TWI816524B - 具高孔隙率的鏟削式鰭片的兩相浸沒式散熱結構 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種具高孔隙率的鏟削式鰭片的兩相浸沒式散熱結構，包括一多孔化之散熱結構，其結構之總孔隙率在5%以上。多孔化之散熱結構包括有一多孔化之基底及多個多孔化之鏟削式鰭片。多孔化之基底具有相背對的第一表面與第二表面。多孔化之基底的第二表面用以與浸沒於兩相冷卻液的發熱元件形成接觸。多個多孔化之鏟削式鰭片是以鏟削成型方式一體成型在多孔化之基底的第一表面。多孔化之鏟削式鰭片具有一第一孔隙率，多孔化之基底具有一第二孔隙率，並且第一孔隙率高於第二孔隙率。
Description
本發明涉及一種散熱結構，具體來說是涉及一種具高孔隙率的鏟削式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高孔隙率的鏟削式鰭片的兩相浸沒式散熱結構。
本發明實施例提供一種具高孔隙率的鏟削式鰭片的兩相浸沒式散熱結構，包括：一多孔化之散熱結構，其結構之總孔隙率在5%以上，並且所述多孔化之散熱結構包括有一多孔化之基底及多個多孔化之鏟削式鰭片，所述多孔化之基底具有相背對的第一表面與第二表面，所述多孔化之基底的第二表面用以與浸沒於兩相冷卻液的發熱元件形成接觸，所述多個多孔化之鏟削式鰭片是以鏟削成型方式一體成型在所述多孔化之基底的第一表面，並且所述多孔化之鏟削式鰭片具有一第一孔隙率，所述多孔化之基底具有一第二孔隙率，並且所述第一孔隙率高於所述第二孔隙率。
在一優選實施例中，所述多孔化之散熱結構是由銅、銅合金、鋁、鋁合金、銀的其一所製成。
在一優選實施例中，所述多孔化之散熱結構是以金屬粉末燒結所形成，並且用以形成所述多孔化之散熱結構的金屬粉末的中值粒徑(D50)為10微米至800微米之間。
在一優選實施例中，所述多孔化之散熱結構是以化學藥劑對金屬進行化學腐蝕所形成，並且用以形成所述多孔化之散熱結構的化學藥劑是磷酸系微蝕劑、硫酸系微蝕劑、氯化鐵腐蝕劑的其一。
在一優選實施例中，所述多孔化之鏟削式鰭片的孔隙更透過化學藥劑沉積、電鍍、氣相沉積的其一而增加。
在一優選實施例中，所述多孔化之鏟削式鰭片的厚度與所述多孔化之鏟削式鰭片之間的間距之比值為0.4至1.2之間。
在一優選實施例中，具高孔隙率的鏟削式鰭片的兩相浸沒式散熱結構，更包括：一高導熱結構，其結合至所述多孔化之基底的第二表面，使所述多孔化之基底的第二表面是透過所述高導熱結構與所述發熱元件形成間接接觸。
在一優選實施例中，所述高導熱結構是由銅、銅合金或鋁合金所製成的實心金屬板。
在一優選實施例中，所述高導熱結構是由高導熱性的石墨所製成。
在一優選實施例中，所述高導熱結構的內部形成有一真空密閉腔，且所述真空密閉腔中含有液體。
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2所示，其為本發明的其中一種實施例，本發明實施例提供一種具高孔隙率的鏟削式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(熱源)。如圖1、2所示，根據本發明實施例所提供的具高孔隙率的鏟削式鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其包括有一多孔化之散熱結構1，其結構之總孔隙率在5%以上(最優是在7~15%)，且浸沒於兩相冷卻液900中，使得兩相冷卻液900在吸熱氣化形成的氣泡數量能大大增加，進而大幅強化了散熱效果。
本實施例的多孔化之散熱結構1可以是以銅、銅合金、鋁、鋁合金或銀等金屬所製成。並且，本實施例的多孔化之散熱結構1可以是以金屬粉末燒結所形成。進一步說，用以形成多孔化之散熱結構1的金屬粉末的中值粒徑(D50)優選為10微米至800微米之間，可確保多孔化之散熱結構1的總孔隙率能達到5%以上。
另外，本實施例的多孔化之散熱結構1也可以是以化學腐蝕所形成。進一步說，多孔化之散熱結構1可以是以化學藥劑對金屬進行化學腐蝕所形成，並且可以是以磷酸系微蝕劑、硫酸系微蝕劑或氯化鐵腐蝕劑進行化學腐蝕所形成。
並且，本實施例的多孔化之散熱結構1包括有一多孔化之基底10及多個多孔化之鏟削式鰭片20。再者，多孔化之基底10具有相背對的第一表面11與第二表面12。多孔化之基底10的第二表面12用以與浸沒於兩相冷卻液900的發熱元件800形成接觸，這接觸可以是直接接觸或是透過中介層形成間接接觸(熱接觸,thermal contact)。多個多孔化之鏟削式鰭片20是以鏟削成型方式一體成型在多孔化之基底10的第一表面11。也就是說，多孔化之基底10的第一表面11是透過鏟削成型方式一體成型有極高密度排列的多孔化之鏟削式鰭片20，使其與多孔化之基底10為同一材料一體成型而成。再者，多孔化之鏟削式鰭片20表面的孔隙201可以再透過化學藥劑沉積、電鍍、或氣相沉積(物理或化學氣相沉積)而增加。
本實施例的多孔化之鏟削式鰭片20的厚度T優選是介於0.1毫米至1.0毫米之間。並且，多孔化之鏟削式鰭片20的厚度T與多孔化之鏟削式鰭片20之間的間距D之比值為0.4至1.2之間。另外，多孔化之鏟削式鰭片20的高度H優選是要高於3毫米。
進一步來說，本實施例的多孔化之鏟削式鰭片20具有一第一孔隙率，多孔化之基底10具有一第二孔隙率，並且第一孔隙率要高於第二孔隙率，使得孔隙率較低的多孔化之基底10的機械強度能高於孔隙率較高的多孔化之鏟削式鰭片20的機械強度，也就是使得多孔化之散熱結構1的主結構的機械強度能高於非主結構的機械強度。因此，本實施例的多孔化之散熱結構1能透過極高密度排列的多孔化之鏟削式鰭片20來強化浸沒式散熱效果，並能透過具高孔隙率的多孔化之鏟削式鰭片20來增加氣泡的生成量來更強化浸沒式散熱效果，進而使本實施例的多孔化之散熱結構1可達到兼顧有高機械強度及加強浸沒式散熱的效果。
[第二實施例]
請參閱圖3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，更包括有一高導熱結構30a。並且，高導熱結構30a為一熱傳導係數(k)大於380W/m.K的導熱結構。並且，高導熱結構30a是結合至多孔化之基底10的第二表面12，使多孔化之基底10的第二表面12是透過高導熱結構30a與浸沒於兩相冷卻液900的發熱元件800形成間接接觸。細部來說，高導熱結構30a可以是透過焊接、摩擦攪拌接合(FSW)、膠黏、擴散接合(diffusion bonding)等方式結合至多孔化之基底10的第二表面12。
在本實施例中，高導熱結構30a可以是一實心金屬板，其可以是由銅、銅合金或鋁合金所製成。另外，高導熱結構30a也可以是由高導熱性的石墨所製成。並且，為了有更好的導熱，高導熱結構30a的厚度T2要占總基底的厚度(多孔化之基底10的厚度T1加上高導熱結構30a的厚度T2)的60%以上。
[第三實施例]
請參閱圖4所示，其為本發明的第三實施例，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，高導熱結構30b內部還形成有一真空密閉腔301，且真空密閉腔301的腔頂壁3011與腔底壁3012還可以分別形成有上燒結體3013與下燒結體3014，並且真空閉密腔301中含有適量的液體，所述液體可以是水或丙酮。並且，高導熱結構30b的底面可用以接觸浸沒於兩相冷卻液900中的發熱元件800，以使浸沒在兩相冷卻液900中的發熱元件800，除了可以透過兩相冷卻液900吸熱氣化帶走發熱元件800產生之熱能，更可以透過高導熱結構30b接觸並吸收發熱元件800產生之熱能，使得真空密閉腔301中內的液體氣化、蒸發為蒸汽，散發至多孔化之基底10並將熱能快速傳給與多孔化之基底10一體成型且以極高密度排列的多孔化之鏟削式鰭片20，並利用兩相冷卻液吸熱氣化將多孔化之鏟削式鰭片20吸收的熱能帶走，而真空密閉腔301中的蒸汽交出熱能並於腔頂壁3011冷凝後再回流至腔底壁3012，如此高速迴圈，就能將發熱元件800產生之熱能快速匯出，進而強化整體浸沒式散熱效果。
綜合以上所述，本發明提供的具有鏟削式鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其至少可以通過「多孔化之散熱結構，其結構之總孔隙率在5%以上」、「多孔化之散熱結構包括有一多孔化之基底及多個多孔化之鏟削式鰭片」、「多孔化之基底具有相背對的第一表面與第二表面，多孔化之基底的第二表面用以與浸沒於兩相冷卻液的發熱元件形成接觸，多個多孔化之鏟削式鰭片是以鏟削成型方式一體成型在多孔化之基底的第一表面」、「多孔化之鏟削式鰭片具有一第一孔隙率，多孔化之基底具有一第二孔隙率，並且第一孔隙率高於第二孔隙率」的技術方案，得以有效的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。
1:多孔化之散熱結構
10:多孔化之基底
11:第一表面
12:第二表面
20:多孔化之鏟削式鰭片
201:孔隙
30a,30b:高導熱結構
301:真空密閉腔
3011:腔頂壁
3012:腔底壁
3013:上燒結體
3014:下燒結體
900:兩相冷卻液
800:發熱元件
T,T1,T2:厚度
D:間距
H:高度
圖1為本發明第一實施例的結構側視示意圖。
圖2為圖1中II部分的結構放大示意圖。
圖3為本發明第二實施例的結構側視示意圖。
圖4為本發明第三實施例的結構側視示意圖。
1:多孔化之散熱結構
10:多孔化之基底
11:第一表面
12:第二表面
20:多孔化之鏟削式鰭片
900:兩相冷卻液
800:發熱元件
Claims (8)
- 一種具高孔隙率的鏟削式鰭片的兩相浸沒式散熱結構，包括：一多孔化之散熱結構，其結構之總孔隙率在5%以上，並且所述多孔化之散熱結構包括有一多孔化之基底及多個多孔化之鏟削式鰭片，所述多孔化之基底具有相背對的第一表面與第二表面，所述多孔化之基底的第二表面用以與浸沒於兩相冷卻液的發熱元件形成接觸，所述多個多孔化之鏟削式鰭片是以鏟削成型方式一體成型在所述多孔化之基底的第一表面，並且所述多孔化之鏟削式鰭片具有一第一孔隙率，所述多孔化之基底具有一第二孔隙率，並且所述第一孔隙率高於所述第二孔隙率；其中，所述多孔化之散熱結構是以金屬粉末燒結所形成，並且用以形成所述多孔化之散熱結構的金屬粉末的中值粒徑(D50)為10微米至800微米之間。
- 如請求項1所述的具高孔隙率的鏟削式鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其中，所述多孔化之散熱結構是由銅、銅合金、鋁、鋁合金、銀的其一所製成。
- 如請求項1所述的具高孔隙率的鏟削式鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其中，所述多孔化之鏟削式鰭片的孔隙更透過化學藥劑沉積、電鍍、氣相沉積的其一而增加。
- 如請求項1所述的具高孔隙率的鏟削式鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其中，所述多孔化之鏟削式鰭片的厚度與所述多孔化之鏟削式鰭片之間的間距之比值為0.4至1.2之間。
- 如請求項1所述的具高孔隙率的鏟削式鰭片的兩相浸沒式散 熱結構，更包括：一高導熱結構，其結合至所述多孔化之基底的第二表面，使所述多孔化之基底的第二表面是透過所述高導熱結構與所述發熱元件形成間接接觸。
- 如請求項5所述的具高孔隙率的鏟削式鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其中，所述高導熱結構是由銅、銅合金或鋁合金所製成的實心金屬板。
- 如請求項5所述的具高孔隙率的鏟削式鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其中，所述高導熱結構是由高導熱性的石墨所製成。
- 如請求項5所述的具高孔隙率的鏟削式鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其中，所述高導熱結構的內部形成有一真空密閉腔，且所述真空密閉腔中含有液體。
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