CN1917753A - 散热模块及其组接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散热模块，其包括热管及至少一导热件。每一导热件上具有通孔，热管被套设于通孔中。每一导热件在通孔边缘延伸出具有凸槽的接合部，用以将焊料容置于凸槽所形成的空间中。本发明还公开了一种散热模块的组接方法，包括：提供热管与至少一导热件，每一导热件上具有通孔，且每一导热件于通孔边缘延伸出接合部，接合部具有凸槽；将焊料放置于凸槽所形成的空间中；将热管插入导热件上的通孔中；一并倒置导热件与热管；进行回焊步骤。本散热模块不仅制造步骤简单、操作方便、适于批量生产，且可避免焊接不完整，使散热模块具有高散热效能。此外，在进行回焊时，焊料不易溢出，可使散热模块的整体外观保持整洁美观。

Description

散热模块及其组接方法

发明领域

本发明涉及一种散热模块，尤其涉及一种具有高散热效能的散热模块。

背景技术

随着技术的进步，电子元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增加。另一方面，电子元件的工作频率也越来越高，晶体管工作时开/关(on/off)转换所产生的热量(switch loss)亦是电子元件发热量增加的原因。若不能适当处理这些热量，将造成芯片运算速度降低，严重者甚至影响到芯片的寿命。为加强电子元件的散热效果，现行的做法大多为在热源处通过散热器将热导出，经由散热器的鳍片(fin)以自然或强制对流方式将热散逸至环境中。

由于热管(heat pipe)可在很小的截面积与温差之下将大量的热传递一段可观的距离，且不需外加电源供应即可运行，在不必提供动力和空间利用经济性的考虑之下，各式热管已是电子散热产品中广为应用的传热元件之一。现有的一种热管与鳍片的组装方式如中国台湾实用新型专利公告第332681号中所述，可在热管上组装多个以铝制成的鳍片，用以增加散热面积。然而，由于这些鳍片仅以紧配合的方式套设固定于热管上，其密合度差，若太紧容易造成过度配合而损害热管，太松则易造成散热鳍片松动，这两种情况皆能影响整体的散热效果。

请同时参照图1A与图1B，图1A为现有的一种热管与鳍片组装方式的示意图，图1B为图1A中所示的A部分的放大图。现有的散热模块100a由U形热管110与多个散热鳍片120构成，其中，U形热管110的内壁上具有毛细结构。此散热模块100a主要是通过U形热管110将热自热源传导至散热鳍片120，再借助于对流的方式将热导出。

在每一散热鳍片120上分别具有通孔121，可供热管110套设于其中。在通孔121边缘延伸出呈非封闭环状的接合部122，此接合部122突出于散热鳍片120的一侧。在接合部122的上端(即通孔121的上缘)具有破孔123，当热管110套设于散热鳍片120的通孔121中之后，利用类似注射针头的注射方式沿箭头X所示的方向将盛有焊料的注射针头伸进破孔123内，使焊料滞留于热管110上。然而，此种组接方式不仅工序繁复、操作不便、不适合大量生产，而且用注射针头注入焊料时，焊料有可能因接合部122上端抽高的断面阻挡而无法流入所需要的焊接面，造成焊接不完整，降低整体散热效能。

请同时参照图1C与图1D，图1C为现有的另一种热管与鳍片的组装方式示意图，而图1D为图1C中所示的B部分的放大图。现有的散热模块100b由U形热管130与多个散热鳍片140构成，其中U形热管130的内壁上具有毛细结构。此散热模块100b主要是通过U形热管130将热自热源传导至散热鳍片140，再借助于对流的方式将热导出。

在每一散热鳍片140上分别具有通孔141，可供热管130套设于其中。在通孔141边缘延伸出呈非封闭环状的接合部142，此接合部142突出于散热鳍片140的一侧。在接合部142的上端(即通孔141的上缘)，垂直延伸有狭长形破孔143，将热管130套设于散热鳍片140的通孔141中之后，沿箭头Y所示的方向伸入狭长形破孔143，可将焊料直接涂布于接合部142的上端，在后续工序中将其放入烤炉时，将散热鳍片140连同热管130一并倒置，使焊料于熔融状态下因重力作用而扩散至热管130周缘。然而，由于所使用的U形热管130两端分别套设于通孔141中，但两通孔141分别以相反的方向延伸出狭长形破孔143，故涂布焊料之后，焊料只流向一端，因而焊料无法均匀完全扩散至通孔141与接合部142。若要使焊料均匀扩散，必须采用重复两次涂布焊料、倒置散热鳍片140与热管13、以及放入烤炉等步骤，此种组接的方式不仅工序繁复、操作不便、不适于大量生产，而且由于必须在散热鳍片140上开设狭长形破孔143，造成散热鳍片140的散热面积减少，因而使其整体散热效能降低。

发明内容

因此，为解决上述问题，本发明的目的是提供一种散热模块，其不仅制造步骤简单、操作方便、适于批量生产，且可避免焊接不完整的缺陷，使散热模块具有高散热效能。再者，在进行回焊时，焊料不易溢出，可使散热模块的整体外观保持整洁美观。

根据本发明的目的，所提供的散热模块包括热管和至少一个导热件。每一导热件上具有通孔，可供热管套设于其中。每一导热件在通孔边缘延伸出接合部，此接合部具有凸槽，用以使焊料容置于凸槽所形成的空间中。

在这种散热模块中，接合部呈封闭环状，且接合部突出于导热件的一侧。接合部的截面形状可为圆形、椭圆形、半圆形、矩形、三角形、四边形、梯形、等边多边形，或不等边多边形。导热件为散热鳍片、导热薄板、或其它可将热量导离的部件，且导热件可为水平间隔分布、垂直间隔分布、斜向间隔分布、放射状分布或其它分布形式。

热管的形状为U形，焊料可为锡膏(soldering paste)、导热膏(grease)、或可充当导热界面的材料。另外，热管可通过基座与热源接触或直接与热源接触，用以将热源发散的热直接传导至导热件。热源为发热的电子器件，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、或高阶游戏机(PS3、XBOX、任天堂)。

在所述的散热模块中，热管的内壁上具有毛细结构(wick structure)。其中，毛细结构的材料包括选自由塑料、金属、合金、多孔性非金属材料所组成的组中的一种材料。毛细结构的形状可选自由网状(mesh)、纤维状(fiber)、烧结状(sinter)、沟状(groove)所组成的组中的一种形状。毛细结构与热管内壁的结合方法可选自由烧结、黏着、填充、沉积所组成的组中的一种方法。

在所述的散热模块中，热管内含有工作流体，以供导热之用。工作流体可选自由无机化合物、水、醇类、液态金属、酮类、冷媒、有机化合物所组成的组中的一种流体。

根据本发明的再一目的，提供一种散热模块的组接方法，包括下列步骤：提供热管与至少一导热件，每一导热件上具有通孔，且每一导热件于通孔边缘延伸出接合部，接合部还具有凸槽；将焊料放置于凸槽所形成的空间中；将热管插入这些导热件上的通孔中；一并倒置导热件和热管；以及进行回焊。

在所述的散热模块的组接方法中，接合部呈封闭环状，且接合部突出于导热件的一侧。接合部的截面形状可为圆形、椭圆形、半圆形、矩形、三角形、四边形、梯形、等边多边形，或不等边多边形。导热件可为散热鳍片、导热薄板，或其它可将热量导离的部件，且导热件可为水平间隔分布、垂直间隔分布、斜向间隔分布、放射状分布，或其它分布方式。热管的形状为U形，且焊料可为锡膏(soldering paste)、导热膏(grease)，或可充当导热界面的材料。

附图说明

为使本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下面结合附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。

图1A为现有的一种热管与鳍片的组装方式的示意图；

图1B为图1A中所示的A部分的放大图；

图1C为现有的另一种热管与鳍片的组装方式示意图；

图1D为图1C中所示的B部分的放大图；

图2A为本发明优选实施方式的散热模块的分解图；

图2B为图2A中所示的C部分的放大图；

图3A为图2A所示的散热模块组接后的示意图；

图3B为图3A中所示的D部分的放大图。

附图标记说明

100a、100b、200           散热模块

110、130、210             U形热管

120、140                  散热鳍片

121、141、221             通孔

122、142、222             接合部

123、143                  破孔

220                       导热件

223                       凸槽

具体实施方式

请同时参照图2A与图2B，图2A为本发明优选实施方式的散热模块的分解图，图2B为图2A中所示的C部分的放大图。本发明的散热模块200包括U形热管210与多个导热件220。U形热管210可通过基座与热源接触，或直接与热源接触，用以将热源产生的热直接传导至导热件220，再借助于对流的方式(例如外加风扇等)将热量快速导出。热源例如是发热的电子器件，如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。

导热件220例如是散热鳍片、导热薄板、或其它可将热量导离的部件，且导热件220可视实际的需要将散热鳍片或导热薄板的分布作各种配置。它们的分布方式例如可以是水平间隔分布、垂直间隔分布、斜向间隔分布、放射状分布，或其它分布方式。

U形热管210的内壁上具有毛细结构，毛细结构的材料包括：塑料；诸如铜、铝、铁等金属/合金；或多孔性非金属材料。毛细结构的形状例如可以是网状(mesh)、纤维状(fiber)、烧结状(sinter)和/或沟状(groove)。毛细结构与U形热管210的内壁的结合方法可以为烧结、黏着、填充和/或沉积。U形热管210内充注有工作流体，以供导热之用。工作流体例如是无机化合物、水、醇类、诸如汞之类的液态金属、酮类、诸如氟氯碳化物等冷媒、或其它有机化合物。工作流体的沸腾温度可借助于蒸气室内的压力进行控制。

在每一导热件220上分别具有至少一通孔221，可供热管210套设于其中。在通孔221边缘延伸出呈封闭环状的接合部222，此接合部222突出于导热件220的一侧。在接合部222的下端(即通孔221的下缘)还具有凸槽223，此时由于凸槽223位于接合部222的下端，可使焊料容置于凸槽223所形成的空间中。焊料例如可以是锡膏(soldering paste)、导热膏(grease)，或可充当导热界面的材料，以增加导热件220与热管210外壁之间接触面的平滑性，促使散热模块200的整体导热效果更加良好。

请同时参照图3A与图3B，图3A为图2A的散热模块组接后的示意图，而图3B为图3A中所示的D部分的放大图。在焊料容置于凸槽223所形成的空间中之后，再将热管210插入导热件220的通孔221中，待后续回焊步骤时，将导热件220连同热管210一并倒置后送入烤炉，如图3A与图3B所示。此时凸槽223即位于接合部222的上端，在重力作用下，焊料在熔融状态时便可完全扩散至热管210的周缘(即通孔221与接合部222处)，进而将热管完整包覆，达到使热管210与导热件220完美接合的目的。在此，必须特别注意的是，为求清楚显示接合部222、凸槽223以及热管210，在图3A与图3B中并未绘示出焊料。

接合部222的截面形状可随设计上的需要而改变，除了图2A、2B、3A、3B中所揭露的约为圆形之外，其亦可以是椭圆形、半圆形、矩形、三角形、四边形、梯形、等边多边形，或不等边多边形等，且热管210的截面形状亦可随设计上的需要而改变，只要接合部222能够与热管210相对应接合，使其达到良好传热的功效即可。

请再同时参照图2A、图2B、图3A与图3B。本发明还提供了一种散热模块的组接方法，其包括下列步骤：提供热管210与至少一导热件220，每一导热件220上具有通孔221，且每一导热件220于通孔221边缘延伸出接合部222，接合部222还具有凸槽223；将焊料放置于凸槽223所形成的空间中；将热管210插入这些导热件220上的通孔221中；一并倒置导热件220与热管210；以及进行回焊。

在进行回焊步骤时，由于焊料已预先容置于凸槽223所形成的空间中，而后将导热件220连同热管210一并倒置并送入烤炉。此时在重力作用之下，焊料于熔融状态时便可完全扩散至热管210的周缘(即通孔221与接合部222处)，进而将热管完整包覆，如此一来，热管210与导热件220便能够完美接合，而能够达到良好的传热功效。

与现有的各种组接方法相比，本发明的组接方式不仅步骤简单、操作方便、适于批量生产，而且凸槽223与接合部222一体成型，可避免焊料因接合部上端抽高的断面阻挡而无法流入所需要的焊接面造成焊接不完整而降低整体散热效能的缺陷，使散热模块具有高散热效能。另外，由于焊料预先被容置于凸槽223所形成的空间中，在插入热管210时，焊料不会被热管210带离凸槽223，可确保热管210被完整包覆，且因每一导热件220与相邻的导热件220紧密连接在一起，故导热件220之间的间隙微小，进行回焊时，焊料不易溢出，可使散热模块200的整体外观保持整洁美观。

虽然本发明已以一优选实施方式披露如上，但这并非是对本发明的限制，本领域任何技术人员在不超出本发明的构思和范围的前提下，可作出各种变换与润饰，因此本发明的保护范围应以所附权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种散热模块，包括：

热管；及

至少一导热件，每一所述导热件上具有通孔，所述热管套设于所述通孔中，

其中，每一所述导热件在所述通孔的边缘延伸出接合部，该接合部具有凸槽，用以将焊料容置于所述凸槽所形成的空间中。

2.如权利要求1所述的散热模块，其中，所述接合部呈封闭环状，且该接合部突出于所述导热件的一侧。

3.如权利要求1所述的散热模块，其中，所述焊料为锡膏、导热膏，或可充当导热界面的材料。

4.如权利要求1所述的散热模块，其中，所述导热件为散热鳍片、导热薄板或其它可将热量导离的部件。

5.如权利要求1所述的散热模块，其中，所述热管的形状为U形。

6.一种散热模块的组接方法，包括：

提供热管与至少一导热件，每一所述导热件上具有通孔，且每一所述导热件在所述通孔的边缘延伸出接合部，该接合部具有凸槽；

将焊料放置于所述凸槽所形成的空间中；

将所述热管插入所述导热件上的通孔中；

一并倒置所述导热件和热管；及

进行回焊。

7.如权利要求6所述的组接方法，其中，所述接合部呈封闭环状，且该接合部突出于所述导热件的一侧。

8.如权利要求6所述的组接方法，其中，所述焊料为锡膏、导热膏、或可充当导热界面的材料。

9.如权利要求6所述的组接方法，其中，所述导热件为散热鳍片、导热薄板、或其它可将热量导离的部件。

10.如权利要求6所述的组接方法，其中，所述热管的形状为U形。

Images