弹性散热结构和电子装置

技术领域

本发明涉及一种弹性散热结构和具有该弹性散热结构的电子装置。

背景技术

随着科技的发展，针对平面型电子装置的设计与研发，例如显示面板、背光模块、或照明模块，都以薄型化、大尺寸及高效能为优先考虑。在要求薄型化、大型化与高性能的情况下，电子装置不可避免地将产生较以往更多的热量，因此，“散热”已经是电子装置不可或缺的需求功能。

现有技术大多是利用设置在装置上的散热鳍片、风扇，或是散热件(例如热管)将操作时所产生的废热导引出。其中，散热鳍片或散热片一般具有一定的厚度，而且利用具有高导热性质的金属材料制成，或是利用掺杂具有高导热性质的无机材料，例如氮化硼、氮化铝等的高分子复合材料制成。然而，金属材料的导热效果虽然很好，但是密度大，会增加整体重量与厚度。而掺杂了无机材料的高分子复合材料的结构强度并不好，可能不适合应用在某些产品上。

因此，如何发展出更适用于电子装置散热需求的结构，可适用于不同的产品领域以符合薄型化、大尺寸及高效能的需求，已经是相关厂持续追求的目标之一。

发明内容

本发明的目的为提供一种弹性散热结构和具有该弹性散热结构的电子装置，除了可达到散热需求外，还可吸收装置操作时所产生的震动，以符合薄型化、大尺寸及高效能电子装置的要求。

为达上述目的，依据本发明的一种弹性散热结构，包括多孔弹性构件以及多个第一导热构件及多个第二导热构件，第一导热构件及第二导热构件混合于多孔弹性构件中，各第一导热构件的最大宽度大于5微米且小于等于50微米，各第二导热构件的最大宽度大于0微米且小于等于5微米，且各第一导热构件及各第二导热构件的厚度大于等于0.3纳米且小于等于30纳米；其中，当弹性散热结构的密度大于等于0.1克/立方厘米且小于等于1.0克/立方厘米时，第一导热构件及第二导热构件的含量大于等于0.01％且小于等于20％；当弹性散热结构的密度大于1克/立方厘米且小于等于2克/立方厘米时，第一导热构件及第二导热构件的含量大于20％且小于等于40％；当弹性散热结构的密度大于2克/立方厘米且小于等于4克/立方厘米时，第一导热构件及第二导热构件的含量大于40％且小于等于50％；当弹性散热结构的密度大于4克/立方厘米且小于等于10克/立方厘米时，第一导热构件及第二导热构件的含量大于50％且小于等于60％。

为达上述目的，依据本发明的一种电子装置，包括热源以及弹性散热结构，弹性散热结构设置于热源的一个表面，并包括多孔弹性构件以及多个第一导热构件及多个第二导热构件，第一导热构件及第二导热构件混合于多孔弹性构件中，各第一导热构件的最大宽度大于5微米且小于等于50微米，各第二导热构件的最大宽度大于0微米且小于等于5微米，且各第一导热构件及各第二导热构件的厚度大于等于0.3纳米且小于等于30纳米；其中，当弹性散热结构的密度大于等于0.1克/立方厘米且小于等于1.0克/立方厘米时，第一导热构件及第二导热构件的含量大于等于0.01％且小于等于20％；当弹性散热结构的密度大于1克/立方厘米且小于等于2克/立方厘米时，第一导热构件及第二导热构件的含量大于20％且小于等于40％；当弹性散热结构的密度大于2克/立方厘米且小于等于4克/立方厘米时，第一导热构件及第二导热构件的含量大于40％且小于等于50％；当弹性散热结构的密度大于4克/立方厘米且小于等于10克/立方厘米时，第一导热构件及第二导热构件的含量大于50％且小于等于60％。

在一实施例中，多孔弹性构件的材料包括丙烯酸树脂、聚氨酯、聚乙烯、或聚丙烯，或其组合。

在一实施例中，第一导热构件或第二导热构件的材料包括石墨烯、石墨、纳米碳管、氧化铝、氧化锌、氧化钛、或氮化硼、或其组合。

在一实施例中，第一导热构件与第二导热构件的总量为100％时，第一导热构件的含量介于5％至95％之间。

在一实施例中，弹性散热结构还包括第一表面及与第一表面相对的第二表面；其中，多孔弹性构件具有多个泡孔，部分的泡孔通过位于第一表面或第二表面上的泡孔而与外界连通。

在一实施例中，弹性散热结构还包括第一表面及与第一表面相对的第二表面；其中，多孔弹性构件具有多个泡孔，泡孔位于第一表面与第二表面之间而与外界不连通，且部分的泡孔相互连通。

在一实施例中，弹性散热结构还包括第一表面及与第一表面相对的第二表面；其中，多孔弹性构件具有多个泡孔，泡孔位于第一表面与第二表面之间而与外界不连通，且泡孔独立而不相互连通。

在一实施例中，多孔弹性构件具有多个泡孔，第一导热构件与第二导热构件位于泡孔的外围以维持泡孔。

在一实施例中，电子装置可为发光二极管显示器、有机发光二极管显示器、液晶显示器、背光模块、发光二极管照明模块、或有机发光二极管照明模块。

承上所述，在本发明的弹性散热结构和和具有该弹性散热结构的电子装置中，通过第一导热构件及第二导热构件混合于多孔弹性构件中，以及第一导热构件和第二导热构件的条件限定，能够将电子装置的热源所产生的热量快速地导引出且散逸至外界，并且通过弹性散热结构将装置操作时所产生的单点、局部或平面式的震动吸收掉，达到散热与减震的双重效果，同时，本发明的弹性散热结构还可符合薄型化、大尺寸及高效能电子装置的要求。

附图说明

图1A为本发明一实施例的弹性散热结构的部分剖视示意图。

图1B为图1A的区域A的放大示意图。

图2与图3分别为本发明不同实施例的弹性散热结构的部分剖视示意图。

图4为本发明一实施例的弹性散热结构中，第一导热构件或第二导热构件的示意图。

图5为本发明一实施例的弹性散热结构的制程设备示意图。

图6为本发明一实施例的电子装置的示意图。

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明本发明一些实施例的弹性散热结构和电子装置，其中相同的元件将以相同的附图标记加以说明。

以下实施例示出的元件只是示意性的，并不代表真实的比例或尺寸。本申请的弹性散热结构可用于例如但不限于手机、笔记本电脑、平板电脑、电视、显示器、背光模块、或照明模块，或是其他领域的电子装置，并不限制。本申请的弹性散热结构除了具有较高的导热、散热效益外，还可吸收装置操作时所产生的震动，同时可应用于不同的产品领域而达到薄型化、大尺寸及高效能电子装置的要求。此外，本申请的弹性散热结构可设置于热源的表面上，以将热源所产生的热量经由弹性散热结构的导引、传递，且通过例如电子装置的背板、背盖、或壳体、或其他可承载或导引热源的元件散逸出去。

图1A为本发明一实施例的弹性散热结构的部分剖视示意图，图1B为图1A的区域A的放大示意图，图2与图3分别为本发明不同实施例的弹性散热结构的部分剖视示意图，而图4为本发明一实施例的弹性散热结构中，第一导热构件或第二导热构件的示意图。其中，图1A、图2和图3分别代表弹性散热结构的多孔弹性构件的不同密度结构，并且只示出弹性散热结构中的某一条示意的导热路径P。

请先参照图1A与图1B所示，本实施例的弹性散热结构1可包括多孔弹性构件11、多个第一导热构件12以及多个第二导热构件13。

多孔弹性构件11为发泡体而具有弹性，并且具有多个泡孔O1、O2。其中，多孔弹性构件11的材料可与一般泡棉的材料相同，例如但不限于包括丙烯酸树脂(Acrylic)、聚氨酯(Polyurethane,PU)、聚乙烯(Polyethylene)、或聚丙烯(Polypropylene)、三元乙丙橡胶(Ethylene-Propylene-Diene Monomer,EPDM)、乙烯醋酸乙烯酯共聚合树脂(EVA树脂)、或其组合。在上述这些材料中，丙烯酸树脂和聚氨酯形成的泡孔形状(Bubble shape)为半闭孔(Semi-closed cell)，柔软性与可压缩性比较好，震动吸收能力比较好，且对热的稳定度也比较好；而聚乙烯和聚丙烯形成的泡孔形状为闭孔型(Closed cell)，可压缩性与震动吸收能力较差，但对湿度的稳定度比较好。

第一导热构件12及第二导热构件13混合于多孔弹性构件11中。其中，第一导热构件12及第二导热构件13可为高导热材料，并可为颗粒、粉未或微片状，其材料可例如但不限于包括石墨烯、石墨、纳米碳管、氧化铝、氧化锌、氧化钛、或氮化硼(BN)、或其组合，或其他适合的高导热材料。

针对第一导热构件12和第二导热构件13材料的选择上，在一比较实验中，请参照下表一，发明人比较富勒烯(Fullerene)、纳米碳管、石墨烯和氮化硼等材料的晶体类型、密度、成本及比表面积(Specific surface area)等特性后发现，富勒烯为球状，传热效果较差；纳米碳管为长条状，在多孔弹性构件11发泡的过程中可能会阻碍泡孔的生成；氮化硼是球状且较坚硬，吸收震动的能力较不好；而石墨烯微片不仅密度低、成本也低、吸收震动的能力也比较好，而且因为是微片状，片与片的接触面积也最大，使得其导热、散热的效果最好。

表一

具体来说，石墨烯微片具有以下5点的优势：1、厚度薄(厚度大约在0.3纳米与3纳米之间)、片径小(几十微米以下)，易于形成最密堆迭而使接触面积最大化，易于热传导，而且也不会影响泡孔的生成。2、密度小，向上发泡容易、无阻碍。3、高杨氏模数(Young'smodulus)，可增加多孔弹性构件11的强度。4、比表面积最大，具有高导热系数。5、具X、Y方向性的二维结构，可增加由上而下的导热路径。因此，本实施例的弹性散热结构1选用的第一导热构件12及第二导热构件13的材料分别为石墨烯微片。

另外，弹性散热结构1还可包括第一表面S1及与第一表面S1相对的第二表面S2，而多孔弹性构件11的泡孔O1、O2中，位于第一表面S1或第二表面S2上且与外界连通的孔(可称为开放式泡孔)称为泡孔O1，而不在第一表面S1或第二表面S2上的泡孔，亦即位于多孔弹性构件11内部的孔则可称为泡孔O2。在本实施例中，有一部分的泡孔O2是通过位于第一表面S1与第二表面S2上的泡孔O1而与外界连通。在此称为半闭孔(其宽度例如介于5微米至40微米之间)，且多孔弹性构件11为低密度结构。上述的“半闭孔”指的是，在多孔弹性构件11的结构中，有些许泡孔O2与上、下侧壁旁的泡孔O1之间互相连通。

在另一实施例中，如图2所示，泡孔O2全部位于第一表面S1与第二表面S2之间而与外界不连通，也就是说，几乎没有位于第一表面S1与第二表面S2上的泡孔O1，而且，部分的泡孔O2相互连通(相对于多孔弹性构件11而言，多孔弹性构件11a可称为中密度结构，其内部具有连接的泡孔)；在另一实施例中，如图3所示，泡孔O2全部位于第一表面S1与第二表面S2之间且与外界不连通(即没有泡孔O1)，且泡孔O2独立而不相互连通(闭孔型，相对于多孔弹性构件11、11a而言，多孔弹性构件11b可称为高密度结构)。

由于在弹性散热结构1、1a、1b中，多孔弹性构件11、11a、11b中皆混合有第一导热构件12及第二导热构件13(例如石墨烯微片)，因此，三种密度结构都可具有很好的热传导效能。另外，由于中、高密度结构的多孔弹性构件11a、11b没有位于第一表面S1与第二表面S2上的泡孔O1，因此，中、高密度结构的多孔弹性构件11a、11b的防水性能比低密度的多孔弹性构件11好，但是，因为低密度的多孔弹性构件11具有多个位于第一表面S1与第二表面S2上的泡孔O1，以及有泡孔O2与泡孔O1连通，因此，在热传导上的效能上比多孔弹性构件11a、11b好。

承上，在图1A、图1B、图2和图3实施例的弹性散热结构1、1a、1b中，由于第一导热构件12及第二导热构件13(例如石墨烯微片)分别均匀混合于多孔弹性构件11、11a、11b中，而在多孔弹性构件11、11a、11b发泡的过程中，石墨烯微片可成为造孔剂，其位于泡孔O的外围以维持泡孔O的存在，可维持多孔弹性构件11、11a、11b的弹性与缓冲性。并且，在热导引与传递的过程中，是通过位于泡孔O1、O2外围的石墨烯微片(第一导热构件12及第二导热构件13)形成导热路径P(假设热源接触第一表面S1)，以将热能由弹性散热结构1、1a、1b的一侧(热源侧，例如第一表面S1侧)传导至另一侧(例如第二表面S2侧)。

另外，在上述的实施例中，不论是低密度、中密度或高密度的多孔弹性构件11、11a、11b结构，为了达到良好的取热、导热或散热效果，如图4所示，本发明又限定：各第一导热构件12的最大宽度L可大于5微米(μm)且小于等于50微米(5μm

另外，假设第一导热构件12与第二导热构件13的混合总量为100％时，则第一导热构件12的含量可介于5％至95％之间(5％≤第一导热构件12含量≤95％，其余为第二导热构件13的含量)。举例来说，当第一导热构件12的含量为90％，第二导热构件13的含量则为10％(混合比例为9：1，两者合计为100％)；当第一导热构件12的含量为80％，第二导热构件13的含量则为20％(混合比例为4：1，两者合计为100％)；以此类推。通过上述的限制条件，使得第一导热构件12与第二导热构件13(石墨烯微片)可以“最密堆积”的方式混合于多孔弹性构件11中(图1B)。由于是“最密堆积”，因此，第一导热构件12与第二导热构件13的接触面积大，可以达到比较高的热传导效果。

再者，除了上述的限定条件外，本发明还限定弹性散热结构的密度与第一导热构件及第二导热构件的含量关系：当弹性散热结构1、1a、1b的密度大于等于0.1克/立方厘米且小于等于1.0克/立方厘米(0.1g/cm

通过上述的限定条件，使得弹性散热结构1、1a、1b可具有良好的取热、导热及散热的效果外，还可吸收装置操作时的震动。另外，当第一导热构件12及第二导热构件13的材料为石墨烯微片时，由于石墨烯具有吸收电磁波的能力，因此，弹性散热结构1、1a、1b还可具有电磁波屏蔽的能力。此外，本发明还可依据要散热的装置需求制作成高密度、中密度或低密度的结构，以适应不同的使用需求。

以下介绍弹性散热结构的制造过程：在一些实施例中，可使用聚合度(Degree ofpolymerization，DP)例如为1700，而且是完全水解型的聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)作为反应物，添加上述片径及厚度限制条件的石墨烯微片作为造孔剂，控制不同的反应物与制程条件以制作成不同密度范围的弹性散热结构。其中，PVA(聚乙烯醇)在整体溶液中所占的体积例如为6wt％～7wt％，再混合甲醛及硫酸进行缩醛反应，同时控制反应温度例如为60℃，以制备多孔性并且含有石墨烯导热材料的弹性散热结构。

举例来说，以聚乙烯醇为6wt％、石墨烯的重量为5g为例，其制备方法可例如如以下的步骤。步骤1：开起热风循环烘箱，温度控制在60℃，将模具预热；步骤2：称取27g的聚乙烯醇粉末及5g的石墨烯置于500ml的烧杯中；步骤3：量取190ml的去离子水(纯水)，并加入至步骤2的烧杯中；步骤4：将步骤3的烧杯中的反应物加热、搅拌至沸腾溶解；步骤5：量取20ml的去离子水加入至50ml的烧杯中；步骤6：量取27ml的甲醛溶液，置于50ml烧杯中备用；步骤7：当步骤4烧杯内的聚乙烯醇完全溶解后持续搅拌，使其自然降温至85℃；步骤8：待步骤7完成后，将步骤5的溶液缓慢倒入步骤7的烧杯中，并均匀混合，持续搅拌，使其自然降温至75℃；步骤9：将步骤6的甲醛溶液倒入步骤8的烧杯中，并均匀混合，再利用去离子水将整体溶液定为280ml；步骤10：持续搅拌，使其自然降温至60℃；步骤11：量取15ml，50wt％的硫酸溶液并加入5ml的去离子水，置于烧杯中备用；步骤12：当步骤10完成时，将步骤11的硫酸溶液倒入步骤10的烧杯中，并使其搅拌混合；步骤13：待步骤12完成后，将反应液置于事先预热的模具中，置于热风循环烘箱内，温度控制在60℃，反应时间为8小时；步骤14：当步骤13完成后，将样品静置于室温，直到温度降至常温后，以去离子水重复清洗样品，直到Ph值为6.0到7.0之间；步骤15：当步骤14完成后，将样品在湿润的情况下，密封于夹链袋中，即可得到多孔性聚乙烯醇缩醛的弹性散热结构。

在另一些实施例中，多孔弹性构件的材料例如为树脂压克力类材料，而第一导热构件和第二导热构件仍以石墨烯微片为例。请参照图5所示，弹性散热结构的制程可包括：先将石墨烯微片和树脂压克力浆料在桶槽31内以适当的比例混合、搅拌后，利用微泡泡(micro-bubble)产生器32(包括泵浦321、桶槽322)通过管路33和喷嘴打出微气泡到桶槽31内的浆料中，使桶槽31的浆料中包括有相当多的微气泡，之后，再将桶槽31连接涂覆的设备，以通过涂覆设备在基板上进行浆料的涂覆(浆料内有很多微气孔)，再进行干燥、固化制程后，就可在基板上形成具有石墨烯材料的弹性散热结构。

在一些实施例中，可依据不同电子装置的导热、散热、空间、和/或吸震需求制作不同尺寸(长、宽、高)的弹性散热结构；在一些实施例中，弹性散热结构可以很薄而且很轻。另外，由于本发明的弹性散热结构具有弹性和可压缩性，因此，可视电子装置整体厚度的要求以适当力道将弹性散热结构压合在热源上，以通过弹性散热结构达到良好的取导、导热及散热效益，借此达到吸震与散热效果，以符合薄型化、大尺寸及高效能电子装置的要求。此外，在一些实施例中，弹性散热结构为软性结构而具有可挠性，因此可适应热源的形状卷曲或弯折而贴附于热源上，除了可将热源的热量导引并散逸出外，还可吸收操作时所产生的震动或噪音。

在一些实施例中，可通过胶材(例如双面胶)将弹性散热结构的第一表面(S1)或第二表面S2贴附在热源上，使弹性散热结构位于热源与壳体、背板、或背盖之间，除了可提供吸震的效果外，热源所产生的热能也可通过双面胶经由弹性散热结构快速地传导至其对向表面，再经由壳体、背板、或背盖散逸至外界；在一些实施例中，也可将弹性散热结构直接贴附于热源上，本发明不限制。此外，可将上述实施例的弹性散热结构应用于例如但不限于手机、笔记本电脑、平板电脑、电视、显示器、背光模块、或照明模块，或是其他领域的电子装置的散热与吸震上。

请参照图6所示，其为本发明一实施例的电子装置的示意图。电子装置2可例如但不限于为平面显示器或平面光源，并可包括热源21以及弹性散热结构22，热源21具有两相对的表面211、212，且弹性散热结构22设置于热源21的表面211。其中，弹性散热结构22可为上述的弹性散热结构1、1a、或1b，或其变化形态，具体技术内容已于上述中详述，不再赘述。

在一些实施例中，当电子装置2为平面显示器，例如但不限于发光二极管(LED)显示器、有机发光二极管(OLED)显示器、液晶显示器(LCD)时，则热源21可为显示面板而具有显示面(即表面212)，其背面则为表面211，弹性散热结构22可直接或间接(例如通过胶材)贴附于热源21的表面211，以通过弹性散热结构22吸收热源21所产生的热量与震动(按压或触控操作时会产生震动)。另外，在一些实施例中，当电子装置2为平面光源，例如但不限于背光模块、LED照明(LED lighting)模块、或OLED照明(OLED lighting)模块时，则热源21可为发光单元而具有光射出面(即表面212)，其背面则为表面211，弹性散热结构22可直接或间接(例如通过胶材)贴附于热源21的表面211。

此外，在电子装置的散热测试的一实施例中，热源21例如为OLED面板，其表面211(背面)的温度例如为54.8℃；当使用一般泡棉贴附于表面211时，泡棉中远离表面211的另一表面温度(即下表面温度)只能达到39.7℃，导热效果不佳；但是，当使用上述弹性散热结构22的第一表面S1贴附于热源21的表面211时，弹性散热结构22的第二表面S2的温度可达到45.2℃，证明本申请的弹性散热结构22比一般泡棉多了5.5℃的导热效益，还可以将热源21所产生的热能导引至外界。

在一些应用例中，由于弹性散热结构22具有弹性与缓冲性，因此，可视需求将弹性散热结构22压合在热源21(视电子装置2的需求厚度控制施力，使其符合整体厚度要求)，当压合后，由于弹性散热结构22中的第一导热构件及第二导热构件因挤压而接触面积更大，且更接近热源21，因此，热量可以更快速地由第一表面S1传导到第二表面S2，且散逸出至外界。

综上所述，在本发明的弹性散热结构和和具有该弹性散热结构的电子装置中，通过第一导热构件及第二导热构件混合于多孔弹性构件中，以及第一导热构件和第二导热构件的条件限定，能够将电子装置的热源所产生的热量快速地导引出且散逸至外界，并且通过弹性散热结构将装置操作时所产生的单点、局部或平面式的震动吸收掉，达到散热与减震的双重效果，同时，本发明的弹性散热结构还可符合薄型化、大尺寸及高效能电子装置的要求。

以上所述仅为示例性，而非限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于所附权利要求中。