CN106455441B - 一种手持终端设备高效温控装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种手持终端设备高效温控装置，包括上部结构板、中部连接板、下部结构板和单板，所述上部结构板与下部结构板四周通过四块中部连接板相接形成空腔结构，单板设在上部结构板和下部结构板之间的空腔内，单板上设有发热芯片，下部结构板为空腔结构，空腔内设有相变材料。本发明能有效控制设备外表面温度和内部芯片温度，高效的利用相变材料特点，实施外表面温度精准控制；能降低单板及其器件温度，能降低设备外表面温度，且使外表面温度均匀，从而解决设备烫手难题；能有效地消除多个局部高热量密度热源点可能产生的局部热点，提高受热面的温度均匀性并降低电子设备表面温度水平，进而保证电子设备系统的安全、稳定、高效工作。

Description

一种手持终端设备高效温控装置
技术领域
本发明涉及一种手持终端设备高效温控装置。
背景技术
随着电子技术的不断发展，电子设备系统的功率越来越大但物理尺寸却越来越小，热流密度也随之急剧增加。若无法及时排出废热，系统温度会随之升高。研究表明电子设备系统温度每升高10℃，其失效率增大50％以上，因此如何排出电子设备系统的废热对提高其可靠性至关重要。在电子设备系统中，单个电子元件或电路的可靠性取决于工作温度，必须为电子元器件提供一个良好环境以使工作温度不超过相应的额定值。当电子设备工作温度超过额定值时，即使降低1℃，也将使设备的失效率降低一个可观的量值，这对可靠性要求高的电子系统尤为重要。
除上述电子元器件工作温度严格要求外，还需保证电子设备外表面温度的均匀性及较低和人体热感知温度。目前，随着微机电系统的快速发展，电子系统正向着集成化和小型化方向发展，印刷电路板中大量的集成电路芯片无疑产生许多的高温点，形成多热源情况。针对局部热点消除问题，目前有利用超薄热管技术，石墨方案及液态金属方案，这些技术针对内部芯片温降有一定效果，对降低设备外表面温度效果不明显。对于手持类电子设备，当表面存在局部热点时，手触摸处会感知格外发热，烫感程度越强；当大面发热时，温度超过38℃，温度每升高1℃会导致热感明显；当温度超过42℃时，每升高1℃，人体烫手感明显提高。合理控制芯片温度前提下，有效较低手持终端设备外表面温度，开展有效的热设计，并采用高效热控制技术提高电子设备系统可靠性已成为解决难题的关键。
针对手持终端设备工作中表面温度过高难题，传统的散热方式基本上是采用超薄热管散热、石墨辅助隔热措施、表面喷涂高发射率材料、表面凸起以增加综合换热面积，同金属材质外表面塑胶化或者其他降低热感材质。上述这些方法治标不治本，通常只能解决设备短时间工作工况，如工作5分钟暂停10分钟形式，无法解决持续工作设备持续发热情况。已经无法满足现代电子器件稳定工作的需求以及良好的人体感知需求，此外，对于多热源终端设备，超薄热管的应用也因其空间布局、传热能力的影响，其效果大打折扣。因此,手持终端设备烫手难题业内无有效解决方案，必须研究和开发新的高效的散热、均温技术以适应局部手持终端设备散热及人体感知外表面温度要求。
发明内容
发明目的：为克服现有技术不足，本发明旨于提供一种手持终端设备高效温控装置。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种手持终端设备高效温控装置，包括上部结构板、中部连接板、下部结构板和单板，所述上部结构板与下部结构板四周通过四块中部连接板相接形成空腔结构，单板设在上部结构板和下部结构板之间的空腔内，单板上设有发热芯片，下部结构板为空腔结构，空腔内设有相变材料。
工作原理：本发明手持终端设备高效温控装置利用相变材料相变过程中温度基本恒定特性，通过相变材料开展蓄热及散热工作，从而控制其温度；解决终端设备持续工作时、满负荷工作及其他工况下设备外表面温度过高，内部芯片温度过热及设备外表面温度不均匀难题；
使用时，下部结构板中间为空腔结构，空腔内填充相变材料，单板上发热芯片朝向下部结构板，发热芯片产生的热量一部分传递到周围空气中，一部分传递到单板上，传递到周围空气中的热量传递到下部结构板中，被下部结构板空腔中相变材料吸收存贮热量，由于相变材料在相变过程中温度基本恒定，因此单板、发热芯片、周围空气及人手接触的上、下部结构板表面各处温度基本恒定。而相变材料温度可以设定，因此确保设备外表面温度不烫手和内部芯片温度不过热。
所述中部连接板为空腔结构，空腔内设有相变材料；能通过中部连接板空腔内的相变材料开展蓄热及散热工作
所述发热芯片设在朝向上部结构板一面的单板上，上部结构板为空腔结构，空腔内设有相变材料；能在发热芯片朝向上部结构板时，通过上部结构板空腔内的相变材料开展蓄热及散热工作。
所述上部结构板、中部连接板及下部结构板材质为金属或导热塑料，能具有较小的扩散热阻和传导热阻。
所述相变材料为有机相变材料、无机相变材料或二者混合的相变材料；能具有相变潜热大、密度大，且相变温度可控，从而对终端设备外表面温度及其内部单板芯片有精准控制。
本发明未提及的技术均为现有技术。
有益效果：本发明手持终端设备高效温控装置，能有效控制设备外表面温度和内部芯片温度，高效的利用相变材料特点，实施外表面温度精准控制；能降低单板及其器件温度，能降低设备外表面温度，且使外表面温度均匀，从而解决设备烫手难题；能有效地消除多个局部高热量密度热源点可能产生的局部热点，提高受热面的温度均匀性并降低电子设备表面温度水平，进而保证电子设备系统的安全、稳定、高效工作。
附图说明
图1为本发明手持终端设备高效温控装置结构示意图；
图2为本发明手持终端设备高效温控装置截面结构示意图；
图3为本发明手持终端设备高效温控装置截面散热原理示意图；
图中，1为上部结构板、2为中部连接板、3为下部结构板、4为相变材料、5为单板、6为发热芯片。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
如图1-3所示，一种手持终端设备高效温控装置，包括上部结构板1、中部连接板2、下部结构板3和单板5，所述上部结构板1与下部结构板3四周通过四块中部连接板2相接形成空腔结构，单板5设在上部结构板1和下部结构板3之间的空腔内，单板5上设有发热芯片6，下部结构板3和中部连接板2均为空腔结构，空腔内均设有相变材料4；上部结构板1、中部连接板2及下部结构板3材质为金属；相变材料4为有机相变材料。
本发明手持终端设备高效温控装置利用相变材料4相变过程中温度基本恒定特性，通过相变材料4开展蓄热及散热工作，从而控制其温度；解决终端设备持续工作时、满负荷工作及其他工况下设备外表面温度过高，内部芯片温度过热及设备外表面温度不均匀难题；
使用时，下部结构板3中间为空腔结构，空腔内填充相变材料4，单板5上发热芯片6朝向下部结构板3，发热芯片6产生的热量一部分传递到周围空气中，一部分传递到单板5上，传递到周围空气中的热量传递到下部结构板3中，被下部结构板3空腔中相变材料4吸收存贮热量，由于相变材料4在相变过程中温度基本恒定，因此单板5、发热芯片6、周围空气及人手接触的上、下部结构板3表面各处温度基本恒定。而相变材料4温度可以设定，因此确保设备外表面温度不烫手和内部芯片温度不过热。
通常内部单板5发热芯片6朝向下部结构板3，因此在下部结构板3填充相变材料4；如果发热芯片6朝向上部结构板1，可将热量传导至下部结构板3和中部连接板2内的相变材料4。
实施例2
与实施例1基本相同，所不同的是：发热芯片6设在朝向上部结构板1一面的单板5上，上部结构板1为空腔结构，空腔内设有相变材料4；上部结构板1与下部结构板3材质为导热塑料；相变材料4为无机相变材料。
当发热芯片6朝向上部结构板1时，可以在上部结构中填充相变材料4，通过上部结构板1空腔内的相变材料4吸收热量。
实施例3
如图2所示，与实施例1基本相同，所不同的是：发热芯片6设在朝向上部结构板1一面的单板5上，上部结构板1、中部连接板2及下部结构板3均为空腔结构，空腔内均设有相变材料4；相变材料4为有机相变材料和无机相变材料二者混合的相变材料。
通常内部单板5发热芯片6朝向下部结构板3，因此在下部结构板3填充相变材料4。如果发热芯片6朝向上部结构板1可以在上部结构板1、中部连接板2及下部结构板3中同时填充相变材料4，上部结构板1、中部连接板2及下部结构板3内的相变材料4同时吸收热量。
本发明涉及到的相变储能方案，由于相变材料4在相变过程中一直维持基本恒定的温度，因此利用这一特性可以将芯片、设备外表面温度维持在一个恒定的温度，同时通过控制相变材料4的质量及热沉换热方式，来控制相变材料4相变后的冷却恢复工作性能，从而完成循环后往复工作，实现无动力外表面控温方案。下部结构板3腔体可以采用先进的摩擦搅拌焊及高频扩散焊等技术来实现，实现无焊锡痕迹，外面可以做到简洁美观，且造型不受影响。上部结构板1、中部连接板2及下部结构板3腔体内相变材料4吸收多个局部高热流密度热源处热量而产生相变，相变后的相变材料4通过冷凝散热面冷凝，释放出的热量到周围环境或者通过人体导热带走。从而再次完成材料相变后到相变前状态的改变。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对各设施位置进行调整，这些调整也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种手持终端设备高效温控装置，其特征在于：包括上部结构板（1）、中部连接板（2）、下部结构板（3）和单板（5），所述上部结构板（1）与下部结构板（3）四周通过四块中部连接板（2）相接形成空腔结构，单板（5）设在上部结构板（1）和下部结构板（3）之间的空腔内，单板（5）上设有发热芯片（6），发热芯片（6）处于空腔结构内且不与上部结构板（1）、中部连接板（2）、下部结构板（3）接触；下部结构板（3）为空腔结构，空腔内设有相变材料（4）。
2.如权利要求1所述的手持终端设备高效温控装置，其特征在于：所述中部连接板（2）为空腔结构，空腔内设有相变材料（4）。
3.如权利要求1所述的手持终端设备高效温控装置，其特征在于：上部结构板（1）为空腔结构，空腔内设有相变材料（4）。
4.如权利要求1所述的手持终端设备高效温控装置，其特征在于：所述上部结构板（1）、中部连接板（2）及下部结构板（3）材质为金属或导热塑料。
5.如权利要求1-4任意一项所述的手持终端设备高效温控装置，其特征在于：所述相变材料（4）为有机相变材料、无机相变材料或二者混合的相变材料。
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