TWI729325B - 散熱單元 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種散熱單元，包含一本體，具有一上表面及一下表面，至少一導熱件，具有一吸熱面及一熱傳導面，該熱傳導面係設置於該本體的下表面。

Description

散熱單元

本發明係有關於散熱單元，特別指一種透過結合在一本體的外表面上的至少一導熱件，用以對因鄰近電子元件產生高低落差的發熱元件進行接觸散熱，以有效達到散熱效果佳的散熱單元。

按，現行行動裝置、個人電腦、伺服器、通信機箱或其他系統或裝置皆因運算效能提升，而其內部發熱元件(例如但不限於晶片)所產生之熱量亦隨著提升，且現行電子設備的功能越來越多元，其基板上設有各種發熱元件。均溫板(Vapor chamber)係為一種較大範圍面與面之熱傳導應用，均溫板係呈矩型或非矩形狀之殼體(或板體)，其殼體內部腔室至少一內壁面設置毛細結構，且該殼體內部填充有工作流體，並令該殼體的一面(受熱面)貼設在該發熱元件上吸附該發熱元件所產生之熱量，使液態之工作流體蒸發為汽態，將熱量傳導至該殼體的另一側(冷凝面)，該汽態之工作流體受冷卻後冷凝為液態，該液態之工作流體再透過重力或毛細結構回流至受熱面繼續汽液循環，以有效達到均溫散熱之效果，均溫板之接觸導熱面積較大，有別於熱管之點對點的熱傳導方式，故適合發熱面積較大或複數距離較近之發熱元件。

然而，現行基板之電子電路設計，會形成需散熱的發熱元件之高度可能會比周圍或鄰近的電阻、電容或其他被動元件還低，因此習知的散元件元諸如散熱器、熱管、均溫板、迴路式熱管等難以有效的完全貼附至發熱元件上。

另一個習知的問題為，當具有複數個需散熱的發熱元件時，每一個需散熱的發熱元件之高度並不相同。習知使用均溫板對高度較低的發熱元件或複數不同高度的發熱元件進行散熱時，會對均溫板進行彎(凹)折使用，以令均溫板可以貼附不同高度的發熱元件，但均溫板經彎(凹)折後易產生破壞內部毛細結構(如毛細結構脫落)及阻塞蒸汽通道或因彎折過大造成毛細現象失效無法回水等現象，都致使均溫板整體的散熱效果降低或失能，進而導致發熱元件溫度過高。

因此，如何解決上述問題是本領域技術人員所要努力的方向。

本發明之一目的，在提供一種透過在一本體的外表面上的至少一導熱件以對高度較周圍或鄰近電子元件還低的發熱元件或複數不同高度的發熱元件有效達到散熱效果佳的散熱單元。

為達成上述之目的，本發明提供一種散熱單元，包含：一本體，具有一上表面及一下表面；及至少一導熱件，具有一吸熱面及一熱傳導面，該熱傳導面係設置於該本體的下表面。

藉由本發明此設計，本發明的散熱單元可藉由該至少一導熱件直接貼附到高度較周圍或鄰近電子元件還低的發熱元件或複數不同高度的發熱元件上，不需彎(凹)折散熱單元破壞其內部之毛細結構及阻塞蒸汽通道，達到較佳的散熱效果的功效。

1:散熱單元

11:本體

111:上表面

112:下表面

113:第一板體

114:第二板體

115:腔室

116:毛細結構

117:工作流體

118a、118b:結合區

119a、119b:非結合區

12a、12b:導熱件

121:吸熱面

122:熱傳導面

131、132:結合介質層

2:機板

21、22:發熱元件

23:電子元件

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圖係為本發明散熱單元之第一實施例之立體分解圖；第2圖係為本發明散熱單元之第一實施例之立體分解圖另一視角；第3圖係為本發明散熱單元之第一實施例之組合剖視圖；第4圖係為本發明散熱單元之第一實施例之結合介質層組合剖視圖；第5圖係為本發明散熱單元之第二實施例之立體分解圖；第6圖係為本發明散熱單元之第二實施例之立體分解圖另一視角；第7圖係為本發明散熱單元之第二實施例之組合剖視圖；第8圖係為本發明散熱單元之第二實施例之結合介質層組合剖視圖。

本發明之上述目的及其結構與功能上的特性，將依據所附圖式之較佳實施例予以說明。

請參考第1、2及3圖，係為本發明散熱單元之第一實施例之立體分解圖及立體分解圖另一視角及組合剖視圖，如圖所示，本發明所述散熱單元1係應用於一電子裝置的需散熱的發熱源上，於本實施例的散熱單元1係接觸貼設於該電子裝置的一機板(如電路板或主機板)2設有的至少一發熱元件21上，以對該至少一發熱元件21進行散熱，並在本實施例中，係表示為一個高度較周圍電子元件23低的發熱元件21(如中央處理器與顯示處理晶片)。其中所述發熱元件21並不限於上述中央處理器與顯示處理晶片，於具體實施時，該發熱元件21可選擇為如南、北橋晶片或電路板上的電晶體或其他需要散熱的電子元件。

所述散熱單元1係包含一本體11及至少一導熱件12a，該本體11於本實施例表示為一均溫板，在其他實施例中，該本體11也可選擇為一導熱基體(如導熱係數高之金屬塊或合金塊)、一散熱器(如鋁擠型散熱器或鰭片式散熱器)、一熱管、一迴路式熱管等其中任一或其中的組合，其中該至少一導熱件12a於本實施例表示為一實心導熱塊，在其他實施例中，該至少一導熱件12a也可選擇為一具中空腔室的導熱體(如均溫板或平板式熱管)，所述至少一導熱件於本實施例表示為一個導熱件12a對應一個發熱元件21，但本實施例的導熱件與發熱元件的數量不侷限於上述一個，其變異實施例將另外進行描述。前述導熱件與發熱元件的高度可以事先根據散熱需求設計，調整前述導熱件與發熱元件的高度。

前述該本體11具有一上表面111及一下表面112，並由於該本體11係表示為一均溫板，故該本體11具有一第一板體113及一第二板體114，該上表面111係位於該第一板體113的外表面，該下表面112係位於該第二板體114的外表面，該第一板體113蓋合該第二板體114並共同界定一腔室115，該腔室115係為一氣密腔室並具有一毛細結構116及一工作流體117，該毛細結構116係表示例如為燒結粉末體、編織體、網格體、纖維體及溝槽其中任一或其中任二以上的組合。

該本體11的下表面112具有至少一結合區118a及至少一非結合區119a，該至少一結合區118a可相鄰或比鄰該至少一非結合區119a，該至少一結合區118a於本實施例表示為一個結合區118a對應一個導熱件12a，而該至少一非結合區119a於本實施例表示為一個非結合區119a相鄰並環繞該結合區118a，該本體11是在該結合區118a結合該導熱件12a以吸收到高度較周圍或鄰近電子元件23還低的發 熱元件21運作時產生的熱量，該本體11是在該非結合區119a閃過該發熱元件21周圍高度較高的電子元件23，但本實施例的結合區、非結合區與導熱件的數量不侷限於上述一個，其變異實施例將另外進行描述。所述結合區118a及非結合區119a係指該本體11的下表面112的區域，並非指該本體11的下表面112額外附加的結構，並在圖式中係以虛線框出該區域做表示。

該導熱件12a具有一吸熱面121及一熱傳導面122，該吸熱面121及該熱傳導面122分設於該導熱件12a的上、下側面，該導熱件12a的熱傳導面122係設置於該本體11的下表面112的該結合區118a，且該導熱件12a的熱傳導面122用以將吸熱面121吸收到的熱量傳導到該本體11。該導熱件12a的吸熱面121係對應貼設於該發熱元件21，並該導熱件12a與該發熱元件21貼設後的高度於本實施例表示為略高於該發熱元件21周圍的電子元件23的高度，在其他實施例中，該導熱件12a與該發熱元件21貼設後的高度也可以表示為高於或等於該發熱元件21周圍的電子元件23的高度。

所述散熱單元1於本實施例表示為該本體11及該導熱件12a係選擇為個別獨立的元件，並該導熱件12a的熱傳導面122係對應結合在該本體11的下表面112做說明。前述本體11及導熱件12a可以表示為相同材質或不相同材質，相同材質可分為相同的金屬材質(如銅、鋁、不銹鋼或鈦材質)或相同的陶瓷材質(如氧化鋁(Al2O3)、氮化矽(Si3N4)或氧化鋯(ZrO2))，不相同材質可分為不相同的金屬材質或不相同的陶瓷材質或不相同的金屬及陶瓷材質。

其中當該本體11及該導熱件12a是相同的金屬材質為如銅材質時，該本體11的第一、二板體113、114及該導熱件12a的結合方式係透過擴散接合方式結合。此外，在其他實施例中，相同的金屬材質(如金、銀、銅、鐵、鋁、不銹 鋼或鈦或合金材質)的本體11及該導熱件12a也可以透過軟焊、硬焊、超音波焊接、雷射焊接、膠黏、嵌接及鑲接其中任一方式結合。

其中當該本體11及該導熱件12a是相同的陶瓷材質為如氧化鋁(Al2O3)材質時，該本體11的第一、二板體113、114及該導熱件12a的結合方式係透過燒結方式結合，但並不侷限於此，在其他實施例中，相同的陶瓷材質(氧化鋁(Al2O3)、氮化矽(Si3N4)或氧化鋯(ZrO2))的本體11及該導熱件12a也可以透過膠黏方式結合。

請參考第4圖，其中當該本體11及該導熱件12a是不相同的金屬材質時，由於不相同材質的該本體11及該導熱件12a不容易結合在一起，例如該本體11為鈦材質及該導熱件12a為銅材質，而鈦材質不容易與其他的金屬材質焊接或熔接在一起。故本實施例所述散熱單元1更包含至少一結合介質層131，該至少一結合介質層131對應設置於該本體11的下表面112及該至少一導熱件12a的熱傳導面122之間，該本體11的下表面112透過該至少一結合介質層131連接該至少一導熱件12a的熱傳導面122，該至少一導熱件12a的熱傳導面122係對應結合在該本體11的下表面112的該至少一結合區118a，而該至少一結合介質層131係對應設置於該本體11的該至少一結合區118a及該至少一導熱件12a的熱傳導面122之間。

該至少一結合介質層131於本實施例表示為一個結合介質層131，且對應一個結合區118a及一個導熱件12a。在其他實施例中，前述結合介質層可設計改為兩個以上結合介質層對應兩個以上的結合區及導熱件，換言之，就是前述結合介質層的數量與對應結合區及導熱件的數量相配合。

該結合介質層131於本實施例表示為一鍍鎳層，並該結合介質層131係透過電鍍方式形成在該本體11的下表面112的該結合區118a。在其他實施例中，該結合介質層131也可選擇為一鍍錫層及一鍍銅層其中任一，此外，該結合介質層131也可以透過蒸鍍及濺鍍其中任一方式形成在該本體11的下表面112的該結合區118a。

該導熱件12a係透過擴散接合方式結合在該本體11的下表面112的結合介質層131，但並不侷限於此，在其他實施例中，該本體11也可以選擇為金、銀、銅、鐵、鋁、不銹鋼及合金其中任一材質，而該導熱件12a也可以選擇為與該本體11不相同的金、銀、銅、鐵、鋁、不銹鋼、鈦及合金其中另一材質。此外，在其他實施例中，不相同的金屬材質(如金、銀、銅、鐵、鋁、不銹鋼、鈦及合金材質)的該本體11及該導熱件12a，該導熱件12a也可以透過軟焊、硬焊、超音波焊接及雷射焊接其中任一方式結合在該本體11的下表面112的結合介質層131。

其中當該本體11及該導熱件12a是不相同的金屬材質及陶瓷材質時，例如該本體11為氧化鋁(Al2O3)材質及該等導熱件12a為銅材質，該導熱件12a係透過擴散接合方式結合在該本體11的下表面112的結合介質層131，但並不侷限於此，在其他實施例中，該本體11也可以表示為氮化矽(Si3N4)或氧化鋯(ZrO2)其中任一材質，而該導熱件12a也可以表示為金、銀、鐵、鋁、不銹鋼、鈦及合金其中任一材質。

其中當例如該本體11為銅材質及該導熱件12a為氧化鋁(Al2O3)材質時，該導熱件12a係透過直接覆銅法(Direct Bonding Cooper，DBC)方式結合在該本體11的下表面112。

此外，除了該本體11及該導熱件12a為個別獨立的元件相結合之外，在其他實施例中，該導熱件12a的熱傳導面122也可以選擇為一體形成在該本體11的下表面112。

因此，藉由本發明的本體結合該導熱件的設計，使該本體11在該非結合區119a可以閃過該發熱元件21周圍高度較高的電子元件23，使該本體11在該結合區118a透過該導熱件12a吸收到高度較周圍或鄰近電子元件23還低的發熱元件21運作時產生的熱量，並迅速向外均勻散熱，以有效達到對高度較低的發熱元件21散熱的效果外。此外，由於在對高度較周圍或鄰近電子元件23還低的發熱元件21進行散熱時，不用對該本體11本身進行彎(凹)折，進而可達到避免不會破壞腔室115內的毛細結構116及不會阻塞蒸汽通道，以有效達到較佳的散熱效果。另者，由於該結合介質層形成於該本體的下表面，使不相同材質的該本體11及該導熱件12a可以達到較佳的結合效果，例如以不銹鋼、鈦材質或陶瓷材質等結構強度較佳的材質構成該本體11，再以銅或鋁材質等熱傳導率較佳的材質構成該導熱件12a，使本發明散熱單元1可以同時達到結構強度較佳及熱傳導率較佳的效果。

請參閱第5、6、7圖，係為本發明散熱單元及其製造方法之第二實施例之立體分解圖及立體分解圖另一視角及組合剖視圖，並輔以參閱第1、2及3圖，如圖所示，本實施例部分結構及功能係分別與上述第一實施例相同，故在此將不再贅述，惟本實施例與上述第一實施例之不同處係為，所述散熱單元1係具有複數導熱件12a、12b，該等導熱件於本實施例表示為兩個高度不相同的導熱件12a、12b，且對應兩個高度不相同的發熱元件21、22，但本實施例的導熱件與發熱元件的數量不侷限於上述兩個，在其他實施例中，前述導熱件與發熱元件 的數量及高度可以事先根據散熱需求設計，調整前述導熱件與發熱元件的數量及高度，且前述導熱件的數量及高度是與對應前述發熱元件的數量及高度相配合，例如三個高度不同的導熱件(如高、中、低高度的導熱件)對應三個不同高度的發熱元件(如高、中、低高度的發熱元件)，依此類推。

並該本體11的下表面112具有複數結合區118a、118b及複數非結合區119a、119b，該等結合區118a、118b可相鄰或比鄰該等非結合區119a、119b，該等結合區118a、118b於本實施例表示為兩個結合區118a、118b對應兩個導熱件12a、12b，且該等非結合區119a、119b於本實施例表示為兩個非結合區119a、119b，第一個非結合區119a是位於第一個結合區118a及第二個結合區118b之間，第二個非結合區119a是相鄰並環繞第一個結合區118a及第二個結合區118b。在其他實施例中，前述結合區可設計改為三個以上結合區對應三個以上導熱件，換言之，就是前述結合區的數量與對應導熱件的數量相配合，而前述非結合區也可設計改為三個以上非結合區對應三個以上結合區。

該等導熱件12a、12b的熱傳導面122分別對應結合在該本體11的該等結合區118a、118b上，也就是說第一個導熱件12a的熱傳導面122結合在該本體11的第一個結合區118a，第二個導熱件12b的熱傳導面122結合在該本體11的第二個結合區118b，且該等導熱件12a、12b的熱傳導面122用以將吸熱面121吸收到的熱量傳導到該本體11上。

另外，兩個高度不同的導熱件12a、12b的吸熱面121係對應貼設於兩個高度不同的發熱元件21、22，也就是說第一個發熱元件21的高度較第二個發熱元件22的高度低，第一個導熱件12a的高度較第二個導熱件12b的高度高，令第一個導熱件12a的吸熱面121接觸貼設在第一個發熱元件21上，第二個導熱件12b的 吸熱面121接觸貼設對應在第二個發熱元件22上。所以藉由該等導熱件12a、12b的高度隨著所貼設的該等發熱元件21、22的高度來調整設計，使該等導熱件12a、12b與該等發熱元件21、22相貼設後的整體高度達到相同一致，例如該第一個導熱件12a及第一個發熱元件21相貼設後的高度是等於該第二個導熱件12b及第二個發熱元件22相貼設後的高度。並該導熱件12a與該發熱元件21及該導熱件12b與該發熱元件22貼設後的高度高於及/或等於該等發熱元件21、22周圍或鄰近的電子元件23。

因此，藉由本發明的本體結合該等導熱件的設計，使該本體11高於及/或等於該等發熱元件21、22周圍的電子元件23，並同時透過多個不同高度的導熱件12a、12b吸收到多個不同高度的發熱元件21、22運作時產生的熱量，並迅速向外均勻散熱，以有效達到對不同高度的發熱元件21、22達到散熱的效果外。此外，由於在對不同高度的發熱元件21、22進行散熱時，不用對該本體11本身進行彎(凹)折，進而可達到避免不會破壞腔室115內的毛細結構116及不會阻塞蒸汽通道，以有效達到較佳的散熱效果。

請參閱第8圖，其中當該本體11及該等導熱件12a、12b是不相同的金屬材質或該本體11為陶瓷材質而該等導熱件12a、12b為金屬材質時，其結合方式請參考前述第4圖之結合方式，以下不再贅述。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍。

1:散熱單元

11:本體

111:上表面

112:下表面

113:第一板體

114:第二板體

12a:導熱件

121:吸熱面

122:熱傳導面

2:機板

21:發熱元件

23:電子元件

Claims (13)

1. 一種散熱單元，包含：一本體，具有一上表面及一下表面；至少一導熱件，具有一吸熱面及一熱傳導面，該本體及該至少一導熱件為個別獨立的元件，該熱傳導面係對應結合在該本體的下表面；及至少一結合介質鍍層對應設置於該本體的下表面及該至少一導熱件的熱傳導面之間，該本體的下表面透過該至少一結合介質鍍層連接該至少一導熱件的熱傳導面。
2. 如申請專利範圍第1項所述的散熱單元，其中該本體為一導熱基體、一散熱器、一均溫板、一熱管及一迴路式熱管其中任一或其中任二以上的組合。
3. 如申請專利範圍第1項所述的散熱單元，其中該本體具有一第一板體及一第二板體，該上表面係位於該第一板體的外表面，該下表面係位於該第二板體的外表面，該第一板體蓋合該第二板體並共同界定一腔室，該腔室具有一毛細結構及一工作流體。
4. 如申請專利範圍第1項所述的散熱單元，其中該本體及該至少一導熱件為不相同材質。
5. 如申請專利範圍第1項所述的散熱單元，其中該本體及該至少一導熱件為金屬材質或陶瓷材質，所述金屬材質為金、銀、銅、鐵、鋁、不銹鋼、鈦及合金材質其中任一，所述陶瓷材質為氮化矽(Si3N4)、氧化鋯(ZrO2)及氧化鋁(Al2O3)其中任一。
6. 如申請專利範圍第1項所述的散熱單元，其中該本體及該至少一導熱件的結合方式係透過軟焊、硬焊、擴散接合、超音波焊接、雷射焊接、膠黏、嵌接、鑲接、燒結及直接覆銅法(Direct Bonding Cooper,DBC)其中任一方式結合。
7. 如申請專利範圍第1項所述的散熱單元，其中該本體的下表面具有至少一結合區及至少一非結合區，該至少一結合區相鄰或比鄰該至少一非結合區，該至少一導熱件的熱傳導面係設置於該本體的下表面的該至少一結合區。
8. 如申請專利範圍第7項所述的散熱單元，係具有複數導熱件，該等導熱件高度不同，該本體的下表面係具有複數結合區及複數非結合區，該等結合區分別相鄰該等非結合區，該等導熱件的熱傳導面分別設置於該等結合區，該等導熱件的吸熱面對應貼設於複數高度不同的發熱元件。
9. 如申請專利範圍第7項所述的散熱單元，其中該至少一結合介質鍍層對應設置於該本體的該至少一結合區及該至少一導熱件的熱傳導面之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述的散熱單元，其中該至少一結合介質鍍層係透過蒸鍍、濺鍍、電鍍其中任一方式形成在該本體的下表面。
11. 如申請專利範圍第1項所述的散熱單元，其中該至少一結合介質鍍層係為一鍍鎳層、一鍍錫層及一鍍銅層其中任一。
12. 如申請專利範圍第1項所述的散熱單元，其中該至少一結合介質鍍層及該至少一導熱件的結合方式係透過軟焊、硬焊、擴散接合、超音波焊接、雷射焊接其中任一方式結合。
13. 如申請專利範圍第8項所述的散熱單元，複數結合介質鍍層對應設置於該本體的下表面的該等結合區及該等導熱件的熱傳導面之間。

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