TW202249204A - 散熱結構及電子裝置 - Google Patents

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Abstract

一種散熱結構，其包括導熱件、熱管、風扇以及儲熱元件。導熱件設置於熱源上，且熱耦接於熱源。熱管包括蒸發段與冷凝段，其中蒸發段設置於導熱件上，且熱耦接於導熱件。風扇對應冷凝段設置。儲熱元件設置於電路板上。熱源位於導熱件與電路板之間。導熱件位於熱管與熱源之間。電路板位於熱源與儲熱元件之間。電路板熱耦接於熱源，且儲熱元件熱耦接於電路板。儲熱元件的內部填充有工作介質。工作介質透過相變時的吸收潛熱以吸收熱源傳導至電路板的熱。另提出一種電子裝置。

Description

散熱結構及電子裝置
本發明是有關於一種散熱結構及電子裝置，且特別是有關於一種散熱結構及應用此散熱結構的電子裝置。
隨著電子裝置的運算效能的不斷提升，如何將電子裝置內部的中央處理器或圖形處理器運行時產生的熱快速排出，一直是相關廠商的主要研發項目。
一般而言，中央處理器或圖形處理器連接於電路板，並透過分離式散熱器(remote heat exchanger，RHE)將熱排出，其依序透過熱耦接中央處理器或圖形處理器表面的導熱件、連接導熱件的熱管傳遞至連接熱管的散熱鰭片，最後由風扇提供強制對流以與外界進行熱交換，藉此將熱散出於系統之外。
然而，當電子裝置的產生高瓦數的暫態功率(transient power)時，便會於瞬間產生較高的熱能，但現有的分離式散熱器的散熱速率並無法針對瞬間產生的較高熱能提供有效的散熱作用。
本發明提供一種散熱結構，有助於提高瞬間散熱效能。
本發明提供一種電子裝置，其具有極佳的瞬間散熱效能。
本發明提出一種散熱結構，其包括導熱件、至少一熱管、至少一風扇以及至少一儲熱元件。導熱件設置於至少一熱源上，且熱耦接於至少一熱源上。至少一熱管包括蒸發段與冷凝段。至少一熱管的蒸發段設置於導熱件上，且熱耦接於導熱件。風扇對應於至少一熱管的冷凝段設置。至少一儲熱元件設置於電路板上。至少一熱源位於導熱件與電路板之間。導熱件位於至少一熱管與至少一熱源之間。電路板位於至少一熱源與至少一儲熱元件之間。電路板熱耦接於至少一熱源，且至少一儲熱元件熱耦接於電路板。至少一儲熱元件的內部填充有工作介質，且工作介質透過相變時的吸收潛熱以吸收至少一熱源傳導至電路板的熱。
本發明提出一種電子裝置，其包括機殼、電路板、至少一熱源以及散熱結構。電路板設置於機殼內。至少一熱源設置於電路板上。散熱結構包括導熱件、至少一熱管、至少一風扇以及至少一儲熱元件。導熱件設置於至少一熱源上。導熱件熱耦接於至少一熱源，且至少一熱源位於導熱件與電路板之間。至少一熱管包括蒸發段與冷凝段。至少一熱管的蒸發段設置於導熱件上，且熱耦接於導熱件。導熱件位於至少一熱管與至少一熱源之間。至少一風扇對應至少一熱管的冷凝段設置。至少一儲熱元件設置於電路板上，且熱耦接於電路板。電路板位於至少一熱源與至少一儲熱元件之間。電路板熱耦接於至少一熱源，且至少一儲熱元件熱耦接於電路板。至少一儲熱元件的內部填充有工作介質，且工作介質透過相變時的吸收潛熱以吸收至少一熱源傳導至電路板的熱。
基於上述，在本發明的散熱結構與電子裝置中，電路板熱耦接於熱源，儲熱元件進一步熱耦接於電路板，且電路板位於熱源與儲熱元件之間，當熱源瞬間產生較高的熱量時，儲熱元件內部的工作介質透過相變時的吸收潛熱以吸收熱源傳導至電路板的熱，故具有極佳的瞬間散熱效能。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1是本發明一實施例的電子裝置的立體示意圖。圖2是圖1的電子裝置於另一視角的立體示意圖。圖3是圖2的電子裝置的局部構件沿剖線I-I的剖面示意圖。請參考圖1至圖3，在本實施例中，電子裝置100可為筆記型電腦的一部分(例如負責邏輯運算與資料存取的主機)或其他可攜式電子裝置，且包括機殼110、電路板120以及散熱結構200。電路板120與散熱結構200設置於機殼110內，且散熱結構200設置於電路板120上。電路板120上設有各式電子元件，其中央處理器(central processing unit，CPU)與圖形處理器(graphics processing unit，GPU)作為主要熱源，且散熱結構200熱耦接於主要熱源，以將主要熱源產生的熱快速地排放至機殼110外，或是防止機殼110內部的溫度急遽上升。
詳細而言，本實施例的電子裝置100還包括第一熱源130與第二熱源140，其中第一熱源130與第二熱源140設置於電路板120的第一側122上並熱耦接於電路板120，且第一熱源130與第二熱源140各別可為央處理器與圖形處理器中的一者。另一方面，散熱結構200包括導熱件220、第一熱管230、第一風扇240、第一儲熱元件250、第二熱管260、第二風扇270以及第二儲熱元件280，其中導熱件220可由銅、鋁或其他高導熱材質構成，且熱耦接於第一熱源130與第二熱源140，以將第一熱源130與第二熱源140產生的熱向外導出，據以提供第一熱源130與第二熱源140的第一條散熱路徑。
特別說明的是，本發明使用第一、第二等命名方式，僅是為了區別不同的構件、結構，以便於直觀地了解、閱讀，而非用以限制本發明。
詳細而言，導熱件220設置於第一熱源130與第二熱源140上，且位於電路板120的第一側122，其中第一熱源130位於導熱件220與電路板120之間，且第二熱源140位於導熱件220與電路板120之間。
第一熱管230包括蒸發段232與冷凝段234，且第二熱管260包括蒸發段262與冷凝段264，其中第一熱管230的蒸發段232與第二熱管260的蒸發段262設置於導熱件220上並熱耦接於導熱件220，導熱件220位於第一熱管230的蒸發段232與第一熱源130之間，且導熱件220位於第二熱管260的蒸發段262與第二熱源140之間，第一風扇240對應第一熱管230的冷凝段234的出風口設置，且第二風扇270對應第二熱管260的冷凝段264的出風口設置。
據此，第一熱源130產生的熱可經由導熱件220傳至第一熱管230，且第一熱管230中的熱可與第一風扇240產生的氣流進行熱交換，以將熱排放至機殼110外。第二熱源140產生的熱可經由導熱件220傳至第二熱管260，且第二熱管260中的熱可與第二風扇270產生的氣流進行熱交換，以將熱排放至機殼110外。
進一步而言，散熱結構200更包括多個第一散熱膏210，其可採用液態銅散熱膏，但不以此為限。這些第一散熱膏210配置於導熱件220與第一熱源130之間，以及導熱件220與第二熱源140之間，其中導熱件220透過這些第一散熱膏210熱耦接第一熱源130與第二熱源140，且透過這些第一散熱膏210固接於第一熱源130與第二熱源140。
在本實施例中，第一儲熱元件250與第二儲熱元件280設置於電路板120的第二側124，且熱耦接電路板120。換句話說，電路板120位於第一熱源130與第一儲熱元件250之間，且電路板120位於第二熱源140與第二儲熱元件280之間。
第一熱源130產生的熱除了從電路板120的第一側122傳導至導熱件220之外，尚會傳導至電路板120，最終經由電路板120的第二側124傳導至第一儲熱元件250。相似地，第二熱源140產生的熱除了從電路板120的第二側124傳導至導熱件220之外，尚會傳導至電路板120，最終經由電路板120的第二側124傳導至第二儲熱元件280，據以提供第一熱源130與第二熱源140的第二條散熱路徑。
詳細而言，第一儲熱元件250可為由銅、鋁或其他高導熱材質構成的中空殼體，且第一儲熱元件250的內部可填充有第一工作介質252，第二儲熱元件280可為由銅、鋁或其他高導熱材質構成的中空殼體，且第二儲熱元件280的內部可填充有第二工作介質282，其中第一工作介質252與第二工作介質282可為相變材料(phase change material，PCM)。
當第一熱源130因瞬間產生高瓦數的暫態功率(transient power)時，散熱結構200的第一條散熱路徑無法快速地對第一熱源130提供散熱，熱量由第二條散熱路徑傳導至第一儲熱元件250，待第一工作介質252吸收足夠的熱而到達相變溫度時，第一工作介質252相變，並透過相變時的吸收潛熱瞬間吸收第一熱源130傳導至電路板120的熱，故本發明的散熱結構200具有極佳的瞬間散熱效能。
相似地，當第二熱源140因瞬間產生高瓦數的暫態功率(transient power)時，散熱結構200的第一條散熱路徑無法快速地對第二熱源140提供散熱，熱量由第二條散熱路徑傳導至第二儲熱元件280，待第二工作介質282吸收足夠的熱而到達相變溫度時，第二工作介質282相變，並透過相變時的吸收潛熱瞬間吸收第二熱源140傳導至電路板120的熱。換句話說，第一工作介質252與第二工作介質282能夠透過相變儲存潛熱，並在儲存潛熱時吸收從第一熱源130與第二熱源140傳導至電路板120的熱，故本發明的散熱結構200具有極佳的瞬間散熱效能。
另一方面，待電子裝置100關機後，第一工作介質252與第二工作介質282相變釋放潛熱，此時由於電子裝置100已關機，故不會影響到電子裝置100的工作效能。
在本實施例中，第一工作介質252與第二工作介質282可採用3M TMFluorinert FC-72的電子工程液，其沸點為56°C(攝氏度)，在相變時需吸收88KJ/Kg(千焦耳/公斤)的熱量。換句話說，3M TMFluorinert FC-72電子工程液可透過沸騰(液-氣相變)時的蒸發熱潛熱以瞬間吸收第一熱源130與第二熱源140傳導至電路板120的熱，因第一儲熱元件250內部的第一工作介質252與第二儲熱元件280內部的第二工作介質282的沸點極低，第一工作介質252與第二工作介質282可瞬間吸收大量的熱，並在達到沸點時由液態介質蒸發為氣態介質，可用於解決現有的中央處理器或圖形處理器因暫態功率瞬間飆高而瞬間產生的較高熱量，防止電子裝置100內部的溫度急遽上升。
當第一熱源130及/或第二熱源140產生的熱下滑或電子裝置100內部的溫度下降時，第一儲熱元件250及/或第二儲熱元件280內部溫度可降到第一工作介質252及/或第二工作介質282的沸點以下。此時，氣態介質凝結回到液態介質，且放出的熱可經由第一條散熱路徑排放至電子裝置100外。
此外，電子工程液具絕緣的特性，當第一儲熱元件250或第二儲熱元件280不慎破裂導致電子工程液洩漏時，由於電子工程液不導電，故無短路而損傷電子元件的風險。再者，電子工程液低沸點的特性，能夠在意外洩漏時快速蒸發，而不留殘留物。
在其他實施例中，工作介質可採用3M TMFluorinert FC-87電子工程液(沸點30攝氏度、相變需吸收88千焦耳/公斤的熱量)、3M TMFluorinert FC-84電子工程液(沸點80攝氏度、相變需吸收80千焦耳/公斤的熱量)、3M TMFluorinert FC-77電子工程液(沸點97攝氏度、相變需吸收84千焦耳/公斤的熱量)或冷媒等相變材料。
特別說明的是，本實施例的第一熱源130與第二熱源140可設定在不同的工作溫度，且第一工作介質252與第二工作介質282可採用不同的相變材料，以個別維持第一熱源130與第二熱源140在工作溫度。換句話說，第一工作介質252與第二工作介質282發生相變的溫度彼此互不相同。或者是說，本實施例針對多種不同的熱源產生的不同溫度，採用多種不同沸點的電子工程液，據以達到散熱效率的最佳化。
在其他實施例中，第一熱源與第二熱源設定在相同的工作溫度，第一工作介質與第二工作介質可採用相同的相變材料，以維持第一熱源與第二熱源在相同的工作溫度。
在其他實施例中，工作介質可以依照需求不同的相變材料，透過液-氣相變時的汽化熱以外的相變化吸收熱源所產生的熱，如透過固-液相變時的熔解熱、固-氣相變時的昇華熱以及兩不同的固相之間的相變等方式儲存潛熱，本發明並無限制。
在本實施例中，散熱結構200更包括第二散熱膏294與第三散熱膏296，第二散熱膏294與第三散熱膏296可採用液態銅散熱膏，但不以此為限。第二散熱膏294配置於電路板120與第一儲熱元件250之間，且第三散熱膏296配置於電路板120與第二儲熱元件280之間，其中電路板120分別透過第二散熱膏294與第三散熱膏296熱耦接第一儲熱元件250與第二儲熱元件280。
此外，第一儲熱元件250與第二儲熱元件280包括多個鎖固孔292。散熱結構200更包括多個鎖固件298，其中鎖固件298為螺絲，螺絲依序穿過導熱件220與電路板120並鎖附於第一儲熱元件250與第二儲熱元件280的鎖固孔292。換句話說，第一儲熱元件250與第二儲熱元件280除了提供第一熱源130與第二熱源140的第二條散熱路徑之外，尚可提供鎖固用途。
換個角度來說，本發明將第一儲熱元件250與第二儲熱元件280取代了傳統的金屬背板，並熱耦接於電路板120的第二側124，讓第一熱源130與第二熱源140所產生的熱能夠從電路板120的第二側124此第二條散熱路徑進行散熱。除此之外，第一儲熱元件250與第二儲熱元件280同時還具有傳統金屬背板的功能，能夠防止電路板120因第一熱源130與第二熱源140鎖固導熱件220或是其他散熱模組時，造成過大的電路板120彎曲導致錫裂或是晶片破裂(die crack)，同時也能增強鎖附導熱件220或是其他散熱模組的強度與平衡來降低接觸熱阻。
圖4是本發明另一實施例的電子裝置的立體示意圖。請參考圖4，本實施例的電子裝置100A與前述實施例的電子裝置100的差異在於：在本實施例的散熱結構200A中，提供了單一個儲熱元件240A可對應於多個的熱源，例如同時對應於前述實施例的第一熱源與第二熱源。儲熱元件240A相對而言具有較大的體積，藉此可填充更多的工作介質，來滿足更高的功耗發熱需求。
綜上所述，在本發明的散熱結構與電子裝置中，電路板熱耦接於熱源，儲熱元件進一步熱耦接於電路板，且電路板位於熱源與儲熱元件之間，當熱源瞬間產生較高的熱量時，儲熱元件內部的工作介質透過相變時的吸收潛熱以吸收熱源傳導至電路板的熱，故具有極佳的瞬間散熱效能。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、100A:電子裝置 110:機殼 120:電路板 122:第一側 124:第二側 130:第一熱源 140:第二熱源 200、200A:散熱結構 210:第一散熱膏 220:導熱件 230:第一熱管 232:蒸發段 234:冷凝段 240:第一風扇 250:第一儲熱元件 252:第一工作介質 260:第二熱管 262:蒸發段 264:冷凝段 270:第二風扇 280:第二儲熱元件 282:第二工作介質 292:鎖固孔 294:第二散熱膏 296:第三散熱膏 298:鎖固件 240A:儲熱元件
圖1是本發明一實施例的電子裝置的立體示意圖。 圖2是圖1的電子裝置於另一視角的立體示意圖。 圖3是圖2的電子裝置的局部構件沿剖線I-I的剖面示意圖。 圖4是本發明另一實施例的電子裝置的立體示意圖。
100:電子裝置
120:電路板
122:第一側
124:第二側
130:第一熱源
140:第二熱源
200:散熱結構
210:第一散熱膏
220:導熱件
230:第一熱管
232:蒸發段
250:第一儲熱元件
252:第一工作介質
260:第二熱管
262:蒸發段
280:第二儲熱元件
282:第二工作介質
292:鎖固孔
294:第二散熱膏
296:第三散熱膏
298:鎖固件

Claims (10)

  1. 一種散熱結構，包括： 導熱件，設置於至少一熱源上，且熱耦接於該至少一熱源； 至少一熱管，包括蒸發段與冷凝段，其中該至少一熱管的該蒸發段設置於該導熱件上，且熱耦接於該導熱件； 至少一風扇，對應該至少一熱管的該冷凝段設置； 至少一儲熱元件，設置於電路板上，該至少一熱源位於該導熱件與該電路板之間，該導熱件位於該至少一熱管與該至少一熱源之間，且該電路板位於該至少一熱源與該至少一儲熱元件之間，其中該電路板熱耦接於該至少一熱源，且該至少一儲熱元件熱耦接於該電路板，該至少一儲熱元件的內部填充有工作介質，且該工作介質透過相變時的吸收潛熱以吸收該至少一熱源傳導至該電路板的熱。
  2. 如請求項1所述的散熱結構，其中該至少一熱源的數量為多個，該至少一儲熱元件的數量對應該些熱源的數量為多個，且各該儲熱元件熱耦接於對應的該熱源。
  3. 如請求項2所述的散熱結構，其中該些儲熱元件內部的該些工作介質發生相變的溫度彼此互不相同。
  4. 如請求項1所述的散熱結構，其中該至少一熱源的數量為多個，該至少一儲熱元件的數量為單一個，且該單一個儲熱元件熱耦接於該些熱源。
  5. 如請求項1所述的散熱結構，其中該至少一儲熱元件包括多個鎖固孔，該散熱結構更包括多個鎖固件，該些鎖固件穿過該導熱件與該電路板並鎖附於該些鎖固孔。
  6. 一種電子裝置，包括： 機殼； 電路板，設置於該機殼內； 至少一熱源，設置於該電路板上；以及 散熱結構，包括： 導熱件，設置於該至少一熱源上，熱耦接於該至少一熱源，且該至少一熱源位於該導熱件與該電路板之間； 至少一熱管，包括蒸發段與冷凝段，該至少一熱管的該蒸發段設置於該導熱件上，熱耦接於該導熱件，且該導熱件位於該至少一熱管與該至少一熱源之間； 至少一風扇，對應該至少一熱管的該冷凝段設置；以及 至少一儲熱元件，設置於該電路板上，熱耦接於該電路板，且該電路板位於該至少一熱源與該至少一儲熱元件之間，其中該電路板熱耦接於該至少一熱源，且該至少一儲熱元件熱耦接於該電路板，該至少一儲熱元件的內部填充有工作介質，且該工作介質透過相變時的吸收潛熱以吸收該至少一熱源傳導至該電路板的熱。
  7. 如請求項6所述的電子裝置，其中該至少一熱源的數量為多個，該至少一儲熱元件的數量對應該些熱源的數量為多個，且各該儲熱元件熱耦接於對應的該熱源。
  8. 如請求項7所述的電子裝置，其中該些儲熱元件內部的該些工作介質發生相變的溫度彼此互不相同。
  9. 如請求項6所述的電子裝置，其中該至少一熱源的數量為多個，該至少一儲熱元件的數量為單一個，且該單一個儲熱元件熱耦接於該些熱源。
  10. 如請求項6所述的電子裝置，其中該至少一儲熱元件包括多個鎖固孔，該散熱結構更包括多個鎖固件，該些鎖固件穿過該導熱件與該電路板並鎖附於該些鎖固孔。
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