CN114610127A - 具有高效热管理功能的机壳结构 - Google Patents
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Abstract
本发明主要揭示一种具有高效热管理功能的机壳结构，应用于一电子装置之中以作为一壳件和一壳件中择一，且主要包括：一壳件、一低导热介质、一第二均热件、以及一第一均热件。在使用者操作该电子装置之时，由热源(如CPU、GPU)所产生的热流是由该第一均热件传递至该第二均热件，从而进一步地以二维热传递方式散布于该第二均热件内。依据本发明的低导热介质的设计，可用来减缓所述热流自该第二均热件传导至该壳件的一热传速率，最终通过壳件的优秀的热辐射散热能力，将所述热流由该壳件的外表面以辐射散热方式散逸至空气中过程中，能够避免该壳件的一表面温度(Skin temperature)过高。
Description
技术领域
本发明为电子装置的散热管理的有关技术领域，尤指一种具有高效热管理功能的机壳结构及具有该机壳结构的电子装置。
背景技术
随着科技的快速发展，各式移动式电子装置已成为人们生活及工作所不可或缺的电子产品，包括：笔记本电脑、平板电脑、智能手机、和穿戴式电子装置。图1显示现有的一种笔记本电脑的立体图，且图2显示现有的笔记本电脑的部分组件分解图。如图1与图2所示，现有的笔记本电脑1’的机壳结构包含一显示器壳体和一主机壳体。其中，该显示器壳体包括一背盖1A’与一前面板1B’，而该主机壳体则包括一底盖1D’与一上盖1C’。值得说明的是，业界将该背盖1A’、该前面板1B’、该上盖1C’、与该底盖1D’习称为A盖、B盖、C盖、和D盖。
如图1与图2所示，设有CPU101’与GPU102’的母板10’与锂电池11’一同被容置在所述上盖1C’的一容置空间1C1’内。应知道，CPU101’、GPU102’、锂电池11’、和硬盘(未绘出)为所述主机壳体之中的主要热源。因此，现有技术所采用的热解决方案是在CPU101’和GPU102’之上对应地设置一组散热风扇12’。更进一步地，还会在上盖1C’的容置空间1C1’内增设一些散热机构，例如：热管及/或散热块。前述的现有的热解决方案能够将各所述热源的热流(Heat flow)传导至底盖1D’，而后透过底盖1D’将所述热流辐射至空气中。另一方面，在底盖1D’的对应位置上开设多个散热孔1D1’亦有助于所述散热风扇12’利用气流将所述热流排入空气中。
必须知道的是，CPU 101’和GPU 102’的工作温度通常在70℃以上。因此，在使用者将笔记本电脑1’放置在其大腿上的情况下，无法避免的，高负载运转的CPU 101’和GPU102’所生成的高温热流会透过该底盖1D’对使用者的大腿造成伤害。有鉴于此，美国专利号US8526179提出一种具有热隔绝设计的笔记本电脑机壳。参考图1与图2的笔记本电脑1’，美国专利号US8526179利用在该底盖1D’的一外表面连接一隔热板的方式，令高负载运转的CPU101’和GPU102’所生成的高温热流不会直接地透过该底盖1D’传导至使用者的大腿。简单地说，该隔热板于该底盖1D’与使用者的大腿之间提供了热隔离。
可惜的是，实务经验显示，所述隔热板虽然在底盖1D’与使用者的大腿之间提供了热隔离，但也同时在底盖1D’与空气之间提供了热隔离，反而导致习用的热解决方案的散热效率的大幅下降，令所述热源的热流无法有效地自所述主机壳体内排出至空气中。
由上述说明可知，习用的应用在移动式电子装置之中的热解决方案仍具有加以改善的空间。有鉴于此，本案的发明人是极力加以研究发明，而终于研发完成本发明的一种具有高效热管理功能的机壳结构。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种具有高效热管理功能的机壳结构，应用于一电子装置之中以作为一壳件和一盖件中择一，主要包括：一壳件、一低导热介质、一第二均热件、以及一第一均热件。在使用者操作该电子装置之时，由热源(如CPU、GPU)所产生的热流是由该第一均热件传递至该第二均热件，从而进一步地以二维热传递方式散布于该第二均热件内，此设计可有效管理热源(如CPU、GPU)温度。依据本发明的低导热介质的设计，可用来减缓所述热流自该第二均热件传导至该壳件的一热传速率，最终通过壳件的优秀的热辐射散热能力，将所述热流由该壳件的外表面以辐射散热方式散逸至空气中过程中，能够避免该壳件的一表面温度(Skin temperature)过高。
值得说明的是，由于所述壳件具有优秀的热辐射散热能力，故该壳件进行散热时，是以大面积的方式均匀地将所述热流以热辐射方式散逸至空气中。如此设计，不仅能够达成对于该电子装置(例如:笔记本电脑)内部的热源(如CPU、GPU)的有效热管理，同时有效控制壳件(如笔记本电脑的D盖)的外表面温度(skin temperature)。因此，对于使用者而言，在使用与本发明相关的电子装置时，该CPU和GPU所生成的高温热流会透过该电子装置的壳件，均匀地将热流以热辐射散热的方式散逸至空气中。更重要的是，其壳件表面温度因获得有效控制而不会让使用者感到任何的不舒适。
因此，为达成上述目的，本发明提出所述具有高效热管理功能的机壳结构的一第一实施例，其应用于一电子装置之中处理一热源，包括：
至少一第一均热件，设于该热源上方；
一第二均热件，设于该第一均热件上方，其中，该热源所产生的热流是由该第一均热件传递至该第二均热件，从而进一步地以二维热传递方式散布于该第二均热件内；
一低导热介质，设于该第二均热件上方；以及
一壳件，设于该低导热介质上方；
其中，该低导热介质用以减缓所述热流自该第二均热件传导至该壳件的一热传速率，从而使得该壳件以热辐射方式将所述热流散逸出去的过程中能够有效该壳件的一表面温度(Skin temperature)。
为达成上述目的，本发明同时提出所述具有高效热管理功能的机壳结构的一第二实施例，其应用于一电子装置之中处理一热源，包括：
至少一第一均热件，设于该热源上方；
一第二均热件，设于该第一均热件上方，其中，该热源所产生的热流是由该第一均热件传递至该第二均热件，从而进一步地以二维热传递方式散布于该第二均热件内；
一低导热介质，设于该第二均热件上方；
一壳件，设于该低导热介质上方；以及
一弹性加压单元，嵌设于该壳件面对该低导热介质与该第二均热件的一侧；
其中，该弹性加压单元包含一低导热层，该低导热层与该低导热介质用以减缓所述热流自该第二均热件传导至该壳件的一热传速率，从而使得该壳件以热辐射方式将所述热流散逸出去的过程中能够有效控制该壳件的一表面温度(Skin temperature)。
为达成上述目的，本发明又提出所述具有高效热管理功能的机壳结构的一第三实施例，其应用于一电子装置之中处理一热源，包括：
至少一第一均热件，设于该热源上方；
一第二均热件，设于该第一均热件上方，其中，该热源所产生的热流是由该第一均热件传递至该第二均热件，从而进一步地以二维热传递方式散布于该第二均热件内；
一低导热介质，设于该第二均热件上方；
一壳件，设于该低导热介质上方；其中，该壳件具有对应于该热源上方的一蜂巢状结构，且当该壳件设于该低导热介质上方时，该蜂巢状结构接触该低导热介质，从而多个气隙形成于该蜂巢状结构与该低导热介质之间；以及一弹性加压单元，嵌设于该壳件面对该低导热介质与该第二均热件的一侧；
其中，该弹性加压单元包含一低导热层，该低导热层与该低导热介质用以减缓所述热流自该第二均热件传导至该壳件的一热传速率，从而使得该壳件以热辐射方式将所述热流散逸出去的过程中能够有效控制该壳件的一表面温度(Skin temperature)。
附图说明
图1显示现有的一种笔记本电脑的立体图；
图2显示现有的笔记本电脑的部分组件分解图；
图3显示包含本发明的一种具有高效热管理功能的机壳结构的一电子装置的一视角立体图；
图4显示包含本发明的具有高效热管理功能的机壳结构的电子装置的另一视角立体图；
图5显示不同金属材料的温度相对于放射能力的数据曲线图；
图6显示本发明的具有高效热管理功能的机壳结构的示意性立体分解图；
图7为本发明的具有高效热管理功能的机壳结构1的示意性侧剖视图；
图8显示包含本发明的一种具有高效热管理功能的机壳结构的一电子装置的一视角立体图；
图9显示包含本发明的具有高效热管理功能的机壳结构的电子装置的另一视角立体图；
图10显示本发明的具有高效热管理功能的机壳结构的示意性立体分解图；
图11显示本发明的具有高效热管理功能的机壳结构的示意性侧剖视图；
图12A显示本发明的具有高效热管理功能的机壳结构的示意性侧剖视图；
图12B显示本发明的具有高效热管理功能的机壳结构的示意性侧剖视图
图13显示包含本发明的一种具有高效热管理功能的机壳结构的一电子装置的一视角立体图；
图14显示包含本发明的具有高效热管理功能的机壳结构的电子装置的另一视角立体图；以及
图15为本发明的具有高效热管理功能的机壳结构1的示意性侧剖视图。
【符号说明】
1:具有高效热管理功能的机壳结构
11:壳件
11L:内表面处理层
11U:外表面处理层
11HB:蜂巢结构
12:低导热介质
13:第二均热件
131:第一表面
132:第二表面
14:导热膏
15:第一均热件
151:第一侧
152:第二侧
P1:低导热层
P2:弹性片
2:笔记本电脑
2A:背盖
2B:前面板
2C:上盖
2C1:容置空间
2D:底盖
20:母板
201:CPU
202:GPU
21:锂电池
<现有>1’:笔记本电脑
1A’:背盖
1B’:前面板
1C’:上盖
1C1’:容置空间
1D’:底盖
1D1’:散热孔
10’:母板
11’:锂电池
12’:散热风扇
101’:CPU
102’:GPU
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明所提出的一种具有高效热管理功能的机壳结构，以下将配合附图，详尽说明本发明的较佳实施例。
第一实施例
图3显示包含本发明的一种具有高效热管理功能的机壳结构的一电子装置的一视角立体图，且图4显示包含本发明的具有高效热管理功能的机壳结构的电子装置的另一视角立体图。本发明的具有高效热管理功能的机壳结构1是应用于一电子装置之中以作为一盖件或壳件。举例而言，如图3与图4所示，所述电子装置可以是一台笔记本电脑2，其机壳结构包含一显示器壳体和一主机壳体。其中，该显示器壳体包括一背盖2A与一前面板2B，而该主机壳体则包括一底盖2D与一上盖2C。并且，设有CPU 201与GPU 202的母板20与锂电池21一同被容置在所述上盖2C的一容置空间2C1内。应知道，CPU 201、GPU 202、锂电池21、和硬盘(未绘出)为所述笔记本电脑2的主机壳体内的主要热源。
于第一实施例中，本发明的具有高效热管理功能的机壳结构1的基础结构包括：由一金属材料制成的一壳件11、一低导热介质12、一第二均热件13、以及至少一第一均热件15。其中，该低导热介质12连接至该壳件11的一内表面，且该第二均热件13以其一第一表面131连接至该低导热介质12。另一方面，所述第一均热件15可为一石墨片、一金属散热片或一陶瓷散热片，且其一第一侧151连接至该第二均热件13的一第二表面132，而其一第二侧152则接触该电子装置(亦即，笔记本电脑2)之中的多个热源。应可理解，该多个热源包括CPU201、GPU202、锂电池21、和硬盘(未绘出)。
由图3与图4可知，应用在笔记本电脑2时，所述壳件11是作为该笔记本电脑2的底盖2D。因此，在一可行实施例中，该壳件11由一非金属材质制成，例如塑胶、碳纤或玻璃等材质。在另一可行实施例中，也可以采用具有优秀热辐射散热能力的材料所制成的壳件11，例如：镁合金(镁铝合金、镁锂合金、镁锂铝合金、镁锰合金、镁锆合金)、铝合金、铁合金、钛合金等其他金属材料。
图5显示不同金属材料的温度相对于辐射散热能力的数据曲线图。必须特别解释的是，镁锂合金的基本组成为Mg-xLi，属于一种轻质合金，其合金密度在1.6g/cm3以下。举例而言，镁锂合金(Mg-12wt％Li)LZ12包含：主要元素的镁、12wt％的锂、以及微量金属元素(如Zn、Al、Y、或Mn)。并且，镁锂合金(Mg-12wt％Li-1wt％Zn)LZ121包含：主要元素的镁、12wt％的锂、1wt％的锌、以及微量金属元素(如Al、Y或Mn)。更详细地说明，镁锂铝合金(Mg-9wt％Li-3wt％Al-3wt％Zn)LAZ933包含：主要元素的镁、9wt％的锂、3wt％的铝、3wt％的锌、以及微量金属元素。故此，由图5的量测数据可知，镁锂铝系列合金(LAZ-series alloy)具有最优秀的热辐射散热能力，而镁锂系列合金(LZ-series alloy)则次之。
继续地参阅图3与图4，并请同时参阅图6与图7。其中，图6为本发明的具有高效热管理功能的机壳结构1的示意性立体分解图，且图7为本发明的具有高效热管理功能的机壳结构1的示意性侧剖视图。特别地，本发明使用具有小于或等于0.2W/m.K的热导系数的材料作为所述低导热介质12，例如：低导热感压胶(Pressure Sensitive Adhesive,PSA)、气凝胶(Aerogel)、Kapton胶带、聚酰亚胺(PI)胶带、或NASBIS隔热片。另一方面，在可行的实施例中，所述第二均热件13可为一均温板(Vapor Chamber,VC)、一金属均热板(MetalThermal Ground Plane,Metal TGP)、或聚合物均热板(Polymer Thermal Ground Plane,Polymer TGP)。熟悉散热方案的设计与制作的工程师应当知道，均温板(VC)具有优异的二维方向热扩散(热传递)特性。进一步地，该壳件11(2D)的内表面覆有一内表面处理层11L，其与该低导热介质12接触。并且，亦可同时令该壳件11(2D)的外表面同时覆有一外表面处理层11U。在可行的实施例中，该内表面处理层11L与该外表面处理层11U皆选自于由阳极处理层和陶瓷镀层所组成群组之中的任一者。
如图3、图4、图6及图7所示，当使用者正常使用所述笔记本电脑2时，各所述热源所生成的热流会由该第一均热件15热转移至该第二均热件13的第二表面132，从而利用该第二均热件132的特性让所述热流以二维热传递方式均匀地传递且分布在该第二均热件132的第一表面131。值得加以说明的是，依据本发明的设计，该低导热介质12用以减缓所述热流自该第二均热件13传导至该壳件11(2D)的一热传速率，从而使得该壳件11(2D)以热辐射方式将所述热流散逸出去的过程中能够有效控制该壳件11(2D)的一表面温度(Skintemperature)。并且，由LAZ合金或LZ合金所制成的壳件11的优秀的热辐射散热能力，能够将所述热流由该壳件11的外表面散逸至空气中。
请重复参阅图3、图4、图6及图7。必须加以说明的是，本发明利用低导热介质12的设计达到有效降低壳件11(2D)的表面温度的功效。然而，所述低导热介质12的使用有可能导致该第二均热件13的第二表面132与所述第一均热件15的第一侧151之间以及所述热源(即CPU 201、GPU 202)的表面与所述第一均热件15的第二侧152之间的接面温度(Junctiontemperature)因而升高。故此，必须进一步考量的是，在该多个热源(CPU201、GPU202)因高负载工作而生成高热流量(Heat flux)的热流的情况下，接面温度的升高最终会导致该第二均热件13及该第一均热件15与该多个热源之间产生热不匹配性(Thermal mismatch)。
故此，为了避免前述的表面温度升高以及热不匹配性等不佳现象的发生，如图6及图7所示，可在该第一均热件15的所述第一侧151以及所述第二侧152各涂布一导热膏(Thermal Grease)14。换句话说，在第二均热件13的第二表面132与所述第一均热件15的第一侧151之间以及CPU 201、GPU 202的表面与所述第一均热件15的第二侧152之间各插设一层导热膏14，是不仅能够调整第二均热件13、第一均热件15、和该多个热源(CPU 201、GPU202)之间的粘着固定的机制，还可以避免高热流量造成的热不匹配。当然，在其它可行的实施例中，亦可以使用其它的热介质材料(Thermal interface material)作为或取代所述导热膏14。
进一步地，还可利用至少一锁固件将该第二均热件13、该第一均热件15和该低导热介质12紧密锁固于该壳件11的内表面之上，同时亦可调整该第二均热件13、该第一均热件15、该低导热介质12与CPU 201及/或GPU 202彼此之间的紧密贴合度，从而避免高热流量造成的热不匹配。所述锁固件可以为钻孔螺、扣合件和嵌合件中择一。补充说明的是，以低导热双面胶作为所述低导热介质12亦有助于调整CPU 201及GPU 202的表面与该第二均热件13的所述第二表面132之间的粘着固定的机制，例如具双面胶层的Kapton胶带(聚酰亚胺)。
第二实施例
图8显示包含本发明的一种具有高效热管理功能的机壳结构的一电子装置的一视角立体图，且图9显示包含本发明的具有高效热管理功能的机壳结构的电子装置的另一视角立体图。本发明的具有高效热管理功能的机壳结构1是应用于一电子装置之中以作为一盖件或壳件。举例而言，如图8与图9所示，所述电子装置可以是一台笔记本电脑2，其机壳结构包含一显示器壳体和一主机壳体。其中，该显示器壳体包括一背盖2A与一前面板2B，而该主机壳体则包括一底盖2D与一上盖2C。并且，设有CPU 201与GPU 202的母板20与锂电池21一同被容置在所述上盖2C的一容置空间2C1内。应知道，CPU 201、GPU 202、锂电池21、和硬盘(未绘出)为所述笔记本电脑2的主机壳体内的主要热源。
于第二实施例中，本发明的具有高效热管理功能的机壳结构1的基础结构包括：由一金属材料制成的一壳件11、一低导热介质12、一第二均热件13、多个第一均热件15、以及包含一低导热层P1与一弹性片P2的一弹性加压单元。其中，该低导热介质12连接至该壳件11的一内表面，且该第二均热件13以其一第一表面131连接至该低导热介质12。另一方面，该多个第一均热件15为一石墨片、一金属散热片或一陶瓷散热片，且其一第一侧151连接至该第二均热件13的一第二表面132，而其一第二侧152则接触该电子装置(亦即，笔记本电脑2)之中的多个热源。应可理解，该多个热源包括CPU201、GPU202、锂电池21、和硬盘(未绘出)。
由图8与图9可知，应用在笔记本电脑2时，所述壳件11是作为该笔记本电脑2的底盖2D。因此，在一可行实施例中，该壳件11由一非金属材质制成，例如塑胶、碳纤或玻璃等材质。在另一可行实施例中，也可以采用具有优秀热辐射散热能力的材料所制成的壳件11，例如：镁合金(镁铝合金、镁锂合金、镁锂铝合金、镁锰合金、镁锆合金)、铝合金、铁合金、钛合金等其他金属材料。
图5显示不同金属材料的温度相对于放射能力的数据曲线图。必须特别解释的是，镁锂合金的基本组成为Mg-xLi，属于一种轻质合金，其合金密度在1.6g/cm3以下。举例而言，镁锂合金(Mg-12wt％Li)LZ12包含：主要元素的镁、12wt％的锂、以及微量金属元素(如Zn、Al、Y、或Mn)。并且，镁锂合金(Mg-12wt％Li-1wt％Zn)LZ121包含：主要元素的镁、12wt％的锂、1wt％的锌、以及微量金属元素(如Al、Y或Mn)。更详细地说明，镁锂铝合金(Mg-9wt％Li-3wt％Al-3wt％Zn)LAZ933包含：主要元素的镁、9wt％的锂、3wt％的铝、3wt％的锌、以及微量金属元素。故此，由图5的量测数据可知，镁锂铝系列合金(LAZ-series alloy)具有最优秀的热辐射散热能力，而镁锂系列合金(LZ-series alloy)则次之。
继续地参阅图8与图9，并请同时参阅图10与图11。其中，图10为本发明的具有高效热管理功能的机壳结构1的示意性立体分解图，且图11为本发明的具有高效热管理功能的机壳结构1的示意性侧剖视图。特别地，本发明使用具有小于或等于0.2W/m.K的热导系数的材料作为所述低导热介质12，例如：低导热感压胶(Pressure Sensitive Adhesive,PSA)、气凝胶(Aerogel)、Kapton胶带、聚酰亚胺(PI)胶带、或NASBIS隔热片。另一方面，在可行的实施例中，所述第二均热件13可为一均温板(Vapor Chamber,VC)、一金属均热板(MetalThermal Ground Plane,Metal TGP)、或聚合物均热板(Polymer Thermal Ground Plane,Polymer TGP)。熟悉散热方案的设计与制作的工程师应当知道，均温板(VC)具有优异的二维方向热扩散(热传递)特性。进一步地，该壳件11(2D)的内表面覆有一内表面处理层11L，其与该低导热介质12接触。并且，亦可同时令该壳件11(2D)的外表面同时覆有一外表面处理层11U。在可行的实施例中，该内表面处理层11L与该外表面处理层11U皆选自于由阳极处理层和陶瓷镀层所组成群组之中的任一者。
如图8、图9、图10及图11所示，该第一均热件15设于该热源上方，第二均热件13设于该第一均热件15上方，该低导热介质12设于该第二均热件13上方，该壳件11(2D)设于该低导热介质12上方，且该弹性加压单元嵌设于该壳件11(2D)面对该低导热介质12与该第二均热件13的一侧。如此设计，当使用者正常使用所述笔记本电脑2时，各所述热源所生成的热流会由该第一均热件15热转移至该第二均热件13的第二表面132，从而利用该第二均热件132的特性让所述热流以二维热传递方式均匀地传递且分布在该第二均热件132的第一表面131。值得加以说明的是，依据本发明的设计，该弹性加压单元的该低导热层P1与该低导热介质12用以减缓所述热流自该第二均热件13传导至该壳件11(2D)的一热传速率，从而使得该壳件11(2D)以热辐射方式将所述热流散逸出去的过程中能够有效控制该壳件11(2D)的一表面温度(Skin temperature)。并且，由LAZ合金或LZ合金所制成的壳件11是具有优秀的热辐射散热能力，故而能够将所述热流由该壳件11的外表面散逸至空气中。
请重复参阅图8、图9、图10及图11。必须加以说明的是，本发明利用低导热介质12的设计达到有效降低壳件11(2D)的表面温度的功效。然而，所述低导热介质12的使用有可能导致该第二均热件13的第二表面132与所述第一均热件15的第一侧151之间以及所述热源(即CPU 201、GPU 202)的表面与所述第一均热件15的第二侧152之间的接面温度(Junction temperature)因而升高。故此，必须进一步考量的是，在该多个热源(CPU201、GPU202)因高负载工作而生成高热流量(Heat flux)的热流的情况下，接面温度的升高最终会导致该第二均热件13及该第一均热件15与该多个热源之间产生热不匹配性(Thermalmismatch)。
故此，为了避免前述的表面温度升高以及热不匹配性等不佳现象的发生，如图10及图11所示，可在该第一均热件15的所述第一侧151以及所述第二侧152各涂布一导热膏(Thermal grease)14。换句话说，在第二均热件13的第二表面132与所述第一均热件15的第一侧151之间以及CPU 201、GPU 202的表面与所述第一均热件15的第二侧152之间各插设一层导热膏14，是不仅能够调整第二均热件13、第一均热件15、和该多个热源(CPU 201、GPU202)之间的粘着固定的机制，还可以避免高热流量造成的热不匹配。当然，在其它可行的实施例中，亦可以其它热介质材料(Thermal interface material)作为或取代所述导热膏14。
在比较图11和图7之后，应可理解，第二实施例实际上是通过增设一弹性加压单元于前述第一实施例的结构中而获得。换句话说，于第二实施例中，本发明的具有高效热管理功能的机壳结构1的基础结构包括：由一金属材料制成的一壳件11、一低导热介质12、一第二均热件13、至少一第一均热件15、以及一弹性加压单元。如图11所示，该弹性加压单元嵌设于该低导热介质12或壳件11之中，且包括一低导热层P1与一弹性片P2，其中该弹性片P2设于该低导热层P1之上，且用以嵌入该低导热介质12及/或该壳件11(2D)，从而使该低导热层P1接触该第二均热件13。
在一可行实施例中，所述低导热层P1可以例如为气凝胶(Aerogel)或是气隙(Airgap)。该弹性片P2提供类似弹簧加压的功用，不仅可让第二均热件13、第一均热件15、导热膏14、和热源(CPU 201、GPU 202)彼此之间紧密接触，也可达到结构上的紧密连接效果，从而避免热不匹配性(thermal mismatch)发生，保证该壳件11的外表面发挥最佳的辐射散热效果。
进一步地，还可利用至少一锁固件将该第二均热件13、该第一均热件15和该低导热介质12紧密锁固于该壳件11的内表面之上，同时亦可调整该第二均热件13、该第一均热件15、该低导热介质12与CPU 201及/或GPU 202彼此之间的紧密贴合度，从而避免高热流量造成的热不匹配。所述锁固件可以例如为钻孔螺、扣合件及/或嵌合件中择一。补充说明的是，以低导热双面胶作为所述低导热介质12亦有助于调整CPU 201及GPU 202的表面与该第二均热件13的所述第二表面132之间的粘着固定的机制，例如具双面胶层的Kapton胶带(聚酰亚胺)。
图12A与图12B为本发明的具有高效热管理功能的机壳结构的示意性侧剖视图。在可行的实施例中，可进一步地将具有至少一螺丝1P2的一固定平板1P设置在该壳件11与该低导热介质12之间且位于该弹性加压单元(P1,P2)之上。如图12A所示，该固定平板1P具有至少一螺孔1P1，使得该至少一螺丝1P2对应地螺进该至少一螺孔1P1之中。如此，即可透过调整所述螺丝1P2的一钻孔深度的方式，以使该弹性加压单元(P1,P2)与该低导热介质12及该第二均热件13更加紧密结合。
值得说明的是，如图12B所示，该至少一螺丝1P2是提供一下压力至该弹性加压单元(P1,P2)。依据本发明的设计，透过改变所述弹性加压单元(P1,P2)的一面积大小的方式，可以调控所述下压力施加在该弹性加压单元(P1,P2)和该第二均热件13的单位压力。
第三实施例
图13显示包含本发明的一种具有高效热管理功能的机壳结构的一电子装置的一视角立体图，且图14显示包含本发明的具有高效热管理功能的机壳结构的电子装置的另一视角立体图。本发明的具有高效热管理功能的机壳结构1是应用于一电子装置之中以作为一壳件或壳件。举例而言，如图13与图14所示，所述电子装置可以是一台笔记本电脑2，其机壳结构包含一显示器壳体和一主机壳体。其中，该显示器壳体包括一背盖2A与一前面板2B，而该主机壳体则包括一底盖2D与一上盖2C。并且，设有CPU 201与GPU 202的母板20与锂电池21一同被容置在所述上盖2C的一容置空间2C1内。应知道，CPU 201、GPU 202、锂电池21、和硬盘(未绘出)为所述笔记本电脑2的主机壳体内的主要热源。
于第三实施例中，本发明的具有高效热管理功能的机壳结构1的基础结构包括：由一金属材料制成的一壳件11、一低导热介质12、一第二均热件13、至少一第一均热件15、以及至少一蜂巢状结构11HB。其中，该低导热介质12连接至该壳件11的一内表面，且该第二均热件13以其一第一表面131连接至该低导热介质12。另一方面，该多个第一均热件15为一石墨片、一金属散热片或一陶瓷散热片，且其一第一侧151连接至该第二均热件13的一第二表面132，而其一第二侧152则接触该电子装置(亦即，笔记本电脑2)之中的多个热源。应可理解，该多个热源包括CPU201、GPU202、锂电池21、和硬盘(未绘出)。
由图13与图14可知，应用在笔记本电脑2时，所述壳件11是作为该笔记本电脑2的底盖2D。因此，在一可行实施例中，该壳件11由一非金属材质制成，例如塑胶、碳纤或玻璃等材质。在另一可行实施例中，也可以采用具有优秀的热辐射散热能力的材料制成所述壳件11，例如：镁合金(镁铝合金、镁锂合金、镁锂铝合金、镁锰合金、镁锆合金)、铝合金、铁合金、钛合金等金属材料。
图5显示不同金属材料的温度相对于放射能力的数据曲线图。必须特别解释的是，镁锂合金的基本组成为Mg-xLi，属于一种轻质合金，其合金密度在1.6g/cm3以下。举例而言，镁锂合金(Mg-12wt％Li)LZ12包含：主要元素的镁、12wt％的锂、以及微量金属元素(如Zn、Al、Y、或Mn)。并且，镁锂合金(Mg-12wt％Li-1wt％Zn)LZ121包含：主要元素的镁、12wt％的锂、1wt％的锌、以及微量金属元素(如Al、Y或Mn)。更详细地说明，镁锂铝合金(Mg-9wt％Li-3wt％Al-3wt％Zn)LAZ933包含：主要元素的镁、9wt％的锂、3wt％的铝、3wt％的锌、以及微量金属元素。故此，由图5的量测数据可知，镁锂铝系列合金(LAZ-series alloy)具有最优秀的热辐射散热能力，而镁锂系列合金(LZ-series alloy)则次之。
继续地参阅图13与图14，并请同时参阅图15其为本发明的具有高效热管理功能的机壳结构1的示意性侧剖视图。特别地，本发明使用具有小于或等于0.2W/m.K的热导系数的材料作为所述低导热介质12，例如：低导热感压胶(Pressure Sensitive Adhesive,PSA)、气凝胶(Aerogel)、Kapton胶带、聚酰亚胺(PI)胶带、或NASBIS隔热片。另一方面，在可行的实施例中，所述第二均热件13可为一均温板(Vapor Chamber,VC)、一金属均热板(MetalThermal Ground Plane,Metal TGP)、或聚合物均热板(Polymer Thermal Ground Plane,Polymer TGP)。熟悉散热方案的设计与制作的工程师应当知道，均温板(VC)具有优异的二维方向热扩散(热传递)特性。进一步地，该壳件11(2D)的内表面覆有一内表面处理层11L，其与该低导热介质12接触。并且，亦可同时令该壳件11(2D)的外表面同时覆有一外表面处理层11U。在可行的实施例中，该内表面处理层11L与该外表面处理层11U皆选自于由阳极处理层和陶瓷镀层所组成群组之中的任一者。
如图13、图14及图15所示，当使用者正常使用所述笔记本电脑2时，各所述热源所生成的热流会由该第一均热件15热转移至该第二均热件13的第二表面132，从而利用该第二均热件132的特性让所述热流以二维热传递方式均匀地传递且分布在该第二均热件132的第一表面131。值得加以说明的是，依据本发明的设计，该低导热介质12用以减缓所述热流自该第二均热件13传导至该壳件11(2D)的一热传速率，从而使得该壳件11(2D)以热辐射方式将所述热流散逸出去的过程中能够有效控制该壳件11(2D)的一表面温度(Skintemperature)。并且，由LAZ合金或LZ合金所制成的壳件11是具有优秀的热辐射散热能力，故而能够将所述热流由该壳件11的外表面散逸至空气中。
请重复参阅图13、图14及图15。必须加以说明的是，本发明利用低导热介质12的设计达到有效降低壳件11(2D)的表面温度的功效。然而，所述低导热介质12的使用有可能导致该第二均热件13的第二表面132与所述第一均热件15的第一侧151之间以及所述热源(即CPU 201、GPU 202)的表面与所述第一均热件15的第二侧152之间的接面温度(Junctiontemperature)因而升高。故此，必须进一步考量的是，在该多个热源(CPU201、GPU202)因高负载工作而生成高热流量(Heat flux)的热流的情况下，接面温度的升高最终会导致该第二均热件13及该第一均热件15与该多个热源之间产生热不匹配性(Thermal mismatch)。
故此，为了避免前述的表面温度升高以及热不匹配性等不佳现象的发生，如图15所示，可在该第一均热件15的所述第一侧151以及所述第二侧152各涂布一导热膏(Thermalgrease)14。换句话说，在第二均热件13的第二表面132与所述第一均热件15的第一侧151之间以及CPU 201、GPU 202的表面与所述第一均热件15的第二侧152之间各插设一层导热膏14，是不仅能够调整第二均热件13、第一均热件15、和该多个热源(CPU 201、GPU 202)之间的粘着固定的机制，还可以避免高热流量造成的热不匹配。当然，在其它可行的实施例中，亦可以其它热介质材料(Thermal interface material)作为或取代所述导热膏14。
请重复参阅图13、图14及图15。于第三实施例中，该壳件11(2D)具有对应于该热源上方的一蜂巢状结构11HB，且当该壳件11(2D)设于该低导热介质12上方时，该蜂巢状结构11HB接触该低导热介质12，从而多个气隙(Air Gap)形成于该蜂巢状结构11HB与该低导热介质12之间。换句话说，当使用Kapton双面胶带作为所述低导热介质12时，可以同时在该壳件11的内表面之上形成有多个蜂巢结构11HB，且令各所述蜂巢结构11HB隔着该低导热介质12、该第二均热件13和该多个所述第一均热件15而分别与多个所述热源相对。如此设计，该多个蜂巢结构11HB不仅可以提升所述壳件11(亦即，笔记本电脑2的底盖2D)的结构强度，同时亦有助于调整(提升)CPU 201及GPU 202的表面与该第二均热件13的所述第二表面132之间的紧密接触。更重要是，各所述蜂巢状结构11HB包含多个蜂巢孔，且多个所述蜂巢孔于该壳件11的内表面和该低导热介质12之间形成多个气隙(Air gap)，有助于降壳件11的表面温度和增加壳件11的外表面的热辐射散热。
在可行的实施例中，如图11所绘示的包含一低导热层P1与一弹性片P2的一弹性加压单元亦可整合在第三实施例之中。亦即，令该弹性加压单元嵌设于该低导热介质12或壳件11之中，且包括一低导热层P1与一弹性片P2，其中该弹性片P2设于该低导热层P1之上，且用以嵌入该低导热介质12及/或该壳件11(2D)，从而使该低导热层P1接触该第二均热件13。在可行的实施例中，所述低导热层P1例如为气凝胶(Aerogel)或是气隙(Air gap)。所述弹性加压单元提供类似弹簧加压的功用，不仅可让第二均热件13、第一均热件15、导热膏14、和热源(CPU 201、GPU 202)彼此之间紧密接触，也可达到结构上的紧密连接效果，从而避免热不匹配性(thermal mismatch)发生，保证该壳件11的外表面发挥最佳的辐射散热效果。
进一步地，还可利用至少一锁固件将该第二均热件13、该第一均热件15和该低导热介质12紧密锁固于该壳件11的内表面之上，同时亦可调整该第二均热件13、该第一均热件15、该低导热介质12与CPU 201及/或GPU 202彼此之间的紧密贴合度，从而避免高热流量造成的热不匹配。所述锁固件可以例如为钻孔螺、扣合件及/或嵌合件中择一。补充说明的是，以低导热双面胶作为所述低导热介质12亦有助于调整CPU 201及GPU 202的表面与该第二均热件13的所述第二表面132之间的粘着固定的机制，例如具双面胶层的Kapton胶带(聚酰亚胺)。
如此，上述是已完整且清楚地说明本发明所揭示的一种具有高效热管理功能的机壳结构。必须加以强调的是，上述的详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，但该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
Claims (41)
1.一种具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，是应用于一电子装置之中处理一热源，该机壳结构包括：
至少一第一均热件，设于该热源上方；
一第二均热件，设于该第一均热件上方，其中，该热源所产生的热流是由所述第一均热件传递至该第二均热件，由该第二均热件以二维热传递方式散布于该第二均热件内；
一低导热介质，设于该第二均热件上方；以及
一壳件，设于该低导热介质上方；
其中，该低导热介质用以减缓所述热流自该第二均热件传导至该壳件的一热传速率，从而使得该壳件以热辐射方式将所述热流散逸出去的过程中，能够有效控制该壳件的一表面温度。
2.根据权利要求1所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该低导热介质具小于或等于0.2W/m.K的一热导系数。
3.根据权利要求2所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该低导热介质的材质是选自由导热感压胶(Pressure sensitive adhesive,PSA)、气凝胶(Aerogel)、Kapton胶带、聚酰亚胺胶带、及NASBIS隔热片所组成群组之中的任一者。
4.根据权利要求1所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该壳件由一非金属材质制成，且该非金属材质是选自于由塑胶、碳纤维及玻璃所组成群组之中的任一者。
5.根据权利要求1所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该壳件由一金属材质制成，且该金属材质是选自由镁合金、铝合金、铁合金、钛合金等其他金属材料所组成群组之中的任一者。
6.根据权利要求5所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，所述镁合金为镁基合金，所述镁基合金为镁锂合金、镁锂铝合金、镁铝合金、镁锰合金、镁锆合金所组成群组之中的任一者。
7.根据权利要求5所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该壳件包括一内表面处理层，其与该低导热介质接触。
8.根据权利要求7所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该壳件还包括一外表面处理层。
9.根据权利要求8所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该内表面处理层与该外表面处理层皆选自于由阳极处理层和陶瓷镀层所组成群组之中的任一者。
10.根据权利要求1所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该第二均热件是选自于由均温板(Vapor Chamber)、金属均热板(Metal Thermal Ground Plane)和聚合物均热板(Polymer Thermal Ground Plane)所组成群组之中的任一者。
11.根据权利要求1所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该热源和所述第一均热件之间设有一热介质材料，且所述第一均热件与该第二均热件之间亦设有所述热介质材料。
12.根据权利要求1所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，所述第一均热件是选自于由石墨片、金属散热片和陶瓷散热片所组成群组之中的任一者。
13.根据权利要求1所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，还包括至少一锁固件，用以将该第二均热件与该低导热介质紧密锁固于该壳件上。
14.一种具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，是应用于一电子装置之中处理一热源，该机壳结构包括：
至少一第一均热件，设于该热源上方；
一第二均热件，设于所述第一均热件上方，其中，该热源所产生的热流是由所述第一均热件传递至该第二均热件，由该第二均热件以二维热传递方式散布于该第二均热件内；
一低导热介质，设于该第二均热件上方；
一壳件，设于该低导热介质上方；以及
一弹性加压单元，嵌设于该壳件面对该低导热介质与该第二均热件的一侧；
其中，该弹性加压单元包含一低导热层，该低导热层与该低导热介质用以减缓所述热流自该第二均热件传导至该壳件的一热传速率，从而使得该壳件以热辐射方式将所述热流散逸出去的过程中，能够有效控制该壳件的一表面温度。
15.根据权利要求14所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该弹性加压单元还包含一弹性片，设于该低导热层之上，且用以嵌入该低导热介质及/或该壳件，从而使该低导热层接触该第二均热件。
16.根据权利要求15所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，还包括具有至少一螺丝的一固定平板，其设置在该壳件与该低导热介质之间且位于该弹性加压单元之上；其中，透过调整所述螺丝的一钻孔深度的方式，能够使该弹性加压单元与该低导热介质及该第二均热件紧密结合。
17.根据权利要求16所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，所述螺丝提供一下压力至该弹性加压单元，且透过改变所述弹性加压单元的一面积大小的方式，能够调控所述下压力施加在该弹性加压单元和该第二均热件的单位压力。
18.根据权利要求14所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该壳件由一非金属材质制成，且该非金属材质是选自于由塑胶、碳纤维及玻璃所组成群组之中的任一者。
19.根据权利要求14所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该壳件由一金属材质制成，且该金属材质是选自于由镁合金、铝合金、铁合金、及钛合金等金属材料所组成群组之中的任一者。
20.根据权利要求19所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，所述镁合金为镁基合金，所述镁基合金为镁锂合金、镁锂铝合金、镁铝合金、镁锰合金、镁锆合金所组成群组之中的任一者。
21.根据权利要求14所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该壳件包括一内表面处理层，其与该低导热介质接触。
22.根据权利要求21所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该壳件还包括一外表面处理层。
23.根据权利要求22所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该内表面处理层与该外表面处理层皆选自于由阳极处理层和陶瓷镀层所组成群组之中的任一者。
24.根据权利要求14所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该第二均热件是选自于由均温板(Vapor Chamber)、金属均热板(Metal Thermal Ground Plane)和聚合物均热板(Polymer Thermal Ground Plane)所组成群组之中的任一者。
25.根据权利要求14所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该热源和所述第一均热件之间设有一热介质材料，且所述第一均热件与该第二均热件之间亦设有所述热介质材料。
26.根据权利要求14所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，所述第一均热件是选自于由石墨片、金属散热片和陶瓷散热片所组成群组之中的任一者。
27.根据权利要求14所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，还包括至少一锁固件，用以将该第二均热件与该低导热介质紧密锁固于该壳件上。
28.一种具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，是应用于一电子装置之中处理一热源，该机壳结构包括：
至少一第一均热件，设于该热源上方；
一第二均热件，设于所述第一均热件上方，其中，该热源所产生的热流是由所述第一均热件传递至该第二均热件，由该第二均热件以二维热传递方式散布于该第二均热件内；
一低导热介质，设于该第二均热件上方；
一壳件，设于该低导热介质上方；其中，该壳件具有对应于该热源上方的一蜂巢状结构，且当该壳件设于该低导热介质上方时，该蜂巢状结构接触该低导热介质时，多个气隙形成于该蜂巢状结构与该低导热介质之间；以及
一弹性加压单元，嵌设于该壳件面对该低导热介质与该第二均热件的一侧；
其中，该弹性加压单元包含一低导热层，该低导热层与该低导热介质用以减缓所述热流自该第二均热件传导至该壳件的一热传速率，从而使得该壳件以热辐射方式将所述热流散逸出去的过程中能够有效控制该壳件的一表面温度。
29.根据权利要求28所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该弹性加压单元还包含一弹性片，设于该低导热层之上，且用以嵌入该低导热介质及/或该壳件，从而使该低导热层接触该第二均热件。
30.根据权利要求28所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，还包括具有至少一螺丝的一固定平板，其设置在该壳件与该低导热介质之间且位于该弹性加压单元之上；其中，透过调整所述螺丝的一钻孔深度的方式，能够使该弹性加压单元与该低导热介质及该第二均热件紧密结合。
31.根据权利要求30所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，所述螺丝提供一下压力至该弹性加压单元，且透过改变所述弹性加压单元的一面积大小的方式，能够调控所述下压力施加在该弹性加压单元(P1,P2)和该第二均热件的单位压力。
32.根据权利要求28所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该壳件由一非金属材质制成，且该非金属材质是选自于由塑胶、碳纤维及玻璃所组成群组之中的任一者。
33.根据权利要求28所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该壳件由一金属材质制成，且该金属材质是选自于由镁合金、铝合金、铁合金、及钛合金所组成群组之中的任一者。
34.根据权利要求33所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，所述镁合金为镁基合金，所述镁基合金为镁锂合金、镁锂铝合金、镁铝合金、镁锰合金、镁锆合金所组成群组之中的任一者
35.根据权利要求28所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该壳件包括一内表面处理层，其与该低导热介质12接触。
36.根据权利要求35所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该壳件还包括一外表面处理层。
37.根据权利要求36所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该内表面处理层与该外表面处理层皆选自于由阳极处理层和陶瓷镀层所组成群组之中的任一者。
38.根据权利要求28所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该第二均热件是选自于由均温板(Vapor Chamber)、金属均热板(Metal Thermal Ground Plane)和聚合物均热板(Polymer Thermal Ground Plane)所组成群组之中的任一者。
39.根据权利要求28所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，该热源和所述第一均热件之间设有一热介质材料，且所述第一均热件与该第二均热件之间亦设有所述热介质材料。
40.根据权利要求28所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，所述第一均热件是选自于由石墨片、金属散热片和陶瓷散热片所组成群组之中的任一者。
41.根据权利要求28所述的具有高效热管理功能的机壳结构，其特征在于，还包括至少一锁固件，用以将该第二均热件与该低导热介质紧密锁固于该壳件上。
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