TW201320877A - 熱管理裝置及電子設備 - Google Patents

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heat
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Yu-Hsiang Jiang
You-Chi Chen
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Abstract

一種電子設備包括一散熱模組及一電子裝置。散熱模組具有一基材及複數散熱層。散熱層依序形成於基材之一表面。各散熱層包含至少一散熱結構，且散熱結構具有一儲熱散熱區及一導熱區。儲熱散熱區環繞於導熱區的周圍，且儲熱散熱區與導熱區之間具有一間距。電子裝置與散熱模組貼合。本發明亦提供一種熱管理裝置。

Description

熱管理裝置及電子設備
本發明係關於一種熱管理裝置與電子設備。
隨著經濟的快速發展，生活品質的提高，人類對於能源的需求也越趨嚴重，又因環保節能意識的提升，全世界目前都相當著重於再生能源技術的開發，尤其是太陽能發電系統更是一個重點發展的標的。其中，太陽能發電系統可區分為熱能發電系統與光能發電系統。針對以光能發電之太陽能發電系統而言，主要是由聚光透鏡與太陽能晶片所構成，其係藉由聚光透鏡的設置，以使光能量聚集於太陽能晶片，進而達到發電的功效。
請參照圖1所示，其為習知之太陽能發電設備1的示意圖。太陽能發電設備1包括一機架11、一聚光透鏡組12、二太陽能晶片13及散熱器14。聚光透鏡組12安裝於機架11之第一承載部111，以接收太陽光。太陽能晶片13安裝於機架11之第二承載部112，並相對於聚光透鏡組12，以接收通過聚光透鏡組12的光線，從而進行光電轉換。散熱器14貼附於機架11之第二承載部112相對於太陽能晶片13的一側，以將各構件所產生之熱能進行散逸。
然而，對於習知的太陽能發電設備1而言，由於只單純的透過具有鰭片之散熱器14進行散熱，因而散熱效果並不平均，又由於高溫的作業環境不僅將影響電子設備中之電子元件的特性，過高的溫度更可能造成電子元件永久性的損壞。
因此，如何提供一種熱管理裝置與電子設備，使其能夠平均地散逸熱能，進而提升散熱效果，已成為重要課題之一。
有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種能夠平均地散逸熱能且提升散熱效果的熱管理裝置與電子設備。
為達上述目的，依據本發明之一種電子設備包括一散熱模組及一電子裝置。散熱模組具有一基材及複數散熱層。散熱層依序形成於基材之一表面。各散熱層包含至少一散熱結構，且散熱結構具有一儲熱散熱區及一導熱區。儲熱散熱區環繞於導熱區的周圍，且儲熱散熱區與導熱區之間具有一間距。電子裝置與散熱模組貼合。
在本發明之一實施例中，儲熱散熱區包含複數非金屬粒子，且非金屬粒子分別為一石墨粒子。
在本發明之一實施例中，導熱區包含複數金屬粒子，且金屬粒子之材質包含銅、鋁、金、銀、鎢或前述金屬之合金。
在本發明之一實施例中，導熱區之面積與儲熱散熱區之面積的比是介於1：1.25至1：2.5。
在本發明之一實施例中，間距與儲熱散熱區之周長的比是介於0.01：1至0.15：1。
在本發明之一實施例中，相鄰之散熱層的儲熱散熱區相互接觸，且相鄰之散熱層的導熱區相互接觸。
在本發明之一實施例中，電子設備更包括一均溫模組。均溫模組貼合於電子裝置。
在本發明之一實施例中，均溫模組為一多孔金屬材質均溫板、一蒸汽腔體均溫板或一蒸汽腔體多孔均溫板。
在本發明之一實施例中，電子設備更包括一熱電轉換元件。熱電轉換元件貼合於均溫模組或散熱模組。
在本發明之一實施例中，電子裝置為一太陽能發電裝置或一發光裝置。
為達上述目的，依據本發明之一種熱管理裝置與一電子裝置搭配運用。熱管理裝置包括一散熱模組及一均溫模組。散熱模組具有一基材及複數散熱層。散熱層依序形成於基材之一表面，各散熱層包含至少一散熱結構，且散熱結構具有一儲熱散熱區及一導熱區。儲熱散熱區環繞於導熱區的周圍，且儲熱散熱區與導熱區之間具有一間距。散熱模組及均溫模組與電子裝置貼合。
在本發明之一實施例中，均溫模組為一多孔金屬材質均溫板、一蒸汽腔體均溫板或一蒸汽腔體多孔均溫板。
在本發明之一實施例中，儲熱散熱區包含複數非金屬粒子，且非金屬粒子分別為一石墨粒子。
在本發明之一實施例中，導熱區包含複數金屬粒子，且金屬粒子之材質包含銅、鋁、金、銀、鎢或前述金屬之合金。
在本發明之一實施例中，間距與儲熱散熱區之周長的比是介於0.01：1至0.15：1。
在本發明之一實施例中，熱管理裝置更包括一熱電轉換元件。熱電轉換元件貼合於均溫模組或散熱模組。
承上所述，依據本發明之一種熱管理裝置與電子設備是藉由將複數個散熱層依序形成於基材，其中散熱層之散熱結構中的儲熱散熱區以一間距環繞於導熱區的周圍，用以加強熱傳輸的效率，使其將發熱源所產生的熱導引至每一散熱層，從而實現能夠平均地散逸熱能，進而提升散熱效果。
以下將參照相關圖式，說明依據本發明較佳實施例之熱管理裝置與電子設備，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
首先，請參照圖2A及圖2B，其為依據本發明較佳實施例之一種電子設備2。電子設備2包括散熱模組21及電子裝置22。散熱模組21具有一基材211及三個散熱層212。基材211具有相對設置之一第一表面S1及一第二表面S2。散熱層212依序形成於基材211之第一表面S1上，亦即，散熱層212是以堆疊設置的方式形成在第一表面S1上。
在實施上，基材211為一金屬，且其材質可包含銅、鋁、金、銀、鎢或前述金屬之合金。此外，基材211之面積與厚度係可依據所要進行散熱之熱源(電子裝置22)的尺寸及其所產生之熱能進行調整，而基材211之厚度較佳的是介於100微米至1000微米。
需特別注意的是，在本實施例中，是以散熱模組21包含三個散熱層212為例進行說明，然而，在實際運用時，散熱模組21可依據產品的需求或設計的考量而形成其他數量之散熱層212，其中較佳的是散熱模組21具有3個至15個散熱層212。
電子裝置22之一側與散熱模組21之基材211的第二表面S2貼合。在本實施例中，電子裝置22係為一太陽能發電裝置，其係包括一機架221、一聚光透鏡組222、二太陽能晶片223。聚光透鏡組222安裝於機架221之一第一承載部2211，以接收太陽光。太陽能晶片223安裝於機架221之一第二承載部2212，並相對於聚光透鏡組222，以接收通過聚光透鏡組222的光線，從而進行光電轉換。
本實施例是以電子裝置22為一太陽能發電裝置為例，並非以此為限。而在實際運用時，電子裝置22係可為一發光裝置、一功率元件、一顯示卡、一主機板、一燈具或其他在運作時會產生熱能之電子元件或電子產品。另外，以上為了方便說明，圖2A所顯示之散熱模組21的基材211和散熱層212與電子裝置22之各構件的尺寸關係(比例)僅為示意，並不代表實際的尺寸關係。
接著，請參照圖2B，以進一步說明本發明之散熱模組21。散熱模組21之散熱層212包含一散熱結構H。其中，散熱結構H具有一儲熱散熱區A1及一導熱區A2。儲熱散熱區A1環繞於導熱區A2的周圍，且儲熱散熱區A1與導熱區A2之間具有一間距G。
散熱結構H之儲熱散熱區A1可包含複數非金屬粒子P1以及高分子膠體，且前述之非金屬粒子P1可以是一石墨粒子，而高分子膠體可以是光固膠或熱固膠，例如是聚甲基丙烯酸甲酯。在實施上，石墨粒子的純度是介於97%至99.9%，且石墨粒子的粒徑是介於500奈米至3000奈米。由於石墨具有良好的導熱性，特別是針對X軸與Y軸所構成的平面有極佳的導熱性，因而透過具有石墨粒子的儲熱散熱區A1，將可針對散熱層212之水平方向進行高效的熱傳輸。
散熱結構H之導熱區A2可包含複數金屬粒子P2以及高分子膠體，且前述之金屬粒子P2之材質可包含銅、鋁、金、銀、鎢或其述金屬之合金，而高分子膠體可以是光固膠或熱固膠，例如是聚甲基丙烯酸甲酯。由於金屬粒子P2具有較佳的縱軸(Z軸)熱導引能力，因而透過具有金屬粒子P2的導熱區A2，將可針對散熱層之縱軸進行高效的熱傳輸。在實際運用上，導熱區A2之面積與儲熱散熱區A1之面積的比是介於1：1.25至1：2.5。
值得一提的是，在實際運用時，非金屬粒子P1與金屬粒子P2的重量百分比需依照實際需求而作調整，而上下相鄰設置之散熱層212的儲熱散熱區A1為相互接觸，且上下相鄰之散熱層212的導熱區A2亦相互接觸，其中前述之相互接觸是包括部分接觸及完全接觸。另外，在本實施例中，是以各散熱層22具有一個散熱結構H為例，並非以此為限，各散熱層212之散熱結構H的數量將可依據需求而有不同數量的所變化，其中較佳的是散熱層212之每平方英吋的面積中包含50個至750個散熱結構H。
散熱結構H之間距G係作為因儲熱散熱區A1及導熱區A2的材質在受熱環境下膨脹的緩衝，且為了使散熱結構H在受熱時，儲熱散熱區A1與導熱區A2可緊密貼合，從而提升散熱結構H的導熱和散熱效果，間距G的尺寸設計，較佳的是，間距G與儲熱散熱區A1之周長的比是介於0.01：1至0.15：1。另外，由於不同材質於受熱環境下會有不同程度之膨脹，所以間距G的尺寸設計可依照材質做適當的調整。
因此，藉由上述之結構組成，將可透過散熱模組21之儲熱散熱區A1進行高效的X/Y平面的熱傳導，以及透過導熱區A2加強上下(Z軸)熱傳輸的效率，從而平均地散逸熱能，並提升散熱效果。
此外，以俯視的視角而言，散熱模組21之儲熱散熱區A1及導熱區A2之形狀係可具有多種不同的變化，例如是圓形、橢圓形、等邊多邊形或非等邊多邊形，且儲熱散熱區A1及導熱區A2的形狀可為相同或不相同。其中，多邊形例如是三邊形至十邊形的設計。
接著，請參照圖3所示，其係為依據本發明較佳實施例之一種電子設備3。電子設備3與電子設備2的區別在於，電子設備3更包含一均溫模組31。在本實施例中，均溫模組31貼合於電子裝置22與散熱模組21相對的一側。在實施上，均溫模組31可為一多孔金屬材質均溫板、一蒸汽腔體均溫板或一蒸汽腔體多孔均溫板。其中，前述之多孔金屬材質均溫板的材質例如是鋁、銅、銀或其他熱傳導係數較高的金屬。此外，均溫模組31設置的位置係可依據實際的需求而有所變化，例如是透過導熱膠而黏著於散熱模組21之散熱層212，而與電子裝置22形成間接的貼合。當然，均溫模組31的形狀與尺寸亦可依照實際需求而做調整。藉由均溫模組31與散熱模組21的搭配運用，不但可以強化縱軸方向之熱傳輸的效率，更能夠透過均溫模組31而使得熱能平均，並再進一步的提升散熱效能。
接著，請參照圖4至圖7，其係為依據本發明較佳實施例之電子設備的不同變化態樣。如圖4所示，電子設備4與電子設備3的區別在於，電子設備4更包括一熱電轉換元件41。在本實施例中，熱電轉換元件41貼合於均溫模組31之一側，且熱電轉換元件41係可為一熱電晶片(Thermoelectric Generator,TEG)或一熱電模組(Thermoelectric Generating Module,TEM)。因此，熱電轉換元件41將可接收由均溫模組31所傳遞的熱能而產生額外之電力，再藉由將熱電轉換元件41之正負極與電子裝置22(太陽能發電裝置)電性連接，將可以增加整體的發電量。
另外，當電子裝置22為其他種類之電子元件或電子模組時，亦可透過熱電轉換元件41所產生之額外電力，提供其或其內部元件所需之電能，而達成廢熱充份再利用。因此，藉由上述之結構組成，不僅能夠導引熱能的傳遞方向，亦可以進行熱能的再利用，從而使得運轉中的電子裝置22達到熱穩定和熱平衡，並提高電子裝置22及其內部元件之穩定性和使用壽命。
如圖5所示，電子設備5與電子設備4的區別在於，電子設備5之散熱模組51、均溫模組52與熱電轉換元件53是依序貼合於第二承載部2212上，亦即均溫模組52是透過散熱模組51而與電子裝置22形成間接的貼合，且均溫模組52係位於散熱模組51與熱電轉換元件53之間。而如圖6所示，電子設備6與電子設備5的區別在於，電子設備6之均溫模組62、散熱模組61與熱電轉換元件63係依序貼合於第二承載部2212上，亦即散熱模組61是透過均溫模組62而與電子裝置22形成間接的貼合，且散熱模組61係位於均溫模組62與熱電轉換元件63之間。
再如圖7所示，電子設備7之電子裝置72係為一發光裝置，例如是使用發光二極體(LED)之發光裝置。電子裝置72包括一發光模組721、一承載基板722及殼體723。其中，發光模組721設置於承載基板722上，而承載基板722則安裝於殼體723。
在本實施例中，為了強加散熱的效果，電子設備7係使用兩個散熱模組71，其中之一係貼合於發光模組721與承載基板722之間，而其中之另一則貼合於承載基板722之另一側。此外，均溫模組73則與殼體723貼合。
換句話說，在實際運用時，電子設備將可依據熱源所產生的熱量，選用不同數量之散熱模組及均溫模組，且散熱模組及均溫模組的設置位置也具有多種不同的變化。
另外，本發明亦揭露一種熱管理裝置，其係與一電子裝置搭配運用，並包括一散熱模組及一均溫模組。散熱模組具有一基材及複數散熱層。散熱層依序形成於基材之一表面。各散熱層包含至少一散熱結構，且散熱結構具有一儲熱散熱區及一導熱區。儲熱散熱區環繞於導熱區的周圍，且儲熱散熱區與導熱區之間具有一間距。其中散熱模組及均溫模組與電子裝置貼合。
由於熱管理裝置的特徵與功效皆與圖3至圖7中所述之散熱模組21、51、61、71及均溫模組31、52、62、73的特徵與功效皆相同，因而於此不再贅述。
承上所述，因依據本發明之一種熱管理裝置與電子設備是藉由將複數個散熱層依序形成於基材，其中散熱層之散熱結構中的儲熱散熱區以一間距環繞於導熱區的周圍，用以加強熱傳輸的效率，使其將發熱源所產生的熱導引至每一散熱層，從而實現能夠平均地散逸熱能，進而提升散熱效果。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1．．．太陽能發電設備
11、221．．．機架
111、2211．．．第一承載部
112、2212．．．第二承載部
12、222．．．聚光透鏡組
13、223．．．太陽能晶片
14．．．散熱器
2、3、4、5、6、7．．．電子設備
21、51、61、71．．．散熱模組
211．．．基材
212．．．散熱層
22、72．．．電子裝置
31、52、62、73．．．均溫模組
41、53、63．．．熱電轉換元件
721．．．發光模組
722．．．承載基板
723．．．殼體
A1．．．儲熱散熱區
A2．．．導熱區
G．．．間距
H．．．散熱結構
P1．．．非金屬粒子
P2．．．金屬粒子
S1．．．第一表面
S2．．．第二表面
圖1為一種習知之太陽能發電設備的示意圖；
圖2A為依據本發明較佳實施例之一種電子設備的示意圖；
圖2B為依據本發明較佳實施例之電子設備之散熱模組的示意圖；
圖3為依據本發明較佳實施例之一種電子設備的示意圖；
圖4為依據本發明較佳實施例之一種電子設備的示意圖；
圖5為依據本發明較佳實施例之一種電子設備的示意圖；
圖6為依據本發明較佳實施例之一種電子設備的示意圖；以及
圖7為依據本發明較佳實施例之一種電子設備的示意圖。
2．．．電子設備
21．．．散熱模組
211．．．基材
212．．．散熱層
22．．．電子裝置
221．．．機架
2211．．．第一承載部
2212．．．第二承載部
222．．．聚光透鏡組
223．．．太陽能晶片
S1．．．第一表面
S2．．．第二表面

Claims (16)

  1. 一種電子設備，包括：一散熱模組，具有一基材及複數散熱層，該些散熱層依序形成於該基材之一表面，各該散熱層包含至少一散熱結構，且該散熱結構具有一儲熱散熱區及一導熱區，該儲熱散熱區環繞於該導熱區的周圍，且該儲熱散熱區與該導熱區之間具有一間距；以及一電子裝置，係與該散熱模組貼合。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電子設備，其中該儲熱散熱區包含複數非金屬粒子，且該些非金屬粒子分別為一石墨粒子。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電子設備，其中該導熱區包含複數金屬粒子，且該些金屬粒子之材質包含銅、鋁、金、銀、鎢或前述金屬之合金。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電子設備，其中該導熱區之面積與該儲熱散熱區之面積的比是介於1：1.25至1：2.5。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電子設備，其中該間距與該儲熱散熱區之周長的比是介於0.01：1至0.15：1。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電子設備，其中相鄰之該些散熱層的儲熱散熱區相互接觸，且相鄰之該些散熱層的導熱區相互接觸。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電子設備，更包括：一均溫模組，該均溫模組係貼合於該電子裝置。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電子設備，其中該均溫模組為一多孔金屬材質均溫板、一蒸汽腔體均溫板或一蒸汽腔體多孔均溫板。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之電子設備，更包括：一熱電轉換元件，貼合於該均溫模組或該散熱模組。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之電子設備，其中該電子裝置為一太陽能發電裝置或一發光裝置。
  11. 一種熱管理裝置，與一電子裝置搭配運用，包括：一散熱模組，具有一基材及複數散熱層，該些散熱層依序形成於該基材之一表面，各該散熱層包含至少一散熱結構，且該散熱結構具有一儲熱散熱區及一導熱區，該儲熱散熱區環繞於該導熱區的周圍，且該儲熱散熱區與該導熱區之間具有一間距；以及一均溫模組，其中該散熱模組及該均溫模組係與該電子裝置貼合。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之熱管理裝置，其中該均溫模組為一多孔金屬材質均溫板、一蒸汽腔體均溫板或一蒸汽腔體多孔均溫板。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之熱管理裝置，其中該儲熱散熱區包含複數非金屬粒子，且該些非金屬粒子分別為一石墨粒子。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之熱管理裝置，其中該導熱區包含複數金屬粒子，且該些金屬粒子之材質包含銅、鋁、金、銀、鎢或前述金屬之合金。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之熱管理裝置，其中該間距與該儲熱散熱區之周長的比是介於0.01：1至0.15：1。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之熱管理裝置，更包括：一熱電轉換元件，貼合於該均溫模組或該散熱模組。
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