TWI880731B - 複合式散熱單元組合結構 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種複合式散熱單元組合結構，包括一均溫板及至少一熱管之間的組合結構，該均溫板具有由一上板體及一下板體相對應蓋合所共同界定出之一板體腔室，該板體腔室內填充有工作液體且具有第一毛細結構，該上板體上貫穿設置有至少一與該氣密腔室相連通的貫通孔，該貫通孔朝向上板體外凸伸形成有環凸緣，該環凸緣設有一對接定位部，所述熱管的兩端分別設為封閉端及開口端，且在該開口端設有可以和該對接定位部產生卡擋定位的受接部，藉由該卡擋定位設計，可快速且正確地將均溫板及熱管施予定位插結組合，避免熱管相對於均溫板之插入，因施力不穩定而產生插入深度過度或插入深度不足或插入歪斜的情況。

Description

複合式散熱單元組合結構

本發明系關於一種複合式散熱結構，特別是關於一種可將熱管與均溫板正確定位結合之一種散熱單元組合結構。

隨著科技的進步，電子元件單位面積上的電晶體數量越來越多，此外，其工作頻率也越來越高，電晶體工作所產生的熱量，是電子元件發熱量增加的原因，若未能適當的快速移除這些熱量，將會造成晶片運算速度的降低，嚴重者甚至影響到晶片的壽命；為加強電子元件之散熱效果，一般會藉用被動式散熱的散熱器及或熱管及或均溫板來進行導熱，令熱源得經由散熱器之鰭片與外界環境進行熱交換散熱。

均溫板(Vapor chamber)係包括一板狀殼體及其殼體內部腔室壁面的毛細結構，且該殼體內部填充有工作流體，並該殼體的一側(即蒸發區)係貼設在一發熱元件(如中央處理器、南北橋晶片、電晶體等)上，用以吸收該發熱元件所產生之熱量，使液態之工作流體於蒸發區因受熱蒸發轉換為蒸氣(汽態)，透過蒸氣將熱量傳導至該殼體之冷凝區，該汽態之工作流體於冷凝區受冷卻後冷凝為液態，該液態之工作流體再透過重力或毛細結構回流至蒸發區繼續汽液循環，以有效達到均溫散熱之效果。熱管(Heat pipe)的工作原理與均溫板足相同的，其結構設計主要是在圓管口徑的熱管內之中空部分填入金屬粉 末，並透過燒結之方式於該熱管之內壁形成一毛細結構，其後將該熱管抽真空並填充工作流體，最後封閉以形成熱管結構。當工作流體由蒸發端受熱蒸發後傳導至遠端的冷凝端。

比較均溫板與熱管之熱傳導的型態二者並不完全相同，均溫板的熱傳導型是二維的(點對面)的熱傳導，然而熱管的熱傳導方式是一維(點對點)的熱傳導方式，大體上均溫板的散熱效能要比熱管的散熱效能高出許多。然而，現今的電子功率元件的散熱需求日益提高，僅配合單一的熱管或均溫板已不敷使用，因此，目前此一運用領域已發展將前述熱管與均溫板二者複合為一體使用，藉以提升整體裝置的熱傳導效率，以期能解決日益提高功率之電子元件的散熱問題。

目前一般均溫板與熱管二者之結合方式(請參圖1至圖4)，通常是在均溫板10的上板101開設貫通孔102，再將熱管11的開口端110插入該貫通孔102內進行接合，以連通該熱管腔室111及該均溫板腔室103，完成上述的插結連通之後，加工上尚需確定兩部件之內部毛細微結構104、112也必須連接在一起形成內部工作流體回路，而後才能將熱管11的外殼與均溫板10的殼體焊接封合固定；但是，目前之熱管與均溫板之間的插組，尚需仰賴人員手工插入對接後再進行焊接固定，在將熱管11插入該貫通孔102內進行接合時，由於每次插入力道的掌握不同使得插入之深淺無法精確化，導致無法使熱管與均溫板之間的插組得到一致化的精確定位；甚或在人為盲插的情況下，很容易插入過深時(如圖1及圖2)，使熱管11的開口端110完全頂滿均溫板10下板105之內底面或損及內部的毛細微結構104，進而造成熱管腔室111與均溫板腔室103之間無法相連通使得內部工作流體無法對流運作；或是插入歪斜或深度不足時(如圖3及圖4)，會使兩組合件間 的毛細微結構104、112無法確實相觸連通，將明顯影響整體工作流體的回水效率，嚴重影響整體導熱效能。

有鑑於上述問題，本案發明人潛心研究，終於完成本案之散熱單元組合結構，來克服習知技術的缺失。

本發明之主要目的，係在提供一種複合式散熱單元組合結構，其係在熱管與均溫板組合的部位，特別設具有可以相互簡易且準確對接卡定的部位，不僅可藉以加速組合的定位操作，更可因而避免熱管與均溫板之間，因對接不精準而產生上揭傳統的缺失及影響整體散熱性。

本發明之另一目的，係在提供一種複合式散熱單元組合結構，其係可快速將均溫板及熱管正確結合定位以節省組裝時間，並輔以在兩組合部件之間形成一支撐力對後續的焊合等再加工產生輔助定位的作用。

為達上述之目的，本發明為一種的結構，包括一均溫板及至少一熱管，均溫板具有上板體及下板體，上、下板體對合以共同界定出一板體腔室，該板體腔室內具有第一毛細結構且填充有工作流體，至少一貫通孔貫穿該上板體並與板體腔室相連通，貫通孔之外周緣處朝向均溫板外凸伸形成有一環凸緣，該環凸緣(至少內周面)處設有對接定位部；熱管內部具有一熱管腔室可在插入均溫板時與前述板體腔室兩者相連通，熱管的兩端分別設為封閉端及開口端，且在接近該開口端(至少外周面)處，設有可以和該對接定位部產生相互卡擋定位的受接部，藉以在彼此相插接組合時，能再設定的插入深度產生卡擋定位，以避免熱管插入均溫板之深度及方向產生非期待的不良現象。

在一可行的實施例，該熱管之受接部到開口端之長度為一設定長度，且熱管內設熱管腔室，腔室內設具有一第二毛細結構，依該設定長度使開口端在該對接定位部與受接部卡定時，其伸入均溫板的深度，仍可保持熱管與均溫板彼此的氣密腔室之間相通暢，且該第二毛細結構恰能與均溫板板體腔室中的第一毛細結構形成良好的接觸(第一、二毛細結構係為燒結粉末、編織網目、網格體、纖維體其中任一，且第一、二毛細結構可為相同或不相同性質之毛細結構)，以達成最佳的組合狀態。

在另一可行的實施例，該對接定位部為一環設於環凸緣之內周面且朝向中心突出之環凸部，該受接部為環設於熱管接近開口端之外周面且能與環凸部相配對位置所設的一環凹部，使得該對接定位部及受接部可在施行插入到相對應時，即產生相互對合崁(卡)定，且形成限位避免無外力或微力作用而位移或相互推拔而在插入或脫落。

在再一可行的實施例中，該對接定位部可設為環設於該環凸緣之內周面的一環凹部，受接部則設為一對應該環凹部而環設於熱管接近開口端之外周面的環凸部。

本發明藉由上述技術方案，可快速將均溫板及熱管正確結合定位，並輔以一支撐力簡化組裝作業，並可避免熱管與均溫板因人為誤差對位或盲插對接不精準影響散熱性。

2:均溫板

3:熱管

10:均溫板

11:熱管

20:上板體

21:下板體

22:板體腔室

23:第一毛細結構

24:支撐體

25:毛細結構體

30:封閉端

31:開口端

32:熱管腔室

33:缺口

34:第二毛細結構

35:受接部

36:外徑

40:套環

41:中央孔

42:內徑

101:上板體

102:受通孔

103:均溫板腔室

104:毛細微結構

105:下板

110:開口端

111:熱管腔室

112:毛細微結構

201:貫通孔

202:環凸緣

203:內周面

204:對接定位部

310:外周面

2020:外徑

圖1係為傳統熱管與均溫板之間的插組太深而壓損均溫板內底面毛細結構的狀態示意圖。

圖1A係圖1之A部份的放大示意圖。

圖2係為傳統熱管與均溫板之間的插組太深的另一狀態示意圖。

圖3係為傳統熱管與均溫板之間的插組太淺而導致內部毛細結構未接觸之示意圖。

圖3A係圖3之A部份的放大示意圖。

圖4係為傳統熱管與均溫板之間的插組太淺且插組產生歪斜情況之示意圖。

圖5為本發明第一種實施例之分解狀態立體示意圖。

圖6為圖5所示實施例之組合狀態剖視示意圖。

圖7為第二種實施例之組合前狀態之剖視示意圖。

圖8為本發明第二種實施例之組合狀態剖視示意圖。

圖9為本發明之第三種實施例的分解狀態立體示意圖。

圖10為圖9所示實施例之組合狀態剖視示意圖。

圖11為本發明第四種實施例之對接定位部與受接部的組接前狀態示意圖。

圖12至圖13為本發明第五種實施例之對接定位部與受接部的組接過程示意圖。

圖14為本發明第六種實施例對接定位部與受接部對接之狀態示意圖。

圖14A為本發明圖14所示實施例中，表示凸緣套設加強套環部位之放大示意圖。

本發明之上述目的及其結構與功能上的特性，將依據所附圖式之較佳實施例予以說明。

圖5為本發明第一種實施例之分解狀態立體示意圖，請同時參閱圖6，圖6為本發明圖5所示實施例之組合狀態剖視示意圖，如圖所示，本發明為一種複合式散熱單元組合結構，包括一均溫板2及至少一熱管3，該均溫板2係由一上板體20及一下板體21相互蓋合所組成，該上、下板體20、21對應蓋合共同界定有一板體腔室22，該板體腔室22內具有第一毛細結構23及/或複數支撐體24或毛細結構體25，板體腔室22中填充有工作液體(未圖示)至少一貫通孔201係貫穿上板體20與板體腔室22相連通，並自該貫通孔201之外周緣朝向上板體20外凸伸形成有一環凸緣202，均溫板2的下板體21的內側面係為均溫板2的蒸發區域。

所述熱管3兩端分別具有一封閉端30及一開口端31，且其內部具有一熱管腔室32，該開口端31係可設具有一缺口33，且熱管3之內部設有第二毛細結構34，該開口端31插接於該環凸緣202及貫通孔201的內部，令該熱管腔室32與板體腔室22相連通。

由圖示中可以觀察到為本發明，該均溫板2上板體20設置之環凸緣202(至少內周面203)上設有對接定位部204，該熱管3之近開口端31(至少外周面310)處與該對接定位部204相對應的位置設置有受接部35，該對接定位部204與受接部35之間，在插組到彼此相對應時可形成相互對接卡擋固定，且該受接部35至開口端31的長度；可設定為在該相互對接卡擋固定時，恰能讓該第一毛細結構23或毛細結構體25與第一毛細結構23形成良好的接觸，且該開口端31會位在該對接定位部204下方至下板體21上方之第一毛細結構23之間；如此藉由對接定位部204與受接部35相互卡擋固定，該等相互對接(崁接、卡擋、卡接或螺合)當可對該熱管3之開口端31形成限位，又可以避免該熱管3相對插入均溫板2內部的深度太過深入或插入的深度不足；並且為了使熱管3與均溫板2的插接組合能夠對 接精準且正直不歪斜，本發明特別將該對接定位部204及受接部35的對接型態設成全周至少三點以上對接的結構，使得對接時可自行導正熱管3與均溫板2之間的插組關係，避免插接不正的情況發生。

請參圖6至圖11所示，本發明的熱管3上之受接部35到該開口端31的距離，係特別依據均溫板2中各種不同類型第一毛細結構23之組合連接型態而設計，尤指在該開口端31對應穿設於該環凸緣202進入均溫板2的板體腔室22中時，能使熱管3的第二毛細結構34順利地與均溫板2的第一毛細結構23充分結合，例如在圖7及圖9當中，當均溫板2與熱管3藉由對接定位部204與受接部35相互對接定位後，熱管3之開口端31可以恰好抵接均溫板2下板體21之內側面上的第一毛細結構23，並藉由該開口端31一側所呈現的缺口33連通均溫板2之板體腔室22與熱管3之熱管腔室32，而且該第一毛細結構23與第二毛細結構34能夠充份的相互接觸，使工作流體由熱管腔室32冷凝回流後可順利透過第二毛細結構34流傳給第一毛細結構23提供給均溫板2的蒸發區域，再吸收發熱源的熱量，形成循環。

如此即可避免發生如圖1所示因熱管11插入過深時，造成均溫板10中的毛細微結構104被熱管11的開口端110插壓損壞；或又如圖3及圖4所示，當熱管11插入不足時，無法有效連接均溫板10與熱管11之間的毛細微結構104、112，致使毛細微結構104、112產生中斷，讓熱管11中凝結回流的工作流體，無法順利回流入到均溫板10的板體腔室22中完成循環冷卻之運作；因此藉由本發明之對接定位部204及受接部35的相互對接形成確定深度的限位，即可保障熱管3插入均溫板2內部之深度，相對即可確定第一毛細結構23與第二毛細結構34之間的組合狀態，恰可避免上揭傳統者缺失及問題的發生。

圖7及圖8為本發明第二種實施例之示意圖，該實施例係設定熱管3插入均溫板2的程度，在該對接定位部204與受接部35形成對接定位時，讓該熱管3的開口端31恰好伸設到上板體20之貫通孔201位置，不再伸凸入板體腔室22內部，且該第一毛細結構23與第二毛細結構34，也恰好延伸到此部位形成連結接觸。

圖9及圖10所示者係本發明第三種實施例之示意圖，主要係表示在均溫板2之板體腔室22內部，對應該貫通孔201的下方位置，另設有一支撐體24或毛細結構體25的實施型態，且該支撐體24或毛細結構體25係可為多孔性結構體，其兩端分別與該第一毛細結構23及第二毛細結構34連接時，本發明的熱管3亦可將受接部35到開口端31的長度，設定成讓該開口端31在對接定位部204與受接部35形成對接定位時，恰位移到可確實觸接到該支撐體24或毛細結構體25的頂部，使第一毛細結構23與第二毛細結構34在此位置也能形成良好的連接關係。

從圖7的實施例中，該對接定位部204為一向環凸緣202中心突出之環凸部，其至少環設於該環凸緣202之內周面203上，受接部35為一至少環設於熱管3近開口端31之外周面310上，且朝熱管3之中心凹入之環凹部。

圖11為本發明第四種實施例的示意圖，在本實施例中，對接定位部204為一在環凸緣202之內周面203朝向內周面203凹入之環凹部，受接部35則設為在近開口端31之外周面310朝外突出的一環凸部。

圖12及圖13為本發明第五種實施例的示意圖，在本實施例中，將對接定位部204設為在環凸緣202內周面203朝向環凸緣202內周面203凹入設置至少3個凹入軌道，受接部35則設成在開口端31附近的外周面310上朝向熱管3之至少3個凸出點的型態，對接定位部204與受接部35之突出點與凹入點之數量設為相對等。

圖14及圖14A為本發明第六種實施例之示意圖，如圖所示，本發明藉以插組該熱管3之環凸緣202的開口部位，另套設有一加強套環40，該加強套環40套設於環凸緣202之開口外周，且該加強套環40具有一恰好符合熱管3之外徑36的中央孔41，以及具有一內徑42恰好符合該環凸緣202外徑2020之環套體，當對接定位部204與受接部35相互對接卡定後，可再藉由該加強套環40的套設，讓該環凸緣202的開口部位的結構強度得到加強，使熱管3插結於環凸緣202後的正直度得以受導正且更加確定穩固，避免插結歪斜狀況產生。

綜上，本發明藉由均溫板2上設置的對接定位部204，與設置於熱管3上所設置的受接部35相互簡易卡定及限位，確實可降低甚而完全避免熱管3與均溫板2之間的插置加工，因人為徒手對位插組或盲插對接之誤差及不精準所產生的插入歪斜過深或不足，使得本發明可讓均溫板2及熱管3的結合定位更為快速且精準，且該對接定位部204及受接部35的相互對接可簡易地在相結合部位形成限位及基本的支撐力，更具有輔助再加工簡化組裝作業之作用。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍。

2:均溫板

3:熱管

20:上板體

21:下板體

22:板體腔室

23:第一毛細結構

24:支撐體

30:封閉端

31:開口端

32:熱管腔室

33:缺口

35:受接部

201:貫通孔

202:環凸緣

203:內周面

204:對接定位部

310:外周面

Claims (15)

1. 一種複合式散熱單元組合結構，包括： 一均溫板，具有一上板體及一下板體，上、下板體對合以共同界定出一板體腔室，該板體腔室內具有一第一毛細結構，至少一貫通孔係貫穿該上板體並與該板體腔室相連通，自該貫通孔向上板體外凸伸形成有一環凸緣，該環凸緣設有一對接定位部；以及 至少一熱管，內部具有一熱管腔室能夠與前述板體腔室兩者相連通，且熱管腔室內設有一第二毛細結構，該熱管的兩端分別設為一封閉端及一開口端，接近該開口端處設有一受接部，可與該對接定位部相卡固，且該受接部至開口端的長度為一設定長度，所述設定長度讓該對接定位部與該受接部形成上述的卡固定位時，該開口端恰位於該對接定位部至該下板體內部之第一毛細結構上面之間，且讓熱管的第二毛細結構恰能與均溫板內部之第一毛細結構形成良好的連接，不會產生熱管與均溫板間之插組過度深入或插入不足的狀況。
2. 如請求項1所述之複合式散熱單元組合結構，其中該對接定位部為一環設於該環凸緣之內周面的凸出部，且該受接部為一環設於該熱管近開口端之外周面的凹入部。
3. 如請求項1所述之複合式散熱單元組合結構，其中該對接定位部為一環設於該環凸緣之內周面的凹入部，且該受接部為一環設於該熱管近開口端之外周面的凸出部。
4. 如請求項1至3中任一項所述之複合式散熱單元組合結構，其中還包括設置於該板體腔室中並與該貫通孔對應設置的支撐體及毛細結構體的至少其中之一，該支撐體或毛細結構體的兩端分別與第一毛細結構及第二毛細結構連接。
5. 如請求項1至3中任一項所述之複合式散熱單元組合結構，其中該第一毛細結構及第二毛細結構係為燒結粉末、編織網目、網格體、纖維體其中至少選擇其一。
6. 如請求項4所述之複合式散熱單元組合結構，其中該第一毛細結構及第二毛細結構係為燒結粉末、編織網目、網格體、纖維體其中至少選擇其一。
7. 如請求項4所述之複合式散熱單元組合結構，其中該支撐體係為一多孔性結構體。
8. 如請求項1至3中任一項所述之複合式散熱單元組合結構，其中更包括一套設於該環凸緣插組該熱管之開口外周部位的加強套環。
9. 如請求項4所述之複合式散熱單元組合結構，其中更包括一套設於該環凸緣插組該熱管之開口外周部位的加強套環。
10. 如請求項5所述之複合式散熱單元組合結構，其中更包括一套設於該環凸緣插組該熱管之開口外周部位的加強套環。
11. 如請求項7所述之複合式散熱單元組合結構，其中更包括一套設於該環凸緣插組該熱管之開口外周部位的加強套環。
12. 如請求項8所述之複合式散熱單元組合結構，其中之加強套環上具有一恰好符合熱管外徑的中央孔，以及具有一內徑恰好符合該環凸緣外徑之環套體。
13. 如請求項9所述之複合式散熱單元組合結構，其中之加強套環上具有一恰好符合熱管外徑的中央孔，以及具有一內徑恰好符合該環凸緣外徑之環套體。
14. 如請求項10所述之複合式散熱單元組合結構，其中之加強套環上具有一恰好符合熱管外徑的中央孔，以及具有一內徑恰好符合該環凸緣外徑之環套體。
15. 如請求項11所述之複合式散熱單元組合結構，其中之加強套環上具有一恰好符合熱管外徑的中央孔，以及具有一內徑恰好符合該環凸緣外徑之環套體。

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