TWI812430B - 具不同熱導率之鰭片的兩相浸沒式散熱結構 - Google Patents
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Abstract
本發明公開一種具不同熱導率之鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其包括有一散熱基底、以及多個鰭片。散熱基底具有相對的鰭片面與非鰭片面。非鰭片面用以與浸沒於兩相冷卻液的發熱元件形成接觸。鰭片面連接有多個鰭片。多個鰭片中至少有一個為同一種金屬材料製成且具有兩種以上熱導率的功能性鰭片，並且功能性鰭片與散熱基底形成連接的底端部位的熱導率是低於功能性鰭片其他部位的熱導率。
Description
本發明涉及一種散熱結構，具體來說是涉及一種具不同熱導率之鰭片的兩相浸沒式散熱結構。
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，以透過冷卻液吸熱氣化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具不同熱導率之鰭片的兩相浸沒式散熱結構。
本發明實施例公開了一種具不同熱導率之鰭片的兩相浸沒式散熱結構，包括有一散熱基底、以及多個鰭片，所述散熱基底具有相對的鰭片面與非鰭片面，所述非鰭片面用以與浸沒於兩相冷卻液的發熱元件形成接觸，所述鰭片面連接有所述多個鰭片，並且所述多個鰭片中至少有一個為同一種金屬材料製成且具有兩種以上熱導率的功能性鰭片，並且所
述功能性鰭片與所述散熱基底形成連接的底端部位的熱導率低於所述功能性鰭片其他部位的熱導率。
在一優選實施例中，所述功能性鰭片與所述散熱基底形成連接的底端部位的熱導率與所述功能性鰭片其他部位的熱導率的差距是小於20%。
在一優選實施例中，所述功能性鰭片與所述散熱基底形成連接的底端部位通過鍛壓、擠壓或彎折以局部加工形成有壓痕或折痕，並且局部加工的區域占所述功能性鰭片的5~20%。
在一優選實施例中，所述功能性鰭片係以銅、銅合金、鋁、鋁合金的其中一所製成。
在一優選實施例中，所述多個鰭片分別是板鰭片，並且所述板鰭片的厚度是0.1~0.5mm、鰭片間距是0.1~0.5mm、高度是小於等於10mm。
在一優選實施例中，所述多個鰭片分別是針鰭片，並且所述針鰭片的直徑是0.1~0.5mm、鰭片間距是0.1~0.5mm、高度是小於等於6mm。
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。
10:散熱基底
101:鰭片面
102:非鰭片面
20:鰭片
20a,20b:功能性鰭片
201:底端部位
202:中央部位
203:頂端部位
T:厚度
D:鰭片間距
H:高度
d:直徑
F:壓痕
C:折痕
800:發熱元件
圖1為本發明第一實施例的結構俯視示意圖。
圖2為本發明第一實施例的結構側視示意圖。
圖3為圖2中的III部分的放大示意圖。
圖4為本發明第一實施例的傳熱路徑的示意圖。
圖5為本發明第二實施例的結構側視示意圖。
圖6為圖5中的VI部分的放大示意圖。
圖7本發明第三實施例的結構俯視示意圖。
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。附圖中相同或類似的部位以相同的標號標示。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具不同熱導率之鰭片的兩相浸沒式散熱結構，用於接觸浸沒於兩相冷卻液中的發熱元件。如圖1、2所示，根據本發明實施例所提供的具不同熱導率之鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其包括有一散熱基底10、以及多個鰭片20。
在本實施例中，散熱基底10可採用高導熱性材所製成，例如鋁、銅或其合金。散熱基底10可以是非多孔散熱板或多孔散熱板。較佳來說，散熱基底10可以是浸沒於兩相冷卻液(如電子氟化液)中且孔隙率大於8%的多孔散熱板，用於增加氣泡的生成量，以加強浸沒式散熱效果。
在本實施例中，散熱基底10具有相背對的鰭片面101與非鰭
片面102。散熱基底10的非鰭片面102用以與浸沒於兩相冷卻液的發熱元件800形成接觸，這接觸可以是直接形成接觸或是透過中介層間接形成接觸。散熱基底10的鰭片面101則連接有多個鰭片20，並且散熱基底10與鰭片20可以是以金屬射出成型(Metal Injection Molding，MIM)方式或以鏟削成型方式(Skiving process)一體地連接、或是以焊接方式連接。並且，鰭片20可以是板鰭片(plate fin)，且厚度T較佳是0.1~0.5mm，鰭片間距D較佳是0.1~0.5mm，高度H較佳是小於等於(≦)10mm。
在本實施例中，多個鰭片20中至少有一個為同一種金屬材料(如銅、銅合金、鋁或鋁合金)製成且具有兩種以上熱導率的功能性鰭片20a。並且，功能性鰭片20a與散熱基底10形成連接的底端部位201的熱導率是低於功能性鰭片20a其他部位的熱導率。
進一步來說，本實施例的功能性鰭片20a與散熱基底10形成連接的底端部位201可以是通過鍛壓或擠壓，以局部加工形成有壓痕F(如圖3所示意的)，以使同一種金屬材料所製成的功能性鰭片20a可以具有兩種以上的熱導率。並且，功能性鰭片20a的底端部位201通過鍛壓或擠壓形成有壓痕後，其熱導率會低於功能性鰭片20a其他部位的熱導率，藉此使散熱基底10上的多個鰭片20的熱導量可以作均勻分配，從而使大多數的鰭片20可以達到較理想的利用率。另外，鰭片20本身不會有以不同種的金屬材料焊接成型，導致產生很高的界面熱阻的情形。
並且，為了不使功能性鰭片20a的底端部位201的熱導率降低太多而使發熱元件800的溫度升高，本實施例的功能性鰭片20a的底端部位201的熱導率與功能性鰭片20a其他部位的熱導率的差距必須是小於20%。舉例來說，本實施例的功能性鰭片20a可以是以銅所製成，並且銅的熱導率可以是400W/(m.K)左右，因此功能性鰭片20a的底端部位201的
熱導率最低只能是320W/(m.K)左右，較佳是360W/(m.K)左右，也就是差距在10%左右。
另外，除了功能性鰭片20a的底端部位201可以通過鍛壓或擠壓，以局部加工形成有壓痕，功能性鰭片的中央部位202，也就是一體連接於功能性鰭片的頂端部位203與底端部位201之間的中央部位202，也可以通過鍛壓或擠壓，以局部加工形成有壓痕，使同一種金屬材料所製成的功能性鰭片20a可以具有階梯式漸增的熱導率。並且，局部加工的區域較佳是占功能性鰭片20a的5~20%。
在本實施例中，多個鰭片20中至少有二個功能性鰭片20a的位置是對應於發熱元件800的正上方，以避免散熱基底10吸收的熱量大部分都只經由較短的傳熱路徑傳至發熱元件800正上方的鰭片，從而使散熱基底10吸收的熱量也可以經由較長的傳熱路徑(如圖4的箭頭所示意的)傳至遠離於發熱元件800的鰭片，使遠離於發熱元件800的鰭片也可以達到較理想的利用率。
另外，本實施例的多個鰭片20可以都是功能性鰭片20a。另一實施例中，多個鰭片20中最外側的兩個鰭片20可以是由一種金屬材料製成且只具有一種熱導率的鰭片。
[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，多個鰭片20中的功能性鰭片20b與散熱基底10形成連接的底端部位201可以是通過彎折，以局部加工形成有折痕C(如圖6所示意的)，以使同一種金屬材料所製成的功能性鰭片20b可以具有兩種以上的熱導率。
[第三實施例]
請參閱圖7所示，其為本發明的第二實施例。本實施例與第一及第二實施例大致相同，其差異說明如下。
在本實施例中，鰭片20可以是針鰭片(pin fin)，且直徑d較佳是0.1~0.5mm，鰭片間距D較佳是0.1~0.5mm，高度與第一實施例的鰭片類似，較佳是小於等於6mm。
綜合以上所述，本發明提供的具不同熱導率之鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其至少可以通過「散熱基底具有相對的鰭片面與非鰭片面，非鰭片面用以與浸沒於兩相冷卻液的發熱元件形成接觸，鰭片面連接有多個鰭片」、「多個鰭片中至少有一個為同一種金屬材料製成且具有兩種以上熱導率的功能性鰭片」、「功能性鰭片與散熱基底形成連接的底端部位的熱導率是低於功能性鰭片其他部位的熱導率」的技術方案，使散熱基底上的多個鰭片的熱導量可以作均勻分配，從而使大多數的鰭片可以達到較理想的利用率，以強化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:散熱基底
101:鰭片面
102:非鰭片面
20:鰭片
20a:功能性鰭片
201:底端部位
202:中央部位
203:頂端部位
H:高度
800:發熱元件
Claims (6)
- 一種具不同熱導率之鰭片的兩相浸沒式散熱結構，包括有一散熱基底、以及多個鰭片，所述散熱基底具有相對的鰭片面與非鰭片面，所述非鰭片面用以與浸沒於兩相冷卻液的發熱元件形成接觸，所述鰭片面連接有所述多個鰭片，並且所述多個鰭片中至少有一個為同一種金屬材料製成且具有兩種以上熱導率的功能性鰭片，並且所述功能性鰭片與所述散熱基底形成連接的底端部位的熱導率低於所述功能性鰭片其他部位的熱導率；其中，所述多個鰭片中至少有一個所述功能性鰭片的位置是對應於所述發熱元件的正上方。
- 如請求項1所述的具不同熱導率之鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其中，所述功能性鰭片與所述散熱基底形成連接的底端部位的熱導率與所述功能性鰭片其他部位的熱導率的差距是小於20%。
- 如請求項1所述的具不同熱導率之鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其中，所述功能性鰭片與所述散熱基底形成連接的底端部位通過鍛壓、擠壓或彎折以局部加工形成有壓痕或折痕，並且局部加工的區域占所述功能性鰭片的5~20%。
- 如請求項1所述的具不同熱導率之鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其中，所述功能性鰭片係以銅、銅合金、鋁、鋁合金的其中一所製成。
- 如請求項1所述的具不同熱導率之鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其中，所述多個鰭片分別是板鰭片，並且所述板鰭片的 厚度是0.1~0.5mm、鰭片間距是0.1~0.5mm、高度是小於等於10mm。
- 如請求項1所述的具不同熱導率之鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其中，所述多個鰭片分別是針鰭片，並且所述針鰭片的直徑是0.1~0.5mm、鰭片間距是0.1~0.5mm、高度是小於等於6mm。
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