TWI462693B - 散熱基板 - Google Patents

Description

散熱基板

本發明是有關於一種散熱基板，且特別是有關於一種適於承載至少一發熱元件的散熱基板。

一般來說，為了提高均熱板(vapor chamber)的散熱效果，通常會在已有固定流體腔室的均熱板上增設散熱鰭片，來形成所謂的散熱基板。由於上述的散熱基板的整體厚度是由均熱板的厚度加上散熱鰭片的厚度，因此相較於單一均熱板的厚度而言，散熱基板的厚度明顯增加許多，故無法符合輕薄短小的趨勢。

本發明提供一種散熱基板，能解決習知因增設散熱鰭片而導致整體散熱基板厚度較厚的問題。

本發明的散熱基板，其包括一散熱塊、一金屬基材以及至少一彈性結構。散熱塊包括一承載部以及多個支撐部。承載部具有彼此相對的一承載表面以及一下表面。支撐部彼此平行且配置於承載部的下表面上。支撐部垂直承載部且與承載部圍設成一 容置空間。承載部於部分下表面上具有一第一粗糙表面結構，且第一粗糙表面結構位於容置空間中。金屬基材配置於散熱塊的下方，且具有一組裝表面。金屬基材於部分組裝表面上具有對應第一粗糙表面結構的一第二粗糙表面結構。第一粗糙表面結構、第二粗糙表面結構以及支撐部定義出一流體腔室，而一工作流體流動於流體腔室中。彈性結構配置於流體腔室內。

在本發明的一實施例中，上述的散熱基板更包括多個固定元件，配置於金屬基材與散熱塊的支撐部之間，以將金屬基材固定於散熱塊上。

在本發明的一實施例中，上述的每一支撐部具有一第一支撐部以及一第二支撐部。第一支撐部連接散熱塊的下表面與第二支撐部。第一支撐部的厚度大於第二支撐部的厚度，而金屬基材位於容置空間中，且金屬基材的邊緣接觸第二支撐部。

在本發明的一實施例中，上述的每一第二支撐部具有一第一螺紋部，而金屬基材的一周圍表面具有一第二螺紋部，第一螺紋部與第二螺紋部相配合而將金屬基材固定於支撐部上。

在本發明的一實施例中，上述的金屬基材的組裝表面接觸每一支撐部相對遠離承載部的一端。

在本發明的一實施例中，上述的散熱塊更包括多個散熱鰭片，彼此互相平行排列。散熱鰭片配置於支撐部上且位於容納空間之外。

在本發明的一實施例中，上述的散熱鰭片的延伸方向與 承載部的延伸方向相同。

在本發明的一實施例中，上述的散熱鰭片的延伸方向與支撐部的延伸方向相同。

在本發明的一實施例中，上述的每一散熱鰭片具有至少一散熱孔，而每一散熱孔的延伸方向與每一散熱鰭片的延伸方向呈垂直。

在本發明的一實施例中，上述的金屬基材更具有至少一開孔。開孔貫穿金屬基材且連通流體腔室。

在本發明的一實施例中，上述的第一粗糙表面結構為一凹凸表面結構，且第一粗糙表面結構的最大高度粗糙度範圍介於數微米至數厘米之間。

在本發明的一實施例中，上述的第二粗糙表面結構為一凹凸表面結構，且第二粗糙表面結構的最大高度粗糙度的範圍介於數微米至數厘米之間。

在本發明的一實施例中，上述的工作流體包括空氣或液體。

在本發明的一實施例中，上述的彈性結構為一彈簧。

基於上述，由於本發明的散熱基板是由散熱塊、金屬基材以及彈性結構所組裝而成，因此相較於習知在具有固定流體腔室的均熱板上再增設散熱鰭片的整體厚度而言，本發明的散熱基板可具有較薄的厚度，且可依據金屬基材組裝至散熱塊的位置而靈活地調整流體腔室的空間尺寸，進而可提高散熱基板的散熱效 果。此外，彈性結構亦可增加流體腔室內的總表面積及結構強度。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100a、100b、100c、100d、100e、100f‧‧‧散熱基板

110a、110b、110c、110d‧‧‧散熱塊

112a‧‧‧承載部

114a、114c、114d‧‧‧支撐部

114a1、114d1‧‧‧第一支撐部

114a2、114d2‧‧‧第二支撐部

115‧‧‧第一螺紋部

116a‧‧‧第一粗糙表面結構

118a、118b、118d、118e、118f‧‧‧散熱鰭片

119e、119f‧‧‧散熱孔

120a、120c、120e‧‧‧金屬基材

121‧‧‧周圍表面

123‧‧‧第二螺紋部

126a、126c‧‧‧第二粗糙表面結構

130、130f‧‧‧固定元件

140‧‧‧彈性結構

C1、C2‧‧‧流體腔室

E‧‧‧熱能

F‧‧‧工作流體

H‧‧‧開孔

S‧‧‧容置空間

S1‧‧‧承載表面

S2‧‧‧下表面

S3、S3’‧‧‧組裝表面

圖1繪示為本發明的一實施例的一種散熱基板的剖面示意圖。

圖2繪示為本發明的另一實施例的一種散熱基板的剖面示意圖。

圖3繪示為本發明的另一實施例的一種散熱基板的剖面示意圖。

圖4繪示為本發明的另一實施例的一種散熱基板的剖面示意圖。

圖5繪示為本發明的另一實施例的一種散熱基板的剖面示意圖。

圖6繪示為本發明的另一實施例的一種散熱基板的剖面示意圖。

圖1繪示為本發明的一實施例的一種散熱基板的剖面示意圖。請參考圖1，在本實施例中，散熱基板100a包括一散熱塊 110a、一金屬基材120a以及至少一彈性結構140(圖1中示意地繪示二個)。散熱塊110a包括一承載部112a以及多個支撐部114a。承載部112a具有彼此相對的一承載表面S1以及一下表面S2。這些支撐部114a彼此平行且配置於承載部112a的下表面S2上。這些支撐部114a垂直承載部112a且與承載部112a圍設成一容置空間S。承載部112a於部分下表面S2上具有一第一粗糙表面結構116a，且第一粗糙表面結構116a位於容置空間S中。金屬基材120a配置於散熱塊110a的下方，且具有一組裝表面S3。金屬基材120a於部分組裝表面S3上具有對應第一粗糙表面結構116a的一第二粗糙表面結構126a。第一粗糙表面結構116a、第二粗糙表面結構126a以及這些支撐部114a定義出一流體腔室C1，而一工作流體F流動於流體腔室C1中，且彈性結構140配置於流體腔室C內。

更具體來說，本實施例的散熱塊110a的每一支撐部114a具有一第一支撐部114a1以及一第二支撐部114a2。第一支撐部114a1連接散熱塊110a的下表面S2與第二支撐部114a2。第一支撐部114a1的厚度大於第二支撐部114a2的厚度。承載部112a的下表面S2與這些支撐部114a圍設成容置空間S。另一方面，第一粗糙表面結構116a、第二粗糙表面結構126a以及這些支撐部114a的第二支撐部114a2定義出流體腔室C1。再者，本實施例的散熱塊110a還包括多個散熱鰭片118a，其中這些散熱鰭片118a彼此互相平行排列，且這些散熱鰭片118a配置於這些支撐部114a上並 位於容納空間S之外。如圖1所示，這些散熱鰭片118a的位置是位於這些支撐部114a上，且這些散熱鰭片118a的延伸方向與承載部112a的延伸方向實質上相同，意即這些散熱鰭片118a的延伸方向垂直於這些支撐部114a的延伸方向。這些散熱鰭片118a的截面積由鄰近這些支撐部114a往遠離這些支撐部118a的方向逐漸變小，但必不以此為限。此處，本實施例的散熱塊110a的承載部112a、這些支撐部114a以及這些散熱鰭片118a彼此之間為無接縫連接，即一體成型，但並不以此為限。

在本實施例中，金屬基材120a的材質是選自銅、鋁或前述之合金，其中金屬基材120a是位於容置空間S中，且金屬基材120a的邊緣接觸這些支撐部114a的這些第二支撐部114a2。由於金屬基材120a是位於容置空間S中，因此本實施例的容置空間S的空間尺寸具體化大於流體腔室C1的空間尺寸。再者，本實施例的彈性結構140具體化為一彈簧，其有可有效增加流體腔室C1的總表面積以及結構強度。此外，為了提高組裝可靠度，本實施例的散熱基板100a可更包括多個固定元件130，其中這些固定元件130配置於金屬基材120a與散熱塊110a的這些支撐部114a之間，以將金屬基材120a固定於散熱塊110a上。此處，固定元件130例如是螺絲、螺帽、鉚釘或同時具有固定與氣密及水密功能的止洩元件，但並不以此為限，只要能達到同等固定效果的結構設計，皆屬本發明所欲保護之範圍。簡言之，本實施例的散熱基板100a是由散熱塊110a與金屬基材120a透過固定元件130所組裝而成。

再者，本實施例的金屬基材120a可更具有至少一開孔H，其中開孔H貫穿金屬基材120a且連通流體腔室C1，以藉由開孔H對流體腔室C1抽氣或注入流體，來提高整體散熱基板100a的散熱效率。其中，開孔H可供套入一金屬細管(未繪示)作為抽氣或注入液體，使流體腔室C1成為低真空狀態，完成後將所套入之金屬細管予以封閉。此處，流體腔室C1具體化為一低真空度的腔室，而工作流體F例如是空氣或液體。

特別是，本實施例的散熱塊110a的承載部112a的第一粗糙表面結構116a例如是一連續的凹凸表面結構或一非連續的凹凸表面結構，且第一粗糙表面結構116a的最大高度粗糙度(Rymax)的範圍介於數微米至數厘米之間。第一粗糙表面結構116a可視為是一種毛細結構。另一方面，本實施例的金屬基材120的第二粗糙表面結構126a例如是一連續的凹凸表面構表面或一非連續的凹凸表面結構，且第二粗糙表面結構132的最大高度粗糙度(Rymax)的範圍介於數微米至數厘米之間。第二粗糙表面結構126a可視為是一種毛細結構。此處，第一粗糙表面結構116a與第二粗糙表面結構126a例如是透過機械加工，如電腦數值控制(Computer Numerical Control,CNC)銑切技術、沖壓或噴砂等方式；或者是，化學加工，如電鍍法或蝕刻法；或者是，物理研磨法，於此並不加以限制。

由於本實施例的散熱基板100a具體化是由散熱塊110a與金屬基材120a透過固定元件130所組裝而成，因此相較於習知 在具有固定流體腔室的均熱板上再增設散熱鰭片的整體厚度而言，本實施例的散熱基板100a可具有較薄的厚度，且可依據金屬基材120a組裝至散熱塊110a的位置，而可靈活地調整流體腔室C1的空間尺寸，進而可提高散熱基板100a的散熱效果。此外，本實施例的散熱基板100a可透過彈性結構140的設計，來增加流體腔室C1的總表面積以及結構強度。

當一發熱元件(未繪示)配置於承載部112a的承載表面S1上時，流體腔室C1內的工作流體F會吸收發熱元件所產生的熱能E並且在低真空度的環境中汽化。此時，工作流體F吸收熱能E並且體積迅速膨脹，氣相的工作流體F會很快充滿整個流體腔室C1。當氣相的工作流體F接觸溫度較低的區域時會產生冷凝的現象，以藉由冷凝的現象釋放出在汽化時吸收的熱量。凝結後的液相工作流體F會藉由第一粗糙表面結構116a與第二粗糙表面結構126a的毛細作用再回到蒸發處(即發熱元件的下方)。如此，即透過傳導、蒸發、對流及凝結的循環步驟週而復始，而可將發熱元件所產生的熱能E迅速轉移到散熱板100a的各個部分。簡言之，本實施例的散熱基板100a可視為一均熱板，其具有良好的兩相流特性的平板式架構，可提供極佳的二維橫向導熱效果，可快速的將發熱元件所產生的熱能E擴散開來，避免在局部區域形成熱點(hot spot)，可延長發熱元件的使用壽命。

以下將用多個實施例來說明散熱基板100b、100c、100d的結構設計。在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的 元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

圖2繪示為本發明的另一實施例的一種散熱基板的剖面示意圖。請參考圖2，本實施例的散熱基板100b與圖1的散熱基板100a相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的散熱塊110b的這些散熱鰭片118b的延伸方向與這些支撐部114a的延伸方向相同，意即這些散熱鰭片118b的延伸方向垂直於承載部112a的延伸方向。如圖2所示，本實施例的這些散熱鰭片118b具體化是位於承載部112a沒有設置第一粗糙表面結構116a的下表面S2上，且這些散熱鰭片118b的截面積由鄰近承載部112a的下表面S2往遠離承載部112a的下表面S2的方向逐漸變小，但並不以此為限。

圖3繪示為本發明的另一實施例的一種散熱基板的剖面示意圖。請參考圖3，本實施例的散熱基板100c與圖1的散熱基板100a相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的流體腔室C2的空間尺寸大於圖1的流體腔室C1的空間尺寸。詳細來說，本實施例的金屬基材120c的組裝表面S3’接觸散熱塊110a的每一支撐部114c相對遠離承載部112a的一端。此時，流體腔室C2的空間尺寸略等於容置空間S。此處，如圖3所示，本實施例的支撐部114c具有同一厚度。

圖4繪示為本發明的另一實施例的一種散熱基板的剖面 示意圖。請參考圖4，本實施例的散熱基板100d與圖3的散熱基板100c相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的散熱塊110d的這些散熱鰭片118d的延伸方向與這些支撐部114c的延伸方向相同，意即這些散熱鰭片118d的延伸方向垂直於承載部112a的延伸方向。如圖4所示，本實施例的這些散熱鰭片118d具體化是位於承載部112a沒有設置第一粗糙表面結構116a的下表面S2上，且這些散熱鰭片118d的截面積由鄰近承載部112a的下表面S2往遠離承載部112a的下表面S2的方向逐漸變小，但並不以此為限。

圖5繪示為本發明的另一實施例的一種散熱基板的剖面示意圖。請參考圖5，本實施例的散熱基板100e與圖1的散熱基板100a相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的這些支撐部114d的每一第二支撐部114d2具有一第一螺紋部115，而金屬基材120e的一周圍表面121具有一第二螺紋部123，且第一螺紋部115與第二螺紋部123相配合而將金屬基材120e固定於支撐部114d上。也就是說，金屬基材120e可經由第二螺紋部123與第一螺紋部115的相配合而固定於第二支撐部114d2的任一位置上，並不限定金屬基材120e一定要與第一支撐部114d1相接觸。再者，本實施例的散熱塊110e的每一散熱鰭片118e可更具有至少一散熱孔119e，而每一散熱孔119e的延伸方向與每一散熱鰭片118e的延伸方向呈垂直，可增加散熱基板100e的散熱效果。此外，本實施例的固定元件130f實質上為一具有輔助固定功能及氣密與水 密功能的止洩元件，可提高流體腔室C1的可靠度。

圖6繪示為本發明的另一實施例的一種散熱基板的剖面示意圖。請參考圖6，本實施例的散熱基板100f與圖4的散熱基板100d相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的散熱塊110f的每一散熱鰭片118f可更具有至少一散熱孔119f，而每一散熱孔119f的延伸方向與每一散熱鰭片118f的延伸方向呈垂直，可增加散熱基板100f的散熱效果。

綜上所述，由於本發明的散熱基板是由散熱塊與金屬基材所組裝而成，因此相較於習知在具有固定流體腔室的均熱板上再增設散熱鰭片的整體厚度而言，本發明的散熱基板可具有較薄的厚度，且可依據金屬基材組裝至散熱塊的位置而靈活地調整流體腔室的空間尺寸，進而可提高散熱基板的散熱效果。此外，彈性結構亦可增加流體腔室內的總表面積及結構強度。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100a‧‧‧散熱基板

110a‧‧‧散熱塊

112a‧‧‧承載部

114a‧‧‧支撐部

114a1‧‧‧第一支撐部

114a2‧‧‧第二支撐部

116a‧‧‧第一粗糙表面結構

118a‧‧‧散熱鰭片

120a‧‧‧金屬基材

126a‧‧‧第二粗糙表面結構

130‧‧‧固定元件

140‧‧‧彈性結構

C1‧‧‧流體腔室

E‧‧‧熱能

F‧‧‧工作流體

H‧‧‧開孔

S‧‧‧容置空間

S1‧‧‧承載表面

S2‧‧‧下表面

S3‧‧‧組裝表面

Claims (14)

1. 一種散熱基板，包括：一散熱塊，包括一承載部以及多個支撐部，該承載部具有彼此相對的一承載表面以及一下表面，該些支撐部彼此平行且配置於該承載部的該下表面上，其中該些支撐部垂直該承載部且與該承載部圍設成一容置空間，而該承載部於部分該下表面上具有一第一粗糙表面結構，且該第一粗糙表面結構位於該容置空間中；一金屬基材，配置於該散熱塊的下方，且具有一組裝表面，其中該金屬基材於部分該組裝表面上具有對應該第一粗糙表面結構的一第二粗糙表面結構，且該第一粗糙表面結構、該第二粗糙表面結構以及該些支撐部定義出一流體腔室，而一工作流體流動於該流體腔室中；以及至少一彈性結構，配置於該流體腔室內。
2. 如申請專利範圍第1項所述的散熱基板，更包括：多個固定元件，配置於該金屬基材與該散熱塊的該些支撐部之間，以將該金屬基材固定於該散熱塊上。
3. 如申請專利範圍第1項所述的散熱基板，其中各該支撐部具有一第一支撐部以及一第二支撐部，該第一支撐部連接該散熱塊的該下表面與該第二支撐部，該第一支撐部的厚度大於該第二支撐部的厚度，而該金屬基材位於該容置空間中，且該金屬基材的邊緣接觸該些第二支撐部。
4. 如申請專利範圍第3項所述的散熱基板，其中各該第二支 撐部具有一第一螺紋部，而該金屬基材的一周圍表面具有一第二螺紋部，該些第一螺紋部與該第二螺紋部相配合而將該金屬基材固定於該些支撐部上。
5. 如申請專利範圍第1項所述的散熱基板，其中該金屬基材的該組裝表面接觸各該支撐部相對遠離該承載部的一端。
6. 如申請專利範圍第1項所述的散熱基板，其中該散熱塊更包括多個散熱鰭片，彼此互相平行排列，該些散熱鰭片配置於該些支撐部上且位於該容納空間之外。
7. 如申請專利範圍第6項所述的散熱基板，其中該些散熱鰭片的延伸方向與該承載部的延伸方向相同。
8. 如申請專利範圍第6項所述的散熱基板，其中該些散熱鰭片的延伸方向與該些支撐部的延伸方向相同。
9. 如申請專利範圍第6項所述的散熱基板，其中各該散熱鰭片具有至少一散熱孔，而各該散熱孔的延伸方向與各該散熱鰭片的延伸方向呈垂直。
10. 如申請專利範圍第1項所述的散熱基板，其中該金屬基材更具有至少一開孔，該開孔貫穿該金屬基材且連通該流體腔室。
11. 如申請專利範圍第1項所述的散熱基板，其中該第一粗糙表面結構為一凹凸表面結構，且該第一粗糙表面結構的最大高度粗糙度範圍介於數微米至數厘米之間。
12. 如申請專利範圍第1項所述的散熱基板，其中該第二粗糙表面結構為一凹凸表面結構，且該第二粗糙表面結構的最大高 度粗糙度的範圍介於數微米至數厘米之間。
13. 如申請專利範圍第1項所述的散熱基板，其中該工作流體包括空氣或液體。
14. 如申請專利範圍第1項所述的散熱基板，其中該彈性結構為一彈簧。