CN203912425U - 薄型散热片及其热电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型披露一种薄型散热片及其热电装置，该薄型散热片包括一第一基板、一热扩散辐射层及一第二基板，该热扩散辐射层设置于该第一基板上且包含碳复合材料，第二基板设置于该热扩散辐射层上，其中，该第一基板及该第二基板的至少其中之一上开设有多个散热孔。该热电装置包括上述的薄型散热片、一热源体、一热电元件以及一供电元件，热源体连接于薄型散热片的第二基板，热电元件连接于薄型散热片的第一基板，供电元件电性连接于热电元件。应用本实用新型薄型散热片的电子装置，例如移动装置、平板电脑或笔记型电脑，在使产品整体厚度薄化的同时，还可提高散热效率。

Description

薄型散热片及其热电装置

技术领域

本实用新型涉及一种散热元件，特别是指一种兼具热传导和热辐射功能的薄型散热片及其热电装置。 

背景技术

近年来，电子装置例如超薄笔记型电脑(Ultrabook)、平板电脑及智能型手机等对运算效能的要求愈来愈高，导致电子元件的发热量(Power Dissipation)和相对热流量(Heat Flux)亦愈来愈高；电子装置同时也朝向轻薄短小的设计趋势，而这种极度压缩空间的设计方向往往造成散热的困难，故散热问题变成电子产业首要克服的问题之一。 

举例来说，在传统的电路板的构造中，由于电子元件数量及消耗功率低，电子元件所产生的热量可经由铜箔层传导出来，并直接将热量散逸至环境空气中。现今电路板上所布设的电子元件的数量多且功率又高，伴随而来的问题是，随着电流增加、电功率的消耗增加，所产生的局部热量过度升高，故利用电子元件接触脚(pin)排热的方式已经无法将大部分的热量散出，使得电子元件及电路板无法维持在正常工作温度，导致电子元件的物理特性改变，从而无法达到预定的工作效能。对使用者而言，很可能因局部高温而造成烫伤的危险事情。 

现有技术中解决的方法有在热源附近安装风扇，利用风扇加速空气的热对流以将热量排除，此种散热方式的缺点在于，风扇会在电子装置中占据一定空间，影响电子装置的微型化。 

另外，现有技术中还有把散热鳍片以面接触的方式装设在会产生高热量的电子元件上，通过散热鳍片的高表面积将热量逸散到空气环境中。然而，散热鳍片的表面因制程的限制无法如预期般平整，因而散热鳍片与电子元件之间会存在有间隙，使得散热效能大幅降低(因空气的导热系数较差)。 

虽然，在散热鳍片与电子元件之间填充软性导热介质材料(Thermal Interface Material)例如导热膏、导热胶等可解决上述的问题。但是，所述软性导热介质材料本身会根据温度变化而有所改变(因高温而蒸发，以及因低温而固化收缩)，导致无法满足产品的耐久性需求。 

实用新型内容

本实用新型针对散热片结构进行改良，通过结构性的改变并搭配散热孔的布局设计，可有效排除薄型电子装置于运作时产生的热量，进而可解决局部高温的问题，以提升薄型电子装置的适用性及可靠度。 

根据本实用新型的一实施例提供一种薄型散热片，所述薄型散热片包括一第一基板、一热扩散辐射层及一第二基板，该热扩散辐射层设置于该第一基板上，第二基板设置于该热扩散辐射层上，其中，该第一基板及该第二基板的至少其中之一上开设有多个散热孔，所述第二基板具有一接触区域及两个分别位于所述接触区域的相对两侧的散热区域，所述散热孔分布于所述第二基板的散热区域，所述第一基板具有一中央区域及两个分别位于所述中央区域的相对两侧的散热区域，所述中央区域位于与所述接触区域相对的位置，所述散热孔进一步地分布于所述第一基板的散热区域。 

进一步地，远离所述第二基板的接触区域的散热孔的密度高于邻近所述第二基板的接触区域的散热孔的密度，且远离所述第一基板的中央区域的散热孔的密度高于邻近所述第一基板的接触区域的散热孔的密度。 

进一步地，所述第一基板、所述热扩散辐射层、及所述第二基板的厚度比为1:0.05～0.2:1。 

本实用新型还提供一种热电装置，该热电装置包括一上述提及的薄型散热片；一热源体，所述热源体连接于所述薄型散热片的第二基板；一热电元件，所述热电元件连接于所述薄型散热片的第一基板；以及一供电元件，所述供电元件电性连接于所述热电元件。 

进一步地，所述热电元件具有一吸热端、一放电端及多个位于所述吸热端与所述放电端之间的热电耦对，所述吸热端连接于所述薄型散热片的第一基板，所述放电端电性连接于所述供电元件。 

进一步地，热电耦对各包括一p型半导体元件及一n型半导体元件。 

本实用新型至少具有以下有益效果：本实用新型的薄型散热片通过将热扩散辐射层(薄膜)夹置于两个金属基板间之结构性设计，在与一热源体接触时可利用热传导的方式把热源体的热量导出，并从局部区域向周缘两侧均匀扩散，以及利用热辐射的方式通过散热孔把热量移除至环境，达到快速散热的效果。 

本实用新型的其他目的和优点可以从本实用新型所披露的技术特征得到进一步的了解。为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例并配合所附图式作详细说明如下。 

附图说明

图1为本实用新型的第一实施例的薄型散热片的剖视图。 

图2A为本实用新型的一变化实施例的薄型散热片的剖视图。 

图2B为本实用新型的另一变化实施例的薄型散热片的剖视图。 

图2C为本实用新型的又一变化实施例的薄型散热片的剖视图。 

图3为应用本实用新型的薄型散热片的移动装置的剖视图。 

图4为应用本实用新型的薄型散热片的移动装置的上视图。 

图5为应用本实用新型的薄型散热片的热电装置的上视图。 

【符号说明】 

100a  移动装置 

100b  热电装置 

1  薄型散热片 

10  第一基板 

10a  中央区域 

10b  第一散热区域 

101  散热孔 

11  热扩散辐射层 

111  树脂材料 

112  碳复合材料 

12  第二基板 

12a  接触区域 

12b  第二散热区域 

121  散热孔 

13  贴合层 

14  辐射粒子 

2  热源体 

3  壳体 

4  热电元件 

41  吸热端 

42  放电端 

43  热电耦对 

431 p型半导体元件 

432 n型半导体元件 

5  供电元件 

具体实施方式

本实用新型提供一种应用于薄型电子装置上的薄型散热片，所述薄型电子装置例如是移动装置、平板电脑或笔记型电脑，但不限于此。根据本实用新型的实施例，所述薄型散热片在与主要热源的表面相接触时，能有 效地将热从热源导出，均匀扩散到整体后再辐射出去，以达到快速且均匀散热的目的。 

[第一实施例] 

请参考图1，为本实用新型第一实施例的薄型散热片的剖视图。本实施例的薄型散热片1包括一第一基板10、一热扩散辐射层11及一第二基板12。在本实施例中，热扩散辐射层11通过贴合层13结合于第一基板10与第二基板12之间，贴合层13的材质例如是双面胶、导热胶或渗透剂；优选地，第一基板10、热扩散辐射层11及第二基板12的厚度比约为1:0.05～0.2:1。据此，热扩散辐射层11可分别与第一基板10和第二基板12保持有良好的接触性，使得薄型散热片1的散热效果更好。 

具体而言，第一基板10和第二基板12可为金属基板，例如(但不限于)铝、铁或铜基板，然而本实用新型非以此为限。热扩散辐射层11包含树脂材料111与碳复合材料112，若以100份重量比为基准，本实施例的热扩散辐射层11的组成成份约包含30至70重量份的树脂材料111与25至50重量份的碳复合材料112；而形成方式为，于树脂材料111内添加具有导热及热辐射能力的碳复合材料112，经混合、固化后即形成热扩散辐射层11。 

在本实施例中，树脂材料111可为(但不限于)环氧树脂、丙烯酸系树脂、胺基甲酸酯系树脂、硅橡胶系树脂、聚对环二甲苯系树脂、双马来酰亚胺系树脂及聚酰亚胺树脂所组成群组的其中一种。碳复合材料112可为(但不限于)钻石颗粒、人造石墨颗粒、碳黑颗粒、碳纤维颗粒、石墨烯片及纳米碳管所组成群组的其中一种；优选地，碳复合材料112的平均外径约介于10μm～20μm之间。 

再者，为使热扩散辐射层11具有更好的热辐射能力，本实施例的热扩散辐射层11可进一步包含一种或一种以上的辐射粒子14，其添加量约 为5至20重量份。进一步言之，本实施例的辐射粒子14可为(但不限于)金属颗粒、氧化物颗粒或氮化物颗粒。其中，金属颗粒可为(但不限于)金、银、铜、镍或铝颗粒，氧化物颗粒可为(但不限于)氧化铝或氧化锌颗粒，氮化物颗粒可为(但不限于)氮化硼或氮化铝颗粒；优选地，辐射粒子14的平均粒径约介于3μm～20μm之间。 

如上所述，本实用新型的薄型散热片1在与一热源体接触时，可通过将兼具热扩散及热辐射功能的薄膜夹置于两个金属基板间的结构性设计，先以热传导(heat conductive)的方式把热源体产生的热量从局部区域向周缘均匀扩散，再以热辐射(heat radiation)的方式把热量通过金属基板移除至环境，达到大面积均匀散热的效果。 

请参考图2A至图2C，在一优选实施例中，为能更快速地把热量排除至环境，薄型散热片1的第一基板10、第二基板12上可进一步开设有多个散热孔101、121。举例来说，这些散热孔101可开设于第一基板10上(如图2A所示)；详细而言，第一基板10具有一中央区域10a及两个分别位于中央区域10a的相对两侧的第一散热区域10b，而这些散热孔101分布于第一基板10的第一散热区域10b。 

或者，这些散热孔121可开设于第二基板12上(如图2B所示)；详细而言，第二基板12具有一供热源体接触的接触区域12a及两个分别位于接触区域12a的相对两侧的第二散热区域12b，其中第一基板10的中央区域10a与第二基板12的接触区域12a相对应，而这些散热孔121可分布于第二基板12的第二散热区域12b。又或者，这些散热孔101、121可分布于第一基板10的第一散热区域10b和第二基板12的第二散热区域12b(如图2C所示)。 

值得注意的是，远离第二基板12的接触区域12a的散热孔121的密度需高于邻近第二基板12的接触区域12a的散热孔121的密度；同样地，远离第一基板10的中央区域10a的散热孔101的密度需高于邻近第一基 板10的中央区域10a的散热孔101的密度。以下，通过将薄型散热片1应用于移动装置为例作说明，本实用新型散热孔101、121布局设计的具体效果。 

请参考图3，为应用本实施例薄型散热片的移动装置的剖视图；如图所示，所述移动装置100a依序包括一热源体2、上述薄型散热片1及一外壳体3。并请配合参考图4，为应用本实施例薄型散热片的移动装置的上视图。 

热源体2例如是中央处理器(CPU，一般来说薄型电子装置内的最大热源)，其可通过双面胶、导热胶或渗透剂(图未显示)全面性贴合于第二基板12的接触区域12a，外壳3则覆盖第一基板10。藉此，热源体2在工作过程中所产生的热量可经由第二基板12的接触区域12a导出至热扩散辐射层11，从而热扩散辐射层11可通过其夹置于第一基板10与第二基板12间的结构性设计，把热量自局部区域向周缘两侧均匀扩散，再分别通过第一基板10的第一散热区域10b的散热孔101和第二基板12的第二散热区域12b的散热孔121辐射到外部环境，使得热源体2的热量可以快速移除，避免因操作温度过高造成热源体2(中央处理器)无法运作，或因局部温度过高造成烫伤的危险事情。 

进一步言之，由于散热孔101、121密度高的区域的散热效果较散热孔101、121密度低的区域为佳，因此本实用新型通过散热孔101、121的特殊布局设计(即愈靠近第一基板、第二基板周缘两侧的散热孔的密度愈高)，当热量在由热扩散辐射层11的局部区域朝周缘两侧均匀扩散的过程中，少部分的热量可先通过靠近中央区域10a、接触区域12a的散热孔101、121辐射到外部环境，使得大部分的热量可持续朝周缘两侧扩散，并通过远离中央区域10a、接触区域12a的散热孔101、121辐射到外部环境，达到大面积全面散热的效果。 

[第二实施例] 

请参考图5，为结合上述薄型散热片的热电装置的剖视图。本实施例的热电装置100b包括上述薄型散热片1、一热源体2、热电元件4及一供电元件5。 

详细而言，热电元件4包含一吸热端41、一放电端42及多个位于吸热端41与放电端42之间的热电耦对43；其中每一热电耦对43包含一p型半导体元件431及一n型半导体元件432，吸热端41连接于薄型散热片1的第一基板10，放电端42则电连接于供电元件5，所述电连接的方式可以是彼此连接或通过导线连接，然而本实用新型非以此为限。在本实施例中，所述热源体2例如是一中央处理器，所述供电元件5例如是一电池，但不限于此。 

因此，薄型散热片1可将热源体2于运作时所产生的热量快速传递至热电元件4的吸热端41，从而热电元件4可将该热量转换成电能，并进一步经由放电端42对供电元件5实施充电；换言之，本实施例薄型散热片1能够增进热电元件4的光电转换效能，进而可维持热电装置的高工作效率。 

[实施例效果] 

1.本实用新型的热扩散辐射层由树脂材料与碳复合材料混合所制成，其中碳复合材料为钻石颗粒、人造石墨颗粒、碳黑颗粒、碳纤维颗粒、石墨烯片、纳米碳管或其群组，因而热扩散辐射层可具有导热及热辐射的能力。再者，上述热扩散辐射层还可混入一种或一种以上的辐射粒子，其为金属粒子、氧化物粒子、氮化物粒子或其群组，以进一步增进热扩散辐射层表面热辐射能力。 

2.本实用新型的薄型散热片通过将热扩散辐射层(薄膜)夹置于两个金属基板间的结构性设计，在与一热源体接触时可利用热传导的方式把热源体的热量导出，并从局部区域向周缘两侧均匀扩散，以及利用热辐射的方式把热量移除至环境，达到快速散热的效果。 

3.上述薄型散热片可进一步通过于金属基板上开设特殊分布设计的散热孔(越靠近第一基板、第二基板的周缘两侧的区域的散热孔密度越高)，当热量在从热扩散辐射层的局部区域往周缘二侧扩散的过程中，由于靠近中央区域、接触区域的散热孔仅能供少量辐射热通过，使得大部分热量仍持续朝周缘两侧扩散，从而通过远离中央区域、接触区域的散热孔辐射到外部环境，达到大面积全面散热的效果。 

4.上述薄型散热片可应用于热电装置上，将热源体在工作过程中所产生的热量更快速地传递至热电元件，以增进热电元件的光电转换效能，进而可维持热电装置的高工作效率。 

然而以上所述仅为本实用新型的优选可行的实施例，非因此即局限本实用新型的专利范围，故举凡运用本实用新型说明书及图示内容所为的等效结构变化，均同理包含于本实用新型的范围内，合予陈明。 

Claims (6)

1.一种薄型散热片，其特征在于，所述薄型散热片包括： 

一第一基板； 

一热扩散辐射层，所述热扩散辐射层设置于所述第一基板上；以及 

一第二基板，所述第二基板设置于所述热扩散辐射层上； 

其中，所述第一基板及所述第二基板的至少其中之一上开设有多个散热孔； 

所述第二基板具有一接触区域及两个分别位于所述接触区域的相对两侧的散热区域，所述散热孔分布于所述第二基板的散热区域； 

所述第一基板具有一中央区域及两个分别位于所述中央区域的相对两侧的散热区域，所述中央区域位于与所述接触区域相对的位置，所述散热孔进一步地分布于所述第一基板的散热区域。 

2.根据权利要求1所述的薄型散热片，其特征在于，远离所述第二基板的接触区域的散热孔的密度高于邻近所述第二基板的接触区域的散热孔的密度，且远离所述第一基板的中央区域的散热孔的密度高于邻近所述第一基板的接触区域的散热孔的密度。 

3.根据权利要求1所述的薄型散热片，其特征在于，所述第一基板、所述热扩散辐射层、及所述第二基板的厚度比为1:0.05～0.2:1。 

4.一种热电装置，其特征在于，所述热电装置包括： 

一根据权利要求1所述的薄型散热片； 

一热源体，所述热源体连接于所述薄型散热片的第二基板； 

一热电元件，所述热电元件连接于所述薄型散热片的第一基板；以及 

一供电元件，所述供电元件电性连接于所述热电元件。 

5.根据权利要求4所述的热电装置，其特征在于，所述热电元件具有一吸热端、一放电端及多个位于所述吸热端与所述放电端之间的热电耦对，所述吸热端连接于所述薄型散热片的第一基板，所述放电端电性连接于所述供电元件。 

6.根据权利要求5所述的热电装置，其特征在于，所述热电耦对各包括一p型半导体元件及一n型半导体元件。