TWI542276B - 散熱模組 - Google Patents

Description

散熱模組

本發明係一種散熱模組，尤其有關於對產生不同熱量的發熱源散熱之散熱模組。

隨現行電子設備逐漸以輕薄作為標榜之訴求，故各項元件皆須隨之縮小其尺寸，但電子設備之尺寸縮小伴隨而來產生的熱變成電子設備與系統改善性能的主要障礙。所以業界為了有效解決電子設備內的元件散熱問題，便分別提出具有導熱效能較佳的均溫板(Vapor chamber)及熱管(Heat pipe)，以有效解決現階段的散熱問題。

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液體，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、電晶體等)上吸附該發熱元件所產生之熱量，使液態之工作液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，該汽態之工作液體於冷凝區受冷卻後冷凝為液態，該液態之工作液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。

熱管(Heat pipe)的原理與理論架構與均溫板相同，主要是在圓管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熱管之內壁形成一環狀的毛細結構，其後將該熱管抽真空並填充工作液體，最後封閉以形成熱管結構。當工作液體由蒸發部受熱蒸發後擴散至該冷凝端，並該工作液體於該蒸發部係為汽態，由該蒸發部離開後向該冷凝端擴散時逐步受冷卻冷凝轉換為液態，並且再透過毛細結構回流至該蒸發部。

比較均溫板與熱管兩者只有熱傳導的方式不同，均溫板的熱傳導方 式是二維的，是面的熱傳導方式，然而熱管的熱傳導方式是一維的熱傳導方式。

一般晶片產生的熱量係聚集在表面上，但是在表面的熱量可能會分佈不一致，這是由於晶片內的積體元件分佈疏密導致，如何對表面熱量分佈不一致的產生更佳的散熱效果，以期大幅提升熱傳導之效率，而有效解決高功率電子元件之散熱問題，是目前業者所需改進的。

有鑑於上述問題，本發明主要目的係提供一種一殼體具有複數個獨立腔室分別連通一熱管的熱管腔室，使各個獨立腔室兼具有均溫板的熱擴散及熱管的遠端傳熱功能。

本發明另一目的係提供一種遇熱後產生複數個汽液循環及熱傳遞作用的散熱模組。

本發明另一目的係提供一種各個熱管連接各個獨立腔室係分別獨立產生汽液循環及熱傳遞的運作不會互相干擾之散熱模組。

本發明另一目的係提供一種對於熱量分佈不均的發熱源提供最佳散熱效果的散熱模組。

本發明另一目的係提供一種殼體腔室連通熱管腔室，以提升腔室容積，並增加容納工作液體的容量，同時增加熱管的最大熱傳量(Qmax)之散熱模組。

本發明另一目的係提供一種各個獨立腔室同時利用一維熱傳導散熱及二維熱傳導散熱的散熱模組。

為達到上述目的，本發明提供一種散熱模組，包括一殼體包括複數個獨立的殼體腔室，該等殼體腔室彼此不連通，每一殼體腔室連通至少一熱管的一開放端，該開放端連通位於該熱管內的一熱管腔室，其中該獨立腔室連通該熱管腔室。

更具體而言，本發明包括：一殼體，包含複數個彼此獨立的殼體腔室，該等殼體腔室彼此不連通，且每一殼體腔室內具有一工作流體；複數個獨立的第一熱管，每一第一熱管分別連接一獨立的殼體腔室，其中每一第一熱管包括相反的一第一開放端及一第一封閉端，一第一熱管腔 室被界定在該第一熱管內且連通該第一開放端，其中該第一開放端及該第一熱管腔室連通該殼體腔室；及其中該工作流體在該殼體腔室及該第一熱管腔室之間運作。

本發明另一實施包括複數個獨立的第二熱管，每一第二熱管分別連接一獨立的殼體腔室，其中每一第二熱管包括相反的一第二開放端及一第二封閉端，一第二熱管腔室被界定該第二熱管內且連通該第一開放端，其中該第二開放端及該第二熱管腔室連通該殼體腔室，且該工作流體在該殼體腔室及該第二熱管腔室之間運作。

前述在兩個獨立的殼體腔室之間具有至少一間隔板間隔該兩個獨立的殼體腔室。前述第一熱管及第二熱管為圓形熱管或薄型扁平熱管或D型熱管或半圓型熱管其中任一。

在一實施該殼體具有一頂部及一底部，該等獨立的殼體腔室位於該頂部與底部之間且彼此在水平方向間隔。且該頂部的一面形成各個獨立的殼體腔室的頂面，該底部的一面形成各個獨立的殼體腔室的底面，底部的另一面為熱接觸面。

在一實施該殼體開設有複數個透孔分別連通每個獨立的殼體腔室，該等第一熱管的一第一開放端分別連接該透孔。

在一實施該殼體開設有複數個透孔分別連通每個獨立的殼體腔室，該等第一熱管及第二熱管的第一開放端及第二開放端分別連接該透孔。

在一實施該等獨立的殼體腔室的容積相同或不同。

10‧‧‧散熱模組

11、11’‧‧‧殼體

111a~111d、311、312、411、412、413、511、512、513、514、515‧‧‧殼體腔室

113‧‧‧頂部

1131‧‧‧頂面

114‧‧‧底部

1141‧‧‧底面

1142‧‧‧熱接觸面

115‧‧‧間隔板

116‧‧‧透孔

12‧‧‧第一熱管

121‧‧‧第一開放端

122‧‧‧第一封閉端

123‧‧‧第一熱管腔室

16‧‧‧第二熱管

161‧‧‧第二開放端

162‧‧‧第二封閉端

163‧‧‧第二熱管腔室

20‧‧‧發熱源

201~204‧‧‧第一區至第四區

下列圖式之目的在於使本發明能更容易被理解，於本文中會詳加描述該些圖式，並使其構成具體實施例的一部份。透過本文中之具體實施例並參考相對應的圖式，俾以詳細解說本發明之具體實施例，並用以闡述發明之作用原理。

第1圖本發明之立體分解示意圖；第2圖本發明之立體組合示意圖；第3圖本發明第2圖之X-X線的剖面圖；第4圖係為本發明第2圖之Y-Y線的剖面圖； 第5圖係為本發明另一實施之示意圖；第6A圖係為本發明應用在至少一發熱源之立體分解示意圖；第6B圖係為本發明接觸一發熱源正視剖面示意圖；第6C圖係為本發明接觸一發熱源俯視剖面示意圖；第7圖係為本發明兩個獨立的殼體腔室之示意圖；第8圖係為本發明三個獨立的殼體腔室之示意圖；第9圖係為本發明五個獨立的殼體腔室之示意圖。

以下將參照相關圖式，說明本發明較佳實施，其中相同的元件將以相同的元件符號加以說明。

請參閱第1至4圖，第1圖係為本發明之立體分解示意圖，第2圖係為本發明之立體組合示意圖，第3圖係為本發明第2圖之X-X線的剖面圖，第4圖係為本發明第2圖之Y-Y線的剖面圖。如第1至4圖所示，散熱模組10包含一殼體11，該殼體11包括複數個彼此獨立的殼體腔室111a~111d，該等殼體腔室111a~111d彼此不連通，每一殼體腔室111a~111d連通至少一熱管的一開放端，該開放端連通位於該熱管內的一熱管腔室，其中該獨立的殼體腔室111a~111d連通該熱管腔室。

前述該殼體11係為導熱性質佳的材料製成，例如為金屬或塑膠，具有一頂部113及一底部114，該等獨立的殼體腔室111a~111d位於該頂部113與底部114之間。前述頂部113面對該等獨立腔室的一面構成各個獨立的殼體腔室111a~111d的頂面1131，前述底部114面對該等獨立腔室的一面構成各個獨立的殼體腔室111a~111d的底面1141，該底部114的另一面為熱接觸面1142用來接觸至少一發熱源20，位於該頂部113與底部114之間的該等獨立的殼體腔室111a~111d之間具有至少一間隔板115，間隔板115的上下兩端連接該頂部113及底部114，以使該等獨立的殼體腔室111a~111d彼此在水平方向間隔且不連通。殼體11開設有複數個透孔116分別連通每個獨立的殼體腔室111a~111d，在本較佳實施圖示中表示該獨立的殼體腔室111a~111d為四個，因此殼體11設有四個 透孔116分別連通每一殼體腔室111a~111d。在每一殼體腔室111a~111d內分別容納一工作流體，且殼體腔室111a~111d的內壁分別設有一毛細結構層。

前述的熱管，在本較佳加實施表示四根獨立的第一熱管12，每一第一熱管12分別連接一獨立的殼體腔室111a~111d，其中每一第一熱管12包括相反的一第一開放端121及一第一封閉端122，一第一熱管腔室123被界定在該第一熱管12內且連通該第一開放端121，藉由該第一開放端121連接至該透孔116，該每一第一熱管12的第一熱管腔室123與該殼體腔室111a~111d連通。在該等第一熱管腔室123的內壁上設有一毛細結構層。由於第一熱管腔室123與該殼體腔室111a~111d連通，所以容納在殼體腔室111a~111d內的工作流體可以在各個殼體腔室111a~111d及連通的各個第一熱管腔室123之間產生汽液循環及熱傳遞運作。也就是各個獨立的殼體腔室111a~111d及其連通的第一熱管123係分別產生獨立的汽液循環及熱傳遞的運作，且各個獨立的殼體腔室111a~111d及其連通的第一熱管123不會互相干擾。就本實施而言，有四個獨立殼體腔室111a~111d分別連通四根第一熱管123，所以當殼體11遇熱後會產生四個獨立的汽液循環及熱傳遞運作。

另外前述的圖示雖然表示每一個獨立的殼體腔室111a~111d連接一第一熱管12，但並不局限於此，如第5圖為本發明另一實施之示意圖所示，每一獨立的殼體腔室111a~111d除了連接一第一熱管12外，更連接一第二熱管16，每一第二熱管16包括相反的一第二開放端161及一第二封閉端162，一第二熱管腔163室被界定該第二熱管16內且連通該第二開放端161，其中該第二開放端162及該第二熱管腔室163連通該殼體腔室111a~111d。因此在殼體腔室111a~111d內的工作流體可以在該殼體腔室111a~111d及該第一熱管腔室123及第二熱管腔室163之間運作。

特別要說明的是，前述的第一熱管12及第二熱管16在本較佳實施的圖式表示為圓形熱管但是並不侷限與此，也可以為薄型扁平熱管。

為使更清楚本發明，以下將舉例說明本發明的具體應用。

如第6A至6C圖所示，令殼體11的底部114的熱接觸面1142接觸 至少一發熱源20(例如CPU或MCU等)的表面。為了方便說明將發熱源20表面大致分為四個區域分別為第一區至第四區201~204，發熱源在實際運作時，表面的第一區至第四區201~204產生的溫度不一樣，例如第一區201的溫度為32度，第二區的溫度為65度，第三區的溫度為48度，第四區的溫度為39度(各區的溫度如第6C圖的標示)。

殼體11內分別獨立的殼體腔室111a~111d隔著殼體11的底部114分別對應發熱源20表面的第一區至第四區201~204，各個獨立的殼體腔室111a~111d受熱使其內的工作液體分別產生汽液變化通過各個殼體腔室111a~111d連接的第一熱管12的第一熱管腔室123產生汽液循環。

更具體得說明，其中第一個殼體獨立腔室111a內的工作液體因為發熱源20表面第一區201的熱量使得其內工作液體汽化往第一熱管12的第一熱管腔室123移動，並將發熱源20表面第一區201的熱量帶往第一熱管腔室123，汽化後的工作液體在第一熱管12的封閉端121處冷凝後回復成液體，然後沿著第一熱管腔室123內的毛細結構流回獨立的殼體腔室111a內。

第二個殼體獨立腔室111b內的工作液體因為發熱源20表面第二區202的熱量使得其內工作液體汽化往第一熱管12的第一熱管腔室123移動，並將發熱源20表面第二區202的熱量帶往第一熱管腔室123，汽化後的工作液體在第一熱管12的封閉端121處冷凝後回復成液體，然後沿著第一熱管腔室123內的毛細結構流回獨立的殼體腔室111b內。

第三個殼體獨立腔室111c內的工作液體因為發熱源20表面第三區203的熱量使得其內工作液體汽化往第一熱管12的第一熱管腔室123移動，並將發熱源20表面第三區203的熱量帶往第一熱管腔室123，汽化後的工作液體在第一熱管12的封閉端121處冷凝後回復成液體，然後沿著第一熱管腔室123內的毛細結構流回獨立的殼體腔室111c內。

第四個殼體獨立腔室111d內的工作液體因為發熱源20表面第四區204的熱量使得其內工作液體汽化往第一熱管12的第一熱管腔室123移動，並將發熱源20表面第四區201的熱量帶往第一熱管腔室123，汽化後的工作液體在第一熱管12的封閉端121處冷凝後回復成液體，然後沿 著第一熱管腔室123內的毛細結構流回獨立的殼體腔室111d內。

四個獨立的殼體腔室111a~111d分別產生四個獨立的汽液循環與熱傳遞，且彼此不互相干擾，且每個獨立的殼體腔室111a~111d接觸的熱量溫度不同，產生的汽液循環與熱傳遞的表現不同。

上述係以殼體11接觸一發熱源20作為舉例說明，但是在另一具體實施中，在發熱源密集的位置上，可以令殼體11接觸複數個發熱源，其中每一獨立腔室對應到一個發熱源，這樣亦可以發揮每個獨立腔室產生獨立的汽液循環與熱傳遞，且彼此不干擾。

特別要說明的是，在前面表示該殼體腔室111a~111d為四個且每一個殼體腔室111a~111d的容積相同，但是不局限於此，如第7至9圖所示，可以根據使用及散熱需求設在殼體11’內設置兩個獨立的殼體腔室311、312或三個獨立的殼體腔室411、412、413或五個獨立的殼體腔室511、512、513、514、515，且容積可以相同或不同。再者可以根據各個獨立的殼體腔室的容積，調整連接熱管的數量或熱管的長短，例如殼體腔室的容積較大的可以連接兩根熱管；又或者一個殼體腔室連接兩根熱管跟一個殼體腔室連接一根熱管，此時連接兩根熱管的熱管長度相較於連接一根熱管的長度較短。

綜上所述，本發明各個獨立腔室兼具有均溫板的熱擴散及熱管的遠端傳熱功能，且遇熱後產生複數個獨立的汽液循環及熱傳遞作用，對於熱量分佈不均的發熱源提供最佳散熱效果。同時本發明的構造提升腔室容積，以增加容納工作液體的容量，令熱管的最大熱傳量(Qmax)增加。

雖然本發明以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附的申請專利範圍所定者為準。

111a~111d‧‧‧殼體腔室

115‧‧‧間隔板

12‧‧‧第一熱管

121‧‧‧第一開放端

Claims (14)

1. 一種散熱模組，用以接觸一發熱源，該發熱源的一表面具有複數不同發熱溫度的區域，該散熱模組係包括：一殼體包括複數個獨立的殼體腔室，該等殼體腔室彼此不連通，每一殼體腔室連通至少一熱管的一開放端，該開放端連通位於該熱管內的一熱管腔室，其中該獨立的殼體腔室連通該熱管腔室，該等獨立的殼體腔室分別對應接觸該等不同發熱溫度的區域。
2. 如請求項1所述之散熱模組，該等獨立的殼體腔室的容積相同或不同。
3. 一種散熱模組，包括：一殼體，包含複數個彼此獨立的殼體腔室，該等殼體腔室彼此不連通，且每一殼體腔室內具有一工作流體；複數個獨立的第一熱管，每一第一熱管分別連接一獨立的殼體腔室，其中每一第一熱管包括相反的一第一開放端及一第一封閉端，一第一熱管腔室被界定在該第一熱管內且連通該第一開放端，其中該第一開放端及該第一熱管腔室連通該殼體腔室；及其中各個獨立的殼體腔室內的工作流體通過連接第一熱管分別產生各自的運作。
4. 如請求項3所述之散熱模組，包括複數個獨立的第二熱管，每一第二熱管分別連接一獨立的殼體腔室，其中每一第二熱管包括相反的一第二開放端及一第二封閉端，一第二熱管腔室被界定在該第二熱管內且連通該第二開放端，其中該第二開放端及該第二熱管腔室連通該殼體腔室，且該工作流體在該殼體腔室及該第二熱管腔室之間運作。
5. 如請求項3或4所述之散熱模組，其中該等獨立的殼體腔室之間具有至少一間隔板令該等獨立的殼體腔室在水平方向間隔。
6. 如請求項3所述之散熱模組，其中該第一熱管為圓形熱管或薄型扁平熱管或D型熱管或半圓型熱管其中任一。
7. 如請求項4所述之散熱模組，其中該第二熱管為圓形熱管或薄型扁平熱管或D型熱管或半圓型熱管其中任一。
8. 如請求項3所述之散熱模組，其中該殼體具有一頂部及一底部，該等獨立的殼體腔室位於該頂部與底部之間且彼此在水平方向間隔。
9. 如請求項8所述之散熱模組，其中該頂部的一面形成各個獨立的殼體腔室的頂面，該底部的一面形成各個獨立的殼體腔室的底面，底部的另一面為熱接觸面。
10. 如請求項3所述之散熱模組，其中該殼體開設有複數個透孔分別連通每個獨立的殼體腔室，該等第一熱管的一第一開放端分別連接該透孔。
11. 如請求項4所述之散熱模組，其中該殼體開設有複數個透孔分別連通每個獨立的殼體腔室，該等第一熱管及第二熱管的第一開放端及第二開放端分別連接該透孔。
12. 如請求項3述之散熱模組，該等獨立的殼體腔室的容積相同或不同。
13. 一種散熱模組，用以接觸複數發熱源，該散熱模組係包括：一殼體包括複數個獨立的殼體腔室，該等殼體腔室彼此不連通，每一殼體腔室連通至少一熱管的一開放端，該開放端連通位於該熱管內的一熱管腔室，其中該獨立的殼體腔室連通該熱管腔室，該等獨立的殼體腔室分別對應接觸不同的發熱源。
14. 如請求項13所述之散熱模組，該等獨立的殼體腔室的容積相同或不同。