專利名稱：無風扇式散熱結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種散熱裝置，特別涉及一種無風扇式散熱結構，其可就熱源組件進行散熱，特別是散熱時不需使用風扇，其主要手段是在熱源組件貼設有導熱體與散熱體。
現有技術習知如計算機、數據處理機、LED背光模塊等機組，其內部的微處理運算芯片CPU、影像處理芯片VGA、隨機內存DDR或LED光源晶粒等組件，為主要產生熱能的熱源組件，其必須結合較大接觸面積的散熱座及風扇作為散熱組合，以強制熱對流的方式，達到系統散熱目的。但長久以來，存在風扇的可靠度及噪音干擾等問題，降低系統維修周期、壽期與人因接口條件。
圖1所示為習知熱源組件1、散熱體2以及風扇3的散熱組合方式。其中熱源組件1，可以是微處理運算芯片。圖2為另一種熱源組件的隨機內存DDR 11，圖3為又一種熱源的LED晶粒12。上述該等單位面積高發熱源的組件，若風扇3不能正常運作時，熱源組件1、隨機內存DDR 11、LED晶粒12溫度將迅速升高至攝氏90度甚至攝氏130度以上，過熱將造成相關組件及系統的損壞。
發明內容
本發明的主要目的在于舍去風扇散熱系統的設計，提供一種可提高系統可靠度及消除噪音干擾的散熱結構。
為達上述目的，本發明提供一種用于熱源組件上的無風扇式散熱結構，其設有導熱體，是具有相當面積的熱傳導結構，貼設于熱源組件或密夾于熱源組件外圍；散熱體，貼設于導熱體，將導熱體所傳導的熱能進行散熱。
如上所述無風扇式散熱結構，所述導熱體包含適當數量的熱傳導構件，所述熱傳導構件的形狀為圓柱體、矩形柱體或相關組合體其中之一。
如上所述無風扇式散熱結構，所述導熱體的平行于所述熱源組件發熱面的截面積總和，至少大于熱源組件發熱表面積的二分之一。
如上所述無風扇式散熱結構，其中該導熱體為可快速熱傳導的導熱管，是柱型、管型或平板熱導管其中一種。
如上所述無風扇式散熱結構，其中該導熱體和散熱體材質為高傳導物質。
如上所述無風扇式散熱結構，其中所述高傳導物質包括銅、鋁、石墨、碳纖維及相關合金組合的其中一種。
如上所述無風扇式散熱結構，其中該散熱體，固定于包含所述熱源組件的機組的機殼外部或貼近該機殼表面。
如上所述無風扇式散熱結構，其中該散熱體包括有若干散熱鰭片。
如上所述無風扇式散熱結構，所述導熱體同時密夾于熱源組件的上方與下方。
采用上述技術方案，本發明利用增加導熱體的功能、熱傳導途徑面積，可快速吸取熱源發出的熱量，利用散熱體的自然對流、增加散熱面積等設計，及整合機體的構型特性，將大部分的熱量直接移出機殼外部，達到最終的散熱目的。
圖1為習用風扇散熱模塊示意圖。
圖2為習用熱源組件隨機內存DDR的示意圖。
圖3為習用熱源組件LED晶粒的示意圖。
圖4為本發明無風扇散熱結構示意圖。
圖5為本發明中另一導熱體型態示意圖。
圖6為本發明中再一導熱體型態示意圖。
圖7為本發明又一無風扇散熱結構示意圖。
圖8為本發明中另一包覆式導熱體示意圖。
具體實施例方式茲謹就本發明無風扇式散熱結構的內容及其所產生的功效，配合附圖，舉出較佳實施例詳細說明如下。
熱能的傳導途徑與方式，包含熱傳導、熱對流及熱輻射，最終散熱方式為熱對流及熱輻射。熱對流又可區分為自然熱對流及強制熱對流，其中強制熱對流有較高的散熱效率。各種傳熱途徑，其熱通量大小與熱導材質、接觸面積、溫度差有強烈關系，各種散熱機構均需因應有限空間及熱源功率條件，進行熱傳途徑、作為的分配與設計，以達到散熱之目的。
一般具有內部發熱源的機組，例如運算器、暫存內存、功率供應器等，均有共同的特性(1)熱源組件附近空間狹窄。
(2)熱源組件的發熱功率大。
基于以上的限制條件，絕大部分的風扇式散熱結構，都會控制組件的操作溫度條件。參見圖1的散熱結構，包含散熱體2及風扇3，該散熱體2的設計，為利風扇3執行強制對流散熱途徑，大幅增加散熱表面積，一般設計的散熱體2，該表面積與體積比約為10～30倍，或者更高，幾乎大部分的熱量是通過散熱體2的鰭片表面散出。
風扇3強制熱對流散熱機構，可調整風量流率來控制熱源組件的操作溫度，該散熱體2的設計重點不在于儲熱，要求表面積遠大于體積，所以單位體積內的熱含量值偏低，儲熱能力較弱。當強制對流功能減弱時，熱源組件溫度迅速增高，機組內部環境溫度亦相對增加。
自然熱對流的散熱結構設計，大幅的散熱面積仍為散熱的重要因素，散熱體2與環境溫度間的溫度差，決定自然熱對流散熱的驅動能力。有鑒于此，自然對流的散熱功率低于強制對流，在相對增加散熱面積的同時，在無風扇式散熱結構中，儲熱與熱導功能，為設計重點。
為提高機組系統可靠度及避免風扇音干擾，本發明采用無風扇式散熱結構，散熱結構構設計的重點(1)因應熱源組件的發熱功率，設計相對比例的熱容吸熱能力，吸取熱源組件所產出的熱量，并能維持熱源組件的操作穩定溫度條件。
(2)根據機組有限空間及熱源組件發熱功率條件，設計導熱途徑，將大部分的熱量“傳導”至機殼外部，避免升高機組系統內部環境的操作溫度條件。
請參閱圖4所示，為本發明的無風扇式散熱結構示意圖，其包含下列散熱過程說明a.熱源組件1，每平方公分單位面積的熱釋放功率1W～15W或更高，其中以LED晶粒光源所發出的單位面積功率最大。
b.為維持熱源組件1的操作溫度，無風扇式散熱結構需兼具“儲熱”、“傳導”及“散熱”功能設計，其中儲熱及傳導的功能，不同于以往一般散熱結構。散熱結構簡化為兩項主要功能，包含導熱體4及散熱體5，可配合機組內部空間進行設計調配。
c.前述導熱體4，主要執行儲熱及導熱的功能；散熱體5，除維持部分儲熱功能外，增加自然對流散熱功能。
d.依熱傳導參數關系Q＝kAΔT/Δy，其中Δy為導熱空間高度，k為導熱系數，A為導熱面積；根據散熱材質特性及有限空間，設計導熱體4的基本“熱傳導”傳導面積。請參考圖5，揭示該導熱體實施的一種方式41，主要熱傳導途徑為圖中的導熱構件圓柱體411，及，如圖6所示導熱體實施的另一種方式42，主要熱傳導途徑為圖中的導熱構件長方體421，該圓柱體411和長方體421可將大部分的熱量傳至導熱體上方的散熱體，導熱件平行于熱源組件1發熱面的截面積總和，大于熱源組件1發熱表面積的二分之一以上，截面總面積愈大，傳熱愈佳。周遭的散熱鰭片數，提供一部份的自然熱對流散熱功能。
e.儲熱容量需求設計，自然對流散熱功率不如強制對流，導熱體4尚需具備儲熱緩沖功能，該型態設計的表面積與體積的比值，降低為1～20倍范圍。可依據熱容與質量的正比關系，Q＝mcΔT＝ρVcΔT，其中m為質量，V為體積，c為比熱，估算暫存熱容量的體積需求，設計導熱體的體積需求。
f.導熱體4的設計功能，主要以儲熱及熱傳導為主，儲熱能力尤其能滿足1GHz以上高速運算芯片的瞬間熱量變化，亦可做為熱源與最終散熱座的橋梁，該功能結構的熱傳導熱通量51高于熱對流熱通量52(如圖4)。
g.該導熱體，其材質可為銅、鋁、石墨、碳纖維等高傳導物質，或以上物質的相關合金組合；該形狀可為數個圓柱狀、矩形柱等幾何形狀。
h.該導熱體亦可為高熱傳導特性的熱導管，其導熱速率為銅、鋁材料的50～100倍以上，做為優良的熱傳導途徑，將熱源組件1的熱量直接“傳遞”至散熱體5。
再請參閱圖7所示，其揭示導熱體再一種形式43，為具有快速熱傳導功能的柱型或管型熱導管、平板熱導管等，溫度差范圍可控制在2℃以內，為能有效吸取熱導管傳遞的熱量，需加強散熱體5的儲熱功能。
i.通過導熱體4(具體為三種形式41、42、43)的設計特性，使得該上下接面的溫度差變得很小，且將大部分熱量傳遞至接鄰的散熱體5。散熱體5的底座溫度值亦會相對增高，增加散熱體5與環境條件的溫度差，及增加自然對流的驅動力。
j.無風扇散熱機構設計，散熱體5的散熱表面積需求，高于風扇強制自然對流散熱面積的3～6倍以上。
散熱體5，兼具儲熱及散熱功能，固定于機組機殼外部或貼近機殼表面，將熱量散出(機組是指包含發熱組件的各式電子電機設備與產品)。
散熱體5，可為機殼的一部份，尤以LED單位面積高發熱量組件，需考慮增加其底面積設計，在表面積與體積比率維持不變的情形下，相對亦增加熱容的質量，有助于LED組件的散熱。
k.請參閱圖8所示，為本發明針對上下兩面熱源的DDR內存13所設計的導熱體第四種形式44，將DDR內存13包覆在內，這種包覆式導熱體形式44使得DDR內存13上下兩面的均溫特性小于1℃。
本發明可應用的散熱范圍，包括各式電子電機設備與產品，例如計算機、數據處理機、背光模塊(如LED Backlight)、照明設備(如LED燈)等等，其內部的微處理運算芯片(如CPU)、影像處理芯片(如VGA)、隨機內存(如DDR)、光源零組件(如LED晶粒)、及其它熱源零組件。
本發明尤其可應用于具水密、氣密功能的控制盒(器)，通過加大熱傳導接觸面積，或傳導途徑，將絕大部分的熱量導出控制盒(器)，以維持系統內部的操作環境溫度。
綜上所述，本發明的無風扇散熱系統的設計，可有效增加系統可靠度，排除噪音干擾，避免熱源組件及系統損傷，有效解決先前技術中長期存在的問題并達成相關使用者與消費者長期的需求，在產業上確實得以利用。
本發明前述的較佳實施例，僅為依據本發明技術方案的可以具體實施的方式之一，并不以此限制本發明。
權利要求
1.一種無風扇式散熱結構，用于熱源組件上，其特征在于，設有導熱體，是具有相當面積的熱傳導結構，貼設于熱源組件或密夾于熱源組件外圍；散熱體，貼設于導熱體，將導熱體所傳導的熱能進行散熱。
2.如權利要求1所述無風扇式散熱結構，其特征在于，所述導熱體包含適當數量的熱傳導構件，所述熱傳導構件的形狀為圓柱體、矩形柱體或相關組合體其中之一。
3.如權利要求1所述無風扇式散熱結構，其特征在于，所述導熱體的平行于所述熱源組件發熱面的截面積總和，至少大于熱源組件發熱表面積的二分之一。
4.如權利要求1所述無風扇式散熱結構，其特征在于，其中該導熱體為可快速熱傳導的導熱管，是柱型、管型或平板熱導管其中一種。
5.如權利要求1所述無風扇式散熱結構，其特征在于，其中該導熱體和散熱體材質為高傳導物質。
6.如權利要求5所述無風扇式散熱結構，其特征在于，其中所述高傳導物質包括銅、鋁、石墨、碳纖維及相關合金組合的其中一種。
7.如權利要求1所述無風扇式散熱結構，其特征在于，其中該散熱體，固定于包含所述熱源組件的機組的機殼外部或貼近該機殼表面。
8.如權利要求1所述無風扇式散熱結構，其特征在于，其中該散熱體包括有若干散熱鰭片。
9.如權利要求1所述無風扇式散熱結構，其特征在于，所述導熱體同時密夾于熱源組件的上方與下方。
全文摘要
本發明公開一種無風扇式散熱結構，主要是在熱源組件貼設有導熱體與散熱體。利用增加導熱體的熱容功能、熱傳導途徑面積，及散熱體的自然對流散熱面積等設計，可快速吸取熱源組件的發熱量，及整合機體的構型特性，通過提高熱傳導方式的途徑將大部分的熱量直接移出到機殼外部，達到最終的散熱目的，從而確實達到良好的散熱功效。
文檔編號G06F1/20GK1904800SQ20051008712
公開日2007年1月31日 申請日期2005年7月26日 優先權日2005年7月26日
發明者劉英杰 申請人:毅柏科技有限公司