电子产品的制作方法

1.本技术涉及电子设备技术领域，具体涉及一种电子产品。


背景技术：

2.很多电子设备工作温度跨度很大，在户外使用时，往往会出现在极端温度条件下性能劣化甚至失效的问题。其原因是为了维持发热元件在合理的温度范围下工作，低温工作时需要保温而高温时需要保证良好的散热，这两者在热设计上是一对实际存在的矛盾。例如在通信领域中实现光电转换和电光转换的光模块，在面对-40℃～85℃的工业级应用时，由于激光器的工作温度范围较窄为0℃～75℃，就需要一个高温工况避免温度过高，低温工况避免温度过低的热控方案。
3.在某些细分领域中存在一些解决方案。比如电池的高低温热控，会采用一些相变或者多孔材料来实现。在光模块中，通过印刷电路板中铜线作为发热元件在低温时加热光器件；或者采用薄膜电阻在低温时对光器件加热。这些方案有的会额外增加功耗(而很多情况下产品的总功耗需要严格控制)，有的采用特殊材料，其环境要求严苛，价格也比较昂贵。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种电子产品，可以解决电子产品在极端环境温度下内部发热元件性能劣化的问题。
5.本技术实施例提供一种电子产品，包括：温度控制装置、散热元件和发热元件；所述温度控制装置包括壳体，所述壳体包括相对设置的第一外表面和第二外表面，所述第一外表面与所述发热元件相导热接触，所述第二外表面和所述散热元件相导热接触，所述壳体内侧设置有密闭空腔，所述空腔具有与所述第一外表面相对应的第一内表面以及与所述第二外表面相对应的第二内表面；传热工质，填充于所述空腔；所述发热元件具有最佳工作温度区间，当所述发热元件的工作温度高于或者等于所述最佳工作温度区间的上限值时，至少部分所述传热工质发生相变以吸收所述第一外表面的热量并将所述热量向靠近所述第二外表面方向传递。
6.可选的，所述传热工质以液态形式填充于所述空腔内；当环境温度高于所述发热元件的最佳工作温度区间的上限值时，至少部分所述传热工质由液态转变成气态。
7.可选的，当所述传热工质发生相变时，转变成气态的所述传热工质在所述第二内表面冷凝成冷凝液，所述冷凝液通过自身重力向靠近所述第一内表面的方向回流。
8.可选的，位于所述传热工质朝向所述第二内表面一面上方的所述空腔内壁上间隔开设有多个凹坑；当所述传热工质发生相变时，转变成气态的所述传热工质在所述第二内表面冷凝成冷凝液，所述冷凝液通过多个所述凹坑的毛细作用力向靠近所述第一内表面的方向回流。
9.可选的，所述壳体的至少一侧侧壁倾斜设置形成坡面，所述冷凝液通过所述坡面向靠近所述第一内表面的方向回流。
10.可选的，所述传热工质朝向所述第二内表面一面与所述第二内表面之间留有间隙。
11.可选的，所述传热工质内设置有填料；所述填料为筛网或泡沫金属。
12.可选的，所述传热工质为水、氨水或者甲醇；所述壳体的材质为铜、铝或者不锈钢。
13.可选的，所述壳体包括两端开口的中间体和两盖板，所述两盖板设置于所述中间体的两开口端以在内部限定出所述空腔，所述两盖板包括第一盖板和第二盖板，所述第一盖板具有所述第一外表面和所述第一内表面，所述第二盖板具有所述第二外表面和所述第二内表面；所述中间体的导热率小于所述盖板的导热率，或者，所述盖板与所述中间体的连接处设置有隔热层。
14.可选的，所述散热元件为散热器或散热片。
15.本技术的有益效果在于，提供一种电子产品，在电子产品的发热元件上设置温度控制装置，所述温度控制装置通过在壳体的密闭空腔内填充传热工质且传热工质设置于第一内表面，壳体的第一外表面与发热元件相导热接触，当壳体所在环境温度高于或者等于发热元件的最佳工作温度区间的上限值时，传热工质发生相变以吸收第一外表面的热量并将所吸收的热量向靠近第二内表面的方向传递以对元器件进行散热降温，进而对电子产品的元器件进行保温，所述温度控制装置价格便宜，实施方便，无需加任何主动部件和控制单元，即可随温度变化进行散热与保温的自动切换。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术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技术的一些实施例，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。
17.图1是本技术一实施例提供的电子产品的结构示意图；
18.图2是本技术一实施例提供的温度控制装置的结构示意图；
19.图2a是图2的a-a向剖视图；
20.图3是本技术一实施例提供的温度控制装置与发热元件和散热元件的组装结构示意图；
21.图4a是在环境温度高于发热元件的最佳工作温度区间的上限值时本技术一实施例提供的温度控制装置中的传热工质在空腔内的一种扩散-回流状态示意图；
22.图4b是在环境温度高于发热元件的最佳工作温度区间的上限值时本技术一实施例提供的温度控制装置中的传热工质在空腔内的另一种扩散-回流状态示意图；
23.图5a是在环境温度低于发热元件的最佳工作温度区间的下限值时本技术一实施例提供的温度控制装置中的传热工质的一种状态示意图；
24.图5b是在环境温度低于发热元件的最佳工作温度区间的下限值时本技术一实施例提供的温度控制装置中的传热工质的另一种状态示意图；
25.图6是本技术另一实施例提供的温度控制装置的结构示意图；
26.图7是本技术另一实施例提供的温度控制装置的结构示意图；
27.图8是本技术另一实施例提供的温度控制装置的结构示意图。
28.其中，图4a和图4b中的白色箭头表示气态传热工质的扩散方向，黑色箭头表示冷凝液的回流方向。
29.附图标记说明：
30.1、电子产品，11、外壳。
31.100、温度控制装置，110、110’、110”、壳体，110a、第一外表面，110b、第二外表面，111、空腔，111a、第一内表面，111b、第二内表面，112、凹坑，113、中间体，114、第一盖板，115、第二盖板，116、隔热层，120、传热工质，130、填料；
32.200、散热元件；
33.300、发热元件。
具体实施方式
34.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本技术，并不用于限制本技术。在本技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”通常是指装置实际使用或工作状态下的上和下，具体为附图中的图面方向；而“内”和“外”则是针对装置的轮廓而言的。
35.本技术提供一种电子产品，在电子产品的发热元件上设置温度控制装置，该温度控制装置的壳体的密闭空腔内填充传热工质且传热工质设置于第一内表面，壳体的第一外表面与发热元件导热接触。当壳体所在环境温度高于发热元件的最佳工作温度区间的上限值时，传热工质发生相变以吸收第一内表面的热量，快速传导与第一外表面相导热接触的发热元件的热量进行散热降温。该温度控制装置价格便宜，实施方便，无需加任何主动部件和控制单元，即可随温度变化进行散热与保温的自动切换。作为典型应用，所述温度控制装置可应用于电子产品内发热元件的保温、散热，尤其适用在户外使用的电子设备、电子产品。其中，电子产品内的然而元件包括但不限于光模块和芯片。
36.本技术一实施例中，参照图1，电子产品1包括外壳11、温度控制装置100、散热元件200和发热元件300。发热元件300设置于电子产品1的外壳11内侧，温度控制装置100设置于发热元件300上，散热元件200设置于温度控制装置100远离发热元件300一面。其中，所述发热元件300包括但不限于光模块和芯片等需要控制温度的器件。
37.参照图2和图2a，所述温度控制装置100包括：壳体110和传热工质120。所述壳体110包括相对设置的第一外表面110a和第二外表面110b，壳体110内侧设置有密闭空腔111，空腔111具有相对设置的第一内表面111a和第二内表面111b，第一内表面111a与第一外表面110a相对应，第二内表面111b与第二外表面110b相对应。其中，壳体110的形状为柱状或片状热柱，在其他实现方式中，壳体110也可选用其他形状，只要保证壳体110具有相对设置的第一外表面110a和第二外表面110b即可。所述传热工质120填充于空腔111内，具体地，传热工质120填装于空腔111内侧的第一内表面111a上，传热工质120覆盖所述第一内表面111a，壳体110的第一外表面110a与电子产品1的发热元件300的外表面导热接触。
38.具体地，温度控制装置100的壳体110的第一外表面110a与发热元件300表面接触，
壳体110的第二外表面110b可直接与外壳11内表面相接触，或者壳体110的第二外表面110b可通过散热元件200与外壳11的内表面连接，散热元件200与壳体110的第二外表面110b相导热接触，以实现对发热元件300的散热保温。
39.其中，所述传热工质120以液态形式填充于空腔111内，传热工质120为水、氨水或甲醇，传热工质120发生第一相变由液态转变成气态的第一相变温度，可根据发热元件300的工作温度范围的上限值进行确定，即，当环境温度高于或者等于发热元件的工作温度范围的上限值时，传热工质120发生第一相变。选择具体的传热工质填充于壳体110的空腔111内，例如，当发热元件300的工作温度的上限为100℃左右时，可选用沸点为100℃的水作为传热工质120填充于壳体110的空腔111内。当发热元件300的工作温度范围的上限为65℃左右时，可选用沸点为64.7℃的甲醇作为传热工质120填充于壳体110的空腔111内。当发热元件300的工作温度的上限为38℃左右时，可选择氨水作为传热工质120填充于壳体110的空腔111内。作为其他实现方式，也可选择沸点为78℃的酒精、沸点为56℃的丙酮作为传热工质120，具体视发热元件的工作温度范围而定。
40.同时，传热工质120发生第二相变由液态转变成固态的第二相变温度，可根据发热元件300的工作温度范围的下限值进行确定，即，当环境温度低于或者等于发热元件300的工作温度范围的下限值时，传热工质120发生第二相变，释放热量，以通过第一外表面110a对发热元件进行保温，使得发热元件在工作温度范围内工作。
41.其中，为保证发热元件300的工作效率，可将传热工质120发生第一相变的第一相变温度限定为发热元件300的最佳工作温度区间的上限值，即，当环境温度高于或者等于发热元件300的最佳工作温度区间的上限值时，传热工质120发生第一相变。发热元件300的最佳工作温度区间的上限值小于发热元件300的工作温度区间的上限值，发热元件300的最佳工作温度区间的下限值大于发热元件300的工作温度区间的下限值。
42.以发热元件300为光模块为例，工业级应用的光模块的工作温度区间是-40℃～85℃，但是，如果环境温度达到85℃，会影响光模块的工作效率和使用寿命，因此，光模块的最佳工作温度区间设计为0～70℃，因此，当光模块所在环境温度超过70℃时，传热工质120发生第一相变，通过第一外表面110a吸收光模块产生的热量并向远离第一外表面110a的方向传导热量，使得光模块在最佳工作温度区间内工作。
43.另外，将传热工质120发生第二相变的第二相变温度限定为低于或者等于发热元件300的最佳工作温度区间的下限值，即，当环境温度高于或者等于发热元件300的最佳工作温度区间的下限值时，传热工质120发生第二相变，例如，当光模块所在环境温度低于或者等于0℃时，传热工质120发生第二相变以释放热量，通过第一外表面110a对光模块进行保温，使得光模块在最佳工作温度区间内工作。
44.此外，由于空腔111为密闭空腔，因此在设计制造时，可通过调节空腔111内的压强，相应调节空腔111内传热工质120的沸点，进而适应不同发热元件300的不同工作温度区间、适应不同发热元件300的不同的最佳工作温度区间。以水作为传热工质120为例，当空腔111内的压强1bar时，水的沸点为100℃，即适用工作温度上限为100℃左右的发热元件300；当空腔111内的压强为0.05bar时，水的沸点约为35℃，即适用工作温度上限为35℃左右的发热元件300。在其他实现方式中，可根据传热工质120种类的不同，设计制造不同内部压强的空腔111，以满足不同发热元件300的工作温度区间需求。
45.另外，可根据传热工质120的种类不同，搭配不同材质的壳体110，以保证所述温度控制装置100的散热保温效果。例如，当选用水作为传热工质120时，搭配铜材质的壳体110。当选用氨水作为传热工质120时，搭配铝材质的壳体110。当选用甲醇作为传热工质120时，搭配不锈钢材质的壳体110。在其他实现方式中，也可根据使用需求进行传热工质120与壳体110材质的组合。
46.此外，传热工质120在空腔111内的充液率可根据温度控制装置100的负荷或散热能力确定，例如以水作为传热工质，充液率为20％～50％，所述充液率即传热工质120的体积与空腔111容积的比值，充液率需要小于100％，即要在传热工质120的液面(朝向第二内表面111b)一面与第二内表面111b之间留有间隙，以保证液态传热工质蒸发相变成气态传热工质后气态传热工质的扩散空间。而在环境温度较低时，传热工质120的液面与第二内表面111b之间留有间隙，也可在一定程度上阻断了传热工质120与第二内表面111b之间的热传导，形成对传热工质120对热量传递的阻断，利于发热元件300的保温，便于发热元件300与第一外表面110a的接触面的温度的回升。
47.在其他实现方式中，传热工质120在空腔111内的充液率最高可高达100％，即传热工质120填满整个空腔111，这种填充方式，在传热工质120发生第一相变时，使得气态传热工质没有扩散空间，影响热传递效果，但传热工质120依然可发生第一相变已进行吸热，因此可根据实际使用需求进行选择。
48.所述温度控制装置100的使用方式如图3所示，在使用时，将温度控制装置100设置于发热元件300和散热元件200之间，壳体110的第一外表面110a作为吸热面与发热元件300表面相接触，第二外表面110b作为换热面与散热元件200相接触。其中，所述散热元件200为散热器或散热片。
49.可通过化学清洗、机械加工、传热工质填充、真空处理等工序制作出符合设计的温度控制装置100。通过直接或间接的方式连接温度控制装置100与散热元件200，控制装置100的第二外表面110b与散热元件200之间的连接方式包括但不限于焊接、硬接触、通过tim(硅胶)或液体金属等介质连接。温度控制装置100的第一外表面110a可以直接连接至发热元件300，例如芯片或其它需要控温的发热元件。
50.以水作为传热工质120、空腔111内部压强为1bar、壳体110材质为铜、传热工质120的充液率为20％～50％为例，对本实施例所提供的温度控制装置100的散热保温原理做出如下说明：
51.1)在正常工作状态下(或者说在发热元件300的工作温度区间内)，参照图2，传热工质120(水)以液态形式设置于空腔111内侧的第一内表面111a上；
52.2)当环境温度超出发热元件300的最佳工作温度区间的最高值时，需要对发热元件300进行散热，所示温度控制装置100处于“开启”状态，参照图4a，空腔111内的部分传热工质120(水)发生第一相变由液态转变成气态传热工质(形成水蒸气)以吸收与第一外表面110a相对应的发热元件300表面的热量，以保证发热元件300的温度不超出工作温度区间。气态传热工质(水蒸气)如图4a或图4b中白色箭头所示方向向靠近第二内表面111b的方向扩散以将吸收的热量传导至第二内表面111b，气态传热工质(水蒸气)在第二内表面111b与散热元件200发生热交换以将吸收的热量传导至散热元件200，气态传热工质(水蒸气)转变成冷凝液(冷凝水)，在本实施例中，如图4a中黑色箭头所示，冷凝液(冷凝水)依靠自身重力
向靠近第一内表面111a的方向回流(回落)至未相变成气态传热工质(水蒸气)的传热工质120内。
53.在其他实现方式中，参照图4b，所述空腔111内壁上间隔开设有多个凹坑112，具体地，在位于所述传热工质120朝向所述第二内表面111b一面上方的所述空腔111内壁上间隔开设有多个凹坑112，凹坑112的内表面为弧面，如图4b中的黑色箭头所示，冷凝液(冷凝水)凭借多个凹坑112形成的毛细作用力，沿空腔111内壁向靠近第一内表面111a的方向回流至未相变成气态传热工质(水蒸气)的传热工质120内。毛细作用的原理是势能最小原理，附着层的液体分子(即冷凝液)有伸展的趋势。
54.如此，温度控制装置100在“开启”状态下，通过传热工质120在空腔111内的蒸发-冷凝相变转换的循环往复，实现对发热元件300表面热量的迅速传导，起到散热作用，而由于气态传热工质是向第二内表面111b方向扩散，其法向(图4a和图4b中白箭头所示方向)的等效导热系数可达10000w/(m
·
k)以上，散热效果明显，避免发热元件300因环境温度超出工作温度区间最大值导致的超温烧毁风险。
55.3)当环境温度低于或者等于发热元件300的最佳工作温度区间的最低值时，需要对发热元件300进行保温，所述温度控制装置100处于“关闭”状态，参照图5a，传热工质120(水)以液态形式设置于第一内表面111a上，传热工质120不发生相变，无相变换热，等效导热系数小于1w/(m
·
k)，此时的传热工质120与壳体110的第一外表面110a配合形成一保温层，具有良好的隔热保温作用，使得发热元件300得以保持合适的温度，避免低温时发热元件300性能劣化。而当环境温度过低时，或者说当环境温度超出发热元件300的最佳工作温度区间的最低值很多时，至少部分传热工质120则会发生第二相变由液态转变成固态，以固态形式设置于第一内表面111a上，例如当环境温度低于0℃时，水会以冰的形式设置于第一内表面111a上，传热工质120会释放一定热量，使得所属温度控制装置100在“关闭”状态下对发热元件300进行保温，进而使得发热元件300得以保持合适的温度，避免低温时发热元件300性能劣化；当环境温度为0℃时，部分传热工质120转变成冰，部分传热工质120保持水的状态，形成冰水混合物，对发热元件300进行保温。
56.因此，所述温度控制装置100不需要任何主动控制单元，温度控制装置100会根据工作环境温度实现自动开启和自动关闭的功能，无功耗损失同时兼顾高温散热能力和低温保温能力。
57.在其他实现方式中，可根据发热元件300的工作温度区间、发热元件300的热源功耗、散热面积及发热元件300与散热元件200之间的空间尺寸，计算确定所述温度控制装置100的壳体110材料、传热工质120类型、传热工质120在空腔111内的充液率及壳体110的外形尺寸，例如发热元件300的工作温度区间为-40℃～85℃，发热元件300的功耗在3w，发热元件300的散热面积为8*8mm2，发热元件300与散热元件200之间的空间高度为5mm，则确定采用甲醇作为传热工质120，壳体110的材质为不锈钢，充液率为20％，壳体110为底面直径10mm、高度3mm的圆柱。
58.在本技术另一实施例中，参照图6，所述温度控制装置100还包括填料130，所述填料130设置于传热工质120内，所述填料130为筛网或泡沫金属。温度控制装置100的壳体110在尺寸较小的情况(实际上电子产品所能提供的空间往往是有限的，导致壳体110尺寸较小)下，内部传热工质120填充量受限，传热工质120会受到沸腾极限的影响(例如水在1bar
下的沸腾极限为100℃)，有可能会低于发热元件300的最佳工作温度区间的上限值，为保证温度控制装置100在高温时能正常“开启”，在传热工质120内添加了填料130，从而提升传热工质120的沸腾极限，提升温度控制装置100的负荷能力，例如以水为传热工质120，添加筛网或者泡沫金属，则水的沸腾极限及负荷能力能提高100％以上。而且，填料130的添加，并不影响温度控制装置100在低温“关闭”状态下的保温隔热效果。
59.此外，参照图7，所述温度控制装置100的壳体110’为分体式结构，壳体110’包括中间体113和设置于中间体113两端的第一盖板114和第二盖板115，中间体113为两端开口的管体，一开口端设置第一盖板114，另一开口端设置第二盖板115，第一盖板114、中间体113以及第二盖板115依次连接在内部限定出空腔111，第一盖板114的一面为第一外表面110a、另一面为第一内表面111a，第二盖板115的一面为第二外表面110b、另一面为第二内表面111b，传热工质120设置于第一盖板114上。
60.第一盖板114和第二盖板115的材质为铜、铝或不锈钢，形成中间体113的材质的导热率低于第一盖板114和第二盖板115，从而使得发热元件300产生的热量，会优先从第一盖板114、传热工质120和第二盖板115传导至散热元件200，提升所述温度控制装置100的散热效果。为进一步提升温度控制装置100的散热效果，在第一盖板114与中间体113的相接处、在第二盖板115与中间体113的相接处分别设置隔热层116，例如垫圈或密封圈，使得第一盖板114与中间体113之间形成热隔断，第二盖板115与中间体113之间形成热隔断，使得发热元件300产生的热量，从第一盖板114、传热工质120和第二盖板115传导至散热元件200。
61.另外，参照图8，所述温度控制装置100的壳体110”的至少一侧侧壁倾斜设置，形成坡面结构，即，第一内表面111a在第二内表面111b的正投影落在第二内表面111b内，坡面的结构设计，便于冷凝液向靠近第一内表面111a的方向回流，提升回流速度，进而提升热交换效果，提高散热效率。所述壳体110”可以设计成一体式结构，也可设计成分体式结构，保证空腔111的密闭即可。
62.以上对本技术实施例所提供的一种电子产品进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。