CN113260216A - 热传导装置与电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热传导装置，包括一导热单元、一毛细结构、一热传导单元以及一导热流体。导热单元具有一封闭腔体。毛细结构设置于封闭腔体的内侧表面。热传导单元包括团聚成岛状且彼此分离的多个导热元件，该些导热元件设置于毛细结构的部分表面。导热流体设置于封闭腔体中。本发明还揭露一种具有该热传导装置的电子装置。本发明的热传导装置具有较高的热传导效率。

Description

热传导装置与电子装置

技术领域

本发明关于一种热传导装置，特别关于一种具有较佳热传导效率的热传导装置，和具有该热传导装置的电子装置。

背景技术

近年来，显示组件或电子装置(例如手机、平板计算机、笔记本电脑、或服务器)等制程技术越来越成熟，其组件集成化的程度也越来越高，因此，“散热”已经是这些组件或装置不可或缺的需求功能。特别是对高功率组件来说，由于工作时产生的热能大幅增加，如果不将热源所产生的热能导引出的话，将使电子装置的温度急速上升。当电子装置受到过高的温度时，可能会造成组件的永久性损坏，或使寿命大幅地降低。

因此，如何发展出更适用于电子装置需求的散热或导热结构，可具有较佳散热或导热效率，已经是相关厂商持续追求的目标之一。

发明内容

本发明的目的为提供一种热传导装置、和具有该热传导装置的电子装置，可具有较高的热传导效率，可将热源所产生的热能快速地传导出且散逸至外界。

为达上述目的，依据本发明的一种热传导装置，包括一导热单元、一毛细结构一热传导单元以及一导热流体。导热单元具有一封闭腔体。毛细结构设置于封闭腔体的内侧表面。热传导单元包括团聚成岛状且彼此分离的多个导热元件，该些导热元件设置于毛细结构的部分表面。导热流体设置于封闭腔体中。

在一实施例中，导热单元是由两个金属板体组合而成，毛细结构设置于两个金属板体相对的表面上。

在一实施例中，热传导装置还包括一间隔件，间隔件设置于两个金属板体之间。

在一实施例中，部分的导热元件还设置于间隔件的部分表面。

在一实施例中，导热单元是一管体，毛细结构设置于管体的内侧表面。

在一实施例中，该些导热元件覆盖在毛细结构的表面覆盖率介于0.05％与75％之间。

在一实施例中，导热元件的材料包括石墨烯或纳米碳管、或其组合。

在一实施例中，当导热元件的材料为纳米碳管时，纳米碳管的轴向垂直或平行于毛细结构的表面。

在一实施例中，当导热元件的材料包括纳米碳管与石墨烯微片时，纳米碳管的轴向垂直或平行于石墨烯微片的平面方向。

为达上述目的，依据本发明的一种电子装置，其包括一热源及前述实施例的热传导装置，热传导装置的一端接触热源。

承上所述，在本发明的热传导装置和电子装置中，透过在毛细结构的部分表面上设置团聚成岛状且彼此分离的多个导热元件，可以增加导热流体横向传递热能的能力，增加毛细结构的热传导效率，使得热传导装置的均温效果及热传导效果较好。因此，本发明的热传导装置可具有较高的热传导效率，可将电子装置的热源所产生的热能快速地传导出且散逸至外界。

附图说明

图1A为本发明一实施例的一种热传导装置的示意图。

图1B为图1A的热传导装置沿A-A割面线的剖视示意图。

图1C为本发明另一实施例的热传导装置的剖视示意图。

图2A为本发明又一实施例的一种热传导装置的示意图。

图2B为图2A的热传导装置沿B-B割面线的剖视示意图。

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明本发明一些实施例的热传导装置和电子装置，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。以下实施例出现的元件只是示意，不代表真实的比例及尺寸。

本申请的热传导装置可具有较高的热传导效率，可以将热源所产生的热能快速地传导出并散逸至外界，适用于电子装置(或行动装置)的散热需求。其中，热传导装置可设置于电子装置的内部，其一端可接触热源，以将热源所产生的热量经由热传导装置的导引而传递至另一端，避免热源的高温造成电子装置当机或烧毁。在一些实施例中，热源可例如但不限于包括电子装置的中央处理器(CPU)、记忆芯片(卡)、显示芯片(卡)、面板、或功率组件、或其他会产生高温热能的组件、单元或组件。另外，前述的电子装置可例如但不限于手机、计算机(平板计算机、桌面计算机或笔记本电脑)、电视、或显示器相关的行动电子装置，或是其他领域的电子装置或行动装置。

本申请的热传导装置可为均温板或热管(或称导热管)。热管是一圆形管，其热传导方式是一维与线的热传导方式；而均温板是一种二维与面的热传导方式，其是一种可将局部热源快速传导到平板另一侧的高性能散热装置，因此可解决更为严苛条件的散热问题而具有更高的热传导或散热效率。

请参照图1A与图1B所示，其中，图1A为本发明一实施例的一种热传导装置的示意图，而图1B为图1A的热传导装置沿A-A割面线的剖视示意图。为了说明热传导装置的内部结构，图1A与图1B显示的长度、形状或尺寸只是示意。在实际应用上，热传导装置可以在水平方向及/或垂直方向弯曲，而弯曲的方式可以根据要散热的电子装置或行动装置内部空间而定。

如图1A与图1B所示，热传导装置1可包括一导热单元11、一毛细结构(wick)12、一热传导单元13以及一导热流体14。

导热单元11围设而形成一封闭腔体111。在本实施例中，热传导装置1为均温板，其可适用于薄型化电子装置或行动装置的导热与散热之用。导热单元11的相对两端可分别作为一热源端H(或称热源侧)及一冷却端C(或称冷却侧)。其中，热源端H(或热源侧)可为导热单元11两侧中靠近热源的一端(侧)，而冷却端C(或冷却侧)则为导热单元11两侧中远离热源的一端(侧)。于此，导热单元11的封闭腔体111受热的部分可称为蒸发区，与蒸发区相对的另一侧可称为冷凝区，导热流体14可在蒸发区吸收热量汽化并迅速扩张至整个封闭腔体111，并且在冷凝区放出热量冷凝成液态，再回流至蒸发区，如此循环以实现热量的快速传递。

导热单元11具有可承受内外压差的结构功能，其是由热传导入与传导出的介质材料所制成。导热单元11较佳的材料为金属，例如但不限于包括铜、铝、铁、银、金等高导热金属材料。本实施例的导热单元11是由两个金属板体11a、11b对应连接(例如焊接)而成，其中，金属板体11a往上侧凹陷，并与平板状的金属板体11b连接以构成该封闭腔体111。于此，金属板体11a、11b的材料例如以铜为例。

毛细结构12设置于封闭腔体111的内侧表面。于此，毛细结构12设置于两金属板体11a、11b相对的表面。毛细结构12的形态可为金属网、金属粒子、金属粉末、或纳米金属粒子，其材料可例如但不限于包括铜、铝、银、金等高导热金属材料。毛细结构12可以有不同设计，常见的有四种，分别是：沟槽式、网目式(编织)、纤维式及烧结式。较佳者是采用烧结式毛细结构，主要原因是：若采用烧结式毛细结构，无论导热单元11以何种方位角度放置，都可无碍地使冷凝后的导热流体14进行毛细回流，其他形式的毛细结构则多少仍有方位、角度等限制。由于导热单元11的内侧表面具有毛细结构12，因此，气态的导热流体14所具有的热量在冷凝区(冷却端C)往导热单元11的外部散逸之后所冷凝的液态导热流体14，可沿毛细结构12经导热单元11回流(流向D2)至蒸发区(热源端H)，使导热流体14可以持续的循环回流于导热单元11内。本实施例的毛细结构12的材料为铜，并例如采用烧结式毛细结构为例。

热传导单元13包括团聚成岛状且彼此分离的多个导热元件131，且该些导热元件131设置于毛细结构12的部分表面。于此，各导热元件131形成的岛状尺寸和形状不限，只要覆盖毛细结构12的部分表面即可。团聚成岛状的各导热元件131可包括高导热材料，其可例如但不限于为包括石墨烯或纳米碳管、或其组合。在本实施例中，导热元件131的材料为石墨烯(Graphene)微片。由于石墨烯(热传导单元13)具有良好的xy平面导热性，其覆盖在毛细结构12的部分表面可以加强导热流体14横向传递热能的能力，增加毛细结构12的热传导效率。

导热元件131覆盖在毛细结构12的表面覆盖率可介于0.05％与75％之间(0.05％≤表面覆盖率≤75％)。较佳的覆盖率可例如为10％，在此覆盖率时，其热传导效率更好。此外，特别说明的是，上述的表面覆盖率不可为100％，也就是说，热传导单元13不可将整个毛细结构12的表面完全覆盖住，否则可能会产生反效果，反而使毛细结构12的热传导效率降低。

在不同实施例中，当覆盖在毛细结构12部分表面的导热元件131的材料为纳米碳管时，则纳米碳管的轴向可垂直或平行于毛细结构12的表面；或者，当导热元件131的材料包括纳米碳管与石墨烯微片时，则纳米碳管的轴向可垂直或平行于石墨烯微片的平面方向。于此，可利用制程条件控制纳米碳管的成长方向，使所生长的纳米碳管的轴向方向垂直或平行于毛细结构12的表面，或者，垂直或平行于石墨烯微片的平面方向，以加强导热流体14进/出毛细结构12的速率，进而增加热传导效率。其中，纳米碳管的轴向若垂直于石墨烯微片的平面方向可形成三维复合结构，藉由纳米碳管形成的立体障碍可有效分离个别的石墨烯微片以避免再团聚，而纳米碳管优异的性质更能进一步强化石墨烯微片在热传导上的表现。

导热流体14填充而设置于导热单元11的封闭腔体111中。由于热传导装置1的热源端H与热源接触，故热量将可传导至导热单元11的热源端H(图1B以朝向热源端H的箭头表示热量传入热源端H)，使热源端H有较高的温度而使热源端H的导热流体14可被汽化为气态。导热流体14的选择可以是冷媒，或是其他的导热流体，例如但不限于氟利昂(Freon)、氨、丙酮、甲醇、乙二醇、丙二醇、或是水等，可依据电子装置(或行动装置)的热源的种类、温度或型式来决定，只要所选择的导热流体14可于热源端H被热源温度汽化成气态，并于冷却端C冷凝回流即可。

需注意的是，在选择冷媒为导热流体14时，且在将冷媒注入导热单元11之前，须先将封闭腔体111抽真空，防止导热单元11内部存在导热流体14以外的杂质气体(例如空气)，由于这些杂质气体并不参与汽化-冷凝循环而被称作不凝结气体，不凝结气体除了会造成汽化温度升高外，在热传导装置1工作时，会占据一定体积的导热单元11腔体内的空间，影响热传导装置1的导热效能。

本实施例的热传导装置1还可包括一间隔件15，间隔件15设置于两个金属板体11a、11b之间，使金属板体11a、11b可以维持一定的间隙，保持热传导装置1的结构与形状。间隔件15的材料可以与导热单元11或毛细结构12相同或不相同。本实施例的间隔件15的材料例如与金属板体11a、11b的材料相同，并以网状为例。

热传导装置1与热源连接的方式例如但不限于透过导热膏或散热膏，藉由导热膏或散热膏可将电子装置的热源与热传导装置1的热源端H连接，以将热源的热能传导至热传导装置1的热源端H。在一些实施例中，导热膏或散热膏的材料可包括压克力类的胶材。

承上，在本实施例中，热传导装置1与热源接触时可使导热单元11的热源端H有较高的温度，使得位于热源端H的导热流体14可被汽化为气态，而气态的导热流体14将沿封闭腔体111的一流动路径往冷却端C移动(即沿流向D1)，以透过导热流体14将热源产生的热量带离热源端H；到达冷却端C的导热流体14的热量可往导热单元11的外部散逸(以远离冷却端C之箭头表示热量由冷却端C往外散逸)。由于导热单元11的内侧表面具有毛细结构12，因此，冷凝后的液态导热流体14可沿毛细结构12回流至热源端H(流向D2)，使导热流体14可以持续的循环回流于导热单元11之内，以持续将热源的热量带走并由冷却端C往外界散逸出，藉此降低热源的温度。

在本实施例中，热传导单元13团聚成岛状且彼此分离的设置于毛细结构12的部分表面上，可以加强导热流体14横向传递热能的能力，进而使液态导热流体14可以快速地经由流向D2回流至热源端H，以加快导热流体14的循环效率，藉此，使得热传导装置1的均温及热传导效果较好。相较于习知的均温板结构(没有热传导单元13)来说，本实施例的热传导装置1可以有效地将热能快速地由热源端H导引至冷却端C且散逸至外界，其均温效果与热传导效率比习知的均温板更好。

另外，请参照图1C所示，其为本发明另一实施例的热传导装置的剖视示意图。

图1C的热传导装置1a与图1B的热传导装置1大致相同。与热传导装置1主要的不同在于，在本实施例的热传导装置1a中，有一部分的导热元件131还设置于间隔件15的部分表面上，藉此更可增加热能的横向传递。

另外，请参照图2A与图2B所示，其中，图2A为本发明又一实施例的一种热传导装置的示意图，而图2B为图2A的热传导装置沿B-B割面线的剖视示意图。

图2A、图2B的热传导装置1b与图1的热传导装置1大致相同。与热传导装置1主要的不同在于，本实施例之热传导装置1b的导热单元11’是一管体(Tubular body)，而毛细结构12则设置于管体的内侧表面。此外，热传导装置1a、1b的其他技术特征可参照热传导装置1的相同元件，在此不再赘述。

本发明还提出一种电子装置，电子装置可为行动装置或固定式装置，其可包括热源以及上述实施例的热传导装置1、1a或1b，或其变化态样，具体技术内容请参照上述，在此不再多作说明。于此，热传导装置的热源端可接触热源而与热源连接。电子装置可例如但不限于手机、计算机、电视、或显示器相关的行动或固定式电子装置，或是其他领域的电子装置；而电子装置的热源可为中央处理器(CPU)、记忆芯片(卡)、显示芯片(卡)、面板、或功率组件、或其他会产生高温热能的组件、单元或组件，本申请并不限制。

综上所述，在本发明的热传导装置和电子装置中，透过在毛细结构的部分表面上设置团聚成岛状且彼此分离的多个导热元件，可以增加导热流体横向传递热能的能力，增加毛细结构的热传导效率，使得热传导装置的均温效果及热传导效果较好。因此，本发明的热传导装置可具有较高的热传导效率，可将电子装置的热源所产生的热能快速地传导出且散逸至外界。

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，均应包含于本申请专利范围中。

Claims (10)

1.一种热传导装置，其特征在于，包括：

一导热单元，具有一封闭腔体；

一毛细结构，设置于所述封闭腔体的内侧表面；

一热传导单元，包括团聚成岛状且彼此分离的多个导热元件，所述多个导热元件设置于所述毛细结构的部分表面；以及

一导热流体，设置于所述封闭腔体中。

2.根据权利要求1所述的热传导装置，其特征在于，所述导热单元是由两个金属板体组合而成，所述毛细结构设置于所述两个金属板体相对的表面上。

3.根据权利要求2所述的热传导装置，其特征在于，还包括：

一间隔件，设置于所述两个金属板体之间。

4.根据权利要求3所述的热传导装置，其特征在于，部分的所述多个导热元件还设置于所述间隔件的部分表面。

5.根据权利要求1所述的热传导装置，其特征在于，所述导热单元为一管体，所述毛细结构设置于所述管体的内侧表面。

6.根据权利要求1所述的热传导装置，其特征在于，所述多个导热元件覆盖在所述毛细结构的表面覆盖率介于0.05％与75％之间。

7.根据权利要求1所述的热传导装置，其特征在于，所述导热元件的材料包括石墨烯或纳米碳管、或其组合。

8.根据权利要求1所述的热传导装置，其特征在于，当所述导热元件的材料为纳米碳管时，所述纳米碳管的轴向垂直或平行于所述毛细结构的表面。

9.根据权利要求1所述的热传导装置，其特征在于，当所述导热元件的材料包括纳米碳管与石墨烯微片时，所述纳米碳管的轴向垂直或平行于所述石墨烯微片的平面方向。

10.一种电子装置，其特征在于，包括：

一热源；以及

一权利要求1至9任一所述的热传导装置，所述热传导装置的一端接触所述热源。

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