CN100401507C - 一种散热装置及其散热方法 - Google Patents

Abstract

一种散热装置，主要包括一吸热头、一热管及一水管封套。热管具有一受热端及一冷凝端，其中热管的受热端连接吸热头，且热管表面邻近冷凝端处突出一凸缘。一套接头套设于热管的冷凝端，并连接水管封套的一套接口，使得冷凝端密封于水管封套中，且热管的凸缘被套接口及套接头紧密卡合。本发明的散热装置可将处理芯片产生的废热系依序经由吸热头及热管的受热端而传导至热管的冷凝端，再借由水流循环流动于水管封套中而将冷凝端的废热排除。如此散热装置可迅速地移除处理芯片产生的废热，以使处理芯片得以稳定地保持于工作温度运作。

Description

一种散热装置及其散热方法

技术领域

本发明涉及一种散热装置，尤其涉及一种用于电子产品上的散热装置。

背景技术

随着半导体科技的进步，集成电路(IC)已被大量地使用于个人计算机、笔记型计算机及网络服务器等电子装置的芯片中。然而，由于集成电路的处理速度和功能显著提高，使得集成电路相应产生的废热亦显著增加，若不能有效地将此废热排除，则容易造成电子装置失效。因此，各种散热方式乃被提出，以使可迅速地将集成电路产生的废热排除，避免发生电子装置失效的事情。

图1为现有技术的一种气冷式散热装置的侧视图。请参考图1，现有技术的散热装置100能将主机板50上的中央处理单元52所产生的废热排出。散热装置100是借由螺丝110锁合于主机板50上，以使散热装置100的下缘贴合于中央处理单元52的上缘。中央处理单元52运作时产生的废热，则可经由中央处理单元52的上缘传导至散热装置100，并借由散热装置100将此废热排放至空气中。为了增加散热装置100与空气的接触面积，散热装置100一般会设置多个散热鳍片120；同时为了增加空气扰动的幅度，更可设置一散热风扇130于散热装置100的上方，如此即可增加散热装置100将废热排放至空气的速率。

如上所述，由于散热装置100与空气间的热传导性取决于两者间接触的面积以及空气扰动的幅度大小，因此当中央处理单元52因效能提升而产生更多废热时，则散热装置100相对地要设置更多散热鳍片120或是增快散热风扇130的转速，始能适时地将中央处理单元52产生的废热排出至空气中。然而，散热装置100必须增大其体积才能够设置更多散热鳍片120，如此会增加制作散热装置100的成本，并且散热装置100施压在中央处理单元52上的重量亦容易造成中央处理单元52损坏。此外，增快散热风扇130转速所造成的噪音亦无法符合使用者对于低噪音的要求。

为解决上述散热装置其散热效果不佳等问题，现有技术亦提出利用水循环流动来排除废热的设计。图2为现有技术的一种水冷式散热装置的侧视图。请参考图2，现有技术的散热装置200能将主机板50上的中央处理单元52所产生的废热排出。散热装置200内部具有一信道210可供水流通过此信道210，而信道210的两端具有一进水口212及一出水口214，且进水口212及出水口214分别连接一水冷排管220。当水流自进水口212流进散热装置200内部的信道210后，水流会吸收中央处理单元52产生的废热，接着从出水口214流出，以使废热被排放出去。由于水具有高比热的特性，因此可以大幅吸收废热，而使散热装置200具有快速散热的效果。然而，散热装置200下方是精密的中央处理单元52及主机板50，若是因为散热装置200的密封程度不完整，造成水流外漏，则容易导致中央处理单元52或是主机板50因电路短路而损坏。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种散热装置，其具有可迅速散热的效果。

本发明的另一目的是提供一种水冷散热装置，其用以迅速地移除由处理芯片所产生的废热，且其密封性好，并利用一个吸热头与产热电子组件相连，而避免产热电子组件，例如计算机中央处理单元及主机板直接处于该散热装置下方，从而可杜绝水流外漏而导致中央处理单元或是主机板因电路短路而损坏。

本发明的又一目的是提供一种水冷散热方法，其可达到迅速散热的目的，又能避免水流外漏而导致中央处理单元或是主机板因电路短路而损坏。

基于上述及其它目的，本发明提出一种散热装置，至少包括一吸热头、一热管及一水管封套。热管的第一端(受热端)连接吸热头，而热管的第二端(冷凝端)套设一套接头，且热管表面邻近第二端处突出一凸缘。水管封套至少具有一入水口、一出水口及一套接口，其中套接口连接套接头，使得热管的第二端密封于水管封套中，且热管的凸缘被套接口及套接头紧密卡合。

在本发明的一实施例中，散热装置还可包括第一密封环和/或第二密封环，其中第一密封环套合于凸缘与套接口之间，而第二密封环套合于凸缘与套接头之间。

在本发明的一实施例中，套接口与套接头例如可借由螺纹结构相互锁固。此螺纹结构例如由一配设于套接头的内螺纹与一配设于套接口的外螺纹所组成。

在本发明的一实施例中，套接口周围例如绕设有防水胶布。

基于上述及其它目的，本发明还提出一种水冷散热装置，其适用于散热电子装置的处理芯片。该散热装置至少包括一吸热头、一热管、一水管封套、第一排管及第二排管，还可包括一水冷箱。吸热头连接于产热电子组件上，例如相接于处理芯片上，且热管的第一端(受热端)连接该吸热头。热管的第二端(冷凝端)套设一套接头，且热管表面邻近第二端处突出一凸缘。水管封套至少具有一入水口、一出水口及一套接口，其中，套接头连接套接口，使热管的第二端密封于水管封套中，且热管的凸缘被套接口及套接头紧密卡合。第一排管的一端连接于水管封套的出水口，而另一端连接于一水冷箱的一入水口。第二排管的一端连接于水管封套的入水口，而另一端连接于水冷箱的出水口。

在本发明的一实施例中，水冷散热装置还可包括第一密封环和/或第二密封环，其中第一密封环套合于凸缘与套接口之间，而第二密封环套合于凸缘与套接头之间。

在本发明的一实施例中，套接口与套接头例如借由一螺纹结构相互锁固。此螺纹结构例如由配设于套接头的内螺纹与配设于套接口的外螺纹所组成。

在本发明的一实施例中，水冷箱例如包括多个水冷片。

在本发明的一实施例中，套接口周围例如绕设有防水胶布。

在本发明的一实施例中，该水冷散热装置还例如包括一泵装置，连接于该第一排管及该第二排管之间。

进一步本发明提供一种水冷散热方法，该方法包括：

提供至少一热管，该热管具有第一端以及第二端，且该热管表面邻近该第二端处突出一凸缘；

配置一吸热头于该第一端，该吸热头与产热电子组件相接；

配置一水管封套于该第二端，该水管封套具有至少一入水口、至少一出水口及至少一套接口；

将套接头套接于该套接口，并将该热管的该第二端密封于该水管封套中，且该热管的该凸缘则被该套接口及套接头紧密卡合；

配置第一排管，其一端连接于该水管封套的该出水口；

配置第二排管，其一端连接于该水管封套的该入水口；以及

令一水冷液经由该入水口流入该水管封套中，且该水冷液与该热管的该第二端进行热交换，再经由该水管封套的出水口流出，由此将电子组件产生的废热系依序经由吸热头及热管的受热端而传导至热管的冷凝端，再借由水流循环流动于水管封套中而将冷凝端的废热排除。

在本发明的一实施例中，还例如包括令该水冷液经由第一排管的另一端流入一水冷箱中，以进行致冷排热。并进一步令水冷液经由水冷箱的一出水口流入第二排管。

在本发明的一实施例中，水冷箱例如包括多个水冷片。

在本发明的一实施例中，还例如包括将第一密封环套合于凸缘与套接口之间。

在本发明的一实施例中，还例如包括将第二密封环套合于该凸缘与该套接头之间。

在本发明的一实施例中，还例如包括将第一密封环套合于该凸缘与该套接口之间，以及将第二密封环套合于该凸缘与该套接头之间。

在本发明的一实施例中，还例如包括将防水胶布绕设于该套接口周围。

如上所述，本发明的散热装置主要是借由热管迅速地将处理芯片产生的废热传导至水管封套，接着利用流体(水冷液)循环流动而将传导至水管封套的废热排除。如此可以提升散热装置的散热效果，并且可以减少芯片上方布设散热器构件的空间。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为现有技术的一种气冷式散热装置的侧视图；

图2为现有技术的一种水冷式散热装置的侧视图；

图3A为本发明的一实施例的一种散热装置构件的分解示意图；

图3B为图3A的组装示意图；

图4A为图3A的热管的剖面示意图；

图4B为图3B的局部剖面示意图；

图5为本发明的散热装置装设于电子装置的剖面示意图。

附图标号说明：50主机板；52中央处理单元；100散热装置；110螺丝；120散热鳍片；130散热风扇；200散热装置；210通道；212进水口；214出水口；300散热装置；310热管；312受热端；314冷凝端；316内腔；318内壁；319凸缘；319a第一密封环；319b第二密封环；320水管封套；322入水口；324出水口；326套接口；330套接头；332内螺纹；334外螺纹；340吸热头；350a、350b排管；360水冷箱；362水冷片；400电子装置；410处理芯片。

具体实施方式

图3A为本发明的一实施例的一种散热装置的构件的分解示意图。请参考图3A，本实施例的散热方式主要是由一热管310将热量传导至一水管封套320，并借由水管封套320中循环流动的流体而将热量排除。此外，热管310是借由一套接头330而与水管封套320连接，如图3B所示。由于热管310为本发明的重要特征，以下将先配合图示详述热管310的结构。

图4A为图3A的热管的剖面示意图。请参考图4A，热管310具有一受热端312(第一端)及一冷凝端314(第二端)。当受热端312与冷凝端314产生温差时，则热管310可迅速地将受热端312的热量传导至冷凝端314以达成散热的效果。在本实施例中，热管310散热的方式可先将热管310的内腔316抽成负压状态，并充入一工作流体(未图示)于内腔316中。热管310的内壁318可为一毛细结构(例如为金属网状结构)或是由毛细多孔材料所构成。当受热端312受热时，内腔316中邻近受热端312的工作流体会受热蒸发为蒸气(未图示)，蒸气在微小的压力差下会迅速地流向冷凝端314，并且释放出热量而重新凝结成工作流体。接着，工作流体借着毛细力的作用而沿着热管310的内壁318流回受热端312。如此循环不止，则可以使热量迅速地由热管310的受热端312传导至冷凝端314而达到散热的效果。

热管310的材质例如包括铝、铜或是其它具有高热传导系数的金属或合金，且工作流体可采用水或是其它具有高比热及易挥发的物质所组成。然而，热管310内部构件的配设方式非限定只能为上述方式，举例而言，热管310亦可为回路式热管(Loop Heat Pipe，LHP)或是双相流毛细泵吸环路热管(Capill-ary pumped loop，CPL)的设计，而本发明对于热管310内部构件的配设不作任何的限制。

此外，为使热管310容易与散热装置的其它构件进行组装及定位，在本实施例中，热管310于邻近冷凝端314处自热管310表面突出一凸缘319，该凸缘319可由内部加工成形或焊接套环形成。

请再参考图3A，水管封套320具有一入水口322、一出水口324及一对应套接头330的套接口326。水管封套320内部为流体(未图示)与热管310进行热交换的场所。在本实施例中，水管封套320的功用为自入水口322处通入流体进入水管封套320内部，流体在吸收自热管310的冷凝端314传导而来的热量后，会从出水口324处流出水管封套320并带走热量，如此即可达成散热的效果。在本实施例中，流体例如为水冷液或是其它具有高比热的流体物质。

图3B为图3A的组装示意图。请同时参考图3A及图3B，此组装方式可先将热管310的冷凝端314从套接口326插入水管封套320中，以使热管310的凸缘319靠置于套接口326旁，接着将套接头330从热管310的受热端312套入至冷凝端314而与套接口326锁合。在本实施例中，套接头330例如具有一内螺纹332，且套接口326例如具有一对应内螺纹332的外螺纹(未图示)。内螺纹332与外螺纹形成一螺纹结构，使得当套接头330旋入套接口326时能相互紧密锁固，以避免水管封套320内的流体外渗。然而，本发明并不限定套接头330与套接口326须以何种方式相互结合。举例而言，亦可于套接口326上先缠绕防水胶布，再将套接头330与套接口326结合以避免水管封套320内的流体外渗。此外，为增加热管310与水管封套320组装后的密合度，可于热管310的凸缘319两旁分别设置第一密封环319a及第二密封环319b。第一密封环319a及第二密封环319b例如为O形环，且具有防水的特性。

图4B为图3B的局部剖面示意图。请同时参考图3B及图4B，当套接头330旋入套接口326后，热管310的凸缘319与套接头330的内壁接合，以避免水管封套320内的流体自套接头330外渗，此外，凸缘319亦促使平滑的热管310不会随意滑动。进而，第一密封环319a套合于凸缘319与套接口326之间，且第二密封环319b套合于凸缘319与套接头330之间，借此可同时增加套接头330、热管310及套接口326之间的密合性。并且，第一密封环319a可作为凸缘319与套接口326之间的缓冲材，而第二密封环319b可作为凸缘319与套接头330之间的缓冲材，以避免在组装的过程中，套接头330或套接口326会直接压挤凸缘319而造成凸缘319变形损坏。

图5为本发明的散热装置装设于电子装置的剖面示意图。请参考图5，热管310是由其受热端312插置于一吸热头340中，使得吸热头340连接于热管310并邻近于受热端312。虽然图5仅图示一个热管310，但热管310的数量可依照所需的散热效率而增加或减少。此外，吸热头340配置于一电子装置400的一处理芯片410上，而吸热头340适于接收处理芯片410产生的废热，并将废热传导至热管310。吸热头340的材质例如包括铝、铜或是其它具有高热传导系数的金属或合金，而电子装置400例如为主机板，电路板等等，且处理芯片410例如为中央处理单元、芯片组或功率电子组件等等热源。然而，本发明对于吸热头340的材质、电子装置400及处理芯片410的种类形式均不作任何的限制。

本实施例的散热装置300还包括两个排管350a、350b，其中排管350a、350b一端分别连接于水管封套320的进水口322及出水口324，而排管350a、350b另一端例如连接于一水冷箱360。如此，借由泵装置(未图示)可以将流体循环流动于水管封套320与水冷箱360之间。当吸收热量的流体从出水口324流出后，可由排管350b接着流进水冷箱360内以释放热量，然后再由排管350a从入水口322流进水管封套320内重新吸收热管310的热量，如此循环不止，即可达到散热的效果。在本实施例中，水冷箱360内例如包含多个水冷片362，以增加水冷箱360与流体的接触面积而提高散热效率。此外，水冷箱360例如以致冷压缩的方式排放热量以降低温度，然而，本发明对水冷箱360以何种方式排放热量不作任何的限制。

以下，将整合前述各构件间的散热方式，以更清楚地公开本实施例的散热装置300的散热方式。请再参考图5，当电子装置400启动后，处理芯片410运作所产生的废热会迅速地经由吸热头340传导至热管310，以使热管310的受热端312与冷凝端314产生温差。热管310可借由工作流体迅速地将废热由受热端312传送至冷凝端314，值得注意的是，由于热管310的散热效率非常高，因此可以大幅提升散热装置300的散热效果。接着，水管封套320内的流体会吸收冷凝端314的废热，并以循环流动的方式将废热带至水冷箱360排除，以完成整个散热的过程。此外，由于水管封套320并非直接设置于处理芯片410的上方，因此可以大幅增加处理芯片410的上方的可利用空间，并且当水管封套320发生流体外漏的情形，亦不会对处理芯片410或电子装置400产生不良的影响。

综上所述，在本发明的散热装置中，主要是借由热管迅速地将处理芯片产生的废热传导至水管封套中的流体，热管的凸缘设计，使得水管封套的套接口与套接头套合时，达到紧密且不易渗水的增进功效，接着利用流体循环流动而将废热排除。如此可以提升散热装置的散热效果，并且可以增加处理芯片上方的可利用空间。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉本领域的普通一般技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的为准。

Claims (24)

1.一种散热装置，其特征在于，包括：

一吸热头；

至少一热管，该热管具有第一端以及第二端，该第一端连接该吸热头，该第二端套设一套接头，该热管表面邻近该第二端处突出一凸缘；以及

至少一水管封套，该水管封套具有至少一入水口、至少一出水口及至少一套接口，该套接头连接该套接口，令该热管的该第二端密封于该水管封套中，该热管的该凸缘则被该套接口及套接头紧密卡合。

2.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，进一步包括第一密封环，套合于该凸缘与该套接口之间。

3.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，进一步包括第二密封环，套合于该凸缘与该套接头之间。

4.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，进一步包括第一密封环，套合于该凸缘与该套接口之间，以及第二密封环，套合于该凸缘与该套接头之间。

5.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，该套接口与该套接头介由一螺纹结构相互锁固。

6.如权利要求5所述的散热装置，其特征在于，该螺纹结构包括一内螺纹以及一外螺纹，分别配设于该套接头以及该套接口。

7.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，该套接口周围绕设防水胶布。

8.一种水冷散热装置，适用于一电子装置，该电子装置具有处理芯片，其特征在于，该散热装置包括：

一吸热头，连接于该处理芯片；

至少一热管，该热管具有第一端以及第二端，该第一端连接该吸热头，该第二端套设一套接头，该热管表面邻近该第二端处突出一凸缘；

至少一水管封套，该水管封套具有至少一入水口、至少一出水口及至少一套接口，该套接头连接该套接口，令该热管的该第二端密封于该水管封套中，该热管的该凸缘则被该套接口及套接头紧密卡合；

至少一第一排管，该第一排管的一端连接于该水管封套的该出水口，另一端连接于一水冷箱的入水口；以及

至少一第二排管，该第二排管的一端连接于该水管封套的该入水口，另一端连接于该水冷箱的出水口。

9.如权利要求8所述的水冷散热装置，其特征在于，进一步包括第一密封环，套合于该凸缘与该套接口之间。

10.如权利要求8所述的水冷散热装置，其特征在于，进一步包括第二密封环，套合于该凸缘与该套接头之间。

11.如权利要求8所述的水冷散热装置，其特征在于，进一步包括第一密封环，套合于该凸缘与该套接口之间，以及第二密封环，套合于该凸缘与该套接头之间。

12.如权利要求8所述的水冷散热装置，其特征在于，该套接口与该套接头介由一螺纹结构相互锁固。

13.如权利要求12所述的水冷散热装置，其特征在于，该螺纹结构包括一内螺纹以及一外螺纹，分别配设于该套接头以及该套接口。

14.如权利要求8所述的水冷散热装置，其特征在于，该水冷箱包括多个水冷片。

15.如权利要求8所述的水冷散热装置，其特征在于，该套接口周围绕设防水胶布。

16.如权利要求8所述的水冷散热装置，进一步包括一泵装置，连接于该第一排管及该第二排管之间。

17.一种水冷散热方法，其特征在于，包括：

提供至少一热管，该热管具有第一端以及第二端，且该热管表面邻近该第二端处突出一凸缘；

配置一吸热头于该第一端，该吸热头与产热电子组件相接；

配置一水管封套于该第二端，该水管封套具有至少一入水口、至少一出水口及至少一套接口；

将一套接头套接该套接口，并将该热管的该第二端密封于该水管封套中，且该热管的该凸缘则被该套接口及套接头紧密卡合；

配置第一排管，其一端连接于该水管封套的该出水口；

配置第二排管，其一端连接于该水管封套的该入水口；以及

令一水冷液经由该入水口流入该水管封套中，且该水冷液与该热管的该第二端进行热交换，再经由该水管封套的出水口流出，由此将电子组件产生的废热系依序经由吸热头及热管的受热端而传导至热管的冷凝端，再介由水流循环流动于水管封套中而将冷凝端的废热排除。

18.如权利要求17所述的水冷散热方法，其特征在于，进一步包括令该水冷液经由该第一排管的另一端流入水冷箱中，以进行致冷排热。

19.如权利要求18所述的水冷散热方法，其特征在于，进一步包括令该水冷液经由该水冷箱的出水口流入该第二排管。

20.如权利要求18所述的水冷散热方法，其特征在于，该水冷箱包括多个水冷片。

21.如权利要求17所述的水冷散热方法，其特征在于，配置该水管封套于该第二端的步骤中，进一步包括将第一密封环套合于该凸缘与该套接口之间。

22.如权利要求17所述的水冷散热方法，其特征在于，将该套接头套接该套接口的步骤中，进一步包括将第二密封环套合于该凸缘与该套接头之间。

23.如权利要求17所述的水冷散热方法，配置该水管封套于该第二端，其特征在于，进一步包括将第一密封环套合于该凸缘与该套接口之间，以及将该套接头套接该套接口的步骤中，进一步包括将第二密封环套合于该凸缘与该套接头之间。

24.如权利要求17所述的水冷散热方法，其特征在于，将该套接头套接该套接口的步骤中，进一步包括将防水胶布绕设于该套接口周围。

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