TWI513401B - 散熱結構及具有該散熱結構之手持式電子裝置 - Google Patents

Description

散熱結構及具有該散熱結構之手持式電子裝置

本發明係一種散熱結構及具有該散熱結構之手持式電子裝置，尤指一種應用於手持電子裝置內提升散熱效能的散熱結構。

隨著電子產業之飛速發展，手持式行動裝置內電子構件運行速度不斷的提升，運行時產生大量熱量，使其本身及系統溫度升高，繼而影響其系統之穩定性。為確保電子構件能正常運行，通常在其上安裝散熱裝置，排出其所產生之熱量。

均溫板、均溫片是近來應用於電子產品解熱的熱門材料，像是智慧型手機、平板電腦、照明及車用LED燈具，都開始使用這種被動式散熱技術與材料。手機、平板電腦及LED燈具，會選擇均溫板(Vapor Chamber)、均溫片(Heat Spreader)的原因，主要考量點有：兩者皆為被動式散熱，不耗用能源；其次他們的熱傳導方式是二維的，不受重力影響屬於面的傳導。第三是受限於電子產品的輕、薄、密閉式設計時，有機構設計的發揮空間又兼具良好的散熱效果。

均溫板的工作原理與熱導管者大致相同，包括了傳導、蒸發、對流、凝固四個主要步驟，均溫板是由純水注入佈滿了微結構的容器而成的雙相流體裝置。熱由外部高溫區經由熱傳導進入板內，接近點熱源週遭的水會迅速地吸收熱量氣化成蒸氣，帶走大量的熱能。再利用水蒸氣的潛熱性，當板內蒸汽由高壓區擴散到低壓區(亦即低溫區)，蒸氣接觸到溫度較低的內壁時，水蒸氣會迅速地凝結成液體並放出熱能。凝結的水靠微結構的毛細作用流回熱源點，完成一個熱傳循環，形成一個水與水蒸氣並存的雙相循環系統。均溫板內水的氣化持續進行，隨著溫度的變化腔體內的壓力會隨之維持平衡。水在低溫運作時其熱傳導係數值較低，但因水的黏稠性會隨 溫度不同而改變，故均溫板在5℃或10℃時也可運作。由於液體回流是藉著毛細力作用，因此均溫板受重力的影響較小，應用系統設計空間的運用上就可為任何角度。均溫板無需電源亦無任何移動元件，是個完全密封的被動式裝置。

由於均溫板的外殼需做陽極處理，以避免接觸空氣造成氧化，但陽極處理增加了一層熱阻抗，會影響散熱效率。因此改用軟陶瓷散熱漆塗佈於均溫板外層，尤其是若使用白色軟陶瓷散熱漆，其熱阻抗低到近乎零，又能保護外殼避免氧化，降溫效果非常顯著。

另外目前更有利用石墨散熱膜或稱石墨均溫片(Graphite Heat Spreader)作為均溫散熱的構件，石墨散熱膜是一種奈米複合材料，適應任何表面均勻導熱，具有EMI電磁遮罩效果，其具有獨特的晶粒取向，沿兩個方向均勻導熱，片層狀結構可很好地適應任何表面。

石墨散熱膜的化學成分主要是單一的碳(C)元素，是一種自然元素礦物.可以通過化學方法高溫高壓下得到石墨化薄膜，因為碳元素是非金屬元素，但是卻有金屬材料的導電，導熱性能，還具有類似有機塑膠一樣的可塑性，並且還有特殊的熱性能，化學穩定性，潤滑和能塗敷在固體表面的等等一些良好的工藝性能，石墨散熱膜平面內(水平導熱)具有150-1500W/m-K範圍內的超高導熱性能。再者石墨的垂直導熱係數僅為5~20W/mK，幾乎起到了隔熱的作用。也因為石墨散熱膜擁有水平方向讓其他金屬難以企及的熱傳導係數，且在垂直方向上的熱傳導係數偏低的特徵。

另外石墨散熱膜的主要特性：超高導熱性能、容易操作、低熱阻及重量輕。利用石墨的可塑性，可以將石墨材料做成一塊像貼紙的薄片，讓它貼附在手機內部的電路板上面。既可以阻隔元件之間的接觸，也起到一定的抗震作用。由於石墨散熱膜具有較高的水平導熱係數，因此，它能夠將熱量進行快速的水平方向的傳導，使水平方向整個表面熱量分佈均勻，消除局部熱點。所以準確來說，石墨散熱膜其實是起到了導熱，並且把熱量均勻散佈的作用，間接來說也就是起到散熱作用。

但是無論石墨散熱膜的重量如何輕，厚度如何的薄，被應用在行動裝置內部，還是會佔據一空間，因此為了實現行動裝置內部空間的輕薄之概 念，如何在現有的空間中，利用不同的思維改變現有的手機架構中的元件性質，以有效解決散熱問題，為本發明的起點。

有鑑於上述問題，本發明主要目的係提供一種不增加手持式電子裝置的厚度，且熱傳導值相較於習知技術高的散熱結構。

本發明另一目的係提供一種導熱架體接觸接觸手持電子裝置內的電子構件，不需額外的散熱元件，對電子構件散熱。

本發明另一目的係提供一種導熱架體其表面設有凹槽，手持電子裝置內對應的電子構件則對應裝設在該表面上位於該凹槽處，以提供散熱作用。

本發明另一目的係提供一種導熱架體係可接觸一顯示螢幕的背面，以對該顯示螢幕解熱。

為達到上述目的，本發明提供一種散熱結構，其中該手持電子裝置具有一殼體，殼體內具有複數電子構件，該散熱結構包括：一導熱架體，具有相反的一第一側及一第二側，該第一側及該第二側之間具有一內具有一毛細結構及一工作流體之腔室，其中該第一側及該第二側其中任一側或兩側接觸該手持電子裝置之複數電子構件。

本發明另外提供一種具散熱結構之手持式電子裝置，其包括：一殼體，係由一上蓋及一下蓋組成，一空間在該上蓋及下蓋之間；一導熱架體，設置在該空間內，具有相反的一第一側及一第二側，該第一側及該第二側之間具有一腔室，腔室內具有一毛細結構及一工作流體；複數電子構件，位於該空間內，且設置並接觸在該第一側及該第二側其中任一側或兩側上。

前述第一側及第二側其中任一側或兩側設有至少一凹槽接觸對應的電子構件。前述電子構件直接裝設在該第一側及該第二側其中任一側或兩側前述第一側及第二側其中任一側係接觸該手電子裝置之殼體。導熱架體為均溫板或薄型熱管。

10‧‧‧導熱架體

11‧‧‧上板體

111‧‧‧第一側

12‧‧‧下板體

121‧‧‧第二側

13‧‧‧腔室

14‧‧‧毛細結構

15‧‧‧工作流體

16a、16b‧‧‧凹槽

17‧‧‧電池槽

20‧‧‧手持電子裝置

21‧‧‧殼體

211‧‧‧上蓋

2111‧‧‧透孔

212‧‧‧下蓋

213‧‧‧空間

22、23‧‧‧電子構件

221‧‧‧電子元件

24‧‧‧顯示螢幕

241‧‧‧顯示面

242‧‧‧背面

25‧‧‧電池

下列圖式之目的在於使本發明能更容易被理解，於本文中會詳加描述該些圖式，並使其構成具體實施例的一部份。透過本文中之具體實施例並參考相對應的圖式，俾以詳細解說本發明之具體實施例，並用以闡述發明 之作用原理。

第1A圖係為本發明散熱結構之分解示意圖；第1B圖係為本發明散熱結構之組合後導熱架體其中一面之示意圖；第1C圖係為本發明導熱架體另一側之示意圖；第1D圖係為本發明之導熱架體剖視示意圖；第2A圖係從具有導熱架體的手持電子裝置之前面視角的分解示意圖；第2B圖係從具有導熱架體的手持電子裝置之背面視角的分解示意圖；第2C圖係表示導熱架體及電子構件組裝一起的示意圖；第3圖係為係表示手持電子裝置組裝後之前面視角的示意圖；第4圖係表示第3圖之A-A剖面之示意圖。

以下將參照相關圖式，說明本發明較佳實施，其中相同的元件將以相同的元件符號加以說明。

第1A圖係為本發明散熱結構之分解示意圖；第1B圖係為本發明散熱結構之組合後導熱架體其中一面之示意圖；第1C圖係為本發明散熱結構之組合後導熱架體其中另一側之示意圖；第1D圖係為本發明之導熱架體剖視示意圖。如第1A至1D圖所示，導熱架體10係為均溫板或薄型熱管，在本較佳實施係以均溫板作為說明，其係由一上板體11及一下板體12對接組合構成，且具有一第一側111及一第二側112相反該第一側111，在該第一側111及第二側112之間具有一密閉的腔室13，該腔室13內具有一以上的毛細結構14及一工作流體15，其中該上板體11及該下板體12係由導熱率佳的金屬例如銅或鋁構成，該毛細結構14形成在該腔室13的內表面，毛細結構14的型態包括溝槽或金屬網體或金屬粉末燒結體，該工作流體15例如為純水。另外在本較佳實施中雖沒有表示，但是腔室13內可以設有複數個支撐體。

在該導熱架體10的第一側111及/或第二側112分別設有至少一凹槽 16a、16b，其具體作法為利用金屬沖壓或銑制或磨削的方式在上板體11的表面及下板體12的表面的預設位置形成所需的形狀及大小的凹槽16a、16b，在本較佳實施表示該凹槽16a、16b位於該第一側111用以接觸一手持電子裝置內對應的電子構件，以將電子構件產生的熱源經由導熱架體10內的工作流體15產生相變化，將熱傳遞到第二側112散熱。該導熱架體10的第一側111及第二側112其中之一係對應且接觸一手持電子裝置的一殼體，在本較佳實施表示該第二側112接觸該殼體，因此傳遞到第二側112的熱量將透過殼體向外界散熱。再者由於導熱架體10係適用在一手持電子裝置內，所以可以在第二側112開設有一電池槽17以容設手持電子裝置內的一電池。

以下將詳細說明導熱架體10應用在一手持電子裝置內之具體實施，本發明所指的手持電子裝置包含手機(包括智慧型手機)、平板電腦、PDA，顯示器及智慧型手錶，在本說明的圖式將以智慧型手機作為例示。

第2A圖係從具有導熱架體的手持電子裝置之前面視角的分解示意圖；第2B圖係從具有導熱架體的手持電子裝置之背面視角的分解示意圖；第2C圖係表示導熱架體及電子構件組裝一起的示意圖；第3圖係表示手持電子裝置組裝後之前面視角的示意圖；第4圖係表示第3圖之A-A剖面之示意圖。

如第2A至2C、3及4圖所示，該手持電子裝置20包括一殼體21係由一上蓋211及一下蓋212組成，在該上蓋211與下蓋212之間界定一空間213，上蓋211開設有一透孔2111連通該空間213。複數電子構件22、23及一顯示螢幕24、電池25及前述的導熱架體10容設在該空間213內，其中該顯示螢幕24具有一顯示面241及一背面242，該顯示螢幕24係裝置於靠近上蓋211處，且顯示面241係對應該上蓋211之透孔2111，該導熱架體10裝置在該顯示螢幕24的背面242，導熱架體10的第一側111係接觸該顯示螢幕的背面242，電子構件22、23係設置在該第一側111的凹槽16a、16b上，其中電子構件22在本圖示中係表示為一電路主板其上設有複數電子元件221(包括晶片、電阻及電容等)，該等電子元件221的一面貼觸該導熱架體10。

該導熱架體10的第二側112對應該下蓋212，且當下蓋212組合該上蓋211後，下蓋212係接觸該導熱架體10的第二側112。電池25則容設在該導熱架體10的電池槽17內。因此，若打開該下蓋212則會先看到導熱架體10的第二側112及電池25，被設置在導熱架體10的第一側111的電子構件22、23不會被看到，所以導熱架體10可被當作是電子構件22、23的護蓋。

電子構件22、23及顯示螢幕24產生的熱量透過導熱架體10的腔室13內的工作液體15的相變化，由第一側111熱傳遞到第二側112，再由第二側112經由背蓋212往外界傳遞散熱。

綜上所述，本發明導熱架體10可被應用在各種手持式電子裝置，如手機、平板電腦、PDA、及數位顯示器等電子裝置，不需額外的散熱元件，且不增加手持式電子裝置的厚度，以快速將手持式電子裝置內部之熱量快速向其他各處傳導，令手持式電子裝置內部不積熱可快速將熱量快速引導至外部。

另外相較於先前技術利用均溫板或均溫片貼覆在發熱元件上的厚度在加上塑膠支架的厚度，本發明將手持電子裝置內原本由塑膠製的支架改為由均溫板或薄型熱管構成的導熱架體，所以不增加手持電子裝置的厚度，因此比先前技術厚度薄，且熱傳導效率高。

雖然本發明以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附的申請專利範圍所定者為準。

10‧‧‧導熱架體

111‧‧‧第一側

16a、16b‧‧‧凹槽

20‧‧‧手持電子裝置

21‧‧‧殼體

211‧‧‧上蓋

2111‧‧‧透孔

212‧‧‧下蓋

213‧‧‧空間

22、23‧‧‧電子構件

24‧‧‧顯示螢幕

241‧‧‧顯示面

25‧‧‧電池

Claims (9)

1. 一種散熱結構，係應用於一手持電子裝置內，該手持電子裝置具有一殼體，該殼體內具有複數電子構件，該散熱結構包括：一導熱架體，具有相反的一第一側及一第二側，該第一側及該第二側之間具有一腔室內具有一毛細結構及一工作流體，其中該第一側及該第二側其中任一側或兩側設有至少一凹槽係接觸對應該手持電子裝置之複數電子構件。
2. 如請求項1所述之散熱結構，其中該電子構件設置在該第一側及該第二側其中任一側或兩側上。
3. 如請求項1所述之散熱結構，其中該第一側及該第二側其中任一側係接觸該手持式電子裝置之殼體。
4. 如請求項1所述之散熱結構，其中該導熱架體為均溫板或薄型熱管。
5. 一種具散熱結構之手持式電子裝置，其包括：一殼體，係由一上蓋及一下蓋組成，一空間位於該上蓋及下蓋之間；一導熱架體，設置在該空間內，具有相反的一第一側及一第二側，該第一側及該第二側之間具有一腔室內具有一毛細結構及一工作流體；複數電子構件，位於該空間內，且設置並接觸在該第一側及該第二側其中任一側或兩側上。
6. 如請求項5所述之具散熱結構之手持式電子裝置，其中該第一側及該第二側其中任一側或兩側設有至少一凹槽接觸對應的電子構件。
7. 如請求項5所述之具散熱結構之手持式電子裝置，其中該第一側及該第二側其中任一側係接觸該手持式電子裝置之殼體。
8. 如請求項5所述之具散熱結構之手持式電子裝置，其中該導熱架體為均溫板或薄型熱管。
9. 如請求項5所述之具散熱結構之手持式電子裝置，更包括一顯示螢幕容納在該空間內，該顯示螢幕具有一顯示面及一背面，其中該背面係接觸該導熱架體。