TW558938B - Arrayed fin cooler - Google Patents
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Description
558938 【發明所屬之技術領域3 發明領域 本發明大致是有關於一種用以由一元件中移除熱之陣 列式翅片散熱系統，特別地，本發明係有關於一種陣列式 5 翅片散熱系統，其包括多數配置成一徑向陣列之分開散熱 翅片，且各散熱翅片作為一散熱裝置，使得該等散熱翅片 在整體上有效地由該元件中移除熱。 L先前技術2 發明背景 1〇 在電子技術領域中，使一散熱裝置與一電子裝置接觸 ，因此由該電子裝置之操作所產生之餘熱可熱傳至該散熱 裝置中並藉此散熱是眾所週知的，隨著如微處理器（μΡ)、 數位信號處理器（DSP)、及特殊應用積體電路（ASIC)之高時 脈速度電子裝置之出現，由這些裝置所產生之餘熱量與這 15 些裝置之操作溫度係與時脈速度直接成正比。因此，更高 之時脈速度會產生更多之餘熱，而這些餘熱將會增加該裝 置之操作溫度。但是，該裝置之有效操作需要將餘熱有效 地移除。 散熱裝置已成為一般用來將餘熱由如以上所述種種電 20 子裝置中移除之較佳裝置，在一典型之應用中，一欲散熱 之元件係由一安裝在一 PC板上之連接器來承載。藉該散 熱裝置而使該元件有效散熱主要是仰賴在該散熱裝置與該 元件間之熱接觸與在該散熱裝置與該元件間之接觸壓力， 理想地，一如一夾具等之連接裝置定位該散熱裝置，使得 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁）
該散熱裝置與該元件接觸且使得在該散熱裝置與該元件間 之接觸壓力沿著一位於該元件中央之負載軸作用。此外， 一風扇通常會被用來產生通過該散熱裝置之空氣流，使得 在該散熱裝置中之餘熱由該散熱裝置熱傳導至該空氣流。 目前在市面上使用之散熱裝置係使用包括押出成型、 衝擊锻壓與真空焊接之以往的機械加工製程來製造，並且 有一些散熱裝置是使用一模鑄法來製造。但是，使用模鑄 法製造一高效能散熱裝置是困難的。所有這些以往的機械 加工製程的目的是要產生一具有多數翅片之散熱裝置，而 該等翅片與一熱質塊連接且提供一通過該等翅片之空氣流 道，而這可將餘熱由該等翅片與該熱質塊中移除。 所有前述以往機械加工製程在一位於該散熱裝置上之 相鄰翅片之間之翅片間隙上的長寬比（L/b)方面都有它們本 身之限制’通常，在押出成型之散熱裝置中，效率係依據 可以形成在一預定面積中之翅片數目來決定。為了增加在 一預定空間内之面積，該L/B比必須增加，典型地，該面 積係藉由減少在相鄰翅片間之翅片間隙（即減少B)且藉由 增加該等翅片之高度（即增加L)來增加。但是，該押出成型 製程在該L/B比上有限制，該L/B比限制為散熱裝置開出 一條在X方向與γ方向上增加尺寸之道路以符合上述高時 脈速度電子裝置之高效能散熱需求。 以往機械加工製程之一優點是由於被用來機械加工多 數槽的是多數開槽輪，故一用來形成在相鄰翅片間之空氣 間隙的槽寬度是平行的，因此，該翅片之橫截面積在朝向 0續次頁（翻翻頁不敷使麟，請註記鎌臓頁） 該散熱裝置之熱質塊之中心的方向上減少。 以往機械加工製程之第二個相關優點是翅片深度係以
Ik後減少可用來將餘熱傳遞至通過該翅片之空氣流的翅片 表面積來減少。 第三個優點是可以切入該熱質塊之翅片數目被減少了 ，因此，有一些可用以將餘熱由該等翅片傳遞至該空氣流 的翅片。 最後，該等以往機械加工製程可能是複雜的且可能需 要數個機械加工步驟，而這些會增加該散熱裝置之製造成 本。在許多使用兩時脈速度電子裝置的應用中亦需要一低 成本之散熱裝置。 因此，需要有一種可以低成本製造且沒有複雜與耗時 之機械加工製程的散熱裝置，另需要一種可以容納多數具 有一大表面積之翅片的散熱裝置。此外，亦需要一具有多 數深翅片之散熱裝置，而該等深翅片在該熱質塊處具有一 大橫截面積。 【發明内容3 發明概要 因此，本發明之陣列式翅片散熱系統可決解前述問題 ，這些與製造成本及複雜性有關的問題係藉由使用多數分 開之散熱翅片以形成一陣列式翅片散熱系統來解決。該等 分開之散熱翅片可以使用如衝壓等方法而以低成本來製造 〇 而與翅片表面積及翅片數目有關之問題係藉由該等分 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁）
558938 開之散熱翅片來解決，因為各散熱翅片係作為分開之散熱 裝置且該翅片之面積可以依所需之應用而儘可能地做大。 該等散熱翅片之數目可以藉由減少各散熱翅片之厚度來增 加0 5 因為該等散熱翅片界定出該陣列式翅片散熱系統之熱 質量，所以該等散熱翅片之深度不受用來形成該等散熱翅 片之機械加工製程.，因此，與在該熱質塊處具有一較大橫 截面積之翅片有關之問題係藉由使用本發明之分開散熱翅 片來解決。 10 本發明之其他特徵與優點將可由以下舉例說明本發明 之原理之詳細說明並配合附圖來了解。 圖式簡單說明 第1圖是本發明之陣列式翅片散熱系統之俯視結構圖 〇 15 第2圖是本發明之一分開散熱翅片之結構圖。 第3圖是本發明之多數分開散熱翅片之結構圖。 第4圖是本發明之陣列式翅片散熱系統之側視結構圖 〇 第5圖是在與本發明之陣列式翅片散熱系統連接之前 20 的一仰視結構圖。 第6a與6b圖分別是在與本發明之一陣列式翅片散熱 系統連接後的一基部環之底視圖與底視結構圖。 第7a與7b圖顯示本發明之一陣列式翅片散熱系統之 流入空氣流與流出空氣流。 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁）
第8圖是本發明之一包括一間隔構件之分開散熱翅片 之結構圖。 第9圖是本發明之一包括一彎曲結構之分開散熱翅片 的結構圖。 5 第10a至10c圖顯示本發明之一分開散熱翅片與一在 多數散熱翅片之間之相等間距的橫截面結構圖。 第11與12圖分別是包括一風扇、一風扇安裝環、及 一基座板之陣列式翅片散熱系統的俯視圖與底視圖。 第13與14圖是一側視圖，顯示通過本發明之陣列式 10 翅片散熱系統之雙向空氣流。 第15圖是一橫截面圖，顯示本發明之一風扇之輪轂半 徑。 第16a至16e圖顯示在本發明中以一基座板安裝一基 座環。 15 第17圖是本發明之一陣列式翅片散熱系統之側視結構 圖，且該陣列式翅片散熱系統係安裝成與一欲散熱之元件 接觸。 第18a至18c圖顯示本發明之雙向空氣流之橫截面圖 20 【實施方式】 詳細說明 在以下詳細說明中且在圖式之數個圖中，相似之元件 係以類似之標號表示。 如用以說明之圖所示，本發明係以一用以由一元件中 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁) 558938
移除熱之陣列式翅片散熱系統為實施例。該陣列式翅片散 熱系統包括多數分開散熱翅片，即，該陣列式翅片散熱系 統包含多數組合後形成該陣列式翅片散熱系統的獨立散熱 翅片。 5 各分開散熱翅片包括一内緣、一外緣、及多數互相相 對且分開一由該外緣減少至該内緣之距離的散熱表面。各 分開散熱翅片亦包括一前緣與一後緣，該等散熱翅片係配 置成一徑向陣列，且該等翅片係沿著靠近其内緣之各個散 熱表面之一部份連接，該等散熱翅片朝一徑向向外之方向 ίο互相發散，使得一空氣通道形成於該等散熱翅片之間。 各散熱翅片之後緣包括一徑向翅片、一第一具有氣體 動力輪廓之表面、及多數分開之散熱突起，該等散熱突起 係位在該第一具有氣體動力輪廓之表面與該散熱翅片之内 緣之間。 15 各散熱翅片之前緣包括一基部、一第二具有氣體動力 輪廓之表面，及一位在該基部與該第二具有氣體動力輪廓 之表面之間的槽孔。該基部係與該欲散熱之元件接觸，使 得熱由該欲散熱之元件傳送至該散熱翅片。 該陣列式翅片散熱系統包括一基座環，該基座環包括 20 —與在該等散熱翅片上之槽孔形互補之轴環型材，該軸環 型材係與各散熱翅片連接且以互相固定之方式扣持該等散 熱翅片。 一徑向外罩與所有散熱翅片之外緣接觸，且該徑向外 罩包括互相分開一距離的一上緣與一下緣。該徑向外罩形 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 10 558938 ::、:、Γ、νκ:、”'γ v ' '、、Γ、心、：公 ,-、、'''、>、、5；、、'、…νίΛν、：、'、、'、、、'、-、二:
，w卞，、r、、TV 玖、發明說明 成有一在該下緣與該第二具有氣體動力輪廓之表面之間的 空氣入口 ’且形成有一在該上與該徑向翅片間之空氣出口 熱係藉由通過該空氣入口之流入空氣流而由該元件中 5移除，該徑向外罩引導該流入空氣流通過該空氣通道且流 過該等散熱翅片之散熱表面，該流入空氣流藉由該第一具 有氣體動力輪廓之表面而再被引導通過該等散熱突起。該 徑向外罩亦引導該流入空氣流流入一流出空氣流，而該流 出空氣流係經由該空氣出口排出且沿著一大致平行於該等 10 散熱翅片之内緣之軸流動。 在第1、2與3圖中，一用以將熱由一元件（圖未示）中 移除之陣列式翅片散熱系統100包括多數分開散熱翅片1〇 。在第2圖中，各散熱翅片1〇包括一内緣^、一外緣13 、及互相相對之散熱表面15,該等散熱表面15係互相分 15開一由該外緣13減少至該内緣11之距離，如在該外緣13 處之距離t。與在該内緣11處之距離ti所示（即，i>ti)。各 散熱翅片10更包括一前緣19與一後緣17，在第3圖中， 該等散熱翅片10係沿著其散熱表面15之一部份互相連接 ，且它們的内緣互相靠近。該等散熱翅片10朝一徑向向外 20之方向互相發散以在相鄰散熱翅片10間形成一空氣通道 39。在第3圖中，該空氣通道39沿如箭號3外與39c所示 之朝向該内緣11之方向為較窄，並且沿如箭號39a所示之 遠離該内緣11之方向為較寬。第3圖顯示該散熱翅片1〇 之一部份（顯示的是四個）；但是，該陣列式翅片散熱系統 0續次頁（翻麵頁不敷使鱗，麵己並使臟頁） 11 558938
100係藉由以第1圖所示之方式來增加另外的翅片。 該後緣17包括一徑向翅片21、一第一具有氣體動力 輪廓之表面23、及多數定位在該第一具有氣體動力輪廓之 表面23與該內緣11之間的散熱突起25。該等散熱突起25 5 互相分開一距離Sp，在該等散熱突起25之間的距離Sp可 以是相同的，使得該等散熱突起25係互相等距地分開或者 在該等散熱突起25間之距離Sp可以在該等散熱突起25間 變化。該第一具有氣體動力輪廓之表面23界定出一包圍該 等散熱突起25之室61。 10 該散熱翅片1〇可以使用多種包括但不限於衝壓、锻壓 、模鑄、及型材押出成型加衝壓等方法來形成，對於薄的 散熱翅片（如，t。小於大約〇.5mm)，片押出成型與衝壓可以 被用來形成該等散熱翅片10。相反地，對於厚的散熱翅片 ，一如模鑄或鍛壓之製程可以被用來形成該等散熱翅片1〇 15 。使用較薄散熱翅片1〇可以用較多數目之散熱翅片1〇來 互相排成陣列；而使用較厚散熱翅片1 0將減少可以用來互 相排成陣列之散熱翅片10之數目。 適用於該等散熱翅片10之材料包括但不限於鋁（A1)與 ί呂合金、銅（Cu)與銅合金、金（Au)、或具有一良好熱導性 20 且可衝壓加工的任何材料。 該前緣19包括一基部31、一第二具有氣體動力輪廓 之表面33、及一位在該基部31與該第二具有氣體動力輪 廓之表面33之間的槽孔35。該基部31可與該元件（圖未 示）連接，使得在該元件中之熱可由該元件經由該基部31 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 12 558938
傳送至該散熱翅片10。在該基部31與該元件間之接觸可 以是直接接觸或中繼接觸，例如，一在該基部31與元件間 之熱介面材料（圖未示）可以被用來達成該中繼接觸。在任 一情形中，該連接均係用來使熱由該元件連通至該基部31 5 〇 該第一具有氣體動力輪廓之表面23與該第二具有氣體 動力輪廓之表面33可以是多種複合輪廓，該等複合輪廓包 括但不限於一傾斜輪廓、一弧形輪廓、一平面輪廓、或這 些輪廓之組合輪廓。例如，在第2圖中，該第一具有氣體 10 動力輪廓之表面23包括一平面輪廓，該平面輪廓大致平行 於該外緣13且由該徑向翅片21延伸出來並且接著併入一 傾斜輪廓，而該傾斜輪廓則併入與一端接於該等散熱突起 25之最外部處之弧形輪廓。類似地，該第二具有氣體動力 輪廓之表面33包括一併入一弧形輪廓之平面輪廓，而該弧 15 形輪廓則再併入該外緣13。 當該等散熱翅片10配置成如第3與4圖之徑向陣列時 ，該槽孔35界定出一在該基部31與該第二具有氣體動力 輪廓之表面33之間的溝槽37。在第5圖中，一基座環71 包括一具有該槽孔35的一軸環型材73。因此，該軸環型 20 材73亦具有該溝槽37。在第6a與6b圖中，該軸環型材 73係與所有散熱翅片10之槽孔35接觸且以一互相固定之 方式扣持該等散熱翅片10。 較佳地，該基座環71包括藉由一或多個固定件77而 互相連接的一第一開口環75a與一第二開口環75b，該等 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 13
558938 第一與第二開口環（75a、75b)包括該軸環型材73且係設計 成可以一互相固定之方式夾持該等散熱翅片10。多種固定 件77可被用來互相連接該等第一與第二開口環（75a、75b) ，例如，可使用一螺帽與螺栓或一螺絲。該等第一與第二 5 開口環（75a、75b)可以機械加工成包括用以容納，例如一 機器螺絲的螺紋。在連接該等第一與第二開口環（75a、 75b)之前，該等散熱翅片10係集合在一起且接著該等第一 與第二開口環（75a、75b)被用來將成束之散熱翅片夾持在 一起。雖然可使用焊接、真空焊接、或另一種結合方法來 10 以一互相固定之方式固該等散熱翅片10，這些方法不是必 要的。因此，可避免一不必要且可能是高成本之製造步驟（ 即，焊接等），並且如有必要，該等第一與第二開口環（75a 、75b)可以取出以維修一或多個散熱翅片10或整修一損壞 之陣列式翅片散熱系統100。但是，如果必須永久地互相 15 固定連接該等散熱翅片10，則焊接、真空焊接等可以被用 來達成該永久性連接。一包括但不限於一螺絲、一螺帽與 螺栓、一鎖銷、及互鎖結構的固定件可以被用來互相連接 該等第一與第二開口環（75a、75b)。 在第2與3圖中，該等散熱突起25之一最内側者（即 20 最靠近該内緣11之散熱突起25)可包括一可容納至少一固 定件（圖未示）之插入部份27。該固定件與該插入部份27接 觸且以一互相固定之方式扣持該等散熱翅片10,該固定件 可以與上述基座環71 —起使用以便以一互相固定之方式扣 持該等散熱翅片10。當該等散熱翅片10配置成一徑向陣 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 14 列時所有散熱突起25之最内侧者之插入部份27將界定 出一溝槽（見第3圖）’且該固定件可以被夾持在該溝槽四 週以便以以一互相固定之方式扣持該等散熱翅片10。可以 使用之固定件的例子包括但不限於一 c形夾與一夾環。 在第1圖中，一徑向外罩50包括互相分開一距離Ds 之-上緣55與-下緣57。該徑向外罩5()係與所有散熱翅 片1〇之外緣13接觸（即，該徑向外罩5〇罩住該外緣13之 一部份），此外，該徑向外罩5〇界定出一在該下緣57與該 第二具有氣體動力輪廓之表面33間之空氣入口 51且界定 出一在該上緣55與該徑向翅片21間之空氣出口 53。該徑 向外罩50可以是環繞該等散熱翅片1〇之外緣13的一片狀 材料或一條連續的材料。 在第7a與7b圖中，熱藉由一流入空氣流、由該元件 (圖未示）經過該空氣入口 51移除，該流入空氣流&可由包 括水平或垂直（如圖所示）之方向或以呈一角度之方向進入 該空氣入口 51。當該流入空氣流Ai由該空氣入口 51移動 進入在該等散熱翅片1〇間之空氣通道39(見第3圖）時，該 徑向外罩50引導該流入空氣流Ai通過該空氣通道39與該 等散熱表面15,使得經由該基部31傳導之熱被傳送至該 流入空氣流Ai。此外，該第一具有氣體動力輪廓之表面23 在該流入空氣流Ai之方向上提供一平順之變化，使得它改 變該流入空氣流Ai之一部份在該等散熱突起25上之方向 ’如虛線箭號空氣流Ai】所示。因此，另外的熱會由該等 散熱突起25傳至該流入空氣流Ai。該徑向外罩50亦將該 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁）
558938 流入空氣流Ai導入一經由該空氣出口 53且沿著大致平行 於該等散熱翅片10排出該陣列式翅片散熱裝置100的流出 空氣流A。（見第2與3圖），該流出空氣流A。通過該等徑向 翅片21以進一步使來自該等散熱翅片10之熱散出。 5 在沒有有徑向外罩50之情形下，空氣將會沿著空氣通 道39進入任一處且通過該等散熱表面15之流入空氣流Ai 將由於由該等散熱翅片10傳導至該流入空氣流Ai之熱之 減少的結果而減少。此外，在沒有該徑向外罩50之情形下 ，通過該等散熱突起25之空氣流An將由於傳導至該等散 10 熱突起25之熱減少的結果而明顯地減少。 因為該徑向外罩50將空氣流由該空氣入口 51引導至 該空氣出口 53(或反之亦然），故距離Ds應被選擇成可留下 一足以讓該流入空氣流Ai流經該空氣入口 51且足以讓該 流出空氣流A。流經該空氣出口 53的區域。因此，在舫7a 15 圖中，一在該徑向翅片21與該上緣55間之距離D。與一在 該第二具有氣體動力輪廓之表面33與該下緣57間之距離 Di可以是，例如，由大約3.0mm至大約10.0mm。D。、Di 與Ds之真正距離將會依應用而改變且不限於此處所舉之例 子。 20 本發明一優點是各散熱翅片10是一在該基部31處連 接該欲散熱之元件且將熱由該元件傳至該流入空氣流Ai與 該流出空氣流A。之分開的散熱裝置，因此，由該元件傳至 該陣列式翅片散熱裝置100之熱量係部份地依據如上所述 地互相連接之散熱翅片10的數目來決定。此外，所傳送之 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 16
熱量可以藉由分別增加或減少散熱翅片10之數目來增加或 減少。 較佳地，該等散熱翅片10係互相分開一相同之距離， 在第8圖中，一在相鄰散熱翅片10間之等距間隔可以使用 5 —與各散熱翅片10之外緣13連接之間隔構件32來達成。 該間隔構件32由一選定之散熱表面15向外延伸一預定高 度h!，當該等散熱翅片10配置成一如第6b與10d所示之 徑向陣列時，各散熱翅片10之間隔構件32係與一相鄰散 熱翅片10之散熱表面15接觸且該預定高度h界定在相鄰 10 散熱翅片10之間的相等間距。 較佳地，該間隔構件32係與該散熱翅片10 —體成型 且相對該等散熱表面15彎曲一角度，使得該間隔構件32 由該散熱表面15向外延伸該高度h。相反地，該間隔構 件32可以是一固定連接該散熱表面15之另一元件。如果 15 該間隔構件32是另一元件，則它應是耐熱的，使它不會由 於被傳送通過該等散熱翅片10之熱而變形或失效。例如， 該間隔構件32可使用一如金屬、陶瓷或塑膠之材料。在該 等散熱翅片10已被配置成如第6b圖所示之徑向陣列後， 該間隔構件32可以如上所述地與該等散熱翅片10之外緣 20 13(見第7a圖）。 在本發明之一實施例中，如第9圖所示，各散熱翅片 10具有一與該外緣13接觸之彎曲輪廓22，該彎曲輪廓22 包括分開一第一寬度Wp的一第一邊緣24與一第二邊緣26 ，且該彎曲輪廓22由一選定之散熱表面15向外延伸一輪 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁）
廓高度h2。當該等散熱翅片10係配置成如第3與7b圖所 示之徑向陣列時，各散熱翅片10之彎曲輪廓22與一相鄰 散熱翅片10之散熱表面15接觸，使得所有的散熱翅片10 之彎曲輪廓22界定出該徑向外罩50，且該空氣出口 53係 5 界定於該第一邊緣與該徑向翅片21之間，並且該空氣入口 51係界定於該第二邊緣26與該第二具有氣體動力輪廓之 表面33之間。該第一寬度WP可以與在該徑向外罩50之 上與下緣（55、57)之上與下緣間之距離Ds相等。 在本發明之另一實施例中，操作該彎曲輪廓22，以使 10 該等散熱翅片10互相分開一相同之距離。事實上，該輪廓 高度h2作為一使相離散熱翅片10互相等距分開之間隔構 件（見第l〇e圖）。 在相鄰散熱翅片10之間之空氣通道39可以由該間隔 構件32或該彎曲輪廓22形成，如第3、10d與10e圖所示 15 。因為該空氣通道39較在朝向該内緣11之方向上較窄且 在一遠離該内緣11之方向上較寬（見第3圖），流入空氣流 Ai通過該較寬之空氣通道（39與39a)的比例較通過該等較 窄空氣通道（39b與39c)為大。雖然流經這些空氣通道之真 正空氣流量難以測量且將依應用而改變，但是該空氣流之 20 大約80%至85%將流經該較寬空氣通道（39與39a)且該空 氣流之大約15%至20%將流經該較窄空氣通道（39b與39c) 〇 在第11至13圖中，前述流入空氣流Ai可藉由一與該 等散熱翅片10連接之風扇200，該風扇200可包括一與該 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 18
558938 等散熱翅片10接觸之風扇殼體205, 一載有一轉子207之 風扇輪轂201，而該轉子207具有多數與其連接之風扇葉 片203。該風扇200可以產生一空氣流Af，而該空氣流Af 則在產生該流入空氣流Ai之室61内產生出一低壓區域。 5 在第14圖中該空氣流AF之方向係與第13圖之方向相 反且該流入空氣流Ai與該流出空氣流A。也是相反的’該 空氣流AF係進入該室61，因此，該流入空氣流Ai經由該 空氣出口 53進入該等散熱翅片10且該流出空氣流A。經由 該空氣入口 51排出該等散熱翅片10。 10 因此，本發明之陣列式翅片散熱系統100之另一優點 是它可以使熱以一雙向空氣流Af由該等散熱翅片10傳至 一流入空氣流Ai。該風扇200可以將空氣拉動經過該等散 熱翅片10，如第13圖中之空氣流AF所示，或者推送空氣 經過該等散熱翅片10，如第14圖中之空氣流AF所示。 15 在第18a與18b圖中，其中顯示當空氣被拉動經過該 陣列式翅片散熱系統1〇〇(即，一拉動空氣流）時與當空氣被 吹入該陣列式翅片散熱系統100(即，一推送空氣流）時，該 流入空氣流Ai在該散熱表面15上之雙向移動。該空氣流 AF可以來自一外表面或來自一如上所述地與該陣列式翅片 20 散熱系統100之風扇。 第18b與18c圖係沿著第18圖之線AA所截取之橫截 面圖，在第18b圖中，該空氣流空氣拉動通過該陣列 式翅片散熱系統100且該流入空氣流Ai經由該空氣入口 51進入該空氣通道39並且通過該等散熱表面15(見虛線箭 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 19
558938 號）。該第一具有氣體動力輪廓之表面23改變流入空氣流 Ai之一部份之方向而進入通過該等散熱突起25之流入空 氣流Au(見箭號Au)，該等流入空氣流（Ai、An)排出該陣 列式翅片散熱系統100成為該流出空氣流A。且該流出空氣 5 流A。的一部份經由該空氣出口 53排出。 類似地，在第18c圖中，當該空氣流AF係以相反方向 吹入或推送入該陣列式翅片散熱系統100時，該流入空氣 流Α!之一部份經由該空氣出口 53進入空氣通道39且通過 該等散熱表面15(見虛線箭號）。該第一具有氣體動力輪廓 10 之表面23改變流入空氣流Ai之一部份之方向而進入通過 該等散熱突起25之流入空氣流Au(見箭號An)，該等流入 空氣流（A「Αη)排出該陣列式翅片散熱系統100成為經由 該空氣入口 51排出之該流出空氣流A。。 各散熱翅片10之徑向翅片21可包括一用以將該風扇 15 200與該等散熱翅片10安裝在一起的支座表面38，較佳地 ，該支座表面38具有一與該風扇殼體205之輪廓互補之表 面輪廓。例如，該風扇殼體205可具有一平坦表面且該支 座表面38可為一大致平坦之表面，使得該風扇殼體205可 以安裝在該支座表面38上，如第11圖所示。 20 在第3、6a與6b圖中，該散熱翅片10可包括一由該 外緣13向外延伸且位於該徑向翅片21之支座表面38下方 之唇部36，在第11圖至13a圖中，一風扇安裝環300定 位在靠近該唇部36處且一固定件209被用來連接該風扇安 裝環300與該風扇200並且用以推壓該風扇安裝環300而 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 20
558938 與該唇部36接觸，使得該風扇200固定地安裝在該支座表 面38。該固定件209可以是，例如，一螺絲或一螺帽與螺 栓。 在本發明之一實施例中，如第8與15圖所示，該等散 5 熱突起25係被定位在由該轴Y或由該内緣11開始算起的 一預定徑向距離RD内。該預定徑向距離RD可以依據一風 扇之輪轂半徑RH來選擇，例如，在第15圖中，如果該風 扇200之輪轂201具有一輪轂半徑RH，則該預定徑向距離 RD將小於或等於輪轂半徑RH(即RDSRH)。因此，當該風 10 扇200安裝於該散熱翅片10上時，所有包括該等散熱突起 25之一最外側者之散熱突起25將會被定位在該輪轂半徑 Rh内。習知散熱裝置之一缺點是由空氣渦流所產生之噪音 與由來自一風扇之空氣流所造成之空氣震動損失，藉由將 該等散熱突起25之徑向位置限制於該預定徑向距離Rd内 15 ，該等散熱突起25將不會出現在該等風扇葉片203之掃過 區域203a下方，藉此減少空氣渦流與空氣流在該室61内 之障礙。因此，本發明之陣列式翅片散熱系統100所產生 之噪音較小，而在手提PC與桌上型PC中極為需要低噪音 者。將該等散熱突起25之徑向位置限制於該預定徑向距離 20 RD内之另一個優點是較少之渦流使流入空氣流可通過 該等散熱突起25,藉此增加由該等散熱翅片10之熱傳導 效率。 該預定徑向距離RD與散熱突起25之數目會依應用與 該輪轂半徑RH而變化，但是，舉例來說，如果該預定徑向 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 21 558938
距離Rd大約為17.5mm，則在該預定徑向距離rd内會有 至5個散熱突起25。 如前所述，該等散熱表面15係互相分開一由該外緣 13減少至該内緣11之距離（即，t〇>ti)，該距離（t。、ω可以 5 由該外緣13連續地變化至該内緣11，較佳地，該距離t。 在由該外緣13起開始一距離d。内大致為一常數並且接著 在該等散熱表面15間之距離在該内緣u處縮減至ti，如 在該等散熱表面15中所示。例如，t◦可為16〇mni且匕可 為 0.5mm 〇 10 在第l〇b與10c圖中，沿著第i〇b圖之散熱翅片1〇之 線aa的截面圖顯示在該等散熱表面15之間的距離由該外 緣13減少至該内緣11。該距離t。由該外緣13開始一距離 d。内大致為一常數，然後，在該等散熱表面15間之距離在 該内緣處縮減至ti。因此，在該等相對散熱表面15間之距 15離的變化界定出該散熱翅片1〇之橫截面輪廓。該橫截面輪 廓可包括一傾斜輪廓、一楔形輪廓、一等邊三角形、與一 直角三角形。以參考的觀點來看，該直角三角形與該等邊 二角形具有在以虛線b所示之底邊，該傾斜輪廓與該楔形 輪廓可為在該直角三角形與該等邊三角形之橫截面輪廓上 20 之變化情形。 該散熱翅片10在該内緣11處應儘可能地接近零厚度（ 即，tg 0)，但是實際上零厚度是不可能的，因此，該散熱 翅片10應在該内緣11處儘可能地薄。較佳地，該散熱翅 片10在該内緣11處具有一大約小於或等於0 07mnl的厚 0續次頁（翻麵頁不敷細時，請註記纖臓頁） 22 558938 玖、發明說明度ti。
在第10b與l〇c圖中，該散熱翅片1〇可具有一在該等 散熱表面15間測得之錐角0，該錐角0應用於前述橫截面 輪扉且該錐角Θ可包括一由應用來決定之大範圍角度。例 5如’如果該錐角Θ是2.0度，則可以在該陣列式翅片散熱 系統100中安裝180個散熱翅片1〇(即，360度+2.0度 -180)。在另一例子中，如果該錐角$為6 〇度，則可以在 該陣列式翅片散熱系統100中安裝60個散熱翅片1〇(即， 36〇度+6.0度=60)。較佳地，該錐角0之範圍是由大約2.〇 1〇度至大約6·0度。另，該錐角0亦可決定在相鄰散熱翅片 間且界定該等空氣通道（39、39a、39b、3 9c)與通過這些空 氣通道之空氣流量的間距。 如上所述，可以由該陣列式翅片散熱系統1〇()排散之 餘熱量係部份地依被包含在該陣列式翅片散熱系統1〇〇内 15之散熱翅片的數目來決定，該餘熱量亦依與所有散熱翅 片10之基部31接觸之欲散熱之元件的接觸面積來決定。 例如’為了由一具有30mm*30mm之接觸面積的元件排散 大約60.0W之餘熱，該陣列式翅片散熱系統1〇〇將需要大 約72個散熱翅片1〇。 20 在另一例子中，若該徑向外罩50所測得之外徑大約為 64.0mm且由該基部31至該平坦表面38所測得之高度大約 為38.0mm，則該陣列式翅片散熱系統1〇〇具有大約為〇 26 °C/Watt之效率因子。 在第l〇d與l〇e圖中，該等散熱翅片1〇係沿著其散熱 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 23
558938 表面15互相連接且它們的内緣11互相靠近，使得該等散 熱翅片10沿一徑向向外之方向發散，以界定在相鄰散熱翅 片10之間的空氣通道39。該間隔構件32或該彎曲輪廓22 可以被用來使相鄰散熱翅片10互相等距地分開。 5 在第6a與6b圖中，該基座環71可包括多數位於該等 第一與第二開口環（75a、75b)上之鍵型材79,該等鍵型材 79可有助於將該基座環71與一基板400安裝在一起，如 第16a至16c圖所示。該基板400包括一安裝表面401、 一底面403、及一孔404，該孔404具有一與該基座環71 10 互補之輪廓。即，該孔404具有與該基座環71之形狀互補 之形狀。該孔404更包括多數與該等第一與第二開口環 (75a、75b)上鍵型材79互補的鎖型材406，較佳地，該基 板400是一平坦材料且該安裝表面401與該底面403係大 致互相平行之相對表面。 15 在第16a圖中，該基座環71係定位在該安裝表面401 上且該等鍵型材79係與它們的各個鎖型材406對齊，使得 該基座環71可以插入通過該孔404並且使得該第二具有氣 體動力輪廓之表面33(圖未示）與該安裝表面401接觸。在 第16b圖中，該等鍵型材79係定位成與它們的各個鎖型材 20 406對齊，使得該基座環71可以插入通過該孔404。 在第16c圖中，該等鍵型材79係與它們的各個鎖型材 406對齊且係定位成使它們可以超越該底面403(即，它們 在該底面403之上方），接著扭轉該基座環71(見虛線箭號 T)以轉動該等鍵型材79而與該底面403結合，使得該基座 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 24
558938 環71可分離地與該基板400鎖合，如第16d圖所示。該基 座環71之移除係插入之反向操作。 在第16e圖中，在插入後，該第二具有氣體動力輪廓 之表面33之一部份可仍與該安裝表面401接觸，在第16a 5 至16d圖中，該陣列式翅片散熱系統100並未顯示出來以 便於顯示該基座環71在該基板400插入與取出之情形；但 是，第16a至16d圖中所述之步驟適用於已安裝在該基座 環71中之陣列式翅片散熱系統100。 該基板400可包括多數用以連接一固定件等至該基板 10 400的通孔407，以便連接該基板400與一如PC板之基材 或一如PGA之連接器。該基板400可以由多種包括金屬、 塑膠、與複合材等剛性材料製成，例如該基板400可使用 鋁（A1)製成。 在第17圖中，一包括一彈簧425與一螺桿423之固定 15 件421被插入該等通孔407中，一欲藉該陣列式翅片散熱 系統100散熱之元件500係由一基材600來承載，該基材 600可以是，例如，一 PC板或一 PGA連接器。該基材 600可具有用以容納該固定件421之螺桿423的螺孔（圖未 示），當該基板400安裝有該基材600時，該等散熱翅片 20 10之基部31係定位成與該元件500之一表面501接觸。 較佳地，該基板將該Y軸定位成與該元件500之中心軸C 轴向對齊。該等彈簧425係可操作以施加一接觸力於該元 件500與該基部31之間，藉此減少阻力，使得熱有效地且 充份地由該元件表面501傳至該基部31。較佳地，該接觸 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 25
558938 力係沿著該等軸（Y、C)作用，即，該接觸力係與該等軸（Υ 、C)同軸。 雖然本發明之實施例已說明與顯示過了，但是本發明 不限於如此說明與顯示之特定形式或結構。本發明僅受限 5 於以下申請專利範圍。 I：圖式簡單說明3 第1圖是本發明之陣列式翅片散熱系統之俯視結構圖 〇 第2圖是本發明之一分開散熱翅片之結構圖。 10 第3圖是本發明之多數分開散熱翅片之結構圖。 第4圖是本發明之陣列式翅片散熱系統之側視結構圖 〇 第5圖是在與本發明之陣列式翅片散熱系統連接之前 的一仰視結構圖。 15 第6a與6b圖分別是在與本發明之一陣列式翅片散熱 系統連接後的一基部環之底視圖與底視結構圖。 第7a與7b圖顯示本發明之一陣列式翅片散熱系統之 流入空氣流與流出空氣流。 第8圖是本發明之一包括一間隔構件之分開散熱翅片 20 之結構圖。 第9圖是本發明之一包括一彎曲結構之分開散熱翅片 的結構圖。 第10a至10c圖顯示本發明之一分開散熱翅片與一在 多數散熱翅片之間之相等間距的橫截面結構圖。 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 26 558938
第11與12圖分別是包括一風扇、一風扇安裝環、及 一基座板之陣列式翅片散熱系統的俯視圖與底視圖。 第13與14圖是一側視圖，顯示通過本發明之陣列式 翅片散熱系統之雙向空氣流。 5 第15圖是一橫截面圖，顯示本發明之一風扇之輪轂半 徑。 第16a至16e圖顯示在本發明中以一基座板安裝一基 座環。 第17圖是本發明之一陣列式翅片散熱系統之側視結構 10 圖，且該陣列式翅片散熱系統係安裝成與一欲散熱之元件 接觸。 第18a至18c圖顯示本發明之雙向空氣流之橫截面圖 【圖式之主要元件代表符號表】 15 10··.散熱翅片 11·.·内緣 13...外緣 25 24…第一邊緣 25…散熱突起 26...第二邊緣 15…散熱表面 17.. .前緣 20 19...後緣 21.. .徑向翅片 22.··彎曲輪廓 23···第一具有氣體動力輪廓之 27.. .插入部份 31.. 基部 30 32…間隔構件 33···第二具有氣體動力輪廓之 表面 35…槽孔 表面 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 27 36.. .唇部 558938 玖、發明說明 37.. .溝槽 38…支座表面 39.. .空氣通道 39a...較寬空氣通道 5 39b，39c...較窄空氣通道 50.. .徑向外罩 51.. .空氣入口 53…空氣出口 55____L 緣 10 57...下緣 61···室 71.. .基座環 73.. .軸環型材 75a···第一開口環 15 75b.··第二開口環 77.209.. .固定件 79.. .鍵型材 100.. .陣列式翅片散熱系統 200.. .風扇 20 201···風扇輪轂 203…風扇葉片 203a··.掃過區域 205…風扇殼體 207…轉動構件 發明說明續頁 209.. .固定件 300.. .安裝環 400.. .基板 401…安裝表面 403.. .底面 404."孔 406…鎖型材 407.. .通孔 421.. .固定件 423…螺桿 425·.·彈簧 500.··欲散熱之元件 501…元件表面 600…基材
Ai...流入空氣流 A。...流出空氣流 A丨丨…流入空氣流之一部份 C，Y…軸
DiA^Ds···距離 hi...高度 1¾...輪廊南度
Sp…散熱突起間之距離 t。·.·在外緣處之距離 ti···在内緣處之距離 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁) 558938 玖、發明說明 wp...第一寬度 發明說明末Μ 29
Claims (1)
- 5589381 · 一種陣列式翅片散熱系統1 〇〇，係用以由一元件500中 移除熱，其包含： 多數分開散熱翅片10，其中各分開散熱翅片10包 括一内緣11、一外緣13與分開一由該外緣13減少至該 5 内緣11之距離（t。、h)的相對散熱表面15、一前緣19、 及一後緣17， 該等散熱翅片10係沿著它們的散熱表面15之一部 份互相連接且它們的内緣丨丨係定位成互相靠近，使得 該等散熱翅片10朝一徑向向外方向Γ互相發散以界定出 10 一在相鄰散熱翅片10之間的空氣通道39， 其中該後緣17包括一徑向翅片21、一第一具有氣 體動力輪廓之表面23、及多數定位在該第一具有氣體 動力輪廓之表面23與該内緣11之間的分開散熱突起25 ，且 15 其中該前緣丨9包括一可與該元件500連接之基部31 ，因此熱可由該元件500傳至該散熱翅片1〇、一第二具 有氣體動力輪廓之表面33、及一定位在該基部31與該 第二具有氣體動力輪廓之表面33之間的槽孔35 ; 一基座環71 ’包括一與該槽孔35互補之轴環型材 20 73 ’該軸環型材73係與各散熱翅片1〇之槽孔35接觸並 且以一互相固定之方式扣持該等散熱翅片1〇;及 一徑向外罩50，包括分開一距離比之一上緣55與 一下緣57 ’該徑向外罩5〇係與該等散熱翅片10之外緣 13之一部份接觸，且該徑向外罩50界定出一在該下緣 0續次頁（申請專利範酿不敷使用時，請註記並使用顧） 30 55893857與該第二具有氣體動力輪廓之表面33之間的空氣入 口 51且界定出一在該上緣55與該徑向翅片21之間的空 氣出口 53，且 其中熱係藉由一通過該空氣入口 51之流入空氣流 Ai由該元件500中移除，該徑向外罩5〇引導該流入空氣 流Ai通過該空氣通道39且通過該等散熱表面15上方， 該第一具有氣體動力輪廓之表面23改變該流入空氣流 Ai之一部份au之方向而通過該等散熱突起25上方，且 該徑向外罩50可操作以將該流入空氣流Ai導入一流出 空氣流A。’而該流出空氣流a。通過該空氣出口 53且沿 著一大致平行於該等内緣11之軸γ排出。 2·如申請專利範圍第i項所述之陣列式翅片散熱系統1〇〇 ，其中該等散熱翅片10係藉由一間隔構件32而互相 等距地分開，且該間隔構件32係與各散熱翅片⑺之 外緣13連接，又，該間隔構件32由其中一選定之散 熱表面15向外延伸一預定高度hi，且該間隔構件32 係與一相鄰散熱翅片10之散熱表面15接觸。 3·如申請專利範圍第1項所述之陣列式翅片散熱系統ι〇〇 ，其中各散熱翅片10包括一與該外緣13接觸之彎曲 輪廓22，該彎曲輪廓22由其中一選定之散熱表面15 向外延伸一輪廓高度h，且該彎曲輪廓22包括分開一 第一寬度Wp的一第一邊緣24與一第二邊緣26，且 其中該彎曲輪廓22與一相鄰散熱翅片1〇之散熱表 面15接觸，使得該徑向外罩5〇係由所有散熱翅片…之 0續次頁（申請專利範圍頁不敷使用時，請記並使用續頁） i： -、、、 - v ~ 武 r' :士 3;申請蓴手赚 、'、'、 ，。…μ…'、,, I___ .....'、'一…、、、“、，、：、6“'、义>j ___ 聲曲輪廓22形成且該空氣出口 53係形成在該第一邊緣 24與該徑向翅片21之間並且該空氣入口 51係形成在該 第一邊緣26與該第二具有氣體動力輪廓之表面33之間 〇 如申请專利範圍第3項所述之陣列式翅片散熱系統1〇〇 ’其中該等散熱翅片10係藉該彎曲輪廓22而等距地 互相分開。 如申凊專利範圍第丨項所述之陣列式翅片散熱系統ι〇〇 φ ，更包含一風扇200，該風扇2〇〇係與該等散熱翅片 W連接且可操作以產生該流入空氣流Ai。 6·如申請專利範圍第5項所述之陣列式翅片散熱系統1〇〇 ，其中該風扇200產生一選自由一拉動空氣流與一推 送空氣流所構成之群之空氣流af。 7·如申請專利範圍第5項所述之陣列式翅片散熱系統1〇() ，其中該徑向翅片21包括一用以將該風扇2〇〇安裝於 該等散熱翅片10上的支座表面38。 翁 8·如申請專利範圍第7項所述之陣列式翅片散熱系統ι〇〇 ，更包含： 唇部，係由該外緣13向外延伸且位於該握向翅 片21之支座表面38下方； 一風扇安裝環300，係定位在靠近該唇部36處；及 一固定件209，用以連接該風扇安裝環3〇〇與該風 扇200且用以推動該風扇安裝環3〇〇而與該唇部％接觸 ’使得該風扇200固定地安裝在該支座表面38上。 0續次頁（申請專利範圍頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 乃89385 ......職職纖觀纖魏截輸遂潑纖驗戀y驗s— I如申請專利範圍帛1項所述之陣列式翅片散熱系統100 ，其中在該等相對散熱表面15間之距離（t。、ω中的變 化界定出一選自由一傾斜輪廓、一楔形輪廓、一等邊 角幵> 及直角二角形所構成之群的橫截面輪廓。 如申叫專利範圍第1項所述之陣列式翅片散熱系統1〇〇 其中該等散熱突起25之最内側者包括一可容納至少 固定件之插入部份27，且該固定件係與該插入部份 27連接並且可操作以便以一互相固定之方式扣持該等 散熱翅片10。10 15 U·如申请專利範圍第i項所述之陣列式翅片散熱系統_ 其中該等散熱犬起25係定位在一由該轴γ或該内緣 11之其中之一選定者開始算起之預定徑向距離Rd内。 如申凊專利範圍第11項所述之陣列式翅片散熱系統 1〇〇，其中該預定徑向距離Rd係由一風扇之輪轂半徑 Rh來決定。 20 13·如申凊專利範圍第1項所述之陣列式翅片散熱系統100 · ，其中該第二具有氣體動力輪廓之表面33與該第二具 有氣體動力輪廓之表面33具有一由一傾斜輪廓、一弧 形輪廓與一平面輪廓中選出之一或多個輪廓。 14·如申请專利範圍第i項所述之陣列式翅片散熱系統1〇〇 ，其中熱係藉由一通過該空氣出口 53之流入空氣流Ai 由該兀件500中移除，該徑向外罩5〇引導該流入空氣 流Ai通過該空氣通道39且通過該等散熱表面15上方 ’該第一具有氣體動力輪廓之表面23改變該流入空氣 0續次頁（申講麵圍頁不敷使觸，請註記雌麵 33 558938 流A之一部份Αη之方向而通過該等散熱突起25上方 ’且該徑向外| 50彳操作以將㉟流入空氣流弋導入 一流出空氣流A。，而該流出空氣流A。通過該空氣出口 53且沿著一大致平行於該等内緣u之軸γ排出。 15·如申請專利範圍第1項所述之陣列式翅片散熱系統1〇〇 ，其中該基座環71包含藉由至少一固定件77互相連 接的一第一開口環75&與一第二開口環75b，且該第一 與第二開口環（75a、75b)係可操作以便以一互相固定之 方式夾持該等散熱翅片10。 ίο16·如申请專利範圍第丨5項所述之陣列式翅片散熱系統 100，更包含： 多數鍵型材79，係定位在該第一開口環75a上且在 該第二開口環75b上；及 一基板400，包括一安裝表面4〇1、一底面403、及 15 一延伸在該安裝表面與該底面（401、403)之間且具有一 與該基座環71互補之輪廓的孔404，該孔404包括多數 與該等鍵型材79互補之鎖型材406,且 其中該基座環71安裝於該基板400係藉由以下步驟 達成，即，使該等鍵型材79與該等鎖型材406對齊並且 20 將該基座環71插入穿過該孔404，使得該第二具有氣體 動力輪廓之表面33係與該安裝表面401接觸，並且接著 扭轉該基座環71以轉動該等鍵型材79而與該底面403結 合，以使該基座環71與該基板400可分離地鎖合。 34
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