TW202112211A

TW202112211A - 散熱裝置

Info

Publication number: TW202112211A
Application number: TW108131493A
Authority: TW
Inventors: 高瑞鴻; 嚴文澤
Original assignee: 圓剛科技股份有限公司
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2021-03-16

Abstract

本發明揭露一種散熱裝置，散熱裝置包括一導熱板及一散熱鰭片組。導熱板具有相對設置之一第一面及一第二面。散熱鰭片組具有至少二散熱片，其分別設置於導熱板之第一面，並且各散熱片之一側面具有複數個弧片表面。分別與該些弧片表面之一切線垂直的一延伸線係穿過相鄰之散熱片之間的空間。

Description

散熱裝置

本發明係關於一種散熱裝置，特別關於一種藉由熱輻射機制的散熱裝置。

隨著電子技術的進步，許多的電子零組件，例如中央處理器(central processing unit，CPU)或圖形處理器(graphics processing unit，GPU)因為處理速度快或是需要大功率的電能消耗，將會伴隨著產生大量的熱能。為了避免熱能的累積而損壞電子零組件，在傳統工藝中，係使用具有散熱片(或稱散熱鰭片、heat sink)的散熱裝置來協助散熱。

此種類型的散熱裝置因為不需要額外的驅動能源就能執行散熱，是最典型的被動性散熱元件。另外，此類的散熱裝置在電子工程設計的領域中被歸類為「被動性散熱元件」，以導熱性佳、質輕、易加工之金屬貼附於發熱表面，以複合的熱交換模式來散熱。

傳統的散熱鰭片設計係針對熱傳導或熱對流的方式所設計。如第1圖所示，傳統的散熱裝置10具有一導熱板11、複數個散熱片12以及於各個散熱片12之間的氣流通道13。導熱板11係用以接觸於發熱表面，以將熱能傳遞至整個散熱裝置10。散熱片12係彼此平行而立設於導熱板11上。藉由散熱鰭片12的設計得以增加散熱裝置10的表面積，並且藉以達到較佳的散熱效果。

另外一種熱傳遞的方式係熱輻射(heat radiation)。所謂的熱輻射散熱方案係藉由材料本身吸收熱能之後，將熱能轉換為電磁輻射(例如光能)的方式而向外散逸，藉此達到散熱的效果。以熱輻射傳遞熱能時不需要介質，並且任何物體溫度只要高於絕對零度就會釋放熱輻射。目前市面上一般係以石墨烯 (graphene)來作為熱輻射散熱方案的主要材料，其作法係在原來的散熱裝置上噴塗石墨烯。

然而，由於各個散熱片12係平行設置，因此光的輻射將被各個散熱片12彼此遮擋或吸收，而降低了其原有的散熱效果。因此，如何提供一種基於熱輻射機制下的散熱裝置，以提高散熱效率，實屬當前重要課題之一。

有鑒於此，本發明之目的係提供一種基於熱輻射散熱機制的散熱裝置，以發揮熱輻射的效能而增加散熱效能。

根據上述目的，本發明提供一種散熱裝置，其包括一導熱板及一散熱鰭片組。導熱板具有相對設置之一第一面及一第二面。散熱鰭片組具有至少二散熱片，其分別設置於導熱板之第一面，並且各散熱片之一側面具有複數個弧片表面。分別與該些弧片表面之一切線垂直的一延伸線係穿過相鄰之散熱片之間的空間。

於本發明之一實施例，其中相鄰之各散熱片具有一第一波峰、一第二波峰以及一波谷。波谷係位於第一波峰及第二波峰之間。各散熱片之該些弧片表面係分別位於第一波峰與波谷之間或位於第二波峰與波谷之間。

於本發明之一實施例，其中第一波峰、第二波峰或波谷係選自於一平面、一曲面、一尖點及其組合。

於本發明之一實施例，散熱裝置更包含至少一輔助散熱元件，係設置於至少其中之一散熱片之一頂端，並且該些與弧片表面之切線垂直的延伸線係不接觸輔助散熱元件。

於本發明之一實施例，其中導熱板及散熱鰭片組係一體成形，或導熱板、散熱鰭片組及輔助散熱元件係一體成形。

於本發明之一實施例，其中各弧片表面係分別為一圓形之一部分，且該些圓形的至少其中之二的半徑相異。

於本發明之一實施例，其中各弧片表面係分別為一圓形之一部分，且該些圓形的至少其中之二的圓心相同。

於本發明之一實施例，該些散熱片之至少其一之側面更具有一連接表面，其係連接於該些弧片表面之間。

於本發明之一實施例，其中連接表面係呈平板狀、曲面狀或波浪狀。

於本發明之一實施例，其中導熱板及/或散熱鰭片組之材質係包含熱轉輻射之材料。

於本發明之一實施例，散熱裝置更包含一熱轉輻射層，其係包覆於導熱板及散熱鰭片組之至少部分的外表面。

承上所述，本發明之一種散熱裝置係利用在散熱片之側面形成複數個弧片表面。而由弧片表面的側面觀察，其係為弧形，亦即圓形的一部分，藉由將其圓心設置於相鄰之散熱片之間，則弧片表面所產生的主要熱輻射皆能夠由相鄰的散熱片之間直接射出，而不會被散熱片所阻擋或吸收，因此能夠大幅度地增加散熱效果。

10‧‧‧散熱裝置

11‧‧‧導熱板

12‧‧‧散熱片

13‧‧‧氣流通道

20、30、40‧‧‧散熱裝置

201、301‧‧‧第一波峰

202、302‧‧‧第二波峰

203‧‧‧波谷

303‧‧‧第三波峰

304‧‧‧第一波谷

305‧‧‧第二波谷

21、31、41‧‧‧導熱板

211‧‧‧第一面

212‧‧‧第二面

22、32、42‧‧‧散熱鰭片組

221、321、421‧‧‧第一散熱片

222、322、422‧‧‧第二散熱片

223、323、423‧‧‧第三散熱片

224、324、424‧‧‧第四散熱片

225、325‧‧‧第五散熱片

3211‧‧‧第一輔助散熱元件

3221‧‧‧第二輔助散熱元件

3231‧‧‧第三輔助散熱元件

3241‧‧‧第四輔助散熱元件

3251‧‧‧第五輔助散熱元件

C01、C11、C21‧‧‧第一圓心

C02、C12、C22‧‧‧第二圓心

C13‧‧‧第三圓心

C14‧‧‧第四圓心

CS01、CS11、CS21‧‧‧第一弧片表面

CS02、CS12、CS22‧‧‧第二弧片表面

CS03、CS13、CS23‧‧‧第三弧片表面

CS04、CS14、CS24‧‧‧第四弧片表面

CS05、CS15‧‧‧第五弧片表面

CS06、CS16‧‧‧第六弧片表面

CS07、CS17‧‧‧第七弧片表面

CS08、CS18‧‧‧第八弧片表面

CS19‧‧‧第九弧片表面

CS20‧‧‧第十弧片表面

L1‧‧‧第一線段

L2‧‧‧第二線段

L3‧‧‧第三線段

L4‧‧‧第四線段

L5‧‧‧第五線段

L6‧‧‧第六線段

P1‧‧‧設置區域

R1‧‧‧第一半徑

R2‧‧‧第二半徑

R3‧‧‧第三半徑

R4‧‧‧第四半徑

R5‧‧‧第五半徑

R6‧‧‧第六半徑

R7‧‧‧第七半徑

R8‧‧‧第八半徑

S1‧‧‧第一連接表面

S2‧‧‧第二連接表面

S3‧‧‧第三連接表面

第1圖繪示的是習知的一種散熱裝置的示意圖。

第2圖繪示的是依據本發明第一實施例之一種散熱裝置的示意圖。

第3A圖及第3B圖分別係第2圖中延AA線之一剖面圖。

第4圖繪示的是依據本發明第二實施例之一種散熱裝置的示意圖。

第5圖繪示的是依據本發明第二實施例之一種散熱裝置的示意圖。

以下將透過實施例來解釋本發明內容，本發明的實施例並非用以限制本發明須在如實施例所述之任何特定的環境、應用或特殊方式方能實施。因此，關於實施例之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以限制本發明。須說明者，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件已省略而未繪示，且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，非用以限制實際比例。另外，以下實施例中，相同的元件將以相同的元件符號加以說明。

請參照第2圖所示，本發明第一較佳實施例之散熱裝置20包括一導熱板21以及一散熱鰭片組22。其中，導熱板21與散熱鰭片組22可以為單獨分開的構件經由組合而成，亦可以為一體成形的元件，於此並未加以限定。本實施例係以導熱板21與散熱鰭片組為一體成形為例說明。

本發明之散熱裝置20係以熱輻射機制為基礎所設計，因此導熱板21以及散熱鰭片組22之材質可以為具有熱轉輻射的材料，例如多孔氧化鋁。另外，亦可在導熱板21以及散熱鰭片組22的外表面塗佈或覆蓋一層熱轉輻射層，其材質例如為液態陶瓷(liquid ceramic)或石墨烯。其中，熱轉輻射層可以塗佈或包覆整個導熱板21以及散熱鰭片組22的外表面，也可以選擇性地僅塗佈或包覆於特定部分的外表面(例如塗佈在文後將會敘述的部分的弧片表面)。

接著，請繼續參照第2圖，導熱板21具有相對設置之一第一面211及一第二面212，其中，散熱鰭片組22係設置於導熱板21之第一面211，而導熱板21之第二面212則可接觸於一發熱源(圖未顯示)，例如處理器或功率晶片。

散熱鰭片組22具有一第一散熱片221、一第二散熱片222、一第三散熱片223、一第四散熱片224以及一第五散熱片225。相鄰之各散熱片具有一第一波峰、一第二波峰以及一波谷，其中的波谷係位於第一波峰及第二波峰之間。接著，請參照第3A圖及第3B圖所示，本實施例係以第二散熱片222以及第三散熱片223為例而進一步說明散熱片，其中第3A圖與第3B圖係第2圖中延AA線之剖面圖。

如第3A圖所示，於第二散熱片222之頂端具有第一波峰201，於第三散熱片223之頂端具有第二波峰202，而於第一波峰201及第二波峰202之間則具有波谷203。另外，第二散熱片222之二側面皆具有複數個弧片表面，本實施例係針對其中一側說明。第二散熱片222在靠近第三散熱片223方向之一側面，由上而下依序具有一第一弧片表面CS01、一第二弧片表面CS02、一第三弧片表面CS03以及一第四弧片表面CS04，其係位於第一波峰201與波谷203之間。另外，在第一弧片表面CS01與第二弧片表面CS02之間還具有一第一連接表面S1，在第二弧片表面CS02與第三弧片表面CS03之間還具有一第二連接表面S2，而在第三弧片表面CS03與第四弧片表面CS04之間還具有一第三連接表面S3。各連接表面可分別呈平板狀、曲面狀或波浪狀，於此並未加以限制。

各弧片表面係分別為一圓形之一部分，在本實施例中，第一弧片表面CS01、第二弧片表面CS02、第三弧片表面CS03以及第四弧片表面CS04所對應的圓形，其係以第一圓心C01為圓心所形成之圓形。另一方面，第一弧片表面CS01、第二弧片表面CS02、第三弧片表面CS03以及第四弧片表面CS04所對應的圓形，其半徑係相異的。進一步說明，第一弧片表面CS01所對應之圓形具有第一半徑R1、第二弧片表面CS02所對應之圓形具有第二半徑R2、第三弧片表面CS03所對應之圓形具有第三半徑R3以及第四弧片表面CS04所對應之圓形具有第四半徑R4。

據此結構，第一圓心C01係位於第一波峰201與第二波峰202之間，因此與第一弧片表面CS01之所有切線垂直的延伸線皆會通過第一圓心C01，而不會接觸到第二散熱片222或第三散熱片223。據此，當主要的熱輻射由第一弧片表面CS01以紅外線或遠紅外線形式向外輻射時，可以直接傳遞至空氣中，而不會被散熱片阻擋或再次吸收，而可增加散熱效果。另外，上述的特性同樣存在於第二散熱片222之其他弧片表面上，換言之，與第二弧片表面CS02之所有切線垂直的延伸線、與第三弧片表面CS03之所有切線垂直的延伸線以及與第四弧片表面CS04之所有切線垂直的延伸線亦皆會通過第一圓心C01，而不會接觸到第二散熱片222或第三散熱片223。

接著如第3B圖所示，第三散熱片223之二側面皆具有複數個弧片表面，本實施例係針對其中一側說明。第三散熱片223 在靠近第二散熱片222方向之一側面，由上而下依序具有一第五弧片表面CS05、一第六弧片表面CS06、一第七弧片表面CS07以及一第八弧片表面CS08，其係位於第二波峰202與波谷203之間。

各弧片表面亦分別為一圓形之一部分，在本實施例中，第五弧片表面CS05、第六弧片表面CS06、第七弧片表面CS07以及第八弧片表面CS08所對應的圓形，其係以第二圓心C02為圓心所形成之圓形。另一方面，第五弧片表面CS05、第六弧片表面CS06、第七弧片表面CS07以及第八弧片表面CS08所對應的圓形，其半徑係相異的。進一步說明，第五弧片表面CS05所對應之圓形具有第五半徑R5、第六弧片表面CS06所對應之圓形具有第六半徑R6、第七弧片表面CS07所對應之圓形具有第七半徑R7以及第八弧片表面CS08所對應之圓形具有第八半徑R8。

據此結構，第二圓心C02係位於第一波峰201與第二波峰202之間，因此與第五弧片表面CS05之所有切線垂直的延伸線皆會通過第二圓心C02，而不會接觸到第二散熱片222或第三散熱片223。據此，當主要的熱輻射由第五弧片表面CS05以紅外線或遠紅外線形式向外輻射時，可以直接傳遞至空氣中，而不會被散熱片阻擋或再次吸收，而可增加散熱效果。另外，上述的特性同樣存在於第三散熱片223之其他弧片表面上，換言之，與第六弧片表面CS06之所有切線垂直的延伸線、與第七弧片表面CS07之所有切線垂直的延伸線以及與第八弧片表面CS08之所有切線垂直的延伸線亦會通過第二圓心C02，而不會接觸到第二散熱片222或第三散熱片223。

另外值得一提的是，第二散熱片222與第三散熱片223的各連接表面，其型態以及設置方式也以不干涉與該些弧片表面之切線垂直的延伸線為原則，以令各弧片表面所產生的熱輻射能夠有效的散逸。

接著，請參照第4圖所示，本發明第二較佳實施例之一種散熱裝置30包括一導熱板31及一散熱鰭片組32。其中，導熱板31與第一實施例之導熱板21係具有相同的構造及功效，於此不再加以贅述。

散熱鰭片組32具有一第一散熱片321、一第二散熱片322、一第三散熱片323、一第四散熱片324及一第五散熱片325。各散熱片與第一實施例所述之散熱片大致上皆相同，其中差異之處在於，本實施例之散熱片之頂端還具有一輔助散熱元件，即第一散熱片321之頂端具有一第一輔助散熱元件3211、第二散熱片322之頂端具有一第二輔助散熱元件3221、第三散熱片323之頂端具有一第三輔助散熱元件3231、第四散熱片324之頂端具有一第四輔助散熱元件3241以及第五散熱片325之頂端具有一第五輔助散熱元件3251。於本實施例中，輔助散熱元件、散熱片及導熱板係為一體成形。

為便於後續說明，於此針對第二散熱片322、第三散熱片323以及第四散熱片324加以說明。於第二散熱片322之頂端具有第一波峰301，於第三散熱片323之頂端具有第二波峰302，於第四散熱片324之頂端具有第三波峰303，而於第一波峰301及第二波峰302之間則具有第一波谷304，於第二波峰302與第三波峰303之間則具有第二波谷305。

另外，第二散熱片322具有一第一弧片表面CS11、一第二弧片表面CS12、一第三弧片表面CS13以及一第四弧片表面CS14。第四散熱片324具有一第五弧片表面CS15、一第六弧片表面CS16、一第七弧片表面CS17以及一第八弧片表面CS18。

另外，於第二散熱片322與第三散熱片323之間具有一第一圓心C11以及一第二圓心C12，而於第三散熱片323與第四散熱片324之間具有一第三圓心C13以及一第四圓心C14。其中，第一圓心C11係為第二散熱片322之各弧片表面對應之圓形的圓心，第二圓心C12及第三圓心C13係分別為第三散熱片323之各弧片表面對應之圓形的圓心，第四圓心C14則係為第四散熱片324之各弧片表面對應之圓形的圓心。

以下將針對輔助散熱元件的設置限制進行說明。以第三輔助散熱元件3231為例，第三輔助散熱元件3231係設置於第三散熱片323的頂端，並位於一設置區域P1中。設置區域P1係由一第一線段L1、一第二線段L2、一第三線段L3、一第四線段L4、一第五線段L5以及一第六線段L6所構成。

第一線段L1係由第四弧片表面CS14與第一波谷304之交點與第一圓心C11所構成之連線。第二線段L2係由第一弧片表面CS11之最頂端與第一圓心C11所構成之連線。第三線段L3係由第三散熱片323之一第九弧片表面CS19之最頂端與第二圓心C12所構成之連線。第四線段L4係由第八弧片表面CS18與第二波谷305之交點與第四圓心C14所構成之連線。第五線段L5係由第五弧片表面CS15之最頂端與第四圓心C14所構成之連線。第六線段L6係由第三散熱片323之一第十弧片表面CS20之最頂端與第三圓心C13所構成之連線。

承上所述，與各弧片表面之切線垂直的延伸線係不接觸位於散熱片頂端的輔助散熱元件，換言之，各弧片表面所產生的主要熱輻射不會被輔助散熱元件所阻擋。因此，只要輔助散熱元件位於設置位置P1中，其外觀可以為任何形狀，例如由側面觀察之係為球形、三邊形、四邊形或六邊形等，於此並未加以限制。

接著，請再參照第5圖所示，本發明第三實施例之一種散熱裝置40包括一導熱板41及一散熱鰭片組42。其中散熱鰭片組42具有一第一散熱片421、一第二散熱片422、一第三散熱片423以及一第四散熱片424。與上述實施例相同，各散熱片具有複數個弧片表面，且由各弧片表面所產生的主要熱輻射皆能夠由相鄰的散熱片之間直接射出。

本實施例與上述實施例之差異在於，同一散熱片之不同的弧片表面可具有不同的圓心。以第一散熱片421為例，其具有一第一弧片表面CS21、一第二弧片表面CS22、一第三弧片表面CS23以及一第四弧片表面CS24。其中，第一弧片表面CS21與第二弧片表面CS22所對應的圓形係以第一圓心C21為圓心，而第三弧片表面CS23與第四弧片表面CS24所對應的圓形係以第二圓心C22為圓心。

據此，與第一弧片表面及第二弧片表面CS22之所有切線垂直的延伸線皆會通過第一圓心C21，而與第三弧片表面及第四弧片表面之所有切線垂直的延伸線皆會通過第二圓心C22，因此，由各弧片表面所產生的主要熱輻射不會被鄰近的散熱片阻擋或再次吸收。

再者，上述實施例所述之波峰由側面觀察之可為平面(如第2圖所示)、曲面(如第4圖所示)或是尖點(如第5圖所示)。另外，波谷亦可如波峰而選自於平面、曲面或尖點之組合，於此並未加以限制。

綜上所述，本發明之一種散熱裝置係利用在散熱片的波峰及波谷之間設置複數個弧片表面，以形成如樹狀的散熱鰭片組。由弧片表面的側面觀察之，其係為弧形，亦即圓形的一部分，並且將其圓心設置於相鄰的散熱片之間。由於以輻射形式(例如紅外線或遠紅外線等)離開弧片表面的電磁波，其主要的輻射方向是垂直於任一點的切線，藉此，弧片表面所產生的主要熱輻射皆能夠由相鄰的散熱片之間直接射出，而不會被散熱片所阻擋或吸收，因此能夠大幅度地增加散熱效果。另外，本發明所提供的散熱裝置除了應用於熱的散逸領域之外，還可應用於其他諸如廢熱回收、熱能傳導應用或加熱器等與熱學相關的應用領域。

本發明符合發明專利之要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士，爰依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包括於以下之申請專利範圍內。

201‧‧‧第一波峰

202‧‧‧第二波峰

203‧‧‧波谷

222‧‧‧第二散熱片

223‧‧‧第三散熱片

C01‧‧‧第一圓心

C02‧‧‧第二圓心

CS01‧‧‧第一弧片表面

CS02‧‧‧第二弧片表面

CS03‧‧‧第三弧片表面

CS04‧‧‧第四弧片表