CN102122647A

CN102122647A - 碳介面复合散热结构

Info

Publication number: CN102122647A
Application number: CN2010100001881A
Authority: CN
Inventors: 黎焕斌
Original assignee: Thermal Magic Technology Co Ltd
Current assignee: Thermal Magic Technology Co Ltd
Priority date: 2010-01-08
Filing date: 2010-01-08
Publication date: 2011-07-13

Abstract

一种碳介面复合散热结构，包括：一金属导热，其材料选自铝、铜、金、银其中任一或其组合式构成，且该金属导热层的本体上密布设有石墨填充材；一陶瓷均温层，由陶瓷材料构成，且设在该金属导热层底面，用以接触热源，以能使热量由局部迅速且均匀的沿着陶瓷均温层横向散布，使该金属导热层的分散热阻得以降低；一碳介面散热层，设置在该金属导热层顶面，使三者构为一复合散热结构，其材料选自石墨、C60纳米碳管、类钻碳其中任一或其组合式构成，且该碳介面散热层形成多孔隙的高表面积散温层，以提高散热表面积。本发明具有将热源产生的热均匀扩散至较大的散热面积，再利用优异的轴向导热性，予以大量散热，以增进整体的散热效率。

Description

碳介面复合散热结构

技术领域

本发明涉及一种碳介面复合散热结构。

背景技术

无论是室内LED灯、汽车大灯、探照灯、LED电视、投影机、笔记型电脑、显示卡、记意卡、热交换器、冷气、引擎等各种光、机、电、磁、电化学等产品，均因体积愈作愈小，且零组件的复杂度也愈来愈大，其中诸如：电脑中央处理器、芯片、发光二极管(LED)等高功率电子元件朝向更轻薄短小及多功能发展，其在运行时单位面积所产生的热量也愈来愈多，这些热源如果无法迅速将其移除，则将直接导致温度过高的问题，严重影响产品的正常使用，所以散热问题为业者所努力克服的目标。

次按，最典型的散热装置，如图1A所示，使发热元件热源H与具有较大散热底座12的散热器10以增加总体散热面积，通过热传导达到散热目的。其散热方式通常为空气自然对流冷却，或是以风扇14行空气强制对流冷却。但此种散热器10，其由热源H沿散热底座12横向传递至边缘的热阻称之为分散热阻(spreading resistance)，散热器10总热阻愈小，其散热性愈佳，底座12温度及热源H表面温度也愈低。因此，当发热元件散热需求增加，必须采用较大底座12的散热器10以增加散热时，为弥补散热器10分散热阻增加散热的缺点，必须设法降低散热器10的平均热阻，其方式有提高冷却空气的流速或增加更多的散热鳍片13，或是降低冷却空气的温度以提高冷却动力，而加大散热底座12高度或改用较高热传导材质，亦可减小分散热阻，然这些弥补方式将增加噪音、重量、成本及系统复杂度，且效果有限，因此并非有效益的方法。

因此，为适应较高热通量(heat flux)的移除，现有一种方式如图1B所示，在热源H与散热器10之间加装一具有良好热传导性的均热板(heat spreader)，该散热器10通常是较发热元件热源H的面积大，因此均热板11的作用是将发热元件产生的热量在传导至散热器10之前先均匀分布，以充分发挥散热器10功能。而该均热板11是使用铜、铝等较高热传导系数的金属材，但该等金属材料受限于本身的热传性(铜的导热系数为401W/mK，铝的导热系数为237W/mK)，若对高热通量发热元件或是用较大的均热板面积来实现热量均匀分布时，仍会产生明显的分散热阻(spreading resistance)，而无法达到预期的均热分布效果，因此整体散热效率仍非理想，尚有改善空间。

此外，现有散热器中另有以填充冷却液加上搅动器，或是增加风扇的速度来提升散热效率，其虽有一定的效果，但其体积会相对增加许多，对于要求轻薄化的产品，并不适用。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种碳介面复合散热结构，其具有将热源产生的热均匀扩散至较大的散热面积，再利用优异的轴向导热性，予以大量散热，以增进整体的散热效率，本发明的优势在于其散热结构得以较轻薄的形体来实现，使其使用领域更为广泛，增进产生利用性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种碳介面复合散热结构，其特征在于，包括：一金属导热，其材料选自铝、铜、金、银其中任一或其组合式构成，且该金属导热层的本体上密布设有石墨填充材；一陶瓷均温层，由陶瓷材料构成，且设在该金属导热层底面，用以接触热源，以能使热量由局部迅速且均匀的沿着陶瓷均温层横向散布，使该金属导热层的分散热阻(spreadingresistance)得以降低；一碳介面散热层，设置在该金属导热层顶面，使三者构为一复合散热结构，其材料选自石墨、C60纳米碳管、类钻碳其中任一或其组合式构成，且该碳介面散热层形成多孔隙的高表面积散温层，以提高散热表面积。

前述的碳介面复合散热结构，其中复合散热结构包括设成板型结构，且该板型材上设有多个凹孔，供该石墨填充材填注。

前述的碳介面复合散热结构，其中复合散热结构包括设成片型结构，且该片型材上设有多个密布的凹凸表面，用以供该石墨填充材设在其中一表面，而碳介面散热层材料设在该对应的另一表面上。

前述的碳介面复合散热结构，其中复合散热结构包括设成梳型结构，且该梳型结构的梳体包括设成直立板状或圆管辐射状。

前述的碳介面复合散热结构，其中复合散热结构包括在金属导热层中设有一封闭的腔室，且该腔室内填充有冷却液并设有一压电振动片，并以压电振动片的高频振波搅动该封闭腔室内部的冷却液，使其成为一水冷式散热结构，以适应较高热通量(heat flux)的移除。

前述的碳介面复合散热结构，其中复合散热结构包括在金属导热层中设有一第一磁性元件，且该第一磁性元件周围设有一导电线圈，构成一无轴马达；而复合散热结构的表面，相对于该第一磁性元件位置，设有一散热风扇，该散热风扇底面设有一第二磁性元件，且该第二磁性元件隔着金属层的材料与该第一磁性元件形成吸磁连动，即当导电线圈通电后，利用磁力带动该第一磁性元件转动，进而带动位于金属层上面的第二磁性元件连动，据以驱动散热风扇运转，形成一种风扇式散热结构，且该无轴马达的周边，包括设有一个以上的腔室，用以填充冷却液及设置压电振动片，据以形成风扇式散热结构及水冷式散热结构复合为一体的构造。

借此，本发明的碳介面复合散热结构，秉持均、导、散、传、风等原则，在有限空间内，以复合结构层及辅助元件，解决现有分散热阻的问题，使得轻薄化的散热结构也能有很好的散热效率。

本发明的有益效果是，其具有将热源产生的热均匀扩散至较大的散热面积，再利用优异的轴向导热性，予以大量散热，以增进整体的散热效率，本发明的优势在于其散热结构得以较轻薄的形体来实现，使其使用领域更为广泛，增进产生利用性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1A、图1B是现有散热器的示意图。

图2是本发明一种较佳实施例的立体示意图。

图3是本发明另一种较佳实施例的剖视图。

图4是图2所示的剖视图。

图5是本发明碳介面层的放大示意图。

图6是本发明梳型结构的示意图。

图7是图6所示的梳体放大剖视图。

图8是一种直立板状型结构示意图。

图9是一种圆管辐射状结构示意图。

图10是本发明附加冷却液及压电振动片的示意图。

图11是本发明进一步附加散热风扇的示意图。

图中标号说明：

20金属导热层

21石墨填充材

22凹孔

23凹凸表面

30陶瓷均温

40碳介面散热层

41高表面积散温层

50复合散热结构

60梳型结构

61梳体

60a直立板状

60b圆管辐射状

70水冷式散热结构

71腔室

72压电振动片

73冷却液

80风扇式散热结构

81散热风扇

82第二磁性元件

83第一磁性元件

84导电线圈

85无轴马达

H热源

具体实施方式

首先，请参阅图2及图4、图5所示，本发明一种较佳实施例的碳介面散热结构50，其包括：

一金属导热层20，其材料造自铝、铜、金、银其中任一或其组合式构成，且其本体上设有多个凹孔22可供密布的石墨填充材21填注。由于，石墨本身具有快速导热及均热效果，但受限于机械强度，因此本发明乃将其填充在金属中使其复合成型，达到相互加乘的导热效能。

一陶瓷均温层30，由陶瓷材料构成，且设在该金属层底面，用以接触热源H，以能使热量由局部迅速且均匀的沿着陶瓷均温层30横向散布，使该金属导热层的分散热阻得以降低；

一碳介面散热层40，设置在该金属导热层20顶面，使三者构为一复合散热结构50，其材料选自石墨、C60纳米碳管、类钻碳其中任一或其组合式构成，且该碳介面散热层40形成多孔隙的高表面积散温层41，以提高散热表面积。

本实施例中，该复合散热结构50是设成板型结构，但不限定于此，即其可设成图3所示的片型结构，该片型材上设有多个密布的凹凸表面23，用以供石墨填充材21设在其中一表面，而碳介面散热层40材料是设在对应的另一表面上。此外亦可如图6至图7所示，设成多个密布的微细梳型结构60；此种梳型结构60的外表面为多孔隙的高表面积散温层41，其成型于微细梳体61的表面，形成立体空间的散热结构，不仅使得整体的散热总面积大幅提升，且各梳体61之间的空隙更可提供空气自然对流冷却，或是以风扇强制对流冷却。

依据前述特征，该梳型结构60的梳体61包括设成图8所示的直立板状60a，但不限定于此，其亦可如图9所示，设成圆管辐射状60b。

承上，本发明的复合散热结构50更可包括如图10所示，其金属导热层20中设有一封闭的腔室71，且该腔室71填充有冷却液73，并设有一压电振动片72，并以该压电振动片72的高频振波搅动该封闭腔室71内部的冷却液73，使其成为一水冷式散热结构70，以适应较热通量的移除。本发明利用该腔室71内的冷却液73受到热及搅动双重作用下，达到更快速、更高温度的散热效果。

进一步，如图11所示，该复合散热结构50更包括在金属导热层20中设有一第一磁性元件83，且该第一磁性元件83周围设有一导电线圈84，构成一无轴马达85，而复合散热结构50的表面，相对于该第一磁性元件83位置，设有一散热风扇81，该散热风扇底面设有一第二磁性元件82，且该第二磁性元件82是隔着金属导热层20的材料与该第一磁性元件83形成吸磁连动，即当导电线圈84通电后，利用磁力带动该第一磁性元件83转动，进而带动位于金属导热层20上面的第二磁性元件82连运，据以驱动散热风扇81运转，形成一种风扇式散热结构80，达到勿须连接轴的及无任何缝隙风扇设计，以能符合IP防水认证的规格。当然，该无轴马达85的周边，可设有一个以上的腔室71，用以填充冷却液73及设置压电振动片72，据以形成风扇式散热结构80及水冷式散热结构70复合为一体的构造。

是以，本发明的碳介面复合散热结构，秉持均、导、散、传、风等原则，在有限空间内，以复合结构层及辅助元件，解决现有分散热阻的问题，使得轻薄化的散热结构也能有很好的散热效率。因此，其应用范围得以广泛提升，诸如：LED等照明装置、光电装置及热、磁、电化学等装置，皆可利用本发明的碳介面散热结构来达到有效散热的目的，进而提升产品的可靠度及使用寿命。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

综上所述，本发明在结构设计、使用实用性及成本效益上，完全符合产业发展所需，且所揭示的结构亦是具有前所未有的创新构造，具有新颖性、创造性、实用性，符合有关发明专利要件的规定，故依法提起申请。

Claims

1.一种碳介面复合散热结构，其特征在于，包括：

一金属导热，其材料选自铝、铜、金、银其中任一或其组合式构成，且该金属导热层的本体上密布设有石墨填充材；

一陶瓷均温层，由陶瓷材料构成，且设在该金属导热层底面，用以接触热源，以能使热量由局部迅速且均匀的沿着陶瓷均温层横向散布，使该金属导热层的分散热阻得以降低；

一碳介面散热层，设置在该金属导热层顶面，使三者构为一复合散热结构，其材料选自石墨、C60纳米碳管、类钻碳其中任一或其组合式构成，且该碳介面散热层形成多孔隙的高表面积散温层，以提高散热表面积。

2.根据权利要求1所述的碳介面复合散热结构，其特征在于：所述复合散热结构包括设成板型结构，且该板型材上设有多个凹孔，供该石墨填充材填注。

3.根据权利要求1所述的碳介面复合散热结构，其特征在于：所述复合散热结构包括设成片型结构，且该片型材上设有多个密布的凹凸表面，用以供该石墨填充材设在其中一表面，而碳介面散热层材料设在该对应的另一表面上。

4.根据权利要求1所述的碳介面复合散热结构，其特征在于：所述复合散热结构包括设成梳型结构，且该梳型结构的梳体包括设成直立板状或圆管辐射状。

5.根据权利要求4所述的碳介面复合散热结构，其特征在于：所述复合散热结构包括在金属导热层中设有一封闭的腔室，且该腔室内填充有冷却液并设有一压电振动片，并以压电振动片的高频振波搅动该封闭腔室内部的冷却液，使其成为一水冷式散热结构，以适应较高热通量的移除。

6.根据权利要求5所述的碳介面复合散热结构，其特征在于：所述复合散热结构包括在金属导热层中设有一第一磁性元件，且该第一磁性元件周围设有一导电线圈，构成一无轴马达；而复合散热结构的表面，相对于该第一磁性元件位置，设有一散热风扇，该散热风扇底面设有一第二磁性元件，且该第二磁性元件隔着金属层的材料与该第一磁性元件形成吸磁连动，即当导电线圈通电后，利用磁力带动该第一磁性元件转动，进而带动位于金属层上面的第二磁性元件连动，据以驱动散热风扇运转，形成一种风扇式散热结构，且该无轴马达的周边，包括设有一个以上的腔室，用以填充冷却液及设置压电振动片，据以形成风扇式散热结构及水冷式散热结构复合为一体的构造。