TWI551674B - 石墨熱導體、電子裝置及石墨熱導體製造方法 - Google Patents

Description

石墨熱導體、電子裝置及石墨熱導體製造方法

本發明是有關於一種石墨熱導體，且特別是有關於一種石墨熱導體及其製造方法，以及一種採用石墨熱導體作為導熱媒介的電子裝置。

由於多元化的功能及薄型化的外觀，例如智慧型手機和平板電腦等薄型行動裝置非常流行。這類型的薄型行動裝置通常配備有中央處理器等會發熱的元件，故必須經由散熱手段來降低這些發熱元件的溫度，以確保薄型行動裝置能正常運作。薄型行動裝置採用效能越來越高的中央處理器，其也產生越來越多的熱能，所以也也必須採用效能更好的散熱手段。

為了避免影響正常的語音通話功能，薄型行動裝置（特別是智慧型手機）無法採用會產生噪音的風扇來進行主動散熱。因此，在有些薄型行動裝置中，採用了微熱管（即厚度很薄的熱管）來進行散熱。微熱管可將薄型行動裝置的中央處理器所產生的熱能傳遞至其他溫度相對較低的元件，例如薄型行動裝置的電池或殼體。由於薄型行動裝置的外觀厚度限制，為了避免增加薄型行動裝置的厚度，微熱管的厚度也越做越薄。相對地，這些薄型化的微熱管能承帶的熱量瓦數也越來越少，且微熱管常會因為薄型行動裝置X-Y方向的空間限制而必須進行彎折，而微熱管的彎折會大幅降低微熱管的內循環的效率以及內循環的成功率。然而，在厚度極小的情況下，微熱管內的流體（包括液體及氣體）難以流動，因而造成微熱管的導熱穩定性不佳。此外，在組裝或使用過程中，當微熱管受到擠壓而變形時，微熱管的散熱效能將迅速下降。

人造石墨片（以下稱石墨片）具有相當優異的導熱效能，可平滑地貼附在任何平面和彎曲的表面上，並能依照需求作任何形式的裁切。因此，石墨片已應用為薄型行動裝置的散熱元件。然而，石墨片在熱傳導性質上有極強的方向性。石墨片沿著延伸平面之熱傳導系數約為1500W/mK，而石墨片沿著厚度方向之熱傳導系數約為15W/mK，兩者差異很大。

由於石墨片沿著厚度方向之熱傳導系數非常低，所以中央處理器的熱能往往無法經由貼附其上的石墨片即時且有效地移除。因此，受限於石墨片在熱傳導性質上極強的方向性，石墨片的導熱效能並未充分發揮。

本發明提供一種石墨熱導體，其導熱效能可充分發揮。

本發明提供一種電子裝置，其石墨熱導體的導熱效能可充分發揮。

本發明提供一種石墨熱導體製造方法，用以製造出立體造型的石墨熱導體。

本發明的石墨熱導體包括多個石墨帶，在其厚度方向上疊合。各石墨帶在其延伸路徑上的熱傳導係數大於在其厚度方向上的熱傳導係數。各石墨帶的延伸路徑具有至少一第一彎曲在垂直於其厚度方向的一平面上。

本發明的電子裝置包括一電路板、一發熱元件及一石墨熱導體。發熱元件安裝在電路板上。石墨熱導體熱耦接於發熱元件。石墨熱導體包括多個石墨帶，在其厚度方向上疊合。各石墨帶在其延伸路徑上的熱傳導係數大於在其厚度方向上的熱傳導係數，且各石墨帶的延伸路徑具有至少一第一彎曲在垂直於其厚度方向的一平面上。

本發明的石墨熱導體製造方法包括下列步驟。將多個石墨片分別依照其預設形狀彎曲。將已彎曲的這些石墨片疊合成一石墨疊構。裁切石墨疊構，使得各石墨片成為一石墨帶，其中各石墨帶在其延伸路徑上的熱傳導係數大於在其厚度方向上的熱傳導係數，各石墨帶的延伸路徑具有至少一第一彎曲在垂直於其厚度方向的一平面上，且各石墨帶的延伸路徑更具有至少一第二彎曲在平行於其厚度方向的一平面上。

基於上述，本發明的石墨熱導體利用其石墨帶在延伸平面上的高熱傳導性來傳遞發熱元件所產生的熱能，以迅速將熱能從發熱元件移除。此外，疊合後的這些石墨帶可提高每單位截面積的熱傳導量。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

請參考圖1及圖2，在本實施例中，電子裝置10例如是智慧型手機或平板電腦等薄型行動裝置。電子裝置10包括一電路板12、一發熱元件14、一殼體16及一顯示器18。電路板12可以是主機板或模組板等。發熱元件14安裝在電路板12上。發熱元件14是在運作時會發出熱來升高自身溫度而需要冷卻的元件，例如是中央處理單元（CPU）、繪圖處理單元（GPU）、充電裝置元件（charging IC）、電源濾波扼流器（power chock）、射頻功率放大器（RFPA）、電源管理處理器（即電源管理IC（PMIC））等。殼體16容納電路板12及發熱元件14。顯示器18安裝至殼體16並電連接至電路板12，用以朝向使用者輸出影像。此外，電子裝置10還可包括一電池（未繪示），其容納於殼體16內。

為了對發熱元件14進行散熱，在本實施例中，電子裝置10更包括一石墨熱導體100，其熱耦接於發熱元件14，並將發熱元件14所產生的熱能傳遞至溫度相對較低的元件，例如電路板12遠離發熱元件14的其他部分、殼體16或電子裝置10的其他元件。

上述的石墨熱導體100包括多個石墨帶110。這些石墨帶110在其厚度方向T上疊合。由於各石墨帶110是由石墨片（例如人造石墨片）所加工而成，所以各石墨帶110在熱傳導性質上有極強的方向性，使得各石墨帶110在其延伸路徑P上的熱傳導係數大於在其厚度方向T上的熱傳導係數。

在本實施例中，各石墨帶110的延伸路徑P具有兩個第一彎曲B1在垂直於其厚度方向T的一平面上。因此，石墨熱導體100將從電路板12延伸至發熱元件14的頂面14a，使得各石墨帶110的側邊熱耦接至發熱元件14的頂面14a。在這樣的結構配置下，能夠充分發揮各石墨帶110的高熱傳導特性，以迅速將熱能從發熱元件14移除。

在本實施例中，各石墨帶110的延伸路徑P更具有多個第二彎曲B2在平行於其厚度方向T的一平面上。因此，石墨熱導體100可在電路板12上延伸，以繞過其他位在電路板12上的其他元件。

請參考圖3，相較於圖2的實施例，在本實施例中，石墨熱導體100還可熱耦接至殼體16。具體而言，電子裝置10的殼體16可包括一金屬部分16a及一塑膠部分16b，其中塑膠部分16b可通過模內射出（insert-molding）形成在金屬部分16a上，而石墨熱導體100的一區段熱耦接連接殼體16的金屬部分16a，其可提供散熱作用。在另一未繪示的實施例中，整個殼體16也可以是金屬材質，例如鎂鋁合金，而石墨熱導體100亦可熱耦接至殼體16，其可提供散熱作用。

請參考圖4，石墨熱導體100包括多個石墨帶110，這些石墨帶110在其厚度方向T上疊合。在本實施例中，石墨熱導體100還可包括多個黏膠層120。這些石墨帶110可經由這些黏膠層120依序層疊地黏合在一起。值得注意的是，石墨帶110除具有導熱性以外也具有導電性。因此，請參考圖5，在另一實施例中，石墨熱導體100還可包括兩絕緣層130，其亦可經由黏膠層120黏附至最外側的石墨帶110的表面，以提供電性絕緣。此外，石墨熱導體100還可包括兩個絕緣層140，其亦可經由黏膠層120黏附至這些石墨帶110的側邊，以提供電性絕緣。這些絕緣層130及這些絕緣層140可為塑膠膜，例如PET材質的塑膠膜。然而，為了確保各石墨帶110與發熱元件14之間有高熱傳導性的熱耦接，這些絕緣層140的分布也會避開各石墨帶110的側緣的熱耦接至發熱元件14的區段，以避免增加發熱元件14與石墨帶110之間的熱阻。

請參考圖5，不同於圖2的實施例，在本實施例中，石墨熱導體100從電路板12延伸至發熱元件14的側面14b，而沒有延伸到發熱元件14的頂面14a。各石墨帶110的延伸路徑P具有多個第一彎曲B1在垂直於其厚度方向T的一平面上。因此，石墨熱導體100將從電路板12延伸至發熱元件14的側面14b，使得各石墨帶110的側邊熱耦接至發熱元件14的側面14b。在這樣的結構配置下，能夠充分發揮各石墨帶110的高熱傳導特性，以迅速將熱能從發熱元件14移除。

請參考圖7A至圖7C，其繪示依照本發明的另一實施例的石墨熱導體製造方法。如圖7A所示，將多個石墨片202分別依照其預設形狀彎曲。接著，如圖7B所示，將已彎曲的這些石墨片202疊合成一石墨疊構204，其中可經由黏合方式疊合這些石墨片202。接著，如圖7C所示，裁切石墨疊構204，使得各石墨片202成為一石墨帶202a，而這些石墨帶202a（即裁切後的石墨疊構202）構成一石墨熱導體206。

由於圖7A的各石墨片202在彎折前的沿著延伸平面D-D之熱傳導系數大於其沿著厚度方向T之熱傳導系數，使得各石墨帶202a在其延伸路徑P上的熱傳導係數大於在其厚度方向T上的熱傳導係數。此外，各石墨帶202a的延伸路徑P更具有多個第二彎曲B2在平行於其厚度方向T的一平面上形成在如圖7A所示之彎曲這些石墨片202的步驟中。另外，各石墨帶202的延伸路徑P具有多個第一彎曲B1在垂直於其厚度方向T的一平面上形成在如圖7C所示之裁切石墨疊構204的步驟中。

圖2的石墨熱導體100可由圖7A至圖7C所繪示的製造方法的彎曲、疊合及裁切的步驟來製造。圖5的石墨熱導體100可由圖7B至圖7C所繪示的製造方法來製造，而省略圖7A的彎曲步驟。

綜上所述，本發明的石墨熱導體利用其石墨帶在延伸平面上的高熱傳導性來傳遞發熱元件所產生的熱能，以迅速將熱能從發熱元件移除。此外，疊合後的這些石墨帶可提高每單位截面積的熱傳導量。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧電子裝置
12‧‧‧電路板
14‧‧‧發熱元件
14a‧‧‧頂面
14b‧‧‧側面
16‧‧‧殼體
16a‧‧‧金屬部分
16b‧‧‧塑膠部分
18‧‧‧顯示器
100‧‧‧石墨熱導體
110‧‧‧石墨帶
120‧‧‧黏膠層
130‧‧‧絕緣層
140‧‧‧絕緣層
202‧‧‧石墨片
202a‧‧‧石墨帶
204‧‧‧石墨疊構
206‧‧‧石墨熱導體
B1‧‧‧第一彎曲
B2‧‧‧第二彎曲
D-D‧‧‧延伸平面
P‧‧‧延伸路徑
T‧‧‧厚度方向

圖1是依照本發明的一實施例的電子裝置的立體圖。 圖2是圖1的電子裝置的分解圖。 圖3是圖2的的石墨熱導體的局部與殼體的局部放大剖面圖。 圖4是圖2的石墨熱導體的放大剖面圖。 圖5是依照本發明的另一實施例的石墨熱導體的放大剖面圖。 圖6是依照本發明的另一實施例的電子裝置的分解圖。 圖7A至圖7C繪示依照本發明的另一實施例的石墨熱導體製造方法。

10‧‧‧電子裝置

12‧‧‧電路板

14‧‧‧發熱元件

14a‧‧‧頂面

16‧‧‧殼體

18‧‧‧顯示器

100‧‧‧石墨熱導體

110‧‧‧石墨帶

B1‧‧‧第一彎曲

B2‧‧‧第二彎曲

D-D‧‧‧延伸平面

P‧‧‧延伸路徑

T‧‧‧厚度方向

Claims (18)

1. 一種石墨熱導體，包括：多個石墨帶，在其厚度方向上疊合，其中各該石墨帶在其延伸路徑上的熱傳導係數大於在其厚度方向上的熱傳導係數，且各該石墨帶的延伸路徑具有至少一第一彎曲在垂直於其厚度方向的一平面上。
2. 如申請專利範圍第1項所述的石墨熱導體，其中各該石墨帶的延伸路徑更具有至少一第二彎曲在平行於其厚度方向的一平面上。
3. 如申請專利範圍第1項所述的石墨熱導體，更包括：至少一黏膠層，夾置於相鄰的該些石墨帶之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述的石墨熱導體，更包括：一絕緣層，配置於最外側的該石墨帶的外側面。
5. 如申請專利範圍第1項所述的石墨熱導體，更包括：一絕緣層，配置於該些石墨帶的側邊。
6. 一種電子裝置，包括：一電路板；一發熱元件，安裝在該電路板上；以及一石墨熱導體，熱耦接於該發熱元件，該石墨熱導體包括：多個石墨帶，在其厚度方向上疊合，其中各該石墨帶在其延伸路徑上的熱傳導係數大於在其厚度方向上的熱傳導係數，且各該石墨帶的延伸路徑具有至少一第一彎曲在垂直於 其厚度方向的一平面上。
7. 如申請專利範圍第6項所述的電子裝置，其中各該石墨帶的延伸路徑更具有至少一第二彎曲在平行於其厚度方向的一平面上。
8. 如申請專利範圍第6項所述的電子裝置，其中該石墨熱導體更包括：至少一黏膠層，夾置於相鄰的該些石墨帶之間。
9. 如申請專利範圍第6項所述的電子裝置，其中該石墨熱導體更包括：一絕緣層，配置於最外側的該石墨帶的外側面。
10. 如申請專利範圍第6項所述的電子裝置，其中該石墨熱導體更包括：一絕緣層，配置於該些石墨帶的側邊。
11. 如申請專利範圍第6項所述的電子裝置，更包括：一殼體，容納該電路板、該發熱元件及該石墨熱導體。
12. 如申請專利範圍第11項所述的電子裝置，其中該石墨熱導體熱耦接至該殼體。
13. 如申請專利範圍第11項所述的電子裝置，更包括：一顯示器，安裝至該殼體並電連接至該電路板。
14. 如申請專利範圍第6項所述的電子裝置，其中該發熱元件包括中央處理單元、繪圖處理單元、充電裝置元件、電源濾波扼流器、射頻功率放大器或電源管理處理器。
15. 一種石墨熱導體製造方法，包括：將多個石墨片分別依照其預設形狀彎曲；將已彎曲的該些石墨片疊合成一石墨疊構；以及裁切該石墨疊構，使得各該石墨片成為一石墨帶，其中各該石墨帶在其延伸路徑上的熱傳導係數大於在其厚度方向上的熱傳導係數，各該石墨帶的延伸路徑具有至少一第一彎曲在垂直於其厚度方向的一平面上，且各該石墨帶的延伸路徑更具有至少一第二彎曲在平行於其厚度方向的一平面上。
16. 如申請專利範圍第15項所述的石墨熱導體製造方法，其中在疊合該些石墨片的步驟中，經由黏合方式疊合該些石墨片。
17. 如申請專利範圍第15項所述的石墨熱導體製造方法，其中各該石墨帶的延伸路徑的該至少一第一彎曲形成在裁切該石墨疊構的步驟中。
18. 如申請專利範圍第15項所述的石墨熱導體製造方法，其中各該石墨帶的延伸路徑的該至少一第二彎曲形成在彎曲該些石墨片的步驟中。