TWI534402B - 結合噴擊冷卻及微流道冷卻的散熱塊及使用該散熱塊之晶片散熱器 - Google Patents

Description

結合噴擊冷卻及微流道冷卻的散熱塊及使用該散熱塊之晶片散熱器

本發明係關於一種散熱塊及使用該散熱塊之晶片散熱器，尤指一種結合噴擊冷卻及微流道冷卻兩種散熱機制的散熱塊，及使用該散熱塊之晶片散熱器。

近年來，由於積體電路製造技術的進步，電子晶片內之電晶體堆疊數目不斷增加，而體積也隨之越來越小，發熱密集度也越來越高，若無適當之散熱機制，將導致電子系統內部溫度不斷上升，因而讓電子元件壽命減少或系統過熱當機，甚至使電子元件或系統燒毀，故有效之散熱機制對於電子系統而言相當重要。

過去之電子晶片由於熱通量較低，以散熱鰭片採自然對流或強制對流的方式就足以達成散熱之目標。然而，現今由於電子晶片熱通量提高，故散熱需求之熱通量也隨之提高，若僅以散熱鰭片進行散熱，則勢必要藉由增加散熱鰭片與空氣接觸的面積才能夠達到對電子晶片散熱之目的，但卻會使得散熱機構的體積變大，而不適用於體積越來越小的電子晶片上。

為解決上述現有技術的缺失，本發明一目的在於提供一種體積小的散熱塊，能對尺寸小且發熱量大之晶片進行散熱。

為達上述目的及其他目的，本發明係提供一種散熱塊，其包含一微流道基座、複數微流道、複數鰭片組件、複數氣孔及一噴擊板。

該等微流道係彼此平行地凹設於該微流道基座；該等鰭片組件係分別設置於各該微流道中，各該鰭片組件具有間隔排列的複數鰭片；該等氣孔係凹設於該微流道基座，並設置在該等微流道內；及該噴擊板係設置於該微流道基座之上方，該等噴擊板具有複數噴擊孔，且該等噴擊孔係穿設於該噴擊板，其中該等噴擊孔的位置係對應該等微流道的位置。

於本發明之一實施例中，該等氣孔與該等鰭片係交錯排列。

於本發明之一實施例中，各該微流道的深度為0.2~1.5mm。

於本發明之一實施例中，各該微流道的寬度為其深度之0.5~5倍。

於本發明之一實施例中，相鄰的二微流道之間隔為0.1~2mm。

於本發明之一實施例中，各該鰭片組件的高度為各該等微流道的深度之0.2~0.6倍。

於本發明之一實施例中，各該鰭片組件的寬度為其高度之0.5~2倍。

於本發明之一實施例中，各該氣孔的深度為0.05~0.5mm。

於本發明之一實施例中，各該氣孔的形狀為圓形，且各該氣孔的孔徑為0.05~0.5mm。

於本發明之一實施例中，該噴擊板的厚度為0.1~2mm。

於本發明之一實施例中，各該噴擊孔的形狀為圓形，且各該噴擊孔的孔徑為0.2~0.6mm。

於本發明之一實施例中，相鄰的二噴擊孔之中心相距1.5~3.5mm。

此外，本發明係更提供一種晶片散熱器，用於使一流體間接散熱一晶片，包含一流體輸出部、一散熱塊及一熱交換部。

該流體輸出部包括一流體儲存槽、一幫浦及一流體輸出管，該流體儲存槽儲存該流體；該幫浦連接該流體儲存槽，以使該流體流動；該流體輸出管係透過一第一管體連接該流體儲存槽，以將該流體噴出。

該散熱塊係為上述之散熱塊，係設置於該流體輸出部之下方，且該散熱塊的噴擊板係對應該流體輸出部的流體輸出管。

該熱交換部之一端係透過一第二管體連接至該散熱塊的微流道之兩端，且該熱交換部的另一端係透過一第三管體連接至該流體輸出部的流體儲存槽，以使得該流體循環流通於該流體輸出部、該散熱塊及該熱交換部。

藉此，本發明之散熱塊及使用該散熱塊之晶片散熱器係藉由該微流道基座及該噴擊板的組合，而將微流道冷卻及噴擊冷卻的散熱機制結合在一起，來縮小該散熱塊及該晶片散熱器的體積，從而對尺寸小且發熱量大之晶片進行散熱。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：

請參閱第1圖至第4圖，其係分別為本發明之一實施例中散熱塊200之分解圖、立體圖、側視圖及前視圖。該散熱塊200包含一微流道基座210、複數微流道220、複數鰭片組件230、複數氣孔240及一噴擊板250。

為了對尺寸小的晶片進行散熱，該微流道基座210的尺寸約為20x20mm ²，但不限於此。於本實施例中，該微流道基座210的尺寸為12x14mm ²。藉此，縮小該散熱塊200的體積。

該等微流道220係凹設於該微流道基座210，該等微流道220較佳係彼此平行。為了對應該微流道基座210的尺寸，各該微流道220的深度D1為0.2~1.5mm，各該微流道220的寬度W1為其深度D1之0.5~5倍，且相鄰的二微流道220之間隔P1為0.1~2mm。於本實施例中，因為該微流道基座210的尺寸為12x14mm ²，所以各該微流道220的深度D1為0.8mm，各該微流道220的寬度W1為0.6mm，且相鄰的二微流道220之間隔P1為0.3mm。

各該鰭片組件230係分別設置於各該微流道220中，為了增加散熱面積，各該鰭片組件230具有間隔排列的複數鰭片231。為了對應該微流道基座210以及各該微流道220的尺寸，各該鰭片組件230的高度H1為該等微流道220的深度D1之0.2~0.6倍，且各該鰭片組件230的寬度W2為各該鰭片組件230的高度H1之0.5~2倍；更具體而言，於本實施例中，因為該微流道基座210的尺寸為12x14mm ²且各該微流道220的深度D1為0.8mm，所以各該鰭片組件230的高度H1為0.3mm，各該鰭片組件230的寬度W2為0.2mm。

各該氣孔240係凹設於該微流道基座210，並設置在該等微流道220內；更具體而言，該等氣孔240與該等鰭片231係交錯排列。雖然圖未示，應了解到，當一流體流入該等微流道220後，藉由該等氣孔240來產生氣泡，從而提高傳導效能。並且，為了對應該微流道基座210、該微流道220及該等鰭片組件230的尺寸，各該氣孔240的深度D2為0.05~0.5mm，各該氣孔240的形狀為圓形且其孔徑d1為0.05~0.5mm；其中，該等氣孔240為圓形時，較易產生氣泡。於本實施例中，因為該微流道基座210的尺寸為12x14mm ²且各該鰭片組件230具有間隔排列的複數鰭片231，所以各該氣孔240的深度D2為0.5mm，各該氣孔240的孔徑d1為0.4mm。

該噴擊板250係設置於該微流道基座210之上方，其中該噴擊板250具有複數噴擊孔251，且該等噴擊孔251係穿設於該噴擊板250，其中該等噴擊孔251的位置係對應該等微流道220的位置。雖然圖未示，該等噴擊孔251能使流經該等噴擊孔251的流體降壓並加速，藉此使流體蒸發溫度下降而容易吸收熱量且蒸發速度變快，從而提高散熱效果。於本實施例中，每一噴擊孔251係對準該等微流道220，使得該等噴擊孔251的配置係形成矩陣排列。此外，為了對應該微流道基座210及該微流道220的尺寸，該噴擊板250的厚度為0.1~2mm，各該噴擊孔251的孔徑d2為0.2~0.6mm，且相鄰的二噴擊孔251之中心相距1.5~3.5mm。於本實施例中，各該噴擊孔251的孔徑d2為0.4mm，相鄰的二噴擊孔251之中心相距3mm。

上述關於該等微流道220、該等鰭片組件230、該等氣孔240、該噴擊板250及該等噴擊孔251的參數並不限於此，當所要散熱的小尺寸晶片不同時，可在該等參數互相搭配組合下，依照散熱物(即小尺寸晶片)之尺寸、製程限制或使用者需求等因素來決定。

再請參閱第5圖，其係為本發明之一實施例中晶片散熱器1000對晶片2000散熱之示意圖。該晶片散熱器1000包含一流體輸出部100一散熱塊200及一熱交換部300，其中該晶片2000係設置於該散熱塊200的微流道基座210之底面。

該流體輸出部100包括一流體儲存槽110、一幫浦120及一流體輸出管130，該流體儲存槽110儲存一流體W；該幫浦120係連通該流體儲存槽110，以使該流體W流動，其中該流體W可為冷卻液；該流體輸出管130係透過一第一管體T1連接該流體儲存槽110，以將該流體W噴出。於本實施例中，該流體輸出管130可為銅管且形狀為倒T型，但該流體輸出管130的材質及形狀並不限於此。

該散熱塊200係設置該流體輸出部100之下方，且該散熱塊200的噴擊板250係對應該流體輸出部100的流體輸出管130，進一步地，該散熱塊200的噴擊板250之頂面較佳係與該流體輸出部100的流體輸出管130之底面貼合。藉此，自該流體輸出管130流出的大部分流體W可以流至該噴擊板250的噴擊孔251中且自該噴擊孔251噴出，其中該流體W的流動方向可參考第5圖所示之箭頭方向。

該熱交換部300之一端係透過一第二管體T2連接一匯流部C而與該散熱塊200的微流道220之兩端連通，且該熱交換部300之另一端係透過一第三管體T3連接至該流體輸出部100的流體儲存槽110，以使得該流體W循環流通於該流體輸出部100、該散熱塊200及該熱交換部300。

如第5圖所示，該流體輸出部100(包括該流體儲存槽110、該幫浦120及該流體輸出管130) 、該散熱塊200(包括該微流道基座210、該微流道220、該鰭片組件230、該等氣孔240及該噴擊板250)、該熱交換部300、該第一管體T1、該第二管體T2、該第三管體T3及該晶片2000的尺寸、比例及配置方式係為了使該晶片散熱器1000對該晶片2000進行散熱的機制更加清楚，而非用來限制本發明的範圍。

該晶片散熱器1000對該晶片2000進行散熱的過程如下所述。

首先，發熱的晶片2000藉由傳導的方式而將熱量傳導至該散熱塊200的微流道基座210、微流道220及鰭片組件230上；接著，儲存於該流體儲存槽110之流體W藉由該幫浦120的作用而經由該第一管體T1自該流體輸出管130流至該散熱塊200的噴擊板250上，該流體W穿過該噴擊板250的噴擊孔251而加速，加速的流體W進入至該等微流道220中，並與該等鰭片組件230接觸來進行熱交換，且該流體W因該等氣孔240的設置而產生氣泡，來提高熱交換的效率。由上述可知，原本在該晶片2000的熱量被傳導至流體W。

吸收熱量的流體W從該散熱塊200的微流道220之兩端流至該匯流部C而匯流成一待散熱的流體W，待散熱的流體W經過該第二管體T2並流至該熱交換部300，並藉由該熱交換部300的作用以將待散熱的流體W與外部之空氣進行熱交換，而形成一已散熱的流體W，已散熱的流體W經過該第三管體T3而流至該流體輸出部100的流體儲存槽110中，藉此使該流體W進行循環。

於其他應用中，該晶片散熱器1000更可用於對電腦中的中央處理器(CPU, central processing unit)進行散熱，其中該晶片散熱器1000與該中央處理器的具體配置關係如下所述：

該散熱塊200係設置於該中央處理器上，更詳細而言，該散熱塊200的微流道基座210係接觸該中央處理器頂面且固定在一起，並藉由一上蓋板與該中央處理器頂面的結合，使得該上蓋板與該中央處理器頂面之間形成一密閉空間，且該散熱塊200係位在該密閉空間之中；該流體輸出部100的流體儲存槽110、該流體輸出部100的幫浦120及該熱交換部300係設置於該密閉空間之外。

該流體輸出部100的流體輸出管130係連通該密閉空間，且該流體輸出管130的管口朝向該散熱塊200的噴擊板250；該匯流部C係連通該密閉空間，並與該散熱塊200的微流道220之兩端連通。

該流體儲存槽110透過該第一管體T1而與該流體輸出管130連通；該熱交換部300之一端係透過該第二管體T2連接該匯流部C而與該散熱塊200的微流道220之兩端連通，且該熱交換部300之另一端係透過該第三管體T3而連接至該流體輸出部100的流體儲存槽110，以使得該流體W可循環流通於該流體輸出部100、該散熱塊200及該熱交換部300，其中該流體W係為不導電的液體。

應了解的是，上述該晶片散熱器1000與該中央處理器的配置僅為例示，並非用來限制本發明之範圍。

藉此，經由上述該晶片散熱器1000與該中央處理器的配置，並利用與第5圖實施例相同的散熱機制而可達成使用該晶片散熱器1000對該中央處理器進散熱之目的。

綜上所述，本發明之散熱塊及使用該散熱塊之晶片散熱器係藉由該微流道基座及該噴擊板的組合，而將微流道冷卻及噴擊冷卻的散熱機制結合在一起，再透過在該微流道基座中設置的鰭片組件及氣孔來增加熱傳導性能，使得該散熱塊及該晶片散熱器縱使很小，亦能對尺寸小且發熱量大之晶片進行散熱。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧流體輸出部
110‧‧‧流體儲存槽
120‧‧‧幫浦
130‧‧‧流體輸出管
200‧‧‧散熱塊
210‧‧‧微流道基座
220‧‧‧微流道
230‧‧‧鰭片組件
231‧‧‧鰭片
240‧‧‧氣孔
250‧‧‧噴擊板
251‧‧‧噴擊孔
300‧‧‧熱交換部
1000‧‧‧晶片散熱器
2000‧‧‧晶片
C‧‧‧匯流部
d1‧‧‧孔徑
d2‧‧‧孔徑
D1‧‧‧深度
D2‧‧‧深度
H1‧‧‧高度
P1‧‧‧間隔
T1‧‧‧第一管體
T2‧‧‧第二管體
T3‧‧‧第三管體
W‧‧‧流體
W1‧‧‧寬度
W2‧‧‧寬度

第1圖係為本發明之一實施例中散熱塊之分解圖。 第2圖係為本發明之一實施例中散熱塊之立體圖。 第3圖係為本發明之一實施例中散熱塊之側視圖。 第4圖係為本發明之一實施例中散熱塊之前視圖。 第5圖係為本發明之一實施例中晶片散熱器對晶片散熱之示意圖。

200‧‧‧散熱塊

210‧‧‧微流道基座

220‧‧‧微流道

230‧‧‧鰭片組件

231‧‧‧鰭片

240‧‧‧氣孔

250‧‧‧噴擊板

251‧‧‧噴擊孔

d1‧‧‧孔徑

d2‧‧‧孔徑

D1‧‧‧深度

D2‧‧‧深度

H1‧‧‧高度

Claims (13)

1. 一種散熱塊，包含： 一微流道基座； 複數微流道，係彼此平行地凹設於該微流道基座； 複數鰭片組件，係分別設置於各該微流道中，各該鰭片組件具有間隔排列的複數鰭片；及 複數氣孔，係凹設於該微流道基座，並設置在該等微流道內；及 一噴擊板，係設置於該微流道基座之上方，該等噴擊板具有複數噴擊孔，且該等噴擊孔係穿設於該噴擊板，其中該等噴擊孔的位置係對應該等微流道的位置。
2. 如請求項1所述之散熱塊，其中該等氣孔與該等鰭片交錯排列。
3. 如請求項2所述之散熱塊，其中各該微流道的深度為0.2~1.5mm。
4. 如請求項3所述之散熱塊，其中各該微流道的寬度為其深度之0.5~5倍。
5. 如請求項4所述之散熱塊，其中相鄰的二微流道之間隔為0.1~2mm。
6. 如請求項5所述之散熱塊，其中各該鰭片組件的高度為各該微流道的深度之0.2~0.6倍。
7. 如請求項6所述之散熱塊，其中各該等鰭片組件的寬度為其高度之0.5~2倍。
8. 如請求項7所述之散熱塊，其中各該氣孔的深度為0.05~0.5mm。
9. 如請求項8所述之散熱塊，其中各該氣孔的形狀為圓形，且各該氣孔的孔徑為0.05~0.5mm。
10. 如請求項7所述之散熱塊，其中該噴擊板的厚度為0.1~2mm。
11. 如請求項10所述之散熱塊，其中各該噴擊孔的形狀為圓形，且各該噴擊孔的孔徑為0.2~0.6mm。
12. 如請求項11所述之散熱塊，其中相鄰的二噴擊孔之中心相距1.5~3.5mm。
13. 一種晶片散熱器，用於使一流體間接散熱一晶片，包含： 一流體輸出部，包括： 一流體儲存槽，係儲存該流體； 一幫浦，係連接該流體儲存槽，以使該流體流動；及 一流體輸出管，係透過一第一管體連接該流體儲存槽，以將該流體噴出； 一散熱塊，係為如請求項1至12中任一項所述之散熱塊，係設置於該流體輸出部之下方，且該散熱塊的噴擊板係對應該流體輸出部的流體輸出管；及 一熱交換部，其一端係透過一第二管體連接至該散熱塊的微流道之兩端，且該熱交換部的另一端係透過一第三管體連接至該流體輸出部的流體儲存槽，以使得該流體循環流通於該流體輸出部、該散熱塊及該熱交換部。