TWM627124U - 散熱裝置 - Google Patents

Abstract

本創作一種散熱裝置，包括一鋁質基座及至少一銅質兩相流元件或銅質熱傳導元件二者其中任一或任二，該鋁質基座具有一上側面及一下側面，且於該下側面形成有一結合區域用以設置有一銅質置入層，該銅質兩相流元件或銅質熱傳導元件任一或任二係被設置在該結合區域，得與銅質置入層相結合，本創作透過該銅質置入層的設置，令該鋁質基座與異金屬的銅質兩相流元件及/或銅質熱傳導元件不需經由化鎳處理程序即可直接進行焊接結合者。

Description

散熱裝置

本創作有關於一種散熱裝置，尤指一種提供一將銅質置入層設置在該鋁質基座欲結合之結合區域上，令該鋁質基座與異金屬的銅質兩相流元件及/或銅質熱傳導元件不需經由化鎳處理程序，即可直接焊接結合的散熱裝置。

按，習知散熱器或散熱模組一般皆以銅或鋁的材質置成，由於銅具有熱傳導效率高之特性，故習知散熱器或散熱模組較通常係選用銅材質作為散熱基座，作為傳導執行單元（中央處理器、顯示卡晶片或其他電晶體或發熱源）產生的熱進行熱交換；但散熱器或散熱模組若全以銅製成則其重量極較重且成本高；因此目前採取的方式係直接將與發熱源接觸並將吸收到發熱源的部件（如熱傳導單元（件、體、座）、銅板、兩相流元件（諸如熱管、均溫板等））以銅材質製成，其他部件（組合式鰭片、鰭片、散熱器、散熱座）則選用相對重量較輕、成本較低的鋁材質製成，藉以減輕重量及降低成本。 舉例說明目前一般鋁擠型散熱器為了提供有良好的熱傳效果，多會於其底部直接結合或凹設有凹槽以方便裝設至少一熱傳導較佳的銅熱管（Heat pipe）或均溫板或在前述二者任一上再搭配一金屬銅板覆蓋用以接觸發熱源。 但由於鋁擠型散熱器的鋁表面易被氧化，且在焊接過程中所生成高熔點的氧化物(Al2O3)會直接妨礙與銅金屬的熔合且給施焊帶來困難，因為若銅金屬與鋁金屬直接進行焊接時，兩銅鋁材料直接焊接的部位會在焊接後容易因脆性大而產生裂紋之問題；並且在銅金屬與鋁金屬進行熔焊時，靠近銅金屬這一側的焊縫中很容易形成cuAl2等共晶體，且cuAl2等共晶體結構會分布於材料晶界附近，容易產生晶界間的疲勞或裂紋之問題。況且銅與鋁兩金屬的熔點及共晶溫度相差甚大，所以在熔焊作業中當該鋁金屬的表面完全熔化時，銅金屬依然仍處於固態；相反地，當銅金屬熔化時，鋁金屬早已熔化很多且無法以共容或共晶狀態共存，造成銅金屬與鋁金屬焊接難度大幅增加。另外，因焊縫易產生氣孔，且銅金屬與鋁金屬的導熱性都很好，因而焊接時熔池金屬結晶快，使高溫時的治金反應氣體不及逸出，故而容易產生氣孔。基於上述這些問題就是鋁擠型散熱器跟銅熱管及/或金屬銅板相接觸面無法直接焊接之原因。 因此為解決上述習知鋁銅兩相異金屬材質無法直接進行焊接及上述延伸出的問題；業者所採取的方式係對該鋁擠型散熱器與銅熱管及/或金屬銅板相接觸的表面上進行表面處理改質後以便於進行兩相異金屬焊接；亦即鋁擠型散熱器的底部及溝槽內側面上或其相對結合接觸面上均需事先形成一層化學鍍鎳層，透過該化學鍍鎳層才能讓兩相異金屬（此兩相異金屬係為鋁跟銅）進行焊接。而目前熟悉該項技藝之士是使用無電鍍鎳作為金屬表面改質的技術工法，它提供獨特的沉積物性質，包括在深凹陷、孔和盲孔內的沉積物的均勻性；其中無電鍍鎳又可稱做化學鍍鎳 (Chemical Deposition)或自催化鍍法(Autocatalytic Plating)且其按磷含量分類有：低磷、中磷及高磷三種。而無電鍍鎳與電鍍最大的差異點是其工作環境是在沒有電流條件下，利用溶液中的還原劑將金屬離子還原，而進行無電鍍鎳前必須對試片表面進行催化。 然而，上述的方式雖可解決鋁質基座與銅質熱傳件的焊接問題，但卻又衍生出環保及其他問題，因無電鍍鎳(即化學鍍鎳)製程中是需使用大量的化學反應液體，並且在無電鍍鎳製程後將會產生大量含有重金屬或化學物質的工業廢液，而工業廢液中都會產生大量的含有黃磷等有毒物質的廢水。黃磷污水中含有50~390 mg/L濃度的黃磷，黃磷是一種劇毒物質，進入人體對肝臟等器官危害極大。長期飲用含磷的水可使人的骨質疏鬆，發生下頜骨壞死等病變。故現行各國環保意識提頭已開始重視且禁用此項無電鍍鎳相關製程，故努力推廣無毒製程藉以環境保護。另外，近期無電鍍鎳中的鎳磷原物料在全球供應鏈不穩定且嚴重短缺，也會導致整體成本提高。 據此，如何在不使用表面改質處理之前提下課題仍可對兩相異金屬進行焊接結合，實屬目前亟需要克服的課題。

本創作之主要目的在提供一種一銅質置入層設置在一鋁質基座形成有一結合區域上，用以使異金屬的銅質兩相流元件及/或銅質熱傳導元件，使其不需表面改質即可直接行焊接，以有效達到降低成本及環境保護的散熱裝置。 為達上述目的，本創作係一種散熱裝置，包括：一鋁質基座具有一上側面及一下側面，其中於該下側面形成有一結合區域，該結合區域係設置有一銅質置入層；至少一銅質兩相流元件或銅質熱傳導元件二者其中任一或任二係被設置在該結合區域，且該銅質兩相流元件或銅質熱傳導元件其中任一或任二與該銅質置入層係透過機械加工方式相結合。 另外上述下側面具有至少一容置槽，該結合區域係選擇設置在該容置槽或／及該下側面上，該銅質兩相流元件被埋入（嵌入、植入）設置在該容置槽內，該銅質兩相流元件及／或該銅質熱傳導元件可分別與該容置槽及該下側面的該銅質置入層相結合固定。 上述銅質置入層以機械加工或表面處理製程或化學加工處理結合形成在該結合區域上。上述鋁質基座的材質為鋁材質或鋁合金材質。該銅質熱傳導元件與該結合區域的銅質置入層為相同金屬材質，該銅質熱傳導元件與該鋁質基座為相異金屬材質。 上述銅質置入層具有一深入面及一表面接觸面，該表面接觸面係結合在該結合區域上，該深入面係結合在該結合區域內。

本創作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。 本創作提供一種散熱裝置1，請參閱第1、2、3圖，該散熱裝置1包括一鋁質基座11、至少一銅質兩相流元件13及一銅質熱傳導元件15，該鋁質基座11的材質為鋁材質或鋁合金材質等含鋁之材質，在本實施例該鋁質基座11為鋁材質所構成，且具有一上側面111與一下側面112，該上側面111向外凸伸有複數間隔排列設置以鋁材質構成的散熱鰭片114（或另裝設有散熱鰭片組），且該散熱鰭片114與該鋁質基座11構成一散熱器(如鋁擠型散熱器)。 上述鋁質基座11的該下側面112具有至少一容置槽1121，一結合區域1124可選擇僅設置在該下側面112之容置槽1121內或選擇同時設置在該下側面112整面上及該容置槽1121內。在本實施例該結合區域1124係選擇同時設置在該下側面112與該容置槽1121上進行說明，該容置槽1121係從相鄰該鋁質基座11的一側徑向（水平）彎繞朝該鋁質基座11的另一側凹設延伸設置在該下側面112，用以容設該銅質兩相流元件13。另外於具體實施時，前述容置槽1121可為複數個，且其形狀可為如S形狀、U形狀、L形狀、8字形、矩形或任意形狀組合。 該結合區域1124上被設置有一銅質置入層(copper embedding layer) 12，在本實施例該銅質置入層12設置在該鋁質基座11的下側面112及該容置槽1121上，所述該銅質置入層12具有一深入面121及一表面接觸面122(用以焊接結合之用)，該銅質置入層12的表面接觸面122作為該銅質置入層12的外露表面與該下側面112及容置槽1121表面平齊，該銅質置入層12的深入面121則係結合(該結合例如咬合或嵌入)在該下側面112及容置槽1121內(即深入面121與該下側面112及容置槽1121係呈相互緊密接合或咬合)。其中該銅質置入層12係可為銅粉粒或銅箔或銅片或液態銅經過機械加工(例如氣壓、液壓、沖壓或油壓擠壓制成)或表面處理製程(如噴塗、印刷)或化學加工處理(如電鍍、陽極處理)方式結合在該下側面112與該容置槽1121上，且部分該銅質置入層12在結合形成的過程中會直接咬合或嵌入到該下側面112與該容置槽1121內沉積形成所述深入面121，以加強該銅質置入層12的結合力(結合強度)，藉以可防止該銅質置入層12從該下側面112及容置槽1121上剝落脫離(分離)。 該銅質兩相流元件13與鋁質基座11結合時，係整體被埋設置在該容置槽1121內，並令該銅質兩相流元件13與該容置槽1121的銅質置入層12相結合(如焊接結合)，其中該銅質兩相流元件13的形狀係搭配相對該容置槽1121的形狀，於具體實施時，該銅質兩相流元件13的數量及形狀可搭配該容置槽1121的數量及形狀來設置，且該銅質兩相流元件13與該鋁質基座11係為相異金屬材質。 另外，該銅質兩相流元件13可例如為熱管或均溫板，在本實施例該銅質兩相流元件13以熱管埋設在容置槽1121內說明，但不侷限於此，當然該銅質兩相流元件13也可為均溫板設在該下側面112上或容置槽1121內。並該銅質兩相流元件13具有一腔室135，該腔室135內填充有一工作流體(如純水)，該腔室135內壁設置有一毛細結構133(如燒結粉末體、溝槽、網格體、纖維、辨條體或前述任一組合)；該銅質兩相流元件13具有一兩相流接觸面131及一兩相流結合面132，該兩相流結合面132係跟該容置槽1121內的銅質置入層12相結合(如焊接結合)，該兩相流接觸面131係平齊該鋁質基座11的下側面112（亦可突出或凹陷該下側面112），該兩相流接觸面131是將接收到一熱量後傳導至整體該銅質兩相流元件13，以藉由該銅質兩相流元件13將熱量快速均勻傳導至鋁質基座11上。續參閱第1、3圖，該銅質熱傳導元件15為一銅板體(如銅底板)，在本實施例該銅質熱傳導元件15與銅質置入層12為相同金屬材質，該銅質熱傳導元件15與該鋁質基座11為不相同金屬材質(即相異金屬材質)。並該銅質熱傳導元件15具有一吸熱面151與一傳熱面152，該傳熱面152係跟該鋁質基座11的下側面112之該銅質置入層12與該銅質兩相流元件13之兩相流接觸面131相焊接結合。 該銅質熱傳導元件15的吸熱面151係與一發熱元件(如中央處理器或圖形處理器或其他發熱源)相貼設；該銅質熱傳導元件15的吸熱面151是用以將吸附該發熱元件產生的熱量傳導至該傳熱面152上，再經由銅質置入層12傳導至鋁質基座11，然後藉由該鋁質基座11的上側面111的複數散熱鰭片114將熱量快速向外散熱。 在一替代實施例，該結合區域1124選擇設置在該下側面112及該容置槽1121其中任一，且該銅質置入層12可被設置在該下側面及該容置槽1121其中任一上。 本創作主要係於鋁質基座11上欲結合之結合區域1124設置有該銅質置入層12，使得可直接跟相異金屬的銅質兩相流元件13及/或銅質熱傳導元件15不需經由化鎳處理程序即可直接焊接，藉此不僅能有效降低成本，且還可達到環保及解決習知鎳磷原物料短缺之問題。 以上已將本創作做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本創作之一較佳實施例而已，當不能限定本創作實施之範圍。即凡依本創作申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本創作之專利涵蓋範圍。

1:散熱裝置 11:鋁質基座 111:上側面 112:下側面 1121:容置槽 1124:結合區域 114:散熱鰭片 12:銅質置入層 121:深入面 122:表面接觸面 13:銅質兩相流元件 131:兩相流接觸面 132:兩相流結合面 133:毛細結構 135:腔室 15:銅質熱傳導元件 151:吸熱面 152:傳熱面

第1圖為本創作之立體分解示意圖。 第2圖為本創作之立體組合示意圖。 第3圖為本創作之圖2之剖面示意圖。

1:散熱裝置

11:鋁質基座

111:上側面

112:下側面

1121:容置槽

1124:結合區域

114:散熱鰭片

12:銅質置入層

122:表面接觸面

13:銅質兩相流元件

131:兩相流接觸面

132:兩相流結合面

15:銅質熱傳導元件

151:吸熱面

152:傳熱面

Claims (9)

1. 一種散熱裝置，包括： 一鋁質基座，具有一上側面及一下側面，其中該下側面形成有一結合區域，該結合區域設置有一銅質置入層；及 至少一銅質兩相流元件，係被設置在該結合區域，令該銅質兩相流元件得與該銅質置入層相結合。
2. 如申請專利範圍第1項所述之散熱裝置，其中該下側面具有至少一容置槽，該結合區域係設置在該容置槽內，該銅質兩相流元件為一熱管被埋設置在該容置槽內，該銅質兩相流元件跟該容置槽內的該銅質置入層相結合。
3. 如申請專利範圍第2項所述之散熱裝置，更包含一銅質熱傳導元件，該銅質熱傳導元件的一傳熱面與該下側面的該銅質置入層及該兩相流元件之一側面相結合。
4. 如申請專利範圍第1項所述之散熱裝置，其中該銅質置入層以機械加工或表面處理製程或化學加工處理方式結合形成在該結合區域上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之散熱裝置，其中該銅質置入層具有一深入面及一表面接觸面，該表面接觸面係結合在該結合區域上，該深入面係結合在該結合區域內。
6. 如申請專利範圍第1項所述之散熱裝置，其中該鋁質基座之該上側面設置有複數散熱鰭片。
7. 如申請專利範圍第1項所述之散熱裝置，其中該銅質兩相流元件為一均溫板設在該下側面。
8. 一種散熱裝置，包括： 一鋁質基座，具有一上側面及一下側面，其中該下側面形成有一結合區域； 一銅質置入層，設置在所述該結合區域上；及 至少一銅質熱傳導元件，係被設置在該結合區域，令該銅質熱傳導元件得與該銅質置入層相結合。
9. 如申請專利範圍第8項所述之散熱裝置，其中該銅質熱傳導元件為一銅底板。

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