TW202218528A - 液冷散熱裝置 - Google Patents

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Abstract

一種液冷散熱裝置包含有一散熱外殼以及一雙層鰭片模組。散熱外殼包含有一冷卻腔，而雙層鰭片模組固定於冷卻腔之中，以將冷卻腔分隔為一上冷卻空間以及一下冷卻空間，以使冷卻流體進入冷卻腔後，分別流入上冷卻空間以及下冷卻空間，以冷卻下冷卻空間中的一晶片。

Description

液冷散熱裝置
本發明係有關於一種散熱裝置。特別是有關於一種液冷散熱裝置。
隨著科技的進步，電子產品日漸普及，並逐漸地改變了許多人的生活或是工作的模式。當電腦運算能力的日益增強，中央處理器等電子元件工作時的溫度控制越來越重要。
中央處理器等電子元件在運行時會產生熱量，需要適當冷卻才能達到最佳性能。為了讓中央處理器等電子元件能保持在理想溫度下運行，目前通常採用液體冷卻或空氣冷卻的方式進行。
以中央處理器為例，其產生的熱量被散發到上方的集成式散熱器 (Integrated Heat Spreader；IHS) 的金屬蓋上。然後，熱量經由集成式散熱器轉移到冷卻器的基板上，接著熱量通過液體或導熱管散發到風扇，以帶離電子裝置。
以現行水冷散熱方式，工作流體經由管路流入水冷板（Cold Plate），但工作流體與晶片之間共隔了多層物質，其熱阻將導致熱傳導效率降低。因此，如何能有效提高散熱裝置的散熱效率，為所屬技術領域相關人員所殷殷企盼。
發明內容旨在提供本揭示內容的簡化摘要，以使閱讀者對本揭示內容具備基本的理解。此發明內容並非本揭示內容的完整概述，且其用意並非在指出本發明實施例的重要/關鍵元件或界定本發明的範圍。
本發明內容之一目的是在提供一種液冷散熱裝置，可以有效地提升散熱裝置的散熱效率，降低電子產品的工作溫度，提升電子產品的工作效率。
為達上述目的，本發明內容之一技術態樣係關於一種液冷散熱裝置包含有一散熱外殼以及一雙層鰭片模組。散熱外殼包含有一冷卻腔，而雙層鰭片模組固定於冷卻腔之中，以將冷卻腔分隔為一上冷卻空間以及一下冷卻空間，以使冷卻流體進入冷卻腔後，分別流入上冷卻空間以及下冷卻空間，以冷卻下冷卻空間中的一晶片。
在一些實施例中，雙層鰭片模組包含有一隔離板複數個第一鰭片以及複數個第二鰭片。複數個第一鰭片形成於隔離板之上方，並位於上冷卻空間之中，而複數個第二鰭片形成於隔離板之下方，並位於下冷卻空間之中。
在一些實施例中，該下冷卻空間更包含有一薄膜空間，介於晶片以及第二鰭片之間。
在一些實施例中，散熱外殼更包含有二固定凸台，且雙層鰭片模組的隔離板之一固定面，固定於固定凸台，以在晶片以及第二鰭片之間形成薄膜空間。
在一些實施例中，第一鰭片的第一鰭片寬度相同或不同於第二鰭片的第二鰭片寬度。
在一些實施例中，散熱外殼包含有一入口以及一出口，且出口的孔徑大於入口的孔徑。
在一些實施例中，散熱外殼更包含有二入口導引面，分設於入口的兩側，以導引冷卻流體進入冷卻腔。
在一些實施例中，散熱外殼更包含有二出口導引面，分設於出口的兩側，以導引冷卻流體離開冷卻腔。
在一些實施例中，入口導引面與入口形成約45度至75度之夾角，且出口導引面與出口形成約45度至75度之夾角。
在一些實施例中，液冷散熱裝置更包含有一基板以及一黏著層。晶片固定於基板之上，而黏著層黏合基板與散熱外殼，且黏著層包含有一環氧樹脂(Epoxy)黏著層。
因此，所述之液冷散熱裝置可以有效地提升散熱效率，將工作流體直接與晶片接觸，以進行熱交換，提升熱傳導效率，且利用散熱鰭片與晶片之間微小的距離，藉由表面張力，產生一層液體薄膜，利用薄膜將晶片的熱傳導至散熱鰭片上，再由工作流體將熱帶走。此外，下層散熱鰭片可帶走大部分的熱量，而上層的散熱鰭片更可將剩餘的熱量帶走，有效地提升散熱效率。
下文係舉實施例配合所附圖式進行詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本揭露所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭露所涵蓋的範圍。另外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為使便於理解，下述說明中相同元件或相似元件將以相同之符號標示來說明。
另外，在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞（terms），除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。
於實施方式與申請專利範圍中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則『一』與『該』可泛指單一個或複數個。而步驟中所使用之編號僅係用來標示步驟以便於說明，而非用來限制前後順序及實施方式。
其次，在本文中所使用的用詞『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指包含但不限於。
第1圖係根據本發明一實施例所繪示的一種液冷散熱裝置之一爆炸示意圖，第2圖為液冷散熱裝置的散熱外殼以及雙層鰭片模組的另一角度之立體示意圖，而第3圖為第1圖之液冷散熱裝置之部分剖面示意圖。
參閱第1圖與第2圖，如圖所示，液冷散熱裝置100包含有一散熱外殼110、一雙層鰭片模組120、一黏著層130、一基板140以及一晶片150。
散熱外殼110包含有一冷卻腔116，而雙層鰭片模組120，固定於冷卻腔116之中。同時參閱第3圖，雙層鰭片模組120將冷卻腔116分隔為一上冷卻空間307以及一下冷卻空間308，以使冷卻流體進入冷卻腔116後，分別流入上冷卻空間307以及下冷卻空間308，用以冷卻下冷卻空間308中的晶片150。
晶片150固定於基板140之上，而黏著層130黏合基板140與散熱外殼110，以固定基板140與散熱外殼110，並將晶片150密封於散熱外殼110的冷卻腔116之中。
在一些實施例中，黏著層130為一環氧樹脂(Epoxy)黏著層。
在一些實施例中，黏著層130貼合晶片150的四個側面。因此，工作流體在流經晶片150的背表面時，可以避免工作流體接觸到基板140上的電路，避免產生短路的問題。
在一些實施例中，散熱外殼110包含有一入口112以及一出口114，分別設置於散熱外殼110的兩端。在一些實施例中，出口114的孔徑大於入口112的孔徑，以提升散熱效率，特別是在使用二相流體時，更能夠有利於液氣共存，以穩定冷卻流體進出所需的出入口截面積。
在一些實施例中，雙層鰭片模組120包含有一隔離板124、複數個第一鰭片122以及複數個第二鰭片126。第一鰭片122形成於隔離板124之上方，並位於上冷卻空間307之中，而第二鰭片126形成於隔離板124之下方，並位於下冷卻空間308之中。
在一些實施例中，下冷卻空間308更包含有一薄膜空間309，介於晶片150以及第二鰭片126之間。
同時參閱第1圖至第3圖，如圖中所示，在一些實施例中，入口流體301由左方的入口112進入冷卻腔116之後，由於雙層鰭片模組120的隔離板124，入口流體301被分為上方冷卻流體302以及下方冷卻流體303，下方冷卻流體303順著第二鰭片126之間的流道127，流經晶片150的表面，以直接冷卻晶片150。而上方冷卻流體302則順著第一鰭片122之間的流道123，冷卻經由雙層鰭片模組120的第二鰭片126所傳導至隔離板124以及第一鰭片122中的熱量，降低整體雙層鰭片模組120的溫度，以進一步降低晶片150的工作溫度。
因此，本發明之液冷散熱裝置100可以藉由雙層鰭片模組120，直接與間接地進行晶片150的降溫，有效地降低晶片150的工作溫度，以提升晶片150的工作效率。
此外，在第二鰭片126與晶片150之間，更形成有一間距306， 利用第二鰭片126與晶片150之間微小的距離，以藉由表面張力，產生一層液體薄膜304，進而利用液體薄膜304將晶片150的熱量，傳導至散熱鰭片上，再經由工作流體將熱量帶走。本發明之液冷散熱裝置100的雙層鰭片模組120，由於上下兩層皆有散熱鰭片，下層散熱鰭片可帶走大部分的熱，而上層的散熱鰭片可進一步地將剩餘的熱帶走，進一步地提高液冷散熱裝置100的散熱效果。
在一些實施例中，雙層鰭片模組120包含有雙層的鏟齒散熱鰭片（Skived Fin）且與晶片150不接觸，熱量則可藉由薄膜傳遞。
在一些實施例中，出口流體305可以是單相流體或二相流體，其均不脫離本發明之精神與保護範圍。
在一些實施例中，參閱第2圖，如圖中所示，散熱外殼110更包含有二固定凸台117以與雙層鰭片模組120的隔離板124之一固定面125固定，以在晶片150以及第二鰭片126之間形成薄膜空間309。在一些實施例中，固定凸台117至散熱外殼110底面之高度203大於或等於隔離板124的固定面125至第二鰭片126的一端面的高度204。
在一些實施例中，第一鰭片寬度201大於第二鰭片寬度202，但不以此為限。第一鰭片寬度201亦可相同或不同於第二鰭片寬度202。
在一些實施例中，散熱外殼110更包含有二入口導引面118，分設於入口112的兩側，以導引冷卻流體進入冷卻腔116。此外，散熱外殼110亦可包含有二出口導引面119，分設於出口114的兩側，以導引冷卻流體離開冷卻腔116。
在一些實施例中，入口導引面118與入口112形成約45度至75度之夾角205，且出口導引面119與出口114形成約45度至75度之夾角206。
綜上所述，本發明所揭露之液冷散熱裝置，可以有效地提升散熱效率，將工作流體直接與晶片接觸，以進行熱交換，提升熱傳導效率，且利用散熱鰭片與晶片之間微小的距離，藉由表面張力，產生一層液體薄膜，利用薄膜將晶片的熱傳導至散熱鰭片上，再由工作流體將熱帶走。此外，下層散熱鰭片可帶走大部分的熱量，而上層的散熱鰭片更可將剩餘的熱量帶走，有效地提升散熱效率。
雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何本領域具通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:液冷散熱裝置 110:散熱外殼 112:入口 114:出口 116:冷卻腔 117:固定凸台 118:入口導引面 119:出口導引面 120:雙層鰭片模組 122:第一鰭片 123:流道 124:隔離板 125:固定面 126:第二鰭片 127:流道 130:黏著層 140:基板 150:晶片 201:第一鰭片寬度 202:第二鰭片寬度 203:高度 204:高度 205:夾角 206:夾角 301:入口流體 302:上方冷卻流體 303:下方冷卻流體 304:液體薄膜 305:出口流體 306:間距 307:上冷卻空間 308:下冷卻空間 309:薄膜空間
為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖為依照本發明一實施例所繪示的一種液冷散熱裝置之一爆炸示意圖。 第2圖為第1圖之液冷散熱裝置的散熱外殼以及雙層鰭片模組的另一角度之立體示意圖。 第3圖為第1圖之液冷散熱裝置之部分剖面示意圖。
100:液冷散熱裝置
110:散熱外殼
112:入口
114:出口
120:雙層鰭片模組
122:第一鰭片
123:流道
124:隔離板
126:第二鰭片
127:流道
130:黏著層
140:基板
150:晶片

Claims (10)

  1. 一種液冷散熱裝置，包含： 一散熱外殼，其中，該散熱外殼包含一冷卻腔；以及 一雙層鰭片模組，固定於該冷卻腔之中，以將該冷卻腔分隔為一上冷卻空間以及一下冷卻空間，以使冷卻流體進入該冷卻腔後，分別流入該上冷卻空間以及該下冷卻空間，以冷卻該下冷卻空間中的一晶片。
  2. 如請求項1所述之液冷散熱裝置，其中該雙層鰭片模組，包含： 一隔離板； 複數個第一鰭片，形成於該隔離板之上方，並位於該上冷卻空間之中；以及 複數個第二鰭片，形成於該隔離板之下方，並位於該下冷卻空間之中。
  3. 如請求項2所述之液冷散熱裝置，其中該下冷卻空間，更包含： 一薄膜空間，介於該晶片以及該些第二鰭片之間。
  4. 如請求項3所述之液冷散熱裝置，其中，該散熱外殼更包含複數個固定凸台，且該雙層鰭片模組的該隔離板之一固定面，固定於該些固定凸台，以在該晶片以及該些第二鰭片之間形成該薄膜空間。
  5. 如請求項4所述之液冷散熱裝置，其中，該些第一鰭片的一第一鰭片寬度相同或不同於該些第二鰭片的一第二鰭片寬度。
  6. 如請求項1所述之液冷散熱裝置，其中該散熱外殼，包含： 一入口；以及 一出口，其中該出口的孔徑大於該入口的孔徑。
  7. 如請求項6所述之液冷散熱裝置，其中該散熱外殼，更包含： 二入口導引面，分設於該入口的兩側，以導引該冷卻流體進入該冷卻腔。
  8. 如請求項7所述之液冷散熱裝置，其中該散熱外殼，更包含： 二出口導引面，分設於該出口的兩側，以導引該冷卻流體離開該冷卻腔。
  9. 如請求項8所述之液冷散熱裝置，其中該些入口導引面與該入口形成約45度至75度之夾角，且該些出口導引面與該出口形成約45度至75度之夾角。
  10. 如請求項1所述之液冷散熱裝置，更包含： 一基板，其中，該晶片固定於該基板之上；以及 一黏著層，黏合該基板與該散熱外殼，且該黏著層包含一環氧樹脂(Epoxy)黏著層。
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