TWI443944B - Thin hot plate structure - Google Patents

Description

薄型熱板結構

本發明係有關於一種薄型熱板結構，尤其一種可依需求任意構形及具有傳熱至遠端功效及提升工作流體循環速度等特性，藉以有效達到絕佳散熱效果之薄型熱板結構。

隨著科技的日新月異，電子元件的功率與效能日益提升，連帶地在操作時也產生更多的熱量；倘若這些熱量未能及時散逸出去而累積於該電子元件的內部，將會導致該電子元件的溫度升高且影響其效能，甚至嚴重者將導致該電子元件故障損壞。所以業界為了有效解決電子元件散熱的問題，便陸續提出具有導熱效能較佳的均溫板(Vapor chamber)及薄型化之熱管(Heat pipe)，並將其可與散熱器做搭配組合，以有效解決現階段的散熱問題。

然，目前薄型化之熱管結構，其係於大口徑的熱管內之中空部分填入金屬粉末，並透過燒結之方式於該薄型熱管之內壁形成一環狀的毛細結構，其後將該薄型熱管抽真空並填充工作流體，最後封閉壓扁以成就薄型化之熱管結構；但由於習知的薄型化之熱管因其內側設置為整圈環狀之毛細結構，於壓扁薄化時會因該環狀毛細結構的壓擠造成其內部之蒸汽通道過於狹隘或阻塞，影響汽液相變化令導熱效能不彰。

另外，所述習知薄型化之熱管於製造上均為固定管徑，無法依照使用者所欲的需求設計形狀及管徑大小(如一端大徑一端小徑或二端等徑中間漸大或漸細)，且因熱管內之毛細結構係為固定均勻環狀設置，致使當對所述薄型化熱管之形狀做改變(如彎曲或凹折狀)時，會使薄型化熱管內部環狀毛細結構(即燒結之金屬粉末)受到彎折擠壓，而致使該薄型熱管之毛細結構於擠壓處脫落，故令該薄型熱管之熱傳效能大幅降低；此外，由於該薄型化熱管係僅具有環狀之毛細結構，並無其他可變化設計性，致使其在壓扁薄化時，亦因該環狀毛細結構之上下層壓疊，造成厚度增加而無法將熱管壓扁薄化至最低程度，薄化效果有限。

而習知均溫板(vapor chamber)係包括呈矩型狀之殼體及其殼體內部腔室壁面的毛細結構，且該殼體內部填充有工作流體，並該殼體的一側(即蒸發區)係貼設在一發熱元件(如中央處理器、南北橋晶片)上吸附該發熱元件所產生之熱量，使液態之工作流體於該殼體之蒸發區產生蒸發轉換為汽態，將熱量傳導至該殼體之冷凝區(即冷凝區)，該汽態之工作流體於冷凝區受冷卻後冷凝為液態，該液態之工作流體再透過重力或毛細結構回流至蒸發區繼續汽液循環，以有效達到均溫散熱之效果。

雖習知均溫板可達到均溫的效果，但卻延伸出另一問題，即均溫板的傳熱方式是由其一側吸附熱量後，藉由腔室內的工作流體之汽液相變化傳導另一側，換言之，就是均溫板僅是藉由一側面積吸附熱量傳導至相對另一側面積藉以達到均溫效果，但卻無法具有像熱管一樣的傳熱方式，可將吸附的熱量傳導至遠端進行散熱，因此，使得均溫板僅限於適合應用大面積的均勻導熱，而不適合拿來應用於遠端導熱。

以上所述，習知技術具有下列之缺點：

1.薄型化熱管厚度受限制，且無法任意改變管徑、毛細結構及其形狀；

2.均溫板無法將熱量傳遞至遠端，且重量較重；

3.增加成本。

是以，要如何解決上述習用之問題與缺失，即為本案之發明人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。

爰此，為有效解決上述之問題，本發明之主要目的，係提供一種透過一本體將吸附的熱量迅速傳導至遠端，並藉由至少一毛細結構提升汽液循環效率，進而有效達到遠端傳熱效果之薄型熱板結構。

本發明之次要目的，係提供一種具有降低成本之薄型熱板結構。

本發明之次要目的，係提供一種具有重量輕、厚度薄之薄型熱板結構。

為達上述目的，本發明係提供一種薄型熱板結構，係包括：一本體係具有一腔室、一第一端及一相反該第一端方向延伸之第二端，該腔室內係設有至少一沿相對該第一端朝第二端方向延伸形成之毛細結構，並與該腔室共同界定有至少一通道；藉由上述薄型熱板結構的設計，得可有效直接將吸附的熱量快速傳導至遠端，以大幅提升汽液循環效率者。

本發明之上述目的及其結構與功能上的特性，將依據所附圖式之較佳實施例予以說明。

本發明係一種薄型熱板結構，請參閱第1A、2A、2B、7圖係顯示本發明之第一較佳實施例；該薄型熱板結構1係包括一本體10及至少一毛細結構2，該本體10係具有一腔室100、一第一端101、一相反該第一端101方向延伸之第二端102，其中本體10係由一第一平板11及一第二平板12對接組成，並共同界定前述腔室100；該第一平板11相鄰該第一端101的外側(即蒸發區)係緊貼靠在對應的一發熱元件3(如中央處理器、南北橋晶片、顯示卡晶片)上，以將發熱元件3所產生的熱量傳導至該第一端101。

前述第二平板12相鄰第二端102的外側(即冷凝區)係對接至少一散熱器4，且該散熱器4係表示為由複數散熱鳍片堆疊而成的散熱器4做說明，但不侷限於此，或亦為鋁擠型散熱器或其他可散熱體。

前述腔室100內係設有一第一側壁1001、一相對該第一側壁1001之第二側壁1002、一第三側壁1003及一相對該第三側壁1003之第四側壁1004，並該第一、二、三、四側壁1001、1002、1003、1004相互連接形成所述腔室100，且該腔室100內填充有一工作流體，前述工作流體於該較佳實施係以水做說明表示，但並不侷限於此，惟具體實施時，凡亦可利於蒸發散熱之流體為如純水、無機化合物、醇類、酮類、液態金屬、冷煤、有機化合物或其混合物皆為所敘述的工作流體，合先陳明。

前述第一端101亦即該本體10的一端，該第二端102亦即該本體10的另一端，並前述第二端102從第一端101向外延伸的長度、寬度及形狀，可以事先依照使用者裝設組配位置及遠端導熱效果的需求，設計所述第一、二平板11、12及毛細結構2的長度、寬度及形狀，亦即如參閱第1A圖示，前述第一、二平板11、12係表示為呈略Z狀，且該毛細結構2係匹配該第一、二平板11、12之形狀同樣呈略Z狀，但不侷限於此，或亦呈曲線狀，或呈L狀，或呈任意形狀，合先陳明。

續參閱第2A、2B圖，輔以參閱第1A圖，前述毛細結構2係設於該腔室100內，並與該腔室100共同界定有至少一通道5，該通道5係用以供汽態之工作流體流動。並毛細結構2於該腔室100內係沿相對該第一端101朝第二端102方向延伸形成，且其設有一第一側201、一相反該第一側201之第二側202、一第三側203及一相反該第三側203之第四側204，於該較佳實施之毛細結構2係設置在相鄰第四側壁1004處，使該第一側201及第二側202係分別抵設該第一、二側壁1001、1002，且該第四側204則與相對該第四側壁1004緊貼靠；但於具體實施，亦可將所述毛細結構2設置在相鄰該第三側壁1003處，使該第一側201及第二側202係分別抵設該第一、二側壁1001、1002，該第三側203則與相對該第三側壁1003緊貼靠。

另外前述毛細結構2係具有導流能力、提供更多的回流通道(channel)及支撐的功效，且於本實施例具有三種態樣，詳細說明如后：其中第一種態樣是該毛細結構2係為一燒結粉末體。第二種態樣是該毛細結構2係為一呈扁平狀之金屬體，該金屬體係以鋁、銅、銀及合金其中任一材質所構成，且該金屬體上係形成有一毛細結構，該毛細結構係選擇為網目(mesh)、纖維(fiber)、燒結粉末(sintered powder)、網目及燒結粉末組合及微溝槽(groove)其中任一。第三種態樣是該毛細結構2係為複數呈扁平狀之金屬體所構成，金屬體同樣係以鋁、銅、銀及合金其中任一材質所構成，且該金屬體外緣套設有一燒結粉末環體。

以下舉一實例做說明：請一併參閱第1A、2A、7圖示，所以當發熱元件3產生熱量時，前述熱量傳導到該第一平板11，透過該第一平板11的蒸發區其內液態之工作流體吸收熱量而產生蒸發，以轉換為汽態之工作流體，又因第二端102之溫度較低故使汽態之工作流體會沿通道5朝第二端102方向流動，故汽態之工作流體不僅由第一平板11之蒸發區傳導到該第二平板12之冷凝區，更由第一端101傳遞至第二端102，設於該第二平板12上及該第二端102的散熱器4會將接收的熱量傳導至其上的散熱鳍片對外擴散散熱，以加速所述第二平板12及第二端102之冷凝區冷卻該汽態之工作流體之效率，令該汽態之工作流體而迅速轉換為液態之工作流體產生回流，該液態之工作流體係藉由該毛細結構2迅速回流至該第一平板11及第一端101之蒸發區而繼續汽液循環，所以俾使有效提升汽液循環效率及將吸附的熱量迅速傳導至遠端之效果，進而達到絕佳散熱效果者。

請續參閱第2C圖係表示前述毛細結構2另一種實施之示意圖，圖中顯示該毛細結構2的一端具有至少一擴展部26，該擴展部26係位於相鄰該第一端101處，且其從該毛細結構2一端的側邊朝對應前述通道5凸伸構成，亦即前述擴展部26係從該第三側203朝相對的通道5凸伸構成；於具體實施時，若前述毛細結構2係設置於相鄰該第三側壁1003處，則所述擴展部26係從該第四側204朝相對的通道5凸伸構成。

請續參閱第1B圖係表示前述第一、二平板11、12另一種實施之示意圖，圖中顯示前述第一、二平板11、12的內側係分別設有一毛細結構13，係用以輔助液態之工作流體加速回流至蒸發區，以有效更進一步促進汽液循環之效率。

前述毛細結構13係選擇為網目(mesh)、纖維(fiber)、燒結粉末(sintered powder)、網目及燒結粉末組合及微溝槽(groove)其中任一。另者參閱第2D圖示，前述毛細結構2的另一端相對該第二端102之間形成有一空間15，係連通對應的通道5。

因此，藉由本發明此薄型熱板結構1的設計，得具有遠端傳遞散熱的功效，以大幅提升散熱效果，更具有靈活設計、重量輕、厚度薄及節省成本之特性者。

請參閱第3A、3B、4A係顯示本發明之第二較佳實施例之示意圖；該較佳實施例的結構及連結關係及其功效大致與前述第一較佳實施例相同，故在此不重新贅述，其兩者差異出在於：前述毛細結構2係設置在該腔室100內的中央處，並該第三側203相對該第三側壁1003之間界定一第一通道51，該第四側204相對該第四側壁1004之間界定一第二通道52，該第一、二通道51、52係用以供汽態之工作流體流動，以使汽態之工作流體藉由第一、二通道51、52分流的作用，以加速汽態之工作流體沿第一、二通道51、52朝第二端102方向流動，進而有效加快遠端傳導之效率。

請續參閱第3C係表示前述毛細結構2另一種實施之示意圖，圖中顯示前述毛細結構2的一端具有至少一擴展部26，係位於相鄰該第一端101處，並該等擴展部26係從該第三、四側203、204分別朝對應前述第一通道51及第二通道52凸伸構成。

請續參閱第4B圖係表示前述第一、二平板11、12另一種實施之示意圖，圖中顯示前述第一、二平板11、12的內側係分別設有一毛細結構13，係用以輔助液態之工作流體加速回流至蒸發區，以有效更進一步促進汽液循環之效率。前述毛細結構13係選擇為網目(mesh)、纖維(fiber)、燒結粉末(sintered powder)、網目及燒結粉末組合及微溝槽(groove)其中任一。另者如參閱第4C圖示前述毛細結構2的另一端相對該第二端102之間形成有一空間15係連通該第一、二通道51、52。

請參閱第5A、5B圖係顯示本發明之第三較佳實施例之示意圖；該較佳實施例的結構及連結關係及其功效大致與前述第一較佳實施例相同，故在此不重新贅述，其兩者差異出在於：前述毛細結構2係包含一第一毛細結構21、一第二毛細結構22及一第三毛細結構23，該第一、二、三毛細結構21、22、23係呈間隔排列設置於該腔室100內，並該第一毛細結構21相對該第三側壁1003之間界定一第一通道51，該第一、二、三毛細結構21、22、23彼此之間依序界定有一第二通道52及一第三通道53，並該第三毛細結構23相對該第四側壁1004之間界定一第四通道54。

前述第一、二、三、四通道51、52、53、54係用以供汽態之工作流體流動，以使汽態之工作流體藉由第一、二、三、四通道51、52、53、54分流的作用，以加速汽態之工作流體沿第一、二、三、四通道51、52、53、54朝第二端102方向流動，而液態之工作流體則透過該第一、二、三毛細結構21、22、23加速回流至蒸發區，使得有效加快汽液循環效率，進而又有效達到遠端傳導之效果。

另者於具體實施時，前述毛細結構2之數量不侷限於上述三個支撐結構，使用者可以事先依照本體10的寬度、傳導效率以及汽液循環效率的需求設定毛細結構2的數量，如參閱第5C圖示，前述毛細結構2於該腔室100內係以四個支撐毛細結構呈間隔排列設置做說明，亦即該毛細結構2更包含一第四毛細結構24，該第四毛細結構24係設置在該第三毛細結構23與第四側壁1004之間，並分別界定出前述第四通道54及一第五通道55，且該第五通道55與前述第一、二、三、四通道51、52、53、54的功效一樣，故不重新贅述。

請續參閱第5D圖係表示前述第一、二、三毛細結構21、22、23另一種實施之示意圖，圖中顯示該第一、二、三毛細結構21、22、23的一端係分別具有至少一擴展部26，係位於相鄰該第一端101處，並該每一擴展部26係分別從該一、二、三毛細結構21、22、23一端兩側朝對應的通道凸伸構成，更詳細說明如后：該第一毛細結構21之擴展部26分別從第一毛細結構21一端兩側朝第一、二通道51、52凸伸構成；該第二毛細結構22之擴展部26分別從第二毛細結構22一端兩側朝第二、三通道52、53凸伸構成；該第三毛細結構23之擴展部26分別從第三毛細結構23一端兩側朝第三、四通道53、54凸伸構成。

請參閱第6A、6B圖係顯示本發明之第四較佳實施例之示意圖；該較佳實施例的結構及連結關係及其功效大致與前述第一較佳實施例相同，故在此不重新贅述，其兩者差異出在於：前述毛細結構2係包含一第一毛細結構21及一相對該第一毛細結構21之第二毛細結構22，該第一、二毛細結構21、22係分別設置在相鄰該第三側壁1003及第四側壁1004處，以與該腔室100共同界定前述通道5。

另者藉由該第一、二毛細結構21、22可促使液態之工作流體迅速回流至蒸發區，以有效加快汽液循環效率，進而又有效達到遠端傳導之效果。

請續參閱第6C圖係表示前述第一、二毛細結構21、22另一種實施之示意圖，圖中顯示該第一毛細結構21的一端具有一第一擴展部261，該第二毛細結構22的一端具有一第二擴展部262，該第一、二擴展部261、262係分別位於相鄰該第一端101處，該第一擴展部261係朝對應的前述通道5凸伸構成；而該第二擴展部262係朝相對該第一擴展部261(亦即朝相對該通道5及第一擴展部261)方向凸伸構成。

以上所述，藉由本發明之薄型熱板結構1，除可依需求具有靈活設計之特性，更可達到重量輕及與均溫板相同的薄度或是更薄之薄化設計，且又具有如熱管的功效可將熱量迅速傳遞遠端，進而有效達到節省成本及絕佳散熱效果者。

综上所述，本發明相較於習知具有下列優點：

1.具有絕佳散熱效果；

2.具有重量輕、厚度薄以及傳熱至遠端之功效；

3.具有節省成本；

4.具有提升汽液循環效率；

5.具有靈活設計特性。

惟以上所述者，僅係本發明之較佳可行之實施例而已，舉凡利用本發明上述之方法、形狀、構造、裝置所為之變化，皆應包含於本案之權利範圍內。

1．．．薄型熱板結構

10．．．本體

100．．．腔室

1001．．．第一側壁

1002．．．第二側壁

1003．．．第三側壁

1004．．．第四側壁

101．．．第一端

102．．．第二端

11．．．第一平板

204．．．第四側

21．．．第一毛細結構

22．．．第二毛細結構

23．．．第三毛細結構

24．．．第四毛細結構

26．．．擴展部

261．．．第一擴展部

262．．．第二擴展部

3．．．發熱元件

4．．．散熱器

12．．．第二平板

13．．．毛細結構

15．．．空間

2．．．毛細結構

201．．．第一側

202．．．第二側

203．．．第三側

5．．．通道

51．．．第一通道

52．．．第二通道

53．．．第三通道

54．．．第四通道

55．．．第五通道

第1A圖係本發明之第一較佳實施例之分解示意圖；

第1B圖係本發明之第一較佳實施例之另一分解示意圖；

第2A圖係本發明之第一較佳實施例之第二平板及毛細結構立體示意圖；

第2B圖係本發明之第一較佳實施例之剖面示意圖；

第2C圖係本發明之第一較佳實施例之另一第二平板及毛細結構立體示意圖；

第2D圖係本發明之第一較佳實施例之另一第二平板及毛細結構立體示意圖；

第3A圖係本發明之第二較佳實施例之第二平板及毛細結構立體示意圖；

第3B圖係本發明之第二較佳實施例之剖面示意圖；

第3C圖係本發明之第二較佳實施例之另一第二平板及毛細結構立體示意圖；

第4A圖係本發明之第二較佳實施例之分解示意圖；

第4B圖係本發明之第二較佳實施例之另一分解示意圖；

第4C圖係本發明之第二較佳實施例之第二平板及毛細結構立體示意圖；

第5A圖係本發明之第三較佳實施例之第二平板及毛細結構立體示意圖；

第5B圖係本發明之第三較佳實施例之剖面示意圖；

第5C圖係本發明之第三較佳實施例之另一第二平板及毛細結構立體示意圖；

第5D圖係本發明之第三較佳實施例之另一第二平板及毛細結構立體示意圖；

第6A圖係本發明之第四較佳實施例之第二平板及毛細結構立體示意圖；

第6B圖係本發明之第四較佳實施例之剖面示意圖；

第6C圖係本發明之第四較佳實施例之另一第二平板及毛細結構立體示意圖；

第7圖係本發明之薄型熱板結構實施態樣示意圖。

1．．．薄型熱板結構

10．．．本體

101．．．第一端

102．．．第二端

11．．．第一平板

12．．．第二平板

2．．．毛細結構

201．．．第一側

202．．．第二側

203．．．第三側

204．．．第四側

Claims (20)

1. 一種薄型熱板結構，係包括：一本體，係具有一腔室、一第一端及一相反該第一端方向延伸之第二端；及至少一毛細結構，其設於該腔室內，並與該腔室共同界定有至少一通道，且該毛細結構係沿相對該第一端朝第二端方向延伸形成，其一端係具有至少一擴展部，該擴展部係位於相鄰該第一端處，且其從該毛細結構一端的側邊朝對應前述通道凸伸構成。
2. 如申請專利範圍第1項所述之薄型熱板結構，其中該腔室內設有一第一側壁及一相對該第一側壁之第二側壁，一第三側壁及一相對該第三側壁之該第四側壁，其中該腔室內填充有一工作流體。
3. 如申請專利範圍第2項所述之薄型熱板結構，其中該毛細結構設有一第一側及一相對該第一側之第二側，一第三側及一第四側係相反該第三側，該第一、二側係分別抵設於該第一、二側壁，該第三側相對該第三側壁之間界定一第一通道，該第四側相對該第四側壁之間界定一第二通道。
4. 如申請專利範圍第3項所述之薄型熱板結構，其中該擴展部係從該第三、四側分別朝對應前述第一通道及第二通道凸伸構成。
5. 如申請專利範圍第2項所述之薄型熱板結構，其中該毛細結構係包含一第一毛細結構、一第二毛細結構及一第 三毛細結構，該第一毛細結構相對該第三側壁之間界定一第一通道，該第一、二、三毛細結構彼此之間依序界定有一第二通道及一第三通道，並該第三毛細結構相對該第四側壁之間界定一第四通道。
6. 如申請專利範圍第5項所述之薄型熱板結構，其中該毛細結構更包含一第四毛細結構，其設置在該第三毛細結構與第四側壁之間，並分別界定出前述第四通道及一第五通道。
7. 如申請專利範圍第6項所述之薄型熱板結構，其中該第一、二、三、四毛細結構係呈間隔排列設置。
8. 如申請專利範圍第5項所述之薄型熱板結構，其中該擴展部係位於相鄰該第一端處，並該擴展部係分別從該一、二、三毛細結構一端兩側朝對應的通道凸伸構成。
9. 如申請專利範圍第2項所述之薄型熱板結構，其中該毛細結構係包含一第一毛細結構及一相對該第一毛細結構之第二毛細結構，該第一、二毛細結構係分別設置在相鄰該第三側壁及第四側壁處，以與該腔室共同界定前述通道。
10. 如申請專利範圍第9項所述之薄型熱板結構，其中該第一毛細結構的一端具有一第一擴展部，係位於相鄰該第一端處，並朝對應的前述通道凸伸構成。
11. 如申請專利範圍第10項所述之薄型熱板結構，其中該第二毛細結構的一端更具有一第二擴展部，係位於相鄰該第一端處，並朝相對該第一擴展部方向凸伸構成。
12. 如申請專利範圍第1項所述之薄型熱板結構，其中該本體兩端係分別貼設至少一發熱元件及對接至少一散熱器。
13. 如申請專利範圍第3項所述之薄型熱板結構，其中該本體設有一第一平板，及一第二平板係對接該第一平板，並該第一、二平板的內側上分別設有一毛細結構，該第一、二平板之內側的毛細結構係選擇為網目或微溝槽。
14. 如申請專利範圍第13項所述之薄型熱板結構，其中該毛細結構的另一端相對該第二端之間形成有一空間，係連通該第一、二通道。
15. 如申請專利範圍第1項所述之薄型熱板結構，其中該毛細結構係為一呈扁平狀之金屬體，該金屬體上係形成有一毛細結構。
16. 如申請專利範圍第15項所述之薄型熱板結構，其中該金屬體上的毛細結構係選擇為網目、纖維、燒結粉末、網目及燒結粉末組合及微溝槽其中任一。
17. 如申請專利範圍第15項所述之薄型熱板結構，其中該金屬體係以鋁、銅、銀及合金其中任一材質所構成。
18. 如申請專利範圍第1項所述之薄型熱板結構，其中該毛細結構係為一呈扁平狀之金屬體，該金屬體外緣套設有一燒結粉末環體。
19. 如申請專利範圍第18項所述之薄型熱板結構，其中該金屬體係以鋁、銅、銀及合金其中任一材質所構成。
20. 如申請專利範圍第1項所述之薄型熱板結構，其中該毛 細結構係選擇為網目、纖維及燒結粉末其中任一。