TW201826470A - 水冷頭 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種水冷頭。水冷頭包括一蓋體、一底座以及一立體結構件。底座與蓋體共同形成一腔室，立體結構件設置於腔室內，立體結構件之一側為平面，平面貼合底座，立體結構件之另一側為鰭片。

Description

水冷頭

本發明係關於一種水冷頭，特別是一在底座跟鰭片非一體成型的水冷頭。

第1A圖為習知的水冷組件的立體示意圖。水冷組件1由水冷頭2(Cold plate；又稱冷板)、水冷排3(radiator；又稱散熱排)、幫浦4(pump)以及管路5共同組成一個循環路徑，並且在循環路徑中充填有工作流體(圖中未示)。

當水冷組件1運作時，水冷頭2會與發熱源6例如晶片、記憶體或是發光元件等接觸，此時，水冷頭2內的工作流體會吸收發熱源6所產生的熱能後升高溫度，並藉由管路5傳遞至水冷排3進行熱的交換而讓溫度得以降低。最後，已降溫的工作流體會再傳遞回水冷頭2，重新下一次的循環。此外，水冷組件1可在循環路徑中設置有幫浦4來驅動工作流體使其在循環路徑順利流動。

在水冷組件1中，水冷頭2是一個非常重要的組成，其係由一蓋體21以及一底座22所組成，並且蓋體21會與底座22共同形成一腔室23，讓工作流體得以通過並帶走自發熱源6所傳遞而來的熱能。而倘若水冷頭2在設計時，能夠在不增加體積的情況下，在腔室內增加更多的散熱面積， 吸收更多的熱能，就能提供工作流體有更多熱交換的機會而提升水冷頭2的散熱效率。為了達成上述目標，習知的做法，經常如第1B圖所示，選擇在水冷頭2的底座22的內側22A，也就是圖中腔室23的底部，形成鰭片22B來增加與工作流體接觸的面積，而且因為考慮到熱能在不同界面中傳遞時會增加一段熱阻，因此會利用一體成型的方式，直接在底座22上形成鰭片22B。

不過，由於底座22的功用是將熱能傳導至水冷頭2的腔室23內，而鰭片22B的功用則是增加更多的散熱面積，以期迅速地將熱能傳遞至工作流體上，因此習知水冷頭2直接在底座22上形成鰭片22B的設計，就很難同時兼顧底座的導熱性與鰭片的散熱效能，而且若是需要形成密度更高、散熱面積更多的鰭片22B的話，也會因為底座22原有的材質而受到侷限。再者，當底座22並非是完整的平面，而是如第1B圖所示向蓋體方向延伸有一圈側壁22C的話，也會增加形成鰭片22B的困難度。

針對上述之缺失，本案提出一種新穎的設計，跳脫以一體成型的方式在底座上形成鰭片的傳統規則，而是將底座與鰭片先依照各自適合的製程來分開製作，以模組化的設計概念提供各種不同的鰭片結構，或是不同材質上的多樣選擇。之後要組裝水冷頭時，再視產品的特性或客戶的需求，選擇適合的鰭片並貼合到底座內側上，如此一來，不但可以同時兼顧底座的導熱性與鰭片的散熱性，同時也提供製程上的彈性，長久而言，可減少製造的成本。

本發明一實施例係提供一種水冷頭，包括一蓋體、一底座以及一立體結構件。底座係與蓋體共同形成一腔室。立體結構件設置於腔 室內，立體結構件之一側為平面，平面貼合底座，立體結構件之另一側為鰭片。

在本發明一實施例中，底座具有一側壁，側壁自底座往蓋體方向延伸。

在本發明一實施例中，底座具有一凹陷部，立體結構件係貼合凹陷部。在本發明一實施例中，立體結構件具有至少一定位柱，自平面向外延伸，底座具有至少一定位孔，可容納至少一定位柱。

在本發明一實施例中，底座與立體結構件係以下列之一方式結合在一起：熔接、軟銲、硬銲、壓接、鉚接、螺紋接合以及黏膠接合。

在本發明一實施例中，立體結構件與底座在下列之一特性上相同或相異，該特性包括：材質、密度、硬度及導熱係數。

在本發明一實施例中，鰭片為鏟削式鰭片(Skived fin)。

本發明一實施例係提供一種水冷頭，包括一蓋體、一底座以及一立體結構件。底座係與蓋體共同形成一腔室，立體結構件設置於腔室內並貼合底座。立體結構件與底座在下列之一特性上相同或相異，特性包括材質、密度、硬度及導熱係數。

在本發明一實施例中，底座具有一側壁，側壁自底座往蓋體方向延伸。

在本發明一實施例中，底座具有一凹陷部，立體結構件係貼合凹陷部。

在本發明一實施例中，立體結構件具有至少一定位柱，自平面向外延伸，底座具有至少一定位孔，可容納至少一定位柱。

在本發明一實施例中，底座與立體結構件係以下列之一方式結合在一起：熔接、軟銲、硬銲、壓接、鉚接、螺紋接合以及黏膠接合。

在本發明一實施例中，鰭片為鏟削式鰭片(Skived fin)。

本發明一實施例係提供一種水冷頭，包括一蓋體、一底座、一第一立體結構件以及一第二立體結構件。底座係與蓋體共同形成一腔室。第一立體結構件設置於腔室內並貼合底座，第一立體結構件於面對腔室之側設置有一第一鰭片。第二立體結構件設置於腔室內並貼合底座，第二立體結構件於面對腔室之側設置有一第二鰭片。

在本發明一實施例中，第一立體結構件與第二立體結構件，係在下列之一特性上相同或相異，特性包括：材質、密度、硬度及導熱係數。

在本發明一實施例中，第一鰭片與該第二鰭片，係在下列之一特性上相同或相異，特性包括外型、排列密度、排列方向、高度及相鄰鰭片之間距。

在本發明一實施例中，第一立體結構件與第二立體結構件，係以下列之一方式貼合於底座：熔接、軟銲、硬銲、壓接、鉚接、螺紋接合以及黏膠接合。

在本發明一實施例中，第一立體結構件與底座在下列之一特性上相同或相異，特性包括：材質、密度、硬度及導熱係數。

在本發明一實施例中，第二立體結構件與底座在下列之一特性上相同或相異，特性包括：材質、密度、硬度及導熱係數。

在本發明一實施例中，第一立體結構件接近水冷頭之一入 水端，第二立體結構件接近水冷頭之一出水端。

1‧‧‧水冷組件

2‧‧‧水冷頭

21‧‧‧蓋體

22‧‧‧底座

22A‧‧‧內側

22B‧‧‧鰭片

22C‧‧‧側壁

22D‧‧‧凹陷部

22E‧‧‧定位孔

23‧‧‧腔室

24‧‧‧立體結構件

24A‧‧‧鰭片

24B‧‧‧平面

24C‧‧‧鰭片

24D‧‧‧鰭片

24E‧‧‧鏟削式鰭片

24F‧‧‧鰭片

24G‧‧‧鰭片

241‧‧‧第一立體結構件

242‧‧‧第二立體結構件

243‧‧‧定位柱

3‧‧‧水冷排

4‧‧‧幫浦

5‧‧‧管路

6‧‧‧發熱源

第1A圖係習知水冷組件的立體示意圖。

第1B圖係第1A圖中沿1B-1B剖面線所得到關於習知水冷頭內部結構的剖面示意圖。

第2A圖係本發明一實施例所提供之水冷組件的立體示意圖。

第2B圖係第2A圖中沿2B-2B剖面線所得到關於水冷頭內部結構的剖面示意圖。

第3A圖係本發明一實施例所提供具有錐狀鰭片之立體結構件的示意圖。

第3B圖係本發明一實施例所提供具有柱狀或板狀鰭片之立體結構件的示意圖。

第3C圖係本發明一實施例所提供具有片狀鰭片之立體結構件的示意圖。

第3D圖係本發明一實施例所提供具有鏟削式鰭片之立體結構件的示意圖。

第3E圖係本發明一實施例所提供具有兩立體結構件的示意圖。

第4A圖係本發明一實施例所提供關於水冷頭組裝前的示意圖，顯示底座具有凹陷部的設計。

第4B圖係第4A圖所示的水冷頭組裝後的示意圖。

第5A圖係本發明一實施例所提供關於水冷頭組裝前的示意圖，顯示立體結構件宇抵做的對應定位設計。

第5B圖係第5A圖所示的水冷頭組裝後的示意圖。

第2A圖為本發明一實施例所提出之水冷組件的立體示意圖，本實施例所提出的水冷組件1，同樣也是由水冷頭2、水冷排3、幫浦4以及管路5共同組成一個循環路徑，並且在循環路徑中充填有工作流體(圖中未示)。本實施例之水冷組件1在運作時，水冷頭2會與發熱源6例如晶片、記憶體或是發光元件等接觸，此時，水冷頭2內的工作流體會吸收發熱源6所產生的熱能後升高溫度，並藉由管路5傳遞至水冷排3進行熱的交換而讓溫度得以降低，最後，已降溫的工作流體會再傳遞回水冷頭2，重新下一次的循環。水冷組件1可在循環路徑中設置有幫浦4來驅動工作流體使其在循環路徑順利流動。

本實施例所提出的設計概念之一，係將水冷頭的底座與立體結構件，各自選擇適當的製程或工法來生產或製造，等到組裝時兩者才貼合在一起。請參照第2B圖，其係第2A圖中沿2B-2B剖面線所得到關於水冷頭內部結構的剖面示意圖，在本實施例中，水冷頭2包括一蓋體21、一底座22以及一立體結構件24，其中，蓋體21會與底座22共同形成一腔室23，讓工作流體得以通過並帶走自發熱源6所傳遞而來的熱能，立體結構件24則設置在腔室23，立體結構件24之一側為平面24B，可貼合於底座22的內側22A，立體結構件24的另一側則為鰭片24A。如此一來，發熱源6所產生的熱能， 能夠完整地藉由立體結構件24的平面24B與底座內側22A的貼合，而向上傳遞至鰭片24A，並藉由鰭片24A能夠放大接觸面積的特性，而更快地讓工作流體帶走熱能。

在本實施例中，水冷頭2的底座22跟立體結構件24由於是分開生產或製造，因此可各自選擇適當的工法來製造，例如可選擇以鏟削、鑄造(casting)、鍛造(forging)、擠製(extruding)、滾軋(rolling)、壓擠(squeezing)以及蝕刻等工法。舉例來說，本實施例的水冷頭2，底座22可選擇由壓鑄方式形成，而立體結構件24則選用鏟削(Skiving)的方式來形成密度更高的散熱鰭片。

在本實施例中，由於水冷頭2的底座22與立體結構件24是分開製作，因此在材質上可選擇相同或相異的材料或組成，例如可選擇銅、鋁、不鏽鋼或包含上述之一材質的合金，或者選自陶瓷以及石墨。舉例來說，水冷頭2的底座22可選擇由導熱效果較好的銅來製作，而立體結構件24則可選擇散熱效果較佳或重量較輕的鋁作為材質上的考量。此外，本實施例的水冷頭2在設計時，除了可以讓底座22跟立體結構件24在材質上可以有所變化之外，也可在材料的密度、硬度或導熱係數上進行調整或選擇，以期搭配出符合產品特性的最佳組合。

此外，水冷頭2的底座22與立體結構件24，可選自熔接(welding)、軟銲(soldering)、硬銲(brazing)、壓接(pressing)、鉚接(riveting)、螺紋接合(screw fastening)或是黏膠接合(adhesive joining)等方式貼合在一起，必要時兩者之間也可設置有助銲劑或其他幫助接合之材料層。

在本實施例中，水冷頭2內的立體結構件24，其主要功能是 增加與工作流體接觸的面積，因此有非常多種類的立體結構可供選擇，例如可選擇錐狀、柱狀、板狀、片狀、凹凸或其他常見的幾何形狀的立體結構。舉例來說，立體結構件24可以如第3A圖所示，形成有錐狀的鰭片24A，可如第3B圖所示，形成有柱狀或板狀的鰭片24B，或如第3C圖所示，形成片狀的鰭片24C。此外，立體結構件24可如第3D圖所示，設置鏟削式鰭片(Skived fin)24E，此種鰭片的間隙極小，密度極高，而且由切削製程所製作時，就不用再受到原有底座在材質以及結構上(例如側壁)的限制，因此非常適用於本案所提出將立體結構件跟底座分開製作的發明精神。此外，上述所提及的立體結構件24的鰭片，可以是連續或不連續，排列方向上也可有規則性或不規則地排列，而排列的密度，高度，甚至於相鄰鰭片之間距，也都可以視需要而予以調整或變更，本發明並不予以限制。

此外，本發明水冷頭2的底座22，除了能夠依照需求而搭配不同規格的立體結構件24之外，還可同時搭配複數個立體結構件，而這複數個立體結構件之間，可以在材質、密度、硬度及導熱係數上相同或相異，也可在外型、排列密度、排列方向、高度及相鄰鰭片之間等規格上相同或相異。舉例來說，第三E圖所顯示的就是由兩個立體結構件241與242所組成的立體結構件24，其所具有的鰭片24F與24G，可設置在腔室23內並面對著腔室23，兩者在排列密度以及相鄰鰭片的間距上有所不同，鰭片24F較鰭片24G的排列密度較低，鰭片之間的間隙也較寬。因此，可以選擇安排將第一立體結構件241設置在靠近水冷頭2入水端的地方，減少入水端的阻力，而第二立體結構件242則設置在靠近水冷頭2出水端的地方，或是更靠近發熱源的地方，讓工作流體更快把熱能帶走。而第一立體構件241與第二立體構件242 與底座22之間，同樣可選擇在在材質、密度、硬度及導熱係數等特性上相同或相異。

此外，本發明所提供的水冷頭，由於底座跟立體結構件為兩個獨立分開的設計，因此特別適用於底座具有向蓋體方向延伸之側壁，或是底座中央有凹陷部而能容置立體結構件的這兩種底座類型，這是因為這兩種底座在水平方向上有高低差，若是依循習知方式在底座中央一體成型出立體結構，容易受到側壁或凹陷部的干擾，但若採用本實施例所提供的設計，則可解決此種問題，順利將立體結構件貼合於具有側壁的底座上，或是貼合於底座的凹陷部內。舉例來說，若是本實施例所採用的底座22，如第4A圖與第4B圖所示，在底座22中央形成有一凹陷部22D的話，由於底座22的水平表面有至少兩種高低差存在，因此，恰可利用本發明所提供底座22跟立體結構件24分開製作的特點，將立體結構件24直接貼合於底座22的凹陷部22D，就可順利完成兩者的結合，不致受底座22高低差外型的影響。

此外，為了避免底座與立體結構件在組裝過程中發生移位的情況，因此本發明也可在底座以及立體結構件上對應形成有定位結構，舉例來說，可如第5A圖與第5B圖所示，在立體結構件24底下的平面上向外延伸出至少一定位柱243，而底座22上則對應設置可容納該定位柱243的定位孔22E，而當立體結構件24與底座22如第5B圖所示貼合或組裝在一起時，就可自動完成定位，當然，也可在其他實施方式上，在底座22形成定位柱，並且對應在體結構件24上形成定位孔。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明，因此凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含於本案的發明概念中。

Claims (20)

1. 一種水冷頭，包括：一蓋體；一底座，該底座係與該蓋體共同形成一腔室；以及一立體結構件，設置於該腔室內，該立體結構件之一側為平面，該平面貼合該底座，該立體結構件之另一側為鰭片。
2. 如請求項1之水冷頭，其中該底座具有一側壁，該側壁自該底座往該蓋體方向延伸。
3. 如請求項1之水冷頭，其中該底座具有一凹陷部，該立體結構件係貼合該凹陷部。
4. 如請求項1之水冷頭，其中該立體結構件具有至少一定位柱，自該平面向外延伸，該底座具有至少一定位孔，可容納該至少一定位柱。
5. 如請求項1之水冷頭，其中該底座與該立體結構件係以下列之一方式結合在一起：熔接、軟銲、硬銲、壓接、鉚接、螺紋接合以及黏膠接合。
6. 如請求項1之水冷頭，其中該立體結構件與該底座在下列之一特性上相同或相異，該特性包括：材質、密度、硬度及導熱係數。
7. 如請求項1之水冷頭，其中該鰭片為鏟削式鰭片(Skived fin)。
8. 一種水冷頭，包括：一蓋體；一底座，該底座係與該蓋體共同形成一腔室；以及一立體結構件，設置於該腔室內並貼合該底座； 其中，該立體結構件與該底座在下列之一特性上相同或相異，該特性包括：材質、密度、硬度及導熱係數。
9. 如請求項8之水冷頭，其中該底座具有一側壁，該側壁自該底座往該蓋體方向延伸。
10. 如請求項8之水冷頭，其中該底座具有一凹陷部，該立體結構件係貼合該凹陷部。
11. 如請求項8之水冷頭，其中該立體結構件具有至少一定位柱，自該平面向外延伸，該底座具有至少一定位孔，可容納該至少一定位柱。
12. 如請求項8之水冷頭，其中該底座與該立體結構件係以下列之一方式結合在一起：熔接、軟銲、硬銲、壓接、鉚接、螺紋接合以及黏膠接合。
13. 如請求項8之水冷頭，其中該鰭片為鏟削式鰭片(Skived fin)。
14. 一種水冷頭，包括：一蓋體；一底座，該底座係與該蓋體共同形成一腔室；一第一立體結構件，設置於該腔室內並貼合該底座，該第一立體結構件於面對該腔室之側設置有一第一鰭片；以及一第二立體結構件，設置於該腔室內並貼合該底座，該第二立體結構件於面對該腔室之側設置有一第二鰭片。
15. 如請求項14之水冷頭，其中該第一立體結構件與該第二立體結構件，係在下列之一特性上相同或相異，該特性包括：材質、密度、硬度及導熱係數。
16. 如請求項14之水冷頭，其中該第一鰭片與該第二鰭片，係在下列之一特性上相同或相異，該特性包括外型、排列密度、排列方向、高度及相鄰鰭 片之間距。
17. 如請求項14之水冷頭，其中該第一立體結構件與該第二立體結構件，係以下列之一方式貼合於該底座：熔接、軟銲、硬銲、壓接、鉚接、螺紋接合以及黏膠接合。
18. 如請求項14之水冷頭，其中該第一立體結構件與該底座在下列之一特性上相同或相異，該特性包括：材質、密度、硬度及導熱係數。
19. 如請求項14之水冷頭，其中該第二立體結構件與該底座在下列之一特性上相同或相異，該特性包括：材質、密度、硬度及導熱係數。
20. 如請求項14之水冷頭，其中該第一立體結構件接近該水冷頭之一入水端，該第二立體結構件接近該水冷頭之一出水端。