TWI868630B - 一種三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組 - Google Patents
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Abstract
一種三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組包含三維蒸氣腔元件以及半開放殼體。三維蒸氣腔元件包含上蓋、下蓋及多孔隙毛細結構。上蓋包含基板與管體，基板具有基板空腔、開口、上外表面及上內表面。管體具有頂端、管體空腔及管體內表面。管體設於上外表面並位於開口之上且自上外表面向外突出。頂端具有注口封合結構。當上蓋接合於下蓋時，管體空腔及基板空腔形成密閉氣腔。多孔隙毛細結構連續設置於管體內表面、上內表面及下蓋的下內表面。半開放殼體具有輸入口以及輸出口，且耦合於下蓋而形成熱交換腔體。輸入口以及輸出口連通熱交換腔體。
Description
本發明係關於一種液冷散熱模組，尤其是指一種三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組。
隨著科技日新月異，為了因應現代人的日常生活所需以及商業、工業發展，各種高性能的電子產品被設計研發出來並廣泛被應用。目前數據中心服務器以及車載自動駕駛人工智能的半導體晶片快速發展，使得晶片朝著更高運算力和更高積集度的方向發展，這意味著電子晶片在單位體積或面積內的發熱功耗將會急遽升高。傳統的風冷強迫對流技術將難以滿足某些IC電子元件的散熱需求，而水冷散熱技術成為解決高熱流密度散熱的主流。
習知水冷散熱技術領域中的水冷板散熱裝置係藉由裝置中的熱交換腔體的水冷板金屬殼體接觸發熱電子元件，並透過水冷板金屬殼體內設置的微通道結構增加散熱面積。而發熱電子元件通過熱傳導將熱量經過水冷板金屬殼體傳遞至微通道結構再與水流進行熱交換，從而間接帶走電子元件的發熱功耗。此外，習知水冷板散熱裝置主要是以熱傳導方式將高能量密度的熱量透過鋁金屬殼或銅金屬殼傳導給熱交換腔體內的微通
道結構，再與水冷板散熱裝置中的熱交換腔體內的冷卻液進行熱交換。由於現今高效能運算的晶片功耗大幅提升，散熱需求也因此持續擴張，產業界對於降低熱傳導路徑熱阻的水冷板散熱裝置的需求恐急，為了滿足高效能運算晶片在應用上所需的降溫及散熱需求，因此需要開發更高效率的水冷散熱器技術。
有鑑於此，本發明提供一種三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組，藉以解決以上所述的習知問題。
本發明提供一種三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組包含一三維蒸氣腔元件以及一半開放殼體。三維蒸氣腔元件包含一上蓋、一下蓋、一多孔隙毛細結構以及一工作流體。上蓋包含一基板與一管體，基板具有一基板空腔、一開口、一上外表面以及一上內表面。管體具有一頂端、一管體空腔以及一管體內表面。管體設於上外表面並位於開口之上且自上外表面向外突出。頂端具有一注口封合結構。下蓋相對於上蓋，具有一下內表面以及一下外表面。當上蓋接合於下蓋時，管體空腔以及基板空腔形成一密閉氣腔。下蓋之下外表面用以接觸一熱源。多孔隙毛細結構連續設置於管體內表面、上內表面以及下內表面。工作流體設置於密閉氣腔中，並且密閉氣腔的壓力小於一大氣壓。其中，注口封合結構是由預先設置於頂端之一液注口，經由液注口以將工作流體注入於密閉氣腔中之後，並封合液注口所形成。半開放殼體具有一輸入口以及一輸出口，半開放殼體耦合於三維蒸氣腔元件之下蓋而形成一熱交換腔體，以及輸入口以及輸出口連通熱交換腔體。
其中，於熱交換腔體、輸入口以及輸出口中均設置有一冷卻液，以及冷卻液為水、丙酮、氨、甲醇、四氯乙烷以及氫氟烴類化學制冷劑之其中一者。
其中，下蓋具有複數個凹槽。凹槽之間形成一凹槽肋壁，凹槽肋壁具有一肋壁表面。並且每一凹槽具有一凹槽內表面以及一凹槽空腔。
其中，多孔隙毛細結構連續設置於上內表面、下內表面、管體內表面、凹槽肋壁之肋壁表面以及凹槽內表面上。
其中，三維蒸氣腔元件另包含有複數個散熱鰭片。管體另具有一冷凝端。散熱鰭片耦接管體之冷凝端。
其中，多孔隙毛細結構之設置可以利用一含銅粉末預先鋪置於管體內表面、上內表面以及下內表面上。並當散熱鰭片接合於管體之冷凝端上後，同時利用同一燒結製程以使多孔隙毛細結構連續設置於管體內表面、上內表面以及下內表面，以及散熱鰭片耦接管體之冷凝端。
其中，三維蒸氣腔元件另包含有複數個支撐柱，分別設置於基板之上內表面與下蓋之下內表面之間。每一支撐柱具有一支撐柱表面。以及多孔隙毛細結構連續設置於管體內表面、上內表面、下內表面以及支撐柱表面上。
其中，下蓋另具有一下凹槽，用以容置一設有一晶片之電路基板，晶片之一晶片表面與下凹槽之一下凹槽表面相接觸。
本發明另提供一種三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組包含一三維蒸氣腔元件以及一半開放殼體。三維蒸氣腔元件包含複數個上蓋、一下蓋、一多孔隙毛細結構以及一工作流體。每一上蓋包含有一基板
與一管體。基板具有一基板空腔、一開口、一上外表面以及一上內表面。管體具有一頂端、一管體空腔以及一管體內表面。管體設於上外表面並位於開口之上且自上外表面向外突出。以及頂端具有一注口封合結構。下蓋具有一下內表面以及一下外表面。當上蓋接合於下蓋時，每一上蓋之管體空腔以及基板空腔各自形成一密閉氣腔。以及下蓋之下外表面用以接觸一熱源。多孔隙毛細結構連續設置於每一上蓋之管體內表面、上內表面以及各自對應之下內表面。工作流體設置於每一密閉氣腔中。密閉氣腔的壓力小於一大氣壓。其中，注口封合結構是由預先設置於頂端之一液注口，經由液注口以將工作流體注入於密閉氣腔中之後，並封合液注口所形成。半開放殼體具有一輸入口以及一輸出口。半開放殼體耦合於下蓋而形成一熱交換腔體。輸入口以及輸出口連通熱交換腔體。
其中，於熱交換腔體、輸入口以及輸出口中均設置有一冷卻液，以及冷卻液為水、丙酮、氨、甲醇、四氯乙烷以及氫氟烴類化學制冷劑之其中一者。
綜上所述，本發明的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組針對高功率晶片所產生的高密度熱量可藉由三維蒸氣腔元件中的兩相流循環以及冷凝端與熱交換腔體中的循環冷卻液進行熱交換，以提升散熱效率。並且，本發明的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組的三維蒸氣腔元件藉由下蓋具有的複數個凹槽，在兼顧下蓋結構強度的情況下，透過縮短位於下蓋的多孔隙毛細結構與熱源的熱傳導距離，以降低熱源的熱能傳導至下蓋下內表面上多孔隙毛細結構的熱阻，進而提升熱傳導效率。再者，本發明的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組可藉由設置於管體的散熱
鰭片，以增加冷凝端與冷卻液之間的接觸面積，進而提升散熱效率；以及透過設置於散熱鰭片上的擾流結構在熱交換腔體中產生混流，以增加與熱交換腔體中冷卻液的熱交換效率，進而提升整體散熱效率。此外，本發明的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組也可透過三維蒸氣腔元件中複數個上蓋耦合於同一個下蓋，分別接觸多個熱源或是同一個熱源並且於同一個熱交換器中進行散熱，進而提升本發明整體的散熱效率。
A、B、C、D:三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組
10、10’、10”、10''':三維蒸氣腔元件
12、12''':上蓋
121、121''':基板
1211、1211''':基板空腔
1212、1212''':開口
1213、1213''':上外表面
1214、1214''':上內表面
122、122''':管體
1220、1220''':頂端
1221、1221''':管體空腔
1222、1222''':管體內表面
1223、1223''':冷凝端
1224:管體外表面
13、13''':注口封合結構
131、131''':液注口
14、14’、14”、14''':下蓋
141、141’、141''':下內表面
142、142''':下外表面
143、143’:凹槽
1432:凹槽空腔
144:凹槽肋壁
1441:肋壁表面
145:下凹槽
1451:下凹槽表面
15、15''':密閉氣腔
16、16’、16''':多孔隙毛細結構
20、20’、20”、20''':半開放殼體
22、22’、22''':輸入口
24、24’、24''':輸出口
26:接合端
28:螺絲
30、30’、30''':熱交換腔體
40:散熱鰭片
41:孔洞
42:凸出結構
43:擾流結構
431:擾流片
1431:凹槽內表面
50:支撐柱
51:頂端
52:底端
53:支撐柱表面
432:擾流片開口
60:電路基板
62:晶片
621:晶片表面
圖1係繪示根據本發明一具體實施例的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組的剖面圖。
圖2係根據圖1的三維蒸氣腔元件的剖面圖。
圖3係根據圖2的三維蒸氣腔元件的管體外表面上設置有複數個散熱鰭片的剖面圖。
圖4係根據圖3的散熱鰭片的結構示意圖。
圖5係繪示根據本發明另一具體實施例的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組的剖面圖。
圖6係繪示根據本發明又一具體實施例的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組的剖面圖。
圖7係繪示根據本發明再一具體實施例的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組的剖面圖。
為了讓本發明的優點，精神與特徵可以更容易且明確地了
解，後續將以具體實施例並參照所附圖式進行詳述與討論。需注意的是，這些具體實施例僅為本發明代表性的具體實施例，其中所舉例的特定方法、裝置、條件、材質等並非用以限定本發明或對應的具體實施例。又，圖中各元件僅係用於表達其相對位置且未按其實際比例繪述，本發明之步驟編號僅為區隔不同步驟，並非代表其步驟順序，合先敘明。
請依序參閱圖1以及圖2。圖1係繪示根據本發明一具體實施例的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組A的剖面圖。圖2係根據圖1的三維蒸氣腔元件10的剖面圖。如圖1及圖2所示，在本具體實施例中，三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組A包含三維蒸氣腔元件10以及半開放殼體20。三維蒸氣腔元件10包含上蓋12、下蓋14、多孔隙毛細結構16以及工作流體(未顯示)。上蓋12包含基板121與管體122，基板121具有基板空腔1211、開口1212、上外表面1213以及上內表面1214。管體122具有頂端1220、管體空腔1221以及管體內表面1222。管體122設於上外表面1213並位於開口1212之上且自上外表面1213向外突出。頂端1220具有注口封合結構13。下蓋14相對於上蓋12，具有下內表面141以及下外表面142。當上蓋12接合於下蓋14時，管體空腔1221以及基板空腔1211形成密閉氣腔15。其中，上蓋12與下蓋14可藉由黏合、焊接等方式互相貼合而固定連接。工作流體設置於密閉氣腔15中，並且密閉氣腔15的壓力小於一大氣壓。
本具體實施例中，注口封合結構13是由預先設置於頂端1220之液注口131，經由液注口131以將工作流體注入於密閉氣腔15中之後，並封合液注口131所形成。於實務中，注液口131可藉由焊接等方式進行封合。此外，本具體實施例中的三維蒸氣腔元件10的液注口131以及注口封合結構
13位於管體122的頂端1220，但實際應用上不限於此，液注口131以及注口封合結構13也可設置於管體122上的任意位置。
如圖1所示，本具體實施例中，半開放殼體20具有輸入口22以及輸出口24，半開放殼體20耦合於三維蒸氣腔元件10之下蓋14而形成熱交換腔體30。半開放殼體20的輸入口22以及輸出口24連通熱交換腔體30。於實務中，半開放殼體20的輸入口22及輸出口24相對設置於半開放殼體20的兩端。在一具體實施例中，輸入口22及輸出口24亦可設置於半開放殼體20的同一面。此外，本具體實施例中的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組A，可藉由半開放殼體20的接合端26與三維蒸氣腔元件10之下蓋14之下內表面141接合，並利用螺絲28將接合端26與下蓋14拴緊固定，亦可利用攪拌摩擦焊接使半開放殼體20耦合於三維蒸氣腔元件10形成熱交換腔體30。但實際應用上，半開放殼體20與三維蒸氣腔元件10接合的方式不限與此。
此外，於實務中，熱交換腔體30、輸入口22以及輸出口24中均設置有冷卻液(未顯示)。當三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組A運作時，冷卻液可自輸入口22流至熱交換腔體30中，並且自熱交換腔體30流至輸出口24(如圖1中的箭頭所示)。於實務中，冷卻液可為水、丙酮、氨、甲醇、四氯乙烷以及氫氟烴類化學制冷劑之其中一者，但不限於此，冷卻液也可為其他具有吸熱且帶走熱能的流體。
如圖2所示，在本具體實施例中，三維蒸氣腔元件10之下蓋14具有複數個凹槽143。凹槽143之間形成凹槽肋壁144，凹槽肋壁144具有肋壁表面1441。並且每一凹槽143具有凹槽內表面1431以及凹槽空腔1432。當上蓋12接合於下蓋14時，管體空腔1221、基板空腔1211以及凹槽空腔1432
形成密閉氣腔15。值得注意的是，在本具體實施例中，下蓋14的凹槽143的形狀為正方形，但於實際應用中不限於此，凹槽143的形狀以及數量皆可根據需求而設計。此外，多孔隙毛細結構16連續設置於上內表面1214、下內表面141、管體內表面1222、凹槽肋壁144之肋壁表面1441以及凹槽內表面1431上。下蓋14之下外表面142用以接觸熱源(未顯示)。其中，熱源可為電子產品的晶片或晶片封裝外殼。
再者，本具體實施例三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組A的三維蒸氣腔元件10藉由下蓋14具有的複數個凹槽143，縮短位於下蓋14的多孔隙毛細結構16與熱源間的熱傳導距離，降低了熱源的熱能傳導至下蓋14的熱阻。藉由三維蒸氣腔元件10具有完整且連續的多孔隙毛細結構16，使管體122的冷凝端1223中的多孔隙毛細結構16中的液相工作流體能夠順利且快速地回流至下蓋14吸熱端的多孔隙毛細結構中，使得三維蒸氣腔元件10中的兩相流循環順暢，進而提升導熱及散熱效率。
請依序參考圖3以及圖4。圖3係根據圖2的三維蒸氣腔元件10的管體外表面1224上設置有複數個散熱鰭片40的剖面圖。圖4係根據圖3的散熱鰭片40的結構示意圖。如圖3及圖4所示，在本具體實施例中，三維蒸氣腔元件10包含有複數個散熱鰭片40設置於管體122上，管體122具有冷凝端1223。散熱鰭片40耦接管體122之冷凝端1223。散熱鰭片40具有孔洞41以及凸出結構42。孔洞41的直徑可等於或略小於管體122的直徑，以使散熱鰭片40可以透過孔洞41穿設置在管體122之冷凝端1223。並且凸出結構42環設於孔洞41的邊緣處。如圖3所示，當複數個散熱鰭片40設置於管體122上時，位於上層的散熱鰭片40的凸出結構42可抵住下層的散熱鰭片40，使得複數
個散熱鰭片40能夠維持一定的間距排列。當氣相工作流體中的熱能傳導至管體122後，熱能可自管體外表面1224傳導至散熱鰭片40以進行散熱。於實際應用中，散熱鰭片40的數量以及凸出結構42的長度皆可根據需求而設計。本具體實施例藉由設置於管體122的散熱鰭片40，增加冷凝端1223與冷卻液之間的接觸面積，進而提升散熱效率。
此外，如圖4所示，散熱鰭片40具有複數個擾流結構43，擾流結構43具有擾流片431以及擾流片開口432。請一併參考圖1以及圖3。於實際應用中，當三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組A帶走位於冷凝端1223的熱能時，自輸入口22輸入至熱交換腔體30的冷卻液，藉由擾流結構43在熱交換腔體30中產生混流，以增加與熱交換腔體30中冷卻液的熱交換效率，進而提升整體散熱效率。值得注意的是，在本具體實施例中，散熱鰭片40上的擾流結構43的擾流片431以及擾流片開口432的形狀為三角形，但於實際應用中不限於此。於實際應用中，擾流結構43的形狀以及數量可根據需求而設計。
在本具體實施例中，多孔隙毛細結構16連續設置於管體內表面1222、上內表面1214以及下內表面141。於實際應用中，孔隙多孔隙毛細結構16之設置可以利用含銅粉末預先鋪置於管體內表面1222、上內表面1214以及下內表面141上。並當散熱鰭片40接合於管體122之冷凝端1223上後，同時利用同一燒結製程以使多孔隙毛細結構16連續設置於管體內表面1222、上內表面1214以及下內表面141，以及散熱鰭片40耦接管體122之冷凝端1223。但實際應用中不限於此。於實務上，多孔隙毛細結構16可藉由含銅粉末經燒結以及由漿料經烘乾、裂解、燒結過程而形成。
如圖3所示，本具體實施例中，三維蒸氣腔元件10另包含有複數個支撐柱50。支撐柱50具有頂端51與底端52，支撐柱50可以藉由將頂端51與該底端52分別銲接於基板121之上內表面1214與下蓋14之下內表面141，藉以設置於基板121之上內表面1214與下蓋14之下內表面141之間。於另一具體實施例中，支撐柱50亦可藉由3D列印製程而設置於基板121之上內表面1214與下蓋14之下內表面141之間。支撐柱50另具有支撐柱表面53。多孔隙毛細結構16連續設置於管體內表面1222、上內表面1214、下內表面141以及支撐柱表面53上。因此，位於支撐柱表面53上的多孔隙毛細結構16也可協助工作流體回流至下蓋14下內表面141之多孔隙毛細結構16。此外，當抽取密閉氣腔15的空氣時，支撐柱50可避免下蓋14因密閉氣腔15的壓力較小而向內凹陷或變形，使得下蓋14下外表面142能夠平整的緊密接觸熱源，減少接觸熱阻，進而提升熱傳導效率。值得注意的是，圖3中的支撐柱50的數量僅為二個。於實際應用中，支撐柱50的數量可根據需求而決定。此外，支撐柱50的長度可對應基板空腔1211的高度，並且支撐柱50可環設於基板121的開口1212的周圍。
如圖1至圖3所示，當本具體實施例的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組A運作時，接觸熱源的下蓋14之下外表面142會吸取熱源所產生的熱能。此時，位於下內表面141的多孔隙毛細結構16中的液相工作流體會吸取熱能而轉變為氣相工作流體，並且氣相工作流體將熱能帶至管體122之冷凝端1223，再與熱交換腔體30中的冷卻液進行熱交換，自半開放殼體20的輸入口22流入的冷卻液將會從冷凝端1223吸取熱能。此時，三維蒸氣腔元件10中的氣相工作流體在冷凝端1223轉變為液相工作流體，並且液
相工作流體再藉由多孔隙毛細結構16回流至下蓋14之下內表面141上的多孔隙毛細結構16。接著，吸收熱能的冷卻液再從半開放殼體20的輸出口24流出，以帶走熱源的熱能進而達到散熱的功能。因此，本發明的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組可透過三維蒸氣腔元件的冷凝端直接與熱交換腔體的冷卻液進行熱交換，進而提升散熱效率。
請參考圖5。圖5係繪示根據本發明另一具體實施例的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組B的剖面圖。在本具體實施例中，三維蒸氣腔元件10’之下蓋14’另具有下凹槽145，用以容置設有晶片62之電路基板60，晶片62之晶片表面621與下凹槽145之下凹槽表面1451相接觸。於實務上，當電路基板60未能完全緊密貼合於下蓋14’之下凹槽145時，可使用導熱膠填充電路基板60與下凹槽145之間的空隙，使電路基板60與下凹槽145更加緊密貼合，減少因接觸熱阻所影響的熱傳導效能。當三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組B運作時，冷卻液可自半開放殼體20’的輸入口22’流至熱交換腔體30’中，並且自熱交換腔體30’流至半開放殼體20’的輸出口24’(如圖5中的箭頭所示)。此外，本具體實施例中的三維蒸氣腔元件10’藉由下蓋14’的凹槽143’以及下凹槽145，使得晶片62與多孔隙毛細結構16’的熱傳導距離縮減，並且降低晶片62在運作時所產生的熱能傳導至下蓋14’下內表面141’上多孔隙毛細結構16’的熱阻，進而提升熱傳導效率。請注意，本具體實施例的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組B，係與前述具體實施例的對應元件的結構及功能大致相同，故於此不再贅述。
請參考圖6。圖6係繪示根據本發明又一具體實施例的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組C的剖面圖。本具體實施例之三維蒸氣腔元
件嵌入式之液冷散熱模組C與前述具體實施例的不同處，在於本具體實施例中的三維蒸氣腔元件10”與半開放殼體20”的耦合係藉由黏合、焊接以及攪拌摩擦焊接等方式與將三維蒸氣腔元件10”之下蓋14”與半開放殼體20”進行封合。其中，三維蒸氣腔元件10”之下蓋14”的長度可等於或略小於半開放殼體20”的寬度，使半開放殼體20”與三維蒸氣腔元件10”形成封合式的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組C。請注意，本具體實施例的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組C，係與前述具體實施例的對應元件的結構及功能大致相同，故於此不再贅述。此外，於實際應用上，三維蒸氣腔元件之下蓋的長度、半開放殼體20”的寬度以及三維蒸氣腔元件與半開放殼體的耦合方式不限於此。
本發明的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組除了可為前述的樣態之外，也可為其他樣態。請參考圖7。圖7係繪示根據本發明再一具體實施例的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組D的剖面圖。本具體實施例的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組D包含三維蒸氣腔元件10'''以及半開放殼體20'''。三維蒸氣腔元件10'''包含複數個上蓋12'''、單一下蓋14'''、多孔隙毛細結構16'''以及工作流體(未顯示)。每一上蓋12'''包含有基板121'''與管體122'''。基板121'''具有基板空腔1211'''、開口1212'''、上外表面1213'''以及上內表面1214'''。管體122'''具有頂端1220'''、管體空腔1221'''以及管體內表面1222'''。管體122'''設於上外表面1213'''並位於開1212'''口之上且自上外表面1213'''向外突出。頂端1220'''具有注口封合結構13'''。下蓋14'''具有下內表面141'''以及下外表面142'''。當上蓋12'''接合於下蓋14'''時，每一上蓋12'''之管體空腔1221'''以及基板空腔1211'''各自形成
密閉氣腔15'''。下蓋14'''之下外表面142'''用以接觸多個熱源。多孔隙毛細結構16'''連續設置於每一上蓋12'''之管體內表面1222'''、上內表面1214'''以及各自對應之下內表面141'''。其中，工作流體設置於每一密閉氣腔15'''中，並且密閉氣腔15'''的壓力小於一大氣壓。
在本具體實施例中，注口封合結構13'''是由預先設置於頂端1220'''之液注口131'''，經由液注口131'''以將工作流體注入於密閉氣腔15'''中之後，並封合液注口131'''所形成。半開放殼體20'''具有輸入口22'''以及輸出口24'''。半開放殼體20'''耦合於下蓋14'''而形成熱交換腔體30'''。輸入口22'''以及輸出口24'''連通熱交換腔體30'''。於實務中，於熱交換腔體30'''、輸入口22'''以及輸出口24'''中均設置有冷卻液，以及冷卻液為水、丙酮、氨、甲醇、四氯乙烷以及氫氟烴類化學制冷劑之其中一者。但不限於此，冷卻液也可為其他具有吸熱且帶走熱能的流體。
如圖7所示，本具體實施例之三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組D與前述具體實施例的不同處，在於本具體實施例中透過三維蒸氣腔元件10'''中的三個上蓋12'''耦合同一個下蓋14'''，可以分別接觸三個不同的熱源或是同時接觸同一個熱源，並且於同一個熱交換腔體30'''中進行熱交換。於實務上，三維蒸氣腔元件10'''中的三個上蓋12'''可以經併排以及其他方式排列而設置於同一個熱交換腔體30'''中。其中，上蓋12'''與下蓋14'''可藉由黏合、焊接等方式互相貼合而固定連接。
當三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組D運作時，冷卻液可自輸入口22'''流至熱交換腔體30'''中，經由不同上蓋12'''，帶走位於不同上蓋12'''的冷凝端1223'''的熱能，並且自熱交換腔體30'''流至輸出口24'''
(如圖7中的箭頭所示)。於實際應用中，上蓋12'''的數量以及排列方式可根據需求而設計。請注意，本具體實施例的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組D，係與前述具體實施例的對應元件的結構及功能大致相同，故於此不再贅述。因此，本發明的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組也可透過三維蒸氣腔元件中複數個上蓋耦合於同一個下蓋，分別接觸多個熱源或是同一個熱源並且於同一個熱交換器中進行散熱，進而提升三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組整體的散熱效率。
綜上所述，本發明的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組針對高功率晶片所產生的高密度熱量可藉由三維蒸氣腔元件中的兩相流循環以及冷凝端與熱交換腔體中的循環冷卻液進行熱交換，以提升散熱效率。並且，本發明的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組的三維蒸氣腔元件藉由下蓋具有的複數個凹槽，在兼顧下蓋結構強度的情況下，透過縮短位於下蓋的多孔隙毛細結構與熱源的熱傳導距離，以降低熱源的熱能傳導至下蓋下內表面上多孔隙毛細結構的熱阻，進而提升熱傳導效率。再者，本發明的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組可藉由設置於管體的散熱鰭片，以增加冷凝端與冷卻液之間的接觸面積，進而提升散熱效率；以及透過設置於散熱鰭片上的擾流結構在熱交換腔體中產生混流，以增加與熱交換腔體中冷卻液的熱交換效率，進而提升整體散熱效率。此外，本發明的三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組也可透過三維蒸氣腔元件中複數個上蓋耦合於同一個下蓋，分別接觸多個熱源或是同一個熱源並且於同一個熱交換器中進行散熱，進而提升本發明整體的散熱效率。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本
發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。
A:三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組
10:三維蒸氣腔元件
12:上蓋
121:基板
1211:基板空腔
1212:開口
1213:上外表面
1214:上內表面
122:管體
1220:頂端
1221:管體空腔
1222:管體內表面
13:注口封合結構
131:液注口
14:下蓋
141:下內表面
142:下外表面
15:密閉氣腔
16:多孔隙毛細結構
20:半開放殼體
22:輸入口
24:輸出口
26:接合端
28:螺絲
30:熱交換腔體
Claims (8)
- 一種三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組，包含有：一三維蒸氣腔元件，包含有：一上蓋，包含有一基板與一管體，該基板具有一基板空腔、一開口、一上外表面以及一上內表面，該管體具有一管體空腔以及一管體內表面，該管體設於該上外表面並位於該開口之上且自該上外表面向外突出；一下蓋，相對於該上蓋，具有一下內表面、一下外表面以及複數個凹槽，當該上蓋接合於該下蓋時，該管體空腔以及該基板空腔形成一密閉氣腔，以及該下蓋之該下外表面用以接觸一熱源，其中該等凹槽之間形成一凹槽肋壁，該凹槽肋壁具有一肋壁表面，並且每一凹槽具有一凹槽內表面以及一凹槽空腔；一多孔隙毛細結構，連續設置於該管體內表面、該上內表面、該下內表面、該凹槽肋壁之該肋壁表面以及該等凹槽內表面上；複數個支撐柱，分別設置於該基板之該上內表面與該下蓋之該下內表面之間；以及一工作流體，設置於該密閉氣腔中，並且該密閉氣腔的壓力小於一大氣壓；以及一半開放殼體，具有一輸入口以及一輸出口，該半開放殼體耦合於該三維蒸氣腔元件之該下蓋而形成一熱交換腔體，以及該輸入口以及該輸出口連通該熱交換腔體。
- 如申請專利範圍第1項所述之三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組， 其中該管體另具有一頂端，該頂端具有一注口封合結構，該注口封合結構是由預先設置於該頂端之一液注口，經由該液注口以將該工作流體注入於該密閉氣腔中之後，並封合該液注口所形成，並且於該熱交換腔體、該輸入口以及該輸出口中均設置有一冷卻液，以及該冷卻液為水、丙酮、氨、甲醇、四氯乙烷以及氫氟烴類化學制冷劑之其中一者。
- 如申請專利範圍第1項所述之三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組，其中該三維蒸氣腔元件另包含有複數個散熱鰭片，該管體另具有一冷凝端，該等散熱鰭片耦接該管體之該冷凝端。
- 如申請專利範圍第3項所述之三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組，其中該多孔隙毛細結構之設置可以利用一含銅粉末預先鋪置於該管體內表面、該上內表面以及該下內表面上，並當該散熱鰭片接合於該管體之該冷凝端上後，同時利用同一燒結製程以使該多孔隙毛細結構連續設置於該管體內表面、該上內表面以及該下內表面，以及該等散熱鰭片耦接該管體之該冷凝端。
- 如申請專利範圍第1項所述之三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組，其中每一支撐柱具有一支撐柱表面，以及該多孔隙毛細結構連續設置於該管體內表面、該上內表面、該下內表面以及該支撐柱表面上。
- 如申請專利範圍第1項所述之三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組，其中該下蓋另具有一下凹槽，用以容置一設有一晶片之電路基板，該晶片之一晶片表面與該下凹槽之一下凹槽表面相接觸。
- 一種三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組，包含有：一三維蒸氣腔元件，包含有： 複數個上蓋，每一上蓋包含有一基板與一管體，該基板具有一基板空腔、一開口、一上外表面以及一上內表面，該管體具有一管體空腔以及一管體內表面，該管體設於該上外表面並位於該開口之上且自該上外表面向外突出；一下蓋，具有一下內表面、一下外表面以及複數個凹槽對應該等上蓋，當該等上蓋接合於該下蓋時，每一上蓋之該管體空腔以及該基板空腔各自形成一密閉氣腔，以及該下蓋之該下外表面用以接觸一熱源，其中各自對應該等上蓋的該等凹槽之間形成一凹槽肋壁，該凹槽肋壁具有一肋壁表面，並且每一凹槽具有一凹槽內表面以及一凹槽空腔；一多孔隙毛細結構，連續設置於每一上蓋之該管體內表面、該上內表面、各自對應之該下內表面、該凹槽肋壁之該肋壁表面以及該等凹槽內表面上；複數個支撐柱，分別設置於該基板之該上內表面與該下蓋之該下內表面之間；以及一工作流體，設置於每一密閉氣腔中，並且該等密閉氣腔的壓力小於一大氣壓；以及一半開放殼體，具有一輸入口以及一輸出口，該半開放殼體耦合於該下蓋而形成一熱交換腔體，以及該輸入口以及該輸出口連通該熱交換腔體。
- 如申請專利範圍第7項所述之三維蒸氣腔元件嵌入式之液冷散熱模組，其中該管體另具有一頂端，該頂端具有一注口封合結構，該注口封合結 構是由預先設置於該頂端之一液注口，經由該液注口以將該工作流體注入於該密閉氣腔中之後，並封合該液注口所形成，並且於該熱交換腔體、該輸入口以及該輸出口中均設置有一冷卻液，以及該冷卻液為水、丙酮、氨、甲醇、四氯乙烷以及氫氟烴類化學制冷劑之其中一者。
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