TWI728499B

TWI728499B - 具有分層結構的散熱裝置

Info

Publication number: TWI728499B
Application number: TW108136569A
Authority: TW
Inventors: 詹順淵; 黃祥河; 蔡明昆; 褚雯霄; 王啟川
Original assignee: 立端科技股份有限公司; 國立陽明交通大學
Priority date: 2019-10-09
Filing date: 2019-10-09
Publication date: 2021-05-21
Also published as: TW202115360A

Abstract

本發明主要揭示一種具有分層結構的散熱裝置，係置於一電子元件之上，且包括：一基座、一散熱主體、以及一隔板單元。其中，該散熱主體係設置於該基座之上表面，且由複數個平行間隔排列的散熱鰭片所組成。於本發明中，所述散熱主體係包括一引流部以及一分層部。值得說明的是，該隔板單元係包括設置於該引流部之上的一擋板以及分別穿插於該分層部之對應的該複數個鰭片之間的複數個分隔板。如此，一氣流流經所述引流部的複數個鰭片之上方進入該分層部的複數個鰭片之間，以令所述複數個散熱鰭片具有高散熱效率，且有效地降低所述電子元件的溫度。

Description

具有分層結構的散熱裝置

本發明係關於散熱設備之技術領域，尤指一種具有分層結構的散熱裝置。

隨著科技的發展，市場對於電子產品的需求亦日漸增長，舉例來說，電子產品逐漸走向輕薄化與高效能的趨勢發展。然而，若相關研發工程師於研發上，僅提高其內部電子元件的效能的話，將面臨電子裝置於運作時溫度過高而造成電子裝置發生故障、效能異常、以及其高溫造成使用者使用時的不適感；甚至是由於其電子產品之內部溫度過高而造成其內部電子元件發生損傷與毀損的情況。因此，如何提高相關散熱元件的散熱效率且同時不增加其體積，以避免電子產品發生其內部溫度過高而故障的情況發生，且同時兼顧電子產品輕薄化的設計已經成為相關產業與業者亟欲重視與發展的方向。

散熱片(heat sink)是一種被用來固定於電子裝置的表面，同時為電子散熱設計之中最為普遍的一種產品。散熱片主要是將電子元件所產生的熱量傳導至其散熱鰭片，再透過其散熱鰭片與空氣所產生的熱對流現象，進而將熱量快速地傳導出並擴散至周圍空氣之中以降低電子元件熱源處的溫度。圖一係顯示習知的散熱座的立體圖。如圖1所示，習知的散熱座1’係由一板狀基座11’以及設置於該板狀基座11’之上的複數個鰭片12’所組成。如此，透過該板狀基座11’之下表面連接一電子元件的熱源處，並藉由該板狀基座11’將該電子元件之熱能傳導至該複數個散熱鰭片12’上以增加其散熱面積；接著，一氣流從該散熱座1’之前端流至該複數個散熱鰭片12’之間，並與該複數個散熱鰭片12’產生熱對流現象，進而使得該電子元件之溫度趨近於其周圍空氣之溫度。雖然，習知的散熱座1’具有令該電子元件之熱量散至周圍空氣中的效果。然而，所述散熱座1’仍具有以下缺失:

(1)上述散熱座1’其散熱效果有限，將導致搭配該散熱座1’的電子產品其溫度過高。另外，為了增加該散熱座1’的散熱效率僅能增加該散熱鰭片的體積以增加其散熱面積。如此，將導致搭配該散熱座1’的電子產品的整體體積上升導致無法符合消費者及市場對於產品輕薄的需求。同時，亦將提高其電子產品的生產成本。

由上述可以得知，習知的散熱座1’之設計仍具有許多缺失而造成其有所不足。有鑑於此，本發明之創作人係極力加以研究創作，而終於研發完成本發明之一種具有分層結構的散熱裝置。

本發明之具有分層結構的散熱裝置係置於一電子元件之上，且其主要包括: 一基座、一散熱主體、以及一隔板單元。其中，散熱主體係設置於該基座之上表面，且由複數個平行間隔排列的散熱鰭片所組成。於本發明中，所述散熱主體係包括一引流部以及一分層部。值得說明的是，該隔板單元係包括設置於該引流部之上的一擋板以及分別穿插於該分層部之對應的該複數個鰭片之間的複數個分隔板。如此設置，一氣流自該引流部處流入該散熱一氣流自該引流部處流入該散熱主體且被該擋板分為上層氣流與下層氣流，由於所述上層氣流係流經所述引流部的複數個鰭片之上方，因此所述上層氣流未進行熱對流而其溫度較低地進入該分層部的複數個鰭片之間，以令該分層部的該複數個散熱鰭片具有高散熱效率，進而有效地降低所述電子元件的最高溫度。

為了達成上述本發明之主要目的，本案之發明人係提供所述具有分層結構的散熱裝置之一實施例，係設置於一電子元件之上，且包括：一基座；以及一散熱主體，係設置於該基座之上表面，且其由複數個平行間隔排列的散熱鰭片所組成，並包括：一引流部，其前端連接於該基座之前端；及一分層部，其前端平行於該引流部之末端，且其末端連接該基座之末端；以及一隔板單元，係包括：一擋板，係設置於該散熱主體的引流部的之上表面；及複數個分隔板，係位於該散熱主體的該分層部處，且連接該擋板；其中，該複數個分隔板係分別對應地設置於該複數個散熱鰭片之相鄰散熱鰭片之間；其中，一氣流自該引流部處流入該散熱主體且被該擋板分為上層氣流與下層氣流，使得該上層氣流流入該分層部的該複數個散熱鰭片之間時其溫度較接近室溫以提高該分層部的散熱效率。

為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種具有分層結構的散熱裝置，以下將配合圖式，詳盡說明本發明之較佳實施例。

第一實施例

請參閱圖2，係顯示本發明之一種具有分層結構的散熱裝置的第一實施例的第一立體示意圖。並請同時參閱圖3，係顯示本發明之具有分層結構的散熱裝置的第一實施例的第二立體示意圖。如圖2與圖3所示，本發明之具有分層結構的散熱裝置1係設置於一電子元件之上，且包括：一基座11、一散熱主體12、以及一隔板單元13。其中，該散熱主體12係設置於該基座11之上表面。並且，該散熱主體12係由複數個平行間隔排列的散熱鰭片121所組成；值得說明的是，該散熱主體12更包括一引流部12F以及一分層部12L。更具體地說明，如圖3所示，該引流部12F其前端係連接於該基座11之前端。再者，該分層部12L之前端係連接於該引流部12F之末端，且其末端連接於該基座11之末端。

繼續地參閱圖2與圖3。繼續地說明本發明之技術特徵，該隔板單元13係包括一擋板131。其中，該擋板131係設置於該散熱主體12的引流部12F之上表面。如此設置，透過該擋板131使一氣流3被分為上層氣流31與下層氣流32。換句話說，透過該擋板131的設計，令該具有分層結構的散熱裝置1達到分層的效果進而提升其冷卻效果。

第二實施例

請參閱圖4，係顯示本發明之具有分層結構的散熱裝置的第二實施例的第一立體示意圖。並請同時參閱圖5，係顯示本發明之具有分層結構的散熱裝置的第二實施例的第二立體示意圖。值得說明的是，該複數個分隔板132係位於該散熱主體12的該分層部12L之中，且連接於該擋板131；更具體地說明，各個所述分隔板132係對應地設置於相鄰的各兩個所述散熱鰭片121之間。繼續地參閱圖4至圖6，並請同時參閱圖7，係顯示本發明之具有分層結構的散熱裝置的第二實施例的應用示意圖。依據本發明之設計，透過該基座11設置於該電子元件之上表面而將該電子元件之熱量傳導至該散熱主體12之中。接著，一氣流3自該引流部12F之方向進入該複數個散熱鰭片121之中且被該擋板131分為上層氣流31與下層氣流32。值得說明的是，由於所述下層氣流32係流經該引流部12F之複數個散熱鰭片121之間並與其產生熱對流現象。而上層氣流31位於該擋板131及該引流部12F之上方，因此所述上層氣流31之溫度係低於所述下層氣流32之溫度。接著，該上層氣流31經過該引流部12F之上方且流入該分層部12L之複數個散熱鰭片121之間並產生熱對流現象。如同熟悉熱流領域的工程師所熟知的是，熱對流現象之一牛頓冷卻定律(Newton's law of cooling)即說明一冷卻物體之冷卻速率與所述冷卻物體之溫度及室溫之溫度的溫差成正比。由此可以得知的是，由於該上層氣流31之溫度低於該複數個散熱鰭片121，因此與該上層氣流31接觸的該複數個散熱鰭片121其冷卻速率及效果係優於習知的散熱座的冷卻效果。

再次地參閱圖4至圖7，並請同時參閱圖8，係顯示本發明之具有分層結構的散熱裝置的第二實施例的側視圖。如圖8所示，該引流部12F的一高度H1係小於該分層部12L的一高度H2。並且，該引流部12F的一長度L1係小於該分層部12L的一長度L2。於本實施例中，該散熱主體11之側面係為一階梯狀側面。可想而知的是，該散熱主體11之側面亦可為下列任一者：階梯狀側面、梯形側面、方形側面、三角形側面，及局部梯形側面，且不應以此為限。另一方面，該引流部12F與該分層部12L之高度集長度的比例無特定限制；然而，於本實施例中較佳的比例為，該引流部12F之高度H1為該分層部12L之高度H2的比例為1:1.5至1:4，且該引流部12F之長度L1為該分層部12L之長度L2的比例為1:2至1:4。

第三實施例

請參閱圖9，係顯示本發明之具有分層結構的散熱裝置的第三實施例的側視圖。並請參閱圖10，係顯示本發明之具有分層結構的散熱裝置的第三實施例的立體示意圖。由圖8與圖9可以得知，相較於前述第二實施例本實施例的散熱主體11更包括一凸出部12B。並且，該凸出部12B係連接於該分層部12L，且其上表面與該分層部12L的上表面相連接。舉例來說，該凸出部12B之斷面可為下列任一者：倒三角形斷面及倒直角三角形斷面。更詳細地說明，該凸出部12B的一上表面長度BL係等於該引流部12F的一長度L1，且該凸出部12B的一高度BH係等於該分層部12L之高度H2；另外，該分層部12L與該引流部12F之間的一高度差DH為該分層部12L之高度H2的三分之一至二分之一。為了證實本發明之具有分層結構的散熱裝置的散熱效率，本案發明人係完成相關參數的模擬。請參閱下表(1)，係為本發明之第二實施例與習知的散熱座的模擬數據表。其中，組別I為習知的平直板式散熱鰭片，組別II為引流部12F之高度H1為分層部12L之高度H2的一半，且該引流部12F之長度L1為該分層部12L之長度L2的一半；組別III為引流部12F之高度H1為分層部12L之高度H2的三分之一，且該引流部12F之長度L1為該分層部12L之長度L2的三分之一。Vin為一氣流流入引流部12F的速度，Pressure drop為散熱主體之氣流流入與氣流流出的壓力降，Tmin為散熱裝置之最低溫度，Tmax為散熱裝置之最高溫度，測試材質為鋁(Al)且熱導率(conductivity)為232(W‧m ^-1‧K ^-1)。由表(1)可以知道的是，相對於習知平直板的散熱座，本發明之具有分層結構的散熱裝置1有效地增加散熱效率以改善整個散熱過程的溫度差，同時有效地降低散熱裝置及電子元件之最高溫度。表(1)

組別	Vin (m ‧s ^-1)	Pressure drop (Pa)	T min ( ℃)	T max ( ℃)	T max -T min ( ℃)	相較於組別I T max -T min 的變化率
I( 習知)	4.63	115.1	65.4	84.6	39.6
II	4.63	118.6	68.8	82.7	37.7	4.80%
III	4.63	113.7	72.6	83.0	38.0	4.04%

第四實施例

請參閱圖11，係顯示本發明之具有分層結構的散熱裝置的第四實施例的立體示意圖。並請參閱圖12，係顯示本發明之具有分層結構的散熱裝置的第四實施例的部分透視立體圖。由圖10與圖11可以得知，相較於前述第三實施例本實施例的該複數個分隔板132之側面係為一波浪狀側面。

承上述，該散熱主體12更包括複數個密封板122，係位於該散熱主體12的該分層部12L之中，且位於其頂端處。如圖5所示，各個所述密封板132係對應地設置於相鄰的各兩個所述散熱鰭片121之間。透過該複數個密封板122的設計，用以避免氣流的逸散以令該具有分層結構的散熱裝置1具有更佳地散熱效果。

如此，上述係已完整且清楚地說明本發明之具有分層結構的散熱裝置的技術特徵與立體圖，經由上述，吾人可以得知本發明係具有下列之優點：

(1) 不同於習知的散熱座1’其散熱效果有限，且該散熱座1’之後側的複數個散熱鰭片12’由於氣流至前側流入即開始與所述散熱鰭片12’進行熱對流並於該散熱座1’之後側流出；由於氣流自前側即與該複數個散熱鰭片12’進行熱平衡，因此流至後側的氣流其溫度較高，而導致較高溫的氣流使得後側的該複數個散熱鰭片12’的散熱速率較低。本發明之具分層結構的散熱裝置1主要包括: 一基座11、一散熱主體12、以及一隔板單元13。其中，該散熱主體12係設置於該基座11之上表面，且由複數個平行間隔排列的散熱鰭片121所組成。值得說明的是，本發明之散熱主體12更包括一引流部12F以及一分層部12L，且該引流部12F的一高度H1係低於該分層部12L的一高度H2。並且，該隔板單元13係包括設置於該引流部12F之上的一擋板131以及分別穿插於該分層部之對應的該複數個散熱鰭片121之間的複數個分隔板132。於本發明之中，一氣流3自該引流部12F處流入該散熱主體12且被該擋板131分為一上層氣流31與一下層氣流32，使得該上層氣流31流入該分層部12L的該複數個散熱鰭片121之間時其溫度較接近室溫以提高該分層部12L的散熱效率，進而有效地降低所述電子元件的最高溫度。

必須加以強調的是，上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

>本發明>

1	具有分層結構的散熱裝置
11	基座
12	散熱主體
12F	引流部
12L	分層部
12B	凸出部
121	散熱鰭片
122	密封板
13	隔板單元
131	擋板
132	分隔板
H1	高度
H2	高度
L1	長度
L2	長度
DH	高度差
3	氣流
31	上層氣流
32	下層氣流

>習知>

1’	散熱座
11’	板狀基座
12’	散熱鰭片

圖1係顯示習知一種散熱座的立體示意圖；圖2係顯示本發明之一種具有分層結構的散熱裝置的第一實施例的立體示意圖；圖3係顯示本發明之具有分層結構的散熱裝置的第一實施例的立體透視圖；圖4係顯示本發明具有分層結構的第二實施例的散熱裝置的第一立體示意圖；圖5係顯示本發明之具有分層結構的散熱裝置的第二實施例的第二立體示意圖；圖6係顯示本發明之具有分層結構的散熱裝置的第二實施例的第三立體示意圖；以及圖7係顯示本發明之具有分層結構的散熱裝置的第二實施例的應用示意圖；圖8係顯示本發明之具有分層結構的散熱裝置的第二實施例的側視圖；圖9係顯示本發明之具有分層結構的散熱裝置的第三實施例的側視圖；圖10係顯示本發明之具有分層結構的散熱裝置的第三實施例的立體示意圖；圖11係顯示本發明之具有分層結構的散熱裝置的第四實施例的立體示意圖；以及圖12係顯示本發明之具有分層結構的散熱裝置的第四實施例的部分透視立體圖。

1:具有分層結構的散熱裝置

11:基座

121:散熱鰭片

12F:引流部

12L:分層部

131:擋板

3:氣流

31:上層氣流

32:下層氣流

Claims

一種具有分層結構的散熱裝置，係設置於一電子元件之上，且包括：一基座；一散熱主體，係設置於該基座之上表面，且其由複數個平行間隔排列的散熱鰭片所組成，並包括：一引流部，其前端連接於該基座之前端；及一分層部，其前端係連接於該引流部之末端，且其末端連接該基座之末端；其中，該引流部之高度為該分層部之高度之間係具有一高度比例，且該高度比例係介於1：4至1：1.5之間；該引流部之長度為該分層部之長度之間係具有一長度比例，且該長度比例係介於1：4至1：2之間；以及一隔板單元，係包括：一擋板，係設置於散熱主體的引流部之上；及複數個分隔板，係位於該散熱主體的該分層部之中，且連接於該擋板；其中，各個所述分隔板係對應地設置於相鄰的各兩個所述散熱鰭片之間；其中，一氣流自該引流部處流入該散熱主體且被該擋板分為上層氣流與下層氣流，使得該上層氣流流入該分層部的該複數個散熱鰭片之間時其溫度較接近室溫以提高該分層部的散熱效率。
如申請專利範圍第1項所述之具有分層結構的散熱裝置，其中，該散熱主體更包括：複數個密封板，係位於該散熱主體的該分層部之中，且位於其頂端處，用以避免氣流的逸散；其中，各個所述密封板係對應地設置於相鄰的各兩個所述散熱鰭片之間。
如申請專利範圍第1項所述之具有分層結構的散熱裝置，其中，該散熱主體之側面可為下列任一個：階梯狀側面、梯形側面、方形側面、三角形側面，及局部梯形側面。
如申請專利範圍第1項所述之具有分層結構的散熱裝置，其中，該引流部的一高度係低於該分層部的一高度。
如申請專利範圍第1項所述之具有分層結構的散熱裝置，其中，該複數個分隔板之側面可為下列任一者：波浪狀側面、平直狀側面、及弧狀側面。
如申請專利範圍第1項所述之具有分層結構的散熱裝置，其中，該散熱主體更包括：一凸出部，係連接於該分層部，且其上表面與該分層部的上表面相連接。
如申請專利範圍第6項所述之具有分層結構的散熱裝置，其中，該凸出部的一上表面長度係等於該引流部的一長度，且該分層部與該引流部之間的一高度差為該分層部之高度的三分之一至二分之一。
如申請專利範圍第6項所述之具有分層結構的散熱裝置，其中，該凸出部之斷面可為下列任一者：倒三角形斷面及倒直角三角形斷面。