TWI828996B - 散熱裝置 - Google Patents

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TWI828996B TW110125326A TW110125326A TWI828996B TW I828996 B TWI828996 B TW I828996B TW 110125326 A TW110125326 A TW 110125326A TW 110125326 A TW110125326 A TW 110125326A TW I828996 B TWI828996 B TW I828996B
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陳志偉
張正儒
黃俊瑋
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Abstract

本發明提供一種散熱裝置，包括：均溫板單元；熱管組，係設於該均溫板單元之外表面上；第一鰭片組，係設於該均溫板單元之外表面上並套設該熱管組；以及第二鰭片組，係堆疊於該第一鰭片組上並套設該熱管組；其中，該第一鰭片組之鰭片排列方向不同於該第二鰭片組之鰭片排列方向。

Description

散熱裝置
本發明涉及散熱領域，尤指一種具有均溫板及鰭片組之散熱裝置。
因應現代化需求，電腦與各種電子裝置發展快速且效能不斷地提昇，但在此過程中，高效能之硬體所帶來之散熱問題亦隨之而來。一般而言，電腦與各種電子裝置通常會使用散熱元件來進行散熱，例如使用散熱膏或散熱片來貼附於欲散熱之電子元件上，以將熱吸出並逸散。然而，此種散熱方式效果有限，因而發展出使用工作流體的相變化來促進熱傳導之散熱元件。
上述之散熱元件係藉由工作流體的相變化及流動方向來達到傳輸熱量的目的，但在面對高功率之處理器所產生之高熱時，仍無法有效地將高熱耗散，而有著散熱效率不佳之問題。
是以，如何提供一種可解決上述問題之散熱裝置，是目前業界所亟待克服之課題之一。
本發明提供一種散熱裝置，包括：均溫板單元；熱管組，係設於該均溫板單元之外表面上；第一鰭片組，係設於該均溫板單元之外表面上並套設該熱管組；以及第二鰭片組，係堆疊於該第一鰭片組上並套設該熱管組；其中，該第一鰭片組之鰭片排列方向不同於該第二鰭片組之鰭片排列方向。
如前述之散熱裝置中，該熱管組包括複數個第一熱管及複數個第二熱管，該複數個第一熱管係分別設於該均溫板單元之相對二端的外表面上，且該複數個第二熱管係設於位在該均溫板單元之相對二端之間的外表面上。
如前述之散熱裝置中，該第一鰭片組具有複數個貫通其二側之孔洞，以分別套設該複數個第一熱管及該複數個第二熱管，且各該孔洞之截面積大於各該複數個第一熱管或各該複數個第二熱管之管體的截面積。
如前述之散熱裝置中，該複數個第一熱管自該外表面延伸之高度係高於該複數個第二熱管自該外表面延伸之高度。
如前述之散熱裝置中，該第一鰭片組係部分套設並部分外露該複數個第一熱管及該複數個第二熱管。
如前述之散熱裝置中，該第二鰭片組更包括第二主鰭片組及堆疊於該第二主鰭片組上之第二副鰭片組，該第二主鰭片組係完整套設該複數個第二熱管中被該第一鰭片組外露之部分，並部分套設及部分外露該複數個第一熱管，且該第二副鰭片組係部分套設或完整套設該複數個第一熱管中被該第二主鰭片組外露之部分。
如前述之散熱裝置中，各該複數個第一熱管或該複數個第二熱管包括一管體以及位於該管體之相對二端之一封閉端與一開放端，且該均溫板單元之外表面上係設有供該開放端連接之至少一接頭。
如前述之散熱裝置中，該均溫板單元之內部係設有一腔室，且該管體之內部係設有一管內空間，該管內空間經由該開放端及該接頭而與該腔室連通。
如前述之散熱裝置中，更包括一毛細結構，係位於該管內空間並經由該接頭內側而延伸至該腔室中。
如前述之散熱裝置中，該毛細結構包括第一區段及第二區段，該第一區段係位於該管內空間，該第二區段係為自該第一區段之一端所彎折延伸形成者，並位於該腔室。
如前述之散熱裝置中，更包括一工作流體，係填充於該腔室及該管內空間中，以受該毛細結構之導引而於其中流動。
如前述之散熱裝置中，該開放端係為自該管體同時朝該管體之徑向與軸向所向外延伸形成者，以使該開放端之口徑大於該接頭之口徑，俾令該開放端連接於該接頭並接觸該均溫板單元之外表面之後，於該開放端、該接頭及該外表面之間圍繞形成一錐形空間。
如前述之散熱裝置中，更包括一焊料接合部，係填充於該錐形空間中，以密封該開放端與該接頭之交接處。
如前述之散熱裝置中，該均溫板單元與該熱管組係一體成形。
如前述之散熱裝置中，該第一鰭片組自該均溫板單元之外表面延伸的厚度係大於或小於該第二鰭片組堆疊於該第一鰭片組上的厚度。
1:散熱裝置
10:均溫板單元
101:上板
1011:外表面
1012:接頭
1013:開口
102:下板
1021,1115:內表面
103:腔室
104:毛細結構
1041:第一區段
1042:第二區段
105:液體通道
11:熱管組
111:第一熱管
1111:管體
1112:開放端
1113:封閉端
1114:管內空間
112:第二熱管
21:第一鰭片組
211,2211,2221:孔洞
22:第二鰭片組
221:第二主鰭片組
222:第二副鰭片組
30:錐形空間
D1,D2:口徑
A:邊區
B:中間區
S:焊料接合部
圖1為本發明散熱裝置之整體示意圖。
圖2為本發明散熱裝置之一分解示意圖。
圖3為本發明散熱裝置之另一分解示意圖。
圖4為本發明散熱裝置中熱管組之其中一者與均溫板單元之剖面示意圖。
以下藉由特定之具體實施例加以說明本發明之實施方式，而熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點和功效，亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用。
請同時參閱圖1、圖2及圖3，本發明之散熱裝置1包括均溫板單元10、熱管組11、第一鰭片組21與第二鰭片組22。熱管組11係設於均溫板單元10之外表面1011上，第一鰭片組21係設於均溫板單元10之外表面1011上並套設熱管組11，且部分外露熱管組11，而第二鰭片組22係堆疊設於第一鰭片組21上並套設熱管組11被第一鰭片組21外露之部分，且可部分外露熱管組11。於一實施例中，第一鰭片組21與第二鰭片組22之整體外觀形狀可近似於均溫板單元10之外表面1011，而可完整覆蓋均溫板單元10之外表面1011，但並不以此為限。此外，在本文中所提及之鰭片組係指由複數個鰭片所間隔排列而成之結構，以下將進一步說明鰭片組以及其與熱管組搭配之技術內容。
具體而言，在本實施例中，均溫板單元10之外表面1011定義有位於其相對二端之二邊區A以及位於其相對二端之間之中間區B，而熱管組11可包括複數個第一熱管111及複數個第二熱管112，其中，複數個第一熱管111可分別設於二邊區A上，且複數個第二熱管112可設於中間區B上。複數個第一熱管111及複數個第二熱管112係彼此間隔排列設置。於一實施例中，各邊區A上 所設置之第一熱管111之數量可為5個，而中間區B上所設置之第二熱管112之數量可為7個，但本發明並不以此為限，當可根據需求加以改變設置之數量，且第一熱管111及第二熱管112之排列方式及設置位置亦可考量溫度分佈之均勻性來加以設計，本發明並不限於圖1至圖3之排列方式及設置位置。
於一實施例中，第一熱管111及第二熱管112係分別自外表面1011朝遠離外表面1011(例如垂直於外表面1011)之方向延伸，且第一熱管111及第二熱管112之延伸方向係彼此平行，但本發明並不以此為限。於另一實施例中，第一熱管111自外表面1011延伸之高度係高於第二熱管112自外表面1011延伸之高度，但本發明亦不以此為限。另外，第一熱管111及第二熱管112可為熱管(heat pipe)類型之散熱元件，其徑向之橫截面可為圓形、橢圓形或多邊形，但本發明並不以此為限。
在本實施例中，第一鰭片組21具有複數個貫通其二側之孔洞211，以分別套設第一熱管111及第二熱管112。具體而言，第一鰭片組21之整體高度係低於第一熱管111及第二熱管112之高度，故第一鰭片組21僅能部分套設第一熱管111及第二熱管112鄰近均溫板單元10之部分，並部分外露第一熱管111及第二熱管112遠離均溫板單元10之部分。於一實施例中，第一鰭片組21之鰭片排列方向係垂直於第一熱管111及第二熱管112自外表面1011所延伸之方向，亦即第一鰭片組21之鰭片係垂直設置於均溫板單元10之外表面1011上，故孔洞211係以複數個鰭片之間的排列間隙所構成，使得孔洞211之截面基本呈現方形，但本發明並不以此為限。
於一實施例中，第一鰭片組21之孔洞211之截面積大於第一熱管111及第二熱管112之管體(如第一熱管111的管體1111)的截面積，使在孔洞211 中的第一熱管111及第二熱管112之管體不會接觸到第一鰭片組21，但本發明並不以此為限。
在本實施例中，第二鰭片組22包括第二主鰭片組221及第二副鰭片組222，第二主鰭片組221係堆疊於第一鰭片組21上，而第二副鰭片組222係堆疊於第二主鰭片組221上。第二主鰭片組221具有複數個貫通其二側之孔洞2211，以分別套設第一熱管111及第二熱管112。具體而言，第二主鰭片組221與第一鰭片組21之整體高度係相當於第二熱管112之高度，故第二主鰭片組221可完整套設第二熱管112中被第一鰭片組21外露之部分，而使第二熱管112未凸出第二主鰭片組221之頂面。但由於第一熱管111之高度高於第二熱管112，故第二主鰭片組221僅可部分套設第一熱管111中被第一鰭片組21外露之部分，且部分外露第一熱管111的剩餘部分。
第二副鰭片組222亦具有複數個貫通其二側之孔洞2221，由於第二熱管112被第一鰭片組21外露之部分已被第二主鰭片組221所完整套設，故第二副鰭片組222不需要有對應第二熱管112之位置的孔洞，而僅需要有對應第一熱管111之位置的孔洞2221。在第二副鰭片組222堆疊於第二主鰭片組221上之後，第二副鰭片組222可部分套設第一熱管111中被第二主鰭片組221所外露之部分。於一實施例中，第二副鰭片組222可完整套設第一熱管111被第二主鰭片組221外露之部分，而使第一熱管111未凸出第二副鰭片組222之頂面，亦可部分套設第一熱管111被第二主鰭片組221外露之部分，而使第一熱管111凸出第二副鰭片組222之頂面，本發明並不以此為限。
於一實施例中，第二主鰭片組221與第二副鰭片組222之鰭片排列方向係為相同，皆平行於第一熱管111及第二熱管112自外表面1011所延伸之 方向，亦即第二鰭片組22之鰭片係水平設置於均溫板單元10之外表面1011上，故孔洞2211、2221係以貫通第二主鰭片組221與第二副鰭片組222中各鰭片之二表面所形成者，且孔洞2211、2221之截面基本呈現圓形或符合第一、二熱管111、112之截面形狀，但本發明並不以此為限。
由上可知，第一鰭片組21的鰭片排列方向係不同於第二鰭片組22的鰭片排列方向，但本發明並不限制第一、二鰭片組21、22之鰭片排列方向僅能彼此相交為90度，亦可根據需求而改變為其他角度，只要二者之鰭片排列方向不同即可。
於一實施例中，第一鰭片組21自均溫板單元10之外表面1011延伸的厚度大於或小於第二鰭片組22堆疊於第一鰭片組21上的厚度，進一步而言，第一鰭片組21自均溫板單元10之外表面1011延伸的厚度與第二鰭片組22堆疊於第一鰭片組21上的厚度之間的厚度比例，較佳為，7：3或3：7，但本發明並不以此為限。
請同時參閱圖3及圖4，圖4為圖3中第一熱管111與均溫板單元10之接合處之局部剖面示意圖。以下係以單一個第一熱管111為例，其餘第一熱管111與複數個第二熱管112亦為相同結構，於此不再贅述。
如圖3所示，第一熱管111可包括管體1111以及位於管體1111之相對二端之開放端1112及封閉端1113。如圖4所示，均溫板單元10之外表面1011上係設有至少一接頭1012，以供開放端1112連接。具體而言，均溫板單元10可包括上板101及下板102，上板101及下板102經組合後可於內部形成一腔室103，上板101之外表面1011上設有接頭1012，接頭1012具有可連通腔室103之開口1013，且接頭1012之數量可對應於第一熱管111及第二熱管112之數量。管 體1111內部設有管內空間1114，且管體1111之開放端1112可連接至接頭1012，而使得管內空間1114可經由開放端1112、接頭1012之開口1013而與腔室103連通。
在本實施例中，開放端1112為自管體1111同時朝管體1111之徑向與軸向而向外延伸形成者，故開放端1112具體可呈現喇叭狀，而使得開放端1112之口徑D1可大於接頭1012之口徑D2。而這樣的結構在開放端1112連接於接頭1012，且開放端1112接觸均溫板單元10之外表面1011之後，可於開放端1112、接頭1012及外表面1011之間圍繞形成一錐形空間30。另外，管體1111之內徑則相當於接頭1012之口徑D2，且接頭1012自外表面1011凸出之長度係長於開放端1112之長度，故可使開放端1112連接至接頭1012之後，接頭1012之末端可卡合至管體1111內部，以將第一、二熱管111、112固定於均溫板單元10之外表面1011上。
於一實施例中，為增強第一、二熱管111、112於外表面1011上之穩固程度，以及腔室103與管內空間1114之間的密封程度，可將焊料接合部S填充於錐形空間30中，並可同時將焊料接合部S圍繞於開放端1112之外周緣與均溫板單元10之外表面1011上，以密封開放端1112與接頭1012之交接處。上述實施例中係以焊料接合之方式來連接第一、二熱管111、112及均溫板單元10，但於其他實施例中，均溫板單元10與第一、二熱管111、112可一體成形，本發明並不以此為限。
於一實施例中，第一、二熱管111、112與均溫板單元10內可再設置一毛細結構104，毛細結構104可位於管體1111之管內空間1114中並經由接頭1012內側之開口1013而延伸至腔室103中。具體而言，毛細結構104可包括第 一區段1041及第二區段1042，第一區段1041係非固定或固定貼附於管體1111之內表面1115上，並且第一區段1041之一端經由接頭1012內側之開口1013延伸至腔室103中。第一區段1041之一端在延伸至腔室103且接觸下板102之內表面1021之後，則彎折延伸形成第二區段1042，第二區段1042可固定貼附於腔室103中之下板102之內表面1021上。於一實施例中，毛細結構104的第一區段1041與第二區段1042互相垂直，但本發明不以此為限。
於一實施例中，下板102之內表面1021上可形成複數個液體通道105，且毛細結構104之第二區段1042固定貼附於該複數個液體通道105上，該複數個液體通道105可視為毛細層，用以填充工作流體，例如，液體通道105可為顆粒燒結體、金屬網體、溝槽或其組合所形成，其中，顆粒燒結體是指以金屬粉末燒結所形成之具有多個毛細孔或相連通孔洞的組織或結構，金屬網體是指以金屬編織成之具有多個網目的編織網，溝槽則是指使用濕式蝕刻於下板102之內表面1021上而蝕刻出凹陷於下板102之內表面1021的複數個柱體，複數個柱體彼此之間的間隙可構成相互連通之複數個溝槽。毛細結構104則是形成於該些液體通道105上的結構，例如可為纖維(Fiber)或前述金屬網體所製成之長條狀結構。但本發明皆不以此為限。
於一實施例中，均溫板單元10之腔室103及第一、二熱管111、112之管內空間1114中可填充一工作流體，工作流體可受毛細結構104或上述液體通道105之導引而於其中流動。例如，在腔室103之工作流體可藉由毛細結構104之第二區段1042而可適當地均勻分佈於腔室103中，或是藉由第二區段1042而匯集於一發熱源上方。在本發明散熱裝置1接觸一發熱源後，在液態下之工作流體吸收發熱源所產生之熱能後氣化成氣態，氣態之工作流體可經由接頭 1012之開口1013流至第一、二熱管111、112之管內空間1114中，此時可分別藉由第一鰭片組21及第二鰭片組22來進行散熱，以將氣態之工作流體冷凝回復成液態，並藉由在管內空間1114中之毛細結構104之第一區段1041來回流至腔室103中，再藉由毛細結構104之第二區段1042來進行匯集或均勻分佈，以便進行下一次散熱循環。
綜上所述，藉由本發明散熱裝置1中第一鰭片組21及第二鰭片組22之特殊排列設計，可打亂氣流流場分佈，增加氣流流動之亂度(turbulent)，可提高氣流與散熱鰭片接觸機會，進而提昇散熱效率，故可有利於運用在高功率之處理器上。
上述實施形態僅為例示性說明本發明之技術原理、特點及其功效，並非用以限制本發明之可實施範疇，任何熟習此技術之人士均可在不違背本發明之精神與範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。然任何運用本發明所教示內容而完成之等效修飾及改變，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。而本發明之權利保護範圍，應如下述之申請專利範圍所列。
1:散熱裝置
10:均溫板單元
11:熱管組
21:第一鰭片組
22:第二鰭片組

Claims (15)

  1. 一種散熱裝置，包括：均溫板單元，其內部係設有一腔室；熱管組，係設於該均溫板單元之外表面上，其中，該熱管組包括複數個第一熱管及複數個第二熱管，各該複數個第一熱管或該複數個第二熱管包括一管體，該管體之內部係設有一管內空間，該管內空間與該腔室連通；第一鰭片組，係設於該均溫板單元之外表面上並套設該熱管組；以及第二鰭片組，係堆疊於該第一鰭片組上並套設該熱管組；其中，該第一鰭片組之鰭片排列方向不同於該第二鰭片組之鰭片排列方向。
  2. 如請求項1所述之散熱裝置，其中，該複數個第一熱管係分別設於該均溫板單元之相對二端的外表面上，且該複數個第二熱管係設於位在該均溫板單元之相對二端之間的外表面上。
  3. 如請求項2所述之散熱裝置，其中，該第一鰭片組具有複數個貫通其二側之孔洞，以分別套設該複數個第一熱管及該複數個第二熱管，且各該孔洞之截面積大於各該複數個第一熱管或各該複數個第二熱管之管體的截面積。
  4. 如請求項2所述之散熱裝置，其中，該複數個第一熱管自該外表面延伸之高度係高於該複數個第二熱管自該外表面延伸之高度。
  5. 如請求項2所述之散熱裝置，其中，該第一鰭片組係部分套設並部分外露該複數個第一熱管及該複數個第二熱管。
  6. 如請求項5所述之散熱裝置，其中，該第二鰭片組更包括第二主鰭片組及堆疊於該第二主鰭片組上之第二副鰭片組，該第二主鰭片組係完整套設該複數個第二熱管中被該第一鰭片組外露之部分，並部分套設及部分外露該複數個第一熱管，且該第二副鰭片組係部分套設或完整套設該複數個第一熱管中被該第二主鰭片組外露之部分。
  7. 如請求項2所述之散熱裝置，其中，各該複數個第一熱管或該複數個第二熱管更包括位於該管體之相對二端之一封閉端與一開放端，且該均溫板單元之外表面上係設有供該開放端連接之至少一接頭。
  8. 如請求項7所述之散熱裝置，其中，該管內空間經由該開放端及該接頭而與該腔室連通。
  9. 如請求項8所述之散熱裝置，更包括一毛細結構，係位於該管內空間並經由該接頭內側而延伸至該腔室中。
  10. 如請求項9所述之散熱裝置，其中，該毛細結構包括第一區段及第二區段，該第一區段係位於該管內空間，該第二區段係為自該第一區段之一端所彎折延伸形成者，並位於該腔室。
  11. 如請求項9所述之散熱裝置，更包括一工作流體，係填充於該腔室及該管內空間中，以受該毛細結構之導引而於其中流動。
  12. 如請求項7所述之散熱裝置，其中，該開放端係為自該管體同時朝該管體之徑向與軸向所向外延伸形成者，以使該開放端之口徑大於該接頭之口徑，俾令該開放端連接於該接頭並接觸該均溫板單元之外表面之後，於該開放端、該接頭及該外表面之間圍繞形成一錐形空間。
  13. 如請求項12所述之散熱裝置，更包括一焊料接合部，係填充於該錐形空間中，以密封該開放端與該接頭之交接處。
  14. 如請求項1所述之散熱裝置，其中，該均溫板單元與該熱管組係一體成形。
  15. 如請求項1所述之散熱裝置，其中，該第一鰭片組自該均溫板單元之外表面延伸的厚度係大於或小於該第二鰭片組堆疊於該第一鰭片組上的厚度。
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