TWI317862B - - Google Patents

Description

1317862 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關將發熱傳導到在其內部流動之液體冷媒 的冷卻套’尤其’有關例如個人電腦或伺服器，甚至筆記 型電腦等，內部裝載有發熱元件亦即半導體積體電路之各 種電子機器中’可有效冷卻該發熱元件之液冷系統所使用 的冷卻套。 【先前技術】 先前，個人電腦或伺服器，甚至筆記型電腦等電子機 ' 器中，其框體內部係具備發熱體，亦即以CPU ( Central .· Processing Unit中央處理單元）爲代表的半導體積體電路 ’ 元件；因此一般來說，爲了確保該發熱元件之正常動作， 必須要有冷卻。爲了實現該冷卻，先前一般來說，係對該 發熱元件導熱性安裝有將所謂散熱器之風扇加以一體形成 • 的導熱體，以具備對其送出冷卻風之風扇的所謂氣冷式冷 卻系統來進行。 然而近年來隨著上述發熱元件亦即半導體積體電路之 小型化及高度積體化，甚至高功能化，發熱元件之發熱會 加大’同時會產生發熱部位之局部化等；因此取代先前之 氣冷式冷卻系統，係逐漸注目並採用有例如使用水等冷媒 ’冷卻效率較高的液冷式冷卻系統。

，作爲用於上述電子機器，且冷卻效率較高之液冷系統 . ，例如有以下專利文件等所知者，一般在發熱體亦即CPU 1317862 表面，直接裝載所謂受熱或冷卻套的構件，另一方面在形 成於此受熱套內部之流路內流通液體冷媒。亦即將來自 CPU之發熱傳達給流動於上述套內之冷媒，亦即以高效率 來冷卻發熱體。另外，該液冷式冷卻系統中，通常以上述 冷卻套作爲受熱部而形成有熱循環；具體來說，係具備使 上述液體冷媒在循環內循環之循環泵，和將上述液體冷媒 之熱往外部散熱的放熱部亦即散熱器，更且配合必要而具 備設置在循環一部分之用以貯存液體冷媒的冷媒槽；然後 將此等，例如經由金屬製之管或橡膠等彈性體構成之管來 連接。 [專利文件1]日本特開平6-266474號公報 [專利文件2]日本特開平7-1 42886號公報 【發明內容】 發明所欲解決之課題 然而從上述先前技術已知，使液體冷媒在系統內積極 循環之液冷系統中，將來自發熱體之熱導熱到液體冷媒的 冷卻套，一般係在銅或鋁等金屬製框體內形成液體冷媒之 流路，或對金屬板焊接金屬管的構造。然而近年來隨著發 熱元件之發熱量明顯增大，係強烈要求其冷卻能力之提高 ;例如散熱器中，更安裝有電動風扇來促進強制放熱，然 而有關提高冷卻套之導熱，並未進行充分的改良。 亦即由上述可了解，先前之冷卻套中，以散熱器散熱 而冷卻之液體冷媒，會流動於形成於該金屬框體內之流路 -6 - 1317862 ，此時因爲液體冷媒並未充分擴散於流路內，故不可能將 發熱量明顯增大之近年之CPU等發熱元件做充分冷卻。 另外此事，在上述個人電腦或伺服器、筆記型電腦等電子 機器所採用之液冷系統中，係與先前大型電腦所採用之液 冷系統不同，循環於該系統內之液體冷媒量非常少，故將 來自發熱元件之熱有效導熱到液體冷媒係相當重要。 因此本發明係有鑑於上述問題點而成者，具體來說’ 其目的係提供一種可將來自發熱元件之熱有效導熱到液體 冷媒，因此即使藉由較少液體冷媒亦可充分冷卻發熱元件 的冷卻套。 用以解決課題之手段 若依本發明，爲了達成上述目的，首先提供一種冷卻 套，係使用於在框體內具有發熱元件的電子機器；其特徵 係具備：接觸上述發熱元件之表面，並具有將該發熱元件 之發熱傳導到內部之導熱面的本體；和在上述冷卻套之本 體內部，蛇行而形成之液體冷媒通路；和安裝於上述液體 冷媒通路之兩端的冷媒液入口與出口，在殼體部之蛇行形 成之冷媒通路，係藉由複數個板狀構件所構成’在上述殼 體部之液體冷媒通路中，將以相同方向而重疊配列之擴散 構件，以插入至前述蛇行而形成之冷媒通路的一部份處的 方式而作配置，前述擴散構件，係藉由銲材而與蓋體接合 ，經由前述擴散構件將上述液體冷媒通路分散爲複數流路 ，同時在該擴散構件與上述殼體部以及基底部之間而形成 1317862 之各流路的縱橫比在10〜20的範圍。。 又若依本發明，則針對上述所記載之冷卻套，上述擴 散構件，係複數疊合剖面「U」字形之構件所形成者；或 上述擴散構件，係複數疊合橢圓狀剖面之管構件所形成者 ;或上述擴散構件，係複數疊合剖面「C」字形之構件所 形成者爲佳。更且本發明中，針對上述所記載之冷卻套’ 上述擴散構件之壁面，係更形成有切缺部或開口部者。 發明效果 若依以上敘述之本發明，則發揮出提供一種可比較容 ' 易且廉價製造，並可將來自發熱元件之熱有效導熱到液體 • 冷媒，因此即使藉由較少液體冷媒亦可充分冷卻發熱元件 • 之冷卻套的優良效果。 【實施方式】 φ 以下使用附加圖示’詳細說明本發明之實施方式。 首先附加之第1圖，係將成爲本發明一種實施方式之 冷卻套構造，以展開立體圖來表示。另外此冷卻套’係針 對例如個人電腦或伺服器、或筆記型電腦等，在框體內部 具備發熱之發熱元件（例如cpu等）的電子機器’藉由 使液體冷媒循環而有效進行該發熱元件之冷卻’也就是構 成所謂液冷系統者。 此冷卻套1 〇 〇，係從圖可得知，具備：具有略矩形之 _ 外型形狀，同時其內部具備蛇行爲略「s」字形之液體冷 -8- 1317862 媒通路110的本體部120;和覆蓋此本體部120 安裝的，板狀蓋體130。另外此等本體部120, 銅、鋁等熱傳導性優良的金屬所形成。更具體來 部 120，具有（長）30 mmx (寬）40 mmx (筒） 外型尺寸，並將上述蛇行爲略「S」字形之液體 1 1 0，以切削加工或押出加工來形成。另外圖中 ，係形成於上述蛇行通路1 1 0之略中央部的高低 此部分於後會說明，但是插入固定有用以使流 110內之液體冷媒擴散的擴散構件15 〇。 又此本體部120，在形成於其內部之「S」 行通路110的兩端，例如插入固定有金屬製之 112’因而形成液體冷媒對冷卻套之入口及出口 符號113，係表示在本體120內突出，區分「S 蛇行通路110的壁面部。 另一方面，蓋體130也與上述本體部120相 、鋁等熱傳導性優良的金屬（舉例而言，厚度2 形成特定形狀，例如切斷爲（長）30 mmx (寬 者。另外此蓋體1 3 0，係從圖可得知，在冷卻套 之際，會被固定於上述本體部120上面，使其表 熱元件200之表面上而形成導熱面。 其次，在上述本體部之「S」字形之蛇行通 一部分，亦即形成「S」字形之蛇行通路之直線 條通路的略中央部份中，對應上述高低差部分1: ’係插入固定有上述擴散構件1 5 0 ;此擴散構件 之上面而 係例如由 說，本體 5 mm的 冷媒通路 符號1 2 1 差部分’ 動於通路 字形之蛇 管 1 1 1、 。又圖中 」字形之 同，由銅 mm ) 5 )4 0 mm 100完成 面接觸發 ! 1 1 0 的 部分之3 Π之部分 150之詳 -9-

1317862 細構造，表示於附加第2圖。 首先在第2圖（a)中，係表示襍 「U」字形之構件1 5 1，以此作爲擴散 這與上述第1圖所示之擴散構件1 5 0相 151，亦與上述本體部120或蓋體130 熱傳導性優良之金屬板（例如厚度0.3 字形而成者。 另外此等「U」字形構件1 5 1，係 字形之蛇行通路1 1 〇的一部分，而進ft 之液體冷媒分散爲複數流路的工作。爲 ，得知尤其將上述構件1 5 1所形成之浦 面的縱橫比（a/b )，設定爲大約1 0〜 在此，「a」從圖可得知，係上述構件 溝）高度，「b」係其寬度。 亦即若依具有上述構造之擴散構件 上述冷卻套100內部一邊吸收來自發熬 液體冷媒，會在上述「S」字形之蛇行 熱之擴散方向擴散，故可將來自發熱元 液體冷媒，因此即使藉由較少液體冷媒 熱元件。 又第2圖（b)中，係表示取代」 151 ’複數集合堆積橢圓剖面狀之管構 擴散構件1 5 0的例子；更且第2圖（ 集合堆積剖面「C」字形之構件153, [數堆積重疊剖面爲 構件1 5 0的例子； !同。另外此等構件 一樣，由銅或鋁等 mm)折彎爲「U」 藉由插入上述「S」 ;將在該通路內流通 丨此，藉由各種實驗 [路（導引溝）其剖 2〇左右爲佳。另外 151之流路（導引 :1 5 0，一邊流動於 丨元件200之熱量的 通路1 10途中，往 i件之熱有效導熱到 E，亦可充分冷卻發 匕述「U」字形構件 件1 5 2，藉此作爲 c)中，係表示複數 藉此作爲擴散構件 -10- 1317862 1 5 0的例子。另外此等變形例中，此等構件1 5 2、1 5 3，也 是由銅或鋁等熱傳導性優良之金屬板（例如厚度0.3 mm )加工爲特定字形而成者。如第2圖（a) 、( b ) 、( c )所示，擴散構件1 5 1、1 5 2、1 5 3，係端部具有彎曲部分 ，故可將流路群寬度「b」平均且容易的定位，而不需要 定位用之特殊治具、構件等。又對於提高對液體冷媒之導 熱效率，係以縮小流路寬度，盡可能增加擴散構件片數來 並排者爲佳。亦即擴散構件之彎曲部分造成流路寬度之定 位性效果，在必須以微小間隔並排多數擴散構件之冷卻套 的高性能化中，尤其有效。又即使藉由此等構件152、 153，也與上述「U」字形構件151相同，流動於上述「S 」字形之蛇行通路110內的液體冷媒，會在其途中往熱之 擴散方向擴散，故可將來自發熱元件之熱有效導熱到液體 冷媒，因此即使藉由較少液體冷媒，亦可充分冷卻發熱元 件。 第3圖中，作爲上述「U」字形構件1 51之變形例， 係表示在該構件151’之壁面形成開口部155者。 更且第4圖中，表示有將形成了此開口部155之構件 1 5 1 ’，加以複數集合堆積的狀態；此例中，係使互相鄰接 之構件1 5 1 ’的開口部1 5 5在橫方向整列地，來配置的構 造。亦即若依將該構造之構件151’複數集合堆積而成的 擴散構件1 5 0，則經由上述開口部1 5 5，流動於其內部之 液體冷媒會在其途中更加擴散，而更有效地實現從發熱元 件到液體冷媒的熱傳導。 -11 - 1317862 另外上述變形例中，係表示將構成上述擴散構件1 50 之複數構件151，，配置爲使其開口部155在橫方向整列 的構造；然而取代此者，亦可如附加第5圖（a )所示， 使開口部1 5 5互相僅移動（錯開）特定間隔來重疊，或可 如第5圖（b )所示，作隨機配置。另外即使藉由該構造 ’經由上述開口部1 5 5，流動於其內部之液體冷媒亦會在 其途中更加擴散，而更有效地實現從發熱元件到液體冷媒 的熱傳導。更且使流路壁以開口部155來中斷，藉此可切 斷流路壁附近之液體冷媒所產生的溫度邊界層，而謀求所 謂前端效果所帶來的熱傳導。 接著若針對以上之詳細構造，簡單說明與變形例一同 說明的冷卻套製造方法，則如之前所述，在將銅或鋁等金 屬以切削加工或押出加工所形成的本體120內，對形成於 其蛇行通路110 —部分之高低差部分121，插入折彎金屬 薄板並切斷而形成的擴散構件150 (本例中係構件15 1) ，之後在本體部上面，液密性安裝銅或鋁等金屬所構成之 蓋體130而完成。另外此時，尤其是將上述蓋體130液密 性安裝於本體部1 20上面時，可藉由銅或銀之焊接來輕易 實現。 首先例如將銅或銀之薄板狀焊材BR安裝於上述本體 部120上面，在其上將上述蓋體130放置於特定位置。之 後如附加第6圖（a )所示，將此者上下反轉在爐內加熱 而進行焊接。此時，係如第6圖（b )所示，熔融之焊材 BR會流入本體部120與蓋體130之間而連接兩者，同時 -12- 1317862

如圖斜線所示，進入蓋構件1 30與構成擴散構件1 50之構 件1 5 1之間所形成的空隙。擴散構件1 5 1之端部（與蓋體 130之接合部），因爲形成有彎曲部，故焊材會進入鄰接 之擴散構件151之彎曲部與蓋體130之接合部所形成的空 間中，提高黏著性（亦即提高從蓋體1 3 0往擴散構件1 5 1 之熱傳導效率），同時可防止焊材對形成流路之擴散構件 間的繞入。此者在第2圖（a) 、( b ) 、（c)所示之「U 」字形剖面之構件、橢圓形剖面之管構件、「C」字形剖 面之構件之任一個，都可達到相同效果。因此不會阻塞形 成於構件內之流路，而可確實地將本體部1 2 0與蓋體1 3 〇 之間做液密性連接。 此外，將說明了以上詳細構造之冷卻套’適用於電子 機器亦即筆記型電腦作爲液冷系統的一例，係表示於附加 第7圖。亦即此第7圖中，係表示由個人電腦本體300, 與例如由鉸鏈機構對該本體可自由開關而安裝之蓋體350 來構成，一般稱爲筆記型之個人電腦的構造。 另外此圖中，本體側爲了表示其內部’係表示將一般 安裝於其表面之鍵盤部拆除的狀態。又’要求小型•輕量 且可攜代之筆記型電腦中，係與桌上型個人電腦不同，一 般在安裝於蓋體3 5 0內側面之液晶顯示器的背面側’配置 有金屬板，其表面蛇行來回環繞有金屬製配管353 ’形成 將熱排出到裝置外部的所謂散熱器。另外包含上述散熱器 部，上述冷卻套100會與循環泵70 一起’形成冷卻系統 。亦即由循環泵7 0所驅動之液體冷媒（例如水’或以特 -13- 1317862 定比例混合有丙烯乙二醇等之所謂不凍液的水），會流動 於散熱器部以及上述冷卻套100。 然後配置於上述本體3 0 0底部之配線基板2 1 0上，裝 載有發熱元件亦即CPU200 ;例如在使其上面與受熱套 100互相面接觸的狀態下（或經由導熱性潤滑油）來安裝 (例如以螺絲等來固定）。又，作爲構成此等熱循環之各 部分之間的液體冷媒通路，例如是以金屬形成，內部液體 冷媒難以外洩之管（配管）81來連接。另外圖中符號84 ，係表示用以連接上述個人電腦本體300與蓋體350之間 的鉸鏈管。 【圖式簡單說明】 [第1圖]表示本發明一種實施方式之冷卻套整體構造 的展開立體圖。 [第2圖]詳細說明構成上述冷卻套之擴散構件之構件 其詳細構造的部分放大圖。 [第3圖]用以表示構成上述擴散構件之構件其變形例 的放大立體圖。 [第4圖]表示上述第3圖所示之構件所構成之擴散構 件構造的放大立體圖。 [第5圖]表示上述第3圖所示之構件所構成之擴散構 件其另外構造例的放大立體圖。 [第6圖]說明將上述冷卻套之蓋體液密性安裝於本體 部上面，加以固定之工程範例的圖。 -14 - 1317862 [第7圖]將上述冷卻套作爲電子裝置之液冷系統一例 ，表示組裝入筆記型個人電腦之情況的部分展開立體圖。 【主要元件符號說明】 1 0 0 :冷卻套 1 1 0 :蛇行通路 1 1 1 :入口 1 1 2 :出口 120 :本體部 1 30 :蓋體 1 5 0 :擴散構件 151、 151’、 152、 153:構件 1 5 5 :開口部 200 :發熱元件 -15-

Claims (1)

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十、申請專利範圍 1· 一種冷卻套，係使用於在框體內具有發熱元件的 電子機器；其特徵係具備 接觸上述發熱元件之表面，並具有將該發熱元件之發 熱傳導到內部之導熱面的本體； 和在上述冷卻套之本體內部’蛇行而形成之液體冷媒 通路； • 和安裝於上述液體冷媒通路之兩端的冷媒液入口與出 □， 在殼體部之蛇行形成之冷媒通路’係藉由複數個板狀 ' ' 構件所構成， 在上述殻體部之液體冷媒通路中，將以相同方向而重 疊配列之擴散構件，以插入至前述蛇行而形成之冷媒通路 的一部份處的方式而作配置， 前述擴散構件，係藉由銲材而與蓋體接合’經由前述 • 擴散構件將上述液體冷媒通路分散爲複數流路’同時在該 擴散構件與上述殼體部以及基底部之間而形成之各流路的 縱橫比在1 〇〜2 0的範圍。 2. 如申請專利範圍第1項所記載之冷卻套’其中’ 上述擴散構件，係複數疊合剖面「U」字形之管構件所形 成者。 3. 如申請專利範圍第1項所記載之冷卻套’其中’ 上述擴散構件，係複數疊合橢圓狀剖面之管構件所形成者 -16 - 1317862 4. 如申請專利範圍第1項所記載之冷卻套，其中， 上述擴散構件，係複數疊合剖面「C」字形之管構件所形 成者。 5. 如申請專利範圍第1項至第4項之任一項所記載之 冷卻套，其中，於上述擴散構件，係更形成有切缺部或者 是開口部。

-17- 1317862 七 表 為代 圖件 表元 代之 定圖 指表 :案代 圖本本 表、、 代 定一二 指CC 第 符 明 圖說 )單 1簡 Jgu 100 冷 卻 套 110 蛇 行 通 路 111 入 □ 112 出 P 120 本 體 部 130 蓋 體 150 擴 散 構 件 151、 1515 ' 152、 153:構件 1 5 5 :開口部 200 :發熱元件 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學 式：