TWI624640B - 液冷式散熱裝置 - Google Patents

Abstract

一種液冷式散熱裝置，包括一導熱底座以及一蓋體。導熱底座具有相對之一底面與一頂面，底面用以跟一發熱源接觸，頂面上形成有一散熱結構。蓋體則罩設於導熱底座上，蓋體與導熱底座共同界定出一入水腔以及一出水腔，入水腔設置於該散熱結構的上方，並具有一入水口，而出水腔具有一出水口。入水腔為一漸縮之空間，其垂直高度係自入水口方向往出水口方向逐漸減少，使得自入水口流入之液體可被導引而流向散熱結構。

Description

液冷式散熱裝置

本發明係關於一種散熱裝置，特別是一種液冷式散熱裝置。

請同時參照第1A圖以及第1B圖，習知的液冷式散熱裝置1，也就是俗稱的水冷頭(cold plate)，其結構包括一導熱底座2以及一蓋體3。導熱底座2，具有相對之一底面21與一頂面22，底面21用以跟一發熱源8接觸後，吸收其熱能並往頂面22方向傳遞；而導熱底座2的頂面22，則形成有散熱結構23，用以增加與液體接觸的面積。蓋體3，則罩設於導熱底座2上，並且與導熱底座2共同界定出一作用腔4。不過，由於作用腔4內並沒有任何導引液體流向的設計，因此當液體進入作用腔4時，僅有部分的液體會通過下方的散熱結構23並將其熱能帶走，造成散熱效率低落的缺失。

針對上述液冷式散熱裝置的缺失，本發明提出一種改良式的液冷式散熱裝置，係藉由蓋體與導熱底座共同界定出一入水腔與一出水腔，並且將入水腔的垂直高度自入水口方向往出水口方向逐漸減少，使得進入入水腔的液體，可被導引而流向散熱結構，增加接觸的面積。此外，本發明也可增設一種設置在導熱基作與蓋體之間的導引片，讓液體能夠更精準地往散熱結構上衝擊，達到更好的降溫效果。

為達上述目的，於一實施例中，本發明提供一種液冷式散熱裝置，包括一導熱底座以及一蓋體，導熱底座，具有相對之一底面與一頂面，底面用以跟一發熱源接觸，頂面上形成有一散熱結構；蓋體，罩設於導熱底座上，蓋體與導熱底座共同界定出一入水腔以及一出水腔，入水腔設置於散熱結構的上方，並具有一入水口，而出水腔具有一出水口；其中，入水腔為一漸縮之空間，其垂直高度係自入水口方向往出水口方向逐漸減少，使得自入水口流入之液體可被導引而流向散熱結構。

在本發明一實施例中，散熱結構係選自下列之一：片體、柱體、溝槽和粗糙表面。

在本發明一實施例中，頂面係在散熱結構的周圍形成有一環繞流道，而液冷式散熱裝置更包括一導引片，設置於導熱底座與蓋體之間，導引片設置有一入水開孔以及一出水開孔，入水腔之液體，可經由該入水開孔而流入散熱結構中，而流出散熱結構之液體則會通過環繞流道後，經由出水開孔而流入出水腔。

在本發明一實施例中，導引片係貼附於入水腔的底部，使得由入水口進入入水腔之液體，僅能通過入水開孔而流入散熱結構。

在本發明一實施例中，入水開孔位在入水腔之下方，出水開孔則位在出水腔之下方。

在本發明一實施例中，入水開孔之面積，小於出水開孔之面積。

在本發明一實施例中，入水開孔之寬度，由入水腔往出水腔之方向逐漸縮減。

在本發明一實施例中，入水開孔之寬度，由出水腔往入水腔之方向逐漸縮減。

在本發明一實施例中，入水開孔包括一第一入水區域與一第二入水區域，且第二入水區域之寬度大於第一入水區域之寬度。

在本發明一實施例中，第二區域之外形係選自下列之一：圓形、橢圓形、矩形、梯形和菱形。

在本發明一實施例中，散熱結構為複數個沿一第一方向平行排列之鰭片，而入水開孔係與第一方向垂直設置，使得液體得以流入相鄰兩鰭片間的縫隙。

在本發明一實施例中，導熱基座的頂面係在散熱結構的周圍形成有一環繞流道，而液冷式散熱裝置更包括一導引片，設置於導熱底座與蓋體之間，導引片設置有一入水開孔，入水腔之液體，可經由該入水開孔而流入散熱結構中，而流出散熱結構之液體則會通過環繞流道後，流入出水腔。

在本發明一實施例中，導引片係貼附於入水腔的底部，使得由入水口進入入水腔之液體，僅能通過入水開孔而流入散熱結構。

在本發明一實施例中，入水開孔位在入水腔之下方。

在本發明一實施例中，入水開孔之寬度，由入水腔往出水腔之方向逐漸縮減。

在本發明一實施例中，入水開孔之寬度，由出水腔往入水腔之方向逐漸縮減。

在本發明一實施例中，入水開孔包括一第一入水區域與一 第二入水區域，且第二入水區域之寬度大於第一入水區域之寬度。

在本發明一實施例中，第二區域之外形係選自下列之一：圓形、橢圓形、矩形、梯形和菱形。

在本發明一實施例中，散熱結構為複數個沿一第一方向平行排列之鰭片，而入水開孔係與第一方向垂直設置，使得液體得以流入相鄰兩鰭片間的縫隙。

於另一實施例中，本發明提供一種液冷式散熱裝置，包括一導熱底座、一蓋體以及一導引片；導熱底座具有相對之一底面與一頂面，底面用以跟一發熱源接觸，頂面上形成有一散熱結構；蓋體罩設於導熱底座上，蓋體與導熱底座共同界訂出一入水腔以及一出水腔，入水腔設置於散熱結構的上方，並具有一入水口，而出水腔具有一出水口；導引片夾設於導熱底座與蓋體之間，導引片具有一周緣、一入水開孔以及一出水開孔，使得進入入水腔之液體，可藉由入水開孔而流入散熱結構中，而流經散熱結構之液體則會通過出水開孔而流入出水腔。

在本發明另一實施例中，蓋體四周具有一向下彎折之裙邊，用以包覆導引片之周緣以及導熱底座的頂面。

在本發明另一實施例中，導引片的入水開孔之垂直高度係高於周緣的垂直高度，而使得散熱結構與導引片在垂直高度上部分重疊。。

1‧‧‧液冷式散熱結構

2‧‧‧導熱底座

21‧‧‧底面

22‧‧‧頂面

23‧‧‧散熱結構

23a‧‧‧鰭片

24‧‧‧環繞流道

3‧‧‧蓋體

31‧‧‧裙邊

4‧‧‧作用腔

5‧‧‧入水腔

51‧‧‧入水口

6‧‧‧出水腔

61‧‧‧出水口

7‧‧‧導引片

71‧‧‧入水開孔

71a‧‧‧第一入水區域

71b‧‧‧第二入水區域

72‧‧‧出水開孔

73‧‧‧周緣

8‧‧‧發熱源

D‧‧‧第一方向

H1‧‧‧垂直高度

H2‧‧‧垂直高度

H3‧‧‧垂直高度

H4‧‧‧垂直高度

第1A圖係習知液冷式散熱裝置的立體示意圖。

第1B圖係第1A圖中，沿1B-1B剖面線所得到關於習知液冷式散熱裝置之剖面示意圖。

第2A圖係本發明第一實施例所提供之液冷式散熱裝置的立體示意圖。

第2B圖係本發明第一實施例所提供之液冷式散熱裝置的爆炸示意圖。

第2C圖係第2A圖中，沿2C-2C剖面線所得到關於本發明第一實施例所提供之液冷式散熱裝置之剖面示意圖。

第3A圖係本發明第二實施例所提供之液冷式散熱裝置的立體示意圖。

第3B圖係本發明第二實施例所提供之液冷式散熱裝置的爆炸示意圖。

第3C圖係第3A圖中，沿3C-3C剖面線所得到關於本發明第二實施例所提供之液冷式散熱裝置之剖面示意圖。

第4圖係本發明第二實施例所提供之液冷式散熱裝置中，導引片的入水開孔在外型上的不同變化。

第5圖係本發明第二實施例所提供之液冷式散熱裝置中，導引片的入水開孔在外型上的不同變化。

第6A圖係本發明第三實施例所提供之液冷式散熱裝置的立體示意圖。

第6B圖係本發明第三實施例所提供之液冷式散熱裝置的爆炸示意圖。

第6C圖係第6A圖中，沿6C-6C剖面線所得到關於本發明第三實施例所提供之液冷式散熱裝置之剖面示意圖。

請同時參照第2A圖、第2B圖以及第2C圖，依據本發明之第一實施例係提供一種液冷式散熱裝置1。液冷式散熱裝置1包括一導熱底座2以及一蓋體3。導熱底座2具有相對之一底面21與一頂面22，底面21用以跟一發熱源8接觸後，吸收其熱能並往頂面22方向傳遞；而導熱底座2的頂面22，則形成有散熱結構23，用以增加與液體接觸的面積，增加散熱的效率。蓋體3則罩設於導熱底座2上，並且與導熱底座2共同界定出一入水腔5以及一出水腔6，其中，入水腔5設置於散熱結構23的上方，並具有一入水口51，而出水腔則具有一出水口61。

在本實施例中，為了能夠讓入水腔5的液體以往散熱結構23的方向流動，因此，特別將入水腔5設計為一漸縮之空間，並且讓入水腔5在垂直高度上係自入水口51方向往出水口61的方向逐漸減少，(例如第2C圖中所示，入水腔5在靠近出水口61的垂直高度H2小於靠近入水口51的垂直高度H1)，如此一來，自入水口51流入之液體，可被入水腔5之漸縮外型引導後流向下方的散熱結構23，增加與散熱結構23接觸的機會，因而能夠更有效率地將熱能給帶走。

在本實施例中，散熱結構23可以選自片狀的結構，例如第2B所示平行排列的鰭片23a，或者也可選自柱狀、溝槽狀或是粗糙的表面等其他的散熱結構，本實施例並不予以限制，只要是能夠增加與液體接觸的面積即可。

請同時參照第3A圖、第3B圖以及第3C圖，依據本發明之第二實施例係提供一種液冷式散熱裝置1。液冷式散熱裝置1包括一導熱底座 2、一蓋體3以及一導引片7。導熱底座2具有相對之一底面21與一頂面22，底面21用以跟一發熱源8接觸後，吸收其熱能並往頂面22方向傳遞；而導熱底座2的頂面22，則形成有一散熱結構23以及一環繞流道24，散熱結構23可用以增加與液體接觸的面積，增加散熱的效率，而環繞流道24則設置在散熱結構23的周圍，用來讓通過散熱結構的液體，得以藉此環繞流道24而重新予以匯集。蓋體3，罩設於導熱底座2上，並且與導熱底座2共同界定出一入水腔5以及一出水腔6，其中，入水腔5設置於散熱結構23的上方，並具有一入水口51，而出水腔6則具有一出水口61。

在本實施例中，除了沿用第一實施例所提供的漸縮式入水腔5來引導液體往散熱結構23方向流動之外，也特別在導熱底座2與蓋體3之間，增設有導引片7，讓入水腔5的液體更夠更集中地以往散熱結構23方向流動，特別是散熱結構23的中央區域，或是散熱結構23中更需要液體通過的其他區域。在本實施例中，導引片7設置有一入水開孔71以及一出水開孔72，其中，入水開孔71位在入水腔5的下方，出水開孔72則位在出水腔6之下方，如此一來，入水腔5之液體，可經由入水開孔71而流入散熱結構23中，而流出散熱結構23之液體則會通過環繞流道24並重新匯集後，再藉由出水開孔72而流入出水腔6內。

在本實施例中，散熱結構23同樣可以選自片狀的結構，或者也可選自柱狀、溝槽狀或是粗糙的表面等散熱結構，本實施例並不予以限制，只要能夠增加與液體接觸的面積即可。以第3B圖所示為例，當本實施例採用複數個沿一第一方向D平行排列之鰭片23a時，本實施例可安排將入水開孔71與第一方向D垂直設置，如此一來，透過出水開孔72流入的液 體，就得以進入相鄰兩鰭片23a間的縫隙中而提升散熱的效率。

倘若要讓流入散熱結構23的液體有加壓的效果，本實施例也可藉由更緊密的接合手段，讓導引片貼附於入水腔5的底部，使得絕大部分由入水口51進入入水腔5之液體，最後僅能通過入水開孔71來流入散熱結構23中。此外，本實施例所提供的導引片7在設計上，也可選擇讓入水開孔71的面積小於出水開孔72的面積，讓液體能夠加壓往散熱結構衝擊後，得以順利地往出水腔6的方向前進。

在本實施例中，導引片7的外型可依照不同的需求而有因應的變化與設計，舉例來說，若是導熱底座2下方的發熱源8，經實驗或計算後發現發熱源8中在偏向入水口51的區域溫度最高，此時，本實施例就可如第4圖所示，提供一種入水開孔71之寬度會由入水腔5往出水腔6之方向逐漸縮減的設計，讓液體得以衝擊散熱結構23中，溫度相對而言也最高的區域。同理，若發熱源8中在偏向出水口61的區域溫度最高，本實施例則可提供一種入水開孔71之寬度，由出水腔6往該入水腔5之方向逐漸縮減的設計。

此外，除了入水開口71有漸縮的設計之外，若是經實驗或計算後發現發熱源8會在某些特定區域溫度最高，也可讓對應該區域的入水開孔71的寬度變大，舉例來說，第5圖所顯示的入水開孔71’係分成第一入水區域71a與第二入水區域71b，並且該第二入水區域71b的寬度係大於第一入水區域71a，如此就可因應在第二入水區域71a正下方的區域是發熱源溫度最高的這種特殊情況。當然，第二入水區域71b之外形並不予以限制，可以是圓形、橢圓形、矩形、梯形和菱形等幾何形狀。

請同時參照第6A圖、第6B圖以及第6C圖，依據本發明之第 三實施例係提供一種液冷式散熱裝置1。液冷式散熱裝置1包括一導熱底座2、一蓋體3以及一導引片7。導熱底座2，具有相對之一底面21與一頂面22，底面21用以跟一發熱源8接觸後，吸收其熱能並往頂面22方向傳遞；而導熱底座2的頂面22，則形成有一散熱結構23以及一環繞流道24，其中，散熱結構23可用以增加與液體接觸的面積，增加散熱的效率，而環繞流道24則設置在散熱結構23的周圍，用來讓通過散熱結構的液體，得以藉此環繞流道24而重新予以匯集。蓋體3，罩設於導熱底座2上，並且與導熱底座2共同界定出一入水腔5以及一出水腔6，其中，入水腔5設置於散熱結構23的上方，並具有一入水口51，而出水腔6則具有一出水口61。

在本實施例中，除了沿用第一實施例所提供的入水腔設計來引導液體往散熱結構方向流動之外，也特別在導熱底座2與蓋體3之間，增設有導引片7，讓入水腔5的液體更夠更集中地以往散熱結構23流動，特別是散熱結構23的中央區域，或是散熱結構23中更需要液體通過的其他區域。在本實施例中，導引片7並沒有如上述第二實施例一樣具有一出水開孔，而是將原本出水開孔的區域直接切除，讓導引片7僅具有入水開孔71，此入水開孔71仍然位在入水腔5的下方，讓入水腔5之液體可經由入水開孔71而流入散熱結構中，而流出散熱結構23之液體則會通過環繞流道24而重新匯集後，直接流入出水腔6內。

在本實施例中，散熱結構23同樣可以選自片狀的結構，或者也可選自柱狀、溝槽狀或是粗糙的表面等散熱結構，本實施例並不予以限制，只要是能夠增加與液體接觸的面積即可。以第6B圖所示為例，當本實施例採用複數個沿一第一方向D平行排列之鰭片23a時，本實施例可安排 將入水開孔71與第一方向D垂直設置，如此一來，透過出水開孔71流入的液體，一樣也可以進入相鄰兩鰭片23a間的縫隙中而提升散熱的效率。

本實施例所提供導引片7的入水開孔71，其設計理念與上述第二實施例相同，例如說要讓流入散熱結構23的液體有加壓的效果時，本實施例同樣也可藉由緊密的接合手段，讓導引片7貼附於入水腔5的底部，使得絕大部分由入水口51進入入水腔5之液體，最後僅能通過入水開孔71來流入散熱結構23中。此外，本實施例就可如第二實施例一般，提供一種入水開孔71之寬度會由入水腔5往出水腔6方向逐漸縮減的設計，或是入水開孔71之寬度，由出水腔6往該入水腔5之方向逐漸縮減的設計。此外，本實施例的入水開孔71，也可如上述第二實施例一般，將入水開孔71細分成第一入水區域71a與第二入水區域71b，並且該第二入水區域71b的寬度係大於第一入水區域71a，如此就可因應在第二入水區域71b正下方的區域是發熱源8溫度最高的這種特殊情況。當然，第二入水區域71b之外形同樣並不予以限制，可以是圓形、橢圓形、矩形、梯形和菱形等幾何形狀。

在本發明中，導熱底座2、導引片7以及蓋體3，都可採用金屬材質所製成，例如含有銅、鋁、不鏽鋼等材質的金屬或合金，此舉除了能夠藉由蓋體3本身的材質來幫助散熱之外，也可讓這三者之間的結合更加穩固，此外，導熱底座2、導引片7以及蓋體3之間的結合，也可採用常見的金屬加工手段，例如硬焊或軟銲等，本發明並不予以限制。

此外，本發明為了能夠更加穩固地將導引片7設置在導熱底座2與蓋體3之間，可特別將導引片7夾設在導熱底座2與蓋體3之間，例如第3C圖所示，在蓋體3的四周，向下彎折出一階梯狀的裙邊31，用以包覆導引 片7之周緣73以及導熱底座2的頂面22後，讓三者可以更好進行加工並組裝在一起。此外，若是本發明所提供的導引片7如第三實施例一般，僅由3邊的周緣73與蓋體接觸的話，仍然可以被包覆在蓋體3的裙邊31下方，並且穩固地夾設在蓋體3與導熱基座2之間。

此外，本發明為了能夠降低液冷式散熱裝置1的高度，也可讓導引片7如第3C圖與第6C所示，讓入水開孔71之垂直高度H3高於周緣73的垂直高度H4，使得導引片7可與下方的散熱結構23在垂直高度上部分重疊，減少液冷式散熱裝置1的整體的厚度。

Claims (22)

1. 一種液冷式散熱裝置，包括：一導熱底座，具有相對之一底面與一頂面，該底面用以跟一發熱源接觸，該頂面上形成有一散熱結構；以及一蓋體，罩設於該導熱底座上，該蓋體與該導熱底座共同界定出一入水腔以及一出水腔，該入水腔設置於該散熱結構的上方，並具有一入水口，而該出水腔具有一出水口；其中，該入水腔為一漸縮之空間，其垂直高度係自該入水口方向往該出水口方向逐漸減少，使得自該入水口流入之液體可被導引而流向該散熱結構。
2. 依據申請專利範圍第1項之液冷式散熱裝置，其中，該散熱結構係選自下列之一：片體、柱體、溝槽和粗糙表面。
3. 依據申請專利範圍第1項之液冷式散熱裝置，其中，該頂面係在該散熱結構的周圍形成有一環繞流道，而該液冷式散熱裝置更包括一導引片，設置於該導熱底座與該蓋體之間，該導引片設置有一入水開孔以及一出水開孔，該入水腔之液體，可經由該入水開孔而流入該散熱結構中，而流出該散熱結構之液體則會通過該環繞流道後，經由該出水開孔而流入該出水腔。
4. 依據申請專利範圍第3項之液冷式散熱裝置，其中，該導引片係貼附於該入水腔的底部，使得由該入水口進入該入水腔之液體，僅能通過該入水開孔而流入該散熱結構。
5. 依據申請專利範圍第3項之液冷式散熱裝置，其中，該入水開孔位在該入水腔之下方，該出水開孔則位在該出水腔之下方。
6. 依據申請專利範圍第3項之液冷式散熱裝置，其中，該入水開孔之面積，小於該出水開孔之面積。
7. 依據申請專利範圍第3項之液冷式散熱裝置，其中，該入水開孔之寬度，由該入水腔往該出水腔之方向逐漸縮減。
8. 依據申請專利範圍第3項之液冷式散熱裝置，其中，該入水開孔之寬度，由該出水腔往該入水腔之方向逐漸縮減。
9. 依據申請專利範圍第3項之液冷式散熱裝置，其中，該入水開孔包括一第一入水區域與一第二入水區域，且該第二入水區域之寬度大於該第一入水區域之寬度。
10. 依據申請專利範圍第9項之液冷式散熱裝置，其中，該第二區域之外形係選自下列之一：圓形、橢圓形、矩形、梯形和菱形。
11. 依據申請專利範圍第3項之液冷式散熱裝置，其中，該散熱結構為複數個沿一第一方向平行排列之鰭片，而該入水開孔係與該第一方向垂直設置，使得液體得以流入相鄰兩鰭片間的縫隙。
12. 依據申請專利範圍第1項之液冷式散熱裝置，其中，該導熱基座的頂面係在該散熱結構的周圍形成有一環繞流道，而該液冷式散熱裝置更包括一導引片，設置於該導熱底座與該蓋體之間，該導引片設置有一入水開孔，該入水腔之液體，可經由該入水開孔而流入該散熱結構中，而流出該散熱結構之液體則會通過該環繞流道後，流入該出水腔。
13. 依據申請專利範圍第12項之液冷式散熱裝置，其中，該導引片係貼附於該入水腔的底部，使得由該入水口進入該入水腔之液體，僅能通過該入水開孔而流入該散熱結構。
14. 依據申請專利範圍第12項之液冷式散熱裝置，其中，該入水開孔位在該入水腔之下方。
15. 依據申請專利範圍第12項之液冷式散熱裝置，其中，該入水開孔之寬度，由該入水腔往該出水腔之方向逐漸縮減。
16. 依據申請專利範圍第12項之液冷式散熱裝置，其中，該入水開孔之寬度，由該出水腔往該入水腔之方向逐漸縮減。
17. 依據申請專利範圍第12項之液冷式散熱裝置，其中，該入水開孔包括一第一入水區域與一第二入水區域，且該第二入水區域之寬度大於該第一入水區域之寬度。
18. 依據申請專利範圍第12項之液冷式散熱裝置，其中，該第二區域之外形係選自下列之一：圓形、橢圓形、矩形、梯形和菱形。
19. 依據申請專利範圍第13項之液冷式散熱裝置，其中，該散熱結構為複數個沿一第一方向平行排列之鰭片，而該入水開孔係與該第一方向垂直設置，使得液體得以流入相鄰兩鰭片間的縫隙。
20. 一種液冷式散熱裝置，包括：一導熱底座，具有相對之一底面與一頂面，該底面用以跟一發熱源接觸，該頂面上形成有一散熱結構；一蓋體，罩設於該導熱底座上，該蓋體與該導熱底座共同界訂出一入水腔以及一出水腔，該入水腔設置於該散熱結構的上方，並具有一入水口，而該出水腔具有一出水口；以及一導引片，夾設於該導熱底座與該蓋體之間，該導引片具有一周緣、一入水開孔以及一出水開孔，使得進入該入水腔之液體，可藉由該入水開孔而流入該散熱結構中，而流經該散熱結構之液體則會通過該出水開孔而流入該出水腔。
21. 依據申請專利範圍第20項之液冷式散熱裝置，其中，該蓋體四周具有一向下彎折之裙邊，用以包覆該導引片之周緣以及該導熱底座的頂面。
22. 依據申請專利範圍第20項之液冷式散熱裝置，其中，該導引片的該入水開孔之垂直高度係高於該周緣的垂直高度，而使得該散熱結構與該導引片在垂直高度上部分重疊。