TWI510174B - 電子裝置用的散熱單元及含有該散熱單元的電子裝置 - Google Patents

Description

電子裝置用的散熱單元及含有該散熱單元的 電子裝置

本發明是有關於一種電子裝置用的散熱單元及含有該散熱單元的電子裝置，特別是指一種手持式電子裝置用的散熱單元，及含有該散熱單元的手持式電子裝置。

一般手持式電子裝置，參閱圖1，以手機為例，，包含一基座11及一配合蓋設該基座11的罩殼12，該基座11具有一個顯示面板121、一片主機板122、一片設置於主機板122上方而具電磁干擾(Electromagnetic Interference，簡稱EMI)屏蔽作用的金屬片123、多個非金屬隔離片124(圖中僅顯示一片)、一個電池125，及一個框圍顯示面板121，並與顯示面板121配合界定出一容置空間100的框架126。電池125與主機板122、金屬片123，及非金屬隔離片124為以相互平行方式容置於容置空間100；而主機板122、金屬片123、非金屬隔離片124則以相互平行、堆疊方式容置於容置空間100。其中，主機板122包含令手持式電子裝置運作的作動元件127，例如中央處理 器(CPU)、記憶體(Memory)、控制器(I/O component)、硬碟(HDD)等，非金屬隔離片124則用以隔離設置於罩殼12內表面之天線(圖未示)，使其無法與容置空間100內其他電子元件直接導接。

當該手持式電子裝置運作時，主機板122的作動元件127會開始產生熱能，且該等熱能會隨著主機板122上之作動元件127的數量及運作速率的增加而增加，使得該手持式電子裝置的溫度會急速上升。而眾所周知，當電子元件的平均工作溫度升高10℃時，元件壽命就會減少50%。因此，如何在盡可能不改變原有產品的厚度，於有限空間的情況下，提供高效率且不造成額外功耗的散熱設計，將作動元件127產生的熱能傳導至外界(低溫處)，以確保產品於長時間操作的穩定性，並延長產品壽命，則為現今3C相關產品廠商亟待克服的難題。

目前業界常用的散熱設計，主要是在熱源附近，例如，續配合參閱圖1，於主機板122與非金屬隔離片124之間設置熱導管(Heat Pipe)128，或是石墨片129，協助將作動元件127的熱能傳導到低溫處，以進行散熱。而美國專利20130128453公開號則進一步揭示一種用於手持式電子裝置的散熱結構，其主要是利用在手持式電子裝置的殼體的表面及邊緣塗佈一層具有高導熱性的非晶類鑽碳(diamond-like carbon，DLC)塗層，利用塗佈於殼體的DLC優良的導熱性能，讓該電子元件產生的熱能可更迅速的經由該殼體傳導到外界環境。

前述熱導管128、石墨片129或是DLC塗層，雖然可迅速將電子元件作動時產生的熱導出，然而，由於電子裝置的內部元件並非呈平面，而是以立體疊置的方式堆疊，所以元件與元件之間會有空隙，而該些空隙為填滿空氣，熱傳導性能不佳，因此，當進一步要將蓄積於該熱導管128或石墨片129的熱能再經由擴散方式向外界導出時，則都無法避免須經過該等空氣間隙，而因為空氣的熱傳導性能不佳，導致熱能無法再迅速向外散出，而累積在該手持式電子裝置內部的問題。

因此，本發明之目的，即在提供一種具有立體結構，可用以填補熱傳不佳的空氣斷層及間隙，用以直接將熱能向外傳導的電子裝置用散熱單元。

於是，本發明一種電子裝置用的散熱單元，其中，該電子裝置包括一基座，及一配合蓋合該基座的罩殼，該基座包括一個主機板，且該主機板具有至少一個於作動時會產生熱能的作動元件。

該散熱單元包含一散熱座，該散熱座設置於該主機板與罩殼之間，具有一鄰近該主機板的前面及一反向於該前面的後面，該散熱座的前面具有至少一對應該至少一作動元件的凹槽，該作動元件與該凹槽的表面實質接觸，且該散熱座的至少部分後面與該罩殼實質接觸，用於將自該作動元件接收之熱能傳導至該罩殼。

此外，本發明的另一目的，還在於提供一種具 有高散熱效能的電子裝置。

於是，本發明電子裝置包含：一基座，該基座包括一主機板，及至少一設置於該主機板上的作動元件。

一配合蓋合該基座的罩殼。

一如前項所述的散熱單元。

再者，本發明的又一目的，還在於提供一種具有高散熱效能的電子裝置。

於是，本發明的另一電子裝置包含：一基座，具有一主機板及多個設置於該主機板上的作動元件：一蓋合該基座的罩殼；及一設置於該主機板與罩殼之間的散熱座，該散熱座具有分別朝向該主機板及該罩殼的一前面及一後面，且該散熱座的前面與該等作動元件中的部分作動元件的表面實質接觸，該散熱座的至少部分後面與該罩殼實質接觸，用於將自各該作動元件接收之熱能傳導至該罩殼。

本發明之功效在於：利用具有立體結構的散熱座，填補電子裝置內元件之間的空隙及空氣斷層，讓熱能可藉由該散熱座直接傳導對外排出，而可解決電子元件間的空隙/空氣斷層對散熱的影響。

2‧‧‧基座

21‧‧‧顯示面板模組

22‧‧‧框架

23‧‧‧主機板

231‧‧‧作動元件

24‧‧‧金屬片

241‧‧‧開孔

25‧‧‧電池

26‧‧‧非金屬隔離片

200‧‧‧容置空間

3‧‧‧罩殼

4‧‧‧散熱單元

41‧‧‧散熱座

411‧‧‧前面

412‧‧‧後面

413‧‧‧凹槽

42‧‧‧導熱管

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一立體分解圖，說明習知具有導熱管或石墨片 的手持式電子裝置；圖2是一立體分解圖，說明本發明該第一較佳實施例；圖3是一部分剖視示意圖，輔助說明圖2；圖4是一立體分解圖，說明本發明該第二較佳實施例；圖5是一部分剖視示意圖，輔助說明圖4；圖6一溫度分佈圖，說明本發明第一較佳實施例，在運作時於該罩殼3的外表面量測而得的溫度分佈結果；圖7一溫度分佈圖，說明利用石墨散熱片，在運作時於該罩殼3的外表面量測而得的溫度分佈結果。

本發明的散熱單元適用於一般須散熱的電子裝置，特別適用於體積小，且須快速散熱的手持式電子裝置，例如手機、平板電腦、筆記型電腦等，本發明的較佳實施例是以該散熱單元應用於手機為例做說明，要說明的是，本發明該散熱單元不以此應用為限。

參閱圖2，本發明手持式電子裝置的一第一較佳實施例包含一基座2、一罩殼3，及一散熱單元4。

基座2具有一個顯示面板模組21、一與顯示面板模組21配合界定出一容置空間200的框架22、一片主機板23、一片EMI屏蔽金屬片24、一個電池25，及多個非金屬隔離片26(圖2中僅顯示一片)。其中，主機板23、金屬片24、非金屬隔離片26為以相互平行及空間堆疊的方式 容置於容置空間200的主要區域，電池25則設置於較接近顯示面板模組21的容置空間200內。

主機板23包含多個可令手持式電子裝置運作且於運作時會產生熱能的作動元件231，例如中央處理器(CPU)、記憶體(Memory)、控制器(I/O component)、硬碟(HDD)等。EMI屏蔽金屬片24設置於作動元件231上方，以提供EMI屏蔽作用，且於本實施例中，EMI屏蔽金屬片24對應於尺寸較大之兩作動元件231處，分別開設兩相應尺寸之矩形開孔241，以便兩個對應的作動元件231可穿過開孔241，本實施例中的兩作動元件231可以處理器及記憶體為例，亦即在本例中係以此兩作動元件231為主要發熱源及主要散熱考量。然須指出者，於其他實施例中，EMI屏蔽金屬片24亦可於對應主機板23上之單一或所有作動元件231處皆開設開孔241，而非以本例所舉之數量為限。此外，顯示面板模組21的相關結構、組成，及顯示面板模組21與框架22之間的連結配合關係，為本技術領域所知悉，並可視需求及設計而有所增減或不同，因此，在此也不再多加贅述。

罩殼3可配合蓋合基座2，而將電池25、主機板23、EMI屏蔽金屬片24、非金屬隔離片26及散熱單元4封置於其間。且在本實施例中罩殼3內表面的特定處佈設有天線(圖未示)，故需要非金屬隔離片26將天線與其他電子元件隔離。

散熱單元4具有一設置於主機板23與罩殼3之 間的散熱座41。本實施例中散熱座41概呈矩形，具有一鄰近主機板23，而較接近手持式電子裝置的顯示面的前面411及一反向於前面411的後面412。其中，散熱座41的前面411具有多個自前面411朝向後面412方向凹陷的圍繞壁，每一個圍繞壁界定出一個與相對應的作動元件231的形狀及尺寸實質相同的凹槽413。

於本實施例中，凹槽413係對應前述金屬片24的兩個開孔241位置處，因此，作動元件231會穿過開孔241而容置於凹槽413；較佳地，凹槽413的尺寸是與作動元件231的形狀及尺寸相同，如此，作動元件231可與凹槽413的圍繞壁緊密接觸，而可具有好的散熱性。

配合參閱圖3，圖3是將圖2組合後，對應其中最大的開孔241位置，沿長邊方向的剖視示意圖。換言之，於圖3所示之組合狀態下，主機板23之作動元件231將穿過金屬片24之開孔241，而位於散熱座41對應的兩個凹槽413內部；特別在金屬片24之厚度因製造誤差而略少於標準尺寸時，作動元件231後表面將略高於金屬片24之開孔241後緣而凸伸至散熱座41的凹槽413內部。

再者，在組合狀態下，散熱座41的前面411會與金屬片24的表面接觸，而散熱座41的大部分後面412會實質與罩殼3的內表面接觸，特別在散熱座41的後面412受罩殼3抵壓而略向下擠壓時，更可使凹槽413的圍繞壁面更緊抵靠於作動元件231，而與作動元件231的表面實質緊密接觸，構成良好之熱傳導路徑。

詳細地說，散熱座41的凹槽413是配合設置於容置空間200內的主機板23的作動元件231及罩殼3的形狀及位置，而採立體化整體設計，以確保散熱座41的凹槽413得以緊抵於作動元件231，且因為散熱座41的至少部分後面412也會實質接觸於罩殼3內側，而可填補例如該等非金屬元件26堆疊所產生的空隙，讓作動元件231作動時所產生的熱能，可直接經由此直接接觸的散熱途徑傳導至罩殼3，透過罩殼3向外導出，而提昇散熱效率。同時，散熱座41的前面411部分，亦會接觸金屬片24的表面，也可進一步將金屬片24上的熱能透過散熱座41熱傳導至罩殼3，藉由罩殼3向外導出。

此外，要再說明的是，散熱座4可利用射出成型、沖壓加工、鍛造等加工方式製備，而得到與基座2內之元件的空間形狀相配合的立體結構散熱座4。本實施例中，金屬片23是由不銹鋼材料所構成，且該散熱座4與該不銹鋼金屬片23之間也可以藉由熱熔接方式彼此接合。而為了考量該手持式電子裝置整體構件的工作溫度限制，例如：罩殼的加工溫度、PCB電子元件的工作溫度，以及與該不銹鋼金屬片23的密著性等考量，散熱座4是選自熔點介於80~120℃的合金所構成，且該合金包含一具有銦、鎵、鋅的主合金材料，及一具有銅、鈷、鎳、鉻其中至少一者的輔金屬材料。前述主合金材料的目的是用於賦予散熱座4的散熱性能，而可改善習知利用矽銅樹脂導熱率不足的現像；而輔金屬材料則用於提供散熱座4與金屬片24兩者的 密著性。

要說明的是，由於鋅以及輔金屬材料的金屬熔點均較高，而當高熔點的金屬含量過高時，會影響合金整體的熔點特性，因此，較佳地，以主合金材料的重量百分比為100wt%計，鋅的重量百分比不大於10wt%，鎵的含量大於銦的含量，且輔金屬材料的含量不大於該主合金材料的5wt%。

較佳地，為了進一步提升散熱性或是降低成本考量，該主合金材料還可包含銀、錫、鎂其中任一或其中至少二者之組合。其中，由於錫具有易氧化的缺點，而氧化錫會影響散熱性，因此，當主合金材料還包含錫時，以主合金材料的重量百分比為100wt%計，錫的重量百分比應不大於65wt%。於本發明的第一較佳實施例中，散熱座的合金組成材料是由銦(10wt%)、鎵(20wt%)、鋅(5wt%)、錫(60wt%)，及5wt%的銅所構成。

參閱圖4，本發明散熱單元4的第二較佳實施例的基本結構與第一較佳實施例大致相同，不同處在於，本實施例散熱單元除了散熱座41之外，在EMI屏蔽金屬片24與散熱座41之間還設置一根導熱管42，以進一步輔助將作動元件231產生的熱透過EMI屏蔽金屬片24、導熱管42、散熱座41向外導向罩殼3，而增加散熱單元4的散熱性。

配合參閱圖5，詳細的說，於本第二較佳實施例中，導熱管42係設置於EMI屏蔽金屬片24的後面及散熱 座41前面411對應部位之間。如圖5所示，圖5是將圖4組合後，對應其中最大的開孔241，沿長邊方向的部分剖視示意圖。在組合狀態下，由於罩殼3緊密壓合於散熱座41、導熱管42及金屬片24，故除了導熱管42所在位置外，其他部位之散熱座41前面411與金屬片24的表面之間亦大致呈實質接觸，而不致影響其熱傳導性。此外，於其他實施方式中，亦可以石墨或其他散熱性良好之材料取代導熱管42。

參閱下表1，表1是本發明第一較佳實施例的散熱單元的合金組成材料的熱傳導性質量測結果。是先將合金組成材料製成試片後，依據ISO 220072/Hot Disk Method方法，量測試片的熱傳導性質。由於熱傳導性質會受到試片的成形條件、混摻均勻性、密度配比、表面拋光再結晶效應等因素的影響，因此，利用量測多次以取得合金組成材料的熱傳導性質的平均值。

表1是將前述試片利用Hot Disk Method，分別量測三次(以TM1~TM3表示)的結果整理，其中，每次的量測是於同一組試片上取五點量測，再取平均值即為該次的量測結果。

參閱圖6、7，圖6是本發明第一較佳實施例(如圖2所示)，在運作時於該罩殼3的外表面量測而得的溫 度分佈結果，而圖7則是與第一較佳實施例大致相同的結構，不同處在於將散熱單元置換成片狀的石墨散熱片，在運作時於該罩殼3的外表面量測而得的溫度分佈結果。由圖6、7可知，本發明3D結構的散熱單元由於可以填補電子裝置內因為元件堆疊所產生的空隙且分別與作動元件231及罩殼3接觸，因此可將作動元件231產生的熱均勻且快速的直接導向罩殼3，所以罩殼3外表面量得的溫度較為平均，且平均溫度較低；反觀利用石墨散熱片散熱時，由於石墨散熱片為平面，無法填補元件間的堆疊空隙，且沒有與罩殼3接觸，因此，作動元件231產生的熱不易擴散且會累積於容置空間200，所以，於罩殼3外表面量得的溫度分佈不平均，且於對應產生熱源的元件位置會產生相對高溫。

綜上所述，本發明利用具有立體結構的散熱座41，填補電子裝置內因為元件堆疊所產生的空隙，還可藉由散熱座41的凹槽413與作動元件231直接接觸並增加接觸面積，因此，作動元件231於運作過程所產生的熱能可藉由散熱座41直接傳導至罩殼3而對外逸散，而可解決電子元件間的空隙/空氣斷層對整體散熱性能的影響，並可避免熱能由於空氣(間隙)熱傳導不佳與間隙的空間效應熱對流不佳，導致熱能蓄積於電子裝置內而不易排出的問題，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申 請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧基座

21‧‧‧顯示面板模組

22‧‧‧框架

23‧‧‧主機板

231‧‧‧作動元件

24‧‧‧金屬片

241‧‧‧開孔

25‧‧‧電池

26‧‧‧非金屬隔離片

200‧‧‧容置空間

3‧‧‧罩殼

4‧‧‧散熱單元

41‧‧‧散熱座

411‧‧‧前面

412‧‧‧後面

413‧‧‧凹槽

Claims (8)

1. 一種電子裝置用的散熱單元，該電子裝置包括一基座，及一配合蓋合該基座的罩殼，該基座包括一主機板，且該主機板具有至少一個於作動時會產生熱能的作動元件，該散熱單元包含：一散熱座，設置於該主機板與罩殼之間，具有一鄰近該主機板的前面及一反向於該前面的後面，該散熱座的前面具有至少一對應該至少一作動元件的凹槽，該作動元件與該凹槽的表面實質接觸，且該散熱座的至少部分後面與該罩殼實質接觸，用於將自該作動元件接收之熱能傳導至該罩殼，該散熱座是由包含一主合金材料及一輔金屬材料的合金構成，且該主合金材料包含銦、鎵、鋅，且鎵含量大於銦，以及銀、錫、鎂其中至少一者，該輔金屬材料包含銅、鈷、鎳、鉻其中至少一者。
2. 如請求項1所述的散熱單元，其中，該基座還包括一片設置於該主機板與該散熱座的前面之間的EMI屏蔽金屬片，該EMI屏蔽金屬片具有一對應該至少一作動元件的開孔，該至少一作動元件會穿過該開孔與該散熱座的凹槽的表面接觸。
3. 如請求項2所述的散熱單元，其中，該散熱座的至少部分前面與該EMI屏蔽金屬片的表面實質接觸。
4. 如請求項1所述的散熱單元，還包含至少一個設置於該EMI屏蔽金屬片與散熱座之間的導熱管。
5. 如請求項1所述的散熱單元，其中，該主合金材料還包含錫，且以該主合金材料的重量百分比為100wt%計，錫的重量百分比不大於65wt%。
6. 一種電子裝置，包含：一基座，具有一主機板，及至少一設置於該主機板上的作動元件；一配合蓋合該基座的罩殼；及一如申請專利範圍第1項所述之散熱單元。
7. 一種電子裝置，包含：一基座，具有一主機板，及多個設置於該主機板上而作動時會產生熱能的作動元件；一配合蓋合該基座的罩殼；及一散熱座，設置於該主機板與罩殼之間，而具有分別朝向該主機板及該罩殼的一前面及一後面，且該散熱座的前面與該等作動元件中的部分作動元件的表面實質接觸，該散熱座的至少部分後面與該罩殼實質接觸，用於將自各該作動元件接收之熱能傳導至該罩殼，該散熱座是由包含一主合金材料及一輔金屬材料的合金構成，該主合金材料包含銦、鎵、鋅，且鎵含量大於銦，以及銀、錫、鎂其中至少一者，該輔金屬材料包含銅、鈷、鎳、鉻其中至少一者。
8. 如請求項7所述的電子裝置，其中，該散熱座的前面具有至少一凹槽，用以與該等作動元件中的部分作動元件的表面實質接觸。