：所述主框板体表面与所述喷积隔热层的表面之间是有结合界面存在，且所述结合界面上的显微结构无宏观间隙。

10.如权利要求8所述的内部中框板，其特征在于：所述喷积导热层与所述喷积隔热层之间有结合界面存在，且所述结合界面上的显微结构无宏观间隙。

11.如权利要求8所述的内部中框板，其特征在于：所述喷积导热层与所述主框板体表面之间有结合界面存在，且所述结合界面上的显微结构无宏观间隙。

12.如权利要求8所述的内部中框板，其特征在于：所述隔热粉体材料是高分子材料粉末，或高分子材料粉末和陶瓷粉末的混合粉体。

13.如权利要求8所述的内部中框板，其特征在于：所述导热粉体材料选自铜粉末、铝粉末、铜合金粉末、铝合金粉末或陶瓷粉末中的一种或多种的混合。

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