TWI548852B - 導熱塑膠所製成的散熱裝置與其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種散熱裝置與其製造方法，且特別是有關於一種用導熱塑膠所製成的散熱裝置與其製造方法。
這幾年來，資訊科技的進步速度可以說是相當快速，尤其是在中央處理器(Central processing unit，簡稱CPU)等電子元件的運算速度和內涵的電晶體數目方面。也由於中央處理器的運算速度相當高，故連帶產生的廢熱也相當大。為了使中央處理器在所允許的溫度下正常工作，設計良好的散熱裝置或散熱模組便扮演了重要的角色。
目前，在絕大部分的散熱模組中皆會使用到散熱片，此散熱片是放置在電子元件的上方，以使電子元件所產生的廢熱能順利被排除。對於散熱要求較低的電子元件，其上所配置的散熱片例如是由鋁所製成。而對於散熱要求較高的電子元件(例如：CPU)，其上所配置的散熱片則例如是由導熱係數較高的銅所製成。
然而，目前市面上的金屬價格有往上攀升的趨勢，這會使廠商在成本上的負擔愈來愈重。因此，有些本領域的技術人員會採用導熱塑膠來進行散熱裝置的製作。導熱塑膠是以一般的塑膠材質為基材，並在塑膠中填充某些金屬氧化物粉末、碳纖維、或陶瓷粉末而製
成，其熱傳導率範圍為1-20W/m-K，此一數值大約是傳統塑膠的5-100倍。然而，即使如此，導熱塑膠的熱傳導率仍遠小於鋁(熱傳導率約240W/m-K)和銅(熱傳導率約400W/m-K)，故導熱塑膠的應用範圍仍相當有限。
因此，如何設計出一散熱裝置或散熱模組，其具有高的散熱效率與較低的成本，便是值得本領域具有通常知識者去思量地。
本發明的目的是提供一種散熱裝置，其具有高的散熱效率與較低的成本。
根據上述目的與其他目的，本發明提供一種散熱裝置，該散熱裝置包括一殼體與一工作流體。殼體具有吸熱端與散熱端，吸熱端是適於與發熱源相接觸，且殼體內部密封有第一容置空間，該殼體的內壁設有多條溝槽。工作流體是填充於第一容置空間內，當發熱源產生的熱量被工作流體吸收後，工作流體會從液體轉變成氣體，而呈氣體狀的工作流體會往散熱端流動。
在上述之散熱裝置中，殼體的散熱端向外突出有多個延伸殼體，延伸殼體內部具有第二容置空間，第二容置空間與第一容置空間相連通，且延伸殼體是由導熱塑膠所製成。
在上述之散熱裝置中，延伸殼體的內壁設有多條溝槽。
在上述之散熱裝置中，殼體的內壁設有多條溝槽。
在上述之散熱裝置中，第一容置空間內設置有多個引流柱，引流柱是連接於殼體的吸熱端與殼體的散熱端之間。
本發明提供一種散熱裝置的製造方法，其具有高的散熱效率與較低的成本。散熱裝置的製造方法包括：(a)利用射出成型的方式製作第一殼體；(b)利用射出成型的方式製作第二殼體，該第二殼體的內壁設有多條溝槽；(c)將第一殼體與第二殼體相結合，以形成殼體，殼體內部具有第一容置空間，且殼體上具有注射孔；(d)從注射孔注入工作流體至第一容置空間中，並同時透過注射孔將第一容置空間中的空氣抽除；以及(e)將注射孔封閉；其中，第一殼體與第二殼體皆是由導熱塑膠所製成。
在上述之散熱裝置的製造方法中，(c)步驟是藉由高週波融合的方式將第一殼體與第二殼體相結合。
綜上所述，本發明之散熱裝置具有下述優點：(1)散熱裝置的殼體是由導熱塑膠所製成，故其材料成本降低。而且，於殼體內部密封有吸熱後會產生相變化的流體，故其具有良好的散熱效率；(2)散熱裝置的殼體是經由射出成型的方式所製成，其所需的工作溫度較低，故其製造成本較低；(3)由於散熱裝置是由導熱塑膠所製成，故相較於
習知的散熱裝置，本發明之散熱裝置在外型上可有更多的變化；(4)由於散熱裝置的殼體是由導熱塑膠所製成，且殼體的內部僅添加有一定量的工作流體，故相較於習知的散熱裝置，本發明之散熱裝置較輕；以及(5)藉由本發明之散熱裝置，能使導熱塑膠得到較廣泛的應用。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
請參考圖1A與圖1B，圖1A所繪示為本發明之散熱裝置的第一實施例，圖1B所繪示為散熱裝置的剖面圖。其中，本實施例之散熱裝置100，其適於配置在一發熱源20上，以對發熱源20進行散熱。其中，發熱源20例如是電腦系統中之中央處理器、北橋晶片、南橋晶片或是其他的發熱元件。在本實施例中，散熱裝置100包括一殼體110與一工作流體130。在本實施例中，殼體110包括一第一殼體112與一第二殼體114，且殼體110靠近發熱源20的一端為吸熱端110a，而殼體110遠離發熱源20的一端則為散熱端110b。此外，殼體110內部密封有一第一容置空間116，且工作流體130是填充在第一容置空間116內，也就是說第一容置空間116是與外界環境相隔離，工作流體130不會發散到外界環境。在本實施例中，工作流體130為水，但本領域具有
通常知識者也可使用乙醇等潛熱較高的液體來做為工作流體130。
另外，殼體110是由導熱塑膠所製成，導熱塑膠是以一般的塑膠材質為基材，並在塑膠中填充某些金屬氧化物粉末、碳纖維、或陶瓷粉末而製成。例如，將聚苯硫醚(PPS)與多個大顆粒的氧化鎂相混合就可以製成一種絕緣形的導熱塑膠。一般塑膠的熱傳導率只有0.2W/m-K，而典型的導熱塑膠熱傳導率範圍為1-20W/m-K，此一數值大約是傳統塑膠的5-100倍。另外，由於導熱塑膠中添加有金屬氧化物粉末、碳纖維、或陶瓷粉末等硬度較高的材質，故導熱塑膠的強度較一般塑膠為高。而且，相較於一般的塑膠，導熱塑膠具有較高的延展性。
請繼續參照圖1A與圖1B，在本實施例中，於殼體110的散熱端110b上還延伸有多個延伸殼體120，此延伸殼體120也是由導熱塑膠所製成。而且，於延伸殼體120內部還具有一第二容置空間122，此第二容置空間122與第一容置空間116相連通，但與外界環境相隔離。當發熱源20產生熱量時，此熱量會透過殼體110而傳送到工作流體130，而使液態的工作流體130蒸發，呈氣體狀的工作流體130則會往散熱端110b的方向流動，故氣體狀的工作流體130會流動到延伸殼體120的第二容置空間122中。在圖1B中，箭號所代表的即是氣體狀的工作流體130的流動方向。藉由與外界
環境間的溫度差，工作流體130會將熱量往外排出並凝結成液體，之後再回流至吸熱端110a。
請參照圖1C，圖1C所繪示為本發明之散熱裝置的爆炸圖。由圖1C可看出，第二殼體114的內壁上設有多條溝槽118，這些溝槽118可幫助液態的工作流體130的流動。此外，由上述可知，本領域具有通常知識者應可明白在第一殼體112與延伸殼體120的內壁上也可設有溝槽。
由上述可知，導熱塑膠的熱傳導率(1-20W/m-K)雖然比鋁(熱傳導率約240W/m-K)和銅(熱傳導率約400W/m-K)來得低，然而藉由工作流體130的相變化所吸收的熱量，散熱裝置100整體的散熱效率會比全部由金屬所製成的散熱裝置為高。根據本申請案之發明人的實驗，在相同大小與形狀的情況下，散熱裝置100的散熱效率可達到全部由或鋁所製成的散熱裝置高5倍。另外，相較於金屬(尤其是銅)，導熱塑膠與工作流體130的材料成本也較低。而且，由於本實施例的散熱裝置100主要是由導熱塑膠所製成，且散熱裝置100的內部為中空，故密度比全部由銅所製成的散熱裝置的1/5，也因此散熱裝置100的重量也較輕，較利於攜帶與搬運，而且也符合目前電子裝置輕巧的趨勢。此外，導熱塑膠為絕緣的材質，故相較於習知由金屬製成的散熱裝置，比較不會發生漏電的危險。而且，導熱塑膠的熱膨脹係數較銅或鋁還低，故本發明的散熱裝置100被加熱
後其體積的變化較小，從而較不會與電子設備中其他元件產生干涉。
另外，散熱裝置100的製造成本也比習知由金屬所製成的散熱裝置為低，以下將對散熱裝置100的製造流程進行介紹。請同時參照圖2，圖2所繪示為散熱裝置的製造流程。首先，請參照步驟S110，利用塑膠射出成型的方式分別製作出第一殼體112與第二殼體114，其中於第一殼體112上例如形成有一注射孔(未繪示)。接著，請參照步驟S120，利用高周波熱熔的方式，將第一殼體112與第二殼體114結合在一起，以形成殼體110。再來，請參照步驟S130，從注射孔注入工作流體130至第一容置空間116中，同時透過注射孔將第一容置空間116中的空氣抽除。之後，請參照步驟S140，將注射孔封閉，這樣便完成散熱裝置100的製造。
需注意的是，在散熱裝置100製造的程序中，第一殼體112與延伸殼體120是同時形成。而且，在步驟S140中，可用高周波熱熔的方式將注射孔封閉，或者在注射孔處焊接一小塊的金屬以將注射孔封閉。
由上可知，散熱裝置100的殼體110是由塑膠射出成型的方式所製成，其所牽涉到的工作溫度較使用壓鑄或粉末冶金為低，故其製造成本會比習知的散熱裝置還低。而且，由於殼體110是由導熱塑膠所製成，故在外型上可有較多的變化。例如，在圖1A中，延伸殼體120呈圓柱狀，但本領域具有通常知識者也可將其做成其他
的形狀，如：弧形翅膀狀，以增加美觀性。
請參照圖3，圖3所繪示為本發明之散熱裝置的第二實施例的剖面圖。在圖3的散熱裝置100’中，與散熱裝置100中相同或相似的元件將標以相同的符號並不在贅述。相較圖1B所示的散熱裝置100，散熱裝置100’的第一容置空間116內還設置有多個引流柱113，這些引流柱113是連接於殼體110的吸熱端110a與殼體的散熱端110b之間，也就是說是設置在第一殼體112與第二殼體114間。藉由這些引流柱113，有利於工作流體回流至吸熱端110a。
請參照圖4，圖4所繪示為本發明之散熱裝置的第三實施例的剖面圖。在圖4中，散熱裝置200是呈密封的圓管狀，此散熱裝置200包括一殼體210與一工作流體230，此殼體210是由第一殼體212與第二殼體214所組成。其中，殼體210具有一吸熱端210a與一散熱端210b，其中吸熱端210a是與發熱源20相接觸。在本實施例中，散熱裝置200可用於取代習知的熱管，由於散熱裝置200的殼體210也是由導熱塑膠所構成，故散熱裝置200具有成本較低、重量較輕、且較易製作的優點。
另外，值得注意的是，圖1A的散熱裝置100與圖4的散熱裝置200除了可分開使用外，也可合併一起使用，其中散熱裝置100例如可放置在散熱裝置200的吸熱端與發熱源20之間。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
20‧‧‧發熱源
100、100’‧‧‧散熱裝置
110‧‧‧殼體
110a‧‧‧吸熱端
110b‧‧‧散熱端
112‧‧‧第一殼體
113‧‧‧引流柱
114‧‧‧第二殼體
116‧‧‧第一容置空間
118‧‧‧溝槽
120‧‧‧延伸殼體
122‧‧‧第二容置空間
130‧‧‧工作流體
200‧‧‧散熱裝置
210‧‧‧第一殼體
220‧‧‧第二殼體
210a‧‧‧吸熱端
210b‧‧‧散熱端
圖1A所繪示為本發明之散熱裝置的第一實施例。
圖1B所繪示為散熱裝置的剖面圖。
圖1C所繪示為本發明之散熱裝置的爆炸圖。
圖2所繪示為散熱裝置的製造流程。
圖3所繪示為本發明之散熱裝置的第二實施例的剖面圖。
圖4所繪示為本發明之散熱裝置的第三實施例的剖面圖。
20‧‧‧發熱源
100‧‧‧散熱裝置
110‧‧‧殼體
110b‧‧‧散熱端
110a‧‧‧吸熱端
112‧‧‧第一殼體
114‧‧‧第二殼體
116‧‧‧第一容置空間
120‧‧‧延伸殼體
122‧‧‧第二容置空間
130‧‧‧工作流體
Claims (6)
- 一種散熱裝置，適於與一發熱源相接觸，該散熱裝置包括：一殼體，該殼體具有一吸熱端與一散熱端，該吸熱端是適於與該發熱源相接觸，且該殼體內部密封有一第一容置空間，該殼體的內壁設有多條溝槽；以及一工作流體，該工作流體是填充於該第一容置空間內，當該發熱源產生的熱量被該工作流體吸收後，該工作流體會從液體轉變成氣體，而呈氣體狀的該工作流體會往該散熱端流動；其中，該殼體是由導熱塑膠所製成。
- 如申請專利範圍第1項所述之散熱裝置，其中該殼體的散熱端向外突出有多個延伸殼體，該延伸殼體內部具有一第二容置空間，該第二容置空間與該第一容置空間相連通，且該延伸殼體是由導熱塑膠所製成。
- 如申請專利範圍第2項所述之散熱裝置，其中該延伸殼體的內壁設有多條溝槽。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之散熱裝置，其中於該第一容置空間內設置有多個引流柱，該引流柱是連接於該殼體的吸熱端與該殼體的散熱端之間。
- 一種散熱裝置的製造方法，包括：(a)利用射出成型的方式製作一第一殼體；(b)利用射出成型的方式製作一第二殼體，該第二 殼體的內壁設有多條溝槽；(c)將該第一殼體與該第二殼體相結合，以形成一殼體，該殼體內部具有一第一容置空間，且該殼體上具有一注射孔；(d)從該注射孔注入一工作流體至該第一容置空間中，並同時透過該注射孔將該第一容置空間中的空氣抽除；以及(e)將該注射孔封閉；其中，該第一殼體與該第二殼體皆是由導熱塑膠所製成。
- 如申請專利範圍第5項所述之散熱裝置的製造方法，其中在(c)步驟中，是藉由高週波融合的方式將該第一殼體與該第二殼體相結合。
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