TWM471126U - 電熱片傳導於晶片加熱堆疊結構 - Google Patents

Description

電熱片傳導於晶片加熱堆疊結構

本創作係提供一種電熱片傳導於晶片加熱堆疊結構，尤指電路模組之晶片單元溫度為低於0℃時，可利用電熱片通電後產生之熱量透過導熱層均勻傳導至晶片單元上，直到達到0℃以上時自動斷電，使電腦設備處於低溫環境能夠正常的開機啟動或運作。

按，現今電子科技以日新月異的速度成長，使電腦、筆記型電腦等電腦設備皆已普遍存在於社會上各個角落中，並朝運算功能強、速度快及體積小之方向邁進，而隨著電腦、筆記型電腦等電腦設備的應用皆趨向於高速發展，其中央處理器、影像處理器等運作時所產生之溫度也相對大幅提高，故要如何利用散熱結構確保在允許溫度下正常工作，已被業界視為所亟欲解決之課題。

再者，目前業界普遍的作法，係將散熱器為抵貼於電路板上之晶片單元(如中央處理器、影像處理器等)，或是可將風扇進一步結合於散熱器上，而使風扇與散熱器搭配形成最佳化之散熱結構，不過一般電路板上之晶片單元常溫的環境下使用時，其僅具有運作速度過高所造成溫度上升而引發過熱之問題，若處於溫度極端變異的氣候、濕度和強烈日照與嚴峻之戶外環境下，對於所有電腦設備而言，都是極為嚴苛的考驗， 而在晝夜溫差非常大的環境(如沙漠)中，其雖可利用散熱器、風扇於白天溫度高時達到散熱之效果，但是電腦設備在夜晚溫度較低或處於溫度極低、寒冷之戶外環境(如雪地)，則使電路板上之晶片單元便會因溫度過低而造成無法正常的開機啟動或運作之情況發生。

然而，電腦設備應用在對於寬溫有需求的產業與嚴苛環境的工作溫度範圍為介於-40℃~+80℃之間，但因一般電路板上之電子元件(主動或被動元件)正常運作溫度約為0℃~+75℃，因此在溫度為0℃以下之寒冷戶外環境中，若欲使電腦設備能夠正常的運作，便必須使電腦設備內部維持在一定的溫度範圍內，傳統的作法係將保溫材料包覆於電腦設備內部，以防止外部冷空器進入而達到保溫之效果，使電路板上之電子元件不易因溫度過低而無法正常開機啟動或運作，不過隨著電腦設備發展趨勢皆趨向於輕薄短小之設計，加上電腦設備上具有很多的接頭及控制按鍵等，造成保溫材料難以將電腦設備內部完全的包覆，整體維持溫度效果相當有限而不合於實用。

而為了解決上述保溫材料之問題，便有廠商在電腦設備內部之電路板上設置有一加熱裝置，習用加熱裝置為包括有一加熱層、直流電源及電流調整器，其中該加熱層為設置於電路板內之複數絕緣層之間，並於加熱層上具有加熱電路，且該加熱電路係由具有預定電阻值之導電材料所製成，即可透過直流電源提供電流至加熱層之加熱電路內，電流調整器調節加熱電路之電流大小，其雖可透過電流流通於加熱層之加熱電路中產生熱量，並由電路板上之金屬電路層將熱量傳導至電子元件進行加熱至正常的工作溫度範圍內，但因電路板必須配合電腦設備的體積予以縮小， 使電路板上單位面積之電子元件數量變多且更為密集，造成加熱裝置之加熱層設置於電路板上之複數絕緣層及金屬電路層之間，整體製造程序變得相當複雜且困難度增加，從而導致使電路板製造成本無法有效降低，也不符合經濟效益上之考量。

此外，亦有廠商在電路板上設置有一加熱模組，習用加熱模組為包括有金屬氧化物半導體場效電晶體、直流電源、電流感測器及通態電阻控制器，其中該金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)為設置於電路板表面上，並由直流電源提供穩定電壓至金屬氧化物半導體場效電晶體，即可透過通態電阻控制器根據電流感測器所偵測到之電流強度調整金屬氧化物半導體場效電晶體的通態電阻值，使金屬氧化物半導體場效電晶體恆處於導通與未導通之臨界狀態而持續產生熱量，便可利用散熱片將金屬氧化物半導體場效電晶體產生之熱量散發至外部，使電路板上之電子元件維持正常運作，但此種電路板表面上設置有多個金屬氧化物半導體場效電晶體將會影響其整體電路佈局，且因電路板上可利用之空間相當有限而不易妥善安排整體空間配置，使得靠近電子元件之金屬氧化物半導體場效電晶體加熱效果較佳，而遠離電子元件之金屬氧化物半導體場效電晶體加熱效果不良，另因使用金屬氧化物半導體場效電晶體配合通態電阻控制器或其它寬溫元件所需之成本高昂，使整體成本仍然無法有效降低，即為從事於此行業者所亟欲研究改善之方向所在。

故，新型創作人有鑑於習用電路板之加熱裝置或模組於使用上之問題與缺失，乃搜集相關資料經由多方評估及考量，並利用從事於 此行業之多年研發經驗不斷試作與修改，始設計出此種電熱片傳導於晶片加熱堆疊結構新型誕生。

本創作之主要目的乃在於該電路模組為具有電路板及晶片單元，並於晶片單元相對於電路板另側表面上抵貼定位有具散熱座之散熱裝置，且散熱座底面處凸設有抵貼於晶片單元上之導熱塊，而散熱座上位於導熱塊周圍處為設有抵貼於晶片單元上之導熱層及導熱層相對於晶片單元另側表面上之電熱片，並於電熱片與散熱座之間抵貼定位有隔熱元件，當偵測出電路模組之晶片單元溫度為低於0℃時，便可透過複數電源導線對電熱片進行供電，使電熱片通電後產生之熱量可透過導熱層均勻的傳導至晶片單元上，直到達到允許的工作溫度範圍(如0℃~+75℃)內便會控制電熱片自動斷電，使電腦設備處於低溫或寒冷之戶外環境能夠正常的開機啟動或運作，亦可避免運作時產生當機之情況發生。

本創作之次要目的乃在於當電熱片產生熱量時，可透過隔熱元件與散熱座形成一隔離，以有效防止電熱片加溫時之熱量被散熱座吸收而排散，並確保電熱片對晶片單元整體之加溫效果，且可透過導熱層有效降低其熱阻，提高加熱速度與熱功率，此種電熱片堆疊結構設計，可有效解決使用保溫材料不易包覆與維持溫度效果有限之問題，亦可避免因電路板上設置具電阻值之加熱電路或寬溫元件所衍生有製造程序複雜、影響電路佈局及成本高昂之缺失，也可妥善安排整體空間配置，進而提高電熱片熱量傳導於晶片單元上之加熱效果。

1‧‧‧電路模組

11‧‧‧電路板

12‧‧‧晶片單元

121‧‧‧晶片

122‧‧‧載板

123‧‧‧晶片組

13‧‧‧導熱介質

2‧‧‧散熱裝置

21‧‧‧散熱座

211‧‧‧導熱塊

212‧‧‧接觸面

213‧‧‧抵持面

214‧‧‧凹部

22‧‧‧導熱管

3‧‧‧導熱層

31‧‧‧通孔

4‧‧‧電熱片

40‧‧‧發熱區

41‧‧‧電源導線

42‧‧‧透孔

5‧‧‧隔熱元件

51‧‧‧穿孔

第一圖 係為本創作之立體外觀圖。

第二圖 係為本創作之立體分解圖。

第三圖 係為本創作另一視角之立體分解圖。

第四圖 係為本創作之前視剖面圖。

第五圖 係為本創作加熱時之使用狀態圖。

第六圖 係為本創作運作時之使用狀態圖。

第七圖 係為本創作另一較佳實施例之前視剖面圖。

第八圖 係為本創作另一較佳實施例加熱時之使用狀態圖。

為達成上述目的及功效，本創作所採用之技術手段及其構造，茲繪圖就本創作之較佳實施例詳加說明其構造與功能如下，俾利完全瞭解。

請參閱第一、二、三、四圖所示，係分別為本創作之立體外觀圖、立體分解圖、另一視角之立體分解圖及前視剖面圖，由圖中可清楚看出，本創作為包括有電路模組1、散熱裝置2、導熱層3、電熱片4及隔熱元件5，其中該電路模組1為具有一電路板11及電路板11上之晶片單元12，並於晶片單元12相對於電路板11之另側表面上抵貼定位有具散熱座21之散熱裝置2，且散熱座21底面處凸設有抵貼於晶片單元12上之導熱塊211，而散熱座21上位於導熱塊211周圍處為設有至少一個抵貼於晶片單元12上之導熱層3及導熱層3相對於晶片單元12另側表面上透過導熱層3來對晶片單元12進行加熱之電熱片4，且位於電熱片4與散熱座21之間定位有至少一個隔熱元件5。

再者，電路模組1之晶片單元12較佳實施可為中央處理器(CPU)，並包括有晶片121(Die)及載板122，即可將晶片121為固著於導線架(圖中未示出)或載板122上形成電性連接，再灌膠封裝後成為一體，而散熱裝置2之散熱座21為呈一板體狀，並於導熱塊211底面處形成有抵貼於晶片121上之平整狀接觸面212，且導熱塊212相鄰於散熱座21處形成有抵貼於隔熱元件5上之平整狀抵持面213；另，散熱裝置2之散熱座21相對於導熱塊211另側頂部表面上設有可供至少一個導熱管22結合定位之凹部214僅為一種較佳之實施狀態，亦可依需求或結構設計的不同省略導熱管22設計，並在散熱座21頂部設有矗立狀之複數散熱片(圖中未示出)，也可在複數散熱片上方處為進一步結合有一風扇(圖中未示出)，用以對電路模組1之晶片單元12輔助進行散熱。

然而，晶片單元12之晶片121與散熱座21之導熱塊211間為進一步設有導熱介質13，且該導熱介質13可為晶片121表面上所貼附之導熱片或塗佈形成之導熱膏，用以填補晶片121與導熱塊211之間所形成之預定間隙、不平整表面或微小缺陷，而導熱層3可為一矽膠(Silicone)、橡膠、陶瓷或其它導熱功能之導熱片(Thermal pad)所製成，其導熱層3較佳實施為抵貼定位於晶片單元12之載板122上，且導熱層3中央處設有對應於晶片單元12的晶片121處之通孔31；又，電熱片4為一軟質薄型電熱片4，該電熱片4上為包括有發熱區40及可供電路模組1電路板11上所具有電源電路或預設電源供應裝置相連接之複數電源導線41，並於發熱區40中 央處設有對應於晶片單元12的晶片121處之透孔42，惟該電熱片4各家製造廠商之規格大都不相同，且因電熱片4的種類與型式很多，亦可依實際的需求或應用製作出預定面積、各種形狀及尺寸之電熱片4，惟此部分有關電熱片4如何製作出發熱區40及發熱區40透過複數電源導線41通電後產生熱量之方式係為現有技術之範疇，且該細部之構成並非本案之創設要點，茲不再作一贅述。

此外，隔熱元件5較佳實施可為橡膠(Rubber)材質所製成，但於實際應用時，亦可為一矽膠(Silicone)、聚酯薄膜(PET，俗稱為Mylar片)、泡棉、玻璃纖維、碳纖維等塑膠材質，或是雲母片、氧化鋁陶瓷片或其它材質所製成，並具有耐高溫及良好的電絕緣性，而隔熱元件5中央處為設有可供散熱座21的導熱塊211向下穿過之穿孔51，即可透過隔熱元件5使散熱座21之導熱塊211與晶片單元12之晶片121形成良好的彈性接觸，亦可利用隔熱元件5使電熱片4之發熱區40與散熱座21之抵持面213形成隔離，以有效防止因電熱片4於發熱區40產生之熱量傳導至散熱座21上而影響其對晶片單元12整體的加熱效果。

請搭配參閱第五、六圖所示，係分別為本創作加熱時之使用狀態圖及運作時之使用狀態圖，由圖中可清楚看出，當電路模組1之電路板11或預設板卡(圖中未示出)所具之偵測電路或溫度感測器偵測出晶片單元12溫度為低於0℃時，便會控制其電源電路或預設電源供應裝置透過複數電源導線41來對電熱片4進行供電，並使電熱片4通電後發熱區40所產生之熱量可透過導熱層3能夠均勻的傳導至晶片單元12之 載板122上，便可藉由載板122進行加熱晶片121，直到晶片121達到允許的工作溫度範圍(如0℃~+75℃)內正常工作，且該偵測電路或溫度感測器偵測出晶片121溫度達到0℃以上時，便會控制電熱片4自動斷電，使電腦設備(如電腦、筆記型電腦等)處於低溫或寒冷之戶外環境能夠正常的開機啟動或運作，亦可避免電腦設備於運作時因溫度過低所產生當機之情況發生。

當電熱片4之發熱區40產生熱量時，可透過隔熱元件5與散熱座21之抵持面21形成一隔離，用以有效防止發熱區40加溫時所產生之熱量被散熱座21吸收而排散，確保電熱片4整體之加溫效果，且電熱片4透過導熱層3對晶片單元12進行加熱之速度為取決於導熱層3之熱傳導係數與厚度，即可透過適配之導熱層3有效降低其熱阻，提高晶片121之加熱速度與熱功率，此種電熱片4堆疊結構設計，可有效解決使用保溫材料不易包覆與維持溫度效果有限之問題，亦可避免因電路板上設置具電阻值之加熱電路或寬溫元件所衍生有製造程序複雜、影響電路佈局及成本高昂之缺失，也可妥善安排整體空間配置，進而提高電熱片4熱量傳導於晶片單元12上之加熱效果。

當本創作電路模組1之晶片單元12於運作時，可利用散熱裝置2為由鋁或銅材質製成之散熱座21透過導熱介質13來吸收晶片單元12所產生之熱量，即可透過導熱介質13有效降低熱阻，並使熱量經由導熱介質13、導熱塊211傳導至導熱管22之吸熱端上後，便可藉由導熱管22內部工作流體對流循環挾帶大量熱量快速傳導至放熱端之另一散熱裝置上增加整體的散熱面積，輔助電路模組1之晶片單元12來 將運作時所囤積之熱量快速帶出至外部進行排散，並提高整體散熱效率而具有良好的降溫與散熱效果。

然而，上述導熱層3、電熱片4及隔熱元件5為可配合晶片單元12之晶片121、散熱座21之導熱塊211而省略通孔31、透孔42、穿孔51之結構設計，亦可依實際需求或應用變更設置數量、預定面積、各種形狀及尺寸組構而成一堆疊結構，舉凡運用本創作說明書及圖式內容所為之簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本創作之專利範圍內，合予陳明。

請繼續參閱第七、八圖所示，係分別為本創作另一較佳實施例之前視剖面圖及另一較佳實施例加熱時之使用狀態圖，由圖中可清楚看出，其中該電路模組1之晶片單元12為一中央處理器，並包括有晶片121(Die)及載板122，便可將導熱層3抵貼定位於晶片單元12之晶片121或載板122上僅為一種較佳之實施狀態，而晶片單元12上亦可具有晶片組123(Chipset)，且該晶片組123可為平台控制器(PCH)、圖形與記憶體控制器中樞(GMCH)、輸入/輸出控制器中樞(ICH)、固態硬碟(SSD)內部電路板11上之快閃記憶體(NAND Flash)或其它晶片組123，便可將散熱座21導熱塊211底面處之接觸面212及導熱層3為直接抵貼定位於晶片組123上，此種省略載板122之結構設計，使電熱片4通電後所產生之熱量可透過導熱層3直接傳導至晶片組123上，即可依晶片單元12種類與型式的不同而變更整體堆疊結構之空間配置，以提高電熱片4熱量傳導於晶片組123之加熱速度與熱功率。

上述詳細說明為針對本創作一種較佳之可行實施例說明而已，惟該實施例並非用以限定本創作之申請專利範圍，凡其它未脫離本創作所揭示之技藝精神下所完成之均等變化與修飾變更，均應包含於本創作所涵蓋之專利範圍中。

綜上所述，本創作上述之電熱片傳導於晶片加熱堆疊結構為確實能達到其功效及目的，故本創作誠為一實用性優異之創作，實符合新型專利之申請要件，爰依法提出申請，盼 審委早日賜准本案，以保障新型創作人之辛苦創作，倘若 鈞局有任何稽疑，請不吝來函指示，新型創作人定當竭力配合，實感德便。

1‧‧‧電路模組

11‧‧‧電路板

12‧‧‧晶片單元

121‧‧‧晶片

122‧‧‧載板

13‧‧‧導熱介質

2‧‧‧散熱裝置

21‧‧‧散熱座

214‧‧‧凹部

22‧‧‧導熱管

3‧‧‧導熱層

31‧‧‧通孔

4‧‧‧電熱片

40‧‧‧發熱區

41‧‧‧電源導線

42‧‧‧透孔

5‧‧‧隔熱元件

51‧‧‧穿孔

Claims (14)

1. 一種電熱片傳導於晶片加熱堆疊結構，係包括有電路模組、散熱裝置、導熱層、電熱片及隔熱元件，其中該電路模組為具有一電路板及電路板上之晶片單元，並於晶片單元相對於電路板之另側表面上抵貼定位有具散熱座之散熱裝置，且散熱座底面處凸設有抵貼於晶片單元上之導熱塊，而散熱座上位於導熱塊周圍處為設有至少一個抵貼於晶片單元上之導熱層及導熱層相對於晶片單元另側表面上透過導熱層來對晶片單元進行加熱之電熱片，且位於電熱片與散熱座之間抵貼定位有至少一個隔熱元件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電熱片傳導於晶片加熱堆疊結構，其中該電路模組之晶片單元為包括有一晶片及可供晶片固著於其上形成電性連接之載板，而散熱裝置散熱座之導熱塊底面處為形成有抵貼於晶片上之接觸面，並於導熱塊上方相鄰於散熱座處形成有可供隔熱元件抵貼定位之抵持面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電熱片傳導於晶片加熱堆疊結構，其中該電路模組晶片單元之晶片與散熱裝置散熱座之導熱塊間為進一步設有一導熱介質，且導熱介質為晶片表面上所貼附之導熱片或塗佈形成之導熱膏。
4. 如申請專利範圍第2項所述之電熱片傳導於晶片加熱堆疊結構，其中該電路模組之晶片單元為一中央處理器。
5. 如申請專利範圍第2項所述之電熱片傳導於晶片加熱堆疊結構，其中該導熱層為抵貼定位於晶片單元之載板上。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電熱片傳導於晶片加熱堆疊結構，其中該電路模組之晶片單元為具有一晶片組，而散熱裝置散熱座之導熱塊底部為形成有抵貼於晶片組上之接觸面，並於導熱塊相鄰於散熱座處形成有抵貼於隔熱元件上之抵持面。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電熱片傳導於晶片加熱堆疊結構，其中該電路模組晶片單元之晶片組與散熱裝置散熱座之導熱塊間為進一步設有導熱介質，且導熱介質為晶片組表面上貼附之導熱片或塗佈形成之導熱膏。
8. 如申請專利範圍第6項所述之電熱片傳導於晶片加熱堆疊結構，其中該電路模組之晶片組為平台控制器、圖形與記憶體控制器中樞、輸入/輸出控制器中樞或固態硬碟內部電路板上之快閃記憶體。
9. 如申請專利範圍第6項所述之電熱片傳導於晶片加熱堆疊結構，其中該導熱層為抵貼定位於晶片單元之晶片組上。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電熱片傳導於晶片加熱堆疊結構，其中該散熱裝置之散熱座相對於導熱塊之另側頂部表面上為設有可供至少一個導熱管定位之凹部。
11. 如申請專利範圍第1項所述之電熱片傳導於晶片加熱堆疊結構，其中該導熱層為一矽膠、橡膠或陶瓷所製成。
12. 如申請專利範圍第1項所述之電熱片傳導於晶片加熱堆疊結構，其中該電熱片上為包括有發熱區及可供電路模組電路板上所具電源電路或預設電源供應裝置相連接之複數電源導線。
13. 如申請專利範圍第1項所述之電熱片傳導於晶片加熱堆疊結構，其 中該隔熱元件中央處為設有可供散熱裝置散熱座的導熱塊向下穿過並與電路模組的晶片單元形成抵貼之穿孔。
14. 如申請專利範圍第1項所述之電熱片傳導於晶片加熱堆疊結構，其中該隔熱元件為一橡膠、矽膠、聚酯薄膜、泡棉、雲母片或氧化鋁陶瓷片所製成。