CN100526787C - 散热模块及其热管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散热模块，其包括热管和至少一散热鳍片。散热鳍片被设置于热管外并与热管连接。热管包括热管本体与底座。热管本体具有一体成型的顶部和环设于顶部的侧壁部，顶部还一体成型有一向外突出的注水管。底座与顶部相对设置，底座具有如环状凹槽或下陷凹台之类的凹陷部，可供热管本体侧壁部的末端插入，使底座与热管本体结合后共同形成封闭空间。在凹陷部旁侧还具有环状突出区，将热管本体侧壁部的末端插入底座的凹陷部后，再对环状突出区加工使其填入凹陷部与侧壁部之间，使底座与热管本体紧密接合。利用本发明，不仅能解决现有柱状型热管废料率高的问题，还可减少焊接次数，简化组装过程，具有成本低廉、制造过程简单的优点。

Description

散热模块及其热管

技术领域

本发明涉及一种散热模块，尤其涉及一种具有加工容易且节约制造成本的热管的散热模块。

背景技术

随着技术的进步，电子组件单位面积上的晶体管数量越来越多，造成其工作时发热量增加。另一方面，电子组件的工作频率也越来越高，晶体管工作时开/关(on/off)转换所引起的热量(switch loss)也是电子组件发热量增加的原因。若未能适当地处理这些热量，将造成芯片运算速度降低，严重者甚至影响到芯片的寿命。为加强电子组件的散热效果，现行的做法大多在热源处用散热器将热导出，经由散热器的鳍片(fin)以自然或强制对流方式将热散逸至环境中。

由于热管(heat pipe)可在很小的截面积和温度差下将大量的热传送一段可观的距离，且不需外加电源供应即可运作，在无需提供动力和空间利用的经济性的考虑之下，各式热管已是电子散热产品中广为应用的传热部件之一。请参考图1，该图为现有的柱状型热管的剖面示意图。现有的柱状型的热管10为一端封闭、另一端开放的热管本体12和上盖14结合后所形成的密闭中空腔体。

热管本体12为锻造而成的内部中空的罐体，其由侧壁部122以及底部124组成。在热管本体12的内壁上(即，侧壁部122的内表面及底部124的内表面上)分别设置有毛细结构16a、16b，而在上盖14中央一般外接有注水管18，工作流体W经由注水管18被充注至热管10内部，且借助于注水管18将热管10内部抽真空，以完成热管10的制作。

然而，热管本体12通常使用锻造加工，不仅加工费用高昂，其废料率也相当高(一般超过50％)，造成零件的加工成本很高。另外，热管本体12与上盖14的结合、上盖14与注水管18的结合皆需使用填充焊料来加以焊接，其成本亦高，进而影响整体产品的竞争力与利润。

另外，对于使用粉末烧结方式制作的毛细结构16a、16b的柱状型热管10而言，受烧结模具及制造工序等因素的限制，底部124上的毛细结构16b与侧壁部122上的毛细结构16a为共同填粉烧结而成，但在上盖14的内表面处通常没有另外设置毛细结构，使得凝结于上盖14处的工作流体无法回流，造成上盖14处变成无效的冷凝端，影响热管10内工作流体质量的变动，进而影响热管10的传热效率及整体热阻。

综上所述，如何制作成本低廉、制造过程简单的柱状型热管且能够解决所述问题并增加热管的热交换面积进而提高整体散热效能已成为一重要课题。

发明内容

据此，为解决所述问题，本发明的目的是提供一种散热模块及其热管，其除具有能克服现有柱状型热管废料率高的缺陷、减少焊接次数、简化组装过程、成本低廉、制造过程简单的优点外，还可有效增加柱状型热管的热交换面积，进而提高整体散热效能。

根据所述目的，本发明提出一种热管，其包括热管本体与底座。热管本体具有顶部以及环设于顶部的侧壁部，侧壁部与顶部一体成型，且顶部更向外突出并一体地成型有注水管。底座与顶部相对设置，底座具有如环状凹槽或下陷凹台之类的凹陷部，可供热管本体的侧壁部的末端插入，使底座与热管本体结合后共同形成一封闭空间。其中，于凹陷部旁侧还具有一环状突出区，当热管本体的侧壁部的末端插入底座的凹陷部后，再对环状突出区加工使其填入凹陷部与侧壁部之间，使底座与热管本体紧密接合。于凹陷部及热管本体的侧壁部间还可涂布锡膏(soldering paste)或其它焊料，以焊接或熔接的方式使热管本体与底座结合，以形成密闭的中空腔体。

如上所述的热管，其中，底座除可以具有平坦的底座内表面外，亦可以具有非平坦的底座内表面，且底座内表面朝向顶部。热管还包括第一毛细结构、第二毛细结构以及工作流体。第一毛细结构设置于热管本体的侧壁部内表面与顶部内表面上，第二毛细结构设置于底座内表面上，且第二毛细结构与第一毛细结构相连，工作流体充填于热管内。

底座除了可以是具有平坦的底座内表面外，亦可以在底座内表面形成有至少一凸块，凸块为半球状或于底座内表面上的截面形状可以为弧形、三角形、矩形、方形或梯形，且凸块在底座内表面上可构成棋盘式图案、行列式图案、对称式图案或非对称式图案。

第二毛细结构铺设于底座内表面，使第二毛细结构面向顶部形成平面结构或凹凸不平的结构。第二毛细结构于垂直于底座方向上具有第一厚度和第二厚度，且第一厚度大于第二厚度。或者，可将第二毛细结构沿底座内表面轮廓设置，第二毛细结构可以具有相等厚度或不等厚度。热管本体的侧壁部可呈空心柱状，热管本体与底座的材料可为如铜、银、铝或铜、银、铝之合金之类的高热导率的材料。第一毛细结构与第二毛细结构的材料包括选自由塑料、金属、合金、多孔性非金属材料所组成的组中的一种材料，其设置方法为选自由烧结、黏着、填充、及沉积所组成的组中的一种方法或烧结、黏着、填充及沉积之间的任意结合。工作流体可以是无机化合物、纯水、醇类、酮类、液态金属、冷媒、有机化合物或其混合物之一。

根据本发明另一目的，提出一种散热模块，其包括热管以及至少一散热鳍片。热管包括热管本体与底座。热管本体具有顶部以及环设于顶部的侧壁部，侧壁部与顶部一体成型，顶部还一体成型有一向外突出的注水管。底座与顶部相对设置，其中，底座具有一凹陷部，可供热管本体的侧壁部的末端插入后，使底座与热管本体结合后共同形成一封闭空间。其中于凹陷部旁侧还具有一环状突出区，当热管本体的侧壁部的末端插入底座的凹陷部后，再对环状突出区加工使其填入凹陷部与侧壁部之间，使底座与热管本体紧密接合。于凹陷部及热管本体的侧壁部间还可涂布锡膏(solderingpaste)或其它焊料，以焊接或熔接的方式使热管本体与底座结合，以形成密闭的中空腔体。

可采用铝挤成型、冲压或其它加工方式形成散热鳍片，散热鳍片可呈水平间隔分布、垂直间隔分布、斜向间隔分布、放射状分布或其它分布方式。散热鳍片设置于热管外并与热管相连接，连接方式可选自由焊接、嵌合、卡固、黏着所组成的组中的一种连接方式。例如，散热鳍片与热管可以热镶方式进行嵌合和/或卡固。另外，散热鳍片与热管之间还可设有锡膏(soldering paste)、导热膏(grease)，或可充当导热界面的材料。

如上所述的散热模块，热管可通过基座与热源接触，或直接与热源接触，用以将热源发出的热直接传导至散热鳍片。基座可以是实心金属块体，热源可以是发热的电子组件，如中央处理器、晶体管、服务器、高阶绘图卡、硬盘、电源供应器、行车控制系统、多媒体电子机构、无线通信基地台或高阶游戏机等。再者，所述的散热模块可与风扇组接，用以促使由散热模块所导出的热更加迅速地散逸。

附图说明

为使本发明的所述和其它目的、特征、和优点更明显易懂，下文特举一优选实施方式并结合附图进行详细说明。

图1为现有的柱状型热管的剖面示意图；

图2为本发明一优选实施方式的柱状型热管的示意图；

图3、4为图2所示的热管本体22与底座24组装前后的剖面示意图；

图5为图2所示的底座的另一实施方式；

图6A、6B分别为将本发明优选实施方式的柱状型热管应用于散热模块的示意图；

图7A～7C为图2所示的底座的各种示意图；

图8A、8B分别为图2所示的底座及其上的毛细结构的示意图。

附图标记说明

10、20                    热管

12、22                    热管本体

122、222                  侧壁部

124                       底部

14                        上盖

16a、16b                  毛细结构

18、226                   注水管

224                       顶部

24、54、74、84            底座

241、741、841             底座内表面

242                       环状凹槽(凹陷部)

243、743、843             凸块

244                       环状突出区

26a                       第一毛细结构

26b                   第二毛细结构

542                   下陷凹台(凹陷部)

60A、60B散            热模块

62a、62b              散热鳍片

W                     工作流体

具体实施方式

以下将参照相关附图说明本发明的散热模块及其热管的实施方式。

请参照图2，其为本发明一优选实施方式的柱状型热管的示意图。本发明的柱状型热管20包括热管本体22以及底座24。热管本体22具有顶部224以及环设于顶部224的侧壁部222，侧壁部222与顶部224一体成型，热管本体22的侧壁部222呈空心柱状。热管本体22的顶部224还一体成型有一向外突出的注水管226，底座24与热管本体22的顶部224相对设置。

请同时参照图2～4，图3和图4为图2所示的热管本体22与底座24组装前后的剖面示意图。在图2中，底座24可以为圆形、方形或其它几何形状，在底座24上形成有凹陷部，例如环状凹槽242，以供热管本体22的侧壁部222的末端插入后使底座24与热管本体22结合后得以共同形成一封闭空间。

如图2与图3所示，环状凹槽242旁侧还具有环状突出区244，当热管本体22的侧壁部222的末端插入底座24的环状凹槽242后，再使用例如冲压、压挤等方式对环状突出区244进行加工，使其填入环状凹槽242与侧壁部222之间的空隙中，借以使底座24与热管本体22紧密接合，如图4所示。

在环状凹槽242及热管本体的侧壁部222间还可涂布锡膏(solderingpaste)或其它焊料，以焊接或熔接的方式结合热管本体与底座24，以形成密闭的中空腔体。

或者，在图2所示的底座24上形成的凹陷部除了可以是环状凹槽的形式之外，亦可以为一下陷凹台。请参照图5，该图为图2所示的底座的另一种实施方式。在图5中，底座54上所形成的凹陷部为下陷凹台542，可供热管本体的侧壁部222的末端置入下陷凹台542的周缘后，于下陷凹台542及热管本体的侧壁部222间还可涂布有锡膏(soldering paste)或其它焊料，以焊接或熔接的方式结合热管本体与底座，使底座54与热管本体结合后得以共同形成一封闭空间。

如此一来，不仅能够解决现有柱状型热管废料率高的问题，且可减少焊接次数，简化组装过程。本发明所提出的散热模块及其热管具有成本低廉、制程简单的优点。

请同时参照图6A、6B，它们是将本发明优选实施方式的柱状型热管应用于散热模块的示意图。散热模块60A、60B可应用于热源(未示出)上，热管20与热源直接接触或借助于位于热管下方并位于热源上方的外部基座(未示出)与热源接触。热源可为发热的电子组件，例如，为中央处理器、晶体管、服务器、高阶绘图卡、硬盘、电源供应器、行车控制系统、多媒体电子机构、无线通信基地台，或高阶游戏机等。另外，散热模块60A、60B还可与风扇组接，用以促使散热模块60A、60B所导出的热更迅速地逸散。

于图6A中，散热模块60A包括热管20以及至少一散热鳍片62a。热管20可与图2的热管20具有相同的技术特征，于此不再赘述。散热鳍片62a以铝挤成型、冲压或其它加工方式制作，且散热鳍片62a设置于热管20外并与热管20相连。散热鳍片62a与热管20的连接方式选自由焊接、嵌合、卡固、黏着所组成的组中的一种。例如，散热鳍片与热管以热镶方式进行嵌合和/或卡固。另外，散热鳍片62a与热管20之间还可涂布锡膏(solderingpaste)、导热膏(grease)，或可充当导热界面的材料。

多个散热鳍片62a可呈放射状分布于热管20外并与热管20相连，且热管20被套设于多个散热鳍片62a之间。或者，如图6B所示，多个散热鳍片62b以水平间隔分布的方式套设于热管20外，且多个散热鳍片62b之间彼此平行。当然，上面所述的散热鳍片62a或62b的分布方式仅为举例，本发明并不限于此，这些散热鳍片62a、62b的排列方式亦可以是垂直间隔分布、斜向间隔分布或其它分布方式。

当然，本发明并不限于此，图2中的底座24除了是具有平坦的底座内表面241外，也可以是具有非平坦的底座内表面，例如请参照图7A～7C，它们为图2所示底座的各种示意图。于图7A～7C中，底座74的内表面741朝向图2所示的热管本体22的顶部224。其中，底座内表面741形成有至少一凸块743，凸块743为半球状或于底座内表面741上的截面形状为矩形、弧形、三角形、方形或梯形等其它形状。在此，需特别注意的是，对凸块743形成于底座内表面741的型态和数量没有限制，可以为多个凸块(如图6B所示)，或仅由单一凸块(如图6A、6C所示)构成，而且多个凸块743于底座内表面741上可构成棋盘式图案、行列图案、对称式图案或非对称式图案。

再者，请参照图2，热管还可包括第一毛细结构26a、第二毛细结构26b以及充填于热管20内部的工作流体W。第一毛细结构26a被设置于热管本体22的侧壁部222的内表面与顶部224的内表面上，第二毛细结构26b被设置于底座24的内表面241上，且第二毛细结构26b与第一毛细结构26a相连。

又请参照图8A，该图为图2所示的底座及其上的毛细结构的示意图。第二毛细结构26b可沿底座内表面241的轮廓设置，且第二毛细结构26b可具有相等厚度或不等厚度。需特别注意的是，图8A中以多个凸块843形成于底座84的内表面841上为例，与图7A的底座74上仅绘示出单一凸块243的情况不同。

或者，请参照图8B，该图为图2中的底座及其上的毛细结构的另一示意图。第二毛细结构26b被铺设于底座84的内表面841，使第二毛细结构26b面向图2的热管本体22的顶部224而形成一平面。第二毛细结构26b在垂直于底座84的方向上具有第一厚度H1与第二厚度H2，且第一厚度H1大于第二厚度H2。第一厚度H1为位于底座内表面841不具有凸块843处上方的第二毛细结构26b的厚度，第二厚度H2则为位于底座内表面841且具有凸块843处上方的第二毛细结构26b的厚度。

又请参照图2，当热管20在实际使用时，以底座24直接与位于热管20下方的热源(未示出)接触，用以将热源所产生的热直接导离热源。或者，热管20可通过位于热管20下方并位于热源上方的外部基座(未示出)与热源接触。当热管20设置于热源上时，靠近热源一端的毛细结构26b(即蒸发端)中的工作流体吸收由热源所产生的热而变成气态工作流体，并在压差的影响下自然流向冷凝端，然后于远离热源一端的毛细结构26a(即冷凝端)中释放出潜热后转变为液态工作流体，再通过毛细结构26b所提供的毛细力而流回至蒸发端，如此循环地将热量持续带离热源，以达到散热的功效。

热管本体22与底座24的材料为如铜、银、铝或铜、银、铝之合金之类的高热导率材料。第一毛细结构26a与第二毛细结构26b的材料选自由塑料、金属、合金、多孔性非金属材料所组成的组中的一种，其设置方法可选自由烧结、黏着、填充及沉积所组成的组中的一种方法或烧结、黏着、填充及沉积之间的任意结合。工作流体W可为无机化合物、纯水、醇类、酮类、液态金属、冷媒、有机化合物或其混合物之一。

由于热管本体20与底座24为两个独立的零件，底座24的内表面241容易加工成不平坦的表面，使得底座24与毛细结构26b之间的接触面积增加，有助于提高热管20的散热性能。再者，设置于底座内表面241上的毛细结构26b与热管本体20上的毛细结构26a分开设置，因此可方便地在凹凸不平的底座24上设置单一或不同厚度的毛细结构26b，借此增加毛细结构的表面积以提高工作流体的蒸发效率，进而提高热管20于蒸发端处的散热性能。

综上所述，本发明的散热模块及其热管采用侧壁部、顶部及注水管一体成型的热管本体，加上特殊设计的底座结构，不仅能解决现有柱状型热管废料率高的问题，还可减少焊接次数，简化组装过程，具有成本低廉、制造过程简单的优点。

再者，由于热管本体与底座为两个独立的零件，底座的内表面可方便地加工成不平坦的表面，使得底座与毛细结构之间的接触面积增加，可有效地增加柱状型热管的热交换面积，进而提高整体散热效能。另外，设置于底座内表面上的毛细结构与热管本体上的毛细结构分开设置，因此容易在凹凸不平的底座上设置单一或不同厚度的毛细结构，借此增加毛细结构的表面积，以提高工作流体的蒸发效率，进而提高热管于蒸发端处的散热性能。

以上所述仅为举例性的，而不是对本发明的限制。在未超出本发明的构思和范围的前提下对其进行的任何等同改型或变换均应落入所附权利要求所请求保护的范围内。

Claims (19)

1.一种热管，包括：

一热管本体，其具有一顶部以及一环设于该顶部的侧壁部，且所述侧壁部和该顶部一体成型；及

一底座，其与所述顶部相对设置，所述底座具有一凹陷部，将所述热管本体的侧壁部的末端插入该凹陷部，使所述底座与所述热管本体结合后共同形成一封闭空间；

其中，在所述凹陷部旁侧还具有一环状突出区，当所述热管本体的侧壁部的末端插入所述底座的凹陷部后，再对该环状突出区加工使其填入所述凹陷部与所述侧壁部之间，使所述底座与所述热管本体紧密接合。

2.如权利要求1所述的热管，其中，所述热管本体的顶部还一体成型有一向外突出的注水管。

3.一种散热模块，包括：一热管和至少一散热鳍片，所述散热鳍片被设置于所述热管外并与该热管相连接；

所述热管包括一热管本体，该热管本体具有一顶部以及一环设于该顶部的侧壁部，且所述侧壁部与所述顶部一体成型；

所述热管还包括一底座，该底座与所述顶部相对设置，该底座具有一凹陷部，将所述热管本体的侧壁部的末端插入该凹陷部，使所述底座与所述热管本体结合后共同形成一封闭空间；

其中，在所述凹陷部旁侧还具有一环状突出区，当所述热管本体的侧壁部的末端插入所述底座的凹陷部后，再对该环状突出区加工使其填入所述凹陷部与所述侧壁部之间，使所述底座与所述热管本体紧密接合。

4.如权利要求3所述的散热模块，其中，所述凹陷部为环状凹槽或下陷凹台。

5.如权利要求3所述的散热模块，其中，在所述凹陷部与热管本体的侧壁部之间还涂布有锡膏或其它焊料，以焊接或熔接的方式结合所述热管本体与底座，以形成一密闭的中空腔体。

6.如权利要求3所述的散热模块，其中，所述热管本体的顶部还一体成型有一向外突出的注水管。

7.如权利要求3所述的散热模块，其中，所述底座还具有一非平坦的底座内表面，且该底座内表面朝向所述热管本体的顶部，所述热管还包括：

一第一毛细结构，其被设置于所述热管本体的侧壁部内表面与所述顶部内表面上；

一第二毛细结构，其被设置于所述底座内表面上，且所述第二毛细结构与所述第一毛细结构相连；以及

被充填于所述热管内的工作流体。

8.如权利要求7所述的散热模块，其中，所述底座内表面形成有至少一凸块，且这些凸块的每一块为半球状或于所述底座内表面上的截面形状为弧形、三角形、矩形、方形或梯形，或者这些凸块在所述底座内表面上构成棋盘式图案、行列图案、对称式图案或非对称式图案。

9.如权利要求7所述的散热模块，其中，所述第二毛细结构被铺设于所述底座内表面，使所述第二毛细结构面向所述顶部形成一平面。

10.如权利要求9所述的散热模块，其中，所述第二毛细结构在垂直于所述底座方向上具有第一厚度和第二厚度，且所述第一厚度大于第二厚度。

11.如权利要求7所述的散热模块，其中，所述第二毛细结构沿所述底座内表面的轮廓设置，该第二毛细结构具有相等厚度或不等厚度。

12.如权利要求7所述的散热模块，其中，所述第一毛细结构与第二毛细结构的材料选自由塑料、金属、合金、多孔性非金属材料组成的组中的一种材料，所述第一毛细结构与第二毛细结构的设置方法选自由烧结、黏着、填充及沉积所组成的组中的一种方法或烧结、黏着、填充及沉积之间的任意结合。

13.如权利要求3所述的散热模块，其中，所述热管本体与底座的材料为铜、银、铝或铜、银、铝之合金中的一种高热导率的材料。

14.如权利要求3所述的散热模块，其中，所述热管本体的侧壁部呈空心柱状。

15.如权利要求3所述的散热模块，其中，所述散热鳍片以铝挤成型、冲压或其它加工方式制作。

16.如权利要求3所述的散热模块，其中，所述散热鳍片与所述热管的连接方式选自由焊接、嵌合、卡固、黏着所组成的组中的一种，或者这些散热鳍片与所述热管以热镶方式进行嵌合和/或卡固。

17.如权利要求3所述的散热模块，其中，这些散热鳍片与所述热管之间还设有锡膏、导热膏或可充当导热界面的材料。

18.如权利要求3所述的散热模块，其中，所述热管直接与热源接触或通过基座与热源接触，用以将所述热源发散的热直接传导至所述散热鳍片，所述基座为实心金属块。

19.如权利要求3所述的散热模块，其中，所述散热模块与风扇组接，用以促进由该散热模块所导出的热更加迅速地逸散。

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