TWI792475B - 具巨觀鰭片結構之浸沒式散熱結構及具鰭片結構之浸沒式散熱結構 - Google Patents
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Abstract
本發明公開一種具巨觀鰭片結構之浸沒式散熱結構及具鰭片結構之浸沒式散熱結構。具巨觀鰭片結構之浸沒式散熱結構具有至少兩種以上接觸角的表面。其中，至少有一局部的所述表面對浸沒式冷卻液的接觸角＞90°，並且至少有另一局部的所述表面對浸沒式冷卻液的接觸角介於0°到90°之間。
Description
本發明涉及一種散熱結構，具體來說是涉及一種具巨觀鰭片結構之浸沒式散熱結構及具鰭片結構之浸沒式散熱結構。
浸沒式冷卻技術是將發熱元件(如伺服器、磁碟陣列等)直接浸沒在不導電的冷卻液中，以透過冷卻液吸熱氣化帶走發熱元件運作所產生之熱能。然而，如何透過浸沒式冷卻技術更加有效地進行散熱一直是業界所需要解決的問題。
有鑑於此，本發明人本於多年從事相關產品之開發與設計，有感上述缺失之可改善，乃特潛心研究並配合學理之運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種具巨觀鰭片結構之浸沒式散熱結構及具鰭片結構之浸沒式散熱結構。
為了解決上述的技術問題，本發明第一實施例提供了一種具巨觀鰭片結構之浸沒式散熱結構，其具有至少兩種以上接觸角的表面；其中，至少有一局部的所述表面對浸沒式冷卻液的接觸角>90°，並且至少有
另一局部的所述表面對浸沒式冷卻液的接觸角介於0°到90°之間。
在一優選實施例中，所述的巨觀鰭片結構係指一種鰭片相對於鰭片長出的表面高出至少100um的鰭片結構。
為了解決上述的技術問題，本發明第二實施例提供了一種具鰭片結構之浸沒式散熱結構，其具有一散熱基底、至少一疏水層、及至少一鰭片，且至少一所述鰭片與至少一所述疏水層形成在所述散熱基底上，且至少一所述疏水層是形成在所述散熱基底上非所述鰭片的區域，並且至少一所述疏水層的表面對浸沒式冷卻液的接觸角>90°。
在一優選實施例中，所述疏水層是以物理沉積方式、化學沉積方式、噴塗方式的其中之一形成在所述散熱基底上非所述鰭片的區域，且所述鰭片為針柱式鰭片、片狀鰭片、或上述兩者組成的複合式鰭片結構。
為了解決上述的技術問題，本發明第三實施例提供了一種具鰭片結構之浸沒式散熱結構，其具有一散熱基底、至少一親水層、及至少一鰭片，且至少一所述鰭片形成在所述散熱基底上，且至少一所述親水層是形成在至少一所述鰭片上，且至少一所述親水層的表面對浸沒式冷卻液的接觸角介於0°到90°之間，並且至少一所述親水層與至少一所述鰭片、所述散熱基底為異質材料所形成。
在一優選實施例中，所述親水層是以浸鍍方式形成在至少一所述鰭片上，且所述鰭片為針柱式鰭片、片狀鰭片、或上述兩者組成的複合式鰭片結構。
為了解決上述的技術問題，本發明第四實施例提供了一種具鰭片結構之浸沒式散熱結構，其具有一散熱基底、至少一疏水層、至少一親水層、及至少一鰭片，且至少一所述鰭片形成在所述散熱基底上，且至少一所述親水層形成在至少一所述鰭片上，且至少一所述疏水層形成在所
述散熱基底上非所述鰭片的區域，且至少一所述疏水層的表面對浸沒式冷卻液的接觸角>90°，並且至少一所述親水層的表面對浸沒式冷卻液的接觸角介於0°到90°之間。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
10:散熱基底
11:疏水層
12:親水層
20a:巨觀鰭片
20b:鰭片
20c:鰭片
20d:鰭片
θ1:接觸角
θ2:接觸角
圖1為本發明第一實施例的結構側視示意圖。
圖2為本發明的結構表面的一局部對浸沒式冷卻液的接觸角的示意圖。
圖3為本發明的結構表面的另一局部對浸沒式冷卻液的接觸角的示意圖。
圖4為本發明第二實施例的結構側視示意圖。
圖5為本發明第三實施例的結構側視示意圖。
圖6為本發明第四實施例的結構側視示意圖。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或
者多個的組合。
[第一實施例]
請參閱圖1所示，其為本發明的第一實施例，本發明實施例提供一種具巨觀鰭片結構之浸沒式散熱結構，可用於接觸發熱元件。如圖1所示，根據本發明實施例所提供的具巨觀鰭片結構之浸沒式散熱結構(以下簡稱浸沒式散熱結構)，其具有至少兩種以上接觸角(contact angle)的表面。
進一步說，本實施例的浸沒式散熱結構可以具有一散熱基底10及位於其上的一或多個巨觀鰭片20a，並可以浸沒於兩相浸沒式冷卻液(如電子氟化液)中。並且，本實施例的散熱基底10與巨觀鰭片20a可以是以金屬射出成型(Metal Injection Molding，MIM)方式一體地形成。在本實施例中，巨觀鰭片20a表示鰭片相對於鰭片長出的表面高出至少有100um。並且，巨觀鰭片20a也可是針柱式鰭片(pin-fin)，或是片狀鰭片或其他類似的複合式鰭片結構。
值得一提的是，本實施例的浸沒式散熱結構至少有一局部的表面對浸沒式冷卻液的接觸角>90°，並且至少有另一局部的表面對浸沒式冷卻液的接觸角介於0°到90°之間。
進一步說，本實施例的散熱基底10的表面上非巨觀鰭片20a長出的平台區域形成至少有一疏水層11，且疏水層11的表面對浸沒式冷卻液的接觸角θ1>90°(例如圖2所示意)，使得本實施例的浸沒式散熱結構至少有一局部的表面對浸沒式冷卻液的接觸角>90°。並且，本實施例的巨觀鰭片20a為多孔隙金屬鰭片，其表面對浸沒式冷卻液的接觸角θ2介於0°到90°之間(例如圖3所示意)，使得本實施例的浸沒式散熱結構至少有另一局部的表面對浸沒式冷卻液的接觸角介於0°到90°之間。
因此，本實施例的巨觀鰭片20a的表面對浸沒式冷卻液的接觸角介於0°到90°之間而具有臨界熱通量(CHF)高和氣泡的成核點少的特性，而散熱基底10的平台區域形成的疏水層11的表面對浸沒式冷卻液的接觸角>90°而具有氣泡的成核點多和臨界熱通量(CHF)低的特性。由於臨界熱通量(CHF)低，會容易導致核沸騰很快的轉成膜沸騰，形成氣膜造成空氣熱阻，但成核點多則可以造成熱傳係數(HTC)增加。由於巨觀鰭片20a是主要的散熱區域，其面積大，空孔數量多而成核區塊多，熱傳係數(HTC)本身就高，因此鰭片區域之外的平台區域，適合形成有疏水層11增加氣泡的成核點，即便是核沸騰轉成膜沸騰造成空氣熱阻，也可藉由熱傳導方式經由鰭片區域將熱傳導出去。
進一步說，本實施例的散熱基底10的平台區域的疏水層11可以是以物理沉積方式、化學沉積方式、或噴塗方式形成在散熱基底10的平台區域，且可以是透過材料本身或表面微觀結構來改變材料表面對浸沒式冷卻液的接觸角。
[第二實施例]
請參閱圖4所示，其為本發明的第二實施例，本實施例與第一實施例大致相同，本實施例提供一種具鰭片結構之浸沒式散熱結構，其具有一散熱基底10、至少一疏水層11、及至少一鰭片20b，且鰭片20b與疏水層11是形成在散熱基底10上。本實施例的鰭片20b為親水性金屬材，且可以是針柱式鰭片(pin-fin)，但也可以是片狀鰭片或其他類似的複合式鰭片結構。並且，本實施例的疏水層11是形成在散熱基底10上非鰭片20b的區域，例如非鰭片20b的周邊區域，並且疏水層11的表面對浸沒式冷卻液的接觸角>90°。
[第三實施例]
請參閱圖5所示，其為本發明的第三實施例，本實施例與第一實施例大致相同，本實施例提供一種具鰭片結構之浸沒式散熱結構，其具有一散熱基底10、至少一親水層12、及至少一鰭片20c，且鰭片20c形成在散熱基底10上，而親水層12形成在至少一鰭片20c上，且親水層12的表面對浸沒式冷卻液的接觸角介於0°到90°之間。
進一步說，本實施例的親水層12可以是以浸鍍方式形成在至少一鰭片20c上，且可以是透過材料本身或表面微觀結構來改變材料表面對浸沒式冷卻液的接觸角。值得注意的是，本實施例的親水層12與鰭片20c為異質材料，也與散熱基底10為異質材料，也就是說，本實施例的鰭片20c或散熱基底10可以是非親水性材料所形成。
[第四實施例]
請參閱圖6所示，其為本發明的第四實施例，本實施例與第一實施例大致相同，本實施例提供一種具鰭片結構之浸沒式散熱結構，其具有一散熱基底10、至少一疏水層11、至少一親水層12、及至少一鰭片20d。本實施例的鰭片20d形成在散熱基底10上，親水層12形成在至少一鰭片20d上，而疏水層11形成在散熱基底10上非鰭片20d的區域。其中，疏水層11的表面對浸沒式冷卻液的接觸角>90°，而親水層12的表面對浸沒式冷卻液的接觸角介於0°到90°之間。
本實施例的疏水層11可以是以物理沉積方式、化學沉積方式、或噴塗方式形成在散熱基底10上非鰭片20d的區域，而親水層12可以是以浸鍍方式形成在至少一鰭片20d上。
綜合以上所述，本發明實施例提供的浸沒式散熱結構，其可以通過「具有至少兩種以上接觸角的表面」、「至少有一局部的所述表面對浸沒式冷卻液的接觸角>90°，並且至少有另一局部的所述表面對浸沒式
冷卻液的接觸角介於0°到90°之間」；「具有一散熱基底、至少一疏水層、及至少一鰭片」、「至少一所述鰭片與至少一所述疏水層形成在所述散熱基底上」、「至少一所述疏水層是形成在所述散熱基底上非所述鰭片的區域，並且至少一所述疏水層的表面對浸沒式冷卻液的接觸角>90°」；「具有一散熱基底、至少一親水層、及至少一鰭片」、「至少一所述親水層是形成在至少一所述鰭片上」、「至少一所述親水層的表面對浸沒式冷卻液的接觸角介於0°到90°之間，並且至少一所述親水層與至少一所述鰭片、所述散熱基底為異質材料所形成」；「具有一散熱基底、至少一疏水層、至少一親水層、及至少一鰭片」、「至少一所述鰭片形成在所述散熱基底上，且至少一所述親水層形成在至少一所述鰭片上，且至少一所述疏水層形成在所述散熱基底上非所述鰭片的區域」、「至少一所述疏水層的表面對浸沒式冷卻液的接觸角>90°，並且至少一所述親水層的表面對浸沒式冷卻液的接觸角介於0°到90°之間」的技術方案，使得本發明實施例提供的浸沒式散熱結構具有親疏水之特性，以使主要散熱區域具有臨界熱通量(CHF)高和成核點少之特性而輔助散熱區域具有成核點多和臨界熱通量(CHF)低的特性，據此更加提升浸沒式散熱效果。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
10:散熱基底
11:疏水層
20a:巨觀鰭片
Claims (7)
- 一種具巨觀鰭片結構之浸沒式散熱結構，其具有一散熱基底、至少一疏水層、及至少一巨觀鰭片，且至少一所述巨觀鰭片與至少一所述疏水層用以浸沒在浸沒式冷卻液中並分別形成在所述散熱基底上，且至少一所述疏水層是形成在所述散熱基底上非所述巨觀鰭片的區域，並且至少一所述疏水層的表面對所述浸沒式冷卻液的接觸角>90°，藉以使至少一所述巨觀鰭片為主要散熱區域而具有臨界熱通量高之特性以強化沸騰傳熱，且使形成有所述疏水層之區域為輔助散熱區域而能用以增加氣泡成核點並促進氣泡脫離。
- 如請求項1所述的具巨觀鰭片結構之浸沒式散熱結構，其中，所述疏水層是以物理沉積方式、化學沉積方式、噴塗方式的其中之一形成在所述散熱基底上非所述巨觀鰭片的區域，且所述巨觀鰭片為針柱式鰭片、片狀鰭片、或上述兩者組成的複合式鰭片結構。
- 一種具鰭片結構之浸沒式散熱結構，其具有一散熱基底、至少一親水層、及至少一鰭片，至少一所述親水層及至少一所述鰭片用以浸沒在浸沒式冷卻液中，且至少一所述鰭片形成在所述散熱基底上，且至少一所述親水層是形成在至少一所述鰭片上，且至少一所述親水層的表面對所述浸沒式冷卻液的接觸角介於0°到90°之間，並且至少一所述親水層的表面對所述浸沒式冷卻液的接觸角小於至少一所述鰭片和所述散熱基底對所述浸沒式冷卻液的接觸角，藉以使形成有所述親水層的所述鰭片為主要散熱區域而具有臨界熱通量高之特性以強化沸騰傳熱。
- 如請求項3所述的具鰭片結構之浸沒式散熱結構，其中，所述親水層是以浸鍍方式形成在至少一所述鰭片上，且所述鰭片為針柱式鰭片、片狀鰭片、或上述兩者組成的複合式鰭片結構。
- 一種具鰭片結構之浸沒式散熱結構，其具有一散熱基底、至少一疏水層、至少一親水層、及至少一鰭片，至少一所述疏水層、至少一所述親水層、及至少一所述鰭片用以浸沒在浸沒式冷卻液中，且至少一所述鰭片形成在所述散熱基底上，且至少一所述親水層形成在至少一所述鰭片上，且至少一所述疏水層形成在所述散熱基底上非所述鰭片的區域，且至少一所述疏水層的表面對所述浸沒式冷卻液的接觸角>90°，並且至少一所述親水層的表面對所述浸沒式冷卻液的接觸角介於0°到90°之間，藉以使形成有所述親水層的所述鰭片為主要散熱區域而具有臨界熱通量高之特性以強化沸騰傳熱，且使形成有所述疏水層之區域為輔助散熱區域而能用以增加氣泡成核點並促進氣泡脫離。
- 如請求項5所述的具鰭片結構之浸沒式散熱結構，其中，所述疏水層是以物理沉積方式、化學沉積方式、噴塗方式的其中之一形成在所述散熱基底上非所述鰭片的區域，所述親水層是以浸鍍方式形成在至少一所述鰭片上。
- 如請求項5所述的具鰭片結構之浸沒式散熱結構，其中，所述鰭片為針柱式鰭片、片狀鰭片、或上述兩者組成的複合式鰭片結構。
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