壳体组件和电子装置的制作方法

本申请涉及终端散热技术领域，更具体而言，涉及一种壳体组件和电子装置。

背景技术：

随着电子装置中芯片的发展，电子装置的功能越来越强大，相应地，电子装置的功耗也越来越高。芯片运行时产生的高功耗直接导致芯片所在区域的温度急剧上升。如何提高电子装置的散热能力成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

本申请实施方式提供一种壳体组件和电子装置。

本申请实施方式的壳体组件包括机壳和光子晶体层，所述光子晶体层设置在所述机壳上，所述光子晶体层包括周期交替堆叠的第一非导体和第二非导体，所述光子晶体层用于反射0.2μm～2.5μm波段的光线，并用于提高8μm～14μm波段的辐射率。

本申请实施方式的电子装置包括壳体组件和功能元件，所述功能元件安装在所述壳体组件上；所述壳体组件包括机壳和光子晶体层，所述光子晶体层设置在所述机壳上，所述光子晶体层包括周期交替堆叠的第一非导体和第二非导体，所述光子晶体层用于反射0.2μm～2.5μm波段的光线，并用于提高8μm～14μm波段的辐射率。

本申请实施方式的壳体组件和电子装置中，一方面，光子晶体层能够选择性地反射太阳能量聚集的0.2μm～2.5μm波段的光线，从而抵御太阳辐射对电子装置的加热；另一方面，光子晶体层能够提高8μm～14μm波段的辐射率，充分利用8μm～14μm波段的无源被动式辐射制冷，从而达到加强红外热辐射效果的作用，提高电子装置的散热能力。

本申请的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实施方式的实践了解到。

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方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请某些实施方式的电子装置的立体结构示意图；

图2是本申请某些实施方式的电子装置的平面结构示意图；

图3是本申请某些实施方式的电子装置的平面结构示意图；

图4是本申请某些实施方式的机壳的结构示意图；

图5是本申请某些实施方式的壳体组件的结构示意图；

图6是本申请某些实施方式的壳体组件的结构示意图；

图7是本申请某些实施方式的光子晶体层的结构示意图；

图8是本申请某些实施方式的光子晶体层的结构示意图；

图9是本申请某些实施方式的太阳辐射光谱能量分布的示意图；

图10是本申请某些实施方式的多个光谱范围对应的电磁波透过大气层时的透过率的示意图；

图11是本申请某些实施方式的光子晶体层的光学特性示意图；

图12是本申请某些实施方式的辐射制冷量对应的能量流的示意图；

图13是本申请某些实施方式的光子晶体层的净辐射制冷功率随平衡温度变化的示意图；

图14是本申请某些实施方式的光子晶体层的平衡温度随传热系数变化的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式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方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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和简化描述，而不是指示或暗示所指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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

随着手机功耗的增加，手机散热成为限制手机性能的关键因素。手机散热的特殊性在于，既要保证芯片的温度降低(即芯片的热量能够通过较低热阻/高导热的材料导出)，又要保证手机后盖的温度降低(即通过绝热结构设计或绝热材料减少从热量从手机芯片向手机后盖传导)。但这两个需求在散热上是相悖的，若要降低芯片的温度，势必需要把热量更快地导出到后盖上，这将导致后盖的温度升高；若要使得后盖的温度降低，又必须将热量限制在手机内部，这又造成芯片的温度升高。

为了满足手机的散热需求，目前的技术方向通常为：将热量尽可能的在手机内部匀开，充分利用手机自身的表面积散热，消除手机后盖的局部热点，保证芯片的工作温度的同时尽量降低手机后盖的温度。从物理的角度讲，热量的传播有三种方式，即传导、对流、与辐射。手机由于其尺寸的限制，对流难以利用(对流需要气体流动，即风扇，手机内部难以设计风扇结构)，故考虑传导与辐射两种方式。在这两种方式中，传导的是将热量均匀化(如石墨烯、均热板(vaporchamber，vc)、热管等均是此原理)，同时热量可通过芯片传递至手机后盖并散掉。热辐射的散热作用比传导稍弱，但由于手机内结构之间间隙小，辐射角系数较大，因此热辐射也对手机散热起到至关重要的作用。

目前，有大量技术在利用热传导来降低手机芯片的结温与手机后盖的温度，如合成石墨、石墨烯、vc、热管等。合成石墨与石墨烯的原理为利用石墨烯材料在面内的高导热率(通常>1000w/mk)使热量均匀化，消除局部热点。vc与热管的原理相同，都是利用纯水的相变来提升均热能力，相较于合成石墨与石墨烯有更大的热通量(即解热能力)。

目前的方案基本都局限在传统的散热方式上，即通过“芯片-屏蔽盖-手机壳-环境”的路径进行散热。衡量手机散热能力的无量纲数为匀热系数(coefficientofthermalspreading，cts)，cts越接近1，表示手机的匀热能力越好。目前散热较好的手机cts已经达到0.85以上，基本接近极限，因此传统的散热路径已经到达瓶颈，无法进一步降低手机的温度。

请参阅图1和图2，本申请实施方式提供一种电子装置1000和壳体组件100。

请参阅图1，本申请实施方式的电子装置1000包括壳体组件100和功能元件200。电子装置1000可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、智能手环、智能手表、智能头盔、智能眼镜等。本申请实施方式以电子装置1000是手机为例进行说明，可以理解，电子装置1000的具体形式并不限于手机。

功能元件200安装在壳体组件100上，也即是说，壳体组件100可以作为功能元件200的安装载体。壳体组件100可以为功能元件200提供防尘、防摔、防水等保护。功能元件200可以是显示屏、摄像头、受话器、芯片等。

请参阅图2和图3，本申请实施方式的壳体组件100包括机壳20和光子晶体层14。

机壳20可以是电子装置1000的后盖，例如，当电子装置1000为手机时，机壳20为手机后盖。光子晶体层14设置在机壳20上。

请参阅3至图5，在一个例子中，机壳20可包括相背的内表面21和外表面22。其中，内表面21可形成有用于收容功能元件200的收容腔212。

光子晶体层14设置在外表面22。具体地，光子晶体层14可通过化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)的方法形成在外表面22。采用化学气相沉积法能够得到纯度高、致密性好、结晶良好的镀层(即光子晶体层14)，且光子晶体层14在外表面22的附着力强，不易脱落。

请参阅图6，在另一个例子中，机壳20可包括盖体23和透光的保护层24。盖体23包括相背的第一内表面231和第一外表面232。保护层24包括相背的第二内表面241和第二外表面242。第一外表面232与第二内表面241相对。其中，第一内表面231可形成有用于收容功能元件200的收容室(图未示)。保护层24可以是保护玻璃，玻璃具有硬度较高、不容易刮花、外形美观、成本较低等优点，而且手感好，有利于提高用户握持机壳20的体验。

光子晶体层14位于第一外表面232与第二内表面241之间。具体地，光子晶体层14可设置在第一外表面232，或者设置在第二内表面241。较佳地，光子晶体层14可设置在第一外表面232，如此，当保护层24脱落或损坏时，光子晶体层14仍能够在盖体23上起作用。光子晶体层14可通过化学气相沉积法形成在第一外表面232。采用化学气相沉积法能够得到纯度高、致密性好、结晶良好的镀层(即光子晶体层14)，且光子晶体层14在第一外表面232的附着力强，不易脱落。

本申请实施方式中，由于保护层24是透光的，因而基本不会影响光子晶体层14的反射光线功能(将在后文详细介绍)，而且光子晶体层14位于盖体23与保护层24之间，保护层24还能对光子晶体层14起到一定的保护作用，例如防止光子晶体层14被刮坏、或光子晶体层14脱落等。

可以理解，对于电子装置1000来说，一般芯片运行时产生的功耗较高，产生的热量也较大，因此光子晶体层14可进一步设置在机壳20的与芯片对应的位置(例如外表面22的与芯片对应的位置，或者第一外表面232的与芯片对应的位置)，以将芯片产生的热量充分散发，电子装置1000的机壳20不会出现局部过热的问题。另外，光子晶体层14覆盖外表面22或第一外表面232的平面面积可大于芯片的面积，以进一步提高散热效果。当然，光子晶体层14也可以覆盖整个外表面22或第一外表面232，光子晶体层14与机壳20的设计相配合，以确保电子装置1000的散热效果。

请参阅图7和图8，光子晶体层14包括周期交替堆叠的第一非导体141和第二非导体142。光子晶体层14用于反射0.2μm～2.5μm波段的光线，并用于提高8μm～14μm波段的辐射率。

本申请实施方式的壳体组件100和电子装置1000中，一方面，光子晶体层14能够选择性地反射太阳能量聚集的0.2μm～2.5μm波段的光线，从而抵御太阳辐射对电子装置1000的加热；另一方面，光子晶体层14能够提高8μm～14μm波段的辐射率，充分利用8μm～14μm波段的无源被动式辐射制冷，从而达到加强红外热辐射效果的作用，提高电子装置1000的散热能力。

请参阅图7和图8，光子晶体层14包括沿预定方向周期交替堆叠的第一非导体141和第二非导体142。预定方向可以是前述机壳20的由外表面22至内表面21的方向(或由第二外表面242至第一内表面231的方向)，或者说电子装置1000的厚度方向。本申请实施方式中，光子晶体层14采用周期交替堆叠的第一非导体141和第二非导体142的光子晶体结构，作为反射层，以提供太阳光谱的高反射特性。

光子晶体层14用于反射0.2μm～2.5μm波段的光线。也即是说，光子晶体层14用于反射的光线波长为0.2μm至2.5μm之间的任意值。例如，光子晶体层14用于反射的光线波长为0.2μm、0.4μm、0.6μm、0.8μm、1μm、1.2μm、1.4μm、1.6μm、1.8μm、2μm、2.2μm、2.4μm、2.5μm等。本申请实施方式中，光子晶体层14能够选择性地反射太阳能量聚集的0.2μm～2.5μm波段的光线，从而抵御太阳辐射对电子装置1000的加热。

光子晶体层14还用于提高8μm～14μm波段的辐射率(电子装置1000的机壳20在8μm～14μm波段的辐射率能够得到提高)。也即是说，光子晶体层14用于提高辐射率的波长为8μm至14μm之间的任意值。例如，光子晶体层14用于提高辐射率的波长为8μm、8.6μm、9.2μm、9.8μm、10.4μm、11μm、11.6μm、12.2μm、12.8μm、13.4μm、14μm等。本申请实施方式中，光子晶体层14能够提高8μm～14μm波段的辐射率，充分利用8μm～14μm波段的无源被动式辐射制冷，从而达到加强红外热辐射效果的作用，提高电子装置1000的散热能力。

可以理解，目前手机在室外使用的场景越来越多，手机散热不仅仅要考虑内部芯片的热功耗，太阳辐射对手机的加热作用也逐步成为手机过热的因素。标准大气质量(airmass，am)1.5的太阳光谱特性近似于温度为5762k的黑体辐射光谱，总的辐射量约为1000w/m²，其99％的能量集中在0.2μm～2.5μm的短波区域。温室效应就是由于玻璃对于波长在3μm以下的热辐射有很高穿透比，而对于波长大于3μm的热辐射穿透比骤然降低，于是大部分的太阳辐射能穿过玻璃进入腔室内，而腔室发出的长波辐射却被阻隔在腔室内，导致腔室内温度升高。

本申请实施方式中，对于电子装置1000的机壳20(如手机后盖)，通过光子晶体层14选择性地反射太阳能量聚集的0.2μm～2.5μm波段的光线(反射大部分的太阳辐射)，从而抵御太阳辐射对电子装置1000的机壳20加热，防止由于太阳辐射对电子装置1000的机壳20的加热导致电子装置1000过热。同时，通过光子晶体层14提升8μm～14μm波段的发射率或辐射率，利用大气窗口，在不消耗任何能源的情况下将多余的热量传送到外太空，实现被动式选择性辐射制冷。

第一非导体141和第二非导体142周期交替堆叠的周期数可大于或等于5。也即是说，第一非导体141和第二非导体142周期交替堆叠的周期数为大于或等于5的任意值。例如，第一非导体141和第二非导体142周期交替堆叠的周期数为5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15等。以第一非导体141和第二非导体142周期交替堆叠的周期数是5为例，沿预定方向依次为：第一非导体141、第二非导体142、第一非导体141、第二非导体142、第一非导体141、第二非导体142、第一非导体141、第二非导体142、第一非导体141、第二非导体142、外表面22。当第一非导体141和第二非导体142周期交替堆叠的周期数大于或等于5时，光子晶体层14能够具有较好的反射效果，对太阳光谱具有高反射特性。

较佳地，第一非导体141和第二非导体142周期交替堆叠的周期数为10。如此，可以平衡光子晶体层14的厚度与光子晶体层14对太阳光谱的反射效果之间的关系，即：使得光子晶体层14同时具有较小的厚度，及对太阳光谱具有较好的反射效果。可以理解，当第一非导体141和第二非导体142周期交替堆叠的周期数较小时，光子晶体层14可能无法实现对太阳光谱较好的反射效果；当第一非导体141和第二非导体142周期交替堆叠的周期数较大时，光子晶体层14可能厚度较大，当光子晶体层14设置在机壳20上时，会影响电子装置1000的美观和实用性，影响用户体验。

请参阅图7，在一个例子中，第一非导体141为二氧化钛(tio)，第二非导体142为二氧化硅(tio)。此时，二氧化钛与二氧化硅沿预定方向周期交替堆叠，也即是说，沿预定方向依次为：二氧化钛、二氧化硅、二氧化钛、二氧化硅、……、二氧化钛、二氧化硅、机壳20。

请参阅图8，在另一个例子中，第一非导体141为二氧化硅，第二非导体142为二氧化钛。此时，二氧化硅与二氧化钛沿预定方向周期交替堆叠，也即是说，沿预定方向依次为：二氧化硅、二氧化钛、二氧化硅、二氧化钛、……、二氧化硅、二氧化钛、机壳20。

需要指出的是，上述实施例中的二氧化钛和二氧化硅均是采用纳米级结构，即二氧化钛纳米层和二氧化硅纳米层。另外，由于第一非导体141和第二非导体142所使用材料不涉及导体，因而不会影响电子装置1000的天线信号传输，便于应用在具有天线的电子装置1000。

光子晶体层14的厚度(周期交替堆叠的第一非导体141和第二非导体142的总厚度)可大于或等于6μm。也即是说，光子晶体层14的厚度为大于或等于6μm的任意值。例如，光子晶体层14的厚度为6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm等。当光子晶体层14的厚度大于或等于6μm时，单层第一非导体141和单层第二非导体142的厚度不会过薄，便于工艺制造、保证产品良率和反射效果。

以下结合图9至图14详细说明本申请实施方式的光子晶体层14的原理和效果。

太阳辐射光谱能量分布如图9所示。绝大部分的能量集中在0.2μm～2.5μm之间，即太阳辐射对物体温度的影响主要是由这个波长区间内的辐射能力决定的，而基于am1.5太阳光谱，太阳辐射的总能量为1000w/m²，对于制冷技术来说，这将是一个巨大的能耗。本申请实施方式通过光子晶体层14的选择性反射作用，将0.2μm～2.5μm波长范围内的光阻隔在电子装置1000的机壳20以外，消除太阳辐射对机壳20的加热作用。选择光子晶体层14的原因在于光子晶体结构可以利用多层非导体的交替堆叠来实现金属反射层的效果，避免了金属反射层对电子装置1000的天线的干扰，使得电子装置1000的机壳20的设计与使用更加方便。

本申请实施方式还利用大气窗口充分发挥电子装置1000的机壳20的辐射散热。大气窗口指的是电磁波透过大气层时透过率较高的光谱段。如图10所示，大气窗口存在于多个光谱范围中。其中，8μm～14um为热红外波段，地球上的物体热辐射峰值波长通常分布在此波段区域内，与此同时，在8μm～14um波段范围内，大气是高度透明的，即大气层对红外辐射的透过率很高(>80％)、吸收率很低。因此，地球上的物体能够利用8μm～14um的大气窗口波段通过辐射冷却将热量以电磁波的形式发散到外太空，实现无源被动式辐射制冷。

本申请实施方式通过光子晶体结构(即光子晶体层14)调控物质的红外热辐射特性，在不使用金属反射层，避免对电子装置1000的天线信号传输干扰的情况下，提升电子装置1000的机壳20在太阳光谱内的反射率，并且实现8μm～14um内的全波段的高发射率。光子晶体层14的光学特性如图11所示。光子晶体层14在0.2μm～2.5μm太阳光谱波段的平均反射率达到97％，基本不吸收太阳辐射能量，在大气窗口波段平均发射率达到90％，能够通过大气窗口实现被动式辐射制冷。

下面引入辐射制冷量的概念来说明本申请实施方式的光子晶体层14对温度的影响。辐射制冷量的计算可以用如图12所示的能量流来表示。其中，qrad为辐射体的辐射能，qsun为辐射体吸收的太阳辐射，qsky为辐射体吸收的大气辐射，qloss为固有热量损耗(如静止空气对流、空气热传导等)。辐射制冷量的计算满足如下公式，qnet-cooling即为辐射制冷量。例如，对于低湿度的晴空环境，在环境温度为300k时，地球上物体得到净辐射冷却功率可高达140w/m²，该制冷功率仅考虑了物体在大气窗口的辐射量。

qnet-cooling＝qrad(tr)－qsky－qsun－qloss。

基于以上公式，不考虑非辐射因素的影响，理论计算出光子晶体层14的净辐射制冷功率随环境温度的变化，效果如图13所示。由图13可以看出，在300k室温的情况下，光子晶体层14的净辐射制冷功率理论值能达到119.6w/m²。作为对比，若不采用本申请实施方式的光子晶体层14，净辐射制冷功率理论值为-861.4w/m²，即温度会由于吸收太阳光能量而逐渐升高。

随着温度的升高，净辐射能力会增强。同时光子晶体层14实现的功能是无源被动式辐射制冷，在考虑制冷效果时会考虑其自身的辐射散热能力，会考虑光子晶体层14的平衡温度，也就是能够通过自发辐射制冷，光子晶体层14能够达到的最低温度。同时考虑到实用性，需要考虑光子晶体层14自身的损耗功率对光子晶体层14制冷效率的影响，理论光子晶体层14在环境温度为300k时，所能达到的平衡温度与传热系数的关系如图14所示。由图14可以看出，在不考虑热损耗时，光子晶体层14能够实现低于环境温度约38k的制冷效果，随着传热系数的增大，考虑实际工况(对流传热系数约6w/m²k)，也能实现12.7k左右的降温效果。

综上，本申请实施方式在电子装置1000的机壳20上增加光子晶体层14，实现了选择性地增强太阳光谱反射、与提高大气窗口辐射率的功能，消除了电子装置1000容易受到太阳辐射而过热，且热量无法通过辐射散出的缺陷。另外，光子晶体层14所使用材料不涉及导体，还可以有效地避免传统金属镀层所导致的天线干扰。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“一个实施例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本申请实施方式，可以理解，上述实施方式是示例性的，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方式进行变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。