TWI817573B - 具有高密度散熱鰭片的兩相浸沒式散熱結構 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種具有高密度散熱鰭片的兩相浸沒式散熱結構，包括一散熱基底、多個片狀散熱鰭片、以及一強化結構。散熱基底的底面能用於接觸浸沒於兩相冷卻液中的發熱元件。多個片狀散熱鰭片是一體成型在散熱基底的表面並以高密度排列。每個片狀散熱鰭片與散熱基底的表面形成有60至120度的夾角。每個片狀散熱鰭片的長度是50至120毫米、寬度是0.1至0.35毫米、高度是2至8毫米，且任兩個並排的片狀散熱鰭片之間的間距是0.05至0.5毫米。強化結構的材料異於散熱基底的材料。強化結構結合至散熱基底，使強化結構至少有一部分突出於散熱基底的表面且突出的高度介於2至20毫米。
Description
本發明涉及一種散熱結構，具體來說是涉及一種具有高密度散熱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有高密度散熱鰭片的兩相浸沒式散熱結構。
本發明實施例提供一種具有高密度散熱鰭片的兩相浸沒式散熱結構，包括一散熱基底、多個片狀散熱鰭片、以及一強化結構，所述散熱基底的底面能用於接觸浸沒於兩相冷卻液中的發熱元件，多個所述片狀散熱鰭片是一體成型在所述散熱基底的表面並以高密度排列，每個所述片狀散熱鰭片與所述散熱基底的表面之間夾有60至120度的角度，每個所述片狀散熱鰭片的長度是50至120毫米、寬度是0.1至0.35毫米、高度是2
至8毫米，且任兩個並排的所述片狀散熱鰭片之間的間距是0.05至0.5毫米，所述強化結構的材料異於所述散熱基底的材料，且所述強化結構結合至所述散熱基底，使所述強化結構至少有一部分突出於所述散熱基底的表面且突出的高度介於2至20毫米。
在一優選實施例中，所述片狀散熱鰭片的長度是50至80毫米、寬度是0.1至0.3毫米、高度是3至6毫米，且任兩個並排的所述片狀散熱鰭片之間的間距是0.1至0.3毫米。
在一優選實施例中，所述散熱基底是以銅、銅合金、鋁合金的其一所製成。
在一優選實施例中，所述強化結構是以焊接、摩擦攪拌接合、膠黏、擴散接合、變形壓合的其一方式與所述散熱基底形成接合。
在一優選實施例中，所述強化結構是由鋁合金、不鏽鋼的其一所製成。
在一優選實施例中，所述強化結構與所述散熱基底形成接合的面更形成有利於焊接的鍍層。
在一優選實施例中，所述鍍層是化學鍍鎳層。
在一優選實施例中，所述強化結構是一強化外框，所述強化外框環繞接觸所述散熱基底的側壁。
在一優選實施例中，所述強化外框還具有兩呈相對設置的強化側牆，且每個所述強化側牆具有至少一呈水平貫通設置的貫通孔。
在一優選實施例中，所述強化結構是一矩形的強化內框，所述強化內框結合至所述散熱基底的表面，且所述多個片狀散熱鰭片有一部分是位於所述強化內框的內周緣形成的開口中，所述多個片狀散熱鰭片有另一部分是圍繞於所述強化內框的外周緣。
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
11:外凸部
20:片狀散熱鰭片
30:強化結構
30a:強化外框
31:強化側牆
310:貫通孔
32:內凸部
30b:強化內框
33:開口
40:鍍層
θ:角度
L:長度
W:寬度
H:高度
G:間距
a,b,c,d:曲線
900:發熱元件
圖1示出本發明第一實施例的結構俯視示意圖。
圖2示出圖1中沿II-II線的結構剖視示意圖。
圖3示出圖2中III部分的結構放大示意圖。
圖4示出本發明的熱阻和功率的關係的曲線。
圖5示出本發明第二實施例的結構剖視示意圖。
圖6示出本發明第三實施例的立體分解示意圖。
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。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，其為本發明的其中一種實施例，本發明實施例提供一種具有高密度散熱鰭片的兩相浸沒式散熱結構，可用於接觸浸沒於兩相冷卻液中的發熱元件。如圖1、2、3所示，根據本發明實施
例所提供的具有高密度散熱鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其基本上包括有一散熱基底10、多個片狀散熱鰭片20、以及一強化結構30。
在本實施例中，散熱基底10可以是以銅、銅合金或鋁合金的其一所製成。多個片狀散熱鰭片20是一體成型在散熱基底10的表面。也就是說，本實施例的散熱基底10的表面一體成型有以極高密度排列的多個片狀散熱鰭片20，使其與散熱基底10為同一材料一體成型而成。
另外，散熱基底10的底面可用以接觸浸沒於兩相冷卻液中的發熱元件900，以使浸沒在兩相冷卻液中的發熱元件900，除了可以透過兩相冷卻液吸熱氣化帶走發熱元件900產生之熱能，更可以透過散熱基底10接觸並吸收發熱元件900產生之熱能，並將熱能快速傳給散熱基底10表面一體成型且以極高密度排列的多個片狀散熱鰭片20，並利用兩相冷卻液吸熱氣化將多個片狀散熱鰭片20吸收的熱能帶走，進而強化整體浸沒式散熱效果。
為了確實提升整體浸沒式散熱效果，本實施例的片狀散熱鰭片20與散熱基底10的表面之間夾有60至120度的角度θ，片狀散熱鰭片20的長度L是50至120毫米、寬度W是0.1至0.35毫米、高度H是2至8毫米。並且，任兩個並排的片狀散熱鰭片20之間的間距G是0.05至0.5毫米。經過試驗，片狀散熱鰭片的長度L較佳是50至80毫米、寬度W較佳是0.1至0.3毫米、高度H較佳是4至8毫米，且任兩個並排的片狀散熱鰭片20之間的間距G較佳是0.1至0.3毫米。
再者，為使整體的浸沒式散熱效果還能再更加的提升，再經過不斷試驗，進一步配合圖4的曲線a所示，當本實施例的片狀散熱鰭片20的寬度W是0.35毫米、高度H是3毫米，並且任兩個並排的片狀散熱鰭片20之間的間距G是0.35毫米，其在發熱元件900的功率高達750瓦(W)時所量
測到的熱阻值(熱阻值係為散熱基底之溫度變化與發熱元件產生之熱能兩者之比值)大約是0.041(℃/W)。
進一步配合圖4的曲線b所示，當本實施例的片狀散熱鰭片20的寬度W是0.2毫米、高度H是3毫米，並且任兩個並排的片狀散熱鰭片20之間的間距G是0.2毫米，其在發熱元件900的功率高達750瓦(W)時所量測到的熱阻值大約是0.0395(℃/W)。
進一步配合圖4的曲線c所示，當本實施例的片狀散熱鰭片20的寬度W是0.25毫米、高度H是6毫米，並且任兩個並排的片狀散熱鰭片20之間的間距G是0.25毫米，其在發熱元件900的功率高達750瓦(W)時所量測到的熱阻值大約是0.0378(℃/W)。
進一步配合圖4的曲線d所示，當本實施例的片狀散熱鰭片20的寬度W是0.15毫米、高度H是6毫米，並且任兩個並排的片狀散熱鰭片20之間的間距G是0.15毫米，其在發熱元件900的功率高達750瓦(W)時所量測到的熱阻值大約是0.0364(℃/W)。
因此實際試驗結果很明顯的說明了當本實施例的片狀散熱鰭片20的寬度W是0.15毫米、高度H是6毫米，並且任兩個並排的片狀散熱鰭片20之間的間距G是0.15毫米，所量測到的熱阻值為最低而使整體浸沒式散熱效果還能再更加的提升。
並且，為了防止散熱基底10因翹曲所造成的問題及損壞，並同時提高散熱基底10與發熱元件900作結合的穩定性，因此本實施例的強強化結構30的材料是異於散熱基底10的材料，且強化結構30的材料楊氏模數是大於散熱基底10的材料楊氏模數，並且強化結構30結合至散熱基底10，使強化結構30至少有一部分是突出於散熱基底10且突出的高度介於2至20毫米。
進一步說，本實施例的強化結構30可以是鋁合金或不鏽鋼所製成，且強化結構30可以是以焊接、摩擦攪拌接合(FSW)、膠黏、擴散接合(diffusion bonding)、變形壓合等方式與散熱基底10形成接合，並且強化結構30與散熱基底10形成接合的面更可以形成有利於焊接的鍍層40，且所述鍍層40較佳可以是化學鍍鎳層。
更細部來說，本實施例的強化結構30可以是一強化外框30a，且具有兩呈相對設置的強化側牆31，也就是說強化外框30a可以具有突出於散熱基底10的表面的兩強化側牆31，且強化側牆31的頂面可以是齊平於片狀散熱鰭片20的頂面，但也可以是低於或高於片狀散熱鰭片20的頂面。再者，強化外框30a的內周緣還可突出形成有內凸部32，且內凸部32壓抵散熱基底10的表面。並且，散熱基底10的外周緣也可突出形成有外凸部11，且外凸部11嵌入強化外框30a的內周緣，如此可使強化外框30a更穩固地結合於散熱基底10。
[第二實施例]
請參閱圖5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，每個強化側牆31具有至少一呈水平貫通設置的貫通孔310，使兩相冷卻液可側向回補到氣泡生成區域來更強化浸沒式散熱效果。
[第三實施例]
請參閱圖6所示，其為本發明的第三實施例，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，強化結構30可以是矩形的一強化內框30b，且矩形的強化內框30b是結合至散熱基底10的表面。再者，多個片狀散熱
鰭片20有一部分是位於矩形的強化內框30b的內周緣形成的開口33中，多個片狀散熱鰭片20有另一部分是圍繞於矩形的強化內框30b的外周緣。
綜合以上所述，本發明提供的具有高密度散熱鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其至少可以通過「多個片狀散熱鰭片是一體成型在散熱基底的表面並以高密度排列」、「散熱基底的底面能用於接觸浸沒於兩相冷卻液中的發熱元件」、「每個片狀散熱鰭片與散熱基底的表面之間夾有60至120度的角度，每個片狀散熱鰭片的長度是50至120毫米、寬度是0.1至0.35毫米、高度是2至8毫米，且任兩個並排的片狀散熱鰭片之間的間距是0.05至0.5毫米」、「強化結構的材料異於散熱基底的材料，且強化結構結合至散熱基底，使強化結構至少有一部分突出於散熱基底的表面且突出的高度介於2至20毫米」的技術方案，得以有效的強化整體浸沒式散熱效果及整體結構強度。
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
11:外凸部
20:片狀散熱鰭片
30:強化結構
30a:強化外框
31:強化側牆
32:內凸部
40:鍍層
900:發熱元件
Claims (10)
- 一種具有高密度散熱鰭片的兩相浸沒式散熱結構，包括一散熱基底、多個片狀散熱鰭片、以及一強化結構，所述散熱基底的底面能用於接觸浸沒於兩相冷卻液中的發熱元件，多個所述片狀散熱鰭片是一體成型在所述散熱基底的表面並以高密度排列，每個所述片狀散熱鰭片與所述散熱基底的表面之間夾有60至120度的角度，每個所述片狀散熱鰭片的長度是50至120毫米、寬度是0.1至0.35毫米、高度是2至8毫米，且任兩個並排的所述片狀散熱鰭片之間的間距是0.05至0.5毫米，所述強化結構的材料異於所述散熱基底的材料，且所述強化結構結合至所述散熱基底，使所述強化結構至少有一部分突出於所述散熱基底的表面且突出的高度介於2至20毫米。
- 如請求項1所述的具有高密度散熱鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其中，每個所述片狀散熱鰭片的長度是50至80毫米、寬度是0.1至0.3毫米、高度是3至6毫米，且任兩個並排的所述片狀散熱鰭片之間的間距是0.1至0.3毫米。
- 如請求項1所述的具有高密度散熱鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其中，所述散熱基底是以銅、銅合金、鋁合金的其一所製成。
- 如請求項1所述的具有高密度散熱鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其中，所述強化結構是以焊接、摩擦攪拌接合、膠黏、擴散接合、變形壓合的其一方式與所述散熱基底形成接合。
- 如請求項1所述的具有高密度散熱鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其中，所述強化結構是由鋁合金、不鏽鋼的其一所製成。
- 如請求項1所述的具有高密度散熱鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其中，所述強化結構與所述散熱基底形成接合的面更形成有利於焊接的鍍層。
- 如請求項6所述的具有高密度散熱鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其中，所述鍍層是化學鍍鎳層。
- 如請求項1所述的具有高密度散熱鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其中，所述強化結構是一強化外框，所述強化外框環繞接觸所述散熱基底的側壁。
- 如請求項8所述的具有高密度散熱鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其中，所述強化外框還具有兩呈相對設置的強化側牆，且每個所述強化側牆具有至少一呈水平貫通設置的貫通孔。
- 如請求項1所述的具有高密度散熱鰭片的兩相浸沒式散熱結構，其中，所述強化結構是一矩形的強化內框，所述強化內框結合至所述散熱基底的表面，且所述多個片狀散熱鰭片有一部分是位於所述強化內框的内周緣形成的開口中，所述多個片狀散熱鰭片有另一部分是圍繞於所述強化內框的外周緣。
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