TW202202797A

TW202202797A - 散熱性能得到提升的複合針翅散熱片

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Publication number: TW202202797A
Application number: TW109135683A
Authority: TW
Inventors: 鄭智煥; 丹尼詩安薩里
Original assignee: 釜山大學校產學協力團
Priority date: 2020-07-01
Filing date: 2020-10-15
Publication date: 2022-01-16
Also published as: US20220007542A1; US11252842B2; TWI786445B; KR102334405B1

Abstract

一種散熱性能得到提升的複合針翅散熱片。散熱片對包括背景區域及溫度高於背景區域的熱點區域的發熱元件進行散熱。散熱片包括具有與所述發熱元件接觸的第一面的底盤及從底盤的第二面凸出並且以規則的間隔佈置的針翅部的陣列。在散熱片中，包括底盤的第一部分和第一組針翅部的第1散熱區域被定位成與發熱元件的熱點區域對應，包括底盤的第二部分和第二組針翅部的第2散熱區域被定位成與發熱元件的背景區域對應。第1散熱區域係利用導熱率高於第2散熱區域的材料製成。

Description

散熱性能得到提升的複合針翅散熱片

本發明係有關於一種散熱性能得到提升的複合針翅散熱片。更特別地，本發明係有關於一種可以有效地對發熱元件進行散熱並減少在發熱時在發熱元件中產生的溫度梯度的複合針翅散熱片。

最初由英特爾公司於1971年開發出來的中央處理單元（Central Processing Unit，CPU）包含2300個電晶體。從那之後，技術發展不斷繼續，因此，最近的高性能中央處理單元可以包含高達54億個電晶體。

中央處理單元中所包含的電晶體數量的這種顯著增加在正面方面帶來了中央處理單元的性能的大幅提升，但與此同時在負面方面也帶來了熱量產生的顯著增加。增加的熱量可能對中央處理單元造成重大的損害，誘發中央處理單元的故障及破損。

通常，在中央處理單元中，在執行演算和邏輯操作的熱點區域（所謂的“核心”）與剩餘區域（被稱為“背景區域”）之間將產生溫度梯度。這種溫度梯度會加重與熱有關的問題，從而加劇了中央處理單元的故障或破損。

因為這個原因，現有的中央處理單元配備有散熱裝置。散熱裝置的代表性示例係包括冷卻風扇及散熱片的冷卻器。散熱片由高導熱率的材料製成，用於對中央處理單元的熱量進行吸收並將熱量釋放到空氣。

常規的散熱片可以在一定程度上解決中央處理單元的與熱有關的問題。然而，由於常規的散熱片的設計考慮了在散熱片的整個區域內均勻分佈的熱設計功耗（TDP），因此常規的散熱片對中央處理單元的整個區域進行均勻冷卻。因此，通過常規的散熱片不能解決溫度梯度的問題。因此，需要一種既可以對例如中央處理單元的具有溫度梯度的發熱元件進行有效散熱，還可以有效減少發熱元件的溫度梯度的散熱片。

相關技術的示例係大韓民國公開專利公報2002-0069806號，2002年09月05日公開。

鑒於相關技術中出現的問題而作出本發明，本發明之目的為提供一種散熱性能得到提升的複合針翅散熱片，散熱片可以對例如中央處理單元（CPU）的具有溫度梯度的發熱元件有效地進行散熱並且有效地消除發熱元件的溫度梯度。

本發明之目的並不限定於在上述內容中提及之目的，未被提及的其他目的將可以通過下述記載清楚地理解。

為了達成本發明之目的，根據本發明之一方面，提供一種散熱性能得到提升的複合針翅散熱片，散熱片可以對包括較低溫度的背景區域及溫度高於背景區域的熱點區域的發熱元件進行散熱，散熱片包括：具有與發熱元件接觸的第一面的底盤；及從底盤的第二面凸出並且以規則的間隔佈置的多個針翅部，其中，底盤和多個針翅部被分成定位在發熱元件的熱點區域上方的第1散熱區域和定位在發熱元件的背景區域上方的第2散熱區域，第1散熱區域係利用比第2散熱區域的材料更導熱的材料製成。

如上所述構成的複合針翅散熱片，因為定位在發熱元件的熱點區域上方的第1散熱區域係利用比定位在發熱元件的背景區域上方的第2散熱區域的材料更導熱的材料製成，所以散熱片可以對具有溫度梯度的發熱元件進行冷卻同時使發熱元件的溫度梯度最小化。

本發明的優點和特徵及其達成方法，將通過參考結合附圖後續詳細說明的實施例得到理解。但本發明並不限定於在下述內容中公開的實施例，而是可以以多種不同的形態實現，本實施例只是為了使本發明的公開內容完整，並向具有本發明所屬技術領域之一般知識的人員更加完整地介紹本發明的範疇。在本說明書中所使用的術語只是用於對特定實施例進行說明的目的，並不是為了對本發明的範圍做出限定。在本說明書中，除非另有明確的說明，否則單數型語句還包含複數型含義。

根據本發明的一個實施例，散熱性能得到提升的複合針翅散熱片10係用於對包括背景區域及溫度高於背景區域的熱點區域的發熱元件進行散熱的裝置。發熱元件可以為中央處理單元（Central Processing Unit，CPU）。但發熱元件並不限定於中央處理單元。

在本說明書中，發熱元件的熱點區域指例如中央處理單元的核心的熱通量高於剩餘區域的區域，而背景區域指發熱元件的剩餘區域。

在中央處理單元中，熱點區域對應於中央處理單元的核心，背景區域對應於除核心之外的剩餘區域，熱點區域的熱通量可以高達背景區域的熱通量的8倍。熱通量的這種差異導致在發熱元件中形成溫度梯度。

重要的是，不僅要將中央處理單元冷卻至特定溫度以下，而且要使中央處理單元的溫度在中央處理單元的整個區域是均勻的。

本申請的發明人通過對用於降低諸如中央處理單元的發熱元件的溫度梯度以及用於對發熱元件進行散熱的技術的不斷研究和為此的許多實驗，完成了本發明。

接下來，將參見附圖對根據本發明示例性實施例的散熱性能得到提升的複合針翅散熱片10進行說明。

根據本發明的一個實施例，複合針翅散熱片10包括底盤11及針翅部12的陣列。

底盤11可以是具有預定厚度的板，底盤11的一面（下文稱為第一面）與發熱元件接觸從而接收由發熱元件產生的熱量。

為了有效地對來自發熱元件的熱量進行去除，針翅部12的陣列形成為從底盤11的另一面（下文稱為第二面）垂直凸出，其中，針翅部12以規則的間隔佈置。針翅部12為從底盤11有效地接收熱量並且將該熱量傳遞到冷媒的元件。

諸如空氣或冷卻水的冷媒流過在每一個針翅部12之間限定的通道。複合針翅散熱片10可以通過針翅部12與流過在每一個針翅部12之間限定的通道的冷媒之間的熱交換而對發熱元件進行散熱。

為了使與冷媒接觸的表面面積最大化從而使散熱效率最大化，每一個針翅部12較佳地具有圓柱體形狀。此外，每一個針翅部12也可以具有多邊形棱柱形狀。即，不特別限定針翅部12的形狀。

為了增加與冷媒接觸的表面面積，每一個針翅部12的縱橫比（高度與直徑的比例）較佳地為5.5至7，更較佳地為5.8至7。

當針翅部12的縱橫比不足5.5時，散熱片10的與冷媒接觸的表面面積相當低。因此，在這種情況下，因為冷媒與散熱片之間的接觸表面面積較小，所以散熱效率下降。相反地，當縱橫比超過7時，因為針翅部12的高度過高，在將散熱片10安裝在目標結構上時產生許多問題，並且針翅部12的機械強度下降。

為了有效地對發熱元件進行散熱，較佳地，針翅部12中的每一個的直徑與彼此相鄰的兩個針翅部12之間的間隔的比例為0.45至0.55。

其中，一個針翅部12與相鄰的針翅部12之間的間隔係限定為針翅部12的中心到中心的距離。

當因為針翅部12之間的間隔過大而導致每個針翅部12的直徑與彼此相鄰的兩個針翅部12之間的間隔的比例不足0.45時，設置在底盤11上的針翅部12的數量過少而不能獲得高的散熱效率。

當因為針翅部12的直徑過小而導致針翅部12的直徑與針翅部12之間的間隔的比例不足0.45時，針翅部12的機械強度不足。

當因為針翅部12之間的間隔過小而導致針翅部12的直徑與針翅部12之間的間隔的比例超過0.55時，冷媒難以流過針翅部12之間限定的通道。

當因為針翅部12的直徑過大而導致針翅部12的直徑與彼此相鄰的針翅部12之間的間隔的比例超過0.55時，設置在底盤11上的針翅部12的數量少而造成針翅部12的總面積減小。在這種情況下，難以獲得足夠的散熱效率。

針翅部12的高度與底盤11的厚度的比例較佳地為3.5至4.5。

當針翅部12的高度與底盤11的厚度的比例不足3.5時，因為針翅部12的高度小於底盤11的厚度，所以針翅部12與冷媒接觸的表面面積小。因此，複合針翅散熱片10的散熱效率不足。相反地，當比例超過4.5時，因為底盤11過薄而不具有支撐板所需的足夠的強度而導致底盤11難以穩定地支撐針翅部12。

當複合針翅散熱片10被安裝在具有熱點區域及背景區域的發熱元件中時，底盤11和針翅部12的陣列可以假想地分成第1散熱區域A和第2散熱區域B，第1散熱區域A包括底盤11的一部分和針翅部12的一部分，第2散熱區域B包括底盤11的剩餘部分和針翅部12的剩餘部分。第1散熱區域A定位在發熱元件的熱點區域上方，第2散熱區域B定位在發熱元件的背景區域上方。第1散熱區域中的底盤11及針翅部12利用導熱率高於第2散熱區域中的底盤11及針翅部12的導熱率的材料製成。

當第1散熱區域A利用導熱率高於第2散熱區域B的導熱率的材料製成時，因為在發熱元件的熱點區域處的散熱效率高於在背景區域的散熱效率，所以熱點區域與背景區域相比可以得到更多冷卻。因此，熱點區域與背景區域之間的溫度差減少。即，可以有效地減少發熱元件的溫度梯度。

較佳地，第1散熱區域A可以利用導熱率比第2散熱區域B的材料高30%至80%的材料製成。例如，第2散熱區域B利用鋁製成，而第1散熱區域A利用選自金、銀及銅中的一種或多種材料製成，金、銀及銅的導熱率均高於鋁。

當第1散熱區域A的材料的導熱率比第2散熱區域B的材料的導熱率高30%至80%時，在將複合針翅散熱片10應用於在運行時具有溫度梯度的中央處理單元的情況下，可以有效地減少溫度梯度。

更佳地，第1散熱區域A利用銅製成，而第2散熱區域B利用導熱率低於銅的鋁製成。

具有相同形狀的多個針翅部12規則佈置，冷媒在整個複合針翅散熱片10上以均勻的速度流過多個針翅部12之間限定的通道，從而均勻地對發熱元件進行冷卻。因此，可以有效地減少發熱元件的溫度梯度而不會有冷卻效率的變化，冷卻效率的變化通常因為複合針翅散熱片10的幾何形狀而造成。

接下來，將通過具體的實施例對本發明進行更為詳細的說明。下述實施例只是說明性的、用於幫助理解本發明，不意圖限定本發明的範圍。

＜發熱元件的準備＞

準備了包括背景區域及熱通量高於背景區域的熱點區域的單核中央處理單元（CPU）。中央處理單元具有50mm長和寬的正方形形狀，熱點區域定位在中央處理單元的中心並且具有15mm長和寬的正方形形狀。

＜複合針翅散熱片的製造＞

（實施例的製造）

準備包括底盤11及針翅部12的陣列的複合針翅散熱片10。底盤11的第一面與在發熱元件準備步驟中準備的發熱元件接觸。底盤11的第二面設置有以規則的間隔佈置的針翅部12的陣列。

然而，所準備的底盤具有每一側均為50mm長的正方形形狀，以對應於所準備的發熱元件。複合針翅散熱片10包括與發熱元件的熱點區域對應的第1散熱區域A及與發熱元件的背景區域對應的第2散熱區域B。散熱片10的第1散熱區域A係由銅製成，而散熱片10的第2散熱區域B則係由鋁製成。

製造出的複合針翅散熱片10的尺寸如下述表1所示。【表1】

複合針翅散熱片（單位：mm）
整個區域	熱點區域	針翅部區域
L_sink	W_sink	H_sink	W_base	L_hotspot	W_hotspot	H_pin	D_pin	P_L	P_T
50	50	10	2	15	15	8	1.25	2.5	2.5

參見表1及圖1至圖3，L_sink 為複合針翅散熱片10的長度，W_sink 為複合針翅散熱片10的寬度，H_sink 為複合針翅散熱片10的高度，W_base 為底盤11的厚度。又，L_hospot 及W_hotspot 分別為與發熱元件的熱點區域對應的第1散熱區域A的長度及寬度。

圖1至圖3中所圖示的坐標係的X、Y、Z分別代表X軸、Y軸及Z軸。

H_pin 及D_pin 分別為針翅部12中的一個針翅部的高度及直徑，P_L 及P_T 為相鄰的針翅部12之間的距離。更具體來講，參見圖2，P_L 為在X軸軸向上針翅部12之間的中心到中心的距離，P_T 為在Z軸軸向上針翅部12之間的中心到中心的距離。

（比較例的製造）

按照與上述實施例相同的方法準備非複合針翅散熱片，但是在該比較例中，第1散熱區域A及第2散熱區域B都係利用鋁製成。

＜試驗例＞

在試驗例中，為了對根據實施例的複合針翅散熱片及根據比較例的非複合針翅的散熱性能進行比較而執行了使用商業CFD軟體的計算分析（Computational Analysis，CA）。

在之前通過實際製造出的複合針翅散熱片執行對散熱性能的分析試驗。但最近通過具有與實際結構相同的形狀的假想的3D建模結構執行這種試驗。當將與實際結構的外部邊界條件相同的外部邊界條件應用到3D建模結構時，在3D建模結構上進行的試驗的結果與在實際結構上進行的試驗的結果幾乎相同。

又，因為計算分析具有容易改變模型形狀和分析條件的優勢，所以還可以容易地對難以試驗的複雜結構進行試驗。因為這個原因，計算分析為產品開發必要的而非選擇性的。

在試驗中，將根據示例性實施例的複合針翅散熱片10及根據比較例的非複合針翅散熱片的每一個的底盤11的一面（在下文中為了便於說明稱為第一面）定位成與準備的發熱元件接觸。具體地，複合針翅散熱片10的每一個的第1散熱區域A及第2散熱區域B被定位成分別與發熱元件的熱點區域及背景區域對應。

在執行根據示例性實施例的複合針翅散熱片10及根據比較例的非複合針翅散熱片的計算分析中，對每個散熱片10的整個區域進行了試驗。又，使用了商業計算流體動力學（Computer Fluid Dynamics，CFD）軟體包ANSYS CFX 18.2計算雷諾平均納維-斯托克斯（Reynold-Averaged Navier-Stokes）方程。

（試驗例1）

1.試驗方法

試驗例1係用於通過觀察在冷媒流過針翅部12之間的通道時發熱元件的冷卻行為而對示例性實施例及比較例的散熱性能進行比較的試驗。

在該試驗例中，為了觀察冷卻行為隨著冷媒的雷諾數的變化而變化，在試驗期間，將熱點區域及背景區域的熱通量分別固定為600kW/m² 及200kW/m² ，並將冷媒的雷諾數按照108、216、324、432、541、649、757及865的順序改變。

複合針翅散熱片10及冷媒的初始溫度都被設定為300K。又，假定冷媒的流動為穩恆狀態（steady state）流動且以層流方式，而重力對冷媒造成的影響及通過熱輻射方式向大氣中的熱傳遞被忽略。冷媒為水，且假定為不可壓縮的（incompressible）。

為了以所獲取到的數據為基礎對示例性實施例及比較例的散熱性能進行比較，對每個雷諾數時的熱阻、平均絕對溫度偏差（MATD，Mean Absolute Temperature Deviation）及泵送功率（Ptot，Pumping Power）進行了計算。結果如圖4A至圖4C所示。每個值係按照如下所述的公式進行計算。（ 1 ）熱阻（ R _th,tot ）

其中，T_max,base 為在發熱元件發熱時在底盤11的第一面上測定到的最高溫度，而T_f,in 為當冷媒被供應到散熱片10時的冷媒的初始溫度。

Q_tot 為從發熱元件傳遞至散熱片10的總熱量。Q_tot 係通過下述公式進行計算。

其中，q_hs 及q_bg 分別為應用於發熱元件的熱點區域及背景區域的熱通量。A_hs 及A_bg 分別為與發熱元件的熱點區域對應的第1散熱區域A的面積及與發熱元件的背景區域對應的第2散熱區域B的面積。（2）MATD（δT,base）

其中，T_max,base 及T_min,base 分別為在底盤11的與發熱元件直接接觸的第一面處測定到的最高溫度及最低溫度，T_avg,base 為底盤11的第一面的平均溫度。（3）泵送功率（Ptot）

其中，u_avg 為在根據示例性實施例的複合針翅散熱片10及根據比較例的非複合針翅散熱片的每一個的入口處的平均冷媒速度，A_inlet 為根據示例性實施例的複合針翅散熱片10及根據比較例的非複合針翅散熱片的每一個的入口C的截面積，△p_tot 為在冷媒從根據示例性實施例的複合針翅散熱片10及根據比較例的非複合針翅散熱片的每一個的入口C流到出口D時發生的總壓力損失。

2.試驗結果

在圖4A至圖4C及表2中，給出了基於冷媒的雷諾數變化而變化的根據示例性實施例及根據比較例的每個散熱片的熱阻R_th,tot 、MATDδ_T,base 及冷媒的泵送功率P_tot 。其中，CP（複合針翅）和NCP（非複合針翅）分別對應於示例性實施例和比較例，圖表的柱體上標注的數值中的每一個代表與NCP的數值相比的CP的數值的減少百分比。

【表2】

	冷媒的雷諾數
108	216	324	432	541	649	757	865
熱阻（R_th,tot ，KW）	比較例（NCP）	0.096	0.078	0.070	0.064	0.059	0.056	0.054	0.052
實施例（CP）	0.085	0.067	0.059	0.053	0.049	0.046	0.044	0.042
MATD（δ_T,base ，K）	比較例（NCP）	17.3	14.5	12.9	11.8	11.1	10.5	10.0	9.6
實施例（CP）	14.0	11.2	9.8	8.7	8.0	7.5	7.1	6.7
泵送功率（P_tot ，mW）	比較例（NCP）	0.12	0.65	1.78	3.72	6.66	10.80	16.41	23.65
實施例（CP）	0.12	0.65	1.78	3.72	6.66	10.80	16.41	23.65

當雷諾數分別為108、216、324、432、541、649、757及865時，CP的熱阻與NCP的熱阻相比分別降低了11.5%、14.1%、15.6%、16.7%、17.4%、18.1%、18.6%及19.0%。這表示在所有的雷諾數時，實施例的熱性能高於比較例的熱性能。換句話說，這表示實施例的散熱性能與比較例相比更加優秀。

又，當雷諾數分別為108、216、324、432、541、649、757及865時，CP的MATD與NCP的MATD相比分別降低了18.7%、22.3%、24.6%、26.3%、27.6%、28.6%、29.5%及30.2%。這表示在所有的雷諾數時，根據實施例的散熱片與根據比較例的散熱片相比更加均勻地對發熱元件進行冷卻，也表示在使用根據實施例的散熱片時減少了發熱元件的溫度梯度。

參見圖4C，泵送冷媒所需的泵送功率在實施例及比較例之間沒有差異。這表示根據實施例的散熱片及根據比較例的散熱片在幾何學上彼此相同。

（試驗例2）

1.試驗方法

在試驗例2中，為了對根據實施例的散熱片及根據比較例的散熱片的散熱性能進行比較，將雷諾數固定為865，並將發熱元件的背景區域的熱通量固定為200kW/m² ，將熱點區域的熱通量按照600kW/m² 、800kW/m² 、1000kW/m² 、1200kW/m² 、1400kW/m² 及1600kW/m² 的順序變化。其他條件則是與試驗例1相同地設定。

為了以所獲取到的數據為基礎對實施例及比較例的散熱性能進行比較，對在發熱元件的熱點區域的熱通量變化時的熱阻、平均絕對溫度偏差（MATD，Mean Absolute Temperature Deviation）及冷媒的泵送功率進行了計算，其結果如圖5A至圖5C所示。使用與試驗例1中相同的公式計算每個值。

圖6A至圖6F係示出發熱元件冷卻行為的溫度等高線。

2.試驗結果

在圖5A至圖5C及表3中，給出了根據發熱元件的熱點區域的熱通量變化的根據實施例及比較例的每個散熱片的熱阻R_th,tot 、MATD δ_T,base 及冷媒的泵送功率P_tot 。其中，CP（複合針翅）對應於實施例，而NCP（非複合針翅）對應於比較例，圖表的柱體上標注的數值中的每一個代表與NCP的數值相比的CP的數值的減少百分比。又，圖表中的X軸代表熱點區域的熱通量。

【表3】

	發熱元件熱點區域熱通量（q_hs ，kW/m² ）
600	800	1000	1200	1400	1600
熱阻（R_th,tot ，KW）	比較例（NCP）	0.052	0.061	0.069	0.076	0.081	0.087
實施例（CP）	0.042	0.049	0.055	0.060	0.064	0.068
MATD（δ_T,base ，K）	比較例（NCP）	9.6	13.6	17.6	21.6	25.6	29.5
實施例（CP）	6.7	9.8	12.3	15.8	18.8	21.8
泵送功率（P_tot ，mW）	比較例（NCP）	23.64	23.63	23.62	23.62	23.61	23.60
實施例（CP）	23.65	23.64	23.63	23.62	23.61	23.60

參見表3及圖5A，當熱點熱通量按照600 kW/m² 、800 kW/m² 、1000 kW/m² 、1200 kW/m² 、1400 kW/m² 及1600kW/m² 的順序變化時，CP的熱阻與NCP的熱阻相比分別降低了19.0%、20.1%、20.8%、21.2%、21.6%及21.8%。這表示在任何熱通量時，實施例的熱性能與比較例相比較高，實施例的散熱性能與比較例相比更加優秀。

又，參見表3及圖5B，CP的MATD δ_T,base 在熱點熱通量為600kW/m² 、800kW/m² 、1000kW/m² 、1200kW/m² 、1400kW/m² 及1600kW/m² 時相對於NCP的MATD δ_T,base 分別降低了30.2%、28.5%、27.5%、26.9%、26.4%及26.1%。這表示在所有的熱點熱通量時，根據實施例的散熱片與根據比較例的散熱片相比可以更加均勻地對發熱元件進行散熱並借此更有效地減少發熱元件的溫度梯度。

參見表3及圖5C，冷媒的泵送功率在實施例及比較例之間幾乎沒有差異。這意味著根據實施例及根據比較例的散熱片的設計在幾何學上彼此相同。

圖6A至圖6F係基於發熱元件的熱點區域的熱通量變化對發熱元件冷卻行為進行圖示的溫度等高線。其中，CP及NCP分別表示根據實施例的複合針翅散熱片10及根據比較例的非複合針翅散熱片，溫度係發熱元件的熱點區域的最高溫度，而q_hs 表示發熱元件的熱點區域的熱通量。

參見圖6A至圖6F，可以觀察到對於每一熱通量，應用實施例的發熱元件的熱點區域的最高溫度較低。這意味著，根據實施例的散熱片與根據比較例的散熱片相比可以更加有效地對發熱元件的熱點區域進行冷卻，因此，實施例與比較例相比可以更加有效地減少發熱元件的溫度梯度。

具有本發明所屬技術領域之一般知識的人員應可以容易理解，上面描述的本發明可以在不對其技術細節或必要特徵進行變更的情況下以其他具體的形態實施。因此，應理解，在上述內容中記述的實施例在所有方面僅為示例性的而非限定。本發明的範圍通過所附的權利要求書而非上述詳細的說明表示，從權利要求書的意思和範圍及其均等概念匯出的所有變更或變形形態均應包含在本發明的範圍之內。

10:複合針翅散熱片 11:底盤 12:針翅部

圖1係根據本發明的一個實施例的散熱性能得到提升的複合針翅散熱片的立體圖。圖2係根據本發明實施例的複合針翅散熱片中的針翅部的第1散熱區域的立體圖。圖3係圖示了根據本發明實施例的複合針翅散熱片的幾個針翅部的水準截面圖。圖4A至圖4C係示出了示例性實施例及比較例（非複合針翅散熱片（NCP））的根據冷媒的雷諾數變化的散熱特性的圖表。圖5A至圖5C係示出了示例性實施例及比較例的根據發熱元件熱點區域的熱通量變化的散熱特性的圖表。圖6A至圖6F係示出了示例性實施例及比較例的根據發熱元件熱點區域的熱通量變化的冷卻行為的照片。

10:複合針翅散熱片

11:底盤

12:針翅部

Claims

一種散熱性能得到提升的複合針翅散熱片，所述散熱片對包括背景區域及溫度高於所述背景區域的熱點區域的發熱元件進行散熱，所述散熱片包括：底盤，所述底盤具有與所述發熱元件接觸的第一面；及針翅部的陣列，所述針翅部從所述底盤的第二面凸出並且以規則的間隔佈置；其中，當所述底盤和所述針翅部的陣列被分成定位在所述發熱元件的所述熱點區域上方的第1散熱區域和定位在所述發熱元件的所述背景區域上方的第2散熱區域時，所述第1散熱區域係利用導熱率高於所述第2散熱區域的導熱率的材料製成。
如請求項1所述之散熱片，其中所述第1散熱區域係利用導熱率與所述第2散熱區域的導熱率相比高30%至80%的材料製成。
如請求項1所述之散熱片，其中所述第1散熱區域係利用銅製成，而所述第2散熱區域係利用鋁製成。
如請求項1所述之散熱片，其中在利用雷諾數為108至865的水作為冷媒對包括熱通量為200kW/m² 的所述背景區域及熱通量為600kW/m² 的所述熱點區域的所述發熱元件進行散熱時，根據下述公式計算的熱阻R_th,tot 值為0.042至0.085，（公式）
其中，T_max,base 為在所述發熱元件發熱時在所述底盤的第一面處測定到的最高溫度，T_f,in 為當所述冷媒被供應到所述散熱片時的所述冷媒的初始溫度，而Q_tot 為從所述發熱元件傳遞至所述散熱片的總熱量。
如請求項1所述之散熱片，其中在利用雷諾數為108至865的水作為冷媒對包括熱通量為200kW/m² 的所述背景區域及熱通量為600kW/m² 的所述熱點區域的所述發熱元件進行散熱時，根據下述公式計算的平均絕對溫度偏差δ_T,base 值為6.7K至14.0K，（公式）
其中，T_max,base 及T_min,base 分別為在所述發熱元件發熱時在所述底盤的第一面處測定到的最高溫度及最低溫度，T_avg,base 為在所述發熱元件發熱時在所述底盤的第一面處測定到的平均溫度。
如請求項1所述之散熱片，其中在利用雷諾數為865的水作為冷媒對包括熱通量為200kW/m² 的所述背景區域及熱通量為600kW/m² 至1600kW/m² 的所述熱點區域的所述發熱元件進行散熱時，根據下述公式計算的熱阻R_th,tot 值為0.042至0.085，（公式）
其中，T_max,base 為在所述發熱元件發熱時在所述底盤的第一面處測定到的最高溫度，T_f,in 為當所述冷媒被供應到所述散熱片時的所述冷媒的溫度，而Q_tot 為從所述發熱元件傳遞至所述散熱片的總熱量。
如請求項1所述之散熱片，其中在利用雷諾數為865的水作為冷媒對包括熱通量為200kW/m² 的所述背景區域及熱通量為600kW/m² 至1600kW/m² 的所述熱點區域的所述發熱元件進行散熱時，根據下述公式計算的平均絕對溫度偏差δ_T,base 值為6.7K至21.8K，（公式）
其中，T_max,base 及T_min,base 分別為在所述發熱元件發熱時在所述底盤的第一面處測定到最高溫度及最低溫度，T_avg,base 為在所述發熱元件發熱時在所述底盤的第一面處測定到的平均溫度。
如請求項1所述之散熱片，其中所述針翅部中的每一個具有縱橫比為5.5至7的圓柱體形狀，所述針翅部中的每一個的直徑與所述針翅部中的每一個之間的間隔的比例為0.45至0.55。
如請求項1所述之散熱片，其中所述針翅部中的每一個的高度與所述底盤的厚度的比例為3.5至4.5。