电子设备的热辐射结构 【技术领域】
本发明涉及一种包括作为典型实例的笔记本型个人计算机的便携式电子设备的热辐射机构。更具体地说，本发明涉及一种热辐射结构。
背景技术
参考图7所示，对传统的便携式电子设备的热辐射机构以笔记本型个人计算机为例来进行说明。在笔记本型个人计算机中，由厚度约0.5-2.0mm的铜或铝制成的一热辐射板53紧贴在CPU 2上，该CPU 2是一热生成部件，它安装于一印刷电路板51以通过一热辐射板53将产生于CPU 2内的热量向外界释放和辐射。当采用这种结构未能获得期望的足够的热辐射时，使热辐射板53的一部分与在键盘背面上的一铝制键盘支承板6相接触，从而将CPU 2内的热量也能辐射到该键盘支承板6。
然而，像铜和铝这种用于热辐射板53或键盘支承板6的金属非常刚性，以致这种金属在外界压力下几乎不会变形，并且包括其高度的形状被固定住。此外，因为例如制造公差或在时久后形状上的变化或由于热量原因，CPU 2、热辐射板53以及键盘支承板6并不会是完全光滑的。
因此，当从CPU 2到键盘支承板6的高度在结构上被固定，一间隔(间隙)必然将产生于CPU 2和热辐射板53之间以及热辐射板53和键盘支承板6之间，所以它们就不能互相紧紧地贴在一起。此间隔的作用在于成为在CPU 2和热辐射板53之间以及热辐射板53和键盘支承板6之间的一热接触电阻，并能阻止热量从CPU 2到热辐射板53及键盘支承板6的移动，即辐射。
CPU 2和热辐射板53之间的一间隔(间隙)被称作“热传导电阻间隔IS”。热辐射板53与CPU 2隔开的一距离被称作“电阻距离Dis”，在平行于CPU 2和热辐射板53的方向、其内存在有热传导电阻间隔IS的区域被称作“电阻区域Ais”(未图示)。热传导电阻间隔IS地大小被称作“热电阻间隔大小Vis”。
为了减少热接触电阻，日本公开专利2001-142574揭示了一种提供一柔性热传导构件以消除热传导电阻间隔IS的方法，该构件比如设置在CPU 2和热辐射板53之间以及在热辐射板53和键盘支承板6之间的热辐射润滑油56(未图示)或弹性的热辐射弹性体57。在此方法中，试图用具有比空气更大热传导率的柔性热传导构件代替产生于CPU 2和热辐射板53之间以及热辐射板53和键盘支承板6之间的热传导电阻间隔IS内的空气来改善热传递特性。换句话说，将与热电阻间隔大小Vis相对应量的柔性传导构件填充在热传导电阻间隔IS内。
实际上，CPU 2、热辐射板53和键盘支承板6中的每一个在平面内具有一公差，并且产生0.5mm或更大的、包括制造公差的尺寸公差。所以，当使CPU 2、热辐射板53和键盘支承板6相接触，它们将隔开0.5mm的间隙或更大，并在那儿产生热传导电阻间隔IS。换句话说，为消除与热传导电阻间隔IS0.5mm的电阻距离，必需填充厚度为0.5mm或更大的热辐射润滑油56或热辐射弹性体57。考虑到在热传导电阻间隔IS中的热电阻间隔大小Vis的变化是由于诸部件从CPU 2吸热和辐射热过程中引起的热膨胀或热收缩，所以还必需确定要填充的热辐射润滑油或热辐射弹性体57的量。
然而，热辐射润滑油56或热辐射弹性体57的热导率要比空气的热导率大，但却小于铜或铝的热导率。所以，热传递特性要比当CPU 2在与热辐射板53和键盘支承板6接触的方向上来得差。从这点上来看，需要减少要填充的柔性热传导构件的量，以尽可能地减小热传导电阻间隔IS。然而，填充少许超过一点的量的柔性热传导构件以便适应热传导电阻间隔IS的热电阻间隔大小Vis的变化。
【发明内容】
因此，本发明的目的是提供一种热辐射装置和热辐射结构，从而当在电子设备中的热生成构件向外传导和辐射热时，该热辐射装置和热辐射结构能够调节由于部件公差在尺寸上的变化并能够改善热辐射性能。
为达上述目的，本发明具有如下特征。
本发明旨在设计一种热辐射结构，其中将产生于一内置于一电子设备外壳内的热生成部件内的热量向外传导，该热辐射结构包括：一柔性第一石墨片，该石墨片被构形后包括基本位于同一平面上的两末端部分、以一预定角度相交于所述两末端部分的两隆起部分以及设置于基本上与所述两末端部分平行的一平面上的一中心部分，从而使其具有弹性；以及，一柔性热传导构件。在所述第一石墨片中，所述中心部分热连接于所述热生成部件，并且所述两末端部分中至少之一热连接于所述外壳和一固定于所述外壳上的热辐射部件中的至少一个。所述柔性传导构件被贴敷于这样一个部分上，在该部分中所述第一石墨片热连接于所述热生成部件。
在本发明的电子设备的热辐射装置中，一石墨片利用其柔性被弹性地压于诸如CPU的热生成部件上和键盘背面上的诸如键盘支承板的热辐射部件上，从而使它们之间产生的间隔最小化。结果，在热生成部件和石墨片之间以及在石墨片和键盘支承板之间的热接触电阻被减小了，这样便改善了电子设备的热辐射性能。
通过以下结合附图对本发明的详细描述，将较清晰地理解本发明的上述和其它目的、特征、构思以及优点。
【附图说明】
图1是根据本发明第一实施例的热辐射结构的侧视图。
图2是根据本发明第二实施例的热辐射结构的侧视图。
图3是根据图2中热辐射结构的一种变形实例的侧视图。
图4是根据图2中热辐射结构的另一种变形实例的侧视图。
图5是根据本发明第三实施例的热辐射结构的侧视图。
图6是根据本发明第四实施例的热辐射结构的侧视图。
图7是传统热辐射结构的侧视图。
【具体实施方式】
(第一实施例)
本发明第一实施例的电子设备的热辐射装置和热辐射结构参考图1来描述。图1示出的情形是以在笔记本型个人计算机内构成有一热辐射装置的侧视图作为一电子设备的例子。应该注意到：诸如外壳和电源那些与本热辐射装置不相关的部件就不在此示出了。
在本例的笔记本型个人计算机中，热辐射润滑油3被应用于CPU 2，该CPU 2为热生成部件并设置于印刷线路板中。此后，在平面方向上具有高热导率的一柔性石墨片4采用如下方式热连接其上：经几步折叠石墨片后形成的中心部分4c的下表面通过非固定方式被附连着，石墨片4的两末端部分4e的上表面被紧紧地贴附且热连接到在一键盘(未图示)背侧上的由铝制成的键盘支承板6上。连接两末端部分4e到中心部分4c的隆起部分4s使石墨片4成形为弹性结构。简单地换句话说，如图7中所示的在传统热辐射装置中的热辐射板53和热辐射弹性体57被替换成了石墨片4。
换句话说，在本实施例中，石墨片4被用作在CPU 2中到键盘导热的热辐射装置，代替了热辐射板53。所以，在石墨片4和CPU 2之间的一间隔(间隙)被称为“热传导电阻间隔IS1”。石墨片4与CPU 2隔开的一距离被称为“电阻距离Dis1”，在平行于石墨片4和CPU 2的方向、其内存在有热传导电阻间隔IS1的区域内被称为“电阻区域Ais1”。热传导电阻间隔IS1的大小被称为“热电阻间隔大小Vis1”。
如图1中所示，折叠的石墨片4如此成形以致包括两末端部分4e、隆起部分4s和一中心下表面4c。更具体地说，两末端部分4e基本上位于同一平面，中心部分4c位于基本上平行于末端部分4e的平面内，以及，为了使以预定角度相交于末端部分4e和中心部分4c还形成有两隆起部分4s。因此，石墨片4能够用隆起部分4s弹性支撑中心部分4c。
石墨片4的两末端部分4e的上表面通过机械连接件如螺钉(未图示)以稳固的方式紧紧地固定在键盘支承板6上。由于在传统热辐射装置中用金属制成的热辐射板53非常刚性，因此在热辐射板和CPU 2之间会由于部件的公差、临时变化或热膨胀而产生一较大间隙(热传导电阻间隔IS)。另一方面，由于涂敷于CPU 2上的热辐射润滑油3的吸附力作用，本发明的石墨片4凭其挠曲和折叠引起的弹性作用而发生弯曲，并且有弹性地被压到CPU 2上以便调节产生于CPU 2和石墨片4之间的间隙。
换句话说，石墨片4要比热辐射板53更易变形并且调节由于制造公差、临时变化或温度变化引起的部件尺寸的变化。结果，产生于CPU 2和石墨片4之间的热传导电阻间隔IS1的电阻距离Dis1要更小于在传统热辐射装置中的热传导电阻间隔IS的电阻距离Dis，该电阻距离Dis为0.5mm，最小电阻距离Dis1基本上在由石墨片4和CPU 2的表面粗糙度限定的某一范围内。因此，热传导电阻间隔IS1的电阻区域Ais1和热电阻间隔大小Vis1也就更小于在传统热辐射装置中的热传导电阻间隔IS的电阻区域Ais和热电阻间隔大小Vis，这是自然的了。
因此，在本发明中，产生于石墨片4和CPU 2之间并充当热接触电阻作用的热传导电阻间隔IS1能够通过弯曲石墨片4来减小到相当于石墨片4和CPU 2的表面粗糙度的这样一个程度，从而适应了部件的制造公差。此外，石墨片4能用它的柔性来调节由于临时变化或热变化引起的部件尺寸的变化。
然而，涂敷在产生于石墨片4和CPU 2之间的热传导电阻间隔IS1中的热辐射润滑油3的量较少，对应于热电阻间隔大小Vis1。更具体地说，被涂敷的热辐射润滑油3的厚度多达0.3mm和厚度至少为电阻距离Dis1，该电阻距离Dis1是在实践中涂敷润滑油能达到的一厚度。
因此，能够减小设置在这样一个区域内的、在CPU 2和石墨片4之间的热接触电阻，其中，所述的这一区域要比其中设置有石墨片4和键盘支承板6的一区域小。所以，在CPU 2内的热量能够有效地被吸收和移动。石墨片4和键盘支承板6以可靠的方式彼此机械地紧紧贴附，从而使得在CPU 2内的热量通过石墨片4被有效地传导至键盘支承板6。如此，在本发明的热辐射装置中，在热产生部分、热吸收部分和热辐射部分之间的热接触电阻比在传统热辐射装置中要减小的更多，因此能改善总体热辐射性能。
如前所述，在本发明中，在平面方向内具有高热导率的柔性石墨片被经几步折叠，并作为热辐射板被利用。因此，即使当在热生成部件和热辐射板之间或在热辐射板和键盘支承板之间因为部件公差而形成一间隙时，利用石墨片的柔性以使得石墨片变形，从而能防止热生成部件和石墨片之间或石墨片和键盘支承板之间形成间隙而不产生残余应力。此外，石墨片具有较好的热传递性，从而改善了整个电子设备的热辐射性能。
为了改善用于形成热辐射装置的加工性能，可以使用具有较强吸附力的薄热辐射弹性体来替代热辐射润滑油3，或将它们结合使用。更好的是在CPU 2中用作吸收和移动热量装置的石墨片4具有在平面方向上的热导率为100(w/mK)或更大值、0.5至2.0mm的厚度和柔性。然而，可以合适地选择石墨片4，这取决于构成热辐射装置的部件的形状和尺寸、制作公差、在CPU 2内热产生的量、要辐射的热的需要量等等。
在本实施例中，石墨片4和热辐射润滑油3是构成热辐射结构HRS1的最小单元，该热辐射结构HRS1实现了捕获(吸收)在CPU 2内产生的热的功能。此外，提供键盘支承板6作为热辐射结构HRS1的一个部件，以使从CPU 2捕获的热被释放到个人计算机外部。
在如图1所示的例子中，折叠石墨片4从而石墨片4的隆起部分4s以预定角度相交于中心下表面4c和两末端部分4e而呈现近似为梯形。因此，石墨片4提供了弹性作用，从而用来按压将中心下表面4c于CPU 2上。因此，石墨片4可以例如是矩形或曲形，只要此形状使石墨片4的中心下表面4c以预期的弹性作用被稳定地靠压于CPU 2上即可。
(第二实施例)
本发明第二实施例的电子设备的热辐射装置参考图2所示。与图1相似，图2示出的情形是以在笔记本型个人计算机内设置有一热辐射装置的侧视图作为一电子设备的例子。本实施例的一热辐射结构HRS2相比于图1所示的热辐射结构HRS1增加设置了一弹性构件8。在本实施例中，石墨片4和CPU 2之间的一间隔(间隙)被称为“热传导电阻间隔IS2”。石墨片4与CPU 2隔开的一距离被称为“电阻距离Dis2”，在平行于石墨片4和CPU 2的方向、在其内存在有热传导电阻间隔IS2的区域被称为“电阻区域Ais2”。热传导电阻间隔IS2的大小被称为“热电阻间隔大小Vis2”。
弹性构件8设置于在石墨片4和键盘支承板6所形成的间隔内。弹性构件8是由诸如聚氨酯泡沫塑料或三聚氰胺泡沫塑料的弹性材料构成，其长度L8可以由下述方程式(1)来表达，用Tg表示石墨片4的厚度，用L表示从键盘支承板6的下表面到CPU 2上表面的距离，
方程式(1)
L8＝L-Tg-Dis2+ΔL
其中ΔL表示弹性构件8的压缩长度，以及必需施加预定压力于CPU 2上的一预定长度。更具体地说，要根据石墨片4的弯曲量、弹性构件8的弹性系数、弹性构件8与CPU 2和石墨片4相接触的面积以及按压石墨片4于CPU 2上所必要的压紧力适当地确定ΔL。
弹性构件8被压于用螺钉等彼此紧紧固定一起的石墨片4和键盘之间，这种反作用力将折叠的石墨片4的中心部分的下表面压向CPU 2。其结果，除了由于石墨片4自身折叠结构引起的弹性作用外，采用弹性构件8的压紧力要比在热辐射结构HRS1中将使石墨片4更紧紧地贴附着CPU 2。
从上述方程式(1)可以知道如果增加压缩长度ΔL，电阻距离Dis2就可以减小。换句话说，CPU 2和石墨片4彼此的贴附要比在热辐射结构HRS1的情况下更紧，从而电阻距离Dis2、电阻区域Ais2和热电阻间隔大小Vis2能分别小于电阻距离Dis1、电阻区域Ais1和热电阻间隔大小Vis1。换而言之，热传导电阻距离IS2也就小于热传导电阻距离IS1，从而可以减少热辐射润滑油3的涂敷量。
因此，用于CPU 2和石墨片4之间的柔性热传导构件可以减少，从而在石墨片4和键盘支承板6之间的热接触电阻能够减少，所以热辐射结构HRS2的热辐射性能比在热辐射结构HRS1中要增强得多。
参考图3所示，将要描述第二实施例的热辐射结构HRS2的第一个变形实例。在此实例的热辐射结构HRS2A中，在热辐射结构HRS2中的弹性构件8由一板簧8A来代替，石墨片4由石墨片4A代替。石墨片4A通过在石墨片4表面涂上一层诸如聚酯箔的薄膜树脂而获得，这是为保护石墨片4以避免与板簧8A相碰而导致损坏。在本变形实例中，板簧8A设于键盘支承板6中，但当其在强度上产生问题时，板簧8A可以设置在个人计算机的另一部分中，比如说外壳。
如上所述弹性构件8和板簧8A可以具有任何形状来替换分别在图2、3中所示的形状，只要它们能以一要求的压力将石墨片4的中心下表面4c压靠于CPU 2即可。
参考图4所示，将要描述第二实施例的热辐射结构HRS2的第二个变形实例。在此实例的热辐射结构HRS2B中，在热辐射结构HRS2中的石墨片4由石墨片4B来代替。不同于石墨片4和石墨片4A，石墨片4B并不是通过弯曲形成一弹性结构，而是使用一保持其原始状态的石墨片。也就是说，石墨片4B并没有与在石墨片4和石墨片4A中的两末端部分4e、隆起部分4s和中心部分4c中任一部分直接对应的这些部分。然而，为描述方便起见，位置上大致相对应的部分在此分别表示为两末端部分4eB、隆起部分4sB和中心部分4cB。
在热辐射结构HRS2B中，两末端部分4eB都采用如下方式被机械地固定在键盘支承板6上：即石墨片4B的中心部分4cB在至少一预定区域内能被悬挂和接触于CPU 2。固定在键盘支承板6的两末端部分4eB的位置大约与固定在键盘支承板6的两末端部分4e的位置相同。然而，石墨片4B并不具有弹性结构，因此它不仅不能消除产生于石墨片4B和CPU 2之间的热传导电阻间隔IS2，而且也很难使中心部分4cB的下表面与CPU 2的表面相接触。
所以，设置于键盘支承板6和石墨片4B之间的弹性构件8将中心部分4cB的下表面按压于CPU 2以使得彼此紧紧贴附。固定于键盘支承板6并经弯曲的石墨片4B也是一种弹性结构。然而，石墨片4B不能期望像在石墨片4和石墨片4B中的那样通过由于折叠而来自弹性结构的压力而与CPU 2相互贴附。因此，为确保中心部分4cB的下表面紧紧贴附于CPU 2的整个表面，较佳地是使用于热辐射结构HRS2B中的弹性构件8的横截面积大于CPU 2的表面面积。如上所述的板簧8A可以用来代替弹性构件8。此外，如果使用了板簧8A，较佳地是如石墨片4A的情况中那样，将石墨片4B设置成将石墨片4B的表面覆盖一层诸如聚酯箔的薄膜树脂，以便保护它与板簧8A相接触而免遭损坏。
如上所述，在热辐射结构HRS2B中不必弯曲石墨片4B，因此此结构在可加工性方面要比在如石墨片4或石墨片4A等情况中的好。另外，在石墨片4或石墨片4A等中，必须将石墨片按照它要被贴附的那个部分的形状或尺寸弯曲和成形为一预定形状。此外，预先已被弯曲成形的石墨片4或石墨片4A有效地限制它能被贴附到的那个部分，所以在其它部分就不能被用来辐射。另一方面，由于对于它要被贴附的位置的限制度更小，因此石墨片4B能不被弯曲使用从而更加经济。
(第三实施例)
本发明第三实施例的电子设备的热辐射装置如图5所示。与图1相似，图5所示是以电子设备为例在笔记本型个人计算机内设置有一热辐射装置的截面图。本实施例中的热辐射结构HRS3是用石墨多层片14代替图1中热辐射结构HRS1中的石墨片4而获得的。在本实施例中，石墨多层片14和CPU 2之间的一间隔(间隙)被称为“热传导电阻间隔IS3”。石墨多层片14与CPU 2隔开的一距离被称为“电阻距离Dis3”，在平行于石墨多层片14和CPU 2的方向、在其内存在有热传导电阻间隔IS3的一区域被称为“电阻区域Ais3”。热传导电阻间隔IS3的大小被称为“热电阻间隔大小Vis3”。
石墨多层片14是通过将具有一在平面方向上的热导率为100(W/mK)或更大值和厚度为0.5到2.0mm的一柔性石墨片14a夹在一具有0.01到0.2mm厚度的、诸如铝箔或铜箔的一薄金属箔14b中而构成。与在热辐射结构HRS1中相似，石墨多层片14两末端的上表面通过机械连接件如螺钉以稳固的方式紧紧地固定于键盘支承板6上。
在本实施例中，石墨多层片14是由柔性石墨片14a和薄金属箔14b构成，从而石墨多层片14被涂于CPU 2的热辐射润滑油3的吸附力所弯曲，所以在CPU 2和石墨多层片14之间将不会产生间隙。
因此，在CPU 2和石墨多层片14之间以及在石墨多层片14和键盘支承板6之间的热电阻会减小。另外，在石墨多层片14表面上的金属箔比在石墨多层片14中间部分的石墨片14a具有更高的容积比热，并具有相等或更高的热导率。所以，当在笔记本型个人计算机中的热生成部件辐射热量时，其总的热辐射性能会增强于当仅由一石墨片构成的热辐射板。
(第四实施例)
本发明第四实施例的电子设备的热辐射装置如图6所示。与图1相似，图6所示是以电子设备为例在笔记本型个人计算机内设置有一热辐射装置的截面图。本实施例的热辐射结构HRS4是通过附加设置了一具有0.1到1.0mm厚度的石墨片17而构成，上述石墨片17设置于如图1热辐射结构HRS1中所示的石墨片4和键盘支承板6之间。
石墨片17贴附于键盘支承板6。石墨片4的两末端的上表面经由石墨片17通过机械件如螺钉以稳固的方式紧紧地固定并热连接于键盘支承板6。
在本实施例中，石墨片4和CPU 2之间的一间隔(间隙)被称为“热传导电阻间隔IS4”(未图示)。石墨片4与CPU 2隔开的一距离被称为“电阻距离Dis4”(未图示)，在平行于石墨片4和CPU 2的方向、在其内存在有热传导电阻间隔IS3的一区域内被称为“电阻区域Ais4”。热传导电阻间隔IS4的大小被称为“热电阻间隔大小Vis4”。
石墨片17和石墨片4之间的热接触电阻比石墨片4和键盘支承板6之间的热接触电阻要小。因此，在平面方向上的热辐射性能要比热辐射结构HRS1的情况中得以改善，并且利用石墨片17在平面方向上的高热导率和在截面方向上的低热导率从石墨片4向贴附于键盘支承板6的石墨片17释放热量，从而降低键盘的表面温度。
虽然上述诸实施例已被一一描述，但可以通过它们的任何组合来获得其它结构配置。如上所述，本发明能用来辐射诸如笔记本型个人计算机的便携式电子设备的热量。
虽然已经详细描述了本发明，但是先前所述应当理解为在各方面的说明而不以此构成对本发明的限制。因此，应当认识到在不脱离本发明实质精神范围内还可以设计出对上述实施例的各种变化和变型。