TWI285081B - Heat-dissipation structure and method thereof - Google Patents

Description

1285Q§2lwf.doc/006 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於-種散熱結構，且特別是有關於一種 用於電子裝置上的散熱結構。 【先前技術】 隨著半導體科技的進步，積體電路(IC)已被大量地使 用於個人電腦、筆記型電腦及網路飼服器等電子裝置的晶 片中。然而’由於積體電路的處理速度和功能顯著提高， 使得積體電路對應產生的廢熱亦顯著增加，若不能有效地 將此廢熱排除’則容易造成電子裝置失效。因此，各種散 熱方式乃被提出’以使可迅速地將積體電路產生的廢埶排 除，避免發生電子裝置失效之情事。 f 1係為習知之-種氣冷式散錄置賴視示意圖。 2參考Ή知之散熱裝置能將—主機板5G上的一 2處理單元52所產生的越翻。賴裝置觸係藉由 ^4 110鎖合於主機板5〇上’以使散熱裝置觸的下緣貼 口於中央處理單元52的上緣。中央處理單元义運作時產 ^的廢熱、，則可經由巾央處理單元52的上緣傳導至散熱裝 100，並藉由散熱裝置100將此廢熱排放至空氣中y 二刚與空氣的接觸面積，散熱裝置1〇〇二 更;ί:散f错片120;同時為了增加空氣擾動的 更了故置一散熱風扇130於散熱裝置1〇〇的上 如此即可~加散熱裝置將廢㈣放至线的速率。 承上所述，由於散熱裝置100與空氣間的熱傳導性取

I285Q§2lvf.d〇c/〇〇6 者，接_面積以及空氣擾動的幅度大小，因此當 散熱則12G或是增快散熱風扇 ^轉速始能適時地將中央處理單元52產生的廢熱排出 罟ΐίΓΐ然而’散熱裝置⑽必須增大其體積才能夠設 夕政熱鰭片120，如此會增加製作散熱裝置1〇〇的成 —’並且散熱裝置1〇〇施壓在中央處理單元W上的重量亦 =易Xe成中央處理單元52損壞。此外，增快散熱風扇 轉速所造成的噪音亦無法符合使用者對於㈣音的要求限 制0 S為解決上述散熱裝置其散熱效果不佳等問題，習知亦 有提出利用水循環流動來排除廢熱的設計。圖2係為習知 之一種水冷式散熱裝置的側視示意圖。請參考圖2，習知 之散熱裝置200能將主機板50上的中央處理單元52所產 生的廢熱排出。散熱裝置200内部具有一通道21〇可供水 流通過此通道210,而通道210的兩端係具有一進水口 212 及一出水口 214，且進水口 212及出水口 214係分別連接 一水冷排管220。當水流自進水口 212流進散熱裝置200 内部的通道210後，水流會吸收中央處理單元52產生的廢 熱，接著從出水口 214流出，以使廢熱被排放出去。由於 水具有高比熱的特性，因此其可以大幅吸收廢熱，而使散 熱裝置200具有快速散熱的效果。然而，散熱裝置2〇〇下 方乃是精密的中央處理單元52及主機板50，若是因為散 熱裝置200的密封程度不完整，造成水流外漏，則容易導 7 doc/006 I285QSL. 致中央處理單元52或是主機板5G因電路 【發明内容】 有鑑於此，本發明的目的就是在提供—種散熱 其具有可迅速散熱的效果。 本發明的另一目的就是在提供一種水冷散熱結 用以迅速地移除由一處理晶片所產生的廢熱。 ^ 本發明的在一目的就是在提供—種^散熱方法，其 可達成迅速散熱的目的。 〃 ^上述及其他目的’本發日服出—種散熱結構，至 九括-吸摘、_熱管及-水管封套。熱管之第一端 熱端)係連接吸熱頭，而熱管之第二端(冷凝端 頭’且鮮表轉近第二端歧突出—凸緣。水 少具有一入水口、一出水口及一套接口，1 、、 套接頭，使得熱管之第二端密封於水管封^ 接 凸緣被套接口及套接頭緊密卡合。 、 且…、官之 在本發明之-實施例中，散熱結構更可包括 封環及/或一第二密封環，其中第一密 山 套接=而第二密封環係套合;==與 内螺紋與-配設於套接口的外螺紋所組成。又、套接碩的 膠布在本發明之—實關中’套接口周_如繞設一防水 基於上述及其他目的，本發明另提出—種水冷散熱結 8 1285胳 f.doc/006 構，其適用於散熱一電子裝置之一處 少包括-吸熱頭、-熱管、—水管散熱結構至 排管。吸熱頭係熱連接於處理晶片，且埶^第:排管及一 端）係連接該吸熱頭。熱管之第二端=之第端(叉熱 頭’且熱管表面鄰近第二端處更突出—二，)套3-套接 少具有-人水π、-出水口及—套接口，、甘。水官封套至 連接套接Π，使熱管之第二端密封於水管接，係 之凸緣被套接π及套接师密卡合H:、官 於水管封套之出水口，而另一端連接二，之-端連接 口。第二排管之一端連接於水箱之-入水 連接於水冷箱之出水口。 $之人水口’而另-端 —在^明之—實施射，水冷散熱結構更可包括 緣及/或一第二密封環，其中第一密封環係套合於凸 t'套接口之間’而第二密封環係套合於凸緣與套接頭之 螺言itif明之—實施射’套接讀套接翻如藉由一 内Gik目互鎖固。此螺設結構例如由一配設於套接頭的 円螺紋與-配設於套接口的外螺紋所組成。 片 在本發明之-實施例中，水冷箱例如包括多數個水冷 膠布 在本發明之一實施例中，套接口周圍例如繞設一 防水 在本發明之一實施例中，水冷散熱結構更例如包括一 泵浦裝置，連接於該第一排管及該第二排管之間。 9 l285〇S2lvf.doc/006 l285〇S2lvf.doc/006 ，於上姐其他目的，本發縣提出 ΐ，包括至少提供一熱管、-水管封套以及一2熱方 官之第-端細)係連接吸熱頭， 政熱頭 熱 ，套設—套接頭，且熱管表面鄰近第(冷凝 緣。水管封套至少具有-入水口、 t更犬出—凸 其中套接輯接套接Π，使縣管 〜—套接口’ ‘端進行熱交換， Γ排凸緣被套接口及套接剩=於2封 弟-排官之-端於水管封套之出水σ，且#配置-之一端連接於水管封套之入水口。令一冷弟一排管 流入水管封套巾，且水冷__之第 由入水口 再經由水管封套之出水口流出了弟 第條_該水冷液經由 γ步例如令水冷液經由水冷箱之一出 =;: t Θ之，、&例巾，水冷箱例如包括多數個水冷 月0 卷人it明之—實施例中，更例如包括將—第一密封環 套合於凸緣與套接口之間。 在本發明之_實施例中，更例如包括將—第二密封環 套曰於该凸緣與該套接頭之間。 人在，餐明之_實施例中，更例如包括將—第一密封環 口於忒凸緣與該套接口之間，以及將一第二密封環套合 於該凸緣與該套接頭之間。 將處本發明之散熱結構主要㈣由熱管迅速地 將處理日日片產生的廢熱料至 工=r將傳導至水管封套的廢熱= 二： ^幵政熱結構的散熱效果，並且可喊少於處 佈設散熱器構件的空間。 万

為讓本發明之上述和其他目的、雜和伽能更明顯 易μ，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下。 w 【實施方式】

圖3A係為依照本發明之一實施例之一種散熱結構之 構件的分解示意圖。請參考圖3A，本實施例的散熱方式主 要係由一熱管310將熱量傳導至一水管封套320，並藉由 水管封套320中循環流動的流體而將熱量排除。此外，熱 管310係藉由一套接頭330而與水管封套320連接，如圖 3B所示。由於熱管310係為本發明之重要特徵，以下將先 配合圖示詳述熱管310之結構。 圖4A係為圖3A之熱管的剖面示意圖。請參考圖4A, 熱管310係具有一受熱端312(第一端)及一冷凝端314(第 二端）。當受熱端312與冷凝端314產生溫差時，則熱管 310可迅速地將受熱端312的熱量傳導至冷凝端314以達 成散熱的效果。在本實施例中，熱管310散熱的方式可先 將熱管310之内腔316抽成負壓狀態，並充入一工作流體 11 12850¾ f.doc/006 (未繪示)於内腔316中。熱管310之内壁318可為一毛細 結構(例如為金屬網狀結構)或是由毛細多孔材料所構成。 當受熱端312受熱時，内腔316中鄰近受熱端312的工作 流體會受熱蒸發為蒸氣(未緣示），蒸氣在微小的壓力差下 會迅速地流向冷凝端314,並且釋放出熱量而重新凝結成 工作流體。接著，工作流體藉著毛細力的作用而沿著熱管 310之内壁318流回受熱端312。如此循環不止，則可以使 熱I迅速地由熱管310的受熱端312傳導至冷凝端314而 達到散熱的效果。 承上述，熱管31〇的材質例如包括紹、銅或是其他具 有N熱傳導係數的金屬或合金，且工作流體可採用水或是 其他具有咼比熱及易揮發的物質所組成。然而，熱管31〇 内=構件之配設方式非限定只能為上述方式，舉例而言， 熱管310亦可為迴路式熱管(L〇〇p Heat pipe，LHp)或是雙 相流毛細泵吸環路熱管(Capill-ary pumped l〇op，CPL)的設 °十，而本發明對於熱管310内部構件的配設不作任何的限 制。 么狀此外為使熱管310容易與散熱結構之其他構件進行 ，裝及^位’在本實施例中，熱管310更於鄰近冷凝端314 处自熱管31G表面突出一凸緣319，該凸緣319可由内部 加工成形或焊接套環形成。 _睛再參考圖3A,水管封套320係具有一入水口 322、 :出水口 324及一對應套接頭33〇之套接口 326。水管封 320内部係為流體(未繪示)與熱管310進行熱交換的場 12 I2^m 'doc/006 所。在本實施例中，水管封套320的功用乃為自入水口 322 處通入流體進入水管封套320内部，流體在吸收自熱管31〇 之冷破端314傳導而來的熱量後，會從出水口 324處流出 水f封套320並帶走熱量，如此即可達成散熱的效果。在 本實施例中，流體例如為水冷液或是其他具有高比埶的物 質。 圖3B係為圖3A的組裝示意圖。請同時參考圖3八及 圖3B’此組裝方式係可先將熱管31〇的冷凝端3ι4從套接 口 326插入水管封套320中，以使熱管31〇的凸緣319靠 =於套接口 326旁，接著將套接頭33〇從熱管31〇的受熱 端312套入至冷凝端314而與套接口 326鎖合。在本實施 例中，套接頭330例如具有一内螺紋332，且套接口 例如具有一對應内螺紋332之外螺紋(未繪示）。内螺紋M2 與外螺紋形成-螺設結構，使得當套接頭33()旋入套接口 從時能相互緊密鎖固，以避免水管封套32〇内的流體外 :參。然而，本發明並不限定套接頭33()與套接口似須以 J種方式相互結合。舉例而言，亦可於套接^挪上先纏 =防水膠布’再將套接頭33°與套接口326結合以避免水 =套320内的流體外滲。此外，為增加熱管則與水管 八^ =組裝後的密合度，可於熱管310 #凸緣319兩旁 if設置一第-密封環通及-第二密封環319b。；： 及第二密封環⑽例如為〇形環，且具有防 圖4B係為圖3B的局部剖面示意圖。請同時參考圖 13 1285胳丄£(1。_6 3B及圖4B，當套接頭33〇旋入套接口 326後，熱管31〇 的凸、、彖319係與套接頭330的内壁接合，以避免水管封套 320内的流自套接頭33〇外滲，此外，凸緣319亦促使 平滑的熱官310不會隨意滑動。進者，第一密封環319& 係套合於凸緣319與套接口 326之間，且第二密封環31% 係套合於凸緣319與套接頭330之間，藉此可同時增加套 接頭330、熱管31〇及套接口 326之間的密合性。並且， # 第一密封環319a可作為凸緣319與套接口 326之間的緩衝 材，而第二密封環31%可作為凸緣319與套接頭33〇之間 的缓衝材，以避免在組裝的過程中，套接頭330或套接口 326會直接壓擠凸緣319而造成凸緣319變形損壞。 圖^係為本發明之散熱結構裝設於電子裝置的剖面示 意圖一。請參考圖5，熱管310係由其受熱端312插置於一 ，熱頭340巾，使得吸熱頭34()連接於熱管31()並鄰近於 艾熱=312雖然圖5僅緣示一個熱管，但熱管 的數里可依照所需的散熱效率而增加或減少。此外，吸熱 •頭340係配置於一電子裂置400之-處理晶片410上/而、 吸熱頭3仙適於接收處理晶片41〇產生的廢熱，並將廢熱 傳導至熱=310。吸熱頭34〇的材質例如包括铭、銅或是 其他具有南熱傳導係數的金屬或合金，而電子裝置伽例 如，主機板，電路板等等，且處理晶片例如為中央處 理單元、晶片組或功率電子元件等等熱源。然而，本發明 對於吸熱頭340的材質、電子裝置4〇〇及處理晶片彻的 種類形式均不作任何的限制。 14 doc/006 承上述’本實施例之散熱結構3⑻更包括兩個排管 350a、35Gb ’其中排管35Ga、35% —端分別連接於水管封 套320的進水口 322及出水口 324,而排管35〇a、35〇b另

-端例如連接於-水冷箱36〇。如此，藉由—泵浦裝置(未 繪不)可以將流體循環流動於水管封套3 2 〇與水冷箱3 6 〇之 間。當吸收熱量的流體從出水口 324流出後，可由排管遣 接著流進水冷箱360内以釋放熱量，然後再由排管皿 從人水口 322流進水管封套32〇㈣新吸收熱管310的埶 量’如此循環不止’即可達到散熱的效果。在本實施例中， 水冷箱360内例如包含多數個水冷片362，以增加水冷箱 360與流體的接觸面積而提高散熱效率。此外，水冷箱3㈨ 例如以致冷壓縮的方式排放熱量以降低溫度，然而，本發 明對水冷箱360以何種方式排放熱量不作任何的限制。X 以下’將整合前述各構件間的散熱方式，以更清楚地 揭露本實施例之散熱結構300之散熱方式。請再參考圖5, 當電子裝置400啟動後，處理晶片41〇運作所產生的廢轨 • 會迅速地經由吸熱頭340傳導至熱管31〇，以使熱管31〇 的雙熱312與冷凝端314產生溫差。熱管可夢由工 作流體迅速地將廢熱由受熱端312傳送至冷凝端314，值 得注意的是，由於熱管310的散熱效率非^高，因此可以 大幅提昇散熱結構300的散熱效果。接著，水管封套wo 内的流體會吸收冷凝端314的廢熱，並以循環流動的方式 將廢熱f至水冷相360排除，以完成整個散熱的過程。此 外’由於水管封套320並非直接設置於處理晶片的上 15 ic/006 方，因此可以大幅增加處理晶片41〇的上方的可利 間，並且當水管封套32〇發生流體外漏的情形，亦 二 處理晶片410或電子裝置4〇〇產生不良的影響。 曰對 综上所述，在本發明之散熱結構中，^是藉由哉乾 迅速地將處理晶片產生的廢熱傳導至水管封套中 二e ，管的凸緣設計，使得水管封套之套接口與套接ς二 化’達到緊紅μ滲水的增進功效，接著彻流體: ^動而將廢熱排除。如此可以提昇散熱結構的散埶效果， 並且可以增加處理晶片上方的可利用空間。 限定已以較佳實闕揭露如上，然其並非用以 範圍"=^作些許之更動與潤飾’因此本發明之保‘ 專圍*視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 ;„知之一種氣冷式散熱裴置的側視示意圖。 為習知之—種水冷式散絲置的側視示意圖。 構件的分解示意圖。 ^例之―種散熱結構之 圖3Β係為圖3Α的組裝示意圖。 圖4Α係為圖3Α之熱管的剖面示意圖。 圖4Β係為圖3B的局部剖面示意 意圖圖5係為本發明之散熱結難設於電子裝置的剖面示 【主要元件符號說明】 doc/006 50 :主機板 52 :中央處理單元 100 :散熱裝置 110 :螺絲 120 :散熱鰭片 130 :散熱風扇 200 :散熱裝置 210 :通道 212 :進水口 214 :出水口 300 :散熱結構 310 :熱管 312 :受熱端 314 :冷凝端 316 :内腔 318 :内壁 319 :凸緣 319a :第一密封環 319b :第二密封環 320 :水管封套 322 :入水口 324 :出水口 326 :套接口 330 :套接頭 17 1285傲1._6 332 :内螺紋 340 :吸熱頭 350a、350b ··排管 360 :水冷箱 362 :水冷片 400 :電子裝置 410 ·處理晶片

Claims (1)

1. doc/006 十、申請專利範園·· 1.一種散熱結構，包括·· 一吸熱頭； 至少一熱管，該熱管具有一第一端以及一第二端，該 第=!妾該吸熱頭，該第二端套設-套接頭，該熱管表 面邶近该弟二端處更突出一凸緣；以及 、至少—水管封套，該水管封套具有至少一入水口、至 二23至少—套接口，該套接頭連接該套接口，令 封套中’該熱管之該凸緣 括請專概圍第1項所述之散熱結構，進-步包 第一密封環，套合於該凸緣與該套接口之間。 =如申請專利範圍第i項所述之散熱結構，進 括—第二密封環，套合於該凸緣與該套接頭之間。 =如中料魏圍第丨項所迷之散熱結構，進一步包 封環’套合於該凸緣與該套接口之間，以及一 —始、封環，套合於該凸緣與該套接頭之間。 接口itl請專利範圍第1項所述之散熱結構，其中該套 一“套接碩藉由一螺設結構相互鎖固。 設請專利範圍第5項所述之散熱結構，其中該螺 以内螺紋以及一外螺紋’分別配設於該套接頭 接口=巾請專·圍第1項所述之散熱結構，其中該套 接口周圍可繞設一防水膠布。 备 19 1285胳 If. doc/006 8·-種水冷散熱結構，相於 梦 置具有-處理晶片，該散熱結構包括：衣置对子裝 及熱頭，熱連接該處理晶片； 熱管，該熱管具有-第-端以及-第二端，亨 第y而連接該吸熱頭，該第二端套設一套接 ^ 面鄰近該第二端處更突出一凸緣； 、官表 丨S一水管封套，該水管封套具有至少一入水口、至 二套接口，該套接頭連接該套接口，令 該熱g之,亥弟一鈿岔封於該水管 則被該套接口及套接頭緊密=封套中’5亥熱官之該凸緣 hit第一排管’該第一排管之-端連接於該水管封 套之«水口’另一端連接於一水冷箱之一入水口；以及 备夕^ Γ弟二排管，該第二排管之一端連接於該水管封 套入水口 ’另1連接於該水冷箱之-出水Π。 範圍第8項所述之水雜熱結構，進一 '匕# 4封環’套合於該凸緣與該套接口之間。 牛七i〇.如，申5月專利範圍第8項所述之水冷散熱結構，進一 '包括一弟，環，套合於該凸緣與該套接頭之間。 牛勹ϋ.如J明！利範圍第8項所述之水冷散熱結構，進-二匕★ 铪封環，套合於該凸緣與該套接口之間，以 -第二密封環’套合於該凸緣與該套接頭之間。 1衣:2.如申°肖專利範圍第8項所述之水冷散熱結構，其中 μ套接口闕套_籍由—螺設結構相互鎖固。 13’如申請專利範圍第12項所述之水冷散熱結構，其 20 12850&lvf.d〇c/〇〇6 :内螺纹以及-外螺紋，分別配設於該 該水項⑽之林絲結構，其中 該套述之水冷散熱結構，其中 步包括目第8項所収水冷散餘構，進-几^ m置，連胁料—辟及 -種水冷散龄法，包括： 心m 端，管，該熱管具有-第-端以及-第二 j近該第二端處更突出一凸緣； 配置一吸熱頭於該第一端； 入水Γ置ΓΓίΓ該第二端，該水管封套具有至少一 y 出水口及至少一套接口； 封於字該熱管之該第二端密 接頭緊密卡合訊 緣則被該套接口及套 ，置-第排管之—端於該水管封套之該出水口； 口 γγ一第二排管之—端連接於該水管封套之該入水 Μ及 Α、夜冷液經由該人水"流人該水管封套中，雌水 二二〜、、官之該第二端進行熱交換’再經_水管封套 之该出水口流出。 了矣 18.如申請專利範圍第17項所述之水冷散熱方法，進 21 I285m fdoc/006 =包括令财冷液經由料 相中’以進行致冷排熱。 B之另〜端流入-水冷 19.如申請專利範圍第j 排ί包括令該水冷液經由該切箱二=散熱方法，進 诉g。 出水口流入該第二 20·如申請專利範圍第18 其 中該水冷箱包括多數個水冷片。、34之水冷散熱方法，六 tS&置該水7封#套熱方法’其 弟—密封環套合於該凸緣與該套^口之間進—步包括將— 22·如申請專利範圍第丨了項 中將該套接頭套接該套接口之步驟中，^放熱方法，其 二密封環套合於該凸緣與該套接頭之間步包括將一第 23·^σ ttf-I-#>111111 ^ 17 置該水管封套於該第二端，進-步包括法，配 :於:凸緣與該套接口之間，以及將該套接頭套== 該I:::間進一步包括將-第二密封環套合於該凸緣與 中將i4套如接m利範圍第17項所述之水冷散熱方法，其 中將縣接頭套接該套接口之步驟中 水膠布繞設於該套接口周圍。 凡括將防 22