CN100584167C - 散热模组及其热管 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种散热模组，包括热管以及至少一散热鳍片。散热鳍片设置于热管外并与热管连结。热管包括一壳体、一毛细结构以及一工作流体。其中，壳体具有一容置空间及一底部，底部具有一非平坦的表面，且此表面面向容置空间。毛细结构设置于底部的表面上，工作流体充填于壳体内。

Description

散热模组及其热管

技术领域

本发明涉及一种散热模组，尤其指具有高效能热管的散热模组。

背景技术

随着工业技术不断地精进，各种电子产品无不朝着体积小、重量轻与低耗电的方向发展。由于电子组件的能量使用效率并非百分之百，因此会有许多功率被浪费而转换成热能，这些热能会使系统内的温度上升。当系统的温度超过电子组件容许的操作温度时，电子组件的物理性质就会随着周围环境温度升高而改变，使系统的功能失常，产生运作错误或使功能终止。而且，当系统内的温度愈升愈高时，系统的故障率也会随之提高。

若想让系统有较高的可靠度，就要使系统能够维持在适当的操作温度范围。为加强电子组件的散热效果，现行的做法大多为在热源处以散热器将热导出，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)可在很小的截面积与温度差之下，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，在无须动力提供和空间利用经济性的考虑之下，热管已是电子散热产品中广为应用的传热组件之一。

请参考图1，其为现有技术的热管的剖面示意图。热管10是一密闭中空腔体，在管壁11上设有毛细结构12，且热管10内具有工作流体。热管10之一端为蒸发端A，另一端则为冷凝端B。其中，蒸发端A与热源(未绘示)接触，在蒸发端A处的工作流体因吸热而蒸发成气态，并在压差的影响下自然流向冷凝端B，然后在冷凝端B处释出潜热(latent heat)后冷凝为液态。冷凝后的工作流体再藉由毛细结构12的毛细力以流回蒸发端A。如此，一再循环，以达到散热的效果。

请同时参考图1及图2，图2为图1的热管中的虚线部份C的示意图。由于现有技术的热管10的毛细结构12具有均匀一致的厚度，毛细结构12愈厚，虽可增加蒸发端A处毛细结构的含液量，但却容易造成相变化时蒸气泡G阻塞于毛细结构12中，进而影响工作流体回补的机制，导致热管10的性能降低。若毛细结构12愈薄，虽然不易造成蒸气泡G阻塞，但却减少蒸发端A处毛细结构的含液量，导致热管10能处理的热量降低，或产生干涸(dry out)现象。

承上所述，如何解决由于毛细结构厚度所带来的蒸气泡阻塞的问题，进而有效地增加热管的热交换面积以提升整体散热效能，实为一重要课题。

发明内容

因此，为解决上述问题，本发明提出一种散热模组及其热管，以解决现有技术的蒸气泡阻塞的问题并能有效地增加热管的热交换面积及提升整体散热效能。

为达上述目的，本发明提出一种热管，包括一壳体、一毛细结构以及一工作流体。其中，壳体具有一容置空间及一底部，底部具有一非平坦的表面，且此表面面向容置空间。毛细结构设置于底部的表面上，而工作流体充填于壳体内。

根据本发明的另一目的，提出一种散热模组，包括一热管以及至少一散热鳍片。其中，热管包括一壳体、一毛细结构及一工作流体，壳体具有一容置空间及一底部，底部为具有一非平坦的表面，且此表面面向容置空间。毛细结构设置于表面上，而工作流体充填于壳体内。散热鳍片设置于热管外并与热管连结。

承上所述，本发明的散热模组及其热管，其壳体具有一非平坦表面的底部，使得壳体与毛细结构之间的接触面积增加，有助于提升热管的散热性能。除此之外，对于铺设于表面上而形成一平面的毛细结构，其具有不同的厚度，在厚度较小的部份，可以使工作流体较易自毛细结构蒸发并脱离毛细结构，进而避免底部与毛细结构间的沸腾与蒸气泡产生的阻塞问题；在厚度较大的部份，则可提供足够的液态的工作流体，以补充至厚度较薄的部份，并且避免干涸现象的发生。另外，对于沿着壳体底面的表面的轮廓而设置的毛细结构，可增加容置空间与毛细结构的接触面积，即增加了蒸发面积，也有助于热管的效率提升。

为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

图1为现有技术的热管的剖面示意图。

图2为图1的热管中的虚线部份C的示意图。

图3A为本发明较佳实施例的热管示意图。

图3B为图3A的虚线部份D的示意图。

图4及图5为图3B的毛细结构的另两种示意图。

图6至图8为热管的壳体各种截面形状的示意图。

图9为本发明较佳实施例的柱状型热管的示意图。

图10为本发明较佳实施例的散热模组的示意图。

图11与图12为本发明较佳实施例的另两种散热模组的示意图。

主要组件符号说明

10、20、30、50、50’：热管

11：管壁

12、22、22’、32、52：毛细结构

21、31、51：壳体

211、311：容置空间

212、212’、312、512：底部

213、213’、313：表面

214、214’：凸块

314：盖板

315：侧壁

40：散热模组

60，60’：散热鳍片

A：蒸发端

B：冷凝端

G：蒸气泡

H1：第一厚度

H2：第二厚度

S：基座

W：工作流体

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明依本发明的散热模组及其热管的实施例。

请同时参照图3A与图3B，图3A为本发明较佳实施例的热管示意图，而图3B为图3A的虚线部份D的示意图。本发明的热管20以一平板状热管为例，包括一壳体21、一毛细结构22以及一工作流体W。壳体21具有一容置空间211及一底部212。本实施例中，以呈空心平板状的壳体21为例。其中，壳体21的材质为一高热传导材料，例如为铜、银、铝或其合金，故当壳体21的底部212与热源(未绘示)接触时，可快速将热源的热量传导至他处。容置空间211为一密闭空间，而底部212具有一表面213，且表面213面向容置空间211。

底部212所具有的表面213是一非平坦的表面，也就是说，底部212具有不同厚度。表面213形成有至少一凸块214，且多个凸块214在表面213上构成一棋盘式图案、一行列图案(pattern in a row)、一对称式图案或一非对称式图案。在图3B中，表面213为一由多个成方柱状的凸块214所构成一棋盘式图案，且表面213的截面形状呈方形或矩形。

毛细结构22设置于底部212的表面213上。以图3B为例，毛细结构22铺设于底部212的表面213，使毛细结构22面向容置空间211形成一平面，也就是说，壳体21的底部212与毛细结构22的厚度和为相同。如此一来，毛细结构22在垂直于底部212的方向，具有一第一厚度H1与一第二厚度H2，其中，第一厚度H1大于第二厚度H2。在此，需特别说明，此处所指的毛细结构22与底部212的设计，针对蒸发端A处而言。其中，毛细结构22的材质包括选自塑料、金属、合金、多孔性非金属材料所组成的族群其中之一，而毛细结构22设置于表面213的方法选自烧结、黏着、填充、及沈积所组成的族群其中之一。毛细结构22的形状选自烧结(sinter)、黏着、填充、及沈积所组成的族群其中之一或其结合。

工作流体W充填于壳体21内，且工作流体W例如是无机化合物、纯水、醇类、酮类、液态金属、冷媒、有机化合物或其混合物之一。当热管20设置于热源上时，靠近热源一端(即蒸发端A)的毛细结构22中的工作流体吸收由热源所产生的热而变成气态的工作流体，并在远离热源一端(即冷凝端B)的毛细结构22中释出潜热后转变为液态的工作流体，再藉由毛细结构22所提供的毛细力而流回至蒸发端A，如此循环不已地将热持续带离热源，以达到散热的功效。

由于壳体21的底部212具有不平坦的表面213，使得壳体21与毛细结构22之间的接触面积增加，有助于提升热管20的散热性能。再者，由于毛细结构22具有不同的厚度，在厚度较小的H2部份(即凸块214上方)，可以使工作流体较易自毛细结构22蒸发并脱离毛细结构22，进而避免底部212与毛细结构22间的沸腾与蒸气泡所产生的阻塞问题。另一方面，在厚度较大的H1部份(即非具有凸块214之处)，则可提供足够的液态的工作流体，以补充至厚度较薄的H1部份，并且避免干涸(dry out)现象的发生。

然而，本发明并不限定于此，毛细结构22除铺设于底部212的表面213上，而使毛细结构22面向容置空间211形成一平面之外，毛细结构22亦可沿着表面213的轮廓而设置，使得毛细结构22亦形成一凹凸不平的面，亦即，毛细结构22在表面213上具有相等的单一厚度。例如，如图4与图5所示，位于凸块214’上的毛细结构22’具有厚度H1’，而对于位于非具有凸块214’的底部212’上的毛细结构22’，则具有厚度H2’。厚度H1’与厚度H2’可以相等或不等，端视使用者所需。

由于毛细结构22’沿着表面213’的轮廓而设置，如此一来，可增加容置空间与毛细结构22’的接触面积(即增加了蒸发面积)，有助于热管整体的效率提升。另外，同样地，底部212’的表面213’是一非平坦的表面，可使得壳体与毛细结构之间的接触面积增加，故能提升热管的散热性能。

再者，壳体底部212’的截面形状不受限制，除了是图3B与图4中所示的方形或矩形之外，亦可以是三角形(如图5所示)、半球形(如图6所示)、弧形(如图7所示)、或梯形(如图8所示)，而且截面形状也可为不连续的图案或一曲面。

另外，图3A中的热管20以一空心平板状的壳体21为例，然壳体亦可以是其它形状，可依据欲应用的热源的形状来做设计。故壳体的底部可为圆形、方形、或其它几何形状。请参照图9，其为本发明较佳实施例的柱状型热管的示意图。热管30包括一壳体31、一毛细结构32以及一工作流体。其中，毛细结构32及工作流体与第一实施例中的毛细结构22及工作流体具有相同的技术特征及功效，在此不再赘述。

壳体31呈一空心柱状且具有一容置空间311及一底部312，底部312具有一非平坦的表面313，表面313面向容置空间311。其中，壳体31更具有一盖板314及一侧壁315，侧壁315环设于底部312，盖板314相对底部312而设。在空心柱状的壳体31中，热管30的蒸发端位于底部312之处，而冷凝端则位于侧壁315之处。由于壳体31的底部312是具有一非平坦的表面313，可增加底部312与毛细结构32的接触面积，进而提升热管30的效能，另外，若毛细结构32以非平面方式设置于底部312的表面313上时，可增加毛细结构32与容置空间311的接触面积，进而提升热管30的效能。

接着，请参照图10，其为本发明较佳实施例的散热模组的示意图。散热模组40包括一热管50以及至少一散热鳍片60。热管50包括一壳体51、一毛细结构52及一工作流体W。其中，热管50可与图3A的热管20以及图9的热管30具有相同的技术特征，在此不再赘述。

在图10中，以一平板状型热管50为例，亦即，壳体51呈空心平板状。当然，壳体51也可以是如图11或图12所示而成柱状型。散热鳍片60是以铝挤成型制造，且设置于热管50外并与热管50相连。散热鳍片60与热管50的连接方式选自焊接、嵌合、卡固、黏着所组成的族群其中之一。散热鳍片60与热管50可直接接触，或在散热鳍片60与热管50之间更可涂布有一锡膏(soldering paste)、一导热膏(grease)，或一可充当导热界面的材料。

散热鳍片60设置于平板状热管50的上方，或者，如图11或图12所示，热管50’套设于散热鳍片60’或60”之间，且散热鳍片与热管以热镶方式进行嵌合以及/或卡固。散热鳍片60、60’、60”的排列方式例如是水平间隔分布、垂直间隔分布、斜向间隔分布、放射状分布，或其它分布方式。

请再参照图10，散热模组40可应用于一热源(未绘示)上，且热管50与热源直接接触或是藉由一外部的基座S而与热源接触。如图10所示，基座S为一实心金属块体，基座S之一侧与热管50的壳体51的底部512接触，而基座S的另一侧则与一热源接触，藉由基座S的高传导特性，而可将由热源发散的热快速传导至热管50的壳体51，再传导至散热鳍片60。热源为一发热的电子组件，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，散热模组40更可与一风扇组接，用以促进由散热模组40所导出的热更加迅速逸散。

承上所述，本发明的散热模组及其热管，其壳体是具有一非平坦表面的底部，使得壳体与毛细结构之间的接触面积增加，有助于提升热管的散热性能。除此之外，对于铺设于表面上而形成一平面的毛细结构，其具有不同的厚度，在厚度较小的部份，可以使工作流体较易自毛细结构蒸发并脱离毛细结构，进而避免底部与毛细结构间的沸腾与蒸气泡产生的阻塞问题；在厚度较大的部份，则可提供足够的液态的工作流体，以补充至厚度较薄的部份，并且避免干涸现象的发生。另外，对于沿着壳体底面的表面的轮廓而设置的毛细结构，可增加容置空间与毛细结构的接触面积，即增加了蒸发面积，也有助于热管的效率提升。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。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，均应包含在后附的申请专利范围中。

Claims (23)

1、一种热管，包括：

一壳体，具有一容置空间及一底部，该底部具有一非平坦的表面，且该表面面向该容置空间；

一毛细结构，设置于该壳体底部的非平坦的表面和该壳体的侧壁表面；以及

一工作流体，充填于该壳体内。

2、如权利要求1所述的热管，其中该壳体的材质为铜、银、铝或其合金。

3、如权利要求1所述的热管，其中该壳体的材质为一高热传导材料。

4、如权利要求1所述的热管，其中该壳体呈一空心平板状或呈一空心柱状。

5、如权利要求1所述的热管，其中该壳体更具有一盖板及一侧壁，该侧壁环设于该底部，该盖板相对该底部而设。

6、如权利要求1所述的热管，其中该壳体底部的截面形状为半球形、弧形、三角形、矩形或梯形，且该底部可为圆形、方形或其它几何形状。

7、如权利要求1所述的热管，其中该壳体底部的截面形状为方形。

8、如权利要求1所述的热管，其中该表面形成有至少一凸块，且该些凸块在该表面上构成一棋盘式图案、一行列图案、一对称式图案或一非对称式图案。

9、如权利要求8所述的热管，其中该毛细结构在形成于该凸块上的位置具有一第一厚度，形成在非凸块上的位置具有一第二厚度。

10、如权利要求1所述的热管，其中该毛细结构铺设于该表面，使该毛细结构面向该容置空间形成一平面。

11、如权利要求1所述的热管，其中该毛细结构沿着该表面的轮廓而设置，该毛细结构具有相等厚度或不等厚度。

12、一种散热模组，包括：

一热管，包括一壳体、一毛细结构及一工作流体，该壳体具有一容置空间及一底部，该底部具有一非平坦的表面，且该表面面向该容置空间，该毛细结构设置于该壳体底部的非平坦的表面和该壳体的侧壁表面，而该工作流体充填于该壳体内；以及

至少一散热鳍片，设置于该热管外并与该热管相连接。

13、如权利要求12所述的散热模组，其中该壳体的材质为铜、银、铝或其合金。

14、如权利要求12所述的散热模组，其中该壳体的材质为一高热传导材料。

15、如权利要求12所述的热管，其中该壳体呈一空心平板状或呈一空心柱状。

16、如权利要求12所述的散热模组，其中该壳体更具有一盖板及一侧壁，该侧壁环设于该底部，该盖板相对该底部而设。

17、如权利要求12所述的散热模组，其中该壳体底部的截面形状为半球形、弧形、三角形、矩形或梯形，且该底部可为圆形、方形或其它几何形状。

18、如权利要求12所述的散热模组，其中该壳体底部的截面形状为方形。

19、如权利要求12所述的散热模组，其中该表面形成有至少一凸块，且该些凸块在该表面上构成一棋盘式图案、一行列图案、一对称式图案或一非对称式图案。

20、如权利要求19所述的热管，其中该毛细结构在形成于该凸块上的位置具有一第一厚度，形成在非凸块上的位置具有一第二厚度。

21、如权利要求12所述的散热模组，其中该毛细结构铺设于该表面，使该毛细结构面向该容置空间形成一平面。

22、如权利要求12所述的散热模组，其中该毛细结构沿着该表面的轮廓而设置，该毛细结构具有相等厚度或不等厚度。

23、如权利要求12所述的散热模组，其中该热管可透过一基座或是直接与一热源接触，用以将该热源发散的热直接传导至该些散热鳍片。

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