CN110913653B - 加热散热模块 - Google Patents

Abstract

一种加热散热模块，其设置在电子组件上。该加热散热模块包括散热器、第一导热层、加热器以及第二导热层。散热器配置在电子组件上。第一导热层配置在电子组件与散热器之间。加热器配置在电子组件上，并与散热器位于电子组件的同一侧，且加热器与散热器彼此分隔开。第二导热层配置在电子组件与加热器之间，并与第一导热层分隔开。

Description

加热散热模块

【技术领域】

本发明是关于一种加热散热模块。

【背景技术】

在消费性电子产品的市场中，携带式装置以及穿戴式装置因其具有便利性，所以已成为市场中越来越重要的主流产品。鉴于此，众多消费性电子产品也被设计为更轻薄且更小尺寸的样式。然而，除了要将电子产品设计为更轻薄且更小尺寸之外，尚须考虑到所使用的设计是否会导致电子产品的内部组件无法符合其操作条件的情况。因此，如何在将电子产品设计为更轻薄且更小尺寸的情况下，仍能使电子产品的内部组件符合其操作条件，已成为当前重要研发课题之一。

【发明内容】

本发明公开的一种实施方式是提供一种加热散热模块。加热散热模块设置于电子组件上。所述加热散热模块包括散热器、第一导热层、加热器以及第二导热层。所述散热器配置在所述电子组件上。所述第一导热层配置在所述电子组件与所述散热器之间。所述加热器配置在所述电子组件上，并与所述散热器位于所述电子组件的同一侧，且所述加热器与所述散热器彼此分隔开。所述第二导热层配置在所述电子组件与所述加热器之间，并与所述第一导热层分隔开。

在部分实施方式中，所述电子组件具有第一上表面，所述第一上表面朝向散热器与加热器，且所述第一导热层与所述第二导热层与第一上表面相接触。

在部分实施方式中，所述散热器具有第二上表面，加热器具有第三上表面，且所述加热散热模块还包括热绝缘层。所述热绝缘层配置在所述加热器上，并与所述第三上表面接触，其中所述热绝缘层具有第四上表面，且所述散热器的第二上表面至所述电子组件的第一上表面的距离与所述热绝缘层的第四上表面至所述电子组件的第一上表面的距离相等。

在部分实施方式中，所述加热散热模块还包括热绝缘层。所述热绝缘层配置在所述加热器上，其中所述散热器自所述第一导热层向上延伸至所述热绝缘层之上，并与所述热绝缘层接触，以将所述第二导热层、所述加热器与所述热绝缘层夹在所述散热器与所述第一上表面之间。

在部分实施方式中，所述加热散热模块还包括热绝缘层。所述热绝缘层配置在所述加热器上，其中所述散热器为板状并具有下表面，所述下表面朝向所述第一导热层及所述热绝缘层，且与第一导热层及热绝缘层接触。

在部分实施方式中，所述加热散热模块还包括热绝缘层。所述热绝缘层配置在所述加热器上，且所述第二导热层与所述热绝缘层包围所述第一导热层，且所述第一导热层、所述第二导热层与所述热绝缘层共同夹在散热器与所述第一上表面之间，其中所述散热器与所述第一上表面之间至少存在一间隙。

在部分实施方式中，至少加热散热模块还包括热绝缘层。至少热绝缘层配置在至少加热器上并与至少第二导热层共同形成环形结构，其中至少第一导热层与至少散热器位于至少环形结构内。

在部分实施方式中，至少第一导热层与至少散热器至少通过一间隙与至少环形结构分隔开。

在部分实施方式中，所述加热散热模块还包括热绝缘层。所述热绝缘层配置在所述加热器上并与所述第二导热层共同形成环形结构，其中所述第一导热层与所述环形结构共同夹在所述散热器与所述电子组件之间。

在部分实施方式中，所述加热散热模块还包括热绝缘层。所述热绝缘层配置在第二导热层上，以将所述加热器包覆在所述热绝缘层与所述第二导热层之间。

在部分实施方式中，所述第二导热层与所述第一导热层通过至少一间隙而彼此分隔开，且所述间隙是至少与所述第一导热层、所述第二导热层及所述散热器形成交界面。

在部分实施方式中加热散热模块还至少包括气相绝缘材料，填充在所述间隙内。

在部分实施方式中，至少第一导热层与至少散热器共同形成一种环形结构，至少加热器与至少第二导热层位在至少环形结构内。

【附图说明】

图1A为根据本公开内容的第一实施方式示例性绘制的加热散热模块的上视示意图。

图1B为沿图1A的线段1B-1B的剖面示意图。

图2A为根据本公开内容的第二实施方式示例性绘制的加热散热模块的上视示意图。

图2B为沿图2A的线段2B-2B的剖面示意图。

图3A为根据本公开内容的第三实施方式示例性绘制的加热散热模块的上视示意图。

图3B为沿图3A的线段3B-3B的剖面示意图。

图4A为根据本公开内容的第四实施方式示例性绘制的加热散热模块的上视示意图。

图4B为沿图4A的线段4B-4B的剖面示意图。

图5为根据本公开内容的第五实施方式示例性绘制的加热散热模块的上视示意图。

图6为根据本公开内容的第六实施方式示例性绘制的加热散热模块的上视示意图。

图7A为根据本公开内容的第七实施方式示例性绘制的加热散热模块的上视示意图。

图7B为沿图7A的线段7B-7B的剖面示意图。

【具体实施方式】

以下将以结合附图说明本公开内容的多种实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本公开内容。也就是说，在本公开内容部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些现有惯用的结构与组件在附图中将以简单示意的方式绘制。在所有附图中相同的标号将用于表示相同或相似的组件。

在本文中，使用第一、第二与第三等等的词汇，是用于描述各种元件、组件、区域、层是可以被理解的。但是这些元件、组件、区域、层不应该被这些术语所限制。这些词汇只限于用来辨别单一元件、组件、区域、层。因此，在下文中的第一元件、组件、区域、层也可被称为第二元件、组件、区域、层，而不脱离本公开内容的本意。

请参照图1A与图1B，图1A为根据本公开内容的第一实施方式绘示加热散热模块100A的上视示意图，而图1B绘示沿图1A的线段1B-1B的剖面示意图。加热散热模块100A设置在电子组件110上。加热散热模块100A包括散热器120、第一导热层130、加热器140、第二导热层150以及热绝缘层160，其中电子组件110可以是电池、处理器或其他在运作时会产生热能的类似组件，且电子组件110具有第一上表面S1。

散热器120配置在电子组件110的第一上表面S1上，且第一导热层130配置在电子组件110与散热器120之间。第一导热层130与电子组件110的第一上表面S1以及散热器120的下表面接触，其中散热器120的下表面朝向电子组件110。

散热器120可通过第一导热层130与电子组件110进行热交换。例如，当电子组件110进行运作并产生热能致使升温的时候，如箭头A1所示，电子组件110所产生的热能可通过第一导热层130传导至散热器120。散热器120可再通过其第二上表面S2将热能传至外部，其中散热器120的第二上表面S2背向电子组件110，即散热器120的第二上表面S2是散热器120远离电子组件110的一侧。

散热器120的热传导系数可大于第一导热层130的热传导系数。在部分实施方式中，散热器120可以包括金属材料，诸如铜、铁、铝、镁、锌等合金。或者，在其他实施方式中，散热器120也可以包括非金属材料，诸如ABS树脂(Acrylonitrile Butadiene Styrene,ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚乳酸(Polylactic Acid,PLA)等塑料材质。此外，散热器120可被设计为类似散热鳍片的样式。第一导热层130可以是热界面材料(thermal interface materials；TIM)，诸如导热胶、导热封胶、导热膏、导热胶带或其他类似物。在部分实施方式中，第一导热层130的材料可包括含硅与不含硅的两类产品，诸如导热垫片(thermal pad或thermal gapfiller)、相变化导热片(phase change material)、导热胶带(thermal tape)、导热膏(thermal grease)、导热凝胶(thermal gel)等。

第一导热层130可用于降低散热器120与电子组件110之间的热阻，以增进散热器120与电子组件110之间的热传导效率。此外，当第一导热层130为胶体并具有黏性的情况下，散热器120也可通过第一导热层130固定在电子组件110上。

加热器140配置在电子组件110上，其中散热器120与加热器140可位于电子组件110的同一侧。举例来说，图1B中的加热器140与散热器120都位于电子组件110的上侧，即电子组件110的第一上表面S1朝向加热器140与散热器120，加热器140与散热器120一同位于电子组件110的第一上表面S1。此外，散热器120与加热器140会互相分隔开，也就是说，散热器120与加热器140之间具有一间隙170，两者并未直接接触。第二导热层150配置在电子组件110与加热器140之间，并接触电子组件110的第一上表面S1以及加热器140的下表面，其中加热器140的下表面朝向电子组件110。

热绝缘层160配置在加热器140上，并接触加热器140的第三上表面S3，其中加热器140的第三上表面S3背向电子组件110(即加热器140的第三上表面S3是加热器140远离电子组件110的一侧)，第二导热层150可通过加热器140而与热绝缘层160分隔开。第二导热层150、加热器140以及热绝缘层160在俯视(即如图1A的视角)下的面积可大致相同。

加热器140可通过第二导热层150与电子组件110进行热交换。例如，当要提升电子组件110的温度以使电子组件110可符合其操作条件的时候，如箭头A2所示，加热器140可通过第二导热层150将热能传导至电子组件110使电子组件110升温。此外，在加热器140通过第二导热层150将热能传导至电子组件110的情况下，热绝缘层160可防止加热器140所提供的热能散失至外部环境，从而提升加热器140对电子组件110的升温效果。

另一方面，热绝缘层160可提供缓冲高度差的用途。举例来说，散热器120的第二上表面S2与加热器140的第三上表面S3之间会存在高度差，即第一上表面S1至第二上表面S2的距离会大于第一上表面S1至第三上表面S3的距离。通过将热绝缘层160配置在加热器140上并与第三上表面S3接触，热绝缘层160可缓冲此高度差，使第一导热层130及散热器120的高度总和与第二导热层150、加热器140及热绝缘层160的高度总和为实质上相等。换言之，散热器120的第二上表面S2与热绝缘层160的第四上表面S4可以是实质上共面(即位在同一水平位置)，且散热器120的第二上表面S2至该电子组件110的第一上表面S1的距离与热绝缘层160的第四上表面S4至电子组件110的第一上表面S的距离会大致相等，以利于在加热散热模块100A上堆栈其他组件，其中热绝缘层160的第四上表面S4背向电子组件110(即热绝缘层160的第四上表面S4是热绝缘层160远离电子组件110的一侧)。

在部分实施方式中，加热器140可以是电热片或电致热组件，诸如PTC(PositiveTemperature Coefficient)发热片、云母电热片、陶瓷加热片、透明电热片、挠性超薄电热片等。第二导热层150可以是热界面材料，其性质与第一导热层130可雷同或相似，在此不再赘述。在部分实施方式中，热绝缘层160可包括导热系数小于0.2W/(m·K)的材料，诸如泡棉(sponge或poron)、橡胶(rubber)、PU与PE泡沫塑料(Styrofoam或foamed plastics)、玻璃棉等。

此外，第二导热层150、加热器140与热绝缘层160可共同在电子组件110的第一上表面S1上形成环形结构R，如图1A所示。环形结构R会环绕并包围在第一导热层130与散热器120的四周，即第一导热层130与散热器120可以位在环形结构R内。在本实施方式中，环形结构R是完全包围在第一导热层130与散热器120的四周。具体来说，第二导热层150可具有第一侧壁SW1与第二侧壁SW2，其中第一侧壁SW1与第二侧壁SW2分别朝向不同方位，例如第一侧壁SW1是朝向图1B的右方，而第二侧壁SW2则是朝向图1B的左方，且第一侧壁SW1与第二侧壁SW2都面向第一导热层130。除此之外，虽图1A所示的环形结构R为矩形，然而本公开内容不以此为限，在其他实施方式中，环形结构R也可以是其他形状，诸如圆形、椭圆形、三角形或其他多边形。

位于环形结构R内的第一导热层130与散热器120可以通过至少一间隙170与环形结构R分隔开，其中此间隙170是可凭借填充气相绝缘材料而成为气隙。对此，由于间隙170可位于第一导热层130与散热器120的四周，所以间隙170可增加第一导热层130与环形结构R之间的热阻以及散热器120与环形结构R之间的热阻。进一步而言，第一导热层130可通过间隙170与第二导热层150分隔开，而散热器120可通过间隙170与加热器140及热绝缘层160分隔开，且间隙170是至少与第一导热层130、散热器120及第二导热层150形成交界面，从而防止自电子组件110至散热器120的散热途径与自加热器140至电子组件110的加热途径相互影响。

通过上述配置，可在防止散热途径与加热途径相互影响的情况下，将散热器120、加热器140以及导热层整合在电子组件110的同一侧，举例来说，将散热器120、加热器140以及导热层整合在电子组件110的第一上表面S1，以增加加热散热模块100A的空间使用率。进一步而言，在将散热器120、加热器140以及导热层整合在电子组件110的同一侧的情况下，加热散热模块100A可适于轻薄且小尺寸的设计。此外，虽本实施方式是通过间隙170增加第一导热层130与环形结构R之间的热阻以及散热器120与环形结构R之间的热阻，然而在其他实施方式中，也可以是使用低导热系数的介电材料取代间隙170来增加热阻。举例来说，可将固态介电材料填补在第一导热层130与环形结构R之间以及散热器120与环形结构R之间，以对应增加热阻。

请再参考图2A与图2B，图2A为根据本公开内容的第二实施方式示例性绘制的加热散热模块100B的上视示意图，而图2B为沿图2A的线段2B-2B的剖面示意图。本实施方式与第一实施方式的至少一个差异点在于，本实施方式的加热器140在俯视(即如第2A图的视角)下的面积小于第二导热层150以及热绝缘层160在俯视(即如图2A的视角)下的面积。通过此设置，加热器140可被包覆在热绝缘层160与第二导热层150之间，以防止加热器140自热绝缘层160与第二导热层150之间脱落，从而提升加热散热模块100B的结构强度。还可进一步的强化加热器140对电子组件110的升温效果，防止加热器140所提供的热能散失至外部环境。虽图2A与图2B未示出的，然而加热器140可通过走线连接至外部电路。

请再参考图3A与图3B，图3A为根据本公开内容的第三实施方式示例性绘制的加热散热模块100C的上视示意图，而图3B为沿图3A的线段3B-3B的剖面示意图。本实施方式与第一实施方式的至少一个差异点在于，本实施方式的散热器120是自环形结构R内延伸至环形结构R外。

具体来说，当选用的第一导热层130的厚度小于第二导热层150与热绝缘层160的厚度总和的时候，散热器120可自第一导热层130向上延伸至热绝缘层160的第四上表面S4之上并与热绝缘层160的第四上表面S4接触，并将第一导热层130、第二导热层150、加热器140与热绝缘层160夹在散热器120与电子组件110的第一上表面S1之间，其中散热器120与电子组件110的第一上表面S1会位于间隙170的上侧与下侧，且散热器120会覆盖住间隙170。同样地，间隙170可防止自电子组件110至散热器120的散热途径与自加热器140至电子组件110的加热途径相互影响。此外，热绝缘层160也可防止加热器140将热能传导至散热器120。

另一方面，通过将第一导热层130、第二导热层150、加热器140与热绝缘层160夹在散热器120与电子组件110的第一上表面S1之间，可防止第一导热层130、第二导热层150、加热器140与热绝缘层160自散热器120与电子组件110之间脱落，从而稳定加热散热模块100C的结构强度。

请再参考图4A与图4B，图4A为根据本公开内容的第四实施方式示例性绘制的加热散热模块100D的上视示意图，而图4B为沿图4A的线段4B-4B的剖面示意图。本实施方式与第一实施方式的至少一个差异点在于，本实施方式的散热器120为板状结构，并覆盖在由第二导热层150、加热器140与热绝缘层160所共同形成的环形结构R上，其中散热器120的下表面会朝向热绝缘层160并与热绝缘层160的第四上表面S4接触，以将环形结构R夹在散热器120与电子组件110之间。

另一方面，第一导热层130的厚度会对应地增加，并自电子组件110的第一上表面S1延伸至散热器120，以与散热器120的下表面接触，从而维持自电子组件110至散热器120的传热途径。具体来说，散热器120与第一导热层130的交界面与电子组件110的第一上表面S1会相距第一距离D1，而热绝缘层160与加热器140的交界面与电子组件110的第一上表面S1会相距第二距离D2，且第一距离D1大于第二距离D2。热绝缘层160的第四上表面S4与电子组件110的第一上表面S1之间的距离会大约等于上述之第一距离D1。此外，本实施方式中，间隙170可存在于第一导热层130与环形结构R之间以及存在于散热器120与电子组件110的第一上表面S1之间，并由散热器120覆盖。本实施方式中，通过将散热器120设计为板状结构，可便于组装加热散热模块100D。

请再参考图5，图5为根据本公开内容的第五实施方式示例性绘制的加热散热模块100E的上视示意图。本实施方式与第一实施方式的至少一个差异点在于，本实施方式的环形结构R是部分包围在第一导热层(如图1B的第一导热层130)与散热器120的四周，即环形结构R会具有缺口180。具体来说，图5的环形结构R是呈现C字形。然而本公开内容不以此为限，在其他实施方式中，具缺口180的环形结构R也可以是其他形状。此外，散热器120仍会与具缺口180的环形结构R通过间隙170分隔开。

请再看到图6，图6为根据本公开内容的第六实施方式示例性绘制的加热散热模块100F的上视示意图。本实施方式与第一实施方式的至少一个差异点在于，第一实施方式的环形结构R可变换为多段结构，以图6所示为例，由第二导热层(如图1B的第二导热层150)、加热器(如图1B的加热器140)与热绝缘层160所形成的加热结构可分为第一段R1与第二段R2，且散热器120与其下的第一导热层(如图1B的第一导热层130)是位于第一段R1与第二段R2之间。此外，散热器120仍会与第一段R1及第二段R2通过间隙170分隔开。

请再参考图7A与图7B，图7A为根据本公开内容的第七实施方式示例性绘制的加热散热模块100G的上视示意图。图7B为沿图7A的线段7B-7B的剖面示意图。本实施方式的与第一实施方式的至少一个差异点在于，本实施方式的散热途径与加热结构的配置位置互相交换。

具体来说，本实施方式是由散热器120与第一导热层130形成环形结构R’，且加热器140、第二导热层150与热绝缘层160可由环形结构R’包围。第一导热层130可具有第三侧壁SW3与第四侧壁SW4，其中第三侧壁SW3与第四侧壁SW4分别朝向不同方位，例如第三侧壁SW3是朝向图7B的右方，而第四侧壁SW4则是朝向图7B的左方，且第三侧壁SW3与第四侧壁SW4皆面向第二导热层150。此外，由散热器120与第一导热层130形成的环形结构R’仍会与加热器140、第二导热层150与热绝缘层160通过间隙170分隔开，且散热器120、第一导热层130、加热器140、第二导热层150与热绝缘层160也仍是位于电子组件110的第一上表面S1的同一侧。

综上所述，本公开内容的加热散热模块设置在电子组件上，加热散热模块包括T散热器、第一导热层、加热器以及第二导热层。散热器与加热器配置在电子组件的同一侧，且加热器与散热器互相分隔开。第一导热层配置在电子组件与散热器之间。第二导热层配置在电子组件与加热器之间，并与第一导热层分隔开。通过上述配置，可将自电子组件至散热器的散热途径与自加热器至电子组件的加热途径整合在电子组件的同一侧，以增加加热散热模块的空间使用率。此外，自电子组件至散热器的散热途径与自加热器至电子组件的加热途径可通过间隙分隔开，以防止散热途径与加热途径相互影响。

虽然本发明已以多种实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习本领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作各种变化与润饰，因此本发明之保护范围当以后附的申请专利范围所界定者为准。

【符号说明】

100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G 加热散热模块

110 电子组件

120 散热器

130 第一导热层

140 加热器

150 第二导热层

160 热绝缘层

170 间隙

180 缺口

1B-1B、2B-2B、3B-3B、4B-4B、7B-7B 线段

A1、A2 箭头

R、R’ 环形结构

R1 第一段

R2 第二段

S1 第一上表面

S2 第二上表面

S3 第三上表面

S4 第四上表面

SW1 第一侧壁

SW2 第二侧壁

SW3 第三侧壁

SW4 第四侧壁

Claims (13)

1.一种加热散热模块，其特征在于，所述加热散热模块设置在电子组件上，所述加热散热模块包括：

散热器，配置在所述电子组件上；

第一导热层，配置在所述电子组件与所述散热器之间，并与所述电子组件及所述散热器接触；

加热器，配置在所述电子组件上，并与所述散热器位于所述电子组件的同一侧，且所述加热器与所述散热器分隔开；

热绝缘层，配置在所述加热器上，并与所述加热器位于所述电子组件的同一侧，且所述热绝缘层与所述散热器分隔开；以及

第二导热层，配置在所述电子组件与所述加热器之间，并与所述第一导热层分隔开。

2.根据权利要求1所述的加热散热模块，其特征在于，所述电子组件具有第一上表面，所述第一上表面朝向所述散热器与所述加热器，且所述第一导热层与所述第二导热层都与所述第一上表面接触。

3.根据权利要求2所述的加热散热模块，其特征在于，所述散热器具有第二上表面，所述加热器具有第三上表面，且所述热绝缘层与所述第三上表面接触，其中所述热绝缘层具有第四上表面，且所述散热器的所述第二上表面至所述电子组件的所述第一上表面的距离与所述热绝缘层的所述第四上表面至所述电子组件的所述第一上表面的距离相等。

4.根据权利要求2所述的加热散热模块，其特征在于，所述散热器自所述第一导热层向上延伸至所述热绝缘层之上并与所述热绝缘层接触，以将所述第二导热层、所述加热器与所述热绝缘层夹在所述散热器与所述第一上表面之间。

5.根据权利要求2所述的加热散热模块，其特征在于，所述散热器为板状并具有下表面，所述下表面朝向且接触所述第一导热层与所述热绝缘层。

6.根据权利要求2所述的加热散热模块，其特征在于，所述第二导热层与所述热绝缘层包围所述第一导热层，且所述第一导热层、所述第二导热层与所述热绝缘层共同夹在所述散热器与所述第一上表面之间，其中所述散热器与所述第一上表面之间至少存在一间隙。

7.根据权利要求1所述的加热散热模块，其特征在于，所述热绝缘层与所述第二导热层共同形成环形结构，其中所述第一导热层与所述散热器位于所述环形结构内。

8.根据权利要求7所述的加热散热模块，其特征在于，所述第一导热层与所述散热器通过至少一间隙与所述环形结构分隔开。

9.根据权利要求1所述的加热散热模块，其特征在于，所述热绝缘层与所述第二导热层共同形成环形结构，其中所述第一导热层与所述环形结构共同夹在所述散热器与所述电子组件之间。

10.根据权利要求1所述的加热散热模块，其特征在于，所述热绝缘层配置在所述第二导热层上，以将所述加热器包覆在所述热绝缘层与所述第二导热层之间。

11.根据权利要求1所述的加热散热模块，其特征在于，所述第二导热层与所述第一导热层通过至少一间隙而分隔开，且所述间隙是至少与所述第一导热层、所述第二导热层及所述散热器形成交界面。

12.根据权利要求11所述的加热散热模块，其特征在于，所述加热散热模块还包括至少气相绝缘材料，填充在所述间隙内。

13.根据权利要求1所述的加热散热模块，其特征在于，所述第一导热层与所述散热器共同形成环形结构，所述加热器与所述第二导热层位于所述环形结构内。

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