CN1747640A - 具有热均温腔体的散热装置 - Google Patents

Abstract

一种具有热均温腔体的散热装置，应用于一发热的电子组件上，包括散热器以及热均温腔体。热均温腔体包括毛细结构、热吸收区、散热区、工作流体以及至少一缓冲区。热吸收区接触电子组件，散热区接触散热器。工作流体密封于热均温腔体内，用来将热量从热吸收区转移至散热区。毛细结构使工作流体自散热区流回热吸收区，而缓冲区还提供一储存空间予工作流体，使热吸收区所需的工作流体得以由缓冲区中提供。本发明的散热装置，应用具有缓冲区的薄型毛细结构的热均温腔体，可使单位重量减轻，并可缩短散热器中热传导距离，增加散热速率。

Description

具有热均温腔体的散热装置

技术领域

本发明涉及一种散热装置，特别涉及一种具有良好传热量热均温腔体的散热装置。

背景技术

随着技术的进步，电子组件单位面积上的晶体管数量越来越多，造成其工作时发热量的增加。另一方面，电子组件的工作频率也越来越高，晶体管工作时on/off转换所造成的热量(switch loss)，亦是电子组件发热量增加的原因。近年来，由于半导体工艺与IC制作技术的快速发展，芯片的计算速度获得大幅度的提升，相对的使得芯片在工作时，热耗随着时脉频率的增加而上升，若未能适当的处理这些热量，将会造成芯片运算速度的降低，严重者甚至影响到芯片的寿命。

因此要如何有效的处理这些耗热，请参照图1A与图1B，其示出二种现有技术散热装置的示意图。在图1A中，散热装置10A应用于一热源11，亦即是一发热的电子组件11上。散热装置10A包括一实心铜块12以及一散热器(heat sink)15，实心铜块12直接贴附于发热的电子组件11上，而散热器15则外覆于实心铜块12上及其周围，使得电子组件11的热量可经由实心铜块12传导至散热器15。散热器15包括多个散热鳍片且在散热器15上可另外增加一风扇16，以增加散热效果。

然而，自实心铜块12表面至散热器15顶端的距离L1很长，使得热传导效率差，且由于实心铜块12具有一定重量，在现今各种组件均讲求轻薄短小的趋势下，实为一不佳的应用，再者，当散热装置10A应用于如主机板上的CPU的散热时，过重的散热装置10A亦使得主机板容易损坏。另外，由于铜材的价格高昂，在使用上亦不符合经济性。

在图1B中，散热装置10B包括一板式热管13以及一散热器15，板式热管13可直接贴附于发热的电子组件11上，或是先将板式热管13贴附于一片铜质底板上，再将此铜质底板贴附于电子组件11。而散热器15则外覆于板式热管13上及其周围，使得电子组件11的热量可经由板式热管13传导至散热器15。散热器15包括多个散热鳍片。

板式热管属于热导管(heat pipe)的一种，典型的热导管由腔体、毛细结构(wick structure)以及工作流体所组成，且其作用原理利用工作流体受热后迅速气化并扩散至管体内壁，后放出热量而凝结成液态，并循连结的毛细结构，通过其所提供的毛细力使工作流体回流至加热点。此液气相吸热散热的机制，其传热的速度与量，经实测约当同厚度的实心铜块的25至100倍。

然而，自板式热管13表面至散热器15顶端的距离L2很长，使得热传导效率差。另外，一般而言，当毛细结构的厚度较厚时，热量从毛细结构传导至板式热管13表面的速度亦相对地要慢。因此，为了迅速的导出热能，将毛细结构的厚度减少，然而，虽此作法能够提高传导速度，但当热源的发热量大时，工作流体快速蒸发，工作流体来不及补充而使得加热点处变干(dry out)，损坏板式热管13。

发明内容

因此，为解决上述问题，本发明提出一种散热装置，应用具有缓冲区的薄型毛细结构的热均温腔体，可使单位重量减轻，并可缩短散热器中热传导距离，增加散热速率。

根据本发明的目的，提出一种热均温腔体，用以将热量从一热源转移到一散热器。此热均温腔体包括毛细结构、一热吸收区、一散热区、工作流体以及至少一缓冲区。热吸收区接触至少一部份的热源，散热区接触至少一部份的散热器。工作流体密封于热均温腔体内，用来将热量从热吸收区转移至散热区。毛细结构使工作流体自散热区流回热吸收区，而缓冲区还提供一储存空间给予工作流体，使热吸收区所需的工作流体得以由缓冲区中提供。热均温腔体的底面面积大于、等于或小于热均温腔体的顶面面积，或者热均温腔体的截面积自底面向顶面渐减。其截面形状为椭圆形、矩形、三角形、五角形、六角形或八角形等。

根据本发明的另一目的，提出一种散热装置，应用于一发热的电子组件上，散热装置包括一散热器以及一热均温腔体。热均温腔体用以将热量从电子组件转移到散热器，包括毛细结构、一热吸收区、一散热区、工作流体以及至少一缓冲区。热吸收区接触至少一部份的电子组件，散热区接触至少一部份的散热器。工作流体密封于热均温腔体内，用来将热量从热吸收区转移至散热区。毛细结构使工作流体自散热区流回热吸收区，而缓冲区还提供一储存空间给予工作流体，使热吸收区所需的工作流体得以由缓冲区中提供。热均温腔体的底面面积大于、等于或小于热均温腔体的顶面面积，或者热均温腔体的截面积自底面向顶面渐减。其截面形状为椭圆形、矩形、三角形、五角形、六角形或八角形等。

为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1A与图1B所描绘的是现有技术散热装置的示意图。

图2A所描绘的是依照本发明优选实施例的一种散热装置的示意图。

图2B所描绘的是依照本发明优选实施例的另一种散热装置的示意图。

图2C所描绘的是第2A图的热均温腔体的示意图。

图3A所描绘的是应用另一种热均温腔体的散热装置的示意图。

图3B所描绘的是应用再一种热均温腔体的散热装置的示意图。

图3C所描绘的是应用又一种热均温腔体的散热装置的示意图。

附图标记说明

10A、10B、20A、20B：散热装置

11、21：热源(发热的电子组件)

12：实心铜块

13：板式热管

15、25：散热器

16：风扇

22：热均温腔体

23：基座

24：毛细结构

27：热吸收区

28：散热区

29：缓冲区

具体实施方式

请参照图2A，其示出依照本发明优选实施例的一种散热装置的示意图。散热装置20A应用于一热源21，亦即是一发热的电子组件21上。散热装置20A包括一热均温腔体(vapor chamber)22以及一散热器(heat sinK)25。热均温腔体22直接贴附于一热源21上，用以将热量从发热的电子组件21转移到散热器25，而散热器25则外覆于热均温腔体22上及其周围，使得电子组件21的热量可迅速的经由热均温腔体22、散热器25传至他处。热源21例如是一发热的电子组件21，例如是CPU、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、高阶游戏机(PS3、XBOX、任天堂)等。散热器25包括多个散热鳍片，且散热器25用以容置热均温腔体22处的形状可随着所使用热均温腔体22的不同而作灵活变更。另外，在散热器25外，随使用者需要及空间考量，可另外增加例如风扇，进一步增加散热效果。

请参照图2B，其示出依照本发明优选实施例的另一种散热装置的示意图。热均温腔体除了直接贴附于热源上，亦可以通过一基座贴附于热源。在图2B中，散热装置20B包括热均温腔体22、一散热器25以及基座23。热均温腔体22通过一基座23贴附于热源21，使热均温腔体22的热吸收区接触至少一部份的热源21。

不论是直接贴附或是另有一基座，基座23与热均温腔体22之间、热均温腔体22与散热器25之间，以焊接方式装配，或是利用涂布锡膏的方式完成。

与现有技术使用的板式热管来比较，虽然本实施例的热均温腔体22具有相对较大的体积，然而当热均温腔体22与散热器25一起应用时，热均温腔体22被包覆于散热器25间，并不会额外增加整体体积，但却因为热均温腔体22具有一高度H，使得从热均温腔体22的顶端至散热器25顶端的距离L3，与现有技术散热装置10A、10B中的距离L1、L2来比较时为小，如此一来，散热器25中热传导距离缩短，散热速率亦因此增加。

热均温腔体22具有一底面与一顶面，且底面贴附基座23顶面，而热均温腔体22的顶面与散热器25接触。热均温腔体22的底面面积大于、等于或小于热均温腔体22的顶面面积，或者热均温腔体22的截面积自底面向顶面渐减。

然而，热均温腔体22的截面形状并不限定，只要所应用的热均温腔体能够缩短散热器内的热传导距离，增加散热效果，均属本发明的范围。以第2A图为例，热均温腔体的截面形状为梯形，或者，热均温腔体的截面形状为椭圆形、半圆弧(第3A图)、矩形(第3B图)、三角形(图3C)、四边形、五角形、六角形、八角形、等边多边形、或不等边多边形。图3A示出应用另一种热均温腔体的散热装置的示意图，图3B示出应用再一种热均温腔体的散热装置的示意图，图3C示出应用又一种热均温腔体的散热装置的示意图。

请同时参照图2A与图2C，图2C示出图2A的热均温腔体的示意图。热均温腔体22内有毛细结构24与工作流体，在此，为了改良一般现有技术厚度毛细结构的缺点，采用薄型的毛细结构24，使得热量从毛细结构传导至热均温腔体22外的速度增快，可迅速的导出热能，提高传导速度。另外一方面，采用薄型的毛细结构24，使用的原料减少，在制作上更具有经济性，节省材料成本，具环保意义，且可使得散热装置的整体重量减轻，在使用上更加方便。

毛细结构24包括一热吸收区27、一散热区28以及至少一缓冲区29。热吸收区27接触至少一部份的热源21，散热区28接触至少一部份的散热器25。工作流体密封于热均温腔体22内，当工作流体在热吸收区27吸收电子组件21的热量而蒸发，于散热区28放出热量后冷凝，再利用毛细结构24所提供的毛细力使工作流体自散热区28流回热吸收区27。

对于薄型毛细结构而言，其厚度比现有技术的毛细结构要薄，故单纯以较薄的毛细结构来做比较时，其可容纳的工作流体的体积相对地较小，然本实施例的毛细结构24设计了至少一个缓冲区29，还提供一储存空间予工作流体，可增加热均温腔体22内的工作流体量。故当热源21的发热量大时，虽工作流体蒸发快速，然此时缓冲区29可适时不断地补充足够的工作流体至热吸收区27，避免现有技术板式热管13于加热点处变干的缺点。

综上所述，上述实施例中的散热装置及其热均温腔体，具有缓冲区的薄型毛细结构的热均温腔体，可使单位重量减轻，并可缩短散热器中热传导距离，增加散热速率。另外，热均温腔体的材质例如是塑料、金属、合金或非金属材料，而工作流体例如是一无机化合物、水、醇类、液态金属、酮类、冷媒、或是有机化合物。制造毛细结构的方法例如是烧结、黏着、填充、或沉积等方法，且毛细结构并不限定为特定的种类，例如是网状毛细结构(meshwick)、纤维状毛细结构(fiber wick)、烧结毛细结构(sinter wick)或沟状毛细结构(groove wick)均可。

虽然本发明已以一优选实施例公开如上，然而，其并非用以限定本发明，本领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，当然可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (19)

1.一种热均温腔体，用以将热量从一热源转移到一散热器，所述热均温腔体包括：

一热吸收区，用以接触所述热源；

一散热区，用以接触所述散热器；

一工作流体，密封于所述热均温腔体内，用来将热量从所述热吸收区转移至所述散热区；

一毛细结构，使所述工作流体自所述散热区流回所述热吸收区；以及

至少一缓冲区，还为所述工作流体提供一储存空间。

2.如权利要求1所述的热均温腔体，其中所述热均温腔体通过一基座贴附于所述热源，使所述热吸收区接触所述热源。

3.如权利要求2所述的热均温腔体，其中所述基座与所述热均温腔体之间以及所述热均温腔体与所述散热器之间涂布有锡膏或以焊接方式装配。

4.如权利要求2所述的热均温腔体，其中所述热均温腔体通过一基座贴附于所述热源，使所述热吸收区接触所述热源，所述热均温腔体具有一底面与一顶面，且所述底面贴附所述基座顶面，所述顶面与所述散热器接触。

5.如权利要求4所述的热均温腔体，其中所述热均温腔体的底面面积大于、等于或小于所述热均温腔体的顶面面积。

6.如权利要求4所述的热均温腔体，其中所述热均温腔体的截面积自所述底面向所述顶面渐减。

7.如权利要求1所述的热均温腔体，其中所述热均温腔体的截面形状为椭圆形、半圆弧、矩形、三角形、四边形、梯形、五角形、六角形、八角形、等边多边形、或不等边多边形。

8.如权利要求1所述的热均温腔体，其中所述毛细结构为选自网状毛细结构、纤维状毛细结构、烧结毛细结构、沟状毛细结构所组成的一组中的一个，所述毛细结构利用选自烧结、黏着、填充、沉积所组成的一组中的一个方法形成。

9.如权利要求1所述的热均温腔体，其中所述工作流体为选自无机化合物、水、醇类、液态金属、酮类、冷媒、有机化合物所组成的一组中的一个，所述热均温腔体的材质为选自塑料、金属、合金、非金属材料所组成的一组中的一个。

10.一种散热装置，应用于一发热的电子组件上，所述散热装置包括：

一散热器；以及

一热均温腔体，用以将热量从所述电子组件转移到所述散热器，所述热均温腔体包括：

一热吸收区，用以接触所述电子组件；

一散热区，用以接触所述散热器；

一工作流体，密封于所述热均温腔体内，用来将热量从所述热吸收区转移至所述散热区；

一毛细结构，使所述工作流体自所述散热区流回所述热吸收区；以及

至少一缓冲区，还为所述工作流体提供一储存空间。

11.如权利要求10所述的散热装置，其中所述散热装置还包括一基座，所述热均温腔体通过所述基座贴附于所述电子组件，使所述热吸收区接触所述电子组件。

12.如权利要求11所述的散热装置，其中所述基座与所述热均温腔体之间以及所述热均温腔体与所述散热器之间涂布有锡膏或以焊接方式装配。

13.如权利要求11所述的散热装置，其中所述热均温腔体具有一底面与一顶面，且所述底面贴附所述基座顶面，所述顶面与所述散热器接触。

14.如权利要求13所述的散热装置，其中所述热均温腔体的底面面积大于、等于或小于所述热均温腔体的顶面面积。

15.如权利要求13所述的散热装置，其中所述热均温腔体的截面积自所述底面向所述顶面渐减。

16.如权利要求10所述的散热装置，其中所述热均温腔体的截面形状为椭圆形、半圆弧、矩形、三角形、四边形、梯形、五角形、六角形、八角形、等边多边形、或不等边多边形。

17.如权利要求10所述的散热装置，其中所述毛细结构为选自网状毛细结构、纤维状毛细结构、烧结毛细结构、沟状毛细结构所组成的一组中的一个，所述毛细结构利用选自烧结、黏着、填充、沉积所组成的一组中的一个方法形成。

18.如权利要求10所述的散热装置，其中所述工作流体为选自无机化合物、水、醇类、液态金属、酮类、冷媒、有机化合物所组成的一组中的一个，所述热均温腔体的材质为选自塑料、金属、合金、非金属材料所组成的一组中的一个。

19.如权利要求10所述的散热装置，其中所述散热器包括多个散热鳍片，所述发热的电子组件为一CPU或晶体管。

Images