TWI336832B - Heat dissipation module - Google Patents

Description

九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種散熱模組，特別是關於一種用於冷卻 微處理器的散熱模組。 【先前技術】 隨著電腦財央處理il(CPU)的速度愈來躲，市場要 求的體積愈來愈小’傳統應用「散熱片+風扇」的散熱技術 已無法滿足需求。為了解決熱傳遞的問題，發展出「熱導管 (heatpipe)+散熱片+風扇」以及「水冷式散熱模組」等解決方 案’以「水冷式散熱模組」為例說明如下。 s月參照圖1A，為一種習知的水冷式散熱模組1〇〇之側視 圖。散熱模組1〇〇連接一泵浦(waterpUmp)2〇〇及一熱源，例 如一中央處理器300。散熱模組100包括一銅管12〇、複數個 散熱片140、一冷板160及一風扇18〇。散熱片14〇設於銅管 120之外側。風扇18〇設於銅管12〇與散熱片14〇之側部， 以提供一冷空氣。冷板16〇裝設於中央處理器3〇〇上。泵浦 2⑻帶動散熱模組100之銅管120内的水至冷板16〇，以吸收 中央處理器300所產生的熱量，水吸收熱量後，被帶回散熱 模組100 ’以進行熱交換，請參照圖1D之熱傳導路徑，並將 於後詳述。當水被降溫後，水又被帶往冷板160，藉此保持 中央處理器3〇〇處於低溫狀態。 請參照圓1B，為圖1A之銅管120及散熱片140的A_a 剖面示意圖。鋼管120内為流動的水130，而銅管120之外 i與環也放熱片140接觸。因此，水130所吸收的熱量可 吹140的外表面’並與風扇⑽所 4產生熱讀’以降低水13G中所含的轨量。 剖面之銅管120及散熱請_ 一 呈L_折，分為一接合部142與 接=二。ΐ 與銅管120外壁平行，並且利用銲 外:= 己的:式組裝於銅管120外壁上。.鰭片Η4與銅管120 用以接觸冷空氣。這種結構的缺點如下：一、散 .、，、>! 140與銅管12〇之間會右斜 效應，導致傳献不隙造成接觸熱阻 她導致傳熱不良，二、銅管120與水130反應，會產生 銅銹;三、辦12G的價格高、重量重，糾大量生產製造。 士請f照圖1D’將圖1八中的銅管120之-部分i2〇a放 本以詳述熱傳導之情形。銅管12()之—管壁la内部之箭 方\^ 13G雜方向，其上方之符號0代表冷空氣的流動 向為出紙面之方向。水13〇吸收熱量後，從銅管12〇之一 上游端124流入管壁122内部，並流向銅管⑽之一下游端 126水130巾之熱置則通過管壁122傳導至位於其外表面的 政…片140。再以風扇180產生一氣流，流過管壁122的外 部，如此冷空氣與熱的散熱片14〇會作熱交換，使得水流的 溫度降低，達到冷卻的作用。 然而，散熱片140的熱傳效率，是與上下游的水流的溫 度差成正比。由於銅管12〇的管壁122具有一定的厚度，且 銅為-熱的良導體，因此當銅管12〇之上游端124的溫度才 =上升，熱量要傳導至管壁122外部的第—片散熱片14〇之 月’J，即沿著水130流動方向，透過管壁122傳導到溫度較低 =游端126，如圖中虛線續示。如此降低了上游端124 的水溫’而升高了下游端⑶的水溫，使上下游端124,126 差減小，因此散熱片140的熱傳效率即會變差。 本發明提供—種散熱模組，可改善散熱片的熱傳效率。 徵4=::和優點可以從本發明所揭露的技術特 為達上述之-或部份或全部目的或是其他目的，本發明 一散熱模組’用以冷卻一微處理器。散熱模 、、且C括-基座、—導流管、複數導熱片及—風扇。基座 於微處理f上。導流管連接基座，提供-導流方向，並^具 有:隔熱官壁’隔熱管壁分隔出導流管之—内部與一外部， 且隔熱管壁能延遲導流管沿導流方向的熱傳導。複數導熱片 係固定於隔熱管壁上。每相鄰的兩導熱片係藉由隔熱管壁隔 開。複數導細具有-散熱方向，散熱方向與導流方向相交， 且t導流管之⑽指向其外部^風扇裝設於導流管之外部， 以提供一冷卻氣流吹向複數導熱片。 在一較佳實施方式中，上述散熱模組更包括一幫浦❶上 述基座具有一流道，其係連通於導流管。流道更具有兩端口 部’分別連通於幫浦之一出口端及一入口端。 本發明之一實施態樣係為一散熱模組，包括一導流管及 複數導熱片。導流管提供一導流方向，具有一隔熱管壁，隔 熱管壁能延遲導流管沿導流方向的熱傳導。複數導熱片固定 於隔熱管壁上。每相鄰的兩導熱片係以隔熱管壁隔開。複數 向用語是用來說明並非用來限制本發明。 請參照圖2A，一散熱模組400用以冷卻一微處理器 (microprocessor)500，例如電腦的中央處理器(CPU)。散熱模 組400包括一基座420、一導流管440、複數導熱片460及一 風扇480。基座420裝設於微處理器500上。導流管440具 有一開口部(未圖示)及一隔熱管壁442，開口部連接於基座 420’導流管440並提供一導流方向，隔熱管壁442分隔出導 流官440之一内部與一外部，且隔熱管壁442係沿導流方向 (如箭號所示)延伸，其中隔熱管壁442能延遲導流管44〇沿 導流方向的熱傳導。複數導熱片46〇係固定於隔熱管壁442 上。每相鄰的兩導熱片460係藉由隔熱管壁442隔開。導熱 片460具有一散熱方向，散熱方向係相交或大致垂直於導流 方向，由導流管440之内部指向其外部。風扇48〇裝設於導 流管440及複數導熱片46〇之外部，以提供一冷卻氣流吹向 複數導熱片460。 上述基座420具有一流道422位於其内部。流道422具 有一側開孔(未圖示)及兩端口部424及426。流道422 #葬由 侧開孔連通於導流管_之開口部。在—較^^' = 上述散熱模組400更包括一幫浦6〇〇。幫浦6〇〇之入口端及 出口端分別連通於兩端π部424及426，用以促進流道422 及導流官440中的流體流動，其中幫浦_、基座42〇、導流 管440之間形成封閉式的循環迴路。 請參照圖2B ’導流管44〇之隔熱管壁442係以熱傳導係 數小於2G W/m · κ之材料製成，例如塑膠材料、雜膠(疏仙 1336832 rubber)等。氣流或水鱗在導流管44Q内沿導流方向流 動。而導熱片460係穿過隔熱管壁442，並沿導流方向(如箭 號所示)排列，並且每相鄰的兩導熱片46〇之間呈有一間距 D。在本實施例中，導流管440之導流方向的熱傳導被錄 間距D的隔熱管壁442所阻斷’因此導熱片與導熱片· • 之間不會有熱傳導或熱傳導極慢。 • 請參關2C，係為圖2A之A-A剖面之結構示意圖。複 數導熱片460係以熱傳導係數大於50 W/m.K之材料製成， • 鐵0銅、紹等金屬材質，利用壓鋒、冷段、擠出等方式製造， 並且呈輻射狀穿過隔熱管壁442。圖2C所示的每一導熱片 460可分為-外鰭片462與内鳍片464。内則464位於導流 管440之隔熱管壁442之内部，而外韓片462位於導流管44〇 之隔熱官壁442之外部。因此，每一導熱片46〇之一端位於 導流管_之外部，而其另一端位於導流管440之内部。内 縛片464吸收導流管44〇内流體的熱量，並傳導給外铸片 462。圖2C所示的内韓片464大致垂直於隔熱管壁4犯之内 參 表面，而外縛片462亦大致垂直於隔熱管壁442之外表面。 整體而言’本實施例的内轉片464與外縛片462均大致與導 流官440之隔熱管壁442垂直設置。 請參照ffl 2D，係為圖2C之B七剖面之結構。每一導献 片460具有-散熱面468，其平行於導流管44〇之導流方向、。、 請參照圖3，為另一實施例之散熱模組700,其且有一直 立導流管720 ’例如熱管(heatpipe)，與複數導熱片·，導 流管720之隔熱管壁722包括複數段塑膠管(未標號），複數 段塑膠管係一段接一段地套接(請參照圖6C的作法），每一段 塑膠管之間則接合一導熱片740，最後再以膠合作為每相鄰 兩段塑膠管之交界面、或塑膠管與導熱片740之交界面氣密 的方法。當一散熱基座760將微處理器500所產生的熱傳導 至導流管720底部的液態水之後，液態水會汽化，水氣會往 上升’而接觸内鰭片742 ’内鰭片742將水氣的熱傳至外鰭 片744 ’經外界冷卻後，水氣會在内鰭片742處冷凝成液態 水’並因重力作用，回流到散熱基座760處。 請參照圖4A至4B、圖5A至5B、圖6A至6C，為不同 的導熱片型式。與圖2C至2D所示的導熱片460相較，導熱 片460的散熱面468是沿導流方向伸展。但圖4A所示之導 熱片460a之内鰭片464a係將圖2C的内鰭片464折彎至與導 ml管440a之隔熱管壁442a的内側面貼齊，而與導熱片46〇a 之外鰭片462a相對大致呈L型連接，如此可以減少導流管 440a内的流阻。而導熱片460a仍是穿過導流管440a之隔熱 管壁442a。圖4B是圖4A之C-C剖面示意圖，顯示外韓片 462a與導流管440a之隔熱管壁442a垂直設置。 請參照圖5A及圖5B，每一導熱片460b之一内續片464b 與一外鰭片462b仍大致呈L型連接。但外鰭片462b具有一 散熱面468b ’其垂直於導流方向(圖5A中，導流方向為垂直 紙面之方向)展開。亦即，導熱片460b係將圖4A的導熱片 460a整體相對於導流管440a之隔熱管壁442a順時針或逆時 針旋轉90度，如此亦能減少導流管440a内的流阻，並能減 少導熱片460b的數目。圖5B是圖5A之D-D剖面圖，顯示 外鰭片462b與隔熱管壁442b垂直設置’而内鰭片462b之折 f方向與導流方向平行。 之1¾ j關όΑ至圖6C，在—較隹實酬中，導流管440c 2熱官壁包括複數個彼此套接的圓環442c，圓環偷亦 ::、隔熱材料或低熱傳導係數材料製造。複數導熱片 2自設置於不同的圓環條上。每一導熱片偷包括一 ^ V夕鰭>| 462e與複數内鰭片她，碟形賴片462c環繞 』^應的U%442c之外部，而複數内鰭片奶知位於對應的 ^ 442c之内部。每一内鰭片條具有一受熱面 466c ，碟 ^夕轉>1 462c具有-散熱面.，受熱面466。係垂直於散 熱面468c。 圖6C顯不’複數圓環條與複數導熱片働^交替地彼 此套接。在相鄰的圓環條與導熱片條之交界面上並 ^上膠以防止液财漏；或是整體組合好之後，再施以外力 緊追之，使圓環442c達到變型，達防漏的目的。 _綜上所述，無論是何種導刻_式，只要以隔熱材料 ^隔於導熱片之間’以延遲或阻斷導流管沿導流方向的熱傳 導，即符合本發明之精神。 明參照圖7 ’為操取一段導流管，進行熱流模擬的結果， 列如擷取圖3所示的一段導流管漁，其包含 及導熱片。以下將隔熱管壁722的上方稱為熱端，其下 方，為冷端。在-熱流模擬裝置_中，提供—熱流由熱端 ，氣口 Hin流向熱端出氣口 H〇ut，以及提供一冷流由冷端進 氣口 Cin流向冷端出氣口 c〇ut。 接著，在熱端進氣口 Hin溫度都為7(TC ;而冷端進氣口

Cin 度都為25 c，且冷流及熱流的流量均相同(例如i cfm) 的條件下。當隔熱管壁722的材質為熱傳導係數為5 w/m · κ (κ為)的導熱不良的塑膠材質時，冷端出氣口 c〇m的溫度為 61°C。但是，若將隔熱管壁722的材質改為熱傳導係數為2〇〇 w/m · κ的鋁材時，其冷端出氣口 c〇ut的溫度為54<5(〕。如此， 以冷端的熱交換效率而言，以塑膠製作的隔熱管壁722會比 鋁材製作的隔熱管壁增加24%[ (54_25) / (61_25)]。由此 可矣阻斷導流管722a之導流方向的熱傳效應，會對熱交換 效率有非常大的幫助。 本發明之實施例具有如下優勢：一、不用金屬銅管，因 ，達到節省成本、重量輕的目的；二、不會有接觸熱阻的問 題，二、可阻斷、延遲或降低導流管之導流方向的熱傳導， 所以散熱模組的效輪習知結構為佳；四、熱傳效率與體積 (P/V)的比值較習知結構為高，因此可以利用更小的體積， 達到相同的触換效率。綜上所述，本發狀實施例的散熱 模、、且係可在同散熱效率下，達到成本低、重量輕、體積小的 綜合效益。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能 以此限定本發明實施之細，即大凡依本發明帽專利範圍 及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發 月專利/函蓋之範圍内。另外本發明的任—實施例或中請專利 範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此 外’摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用 ，並非 用來限制本發明之權利範圍。 【圖式簡單說明】 14 13.36832 圖1A至ID為一種習知的散熱模組之結構示意圖； 圖2A為本發明之一實施例之散熱模組的示意圖； 圖2B為根據本發明之一實振例，散熱模組之導流管之 隔熱管壁及導熱片之配置示意圖； 圖2C為圖2A中，散熱模組之A_A剖面之結構示意圖； 圖2D為圖2C中’散熱模組之B_B剖面之結構示意圖；

圖3為本發明之一實施例之散熱模組的示意圖； 圖4A至4B為根據本發明之一實施例，顯 導熱片型式； U、、且之 顯示散熱模組之 _示散熱模組之 圖5A至5B為根據本發明之一實施例， 導熱片型式； 圖6A至6C為根據本發明之一實施例， 導熱片型式； ^ 7為根據本發明之-實施例，散賴挺之熱流模擬褒 置不•圖。 【主要元件符號說明】 水冷式散熱模組100 銅管120 銅管放大部分120a 管壁122 上游端124 下游端126 15 13,36832 水130 散熱片140 接合部142 鰭片144 間隙150 冷板160 風扇180 泵浦200 中央處理器300 散熱模組400 基座420 流道422 端口部 424, 426 導流管 440, 440a，440c 隔熱管壁442, 442a 塑膠管壁442b 圓環442c 導熱片 460, 460a，460b，460c 外鰭片 462, 462a，462b，462c 内鰭片 464, 464a，464b，464c 受熱面466c 13.36832 散熱面 468, 468b，468c 風扇480 微處理器500 幫浦600 散熱模組700 導流管720 隔熱管壁722 一段導流管722a 導熱片740 内鰭片742 外鰭片744 散熱基座760 熱流模擬裝置800

Claims (1)

1. '申請專利範圍： 括：1.一種散熱模組，帛以冷卻-微處理器，該散熱模組包 一基座，裝設於該微處理器上； -導流管，連接該基座，提供—導財向，並且一 ，熱管壁’其中該隔熱管壁分隔出該導流管之—内部^外 和且該隔熱管壁能延遲該導流管沿該導流方向的熱傳 以及 、 導，固定於該隔熱管壁上，其中每相鄰的兩該 二_由該隔熱f壁關’並且該科熱片具有一散敎 該散熱方向與該導流方向域，雌散熱方向係由該 导仙官之内部指向該導流管之外部；以及 向該裝設於該導流管之外部，以提供—冷卻氣流吹 2. 如巾請專利範圍第丨項所述之散熱模組，其中該基座 、有—流道’連通於該導流管，並且該流道具有兩端口部。 3. 如申請專利範圍第2項所述之散熱模組，更包括—幫 姓’，幫浦之-出π端及—切端分別連·該流道之該兩 口部。 道勒如申明專利範圍第1項所述之散熱模組，其中每一該 :、、、片之-端位於該導流管之外部，而每，導熱片— 鸲位於該導流管之内部。 如申》月專利範圍第1項所述之散熱模組，其中該導流