TWI483672B - 具有熱管理特徵之電子裝置包封體及散熱結構 - Google Patents

Description

具有熱管理特徵之電子裝置包封體及散熱結構

本案係有關於電子裝置，特別是有關於電子裝置的熱管理特徵。

電子裝置包含有裝設於殼體內的電子組件。例如，一電子裝置可包含有積體電路。在運作時，例如積體電路之類的電子組件會產生熱。如不小心的話，來自電子裝置內之組件的熱會造成區部的高溫點。這些高溫點會使此裝置之殼體的某些部位相對於其他部位變成不良的高溫。

因此其需要能夠提供一種供電子裝置用的改良殼體架構。

一電子裝置可具有一殼體，其內裝設電子組件。該電子組件係裝設於一基板上，例如一印刷電路板。在運作時，該電子組件會產生熱。

一散熱結構可裝設成鄰接於該電子組件，以將由該電子組件所產生的熱加以散逸。該殼體可具有一殼體壁部，其係由一空氣間隙加以與該散熱結構分隔開。

該殼體壁部可具有支撐結構，其將該散熱結構與殼體壁部分隔開，以形成該空氣間隙。每一支撐結構均具有一突出部位，其突穿過該散熱結構中相對應的一開口。該突 出部位每一者勻具有一縱向軸線及沿著該縱向軸線設置的圓柱狀空腔。每一突出部位的末端部位係以一熱打樁過程加以彎折而將該散熱結構附著於該殼體壁部。每一支撐結構具有一肩部，係由自該縱向軸線徑向向外延伸的鰭片所構成。

本發明的其他特點、其本質、及多種優點可自下面的圖式及較佳實施例的詳細說明而更清楚得知。

熱管理特徵可結合於一電子裝置，以供控制熱量自裝置內零組件的流出。在第1圖中顯示出設有熱管理特徵之型式的例示性電子裝置。第1圖中的電子裝置10可以是一電腦、一機上盒、一無線基地台、一可攜式電子裝置、或任何適當的電子設備。在本文中有些部份將以實施為無線基地台的裝置10為例來說明該電子裝置10的架構。但這僅是例示而已。如果需要的話，電子裝置10可包括任何適當型式的電子設備。

如第1圖所示，電子裝置10可具有一殼，例如殼體12。殼體12可由例如塑膠、玻璃、陶瓷、碳纖維、玻璃纖維、及其他纖維複合材料、其他材料、或這些材料的組合等材料所構成。殼體12可具有一個或多個部件。例如，殼體12可具有由塑膠或其他殼體材料所製成而互相配接的上半部及下半部。如果需要的話，殼體12可具有二個以上的部件。在第1圖所示的架構中，殼體12具有 矩形盒子形狀，具有平坦的上及下表面，以及四個垂直(鉛直)的平面側壁。殼體12的角落可以是圓滑的。如果需要的話，殼體12也可以採用其他的形狀(例如具有弧狀側邊的形狀、具有圓形底面積的形狀、具有弧形及直線邊緣及表面組合的形狀等等)。第1圖中的例子僅是示範之用。

為容納供顯示器、周邊裝置、電源線、及其他配件用的連接器，殼體12可設有開口(例如埠開口)，例如開口14。

此裝置10可包含有內部電子組件，例如積體電路及其他會產生熱的組件。熱管理特徵可結合於裝置10的結構內，以控制熱量自內部流到殼體12的外部。

在第2圖中顯示出具有熱管理特徵之例示性電子裝置的剖面圖。如第2圖所示，此裝置10可具有一殼體12，其設有平面上殼體壁部12A、平面下殼體壁部12B、以及平面側壁，例如左側壁12C及右側壁12D。電氣組件24可裝設在殼體12內。電氣組件24可包含積體電路、開關、感測器、輸入-輸出裝置、無線電路、例如電阻器、電容器、及電感器之類的離散組件、電源供應組件、顯示器、聲訊組件、以及其他電子設備。在運作時，電氣組件24會產生熱。

電氣組件24可裝設於一個或多個基板上，例如基板26。例如基板26之類的基板可為硬質印刷電路板(例如如填充玻璃纖維之樹脂製成的印刷電路板，例如FR4印刷 電路板)、由例如聚亞醯氨之類聚合物的撓性板片所製成的軟性印刷電路(“軟性電路”)、含有軟性及硬質部位(有時稱為“硬軟”板(“rigid flex”board))、塑膠、玻璃、陶瓷、或其他適當之基板材料的印刷電路板。

組件24可使用軟焊、硬焊、導電膠、扣件、以及其他電氣及機械附著機構加以電氣及機械地連接至基板結構26。在第2圖的例子中有三個組件24裝設在單一基板26上。一般而言，此裝置10可含有任何適當數量的組件(例如一個以上、五個以上、十個以上等等)及任何適當數量的基板26(例如一個以上、二個以上、三個以上、五個以上、十個以上等等)。當使用多個基板來裝設組件24時，例如撓性電路排線及其他互連結構等的線纜可用來在不同基板26間發送信號。組件24可裝設在基板結構26的單一側或二側。在第2圖的例子中，組件24是裝設在基板26的底側(內側)。如果需要的話，組件24可裝設在基板26的頂側(外側)。

可以透過使用一個或多個散熱器來增進組件24的散熱。如第2圖所示，例如說，一個或多個散熱器，例如散熱器18，設置成與組件24相接觸，以散逸由組件24所產生的熱量。在第2圖中僅顯示出一每散熱器18，但一般而言，此裝置10可包含任何數量的散熱器18(例如一個以上、二個以上、三個以上、五個以上、十個以上等等)。第2圖中僅使用單一散熱器來散發多個組件24之熱量的配置僅是供示範之用。如果需要的話，每一組件24可設 置個別散熱器，或者可設置多個散熱器，其每一者可用來將裝置10內的組件24的個別的小組群加以散發熱量。

散熱結構18可由一種或多種具有合適之熱傳導性的材料加以製做。舉例來說，散熱結構18可由一種或多種金屬所製成，例如鋁(例如鋁合金)、銅等等。可將高熱傳導係數材料設置在組件24及散熱結構18之間(例如共形熱墊、散熱器複合物等等)，以增進組件24與散熱結構18間的傳傳遞。

在散熱結構18的最外側表面與殼體12的內側表面間可形成一個或多個空氣間隙。該等空氣間隙會延滯熱量自此裝置10內部流動至此裝置10外部。此種熱流的延滯可有助於確保熱量能沿著橫側向分散開，而減少高溫點。空氣間隙可以是局部性的設置或是全面性的設置(例如設置在散熱結構18全部可用表面的大部份上)。在第2圖的例子中，空氣間隙20是全面性地形成於散熱結構18的下方(最外側)表面與下平面殼體壁部12B的上方(最內側)表面之間。其他型式的空氣間隙及局部厚度變化的空氣間隙也可加以使用。如果需要的話，一空氣間隙內的一部份或全部可填充例如具有低熱傳導係數之發泡材或低密度塑膠之類的材料來取代空氣。第2圖中的例子僅是供示範之用。

在第2圖所示之型式的架構中，局部地產生於每一組件24附近的熱量會前進至散熱器18。由於空氣間隙20存在之故，散熱器18內的熱量會變成沿著橫側向(在X及 Y維度上)均勻地分散開。間隙20係足夠地薄(例如5mm或更小、4mm或更小、3mm或更小、2mm或更小、1mm或更小等等)，以確保會有足夠的熱量向外傳遞(在Z維度上)通過殼體壁部12B。這可防止組件24的溫度在作業的過程中變的過高。由空氣間隙20所造成之散熱器18內熱量沿著側向分散的增強可確保當使用者觸碰到殼體12外部時，殼體12上僅有極少量或沒有可感知得到的高溫點。空氣間隙20可以夾置於散熱結構18與殼體12的任何適當表面之間(例如在散熱結構18與殼體12的上方表面之間、在散熱結構18與殼體12的下方表面之間、在散熱結構18與殼體12的側壁表面之間、及/或在散熱結構18與其他適當的殼體表面之間)。第2圖中之僅有一間隙20鄰接於殼體壁部12B的例子僅是供示範之用。

例如空氣間隙20之類的空氣間隙可透過以例如支撐結構16之類的支撐結構來支撐散熱結構18而形成。支撐結構16可由散熱結構18之一部份、例如殼體12一部份之類的殼體結構、內部支架結構、這些結構的組合、或其他適當的結構來加以構成。在裝置10內可以有任何適當數量的支撐結構(例如說四個，以支撐矩形散熱器之四角的每一者、六個、八個、三個或更多等等)。支撐結構16可形成能產生空氣間隙20所需數量之分離的間隔件。支撐結構16可由分散開而附著於殼體12或構成殼體12一部份的結構體所構成。

在一種適當的配置內，其在本文中有些部份是當做範 例來加以說明，支撐結構16是由殼體壁部12上的一體突出部位所構成。第3圖是一例示性支撐結構16的剖面側視圖。如第3圖所示，散熱結構18可具有開口，以供支撐結構16的部位30貫穿之。例如說，如果裝置10內有四個支撐結構16，則散熱結構18可具有四個對應的開口，以供容置四個支撐結構16個自的部位30。

支撐結構16可具有肩部結構28，其支撐散熱結構18並構成空氣間隙20的大小。部位30可具有中空圓柱的形狀。圓柱狀空腔32沿著部位30之縱向軸線33平行於支撐結構16長度的至少一部份延伸。支撐結構16的部位30可構成一熱樁附著結構，其在加熱時會變形。特別的是部位30的末端可在熱打樁過程(Heat Staking Process)中施加熱量至部位30的末端上時被加熱而向下彎折至位置30’處。在此位置處，熱樁部位30會被容置於散熱結構18的一圓形凹入部34內而將散熱結構18附著(熱打樁)至殼體12B上。支撐結構16之外突圓柱狀部位30內部存在的內部空腔可有助於減少散熱器18與殼體12B間的熱傳遞。在沒有空腔32的情形下，熱量會非常有效地自散熱器18傳遞至殼體12B的位置35處，使得殼體12B的位置35處顯現出由熱造成之很難看的下凹(沉陷痕跡)。

散熱結構18與殼體12B間的局部性熱傳遞亦可透過減低支撐結構16之肩部28之底面積而加以減小。在一種合適的配置中，殼體12B中被肩部28所占用的表面積可透過讓部位28形成為一組自空腔32及空腔32之縱向軸 線徑向向外突出之鰭片的形態而加以減小。第4圖是以此方式所形成之支撐結構16的頂視圖。如第4圖所示，支撐結構16的部位28可包含四個徑向延伸的鰭片28A、28B、28C、及28D。這些鰭片之間的區域35內不設置該支撐結構16。由於空氣存在於區域35內，因此通過區域35，因之而通過支撐結構16的熱傳遞可減小，因而減低在支撐結構16下面形成沉陷痕跡的可能性。第4圖的例子中包含四個鰭片，但支撐結構16可以具有一個以上的鰭片、二個以上的鰭片、三個以上的鰭片、四個以上的鰭片等等。

第5圖是剖面側視圖，顯示出如何局部地調整空氣間隙20的厚度來有助於將熱量均勻地散佈於殼體12的外側表面上。如第5圖所示，間隙20的厚度在不同的位置可具有不同的大小。在某些區域內，間隙20的厚度具有標稱厚度T。在裝置10內需要減低熱阻的區域內，可以將間隙20的厚度局；部地減低至低於標稱厚度T之值。在有需要增加熱阻時，可將間隙20的厚度增大至大於標稱厚度T。舉例來說，如果需要延滯面積為1 cm² 之組件下方的熱流的話，則裝置10中與該組件重疊的1 cm² 面積內就要設置較大的空氣間隙厚度。如果裝置10中特定區域內會產生較小量的熱，則該等區域內的空氣間隙20的厚度可以減小。

在第5圖所示的例子中，空氣間隙厚度的調整是利用散熱結構18及殼體壁部12B上的凹入區域及突出區域的 組合來達成的。

在區域T-D1，空氣間隙20厚度之值係透過在散熱結構16下方(最外側)表面中的此區域內形成突出部36而減小至T-D1之值。突出部36的厚度是D1，其可在突出部36所涵蓋的區域內將空氣間隙20的厚度減少D1。

在區域T+D2中，空氣間隙20的厚度係透過在殼體壁部12B的上方(最內側)表面中的此區域內形成凹入部38而增大至T+D2之值。凹入部38的深度是D2，其可在凹入部38所涵蓋的區域內將空氣間隙20的厚度增加D2。

在區域T-D3-D4中，空氣間隙厚度的調整是利用散熱結構18及殼體壁部12B二者上的突出部來達成的。特別的是，空氣間隙20的厚度係透過在散熱結構16下方(最外側)表面的此區域內形成突出部40並在殼體壁部12B的上方(最內側)表面的此區域內形成突出部42而減小至T-D3-D4之值。突出部40的厚度是D4，而突出部42的厚度是D3，因此空氣間隙20的厚度在突出部40及42所涵蓋的區域內會整體自T減小至T-D3-D4。突出部40及42可以例如具有相同的表面積，並具有相同的底面積(舉例而言)。

在區域T+D5中，空氣間隙20的厚度係透過在散熱結構18下方(最外側)表面中的此區域內形成凹入部44而增大至T+D5之值。凹入部38的深度是D2，其可在凹入部44所涵蓋的區域內將空氣間隙20的厚度減少D2。

在區域T-D6中，空氣間隙40的厚度係透過在殼體壁部12B上形成厚度為D6的突出部而減少至T-D6。

這些均僅是可用以在裝置10上形成熱管理特徵的例示性架構。一般而言，殼體壁部12及/或散熱結構18上任何適當的突出部及凹入部的組合均可用來縮小及/或擴大空氣間隙30，因之而能控制熱量之流經過空氣間隙20及熱量在經由殼體12(殼體壁部12B)沿著Z維度逃離之前在X及Y維度上的分佈均勻度。如果需要的話，可以使用額外的一些層的材料、形成在散熱結構18、殼體壁部12、及/或此裝置10內的其他結構的表面上的突出部，均可用來控制此裝置10內的熱量流動。第5圖中所示之型式的配置僅係供示範之用。

前面所述僅是本發明原則的示範而已，而熟知此技藝之人士在不脫離本發明範疇及精神的情形下，仍可製做出多種的改良。

10‧‧‧電子裝置

12‧‧‧殼體

12A‧‧‧上殼體壁部

12B‧‧‧下殼體壁部

12C‧‧‧左側壁

12D‧‧‧右側壁

14‧‧‧開口

16‧‧‧支撐結構

18‧‧‧散熱器

20‧‧‧空氣間隙

24‧‧‧電氣組件

26‧‧‧基板結構

28‧‧‧肩部

28A‧‧‧鰭片

28B‧‧‧鰭片

28C‧‧‧鰭片

28D‧‧‧鰭片

30‧‧‧部位

30’‧‧‧位置

32‧‧‧空腔

33‧‧‧縱向軸線

34‧‧‧圓形凹入部

35‧‧‧位置

36‧‧‧突出部

38‧‧‧凹入部

40‧‧‧突出部

42‧‧‧突出部

44‧‧‧凹入部

第1圖是根據本發明實施例之例示性電子裝置的立體圖。

第2圖是第1圖所示之型式的裝置的剖面側視圖，顯示出組件如何裝設至根據本發明實施例的殼體內的散熱結構上。

第3圖是散熱結構及殼體中位在用來根據本發明實施例利用熱打樁將散熱結構結合至殼體上的支撐結構鄰旁的 一部位的剖面側視圖。

第4圖是第3圖中所示之根據本發明實施例的型式的熱打樁支撐結構的頂視圖。

第5圖是根據本發明實施例的例示性電子裝置殼體及散熱器的的剖面側視圖，其具有凹入區域及突出區域，用以管理自內部組件流出的熱量。

12A‧‧‧上殼體壁部

12B‧‧‧下殼體壁部

20‧‧‧空氣間隙

24‧‧‧電氣組件

26‧‧‧基板結構

36‧‧‧突出部

38‧‧‧凹入部

40‧‧‧突出部

42‧‧‧突出部

44‧‧‧凹入部

T-D1、T+D2、T-D3-D4、T+D5、T-D6‧‧‧區域

T‧‧‧厚度

Claims (20)

1. 一種電子裝置，包括：會產生熱量的電子組件；散熱結構，被建構成使該電子組件所產生的熱量散逸；以及一殼體，其內裝設該電子組件及該散熱結構，其中該殼體及該散熱結構被一空氣間隙隔開，該空氣間隙被建構成延滯由該散熱器往該殼體之熱傳導，且其中該空氣間隙具有複數個厚度，其中該殼體包含經配置以分別用以擴大該空氣間隙及/或縮小該空氣間隙的至少一殼體凹入部及/或至少一殼體突出部。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該殼體具有複數個殼體突出部，被建構成局部地縮小該空氣間隙。
3. 如申請專利範圍第2項所述的電子裝置，其中該殼體具有複數個殼體凹入部，被建構成局部地擴大該空氣間隙。
4. 如申請專利範圍第3項所述的電子裝置，其中該散熱結構包括至少一突出部，被建構成局部地縮小該空氣間隙。
5. 如申請專利範圍第4項所述的電子裝置，其中該散熱結構包括至少一凹入部，被建構成局部地擴大該空氣間隙。
6. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該殼體具有複數個殼體凹入部，被建構成局部地擴大該空氣間隙。
7. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該散熱結構包括至少一突出部，被建構成局部地縮小該空氣間隙。
8. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該散熱結構包括至少一凹入部，被建構成局部地擴大該空氣間隙。
9. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該散熱結構包括一材料，其選自於由鋁及銅所構成的族群，且其中該殼體包括塑膠。
10. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，進一步包括複數個支撐結構，其由該殼體的部位所形成，其中該散熱器附著於該支撐結構上。
11. 如申請專利範圍第10項所述的電子裝置，其中每一該支撐結構具有一突出部位，其突伸出該散熱器內複數個開口中之個別的開口。
12. 如申請專利範圍第11項所述的電子裝置，其中每一突出部位具有一縱向軸線及一沿著該縱向軸線而設置的空腔。
13. 如申請專利範圍第12項所述的電子裝置，其中每一該支撐結構具有複數個徑向延伸的鰭片。
14. 如申請專利範圍第13項所述的電子裝置，其中每 一突出部位的末端部位藉由一熱打樁過程而彎折以將該散熱器附著於該殼體。
15. 一種電子裝置，包括：一塑膠殼體；一基板，位於該塑膠殼體之內；複數個產生熱量的電子組件，其安裝在該殼體之內的該基板上；以及一散熱器，被建構成使該電子組件所產生的熱量散逸，其中該殼體及散熱器係被一空氣間隙隔開，該間隙被建構成延滯由該散熱器往該殼體的熱傳遞，且其中該空氣間隙具有複數個厚度，其中該殼體包含經配置以分別用以擴大該空氣間隙及/或縮小該空氣間隙的至少一殼體凹入部及/或至少一殼體突出部。
16. 如申請專利範圍第15項所述的電子裝置，其中散熱器包括複數個開口，且其中該殼體包括複數個支撐結構，其每一者均具有一突出部，穿過該開口之每一者。
17. 如申請專利範圍第16項所述的電子裝置，其中每一該突出部包含有一圓柱形空腔及複數個徑向延伸的鰭片，且其中該電子組件包括積體電路。
18. 一種電子裝置，包括：一塑膠殼體，具有至少一平面殼體壁部；一印刷電路板，設置在該塑膠殼體之內；複數個產生熱量的電子組件，安裝在該殼體之內的該 印刷電路板上；以及一散熱器，被建構成使該電子組件所產生的熱量散逸，其中該殼體壁部及散熱器被一空氣間隙隔開，該間隙被建構成延滯由該散熱器往該殼體壁部的熱傳遞，其中該散熱器包括複數個開口，且其中該殼體壁部包括複數個塑膠支撐結構，其每一塑膠支撐結構均具有一突出部，穿過個別的該開口。
19. 如申請專利範圍第18項所述的電子裝置，其中每一該突出部具有一縱向軸線和一沿著該縱向軸線設置的空腔，且其中每一該支撐結構具有複數個徑向延伸的鰭片，該鰭片由該縱向軸線向外延伸。
20. 如申請專利範圍第19項所述的電子裝置，其中該散熱器及殼體壁部被建構成使其在與電氣組件重疊之區域內的該空氣間隙比在其他區域內者為厚。