TWI645150B - 均溫板及使用該均溫板的散熱模組 - Google Patents

均溫板及使用該均溫板的散熱模組 Download PDF

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Abstract

一種均溫板，包含第一金屬蓋、第二金屬蓋、容置腔體、導熱塊、以及工作液體。容置腔體形成於第一金屬蓋與第二金屬蓋之間。工作液體填充於容置腔體之中。導熱塊位於該容置腔體中，與第一金屬蓋及第二金屬蓋接觸，且對應於第二金屬蓋上之熱源接觸區，導熱塊與第二金屬蓋的接觸面積大於第二金屬蓋之熱源接觸區的面積。

Description

均溫板及使用該均溫板的散熱模組
本發明是一種均溫板，尤指一種用於散熱模組的均溫板。
隨著科技的進步，電子元件越來越小，操作的電壓頻率越來越高，因而電子產品產生較多的熱。再加上電子產品的輕薄化而減少內部的散熱空間，需要透過額外的散熱元件將內部的餘熱帶至外界，以避免高熱而損害電子產品。
本案提供一種均溫板。均溫板包含第一金屬蓋、第二金屬蓋、容置腔體、導熱塊、以及工作液體。容置腔體形成於第一金屬蓋與第二金屬蓋之間。工作液體填充於容置腔體之中。導熱塊位於該容置腔體中，與第一金屬蓋及第二金屬蓋接觸，且對應於第二金屬蓋上之熱源接觸區，導熱塊與第二金屬蓋的接觸面積大於第二金屬蓋上的熱源接觸區的面積。
本案更提供一種散熱模組。散熱模組，包含均溫板、散熱鰭片、以及熱管。均溫板，包含第一金屬蓋、第二金屬蓋、容置腔體、導熱塊、以及工作液體。容置腔體形成於第一金屬蓋與第二金屬蓋之間。工作液體填充於容置腔體之中。導熱塊位於該容置腔體中，與第一金屬蓋及第二金屬蓋接觸，且對應於第二金屬蓋上之熱源接觸區，導熱塊與第二金屬蓋的接觸面積為第二金屬蓋上之熱源接觸區之面積的1.5至2倍。熱管的一端固接於均溫板之第一金屬蓋。散熱鰭片組接於熱管上。
在此，對應於熱源接觸區的熱能透過導熱塊的傳導，從第二金屬蓋、傳遞至第一金屬蓋散熱，如此能將蓄積的熱導出，以避免熱源上的電子元件或是與熱源相連接的電子元件因高熱而受損，而維持電子元件正常運作，同時延長電子元件的壽命。
圖1為均溫板的立體示意圖、圖2為均溫板的局部剖面示意圖，圖2是沿圖1上的A-A’線進行剖面。參閱圖1及圖2，均溫板1包含第一金屬蓋10、第二金屬蓋20、工作液體30以及導熱塊40。在此，以第一金屬蓋10為底蓋、第二金屬蓋20為上蓋，第二金屬蓋20的邊緣與第一金屬蓋10的邊緣相互接合，第一金屬蓋10與第二金屬蓋20之間形成容置腔體15。工作液體30填充於容置腔體15之中。導熱塊40與第一金屬蓋10及第二金屬蓋20接觸，且對應於第二金屬蓋20上之熱源接觸區25。
在此，熱源接觸區25是指第二金屬蓋20上與熱源500接觸的區域。導熱塊40與第二金屬蓋20的接觸面積S2大於第二金屬蓋20上熱源接觸區25之面積S3。在一實施例中，導熱塊40與第二金屬蓋20的接觸面積S2為第二金屬蓋20上熱源接觸區25之面積S3的1.5倍至2倍，但不以此為限。
在此，熱源500可以為中央處理器(CPU)、或是其他的電子晶片，更可以包含中央處理器(CPU)及散熱膏等。
如圖1所示，均溫板1的第二金屬蓋20具有上表面21以及側表面23。側表面23與第一金屬蓋10的邊緣接合，而上表面21連接於側表面23，使得第二金屬蓋20與第一金屬蓋10間具有高度差，而成隆起抬升狀。第二金屬蓋20可以利用壓鑄的方式形成。如圖1和圖2所示，當第二金屬蓋20與第一金屬蓋10的邊緣接合後，第二金屬蓋20與第一金屬蓋10之間形成一容置腔體15。在此僅為示例，而不用以限制，例如，第二金屬蓋20與第一金屬蓋10都可以具有隆起的結構，或者，在第二金屬蓋20為平板狀，而第一金屬蓋10為抬升隆起的結構。
如圖2所示，在一些實施例中，導熱塊40可以為柱狀。導熱塊40各處剖面的截面積可以相等，也就是，導熱塊40與第二金屬蓋20的接觸面積S2與導熱塊40與第一金屬蓋10的接觸面積S1相等。於另一實施例中，如圖3所示，導熱塊40為下寬上窄的梯形，導熱塊40與第二金屬蓋20的接觸面積S2與導熱塊40與第一金屬蓋10的接觸面積S1不相等。相同的是，二實施例之導熱塊40與第二金屬蓋20的接觸面積S2皆大於第二金屬蓋20上熱源接觸區25之面積S3。在一實施例中，導熱塊40與第二金屬蓋20的接觸面積S2為第二金屬蓋20上熱源接觸區25之面積S3的1.5至2倍。在另外一些實施例中，導熱塊40也可以為上寬下窄的梯形。
在一些實施例中，導熱塊40可以為金屬材料所製成，例如，導熱塊40為包含銅、鋁、銀以及其合金中的至少其一。
圖4為均溫板中的導熱塊剖面上視圖。在本實施例中，導熱塊40以圓柱作為示例，並不用以限制。如圖4所示，本實施例導熱塊40為複合材料，導熱塊40的中心為陶瓷材料41，陶瓷材料41外部包覆金屬材料43。陶瓷材料41可以選自具有高導熱特性的碳化矽(SiC)、氧化鋁(Al 2O 3)、氮化鋁(AlN)，且具有高溫不易變形的特性。而金屬材料43可以為銅、鋁、銀以及其合金中的至少其一，同樣具有高導熱特性，且利於與第一金屬蓋10及第二金屬蓋20焊接。藉此兩種材料的優異特性，來達到支撐、導熱、不易變形的功效。
再次參閱圖2及圖3，均溫板1更可包含多數個支撐柱50。多數個支撐柱50與第一金屬蓋10及第二金屬蓋20接觸形成多數個流動通道，以供工作液體30流動。進一步地，支撐柱50為多孔性結構，例如，支撐柱50為銅粉、鋁粉等以粉末冶金方式燒結成形。此多孔性的結構可以提供毛細現象，工作液體30在容置腔體15中蒸發為氣體後，與多孔性結構接觸，而能凝結回液體。
在此，第一金屬蓋10與導熱塊40、支撐柱50及第二金屬蓋20焊接，再以真空吸引的方式將工作液體30吸入第一金屬蓋10與第二金屬蓋20之間的容置腔體15之中。
圖5為散熱模組一實施例的立體示意圖。如圖5所示，散熱模組100包含均溫板1、熱管6、以及散熱鰭片7。均溫板1包含第一金屬蓋10、第二金屬蓋20、工作液體30以及導熱塊40。在此，以第一金屬蓋10為底蓋、第二金屬蓋20為上蓋，第二金屬蓋20的邊緣與第一金屬蓋10的邊緣相互接合，第一金屬蓋10與第二金屬蓋20之間形成容置腔體15。工作液體30填充於容置腔體15之中。導熱塊40與第一金屬蓋10及第二金屬蓋20接觸，且對應於第二金屬蓋20之熱源接觸區25。在此，請同時參閱圖2與圖5，熱源接觸區25為第二金屬蓋20上與熱源500接觸的區域。於一實施例中，導熱塊40與第二金屬蓋20的接觸面積S2大於第二金屬蓋20上的熱源接觸區25之面積S3。熱管6的一部分固接於均溫板1之第一金屬蓋10。散熱鰭片7組接於熱管6上。
熱管6可以連接水源，在熱管6中通入水，經由熱交換達到水冷的功效，以將來自均溫板1的熱導出。散熱鰭片7組接於熱管6，以增加散熱面積。在一些實施例中，如圖5所示，熱管6更可以轉折，且熱管6的一部分穿設於散熱鰭片7之中，與散熱鰭片7固定組接，且散熱鰭片7的延伸方向A1與熱管6穿設於散熱鰭片7之部分的延伸方向A2大致呈垂直。
圖6為散熱模組另一實施例的立體示意圖。在一些實施例中，多個散熱鰭片7共同成形為散熱鰭片總成8，而熱管6一部分固接於均溫板1之第一金屬蓋10，並組接於散熱鰭片總成8的組接槽81中。圖5及圖6僅作為示例，並不用以限制。
附表1-7，分別為散熱模組一實施例與三個比較例對於100W、130W、160W、190W、220W、250W及280W等不同功率的熱源500上溫度量測的比較表。在此，實施例的均溫板1如同前述，具有導熱塊40。比較例1、比較例2及比較例3其他結構相同，但均溫板不存在導熱塊40。TC是指第二金屬蓋20上的熱源接觸區25所量測的溫度，也就是，對應熱源500位置上所量測的溫度、T1是第一金屬蓋10上相對應於熱源500垂直投影之應區域所量測的溫度。在此，實施例中，導熱塊40與第二金屬蓋20的接觸面積S2為第二金屬蓋20上與熱源500的熱源接觸區25之面積S3的1.5倍為例。
如表1至表7所示，在熱源500瓦數提升時，第一金屬蓋10與第二金屬蓋20之間的溫度差有提高的趨勢，然而，透過導熱塊40的設置，使得熱源500的熱能集中於導熱塊40進行傳導，縮減了第一金屬蓋10與第二金屬蓋20之間的溫度差，約略能將溫度差由10°C至30°C縮小至5°C以下。因此，導熱塊40能快速地將熱源500的熱傳遞至第一金屬蓋10，再透過熱管6及散熱鰭片7進行水冷及散熱。實施例的第一金屬蓋10上的溫度(T1)普遍高於比較例1-比較例3，而熱管6的水溫差距不大，也就是，實施例達到更多的熱交換，具有更高的熱傳效率。
綜上所述，以上任一實施例的均溫板1設置了導熱塊40，導熱塊40接觸第一金屬蓋10及第二金屬蓋20。設置於熱源接觸區25之熱源500所產生之熱能透過導熱塊40的傳導，可從第二金屬蓋20傳遞至第一金屬蓋10散熱，如此能將蓄積的熱快速地導出。因此，均溫板1除了達到均勻、大面積的散熱外，導熱塊40的熱傳導更能減少第一金屬蓋10與第二金屬蓋20的溫度差，而避免熱源500上的電子元件、或是與熱源500相連接的電子元件因高熱而受損，而維持電子元件在正常的狀態下運作，同時延長電子元件的壽命。
雖然較佳實施例揭露如上所述，然其並非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明的範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
附表1-7 表1 (熱源100W) <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> </td><td> 第二金屬蓋溫度(TC) </td><td> 第一金屬蓋溫度(T1) </td><td> 溫度差 (TC-T1) </td><td> 熱管水溫 </td></tr><tr><td> 實施例 </td><td> 60.8°C </td><td> 59°C </td><td> 1.8°C </td><td> 30°C </td></tr><tr><td> 比較例1 </td><td> 50.5°C </td><td> 39.3°C </td><td> 11.2°C </td><td> 28.9°C </td></tr><tr><td> 比較例2 </td><td> 48.8°C </td><td> 36.5°C </td><td> 12.3°C </td><td> 29.1°C </td></tr><tr><td> 比較例3 </td><td> 48.1°C </td><td> 38.1°C </td><td> 10°C </td><td> 29°C </td></tr></TBODY></TABLE>表2 (熱源130W) <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> </td><td> 第二金屬蓋溫度(TC) </td><td> 第一金屬蓋溫度(T1) </td><td> 溫度差 (TC-T1) </td><td> 熱管水溫 </td></tr><tr><td> 實施例 </td><td> 70.2°C </td><td> 68°C </td><td> 2.2°C </td><td> 30°C </td></tr><tr><td> 比較例1 </td><td> 55°C </td><td> 41.4°C </td><td> 13.6°C </td><td> 29.4°C </td></tr><tr><td> 比較例2 </td><td> 52.7°C </td><td> 38°C </td><td> 14.7°C </td><td> 29.4°C </td></tr><tr><td> 比較例3 </td><td> 52.6°C </td><td> 40.2°C </td><td> 12.4°C </td><td> 29.3°C </td></tr></TBODY></TABLE>表3 (熱源160W) <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> </td><td> 第二金屬蓋溫度(TC) </td><td> 第一金屬蓋溫度(T1) </td><td> 溫度差 (TC-T1) </td><td> 熱管水溫 </td></tr><tr><td> 實施例 </td><td> 79.2°C </td><td> 76.5°C </td><td> 2.7°C </td><td> 30°C </td></tr><tr><td> 比較例1 </td><td> 59.3°C </td><td> 43.3°C </td><td> 16°C </td><td> 29.8°C </td></tr><tr><td> 比較例2 </td><td> 57.5°C </td><td> 40°C </td><td> 17.5°C </td><td> 29.8°C </td></tr><tr><td> 比較例3 </td><td> 57.6°C </td><td> 42.3°C </td><td> 15.3°C </td><td> 29.8°C </td></tr></TBODY></TABLE>表4 (熱源190W) <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> </td><td> 第二金屬蓋溫度(TC) </td><td> 第一金屬蓋溫度(T1) </td><td> 溫度差 (TC-T1) </td><td> 熱管水溫 </td></tr><tr><td> 實施例 </td><td> 88.2°C </td><td> 85.4°C </td><td> 2.8°C </td><td> 31.3°C </td></tr><tr><td> 比較例1 </td><td> 64°C </td><td> 45.4°C </td><td> 18.6°C </td><td> 30.2°C </td></tr><tr><td> 比較例2 </td><td> 62.6C </td><td> 42.1°C </td><td> 20.5°C </td><td> 30.2°C </td></tr><tr><td> 比較例3 </td><td> 62.3°C </td><td> 44.4°C </td><td> 17.9°C </td><td> 30.3°C </td></tr></TBODY></TABLE>表5 (熱源220W) <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> </td><td> 第二金屬蓋溫度(TC) </td><td> 第一金屬蓋溫度(T1) </td><td> 溫度差 (TC-T1) </td><td> 熱管水溫 </td></tr><tr><td> 實施例 </td><td> 97.4°C </td><td> 94.1°C </td><td> 3.3°C </td><td> 31.9°C </td></tr><tr><td> 比較例1 </td><td> 68.7°C </td><td> 47.3°C </td><td> 21.4°C </td><td> 30.6°C </td></tr><tr><td> 比較例2 </td><td> 67.6°C </td><td> 43.9°C </td><td> 23.7°C </td><td> 30.5°C </td></tr><tr><td> 比較例3 </td><td> 66.5°C </td><td> 46.1°C </td><td> 20.4°C </td><td> 30.8°C </td></tr></TBODY></TABLE>表6 (熱源250W) <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> </td><td> 第二金屬蓋溫度(TC) </td><td> 第一金屬蓋溫度(T1) </td><td> 溫度差 (TC-T1) </td><td> 熱管水溫 </td></tr><tr><td> 實施例 </td><td> 106.4°C </td><td> 102.9°C </td><td> 3.5°C </td><td> 32.6°C </td></tr><tr><td> 比較例1 </td><td> 74.3°C </td><td> 49.4°C </td><td> 24.9°C </td><td> 31.1°C </td></tr><tr><td> 比較例2 </td><td> 73.6°C </td><td> 46.2°C </td><td> 27.4°C </td><td> 31.2°C </td></tr><tr><td> 比較例3 </td><td> 76.7°C </td><td> 49.6°C </td><td> 24.1°C </td><td> 31.4°C </td></tr></TBODY></TABLE>表7 (熱源280W) <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> </td><td> 第二金屬蓋溫度(TC) </td><td> 第一金屬蓋溫度(T1) </td><td> 溫度差 (TC-T1) </td><td> 熱管水溫 </td></tr><tr><td> 實施例 </td><td> 115.5°C </td><td> 112°C </td><td> 3.5°C </td><td> 33.5°C </td></tr><tr><td> 比較例1 </td><td> 80.5°C </td><td> 51.7°C </td><td> 28.8°C </td><td> 31.7°C </td></tr><tr><td> 比較例2 </td><td> 77.8°C </td><td> 47.7°C </td><td> 30.1°C </td><td> 31.7°C </td></tr><tr><td> 比較例3 </td><td> 82.4°C </td><td> 50.2°C </td><td> 32.2°C </td><td> 31.4°C </td></tr></TBODY></TABLE>
<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 1 </td><td> 均溫板 </td><td> 10 </td><td> 第一金屬蓋 </td></tr><tr><td> 15 </td><td> 容置腔體 </td><td> 20 </td><td> 第二金屬蓋 </td></tr><tr><td> 21 </td><td> 上表面 </td><td> 23 </td><td> 側表面 </td></tr><tr><td> 25 </td><td> 熱源接觸區 </td><td> </td><td> </td></tr><tr><td> 30 </td><td> 工作液體 </td><td> 40 </td><td> 導熱塊 </td></tr><tr><td> 41 </td><td> 陶瓷材料 </td><td> 43 </td><td> 金屬材料 </td></tr><tr><td> 50 </td><td> 支撐柱 </td><td> 6 </td><td> 熱管 </td></tr><tr><td> 7 </td><td> 散熱鰭片 </td><td> 8 </td><td> 散熱鰭片總成 </td></tr><tr><td> 81 </td><td> 組接槽 </td><td> 500 </td><td> 熱源 </td></tr><tr><td> S1 </td><td> 導熱塊與第一金屬蓋的接觸面積 </td></tr><tr><td> S2 </td><td> 導熱塊與第二金屬蓋的接觸面積 </td></tr><tr><td> S3 </td><td> 熱源接觸區的面積 </td></tr></TBODY></TABLE>
[圖1]為均溫板的立體示意圖。 [圖2]為均溫板一實施例的局部剖面示意圖。 [圖3]為均溫板另一實施例的局部剖面示意圖。 [圖4]為均溫板中的導熱塊剖面示意圖。 [圖5]為散熱模組一實施例的立體示意圖。 [圖6]為散熱模組另一實施例的立體示意圖。

Claims (5)

  1. 一種均溫板，包含：一第一金屬蓋；一第二金屬蓋；一容置腔體，形成於該第一金屬蓋與該第二金屬蓋之間；一工作液體，填充於該容置腔體之中；以及一導熱塊，位於該容置腔體中，與該第一金屬蓋及該第二金屬蓋接觸，且對應於該第二金屬蓋上之一熱源接觸區，該導熱塊與該第二金屬蓋的接觸區之面積大於該第二金屬蓋上的該熱源接觸區之面積，其中該導熱塊的中心為一陶瓷材料，而該陶瓷材料的外部包覆一金屬材料。
  2. 如請求項1所述之均溫板，其中該導熱塊與該第二金屬蓋的接觸面積，與該導熱塊與該第一金屬蓋的接觸面積不相等。
  3. 如請求項1所述之均溫板，更包含多數個支撐柱，該些支撐柱與該第一金屬蓋及該第二金屬蓋接觸而形成多數個流動通道。
  4. 一種散熱模組，包含：一均溫板，包含：一第一金屬蓋；一第二金屬蓋；一容置腔體，形成於該第一金屬蓋與該第二金屬蓋之間；一工作液體，填充於該容置腔體中；以及一導熱塊，位於該容置腔體中，與該第一金屬蓋及該第二金屬蓋接觸，且對應於該第二金屬蓋上之一熱源接觸區，該導熱塊與該第二金屬蓋的接觸面積大於該第二金屬蓋之該熱源接觸區之面積，其中該導熱塊的中心為一陶瓷材料，而該陶瓷材料的外部包覆一金屬材料；多數個熱管，該些熱管的一端固接於該均溫板之該第一金屬蓋；以及多數個散熱鰭片，組接於該些熱管上。
  5. 如請求項4所述之散熱模組，其中該導熱塊與該第二金屬蓋的接觸面積，與該導熱塊與該第一金屬蓋的接觸面積不相等。
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