CN104219932A - 一种电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子设备，用于提高电子设备导热性能。所述电子设备包括机壳，及位于所述机壳内的导热层，所述导热层包括：硬质导热材料层，所述硬质导热材料层至少包括两个相对的第一表面和第二表面；以及软质导热材料层，贴附于所述第一表面和/或所述第二表面。

Description

一种电子设备

技术领域

本发明涉及机械及导热技术领域，特别涉及一种电子设备。

背景技术

随着科学技术的不断发展，电子技术也得到了飞速的发展，电子产品的种类也越来越多，人们也享受到了科技发展带来的各种便利。现在人们可以通过各种类型的电子设备，享受随着科技发展带来的舒适生活。比如，手机等电子设备已经成为人们生活中一个不可或缺的部分，人们可以通过手机等电子设备以打电话、发短信等等方式加强与其他人之间的联系。

现有技术中，用户在使用手机、PAD(平板电脑)、笔记本等电子设备时，如果使用较长时间，则电子设备的发热现象会较为严重，如果不进行处理，可能会导致电子设备中的某些元器件损坏，进而无法使用电子设备。因此，如何解决电子设备的散热问题也就变成了亟待解决的问题。

现有的解决方案：在手机或PAD内部贴附石墨、TIM(Thermal InterfaceMaterial，导热接口材料)等材料进行导热，最终将热量散到手机或PAD外部。

该方案的缺点是：如果采用石墨来散热，石墨材料属于硬的材质，将其贴覆在手机或PAD内部时，在手机和PAD的缝隙中势必会有空气存在，而空气是热的不良导体，所以会影响导热的效果。特别是在手机或PAD的屏蔽盖和内部支架之间，如果使用石墨的话因为空气的存在以及没有压缩量，会出现导热效果不好和装配问题。而如果使用TIM材料的话，由于TIM材料横向导热性能太差，所以无法达到更好的导热效果。

综上，现有技术中尚无较好的散热方法。

发明内容

本发明实施例提供一种电子设备，用于解决现有技术中电子设备导热性能较差的技术问题，实现了提高电子设备导热性能的技术效果。

一种电子设备，所述电子设备包括机壳，及位于所述机壳内的导热层，所述导热层包括：

硬质导热材料层，所述硬质导热材料层至少包括两个相对的第一表面和第二表面；以及

软质导热材料层，贴附于所述第一表面和/或所述第二表面。

较佳的，当所述导热层用于使所述电子设备散热时，所述导热层位于所述电子设备的支架与保护盖之间。

较佳的，所述软质导热材料层位于所述硬质导热材料层与所述电子设备的支架之间，和/或所述软质导热材料层位于所述硬质导热材料层与所述电子设备的保护盖之间。

较佳的，当所述导热层用于使所述电子设备散热时，所述导热层位于所述电子设备的金属板与保护盖之间。

较佳的，所述软质导热材料层位于所述硬质导热材料层与所述电子设备的金属板之间，和/或所述软质导热材料层位于所述硬质导热材料层与所述电子设备的保护盖之间。

较佳的，当所述导热层用于使所述电子设备中的芯片散热时，所述导热层位于所述芯片与所述芯片的屏蔽盖之间。

较佳的，所述软质导热材料层位于所述硬质导热材料层与所述芯片之间，和/或所述软质导热材料层位于所述硬质导热材料层与所述芯片的屏蔽盖之间。

较佳的，所述硬质导热材料层对应的硬质导热材料为石墨。

较佳的，所述软质导热材料层对应的软质导热材料为导热接口材料TIM。

较佳的，所述TIM材料为硅脂材料或相变材料。

本发明实施例中的电子设备可以包括机壳及位于所述机壳内的导热层，所述导热层可以包括：硬质导热材料层，所述硬质导热材料层至少包括两个相对的第一表面和第二表面；以及软质导热材料层，贴附于所述第一表面和/或所述第二表面。

本发明实施例中，所述电子设备中的导热层可以包括所述硬质导热材料层和所述软质导热材料层，所述软质导热材料层能够贴附于所述硬质导热材料层的所述第一表面和/或所述第二表面。本发明实施例中，所述硬质导热材料层的导热性能较好，通过所述硬质导热材料层，能够将所述电子设备中的热量较好地导出，所述软质导热材料层能够贴附于所述硬质导热材料层的所述第一表面和/或所述第二表面，从而使所述导热层能够较好地贴附于所述电子设备内，能够在一定程度上避免甚至消除所述导热层与所述电子设备其他结构部件之间可能存在的空气，从而能够将所述电子设备中的热量更好地导出至所述电子设备外部。可见，本发明实施例中由于采用将所述硬质材料层与所述软质材料层相结合的方式，能够达到较好的导热效果，提高所述电子设备的导热性能。

附图说明

图1为本发明实施例中导热层示意图；

图2为本发明实施例中硬质导热材料层示意图；

图3为本发明实施例中一种导热层示意图；

图4为本发明实施例中一种导热层示意图；

图5为本发明实施例中一种导热层示意图。

具体实施方式

本发明实施例中的电子设备可以包括机壳及位于所述机壳内的导热层，所述导热层可以包括：硬质导热材料层，所述硬质导热材料层至少包括两个相对的第一表面和第二表面；以及软质导热材料层，贴附于所述第一表面和/或所述第二表面。

本发明实施例中，所述电子设备中的导热层可以包括所述硬质导热材料层和所述软质导热材料层，所述软质导热材料层能够贴附于所述硬质导热材料层的所述第一表面和/或所述第二表面。本发明实施例中，所述硬质导热材料层的导热性能较好，通过所述硬质导热材料层，能够将所述电子设备中的热量较好地导出，所述软质导热材料层能够贴附于所述硬质导热材料层的所述第一表面和/或所述第二表面，从而使所述导热层能够较好地贴附于所述电子设备内，能够在一定程度上避免甚至消除所述导热层与所述电子设备其他结构部件之间可能存在的空气，从而能够将所述电子设备中的热量更好地导出至所述电子设备外部。可见，本发明实施例中由于采用将所述硬质材料层与所述软质材料层相结合的方式，能够达到较好的导热效果，提高所述电子设备的导热性能。

本发明实施例中的所述电子设备可以是手机、PAD、笔记本等等不同的电子设备，本发明对此不作限制。

由于物体内部分子、原子和电子等微观粒子的热运动，而组成物体的物质并不发生宏观的位移，将热量从高温区传到低温区的过程称为导热。

在气体中，导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。气体温度越高，其分子运动动能越大，不同能量水平的分子相互碰撞的结果使热量从高温处传到低温处。在导电固体中，相当多的自由电子在晶格之间像气体分子那样，通过相互碰撞传递能量。在不导电的固体中，热量的传递是通过晶格结构的振动，即原子、分子在平衡位置附近的振动来实现的。而对于液体的导热机理目前尚未获得统一的认识，一种观点认为液体的导热原因类似于气体分子的相互碰撞，只是液体分子之间的距离较小，分子间的作用力影响大于在气体分子间的作用力对碰撞过程的影响；另一种观点认为液体的导热原因类似于非导电固体，主要依靠弹性波的作用。

参见图1，本发明实施例提供一种电子设备，所述电子设备可以包括机壳，及所述电子设备可以包括位于所述机壳内的导热层。本发明实施例中，所述导热层可以包括硬质导热材料层101和软质导热材料层102。

图1中，以软质导热材料层102贴附于硬质导热材料层101的一个表面为例进行说明，例如该贴附软质导热材料层102的表面为所述第一表面。

图1中，硬质导热材料层101的厚度要大于软质导热材料层102的厚度，但需注意的是，图1只是举例说明，并不表示本发明实施例中硬质导热材料层101的厚度一定要大于软质导热材料层102的厚度。具体硬质导热材料层101的厚度和软质导热材料层102的厚度可以根据实际需要进行设定，可能是硬质导热材料层101的厚度大于软质导热材料层102的厚度，也可能是硬质导热材料层101的厚度小于软质导热材料层102的厚度，或者也可能是硬质导热材料层101的厚度等于软质导热材料层102的厚度。

硬质导热材料层101可以至少包括两个相对的第一表面和第二表面。其中，本发明实施例中，硬质导热材料层101可以由硬质导热材料组成，例如，所述硬质导热材料可以是石墨，或者所述硬质导热材料也可以是其他硬质导热材料，只要所述硬质导热材料的导热性能较好即可，本发明对此不作限制。

石墨是元素碳的一种同素异形体，每个碳原子的周边连结着另外三个碳原子(排列方式呈蜂巢式的多个六边形)以共价键结合，构成共价分子。由于每个碳原子均会放出一个电子，那些电子能够自由移动，因此石墨属于导电体。石墨是其中一种最软的矿物，它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。

在石墨晶体中，同层的碳原子以sp2杂化形成共价键，每一个碳原子以三个共价键与另外三个原子相连。六个碳原子在同一个平面上形成了正六连连形的环，伸展成片层结构，这里C-C键的键长皆为142pm，这正好属于原子晶体的键长范围，因此对于同一层来说，它是原子晶体。在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，它们相互重叠。电子比较自由，相当于金属中的自由电子，所以石墨能导热和导电，这正是金属晶体特征。因此也归类于金属晶体。

石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨成绝热体。石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键，每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。

如图2所示，为硬质导热材料层101示意图，图2中的硬质导热材料层101以形状为长方体为例进行说明，图2中的A表示硬质导热材料层101的所述第一表面，图2中的B表示硬质导热材料层101的所述第二表面，从图2中可以看出，所述第一表面与所述第二表面相对设置。

软质导热材料层102可以贴附于所述第一表面和/或所述第二表面。

其中，本发明实施例中，A和/或B的意思为：或者A，或者B，或者A和B。

即，对于软质导热材料层102可以贴附于所述第一表面和/或所述第二表面来说，其意思是：软质导热材料层102可以贴附于所述第一表面，或者软质导热材料层102可以贴附于所述第二表面，或者软质导热材料层102可以同时贴附于所述第一表面和所述第二表面。

可选的，本发明实施例中，所述导热层可以用于为整个所述电子设备进行散热。例如，所述导热层可以位于所述电子设备的机壳内，例如所述导热层可以位于所述电子设备的保护盖与手机的内部支架之间，或者所述导热层可以位于所述电子设备的保护盖与手机的金属板之间。其中，所述保护盖可以是指所述电子设备的后盖。例如，如果所述电子设备为手机，所述保护盖可以是指所述手机的后盖。

可选的，本发明实施例中，所述导热层也可以是用于为所述电子设备中的单个或多个元器件进行散热。例如所述导热层可以位于所述电子设备的机壳内，例如所述导热层可以是位于所述电子设备中某个芯片与该芯片的屏蔽盖之间，用于为该芯片进行散热。

本发明实施例中，软质导热材料层102可以贴附于所述第一表面，或者软质导热材料层102可以贴附于所述第二表面，或者软质导热材料层102可以贴附于所述第一表面和/或所述第二表面。

可选的，如果所述导热层位于所述电子设备的保护盖和所述电子设备的支架之间，则软质导热材料层102可以贴附于硬质导热材料层101与所述电子设备的支架之间，如图3所示，图3中的C表示所述电子设备的支架，或者软质导热材料层102可以贴附于硬质导热材料层101与所述电子设备的保护盖之间，如图4所示，图4中的D表示所述电子设备的保护盖，或者软质导热材料层102可以同时贴附于硬质导热材料层101与所述电子设备的支架之间和硬质导热材料层101与所述电子设备的保护盖之间，如图5所示，图5中的C表示所述电子设备的支架，D表示所述电子设备的保护盖。

可选的，例如所述电子设备可以没有支架，则所述导热层可以位于所述电子设备的保护盖和所述电子设备的金属板之间。则，软质导热材料层102可以贴附于硬质导热材料层101与所述电子设备的金属板之间，或者软质导热材料层102可以贴附于硬质导热材料层101与所述电子设备的保护盖之间，或者软质导热材料层102可以同时贴附于硬质导热材料层101与所述电子设备的金属板之间和硬质导热材料层101与所述电子设备的保护盖之间。

其中，如果所述导热层位于所述电子设备的保护盖和所述电子设备的支架之间，或所述导热层位于所述电子设备的保护盖和所述电子设备的金属板之间，则所述导热层可以是为整个电子设备进行散热。

可选的，如果所述导热层位于所述电子设备中某芯片与该芯片的保护盖之间，则软质导热材料层102可以贴附于硬质导热材料层101与所述芯片之间，或者软质导热材料层102可以贴附于硬质导热材料层101与所述芯片的保护盖之间，或者软质导热材料层102可以同时贴附于硬质导热材料层101与所述芯片之间和硬质导热材料层101与所述芯片的保护盖之间。本发明实施例中，芯片的保护盖也可以称为芯片的屏蔽盖。

本发明实施例中，软质导热材料层102可以是由软质导热材料构成。本发明实施例中，所述软质导热材料可以是TIM(Thermal Interface Material，导热接口材料，或称为热界面材料)，或者所述软质导热材料也可以是其他软质材料，只要该软质材料具有导热性能，且为柔性即可，本发明对此不做限制。

热界面材料又称为导热界面材料或者界面导热材料，是一种普遍用于IC封装和电子散热的材料，主要用于填补两种材料接合或接触时产生的微空隙及表面凹凸不平的孔洞，减少热传递的的阻抗，提高散热性。

在微电子材料表面和散热器之间存在极细微的凹凸不平的空隙，如果将他们直接安装在一起，它们间的实际接触面积只有散热器底座面积的10％，其余均为空气间隙。因为空气导热系数只有0.025W/(m·K)，是热的不良导体，将导致电子元件与散热器间的接触热阻非常大，严重阻碍了热量的传导，最终造成散热器的效能低下。使用具有高导热性的热界面材料填充满这些间隙，排除其中的空气，在电子元件和散热器间建立有效的热传导通道，可以大幅度低接触热阻，使散热器的作用得到充分地发挥。

随着微电子产品对安全散热的要求越来越高，热界面材料也在不断的发展。导热脂是最早的一种热界面材料，曾经被广泛使用。但因其操作使用难度大、长期使用易失效等缺点，目前已经逐步让位于其它新型的热界面材料，主要有如下3大类：(1)砧结固化导热胶；(2)相变材料；(3)导热弹性体材料。

理想的热界面材料应具有的特性是：(1)高导热性；(2)高柔韧性，保证在较低安装压力条件下热界面此材料能够最充分地填充接触表面的空隙，保证热界面材料与接触面间的接触热阻很小；(3)绝缘性；(4)安装简便并具可拆性；(5)适用性广，既能被用来填充小空隙，也能填充大缝隙。

本发明实施例中，如果所述软质导热材料为TIM，则例如所述TIM可以是硅脂材料，例如可以称为导热硅脂，或者所述TIM可以是相变材料，或者所述TIM也可以是其他材料。

导热硅脂俗称散热膏，属于热界面材料。导热硅脂以有机硅酮为主要原料，添加耐热、导热性能优异的材料，制成的导热型有机硅脂状复合物，用于功率放大器、晶体管、电子管、CPU等电子原器件的导热及散热，从而保证电子仪器、仪表等的电气性能的稳定。

导热硅脂是一种高导热绝缘有机硅材料，几乎永远不固化，可在-50℃-+230℃的温度下长期保持使用时的脂膏状态。既具有优异的电绝缘性，又有优异的导热性，同时具有低油离度(趋向于零)，耐高低温、耐水、臭氧、耐气候老化。它可广泛涂覆于各种电子产品，电器设备中的发热体(功率管、可控硅、电热堆等)与散热设施(散热片、散热条、壳体等)之间的接触面，起传热媒介作用和防潮、防尘、防腐蚀、防震等性能。适用于微波通讯、微波传输设备、微波专用电源、稳压电源等各种微波器件的表面涂覆或整体灌封，此类硅材料对产生热的电子元件，提供了极佳的导热效果。如：晶体管、CPU组装、热敏电阻、温度传感器、汽车电子零部件、汽车冰箱、电源模块、打印机头等。

导热硅脂可以用来填充CPU与散热片之间的空隙，或者也可以用来填充电子设备的支架或金属板与保护盖之间的空隙。这种材料又称之为热界面材料。其作用是用来向散热片传导CPU散发出来的热量，使CPU温度保持在一个可以稳定工作的水平，防止CPU因为散热不良而损毁，并延长使用寿命。

在散热与导热应用中，即使是表面非常光洁的两个平面在相互接触时都会有空隙出现，这些空隙中的空气是热的不良导体，会阻碍热量向散热片的传导。而导热硅脂就是一种可以填充这些空隙，使热量的传导更加顺畅迅速的材料。

导热硅脂既具有优异的电绝缘性，又有优异的导热性。同时导热硅脂具有低油离度(趋向于零)，耐高低温、耐水、臭氧、耐气候老化。并且几乎永远不固化，可在-50℃-+230℃的温度下长期保持使用时的脂膏状态。是电子元器件理想的填隙导热介质。

导热硅脂具有高导热率，极佳的导热性，良好的电绝缘性，较宽的使用温度，很好的使用稳定性，较低的稠度和良好的施工性能。

相变是物质从一种相转变为另一种相的过程。物质系统中物理、化学性质完全相同，与其他部分具有明显分界面的均匀部分称为相。与固、液、气三态对应，物质有固相、液相、气相。

一级相变

在发生相变时，有体积的变化同时有热量的吸收或释放，这类相变即称为“一级相变”。例如，在1个大气压0℃的情况下，1千克质量的冰转变成同温度的水，要吸收79.6千卡的热量，与此同时体积亦收缩。所以，冰与水之间的转换属一级相变。

二级相变

在发生相变时，体积不变化的情况下，也不伴随热量的吸收和释放，只是热容量、热膨胀系数和等温压缩系数等的物理量发生变化，这一类变化称为二级相变。正常液态氦(氦I)与超流氦(氦II)之间的转变，正常导体与超导体之间的转变，顺磁体与铁磁体之间的转变，合金的有序态与无序态之间的转变等都是典型的二级相变的例子。

相变材料(Phase Change Material，PCM)是指随温度变化而改变物理性质并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。

相变材料可分为有机(Organic)和无机(Inorganic)相变材料。亦可分为水合(Hydrated)相变材料和蜡质(Paraffin Wax)相变材料。

我们最常见的相变材料非水莫属了，当温度低至0℃时，水由液态变为固态(结冰)。当温度高于0℃时水由固态变为液态(溶解)。在结冰过程中吸入并储存了大量的冷能量，而在溶解过程中吸收大量的热能量。冰的数量(体积)越大，溶解过程需要的时间越长。这是相变材料的一个最典型的例子。

从以上的例子可看出，相变材料实际上可作为能量存储器。这种特性在节能，温度控制等领域有着极大的意义。因此，相变材料及其应用成为广泛的研究课题。

相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。以固-液相变为例，在加热到熔化温度时，就产生从固态到液态的相变，熔化的过程中，相变材料吸收并储存大量的潜热；当相变材料冷却时，储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去，进行从液态到固态的逆相变。在这两种相变过程中，所储存或释放的能量称为相变潜热。物理状态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，形成一个宽的温度平台，虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大。

相变材料的分类相变材料主要包括无机PCM、有机PCM和复合PCM三类。其中，无机类PCM主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等；有机类PCM主要包括石蜡、醋酸和其他有机物；复合相变储热材料的应运而生，它既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点，又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。

如果所述硬质导热材料为石墨，所述软质导热材料为TIM，将TIM贴附于石墨上，所述导热层不仅可以凭借石墨来获得良好的导热性能，而且能够凭借TIM消除所述导热层与所述电子设备之间的缝隙，尽量消除所述导热层与所述电子设备之间的空气，进一步提高所述电子设备的导热性能，能够使所述电子设备的散热较好，避免所述电子设备中因散热不好而导致某些元器件无法正常使用甚至损坏。

本发明实施例中的电子设备可以包括机壳及位于所述机壳内的导热层，所述导热层可以包括：硬质导热材料层，所述硬质导热材料层至少包括两个相对的第一表面和第二表面；以及软质导热材料层，贴附于所述第一表面和/或所述第二表面。

本发明实施例中，所述电子设备中的导热层可以包括所述硬质导热材料层和所述软质导热材料层，所述软质导热材料层能够贴附于所述硬质导热材料层的所述第一表面和/或所述第二表面。本发明实施例中，所述硬质导热材料层的导热性能较好，通过所述硬质导热材料层，能够将所述电子设备中的热量较好地导出，所述软质导热材料层能够贴附于所述硬质导热材料层的所述第一表面和/或所述第二表面，从而使所述导热层能够较好地贴附于所述电子设备内，能够在一定程度上避免甚至消除所述导热层与所述电子设备其他结构部件之间可能存在的空气，从而能够将所述电子设备中的热量更好地导出至所述电子设备外部。可见，本发明实施例中由于采用将所述硬质材料层与所述软质材料层相结合的方式，能够达到较好的导热效果，提高所述电子设备的导热性能。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括机壳，及位于所述机壳内的导热层，所述导热层包括：

硬质导热材料层，所述硬质导热材料层至少包括两个相对的第一表面和第二表面；以及

软质导热材料层，贴附于所述第一表面和/或所述第二表面。

2.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，当所述导热层用于使所述电子设备散热时，所述导热层位于所述电子设备的支架与保护盖之间。

3.如权利要求2所述的电子设备，其特征在于，所述软质导热材料层位于所述硬质导热材料层与所述电子设备的支架之间，和/或所述软质导热材料层位于所述硬质导热材料层与所述电子设备的保护盖之间。

4.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，当所述导热层用于使所述电子设备散热时，所述导热层位于所述电子设备的金属板与保护盖之间。

5.如权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述软质导热材料层位于所述硬质导热材料层与所述电子设备的金属板之间，和/或所述软质导热材料层位于所述硬质导热材料层与所述电子设备的保护盖之间。

6.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，当所述导热层用于使所述电子设备中的芯片散热时，所述导热层位于所述芯片与所述芯片的屏蔽盖之间。

7.如权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述软质导热材料层位于所述硬质导热材料层与所述芯片之间，和/或所述软质导热材料层位于所述硬质导热材料层与所述芯片的屏蔽盖之间。

8.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述硬质导热材料层对应的硬质导热材料为石墨。

9.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述软质导热材料层对应的软质导热材料为导热接口材料TIM。

10.如权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述TIM材料为硅脂材料或相变材料。