TW200934363A - Cooling module and electronic device using the same - Google Patents

Description

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TW4165PA 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 裴 用 晉曰本：明Λ有關於一種散熱模組與應用其之電子 其之電子裝置。縣料加電能之散熱模組與應 【先前技術】 β、”1壬!可電子裝置在運作時勢必會產生熱量而使裝置的 〉皿度’並有可能會影響到電子裝置的運作性能，因而 必須精由適當的散熱機制去排除熱量以維持電子裝置之 正常運作。，然而，現今電子裝置多朝向具有「輕、薄、短、 小^的特性發展，使得電子襄置内部空間被壓縮得更小而 ，熱更為困難，是以，必須輔以更為有效的散熱機制 才行。 日散熱機制主要分為兩種，一種是主動式散熱，另一種 ❹則是被動式散熱。主動式散熱例如是藉由散熱風扇產生足 夠的二氣對流以將熱量主動帶走。至於被動式散熱，其例 如疋藉由與空氣接觸的散熱鰭板將熱逸散到空氣中。目 前，熱電致冷器係可應用於電子裝置之散熱。於散熱時， 熱電致冷器之冷端須靠近欲降溫的區域，而熱電致冷器之 熱鳊則需搭配另一散熱逸散設計以避免熱量回流。 以美國專利號US5040381所揭露的「用於冷卻電路 之裝置」（Apparatus f0r Cooling Circuits )為例，其係將熱 電致冷器之熱端與散熱鰭板結合，以儘可能地加大熱端與 6 200934363

TW4165PA 空氣接觸的面積，才能快速將熱端的熱量排除。然而，由 $電熱致冷器必須外加電能才可運作，且散熱韓板佔有一 定的體積’如此’使運用於電子裝置時的成本較高，同時 亦無法滿足電子裝置小型化之需求。 【發明内容】 本發明係有關於一種散熱模組與應用其之電子裝 置’係在不需外加電能的情況下，而藉由一可動的散熱單 疋以隨溫度調整散熱面積’進而產生多段散熱效果。 本發明提出-種散熱模組，此模組包括一熱源接觸元 件、-冷卻槽與-可動單元。熱源接觸元件係用以接收一 熱源。冷卻槽係儲存有-冷卻液，並具有至少一開口與至 V閥門，其中，閥門係以可動之方式設置於開口之鄰側 =開啟或關閉該開口。可動單元係連接至熱源接觸元件以 ^收該熱源4可動單元具有—凸岐熱端顧應閥門設 ，。凸出散熱端係用以根據熱源之溫度而移動並推動闕 ’且凸出散熱端係用以於開口被開啟後與冷卻液接觸， 藉此以將熱源傳遞至冷卻液中。 本發明另提出一種電子裝置，此裝置包括一敎源產生 讀以及-散熱模組。散熱模組包括—熱源接觸 一 tr與一可動單元。熱源接觸元件係接觸熱源產生元件 液，並具有至少-開σ盘至少一_ 存有一冷部 動之方式設置於開口之鄰侧以開啟或關閉該開口。ΐ動單 7 200934363

TW4165PA 元係連接至熱源接觸元件以接收該熱源，且可動單元具 -凸出散熱端係對應閥門設置。凸出散熱端係用以根據熱 源之溫度而移動並推動閥門，且凸出散熱端係用以於開口 被開啟後與冷卻液接觸，藉此以將熱源傳遞至冷卻液中。 為讓本發明之上述内容能更明顯易懂，下文特舉較佳 實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下： 【實施方式】 # 請參照第1Α、1Β圖’帛1Α_示依照本發明較佳 實施例的散熱模組裝設於電子裝置之示意圖，第ιβ圖繪 示第1Α圖的散熱模組之局部放大圖。散熱模組刚包^ 一熱源接觸元件110、一冷卻槽12〇與一可動單元。 熱源接觸元件1Η)係用以接收—熱源。冷卻槽12G係儲存 有一冷卻液CL，並具有至少一開口 122 (見第18圖）與 至少-閥門124 (見第㈣）’其中，閥門124係以可動 〇之方^設置於開口 122之鄰側以開啟或關閉該開口 122。 可動單，130係連接至熱源接觸元件11〇以接收該熱源， 且可動單元130具有一凸出散熱端132係對應閥門124設 置，且較佳地，凸出散熱端132之頂部係接觸到閥門124， 以直接發揮其散熱功能。並請參照第1C圖，其繪示第 圖的凸出散熱端移動後之示意圖。凸出散熱端、13B/係用以 根據熱源之溫度而移動並推動閥門124，且凸出 係更用以於開口 122被開啟後與冷卻液CL接觸，藉此以 將熱源傳遞至冷卻液CL中。 曰 8 200934363

TW4165PA 如第1A圖所示，散熱模組100係可裝設於一電子裝 置200中，並與電子裝置200之一熱源產生元件210接觸， 藉此以將熱源產生元件210產生的熱量帶走，如此，可避 免電子裝置200於運作時發生溫度過高的情形。熱源產生 元件210例如是一電子元件，此電子元件可以是一晶片、 一晶片組或一處理器等可執行大量運算之元件。 如第1Β圖所示，可動單元130係設置於冷卻槽120 與熱源接觸元件110之間。冷卻槽120之開口 122與閥門 ® 124係設置於冷卻槽120底部之一平坦底面上。冷卻槽120 之底部亦可被設計為非平坦之形狀，之後將附圖說明。 可動單元130更包括至少一形變元件134。形變元件 134之二端是固定於熱源接觸元件110上，並具有相互貼 合之一第一材料層134Α與一第二材料層134Β。第一材料 層 134Α 之熱膨脹係數（coefficient of thermal expansion， COF)係實質上異於第二材料層134B之熱膨脹係數，使 二個材料層134A、134B於受熱時會產生不同的膨脹大 小。材料層134A與134B之材質係可為具有不同膨脹係數 之彈性體，例如是相異金屬（金、銅等金屬）、相異組成 比之合金、相異高分子材料（如聚醯亞胺）或金屬與高分 子材料之組合等。 於第1B圖中，第一材料層134A是位於第二材料層 134B與熱源接觸元件110之間，熱源經第一材料層134A 傳遞進入形變元件134，而凸出散熱端132則設置於第二 材料層134B上，並位於形變元件134中央處。其中，第 9 200934363

TW4165PA 料層j34A之熱膨脹係數係實質上小於第二材料層 B之,、，、祕係數。如此—來，當形變元彳a#感受到孰 觸元件U〇之溫度升高時’第二材料層測之膨脹 置會大於第—材料層_之膨脹量。且由於形變元件134 η固定於熱源接觸元件110上，使形變元件 折起來而呈現一棋門狀。此時，設置於形變 =134上的凸出散熱端132會隨著形變元件⑼中央向 ❹ 拱，的部分移動，便得以進一步推動閥門m移動而與 冷部液CL接觸’如第lc圖所示。 第了層U4A與第二材料層134B會隨著溫 膨脹量’形變元件134因而可產生不同 梢效果，以改變凸出散熱端132進入開口 122之大小， :此：調，出散熱端132與冷卻液以之接觸或傳導面 ^ = 不同程度的散熱效果。例如，當熱源接觸元 Ο 牛10接收到向溫時，第一材料層134八與第二材料層 會產生較大程度之膨脹量，使形變元件134產生較大 的彎折量而讓凸出散熱端132大幅度的深入開口 122中以 與冷部液CL產生大面積接觸，而可加速熱量的排除。 較佳地’冷卻槽12〇於開σ 122之周圍係設有一疏水 126。藉由疏水材料126之設置及其疏水的特 間門m被開啟後，可防止冷卻液c L直接由開σ⑵ =去。疏水材料126可以是高分子材料，例如 龍 或光阻膠（漏）或硫醇（Thiol)等。 另外’請參照第2圖，其繪示凸出散熱端之頂部設置 200934363

TW4I65PA 有親水材料之示意圖。將親水材料136設置於凸出散熱端 132之頂部時，親水材料136可加大冷卻液CL與凸出散 熱端132之接觸面積，以增加散熱的效率。親水材料136 例如是經過常壓電漿表面處理之金屬或高分子材料，或具 有二氧化矽彼覆之表面。另外，於凸出散熱端132表面未 設置親水材料136的部分則可設置疏水材料（未繪示）， 以避免冷卻液CL外漏。 以下附圖說明冷卻槽底部為非平坦底面之設計。請參 ® 照第3A、3B圖，第3A圖繪示冷卻槽底部具有凸部之示 意圖，第3B圖繪示第3A圖的凸出散熱端移動後之示意 圖。冷卻槽120’底部具有至少一向外凸出之凸部120A，， 開口 122’係位於凸部120A’上。凸部120A’係具有一 v形 戴面，開口 122’是位於凸部120A’之其中一個斜面上。對 應於斜面之開口 122’設計，較佳地可使凸出散熱端132斜 向進入開口 122’以推動閥門124’移動。 ❿ 形變元件134’具有第一材料層134A’與第二材料層 134B’，且形變元件134’之一端是固定於熱源接觸元件11〇 上。其中，第一材料層134A’係與熱源接觸元件110接觸， 第二材料層134B’則位於第一材料層134A’上方。此外， 第一材料層134A’之熱膨脹係數係實質上大於第二材料層 134B’之熱膨脹係數。凸出散熱端132係設置於第二材料 層134B’上，並實質上位於形變元件134’未固定之一端。 當熱源接觸元件110之溫度升高時，由於第一材料層134A’ 之熱膨脹係數大於第二材料層134B’之熱膨脹係數，使得 200934363

TW4165PA Ϊ 一材料層U4A，之膨脹量大於第二材料層134B，之膨脹 里’而產生二端向上趣起的情形。然由於形變元件⑼， 之一端固定於熱源接觸元件11〇，使得形變元件m，未固 疋之一端會向上翹起’而帶動凸起散熱端132向上移動， 如此’便得以使凸起散熱端132從斜向進入開口 122，中 推動閥門124’移動。 雖然於第3A、3B圖中是以冷卻槽12〇，具有向外凸出 =為例作說明’然本發明並不以此為限定，於其他實 =中亦可使冷卻槽具有向W之凹部設計。此外， A、3B圖令雖是以凸部具有v形截面作說明，然於其 貫施例巾，6部或是前述之㈣亦可具有U形截面/、 料層开上^個形變元件皆是由二個熱膨脹係數相異的材 狀㈣(如冷卻槽開口位置與形 D去决疋形變兀件之設置位置與方式。如第m ❹ •之冷部槽120具有平坦底面，而形變元件134之二端θ 觸元件110上’且熱膨脹變形較快之材料； ▲ 疋位於上層，一旦材料變形，便可產生向上位蔣 於第Μ圖令’冷卻槽120,具有非平坦表面，為 ^ ^熱端】32斜向進入開口 122，中，僅使形變元件 較快之熱源接觸元件U〇上，且使熱膨張變形 可使妒變]I (34A)疋位於下層’ 一旦材料變形，便 注意的端翹起而產生斜向上升的效果。值得

圖之冷H 變元件134,亦可被制於第1B 7邠槽120以達到散熱之效果。 12 200934363

TW4165PA 在此必須說明的是，前述以兩種材料層組成之形變元 件，亦可直接以單層或多層之熱變形記憶合金提供相同之 效果。由於熱變形記憶合金於高溫時具有一高溫狀形狀， 而於冷卻時會恢復成一低溫狀形狀，因而會根據溫度變化 而產生形變效果，是以可作為前述形變元件之用。熱變形 記憶合金的材料例如是鎳鈦合金、銅鋅合金、銅鋁鎳合 金、銅钥鎳合金、銅金鋅合金等。 當熱源接觸元件110接觸之熱端（如前述之熱源產生 ® 元件210)溫度升高時，形變元件134、134’將產生變形而 與熱源接觸元件110的表面部分分離，此時可提供第一階 段之擴大散熱面積效果。若熱端溫度持續上升，則形變元 件134、134’持續變形，造成凸出散熱端132經由冷卻槽 120、120’之開口 122、122’插入冷卻槽120、120’，而與 槽内之冷卻液CL接觸，則可提供第二階段更快速之散熱 效果。由於開口 122、122’處設置有閥門124、124’，可以 ^ 保持冷卻液CL與外界於未工作時之隔離狀態。 以下舉例說明散熱模組100可應用的實例。請先參照 第4圖，其繪示一打線封裝的晶片之示意圖。如第4圖所 示，散熱模組100係安置於晶片410之上方，並藉由一支 架420與電路板430結合。於晶片410被驅動時，其熱量 將被上方之散熱模組100所帶走而維持晶片410的溫度。 另外，散熱模組100亦可設置於電路板430之下方。 接著請參照第5A、5B圖，第5A圖繪示一顯示裝置 應用覆晶封裝之示意圖，第5B圖繪示第5A圖的液晶面板 13 200934363 2驅動晶片之局部放大圖。顯示裝置之液晶面板5i〇 ，、驅動晶片520係藉由覆晶封裝於軟性電路板53〇上，再 與液晶面板510之控制雷路f去仏_、 — ㈣4路（树不）作減。較佳地， 母-驅動晶片520具有一對應之散熱模組1〇〇，當然，亦 可視實際運作情形增減散熱模組刚之數量。散熱模組刚 係叹置於驅動晶片52〇上方（或可設置於軟性電路板別 ^方）°多個散熱模組100可共用一相同之支架540以 固疋於顯示裝置500中。 前述之熱源產生元件21Q多是以晶片為例作說明，然 件2H)亦可為其他於運作時會產生高溫的電子 凡件’例如是投影裝置之光機、燈泡等。此外， 間之相對位置，可依實際狀況設賴觸 :„式；只需兩者間可有效傳遞熱量即可（傳導、 動射任—㈣）。再者，於本實施财_是將可 =早兀设置於冷卻槽與熱源接觸元件 ❹ 冷卻槽底部向上移入冷卻押J動早70由 發明並不以此為限定。可動單元亦可:冷卻::頂 果或是由冷卻槽側邊移入冷卻槽中，皆同樣具 子μ本發述實施例所揭露之散熱模組與應用其之電 埶^# '料動早元本身可隨溫度變化之特性去改變 =與=液之間的接觸或傳導面積，以產生 二二子加電能，而可省去額外的佈= 子裝置之、、.„構，如此而可降低成本。 14 200934363

TW4165PA 綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然 其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常 知識者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作各種之 更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專 利範圍所界定者為準。

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TW4165PA f圖式簡單說明J 第1A圖緣示依照本發 於電子裝置之示意《。 車乂佳實_的散熱模組裝設 ΐ 不第1Α圖的散熱模组之局部放大圖。 f 圖的凸出散熱端移動後之示意圖。 一 ®’其㈤凸出散熱端之頂部設置有親水材料之 不忍圖。 ❹ 第3Α圖繪示冷卻槽底部具有凸部之示意圖。 第3Β圖緣示第3Α圖的凸出散熱端移動後之示㈣。 第4圖繪示一打線封裝的晶片之示意圖。 第5Α圖繪示一顯示裝置應用覆晶封裝之示意圖。 第5Β圖繪示第5Α圖的液晶面板與驅動晶片之局部 放大圖。 【主要元件符號說明】 ⑩ 100 :散熱模組 110 :熱源接觸元件 120、120’ ：冷卻槽 120Α’ ：凸部 122、122,：開口 124、124’ ：閥門 126 :疏水材料 130 :可動單元 132 :凸出散熱端 16 200934363

TW4165PA 134、134’ ：形變元件 134A、134A’ ：第一材料層 134B、134B’ ：第二材料層 13 6 .親水材料 200 :電子裝置 210 :熱源產生元件 410、540 :晶片 420、540 :支架 430、530 :電路板 500 :顯示裝置 510 .液晶面板 CL :冷卻液

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Claims (1)

1. 200934363 TW4165PA 十、申請專利範圍： 1. 一種散熱模組，包括： 一熱源接觸元件，係用以接收一熱源； -冷卻槽’係儲存有—冷躲，該冷卻槽且有至少一 開口與至少一閥門，該閥門係以可動之方式設置於該開口 之鄰侧以開啟或關閉該開口；以及 可動單元，係連接至該熱源接觸元件以接收該熱 ❹源’該可動單元具有一凸出散熱端係對應該間門設置，該 凸出散熱端係用以根據該熱源之溫度而移動並推動該閥 門，且，凸出散熱端係用以於該開口被開啟後與該冷卻液 接觸，藉此以將該熱源傳遞至該冷卻液中。 2.如申請專利範圍第1項所述之散熱模組，其中該 開口與该閥門係位於該冷卻槽之底部，而該可動單元係設 置於冷卻槽與該熱源接觸元件之間。 、/、3.如申請專利範圍第2項所述之散熱模組，其中該 〇冷郃槽之底部具有一平坦底面，該開口位於該平坦底面。 、_ 4.如申請專利範圍第2項所述之散熱模組，其中該 冷部槽之底部具有至少一凸部或一凹部，該開口位於該凸 部或該凹部。 5.如申請專利範圍第4項所述之散熱模組，其中該 凸部或該凹部係具有一 V形截面或一 ϋ形戴面。 6·如申請專利範圍第丨項所述之散熱模組，其中該 可動單元包括至少一形變元件，該形變元件具有相互貼合 之一第—材料層與一第二材料層，該第一材料層之熱膨脹 18 200934363 TW4165PA 係數係實質上異於該第二材料層之熱膨服係數。 第一 層申m圍項所述之散熱模組，其令該 係數，該第-材料層：：小於該第二材料層之熱趣服 端係設置於該源接觸元件接觸’該凸出數熱 β申％專利範圍第7項所述之散熱模組，其中， 凸出散熱端係實質上位於該形變元件之中央。、中该 第-㈣圍第6躺叙散減組，其中該 :數：^^大於該第二材料層之熱膨脹 端係設置於該第二源接觸元件接觸’糾出散熱 β jit申請專·㈣9項所述之散熱模組，其中兮 凸出散熱端係實質上位於該形變元件之一端。 中。亥 ❹ 冷卻二=請專利範圍第1項所述之散熱模組，其令該 7部槽於相σ之係設有—疏水材料。 at如申請專利範圍第1項所述之散熱模組，其中該 凸出散熱端之頂部係具有一親水材料。 中 可動二trr範圍第1項所述之散熱模組，其中該 J動早7〇包括一熱變形記憶合金。 14. 一種電子裝置，包括： 一熱源產生元件；以及 一散熱模組，包括： ㈣源接觸元件，係接觸該熱源產生元件以接 收3亥熱源產生元件之一熱源； 19 200934363 里 W4165PA 一冷卻槽，係儲存有一冷卻液，該冷卻槽具有 至少一開口與至少一閥門，該閥門係以可動之方式設置於 ^開口之鄰側以開啟或關閉該開口；以及

   ^ 一可動單元，係連接至該熱源接觸元件以接受 該熱源，該可動單元具有一凸出散熱端係對應該閥門設 置，該凸出散熱端係用以根據該熱源之溫度而移動並推動 4闕門’且该凸出散熱端係用以於該開口被開啟後與該;^ 卻液接觸’ n此以將該熱源傳遞至該冷卻液中。、7 如申請專利範圍第14項所述之 2開口與該閥門係位於該冷卻槽之底部， 設置於冷卻槽與該熱源接觸元件之間。 電子裝置，其中 而該可動單元係 P·如申請專利範圍第 ❹中該冷卻槽之底部具有至少 該凸部或該凹部。 15項所述之電子裝置組，其 一凸部或一凹部，該開口位於 18請專利範圍第17項所述 该凸#該凹部係具有_ ㊉3 19.如申請專利範圍塗J \㈣截面。 該可動單元包括至少— 項所述之電子裝置，其中 合之-第-材料層與—第二該形變元件具有相互貼 脹係數係實質上異於Tj層，該第-材料層之熱膨 2。·如申請專利範dr層之熱膨脹係數。 第19項所述之電子裝置，其中 20 200934363 該第

   ㈣層之熱膨脹係數係小於該 脹係數，該第一枒粗思# 一材枓層之熱膨 执以，、θ係^熱源接觸元件接觸，該凸$ 熱鳊係3又置於該苐二材料層上。 出政 21.如申請專利範圍第20項所述之電子裝置， 該凸出散熱端係實質上位於該形變元件之中央。 今第二：1請專利範圍第19項所述之電子裝置，其中 ’人，”之熱膨脹係數係大於該第二材料層之熱賸 脹係數’該第-材料層係、與熱源接觸元件接觸，該凸出、气 熱端係設置於該第二材料層上。 23. 如申凊專利範圍第22項所述之電子裝置， 該凸出散熱端係實質上位於該形變元件之-端。 24. 如申請專利範圍第14項所述之電子裝置， 該冷卻槽於該開口之周_設有-疏水材料。 25. 如申請專利範圍第14項所述之電子裝置， 該凸出散熱端之頂部係具有一親水材料。 26. 如申請專利範圍第14項所述之電子裝置，其中 其中 其中 其中 該可動單元包括一熱變形記憶合金。27·如申請專利範圍第14項所述之電子裝置，其中 該熱源產生元件係包括一電子元件。 21