CN200990750Y - 一种散热结构及包括该散热结构的设备 - Google Patents

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本实用新型公开了一种散热结构及包括该散热结构的设备，其中散热结构包括石墨件和金属件，石墨件在第一方向上的导热系数大于第二方向上的导热系数，所述石墨件在所述第二方向上设有导热孔；金属件设有相应于石墨件导热孔的导热柱，热源产生的热量经由所述导热柱导入石墨件，并通过所述石墨件导出。本实用新型通过采用石墨材料作为散热基材，并在石墨内嵌入高导热系数的金属，充分挖掘石墨法线方向的导热率，均衡热流密度，使石墨每层都能够有效地将热源产生的热量散发出去。

Description

一种散热结构及包括该散热结构的设备
技术领域
本实用新型涉及一种散热结构，更具体地说，涉及一种耗散电子器件产生的热量的散热结构及包括该散热结构的设备。
背景技术
电子产品，如可视电话、电脑、电视、机顶盒、手机等终端电子产品，要求增加处理速度，具有更小的尺寸，具有多功能化等等，使得电子产品内部结构越来越复杂。在这些电子产品的工作过程中，势必产生热量，导致电子产品内部元件温度升高，特别是某些局部元件集中区域，可能会产生较高的温度，不仅损害其自身的性能，而且还会降低整个系统的性能可靠性，甚至导致系统失效。如何将局部热源热量尽快导走？如何降低电子产品外壳表面温度？这就要求具有有效将这些电子产品内部元件产生的热量散发出去的方法。
由于金属易于吸收热量，并将热量传递到整个结构的能力，通常在电子产品中采用金属散热元件，其利用与空气的温差将发热元件表面的热量发散。
下表为常用金属导热系数：
    各种金属的热传导系数
    金属种类     传导系数
    银     429W/mK
    铜     401W/mK
    金     317W/mK
    铝     237W/mK
    1070型铝合金     226W/mK
    1050型铝合金     209W/mK
    6061型铝合金     155W/mK
    6063型铝合金     201W/mK
石墨因其特有的一些特点，利用石墨导热也已经被广泛用于电子产品中。
石墨是一种各向异性材料，它的物理构造是一种层状叠加结构，如图1，每个层面上的分子互相连接成网状结构，层与层之间靠范德华力结合，这种特别的构造使得石墨在平面方向和法线方向的物理性质会有很大的差异，如石墨在平面方向的导热系数很高，在法线方向很低，在平面方向的强度高，法线方向的强度低。天然石墨在平面方向的导热系数高达1600W/m·K，平面法线方向的导热系数在5～15W/m·K，石墨的这种特有的导热性能可以将热量在平面方向迅速扩散，而在法线方向却有一点点隔热的功能。
石墨的密度很小，仅为铝的40％，在电子产品上使用便于产品的轻型化设计；石墨的化学稳定性很好，使用寿命长；石墨纯度很高，可以达到99.95％，几乎不含有害物质，环境适应性好；石墨材质柔软，可以切割成所需要的任意形状；石墨同时也具有很好的导电性，可以作为导电材料使用。
采用直接利用石墨膜粘贴到电子产品外壳的方法进行热量扩散，由于石墨自身的特性，其法线方向的导热率较低，约为其水平方向的热导率1/100，所以，如何进一步提高石墨散热的能力，是研究的一个方向。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种散热结构，利用此散热结构能够有效将电子产品内部元件产生的热量散发出去。
本实用新型的实施例提供了一种散热结构，用于散发热源产生的热量，其包括石墨件和金属件，石墨件在第一方向上的导热系数大于第二方向上的导热系数，所述石墨件在所述第二方向上设有导热孔；金属件设有相应于石墨件导热孔的导热柱，当金属件和石墨件结合时，所述导热柱设置于石墨件的导热孔内。。
本实用新型的实施例还提供了一种散热结构，其包括石墨件和金属件，所述石墨件在第一方向上的导热系数大于第二方向上的导热系数，所述金属件与石墨件相结合并沿所述石墨件的第二方向延伸入石墨件中。
本实用新型的实施例还提供了一种设备，包括发热元件和散热结构，其中散热结构包括石墨件和金属件，石墨件在第一方向上的导热系数大于第二方向上的导热系数，所述石墨件在所述第二方向上设有导热孔；金属件设有相应于石墨件导热孔的导热柱，当金属件和石墨件结合时，所述导热柱设置于石墨件的导热孔内。。
本实用新型的有益效果如下：本实用新型采用石墨材料作为散热基材，并在石墨内嵌入高导热系数的金属，充分挖掘石墨法线方向的导热率，均衡热流密度，使石墨每层都能够有效地将热源产生的热量散发出去。
附图说明
图1是石墨的结构示意图。
图2是本实用新型的结构组合图。
图3是本实用新型的结构立体分解图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型所述的技术方案进行详细的说明。
本实用新型的实施例中，如图2和图3所示，为散热结构与局部发热元件组装在一起的散热形式，其包括外壳1、散热结构2和热源3，其中，局部发热元件即为热源5。
所述外壳1为电子产品的外壳，该外壳1的材质没有特殊的限制，可以是金属材料制成，也可以是塑胶材料制成。在本实施例中，为了方便散热结构2的安装，该外壳1内侧延伸出四个安装柱11，这些安装柱11之间的间距和散热结构22的大小相宜。
所述散热结构2包括石墨件21、金属件22、导热件23和导热脂24。
石墨件2采用平板结构，由于石墨自身的特性，在石墨件1的平面方向(第一方向)上具有较高的导热系统(导热系数可高达1600W/m·K)，沿垂直于平面方向的法线方向(第二方向)上具有较低的导热系统(导热系数在5～15W/m·K)。本实用新型所采用的石墨膜或石墨垫，对其生产方法和工艺没有特殊的限制。
金属件22为片状结构，可取的是，金属件22采用铜材或铝材制成，然绝不限于此。金属件22设有四个安装孔221，通过安装孔221和安装柱11的配合，散热结构2和外壳1组合在一起。需要说明的是，安装柱11和安装孔221的数量可以为任意数，本实施例采用四个，但并不限于此，即安装柱11和安装孔221的数量和位置可根据实际需要适当调整。金属件22还设有通孔222，通孔222的大小与导热件23的大小相宜，导热件23通过通孔222与石墨件21相接触。
导热件23采用金属材料制成，通常采用导热率高的铝块，起到热量传递作用。
导热脂24与热源3的传热面相接触，主要用于能填充界面间隙，降低界面热阻，通常采用硅脂、硅橡胶等材料制成。
一般来说，用于散热的元件所用的金属材料的导热系数(例如，铜的导热系数为401W/m·K，铝的导热系数为237W/m·K)都比石墨法线方向的导热系数高。本实用新型的核心就是在石墨内嵌入高导热系数的金属，提高石墨法线方向的导热率，从而提高石墨散热的能力。
金属件22经过冲压、锻造，自其水平面突伸出一定数量的导热柱223，导热柱223可为任何形状的金属柱，在本实施例中，采用圆锥形状。导热柱223的位置和稀疏程度根据热源3的大小、远近可适当调整。
石墨件21设有与金属件22的导热柱223配合安装的导热孔(未图示)，在本实施例中，石墨件21的导热孔加工成锥形孔，并且所述锥形孔的孔径要比配套的金属件22上的导热柱223的孔径略小，以保证金属锥形导热柱223与石墨件21垂直方向接触热阻最小，热源3的热量能高效传递到石墨的每一层。通常，如果电子产品的外壳1是金属材料，石墨件21的厚度要超过金属导热柱223的高度，以保证石墨件21可以与外壳1紧密接触，减小接触热阻，提高散热效率；如果电子产品的外壳1是塑胶材料，则对石墨件的厚度没有特别要求。
安装时，将石墨件21和金属件22对压在一起，导热柱223分别延伸入相对应的导热孔中，附带有导热脂24的导热件23穿过通孔222与石墨件21相接触，如此，组成了本实用新型实施例所述的散热结构2。通过散热结构2金属件22的安装孔221和外壳1安装柱11的配合，散热结构2和外壳1组装在一起，其中配合的安装方式多种多样，可采用卡扣连接、螺钉紧固或者拉手条锁紧等等。
所述热源3工作产生出热量，热量经由导热脂24，导热件23，传递到金属件22和石墨件21上。各向异性的石墨件21，在其平面内具有较高的导热率，在法线方向上具有较低的导热率。各向同性的金属件22的导热柱223，使来自热源3的热量经由所述导热柱223导入石墨件21中，使石墨每层都能够有效地将热源产生的热量散发出去，均衡热流密度。
综上，本实用新型的实施例采用石墨材料作为散热基材，并在石墨内嵌入高导热系数的金属，充分挖掘石墨法线方向的导热率。并且，金属件22和石墨件21加工简单，整体散热结构的安装拆卸也非常的方便。
以上所述公开的是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以有变化形式，例如，提高石墨法线方向导热率的方式不限于利用金属件延伸出金属柱嵌入石墨中，也可采用在加工石墨件的时候直接嵌入金属丝的方式，这些变化形式也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1、一种散热结构，用于散发热源产生的热量，其特征在于：包括
石墨件，其在第一方向上的导热系数大于第二方向上的导热系数，所述石墨件在所述第二方向上设有导热孔；
金属件，设有相应于石墨件导热孔的导热柱，当金属件和石墨件结合时，所述导热柱设置于石墨件的导热孔内。
2、根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于：所述散热结构还包括导热件，所述金属件设有通孔，导热件穿过通孔与所述石墨件相接触。
3、根据权利要求2所述的散热结构，其特征在于：所述散热结构还包括导热脂，所述导热脂设置在导热件上并与热源的传热面相接触。
4、根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于：所述第一方向为石墨件的平面方面，第二方向为垂直于平面方向的法线方向。
5、根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于：所述安装孔的半径小于或等于相应的导热柱的半径。
6、一种散热结构，其特征在于：包括
石墨件和金属件，所述石墨件在第一方向上的导热系数大于第二方向上的导热系数，所述金属件与石墨件相结合并沿所述石墨件的第二方向延伸入石墨件中。
7、根据权利要求6所述的散热结构，其特征在于：所述第一方向为石墨件的平面方面，第二方向为垂直于平面方向的法线方向。
8、一种设备，包括发热元件和散热结构，其特征在于，其中散热结构包括石墨件和金属件，石墨件在第一方向上的导热系数大于第二方向上的导热系数，所述石墨件在所述第二方向上设有导热孔；金属件设有相应于石墨件导热孔的导热柱，当金属件和石墨件结合时，所述导热柱设置于石墨件的导热孔内。
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