CN101471308B - 散热模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散热模块，用以冷却微处理器。散热模块包括基座、导流管、多个导热片及风扇。基座装设于微处理器上。导流管连接基座，提供导流方向，并且具有隔热管壁，其中，隔热管壁分隔出导流管的内部与外部，且隔热管壁能延迟导流管沿导流方向的热传导。多个导热片固定于隔热管壁上。每相邻的两导热片通过导流管的隔热管壁隔开。多个导热片具有散热方向，与导流方向相交，且由导流管的内部指向其外部。风扇装设于导流管的外部，以提供吹向这些导热片的冷却气流。本发明的散热模块具有较轻的重量，除了可以改善散热效率，并可降低导流管的材料成本。

Description

散热模块

技术领域

本发明涉及一种散热模块，特别涉及一种用于冷却微处理器的散热模块。

背景技术

随着电脑的中央处理器(CPU)的速度愈来愈快，市场要求的体积愈来愈小，传统应用“散热片+风扇”的散热技术已无法满足需求。为了解决热传递的问题，发展出“热导管(heat pipe)+散热片+风扇”以及“水冷式散热模块”等解决方案，以“水冷式散热模块”为例说明如下。

请参照图1A，为一种已知的水冷式散热模块100的侧视图。散热模块100连接泵浦(water pump)200及热源，例如中央处理器300。散热模块100包括铜管120、多个散热片140、冷板160及风扇180。散热片140设于铜管120的外侧。风扇180设于铜管120与散热片140的侧部，以提供冷空气。冷板160装设于中央处理器300上。泵浦200带动散热模块100的铜管120内的水至冷板160，以吸收中央处理器300所产生的热量，水吸收热量后，被带回散热模块100，以进行热交换，请参照图1D的热传导路径，并将于后详述。当水被降温后，水又被带往冷板160，由此保持中央处理器300处于低温狀态。

图1B为图1A的铜管120及散热片140的A-A剖面示意图。请参照图1B，铜管120内为流动的水130，而铜管120的外壁与环形散热片140接触。因此，水130所吸收的热量可透过铜管120传导至散热片140的外表面，并与风扇180所吹出的冷空气产生热交换，以降低水130中所含的热量。

图1C为图1B的铜管120及散热片140的B-B剖面示意图。请参照图1C，散热片140呈L型弯折，分为接合部142与鳍片144。接合部142与铜管120外壁平行，并且利用焊接或紧配的方式组装于铜管120外壁上。鳍片144与铜管120外壁垂直，用以接触冷空气。这种结构的缺点如下：一、散热片140与铜管120之间会有微小间隙150，造成接触热阻效应，导致传热不良；二、铜管120与水130反应，会产生铜锈；三、铜管120的价格高、重量重，不利大量生产制造。

图1D将图1A中的铜管120的一部分120a放大，以详述热传导的情形。请参照图1D，铜管120的管壁122内部的箭头表示水130流动方向，其上方的符号⊙代表冷空气的流动方向为出纸面的方向。水130吸收热量后，从铜管120的上游端124流入管壁122内部，并流向铜管120的下游端126，水130中的热量则通过管壁122传导至位于其外表面的散热片140。再以风扇180产生气流，流过管壁122的外部，如此冷空气与热的散热片140会作热交换，使得水流的温度降低，达到冷却的作用。

然而，散热片140的热传效率，是与上下游的水流的温度差成正比。由于铜管120的管壁122具有一定的厚度，且铜为热的良导体，因此当铜管120的上游端124的温度才刚上升，热量要传导至管壁122外部的第一片散热片140之前，即沿着水130流动方向，透过管壁122传导到温度较低的下游端126，如图中虚线a所示。如此降低了上游端124的水温，而升高了下游端126的水温，使上下游端124，126的水流的温度差减小，因此散热片140的热传效率即会变差。

发明内容

本发明提供一种散热模块，可改善散热片的热传效率。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所披露的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例为一种散热模块，用以冷却微处理器。散热模块包括基座、导流管、多个导热片及风扇。基座装设于微处理器上。导流管连接基座，提供导流方向，并且具有隔热管壁，隔热管壁分隔出导流管的内部与外部，且隔热管壁能延迟导流管沿导流方向的热传导。多个导热片固定于隔热管壁上。每相邻的两导热片通过隔热管壁隔开。多个导热片具有散热方向，散热方向与导流方向相交，且由导流管的内部指向其外部。风扇装设于导流管的外部，以提供吹向多个导热片的冷却气流。

本发明的一实施例为一种散热模块，包括导流管及多个导热片。导流管提供导流方向，具有隔热管壁，隔热管壁能延迟导流管沿导流方向的热传导。多个导热片固定于隔热管壁上。每相邻的两导热片以隔热管壁隔开。多个导热片具有散热方向，大致垂直于导流方向。

综上所述，本发明的散热模块具有较轻的重量，除了可以改善散热效率，并可降低导流管的材料成本。

附图说明

图1A至1D为一种已知的散热模块的结构示意图；

图2A为本发明的一实施例的散热模块的示意图；

图2B为根据本发明的一实施例，散热模块的导流管的隔热管壁及导热片的配置示意图；

图2C为图2A中，散热模块的A-A剖面的结构示意图；

图2D为图2C中，散热模块的B-B剖面的结构示意图；

图3为本发明的一实施例的散热模块的示意图；

图4A至4B为根据本发明的一实施例，显示散热模块的导热片型式；

图5A至5B为根据本发明的一实施例，显示散热模块的导热片型式；

图6A至6C为根据本发明的一实施例，显示散热模块的导热片型式；以及

图7为根据本发明的一实施例，散热模块的热流模拟装置示意图。

附图标记说明

水冷式散热模块100

铜管120

铜管放大部分120a

管壁122

上游端124

下游端126

水130

散热片140

接合部142

鳍片144

间隙150

冷板160

风扇180

泵浦200

中央处理器300

散热模块400

基座420

流道422

端口部424，426

导流管440，440a，440c

隔热管壁442，442a

塑料管壁442b

圆环442c

导热片460，460a，460b，460c

外鳍片462，462a，462b，462c

内鳍片464，464a，464b，464c

受热面466c

散热面468，468b，468c

风扇480

微处理器500

泵浦600

散热模块700

导流管720

隔热管壁722

一段导流管722a

导热片740

内鳍片742

外鳍片744

散热基座760

热流模拟装置800

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图示的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图示的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

请参照图2A，散热模块400用以冷却微处理器(microprocessor)500，例如电脑的中央处理器(CPU)。散热模块400包括基座420、导流管440、多个导热片460及风扇480。基座420装设于微处理器500上。导流管440具有开口部(未图示)及隔热管壁442，开口部连接于基座420，导流管440并提供导流方向，隔热管壁442分隔出导流管440的内部与外部，且隔热管壁442沿导流方向(如箭头所示)延伸，其中隔热管壁442能延迟导流管440沿导流方向的热传导。多个导热片460固定于隔热管壁442上。每相邻的两导热片460通过隔热管壁442隔开。导热片460具有散热方向，散热方向相交或大致垂直于导流方向，由导流管440的内部指向其外部。风扇480装设于导流管440及多个导热片460的外部，以提供吹向多个导热片460的冷却气流。

上述基座420具有位于其内部的流道422。流道422具有一侧开孔(未图示)及两端口部424及426。流道422通过侧开孔连通于导流管440的开口部。在一优选实施方式中，上述散热模块400还包括泵浦600。泵浦600的入口端及出口端分别连通于两端口部424及426，用以促进流道422及导流管440中的流体流动，其中泵浦600、基座420、导流管440之间形成封闭式的循环回路。

请参照图2B，导流管440的隔热管壁442以热传导系数小于20W/mK的材料制成，例如塑料材料、硅橡胶(silicon rubber)等。气流或水流等流体在导流管440内沿导流方向流动。而导热片460穿过隔热管壁442，并沿导流方向(如箭头所示)排列，并且每相邻的两导热片460之间具有间距D。在本实施例中，导流管440的导流方向的热传导被位于间距D的隔热管壁442所阻断，因此导热片460与导热片460之间不会有热传导或热传导极慢。

图2C为图2A的A-A剖面的结构示意图。请参照图2C，多个导热片460以热传导系数大于50W/mK的材料制成，例如铜、铝等金属材料，利用压铸、冷锻、挤出等方式制造，并且呈辐射状穿过隔热管壁442。图2C所示的每一导热片460可分为外鳍片462与内鳍片464。内鳍片464位于导流管440的隔热管壁442的内部，而外鳍片462位于导流管440的隔热管壁442的外部。因此，每一导热片460的一端位于导流管440的外部，而其另一端位于导流管440的内部。内鳍片464吸收导流管440内流体的热量，并传导给外鳍片462。图2C所示的内鳍片464大致垂直于隔热管壁442的内表面，而外鳍片462亦大致垂直于隔热管壁442的外表面。整体而言，本实施例的内鳍片464与外鳍片462均大致与导流管440的隔热管壁442垂直设置。

图2D为图2C的B-B剖面的结构。请参照图2D，每一导热片460具有散热面468，其平行于导流管440的导流方向。

请参照图3，为另一实施例的散热模块700，其具有直立导流管720，例如热管(heat pipe)，与多个导热片740，导流管720的隔热管壁722包括多段塑料管(未标号)，多段塑料管一段接一段地套接(请参照图6C的作法)，每一段塑料管之间则接合导热片740，最后再以胶合作为每相邻两段塑料管的交界面、或塑料管与导热片740的交界面气密的方法。当散热基座760将微处理器500所产生的热传导至导流管720底部的液态水之后，液态水会汽化，水气会往上升，而接触内鳍片742，内鳍片742将水气的热传至外鳍片744，经外界冷却后，水气会在内鳍片742处冷凝成液态水，并因重力作用，回流到散热基座760处。

图4A至4B、图5A至5B、图6A至6C为不同的导热片型式。请参照图4A至4B、图5A至5B、图6A至6C，与图2C至2D所示的导热片460相较，导热片460的散热面468是沿导流方向伸展。但图4A所示的导热片460a的内鳍片464a将图2C的内鳍片464折弯至与导流管440a的隔热管壁442a的内侧面贴齐，而与导热片460a的外鳍片462a相对大致呈L型连接，如此可以减少导流管440a内的流阻。而导热片460a仍是穿过导流管440a的隔热管壁442a。图4B是图4A的C-C剖面示意图，显示外鳍片462a与导流管440a的隔热管壁442a垂直设置。

请参照图5A及图5B，每一导热片460b的内鳍片464b与外鳍片462b仍大致呈L型连接。但外鳍片462b具有散热面468b，其垂直于导流方向(图5A中，导流方向为垂直纸面的方向)展开。亦即，导热片460b将图4A的导热片460a整体相对于导流管440a的隔热管壁442a顺时针或逆时针旋转90度，如此亦能减少导流管440a内的流阻，并能减少导热片460b的数目。图5B是图5A的D-D剖面图，显示外鳍片462b与隔热管壁442b垂直设置，而内鳍片462b的折弯方向与导流方向平行。

请参照图6A至图6C，在一优选实施例中，导流管440c的隔热管壁包括多个彼此套接的圆环442c，圆环442c亦可为隔热材料或低热传导系数材料制造。多个导热片460c各自设置于不同的圆环442c上。每一导热片460c包括碟形外鳍片462c与多个内鳍片464c，碟形外鳍片462c环绕于对应的圆环442c的外部，而多个内鳍片464c位于对应的圆环442c的内部。每一内鳍片464c具有受热面466c，碟形外鳍片462c具有散热面468c，受热面466c垂直于散热面468c。

图6C显示，多圆环442c与多个导热片460c交替地彼此套接。在相邻的圆环442c与导热片460c的交界面上，并涂上胶以防止液体泄漏；或是整体组合好之后，再施以外力紧迫的，使圆环442c达到变型，达防漏的目的。

综上所述，无论是何种导热片的型式，只要以隔热材料阻隔于导热片之间，以延迟或阻断导流管沿导流方向的热传导，即符合本发明的精神。

请参照图7，为撷取一段导流管，进行热流模拟的结果，例如撷取图3所示的一段导流管722a，其包含隔热管壁722及导热片740。以下将隔热管壁722的上方称为热端，其下方称为冷端。在热流模拟装置800中，提供由热端进气口Hin流向热端出气口Hout的热流，以及提供由冷端进气口Cin流向冷端出气口Cout的冷流。

接着，在热端进气口Hin温度都为70℃；而冷端进气口Cin温度都为25℃，且冷流及热流的流量均相同(例如1cfm)的条件下。当隔热管壁722的材料为热传导系数为5W/mK的导热不良的塑料材料时，冷端出气口Cout的温度为61℃。但是，若将隔热管壁722的材料改为热传导系数为200W/mK的铝材时，其冷端出气口Cout的温度为54℃。如此，以冷端的热交换效率而言，以塑料制作的隔热管壁722会比铝材制作的隔热管壁增加24％[(54-25)/(61-25)]。由此可知，阻断导流管722a的导流方向的热传效应，会对热交换效率有非常大的帮助。

本发明的实施例具有如下优势：一、不用金属铜管，因此达到节省成本、重量轻的目的；二、不会有接触热阻的问题；三、可阻断、延迟或降低导流管的导流方向的热传导，所以散热模块的效率较已知结构为佳；四、热传效率与体积(P/V)的比值较已知结构为高，因此可以利用更小的体积，达到相同的热交换效率。综上所述，本发明的实施例的散热模块可在高散热效率下，达到成本低、重量轻、体积小的综合效益。

惟以上所述者，仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明内容所作的简单的等同变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所披露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims (24)

1.一种散热模块，用以冷却微处理器，该散热模块包括：

基座，装设于该微处理器上；

导流管，连接该基座，提供导流方向，并且具有隔热管壁，其中该隔热管壁分隔出该导流管的内部与外部，且该隔热管壁能延迟该导流管沿该导流方向的热传导；以及

多个导热片，固定于该隔热管壁上，其中每一该导热片的一端位于该导流管的外部，而每一该导热片的另一端位于该导流管的内部，其中每相邻的两该导热片通过该隔热管壁隔开，并且这些导热片具有散热方向，该散热方向与该导流方向相交，且该散热方向由该导流管的内部指向该导流管的外部；以及

风扇，装设于该导流管的外部，以提供吹向这些导热片的冷却气流。

2.如权利要求1所述的散热模块，其中该基座具有流道，连通于该导流管，并且该流道具有两端口部。

3.如权利要求2所述的散热模块，还包括泵浦，该泵浦的出口端及入口端分别连通于该流道的该两端口部。

4.如权利要求1所述的散热模块，其中该导流管的该隔热管壁以热传导系数小于20W/mK的材料制成。

5.如权利要求1所述的散热模块，其中这些导热片以热传导系数大于50W/mK的材料制成。

6.如权利要求1所述的散热模块，其中每一该导热片包括内鳍片与外鳍片，其中该内鳍片位于该导流管的内部，且垂直于该隔热管壁，而该外鳍片位于该导流管的外部，且垂直于该隔热管壁。

7.如权利要求1所述的散热模块，其中每一该导热片包括内鳍片与外鳍片，其中该内鳍片位于该导流管的内部，且平贴于该隔热管壁的一内侧面，而该外鳍片位于该导流管的外部，且垂直于该隔热管壁。

8.如权利要求1所述的散热模块，其中每一该导热片具有散热面，平行于该导流方向。

9.如权利要求1所述的散热模块，其中每一该导热片具有散热面，垂直于该导流方向。

10.如权利要求1所述的散热模块，其中每一该导热片包括内鳍片与外鳍片，其中该内鳍片位于该导流管的内部，而该外鳍片位于该导流管的外部，并与该内鳍片相对呈L型弯折。

11.如权利要求1所述的散热模块，其中该隔热管壁包括多个彼此套接的圆环。

12.如权利要求11所述的散热模块，其中这些导热片各自设置于不同的该圆环上，每一该导热片包括碟形外鳍片与多个内鳍片，该碟形外鳍片环绕于对应的该圆环的外部，而这些内鳍片位于对应的该圆环的内部。

13.如权利要求12所述的散热模块，其中每一该导热片的每一该内鳍片具有受热面，该碟形外鳍片具有散热面，其中该受热面垂直于该散热面。

14.一种散热模块，用于冷却微处理器，该散热模块包括：

导流管，提供导流方向，具有隔热管壁，其中该隔热管壁分隔出该导流管的内部与外部，且该隔热管壁能延迟该导流管沿该导流方向的热传导；以及

多个导热片，固定于该隔热管壁上，其中每一该导热片的一端位于该导流管的外部，而每一该导热片的另一端位于该导流管的内部，其中每相邻的两该导热片以该隔热管壁隔开，并且这些导热片具有散热方向，垂直于该导流方向。

15.如权利要求14所述的散热模块，其中该导流管的该隔热管壁以热传导系数小于20W/mK的材料制成。

16.如权利要求14所述的散热模块，其中这些导热片以热传导系数大于50W/mK的材料制成。

17.如权利要求14所述的散热模块，其中每一该导热片包括内鳍片与外鳍片，其中该内鳍片位于该导流管的内部，且垂直于该隔热管壁，而该外鳍片位于该导流管的外部，且垂直于该隔热管壁。

18.如权利要求14所述的散热模块，其中每一该导热片包括内鳍片与内鳍片，其中该内鳍片位于该导流管的内部，且平贴于该隔热管壁的内侧面，而该外鳍片位于该导流管的外部，且垂直于该隔热管壁。

19.如权利要求14所述的散热模块，其中每一该导热片具有散热面，平行于该导流方向。

20.如权利要求14所述的散热模块，其中每一该导热片具有散热面，垂直于该导流方向。

21.如权利要求14所述的散热模块，其中每一该导热片包括内鳍片与外鳍片，其中该内鳍片位于该导流管的内部，而该外鳍片位于该导流管的外部，并与该内鳍片相对呈L型弯折。

22.如权利要求14所述的散热模块，其中该隔热管壁包括多个彼此套接的圆环。

23.如权利要求22所述的散热模块，其中这些导热片各自设置于不同的该圆环上，每一该导热片包括碟形外鳍片与多个内鳍片，该碟形外鳍片环绕于对应的该圆环的外部，而这些内鳍片位于对应的该圆环的内部。

24.如权利要求23所述的散热模块，其中每一该导热片的每一该内鳍片具有受热面，该碟形外鳍片具有散热面，其中该受热面垂直于该散热面。

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