TW202331187A - 散熱模組 - Google Patents

Abstract

一種散熱模組，係包含：一銅質基座、至少一U型鋁質熱管、一鋁質散熱鰭片組、一銅質置入層；該銅質基座具有一吸熱側及一導熱側，該吸熱或導熱側凹設至少一第一熱管容置槽；該U型鋁質熱管具有一水平段的吸熱部及兩垂直段的冷凝部，該吸熱部設置於該第一熱管容置槽內；該鋁質散熱鰭片組具有複數散熱鰭片，該倆倆散熱鰭片間具有一散熱流道，該散熱流道與該銅質基座之導熱側呈平行，該等冷凝部穿設該等散熱鰭片；該銅質置入層設置於該U型鋁質熱管之吸熱部表面，令該銅質基座與該U型鋁質熱管透過該銅質置入層之設置不需進行化鎳製程即可直接進行焊接者。

Description

散熱模組

一種散熱模組，尤指一種可改善散熱模組中各散熱元件之間不易焊接結合的散熱模組。

銅具有熱傳導效率高之特性，故習知散熱模組結構常選用銅作為直接與發熱源接觸並吸收發熱源所產生之熱量的基座，並由銅基座再將所吸附之熱量傳遞給作為加速熱傳導的熱管及增加散熱面積且散熱效率較佳的鰭片，但以銅材質製成之基座及熱管或鰭片其整體重量較重且材料成本較為昂貴，近年來已逐漸被質輕且成本較低的鋁材質鰭片及鋁基座所取代使用。 雖選用鋁材質取代銅材質可改善了銅重量重及材料成本昂貴等問題，但鋁材質並非不具有缺點，如鋁表面易被氧化，在焊接過程中生成高熔點的氧化物，使焊縫金屬難以完全熔合，給施焊帶來困難。 若銅與鋁直接進行焊接時，兩材料直接對接的部位，在焊接後容易因為脆性大而產生裂紋，並且在銅與鋁進行熔焊時，靠近銅材料這一側的焊縫中很容易形成CuAl2等共晶，而CuAl2等共晶結構僅分布於材料的晶界附近，容易產生晶界間的疲勞或裂紋，又由於銅與鋁兩者的熔點溫度及共晶溫度相差甚大，在熔焊作業中，當鋁熔化時而銅卻保持固體狀態，當銅熔化時，鋁已熔化很多了，無法以共融或共晶狀態共存，增加焊接難度，再者，焊縫易產生氣孔，由於銅與鋁的導熱性都很好，焊接時熔池金屬結晶快，高溫時的治金反應氣體來不及逸出，故而容易產生氣孔，故銅與鋁材質間無法直接進行焊接，則必須對該鋁材質表面進行表面改質後使得以進行後續與銅材質或其他材料焊接之作業，故為改善前述習知改用鋁材質取代銅材質無法直接與銅或其他異材質進行焊接的缺失，則熟悉該項技藝之人士使用了無電鍍鎳作為表面改質的技術工法，並無電鍍鎳有三種：低磷、中磷、高磷。且無電鍍沉積 (Electroless dopostion) 又可以稱做化學鍍 (Chemical Deposition)或自催化鍍法(Autocatalytic Plating)，無電鍍鎳液可分為下列三種：(1) 活化敏化 + 酸性鍍浴 PH植在4~6 之間的屬於酸性鍍液，其特色是蒸發量所引起成分量的損失較少，雖然操作溫度較高，但鍍液較安全且容易控制，含磷量高、鍍率高，常為工業界所使用。 (2) 活化敏化 + 鹼性鍍液 鹼性鍍浴的 PH 植在 8~10 之間，因調整PH植的氨水容易揮發，在操作時須適時補充氨水來維持 PH植的穩定，含磷量較少，鍍液較不穩，操作溫度較低。 (3) HPM + 鹼性鍍浴 HPM 是將矽晶片浸泡於 DI-water : H2O2(aq) : HCl(aq) = 4:1:1 的混合液中利用矽晶表面形成的氧化層來取代敏化活化，在表面形成自我催化表面。 而無電鍍鎳製程中需使用大量的化學反應液體，並且在無電鍍鎳製程後將會產生大量含有重金屬或化學物質的工業廢液，而工業廢液中都會產生大量的含有黃磷等有毒物質的廢水，並且該廢水無法在重複使用，也必須透過專責單位將該廢水進行回收處理，不能將該廢水直接排放避免環境收到汙染。黃磷污水中含有50~390 mg/L濃度的黃磷，黃磷是一種劇毒物質，進入人體對肝臟等器官危害極大。長期飲用含磷的水可使人的骨質疏鬆，發生下頜骨壞死等病變。故現行各國已開始禁用此項製程，並推廣無毒製程藉以保護環境。 故如何提供一種可降低散熱模組結構整體重量，以及取代化學鍍鎳作為改善鋁材質無法與其他異材質焊接的表面改質工法，同時可有利於焊接作業進行又不額外產生環境汙染物的方法，則為現階段首重之目標。

爰此，為有效解決上述之問題，本發明之主要目的，係提供一種取代化學鍍鎳作為改善鋁製散熱元件與其他相異材質散熱元件間無法直接進行焊接的散熱模組。 為達上述之目的，本發明係提供散熱模組，係包含：一銅質基座、至少一U型鋁質熱管、一鋁質散熱鰭片組、一銅質置入層；該銅質基座具有一吸熱側及一導熱側，該吸熱或導熱側其中任一或任二凹設至少一第一熱管容置槽；該U型鋁質熱管具有一水平段的吸熱部及兩垂直段的冷凝部，該吸熱部設置於該第一熱管容置槽內；該鋁質散熱鰭片組具有複數散熱鰭片，倆倆散熱鰭片間具有一散熱流道，該散熱流道與該銅質基座之導熱側呈平行，該等冷凝部穿設該等散熱鰭片；該銅質置入層設置於該吸熱部表面，令該銅質基座與該U型鋁質熱管可直接進行焊接者。 藉由本發明以該銅質置入層取代化學鍍鎳，當有鋁製散熱元件欲與其他異材質之散熱元件進行焊接時，可透過於該鋁製散熱元件與其他元件結合之部位的表面設置該銅質置入層，改善鋁製導熱或散熱元件不易相互進行焊接之問題，由該銅質置入層取代傳統化學鍍鎳鍍層所衍生之缺失，並因使用鋁管取代了銅管，可大幅減少散熱模組整體之重量者。

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圖，係為本發明之散熱模組第一實施例立體分解及組合剖視圖，如圖所示，本發明散熱模組，係包含: 一銅質基座1、至少一U型鋁質熱管2、一鋁質散熱鰭片組3、一銅質置入層4； 該銅質基座1上、下兩側分別具有一導熱側12及一吸熱側11，該吸熱側11對應與至少一發熱源6貼合組設並進行吸熱熱傳導，該導熱側12設置於銅質基座1之該吸熱側11的相反一側，並該吸熱側11或導熱側12其中任一或任二凹設有至少一第一熱管容置槽121，本實施例係將該第一熱管容置槽121設置於該導熱側12作為說明實施，但並不引以為限。 該U型鋁質熱管2具有一水平段及兩垂直段，該垂直段連接於該水平段的兩端，其中一吸熱部21係設置於該水平段，一冷凝部22設置於該垂直段，所述吸熱部21係被設置於該銅質基座1之第一熱管容置槽121內。 該鋁質散熱鰭片組3具有複數散熱鰭片31，並該等散熱鰭片31平行並列設置，且倆倆散熱鰭片31間具有至少一散熱流道32，該等散熱流道32與該銅質基座1之導熱側12平行設置，該U型鋁質熱管2透過該等冷凝部22穿設該等散熱鰭片31與其相互結合，該等散熱鰭片31與該U型鋁質熱管2之冷凝部22透過緊配或焊接結合。 參閱第3圖係為本實施例鋁質散熱鰭片組另一延伸實施，所述鋁質散熱鰭片組3之該等散熱鰭片31具有至少一對摺邊33，該等散熱鰭片31透過該等摺邊33相互搭接組設。 所述該銅質置入層4設置於該U型鋁質熱管2之吸熱部21表面，該銅質置入層4係具有一植入面41及一接觸面42分別設置在該銅質置入層4的相反兩面，該植入面41咬嵌入該U型鋁質熱管2之吸熱部21的表面，該接觸面42則作為該銅質置入層4的外露表面與一焊料層5結合，令該銅質基座1與該U型鋁質熱管2結合時透過該置入層4 (copper embedding layer)之設置，令銅質基座1與非銅材質的U型鋁質熱管2及非銅材質的鋁質散熱鰭片組3可順利的直接與該銅質基座1順利結合固定或透過該焊接層5增加其焊接結合效果。 請參閱第4圖，係為本發明之散熱模組第二實施例之立體分解圖，如圖所示，本實施例與前述第一實施例部份結構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在於本實施例更具有一第二熱管容置槽122，所述第一熱管容置槽121沿該銅質基座1橫向延伸設置，所述第二熱管容置槽122沿該銅質基座1縱向延伸設置，該第一熱管容置槽121設於該第二熱管容置槽122下方，並該第一、二熱管容置槽121、122相互橫向與縱向交錯。 並由於該第二熱管容置槽122，可提供更多的U型鋁質熱管2進行設置，本實施例中之所述U型鋁質熱管2區分為兩組，其一組為設置於該第一熱管容置槽121內的第一U型鋁質熱管2a，另一組為設置於該第二熱管容置槽122的第二U型鋁質熱管2b，該第二U型鋁質熱管2b設至於第一U型鋁質熱管2a上方，且與該第一U型鋁質熱管2a呈縱向重疊交錯，負責對應銅質基座1的縱向熱傳導，也令單位體積中可提供更多熱管可以設置的空間，該第一、二U型鋁質熱管2a、2b之吸熱部21設置有該銅質置入層4的部位除了與該第一、二熱管容置槽121、122對應結合可直接進行焊接外，該第一、二U型鋁質熱管2a、2b彼此橫向縱向交錯重疊之部位也相同因具有該銅質置入層4之設置可直接進行焊接增加其結合性。 另，所述銅質置入層4係為透過機械加工的方式將銅層附著於欲與銅材質進行焊接之材料的外部表面，可將一銅薄片貼覆於欲與該銅材質進行焊接的非銅材料的外部，再透過機械加工的沖擊、敲擊、撞擊、滾軋、壓花之方式將該銅薄片透過外力侵入該非銅質材料的外表面並牢固的批覆於該非銅材料的外表面，當然也可透過電鍍或噴塗等方式於該非銅材質之外表面形成銅質置入層4，再透過該銅質置入層4提升與該銅材質的焊接性。 傳統散熱模組製造時，使用了銅質基座及銅管與鋁散熱鰭片進行結合，雖銅材質具有較佳的導熱效率，但散熱模組整體重量相當沉重，並且銅材質的使用其材料成本也相當高，並且銅管與該鋁散熱鰭片接合時必須透過焊接之方式進行結合，但銅材質與鋁材質並無法直接進行焊接，必須先行於該散熱鰭片與該銅材基座接合之部位以化學鍍鎳之方式沉積一鎳鍍層，令該銅質熱管與該鋁質散熱鰭片得以順利進行焊接結合，又因該化學鍍鎳之工法所產生之環境汙染已漸漸被重視且被要求改善，故本發明提供一種將銅熱管以鋁質熱管取代藉以減輕散熱模組整體重量，並且在該鋁質熱管及鋁質散熱鰭片與銅質基座結合處之表面施以銅質置入層，令該鋁質熱管及鋁質散熱鰭片與該銅質基座得以焊接結合，故本發明改善了傳統散熱模組重量過重及透過銅質置入層取代化學鍍鎳使用於銅質與鋁質散熱導熱元件無法直接焊接等問題。

1:銅質基座 11:吸熱側 12:導熱側 121:第一熱管容置槽 122:第二熱管容置槽 2:U型鋁質熱管 2a:第一U型鋁質熱管 2b:第二U型鋁質熱管 21:吸熱部 22:冷凝部 3:鋁質散熱鰭片組 31:散熱鰭片 32:散熱流道 33:摺邊 4:銅質置入層 41:植入面 42:接觸面 5:焊料層 6:發熱源

第1圖係為本發明之散熱模組第一實施例立體分解圖； 第2圖係為本發明之散熱模組第一實施例組合剖視圖； 第3圖係為本發明之散熱模組第一實施例另一組合剖視圖； 第4圖係為本發明之散熱模組第二實施例立體分解圖。

1:銅質基座

11:吸熱側

12:導熱側

121:第一熱管容置槽

2:U型鋁質熱管

21:吸熱部

22:冷凝部

3:鋁質散熱鰭片組

31:散熱鰭片

32:散熱流道

4:銅質置入層

6:發熱源

Claims (6)

1. 一種散熱模組，係包含： 一銅質基座，具有一吸熱側及一導熱側，該吸熱或導熱側其中任一或任二凹設至少一第一熱管容置槽； 至少一U型鋁質熱管，具有一水平段的吸熱部及兩垂直段的冷凝部，該吸熱部設置於該第一熱管容置槽內； 一鋁質散熱鰭片組，具有複數散熱鰭片，倆倆散熱鰭片間具有至少一散熱流道，該等散熱流道與該銅質基座之導熱側呈平行設置，該等冷凝部穿設該等散熱鰭片與其相互結合； 一銅質置入層，設置於該U型鋁質熱管之吸熱部表面，令該銅質基座與該U型鋁質熱管可直接進行焊接者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組，其中更具有一第二熱管容置槽，所述第一熱管容置槽沿該銅質基座橫向延伸，所述第二熱管容置槽沿該銅質基座縱向延伸，該第一熱管容置槽設於該第二熱管容置槽下方，並該第一、二熱管容置槽相互橫向與縱向交錯。
3. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組，其中該等散熱鰭片與該U型鋁質熱管之冷凝部透過緊配或焊接結合。
4. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組，其中所述鋁質散熱鰭片組之該等散熱鰭片具有至少一對摺邊，該等散熱鰭片透過該等摺邊相互搭接組設。
5. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組，其中所述銅質置入層具有一植入面及一接觸面在該銅質置入層的相反兩面，該植入面咬嵌入該U型鋁質熱管之吸熱部的表面，該接觸面作為該銅質置入層的外露表面與一焊料層結合。
6. 如申請專利範圍第1項所述之散熱模組，其中該吸熱側及該導熱側同時凹設有該第一熱管容置槽。