TWI809641B

TWI809641B - 浸沒式液冷散熱片

Info

Publication number: TWI809641B
Application number: TW111100335A
Authority: TW
Inventors: 陳麒安; 葉子暘
Original assignee: 艾姆勒科技股份有限公司
Priority date: 2022-01-05
Filing date: 2022-01-05
Publication date: 2023-07-21
Also published as: TW202328624A

Abstract

本發明公開一種浸沒式液冷散熱片。所述浸沒式液冷散熱片包括一散熱基材層及一形成在所述散熱基材層上的表面薄膜層。所述散熱基材層為一孔洞化基材並浸沒於浸沒式冷卻液中，且所述表面薄膜層對所述浸沒式冷卻液的接觸角小於所述散熱基材層對所述浸沒式冷卻液的接觸角。並且，所述表面薄膜層的厚度是在有效厚度5微米以下。

Description

浸沒式液冷散熱片

本發明涉及一種散熱片，具體來說是涉及一種浸沒式液冷散熱片。

浸沒式冷卻技術是將發熱元件(如伺服器、磁碟陣列等)直接浸沒在不導電的冷卻液中，以透過冷卻液帶走發熱元件運作所產生之熱能。然而，如何透過浸沒式冷卻技術更加有效地進行散熱一直是業界所需要解決的問題。

有鑑於此，本發明人本於多年從事相關產品之開發與設計，有感上述缺失之可改善，乃特潛心研究並配合學理之運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種浸沒式液冷散熱片。

本發明實施例提供了一種浸沒式液冷散熱片，其包括一散熱基材層及一形成在所述散熱基材層上的表面薄膜層，所述散熱基材層為一孔洞化基材並浸沒於浸沒式冷卻液中，且所述表面薄膜層對所述浸沒式冷卻液的接觸角小於所述散熱基材層對所述浸沒式冷卻液的接觸角，並且所述表面薄膜層的厚度是在有效厚度5微米以下。

在一優選實施例中，所述表面薄膜層為一金屬薄膜其係覆蓋所述散熱基材層的表面但未填滿所述散熱基材層的表面的表面孔，並且所述金屬薄膜由鋅、鈦、錫、銀、不銹鋼或其合金所製成。

在一優選實施例中，所述表面薄膜層為一陶瓷薄膜其係覆蓋所述散熱基材層的表面但未填滿所述散熱基材層的表面的表面孔，並且所述陶瓷薄膜由氧化鋁、氧化矽、氮化鋁或氮化矽所製成。

在一優選實施例中，所述散熱基材層係以鋁材、銅材、鋁合金材、銅合金材的其中之一所製成。

在一優選實施例中，所述散熱基材層的表面一體形成有多個鰭片，並且每個所述鰭片為針柱式鰭片、片狀鰭片或上述兩者組成的複合式鰭片結構。

在一優選實施例中，所述散熱基材層的表面更形成有至少一補強結構，並且至少一所述補強結構在所述散熱基材層的表面的投影面積大於任一所述鰭片在所述散熱基材層的表面的投影面積的兩倍。

在一優選實施例中，所述散熱基材層的孔隙率是被訂在5%~15%之間。

本發明實施例另提供了一種具浸沒式液冷散熱片，其包括一散熱基材層及一形成在所述散熱基材層上的表面薄膜層，所述散熱基材層為一以金屬射出成型方式一體成型的孔洞化基材並浸沒於浸沒式冷卻液中，且所述表面薄膜層對所述浸沒式冷卻液的接觸角小於所述散熱基材層對所述浸沒式冷卻液的接觸角，並且所述表面薄膜層的厚度是在有效厚度5微米以下。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

[第一實施例]

請參閱圖1至圖4所示，其為本發明的第一實施例，本發明實施例提供一種浸沒式液冷散熱片，可用於接觸發熱元件。如圖1所示，根據本發明實施例所提供的浸沒式液冷散熱片，其包括一散熱基材層10及一表面薄膜層20。

在本實施例中，散熱基材層10例如可以是由高導熱性基材所製成，例如鋁材、銅材、鋁合金材或銅合金材。進一步來說，本實施例的散熱基材層10是一孔洞化基材並浸沒於浸沒式冷卻液900(單相或兩相冷卻液)中，用於增加氣泡的生成量，以加強浸沒式散熱效果。並且，本實施例的散熱基材層10的孔隙率是被訂在5%~15%之間。需注意的是，本實施例的圖1是誇張或放大地示出孔洞結構，以便更好的理解本發明。

在本實施例中，表面薄膜層20形成在散熱基材層10上，且表面薄膜層20對浸沒式冷卻液的接觸角 θ1(如圖2所示意的)小於散熱基材層10對浸沒式冷卻液的接觸角 θ2(如圖3所示意的)，使得表面薄膜層20對浸沒式冷卻液900的親和力高於散熱基材層10，從而利用表面薄膜層20來提升本實施例的浸沒式冷卻散熱片表面對浸沒式冷卻液900的親和力來提升氣泡脫離速率，進而縮短氣泡生成週期來提高散熱速率。

進一步說，為了更有效地縮短氣泡生成週期來提高散熱速率，表面薄膜層20的厚度需要在有效厚度以下，因此本實施例的表面薄膜層20的厚度是在有效厚度5微米以下。

並且，本實施例的表面薄膜層20可為一金屬薄膜，且金屬薄膜例如可以濺鍍方式或其他方式形成在散熱基材層10上，並且金屬薄膜是覆蓋散熱基材層10的表面11但未填滿散熱基材層10的表面11的表面孔110(如圖4以誇張地或放大地所示意的)。

更進一步說，本實施例的金屬薄膜可以是由鋅、鈦、錫、銀、不銹鋼或其合金所製成。並且，本實施例的金屬薄膜最優選是鋅薄膜或鈦薄膜。並且，本實施例的鋅薄膜或鈦薄膜的有效厚度經實驗結果較佳是在30奈米至3300奈米，尤其是在3300奈米時可以確實做到覆蓋散熱基材層10的表面11但未填滿散熱基材層10的表面11的表面孔110，並且使本實施例的浸沒式冷卻散熱片所量測到的熱阻值為最低。

另外，本實施例的表面薄膜層20也可為一陶瓷薄膜，且陶瓷薄膜例如可以噴塗方式或其他方式形成在散熱基材層10上，並且陶瓷薄膜是覆蓋散熱基材層10的表面11但未填滿散熱基材層10的表面11的表面孔110。並且，本實施例的陶瓷薄膜可以是由氧化鋁、氧化矽、氮化鋁或氮化矽所製成。

[第二實施例]

請參閱圖5及圖6所示，其為本發明的第二實施例，本實施例與第一實施例大致相同，其差異說明如下。

在本實施例中，散熱基材層10的表面一體形成有多個鰭片30，本實施例的鰭片30是針柱式鰭片(pin-fin)，但也可以是片狀鰭片、或上述兩者組成的複合式鰭片結構亦或是其他形狀的鰭片。

並且，每個鰭片30較佳是以金屬射出成型方式一體成型在散熱基材層10的表面11。也就是說，散熱基材層10是一以金屬射出成型方式一體成型的孔洞化基材，並且鰭片30是一以金屬射出成型方式一體成型在散熱基材層10的表面11的孔洞化鰭片。

並且，表面薄膜層20是覆蓋散熱基材層10的表面11及鰭片30的表面31，但未填滿散熱基材層10的表面11的表面孔及鰭片30的表面31的表面孔310(如圖6以誇張地或放大地所示意的)。另外，表面薄膜層20也可以是完全覆蓋鰭片30的表面31。

[第三實施例]

請參閱圖7所示，其為本發明的第三實施例，本實施例與第二實施例大致相同，其差異說明如下。

在本實施例中，散熱基材層10的表面11還形成用以補強散熱基材層10結構強度的補強結構40。本實施例的補強結構40可以是凸起於散熱基材層10的表面11中央處的一體式補強結構，也就是補強結構40可以與散熱基材層10的表面11以金屬射出成型方式一體地連接。本實施例的補強結構40也可與浸沒式散熱基底10的表面11為非一體地連接，也就是補強結構40可以是通過燒結方式形成在散熱基材層10的表面11的燒結結構。另外，本實施例的補強結構40也可以是通過物理或化學沉積方式形成在散熱基材層10的表面11的沉積結構。

另外，本實施例的補強結構40的數量可以為多個，且每個補強結構40在散熱基材層10的表面11的投影面積至少大於每個鰭片30在散熱基材層10的表面11的投影面積的兩倍。

綜合以上所述，本發明實施例提供的浸沒式液冷散熱片，其至少可以通過「一散熱基材層及一形成在所述散熱基材層上的表面薄膜層」、「所述散熱基材層為一孔洞化基材並浸沒於浸沒式冷卻液中，且所述表面薄膜層對所述浸沒式冷卻液的接觸角小於所述散熱基材層對所述浸沒式冷卻液的接觸角」、「所述表面薄膜層的厚度是在有效厚度5微米以下」的技術方案，使表面薄膜層對浸沒式冷卻液的親和力高於散熱基材層，從而利用表面薄膜層來提升本發明實施例提供的浸沒式冷卻散熱片表面對浸沒式冷卻液的親和力來提升氣泡脫離速率，進而縮短氣泡生成週期來提高散熱速率，且表面薄膜層的厚度是在有效厚度5微米以下，以有效縮短氣泡生成週期來提高散熱速率，據此提升整體浸沒式散熱效果。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

10：散熱基材層 11：表面 110：表面孔 20：表面薄膜層 30：鰭片 31：表面 310：表面孔 40：補強結構 θ1：接觸角 θ2：接觸角 900：浸沒式冷卻液

圖1為本發明第一實施例的側視示意圖。

圖2為本發明的表面薄膜層對浸沒式冷卻液的接觸角的示意圖。

圖3為本發明的散熱基材層對浸沒式冷卻液的接觸角的示意圖。

圖4為本發明的表面薄膜層覆蓋散熱基材層的表面但未填滿散熱基材層的表面孔的示意圖。

圖5為本發明第二實施例的側視示意圖。

圖6為本發明的表面薄膜層覆蓋鰭片的表面但未填滿鰭片的表面孔的示意圖。

圖7為本發明第三實施例的側視示意圖。

10：散熱基材層 11：表面 20：表面薄膜層 900：浸沒式冷卻液

Claims

一種浸沒式液冷散熱片，其包括一散熱基材層及一形成在所述散熱基材層上的表面薄膜層，所述散熱基材層為一孔洞化基材並浸沒於浸沒式冷卻液中，且所述表面薄膜層對所述浸沒式冷卻液的接觸角小於所述散熱基材層對所述浸沒式冷卻液的接觸角，並且所述表面薄膜層的厚度是在有效厚度5微米以下。
如請求項1所述的浸沒式液冷散熱片，其中，所述表面薄膜層為一金屬薄膜其係覆蓋所述散熱基材層的表面但未填滿所述散熱基材層的表面的表面孔，並且所述金屬薄膜由鋅、鈦、錫、銀、不銹鋼或其合金所製成。
如請求項1所述的浸沒式液冷散熱片，其中，所述表面薄膜層為一陶瓷薄膜其係覆蓋所述散熱基材層的表面但未填滿所述散熱基材層的表面的表面孔，並且所述陶瓷薄膜由氧化鋁、氧化矽、氮化鋁或氮化矽所製成。
如請求項1所述的浸沒式液冷散熱片，其中，所述散熱基材層係以鋁材、銅材、鋁合金材、銅合金材的其中之一所製成。
如請求項1所述的浸沒式液冷散熱片，其中，所述散熱基材層的表面一體形成有多個鰭片，並且每個所述鰭片為針柱式鰭片、片狀鰭片或上述兩者組成的複合式鰭片結構。
如請求項5所述的浸沒式液冷散熱片，其中，所述散熱基材層的表面更形成有至少一補強結構，並且至少一所述補強結構在所述散熱基材層的表面的投影面積大於任一所述鰭片在所述散熱基材層的表面的投影面積的兩倍。
如請求項1所述的浸沒式液冷散熱片，其中，所述散熱基材層的孔隙率是被訂在5%~15%之間。