TWI609164B - 散熱裝置 - Google Patents

Description

散熱裝置

本發明係一種散熱裝置，尤其有關於應用於散熱之散熱裝置。

隨現行電子設備逐漸以輕薄作為標榜之訴求，故各項元件皆須隨之縮小其尺寸，但電子設備之尺寸縮小伴隨而來產生的熱變成電子設備與系統改善性能的主要障礙。所以業界為了有效解決電子設備內的元件散熱問題，便分別提出具有導熱效能較佳的均溫板(Vapor chamber)及熱管(Heat pipe)，以有效解決現階段的散熱問題。

均溫板(Vapor chamber)係包括呈矩型狀之殼體及其殼體內部腔室壁面的毛細結構，且該殼體內部填充有工作液體，並該殼體的一側(即蒸發區)係貼設在一發熱元件(如中央處理器、南北橋晶片、電晶體或其他電子元件等)上吸附該發熱元件所產生之熱量，使液態之工作液體於該殼體之蒸發區產生蒸發轉換為汽態，將熱量傳導至該殼體之冷凝區，該汽態之工作液體於冷凝區受冷卻後冷凝為液態，該液態之工作液體再透過重力或毛細結構回流至蒸發區繼續汽液循環，以有效達到均溫散熱之效果。

熱管(Heat pipe)的原理與理論架構與均溫板相同，主要是在圓管口徑的熱管內之中空部分填入金屬粉末，並透過燒結之方式於該熱管之內壁形成一環狀的毛細結構，其後將該熱管抽真空並填充工作液體，最後封閉以形成熱管結構。當 工作液體由蒸發部受熱蒸發後擴散至該冷凝端，並該工作液體於該蒸發部係為汽態，由該蒸發部離開後向該冷凝端擴散時逐步受冷卻冷凝轉換為液態，並且再透過毛細結構回流至該蒸發部。

比較均溫板與熱管兩者只有熱傳導的方式不同，均溫板的熱傳導方式是二維的，是面的熱傳導方式用以作為均溫，然而熱管的熱傳導方式是一維的熱傳導方式(即遠端散熱)。故現今的電子元件僅配合單一的熱管或均溫板已不敷使用，因此，如何將熱管與均溫板結合在一起使用使其同時具有均溫及遠端導熱或散熱，以期大幅提升熱傳導之效率，而有效解決高功率電子元件之散熱問題，是目前業者所需改進的。

是以，要如何解決上述習用之問題與缺失，即為本案之創作人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。

爰此，為有效解決上述之問題，本發明之一目的在於提供一管體支撐於第一、二殼體之間，該第一、二殼體與管體是相通結構，藉以使第一、二殼體與管體相結合間沒有介面熱阻的散熱裝置。

本發明之另一目的在於提供一種透過該管體內的一管體毛細結構連結該第一、二殼體內的一第一、二毛細結構，使冷卻的工作流體可藉由毛細力及重力回流，藉以達到提升熱傳效率及均溫的效果，進而也有效增加汽液循環效率的散熱裝置。

本發明之另一目的在於提供一種透過組裝第一散熱鰭片組及第二散熱鰭片組使第一、二殼體及管體中的熱能得以迅速傳導至空氣中，藉以達到熱交換散熱效果的散熱裝置。

為達上述目的，本發明係提供一散熱裝置，包含一第一殼體，具有一第一腔室及至少一第一開口，該第一腔室內具有一第一毛細結構，該第一開口連通該第一腔室；一第二殼體，具有一第二腔室及至少一第二開口，該第二腔室內具有一第二毛細結構，該第二開口連通該第二腔室；至少一管體，具有一管身及一第一延伸部及一第二延伸部，該第一延伸部形成有一第一開放端及一第一貫穿口，該第二延伸部形成有一第二開放端及一第二貫穿口，該第一延伸部從該第一開口插接該第一腔室，該第二延伸部從該第二開口插接該第二腔室，並該管身內設有一管體腔室及一管體毛細結構；及一工作流體，設置於前述第一、二腔室及該管體腔室之中；藉此，第一、二殼體及管體相結合間沒有接觸的介面熱阻，可提升熱傳效率及均溫的效果。

100‧‧‧第一殼體

101‧‧‧第一開口

103‧‧‧第一底板

105‧‧‧第一蓋板

110‧‧‧第一腔室

111‧‧‧第一毛細結構

112‧‧‧第一殼體的內壁

113‧‧‧第一凸緣

200‧‧‧第二殼體

201‧‧‧第二開口

203‧‧‧第二底板

205‧‧‧第二蓋板

210‧‧‧第二腔室

211‧‧‧第二毛細結構

212‧‧‧第二殼體的內壁

213‧‧‧第二凸緣

300‧‧‧管體

310‧‧‧管身

311‧‧‧管體腔室

311a‧‧‧管體的內壁

311b‧‧‧凸體

311c‧‧‧凹槽

312‧‧‧管體毛細結構

313‧‧‧柱體

313a‧‧‧第一頂端

313b‧‧‧第二頂端

313c‧‧‧第三毛細結構

320‧‧‧第一延伸部

322‧‧‧第一開放端

324‧‧‧第一貫穿口

330‧‧‧第二延伸部

332‧‧‧第二開放端

334‧‧‧第二貫穿口

400‧‧‧工作流體

500‧‧‧第一發熱元件

600‧‧‧第二發熱元件

700‧‧‧裝設空間

800‧‧‧第一散熱鰭片組

900‧‧‧第二散熱鰭片組

下列圖式之目的在於使本發明能更容易被理解，於本文中會詳加描述該些圖式，並使其構成具體實施例的一部份。透過本文中之具體實施例並參考相對應的圖式，俾以詳細解說本發明之具體實施例，並用以闡述創作之作用原理。

第1圖係為本發明散熱裝置之第一實施例之立體組合圖；第2圖係為本發明散熱裝置之第一實施例之立體分解圖；第2a圖係為本發明散熱裝置之第一實施例之立體分解圖另一視角； 第3圖係為本發明散熱裝置之第一實施例之組合剖面圖；第4圖係為本發明散熱裝置之第一實施例之局部放大剖面圖A；第5圖係為本發明散熱裝置之第一實施例之局部放大剖面圖B；第6圖係為本發明散熱裝置之第二實施例之立體分解圖；第7圖係為本發明散熱裝置之第二實施例之組合剖面圖；第8圖係為本發明散熱裝置之第二實施例之局部放大剖面圖C；第9圖係為本發明散熱裝置之第二實施例之局部放大剖面圖D；第10圖係為本發明散熱裝置之第三實施例之立體組合圖；第11圖係為本發明散熱裝置之第四實施例之立體組合圖；第12圖係為本發明散熱裝置之第五實施例之立體組合圖；第13圖係為本發明散熱裝置之第五實施例之組合剖面圖；第14圖係為本發明散熱裝置之第六實施例之俯視剖面圖；第15圖係為本發明散熱裝置之第六實施例之剖面圖；第16圖係為本發明散熱裝置之第七實施例之俯視剖面圖；第17圖係為本發明散熱裝置之第七實施例之剖面圖。

本發明之上述目的及其結構與功能上的特性，將依據所附圖式之較佳實施例予以說明。

請參閱第1、2、2a、3、4、5圖，係為本發明均溫板結構之第一實施例之立體組合圖及立體分解圖及立體分解圖另一視角及組合剖面圖及局部放大剖面圖A及 局部放大剖面圖B，如圖所示，本發明所述之散熱裝置，係包含一第一殼體100、一第二殼體200、至少一管體300、一工作流體400；上述該第一、二殼體100、200本實施例係以均溫板作為說明，但並不侷限於此，於具體實施時也可以是其他等效物。

該第一殼體100具有一第一腔室110及至少一第一開口101，該第一腔室110係由一第一蓋板105及一第一底板103相互蓋合所界定，並該第一腔室110內具有一第一毛細結構111，該第一毛細結構111係形成於該第一腔室110的一內壁112上，其中該第一毛細結構111較佳為粉末燒結體，但並不侷限於此，於具體實施時也可以選擇為網格體、纖維體、編織體或溝槽或前述之組合。且該第一開口101係設置於該第一殼體100的該第一蓋板105並貫穿連通該第一腔室110，在本實施例中的第一開口101係以一個做說明，但並不侷限於此，於具體實施時，前述第一開口101的數量可為一個或一個以上。

該第二殼體200具有一第二腔室210及至少一第二開口201，該第二腔室210係由一第二蓋板205及一第二底板203相互蓋合所界定，並該第二腔室210內具有一第二毛細結構211，該第二毛細結構211係形成於該第二腔室210的一內壁212上，其中該第二毛細結構211較佳為粉末燒結體，但並不侷限於此，於具體實施時也可以選擇為網格體、纖維體、編織體或溝槽或前述之組合。且該第二開口201係設置於該第二殼體200的該第二底板203並貫穿連通該第二腔室210，在本實施例中的第二開口201係以一個做說明，但並不侷限於此，於具體實施時，前述第二開口201的數量可為一個或一個以上，並實際數量係配合該第一殼體100的第一開口101的數量。

該管體300具有一管身310及一第一延伸部320及一第二延伸部330，該管體300較佳為熱管，但並不侷限於此，於具體實施時也可以是其他等效物。該第一延伸 部320形成有一第一開放端322及一第一貫穿口324，該第一延伸部320從該第一開口101插接該第一腔室110。該第二延伸部330形成有一第二開放端332及一第二貫穿口334，該第二延伸部330從該第二開口201插接該第二腔室210。並該管身310內設有一管體腔室311及一管體毛細結構312，該管體腔室311係設置於該第一、二開放端322、332之間，該管體毛細結構312係形成於該管體腔室311的一內壁311a上。其中該管體毛細結構312較佳為粉末燒結體，但並不侷限於此，於具體實施時也可以選擇為網格體、纖維體、溝槽、編織體或上述的組合。

該工作流體400設置於前述第一、二腔室110、210及該管體腔室311之中，該工作流體400較佳為純水或甲醇，但並不侷限於此，於具體實施時也可以是其他等效物。因此，藉由本發明的第一、二殼體100、200及管體300結合為一體且第一、二腔室110、210及管體腔室311是相通的結構，令第一、二殼體100、200及管體300相結合間沒有接觸的介面熱阻。

另者，前述第一延伸部320從第一開口101插接入第一腔室110，該第一開放端322是直接抵接該第一殼體100的該第一底板103上的第一毛細結構111，並前述第二延伸部330從第二開口201插接入第二腔室210，該第二開放端332是直接抵接該第二殼體200的該第二蓋板205上的第二毛細結構211，也就是所述第一、二延伸部310、320是分別於該第一、二開口101、201內分別向第一底板103、第二蓋板205延伸，使該第一開放端322與該第一殼體100的第一底板103上的第一毛細結構111相連接一起，且該第二開放端332與該第二殼體200的第二蓋板205上的第二毛細結構211相連接一起，同時該管身310的外側對接相對該第一、二開口101、201內壁且彼此相緊貼結合，並該第一、二延伸部320、330係為該管身310的一部分，相對該一、二延伸部320、330的內壁311a即為該管身310的內壁311a。其中所述第一、二貫穿口324、334分別貫 穿該管身310的內、外側，並該第一貫穿口324係相對該第一腔室110，該第二貫穿口334係相對該第二腔室210，令該管體腔室311透過該第一、二貫穿口324、334連通該第一、二腔室311，在本實施例中該第一、二貫穿口324、334係以五個做說明，於具體實施時也可以是各一個第一、二貫穿口324、334，或其他數量且具有相等效果的第一、二貫穿口324、334。

另者，前述管體毛細結構312是毛細連結第一、二毛細結構111、211，如第4、5圖所示，該管身310的內壁311a其上的管體毛細結構312係於該第一、二延伸部320、330的該第一、二開放端322、332位置處毛細連結(或連接接觸)該第一、二殼體100、200的第一底板103、第二蓋板205其上的第一、二毛細結構111、211。其中，前述所稱的「毛細連結」係指該第一、二毛細結構111、211的多孔隙連通該管體毛細結構312的多孔隙，使得毛細力能從該管體毛細結構312傳遞或延伸到該第一、二毛細結構111、211，因此冷卻的工作流體400可以藉由該毛細力及重力從該第二毛細結構211回流到該管體毛細結構312再回流該第一毛細結構111，進而回到第一腔室內110。

所以藉由本發明之管體毛細結構312毛細連結該第一、二毛細結構111、211的設計，讓於第一腔室110其內冷卻的工作流體可藉由該管體300的管體毛細結構312的毛細力及重力迅速將工作流體回流到第二腔室210內的第二毛細結構211上，或者讓於第二腔室210其內冷卻的工作流體可藉由該管體300的管體毛細結構312的毛細力及重力迅速將工作流體回流到第一腔室110內的第一毛細結構111上，藉以達到提升熱傳效率及均溫的效果，進而也有效增加汽液循環效率。

所以當該第一殼體100的該第一底板103外貼設在相對一第一發熱元件500(如中央處理器或MCU或其他電子元件)上時，該第一殼體100的第一底 板103會吸收該第一發熱元件500產生的一熱量，令該第一殼體100的第一底板103上的內壁112其上第一毛細結構111的工作流體400受熱蒸發後而轉換為蒸發的工作流體(或稱為汽態工作流體)，使蒸發的工作流體會朝該第一腔室110內的第一蓋板105方向流動，同時一部分蒸發的工作流體也會透過該管體300的第一開放端322流動到該管體腔室311內，另一部分蒸發的工作流體透過該管體腔室311流動到該第二殼體200的第二腔室210內，直到該蒸發的工作流體於該第一殼體100的第一蓋板105上及管身310內及第二蓋板205與第二底板203上冷凝後而轉換為冷卻的工作流體(或稱為液態工作流體)，此時該第二蓋板205及該第二底板203內及該管身310內的冷卻的工作流體藉由第二毛細結構211及管體毛細結構312的毛細力及重力迅速回流到該第一腔室100內的該第一底板103其上該第一毛細結構111，因此使該工作流體400於該第一腔室110與管體腔室311與第二腔室210內不斷汽液循環，來達到較佳的散熱效果。

另外，該第一殼體100更具有至少一第一凸緣113，該第一凸緣113係相鄰該第一開口101周緣，並從該第一殼體100的一第一蓋板105向上延伸所構成，且該第一開口101內壁與該第一凸緣113的內側對接相對該第一延伸部320外側。並該第二殼體200更具有至少一第二凸緣213，該第二凸緣213係相鄰該第二開口201周緣，並從該第二殼體200的該第二底板203向下延伸所構成，且該第二開口201內壁與該第二凸緣213的內側對接相對該第二延伸部330外側。透過該第一、二凸緣113、213可有效增加與管體300的結合面積，藉以讓管體300可穩固緊密結合於該第一、二殼體100、200上。

請參閱第6、7、8、9圖，係為本發明散熱裝置之第二實施例之立體分解圖及組合剖面圖及局部放大剖面圖C及局部放大剖面圖D，並輔以參閱第1圖，如圖所 示，本實施例部分結構及功能係與前述第一實施例相同，故在此將不再贅述，惟本實施例與前述第一實施例之不同處係為，該第一、二貫穿口324、334係以各一個做說明，該第一、二貫穿口324、334可令該第一、二腔室110、210與該管體腔室311相互連通，藉此，同樣可達與前述第一實施例相同之功效。

請參閱第10圖，係為本發明散熱裝置之第三實施例之立體組合圖，並輔以參閱第2、3、4、5、6、7、8、9圖，如圖所示，本實施例部分結構及功能係與前述第一、二實施例相同，故在此將不再贅述，惟本實施例與前述第一、二實施例之不同處係為，以該第二殼體200的該第二蓋板205貼設相對的第二發熱元件600，而以該第一腔室110作為蒸發的工作流體的冷凝腔室，藉此，同樣可達與前述第一、二實施例相同之功效。此外，同時將該第一殼體100的第一底板103及該第二殼體200的第二蓋板205分別貼設該第一、二發熱元件500、600(未繪示)，也可達到相同的散熱效果。

請參閱第11圖，係為本發明散熱裝置之第四實施例之立體組合圖，並輔以參閱第2、3、4、5、6、7、8、9圖，如圖所示，本實施例部分結構及功能係與前述第一、二、三實施例相同，故在此將不再贅述，惟本實施例與前述第一、二、三實施例之不同處係為，該第一殼體100及該第二殼體200及該管體300之間界定有一裝設空間700，並一第一散熱鰭片組800係設置於該裝設空間700，該第一散熱鰭片組800與該第一殼體100的該第一蓋板105的外側及該管體300的該管身310的外側及該第二殼體200的該第二底板203的外側相連接，藉由與空氣接觸面積較大的該第一散熱鰭片組800，使於該第一蓋板105及該第二底板203及該管身311的熱能得以迅速傳導至空氣中，藉以提升第一、二殼體100、200之冷凝效率者。

請參閱第12、13圖，係為本發明之散熱裝置第五實施例之立體組合圖及組合剖面圖，並輔以參閱第2、3、4、5、6、7、8、9圖，如圖所示，本實施例部分結構係與前述第四實施例相同，故在此將不再贅述，惟本實施例與前述實施例之不同處係為，當所述第二殼體200的該第二蓋板205沒有貼設第二發熱元件600時，該第二殼體200的該第二蓋板205上更設置有一第二散熱鰭片組900，該第二散熱鰭片組900與該第二殼體200的該第二蓋板205的外側相連接，藉由與空氣接觸面積較大的該第二散熱鰭片組900，使於該第二蓋板205的熱能得以迅速傳導至空氣中，提升第一、二殼體100、200之冷凝效率者。

請參閱第14、15圖，係為本發明之散熱裝置第六實施例之俯視剖面圖及剖面圖，並輔以參閱第2、3、4、5、6、7、8、9、12、13圖，如圖所示，本實施例部分結構係與前述第一、二、三、四、五實施例相同，故在此將不再贅述，惟本實施例與前述之不同處係為，該管體300的內壁311a形成有複數凸體311b，該等凸體311b環形陣列並軸向延伸設置於該內壁311a，該等凸體311b間具有至少一凹槽311c，如第14圖中該管體300之橫截面觀察該等凸體311b相互環形間隔排列，形成類似齒輪狀，但並不侷限於此，所述相鄰設置的凸體311b亦可非等距排列，並該等凹槽311c也可形成其他形狀，並該毛細結構312係形成在該等凸體311b及該等凹槽311c表面上，由於所述凸體311b及凹槽311c增加了該內壁311a的表面積，因此該內壁311a表面上的毛細結構312的孔隙數量也增加，使該工作流體400於該第一腔室110與管體腔室311與第二腔室210內的汽液循環加快，達到較佳的散熱效果。

請參閱第16、17圖，係為本發明之散熱裝置第七實施例之俯視剖面圖及剖面圖，並輔以參閱第2、3、4、5、6、7、8、9、12、13、14、15圖，如圖所示，本實 施例部分結構係與前述第一、二、三、四、五、六實施例相同，故在此將不再贅述，惟本實施例與前述之不同處係為，該管體300的該管體腔室311內設置有一柱體313，該柱體313具有一第一頂端313a及一第二頂端313b，該柱體313之第一頂端313a及第二頂端313b分別延伸進入該第一、二腔室110、210且連接該第一、二殼體100、200的該第一底板103及該第二蓋板205，並該柱體313表面設有一第三毛細結構313c，其中該第三毛細結構313c較佳為粉末燒結體，但並不侷限於此，於具體實施時也可以選擇為網格體、纖維體、編織體或溝槽或前述之組合，且該第三毛細結構313c毛細連結該第一、二毛細結構111、211。藉此位於第一、二毛細結構111、211的該工作流體400除了從該管體毛細結構312回流，也可從該第三毛細結構313c回流，使該工作流體400於該第一腔室110與管體腔室311與第二腔室210內的汽液循環加快，達到較佳的散熱效果。

以上所述，本發明相較於習知具有下列優點：1.第一、二殼體與管體相結合間沒有介面熱阻；2.節省生產成本；3.提升熱傳效率及均溫的效果；4.增加汽液循環效率；5.迅速將熱能傳導致空氣中。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍。

100‧‧‧第一殼體

200‧‧‧第二殼體

300‧‧‧管體

Claims (11)

1. 一種散熱裝置，包含：一第一殼體，具有一由一第一蓋板及一第一底板相互蓋合所界定的第一腔室及至少一第一開口，該第一腔室內具有一第一毛細結構，該第一開口連通該第一腔室；一第二殼體，具有一由一第二蓋板及一第二底板相互蓋合所界定的第二腔室及至少一第二開口，該第二腔室內具有一第二毛細結構，該第二開口連通該第二腔室；至少一管體，具有一管身及一第一延伸部及一第二延伸部，該第一延伸部形成有一第一開放端及一第一貫穿口，該第二延伸部形成有一第二開放端及一第二貫穿口，該第一延伸部從該第一開口插接該第一腔室，該第一開放端抵接該第一殼體的該第一毛細結構，該第二延伸部從該第二開口插接該第二腔室，該第二開放端抵接該第二殼體的該第二毛細結構，並該管身內設有一管體腔室及一管體毛細結構，並該管體毛細結構毛細連結該第一毛細結構與該第二毛細結構；及一工作流體，設置於前述第一、二腔室及該管體腔室之中。
2. 如申請專利範圍第1項所述之散熱裝置，其中該第一開口係設置於該第一殼體的該第一蓋板及該第二開口係設置於該第二殼體的該第二底板。
3. 如申請專利範圍第1項所述之散熱裝置，其中該第一毛細結構及第二毛細結構分別係形成於該第一腔室的一內壁及該第二腔室的一內壁 上，且該第一毛細結構及第二毛細結構係選擇為粉末燒結體、網格體、纖維體、溝槽及編織體其中任一或前述任一複數組合。
4. 如申請專利範圍第1項所述之散熱裝置，其中該管體毛細結構係形成於該管體腔室的一內壁上，該管體毛細結構係選擇為粉末燒結體、網格體、纖維體、溝槽及編織體其中任一或前述任一複數組合。
5. 如申請專利範圍第4項所述之散熱裝置，其中該管體的內壁形成有複數凸體，該等凸體環形陣列並軸向延伸設置於該內壁，該等凸體間具有至少一凹槽，並該毛細結構係形成在該等凸體及該等凹槽上。
6. 如申請專利範圍第1項所述之散熱裝置，其中該管體腔室內設置有一柱體，該柱體具有一第一頂端及一第二頂端，該第一、二頂端分別延伸連接該第一、二殼體，並該柱體表面設有一第三毛細結構，該第三毛細結構毛細連結該第一、二毛細結構，該第三毛細結構係選擇為粉末燒結體、網格體、溝槽、纖維體及編織體其中任一或前述任一複數組合。
7. 如申請專利範圍第1項所述之散熱裝置，其中該第一、二貫穿口分別貫穿該管身內、外側，令該管體腔室透過該第一、二貫穿口連通該第一、二腔室。
8. 如申請專利範圍第1項所述之散熱裝置，其中該管體腔室係設置於該第一、二開放端之間。
9. 如申請專利範圍第1項所述之散熱裝置，其中該第一殼體為一均溫板。
10. 如申請專利範圍第1項所述之散熱裝置，其中該第二殼體為一均溫板。
11. 如申請專利範圍第1項所述之散熱裝置，其中該管體為一熱管。