CN110402064B - 散热片及其制备方法、壳体组件以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种散热片及其制备方法、壳体组件以及电子设备，其中散热片包括石墨层以及导热金属，所述石墨层具有多个孔隙，所述导热金属填充于所述孔隙内并与所述石墨层直接接触。本申请实施例提供的散热片及其制备方法、壳体组件以及电子设备，由于散热片的石墨层中填充入了导热金属，使得散热片在厚度方向上的导热性能显著提高，因而可以使用该散热片在平面方向上进行均热，同时还可以利用其厚度方向的导热性能直接将热量向外散发，进而减少电子设备的发热现象。

Description

散热片及其制备方法、壳体组件以及电子设备

技术领域

本申请涉及电子设备散热技术领域，具体涉及一种散热片及其制备方法、壳体组件以及电子设备。

背景技术

电子设备的电源或者其他电子器件在工作时会产生大量的热量，带来电子设备的整体温度升高，当温度急剧升高时，存在自燃风险。现在的一些电子设备在温度升高后都会自动采取部分降低功耗的措施，这导致电子设备的运行效率下降，导致电子设备变得卡顿；同时用户握持电子设备时会有烫手情形。

现有技术中，部分设备通过在电子设备中粘贴石墨片进行热量传导，但石墨片在平面上具有较好的热量传导效果，但在其厚度方向上的热量传导效果不佳，不能有效解决电子设备的发热问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种散热片及其制备方法、壳体组件以及电子设备，其可以提高电子设备的散热效果。

第一方面，本申请实施例提供了一种散热片，包括石墨层以及导热金属，所述石墨层具有多个孔隙，所述导热金属填充于所述孔隙内并与所述石墨层直接接触。

第二方面，本申请实施例提供了一种上述的散热片的制备方法，包括：提供所述石墨层，所述石墨层具有多个孔隙。将粉末状的所述导热金属以喷涂的方式填充于所述孔隙中。

第三方面，本申请实施例提供了一种壳体组件，包括中框以及上述的散热片，所述散热片装配于所述中框。

第四方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括上述的壳体组件。

本申请实施例提供的散热片及其制备方法、壳体组件以及电子设备，由于散热片的石墨层中填充入了导热金属，使得散热片在厚度方向上的导热性能显著提高，因而可以使用该散热片在平面方向上进行均热，同时还可以利用其厚度方向的导热性能直接将热量向外散发，进而减少电子设备的发热现象。

本申请的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种散热片的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的另一种散热片的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的又一种散热片的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的再一种散热片的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种壳体组件的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图；

图7是图6中沿AA线的剖面结构图；

图8是本申请实施例提供的另一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

随着电子设备(例如移动终端)的快速发展，电子设备的耗电量也逐渐增大，随之，电子设备在工作过程中产生的热量也较大。以电源为例，现有的石墨散热片，通过粘胶固定的方式固定于发热元件上进行散热。

石墨片是一种全新的导热散热材料，具有独特的晶粒取向，沿平面上的两个方向(X向和Y向)均匀导热，片层状结构可很好地适应任何表面，屏蔽热源与组件的同时改进消费类电子产品的性能。其平面上的两个方向的导热性能可以达到150-1500W/m-K范围。但石墨片在厚度方向(Z向)的导热性能不佳，通常不足20W/m-K，这限制了石墨片在应用时，通常仅用作导热平面的均热。例如石墨片贴在电子设备内的电源以及发热芯片等上，将发热区域和非发热区域通过石墨片导热，以防止局部过热。但这部分热量不能沿厚度传导，经壳体向外散失。

因此，发明人提出了本申请实施例中的散热片及其制备方法、壳体组件以及电子设备。下面将结合附图具体描述本申请的各实施例。

参阅图1，本实施例提供一种散热片100，包括石墨层110以及导热金属120，其中导热金属120填充于石墨层110的孔隙111中。

具体的，石墨层110为大致的平面构型，其厚度可以是0.017mm-5mm。石墨晶体多呈现六角平面网状结构，可分为天然石墨和人工石墨，前者多呈鳞状，可以由石墨矿中提选出来。人工石墨是将碳原料(如石油焦、沥青焦、无烟煤、冶金焦、炭黑等)经过煅烧、破碎和筛分、与粘接剂混捏后，再经压型和焙烧、高温石墨化，最后加工成型得到。本申请中，石墨层110可以是天然石墨也可以是人工石墨。

石墨层110具有多个孔隙111，孔隙111可以是由石墨层110自身结构形成，也可以通过加工形成，孔隙111外露于石墨层110表面。在一些实施方式中，石墨层110为膨胀石墨层110，膨胀石墨(Expanded Graphite，简称EG)是由天然石墨鳞片经插层、水洗、干燥、高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质。EG除了具备天然石墨本身的耐冷热、耐腐蚀、自润滑等优良性能以外，还具有天然石墨所没有的柔软、压缩回弹性、吸附性、生态环境协调性、生物相容性、耐辐射性等特性。由于经过膨化后，膨胀石墨具有良好的多孔性能，其上形成多个孔隙111，这类孔隙111的孔径大小一般为1-10.3nm，多个孔隙111的内部高度贯通，呈网状分布。

可以理解的是，孔隙111的分布可以是规则的也可以是不规则的。

导热金属120是指具有导热性能的金属，在一些实施方式中，导热金属120可以选自铜、金、铝、银、铂中的一种或多种，例如为铜。在其他的一些实施方式中，导热金属120也可以是铁、镁等。可以理解导热金属120也可以是由导热金属120形成的各类具有导热性能的合金。

导热金属120填充入孔隙111中，并与石墨层110直接接触。此处与石墨层110直接接触是指石墨层110与导热金属120之间无其他物质，导热金属120与石墨层110之间可以直接接触传热。在一些实施方式中，导热金属120可以通过向石墨层110喷涂导热金属120的粉末的方式形成于孔隙111中。以铜为例，金属铜粉的粒径可以达到8μm，远小于孔隙111的孔径，其可以轻易的进入这些孔隙111中，并将孔隙111填满。铜作为一种导热性好且较为经济的材料，非常适于应用于上述的散热片100中。可以理解的是，以粉末状的导热金属120进行填充时，可以是多种导热金属120的混合物一并进行喷涂，这样形成的导热金属120中可以包含一种或多种金属原料。

在一些实施方式中，导热金属120仅填充于石墨层110的孔隙111内，这样整个散热片100的厚度与石墨层110的厚度相同，不额外增加散热片100的厚度，利于应用于电子设备中。上述的散热片100由于在石墨层110的孔隙111中加入了导热金属120进行填充，可以显著提高散热片100的Z向的导热性能。

取普通的石墨片以及上述制得的散热片100，根据《GB/T 8722-2008》对上述的进行导热系数测定，测定结果见表1：

表1散热片导热性能测试结果表

	X向(W/m.K)	Y向(W/m.K)	Z向(W/m.K)
				普通石墨片	151	151	22
制得的散热片100	176	176	54

由上表数据可以获知，通过在石墨层110的孔隙111中填充导热金属120，且导热金属120与石墨层110直接接触，使得散热片100的水平导热性能以及厚度方向的导热性能都显著增加，尤其是增加了Z向的导热性能，使得散热片100的应用性更广。

在一些实施方式中，如图2所示的散热片100中，石墨层110为人工制造的石墨材料，其本身无明显孔隙111，而是通过人工加工的形式在石墨层110上开设出多个孔隙111，这些孔隙111沿所述石墨层110的厚度方向延伸，并于所述石墨层110的表面形成开口。导热金属120可通过开口被填充于孔隙111中，该孔隙111的孔径也可以大致设置为1-10.3nm，并且导热金属120的设置方式可以参阅前述内容。

在一些实施方式中，参阅图3，散热片100还可以包括金属涂层120，所述金属涂层120形成于所述石墨层110表面，且所述金属涂层120与所述导热金属120结合。金属涂层120可以与导热金属120采用相同材质制成，这样在制备时更为便捷，也利于使得金属涂层120与导热金属120进行结合。承前述，石墨层110表面是指石墨层110的厚度方向上的表面，通过在石墨层110表面设置金属涂层120，在应用时金属涂层120可以直接与电子设备的壳体贴合，以快速的在厚度方向上将热量传导出去。

金属涂层120的厚度可以是0.01-1mm，并且金属涂层120也可以通过喷涂的方式形成于石墨层110表面，并且可以与导热金属120一同制备。可以理解的是，金属涂层120与导热金属120的材质也可以是不同的。可以理解，金属涂层120可以仅设置于石墨层110的一侧表面，也可以同时设置于石墨层110的相对的两侧表面。

在一些实施方式中，参阅图4，所述石墨层110由多个子石墨层112层叠形成，相邻的所述子石墨层112之间通过粘胶粘接，且所述孔隙111形成于每个所述子石墨层112。其中，“多个”是指两个或两个以上。此种实施方式可以增加石墨层110的厚度，应用于厚度空间较大的设备中，由于石墨层110整体的厚度增大，其传导热量的能力也变大。

可以理解的是，相邻的子石墨层112的孔隙111可以是相互错开的，也可以是相互对应的，在制备时可以先制备出子石墨层112，然后将各子石墨层112依次层叠起来。为了减小粘胶产生的热阻，在保证连接稳定性的前提下，粘胶的厚度可以尽可能的设置得薄一些。

本实施例还提供一种上述的散热片100的制备方法，例如可以按以下方式进行：

提供所述石墨层110，所述石墨层110具有多个孔隙111。

石墨层110可以选择人工石墨或者天然石墨，当石墨层110为天然石墨时，可以对石墨层110进行膨胀处理，获得膨胀石墨层110，进而在石墨层110上形成多个孔隙111。当石墨层110为人工石墨时，也可以对石墨层110进行加工，形成多个孔隙111。

将粉末状的所述导热金属120以喷涂的方式填充于所述孔隙111中。

获取粉末状的导热金属120，粉末状的导热金属120可以通过粉末冶金技术获取，然后将粉末状的导热金属120雾化后，朝向石墨层110表面喷涂，喷涂后可以去除石墨层110表面的导热金属120，仅保留孔隙111中的导热金属120，这样不会增加石墨层110的厚度。承前述，由于孔隙111是在石墨层110内呈网状分布的，由于雾化后的金属粉末有逸散能力，因此当导热金属120的粉末喷涂至孔隙111内后，会填充满孔隙111，这样相当于在孔隙111内形成相互连接的导热金属120，不仅可以增强散热片100的Z向传热能力，还可以增强散热片100的平面散热能力。

应当理解，当散热片100还包括金属涂层120时，可以与导热金属120一起进行喷涂，这样可以使得金属涂层120和导热金属120相互结合，增强连接稳定性，同时在进行热量传导时，可以更为快速的进行传热。

作为一种示例，喷涂时可以按以下参数进行：工作气体和送粉气体均采用N2，工作气体压力为2.0MPa～3.0MPa，工作气体温度为300℃～500℃，喷涂距离为10mm～30mm，喷枪行走速度为100mm/s～400mm/s。

参阅图5，本实施例还提供一种壳体组件20，该壳体组件20包括中框30以及上述的任意散热片100，其中，中框30包括边框32和中板31，所述边框32沿所述中板31的边缘设置并连接所述中板31，其中散热片100可以以可拆卸的方式装配于中板31，或者直接通过粘接、卡接的方式装配于中板31上。

在一些实施方式中，所述散热片100贴合于所述中板31的表面，其中可以贴合与中板31的朝向后盖40的表面，这样主板、电源可以直接设置于中板31上并与散热片100贴合进行传热。这样主板、电源等发热元件产生的热量可以直接传导至散热片100上，并通过中板31向中框30的另一侧传导。

在一些实施方式中，所述壳体组件20还包括可选的后盖40，所述后盖40可拆卸地装配于所述中框30，可以理解的是，后盖40可以通过卡接扣合或者粘接等方式与中框30进行装配，所述散热片100装配于所述中框30且与所述后盖40朝向所述中框30的表面贴合。在一些实施方式中，散热片100也可以直接通过粘胶贴合于后盖40的朝向中框30的表面上。这样装配于中框30内的发热元件所产生的热量可以经过散热片100向后壳进行传导，进而向外界进行散失。

参阅图6，本实施例还提供一种电子设备10，电子设备10上述的壳体组件，发热元件50，以及上述的散热片100，其中第一发热元件30和第二发热元件40均设置于中框30。

请一并参阅图6和图7，发热元件50可以包括一个或多第一发热元件51、一个或多个第二发热元件52。第一发热元件51或第二发热元件52例如为电源，也可以是发热芯片等。本实施例中，以电源为第一发热元件51，发热芯片为第二发热元件52进行说明，电源以及发热芯片均设置于散热片100的表面，散热片100的可以同时与电源以及发热芯片贴合，以将散热片100传导的热量在第一发热元件51和第二发热元件52之间均匀分散，同时散热片100与中板31的表面相贴合，以将热量传递至中框30上。

在一些实施方式中，中板31的表面可以设置容置槽，整个散热片100可以完全嵌入容置槽内，这样整个电子设备10的厚度均不会受到安装散热片100的影响。同时，由于散热片100嵌入容置槽内，其可以被容置槽固定住，第一发热元件51以及第二发热元件52在与其贴合时，不需要使用粘胶，一方面节省使用粘胶形成的粘胶层的厚度，另一方面不会形成热阻，第一发热元件51和第二发热元件52可以直接与散热片100贴合传导热量，提高传热效率。并且由于需要使用粘胶，在安装贴合散热片100以及第一发热元件51和第二发热元件52时，不需要对散热片100施加过大的力，防止散热片100变形。

当电源工作时，产生的热量经过散热片100与发热芯片之间进行均热，同时热量在传递的过程中，由于散热片的Z向导热能力提高，热量可以快速传递至中框30上，并朝向中框30的另一侧进行传导，同时由于散热片100的厚度较薄，因此中框30内无需为设置散热片100预留较多的厚度空间，电子设备10可以设计得更为轻薄。

在一些实施方式中，参阅图8，电源以及发热芯片均设置于散热片100的表面，散热片100直接贴合于电源以及发热芯片的远离中板31的表面，同时散热片100可以装配固定于中框30上，散热片100的远离中板31的表面与后盖40的朝向中框30的表面贴合。可以理解，散热片100可以与后盖40可以直接接触，或者可以通过粘胶粘接固定，此种实施方式由于散热片100的Z向热传导能力较强，电源和发热芯片产生的热量可以经散热片100直接传导至后盖40上，经后盖40向外进行散失，达到快速降低电子设备10的温度的目的。

采用上述散热片100的电子设备10，由于散热片100厚度较薄，不需要额外增加电子设备10的厚度，因此中框30内部无需在厚度上预留较大的空间，电子设备10可以较为轻薄。

本申请中的电子设备10可以为移动电话或智能电话(例如，基于iPhone TM，基于Android TM的电话)，便携式游戏设备(例如Nintendo DS TM，PlayStation Portable TM，Gameboy Advance TM，iPhone TM)、膝上型电脑、PDA、便携式互联网设备、音乐播放器以及数据存储设备，其他手持设备以及诸如手表、耳机、吊坠、耳机等，电子设备10还可以为其他的可穿戴设备(例如，诸如电子眼镜、电子衣服、电子手镯、电子项链、电子纹身、电子设备10或智能手表的头戴式设备(HMD))。

电子设备10还可以是多个电子设备10中的任何一个，多个电子设备10包括但不限于蜂窝电话、智能电话、其他无线通信设备、个人数字助理、音频播放器、其他媒体播放器、音乐记录器、录像机、照相机、其他媒体记录器、收音机、医疗设备、车辆运输仪器、计算器、可编程遥控器、寻呼机、膝上型计算机、台式计算机、打印机、上网本电脑、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、运动图像专家组(MPEG-1或MPEG-2)音频层3(MP3)播放器，便携式医疗设备以及数码相机及其组合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种散热片，其特征在于，包括：

石墨层，所述石墨层具有多个孔隙；以及

导热金属，所述导热金属填充于所述孔隙内并与所述石墨层直接接触，所述导热金属由粉末状的导热金属经雾化后，朝向所述石墨层喷涂，并扩散填充于所述孔隙内。

2.根据权利要求1所述的散热片，其特征在于，所述石墨层为膨胀石墨层。

3.根据权利要求1所述的散热片，其特征在于，所述孔隙沿所述石墨层的厚度方向延伸，并于所述石墨层的表面形成开口。

4.根据权利要求1所述的散热片，其特征在于，所述导热金属选自铜、金、铝、银、铂中的一种或多种。

5.根据权利要求1-4任一项所述的散热片，其特征在于，所述散热片还包括：

金属涂层，所述金属涂层形成于所述石墨层表面，且所述金属涂层与所述导热金属结合。

6.根据权利要求1-4任一项所述的散热片，其特征在于，所述石墨层由多个子石墨层层叠形成，相邻的所述子石墨层之间通过粘胶粘接，且所述孔隙形成于每个所述子石墨层。

7.根据权利要求1-4任一项所述的散热片，其特征在于，所述孔隙的孔径为1-10.3nm。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的散热片的制备方法，其特征在于，包括：

提供所述石墨层，所述石墨层具有多个孔隙；

将粉末状的所述导热金属雾化后，以朝向所述石墨层喷涂的方式填充于所述孔隙中。

9.一种壳体组件，其特征在于，包括：

中框；以及

如权利要求1-7任一项所述的散热片，所述散热片装配于所述中框。

10.根据权利要求9所述的壳体组件，其特征在于，所述中框包括边框和中板，所述边框沿所述中板的边缘设置并连接所述中板，所述散热片贴合于所述中板的表面。

11.根据权利要求9所述的壳体组件，其特征在于，所述壳体组件还包括后盖，所述后盖可拆卸地装配于所述中框，所述散热片装配于所述中框且与所述后盖朝向所述中框的表面贴合。

12.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求9-11任一项所述的壳体组件。

13.根据权利要求12所述的电子设备，所述电子设备还包括发热元件，所述发热元件设于所述中框，所述散热片的表面与所述发热元件贴合。

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