CN1896913A - 电脑系统及其散热模组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种散热模组装设于一电路板上，该散热模组包括一环路式热交换装置、一风罩及位于风罩一端的风扇，该风罩与电路板之间形成有第一风道及第二风道，该热交换装置容置于第一风道内并与电路板上之若干电子元件热接触，一底板设于第一风道与第二风道之间并与风罩相卡扣，一角度调整机构形成于底板与风罩之间从而使得散热模组组装于电路板时该环路式热交换装置可相对电子元件转动直到其自动调节到平贴电子元件之散热面且予以紧密热接触，该风扇产生之气流一部分吹向环路式热交换装置而另一部分吹向位于第二风道内的其它电子元件。经由上述模组化设计之散热模组只须以锁固风罩的数支螺丝即可将该散热模组固定于电路板，达到方便安装的效果。

Description

电脑系统及其散热模组
【技术领域】
本发明是关于一种电脑系统及其散热装置，尤指一种经模组化设计的电脑系统及其散热模组。
【背景技术】
随着电子信息产业的快速发展，高科技电子产品正朝向更轻薄小巧、多功能、运算快速的趋势发展，不但使系统散热负荷持续增加，亦在电子元件运作频率及速度不断提升下，其释出的热量亦愈来愈高，严重威胁电子元件的运作性能及产品功能的稳定性，甚至因高温而烧毁该等昂贵的电子元件。因此，为确保电子元件的正常运作，必须对主要发热元件的本身及产品的整个系统进行有效且快速的散热。
业界有采用散热器加风扇的方式对电子元件进行散热，然而，此种现有单独强制风冷式散热装置很难满足高频高速电子元件与产品发展之散热需求，因为如果单以提高风扇转速会造成噪音与振动的品质问题，而如果单以增加散热器的面积又违背轻薄小巧的市场产品需求。欲使高科技电子产品发挥应有的功能，设计出具有高效率、质量轻、超静音、且能随电子元件不同操作功率自动调节移热能力、并能随产品既有狭小空间作弹性设计的散热装置，已成为业界发展下一代先进电子产品的重要挑战与机会。
目前已有许多不同结构与型式的环路式热交换装置应用于电脑微处理器(CPU)的散热领域中。就散热性能而言，环路式热交换装置应基本满足以下三项条件，以符合系统功能的整体需求：(1)环路中的液、汽分离，互不干扰，且循单一方向传热，(2)使工作流体顺畅且及时地回流到蒸发部的吸热区以防止干化，以及(3)散热容量能随着发热元件之高、低功率变化而自行调变，发挥全方位的解热功能。对于设计高性能的环路式热交换散热产品而言，除了达到上述基本功能条件外，尚须结合易于量产、方便安装、可靠度高、降低成本、以及充分发挥既有元件的功能，并创造更多附加功能等重要因素的系统设计，以提高产品的市场竞争力。
本发明经由综合考量上述诸多因素，提出一针对高性能环路式热交换散热产品之模组化系统设计。
【发明内容】
一种散热模组装设于一电路板上，该散热模组包括一环路式热交换装置、一风罩及位于风罩一端之风扇，该风罩与电路板之间形成有第一风道及第二风道，该环路式热交换装置容置于第一风道内并与电路板上之若干电子元件至少其中之一者热接触，一底板设于第一风道与第二风道之间并与风罩相卡扣，一角度调整机构形成于底板与风罩之间从而使得散热模组组装于电路板时该环路式热交换装置可相对电子元件转动直到其自动调节到平贴电子元件之发热面且予以紧密热接触，该风扇产生之气流一部分吹向环路式热交换装置而另一部分吹向位于第二风道内的其它电子元件。
经由上述模组化设计之散热模组只须以锁固风罩的数支螺丝即可将该散热模组固定于电路板，达到方便安装的效果。
【附图说明】
图1为本发明散热模组之立体组合示意图；
图2为图1的立体分解图；
图3为图2中风罩之另一角度立体示意图；
图4为图2中环路式热交换装置与底板之立体分解示意图；
图5为图4中的蒸发部沿线V-V之剖视图；
图6为图5中蒸发部除去上盖板之一立体示意图；
图7为本发明散热模组中环路式热交换装置与底板结合之另一实施例立体示意图；
图8为本发明散热模组组装于电路板并固设于壳体之一立体示意图；及
图9为图8的侧视图。
【具体实施方式】
下面参照附图，结合实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明散热模组的立体示意图，该散热模组包括环路式热交换装置10、一呈ㄇ字形之风罩30、一风扇50及一底板70。该环路式热交换装置10包括蒸发部12、蒸汽导管14、冷凝部16及回流导管18共同构成一循环回路。底板70装设于风罩30之底端从而在底板70与风罩30之间形成一风道，环路式热交换装置10容置于该风道内并与底板70相固定，风扇50装设于风罩30的吸风口端之上方及侧方并朝向环路式热交换装置10，风扇50与风罩30的内壁接触，从而使得该风扇50之风量涵盖环路式热交换装置10的冷凝部16之全部散热面积。风罩30涵盖整个散热模组。工作时，风扇50朝环路式热交换装置10的冷凝部16吹拂冷空气以便将电子元件产生的大部份热量排出，且能达到进一步提升沿该风罩30后端风道中其它发热元件之散热效率，该风扇50的下方风量亦有部分分流到底板70下方。
请一并参阅图2及图3，风罩30包括一顶壁30a及从顶壁30a两侧延伸出之两侧壁30b，两侧壁30b底端分别向外延伸一折边32，折边32上开设有若干卡筒34，每一卡筒34上开设有一对锁孔34a，折边32之位于卡筒34间之部位形成一突起36。
请一并参阅图4，底板70上开设有一开孔72，靠近周缘地区设有若干固定孔74，该环路式热交换装置10之蒸发部12系镶嵌并固接于底板70的开孔72中，冷凝部16藉由螺丝19锁固于底板70上。藉由扣紧机构如卡销76穿过该底板70的固定孔74与风罩30底部之卡筒34之锁孔34a相卡扣(请参图2)，从而可将底板70及环路式热交换装置10装设于风罩30上。底板70与风罩30之间保有少许前后裕度的松结合，从而使得环路式热交换装置10沿风罩30纵向保有一小角度的转动裕度，该预留的小角度转动裕度是藉由以设于风罩30折边32的突起36作为支点，以支撑装设于底板70上的环路式热交换装置10，因而使得环路式热交换装置10与底板70可相对风罩30以突起36作为支点作相对转动。
该底板70可以采用具有高热导性材料，例如铜、铝等金属，以便分担部份直接由蒸发部12热传导至底板70的热量，并藉由底板70上下两面的风量将此部份热量散出，达到降低冷凝部16与风扇50的散热负荷之效益。该底板70亦可采用易于成形的低热导性材料，例如塑料、ABS、PE等藉射出成形或冲压方式成形，并与高导热材料制成的蒸发部12胶合，藉以简化制程及降低成本。
请一并参阅图5及图6，该环路式热交换装置10之蒸发部12由上盖板122与下盖板124共同构成一密封的扁平腔体，由内设的毛细结构126将该腔体空间区隔为液相微流通道区与低流阻的蒸汽通道区，蒸汽导管14与回流导管18分别连通该蒸发部12的蒸汽通道区与液相微流通道区，并与远程的冷凝部16串接。蒸发部12的上、下盖板122、124系由导热性良好材质制成的内凹状盖体，该下盖板124的底部靠近蒸汽导管14侧(即靠近蒸汽通道区侧)为一较厚的均热段124a而靠近回流导管18侧(即靠近液相微流通道区侧)为一较薄的非均热段124b，当蒸发部12的下盖板124的吸热区125吸热时，藉由下盖板124对应于液相微流通道区部分的非均热段124b的厚度相对小于其均热段124a的厚度，可有效抑制回流至液相微流通道区之工作流体受到邻近高温吸热区125沿下盖板124截面的侧向热传导效应而升温汽化，故可将流体顺利送至该吸热区125，进一步有效防止干化现象。
蒸发部12的上、下盖板122、124之对应于液相微流通道区部份的外壁分别设置一散热器20。当蒸发部12的下盖板124吸热时，藉由对应于液相微流通道区的上、下盖板122、124外壁所设置之散热器20，使回流至该区的工作流体不致受到邻近高温吸热区125的蒸汽热对流效应而升温汽化，故可将工作流体顺利送达该吸热区125，有效防止干化现象。该散热器20可为一增加散热面积的鳍片，由于回流至液相微流通道区的毛细结构中之液体存量少，且藉由毛细力在其中传输的流阻甚低，因此该散热器20可为一不需风扇之散热鳍片。可以理解地，散热器20也可以只设置于上述上、下盖板122、124其中之一。
请参阅图4，该冷凝部16是由若干散热鳍片16a及穿设于该等散热鳍片16a中之若干冷凝管(图未示)、一上连通管16b、一下连通管16c构成。蒸汽导管14与回流导管18分别连接于该冷凝部16的下连通管16c的两侧。该环路式热交换装置10回路内填充有可随电子元件温度变化而产生不同沸腾程度的工作流体，环路中的工作流体进入冷凝部16后可与冷凝部16内的冷凝管璧面作直接接触的热交换。为防止通过蒸汽导管14中的高蒸汽含量(highquality)沸腾流体因风扇50直接吹拂可能造成的过度散热，以致提早冷凝囤积于该管中，导致回流液不继而使蒸发部12干化，故本实施例采取的防制措施是采用低流阻空管并施以绝热处理的蒸汽导管14设计，包括采用导热性差的材质，或将蒸汽导管14的表面包覆绝热材料。
该环路式热交换装置10工作时，蒸发部12的下盖板124之吸热区125从电子元件82(请参图9)吸热，热量先传到较厚的均热段124a中，再传至腔体中由该均热段124a所涵盖的毛细结构126，将蕴含于其中的工作流体迅速产生液、汽相变化，成为急速膨胀的沸腾流体，由于该蒸汽通道区具有较大的流动空间，且由于该沸腾流体在液相微流通道区的流阻甚高，该沸腾流体必然顺利进入吸热区125周边不含毛细结构的宽敞蒸汽通道区，使得腔体内不致因汽化膨胀而产生过高的饱和压力，该沸腾流体经由低流阻空管并施以绝热处理的蒸汽导管14，将来自蒸发部12之蒸汽快速输送至具有大吸热面积及大散热面积的冷凝部16，可克服现有技术因冷凝部16内的空间过大而造成过多的冷凝液囤积于冷凝部16，并藉由回流导管18中完全被金属丝或金属网填满并可搭配管壁具微细沟槽或烧结等的高毛细力吸液结构，使自该冷凝部16回流的任何冷凝液均能透过似海绵般的回流导管18快速进入蒸发部12，提升散热能力。具有上述特征的本实施例可确保环路中之液、汽分离，不互相干扰，且循单一方向传热，并能随着发热电子元件之高、低功率变化而自行调变散热能力，发挥全方位解热功能。
如图7所示，该环路式热交换装置10的蒸汽导管14也可与设在冷凝部16上方的上连通管16b连通，形成另一实施例。
图8为本发明散热模组组装于电路板80并固设于壳体90的立体示意图，图9为图8之侧视图。组装时，先将环路式热交换装置10的蒸发部12的吸热区125的吸热面与电子元件82的发热面之间涂上热接口材料(TIM)，将散热模组置于电路板80上方，蒸发部12底部的吸热面准确正对电路板80上的电子元件82的位置与方位，再藉由弹簧螺丝84将风罩30固定于电路板80与壳体90。由于底板70与风罩30之间保有少许前后裕度的松结合，从而使得环路式热交换装置10沿风罩30纵向保有一小角度的转动裕度，因而在将风罩30与电路板80及壳体90一并锁固时，可轻易地将环路式热交换装置10的蒸发部12之吸热面定位到电子元件82之发热面位置，并自动调节到平贴该散热面且予以紧密热接触，从而达到方便安装与可靠定位的功效。
在上述实施例中，藉由环路式热交换装置10与风扇50及风罩30固设于底板70的模组化设计，在使用时，仅需将风罩30固定于电路板80及壳体90，达到方便安装的优点。
在上述实施例中，风罩30与底板70间的突起36及位于突起36两侧之用于卡扣风罩30与底板70之卡销76与锁孔34a所构成的卡扣结构共同形成一角度调整机构，从而使得环路式热交换装置10沿风罩30纵向保有一小角度的定位空间，因而使得后续藉由弹簧螺丝84将风罩30与电路板80及壳体90一并锁固时，可轻易地将环路式热交换装置10的蒸发部12之吸热面定位到电子元件82之发热面位置，并自动调节到平贴该散热面且予以紧密热接触，达到方便安装与可靠定位之功效。
在上述实施例中，风扇50固设于该风罩30吸风口端之上方及侧方，风扇50之风量涵盖冷凝部16的全部散热面积，且该风扇50的下方风量亦有部份分流到底板70下方与电路板80上方所形成的另一风道，因而可达到充分冷却蒸发部12、电子元件82、底板70本身、以及电路板80上其它电子元件86之功效，从而可减少系统风扇的负荷及数量。
在上述实施例中，环路式热交换装置10之环路内填充有可随电子元件温度变化而产生不同沸腾程度的工作流体，藉由低流阻空管并施以绝热处理的蒸汽导管14设计，将来自蒸发部12之蒸汽快速输送至具有大吸热面积及大散热面积的冷凝部16，并藉由完全被金属丝或金属网填满并可搭配管壁具微细沟槽或烧结等的高毛细力吸液结构之回流导管18，使自该冷凝部16回流的冷凝液均能经回流导管18快速回流至蒸发部12，确保环路中的液、汽分离，互不干扰，且循单一方向传热，并能随着电子元件之高、低功率变化而自行快速调变散热能力，发挥全方位解热功能的环路式热交换散热装置。

Claims (16)

1.一种散热模组，包括一环路式热交换装置、一风罩、一装设于风罩一端的风扇及一与风罩相固定的底板，风罩与底板之间形成一风道，该环路式热交换装置收容于上述风道内并与底板相固定，从而使得该环路式热交换装置、风罩及风扇组装成一模组。
2.如权利要求1所述的散热模组，其特征在于：其中一角度调整机构设置于风罩与底板之间从而使得该底板可相对风罩作相对运动。
3.如权利要求2所述的散热模组，其特征在于：其中该风罩之横截面为ㄇ字形，其包括一顶壁及一对侧壁，上述底板装设于该风罩的侧壁之底端与顶壁相对的位置。
4.如权利要求3所述的散热模组，其特征在于：其中该角度调整机构包括形成于风罩侧壁底端的突起，该底板可相对风罩以突起为支点作相对转动。
5.如权利要求4所述的散热模组，其特征在于：其中该底板上设有若干固定孔，风罩侧壁底端对应底板固定孔处设有锁孔，若干卡销对应穿过底板之固定孔锁固于上述锁孔中，锁孔位于突起之两侧。
6.如权利要求1所述的散热模组，其特征在于：其中该环路式热交换装置包括一蒸发部、蒸汽导管、冷凝部及回流导管顺次连接构成回路。
7.如权利要求6所述的散热模组，其特征在于：其中该冷凝部包括至少一冷凝管及若干套设于冷凝管上的散热鳍片。
8.如权利要求7所述的散热模组，其特征在于：其中该冷凝部包括至少一连通管分别与蒸汽导管及回流导管相连。
9.如权利要求6所述的散热模组，其特征在于：其中该蒸发部包括一上盖板及一下盖板，上、下盖板之间形成一密闭腔体，毛细结构部分填满该密闭腔体从而将其区隔为液相通道区及蒸汽通道区。
10.一种电脑系统，包括一壳体，一电路板装设于壳体上，电路板上设有若干电子元件，一散热模组装设于电路板上，该散热模组包括一环路式热交换装置、一风罩及一风扇，该风罩与电路板之间形成有第一风道及第二风道，该环路式热交换装置容置于第一风道内并与上述若干电子元件至少其中之一者热接触，该风扇产生之气流一部分吹向环路式热交换装置而另一部分吹向位于第二风道内的其它电子元件。
11.如权利要求10所述的电脑系统，其特征在于：其中该散热模组设有一角度调整机构从而使得其装设于电路板与壳体时环路式热交换装置可相对电子元件转动。
12.如权利要求11所述的电脑系统，其中一底板位于第一风道与第二风道之间并装设于风罩上，该环路式热交换装置固定于底板上。
13.如权利要求12所述的电脑系统，其中该角度调整机构形成于底板与风罩之间。
14.如权利要求13所述的电脑系统，其中该角度调整机构包括一形成于风罩与底板间之突起及位于突起两侧之用于卡扣风罩与底板的卡扣结构，该底板可相对风罩以突起为支点作相对转动。
15.如权利要求14所述的电脑系统，其中该突起形成于风罩的底端。
16.如权利要求10至15任一项所述的电脑系统，其中该风扇装设于风罩吸风口端的上方及侧方。
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