CN103249276A - 散热装置、散热组件和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种散热装置和包括该散热装置的散热组件和电子设备。该散热装置可包括：主体，包括壳体和设置在该壳体的内壁上的毛细层，该壳体具有吸热区和散热区；在该壳体的散热区的表面上设置有具有中空结构的多个突起，所述多个突起和所述壳体一起形成一连通的密封腔；以及密封在该密封腔内的工作介质。该散热装置能提供高效的三维散热能力，且具有紧凑的结构，因此特别适合于高集成度的电子设备。

Description

散热装置、散热组件和电子设备

技术领域

本发明涉及一种散热装置以及包括该散热装置的散热组件和电子设备，更具体而言，涉及一种高效的三维散热装置以及包括该散热装置的散热组件和电子设备。

背景技术

随着半导体技术的发展，电子设备的集成度越来越高，在性能得到提升的同时，单位面积的发热量也不断增大，因此对散热技术提出了更多挑战。

现有技术要提高三维的导热效率，一般采取下面两种技术方案。一种是采用高导热系数的金属材料制成三维导热元件，但是金属的导热系数有局限，纯银的导热系数为429W/m.k，纯铜的导热系数为401W/m.k，导热效率低。另一种是采用热管、热板这样的热超导元件以及金属材料组合而成的传热组件。热管、热板的等效导热系数可达到100000W/m.k，但是热管的导热特性是轴向导热，热板的导热特性是平面导热，二者即使弯折以改变走向，也不能做到真正意义上的三维导热。因此，在热管或热板上设置金属导热元件以实现三维导热。但是，在制作组件的过程中，在诸如焊接、接触等的多个环节引入新的热阻。这些新引入的热阻会显著降低组件的导热效率。而且，组件占用的空间会大大增加，对高度集成的电子行业散热设计非常不利。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种散热装置，其能提供高效的三维导热能力。

本发明的另一方面在于提供一种散热装置，其能提供三维导热能力且具有紧凑的设计。

本发明又一方面在于提供具有上述散热装置的散热组件和电子设备。

根据本发明一示范性实施例，一种散热装置可包括：主体，包括壳体和设置在该壳体的内壁上的毛细层，该壳体具有吸热区和散热区；在该壳体的散热区的表面上设置有具有中空结构的多个突起，所述多个突起和所述壳体一起形成一连通的密封腔；以及密封在该密封腔内的工作介质。

该散热装置还可包括设置在所述多个突起的内壁上的毛细层。所述毛细层可以包括形成在内壁中的毛细槽、单独设置在内壁上的多孔层或编织网层、或者它们的组合。

所述密封腔内的气压可以小于大气压。所述主体可以具有板形或圆柱形。所述突起可以具有圆柱形、棱柱形或球形。

所述壳体和所述突起可以由导热材料制成。所述工作介质可以包括从氮、氟里昂、己烷、丙酮、乙醇、甲醇、甲苯和水中选择的至少一种。

根据本发明另一示范性实施例，一种散热组件可以包括：风扇；以及

散热装置，该散热装置包括：主体，包括壳体和设置在该壳体的内壁上的毛细层，该壳体具有吸热区和散热区；在该壳体的散热区的表面上设置有具有中空结构的多个突起，所述多个突起和所述壳体一起形成一连通的密封腔；以及密封在该密封腔内的工作介质。所述多个突起可以设置于该风扇的出风口处。

所述散热装置还可以包括设置在所述多个突起的内壁上的毛细层。

所述散热组件还可以包括多个散热翅片，所述散热翅片设置于该风扇的出风口处，散热翅片所在的平面基本平行于所述风扇的出风方向，且所述散热装置的突起基本垂直地穿过所述散热翅片并接触所述散热翅片。

根据本发明又一示范性实施例，一种电子设备可以包括：发热部件；以及散热装置，为该发热部件提供散热，该散热装置包括：主体，包括壳体和设置在该壳体的内壁上的毛细层，该壳体具有吸热区和散热区，且该吸热区设置得靠近该发热部件；在该壳体的散热区的表面上设置有具有中空结构的多个突起，所述多个突起和所述壳体一起形成一连通的密封腔；以及密封在该密封腔内的工作介质。

所述电子设备还可以包括：风扇，具有入风口和出风口，其中所述多个突起设置于该风扇的出风口处。

所述发热部件可以包括主板、中央处理器(CPU)或显卡。

本发明的散热装置能提供高效的三维导热能力，其等效导热系数可达到100000W/m.k的级别。而且，本发明的散热装置具有紧凑的设计，特别适用于集成度日益提高的电子设备行业。

附图说明

本发明的以上和/或其他特征和/或优点将通过下面参照附图详细描述示范性实施例而变得显然，附图中：

图1是透视图，示出根据本发明一示范性实施例的散热装置；

图2是图1所示的散热装置的剖视图；

图3是图2的A部分的放大视图；

图4A和4B是示出根据本发明一示范性实施例的散热装置的工作原理的示意图；以及

图5是示出根据本发明一示范性实施例的散热组件的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本发明的示范性实施例。附图中相似的附图标记始终表示相似的元件。附图不是按比例绘制的。

图1是透视图，示出根据本发明一示范性实施例的散热装置100；图2是图1所示的散热装置100的剖视图；图3是图2所示的散热装置100的A部分的放大视图，详细示出了主体10和突起20的结构。

参照图1，散热装置100包括主体10。在图1所示的实施例中，主体10可以具有二维形状，与热板相似的板形，但是本领域技术人员可以从本公开理解，本发明不限于此。例如，主体10亦可具有与热管类似的形状，例如圆柱形，或者其他形状。主体10可具有吸热区(或热接收区)和散热区。主体10的吸热区可以设置得靠近或者接触热源，例如芯片。主体10的散热区可设置有多个突起20，从而形成三维立体的散热结构。从热源接收的热量Q从吸热区二维传导到散热区，并通过多个三维突起20散去。

如图2和图3所示，主体10可包括壳体12和设置于壳体12的内壁上的毛细层14。壳体12可由导热金属形成，例如铝、铝合金、铜和铜合金，且形成例如板形或圆柱形(未示出)。壳体12形成一密封腔，毛细层14形成在密封腔的壁上。毛细层14可以包括形成在壳体12的内壁中的毛细槽、单独设置在内壁上的多孔层或编织网层、或者它们的组合。多孔层可以是例如金属粉末烧结而成的疏松多孔层。

多个突起20形成在主体10的散热区上，且具有中空结构。例如，突起20可以具有柱形例如圆柱或棱柱、球形等。突起20亦可具有其他形状，例如不规则形状等。突起20可以由与壳体12相同或不同的导电金属形成。突起20可以与壳体12一体形成，例如通过冲压工艺形成于壳体12上。或者，突起20可以单独形成，且单独形成具有多个孔的壳体12，然后通过例如焊接等工艺将突起20固定在壳体12的孔的周缘上。这样，多个突起20和壳体12一起形成一连通的密封腔。

在本发明一优选实施例中，突起20的内壁上还设置有毛细层24。毛细层24可以包括形成在突起20的内壁中的毛细槽、单独设置在内壁上的多孔层或编织网层、或者它们的组合。多孔层可以是例如金属粉末烧结而成的疏松多孔层。毛细层24可以与毛细层14相同或者不同。

在突起20和壳体12一起形成的密封腔中，可以密封有工作介质。工作介质可以包括从氮、氟里昂、己烷、丙酮、乙醇、甲醇、甲苯和水中选择的至少一种。密封腔内的气压可以根据所密封的工作介质来调节，但是优选地，密封腔内的气压可以小于大气压。气压降低时，密封腔所密封的工作介质的沸点温度就会降低，有利于工作介质的蒸发，这将从后面对工作原理的描述中更充分地理解。工作介质的种类可以根据热管所需要工作的温度范围来选择。

图4A和4B示意性示出根据本发明一示范性实施例的散热装置100的工作原理。

如图1和4A所示，来自热源例如芯片的热量Q传导到散热装置100的吸热区。在吸热区，热量Q传导到壳体12，进而传递到毛细层14。毛细层14中的工作介质受热蒸发，变成工作介质蒸汽并带走热量。工作介质蒸汽携带热量在压力作用下沿密封腔二维地向散热区流动，如虚线箭头所示。

如图1和4B所示，工作介质蒸汽传输到散热区，例如可以进入到三维突起20的空腔中。在散热区，热量通过壳体12或突起20被带走，工作介质蒸汽接触到散热区的壳体12和突起20的内壁上的毛细层14和24时放热冷凝，并且液态的工作介质被毛细层14和24吸收。在毛细作用下，液态的工作介质返回到吸热区(如实线箭头所示)，由此完成一个循环。周而复始，实现了热量从吸热区向散热区的传递。

散热装置100中吸热区和散热区之间的温差主要由两部分组成：热量穿过壳体时产生的温差和密封腔内部的吸热区和散热区之间的温差。其中，前者由于壳体12和突起20的壁较薄而极小。在密封腔内，通过工作介质的气液两相变换来传热，为等温过程，密封腔中吸热区与散热区之间的温差主要取决于压力差，而工作介质蒸汽从吸热区流向散热区所产生的压降很小，因此温降亦很小。因此，散热装置100具有优良的等温性，即具有很高的导热效率，可以达到100000W/m.k的水平。

通过在主体10上设置多个突起20，且主体10和突起20形成连通的密封腔，本发明的散热装置结构紧凑，且避免了热阻的产生，具有高的散热效率。

图5示意性示出根据本发明一示范性实施例的散热组件1000。散热组件1000可以包括散热装置100和风扇200。散热装置100可以具有与前述散热装置相同或相似的结构，例如可包括板状主体10和设置于主体上的多个突起20，主体10和突起20形成一连通的密封腔，其中密封有工作介质。此处对于散热装置100的结构不再详细描述。

风扇200可以是图5所示的离心风扇，或者亦可以是轴流风扇(未示出)。风扇200具有入风口和出风口，空气从入风口进入风扇200，并从出风口吹出。

散热装置100的多个突起20可以设置于风扇200的出风口处，从而吹向突起20的气流从突起20带走热量。在一优选实施例中，还可以在风扇200的出风口处设置多个散热翅片，散热翅片所在的平面基本平行于风扇的出风方向，且突起20基本垂直地穿过散热翅片并接触散热翅片。散热翅片可由高导热性的金属形成，通过热传导从突起20吸收热量，并通过从风扇200的出风口吹出的气流带走热量，从而加快散热装置100的散热，提高散热效率。

常规的散热组件通过在例如热管和热板上焊接金属导热柱来实现三维散热。由于金属的导热系数的限制，若要使热量顺利传递到翅片，则负责垂直方向导热的金属导热柱就需要有足够大的横截面积，例如设置足够多的金属导热柱和/或设置更大直径的导热柱。但是，导热柱的横截面积越大，则越多地阻碍风扇的出风，造成气流量下降，从而散热效率降低。如果减小导热柱的横截面积，则热量缓慢地传递到翅片，造成温差变大，热源温度升高，散热效率降低。

如果使用本发明的散热组件1000，则可以解决上述矛盾。散热组件1000可提供三维热超导性，设计较少的突起即可达到优异的垂直传热效果，因而不会降低出风量，从而实现高的总体散热效率。

本发明的又一示范性实施例提供一种电子装置(未示出)，例如但不限于计算机，诸如笔记本计算机。电子装置可包括发热部件，例如但不限于主板、中央处理器(CPU)、显卡等，以及为发热部件提供散热的散热装置或散热组件。散热装置和散热组件可具有前述结构，此处不再赘述。散热装置或散热组件的主体的吸热区可以设置为靠近发热部件，例如直接接触发热部件，或者二者之间还可以设置有诸如硅脂等的导热粘接元件。这样，发热部件产生的热量能迅速通过散热装置或散热组件被散去，从而保证发热部件在合适的温度下正常运行。当发热部件的发热量不太大时，可以使用前述散热装置，从而在静音状态下实现散热；当芯片发热量大时，可以采用前述包括风扇的散热组件，从而实现高效的散热。

通过上面的描述应理解，本发明的散热装置和散热组件不仅可以用于例如计算机的电子装置，还可以应用于其他具有发热部件的电子装置。

本发明的散热装置和散热组件能提供高效的三维散热能力，且具有紧凑的结构，因此不但能应用到笔记本计算机，还能应用到其他需要散热的电子装置。

上面特别显示和描述的本发明的示范性实施例，但是本领域技术人员将理解，本发明并不局限于这些实施例，而是在细节和形式上可以进行各种变化而不脱离本发明的思想和范围，本发明的范围由所附权利要求及其等价物定义。

Claims (13)

1.一种散热装置，包括：

主体，包括壳体和设置在该壳体的内壁上的毛细层，该壳体具有吸热区和散热区；

在该壳体的散热区的表面上设置有具有中空结构的多个突起，所述多个突起和所述壳体一起形成一连通的密封腔；以及

密封在该密封腔内的工作介质。

2.如权利要求1所述的散热装置，还包括设置在所述多个突起的内壁上的毛细层。

3.如权利要求1或2所述的散热装置，其中所述毛细层包括形成在内壁中的毛细槽、单独设置在内壁上的多孔层或编织网层、或者它们的组合。

4.如权利要求1所述的散热装置，其中所述密封腔内的气压小于大气压。

5.如权利要求1所述的散热装置，其中所述主体具有板形或圆柱形。

6.如权利要求1所述的散热装置，其中所述突起具有圆柱形、棱柱形或球形。

7.如权利要求1所述的散热装置，其中所述壳体和所述突起由导热材料制成，且所述工作介质包括从氮、氟里昂、己烷、丙酮、乙醇、甲醇、甲苯和水中选择的至少一种。

8.一种散热组件，包括：

风扇；以及

散热装置，包括：

主体，包括壳体和设置在该壳体的内壁上的毛细层，该壳体具有吸热区和散热区；

在该壳体的散热区的表面上设置有具有中空结构的多个突起，所述多个突起和所述壳体一起形成一连通的密封腔；以及

密封在该密封腔内的工作介质，

其中所述多个突起设置于该风扇的出风口处。

9.如权利要求8所述的散热组件，其中所述散热装置还包括设置在所述多个突起的内壁上的毛细层。

10.如权利要求8所述的散热组件，还包括多个散热翅片，所述散热翅片设置于该风扇的出风口处，散热翅片所在的平面基本平行于所述风扇的出风方向，且所述散热装置的突起基本垂直地穿过所述散热翅片并接触所述散热翅片。

11.一种电子设备，包括：

发热部件；以及

散热装置，为所述发热部件提供散热，该散热装置包括：

主体，包括壳体和设置在该壳体的内壁上的毛细层，该壳体具有吸热区和散热区，且该吸热区设置为靠近所述发热部件；

在该壳体的散热区的表面上设置有具有中空结构的多个突起，所述多个突起和所述壳体一起形成一连通的密封腔；以及

密封在该密封腔内的工作介质。

12.如权利要求11所述的电子设备，还包括：

风扇，具有入风口和出风口，

其中所述多个突起设置于该风扇的出风口处。

13.如权利要求11所述的电子设备，其中所述发热部件包括：主板、中央处理器或显卡。

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