TW200530552A - Heat sink - Google Patents

Description

200530552 五、發明說明（1) 技術領域 本發明係關於—種散熱器（heat sink)，特別是關於 一種可以迅速散熱且具高散熱效能的散熱器。 【先前技術】

Pf著電子元件越來越精密，電子元件所產生之熱也越 來越多、’，致使僅以自然或強制對流方式將熱散逸至環境中 係為，當不足的。為加強電子元件之散熱效果，現行的做 法大多為在熱源處以散熱器將熱導出，經由散熱器之鰭片 (f 1 η)以自然或強制對流方式將熱散逸至環境中。 然而現行具有風扇之散熱器仍有部分問題無法克服， 諸如鰭片表面與流經散熱器之氣流溫度差僅攝氏5 — 1〇度而 造成溫度梯度不足的問題、散熱器本身之材料及結構所造 成的熱阻問題、傳統散熱器最高只有7 〇 %以下之鰭片效率 等問題’前述問題造成現行散熱器無法提供更高之散熱 量’使之不足以解決發熱量較高的電子元件的散熱問題。 因而，美國專利第6490 1 60號專利案中提出一種内含 蒸氣室（ν a ρ 〇 r c h a m b e r )的散熱器。此技術係在散熱器内 形成單一蒸氣室，蒸氣室之頂部係由深入散熱器之鳍片内 部而成陣列排列的片狀尖頭空心管（tapered ho Π nu,. 所構成，蒸氣室底部則為與全部尖頭空心管底部相連、社、 單一腔室。此技術係藉由液體在腔室内吸熱蒸發至尖f t 心管内，再與外界熱交換凝結而沿著空心管壁面的2 3空 細結構自最外圍邊壁回流至腔室内的方式，達到j 曰毛 。 舣热的效 采0

200530552 五、發明說明（2) '一~---- 然而，由於液體回流至腔室所行經之路徑太長，故 受熱負載大的情形下，會產生整個蒸氣室内均為過熱之^ 氣而沒有冷凝液存在的乾化（dryout)現象，此時$ ^ = 制已變更為單相流體，且回流路徑過長，而造成除靠'近最 外圍鰭片外的其他鰭片均失效的結果。在此情形下，有咬 散熱面積會大幅降低，進而大幅降低散熱器之散熱效果二 另^卜二美國專利第2〇〇2/〇118511號申請案則提出另一 種内含瘵氣室的散熱器。此技術也在散熱器内形成單一蒸 氣至，僅將蒸氣至頂部改為矩陣排列的柱狀空心管所構 成，蒸氣室底部仍為與全部空心管底部相連結的單一腔 室。此技術係利用液體在腔室内吸熱蒸發至空心管内，再 與外界熱交換凝結，藉由液體本身之重力沿著璧面滴回腔 室的方式達到散熱效果。然而由於此種方式之简液機制係 採用重力’故具有方向性的問題，當散熱器之安裝方向改 變時，此回水機制立即失效。 鑑於此，也有結合上述二技術的方式在us 2 0 0 2 / 0 1 1 8 5 1 1號申請案之柱狀空心管内部形成多孔性結 構，以使液體可以沿著空心管壁面的多孔性結構自最外圍 邊壁藉由毛細力回流至腔室内。然而此種技術同樣存在us 64 90 1 60號專利案之問題，在使用於高受熱負載的情形 下’會發生乾化現象及除靠近最外圍空心管外的其他空心 官均失效的狀況，而大幅降低散埶效。 【内容】 ^ 因此，為解決上述問題，本發明係提出一種散熱器，

200530552 五、發明說明（3) 以在任意受熱負載之情形下，均大幅提高散熱效果、 本發明另提出一種散熱器，在高受熱負載下 散熱效果。 7 /、有同 本發明再提出一種散熱器，在任意安裝方向上， 獲得高散熱效果。 = 本發明再提出一種散熱器，以防止乾化現象及 點之發生。 』σ丨热 為此，本發明係提供一種散熱器，係由殼體及 孔性結構所構成。殼體具有多個中空鰭片及底座， :5 = :=間’且縛片係平行排列。多孔二结構 係:別位於不同的鰭片的内壁面上，且與底座相連接， 一多孔性結構内具有一蒸發室。 母 士發明另提供-種散熱器，係、由殼體及多個多孔 構所構成。殼體具有多個中空穿 、、、° 部的内壁面上，且盥底ί相ί:構係分別位於不同的突出 一蒸發室❶ /、底庄相連接，每一多孔性結構内具有 前述多孔性結構係毛細纟 .. (_h)、_,(fiber)、二)(wick)，隸可以為網狀 (groove)。多孔性結構盎殼。:二⑷及/或溝狀 著、填充及/或沈積。多二生體”合方法可以為燒結、黏 &、、4構之材質包括塑膠、諸 U播鐵：的金屬/合金或多孔性非金屬材料：多孔性 :構：填充有液體’此液體可以為無機化合物、水 顯、諸如汞的液態金屬、_類、諸如HFC_134a等的冷媒、

$ 7頁 200530552 五、發明說明（4) 或其他有機化合物。 前述殼體可以是一體成型，也可以是由多個組件相互 結合而成。前述組件之結合方式可以為焊接、卡固、嵌 合、一體成型及/或黏著。相鄰之蒸發室可經由多孔性結 構相互連通，也可以直接相互連通。 前述蒸發室係於前述密閉空間内陣列排列、縱向排 列、平行排列及/或橫向排列。

綜上所述，由於本發明之散熱器藉由毛細組織（多孔 性結構）分隔成多個小蒸氣室及/或小區域，致使每一突 出部之毛細組織可以各自形成獨立的循環，因此，即使在 高受熱負載下，也不會發生回液不及而產生乾化現象，而 可維持高散熱效果。 再者，由於本發明散熱器内之小蒸氣室及/或小區域 底部係由相互連通的毛細組織（吸熱部）所組成，因而各 小蒸氣室及/或小區域内之液體可以藉由底部之毛細組織 相互流通，因此可以大幅降低局部熱點出現的機會，且可 以將熱均勻分散至各小蒸氣室及/或小區域中。

再者，由於本發明散熱器内之液體回流機制係採用毛 細力作用，而非單純倚靠重力，因此散熱器之安裝方向不 會影響液體回流速度。 再者，由於本發明散熱器内之蒸氣室是由多個小蒸氣 室及/或小區域所組成，各小蒸氣室及/或小區域之液體回 流路徑短，因此可以大幅提高液體回流速度，進而大幅提 向散熱效果。

第8頁 200530552 五、發明說明（5) =讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 嘁易«，下文特舉一較佳實施例，並配合所 細說明如下： 八^ 【實施方法】 第1圖係繪示本發明一較佳實施例之散熱器丨〇〇 圖。散熱器100係由殼體丨02及位於殼體1〇2内的多孔性結u 構ho所構成，其中殼體102内部係形成密閉空間124。、·" 118 具有多個中空突出部120及用以^熱結構 =ϋ1122。底座122係隨著突出部120之設置區域及 構118的形狀改變形狀及/或尺寸。突出部12〇之形 内部中空且朝向底座122之一端開。、相對端封閉 η:可’具體而言，形狀例如是縛片狀、柱狀、片 狀、錐狀、塊狀，形式例如是曲線狀、傾斜 其，任意形狀。殼體1〇2可以為一體成型，也狀可：由直狀或 =互結合而成’其中結合的方式只要可二以互由夕;固 合即可，例如是焊接、+固、歲合、一體c j 者，密閉空間124可受到多孔性結構11〇的區 f 個蒸氣室11 2。 刀而刀^成多

MioL 於殼體102之内壁面’且被密封於殼 版2内’多孔性結構110係於殼體1〇2内形成多個蒸氣6 112。多孔性結構110係區分為傳導部104、1〇6及吸熱部至 10 8用以吸納液體，且冷凝後之液體係經傳導部丨〇 4、 1 0 6傳導至吸熱部i 〇 8。其中，液體例如是無機化合物、 ^ 醇類、诸如汞的液態金屬、酮類、諸如H F C - 1 3 4 a等的

200530552 五、發明說明（6) 冷媒 '或其他有機化合物。液體之沸騰溫度可藉由蒸氣室 1 1 2内之壓力進行控制。吸熱部1 〇 8係位於底座1 2 2之内表 面上’且吸納前述液體。傳導部1 〇 4係位於突出部1 2 0之内 表面上，用以將冷凝後之液體朝吸熱部方向傳導。傳導部 1 0 6係位於吸熱部1 0 8及傳導部1 〇 4之間，且同時與吸熱部 1 0 8及傳導部1 0 4相連接。 傳導部1 0 4、1 0 6、吸熱部1 〇 8之材質例如是銅、鋁、 鐵、或其他金屬及/或合金、塑膠或多孔性非金屬材料。 傳導部1 〇 4、1 〇 6、吸熱部1 0 8之形式只要具有孔隙即可， 例如是毛細組織（wick)，具體而言例如是網狀（mesh)、纖 維狀（fiber)、燒結（sinter)、溝狀（groove)、或其他結 構。另外，多孔性結構11 0與殼體1 〇 2之結合方法例如是燒 結、黏著、填充、沈積。 再者，傳導部1 06位於相鄰之突出部丨2〇之間，以使傳 導部104内之液體可以迅速沿著傳導部106回流至吸熱部 1 0 8内。傳導部1 0 6係將密閉空間1 2 4分隔成多個小蒸氣室 1 1 2，每一蒸氣室1 1 2對應至少一個突出部丨2 〇。傳導部i 〇 6 也可以將密閉空間1 2 4分隔成多個相互連通的小區域，每 一小區域對應至少一個突出部1 2 〇。再者，蒸氣室丨丨2或小 區域可為陣列排列’也可以為縱向排列，也可以為橫向排 列，也可以為平行排列，也可以為斜向排列，也可以為不 規則排列。 ^ 另外，密閉空間1 24雖然被傳導部丨〇6分隔成多個小蒸 氣室112及/或小區域，每一蒸氣室112及/或小區域底部:

II

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^部108所含的液體依然可以在相互連通之吸埶部ι〇8内 立相流通，而大幅減少使得散熱器丨〇〇底部局 出現機會，也可均勻的將熱分散至散熱^〇〇底(= 母一處。 接著，以上述散熱器1 〇 0為例說明本發明之散熱機 制。在此實例中，散熱器100底座122係安裝於發熱結構 1 1 8上’發熱結構1 1 8例如是由發熱元件1 1 6及連接於發熱 結構1 1 6上的導熱結構1 1 4所構成，具體而言，導熱結構 1 1 4例如是散熱膏、相變化金屬片，發熱元件丨丨6例如是中 央處理單元（CPU )、半導體晶片。另外，在此實例中，突 出部1 2 0係以鰭片為例進行說明。 當蒸氣室11 2底部受熱溫度上升至液體沸點時，含於 吸熱部1 〇 8内的液體大量的蒸發與沸騰，使得蒸氣室丨丨2内 t壓力上升而蒸氣迅速往鰭片處移動。接著，藉由自然對 流或強制對流方式對鰭片加以散熱，而蒸氣在鰭片内表面 礎、纟η成液體後渗透進入鰭片内部的傳導部1 〇 4 (毛細組 織）内。由於吸熱部1 〇 8 (毛細組織）是乾的，而傳導部 1 0 4是濕的，因此藉由毛細力的作用，使得液體由鰭片回 流至蒸氣室11 2底部，完成一循環。 由於鰭片底部邊緣與底座1 2 2均以傳導部1 0 6 (毛細組 織）加以連結，因此可有效提升回流速度，並避免乾化現 象的情況產生。 綜上所述，由於本發明之散熱器藉由毛細組織（多孔 性結構）分隔成多個小蒸氣室及/或小區域，致使每一突

200530552 五、發明說明（8) ，部之毛細組織可以各自形成獨立的循環，因此’即使在 =熱負載下，也不會發生回液不及而產生乾化現象，而 J維持高散熱效果。 ，者，由於本發明散熱器内之小蒸氣室及/或小區域 小^，由相互連通的毛細組織（吸熱部）所組成，因而各 ，虱室及/或小區域内之液體可以藉由底部之毛細組織 以脾f通’因此可以大幅降低局部熱點出現的機會，且可 乂將熱均勾分散至各小蒸氣室及/或小區城中。 細六Ϊ者，由於本發明散熱器内之液體回流機制係採用毛 合办_用’而非單純倚靠重力，因此散熱器之安裝方向不 曰衫響液體回流速度。 室及/再或者I、上於本發明散熱器内之蒸氣室是由多個小蒸氣 流路徑明顯地成/各小蒸氣室及/或小區域之液體回 回流逮产，i隹^珂述習知技術，因此可以大幅提高液體 ^ ^ i 而大幅提高散熱效果。 雖然本發明 以限定本發明 較佳實施例揭露如上，然其並非用 神和範圍内，丄任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 護範圍當視後Ζ可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 曼附之申請專利範圍所界定者為準。 200530552 圖式簡單說明 第1圖係繪示本發明一較佳實施例之散熱器的示意 圖。 【圖示之符號說明】 1 0 0 :散熱器 1 0 2 :殼體 1 0 4、1 0 6 :傳導部 1 0 8 :吸熱部 1 1 0 :多孔性結構 1 1 2 :蒸氣室 1 1 4 :導熱結構 1 1 6 :發熱元件 1 1 8 :發熱結構 1 2 0 :突出部 122 :底座 124 :密閉空間

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Claims (1)

1. 200530552 六、申請專利範圍 1 · 一種散熱器，包括： 一殼體具有複數個中空鰭片及 底座構成一密閉空間，且該些縛片 複數個多孔性結構，每一該些 同的該些鰭片的内壁面上，且與該 多孔性結構内具有一蒸發室。 2. 如申請專利範圍第1項所述 片係内部中空且朝向該底座之一端 式。 3. 如申請專利範圍第1項所述 孔性結構係毛細組織（w i ck )。 4. 如申請專利範圍第1項所述 孔性結構之形狀係選自網狀（mesh) 結（sinter)、溝狀（groove)所組成 5 ·如申請專利範圍第1項所述 孔性結構與該殼體之結合方法係選 沈積所組成之族群其中之一。 6. 如申請專利範圍第1項所述 孔性結構内填充有一液體。 _ 7. 如申請專利範圍第6項所述 係選自無機化合物、水、醇類、液 有機化合物所組成之族群其中！/ 8. 如申請專利範圍第1項所述 孔性結構之材質包括選自塑膠、金 一底座，該些鰭片與該 係平行排列；以及 多孔性結構分別位於不 底座相連接，每一該些 之散熱器，其中該些縛 開口、相對端封閉的形 之散熱器，其中該些多 之散熱器，其中該些多 、纖維狀（f i b e r )、燒 之族群其中之一。 之散熱器，其中該些多 自燒結、黏著、填充、 之散熱器，其中該些多 之散熱器，其中該液體 態金屬、酮類、冷媒、 〇 之散熱器，其中該些多 屬、合金、多孔性非金

   第14頁 200530552 六、申請專利範圍 屬材料所組成之族群其中之一。 9 ·如申請專利範圍第1項所述之散熱器，其中該些多 孔性結構之材質包括選自銅、鋁、鐵所組成之族群其中之 〇 10. 如申請專利範圍第1項所述之散熱器，其中該殼 體係一體成型。 11. 如申請專利範圍第1項所述之散熱器，其中該殼 體係由複數個組件相互結合而成。 12. 如申請專利範圍第11項所述之散熱器，其中該些 組件之結合方式係選自焊接、卡固、嵌合、一體成型、黏 著所組成之族群其中之一。 13. 如申請專利範圍第1項所述之散熱器，其中相鄰 之蒸發室係經由該多孔性結構相互連通。 14. 如申請專利範圍第1項所述之散熱器，其中相鄰 之蒸發室係相互連通。 15. —種散熱器，包括： 一殼體具有複數個中空突出部及一底座，該些突出部 與該底座構成一密閉空間；以及 複數個多孔性結構，每一該些多孔性結構分別位於不 同的該些突出部壁面上，且與該底座相連接，每一該些多 孔性結構内具有一蒸發室。 16. 如申請專利範圍第1 5項所述之散熱器，其中該些 突出部係内部中空且朝向該底座之一端開口、相對端封閉 的形式。

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   六、申請專利範圍 17·如申請專利範圍第15項所述之散熱器，其中該些 突出部之形狀係選自鰭片狀、枉狀、片狀.、錐狀、塊狀所 組成之族群其中之一。 18·如申請專利範圍第1 5項所述之散熱器，其中該些 多孔性結構係毛細組織（w i c k)。 19. 如申請專利範圍第1 5項所述之散熱器，其中該些 多孔性結構之形狀係選自網狀（mes h )、纖維狀（f i ber)、 燒結（sinter)、溝狀（groove)所組成之族群其中之一。 20. 如申請專利範圍第1 5項所述之散熱器，其中該些 多孔性結構與該殼體之結合方法係遠自燒結、黏著、填 充、沈積所組成之族群其中之一。 夕21.如申請專利範圍第1 5項所述之散熱器，其中該些 多孔性結構内填充有一液體。 及 2 2 ·如申請專利範圍第2 1項所述之政熱器’其中該液 體係選自無機化合物、水、醇類、浪態金屬、S同類、冷 '、、有機化合物所組成之族群其中& / 2 3 ·如申請專利範圍第1 5項所述之散熱器，其中該些 二孔性結構之材質包括選自塑膠、金屬、合金、多孔性非 *屬材料所組成之族群其中之一。 ，24.々口申請專利範圍第1 5項所述之散熱器’其中該些 :孔性結構之材質包括選自銅、銘、鐵所組成之族群其中

   2 5·如申請專利範圍第1 5項所 〜體成型。 述之散熱器’其中該殼

   第16頁 200530552 六、申請專利範圍 26. 如申請專利範圍第1 5項所述之散熱器，其中該殼 體係由複數個組件相互結合而成。 27. 如申請專利範圍第26項所述之散熱器，其中該些 組件之結合方式係選自焊接、卡固、嵌合、一體成型、黏 著所組成之族群其中之一。 28. 如申請專利範圍第1 5項所述之散熱器，其中相鄰 之蒸發室係經由該多孔性結構相互連通。 29. 如申請專利範圍第1 5項所述之散熱器，其中相鄰 之蒸發室係相互連通。 30. 如申請專利範圍第1 5項所述之散熱器，其中該些 多孔性結構之該蒸發室係於該密閉空間内陣列排列、縱向 排列、平行排列、橫向排列、斜向排列、不規則排列。

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