TWI765341B - 散熱片與散熱系統 - Google Patents

Abstract

一種散熱片包括底板、攔液牆以及微結構。攔液牆設置於底板上。攔液牆在底板上圍繞以形成容器。散熱結構設置在容器內，包括多孔結構或是小尺寸的立體結構。

Description

散熱片與散熱系統

本發明有關於散熱片及其製造方法，特別是通過冷卻液體來冷卻系統的散熱片及其製造方法。

對於單相或是兩相滴淋式系統而言，冷卻液透過流經發熱體或安裝於其上的散熱片與發熱體進行熱交換，將熱帶離。然而，不論是發熱體或是散熱片，其表面通常是光滑的。對於兩相系統而言，光滑表面的成核點較少，較不容易產生沸騰效果，除此之外，由於液體溫度在流動過程中較難維持在接近沸點的狀態，極可能發生液體在離開發熱體時，溫度仍未上升至沸點，使系統維持在單相冷卻，熱交換效率較低的狀況。

因此，如何提出一種可解決上述問題的方案，是目前業界亟欲投入研發資源解決的問題之一。

有鑑於此，本發明之一目的在於提供一種散熱片，藉以進一步改善散熱片的散熱效果。

本發明的一態樣揭露一種散熱片。

根據本發明之一實施方式，一種散熱片包括底板、攔液牆以及多孔結構。攔液牆設置於底板上。攔液牆在底板上圍繞形成容器。多孔結構填充於攔液牆形成的容器內。

於本發明的一或多個實施方式中，前述散熱片進一步包括鎖固結構以及隔離壁。鎖固結構設置於底板上並位於容器內。隔離壁也位於底板上。隔離壁設置於鎖固結構與該多孔結構之間。

於本發明的一些實施例中，鎖固結構鄰近容器的周緣。隔離壁連接容器以形成封閉的隔離室。鎖固結構位於隔離室內。

於本發明的一或多個實施方式中，多孔結構為銅粉末燒結金屬。

本發明的一態樣揭露一種散熱片。

根據本發明之一實施方式，一種散熱片包括底板、攔液牆以及導熱鰭片。攔液牆設置於底板上。攔液牆在底板上圍繞形成容器。導熱鰭片設置於容器內。底板上與導熱鰭片上設置有凸起的複數個微結構。微結構於導熱鰭片與底板上凸起或凹陷。

於本發明的一或多個實施方式中，導熱鰭片包括複數個柱狀導熱鰭片。每一個柱狀導熱鰭片在底板上的投影為圓形。

於本發明的一些實施例中，柱狀導熱鰭片排列於攔液牆中的複數個直行上。這些直行於第一方向上延伸。這些直行於第二方向上排列。

於本發明的一些實施例中，直行包括彼此最鄰近的第一直行與第二直行。該柱狀導熱鰭片的複數個第一柱狀導熱鰭片排列於第一直行。柱狀導熱鰭片的複數個第二柱狀導熱鰭片排列於第二直行。任一第一柱狀導熱鰭片在第二方向上與任一第二柱狀導熱鰭片彼此不相對。

本發明的一態樣揭露一種散熱系統。

根據本發明之一實施方式，一種散熱系統包括前述的散熱片以及冷卻液源。散熱片設置於熱源上。冷卻液源設置於散熱片上方，以向散熱片淋滴冷卻液。冷卻液源，設置於該散熱片上方，以向散熱片淋滴冷卻液。進一步地，於本發明的一些實施例中，冷卻液源用以朝向攔液壁形成之容器淋滴冷卻液。

綜上所述，通過於散熱片上使用多孔結構或是形成小尺寸的立體微結構，能夠進一步增加冷卻液在散熱片上的接觸面積，藉以提升熱交換效率，並使冷卻液更容易沸騰，增加整體散熱效率。

以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

下文列舉實施例配合所附圖式進行詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。另外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為使便於理解，下述說明中相同元件或相似元件將以相同之符號標示來說明。

另外，在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞（terms），除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本發明之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本發明之描述上額外的引導。

關於本文中所使用之『第一』、『第二』、…等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本發明，其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的元件或操作而已。

其次，在本文中所使用的用詞『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指包含但不限於。

再者，於本文中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則『一』與『該』可泛指單一個或多個。將進一步理解的是，本文中所使用之『包含』、『包括』、『具有』及相似詞彙，指明其所記載的特徵、區域、整數、步驟、操作、元件與/或組件，但不排除其所述或額外的其一個或多個其它特徵、區域、整數、步驟、操作、元件、組件，與/或其中之群組。

請參照第1圖。第1圖根據本發明之一實施方式繪示散熱系統500的一示意圖。在本發明的一些實施方式中，散熱系統500包括散熱片200以及冷卻液源510。冷卻液源510提供的冷卻液520淋滴至散熱片200上。冷卻液520接收散熱片200傳導的熱而產生相變，將熱帶走，從而發揮散熱的功效。在一些實施方式中，所使用的冷卻液520為導電性較差的冷卻液，從而避免非預期的短路。散熱片200的具體結構，請見後續之第2A圖與第2B圖。在一些實施方式中，散熱系統500中的散熱片200，也可以替換成第4A圖的散熱片200’。

請同時參照第2A圖與第2B圖。第2A圖根據本發明之一實施方式繪示一散熱片200放置於熱源100上的一示意圖。第2B圖根據本發明之一實施方式繪示一第2A圖的散熱片200的一局部的示意圖。

在本發明的一實施方式中，如第2A圖所示，散熱片200設置於熱源100上。在本發明的一些實施方式中，熱源100可以是電腦或伺服器主機中元件的部分，在第1圖中為了簡單說明的目的，僅繪示熱源100設置散熱片200的一個表面。在本發明的一實施例中，本發明之伺服器主機係可用於人工智慧(英語：Artificial Intelligence，簡稱AI)運算、邊緣運算(edge computing)，亦可當作5G伺服器、雲端伺服器或車聯網伺服器使用。

如第2A圖所示，在本實施方式中，散熱片200是用於淋滴式的散熱系統。當散熱片200設置在熱源100上，便可以從方向D3提供冷卻液體。散熱片200在吸收熱源100產生的熱後，這些熱將能夠傳遞至冷卻液體，使得冷卻液體溫度提升而產生相變。冷卻液體相變，伴隨熱將隨冷卻液體的相變而離開熱源100。

在本實施方式中，散熱片200包括底板（圖未示） 、攔液牆220以及多孔結構230。攔液牆220設置在底板上。散熱片200通過底板連接至熱源100。在一些實施方式中，底板的材料，例如是導熱性能亮好的金屬材料，藉以較佳地傳導熱源100所產生的熱。

如第2A圖所示，攔液牆220是封閉的，封閉的攔液牆220與底板形成容器223。一旦將冷卻液淋滴至散熱片200上，攔液牆220將可以避免冷卻液從散熱片200上逸失，而將冷卻液留存在容器223上，使冷卻液能夠接收到散熱片200傳導的熱，繼續發揮到冷卻的效果。

進一步地，容器223能夠用以填充經設計用於散熱的結構。在本實施方式中，容器223填入多孔結構230。多孔結構230的局部R1的一剖面示意圖如第2B圖所示。

在第2B圖繪示的多孔結構230的局部R1的剖面上，多孔結構230包括複數個孔隙。這些孔隙能夠進一步增加冷卻液的接觸面積，進一步提升熱交換的效率。在一些實施方式中，多孔結構230是由導熱性能良好的金屬所製成。具體請見後述。而如第2B圖所示，多孔結構230充滿整個散熱片200攔液牆220的容器223，但本發明並不以此為限。

當散熱片200用於散熱時，可以從方向D3淋滴冷卻液至散熱片200由攔液牆220形成的容器223內。通過多孔結構230的導熱，同時多孔結構230提升冷卻液的接觸面積，提升散熱的效率。

請回到第2A圖。在本實施方式中，散熱片200係通過鎖固結構240固定在熱源100上。在本實施方式中，鎖固結構240例如是螺絲。進一步地，在鎖固結構240與多孔結構230之間，設置有隔離壁250。在本實施方式中，鎖固結構240位於攔液牆220形成的容器223內，且鎖固結構240鄰近容器223的邊緣。為避免淋滴於散熱片200上的冷卻液從鎖固結構240液失，隔離壁250與攔液牆220形成隔離室252，藉以分離多孔結構230與鎖固結構240，避免冷卻液從多孔結構230流動至鎖固結構240的縫隙而逸失。

第3圖根據本發明之一實施方式繪示一散熱片200的製造方法300的一流程圖。製造方法300包括流程310至流程330。

如第3圖所示，在流程310，提供具有攔液牆220的底板，其中封閉的攔液牆220在底板上形成容器223。在一些實施方式中，鎖固結構240與隔離壁250也可以先形成於容器223內。

隨後，進入到流程320，填充金屬材料於攔液牆220形成的容器223內。具體而言，填入容器223內的金屬材料包括導熱性能良好的銅金屬粉末，這些銅的金屬粉末可以將容器223半填滿或是全填滿。在一些實施方式中，若在容器223內已設置有鎖固結構240與隔離壁250形成的隔離室252，則避免將銅金屬粉末放入隔離室252中。

進入到流程330，燒結容器223內的金屬材料為多孔結構230。在本發明的一些實施方式中，通過燒結製程，將容器223內的銅金屬粉末加熱，將可以使銅金屬粉末有孔隙地燒結在一起，形成多孔結構230，如第2B圖所示，多孔結構230具有多尺寸大小不同的孔隙，藉以提升冷卻液的接觸面積。

第4A圖根據本發明之一實施方式繪示一散熱片200’放置於熱源100上的一示意圖。第4B圖根據本發明之一實施方式繪示一第4A圖的散熱片200’的一局部的示意圖。

在本發明的一些實施例中，如第4A圖所示，散熱片200‘包括底板210、攔液牆220及其形成之容器223、鎖固結構240以及隔離壁250。而在散熱片200’中，進一步包括柱狀導熱鰭片231。柱狀導熱鰭片231的形狀為圓柱形，並且在底板210上的投影為圓形。如此，能夠降低冷卻液在散熱片200’的流阻，便於冷卻液流動以帶走熱能。

透過封閉的攔液牆220，可以將冷卻液限制於散熱片200或散熱片200’的上方，增加冷卻液與散熱片200的熱交換時間，使冷卻液盡可能的以相變化的方式將熱帶離發熱體。透過攔液牆220控制單一發熱體上方的冷卻液量，減少整體所需的冷卻液總量，降低系統建置成本。透過攔液牆220減少同一時間內與發熱片進行熱交換的冷卻液量，可使冷卻液快速達到沸點。減少因流出系統的冷卻液溫度較低，與外界溫差較小，而使系統需花費更多能量才能將熱排除至外界。

在本實施方式中，方向D1與方向D2是彼此垂直。由於散熱片200’接收的冷卻液滴能夠在方向D1與方向D2上移動，當冷卻液滴接觸圓柱形的柱狀導熱鰭片231，柱狀導熱鰭片231較平滑的曲面流阻低，較不會影響到冷卻液滴流動的速度。

在本發明的一些實施方式中，柱狀導熱鰭片231在底板210上的投影形狀，可以包括正圓形或是橢圓形。當柱狀導熱鰭片231的投影為橢圓形，代表柱狀導熱鰭片231在方向D1與方向D2上的長度不同。舉例而言，在一些實施方式中，柱狀導熱鰭片231在方向D1上的長度大於方向D2上的長度，則柱狀導熱鰭片231能夠發揮導引冷卻液滴在方向D1上移動的效果。而橢圓形的柱狀導熱鰭片231能夠具有較低流阻，減少對冷卻液滴在散熱片200’上流動的影響。

此外，在本實施方式中，柱狀導熱鰭片231在方向D1上彼此以相同間距間隔排列。柱狀導熱鰭片231在方向D1上排列為多個直行。這些直行沿方向D1延伸且彼此平行，並沿方向D2排列。這些直行中二個最鄰近的直行彼此以相同間距間隔。這些直行包括其中二個最鄰近的第一直行L1與第二直行L2。二個最鄰近的第一直行L1與第二直行L2之間以相同間距間隔，而二個最鄰近的第一直行L1與第二直行L2，實質上在方向D2上是彼此錯位。這對應到，第一直行L1上任一個柱狀導熱鰭片231在方向D2上，與第二直行L2任一第二柱狀導熱鰭片231是無法對準而彼此不相對的。如此一來，交錯分布的柱狀導熱鰭片231，能夠起到引導冷卻液於底板210上均勻流動的作用，進而增加散熱片200’的均溫性與散熱效果。

如第4A圖所示，在本實施方式中，於柱狀導熱鰭片231的表面上以及底板210上，進一步設置有微結構(mircostructure)。在本發明的一些實施方式中，當表面上設置有微結構，則可以認為是表面上的可算數平均粗糙度大於0。這將使得柱狀導熱鰭片231的表面以及底板210不再是平整的。基於表面不平整的微結構的特性，將有助於產生冷卻液受熱而沸騰所需的成核點。除此之外，微結構與冷卻液的熱交換面積也較大。這兩點皆有助於冷卻液發生沸騰現象與相變化。

第4B圖繪示第4A圖一個柱狀導熱鰭片231表面上設置有微結構的示意圖。在一些實施方式中，如第4B圖所示，柱狀導熱鰭片231的柱體231a的表面上可以有多個凸起物­，這些凸起物是一種小尺寸的立體微結構，但並不以此限制微結構的形狀。舉例而言，柱狀導熱鰭片231表面上的小尺寸的立體微結構可以是凹陷等其他類型的不平整結構。如此，一樣能夠起到增將冷卻液與散熱片200’的熱交換面積的效果。透過微結構增加冷卻液沸騰所需的成核點，促使冷卻液產生沸騰。透過微結構具較大表面積的特性增加與冷卻液的熱交換面積，提昇兩者間的熱交換效率。

如此，可有效降低冷卻液的使用量。單降低冷卻系統的建置成本。當後續使用散熱片200或散熱片200’，可減少因冷卻液尚未達到沸點而處於與外界熱交換效率低下狀況的可能。

第5圖根據本發明之一實施方式繪示一散熱片200’的製造方法400的一流程圖。製造方法400包括流程410至流程430。

在流程410，提供具有攔液牆220的底板210，其中封閉的攔液牆220在底板210上形成容器223。在一些實施方式中，鎖固結構240與隔離壁250也可以先形成於容器223內。

進入到流程420，於有攔液牆220形成的容器223内設置圓柱形的柱狀導熱鰭片231。隨後，進入到流程430，於柱狀導熱鰭片231的表面上設置微結構。應留意到，本發明的一些實施例雖使用圓柱形的柱狀導熱鰭片231，但並不以此限制所設置的導熱鰭片的形狀。在一些實施方式中，也可以選擇設置片狀的導熱鰭片。

在一些實施方式中，可以類似於製造方法300，在於柱狀導熱鰭片231與底板210噴灑銅金屬粉末，隨後通過燒結於柱狀導熱鰭片231的表面上與底板210上產生多孔的微結構。在一些實施方式中，可以通過加熱單純將銅金屬粉末固定在柱狀導熱鰭片231的表面上與底板210上，以形成凸起的微結構。

在一些實施方式中，於流程420形成柱狀導熱鰭片231後，能夠通過噴砂或蝕刻的方式，針對柱狀導熱鰭片231的表面與底板210進行加工，從而能夠於柱狀導熱鰭片231的表面上與底板210上產生不平整的微結構。

在 本 發 明 的 一 實 施 例 中，本 發 明 之 伺 服 器 係 可 用 於人 工 智 慧 ( 英 語 ： A r t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e ， 簡 稱 A I )運 算 、 邊 緣 運 算 ( e d g e   c o m p u t i n g ) ， 亦 可 當 作 5 G 伺 服器 、 雲 端 伺 服 器 或 車 聯 網 伺 服 器 使 用 。

雖然本發明已以實施例揭露如上然其並不用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此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。

100:熱源 200,200’:散熱片 210:底板 220:攔液牆 223:容器 230:多孔結構 231:柱狀導熱鰭片 231a:柱體 240:鎖固結構 250:隔離壁 252:隔離室 300:製造方法 310~330:流程 400:製造方法 410~430:流程 500:散熱系統 510:冷卻液源 520:冷卻液 D1,D2,D3:方向 L1,L2:直行

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖根據本發明之一實施方式繪示散熱系統的一示意圖； 第2A圖根據本發明之一實施方式繪示一散熱片放置於熱源上的一示意圖； 第2B圖根據本發明之一實施方式繪示一第2A圖的散熱片的一局部的示意圖； 第3圖根據本發明之一實施方式繪示一散熱片的製造方法的一流程圖； 第4A圖根據本發明之一實施方式繪示一散熱片放置於熱源上的一示意圖； 第4B圖根據本發明之一實施方式繪示一第4B圖的散熱片的一局部的示意圖；以及 第5圖根據本發明之一實施方式繪示一散熱片的製造方法的一流程圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:熱源

200’:散熱片

210:底板

220:攔液牆

223:容器

231:柱狀導熱鰭片

240:鎖固結構

250:隔離壁

252:隔離室

L1,L2:直行

D1,D2,D3:方向

Claims (8)

1. 一種散熱片，包括：一底板；一攔液牆，設置於該底板上，其中該攔液牆在該底板上圍繞形成一容器；一多孔結構，填充於該攔液牆形成的該容器內；一鎖固結構，設置於該底板上並位於該容器內；一隔離壁，位於該底板上，該隔離壁連接該攔液牆以形成封閉的一隔離室，該鎖固結構位於該隔離室內；以及複數個導熱鰭片，設置於該容器內，其中該底板上與該些導熱鰭片上設置複數個微結構，該些微結構於該些導熱鰭片與該底板上凸起或凹陷，其中，該容器設置以供冷卻液淋滴，該容器內的該底板與該些導熱鰭片上的該些微結構設置以使該冷卻液產生相變。
2. 如請求項1所述之散熱片，其中該隔離壁設置於該鎖固結構與該多孔結構之間。
3. 如請求項2所述之散熱片，其中該鎖固結構鄰近該容器的一周緣。
4. 如請求項1所述之散熱片，其中該多孔結構為一銅粉末燒結金屬。
5. 一種散熱系統，包括：一散熱片，設置於一熱源上，其中該散熱片包括：一底板；一攔液牆，設置於該底板上，其中該攔液牆在該底板上圍繞形成一容器；一多孔結構，填充於該攔液牆形成的該容器內；一鎖固結構，設置於該底板上並位於該容器內；一隔離壁，位於該底板上，該隔離壁連接該攔液牆以形成封閉的一隔離室，該鎖固結構位於該隔離室內；以及複數個導熱鰭片，設置於該容器內，其中該底板上與該些導熱鰭片上設置複數個微結構，該些微結構於該些導熱鰭片與該底板上凸起或凹陷；以及一冷卻液源，設置於該散熱片上方，其中該冷卻液源用以朝向該散熱片之該容器淋滴冷卻液，其中，淋滴至該散熱片上的該冷卻液接收該散熱片之該底板與該些導熱鰭片上之該些微結構傳導的熱而產生相變，將熱帶離該熱源。
6. 如請求項5所述之散熱系統，其中該些導熱鰭片包括複數個柱狀導熱鰭片，每一該柱狀導熱鰭片在該底板上的一投影為一圓形。
7. 如請求項6所述之散熱系統，其中該些柱狀導熱鰭片排列於該攔液牆中的複數個直行上，該些直行於一第一方向上延伸，該些直行於一第二方向上排列。
8. 如請求項7所述之散熱系統，其中該些直行包括彼此最鄰近的一第一直行與一第二直行，該些柱狀導熱鰭片的複數個第一柱狀導熱鰭片排列於該第一直行，該些柱狀導熱鰭片的複數個第二柱狀導熱鰭片排列於該第二直行，任一該第一柱狀導熱鰭片在該第二方向上與任一該第二柱狀導熱鰭片彼此不相對。

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