CN106960830A - 用于密封液态金属的密封框及应用、一体化散热结构以及电子元器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子设备的散热技术领域，具体涉及用于密封液态金属的密封框及应用、用于密封液态金属的一体化散热结构以及电子元器件。其中一体化散热结构包括密封框和填充于密封框通孔内液态金属，密封框包括框架本体以及分别设置于框架本体的两个表面的导热胶层；液态金属通过压铸工艺与所述密封框一体成型，且液态金属为片状液态金属。与现有技术相比，本发明的一体化散热结构既能够起到密封作用避免液态金属泄露，又能够精确控制密封框和导热胶层的尺寸，提高加工精度，而且大大简化了制备步骤，可实现批量化生产。

Description

用于密封液态金属的密封框及应用、一体化散热结构以及电 子元器件

技术领域

本发明涉及电子设备的散热技术领域，具体涉及用于密封液态金属的密封框及应用、用于密封液态金属的一体化散热结构以及电子元器件。

背景技术

随着智能时代的到来，通信设备等电子设备越来越朝着小型化、轻薄化和高性能的方向发展。在电子设备内部的有限空间内需要配置各种电子元器件（例如IGBT模块、CPU等），其集成度和组装密度不断提高，由于电子设备小型化和轻薄化，使得其在提供了强大的使用功能的同时，也导致了其工作功耗和发热量急剧增大，从而对电子元器件的性能造成严重的影响。

现有技术中，为了避免电子元器件中的发热元件在运行过程中持续发热，通常在电子设备中设置散热装置（见图1），并在散热装置与发热元件之间填充导热膏（即膏状的导热硅脂）进行导热，以降低接触热阻，提升传热性能。然而，导热硅脂主要通过人工操作的方式涂覆在散热装置与电子元器件的接触面之间，这种手工涂覆工艺误差大、操作复杂，且其导热系数往往不超过6W/m·k。因而，现有的导热硅脂在电子设备的应用存在制备工艺复杂、导热效果差等缺陷，且随着电子元器件的功率增大，现有的导热硅脂已无法满足其较高的导热需求。

近些年逐渐发展的液态金属，因其具有远超传统导热硅脂的热导率，传热效果显著，已逐渐成为可替代导热硅脂的新型导热材料，但由于液态金属的流动性大，长期使用过程中容易出现液态金属泄露或渗入到散热装置或者电子元器件的材料内部而导致流淌失效的问题，这也是目前严重阻碍液态金属在电子设备中得到广泛应用的难题。目前，液态金属的密封结构及其制备工艺主要有两种：第一种密封结构（见图1）是先将液态金属60单独加工成片，然后将液态金属60放置在发热元件20的表面，并在液态金属60的四周涂覆导热膏50，最后将散热装置30与导热膏50粘结固定，从而将液态金属60密封在导热膏50、发热元件20和散热装置30之间的空间内；第二种是对于智能手机这一类带有屏蔽罩40的密封结构（见图2），其制备工艺为先在屏蔽罩40的底壁401、侧壁402以及发热元件20的上表面与液态金属60的接触处分别手工涂覆密封胶，以形成密封液态金属60的容置空间，然后通过等离子喷涂法、化学气相沉积法等方式将液态金属填充于容置空间内，最后将屏蔽罩40倒扣在发热元件20上表面实现密封。然而，上述两种密封结构及制备工艺存在的缺陷是：（1）采用手工涂覆导热膏或者密封胶加工方式，涂覆的量、厚度以及均匀度存在较大误差，不利于精密封装，而且手工操作复杂、效率低下；（2）用于密封液态金属的导热胶或者导热膏比较软，而液态金属质量和流动性较大，容易把周边的导热胶或者导热膏挤变形而导致开胶泄露，上述密封结构仍然存在密封性能不够好的问题；（3）整个制备工艺繁琐，包括将液态金属单独加工成片、填充液态金属、多次手工涂覆导热膏或密封胶等多个步骤，从而导致整个流程耗时长、生产效率低下，难以得到大规模的产业化应用。

发明内容

针对现有技术存在上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于密封液态金属的密封框及其在电子设备中的应用、用于密封液态金属的一体化散热结构以及采用该一体化散热结构制成的电子元器件，其既具有良好的密封性能以解决液态金属容易发生泄露的技术难题，又能够提高加工精度、简化制备步骤、实现批量化生产。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

提供用于密封液态金属的密封框，包括与发热元件的外形相匹配的框架本体，以及分别设置于所述框架本体的两个表面的导热胶层，所述框架本体开设有用于填充液态金属的通孔；所述框架本体为耐腐蚀耐老化材料制成的框架本体；

使用时，所述框架本体通过所述导热胶层分别粘接在发热元件和散热装置之间，从而在所述密封框、发热元件、散热装置之间形成密封液态金属的容置空间。

优选的，所述导热胶层为导热双面胶。

优选的，所述板材体为PET、PC或PVC材料制成的板材。

本发明提供上述用于密封液态金属的密封框在电子设备中用于密封液态金属和散热方面的应用。

优选的，所述密封框在制备用于密封液态金属的一体化散热结构中的应用。

本发明还提供用于密封液态金属的一体化散热结构，所述一体化散热结构包括液态金属和上述用于密封液态金属的密封框，所述液态金属填充于所述通孔且通过压铸工艺与所述密封框一体成型，所述液态金属通过压铸工艺成型为片状液态金属。

优选的，所述片状液态金属的形状与所述通孔的形状相一致。

本发明还提供一种电子元器件，包括基板、设置于所述基板的发热元件以及散热装置，还包括上述用于密封液态金属的一体化散热结构，所述密封框的一个面通过设置于该面上的导热胶层与所述发热元件粘接，所述密封框的另一个面通过设置于该面上的导热胶层与所述散热装置粘接，以使液态金属被密封在所述密封框、发热元件和散热装置之间的容置空间内。

优选的，所述散热装置包括屏蔽罩，所述屏蔽罩的U型槽的底壁与所述密封框的另一个面通过所述导热胶层粘接。

优选的，所述散热装置包括热管，所述热管与所述密封框的另一个面通过所述导热胶层粘接。

本发明的有益效果：

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）本发明的用于密封液态金属的一体化散热结构，包括密封框和填充于密封框通孔内液态金属，其中：密封框为三层结构，包括框架本体以及分别设置于框架本体的两个表面的导热胶层；液态金属通过压铸工艺与所述密封框一体成型，且液态金属为片状液态金属，密封框的中间层采用耐老化耐腐蚀材料制成的框架本体能够加强整个密封框的刚度，从而避免导热胶层受到液态金属的挤压变形而导致开胶泄露。采用这种散热结构，使用时直接将密封框的两个面通过导热胶层分别与发热元件和散热器粘接，即可实现将液态金属密封在密封框与发热元件、散热装置之间的容置空间，既能够起到良好地密封作用避免液态金属泄露的问题，也不需要在液态金属周围手工涂覆导热膏，从而能够精确控制密封框和导热胶层的尺寸，提高加工精度，而且使用时操作便捷；

（2）本发明的一体化散热结构中，一方面密封框的三层结构简单，易于加工，可以根据发热元件接触表面的形状设计成任意形状，从而能够应用于任何电子设备中密封液态金属并起热传导的作用，其适用性广；另一方面，液态金属在密封框通孔内先点胶后，通过压铸工艺与密封框直接加工一体成型，省去了现有技术单独加工液态金属片、在液态金属片周围手工涂覆导热膏或密封胶的步骤；对于带有屏蔽罩的电子产品，省去了现有技术在屏蔽罩内单独设置密封结构，并向屏蔽罩内填充液态金属的繁琐步骤，直接将该一体化散热结构与屏蔽罩的开口端粘接即可，因此大大简化了整个工序和制造设备，提高生产效率；

（3）本发明创新了一种快速密封液态金属的新技术，该一体化散热结构可直接作为成品出售，而且能够实现批量化生产，满足大规模生产的需要，具有广阔的产业化应用前景。

附图说明

图1是现有技术密封液态金属的第一种密封结构的示意图。

图2是现有技术密封液态金属的第二种密封结构的示意图。

图3是实施例1的用于密封液态金属的密封框的结构示意图。

图4是图3中A-A面的剖视图。

图5是实施例1的用于密封液态金属的一体化散热结构的示意图。

图6是实施例2的电子元器件的结构示意图。

图7是实施例3的电子元器件的结构示意图。

附图标记：

密封框1、框架本体11、通孔111、导热胶层12；

基板10、发热元件20、散热装置30；

屏蔽罩40、底壁401、侧壁402、限制框架403；

导热膏50、液态金属60。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本发明进行详细说明。

实施例1：

用于密封液态金属的一体化散热结构，如图3至图5所示，包括液态金属60和用于密封液态金属60的密封框1，其中：密封框1包括与发热元件20的外形相匹配的框架本体11设置于框架本体11的两个表面的导热胶层12，框架本体开设有通孔111，液态金属60填充于通孔111内并通过压铸工艺与密封框1一体成型，液态金属60通过压铸工艺成型为片状液态金属60，该片状液态金属60的大小与通孔111的大小相一致。使用时，框架本体11的一个面通过导热胶层12与发热元件20粘接，另一个面通过导热胶层12与散热装置30粘接，从而在密封框1、发热元件20、散热装置30之间形成密封液态金属60的容置空间，该一体化散热结构既能够起到密封作用避免发生液态金属60泄露的问题，也不需要在液态金属60周围手工涂覆导热膏，能够精确控制密封框1和导热胶层12的尺寸，提高加工精度，而且使用时操作便捷。

作为优选的实施方式，导热胶层12为导热双面胶，从而便于密封框1的加工和使用。加工时，只需要将导热双面胶一个表面的隔离纸撕掉即可粘在框架本体11的表面上，然后冲切出密封框1。同样，使用时，只需要将导热双面胶另一个表面的隔离纸撕掉即可粘在发热元件20或者散热装置30上。作为最优的一种选择，导热胶层12为3M导热双面胶，其在粘接性能、耐高温耐老化耐腐蚀、防水、防脱落等方面均具有优异的性能。

作为优选的实施方式，框架本体11为耐腐蚀耐老化材料制成的框架本体11，可以是PET板材、PC板材、PVC材料板材或其他具有耐腐蚀耐老化的材料制成的板材均可。由于导热胶层12非常软，使用时不利于操作和导热胶层的厚度等尺寸的控制，所以在两个导热胶层12之间夹设上述板材的框架本体11，从而增强整个密封框1的刚度，避免导热胶层受到液态金属的挤压变形而导致开胶泄露，而且易于操作和控制，进而能够精确控制密封框1和导热胶层12的尺寸大小，可应用于各种电子元器件上，起到密封液态金属60和散热的作用。

本实施例中，用于密封液态金属的一体化散热结构的制备方法，包括以下步骤：

（1）点胶：

将已加工成型的密封框1置于平面上，然后将液态状的液态金属60滴在通孔111内；

（2）采用压铸工艺将液态金属60与密封框1加工一体成型：

采用压铸工艺，通过与通孔111形状相配合的压头对通孔111内的液态金属60进行压铸，使液态金属60完全填充于通孔111，然后冷却一定时间，使通孔111内的液态金属60凝固成型为片状液态金属60，且片状液态金属60成型后与密封框1一体成型，即获得一体化散热结构。

上述压铸工艺为现有技术。

（3）封装：

将步骤（2）制备的一体化散热结构的两个表面分别封装一层保护膜，以防止一体成型的片状液态金属60与密封框1脱落，即得到成品。

作为优先的实施方式，步骤（1）中，密封框1的制备工艺包括以下步骤：

（a）板材的加工：

采用耐腐蚀耐老化材料经过挤出、压延工艺制成片状板材；该挤出和压延工艺为现有技术。

（b）粘接导热胶：

根据不同发热元件20的表面形状和大小，设计好所需导热胶层12的厚度等尺寸，将导热胶层12分别粘接在步骤（a）制备的片状板材的两个表面，得到三层结构的板材；

（c）密封框1的成型：

根据不同发热元件20的表面形状和大小，设计好所需密封框1的尺寸及形状，然后按照该尺寸和形状在步骤（b）制备的三层结构的板材上一次冲切出成型有上述通孔111的框体结构或者采用分步骤冲切（先冲切出用于填充液态金属60的通孔111，然后冲切出成型有上述通孔111的框体结构），即得到密封框1。

本发明的一体化散热结构具有以下优点：一方面，密封框1的三层结构简单，易于加工，可以根据发热元件20接触表面的形状设计成任意形状，从而能够应用于任何电子设备中密封液态金属60并起热传导的作用，其适用性广；另一方面，液态金属60在密封框1通孔111内先点胶后，通过压铸工艺与密封框1直接加工一体成型，省去了现有技术单独加工液态金属60片、在液态金属60片周围手工涂覆导热膏或密封胶的步骤；对于带有屏蔽罩40的电子产品，省去了现有技术在屏蔽罩40内单独设置密封结构，并向屏蔽罩40内填充液态金属60的繁琐步骤，直接将该一体化散热结构与屏蔽罩40的开口端粘接即可，因此大大简化了整个工序和制造设备，提高生产效率。本发明创新了一种快速密封液态金属60的新技术，该一体化散热结构可直接作为成品出售，而且能够实现批量化生产，满足大规模生产的需要，具有广阔的产业化应用前景。

实施例2：

一种电子元器件，如图6所示，包括基板10、设置于基板10的发热元件20以及散热装置30，还包括用于密封液态金属60的一体化散热结构，该一体化散热结构与实施例1的完全相同。其中，密封框1的一个面通过设置于该面上的导热胶层12与发热元件20粘接，密封框1的另一个面通过设置于该面上的导热胶层12与散热装置30粘接，以使液态金属60被密封在密封框1、发热元件20和散热装置30之间的容置空间内。使用时，直接将密封框1的两个面通过导热胶层12分别与发热元件20和散热器粘接，当电子元器件工作时，发热元件20产生热量使片状液态金属60变为液态，并使液态金属60通过被密封在上述容置空间内，操作非常便捷，且相比现有技术手工涂覆导热膏或密封胶的方式，本发明的导热胶层12以及密封框1的尺寸大小均能够精确控制。

实施例3：

本实施例的主要技术方案与实施例2的相同，不同之处在于：

一种电子元器件，如图7所示，散热装置包括屏蔽罩40，密封框1的一个面通过设置于该面上的导热胶层12与发热元件20粘接，密封框1的另一个面通过设置于该面上的导热胶层12与屏蔽罩40的U型槽的底壁粘接，以使液态金属60被密封在密封框1、发热元件20和U型槽之间的容置空间内。使用时，先将密封框1的一个面粘接在发热元件20表面，然后将屏蔽罩40倒扣在发热元件20表面，使屏蔽罩40的U型槽的底壁与密封框1的另一个面粘接固定，从而省去了现有技术需要向屏蔽罩40内填充液态金属60以及手覆导热膏或密封胶的工序，整个操作方式非常便捷。

实施例4：

本实施例的主要技术方案与实施例2的相同，不同之处在于：

一种电子元器件，散热装置包括热管，密封框的一个面通过设置于该面上的导热胶层与发热元件粘接，密封框的另一个面通过设置于该面上的导热胶层与热管粘接，以使液态金属被密封在密封框、发热元件和热管之间的容置空间内。使用时，先将密封框的一个面粘接在发热元件表面，然后将密封框的另一个面与热管粘接固定。整个操作方式非常便捷。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.用于密封液态金属的密封框，其特征在于：包括与发热元件的外形相匹配的框架本体，以及分别设置于所述框架本体的两个表面的导热胶层，所述框架本体开设有用于填充液态金属的通孔；所述框架本体为耐腐蚀耐老化材料制成的框架本体；

使用时，所述框架本体通过所述导热胶层分别粘接在发热元件和散热装置之间，从而在所述密封框、发热元件、散热装置之间形成密封液态金属的容置空间。

2.根据权利要求1所述的用于密封液态金属的密封框，其特征在于：所述导热胶层为导热双面胶。

3.根据权利要求1所述的用于密封液态金属的密封框，其特征在于：所述框架本体为PET、PC或PVC板材制成的框架本体。

4.权利要求1至3任意一项所述的用于密封液态金属的密封框在电子设备中用于密封液态金属和散热方面的应用。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述密封框在制备用于密封液态金属的一体化散热结构中的应用。

6.用于密封液态金属的一体化散热结构，其特征在于：所述一体化散热结构包括液态金属和权利要求1至3任意一项所述的用于密封液态金属的密封框，所述液态金属填充于所述通孔且通过压铸工艺与所述密封框一体成型，所述液态金属通过压铸工艺成型为片状液态金属。

7.根据权利要求6所述的用于密封液态金属的一体化散热结构，其特征在于：所述片状液态金属的形状与所述通孔的形状相一致。

8.一种电子元器件，包括基板、设置于所述基板的发热元件以及散热装置，其特征在于：还包括权利要求6或7所述的用于密封液态金属的一体化散热结构，所述密封框的一个面通过设置于该面上的导热胶层与所述发热元件粘接，所述密封框的另一个面通过设置于该面上的导热胶层与所述散热装置粘接，以使液态金属被密封在所述密封框、发热元件和散热装置之间的容置空间内。

9.根据权利要求8所述的一种电子元器件，其特征在于：所述散热装置包括屏蔽罩，所述屏蔽罩的U型槽的底壁与所述密封框的另一个面通过所述导热胶层粘接。

10.根据权利要求8所述的一种电子元器件，其特征在于：所述散热装置包括热管，所述热管与所述密封框的另一个面通过所述导热胶层粘接。