散热复合物及其使用的制作方法
【专利摘要】本发明揭示一种用于降低电子装置的外部表面温度的多层散热复合物。所述散热复合物包括反射组分以及具有各向异性性质的组分。所述散热复合物进一步包括黏接剂。一些实施例还提供用于降低电子装置的外部表面温度的方法。
【专利说明】散热复合物及其使用
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]本申请案主张于2012年7月9日申请的第61/669，140号美国临时专利申请案的优先权，所述临时专利申请案的全部内容以引用方式并入本文。
【技术领域】
[0003]无
【背景技术】
[0004]小型手持式个人电子装置(诸如蜂窝电话、电子阅读器及其它此类装置)的操作所导致的过量热产生正随着此类装置的大小不断缩小同时其性能且因而热输出不断增长而成为挑战性日益增大的问题。由内部电子组件所产生的热可在此类装置的外表面上引发高的外部表面温度并造成使用者的不适感，诸如在人体的膝盖或手掌处的不适感。此类不适感会引发顾客抱怨、保修申请以及市场声誉的受损。因而，对于此类产品的研发所涉及的设计师和工程师来说，此类装置中所密封的电子封闭体的热管理呈现出日益增大的挑战。
【发明内容】
[0005]一示范性实施例提供用于电子封闭体的更好的散热装置，以辅助降低此类装置的内部组件的过热以及因此其伴随的外部表面温度。
[0006]一些实施例是针对一种包括散热复合物的装置，所述散热复合物使用两种或两种以上的散热机制以增强散热并降低电子装置的外部表面温度。一些实施例的复合物可应用于各种电子装置中，诸如计算机、蜂窝式电话、LCD或LED显示面板、结合印刷电路板(PCB)使用的LED灯、IXD背光单元(BLU)及其类似者。
[0007]在一个实施例中，所述装置包括散热复合物，所述散热复合物包括经配置以反射热或热能的反射膜以及各向异性组件，其中所述反射膜形成所述复合物的外部主表面边界。在另一实施例中，所述装置包括散热复合物，所述散热复合物包括经配置以反射热能的反射膜、金属层以及石墨薄片，其中所述金属层插入于所述反射膜与所述石墨薄片之间。
[0008]所述散热复合物为多层结构，其包括:热反射膜，所述热反射膜具有至少70%的反射率；电镀金属层，所述电镀金属层选自铜、镍、铬、金、银、锡、钼，或其组合；柔性片状剥落石墨薄片；以及一种或一种以上黏接剂，其中所述电镀金属层插入于所述黏接剂与所述石墨薄片之间，所述黏接剂插入于所述反射膜与所述电镀金属层之间。
[0009]在另一实施例中，所述装置包括:用于管理热能的构件，所述构件包括用于反射热能的构件；以及具有各向异性性质的用于散热的构件。
[0010]实施例还针对使用所述散热复合物来散热并降低电子装置的外部表面温度的方法。所述方法包含以下步骤:
[0011](a)将散热复合物放置成与热源传热连通(即，直接物理接触或间接接触，其中存在间隙或插入层);[0012](b)将热从所述热源传递至所述散热复合物；
[0013](C)将从所述热源传递的热中的一部分反射到周围空气中，而不通过所述散热复合物；以及
[0014](d)使从所述热源传递的热中的一部分通过所述散热复合物的平面方向(即X-Y平面)耗散。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]通过参考附图，一些实施例的其它益处将在所述实施例的以下详细描述中变得明了，其中:
[0016]图1示意性地说明装置的壳体以及散热复合物I的一个实施例的截面图。所述散热复合物I包括反射膜2、金属层3以及石墨薄片4。
[0017]图2示意性地说明装置的壳体以及散热复合物I的另一实施例的截面图。所述散热复合物I包括以下层:反射膜2、黏接剂6、金属层3以及石墨薄片4。
[0018]图3示意性地说明装置的壳体以及散热复合物I的另一实施例的截面图。所述散热复合物包括以下层:反射膜2、金属层3、石墨薄片4以及黏接剂6。
[0019]图4示意性地说明装置的壳体以及散热复合物I的另一实施例的截面图。所述散热复合物I包括以下层:反射膜2、黏接剂6、金属层3、黏接剂6以及石墨薄片4。
[0020]图5示意性地说明装置的壳体以及散热复合物I的另一实施例的截面图。所述散热复合物I包括以下层:反射膜2、金属层3以及绝缘膜5。
[0021]图6示意性地说明装置的壳体以及散热复合物I的另一实施例的截面图。所述散热复合物I包括以下层:反射膜2、黏接剂6、金属层3以及绝缘膜5。
[0022]图7示意性地说明装置的壳体以及散热复合物I的另一实施例的截面图。所述散热复合物I包括以下层:反射膜2、金属层3、绝缘膜5以及黏接剂6。
[0023]图8示意性地说明装置的壳体以及散热复合物I的另一实施例的截面图。所述散热复合物I包括以下层:反射膜2、黏接剂6、金属层3、绝缘膜5以及黏接剂6。
[0024]图9示意性地说明图1中的散热复合物I的散热路径。
[0025]图10示意性地说明图5中的散热复合物I的散热路径。
[0026]图11示意性地说明在工作实例中的膝上型计算机中的散热装置。
【具体实施方式】
[0027]定义
[0028]如在上文以及整个揭示内容中所使用，除非另有指示，否则以下术语应被理解为具有以下含义。
[0029]如在本文中所使用，单数形式“一”及“所述”包含数个参考物，除非上下文另有清晰指示。
[0030]如在本文中所使用，术语“约”在涉及例如厚度等可测量的值时，意欲涵盖相对于所指出值的土 10%、±5%、土 1%和/或±0.1%的变化，因为此类变化对于反射膜的厚度来说是适当的，除非另有指定。如在本文中所使用，术语“约”在涉及范围时，意欲涵盖所述范围相对于所指定值的差异在±10%、±5%、±1%和/或±0.1%以内的变化。[0031]散热复合物
[0032]示范性散热复合物包括各向异性组分以及反射性组分，所述各向异性组分在平面方向(例如，在例如图1中所说明的χ-y方向中)中的导热性高于在穿透方向(throughdirection)(例如，在例如图1中所说明的z方向中)中的导热性，所述反射性组分将热反射到周围环境。所述反射膜具有至少70%的反射率，所述反射率是使用D65光源(6500K)通过CIR l*a*b*而测得。因此，至少一些实施例中的散热复合物在散热上比石墨薄片或单独的反射膜更有效率。在一示范性实施例中，所述反射性组分具有至少约75%、80%、85%、90%、95%和/或更大的反射率。
[0033]在一不范性实施例中，所述反射性组分反射入射福射中的约50%、5 5%、60%、6 5%、70%、75%、80%、85%、90%、95% 或更多。
[0034]在一组实施例中，所述散热复合物的各向异性组分为石墨。在另一组实施例中，所述散热复合物的各向异性组分包括金属层以及绝缘膜。在又一组实施例中，所述散热复合物的各向异性组分包括金属层以及绝缘膜，且无石墨。
[0035]在一组实施例中，所述散热复合物包括经配置以反射热能的反射膜以及石墨薄片，实质上不含热塑性聚酯发泡材料。在另一实施例中，所述散热复合物基本上由反射膜、金属层以及石墨薄片组成。
[0036]在一示范性实施例中，所述散热复合物进一步包括金属层，如在图1至4中所说明，其中散热复合物I包括放置成彼此相邻的反射膜2、金属层3以及石墨薄片4。
[0037]在一实施例中，根据美国公开案第2010/0243230号中所揭不的方法,金属层3电镀至石墨薄片4上，所述公开案的与电镀有关的教示的全文以引用方式并入本文。在一示范性实施例中，用酸溶液或等离子体溶液在大气压下清洗石墨薄片4，然后将金属电镀于石墨薄片4上。在另一实施例中，使用双面黏接剂或其它构件将金属层3黏接至石墨薄片4。在一示范性实施例中，所述金属层与所述石墨薄片层的主表面中的一者直接物理接触，并且并不覆盖所述石墨薄片的边缘中的任一者。金属层3防止石墨薄片4的剥落并为其提供刚性。
[0038]在另一组实施例中，所述散热复合物包括放置成彼此相邻的反射膜2、金属层3以及绝缘膜5。(见图5至8。)通过以此方式形成所述散热复合物，通过将高导热性材料(金属)与低导热性材料(绝缘膜)并置而实现各向异性导热性。
[0039]在另一实施例中，散热复合物I进一步包括黏接剂6或其它构件用于将反射膜黏接至金属层(例如，如在图2、图4、图6以及图8中)。在另一实施例中，所述反射膜与所述金属层直接物理接触，不存在任何插入的黏接剂(例如，如在图1、图3、图5以及图7中)。
[0040]在一示范性实施例中，所述绝缘膜与所述金属层的主表面中的一者直接物理接触，并且并不覆盖所述金属层的边缘中的任一者。
[0041]散热复合物I被使用黏接剂6黏接至电子装置的壳体(例如，如在图3、图4、图7以及图8中)，或者与电子装置的壳体直接物理接触(例如，如在图1、图2、图5以及图6中)。
[0042]在一个实施例中，相对于无散热复合物的情况，散热复合物I将电子装置的外部表面温度降低约7.5°C至约20°C。在另一实施例中，相对于无散热复合物的情况，散热复合物I将电子装置的外部表面温度降低约8°C、9°C、10°C、11°C、12°C、13°C、14°C、15°C、16°C、
17。。、18。。或 19。。。[0043]反射膜
[0044]在一些实施例中所使用的反射膜将热辐射衰减。如在图9中所示，来自热源100的热射向反射膜2 (路径A)。反射膜2将来自热源的热中的一部分反射到周围环境(路径B)。此减少通过所述复合物的热量，并且因此减少到达装置的壳体的热量。
[0045]在一示范性实施例中，本文中所详述的性能特性与对应于电磁波谱中的红外线部分的热辐射/热能相关。在一示范性实施例中，本文中所详述的性能特性与对应于具有大于约750nm和/或介于约750nm至约Imm之间的波长的福射的热福射/热能相关。
[0046]反射膜包括具有反射层的基底材料。保护层任选地安置在反射涂层上以避免所述反射涂层的氧化。
[0047]所述基底材料可为玻璃、塑料或诸如铝的金属。可使用广泛的各种反射层作为反射膜。在至少一些实施例中适用的反射涂层的实例包含但不限于铟、锡、金、钼、锌、银、铜、钛、铅、金与铍的合金、金与锗的合金、镍、铅与锡的合金以及金与锌的合金。在一示范性实施例中，所述反射涂层由银制成。在另一示范性实施例中，所述反射涂层实质上不含任何光纤。
[0048]所述保护层可包括抗氧化剂，诸如金属氧化物、硅氧化物、金属氮化物、硅氮化物以及其它合适的抗氧化剂。
[0049]在一些实施例中，所述反射膜可具有至少70%的反射率，如使用D65光源(6500K)通过CIR l*a*b*所测得和/或如本文中以其它方式所详述的反射率，且厚度为约0.05mm至约0.5_。
[0050]所述反射膜直接面对热源，即在所述反射膜与所述热源之间不存在任何插入层。
[0051]石墨薄片
[0052]在所述散热复合物中的石墨薄片可从天然的、合成的或热解石墨颗粒来制备。在至少一些实施例中所使用的天然石墨的实例包含但不限于柔性片状剥落石墨(通过用插入到石墨的晶体结构中的物质来处理天然的片状石墨而制得)。所述石墨薄片的导热性为各向异性的，即，在平行于柔性石墨薄片的主面的方向是是高的(平面中导热性)，而在垂直于所述石墨薄片的主表面的方向上实质上较低(穿透平面导热性)。在一示范性实施例中，被定义为平面中导热性与穿透平面导热性的比率的石墨薄片的各向异性比率介于约2至约800之间。所述石墨薄片可为约0.0lmm至约0.5mm。
[0053]金属层
[0054]在一些实施例中，金属层3在性质上是各向异性的，即其在穿透方向(例如，在例如图1中所说明的z方向中)的导热性高于在平面中方向的导热性(例如，在例如图1中所说明的x-y方向中)。金属层3选自由铜、镍、铬、金、银、锡、钼及其组合所组成的群组。在一些实施例中，金属层3的厚度不小于约I μ m。
[0055]在一些实施例中，金属层3包含两个金属膜，其中厚度范围从8 μ m至10 μ m的铜膜形成于石墨薄片4上，且厚度范围从2 μ m至5 μ m的镍膜形成于所述铜膜上。
[0056]绝缘膜
[0057]用于绝缘膜5的适宜材料包含但不限于树脂、聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯或PET)以及聚酰亚胺材料。示范性材料为PET，其厚度为约0.0Olmm至约0.05mm。可使用所属领域中所知的各种方法来将所述绝缘膜施加到金属层上，诸如通过使用热层压工艺来涂布，或者通过黏接。
[0058]黏接剂
[0059]黏接剂6安置在反射膜2与金属层3之间，和/或安置在散热复合物与电子装置的壳体或散热片之间。所述黏接剂为双面黏接剂胶带，包含压敏黏接剂涂层以及离型衬垫。所述黏接剂的厚度为约0.005_至约0.05_。在至少一些实施例中适用的适宜黏接剂的实例包含但不限于3M6T16黏接剂以及3M6602黏接剂，两者均可从美国的3M公司购得。在一个示范性实施例中，折射率高于约1.30。
[0060]散热的方法
[0061]图9说明散热复合物的传热路径以及降低电子装置的外部表面7温度的示范性方法。在此方法中，散热复合物I放置成与电子装置100的热源直接物理接触或间接接触；然后，来自热源100的热传递到所述散热复合物(路径A)，其中所述热中的一部分被反射到周围空气(路径B);并且剩余的热行进穿过反射层2以及金属层3的厚度(路径C)，然后会在各向异性石墨薄片4的平面方向中散布(路径D)。
[0062]图10说明散热复合物的另一传热路径以及降低电子装置的外部表面温度的方法。在此方法中，散热复合物I被放置成与电子装置100的热源直接物理接触或间接接触。热从热源100传递到散热复合物(路径A)，其中所述热中的一部分被反射到周围空气(路径B);并且剩余的热行进穿过反射层2的厚度并且然后在金属层3的平面方向(即x-y方向)中散布。
[0063]通过将金属层3与绝缘层5并置，形成各向异性复合物，藉此所述热可在金属层3的平面方向中散布。
[0064]在执行上述方法的一些例子中，可能有较少的热被传递到散热复合物1，因为反射膜2将所述热中的一部分从复合物I反射掉(路径B)。被反射的热然后通过辐射而耗散在周围空气中。此外，较少的热到达电子装置的外部表面，因为热通过各向异性复合物散布开(路径D及E)。与更常规的方法相比，通过使用各种冷却机制，至少一些实施例的散热复合物可增加散热并降低电子装置的外部表面温度。
[0065]以下实例进一步说明一些实施例。这些实例仅仅既定为说明性的，而不应被理解为限制性的。
[0066]实例1:使用所述散热复合物的热模型化研究
[0067]为此项研究而将膝上型计算机模型化，并使用三种类型的散热装置:反射膜(Toray E6ZA100,可购自日本东丽公司(Toray, Japan))、电镀有金属层的柔性石墨薄片(柔性石墨薄片+金属)，以及散热复合物(反射膜+金属+柔性石墨薄片)。图11说明为此项研究而在膝上型计算机内放置散热装置。在此项研究中，热源包括大小为约IOmm(长度)XlOmm(宽度)XlOmm(高度)以及40mm(长度)X40mm(宽度)X20mm(高度)的铜板以及加热器(King I Electric Heaters Co, Ltd, Φ6.3/110V/200W)。
[0068]所述散热装置为约IOOmmX IOOmm的大小，并且插入在所述热源与所述膝上型计算机的塑料壳体之间。所述研究是在室温(25°C)下进行的。
[0069]在开始所述研究之前，将加热器预热至80°C。使用温度计(来自台湾路昌(Lutron)的型号TM-946)对所述膝上型计算机壳体的外部表面温度每30秒测量一次，如此操作10分钟。所述温度是在图11中的“表面温度”点处测得的。[0070]研究结果概述于表1中。在不具有任何散热装置的群组中最大记录外部表面温度为71.3°C，在反射膜群组中为69.8°C，在石墨薄片+金属层群组中为67.9°C，而对于所述散热复合物则为52.3°C。使用在不具有任何散热装置的群组中的最大外部表面温度来作为参考，反射膜将外部表面温度降低了 1.5°C，石墨薄片+金属层将外部表面温度降低了 3.4°C,而根据此实施例的散热装置将外部表面温度降低了 19.(TC。
[0071]结果表明，与单独使用反射膜或单独使用石墨薄片相比，根据此实施例的散热复合物在电子装置的散热方面更有效率。
[0072]表1.使用三种不同散热装置的电子装置的外部表面温度。
[0073]
[0074]
【权利要求】
1.一种装置，包括: 散热复合物，包括: 反射膜，所述反射膜经配置以用于反射热能；以及 石墨薄片，其中 所述反射膜形成所述复合物的外部主表面边界。
2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括金属层，其中所述金属层插入于所述反射膜与所述石墨薄片之间。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述金属层被电镀至所述石墨薄片上。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述绝缘膜与所述散热复合物的所述石墨薄片或另一薄片中的一者直接物理接触，其中所述反射膜并不覆盖所述反射膜所接触的所述薄片的边缘中的任一者。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述反射膜具有至少70%的反射率。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述石墨薄片为柔性片状剥落石墨。
7.一种装置，包括: 散热复合物，包括: 反射膜，所述反射膜经配置以用于反射热能； 金属层；以及 绝缘膜， 其中所述金属层插入于所述反射膜与所述绝缘膜之间。
8.根据权利要求7所述的散热复合物，其特征在于所述复合物中无石墨。
9.根据权利要求7所述的散热复合物，其特征在于所述反射膜形成所述复合物的外部主表面边界。
10.根据权利要求7所述的散热复合物，进一步包括石墨薄片。
11.根据权利要求7所述的散热复合物，进一步包括黏接剂。
12.根据权利要求7所述的散热复合物，其特征在于所述反射膜具有至少70%的反射率。
13.一种装置，包括: 散热复合物，包括: 反射膜，所述反射膜经配置以用于反射热能； 金属层；以及 石墨薄片，其中 所述金属层插入于所述反射膜与所述石墨薄片之间，并且所述反射膜形成所述复合物的外部主表面边界。
14.根据权利要求13所述的装置，其进一步包括一种或一种以上黏接剂。
15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于所述金属层被电镀至所述石墨薄片。
16.一种装置,包括: 用于管理热能的构件，包括: 用于反射热能的构件；以及 具有各向异性性质的用于散热的构件。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于所述具有各向异性性质的用于散热的构件为石墨薄片。
18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于所述具有所述各向异性性质的用于散热的构件是通过金属层与绝缘层的并置来形成。
19.根据权利要求16所述的装置，其特征在于所述用于反射热的构件为反射膜。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于所述反射膜具有至少70%的反射率。
21.—种方法,包括: 降低电子装置的外部表面温度，其包括以下动作: Ca)将散热复合物放置成与热源传热连通； (b)将热从所述热源传递至所述散热复合物； (C)将从所述热源传递的所述热中的一部分反射到周围空气中，而不通过所述散热复合物；以及 (d)使从所述热源传递的所述热中的一部分通过所述散热复合物的平面方向耗散。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于: 所述将从所述热源传递的所述热中的一部分反射到周围空气中的动作是使用具有至少70%反射率的反射膜来执行的。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于: 所述散热复合物包括: 反射膜，所述反射膜经配置以用于反射热能；以及 石墨薄片，其中所述反射膜形成所述复合物的外部主表面边界。
24.根据权利要求21所述的方法，其特征在于: 所述散热复合物包括: 反射膜，所述反射膜经配置以用于反射热能； 金属层；以及 绝缘膜， 其中所述金属层插入于所述反射膜与所述绝缘膜之间，并且所述反射膜形成所述复合物的外部主表面边界。
【文档编号】H05K7/20GK103547121SQ201310286527
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年7月9日 优先权日:2012年7月9日
【发明者】陈科君, 林秋郎 申请人:华宏新技股份有限公司