专利名称：具有雾化器的主动式环路型散热装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种散热技术，特别是关于一种主动式冷却技术的环路型散热装置。
背景技术：
随着电子信息产业的不断发展，现今对电子产品的要求包括多功能、快速运算及微型化等。因此，在不断提高电子产品内部装置性能的同时，电子产品的功耗也越来越高，当电子产品运行时，内部如中央处理器(CPU)、激光二极管(Laser Diode)、发光二极管阵列(LED Array)及多芯片模块封装结构(Multi-Chip Module，MCM)等装置产生的热流量(Heat flux)也呈倍数增加。因此，如何在电子产品内部窄小的空间中快速散热是关注的焦点。
以CPU装置来说，现有散热设计大致包括利用加设均热板的散热装置、穿插在散热鳍片间的热管、具有环路型热管的环路型散热装置以及液滴冷却散热装置等，对热源产生装置进行热传导。
加设均热板散热装置相关的专利有中国台湾实用新型专利证第M270407号及第M260724号等。加设均热板的目的在于均热板能整体均匀地吸热，避免散热不均。但是，现有加设均热板的散热器仅能提供被动式的散热(Passive cooling)，受制于材料本身的热传导性，难以满足越来越严格的散热要求。
同时，与热管相关的专利有中国台湾发明专利证第I241156号、第I236337号及第I225584号等。热管通过相变化排出大量的热量，现有热管技术是如图1所示，在热管10中，液态工作流体的流动方向101与气态工作流体的流动方向103相反。
然而，这样使得液态工作流体由冷凝区105流回蒸发区107的阻力变大，导致最大热传导量受到限制。而且，这种应用毛细结构109的热管10会有流动阻力较大的问题，无法应付高热流量密度。另外，传统热管尚有传输距离较短及接触面积相对太小等问题。
另外，与环路型散热装置相关的专利有中国台湾发明公告第508487号及第502101号等。现有微环路型热管(Micro Loop heat pipe)的环路型散热装置如图2所示，这种环路型散热装置20包括蒸发端201与冷凝端203，液态工作流体通道205与气态工作流体通道207分开，因此空间配置弹性较大、传输距离较长。
但是，液态工作流体205通过设在蒸发端201的流回蒸发端201，在蒸发端201底部会形成液膜(未标出)，使得散热装置的热阻增大。
再者，例如中国台湾发明专利证第I251656号案提出一种池沸腾式散热装置，在腔体形成缓冲空间，使沸腾流体稳定地接触散热面；但是，J.Yang，Spray Cooling with an Air Atomizing Nozzle，Ph.D.Thesis，University of Kentucky，Lexington，KY，1993提出的技术文献指出，以水为例，池沸腾式散热装置的热传系数约在5×104W/m2K左右，而喷雾冷却(Spray cooling)的热传系数可超过5×105W/m2K。因此，利用喷雾冷却可有效提高散热系统的散热量。
美国Carnegie Mellon University提出的Embedded DropletImpingement for Integrated Cooling of Electronics(EDIFICE)液滴冷却装置，是利用微小液滴喷洒在热源产生装置的热源上热点(Hot spot)的产生处，利用液滴的相变化，直接带走热点表面上的热量，再经由蒸气管路传输蒸气到具有诸如散热鳍片、散热器、风扇等热沉冷凝端，通过冷凝端冷凝成液体，由动力泵供给压力差再将液体送到微喷孔处，以持续进行循环散热，达到冷却的目的。
但是，在应用这种喷雾冷却的液滴冷却装置时，必须外加泵将液滴推出微喷孔，这样会增加整体体积，不符合产品微型化的要求。
由于上述现有技术的各种缺点，因此，如何有效解决上述现有技术的问题，已成为目前业界亟待克服的问题。
发明内容
为克服上述现有技术的缺点，本发明的主要目的在于提供一种可提高散热效率的具有雾化器的主动式环路型散热装置。
本发明的另一目的在于提供一种可降低热阻的具有雾化器的主动式环路型散热装置。
本发明的再一目的在于提供一种可避免工作流体堆积的具有雾化器的主动式环路型散热装置。
本发明的又一目的在于提供一种可微型化的具有雾化器的主动式环路型散热装置。
为实现上述目的及其它目的，本发明提供一种具有雾化器的主动式环路型散热装置。该具有雾化器的主动式环路型散热装置应用在热源与热沉间的热传导，该具有雾化器的主动式环路型散热装置包括蒸发腔体，具有第一容室、设在该第一容室下方的第二容室及隔开该第一容室与第二容室的雾化器；冷凝腔体，具有接通到该第二容室的第三容室及设在该第三容室一侧并接通该第一容室的毛细结构；以及工作流体，填充在该主动式环路型散热装置中。
该工作流体可填充自该毛细结构至该第一容室，通过该雾化器进行雾化喷洒至该第二容室，经由热源气化流动到该第三容室，并经由冷凝液化附着在该毛细结构。其中，雾化器的动力可为压电式或电容式，同时可借雾化器的作动产生泵动力使液态工作流体向该第一容室流动，形成环路型的循环式热传导作用。
在上述具有雾化器的主动式环路型散热装置中，该蒸发腔体是平板式腔体。该雾化器可包括具有多条喷嘴的振膜及压设该振膜的压电式驱动单元，其中，该压电式驱动单元是呈圆环形的压电陶瓷。该环路型散热装置还包括连接该第一容室与该毛细结构的第一通道及连接该第二容室与该第三容室的第二通道。该第一通道是液体管路，该第二通道是气体管路。该第二通道管径比该第一通道管径粗。该第一通道是毛细管或平滑管，该第二通道是平滑管。该第一通道连接该冷凝腔体处设有另一毛细结构。同时，可选择平行设置该第一通道与该第二通道，或是交错设置该第一通道与该第二通道。
同时，在上述具有雾化器的主动式环路型散热装置中，该蒸发腔体的个数与该冷凝腔体的个数关系是一对一、一对多、多对一或多对多。该毛细结构是多条沟槽、烧结金属粉末形成的多孔性结构、金属编织网或该冷凝腔体内部的粗糙表面结构。该工作流体是纯水等易于蒸发且具有高蒸发潜热的液体。另外，该环路型散热装置内部为低压区域，有利于工作流体的蒸发。
与现有技术相比，本发明的具有雾化器的主动式环路型散热装置，设计雾化器使液态工作流体形成微小液滴，并将液滴甩向热源处。这样不会在蒸发端底部形成液膜，使得其热阻比现有环路型热管小，从而提高环路型热管的性能。同时，本发明的蒸发腔体是一平板式腔体，与热源有较大接触面积，本发明设计的第一通道与第二通道可依空间进行配置，可解决现有技术传输距离较短、接触面积太小的问题。另外，本发明整合于蒸发腔体中的雾化器具有泵的效果，可利用喷雾冷却提高散热性能之外，还可减少现有技术使用泵所占的体积，相对可微型化产品。
由上可知，本发明的环路型散热装置可提高散热效率、降低热阻、避免工作流体堆积及微型化且提高产业利用价值，相对克服了现有技术存在的问题。
图1是现有热管的使用状态示意图；图2是现有环路型散热装置的使用状态示意图；图3是本发明具有雾化器的主动式环路型散热装置实施例1的示意图；图4是图3的具有雾化器的主动式环路型散热装置的侧视图；图5是图3的蒸发腔体的分解示意图；图6A及图6B是本发明具有雾化器的主动式环路型散热装置实施例1的变化例示意图；图7是本发明具有雾化器的主动式环路型散热装置实施例2的示意图；以及图8是图7的具有雾化器的主动式环路型散热装置的侧视图。
具体实施例方式
以下配合
本发明的具体实施例，所属技术领域中具有通常知识者可轻易了解本发明的技术特征与实现功效。应注意的是，以下实施例中的具有雾化器的主动式环路型散热装置应用在热源(诸如中央处理器、激光二极管、发光二极管阵列及多芯片模块封装结构的热源产生装置)与热沉(诸如散热鳍片、散热器、风扇等)间的热传导，由于这种热源与热沉的结构均为现有结构，另外，雾化器的动力可以是电容式，比压电式相比，只是动力方式的替换，此替换也是现有方式，不再赘述。
实施例1图3至图6B是依本发明具有雾化器的主动式环路型散热装置实施例1绘制的附图。
图3是本发明的具有雾化器的主动式环路型散热装置的示意图，如图所示，具有雾化器的主动式环路型散热装置1应用在热源与热沉(未标出)间的热传导，该具有雾化器的主动式环路型散热装置1包括蒸发腔体11、连通该蒸发腔体11的冷凝腔体13以及可流动于该蒸发腔体11与该冷凝腔体13间的工作流体15。同时，在本实施例中是设置连接于该蒸发腔体11与该冷凝腔体13间的第一通道17与第二通道19。另外，在本实施例中的蒸发腔体11与冷凝腔体13是以该第一通道17与第二通道19连通，但该蒸发腔体11与冷凝腔体13的接通形式并不局限于本实施例及附图中所示；例如，也可在该蒸发腔体11与冷凝腔体13没置连通的接口、或设置其它可连通该蒸发腔体11与冷凝腔体13的等效元件。
请配合参阅图3及图4，该蒸发腔体11用于接触热源，并具有第一容室111、设在该第一容室111下方的第二容室113及隔开该第一容室111与第二容室113的雾化器115。同时，在本实施例中还包括填充在该主动式环路型散热装置1中的工作流体15。如图5所示，在本实施例中该蒸发腔体11是一平板式腔体，并设有第一通孔117及第二通孔119，其中该第一通孔117连通该第一容室111与该第一通道17，该第二通孔119连通该第二容室113与该第二通道19。
同时，该雾化器115包括振膜1151及压设该振膜1151的驱动单元1153，该振膜1151具有多个喷嘴1157。在本实施例中该振膜1151可以是金属薄膜，该喷嘴1157可以是平均孔径为30um的圆孔，该驱动单元1153可以是压电式驱动单元，例如圆环形压电陶瓷，进行压电致动。
该冷凝腔体13用于接触热沉，并具有接通到该第二容室113的第三容室131及设在该第三容室131一侧并接通该第一容室111的毛细结构133。在本实施例中该毛细结构133设在该第三容室131底部，该第一通道17连接该毛细结构133处设有另一毛细结构135。其中，毛细结构135将工作流体15维持在第一容室111与第一通道17之间。另外，毛细结构135也通过毛细力引导工作流体15流回到第一容室111，完成散热循环。
同时，本实施例中的毛细结构133可以是烧结金属粉末形成的多孔性结构，但并不以此为限，该毛细结构133也可以是单一构造，如多条沟槽或金属编织网，例如该冷凝腔体13内部的粗糙表面结构；换言之，只要可将该工作流体15保留在该冷凝腔体13表面并可利用毛细力进行液体的传送即可。
另外，该冷凝腔体13除了设置该毛细结构133与毛细结构135之外的其它表面可以是光滑表面。另外，如图6A所示，该冷凝腔体13还可接触或贴设散热片30，或如图6B所示，在外表面设置散热结构40，以提高散热效率。当然，该散热片30与该散热结构40的形状及设置位置均不以本实施例所述为限，在所属技术领域中具有通常知识者可视需要增加及变化。
该工作流体15填充自该毛细结构133至该第一容室111，通过该雾化器115雾化喷洒到该第二容室113，经由热源气化流动到该第三容室131，并经由冷凝液化附着在该毛细结构133，同时可借该雾化器115的作动产生泵动力向该第一容室111流动，形成环路型的循环式热传导作用。在本实施例中该工作流体15可以是纯水、甲醇、丙酮、氨水或其它易于蒸发且具有高蒸发潜热的液体。
该第一通道17连接该第一容室111与该毛细结构135，该第二通道19连接该第二容室113与该第三容室131，且该第一通道17与该第二通道19平行设置。在本实施例中该第一通道17是液体管路，该第二通道19是气体管路，该第二通道19的管径比该第一通道17的管径粗。同时，该第一通道17连接该冷凝腔体13处还可设有引导该工作流体15的毛细结构135，该第一通道17是毛细管或平滑管。该第二通道19为平滑管。
应注意的是，在本实施例中的第一通道17与第二通道19是另外接设在该蒸发腔体11与该冷凝腔体13间的单一构件，这样可依空间进行配置，弹性较大，但并不以此为限；例如，该第一通道17与第二通道19也可一体设在该蒸发腔体11与该冷凝腔体13间。换言之，在所属技术领域中具有通常知识者可依实际需要或设计加以改变，连通该蒸发腔体11与该冷凝腔体13，借此供该工作流体15循环散热。
同时，应注意的是，在附图中所示的该蒸发腔体11的个数与该冷凝腔体13的个数的关系是一对一，但仅以示意方式说明本发明的环路型散热装置结构，这些附图显示的结构并不依实际实施时的个数、形状及尺寸比例绘制，实际实施时，也可使该蒸发腔体11的个数与该冷凝腔体13的个数关系为一对多、多对一或多对多。
当该雾化器115静止时，多个喷嘴1157对该工作流体15造成的毛细力恰与该振膜1151上方的工作流体15的重力互相平衡，一旦该振膜1151受电压驱动产生振动，建立在热源正上方的雾化器115可使液态工作流体15形成微小液滴，并将液滴甩向热源处。这样，可利用该热源本身的热量，使洒布在其上的液滴产生相变化，利用液体转换成气体时吸收的热量，将热量带离热源表面，实现喷雾冷却的目的。
之后，该工作流体15蒸发成气态，经由该第二通道19向该冷凝腔体13移动。接下来，气态工作流体15在该冷凝腔体13凝结成液态，并附着在毛细结构133中。由于在该冷凝腔体13底部设置毛细结构133，并在该冷凝腔体13与第一通道17的连接处设置毛细结构135，可使该冷凝腔体13中的液态工作流体15通过毛细结构133与毛细结构135的毛细力及该雾化器115振动所带动的泵吸力回到该蒸发腔体11，实现循环运行的目的。
由此可知，本实施例是利用喷雾冷却的散热量提高散热装置性能，并采用液气分流的结构降低流阻，从而增加热传导量，借此传输高热量，实现提高散热效率的目的。
实施例2图7及图8是依照本发明的具有雾化器的主动式环路型散热装置实施例2绘制的附图，其中，与上述实施例1相同或近似的元件以相同或近似的元件符号表示，并省略详细叙述，使本案的说明更清楚易懂。
本实施例与实施例1的最大不同之处在于，实施例1的第一通道与该第二通道平行设置，实施例2的第一通道与第二通道是交错设置。
如图7及图8所示，该第一通道17与该第二通道19交错设置，并使该第一通道17直接连接该毛细结构133，可省略实施例1所设的毛细结构135。
综上所述，本发明的具有雾化器的主动式环路型散热装置，设计雾化器使液态工作流体形成微小液滴，并将液滴甩向热源处。这样将不会在蒸发端底部形成液膜，使得热阻比现有环路型热管小，从而提高环路型热管的性能。同时，本发明的蒸发腔体是一平板式腔体，与热源有较大接触面积，本发明设计的第一通道与第二通道可依空间进行配置，可解决现有技术传输距离较短、接触面积太小的问题。另外，本发明整合在蒸发腔体中的雾化器具有泵的效果，可利用喷雾冷却提高散热性能之外，还可减少现有技术使用泵所占的体积，相对可微型化产品。
由上可知，本发明的环路型散热装置可提高散热效率、降低热阻、避免工作流体堆积以及微型化且提高产业利用价值，相对克服了现有技术存在的问题。
权利要求
1.一种具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该具有雾化器的主动式环路型散热装置包括蒸发腔体，具有第一容室、设在该第一容室下方的第二容室及隔开该第一容室与第二容室的雾化器；冷凝腔体，具有接通到该第二容室的第三容室及设在该第三容室一侧并接通该第一容室的毛细结构；以及工作流体，填充在该主动式环路型散热装置中。
2.如权利要求1所述的具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该蒸发腔体是平板式腔体。
3.如权利要求1所述的具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该雾化器包括具有多个喷嘴的振膜以及压设该振膜的驱动单元。
4.如权利要求3所述的具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该驱动单元是压电式或电容式。
5.如权利要求4所述的具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该压电式是呈圆环形的压电陶瓷。
6.如权利要求1所述的具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该具有雾化器的主动式环路型散热装置还包括连接该第一容室与该毛细结构的第一通道及连接该第二容室与该第三容室的第二通道。
7.如权利要求6所述的具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该第一通道是液体管路，该第二通道是气体管路。
8.如权利要求6所述的具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该第二通道管径比该第一通道管径粗。
9.如权利要求6所述的具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该第一通道是毛细管或平滑管。
10.如权利要求6所述的具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该第一通道连接该冷凝腔体处设有另一毛细结构。
11.如权利要求6所述的具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该第二通道是平滑管。
12.如权利要求6所述的具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该第一通道与该第二通道平行。
13.如权利要求6所述的具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该第一通道与该第二通道交错。
14.如权利要求1所述的具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该蒸发腔体的个数与该冷凝腔体的个数关系是一对一。
15.如权利要求1所述的具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该蒸发腔体的个数与该冷凝腔体的个数关系是一对多。
16.如权利要求1所述的具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该蒸发腔体的个数与该冷凝腔体的个数关系是多对一。
17.如权利要求1所述的具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该蒸发腔体的个数与该冷凝腔体的个数关系是多对多。
18.如权利要求1所述的具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该毛细结构是多个沟槽。
19.如权利要求1所述的具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该毛细结构是烧结金属粉末形成的多孔性结构。
20.如权利要求1所述的具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该毛细结构是金属编织网。
21.如权利要求1所述的具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该毛细结构是该冷凝腔体内部的粗糙表面结构。
22.如权利要求1所述的具有雾化器的主动式环路型散热装置，其特征在于，该工作流体填充自该毛细结构至该第一容室。
全文摘要
本发明公开一种具有雾化器的主动式环路型散热装置，应用在热源与热沉间的热传导，该具有雾化器的主动式环路型散热装置包括蒸发腔体，具有第一容室、设在该第一容室下方的第二容室及隔开该第一容室与第二容室的雾化器；冷凝腔体，具有接通到该第二容室的第三容室及设在该第三容室一侧并接通该第一容室的毛细结构；以及工作流体，填充在该主动式环路型散热装置中。本发明的环路型散热装置可提高散热效率、降低热阻、避免工作流体堆积及微型化且提高产业利用价值，相对克服了现有技术存在的问题。
文档编号H01L23/473GK101090625SQ200610092299
公开日2007年12月19日 申请日期2006年6月16日 优先权日2006年6月12日
发明者吴世国, 简国祥, 杨进成, 黄启明 申请人:财团法人工业技术研究院