專利名稱：緩沖式散熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種緩沖式散熱裝置(heat sink)，尤其是涉及一種同時(shí)使用液態(tài)和固態(tài)的高傳導(dǎo)物質(zhì)以進(jìn)行散熱的結(jié)構(gòu)。
常用的散熱裝置，例如應(yīng)用于一電腦之中央處理單元(CPU)的散熱片，如

圖1所示，由于產(chǎn)業(yè)技術(shù)上的迅速發(fā)展，其發(fā)熱量將愈來(lái)愈高而尺寸卻會(huì)愈來(lái)愈小，為了將此密集熱量有效地散發(fā)到系統(tǒng)外環(huán)境，以維持元件在許可的溫度下工作，通常以具有較大面積的底座22的散熱片20附加在發(fā)熱電子元件10表面上，來(lái)增加其總體散熱面積以提高散熱效果。散熱的方式通常為空氣自然對(duì)流冷卻，或以風(fēng)扇行空氣強(qiáng)制對(duì)流冷卻。
此時(shí)散熱片的散熱量、熱阻及溫差關(guān)系可由下列公式(Seri Lee著“Calculating Spreading Resisanc in Heat Sink”,ElectronicsCooling,Vol.4,No.1,1998)表示為其中q=ΔTR0+Rc=Tb,max-TairRt----(1)]]>Rc=Ap-AskπApAs×λkApR0+tanh(λt)1+λkApR0tanh(λt)----(2)]]>λ=π2/3Ap+1As----(3)]]>方程式中，ΔT為散熱片底座22最高溫度Tb,mam與環(huán)境溫度Tair之差，R0為散熱片20之平均熱阻，其為整體散熱片底座均勻受熱時(shí)之熱阻。Rc為散熱片之收縮熱阻(constriction resistance)，或稱為分散熱熱阻(spreading resistance)即熱流束由熱源區(qū)域沿散熱片底座橫向傳遞至邊緣的熱阻，散熱片總熱阻Rc愈小，其散熱性能愈佳，底座溫度Tb,max及電子元件表面溫度也愈低。此外，Ap為散熱片底座面積，As為熱源面積，k為散熱片底座的熱傳導(dǎo)率。因此一當(dāng)散熱片底座面積Ap大于熱源面積As時(shí)，分散熱阻占總熱阻的比例隨Ap/As增加而增加。分散熱阻愈大代表熱量較集中于散熱片熱源區(qū)域，散熱片的使用率低，散熱片底座的最高溫度Tb,max較高且溫度梯度也較大。分散熱阻愈小則代表熱量較分散于散熱片底座，散熱片的使用效率高，散熱片底座的最高溫度Tb,max因而較低且溫度梯度也較小。由公式(2)可知分散熱阻Rc隨散熱片底座面積與熱源面積比值A(chǔ)p/As增加而增加，且隨散熱片底座的熱傳導(dǎo)率k或底座高度t的增加而減小。當(dāng)電子元件散熱需求增加，必須采用較大底座散熱片以增加散熱時(shí)(即維持散熱片底座最高溫度Tb,max于許可范圍內(nèi))，為彌補(bǔ)散熱片分散熱阻增加散之缺失，由公式(1)可知，必須設(shè)法降低散熱片的平均熱阻。其方式有提高冷卻空氣的流速或增加更多的散熱片，抑制或降低冷卻空氣的溫度Tair以提高冷卻動(dòng)力(driving force)，而加大散熱片底座高度t或改用較高熱傳導(dǎo)率材質(zhì)(如鋁改為銅)亦可減小分散熱阻?？v觀這些彌補(bǔ)措施將增加噪音、重量、成本及系統(tǒng)復(fù)雜度等，且效果有限，并非是很有效的解決方式。
有鑒于此，本實(shí)用新型的目的之一是提供一種緩沖式散熱裝置，利用一具有高比熱的流體吸取大量發(fā)熱源的熱量，再由一具有良好導(dǎo)熱的金屬傳送熱量散發(fā)至大氣環(huán)境中，以避免散熱裝置與發(fā)熱源直接接觸部份產(chǎn)生局部過(guò)熱的現(xiàn)象，同時(shí)也能提供較佳的散熱能力。
根據(jù)上述的實(shí)用新型的目的，提供的緩沖式散熱裝置用以將一發(fā)熱源的熱量散至一大氣環(huán)境中，其特征在于至少包括一吸熱部與一散熱部。其中吸熱部與發(fā)熱源直接接觸，為一高導(dǎo)熱的第一金屬導(dǎo)體構(gòu)成的一封閉容器，內(nèi)部則填充一高比熱的流體，通過(guò)第一金屬導(dǎo)體傳導(dǎo)發(fā)熱源的熱量，而由流體吸收熱量，散熱部為一高導(dǎo)熱的第二金屬導(dǎo)體所構(gòu)成，部份結(jié)構(gòu)置于吸熱部的封閉容器內(nèi)與流體接觸，另一部份結(jié)構(gòu)則延伸出至大氣環(huán)境中，使流體的熱量能通過(guò)傳導(dǎo)由散熱部散出。高導(dǎo)熱的第一金屬和第二金屬可采用鋁，填充封閉容器內(nèi)的流體可為水，封閉容器表面與散熱部皆形成具有鰭片的結(jié)構(gòu)以便能增加散熱面積。
為讓本實(shí)用新型的上述和其他目的、特徵征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特例舉一較佳實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明。
圖1為一種以散熱片提供電子元件散熱的示意圖；圖2為一種本實(shí)用新型的緩沖式散熱裝置提供電子元件散熱的示意圖；圖3為本本實(shí)用新型的緩沖式散熱裝置的立體分解圖；圖4為圖3的本實(shí)用新型緩沖式散熱裝置的組合圖；圖5為本實(shí)用新型的緩沖式散熱裝置另一實(shí)施例的立體分解圖；圖6為圖4的本實(shí)用新型緩沖式散熱裝置的組合圖參照?qǐng)D2，其為本實(shí)用新型緩沖式散熱裝置的側(cè)示圖，對(duì)照?qǐng)D1的傳統(tǒng)散熱片，本實(shí)用新型散熱裝置30，包括一吸熱部32與一散熱部34，在示意圖上，吸熱部32可對(duì)應(yīng)常用散熱片的底座的部份，不過(guò)其構(gòu)造上及其所能達(dá)成的功能卻與常用的散熱片大不相同。雖然吸熱部32同常用散熱片底座一樣，是用與電子元件10等發(fā)熱源直接接觸，不過(guò)卻為一高導(dǎo)熱的金屬導(dǎo)體所構(gòu)成的一封閉容器，內(nèi)部的空間填充著一高比熱的流體，主要能達(dá)成將封閉容器外圍的金屬導(dǎo)體傳導(dǎo)電子元件10所產(chǎn)生的熱量，由內(nèi)部的流體吸收，于是電子元件10所散發(fā)出的熱，較大部份都蓄積在封閉容器的流體內(nèi)，而流體一般所具有的儲(chǔ)存熱容積量比導(dǎo)體都大，因此能吸收較多的熱量，而且是均勻地由封閉容器內(nèi)的流體所吸收。
至于散熱部34，由圖2的外觀上，其與常用散熱片20所具有的片狀結(jié)構(gòu)似乎相同，不過(guò)若再由圖3及圖4的立體分解圖及組合圖，則可清楚了解本實(shí)用新型散熱裝置的散熱部34的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。如圖3所示，散熱部亦為一高導(dǎo)熱的金屬導(dǎo)體所構(gòu)成，其部份結(jié)構(gòu)置于吸熱部的封閉容器內(nèi)與流體接觸，另一部份結(jié)構(gòu)則延伸出至大氣環(huán)境中，使流體的熱量能通過(guò)傳導(dǎo)而由散熱部32散出正由于本實(shí)用新型具有吸熱部32的設(shè)置，因此可謂具有緩沖熱源的能力，在這樣的散熱模式下，由于與發(fā)熱源直接接觸的吸熱部具有高的熱容積，不致形成接觸部份產(chǎn)生局部過(guò)熱的現(xiàn)象，同時(shí)也能提供較佳的散熱能力。
上述吸熱部32與散熱部34所采用的高導(dǎo)熱的金屬，主要利用其具導(dǎo)熱系數(shù)高的特性，使熱能快速向外傳導(dǎo)，因此一般可選用具高導(dǎo)熱系數(shù)的金屬如鋁。鋁的價(jià)格過(guò)高，所以也可選用如銅的金屬。本實(shí)用新型的吸熱部32中，雖然封閉容器本身的高導(dǎo)熱金屬，主要是通過(guò)熱傳導(dǎo)，其熱量由內(nèi)部填充的流體所吸收，但在實(shí)際散熱過(guò)程中，仍然會(huì)將熱經(jīng)由吸熱部32與散熱部34連接之處傳至散熱部34，而在傳熱過(guò)程中便由外界強(qiáng)制對(duì)流的冷空氣將熱帶走，因此，為增加散熱的效果，吸熱部32封閉容器表面可形成具鰭片結(jié)構(gòu)的突起，使其表面積增加以增加散熱效能。當(dāng)然，對(duì)于散熱部34而言，其伸出大氣環(huán)境的結(jié)構(gòu)，甚至置于吸熱部32的封閉容器內(nèi)的結(jié)構(gòu)，為增加散熱或吸熱效能，最好是各結(jié)構(gòu)表面漸形成具鰭片的結(jié)構(gòu)，以增加散熱或吸熱面積。
這樣對(duì)于填充吸熱部32的封閉容器的流體，為達(dá)成能吸收較多的熱量，最好是采用具有高熱傳系數(shù)與高比熱的物質(zhì)，且重點(diǎn)應(yīng)是選用具有高比熱，這樣才能吸收最多發(fā)熱源的熱量。針對(duì)此點(diǎn)，水應(yīng)是不錯(cuò)的選擇，其具有539卡的高比熱系數(shù)。
再參照?qǐng)D5及圖6，其為本實(shí)用新型緩沖式散熱裝置的另一實(shí)施例。此實(shí)施例與上述的原理皆相同，只是構(gòu)造上的設(shè)計(jì)有所不同，同樣能達(dá)成本實(shí)用新型具有緩沖效果的散熱裝置。
綜上所述，雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例加以揭示，然而，其并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟悉此技術(shù)者，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，可能會(huì)作些更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以申請(qǐng)專利的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種用以將一發(fā)熱源的熱量散至大氣環(huán)境中的緩沖式散熱裝置，其特征在于至少包括一吸熱部，與發(fā)熱源直接接觸，為一高導(dǎo)熱的第一金屬導(dǎo)體構(gòu)成的一封閉容器，內(nèi)部則填充一高比熱的流體，利用上述第一金屬導(dǎo)體傳導(dǎo)發(fā)熱源的熱量，用流體吸收熱量；一散熱部，為一高導(dǎo)熱的第二金屬導(dǎo)體所構(gòu)成，部份結(jié)構(gòu)置于上述吸熱部的封閉容器內(nèi)與該流體接觸，另一部份結(jié)構(gòu)則延伸出至大氣環(huán)境中，使流體的熱量能利用傳導(dǎo)而由上述散熱部散出。
2.如權(quán)利要求1所述的緩沖式散熱裝置，其特征在于，上述發(fā)熱源為一電子元件。
3.如權(quán)利要求2所述的緩沖式散熱裝置，其特征在于，上述發(fā)熱源為一電腦的中央處理單元(CPU)。
4.如權(quán)利要求1所述的緩沖式散熱裝置，其特征在于，上述吸熱部還包含一用以連接上述發(fā)熱源的接觸墊。
5.如權(quán)利要求1所述的緩沖式散熱裝置，其特征在于，上述第一金屬導(dǎo)體為鋁。
6.如權(quán)利要求1所述的緩沖式散熱裝置，其特征在于，上述封閉容器表面還包含形成具鰭片結(jié)構(gòu)以增加散熱面積。
7.如權(quán)利要求1所述的緩沖式散熱裝置，其特征在于，上述流體為水。
8.如權(quán)利要求1所述的緩沖式散熱裝置，其特征在于，上述第二金屬導(dǎo)體為鋁。
9.如權(quán)利要求1所述的緩沖式散熱裝置，其特征在于，上述散熱部伸入上述封閉容器的部份形成具鰭片結(jié)構(gòu)以增加吸熱面積。
10.如權(quán)利要求1所述的緩沖式散熱裝置，其特征在于，上述散熱部突出至大氣環(huán)境的部份形成具鰭片結(jié)構(gòu)以增加散熱面積。
專利摘要本實(shí)用新型是涉及一種緩沖式散熱裝置,包含一與發(fā)熱源直接接觸的吸熱部,為一高導(dǎo)熱的金屬導(dǎo)體構(gòu)成的一封閉容器,內(nèi)部填充一高比熱的流體;以及一散熱部,其部分結(jié)構(gòu)置于封閉容器內(nèi)與流體接觸,另一部分結(jié)構(gòu)則延伸至大氣環(huán)境中;利用吸熱部提供具有高熱容積能力以吸取大量發(fā)熱源的熱量,再通過(guò)散熱部良好的傳導(dǎo)散熱性將熱量散至大氣環(huán)境中,由于與發(fā)熱源直接接觸的吸熱部具高熱容積,不致產(chǎn)生局部過(guò)熱現(xiàn)象,同時(shí)能提供較佳的散熱能力。
文檔編號(hào)H01L23/42GK2461147SQ0026864
公開(kāi)日2001年11月21日 申請(qǐng)日期2000年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月22日
發(fā)明者張瑞祺 申請(qǐng)人:神基科技股份有限公司