CN1487786A - 均温装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种均温装置，设置于一电子装置的壳体内与发热元件之上或之间，该均温装置至少包含：一第一高导热层与一第二高导热层，该第一与该第二高导热层由具较高热传导系数的材料或媒介所构成；以及一第一低导热层，其设置于该第一高导热层与该第二高导热层之间，且该第一低导热层由具较低热传导系数的材料或媒介所构成。由此，由该发热元件产生的热量以较高热传导速率平均地分散于该第一高导热层与该第二高导热层，且以较缓慢热传导速率通过该第一低导热层，由热传导速率的各向异性维持该壳体的外壁均温。

Description

均温装置

技术领域

本发明涉及一种均温装置，尤指一种适于将电子装置内的发热元件所产生的热量均匀地分散至电子装置壳体表面散热的均温装置。

背景技术

电源转接器或电源供应器为各式电器设备或信息产品工作时不可或缺的电子装置。众所皆知，这些电子装置其内部电路板上具有许多电子元件，当电子装置工作时，电路板上的电子元件会产生功率不等的热量，倘若未能将热量有效地移至外界或做一适当的转移，则过量的热累积或局部的高温将会在电子装置内部造成电子元件故障，进而使整个电子装置完全失去功能。另外，在电子装置的壳体外壁也会形成局部高热，进而导致使用上的安全问题。

以电源供应器为例，电路板上的高发热元件主要为变压器、金属氧化半导体场效晶体管(MOSFET)、芯片、二极管、电感或绕组等，而低发热元件则包括电容器或电阻器等。此高发热元件由于发热及功率密度过于集中，因此常造成局部温度过高的问题。对使用者而言很可能会因壳体外表面的局部高温而造成烫伤或使外界接触物(例如纸张、桌巾等)燃烧或灼损，造成安全上的疑虑。

请参阅图1，为一般电源供应器的结构剖面图。电源供应器的壳体10内部放置一电路板11，该电路板11上则设置许多电子元件，为方便以下的说明，图中仅以两电子元件12及13分别代表热源集中区的高发热元件以及非热源集中区的低发热元件。当电源供应器工作时电子元件12及13会发出大小不等的热量，产生不同温度T_H及T_L(T_H＞T_L)。当电子元件12及13发出的热量通过空气层14而传至壳体10时，其电子元件12及13上方的壳体区域16及17的温度也相对地高低不等，造成壳体区域16有局部高温的现象产生。此局部高温的现象可能导致许多安全上的问题，例如误触时可能有灼伤或局部特高温可能造成火灾等风险。现有技术中用以使壳体表面温度平均的方式主要是在高发热的电子元件12上方贴附一散热器(未显示)以增大散热面积，但此方式仍无法有效地改善壳体外表面产生局部高温的情形。

因此，如何解决电子装置内的发热元件因功率密度过高、热源过度集中而造成的局部高温问题，并提供一适于将电子装置内的发热元件所产生的热量均匀地分散至电子装置壳体表面散热的均温装置，实为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种适于将电子装置内的发热元件所产生的热量均匀地分散至电子装置壳体表面散热的均温装置，使电子装置壳体表面呈均温。

本发明的另一目的为解决电子装置内的发热元件因功率密度过高、热源过度集中而造成的局部高温问题，以提高该电子装置于使用时的安全性。

为实现上述目的，本发明提供了一种均温装置，其设置于一电子装置的壳体内与发热元件之上或之间，该均温装置至少包含：一第一高导热层与一第二高导热层；以及一第一低导热层，其设置于该第一高导热层与该第二高导热层之间，且该第一低导热层由相对于该第一高导热层与该第二高导热层具较低热传导系数的材料或媒介所构成。由此，由该发热元件产生的热量以较高热传导速率平均地分散于该第一高导热层与该第二高导热层，且以较缓慢热传导速率通过该第一低导热层，由热传导速率的各向异性维持该壳体的外表面均温。

根据本发明的构想，其中该第一高导热层与该第二高导热层由铜、铝、石墨或其它具高热传导系数的材料或媒介所构成。

根据本发明的构想，其中该第一高导热层与该第二高导热层为相同或不同的材料或媒介层。

根据本发明的构想，其中该第一低导热层由空气、玻璃、通用塑料或其它具低热传导系数的材料或媒介构成。

根据本发明的构想，其中该均温装置还包括一第二低导热层，该第二低导热层邻设于该第一高导热层且相对于该第一低导热层的一侧，或是邻设于该第二高导热层且相对于该第一低导热层的一侧。

根据本发明的构想，其中该第二低导热层由空气、玻璃、通用塑料或其它具低热传导系数的材料或媒介制成。

根据本发明的构想，其中该第一低导热层与该第二低导热层可为相同或不同的材料或媒介层。

根据本发明的构想，其中该均温装置还包括一第三低导热层，其设置于该第一高导热层、该第一低导热层、该第二高导热层或该第二低导热层之内，且邻近于该发热元件的区域，由该第三低导热层可减缓该区域于垂直方向的热传导速率。

根据本发明的构想，其中当该第三低导热层设置于该第一低导热层或该第二低导热层内时，构成该第三低导热层的材料或媒介的热传导系数以低于构成该第一或该第二低导热层的材料或媒介的热传导系数为佳。该第三低导热层以由空气构成为最佳。

根据本发明的构想，其中该当该第三低导热层设置于该第一高导热层或该第二高导热层时，该第三低导热层与该第一低导热层或第二低导热层为相同或不同的材料或媒介层。该第三低导热层以空气、玻璃、通用塑料或其它具低热传导系数的材料或媒介构成为佳。

根据本发明的构想，其中该均温装置更包括多个凸柱，该多个凸柱设置于该第一低导热层之内，用以改变部分该第一低导热层于垂直方向的热传导速率。

根据本发明的构想，其中该多个凸柱具相同或不同高度。

根据本发明的构想，其中该多个凸柱是由铜、铝、石墨或其它具高热传导系数的材料或媒介所构成。

根据本发明的构想，其中该多个凸柱与该第一高导热层或该第二高导热层为相同或不同的材料或媒介层。

根据本发明的构想，其中该第一高导热层具有至少一凹槽区域，该凹槽区域可容置一第四低导热层，用以减缓垂直方向的热传导速率。

根据本发明的构想，其中该第四低导热层与该第一低导热层为相同或不同的材料或媒介层。

根据本发明的构想，其中该第一高导热层的部分区域接触或邻近该发热元件。

根据本发明的构想，其中该部分区域为该第一高导热层的一端或该凹槽区域。

本发明可由下列附图及详细说明，得一更深入的了解。

附图说明

图1是一般电源供应器的结构剖面图；

图2显示本发明第一较佳实施例的均温装置应用于电源供应器的情形；

图3显示本发明第二较佳实施例的均温装置应用于电源供应器的情形；

图4显示本发明第三较佳实施例的均温装置应用于电源供应器的情形；

图5显示本发明第四较佳实施例的均温装置应用于电源供应器的情形；

图6显示本发明第五较佳实施例的均温装置应用于电源供应器的情形；

图7显示本发明第六较佳实施例的均温装置应用于电源供应器的情形。

其中，附图标记说明如下：

10：壳体

11：电路板

12：电子元件

13：电子元件

14：空气层

16：壳体局部高温区域

17：壳体局部低温区域

20：壳体

21：电路板

22：高发热元件

23：低发热元件

25：均温装置

251：第一高导热层

252：第一低导热层

253：第二高导热层

254：第二低导热层

255：第三低导热层

256：凸柱

257：第四低导热层

2511：第一高导电层之凹槽区域

2512：第一高导电层之一端

具体实施方式

本发明是一种适于将电子装置内的发热元件所产生的热量均匀地分散至电子装置壳体表面散热的均温装置。以下实施例虽以电源供应器的均温装置说明本发明技术，然而可以应用本发明技术的电子装置并不限于电源供应器而已，任何适用下述技术特征的电子装置，例如电源转接器等，在此均可并入参考。

如图2所示，是显示本发明第一较佳实施例的均温装置应用于电源供应器的情形。如图2所示，电源供应器的壳体20内部放置一电路板21，该电路板21上则设置许多元件，为方便以下的说明，图中仅以高发热元件22(例如变压器、金属氧化半导体场效晶体管(MOSFET)、芯片、二极管、电感或绕组等)以及低发热元件23(例如电容器或电阻器等)分别代表热源集中区与非热源集中区的元件以说明本发明技术。

本发明第一较佳实施例的均温装置25包含一第一高导热层251、一第一低导热层252以及一第二高导热层253。其中，第一高导热层251与第二高导热层253可为相同或不同的材料或媒介(medium)层，且分别由相对于第一低导热层252具较高热传导系数(thermal conductive coefficient)的材料或媒介(medium)(例如铜、铝、石墨或其它具高热传导系数的材料或媒介)所构成。另外，第一低导热层252则由相对于第一高导热层251与第二高导热层253具较低热传导系数的材料或媒介(例如通用塑料、玻璃、空气或其它具低热传导系数的材料或媒介)所构成。

在此实施例中，第一低导热层252设置于第一高导热层251与第二高导热层253之间。因此，自工作中的发热元件，例如高发热元件22及低发热元件23，所发出的热量首先会传导至第一高导热层251，由于第一高导热层251是由相对于第一低导热层252具较高热传导系数的材料或媒介所构成，因此当热量传导至第一高导热层251时，不论是高发热元件22或低发热元件23所产生的热量都会很快速地朝水平方向平均地分散于第一高导热层251。另外，第一低导热层252邻接于第一高导热层251，由于第一低导热层252由相较于第一高导热层251与第二高导热层253具较低热传导系数的材料或媒介所构成，因此第一高导热层251所传导的热量将会以较缓慢的热传导速率穿过第一低导热层252。由于第一低导热层252会减缓垂直方向的热传导速率，因此热量在第一高导热层251内便能更平均地分散，进而达到初步均温的效果。

接着，从第一低导热层252所传导出来的热量会传导至第二高导热层253，根据相同的原理，热量将很快速地朝水平方向平均地分散于第二高导热层253，然后再以较缓慢的热传导速率传导至壳体20表面。因此，由制造热传导速率的各向异性，可使电子装置内热源集中区与非热源集中区所产生的热量先由均温装置25均温后，并传导至壳体20表面散热，因此本发明技术不只可以解决因功率密度过高、热源过度集中而造成的局部高温问题，且可使电子装置壳体20表面维持均温。

此外，为使水平方向的热传导速率更大于垂直方向的热传导速率，第一且/或第二高导热层251，253对第一低导热层252的热传导系数比以大于3倍以上为佳。在此实施例中，热传导系数比可由改变第一高导热层251、第二高导热层253或第一低导热层252的材料或媒介而调整。举例而言，第一高导热层251或第二高导热层253的材质可选自铝，铜(copper)，黄铜(brass)等金属，其中铝的热传导系数为200W/mK，铜的热传导系数为400W/mK，黄铜的热传导系数则为116W/mK，另外第一低导热层252可为通用塑料，而通用塑料的热传导系数约为0.2W/mK，因此第一与第二高导热层251，253对第一低导热层252的热传导系数比约为1000倍左右，由此调整可使电子装置壳体达到最适宜的均温效果。

请参阅图3，是显示本发明第二较佳实施例的均温装置应用于电源供应器的情形。在此实施例中，均温装置25除图2所示结构外，还可增加一第二低导热层254，该第二低导热层254可选择性地邻设于第一高导热层251且相对于第一低导热层252的一侧，或是邻设于第二高导热层253且相对于第一低导热层251的一侧(图未示)。第二低导热层254可与第一低导热层252为相同或不同材料与媒介层，且可由相对于第一高导热层251与第二高导热层253具较低热传导系数的材料或媒介所构成(例如空气、玻璃、通用塑料或其它低导热材料或媒介)。由于第二低导热层254为热传导系数较低的绝缘材料或媒介所构成，因此当第二低导热层254直接暴露于发热元件22与23时，其不只可以提供与第一低导热层252相同的功能外，还可以绝缘电子装置内的电子元件，如此可使电子装置的体积进一步缩小，更有利于电子装置的小型化发展。

如图4所示，是显示本发明第三较佳实施例的均温装置应用于电源供应器的情形。在此实施例中，均温装置25除图3所示结构外，还可增加一第三低导热层255，该第三低导热层255可选择性地设置于第一高导热层251，第一低导热层252，第二高导热层253以及第二低导热层254内，且邻近于高发热元件22的区域。第三低导热层255可由具低热传导系数的材料或媒介(例如空气、玻璃、通用塑料或其它低导热材料或媒介)所构成，且以空气为佳。当第三低导热层255设置于第一高导热层251或第二高导热层252内时，第三低导热层255与第一低导热层252或第二低导热层254可为相同或不同的材料或媒介层，且可由相对于第一高导热层251与第二高导热层253具较低热传导系数的材料或媒介(例如空气、玻璃、通用塑料或其它低导热材料或媒介)所构成。当第三低导热层255设置于第一低导热层252或第二低导热层254内时，构成第三导热层255的材料或媒介则以热传导系数较第一低导热层251或第二低导热层254低的材料或媒介为佳，而以空气为最佳。

由于第三低导热层255邻设于热源集中区的高发热元件22区域，因此热源集中区域所产生的热量在传导至第三低导热层255时，将会使其垂直方向的热传导速率缓慢下来，因此可增加水平方向与垂直方向的热传导速率比，达成使壳体表面整体呈均温的效果。

当然，利用第三低导热层255的技术并不限于应用在图3所示均温装置而已，相同的原理与技术也可应用于图2所示均温装置，由于相同的原理与应用技术已于上述实施例说明，因此不再赘述。

请参阅图5，显示本发明第四较佳实施例的均温装置应用于电源供应器的情形。在此实施例中，均温装置25除如图3所示结构外，还可增加多个凸柱256于第一低导热层252内，该多个凸柱256可为等高或非等高。另外，凸柱256与第一高导热层251或第二高导热层253可为相同或不同的材料或媒介层，且可由铜、铝、石墨或其它具高热传导系数的材料或媒介构成。

由于该多个凸柱256设置于第一低导热层252内，因此可由凸柱256改变部分第一低导热层252在垂直方向的热传导速率。由将凸柱256平均配置于第一低导热层252内，可达成更佳的均温效果。

请参阅图6，显示本发明第五较佳实施例的均温装置应用于电源供应器的情形。在此实施例中，均温装置25除如图2所示结构外，还可增加至少一个凹槽区域2511于第一高导热层251上，该凹槽区域2511可容置一第四低导热层257，该第四低导热层257与第一低导热层252可为相同或不同的材料或媒介层。由该第四低导热层257可减缓垂直方向的热传导速率，由此可利用制造热传导的各向异性达到使壳体外表面均温的目的。

另外，第一高导热层251的凹槽区域2511可以选择性地接触或邻近热源集中区的高发热元件22，因此更可缩短高发热元件22至第一高导热层251的距离，使热源集中区的热量能更快速地往第一高导热层251的两侧均温，由此以达成使壳体外表面均温的目的。

当然，如图7所示，第一高导热层251也可由其一端2512与热源集中区的高发热元件22接触或邻近，因此也可缩短高发热元件22至第一高导热层251的距离，使热源集中区的热量能更快速地往第一高导热层251的另一侧均温，而且第一高导热层251的该端2512上方形成一空气层，此空气层可减缓高发热元件22在垂直方向的热传导速率，由此可达成使壳体外表面均温的目的。

综上所述，本发明提供的均温装置除可移除工作中电路板与电子元件所产生的热量外，还可有效地使壳体表面达到均温与低温的效果，以提高电子装置的安全性。

本发明可由本技术领域的普通技术人员作出等效结构变换，但是均包含在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种均温装置，设置于一电子装置的壳体内与发热元件之上或之间，其特征在于，该均温装置至少包含：

一第一高导热层与一第二高导热层；以及

一第一低导热层，其设置于该第一高导热层与该第二高导热层之间，且该第一低导热层由相对于该第一高导热层与该第二高导热层具有较低热传导系数的材料或媒介所构成，

由此，由该发热元件产生的热量以较高热传导速率平均地分散于该第一高导热层与该第二高导热层，且以较缓慢的热传导速率通过该第一低导热层，由热传导速率的各向异性维持该壳体的外壁均温。

2.如权利要求1所述的均温装置，其特征在于，该第一高导热层与该第二高导热层是由铜、铝或石墨的材料所构成，且该第一高导热层与该第二高导热层为相同或不同的材料或媒介层。

3.如权利要求1所述的均温装置，其特征在于，该第一低导热层是由空气、玻璃或通用塑料的材料制成。

4.如权利要求1所述的均温装置，其特征在于，还包括一第二低导热层，该第二低导热层邻设于该第一高导热层且相对于该第一低导热层的一侧，或邻设于该第二高导热层且相对于该第一低导热层的一侧。

5.如权利要求4所述的均温装置，其特征在于，该第二低导热层由空气、玻璃或通用塑料的材料构成，且该第二低导热层与该第一低导热层为相同或不同的材料或媒介层。

6.如权利要求5所述的均温装置，其特征在于，还包括一第三低导热层，其设置于该第一高导热层、该第一低导热层、该第二高导热层或该第二低导热层之内，且邻近于该发热元件的区域，以减缓该区域在垂直方向的热传导速率。

7.如权利要求6所述的均温装置，其特征在于，当该第三低导热层设置于该第一低导热层或该第二低导热层内时，构成该第三低导热层的材料或媒介的热传导系数低于构成该第一与该第二低导热层的材料或媒介的热传导系数，其中该第三低导热层由空气构成。

8.如权利要求6所述的均温装置，其特征在于，当该第三低导热层设置于该第一高导热层或该第二高导热层内时，该第三低导热层与该第一低导热层或第二低导热层为相同或不同的材料或媒介层，其中该第三低导热层由空气、玻璃或通用塑料的材料构成。

9.如权利要求1所述的均温装置，其特征在于，还包括多个凸柱，该多个凸柱设置于该第一低导热层内，用以改变部分该第一低导热层在垂直方向的热传导速率，其中该多个凸柱具相同或不同高度，且该多个凸柱由铜、铝或石墨的材料所构成。

10.如权利要求1所述的均温装置，其特征在于，该第一高导热层具有至少一凹槽区域，该凹槽区域容置一第四低导热层，用以减缓垂直方向的热传导速率，其中，该第四低导热层与该第一低导热层为相同或不同的材料或媒介层，该第一高导热层的部分区域接触或邻近该发热元件，且该部分区域为该第一高导热层的一端或凹槽区域。

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