具有微热导管功能的电子装置机壳的制作方法

本发明涉及一种机壳，尤其涉及一种整合热导管结构及功能以在有限的散热系统空间内，增加导热及散热效率的电子装置机壳。

背景技术：

电子产品的发展趋势不断地朝向薄型化与精简化，人们对运算速度的要求却越来越高。微处理器(microprocessor)是电子及通信产品的核心元件，，在高速运算下容易发出高温而成为电子装置的主要发热元件。倘若没有良好热管理方案及散热系统，往往无法发挥出应有的功能,甚至影响到整个电子装置系统的寿命及可靠度。因此，电子产品也需要更优良的散热能力。目前电子及通信产品热点(hotspot)的解热及散热的有效方式是将微热导管(microheatpipe)或均温板(vaporchamber)的一面接触发热源而另一面接触该电子装置的机壳以有效的将微处理器所产生的高热传导至机壳并辐射至空气中。

微热导管或均温板基本上是一内含工作流体的封闭腔体，通过腔体内工作流体持续循环的液气二相变化，及汽体及液体于吸热端及放热端间气往液返的对流，使腔体表面呈现快速均温的特性而达到传热的目的。一般而言，微热导管呈长条圆柱状，内腔空间越大，对流的速度越快，导热与散热较佳。然而，为了符合电子产品薄型化的需求，目前的技艺须将热导管再加工成扁长形，以设置在高度狭窄的机壳内空间，甚至需要用到厚度小于0.5mm的超薄微热导管。

目前，市场上已经出现厚度仅有5mm的智能手机。手机背盖厚度仅有1.0mm的厚度,其电路板上微处理器表面距离手机背盖机内表面壳仅剩下大约有0.4mm的空间可塞入扁平微热导管。若以管径2mm的铜管打扁制作此超薄的微热导管，扣除上下两壁的厚度，此扁平微热导管内部空腔的高度也能仅有约0.24mm。热导管空腔宽度则是相对的压开成约3mm。因此热导管空腔截面积仅约为0.72mm²。如此小的对流空间导致散热效果不彰。

对于快速跃进的芯片处理速度而言，现有的热导管截面积显然不能满足整个电子及通信装置的解热及散热需求。因此，如何在电子产品有限的厚度及空间中快速导热与散热，成为亟欲解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出了一种整合与结合电子产品背盖与热导管的快速解热及散热机壳，在有限的厚度及空间上大幅提升了电子装置系统热点的解热及散热效率。甚至于实务上，本发明更简化了电子装置系统的散热管理设计以及产业的供应链。

本发明是一种具有微热导管功能的电子装置机壳，用以覆盖一电子装置系统并散热电子装置系统所包含的m个发热元件。其包含有一外表面、一内表面以及n个空腔结构。外表面用以接触空气以辐射热量。内表面用以覆盖电子装置系统及接触电子装置系统的m个发热元件。内表面具有一第一表面及n个第二表面。n个第二表面具有m个热源接触区及至少n个真空封口。每一热源接触区用以接触所各自对应的发热元件。n个空腔结构中，每一空腔结构分别形成于第二表面以及其相对应的外表面区域之间，每一空腔结构的一内壁分别形成一毛细结构。n个空腔结构注入工作流体并抽真空后在电子装置机壳内形成n个微热导管结构。其中，n及m为1或大于1的自然数。

其中，具有微热导管功能的电子装置机壳为一具有平面显示屏幕电子装置的背盖。进一步地，背盖是一智能手机背盖、一笔记本电脑背盖、一手提式电脑背盖、一平板电脑背盖、一音乐播放器背盖、一媒体播放器背盖、一导航器背盖、一游戏机背盖或一显示器等任何电子装置的背盖。

并且，n个空腔结构的容积、形状、布局、毛细结构、工作流体注入量以及真空度可依电子装置系统的整体设计以及m个发热元件的解热及散热需求而做弹性设计。

其中，n个微热导管结构进一步可以为均温板或回路热导管并且，n个第二表面的总面积小于电子装置机壳的外表面的总面积。

n个真空封口从内表面的n个第二表面往远离外表面的方向突出或延伸。

其中，外表面为一平滑的表面或形成一具鳍片结构的表面。

于一具体实施例中，外表面延续至内表面的第一表面的壳体以及n个第二表面的壳体可为相同的金属或金属合金材料，亦可各为不同的金属或金属合金材料。

再于一具体实施例中，外表面延续至内表面的第一表面的壳体以及n个第二表面的壳体可为相同的玻璃材料、陶瓷材料或纤维复合材料，亦可为不同的玻璃材料、陶瓷材料或纤维复合材料。

再于一具体实施例中，外表面延续至内表面的第一表面的壳体及n个第二表面的壳体为一体成型，或以焊接或熔接方式将两者紧密接合。

于一具体实施例中，第一表面进一步具有一孔洞贯穿外表面及内表面。其中，孔洞的空间为电子装置机壳的一通气孔，用以容置一电子元件或用以容置一光电元件，且孔洞以玻璃或其他非金属材料填充。

于一具体实施例中，第一表面与第二表面之间的厚度小于等于1.5mm，空腔结构的高度大于等于0.3mm，空腔结构的截面积大于等于1.0mm²，以及空腔结构的容积大于等于100mm³。

综上所述，公知对于高集成密度及超薄电子装置的解热及散热技术将已形成的圆管热导管加工压扁并搭配面积较大的铜散热片紧密安置在电子装置机壳内长面及发热元件间。本发明在设计及制造电子装置机壳时同时考虑电子装罝系统内发热元件的配置及热点区，直接将扁平微热导管的结构及功能设计并制作在电子装置机壳之中。由此，可以在与公知技术相同的有限空间中取得较大的热导管结构对流空腔，并减少整个散热系统中层层的接触热阻，大幅度增加整个电子装置系统的解热及散热效率。

附图说明

图1a示出电子装置系统的示意图。

图1b示出对应图1a的公知技术中公知电子装置机壳内表面的示意图。

图1c示出对应图1a的本发明一具体实施例的电子装置机壳内表面的示意图。

图2a示出依据图6a的a1-a2切面的公知电子装置机壳及部分电子装置系统的剖面图。

图2b示出依据图6b的c1-c2切面的本发明一具体实施例的电子装置机壳及部分电子装置系统的剖面图。

图3a示出依据图6a的b1-b2切面的公知电子装置机壳及部分电子装置系统的剖面图。

图3b示出依据图6b的d1-d2切面的本发明中一具体实施例的电子装置机壳及部分电子装置系统的剖面图。

图4a、图4b及图4c示出根据本发明中一具体实施例的电子装置机壳的示意图。

图5a、图5b、图5c及图5d示出根据本发明中一具体实施例的电子装置机壳的示意图。

图6a示出公知技术中公知电子装置机壳的示意图。

图6b示出本发明中一具体实施例的电子装置机壳的示意图。

附图标记如下：

1：电子装置机壳

31：外表面

2：电子装置系统

32：内表面

3：公知电子装置机壳

121：第一表面

11：外表面

122：第二表面

11(a)：光滑外表面

150：毛细结构

11(b)：鳍片外表面

151：支撑柱

12：内表面

154：焊接点

15：空腔结构

322：薄型微热导管

20：发热元件

1210：孔洞

21：铜片

1220：热源接触区

28：电池

1221：真空封口

29：电路板

具体实施方式

为了让本发明的优点，精神与特征可以更容易且明确地了解，后续将以实施例并参照所附附图进行详述与讨论。值得注意的是，这些实施例仅为本发明代表性的实施例，其中所举例的特定方法，装置，条件，材质等并非用以限定本发明或对应的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向、横向、上、下、前、后、左、右、顶、底、内、外”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发明和简化描述，而不是指示所述的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，本发明装置或元件前的不定冠词“一”、“一种”和“一个”对装置或元件的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一”应被解读为包括一或至少一，并且单数形式的装置或元件也包括复数形式，除非所述数量明显指单数形式。

请参阅图1a、图1b、图1c、图2a、图2b、图3a、图3b、图6a及图6b。图1a示出电子装置系统2的示意图。图1b示出对应图1a的公知技术中公知电子装置机壳3内表面32的示意图。图1c示出对应图1a的本发明一具体实施例的电子装置机壳1内表面12的示意图。图2a示出依据图6a的a1-a2切面的公知电子装置机壳3及部分电子装置系统2的剖面图。图2b示出依据图6b的c1-c2切面的本发明一具体实施例的电子装置机壳1及部分电子装置系统2的剖面图。图3a示出依据图6a的b1-b2切面的公知电子装置机壳3及部分电子装置系统2的剖面图。图3b示出依据图6b的d1-d2切面的本发明中一具体实施例的电子装置机壳1及部分电子装置系统2的剖面图。图6a示出公知技术中公知电子装置机壳3的示意图。图6b示出本发明中一具体实施例的电子装置机壳1的示意图。本发明是一种具有微热导管功能的电子装置机壳1，用以覆盖一电子装置系统2并散热电子装置系统2所包含的m个发热元件20。其包含有一外表面11、一内表面12以及n个空腔结构15。外表面11用以接触空气以辐射热量。内表面12用以覆盖电子装置系统2及接触电子装置的m个发热元件。内表面12具有一第一表面121及n个第二表面122。n个第二表面122具有m个热源接触区1220及至少n个真空封口1221。每一热源接触区1220用以接触所各自对应的发热元件20。每一空腔结构15分别形成于第二表面122以及其相对应的外表面11区域之间，每一空腔结构15的一内壁分别形成一毛细结构150。n个空腔结构15注入工作流体并抽真空后在电子装置机1壳内形成n个微热导管(heatpipe)结构。其中，n及m为1或大于1的自然数。

在公知技术中，公知电子装置机壳3具有一上表面31与一下表面32。公知电子装置机壳3的热导元件通常选用直径2mm、3mm、4mm…12mm等的微热导管，微热导管经过折弯或压扁的加工过程，形成薄型微热导管322，再与已成型的公知电子装置机壳3的下表面32贴合。由于薄型微热导管322是圆柱形的热导管经加工压扁形成，受限于管壁厚度与材料延伸性，因此薄型微热导管322的高度与宽度有其比例上的限制。如图1b、图2a和图3a所示，薄型微热导管322的宽和高具有一定的限制。目前以直径2mm,长度100mm的微热导管压扁制作薄型微热导管322的较佳制作工艺中，超薄型微热导管322厚度的约为0.4mm，内空腔高度约为0.20mm，宽度则约为2.0mm，如说明书中的现有技术所述。

然而本发明是利用一体成形或焊接等方式，在制作电子装置机壳1的同时进一步加工形成具有快速热交换能力的空腔结构15，其结构与效果近似于热导管。本发明中空腔结构15的高度与宽度可以合理的任意设计。例如电子装置机壳1的外表面11与热源接触区的第二表面122之间的厚度限制在1.4mm的情形下，于一具体实施例中，空腔结构15的高度为0.4mm，宽度为8.0mm。于另一具体实施例中，空腔结构15的高度为0.5mm，宽度为10.0mm。由于微热导管内腔体截面积越大，蒸气对流效率越好，热交换能力也相对更佳。因此，在相同的机壳外表面至发热元件距离的限制下,本发明具热交换能力的空腔结构15可以轻易地被设计成热交换效率远大于目前技术中的热导管。

于一具体实施例中，本发明的电子装置机壳1的内表面12可因为形成了空腔结构15而浮凸，形成第二表面122；相对地，内表面12未形成空腔结构15处则不浮凸而视为第一表面121。于另一具体实施例中，第一表面121与第二表面122并无起伏差异。

于一具体实施例中，n个第二表面122的总面积小于电子装置机壳1的外表面11的总面积。这也表示本发明的具有微热导管功能的电子装置机壳1其中微热导管结构仅是整个电子装置机壳1的一部分。

于一具体实施例中，本发明的电子装置机壳1的空腔结构15间具有支撑柱151，两端分别朝向外表面11即内表面12，借以加强电子装置机壳1的壳体强度。支撑柱151可以为单点支撑，亦可为长条的墙型支撑。于另一具体实施例中，空腔结构15间可不具有支撑柱。

于一具体实施例中，本发明的电子装置机壳1的空腔结构15内壁为导热性高的金属或非金属毛细结构(wickstructure)，例如铜或铜合金。

公知技术中，热导管制造商根据电子装置制造商开出的规格需求，要求热导管制造商将管状长条形热导管加工、压扁、弯折成为薄型微热导管322。电子装置制造商再贴附一层较大面积，适当厚度的铜散热片21于薄型微热导管322上以贴合发热元件20。

本发明中，可以直接依据电子装置制造商设计的需求，在制作机壳的同时制作形成具扁平微热导管的结构，利用第二表面较大面积的热源接触区直接贴附于发热元件20上，可省掉一片铜散热片并可减少热阻。

其中，具有微热导管功能的电子装置机壳1为一电子装置的外壳，尤其可以是一种背盖。进一步地，背盖是一智能手机背盖、一笔记本电脑背盖、一手提式电脑背盖、一平板电脑背盖、一音乐播放器背盖、一媒体播放器背盖、一导航器背盖、一游戏机背盖或一显示器等任何电子装置的背盖。也就是说，本发明的电子装置机壳1可利用于各式电子装置，以达到电子装置整体系统在热管理(thermalmanagemnt)设计上的一体化,同时达到高效的解热及散热效果。

公知技术中，上述公知电子装置机壳3的热导元件即为圆管长条形的微热导管加工压扁，再与已成型的机壳贴合，因此高度与宽度有其限制。然而，本发明具有微热导管功能的电子装置机壳的扁平热导管结构的空腔结构的高度与宽度可弹性的设计，因此本发明尤其适合具有平面显示屏幕的电子装置，以符合具屏幕的电子装置讲求屏幕大、厚度小的需求。本发明的电子装置机壳1可以是智能手机、笔记本电脑、平板电脑等相对于平面显示器的背盖，也可以是电子装置中非屏幕区域的外壳，例如笔记本电脑的键盘区下壳。

请参阅图1、图4a至图4c。图4a、图4b及图4c示出根据本发明中一具体实施例的电子装置机壳的示意图。于一具体实施例中，n个真空封口1221从内表面12的n个第二表面122往远离外表面11的方向突出或延伸，如图4a所示。本发明的工艺是电子装置机壳1上的空腔结构15及毛细结构150形成后，才于空腔结构15内注入工作流体与抽真空而形成微热导管结构。一般而言，在抽真空时需要一真空通口连通空腔结构15内部与外部。当外部的抽真空装置抽掉内部空气时，需要于极短时间内封闭真空通口，以保持空腔结构15的负压。于一具体实施例中，本发明的真空通口突出于第二表面122，在抽掉内部空气时，瞬间封闭真空通口形成真空封口1221。此后，可视情况截断、磨削或保留突出的真空封口1221。于一具体实施例中，真空封口1221的突出部分顶至或接触电子装置系统，亦可成为电子装置机壳1的一个支撑点或卡榫。

于一具体实施例中，外表面11为一平滑的表面或形成一具鳍片结构的表面。部分较要求美观性的电子装置中，例如智能手机或平板电脑等，可以设计平滑的外表面11，如图4a的光滑外表面11(a)所示。部分较要求散热性且较不重视外观的电子装置中，可以设计具鳍片结构的外表面11，如图4b的鳍片外表面11(b)所示。

于一具体实施例中，外表面11延续至内表面12的第一表面121的壳体和n个第二表面122的壳体可为相同的材料，例如两者皆为相同的铜合金，或皆为相同的陶瓷材料。于另一具体实施例中，外表面11延续至内表面12的第一表面121的壳体和n个第二表面122的壳体可为不相同的材料类型，例如铜合金和铝合金，且两者可为玻璃材料、陶瓷材料、纤维复合材料、金属或金属合金的其中一个。

再于一具体实施例中，外表面11延续至内表面12的第一表面121的壳体以及n个第二表面122的壳体可为相同的玻璃材料或纤维复合材料，亦可为不同的玻璃材料、陶瓷材料或纤维复合材料。再于一具体实施例中，外表面11延续至内表面12的第一表面121的壳体以及n个第二表面122的壳体可为相同的金属或金属合金材料，亦可各为不同的金属或金属合金材料。

于一具体实施例中，外表面11延续至内表面12的第一表面121的壳体及n个第二表面122的壳体为一体成型，或以焊接或熔接方式将两者紧密接合。具体的制作方法中，可以是以3d打印的方式完整打印整个电子装置机壳1；也可以是先以冲压或车铣等方式形成外表面11延续至内表面12的第一表面121的壳体，再以3d打印技术打印出n个第二表面122的壳体以形成电子装置机壳1；也可以是分别以冲压或车铣等方式形成外表面11延续至内表面12的第一表面121的壳体，以及n个第二表面122的壳体，再以焊接或熔接方式将两者紧密接合。此时，第一表面121与第二表面122之间可能会形成焊接点154，如图4c所示。

于一具体实施例中，空腔结构15内的毛细结构150形成于内壁的上缘及下缘，如图4b所示。于另一具体实施例中，空腔结构15内的毛细结构150形成于内壁的每一面，如图4c所示。再于一具体实施例中，空腔结构15内的毛细结构150形成于内壁的下缘，如图4c所示。由于毛细结构150会拉动低温区功作流体扩散，因此毛细结构150须被设计于靠近吸热区域。空腔结构15的下缘最为接近发热元件，因此热源接触区1220对应的空腔结构15下缘必须为毛细结构150。

请参阅图1、图5a至图5d。图5a、图5b、图5c及图5d示出根据本发明中一具体实施例的电子装置机壳的示意图。n个空腔结构15的容积、形状、布局、毛细结构150、工作流体注入量以及真空度可依电子装置的整体设计以及m个发热元件20的解热及散热需求而做弹性设计。于一具体实施例中，电子装置为一智能手机，电子装置机壳1是智能手机的背壳，电子装置系统2是智能手机的系统与模组元件，并包含有电路板29。第二表面122浮凸于第一表面121。由于智能手机内部电路板29加上发热元件20的厚度相对较小，电池28的厚度相对较大，因此电子装置机壳1于设计上第二表面的分布时需预留有装置电池28的空间。例如电子装置机壳1中具有一个热源接触区1220，第二表面122的布局可以如图5a所示。于另一具体实施例中，电子装置机壳1中具有两个热源接触区1220，第二表面122的布局可以如图5b所示。于另一具体实施例中，电子装置机壳1中具有三个热源接触区1220，第二表面122的布局可以如图5c所示。再于一具体实施例中，电子装置机壳1中具有五个热源接触区1220，两个第二表面122的布局可以如图5d所示。其中，基于电子装置系统2的限制，空腔结构15的容积、形状、布局、毛细结构150、工作流体注入量以及真空度相对的改变时，n个微热导管结构进一步可以为均温板(vaporchamber)或回路热导管(loopheatpipe)。

于一具体实施例中，第一表面121进一步具有一孔洞1210贯穿外表面11及内表面12。其中，孔洞1210的空间为电子装置机壳1的一通气孔，亦可用以容置一电子元件或用以容置一光电元件，且孔洞1210亦可以玻璃或其他非金属材料填充。于一具体实施例中，相机与指纹传感器设置于电子装置系统2的背面，因此电子装置机壳1的孔洞1210用以使相机与指纹传感器暴露在外。于一具体实施例中，第一表面121进一步具有多个孔洞1210以让发热元件20产生的热能直接以热对流或热辐射的方式离开电子装置系统2。

当电子装置机壳1是一智能手机的背壳，第一表面121与第二表面122接触发热元件处之间的厚度可设计为小于等于1.5mm；空腔结构15的高度可设计为大于等于0.3mm；空腔结构15的截面积可设计为大于等于1.0mm²；以及空腔结构15的容积可设计为大于等于100mm³。如前所述，本发明空腔结构15可与公知技术的薄型微热导管322长度相同。然而，在有限制的厚度下，若公知技术中薄型微热导管322宽度与高度形成的截面积上限为0.4mm²，在相同的厚度限制条件下，本发明的一具体实施例中，空腔结构15的高度可弹性设计为0.5mm，且宽度可弹性设计为8.0mm，因此获得微热导管空腔结构的截面积则为40.0mm²，为公知技术的10倍之多。

相较于公知技术对于高集成密度及超薄电子装置的解热及散热技术是将已形成的圆管热导管加工压扁并搭配面积较大的铜散热片紧密安置在电子装置机壳内长面及发热元件间。本发明在设计及制作电子装置机壳时同时考虑电子装罝系统内发热元件的配置及热点区，直接将扁平微热导管的结构及功能设计并制作在机壳背盖之中。由此，可以在与公知技术相同的有限空间中取得较大的热导管结构对流空腔，并减少整个散热系统中层层的接触热阻，大幅度增加整个电子装置系统的解热及散热效率。

通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明的权利要求的范畴内。因此，本发明权利要求的范畴应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。