TWI609163B - 散熱模組 - Google Patents

Description

散熱模組

本發明是有關於一種散熱模組。

通訊科技的發達，手機或平板電腦等行動裝置已是現代人生活中不可或缺的必需品，且隨著人們對於該些行動裝置的依賴程度逐漸提高，使用的時間也越來越長；然而長時間的使用行動裝置往往會造成該行動裝置的積體電路因過熱而當機，實為不便。

對於手機或平板電腦等受限於體積及重量而無法採用風扇作為散熱手段時，目前多會採取貼附散熱材或熱管作為其散熱的方式。惟，在行動裝置內高功率之電子元件的運行之下，所述散熱方式所能產生的散熱效能仍屬有限。

本發明提供一種散熱模組，其具有緊湊的結構配置與較佳的散熱效果。

本發明的散熱模組，適用於電子裝置。電子裝置具有熱 源。散熱模組包括蒸發器、管件以及工作流體。蒸發器的外部表面具有凹陷，且凹陷熱接觸於熱源，以使熱源所產生的熱量傳送至蒸發器的凹陷。管件連接蒸發器的內部腔室並形成迴路。工作流體填充於迴路，其中呈液態的工作流體經過凹陷的對應處而吸熱轉換成汽態。

基於上述，在本發明的上述實施例中，藉由所述散熱模組的蒸發器的結構特徵，即其外部表面具有凹陷，以與電子裝置的熱源進行熱接觸，以讓凹陷的結構特徵能提高熱源與蒸發器的熱接觸面積，並在以管件連接蒸發器而形成迴路後，於其內填充工作流體，進而讓工作流體行經蒸發器對應於前述凹陷的內部空間時能順利地吸收熱量，而據以轉換呈汽態，並藉由工作流體流出蒸發器的內部腔室而將熱量帶離，以達到散熱效果。

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。

10、20‧‧‧電子裝置

100、600‧‧‧散熱模組

110、110A‧‧‧蒸發器

111‧‧‧本體

112、112A‧‧‧凹陷

113‧‧‧蓋體

120‧‧‧管件

130‧‧‧熱管

140、650‧‧‧導熱件

170‧‧‧導熱片

172‧‧‧開口

174‧‧‧凹陷本體

200、200A‧‧‧熱源

210‧‧‧電路板

242‧‧‧導熱膠

241、243‧‧‧導熱接墊

310、320‧‧‧殼體

400‧‧‧扣持件

500、630‧‧‧板體

510‧‧‧開口

530‧‧‧凹槽

610‧‧‧流道

620‧‧‧加熱柱

631‧‧‧腔室

640‧‧‧擋牆

641‧‧‧止流部

E1‧‧‧第一端

E2‧‧‧第二端

E3、E4‧‧‧開口

F1‧‧‧第一工作流體

F2‧‧‧第二工作流體

R1、R3‧‧‧加熱區

R2‧‧‧流動區

R4‧‧‧冷凝區

S1‧‧‧外部表面

S2‧‧‧頂面

t1、t2、t3、t4、t5‧‧‧厚度

W1、W2‧‧‧壁

圖1是依據本發明一實施例的一種電子裝置的局部爆炸圖。

圖2是圖1的電子裝置的爆炸示意圖。

圖3是圖1散熱模組的局部示意圖。

圖4是圖3的蒸發器的局部剖視圖。

圖5繪示本發明另一實施例的蒸發器的局部剖視圖。

圖6繪示本發明另一實施例的一種蒸發器的剖視圖。

圖7是依據本發明另一實施例的行動裝置的爆炸示意圖。

圖8是圖7的散熱模組的示意圖。

圖9與圖10分別是板體沿剖線A-A’、B-B’的剖視示意圖。

圖1是依據本發明一實施例的一種電子裝置的局部爆炸圖。請參考圖1，在本實施例中，電子裝置10例如是筆記型電腦或平板電腦等攜行式電子裝置，其具備輕薄短小的外觀特徵以符合便利攜帶的需求。惟，隨著運算與顯示需求的增加，電子裝置10需在殼體310、320內設置具備散熱效果的相關部件，方能對應前述效能需求下而隨之產生的散熱需求。據此，電子裝置10包括熱源200及散熱模組100，其中熱源200例如是中央處理器或顯示晶片等電子模組，散熱模組100能將從熱源200產生的熱量予以吸收，並進而將熱量從電子裝置10的其他部位散逸出。

在本實施例中，散熱模組100例如是虹吸式散熱組件，其包括蒸發器110、管件120以及工作流體F1(在圖式中僅以箭號代表其流向)。蒸發器110用以熱接觸於熱源200，以吸收來自熱源200的熱量。管件120連接蒸發器110並形成迴路，工作流體F1填充於迴路中，且工作流體F1流經蒸發器110時能因吸收前述熱量而產生相變化，例如使液態工作流體F1轉變為汽態(vapor)工作流體F1，並隨著汽態工作流體F1移離蒸發器110 而使熱量隨之被帶離，並隨著管件120經過電子裝置10的其他溫度較低的部位時使工作流體F1再次進行相變化冷凝(由汽態轉變回液態)，而得以將熱量散逸出電子裝置10。

詳細而言，本實施例的散熱模組100還包括熱管130，其熱接觸於熱源200與蒸發器110之間，以將熱源200所產生的熱量傳送至蒸發器110。進一步地說，如圖1所示，熱管130的第一端E1是藉由扣持件400而扣持在電子裝置10的板體500上，並據以結構抵接於熱源200上，而熱管130的第二端E2則例如是以焊接方式而結構抵接在蒸發器110，其實質上抵接在蒸發器110的外部表面S1局部處的凹陷112內。如此一來，熱管130便能以其內的另一工作流體的相變化而將熱源200所產生的熱量傳送至蒸發器110的凹陷112處。另需提及的是，如圖1所示之配置，本實施例的電子裝置10藉由板體500也能對熱源200提供一定的散逸效果，亦即讓熱管130與管件120一同接觸於板體500，以將熱量均勻的分散到板體500與散熱模組100的各處而有利於散熱。於其他未繪示的實施例中，板體500亦可是殼體310、320的部分結構或全部結構。再者，於本實施例中，所述板體500是以金屬材料製成，故也能提供熱源200(如前述中央處理器或顯示晶片等電子模組)電磁干擾(EMI)屏蔽效果。

圖2是圖1的電子裝置的爆炸示意圖，以繪示圖1尚未顯示的其他構件。請同時參考圖1與圖2，進一步地說，在本實施例中，板體500是藉由其凸耳結構而組裝於電路板210上(在此 省略如鎖附件等現有技術已知的構件)。散熱模組100還包括導熱片170，其抵接在熱源(電子模組)200上且實質上位於板體500與熱源(電子模組)200之間，因此熱源(電子模組)200所產生的熱量的一部分會經由導熱片170而傳送至板體500。在此，導熱片170具有凹陷本體174與開口172，而散熱模組100還包括導熱接墊243與導熱膠242，導熱片170的凹陷本體174藉由導熱膠242接著於熱源(電子模組)200，且凹陷本體174能經由開口510而暴露出板體500，以使熱管130的局部是承載於凹陷本體174。導熱接墊243穿過開口172而與前述配置在凹槽132的熱管130相互抵接。再者，扣持件400的中央部分抵靠於板體500，而扣持件400的端部穿過板體500的開口520而組裝於電路板210上(如圖2所示之結合結構，但在此不限定其形式)，因而形成讓導熱片170與板體500被夾持在扣持件400與電路板210之間的狀態，以讓導熱片170與板體500能藉由導熱接墊243與導熱膠242而更緊密地與熱源(電子模組)200接觸。

熱管160配置於板體500的凹槽530，且熱管130的第一端E1熱接觸於熱源(電子模組)200，而熱管130的第二端E2則熱接觸於蒸發器110，因此熱源(電子模組)200所產生的熱量的另一部分會經由熱管130而傳送至蒸發器110。

據此，熱源(電子模組)200所產生的熱量的一部分依序經由導熱膠242、導熱片170而傳送至板體500，而另一部分熱量則經由導熱接墊243傳送至熱管130，且上述熱量傳送的路徑彼此 鄰近且位於熱管130的第一端E1。因此由於結構接觸的關係，傳送至板體500的熱量也會對熱管130提供加熱效果。由此可知，熱源(電子模組)200所產生的熱量的一部分能藉由板體500而散逸，亦即，板體500除能覆蓋於熱源(電子模組)200而提供電磁干擾屏蔽之效果外，還能因其材質(例如是金屬)的特性與相較於其他構件而言具備較大的面積，而同時兼具散熱的效果。

此外，如圖1所示，散熱模組100還能藉由配置在板體500上的導熱接墊241(圖式中以斜線紋標示，且僅標示部分作為代表)進一步地抵接於殼體310，因而讓板體500上的熱量能再傳送至殼體310，而據以達到將熱量散逸出電子裝置10的效果。

圖3是圖1散熱模組的局部示意圖，並藉由將蒸發器110予以部分拆解而能順利辨識其內部結構。圖4是圖3的蒸發器的局部剖視圖。請同時參考圖3與圖4，在本實施例中，熱管130的第二端E2實質上是填滿於蒸發器110的凹陷112，即，熱管130是結構抵接於蒸發器110於凹陷112處的壁W1、W2，除能提高熱管130與蒸發器110的熱接觸面積，也藉由兩者緊湊的配置而能有效地提高熱傳效率(即，壁W1、W2能視為蒸發器110的導熱壁)。

再者，由於前述熱管130與蒸發器110於其外部表面S1處的緊湊配置，而讓熱管130的頂面S2是與蒸發器110的外部表面S1共平面，因此對於結構配置而言，此舉還能提高散熱模組100及其周邊構件在電子裝置10內的佈置效率，亦即相當於能提高電 子裝置10內的空間利用率。

如圖4所示，為了使本實施例的蒸發器110能順利地從熱管130的第二端E2吸收熱量，蒸發器110上於所述壁W1、W2處為其整體結構的最薄處，也就是說，壁W1、W2的厚度小於蒸發器110其他壁的厚度，例如厚度t1與厚度t2實質上是小於厚度t4與厚度t5。此外，也由於熱管130的第二端E2與蒸發器110的凹陷112處是呈緊湊配置，因此熱管130得以提供前述壁W1、W2結構上的支撐，也因此兼具提高熱傳效率並結構強度的雙重效果。另，於一未繪示的實施例中，厚度t1與厚度t2實質上也可小於厚度t3、t4與t5，而同樣藉由厚度差異，讓熱管130的熱量能藉由厚度較薄的壁而傳導至蒸發器110之內。

如圖3與圖4所示，蒸發器110實質上是由本體111與蓋體113相互組裝而形成讓工作流體F1流動的內部腔室，其中本體111具有開口E3、E4連接管件120，以讓工作流體F1流進或流出(圖式雖以箭號表示工作流體F1的流動方向，但不因此而限制，於另一未繪示的實施例中，工作流體亦可以反向流動)，且本體111具有前述凹陷112並因而在內部腔室形成隆起。進一步地說，蒸發器110的內部腔室能因此區隔為流動區R2與加熱區R1，其中隆起處即視為加熱區R1，而管件120與開口E3、E4連接的所在即為流動區R2。後續將進一步說明。

在本實施例中，散熱模組100還包括多個導熱件140，其配置在加熱區R1且位在對應於凹陷112的壁W1上。在此，這些 導熱件140之外形呈柱狀體且以陣列排列於壁W1上，藉此讓工作流體F1經由開口E3流入蒸發器110的加熱區R1時，能提高工作流體F1與壁W1、W2的熱交換效率，讓與熱管130熱接觸的壁W1、W2熱量藉由從壁W1延伸出的這些導熱件140而有較佳的熱交換率，以讓液態工作流體F1吸熱而轉變為汽態工作流體F1，並經由開口E4流入管件120。

另需提及的是，如圖1所示的結構配置，管件120實質上配置於板體500的周緣，亦即在本實施例中，板體500還具有多個側緣凸部540，管件120的至少部分實質上結構抵接於側緣凸部540上，在此並未限制兩者之間的連接形式，其可以焊接方式進行，亦即能讓管件120熱接觸於板體500，以順利地藉由第一工作流體F1的相變化而將熱量從蒸發器110傳送至板體500者，均適用於本實施例。據此，蒸發器110內的第一工作流體F1因吸熱而從液態轉換成汽態，並匯集而傳送至管件120，而當汽態的第一工作流體F1傳送至管件120與板體500的熱接觸處，板體500便能吸收熱量，而對汽態的第一工作流體F1提供冷凝的效果，以讓其從汽態冷卻後轉換成液態，而得以再從管件120傳送回蒸發器110。在此藉由板體500具備較大面積與金屬材質等特性，而得以提供較佳的熱傳效果，據以讓汽態第一工作流體F1隨著管件120行經板體500時能達到冷凝效果，而使汽態第一工作流體F1轉變回液態第一工作流體F1而再次經由開口E3流回蒸發器110內。

再者，在蒸發器110中，所述導熱件140分別抵接在本 體111的壁W1與蓋體113之間，因此本體111與蓋體113進行組裝時，導熱件140還能作為兩者之間的支撐結構，以避免蒸發器110的內部腔室因組裝不當而變形。

圖5繪示本發明另一實施例的蒸發器的局部剖視圖。請參考圖5，與前述實施例不同的是，本實施例的導熱件650是呈肋狀，且其結構延伸方向順向於工作流體F1的流向。此舉同樣能達到與前述相同的支撐與熱傳效果。

圖6繪示本發明另一實施例的一種蒸發器的剖視圖。與前述實施例不同的是，本實施例是以熱源200A直接結構抵接於蒸發器110A的凹陷112A處，而讓熱源200A所產生的熱量能更直接地傳送至蒸發器110A，而其餘結構已能由前述實施例得知，在此便不再贅述。

圖7是依據本發明另一實施例的行動裝置的爆炸示意圖。圖8是圖7的散熱模組的示意圖。圖9與圖10分別是板體沿剖線A-A’、B-B’的剖視示意圖。請同時參考圖7至圖10，在本實施例中，與前述實施例相同的是，電子裝置20的相關構件配置一如前述的電子裝置10，且散熱模組600的大部分構件，如導熱片170、熱管130與蒸發器110、管件120，以及配置在管件120與殼體310之間的導熱接墊241，所述構件僅外形稍有變異但不影響其效能)，亦即，前述實施例所述之熱傳遞路徑同樣能重現於本實施例。

不同的是，板體630除前述提供電磁干擾的屏蔽效果， 以及作為導熱片170、蒸發器110與管件120的抵接處而提供對應的冷凝效果外，本實施例的板體630實質上是還具有腔室631的中空板體，且在腔室631內設置有擋牆640與多個加熱柱620，其中，擋牆640將腔室631分隔為加熱區R3與冷凝區R4，加熱柱620立設在加熱區R3，冷凝區R4則設置有多個彼此平行的類擋牆結構而形成的多個流道610，第二工作流體F2填充於腔室631以在加熱區R3與冷凝區R4之間流動。

值得注意的是，如圖8所示，隨著板體630覆蓋於電路板210上而遮蔽熱源(電子模組)200，加熱區R3實質上對應地抵接且疊置在熱源(電子模組)200上的導熱片170與熱管130的吸熱端。據此，加熱區R3便能因此吸收熱源(電子模組)200所產生的熱量而進一步地加熱該處呈液態的第二工作流體F2，以將其轉換成汽態，而呈汽態的第二工作流體F2便能沿著擋牆640導引流向冷凝區R4。接著，如圖7所示，由於散熱模組600的板體630與殼體310之間是以導熱接墊241夾持其中，因此位於冷凝區R4工作流體便能因此將熱量經由導熱接墊241傳送至殼體310而散逸出電子裝置20，因而使第二工作流體F2在流道610中從汽態逐漸冷凝為液態，而再次流回加熱區R3。

需再說明的是，當電子裝置20處於特定擺放位置，例如站立狀態，而讓板體630內的腔室631是呈加熱區R3在下，而冷凝區R4在上的狀態。此時，位於冷凝區R4的流道610實質上是呈左上右下的狀態，因此第二工作流體F2更能因其液態、汽態特 性而順利地在腔室631內循環並發揮其特性，以達到較佳的工作效率。

另外，擋牆640在第二工作流體F2從冷凝區R4流回加熱區R3之處還具有止流部641，其由冷凝區R4朝向加熱區R3延伸，藉以作為液態第二工作流體F2流回加熱區R3的導引結構，同時也避免加熱區R3中呈汽態的第二工作流體F2從該處逆流至冷凝區R4而破壞流體循環。

此外，於另一未繪示的實施例中，如圖8所示的流道610亦可同時配置在加熱柱620的相對兩側，即相當於在圖8的對側再行設置流道610，而讓加熱區R3位於兩個冷凝區R4之間。此舉能讓板體630隨著電子裝置20於不同角度的使用狀態均能藉由腔室631內的加熱柱620與流道610達到循環第二工作流體F2的效果。換句話說，使用者能依據需求而在加熱區R3的周圍設置適當數量的冷凝區R4，以讓板體630能因應電子裝置20的不同使用狀態均能發揮其散熱效能，以提高板體630對於散熱效果的適用性。

綜上所述，在本發明的上述實施例中，散熱模組藉由蒸發器的凹陷熱接觸於熱源，以其外形結構而能有效地將熱源所產生熱量吸收，並因此能在結構配置上達到緊湊的效果，故能有利於電子裝置內部的構件配置與空間利用率。再者，蒸發器於其凹陷處的壁厚小於蒸發器其他壁厚，其有利於讓熱量傳送至內部腔室的工作流體，且蒸發器的內部腔室於對應凹陷處還設有多個導 熱件，以讓蒸發器與工作流體之間能因此增加熱傳面積，提高熱傳效率。在其中一實施例，散熱模組是以熱管將熱源所產生熱量傳送至蒸發器，而所述熱管實質上填滿凹陷，因此除能加強蒸發器在凹陷處的結構強度外，也因熱管與蒸發器的緊湊配置而有利於設計者對於電子裝置內部構件的配置佈局。另外，熱管以及散熱模組的管件能一同接觸與電子裝置的板體，而能藉由板體傳導，將熱量均勻的分散到板體及散熱模組各處，以利於散熱。

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。

10‧‧‧電子裝置

100‧‧‧散熱模組

110‧‧‧蒸發器

120‧‧‧管件

130‧‧‧熱管

200‧‧‧熱源

241‧‧‧導熱接墊

310、320‧‧‧殼體

400‧‧‧扣持件

500‧‧‧板體

E1‧‧‧第一端

E2‧‧‧第二端

F1‧‧‧第一工作流體

S1‧‧‧外部表面

S2‧‧‧頂面

Claims (15)

1. 一種散熱模組，適用於一電子裝置，該電子裝置具有一熱源，該散熱模組包括：一蒸發器，其外部表面具有一凹陷，且該凹陷熱接觸於該熱源，以使該熱源所產生的熱量傳送至該蒸發器的該凹陷，該蒸發器的內部腔室具有對應於其外部表面的該凹陷的一隆起；一管件，連接該蒸發器的內部腔室並形成一迴路；以及一第一工作流體，填充於該迴路，其中呈液態的第一工作流體經過該凹陷的對應處而吸熱轉換成汽態。
2. 如申請專利範圍第1項所述的散熱模組，其中該熱源結構抵接於該蒸發器的該凹陷。
3. 如申請專利範圍第1項所述的散熱模組，還包括：一熱管，熱接觸於該熱源與該蒸發器之間，且該熱管結構抵接於該凹陷，以將熱量從該熱源傳送至該蒸發器。
4. 如申請專利範圍第3項所述的散熱模組，其中該熱管填滿於該凹陷，且該熱管的頂面與該蒸發器的外部表面共平面。
5. 如申請專利範圍第3項所述的散熱模組，其中該熱源是該電子裝置的一電子模組，該散熱模組還包括：一板體，覆蓋於該電子模組，該板體具有至少一側緣凸部，該管件熱接觸該板體的該側緣凸部，該熱管與該蒸發器分別熱接觸該板體的不同部分，其中該電子模組所產生的熱量的一部分經由該熱管傳送至該板體而散逸，而該電子模組所產生熱量的另一 部分經由該熱管、該蒸發器與該管件，以藉由該第一工作流體的相變化傳送至該板體而散逸。
6. 如申請專利範圍第5項所述的散熱模組，其中板體具有一開口，而該散熱模組還包括：一導熱片，配置在該電子模組與該板體之間，該導熱片將該電子模組所產生熱量的一部分傳送至該板體，該導熱片的局部經由該開口而抵接至該熱管，且該導熱片將該電子模組所產生熱量的另一部分經由該熱管傳送至該蒸發器。
7. 如申請專利範圍第6項所述的散熱模組，還包括：多個導熱接墊，分別配置在該板體、該蒸發器、該管件與該導熱片上，其中配置在該板體與該蒸發器上、管件上的該些導熱接墊抵接於該電子裝置的一背蓋。
8. 如申請專利範圍第5項所述的散熱模組，其中該板體是一中空板體，填充有一第二工作流體，其內設有一擋牆以將該中空板體的內部空間分隔為一第一加熱區與一冷凝區，該第一加熱區對應於該導熱片，呈液態的該第二工作流體於該第一加熱區吸收熱量而轉換為汽態並流向該冷凝區，以散熱轉換為液態後流回該第一加熱區。
9. 如申請專利範圍第8項所述的散熱模組，其中該板體還具有多個加熱柱，立設於該第一加熱區。
10. 如申請專利範圍第8項所述的散熱模組，其中該擋牆具有一止流部，位於該第一加熱區與該冷凝區之間且朝向該第一加熱區延伸。
11. 如申請專利範圍第1項所述的散熱模組，其中該蒸發器具有位於該凹陷處的一導熱壁，該蒸發器其他壁的厚度均大於該導熱壁的厚度。
12. 如申請專利範圍第1項所述的散熱模組，其中該蒸發器具有位於該凹陷處的一導熱壁，該散熱模組還包括：多個導熱件，配置於該蒸發器內且位於該導熱壁處，該些導熱件分別呈柱狀或肋狀。
13. 如申請專利範圍第12項所述的散熱模組，所述呈肋狀的各該導熱件順向於該工作流體的流動方向。
14. 如申請專利範圍第6項所述的散熱模組，其中該蒸發器包括：一本體，具有該凹陷；以及一蓋體，組裝於該本體，其中該些導熱件設置於該本體且抵接於該蓋體。
15. 如申請專利範圍第6項所述的散熱模組，其中該蒸發器的內部腔室區隔為一流動區與一第二加熱區，該管件連接於該流動區，該凹陷對應於該第二加熱區，該些導熱件位於該第二加熱區。