用于电子设备的散热件、制备方法和电子设备与流程

文档序号:19415741发布日期:2019-12-14 00:54阅读:169来源:国知局
本申请涉及电子领域,具体地,涉及用于电子设备的散热件、制备方法和电子设备。
背景技术
::随着用户对电子设备性能要求的提升,电子设备的功耗逐渐增大,散热性能也随之成为了影响电子设备综合性能的重要参数。散热主要有传导、对流和热辐射三种方式。自然散热的电子设备主要采用传导和辐射解决过热问题。具体地,电子设备中的主要发热器件一般采用热扩散材料(如铜箔、石墨、石墨烯等)进行均热,以降低发热器件表明的温度,同时将热量以热辐射的方式向外壳一侧传递,并通过外壳将热量传递至环境中。然而,目前用于电子设备的散热件、制备方法和电子设备仍有待改进。技术实现要素:本申请旨在至少一定程度上缓解或解决上述提及问题中至少一个。在本申请的一个方面,本申请提出了一种用于电子设备的散热件。该散热件包括:石墨层;以及金属层,所述金属层位于所述石墨层上且所述金属层在远离所述石墨层一侧的表面上具有微结构,所述散热件的红外热辐射在波长为8微米以下的辐射率高于0.6。由此,该散热件可以在保证将热量从热源处快速向外热传导的同时对外进行辐射,且热辐射的主要能量不被外壳吸收,进而可以防止散热件热辐射出的热量在外壳处集中,从而可以缓解外壳局部过热的问题,提高利用该散热件的电子设备的散热性能。在本申请的另一方面,本申请提出了一种制备用于电子设备的散热件的方法,该方法包括:提供石墨层;在所述石墨层上形成金属层,所述金属层在远离所述石墨层一侧的表面上具有微结构,所述方法包括控制所述微结构的形状,以令所述散热件的红外热辐射在波长为8微米以下的辐射率高于0.6。由此,可以简便地获得散热件,且该散热件可以在保证将热量从热源处快速向外热传导的同时对外进行辐射,且热辐射的主要能量不被外壳吸收,进而可以防止散热件热辐射出的热量在外壳处集中,从而可以缓解外壳局部过热的问题,提高利用该散热件的电子设备的散热性能。在本发明的又一方面,本发明提出了一种电子设备,该电子设备包括:壳体,所述壳体限定出容纳空间;前面所述的散热件,所述散热件位于所述容纳空间内部,且所述散热件的石墨层一侧靠近所述电子设备内部的热源设置。由此,该电子设备具有较好的散热性能,可缓解甚至解决在使用过程中壳体出现局部过热的现象。附图说明本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:图1显示了根据本申请一个示例的散热件的结构示意图;图2显示了图1中部分区域的放大示意图;图3显示了根据本申请一个示例的散热件的部分结构示意图;图4显示了根据本申请另一个示例的散热件的部分结构示意图;图5显示了根据本申请一个示例的制备散热件的方法的流程示意图;图6显示了根据本申请一个示例的电子设备的结构示意图;图7显示了根据本申请一个示例的电子设备的部分结构示意图;图8显示了根据本申请一个示例的外壳的红外反射率的测试结果;图9显示了根据本申请的一个示例和对比例的辐射图谱。附图标记说明:1000:散热件;100:石墨层;200:金属层;21:微腔;210:铜亚层;300:感光树脂;310:微腔掩膜;320:曝光掩膜;2000:壳体;3000:热源。具体实施方式下面详细描述本申请的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。在本申请的一个方面,本申请提出了一种用于电子设备的散热件。参考图1,该散热件1000包括:石墨层100以及金属层200。金属层200位于石墨层100上,在远离石墨层100一侧的表面上具有微结构。散热件1000的红外热辐射在波长为8微米以下的辐射率高于0.6。由此,该散热件可以在保证将热量从热源处快速向外热传导的同时对外进行辐射,且热辐射的主要能量不被外壳吸收,进而可以防止散热件热辐射出的热量在外壳处集中,从而可以缓解外壳局部过热的问题,提高利用该散热件的电子设备的散热性能。为了方便理解,下面首先对根据本申请的散热件可实现上述有益效果的原理进行简单说明:目前的电子设备,特别是以玻璃、复合板材等材料为壳体的电子设备,普遍存在外壳局部区域容易在使用过程中出现过热的现象。发明人发现,这主要是由于散热件的材料和结构不够合理而导致的。具体地:热红外辐射为波长范围为3~15μm的电磁波,不同外壳材料吸收电磁波的频段和强度不同。如前所述,目前电子设备的散热主要是通过将热量以热辐射的方式传递至外壳一侧并最终传递至环境中实现散热的,因此当外壳由导热系数相对较低(低于散热件)的玻璃或是聚合物等符合板材形成时,散热件通过热辐射传递至外壳的热量不能够快速的传递至环境中,导致外壳部分出现局部过热的现象,进而一方面影响用户的使用体验,另一方面将降低外壳的使用寿命。而玻璃、聚合物等材料形成的壳体的主要热辐射吸收波长在8微米左右,因此如果散热件辐射的热量中的大部分被玻璃等材料吸收,而玻璃等材料的散热性能又较差,则容易导致壳体的局部(靠近热源或散热件的部分)发生过热的现象。发明人发现,如要获得较好的散热效果,则散热件首先需要具有较高的导热系数,能够较快地将热点消除。其次,需要调节散热件的热辐射率(或称为发射率),以保证散热件发射的热辐射中的主要热量能够不被外壳吸收,特别是不被由散热性能稍差的材料形成的外壳吸收,而是能够透过外壳传递至环境中。由此,本申请通过采用导热系数高的石墨层100,实现热点的快速消除。同时利用金属层200远离石墨层100一侧的微结构,实现热辐射波长的选择性调节,使得散热件热辐射的波长对应于外壳的热辐射率低,从而实现快速热传导的同时将热对外辐射,以在热源和外壳表面取得良好的降温效果。根据本申请的一些示例,石墨层100的材料不受特别限制。只要能够实现将热源的热量快速地传导即可。例如,具体地,可以选择令石墨层100的导热系数大于1000w/k.m。由此,可提高该散热件的降温效果。具体地可以采用合成石墨形成石墨层100,石墨层100的厚度为15-150微米,具体地可以为17微米,25微米,32微米,40微米,70微米,或者为70-140微米,例如可以为75-120微米,80-100微米等,石墨层100的厚度还可以落在上述数值中任意两个端点值所组成的范围内。根据本申请的一些示例,微结构的具体结构不受特别限制,只要为周期性排布的、具有调节散热件热辐射波长选择性调节功能即可。即:可以将散热件1000热辐射的中心波长(热辐射中能量较高的波峰所在的波长范围)调节至外壳能够吸收的波长范围之外。具体而言,多数玻璃以及复合板材(如基于pmma、pa、pc等材料)的主要红外热辐射吸收波长集中在8微米左右。因此只要微结构可以将散热件1000的热辐射的中心波长调节至8微米以下即可。具体而言,可以将散热件1000的红外热辐射在波长为8微米以下的辐射率调节至高于0.6。由此,该散热件1000的主要红外热辐射可以集中在8微米以下,进而不被散热性能较差的外壳吸收,而是可以透过外壳直接辐射至环境中,以实现散热。此处需要特别说明的是,根据本发明的散热件1000不仅仅适用于采用玻璃、复合板材等材料为壳体的电子设备,当采用金属材料为外壳时,也可以采用根据本申请的散热件提高散热性能:由于根据本申请的散热件具有较好的导热性能,因此可以快速地将热点处的热量向外传递。而金属等材料的散热性能比玻璃或聚合物材料好,因此散热件1000在将热点的能力向外进行热辐射时,只要避免热量不被散热性能较差的材料吸收即可。根据本申请的一些具体示例,微结构可以为周期性排布的多个微腔21,即多个规则排布的、自金属层一侧向石墨层一侧延伸的凹坑。微腔21的深度小于金属层200的厚度,即:微腔21不贯穿金属层200。通过对微腔21的尺寸以及排布进行设计,可以调节散热件1000的热辐射波长。具体地,参考图2(图1中虚线区域的放大图),可令微结构的开口比可以为0.4~0.7,即微腔周期δ、微腔宽度a满足a/δ=(0.4~0.7),微腔体的纵横比可以为2~4,即微腔宽度a以及微腔深度d满足d/a=(2~4)。其中,微腔周期δ为微腔的宽度a以及相邻的两个微腔21之间距离之和。发明人发现,开口比的大小影响散热件的辐射波长,将开口比控制在0.4~0.7之间,可保证散热件的热辐射中心波长小于8微米,例如小于6微米。微腔的纵横比影响辐射的强度,纵横比过小则难以保持中心波长的辐射强度较大,从而不能够有效地将热量通过热辐射的方式传递出去。而纵横比过大,则在工艺上难以实现,将大幅提高制备该散热件1000的成本。当开口比和纵横比在上述范围内时,微结构可将该散热件1000的强辐射波长调节至8微米以下,甚至调节至6微米以下,并维持该部分热辐射的辐射强度大于0.6。根据本申请的一些示例,微结构可同时将散热件的红外热辐射在波长为8微米以上的辐射率调解至低于0.45。也即是说,微结构可令散热件的红外热辐射在波长为8微米以下具有较高的辐射率,即热辐射主要的能量集中在波长为8微米以下,同时在容易被玻璃、聚合物等材料吸收的波段(8微米及以上)辐射率较低,即在可被玻璃、聚合物吸收的波段的热辐射能量较低。由此,可进一步提高该散热件1000的散热性能。具体地,微腔深度d可以为5-15微米,微腔21未贯穿金属层200,金属层200自靠近石墨层100一侧的表面至微腔21底部之间的距离可以为1-5微米。多个微腔21的尺寸可以一致,即多个微腔21的深度d和宽度a均相等。微腔21可以为垂直于石墨层100所在平面的方向延伸的,微腔21沿着石墨层100所在平面的截面为矩形、椭圆形或者圆形。例如,参考图图3以及图4,金属层200的多个微腔21可以均为矩形,或是均为圆形。根据本申请的示例,金属层200可以由散热性能较好的金属形成。具体地,形成金属层200的材料可以包括铜。更具体地,金属层200可以由铜形成。为了进一步提高该散热件1000的散热性能,提升金属层200以及石墨层100之间的结合,石墨层100以及金属层200之间可以进一步包括过渡金属层。过度金属层可以包括ti以及cr的至少之一,过渡金属层的厚度可以小于100纳米。由此,可令石墨层100和金属层200之间的结合更加牢固,进而可提升该散热件1000的使用寿命。在本申请的另一方面,本申请提出了一种制备用于电子设备的散热件的方法。该方法制备的散热件可以具有前面描述的散热件的全部特征。根据本申请的一些示例,该方法可以包括提供石墨层以及在石墨层上形成金属层的步骤。其中,金属层在远离石墨层一侧的表面上具有微结构,该方法包括控制所述微结构的形状,以令散热件的红外热辐射在波长为8微米以下的辐射率高于0.6。由此,可以简便地获得散热件,且该散热件可以在保证将热量从热源处快速向外热传导的同时对外进行辐射,且热辐射的主要能量不被外壳吸收,进而可以防止散热件热辐射出的热量在外壳处集中,从而可以缓解外壳局部过热的问题,提高利用该散热件的电子设备的散热性能。根据本申请的一些示例,石墨层可以是由合成石墨形成的,本领域技术人员可以选用适当的合成石墨形成石墨层。具体地,石墨层的导热系数可以大于1000w/k.m。石墨层的厚度可以为15-150微米。关于石墨层的厚度,前面已经进行了详细的描述,在此不再赘述。由此,可为该方法制备的散热件提供良好的导热性,从而可以实现热点的快速消除。根据本申请的一些示例,形成金属层可以具体包括溅射金属材料,以及在金属材料远离石墨层的一侧形成微结构的步骤。具体地,参考图5中的(a)和(b),可以首先在石墨层100上通过真空溅射金属材料,例如溅射cu以形成铜亚层210。铜亚层210的厚度可以为1~5微米。随后,参考图5中的(c)以及(d),可以在铜亚层210远离石墨层100的一侧涂布感光树脂300。在该步骤中,可以令感光树脂的厚度与需要形成的微腔深度d相符。换句话说,该步骤中涂覆的感光树脂300可以作为后续形成微腔时的模板,因此可通过控制感光树脂300的厚度,控制最终形成的微腔的厚度。随后,可以对感光树脂300的预定区域进行光照处理,并去除预定区域处的感光树脂300,以形成微腔掩膜310。具体地,可利用曝光掩膜320控制光照的区域,使感光树脂300的特定区域接受光照进而去除。需要说明的是,图5中示出的仅为感光树脂300进行曝光的一种方式,当采用不同种类的感光树脂时,也可以令被光照处的感光树脂保留,去除的为未接受光照的部分。总的来说,在该步骤中,利用感光树脂的曝光,在需要形成微腔的位置保留具有特定厚度的感光树脂300而形成微腔掩膜310,暴露出不需要形成微腔位置处的铜亚层210。随后,参考图5中的(e)以及(f),可以在铜亚层具有微腔掩膜的一侧进行电镀处理,以在铜亚层中未被微腔掩膜覆盖的位置处沉积金属铜,以利用电镀的金属铜填平铜亚层和微腔掩膜之间的间隙。去除微腔掩膜之后,微腔掩膜所在的位置即可以形成朝向石墨层100一侧延伸的凹陷,进而可以形成多个周期排布的微腔21,从而构成微结构。关于微结构的具体结构前面已经进行了详细的描述,在此不再赘述。例如具体地,微结构的开口比可以为0.4~0.7,即微腔周期δ、微腔宽度a满足a/δ=(0.4~0.7),微腔体的纵横比可以为2~4,即微腔宽度a以及微腔深度d满足d/a=(2~4)。类似地,也可通过对微结构的开口比和纵横比进行控制,令散热件的红外热辐射在波长为8微米以上的辐射率调解至低于0.45。利用该方法形成的微结构可以较为精确的控制微结构的具体形貌。具体地,上述方法获得的微腔是去除微腔掩膜310之后形成的,因此,相较于通过刻蚀液或是刻蚀气体刻蚀形成的凹腔而言可以具有更高的刻蚀精度。此外,该方法还可以避免一次性沉积过厚的铜层而导致铜层不同位置处的厚度不能够较为精确的控制。根据本申请的一些示例,为了提高石墨层和金属层之间的结合力,在形成金属层之前,该方法进一步包括预先对石墨层进行等离子体活化处理的步骤。本领域技术人员能够理解的是,石墨层是由具有共轭结构的六元碳环构成的,因此具有良好的电子传递能力和导热性。然而该结构不利于提高金属以及碳材料之间的结合,因此可以在形成金属层之前,首先利用等离子体对石墨层需要形成金属层一侧的表面进行活化处理,在不影响石墨层整体导热性能的前提下,对石墨层的表面进行活化,进而提高金属以及碳之间的结合力。根据本申请的另一些示例,也可以在形成金属层之间,预先在石墨层表面形成过渡金属层。具体地,过渡金属层可以包括ti以及cr的至少之一,过渡金属层的厚度小于100纳米。例如,可以通过真空溅射,形成ti或者cr的过渡金属层。根据本申请一些具体的示例,也可以在进行等离子体活化处理之后,形成过渡金属层。在本发明的又一方面,本发明提出了一种电子设备。参考图6,该电子设备包括壳体2000,壳体2000限定出容纳空间。前面所述的散热件(图中未示出)位于容纳空间内部,且散热件的石墨层一侧靠近电子设备内部的热源设置。由此,该电子设备具有较好的散热性能,可缓解甚至解决在使用过程中壳体出现局部过热的现象。具体地,参考图7,壳体2000可以是由玻璃和高分子材料中的至少之一形成的。例如,热源3000位于壳体2000限定出的容纳空间中,散热件1000具有石墨层的一侧可与热源3000相接触。由此,可将热源3000的热量快速的传递出,并通过热辐射的方式向外(向外壳2000一侧)辐射。如前所述,由于散热件1000的金属层一侧具有微结构,因此可以控制辐射的中心波长为外壳吸收较弱的波长,从而可以保证主要热量不被壳体2000吸收,而是透过壳体2000传递至环境中。由此,可实现电子设备的快速散热,同时缓解甚至避免壳体2000在热源3000处发生局部过热的问题。本申请所述的电子设备的具体类型不受特别限制,例如,可以为手机、智能手表、掌上电脑或者笔记本电脑。上述电子设备可以为移动或便携式并执行无线通信的各种类型的计算机系统设备中的任何一种。具体的,电子设备可以为移动电话或智能电话(例如,基于iphonetm,基于androidtm的电话),便携式游戏设备(例如nintendodstm,playstationportabletm,gameboyadvancetm,iphonetm)、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、入耳式耳机、吊坠、头戴式耳机等,电子设备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、电子纹身或智能手表的头戴式设备(hmd))。电子设备还可以是多个电子设备中的任何一个,多个电子设备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。在一些情况下,电子设备可以执行多种功能(例如,播放音乐,显示视频,存储图片以及接收和发送电话呼叫)。如果需要,电子设备可以是诸如蜂窝电话、媒体播放器、其他手持设备、腕表设备、吊坠设备、听筒设备或其他紧凑型便携式设备的便携式设备。下面通过具体的示例对本申请进行说明,本领域技术人员能够理解的是,下面的具体的示例仅仅是为了说明的目的,而不以任何方式限制本申请的范围。另外,在下面的示例中,除非特别说明,所采用的材料和设备均是市售可得的。如果在后面的示例中,未对具体的处理条件和处理方法进行明确描述,则可以采用本领域中公知的条件和方法进行处理。导热系数采用德国耐驰(lfa467)进行测试。示例1石墨层厚度40微米,导热系数1100w/k。金属层为cu,微腔体深度10微米,微腔体的开口比a/δ=0.6,微腔体的纵横比d/a=3.3。示例2石墨厚度40微米,导热系数1100w/k。金属层为cu,微腔体深度15微米,微腔体的开口比a/δ=0.8,微腔体的纵横比d/a=2.5。示例3石墨厚度40微米,导热系数1100w/k。金属层为cu,微腔体深度7微米,微腔体的开口比a/δ=0.3,微腔体的纵横比d/a=1.8。对比例石墨片厚度60微米,导热系数1100w/k。为了说明上述示例获得的散热件的散热性能,下面首先对玻璃等材质形成的外壳的红外反射率进行测试。外壳包括玻璃及贴覆其表面的丙烯酸油墨、环氧油墨、pe泡棉等高分子材料。检测外壳的内侧和外侧的红外反射率(采用傅里叶变换红外光谱仪(ftir)进行测试),测试结果参见图8中所示出的两条曲线,外壳在内侧和外侧的红外反射率基本一致,主要波峰集中在8.5微米左右,即8.5微米左右红外反射率较低,此处外壳对红外辐射吸收较高。采用半球光谱发射率测量仪测试示例1以及对比例获得的散热件的辐射率,从辐射图谱看(参考图9),示例1的散热件在8微米以上辐射率非常低(<0.1),即能有效隔离热向外的传递,而降低外壳温度。8微米以下辐射率均值高于0.6,即将热源通过该波长区域散发热量,有利于热源温度的降低。同时6微米以下波段外壳材料具有低的吸收率(反射率高),即有利于外壳温度的降低。对比可知,对比例的散热件的辐射图谱在6-8微米处的辐射率显著高于示例1。采用相同功率(1w)的热源测试,对实施例1-3以及对比例的散热件的散热效果进行测试。散热件固定在热源上,散热件外侧具有外壳,并等温度达到稳定后分别测试热源处的温度和外壳的温度。散热效果测试结果见下表1:表1由上表1可知,相比厚度略大的石墨片,实施例1中热源温度降低度0.7,外壳温度降低度1.3。相比腔体高度较小的实施例2与对比例相比,热源温度降低0.6度,外壳温度降低1.0度。相比腔体高度较大的实施例3与对比例相比,热源温度降低1.0度,外壳温度降低0.7度。在本申请的描述中,术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请而不是要求本申请必须以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本申请的限制,本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。当前第1页12当前第1页12
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