CN116685120A - 一种均热散热膜组件及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种均热散热膜组件及电子设备，其包括导热板层和吸水层，导热板层具有流水槽，所述导热板层包括相对的第一表面和第二表面，所述第一表面用于靠近电子设备的发热部件；所述吸水层设于所述导热板层的第二表面上，所述吸水层具有孔隙，并用于吸附所述流水槽中的水，并当所述吸水层中存储的水的温度高于预设温度时，所述吸水层中的水受热蒸发。本申请同时具备优异的均热性能和散热性能，实现芯片等微电子产品的高效散热。

Description

一种均热散热膜组件及电子设备

技术领域

本申请涉及电子设备的散热技术领域，特别涉及一种均热散热膜组件及电子设备。

背景技术

随着算力不断提升和功能不断集成，微电子芯片和器件发热越来越多，因此，需要把微电子芯片和器件上的热量有效地散到环境中去，且，对均热和散热能力都提出了更高的要求。

现有的微电子芯片和器件在散热时，有如下两种方案：

方案一：采用两相液冷均热板(VaporChamber)，该两相液冷均热板采用多孔平板结构，高温位置的液体汽化带走热量到低温位置冷凝，冷凝液又在毛细力的作用下补充回到高温位置，循环往复，实现整个平板的均温。对于方案一，其虽然具有很强的均温能力，但是仍然依赖于其它的散热机制，比如对流或者辐射，把热量最终散到空气中去。而且均热板中含有提前灌装的液体，在加工和可靠性方面的要求都很高，价格不菲。

方案二：采用水凝胶散热膜，采用吸湿性水凝胶，在低温时从空气中吸收水分，当温度升高需要散热的时候，像皮肤一样通过水分的蒸发带走热量。对于方案二，虽然具有比自然对流和热辐射更高的散热能力，但是均热能力很差，只适合于温度分布比较均匀的散热情形；对于具有集中高温热点(hotspot)的情形，除了高温热点以外的大面积的散热膜都很难发挥有效作用。

发明内容

本申请实施例提供一种均热散热膜组件及电子设备，同时具备优异的均热性能和散热性能，实现芯片等微电子产品的高效散热。

第一方面，提供了一种均热散热膜组件，其包括：

导热板层，其具有流水槽，所述导热板层包括相对的第一表面和第二表面，所述第一表面用于靠近电子设备的发热部件；

吸水层，所述吸水层设于所述导热板层的第二表面上，所述吸水层具有孔隙，并用于吸附所述流水槽中的水，并当所述吸水层中存储的水的温度高于预设温度时，所述吸水层中的水受热蒸发。

一些实施例中，所述吸水层包括吸湿性水凝胶。

一些实施例中，所述吸湿性水凝胶具有亲水基团，所述亲水基团包括羟基、羧基、氨基和磺酸基中的一种或多种；

和/或，所述吸湿性水凝胶的材质采用聚丙烯酸钠、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺和甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。

一些实施例中，所述吸水层还掺杂有吸湿性无机盐。

一些实施例中，所述导热板层包括毛细板层，所述毛细板层相对的两个表面中，其中一个表面为所述第一表面，另一个表面上设置所述流水槽；

或者，所述导热板层包括毛细板层，所述毛细板层相对的两个表面中，其中一个表面为所述第一表面，另一个表面上开设有透水孔，所述流水槽设于所述毛细板层内部，所述透水孔与所述流水槽连通。

一些实施例中，所述导热板层还包括具有所述第二表面的透水支撑层，所述透水支撑层位于所述毛细板层和所述吸水层之间。

一些实施例中，所述导热板层包括具有所述第一表面的毛细板层和具有所述第二表面的透水支撑层，所述透水支撑层位于所述毛细板层和所述吸水层之间，所述流水槽设于所述透水支撑层朝向所述毛细板层的表面上。

一些实施例中，所述毛细板层的材质采用铜、铝或导热塑料。

一些实施例中，所述吸水层上还设有防水透气层，所述防水透气层与所述导热板层分别位于所述吸水层的两侧。

第二方面，提供了一种电子设备，所述电子设备的发热部件上设有壳体，所述壳体采用如上任一所述的均热散热膜组件制成。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种均热散热膜组件及电子设备，本申请中的吸水层可以存储液态水，当使用电子设备时，电子设备的发热部件会随着使用时间的递增而温度逐渐升高，并经过导热板层的热传导，进而将热量传递给吸水层，当所述吸水层中存储的水的的温度高于预设温度时，吸水层的孔隙中的液态水便可以转变成水蒸气并排出，由于液态水汽化过程中会吸收热量，故实现电子设备散热的目的。

利用流水槽向吸水层各处提供水分，实现整个吸水层的有效均热，此外，由于是向吸水层供水，故本申请在不依赖于风扇等有源散热器件的前提下，实现芯片等微电子产品的高效散热。

由于采用的是多层复合膜结构，容易弯折，易于实现空间曲面结构(比如VR)和需要反复弯折的结构(比如折叠屏手机)的散热解决方案，加工容易，价格便宜。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的均热散热膜组件爆炸图；

图2为本申请实施例提供的均热散热膜组件对发热部件散热示意图；

图3为本申请实施例提供的无散热措施、大面积VC均热板散热和均热散热膜组件散热三种情形下芯片的温度测试结果。

图中：1、导热板层；10、流水槽；11、毛细板层；12、透水支撑层；2、吸水层；3、防水透气层；4、发热部件。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1和图2所示，本申请实施例提供了一种均热散热膜组件，其包括导热板层1和吸水层2，其中，导热板层1具有流水槽10，所述导热板层1包括相对的第一表面和第二表面，所述第一表面用于靠近电子设备的发热部件4，第二面则背离电子设备的发热部件4；所述吸水层2设于所述导热板层1的第二表面上，所述吸水层2具有孔隙，并用于吸附所述流水槽10中的水，并当所述吸水层2中存储的水的温度高于预设温度时，所述吸水层2中的水受热蒸发。

具体地，所述导热板层1和吸水层2可以设置成片状，以使导热板层1贴附在电子设备的发热部件4上，从而增大了热传导面积，进而增大散热面积。

需要说明的是，本申请实施例中提及的电子设备，可以为手机、平板电脑、桌面型、膝上型、手持计算机、笔记本电脑、超级移动个人计算机(Ultra-mobilePersonalComputer，UMPC)、上网本、蜂窝电话、以及个人数字助理(PersonalDigitalAssistant，PDA)等设备，本申请实施例对该电子设备的具体形式不做特殊限制。

上述发热部件4可以是电子设备的芯片、电池等，本申请实施例对发热部件4的具体形式不做特殊限制。

本申请中的吸水层2可以存储液态水，当使用电子设备时，电子设备的发热部件4会随着使用时间的递增而温度逐渐升高，并经过导热板层1的热传导，进而将热量传递给吸水层2，当所述吸水层2中存储的水的的温度高于预设温度时，吸水层2的孔隙中的液态水便可以转变成水蒸气并排出，由于液态水汽化过程中会吸收热量，故实现电子设备散热的目的。

需要说明的是，上述预设温度为吸水层2中液态水的汽化温度，该预设温度可调，比如，可以通过改变吸水层2的材质来改变吸水层2中液态水的汽化温度。

在具体设置该预设温度时，例如可以先大量采集用户数据，选择所需要的温度作为该预设温度，接着根据确定好的预设温度选择合适的吸水层2。

需要说明的是，所述吸水层2中的水来自于导热板层1的流水槽10中的水，也就是说，本申请实施例通过流水槽10向吸水层2的孔隙提供水分。进一步地，还可以设置储水腔，流水槽10与储水腔连通，在毛细力的作用下，储水腔中的水分可以进入流水槽10中。

由于吸水层2具有高温放水、低温吸水特性，在加热初期，热点位置温度较高，热点处吸水层2放出多余水分，在毛细力的作用下迁移到其余各处，被吸水层2吸收；在加热中后期，各处吸水层2均开始放出水分，而热点位置吸水层2趋于蒸干，反而开始吸水，在毛细力的作用下，流水槽10中的水分回补到热点位置的吸水层2，流水槽10里的水分迁移实现有效均热。整个过程中，吸水层2向外散发水蒸汽，通过水的汽化潜热带走热量，实现高效散热。

可见，本申请实施例利用流水槽10向吸水层2各处提供水分，实现整个吸水层2的有效均热，此外，由于是向吸水层2供水，故本申请在不依赖于风扇等有源散热器件的前提下，实现芯片等微电子产品的高效散热。

上述导热板层1上的流水槽10可以设置多条，分散在导热板层1上以形成网状的毛细芯，从而进一步地保证水分能够及时有效地迁移到吸水层2各处，实现有效均热散热。

需要说明的是，所述吸水层2包括吸湿性水凝胶。

水凝胶是以水为分散介质的凝胶。包括三维网状交联结构的水溶性高分子、疏水基团和亲水基团，该疏水基团和该亲水基团位于该水溶性高分子中，该亲水性基团例如可以是：羟基、羧基、氨基、磺酸基等，其中，该亲水基团易与氢键结合，因而是亲水性的。当水凝胶与水接触时，该亲水基团可以用于与水分子结合，将水分子连接在网状内部，从而提高了吸水层的吸水性能。该疏水基团可以是遇水膨胀的交联聚合物。水凝胶是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。当水分子与亲水基团之间的氢键发生断裂时能够吸收热量，可以用于散热。

其中，所述吸湿性水凝胶的材质有多种选择，比如，作为示例，所述吸湿性水凝胶的材质采用聚丙烯酸钠、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺和甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。

上述不同材质的水凝胶可以具有不同的溶胀特性，从而使得吸水层2具有不同的预设温度，也即吸水层2孔隙中液态水的汽化温度，从而可以根据散热需求进行选择。

进一步地，还可以通过对水凝胶材质进行掺杂，以改变吸水层2孔隙中液态水的汽化温度，比如，进行吸湿性无机盐掺杂。

吸湿性无机盐有多种选择，比如，作为示例，吸湿性无机盐包括氯化锂、氯化钙、溴化锂等。吸湿性无机盐的掺杂量可以根据实际需要确定，在此处就不做具体限定。

为了实现对吸水层2的供水补水目的，本申请实施例提供了导热板层1的多种实现方式。

比如，作为示例，参见图1所示，所述导热板层1包括毛细板层11，所述毛细板层11相对的两个表面中，其中一个表面为所述第一表面，另一个表面上设置所述流水槽10。

再比如，作为另外一个示例，所述导热板层1包括毛细板层11，所述毛细板层11相对的两个表面中，其中一个表面为所述第一表面，另一个表面上开设有透水孔，所述流水槽10设于所述毛细板层11内部，所述透水孔与所述流水槽10连通。

上述两个示例中，前者是将流水槽10开设在毛细板层11表面上，后者是将流水槽10设置在毛细板层11内部，由于本申请实施例的均热散热膜组件可以做成片状，以贴附在电子设备的发热部件4上。

故将流水槽10开设在毛细板层11表面上的方案，其优势是，流水槽10加工更加方便，但是不足之处是，对于水凝胶，其非常柔软，放置于毛细板层11上时，水凝胶有可能会堵塞流水槽10。

而将流水槽10设置在毛细板层11内部，并利用透水孔连通外界的方案，其优势是，水凝胶不容易堵塞流水槽10，但是不足之处是，流水槽10加工不方便，同时，水凝胶也有堵塞透水孔的风险。

为了解决上述两种方案的弊端，参见图1所示，所述导热板层1还包括具有所述第二表面的透水支撑层12，所述透水支撑层12位于所述毛细板层11和所述吸水层2之间。由于透水支撑层2应该有一定的机械强度，孔隙率不能无限大，同时孔隙率一般应该30％以上，以实现透水。

通过增设透水支撑层12，实现对水凝胶的支撑，同时，透水支撑层12上具有密集的小孔，可以透过液态水，实现流水槽10中的液态水进入吸水层2中。

透水支撑层12可以采用无纺布、玻璃纤维布等材质。

上述流水槽10均设置在毛细板层11上，作为一个扩展示例，流水槽10还可以设置在透水支撑层12上，具体地，所述导热板层1包括具有所述第一表面的毛细板层11和具有所述第二表面的透水支撑层12，所述透水支撑层12位于所述毛细板层11和所述吸水层2之间，所述流水槽10设于所述透水支撑层12朝向所述毛细板层11的表面上。

采用这种方案，同样可以实现对吸水层2的补水作用，此时毛细板层11主要起到导热作用。

对于毛细板层11的材质，具有多种选择，比如，作为示例，所述毛细板层11的材质采用铜、铝或导热塑料。

进一步地，参见图1所示，所述吸水层2上还设有防水透气层3，所述防水透气层3与所述导热板层1分别位于所述吸水层2的两侧。防水透气层3作为均热散热膜组件的外观表面，具有疏水的孔隙结构，可以让气体(包括水蒸气)通过但是同时具有防水(防液态水通过)、防尘等保护性功能。

所述防水透气层3的材质可以采用聚四氟乙烯防水透气膜、TPE薄膜或TPU薄膜中的一种。上述薄膜具有透气防水功能，一方面具有透气功能，保证透气性，一方面还具有防水功效，不会因具有微孔透气结构而使水分进入吸水层2内。

本申请实施例中提及的各层结构，可以通过热压、超声、高周波等合适的方式键合在一起形成复合膜组件，可根据电子设备的发热部件4的形状和大小进行模切。

本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备的发热部件4上设有壳体，所述壳体采用如上任一所述的均热散热膜组件制成。

本申请实施例提供的电子设备，采用上述均热散热膜组件，由于其同时具有优异的均热性能和散热性能，能够实现芯片等高密度功率器件的无风扇被动散热，提高了电子设备的散热性能。

此外，由于采用的是多层复合膜结构，容易弯折，易于实现空间曲面结构(比如VR)和需要反复弯折的结构(比如折叠屏手机)的散热解决方案，加工容易，价格便宜。

参见图2所示，将本申请的均热散热膜组件贴附在发热部件4上，二者之间可以涂抹导热硅脂或导热胶以减少接触热阻。在发热部件4发热的时候，均热散热膜组件内部通过水分的迁移实现均热，更重要的是，通过整个均热散热膜组件上表面的水分蒸发，实现高效散热。当发热部件4停止工作以后，均热散热膜组件吸收空气中的水分实现回水。

使用当前轻薄笔记本流行的Inteli7-10510U模拟芯片测试平台的低功耗模式进行测试，分别对比了无散热措施、大面积VC均热板散热和本申请均热散热膜组件散热三种情形，测试观察到的芯片表面温度如图3所示。其中，在无散热措施的情形下，芯片在20分钟内温度迅速升高到了80℃，为了防止烧毁的风险，测试终止。对比使用大面积VC均热板散热和本申请散热的情形，本申请在两个小时的测试时长内，获得了将近10℃左右的温度收益。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种均热散热膜组件，其特征在于，其包括：

导热板层(1)，其具有流水槽(10)，所述导热板层(1)包括相对的第一表面和第二表面，所述第一表面用于靠近电子设备的发热部件(4)；

吸水层(2)，所述吸水层(2)设于所述导热板层(1)的第二表面上，所述吸水层(2)具有孔隙，并用于吸附所述流水槽(10)中的水，并当所述吸水层(2)中存储的水的温度高于预设温度时，所述吸水层(2)中的水受热蒸发。

2.如权利要求1所述的均热散热膜组件，其特征在于：

所述吸水层(2)包括吸湿性水凝胶。

3.如权利要求2所述的均热散热膜组件，其特征在于：

所述吸湿性水凝胶具有亲水基团，所述亲水基团包括羟基、羧基、氨基和磺酸基中的一种或多种；

和/或，所述吸湿性水凝胶的材质采用聚丙烯酸钠、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺和甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的均热散热膜组件，其特征在于：

所述吸水层(2)还掺杂有吸湿性无机盐。

5.如权利要求1所述的均热散热膜组件，其特征在于：

所述导热板层(1)包括毛细板层(11)，所述毛细板层(11)相对的两个表面中，其中一个表面为所述第一表面，另一个表面上设置所述流水槽(10)；

或者，所述导热板层(1)包括毛细板层(11)，所述毛细板层(11)相对的两个表面中，其中一个表面为所述第一表面，另一个表面上开设有透水孔，所述流水槽(10)设于所述毛细板层(11)内部，所述透水孔与所述流水槽(10)连通。

6.如权利要求5所述的均热散热膜组件，其特征在于：

所述导热板层(1)还包括具有所述第二表面的透水支撑层(12)，所述透水支撑层(12)位于所述毛细板层(11)和所述吸水层(2)之间。

7.如权利要求1所述的均热散热膜组件，其特征在于：

所述导热板层(1)包括具有所述第一表面的毛细板层(11)和具有所述第二表面的透水支撑层(12)，所述透水支撑层(12)位于所述毛细板层(11)和所述吸水层(2)之间，所述流水槽(10)设于所述透水支撑层(12)朝向所述毛细板层(11)的表面上。

8.如权利要求5～7任一所述的均热散热膜组件，其特征在于：

所述毛细板层(11)的材质采用铜、铝或导热塑料。

9.如权利要求1所述的均热散热膜组件，其特征在于：

所述吸水层(2)上还设有防水透气层(3)，所述防水透气层(3)与所述导热板层(1)分别位于所述吸水层(2)的两侧。

10.一种电子设备，其特征在于：所述电子设备的发热部件(4)上设有壳体，所述壳体采用如权利要求1～9任一所述的均热散热膜组件制成。