TWI771217B - 流體散熱裝置 - Google Patents

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Abstract

一種流體散熱裝置包含有一底板、一黏著層以及一噴射冷卻蓋。底板包含有一基板以及一晶片，噴射冷卻蓋利用黏著層固定於底板之上。其中，噴射冷卻蓋包含有一流體入口以及複數個流體出口，以利用工作流體直接冷卻晶片。

Description

流體散熱裝置
本發明係有關於一種流體散熱裝置。特別是有關於一種晶片的流體散熱裝置。
隨著科技的進步，電子產品日漸普及，並逐漸地改變了許多人的生活或是工作的模式。當電腦運算能力的日益增強，中央處理器等電子元件工作時的溫度控制越來越重要。
中央處理器等電子元件在運行時會產生熱量，需要適當冷卻才能達到最佳性能。為了讓中央處理器等電子元件能保持在理想溫度下運行，目前通常採用液體冷卻或空氣冷卻的方式進行。
以現行水冷散熱方式，工作流體經由管路流入水冷板（Cold plate），而水冷板接觸中央處理器等電子元件的表面金屬蓋，以將中央處理器等電子元件工作所產生的熱量帶走，進而降低中央處理器等電子元件的工作溫度，提升電子元件的工作效率。
然而，由於中央處理器與工作流體之間間隔著保護中央處理器的金屬蓋，亦稱之為集成散熱器（ Integrated Heat Spreader；IHS），以及水冷板，以致於降低了冷卻效率。如何能進一步改善散熱裝置的冷卻效率，將有助於提升電子元件的性能與效率，為所屬技術領域相關人員所殷殷企盼。
發明內容旨在提供本揭示內容的簡化摘要，以使閱讀者對本揭示內容具備基本的理解。此發明內容並非本揭示內容的完整概述，且其用意並非在指出本發明實施例的重要/關鍵元件或界定本發明的範圍。
本發明內容之一目的是在提供一種流體散熱裝置，有效地提升散熱裝置的散熱效率，並降低電子元件的工作溫度。
為達上述目的，本發明內容之一技術態樣係關於一種流體散熱裝置包含有一底板、一黏著層以及一噴射冷卻蓋。底板包含有一基板以及一晶片，噴射冷卻蓋利用黏著層固定於底板之上。其中，噴射冷卻蓋包含有一流體入口以及複數個流體出口，以利用工作流體直接冷卻晶片。
在一些實施中，噴射冷卻蓋包含有一冷卻腔以及一流體噴射陣列，晶片容置於冷卻腔之中，而流體噴射陣列設置於冷卻腔的上方，以將工作流體，噴射至晶片表面。
在一些實施中，噴射冷卻蓋更包含有複數個緩衝腔，分別設置於冷卻腔的側邊。
在一些實施中，緩衝腔的高度高於冷卻腔的高度。
在一些實施中，噴射冷卻蓋更包含有複數個排放通道，分別連接緩衝腔與對應的流體出口。
在一些實施中，每一緩衝腔更包含有一緩衝腔出口，以連接對應的排放通道。其中，緩衝腔出口是一長方形開口。
在一些實施中，流體噴射陣列包含有複數個噴嘴，排成一列，設置於晶片的上方。
在一些實施中，每一噴嘴包含有一噴流孔以及一擴散型噴口。
在一些實施中，工作流體直接接觸晶片的表面，且工作流體是二相工作流體。
因此，所述之流體散熱裝置可以直接將工作流體噴灑至熱源的表面，例如是中央處理器等晶片的表面，進行降溫，以有效地控制晶片的工作溫度，提升晶片與電子裝置的工作效率。
下文係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揭露所涵蓋的範圍，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，皆為本揭露所涵蓋的範圍。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。某些用以描述本揭露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揭露之描述上額外的引導。
於實施方式與申請專利範圍中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則『一』與『該』可泛指單一個或複數個。而步驟中所使用之編號僅係用來標示步驟以便於說明，而非用來限制前後順序及實施方式。
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。
第1圖為依照本發明一實施例所繪示的一種流體散熱裝置的爆炸示意圖，第2圖為其立體透視示意圖，第3圖為其右側示意圖，第4圖為其前視示意圖，而第5圖為其噴嘴示意圖。
參閱第1圖，如圖所示，流體散熱裝置100包含有一底板110、一黏著層120以及一噴射冷卻蓋130。其中，底板110包含有一基板112以及一晶片114，而噴射冷卻蓋130利用黏著層120固定於底板110之上。此外，噴射冷卻蓋130包含有一流體入口132以及複數個流體出口134，以利用一工作流體冷卻晶片114。
其中，晶片114，例如是一中央處理器，或其他任何需要散熱的電子元件。
進一步參閱第2圖至第4圖，如圖中所示，噴射冷卻蓋130包含有一冷卻腔220、一流體噴射陣列210、複數個緩衝腔230以及複數個排放通道250。晶片114容置於冷卻腔220之中，而流體噴射陣列210則設置於冷卻腔220的上方，以將工作流體，噴射至晶片114表面，進行直接冷卻。
在一些實施例中，黏著層120包含有一開口122，以使晶片114容置於冷卻腔220之中。黏著層120例如是封裝材，該封裝材可為一環氧樹脂（Epoxy），其不僅將底板110與噴射冷卻蓋130固定密封，且較佳地黏著層120緊貼於晶片114的四個側面，亦可以將黏著層120的表面與晶片114的上表面形成共平面，以使工作流體流經晶片114的上表面時，能更為有效地避免工作流體接觸到基板112上的電路，所產生短路問題。
其中，流體噴射陣列210包含有複數個噴嘴212，設置於晶片114的上方。流體噴射陣列210可以為一維陣列噴嘴212，亦可為一二維陣列噴嘴212，例如是一列的噴嘴212或二列以上的噴嘴212，其均不脫離本發明之精神與保護範圍。
在一些實施例中，同時參閱第5圖，每一噴嘴212包含有一噴流孔510以及一擴散型噴口520，以使工作流體在經過噴嘴212之後體積膨脹，以降低工作流體進入冷卻腔220的溫度。本發明所揭露之工作流體在經由噴流孔510加壓後，噴入冷卻腔220之中，因擴散型噴口520，以及冷卻腔220的壓力遠小於噴流孔510，工作流體由流體入口132至流體噴射陣列210的高壓區進入冷卻腔220之中的低壓區，工作流體瞬間膨脹，使工作流體內能下降，溫度下降，並沿著噴射流體方向501，以喇叭形擴散，並噴向晶片114的表面，使工作流體直接接觸晶片114的表面，進而達到更佳的冷卻效果。
在一些實施例中，工作流體係為一單相冷卻流體，例如是水或油等冷卻液體。在另一些實施例中，工作流體係為一二相冷卻流體，例如是冷媒等冷卻液體，其可以藉由相變化以吸收晶片114的熱量，更進一步地提高流體散熱裝置100的冷卻效率。
緩衝腔230分別設置於冷卻腔220的側邊，例如是冷卻腔220的二側邊，且緩衝腔230的高度高於冷卻腔220的高度，有利於工作流體由高壓區往低壓區流動，以將工作流體從兩側排放通道250，由流體出口134排出。
其中，排放通道250用來分別連接緩衝腔230與對應的流體出口134，且位於緩衝腔230的上方。在一些實施例中，緩衝腔230更包含有一緩衝腔出口240，連接排放通道250，且緩衝腔出口240有利於工作流體進行流動，並排出流體散熱裝置100。在一些實施例中，緩衝腔出口240是一長方形開口，但本發明不以此為限。
具體而言，流體噴射陣列210連接於流體入口132，使工作流體，由流體入口132沿著流體流動方向201進入流體噴射陣列210。工作流體再沿著流體流動方向202由流體噴射陣列210的噴嘴212向下噴出，以直接接觸晶片114，然後，工作流體進一步沿著流體流動方向203向冷卻腔220的兩側流動，以進入緩衝腔230之中。接著，工作流體再向上沿著流體流動方向204通過緩衝腔出口240，進入排放通道250，以沿著流動方向205由對應的流體出口134排出。
有鑑於此，所述之流體散熱裝置，可以直接將工作流體噴灑至熱源的表面，例如是中央處理器等晶片的表面，進行降溫，以有效地控制晶片的工作溫度，提升晶片與電子裝置的工作效率。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的”第一”、”第二”等用語僅用以命名元件(element)的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。
雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何本領域具通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:流體散熱裝置 110:底板 112:基板 114:晶片 120:黏著層 122:開口 130:噴射冷卻蓋 132:流體入口 134:流體出口 201、202、203、204、205:流體流動方向 210:流體噴射陣列 212:噴嘴 220:冷卻腔 230:緩衝腔 240:緩衝腔出口 250:排放通道 501:噴射流體方向 510:噴流孔 520:擴散型噴口
為讓本揭露之上述和其他目的、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圖為依照本發明一實施例所繪示的一種流體散熱裝置的爆炸示意圖。 第2圖為第1圖之流體散熱裝置之立體透視示意圖。 第3圖為第1圖之流體散熱裝置之右側示意圖。 第4圖為第1圖之流體散熱裝置之前視示意圖。 第5圖為流體散熱裝置之噴嘴示意圖。
100:流體散熱裝置
110:底板
112:基板
114:晶片
120:黏著層
122:開口
130:噴射冷卻蓋
132:流體入口
134:流體出口

Claims (8)

  1. 一種流體散熱裝置，包含：一底板，包含一基板以及一晶片；一黏著層；以及一噴射冷卻蓋，利用該黏著層固定於該底板之上，其中該噴射冷卻蓋包含一流體入口以及複數個流體出口，以利用一工作流體直接冷卻該晶片，其中該噴射冷卻蓋，包含：一冷卻腔，其中該晶片容置於該冷卻腔之中；一流體噴射陣列，設置於該冷卻腔的上方，以將該工作流體，噴射至該晶片表面；以及複數個緩衝腔，分別設置於該冷卻腔的側邊。
  2. 如請求項1所述之流體散熱裝置，其中該些緩衝腔的高度高於該冷卻腔的高度。
  3. 如請求項2所述之流體散熱裝置，其中該噴射冷卻蓋，更包含複數個排放通道，分別連接該些緩衝腔與對應的該些流體出口。
  4. 如請求項3所述之流體散熱裝置，其中每一該些緩衝腔更包含一緩衝腔出口，以連接對應的該些排放通道。
  5. 如請求項4所述之流體散熱裝置，其中該緩衝腔出口是一長方形開口。
  6. 一種流體散熱裝置，包含：一底板，包含一基板以及一晶片；一黏著層；以及一噴射冷卻蓋，利用該黏著層固定於該底板之上，其中該噴射冷卻蓋包含一流體入口以及複數個流體出口，以利用一工作流體直接冷卻該晶片，其中該噴射冷卻蓋，包含：一冷卻腔，其中該晶片容置於該冷卻腔之中；以及一流體噴射陣列，設置於該冷卻腔的上方，以將該工作流體，噴射至該晶片表面，其中該流體噴射陣列，包含複數個噴嘴，排成一列，設置於該晶片的上方。
  7. 如請求項6所述之流體散熱裝置，其中每一該些噴嘴，包含一噴流孔以及一擴散型噴口。
  8. 一種流體散熱裝置，包含：一底板，包含一基板以及一晶片；一黏著層；以及一噴射冷卻蓋，利用該黏著層固定於該底板之上，其中該噴射冷卻蓋包含一流體入口以及複數個流體出口，以利用一工作流體直接冷卻該晶片，其中該工作流體直接接 觸該晶片的表面，且該工作流體是二相工作流體。
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