TWI558305B - 散熱模組 - Google Patents

Description

散熱模組

本發明是有關於一種散熱模組，且特別是一種用於電子裝置的散熱模組。

近年來，隨著科技產業日益發達，電子裝置例如筆記型電腦(Notebook，NB)、個人數位助理(Personal Digital Assistant，PDA)與智慧型手機(Smart Phone)等產品已頻繁地出現在日常生活中。這些電子裝置內部所搭載的部分電子元件在運作過程中通常會產生熱能，而影響電子裝置的運作效能。因此，電子裝置內部通常會配置散熱模組或散熱元件，例如是散熱風扇、散熱貼材或者散熱管，以協助將電子元件的產熱散逸至電子裝置的外部。

在上述散熱模組中，散熱風扇可有效使熱能散逸至外部，但其耗電量大、重量較重且所需空間較大，而不利於應用在追求輕薄設計的電子裝置上，且容易產生噪音而影響電子裝置所附加的通訊功能。此外，為使散熱風扇藉由對流進行散熱，電子裝置的外殼需設置開口，此舉亦會降低電子裝置的機械強度。另一方面，散熱貼材可吸收電子元件的熱能而降低表面溫度，且其 成本與所需空間較低，故可廣泛地應用在電子裝置內，但其難以使熱能進一步透過其他構件散逸至外部，其散熱效果有限。再者，散熱管可將電子元件的熱能傳遞至另一板件上，但其缺乏對流作用，故散熱效果有限。藉此，散熱管可進一步搭配蒸發器與冷凝器構成迴路，且可藉由適於吸收或釋放熱能而轉換於兩相態(例如液態與氣態)之間的相變化材料作為傳熱介質在散熱管內循環流動，以在蒸發器吸收熱能並在冷凝器釋放熱能，從而將熱能從電子元件傳遞至外部。然而，傳熱介質僅藉由其自身的相變化而在迴路中流動，其流動效果較差，進而使其散熱效果有限。

本發明提供一種散熱模組，其具有良好的散熱效果。

本發明的散熱模組適於配置在一電子裝置內，以對電子裝置內的一電子元件散熱。散熱模組包括一蒸發器、一銅管以及一傳熱介質。蒸發器包括一上蓋與一下蓋。上蓋與下蓋彼此接合，並構成一腔室。下蓋具有朝向腔室突出的一絕熱牆，以在下蓋區隔出一絕熱區與一加熱區，而蒸發器以加熱區連接電子元件。上蓋具有朝向腔室傾斜的一斜面，且斜面與絕熱區間的一垂直距離小於斜面與加熱區間的一垂直距離。銅管連通至蒸發器，並構成一迴路，且銅管鄰近絕熱區的一第一端的一水平高度低於銅管鄰近加熱區的一第二端的一水平高度，以使銅管具有一高度落差。傳熱介質配置在銅管與蒸發器所構成的迴路內流動，其中電子元 件的一熱能透過加熱區傳遞至傳熱介質，使傳熱介質在吸收熱能後沿著斜面往單一方向流出蒸發器，並藉由銅管的高度落差在銅管內流動，以將熱能透過銅管往外傳遞，並在散發熱能後經由銅管流回蒸發器。

基於上述，在本發明的散熱模組中，蒸發器包括具有斜面的上蓋以及具有絕熱牆的下蓋，其中絕熱牆在下蓋上區隔出絕熱區與加熱區，而連通至蒸發器並構成迴路的銅管具有高度落差，使傳熱介質可在迴路內流動。藉此，電子元件的熱能可透過加熱區傳遞至傳熱介質，使傳熱介質在吸收熱能後在銅管內流動而進一步將熱能透過銅管往外傳遞。其中，傳熱介質藉由斜面往單一方向流出蒸發器，並在銅管內藉由高度落差產生位能往單一方向流出銅管，進而提升其流動速率而加速上述散熱動作。據此，本發明的散熱模組具有良好的散熱效果。

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。

50‧‧‧電子裝置

52‧‧‧電子元件

54‧‧‧鍵盤模組

100‧‧‧散熱模組

110‧‧‧蒸發器

112‧‧‧上蓋

112a‧‧‧斜面

114‧‧‧下蓋

114a‧‧‧絕熱牆

114b‧‧‧絕熱區

114c‧‧‧加熱區

116‧‧‧腔室

118‧‧‧加熱元件

119‧‧‧入液口

120‧‧‧銅管

122‧‧‧第一端

124‧‧‧第二端

130‧‧‧傳熱介質

140‧‧‧支撐板

150‧‧‧固定夾

160‧‧‧導熱件

170‧‧‧彈性件

d1、d2‧‧‧垂直距離

H1、H2、H3、H4‧‧‧水平高度

H5‧‧‧液面高度

W1、W2‧‧‧寬度

圖1是本發明一實施例的散熱模組的俯視示意圖。

圖2是圖1的散熱模組應用於電子裝置的俯視示意圖。

圖3是圖1的蒸發器的分解圖。

圖4是圖3的蒸發器的剖面圖。

圖5是圖1的散熱模組的局部側視示意圖。

圖1是本發明一實施例的散熱模組的俯視示意圖。圖2是圖1的散熱模組應用於電子裝置的俯視示意圖。請參考圖1至圖2，在本實施例中，散熱模組100適用於電子裝置50。所述電子裝置50可為具有單一機體的電子裝置，亦可為具有兩機體的電子裝置，例如是筆記型電腦(notebook，NB)，而在圖1中僅繪示其中一機體，本發明並不限制電子裝置的種類。電子裝置50的內部配置有電子元件52，例如是中央處理器(central processing unit，CPU)或其他適用的電子元件，以執行相關運作。電子元件52在運作過程中產生熱能。藉此，本實施例的散熱模組100適於配置在電子裝置50內，以對電子裝置50內的電子元件52散熱。

具體而言，在本實施例中，散熱模組100包括蒸發器110、銅管120以及傳熱介質130。蒸發器110適於連接電子元件52。銅管120連通至蒸發器110，並構成迴路(如圖1與圖2所示)，而傳熱介質130配置在銅管120與蒸發器110所構成的迴路內流動。藉此，電子元件52的熱能可透過蒸發器110傳遞至傳熱介質130，使傳熱介質130在吸收熱能後在銅管120內流動，以將熱能透過銅管120往外傳遞，並在散發熱能後經由銅管120流回蒸發器110。藉此，傳熱介質130可在銅管120內流動而將熱能透過銅管120的管壁散逸至空氣中。

此外，在本實施例中，散熱模組100更包括支撐板140與多個固定夾150。支撐板140配置於電子裝置50內，且銅管120藉由固定夾150固定於支撐板140上，並可進一步透過銲接固定，但本發明不限制其固定手法。藉此，傳熱介質130除了可將熱能透過銅管120的管壁散逸至空氣中之外，還可進一步將熱能透過銅管120傳遞至支撐板140，而透過散熱面積較大的支撐板140快速地散逸至空氣中。所述支撐板140可在電子裝置50中承載電子裝置50的鍵盤模組54(繪示於圖2)，而固定在支撐板140上的銅管120環繞鍵盤模組54的周圍，以避免干涉鍵盤模組54的配置。換言之，本實施例可藉由原本用於支撐鍵盤模組54的支撐件140增加散熱模組100的散熱效果，而不須額外配置其他散熱元件。然而，本發明並不限制支撐板140的配置與否，其可依據需求調整。藉此，散熱模組100可藉由傳熱介質130在銅管120與蒸發器110所構成的迴路內流動將電子元件52的熱能往外傳遞，藉此達到散熱目的。

圖3是圖1的蒸發器的分解圖。圖4是圖3的蒸發器的剖面圖。圖5是圖1的散熱模組的局部側視示意圖。其中，圖5將蒸發器110的部分尺寸放大並簡略繪示，其所繪示內容用於表達傳熱介質130在銅管120與蒸發器110中的流動方式(作為示意用途)，而非用於限制本發明的散熱模組的具體結構尺寸。在本實施例中，散熱模組100的蒸發器110具有特殊設計，以使前述傳熱介質130在銅管120與蒸發器110所構成的迴路內沿著單一 方向循環，而增加其流動速率。當傳熱介質130在迴路中的流動速率增快，其在蒸發器110內吸收熱能並在銅管120內散發熱能的速率亦增快。藉此，只要散熱模組100的設計有助於提升傳熱介質130的流動速率，散熱模組100的散熱效率便能得以提升。

請參考圖3至圖5，在本實施例中，蒸發器110包括上蓋112與下蓋114。上蓋112與下蓋114可為金屬材質，並藉由銲接固定在一起，但本發明不以此為限制。上蓋112與下蓋114彼此接合，並構成腔室116。下蓋114具有朝向腔室116突出的絕熱牆114a，以在下蓋114區隔出絕熱區114b與加熱區114c。換言之，突出的絕熱牆114a可在下蓋114上區分出兩個位在其相對兩側且可用於儲存傳熱介質130的區域(即絕熱區114b與加熱區114c)。傳熱介質130從銅管120流入蒸發器110後分布在絕熱區114b與加熱區114c，而蒸發器110以加熱區114c連接電子元件52。此外，蒸發器110還包括多個加熱元件118。所述加熱元件118例如是導熱性良好的金屬凸柱(例如是銅柱)，其配置於下蓋114的加熱區114c，並朝向腔室116突出，以增加加熱區114c的加熱面積。換言之，蒸發器110的加熱區114c可藉由加熱元件118吸收更多熱能，藉此提升熱能藉由加熱區114c傳遞至傳熱介質130的速率。

再者，在本實施例中，散熱模組100更包括導熱件160(繪示於圖5)與多個彈性件170(繪示於圖1與圖2)。導熱件160例如是導熱介面材料(Thermal Interface Material，TIM)，其配置於電子元件52與加熱區114c之間，以填補電子元件52與加 熱區114c之間的空隙，而有助將電子元件52的熱能傳遞至加熱區114c。彈性件170例如是金屬彈片，其配置於蒸發器110上，並壓制電子元件52，以提供壓力使電子元件52、導熱件160與加熱區114c緊密接觸。藉此，電子元件52在運作過程中產生的熱能可透過加熱區114c傳遞至傳熱介質130，並藉由導熱件160與彈性件170提升其傳遞效率。然而，本發明並不限制導熱件160與彈性件170的使用與否，其可依據需求調整。

此外，在本實施例中，絕熱牆114a的導熱性低於下蓋114的其他局部的導熱性。其中，絕熱牆114a例如是以絕熱材料製成的另一構件而固定於下蓋114上，藉此降低其導熱性。或者，絕熱牆114a亦可為下蓋114上的局部所構成的凸出結構，而後以絕熱材料包覆其面向於腔室116的表面，藉此降低其導熱性。然而，在其他未繪示的實施例中，絕熱牆也可能是下蓋114一體地向腔室116內凸出的結構，而不具有異於下蓋116的材料。本發明並不限制絕熱牆114a的組成與其導熱性。較佳地，絕熱牆114a的寬度W1大於下蓋114的寬度W2的三分之一。藉此，絕熱牆114a可有效減少從加熱區114c傳遞至絕熱區114b的熱能。換言之，受到絕熱牆114a的阻隔，電子元件52的熱能不易傳遞至絕熱區114b，故位在加熱區114c的傳熱介質130所吸收的熱能多於位在絕熱區114b的傳熱介質130所吸收的熱能。

另一方面，在本實施例中，上蓋112具有朝向腔室116傾斜的斜面112a。斜面112a的橫向範圍對應於絕熱區114b、絕熱 牆114a與加熱區114c，且斜面112a與絕熱區114b間的垂直距離d1小於斜面112a與加熱區114c間的垂直距離d2。換言之，當下蓋114的絕熱區114b與加熱區114c位於同一水平面時，斜面112a對應於絕熱區114b的一側的水平高度低於斜面112a對應於加熱區114c的另一側的水平高度，而腔室116在對應於加熱區114c處具有較大的容積。藉此，電子元件52的熱能透過加熱區114c傳遞至傳熱介質130，使傳熱介質130在吸收熱能後沿著斜面112a從水平高度較低的一側往水平高度較高的另一側流動，進而流出蒸發器110。換言之，藉由斜面112a的設計，可使傳熱介質130在加熱區114c中吸收熱能後沿著斜面112a往單一方向流出蒸發器110，藉此提高傳熱介質130的流動速率。

再者，在本實施例中，銅管120具有相對的第一端122與第二端124。銅管120以第一端122連接至絕熱區114b，並以第二端124連接至加熱區114c，進而構成封閉的迴路，使傳熱介質130可在迴路中流動而依序通過蒸發器110與銅管120。其中，銅管120鄰近絕熱區114b的第一端122的水平高度H1低於銅管120鄰近加熱區114c的第二端124的水平高度H2(標示於圖5)，以使銅管120具有高度落差。藉此，電子元件52的熱能透過加熱區114c傳遞至傳熱介質130，使傳熱介質130在吸收熱能後沿著斜面112a往單一方向流出蒸發器110，並藉由銅管120的高度落差在銅管120內流動，以將熱能透過銅管120往外傳遞，並在散發熱能後經由銅管120流回蒸發器110，以完成一次散熱循環。

具體而言，在本實施例中，銅管120與蒸發器110所構成的迴路呈現真空狀態，以降低傳熱介質130的沸點，使傳熱介質130在迴路內藉由熱能產生相變化。傳熱介質130例如是水或者冷煤，但本發明不限於此。傳熱介質130可在蒸發器110內吸收熱能，並在銅管120中流動而散發熱能，且傳熱介質130在吸收或散發熱能時產生相變化。更進一步地說，傳熱介質130在蒸發器110內吸收熱能後產生相變化從液態轉變為氣態。其中，位在加熱區114c的傳熱介質130所吸收的熱能多於位在絕熱區114b的傳熱介質130所吸收的熱能，使位在加熱區114c的傳熱介質130較容易產生相變化轉變為氣態。此外，加熱區114c對應於斜面112a上水平高度較高的一側，且銅管120的第二端124對應於加熱區114c。藉此，轉變為氣態的傳熱介質130較容易沿著斜面112a往水平高度較高的一側流出蒸發器110，並進一步從第二端124流入銅管120。藉此，蒸發器110內的傳熱介質130轉變為氣態後沿著斜面112a往單一方向經由第二端124流入銅管120。

再者，在本實施中，由於銅管120具有高度落差，使得傳熱介質130容易從鄰近加熱區114c且水平高度H2較高的第二端124透過位能自發性地流動至鄰近絕熱區114b且水平高度H1較低的第一端122。傳熱介質130在銅管120內流動而將熱能透過銅管120散逸至空氣中，或進一步往外傳遞至支撐板140而散逸至空氣中。傳熱介質130在散發熱能之後產生相變化從氣態轉變為液態，而後經由銅管120從第一端122重新流動至蒸發器110。 藉此，轉變為液態的傳熱介質130在蒸發器110中再次吸收從電子元件52傳遞至加熱區114c的熱能而轉變為氣態，並在轉變為氣態後沿著斜面112a再次從對應於加熱區114c且水平高度H2較高的第二端124流入銅管120，並藉由銅管120的高度落差在銅管120內流動並透過銅管120將熱能往外傳遞。藉此，以上述方式持續使傳熱介質130在蒸發器110與銅管120所構成的迴路內流動，即可持續將電子元件52的熱能散逸至空氣中，以達到散熱目的。

再者，由於傳熱介質130沿著單一方向流動，即傳熱介質130從銅管120的第一端122流入蒸發器110並從銅管120的第二端124流出蒸發器110，故傳熱介質130首先流入絕熱區114b，而後才溢出絕熱區114b與絕熱牆114a而流入加熱區114c。此外，在本實施例中，絕熱牆114a具有未繪示的微結構，例如是粉末、網狀或溝槽結構，以將位於絕熱區114b的傳熱介質130傳遞至加熱區114c，但其亦可為光滑表面，本發明不以此為限制。藉此，當位在絕熱區114b的傳熱介質130的液面高度未超過絕熱牆114a的水平高度，而使傳熱介質130無法以上述方式流入加熱區114c時，液態的傳熱介質130仍可藉由其與位在絕熱牆114a上的微結構之間的毛細作用傳遞至加熱區114c。換言之，在絕熱牆114a配置微結構，有助於連續地從絕熱區114b補充液態的傳熱介質130至加熱區114c，以增加傳熱介質130的循環能力。

為了提升傳熱介質130在蒸發器110與銅管120所構成的迴路內沿著單一方向流動的特性，在本實施例中，銅管120鄰 近絕熱區114b的第一端122與蒸發器110之間的入液口119的水平高度H3低於絕熱牆114a的水平高度H4。藉此，在散發熱能而轉變為液態的傳熱介質130經由銅管120鄰近絕熱區114b的第一端122流入蒸發器110，並分布在絕熱區114b與加熱區114c之後，絕熱牆114a可有效阻隔從電子元件52傳遞至加熱區114c的熱能進一步傳遞至絕熱區114b，使加熱區114c的傳熱介質130較容易吸收熱能而產生相變化轉變為氣態，並沿著斜面112a流出蒸發器110而從第二端124流入銅管120。

類似地，在本實施例中，銅管120鄰近絕熱區114b的第一端122與蒸發器110之間的入液口119的水平高度H3低於傳熱介質130於絕熱區114b的液面高度H5。換言之，在散發熱能而轉變為液態的傳熱介質130經由銅管120鄰近絕熱區114b的第一端122流入蒸發器110，並分布在絕熱區114b與加熱區114c之後，位在絕熱區114b並且維持液態的傳熱介質130覆蓋入液口119，使在蒸發器110內吸收熱能並且轉變為氣體的傳熱介質130不會反向從入液口119流動至銅管120的第一端122，而傾向於沿著斜面112a流動至銅管120的第二端124。上述設計均有助於提升傳熱介質130在蒸發器110與銅管120所構成的迴路內沿著單一方向流動的特性。只要傳熱介質130在迴路中的流動速率得到有效提升，散熱模組100的散熱效果亦同樣得以提升。藉此，本實施例的散熱模組100具有良好的散熱效果。

綜上所述，在本發明的散熱模組中，蒸發器包括具有斜 面的上蓋以及具有絕熱牆的下蓋，其中絕熱牆在下蓋上區隔出絕熱區與加熱區，而斜面與絕熱區間的垂直距離小於斜面與加熱區間的垂直距離。再者，連通至蒸發器並構成迴路的銅管具有高度落差，而傳熱介質可在迴路內流動。藉此，電子元件的熱能可透過加熱區傳遞至傳熱介質，使傳熱介質在吸收熱能後在銅管內流動而進一步將熱能透過銅管往外傳遞。其中，傳熱介質藉由斜面往單一方向流出蒸發器，並在銅管內藉由高度落差產生位能往單一方向流出銅管，進而提升其流動速率而加速上述散熱動作。據此，本發明的散熱模組具有良好的散熱效果。

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。

52‧‧‧電子元件

100‧‧‧散熱模組

110‧‧‧蒸發器

112‧‧‧上蓋

112a‧‧‧斜面

114a‧‧‧絕熱牆

114b‧‧‧絕熱區

114c‧‧‧加熱區

116‧‧‧腔室

118‧‧‧加熱元件

119‧‧‧入液口

120‧‧‧銅管

122‧‧‧第一端

124‧‧‧第二端

130‧‧‧傳熱介質

160‧‧‧導熱件

H1、H2、H3、H4‧‧‧水平高度

H5‧‧‧液面高度

Claims (12)

1. 一種散熱模組，適於配置在一電子裝置內，以協助該電子裝置內的一電子元件散熱，該散熱模組包括：一蒸發器，包括一上蓋與一下蓋，該上蓋與該下蓋彼此接合，並構成一腔室，該下蓋具有朝向該腔室突出的一絕熱牆，以在該下蓋區隔出一絕熱區與一加熱區，而該蒸發器以該加熱區接收該電子元件所產生的熱；一銅管，連通至該蒸發器，並與該蒸發器構成一迴路；以及一傳熱介質，配置在該銅管與該蒸發器所構成的該迴路內，其中該電子元件的一熱能透過該加熱區傳遞至該傳熱介質，使該傳熱介質在吸收該熱能後在該迴路內流動，以將該熱能透過該銅管往外傳遞，並在散發該熱能後經由該銅管流回該蒸發器。
2. 如申請專利範圍第1項所述的散熱模組，其中該銅管鄰近該絕熱區的一第一端的一水平高度低於該銅管鄰近該加熱區的一第二端的一水平高度，以使該銅管具有一高度落差，該傳熱介質藉由該銅管的該高度落差在該銅管內流動。
3. 如申請專利範圍第2項所述的散熱模組，其中該上蓋具有朝向該腔室傾斜的一斜面，且該斜面與該絕熱區間的一垂直距離小於該斜面與該加熱區間的一垂直距離，使該傳熱介質在吸收該熱能後沿著該斜面往單一方向流出該蒸發器。
4. 如申請專利範圍第3項所述的散熱模組，其中該傳熱介質在該蒸發器內吸收該熱能後產生相變化從液態轉變為氣態而沿著 該斜面流出該蒸發器，並在該銅管內流動而將該熱能往外傳遞後產生相變化從氣態轉變為液態。
5. 如申請專利範圍第1、2或3項所述的散熱模組，其中該蒸發器包括多個加熱元件，配置於該下蓋的該加熱區，並朝向該腔室突出，以增加該加熱區的加熱面積。
6. 如申請專利範圍第1、2或3項所述的散熱模組，其中該蒸發器鄰近該絕熱區具有一連通該銅管的入液口，該入液口的一水平高度低於該絕熱牆的一水平高度。
7. 如申請專利範圍第1、2或3項所述的散熱模組，其中該蒸發器鄰近該絕熱區具有一連通該銅管的入液口，該入液口的一水平高度低於該傳熱介質於該絕熱區的一液面高度。
8. 如申請專利範圍第1、2或3項所述的散熱模組，其中該絕熱牆的一寬度大於該下蓋的一寬度的三分之一。
9. 如申請專利範圍第1、2或3項所述的散熱模組，其中該絕熱牆具有一微結構，以將位於該絕熱區的該傳熱介質傳遞至該加熱區。
10. 如申請專利範圍第1、2或3項所述的散熱模組，其中該絕熱牆的一導熱性低於該下蓋的其他局部的一導熱性。
11. 如申請專利範圍第1、2或3項所述的散熱模組，更包括：一支撐板，配置於該電子裝置內，且該銅管固定於該支撐板上，使該傳熱介質將該熱能透過該銅管傳遞至該支撐板。
12. 如申請專利範圍第11項所述的散熱模組，其中該支撐板 承載該電子裝置的一鍵盤模組，而固定在該支撐板上的該銅管環繞該鍵盤模組的周圍。