CN102221187A - 具有自我调节回路的散热装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自我调节回路的散热装置及其制作方法，其中此具有自我调节回路的散热装置，包含有一回路式散热部，与一对设此回路式散热部的冷凝部，其中此回路式散热部具有一回路式封闭结构；以及此冷凝部由多个散热鳍片所构成，对设于此回路式散热部。此回路式散热部进一步具有一冷凝面与一对设此冷凝面的蒸发面，此冷凝面用以接附此冷凝部，而此蒸发面用以接触一热源，通过此冷凝面平行对应此蒸发面，以将此蒸发面的部分热源以垂直此回路式散热部的轴向输送至此冷凝面上的冷凝部的散热鳍片，同时通过此回路式封闭结构引导剩余热源以自我调节方式平行此回路式散热部的轴向输送至此回路式散热部的其它位置。

Description

具有自我调节回路的散热装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及属于热导管的散热装置及其制作方法，特别有关一种具有自我调节回路的散热装置及其制作方法。

背景技术

以发光二极管(Light emitting diode，简称LED)作为显示器的背光源，主要诉求是不同种类的LED背光源技术分别在色彩、亮度、寿命及耗电度等皆比传统的冷阴极管(CCFL)更具优势，因而吸引业者积极投入。LED应用在背光模块的照明时，通过其半导体P-N界面施加正向电流可发出可见光、红外光或紫外光。特别是LED背光源与白炽钨丝灯泡或CCFL等传统光源相比，其最大优势在于具有节能和环保的特性。然而，LED的半导体P-N界面工作区面积小，使得单位面积的热量非常大，这样形成的热点(hot spot)易造成LED的工作温度迅速升高。因此导致LED的发光强度降低、发光主波长偏移，甚至严重影响LED的寿命，进一步加速LED的光衰老化。

随着应用范围扩大以及照明***的不断提升，LED背光源现今已大量使用在电子相关产品上，约从1990年开始高功率化的要求急速上升，尤其是以白光高功率型式的需求最大，现在的照明***上所使用的LED功率已经不只1W、3W、5W，甚至到达10W以上。然而高功率LED输入功率仅有15至20％转换成光，其余80至85％则转换成热源，若这些热源未适时排出至外界，那么将会使LED晶粒的接口温度过高而影响发光效率及发光寿命，所以散热效能俨然成为最重要的议题。因此，解决大功率LED照明中的散热问题变得非常迫切。

目前业界解决LED背光模块的散热问题，可通过热导管(heat pipe)搭配散热鳍片的解决方案来因应。请参考图1，热导管11的散热方式是在热导管11当中注入少量液态的工作流体12而后将热导管内抽真空，然后在热导管11的蒸发端111接触热源，而在其冷凝端112设置散热鳍片14以释放热源。工作流体12因吸收热源的热量Qin而产生相变化，以蒸气13的形式带走热量Qin，通过真空的低压状况的下使得液态的工作流体12较容易蒸发。蒸气13沿着热导管11的轴向往冷凝端112移动，而在热导管11中的冷凝端112的散热鳍片14冷却蒸气13成液态的工作流体12并释放热量Qout，然后再通过热导管11内的毛细结构110(充满于热导管11内表面，如图1右边所示的侧视面)所形成毛细力以将液态的工作流体12回流到蒸发端111，如此周而复始的循环运作。但对于大尺寸液晶电视而言，其中电路基板与其它元件的配置，占去背光模块绝大部分的空间，使得散热的问题更加复杂，上述热导管的散热设计，会因排列与设计不当，使得热传导率不佳。有鉴于此，缩短热传导路径与快速有效的带走热量，实是业界急需解决的课题。

发明内容

为了解决上述现有技术的问题与缺失，本发明提供一种具有自我调节回路的散热装置，包含有一回路式散热部，与一对设此回路式散热部的冷凝部，其中此回路式散热部具有一回路式封闭结构；以及此冷凝部由多个散热鳍片所构成，对设于此回路式散热部。此回路式散热部进一步具有一冷凝面与一对设此冷凝面的蒸发面，此冷凝面用以接附此冷凝部，而此蒸发面用以接触一热源，通过此冷凝面平行对应此蒸发面，以将此蒸发面的部分热源以垂直此回路式散热部的轴向输送至此冷凝面上的冷凝部的散热鳍片，同时通过此回路式封闭结构引导剩余热源以自我调节方式平行此回路式散热部的轴向输送至此回路式散热部的其它位置。此外，上述回路式封闭结构由一热导管弯折而形成；或者由多个热导管组合而形成。

因此，本发明的主要目的为提供一种具有自我调节回路的散热装置，通过冷凝面与蒸发面相互对设，以确保冷凝面与蒸发面之间具有最短距离，使得热传导路径有效被缩短，进而达成热源快速均匀扩散的效果。

本发明的次要目的为提供一种具有自我调节回路的散热装置，通过此回路式封闭结构，可提供携有热源的蒸气以自我调节方式在回路结构的热导管内找寻适合地方进行冷凝，进而达成快速带走热量的效果。

本发明的再一目的为提供一种具有自我调节回路的散热装置，通过连接部串接热导管而形成多个热导管所构成的回路式封闭结构，可轻易克服单一热导管的长度限制，使得加工简单且降低成本，有利于大规模生产。

本发明的又一目的为提供一种具有自我调节回路的散热装置，通过热导管上下的扁平设计以增加与LED背光模块热源的接触面，进而将热源迅速自LED背光模块传导出来。

此外，本发明提供一种具有自我调节回路的散热装置的制作方法，包含有以下步骤：(1)形成一毛细结构在热导管内；(2)将热导管形成一回路式封闭结构；(3)注液与抽真空，将一工作流体通过一注液管注入热导管内，当工作流体进入热导管的毛细结构后则进行抽真空，当真空到达一默认值后则对注液管进行压合与封口；(4)压扁回路式散热部的热导管，使得热导管具有较大的接触表面；(5)焊接冷凝部在此回路式散热部的热导管，将冷凝部的多个散热鳍片沿着具有回路式封闭结构的热导管的一冷凝面进行焊接。

因此，本发明的主要目的为提供一种具有自我调节回路的散热装置的制作方法，通过冷凝面与蒸发面相互对设，以确保冷凝面与蒸发面之间具有最短距离，使得热传导路径有效被缩短，进而达成热源快速均匀扩散的效果。

本发明的次要目的为提供一种具有自我调节回路的散热装置的制作方法，通过热导管形成回路式封闭结构，提供携有热源的蒸气以自我调节方式在回路结构的热导管内找寻适合地方进行冷凝，进而达成快速带走热量的效果。

本发明的再一目的为提供一种具有自我调节回路的散热装置的制作方法，通过串接多个热导管所构成的回路式封闭结构，可轻易克服单一热导管的长度限制，使得加工简单且降低成本，有利于大规模生产。

本发明的又一目的为提供一种具有自我调节回路的散热装置的制作方法，通过热导管上下的扁平设计以增加与LED背光模块热源的接触面积，进而将热源迅速自LED背光模块传导出来。

附图说明

图1为现有的热导管示意图，为传统热导管的散热方式；

图2A为第一较佳实施例的端视图，为一种具有自我调节回路的散热装置；

图2B为图2A的上视图；

图2C为第一较佳实施例的示意图，系在图2B增加风扇的具有自我调节回路的散热装置；

图3为第二较佳实施例的上视图，为另一种具有自我调节回路的散热装置；

图4A为第一较佳实施例的流程图，为一种具有自我调节回路的散热装置的制作方法；

图4B为为第二较佳实施例的流程图，为另一种具有自我调节回路的散热装置的制作方法。

【主要元件符号说明】

毛细结构                            110(现有技术)

工作流体                            12(现有技术)

蒸气                                13(现有技术)

具有自我调节回路的散热装置          20、30

回路式散热部                        21、31

冷凝部                              22、32

热导管                              11(现有技术)、23、25、26、27、35

连接部                              24、34

散热鳍片                            14(现有技术)、220、320

冷凝面                              112(现有技术)、261

蒸发面                              111(现有技术)、262

风扇                                28

热量                                Qin、Qout、Qin’、Qout’

步骤                                S21、S22、S23、S24、S25、

S31、S32、S33、S34、S35

具体实施方式

由于本发明揭露一种具有自我调节回路的散热装置及其制作方法，其中利用热导管的基本原理，已为相关技术领域具有通常知识者所能明了，故以下文中的说明，不再作完整描述。同时，以下文中所对照的图式，表达与本发明特征有关的结构示意，并未亦不需要依据实际尺寸完整绘制，合先叙明。

首先请参考图2A～图2B，为本发明提出的第一较佳实施例，为一种具有自我调节回路的散热装置20，包含有回路式散热部21与对应此回路式散热部的冷凝部22。此回路式散热部21由多个热导管23，25，26，27组合所构成，例如：热导管23通过连接部24以分别导通邻近的热导管25，26，而热导管27通过连接部24以分别导通邻近的热导管25，26，因此热导管23，25，26，27通过四个连接部24的串接共同形成回路式封闭结构。此冷凝部22由多个散热鳍片220所构成，设置对应每一热导管23，25，26，27的上方。请再参考图2A，为图2B的端视图，如：热导管26的上方具有冷凝面261与其下方的蒸发面262，其中热导管的内部设有毛细结构且填充有工作流体(未图示)在此毛细结构，而冷凝面261用以连接上述冷凝部22的散热鳍片220，蒸发面262用以接触热源。通过热导管26的冷凝面261平行对应蒸发面262，透过工作流体(未图示)携带蒸发面262所吸收的热源热量Qin以垂直热导管21的轴向输送至冷凝部22的散热鳍片220进行冷却以释放热量Qout。由于冷凝面261与蒸发面262相互对设，可确保热量在冷凝面261与蒸发面262之间传输路径具有最短距离，使得热导路径有效被缩短，进而达成热源快速均匀扩散的效果部分。

在上述实施例中，请再参考图2A～图2B，当热导管26的下方蒸发面262吸收热源的热量Qin后，部分热源被工作流体携带并沿着垂直热导管26的轴向传送至热导管26的上方冷凝面261，通过冷凝部22的散热鳍片220进行冷却以释放热量Qout。而未能被热导管23的冷凝面所吸收的残余热源Qin’将被工作流体携带并沿着连接部24导通至热导管25，也就是这部分未被吸收的热源Qin’将被工作流体以自我调节方式，沿着平行热导管23的轴向经由连接部24输送至热导管25的冷凝面进行冷却以释放热量Qout’。因此，通过连接部24连通两相邻的热导管而形成回路式封闭结构，可有效通过工作流体携带热源的蒸气以自我调节方式在回路结构的热导管内找寻适合地方的冷凝面进行冷凝，也就是蒸气往低温地方扩散，进而达成快速带走热量的效果。

在上述实施例中，上述热源来自LED背光模块(未图标)，而此回路式封闭结构以对应上述LED背光模块的LED元件布局(layout)而配置，特别是应用在大尺寸液晶电视的LED背光模块。此外，请参考图2C，上述第一较佳实施例的具有自我调节回路的散热装置20可进一包含风扇28，风扇28面向热导管的冷凝面且大致对设在上述热导管所构成的回路式封闭结构的中央部位，如：风扇28的中心位于两对角线的交接处，可进一步提供最佳散热功效。此外，上述热导管的材质可以是铜或铝。而上述散热鳍片的材质可以是铜、铝、镁、不锈钢等其中之一。此外，每一热导管23，25，26，27的内表面具有毛细结构(未图标)，通过热导管内的毛细结构所形成毛细力以将填充于毛细结构的液态工作流体(未图示)自冷凝面回流到蒸发面，如此周而复始的循环运作，以达到散热的功效。

请参考图3，为本发明提出的第二较佳实施例，为一种具有自我调节回路的散热装置30，包含有回路式散热部31与对应此回路式散热部的冷凝部32。此回路式散热部31由单一热导管35弯折所构成的回路式封闭结构，此热导管35的内部设有毛细结构且填充有工作流体(未图示)在此毛细结构。首先，热导管35弯折成四个部分，接着再将热导管35的两端串接至连接部34以共同形成回路式封闭结构。此冷凝部32由多个散热鳍片320所构成，每一冷凝部32分别设置对应热导管35的四个部分的上方。关于第二较佳实施例所述的热导管、散热鳍片、连接部与工作流体所用的材质、热导管的毛细结构，以及散热装置整体的散热作动方式皆相同于第一较佳实施例所述的。

请参考图4A，根据本发明提出的第一较佳实施例，为一种具有自我调节回路的散热装置20的制作方法，包含有以下步骤：

(1)形成一毛细结构在每一热导管内(S21)，其中毛细结构的制作方式系沟槽式(axial groove)、网目式(screen mesh)、粉末烧结式(powdersintering)与组合纤维式(fine fiber)等其中之一所制作。

(2)组合每一热导管以形成一回路式封闭结构(S22)，根据几何尺寸将热导管进行组合(或弯折)，并在每一热导管的末端以焊接或其它方式通过连接部串接相邻的热导管，进而形成回路式封闭结构。特别是当热导管长度不够时，可以连接的方式焊接多个连接部以连通组成回路型式。因此可轻易克服热导管的长度限制，使得加工简单且降低成本，有利于大规模生产。

(3)注液与抽真空(S23)，包括以下步骤：

(3.1)将工作流体通过注液管注入每一热导管内。

(3.2)当工作流体进入每一热导管的毛细结构后则进行抽真空，这步骤可降低流体的饱和蒸气压，使得工作流体在较低的温度就可以沸腾进行相变化传热。

(3.3)当真空到达一默认值后则对注液管进行压合，当真空指示到达默认值时对注液管进行压合，此时管内就可以维持住原先设想的真空度。

(3.4)为了能维持长久的真空状态，同时对管口进行封口，可用氩焊(TIG welding)点焊的方式进行封口。

(4)压扁回路式散热部的热导管(S24)，为了让整个回路与热源有更好的接触，可以将热导管压扁使得每一热导管具有较大的接触表面。进而将热源迅速传导出来。

(5)焊接冷凝部在回路式散热部的热导管(S25)，将冷凝部的多个散热鳍片沿着具有回路式封闭结构的热导管的一冷凝面进行焊接。散热鳍片与热导管之间可以锡焊方式接合，完成焊接后形成沿着回路都有散热鳍片以利进行冷凝，如果能适当的设计，可在不加风扇的情行下进行自然对流冷却。

在上述实施例中，沟槽式的毛细结构在热导管的内壁开轴向细槽以提供毛细突起物及工作流体的通道，细槽的截面形状可为矩形，梯形，圆形及变截面槽道，槽道式管芯虽然毛细突起物较小，但工作流体流动阻力甚小，因此可达到较高的轴向传热能力。网目式的毛细结构以多层网的方式形成，网层数有1至4层或更多，各层网的目数可相同或不同。若网层多，则工作流体的流通截面大，阻力小但径向热阻大，网目式结构的管芯可得到较高的毛细力和较告的毛细提升高度，但因渗透率较低，液体回流阻力较大，热导管的轴向传热能力受到限制。粉末烧结式的毛细结构由一定数目的金属粉末烧结在热导管内壁面形成与管壁一体的烧结粉末管芯，此种管芯有较高的毛细抽吸力，并大幅地改善了径向热阻。组合纤维式的毛细结构基本上把管芯分成两部分.一部分提供毛细抽吸作用，另一部分提供工作流体回流通道作用，能兼顾毛细力和渗透率，从而能获得高的轴向传热能力。

在上述实施例中，工作流体可为水、冷媒或氨水。此外，热导管的材质可以是铜或铝。而散热鳍片的材质可以是铜、铝、镁、不锈钢等其中之一。

请参考图4B，根据本发明提出的第二较佳实施例，为另一种具有自我调节回路的散热装置30的制作方法，包含有以下步骤：

(1)形成毛细结构在单一热导管35内(S31)，其中毛细结构的制作方式以沟槽式(axial groove)、网目式(screen mesh)、粉末烧结式(powdersintering)与组合纤维式(fine fiber)等其中之一所制作。

(2)折弯此热导管35以形成一回路式封闭结构(S32)，根据几何尺寸将热导管进行折弯，并在热导管35的两端以焊接或其它方式与连接部34连接，进而形成回路式封闭结构。特别是当热导管35的长度不够时，可以连接的方式焊接多个连接部34以连通组合较长的回路式封闭结构。因此可轻易克服热导管的长度限制，使得加工简单且降低成本，有利于大规模生产。

(3)注液与抽真空(S33)，包括以下步骤：

(3.1)将工作流体通过注液管注入每一热导管内。

(3.2)当工作流体进入热导管的毛细结构后则进行抽真空，这步骤可降低流体的饱和蒸气压，使得工作流体在较低的温度就可以沸腾进行相变化传热。

(3.3)当真空到达一默认值后则对注液管进行压合，当真空指示到达默认值时对注液管进行压合，此时管内就可以维持住原先设想的真空度。

(3.4)为了能维持长久的真空状态，同时对管口进行封口，可用氩焊(TIG welding)点焊的方式进行封口。

(4)压扁回路式散热部的热导管(S24)，为了让整个回路与热源有更好的接触，可以将热导管压扁使得热导管具有较大的接触表面。进而将热源迅速传导出来。

(5)焊接冷凝部在回路式散热部的热导管(S25)，将冷凝部的多个散热鳍片沿着具有回路式封闭结构的热导管的一冷凝面进行焊接。散热鳍片与热导管之间可以锡焊方式接合，完成焊接后形成沿着回路都有散热鳍片以利进行冷凝，如果能适当的设计，可在不加风扇的情行下进行自然对流冷却。

在上述实施例中，工作流体可为水、冷媒或氨水。此外，热导管的材质可以是铜或铝。而散热鳍片的材质可以是铜、铝、镁、不锈钢等其中之一。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的申请专利权利；同时以上的描述，对于熟知本技术领域的专门人士应可明了及实施，因此其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。

Claims (10)

1.一种具有自我调节回路的散热装置，包含有一回路式散热部，与一对设该回路式散热部的冷凝部，其特征在于：

该回路式散热部具有一回路式封闭结构；以及

该冷凝部由多个散热鳍片所构成，对设于该回路式散热部；

其中该回路式散热部进一步具有一冷凝面与一对设该冷凝面的蒸发面，该冷凝面用以接附该冷凝部，而该蒸发面用以接触一热源，通过该冷凝面平行对应该蒸发面，以将该蒸发面的部分热源以垂直该回路式散热部的轴向输送至该冷凝面上的冷凝部的散热鳍片，同时通过该回路式封闭结构引导剩余热源以自我调节方式平行该回路式散热部的轴向输送至该回路式散热部的其它位置。

2.依据权利要求1所述的具有自我调节回路的散热装置，其特征在于，该回路式封闭结构由一热导管弯折而形成。

3.依据权利要求1所述的具有自我调节回路的散热装置，其特征在于，该回路式封闭结构由多个热导管组合而形成。

4.依据权利要求1所述的具有自我调节回路的散热装置，其特征在于，该热源系来自一LED背光模块，而该回路式封闭结构系对设该LED背光模块的LED元件布局。

5.依据权利要求1所述的具有自我调节回路的散热装置，其特征在于，更进一步包含一风扇，该风扇对设该冷凝面，且位于该回路式封闭结构的中央部位。

6.依据权利要求2或3所述的具有自我调节回路的散热装置，其特征在于，该热导管的材质选自于由铜、铝所构成的群组，而所述散热鳍片的材质选自于铜、铝、镁或不锈钢所构成的群组。

7.一种具有自我调节回路的散热装置的制作方法，该具有自我调节回路的散热装置包含一回路式散热部与一对设该回路式散热部的冷凝部，其中该回路式散热部由一热导管所构成，且该冷凝部由多个散热鳍片所构成，该具有自我调节回路的散热装置的制作方法包含：

形成一毛细结构在该热导管内；

弯折该热导管的两端并串接至一连接部，以形成一回路式封闭结构；

注液与抽真空，通过一注液管接至该连接部以将一工作流体注入该热导管内，当工作流体填入该热导管的毛细结构后则进行抽真空，当真空到达一默认值后则对该注液管进行压合与封口；

压扁该回路式散热部的热导管，使得该热导管具有较大的接触表面；

焊接该冷凝部在该回路式散热部的热导管，通过该冷凝部的多个散热鳍片沿着该回路式封闭结构的热导管的一冷凝面进行焊接。

8.一种具有自我调节回路的散热装置的制作方法，该具有自我调节回路的散热装置包含一回路式散热部与一对设该回路式散热部的冷凝部，其中该回路式散热部由多个热导管所构成，且该冷凝部由多个散热鳍片所构成，而该具有自我调节回路的散热装置的制作方法包含：

形成一毛细结构在该每一热导管内；

将该等热导管形成一回路式封闭结构；

注液与抽真空，将一工作流体通过一注液管注入该每一热导管内，当工作流体进入该每一热导管的毛细结构后则进行抽真空，当真空到达一默认值后则对该注液管进行压合与封口；

压扁该回路式封闭结构的热导管，使得该每一热导管具有较大的接触表面；

焊接该冷凝部在该回路式封闭结构的热导管，通过该冷凝部的多个散热鳍片沿着该回路式封闭结构的热导管的一冷凝面进行焊接。

9.依据权利要求7或8项所述的具有自我调节回路的散热装置的制作方法，其特征在于，该毛细结构的制作方式选自于由沟槽式、网目式、粉末烧结式、组合纤维式所构成的群组。

10.依据权利要求7或8所述的具有自我调节回路的散热装置的制作方法，其特征在于，该工作流体为水、冷媒或氨水。

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