水冷头的制作方法

专利名称：水冷头的制作方法
技术领域：
本发明关于一种水冷头，特别涉及一种可降低进水口处的流体阻抗、可平均出水区域、并可增加流体速度的水冷头。
背景技术：
任何电气设备的运作，均会因效率或摩擦问题而难以避免过多热量的产生。特别是随着科技产业的高度发展，现今科技工业的产品发展越趋向精密，
个人电子产品、现今电脑主机板上的集成电路以及显示绘图阵列(VideoGraphics Array, VGA)卡上的各电子元件除了体积小型化之外，其性能也相对地提升。因此，其运作时所产生的热量也就相当可观。而目前针对上述各电子元件皆有相对应的散热器或散热装置，尤其是针对中央处理器(CentralProcessing Unit, CPU)，其所产生的热量十分地惊人，因此可视之为现今电脑主机板上最主要的散热重点与目标。
而风扇即为一种简便且最被广泛使用的散热装置，利用扇叶转动使发热元件周围的空气产生快速流动，将发热元件所产生的作用热迅速带离，以达到散热作用，然而其散热效果却因散热面积不足以满足其热传导效率，使其散热效能相比于预期而出现落差，之后虽利用多个散热片结构贴附于发热元件，由此增加其散热面积，加速其热传导效率，再通过风扇的吹送将热源强制带离，但因其风扇的气流量仍属有限，使其散热效果仍无法有效改善，因此，已知技术利用串联多组散热风扇，尝试增加其风扇的气流量，却因受限于空间的限制而难以实施，而增加马达转速来增强其气流量，则会提高马达制作难度，且马达转速的增加也有上限，甚至容易产生大量的噪音、震动及热量，导致其难以实施。
另外，通过热管传导热量，也是现有散热技术的一项应用。在通过热管传导热量的领域中，板式热管(vapor chamber)为管状热管(heat pipe)的一种变形运用。两者的运作原理相同，都是通过汽液相的循环变化以提供热
3传导的作用。由于管状热管是通过其两端分别受热与散热，故可利用热管长 度而使两个端部产生较大的温差，也因此比较能适用于空冷式的散热系统 中。反观板式热管，其仅能利用较大面积的两个表面作受热与散热之用，再 加上其外型呈板状且扁平，故其受热面与散热面之间的距离几乎无异，因而 无法通过距离来产生温差。由此，板状热板无法提供热传导的作用，以致于 往往无法在空冷式的散热系统中发挥其应有的效能。
但随着中央处理器效能的急剧提升，必须要有更好的散热方案以将其所 产生的热量散逸，才能获得更高的运算处理效能。因此，目前应用于中央处 理器的散热系统渐渐由传统空冷式的散热系统改为水冷式的散热系统，以期 能维持发热的电子元件在许可的温度下正常地运作。因此己知技术公开了一
种水冷式散热装置，其利用一水冷头吸附于发热元件上，如CPU或磁盘驱
动器，并由一马达自水箱将冷却液抽出导入其水冷头中。该冷却液与水冷头 从发热元件所吸附的热量经由热交换作用后，其冷却液再由水冷头流出至一 散热模块，经由冷却后再送回水箱，由此冷却液循环来帮助散热，降低其发 热元件温度，使其机组顺利运作。
虽然利用水冷头经冷却液流动与热源产生热交换，可达到优于利用气流 散热的效果，但在上述水冷头结构中，其水冷头的吸热面仅集中于同一处， 致使冷却液导入水冷头后，其流入的冷却液仅有一部分与吸热面产生热交换 作用，且冷却液停留在水冷头的时间过短，致使冷却液尚未吸收足够的热源， 即由另一管道导出，使水冷功能的散热作用有限。
因此，已知技术还公开了一种水冷式散热装置。请参阅图1A与图1B。 图1A所示为已知的水冷头1的立体分解图。图1B所示为图1A中的水冷头 l的立体组合图。由图1A与图1B可知，已知的水冷头1包含座体10以及 密闭盖体12。其中，座体10上具有多个散热片100，并且座体10的底部与 一发热源(未示于图中)接触。再者，密闭盖体12密封于座体10上方，并 且密闭盖体12具有进水口 120以及一出水口 122。因此，通过座体10的底 部与该发热源相接触，以使得该发热源所产生的热量能传导至散热片100， 再通过冷却液在进水口 120与出水口 122之间的循环流动，进而将散热片100 所吸收的热量快速导离，以达到快速散热的目的。
然而，上述水冷头l仍然存在着一些缺陷。举例而言，若冷却液从位于
4密闭盖体12上的进水口 120注入水冷头1中时，冷却液的流体阻抗有过高 的情形。并且，水冷头1在座体10与密闭盖体12之间并没有设置任何可以 帮助冷却液流动得更顺畅或者可增加其流体速度的机构。换言之，已知的水 冷头1的散热效率还有待其结构上的改良而获得有效的提升。

发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种水冷头，利用其经改良后的 结构，可以有效地降低进水口处的流体阻抗，还可利用平均出水区域以增加 流体出水的流畅度，更可利用加压效果以增加流体的速度，由此显著地提升 水冷头的散热效率。
为了达到上述目的，本发明提供一种水冷头。该水冷头主要包括上盖、 散热底板以及隔水板。上盖具有进水口与出水口。散热底板密封地与上盖衔 接以形成腔室。隔水板覆盖散热底板。隔水板具有可与进水口连通的进水通 道。腔室的内壁与隔水板的外缘在散热底板形成环状出水区域。环状出水区 域导通至出水口。
优选地，上述散热底板上具有流道底面，上述流道底面上形成多个散热
结构，并且上述隔水板覆盖于上述散热结构上。 优选地，每一个上述散热结构均为柱状体。 优选地，每一个上述散热结构均为散热鳍片。 优选地，上述流道底面放射状地朝向上述流道底面的边缘倾斜。 优选地，上述隔水板上具有与上述进水通道连通的隔板底面，上述隔板
底面从上述进水通道处放射状地朝向上述隔水板的边缘倾斜，致使上述隔板
底面与上述流道底面之间的距离从上述进水通道处朝向上述隔水板的边缘减少。
优选地，上述上盖以螺丝锁固的方式与上述散热底板衔接。
优选地，上述上盖与上述散热底板之间的衔接处设有防漏垫圈。
优选地，上述上盖利用焊接工艺与上述散热底板衔接。
优选地，上述上盖设有定位结构，当上述隔水板紧密地夹持于上述上盖
与上述散热底板之间时，上述定位结构用以校准上述进水口与上述进水通
道，并限制上述隔水板相对上述上盖移动。降低进水口 处的流体阻抗。并且，本发明的水冷头还可利用腔室的内壁与隔水板的外缘 之间形成的环状出水区域均匀地出水以增加流体出水的流畅度。此外，本发 明的水冷头还可利用加压效果以增加流体的速度。由此，本发明的水冷头可 以显著地提升水冷头的散热效率。
关于本发明的优点与构思可以利用以下的发明详述及所附附图得到进 一步的了解。


图1A所示为已知的水冷头的立体分解图1B所示为图1A中的水冷头的立体组合图2A所示为根据本发明的一较佳具体实施例的水冷头的立体组合图2B所示为图2A中的水冷头的立体分解图3所示为根据本发明的一较佳具体实施例的隔水板覆盖于散热底板上 的俯视图4所示为图2A中的水冷头沿剖面线A-A的剖视图。
具体实施例方式
本发明提供一水冷头，该水冷头可有效地降低进水口处的流体阻抗，可 利用平均出水区域以增加流体出水的流畅度，并可利用加压效果以增加流体 速度。以下将详述本发明的较佳具体实施例，用以充分说明本发明的特征、 构思、优点以及实施上的简便性。
请参阅图2A与图2B。图2A所示为根据本发明的一较佳具体实施例的 水冷头2的立体组合图。图2B所示为图2A中的水冷头2的立体分解图。如 图2B所示，根据本发明的此较佳具体实施例的水冷头2主要包括散热底板 20、隔水板24以及上盖22。以下将进一步对此水冷头2的运作机制进行更 详细的说明。
如图2B所示，水冷头2中的上盖22可以配合来与散热底板20相互衔 接。由此，即可进一步将隔水板24紧密地夹持于上盖22与散热底板20之 间。另外，上盖22还包括进水口 220以及出水口 222。并且，当隔水板24紧密地夹持于上盖22与散热底板20之间时，形成于上盖22的进水口 220 可以恰好与形成于隔水板24的进水通道240导通。换句话说，冷却液可以 经由形成于上盖22的进水口 220，再顺着形成于隔水板24的进水通道240 流动至隔水板24与散热底板20之间，进而在流道底面200上与形成于散热 底板20上的散热结构202进行热交换的机制。
同样示于图2B中，水冷头2中的散热底板20上具有流道底面200。并 且，流道底面200上形成有多个散热结构202。在此较佳具体实施例中，形 成于流道底面200的每一个散热结构202皆可以为一柱状体，如图2B所示， 但并不以此为限。换言之，在另一具体实施例中，形成于流道底面200的每 一个散热结构202也可以是散热鳍片(heat-dissipating fm)。在较佳的实施 例中，散热鳍片可以根据进水口的位置而放射状地设置，使得冷却液的流动 阻抗可以降低。
同样示于图2B中，水冷头2中的隔水板24可以用来覆盖于散热底板20 的流道底面200上方。更进一步而言，隔水板24可以覆盖于形成在散热底 板20上的多个散热结构202上。因此，利用形成于散热底板20上的多个散 热结构202支撑隔水板24，使得在隔水板24与散热底板20之间可以形成可 供冷却液流通的流道(亦即，流通空间)。并且，水冷头2中的隔水板24 还具有进水通道240。隔水板24的进水通道240可用来供冷却液通过。由此， 冷却液可流动至隔水板24与散热底板20之间，并在流道底面200上与形成 于散热底板20上的散热结构202进行热交换的机制。
请参阅图3并配合参阅图2B。图3所示为根据本发明的一较佳具体实施 例的隔水板24覆盖于散热底板20上的俯视图。由图3可以清楚地得知，水 冷头2的隔水板24具有隔板底面(未示于图3中)。隔板底面的面积(亦即， 覆盖于散热底板20上的面积)小于散热底板20的流道底面200的面积，致 使上盖22与隔水板24的外缘在散热底板20的流道底面200形成环状出水 区域260，如图3中的斜线纹路所标示。并且，环状出水区域260导通至上 盖22的出水口 222。
在此要特别说明的是，利用在上盖22与隔水板24的外缘于散热底板20 的流道底面200形成环状出水区域260的设计，冷却液在经由形成于上盖22 的进水口 220并顺着形成于隔水板24的进水通道240流动至隔水板24与散热底板20之间之后，隔水板24的四周皆可以成为出水的路径。由此，冷却 液可以更均匀地朝向四周流动，进而大幅地增加冷却液出水的流畅度。
请参阅图4并配合参阅图3。图4所示为图2A中的水冷头2沿剖面线 A-A的剖视图。如图4所示，散热底板20密封地与上盖22衔接以形成腔室 (chamber) 262。并且，更精确地来说，上述环状出水区域260形成于腔室 262的内壁与隔水板24的外缘之间的散热底板20上。此外，散热底板20的 流道底面200大体上从隔水板24的进水通道240处放射状地朝向流道底面 200的边缘倾斜。在此要特别说明的是，利用散热底板20上放射状地朝向边 缘倾斜设置的流道底面200的设计，冷却液在经由形成于上盖22的进水口 220并顺着形成于隔水板24的进水通道240流动至隔水板24与散热底板20 之间时，可以有效地降低冷却液的流体阻抗。由此，冷却液可以更容易地流 动而大幅地降低阻滞感。换言之，在与形成于散热底板20上的散热结构202 进行热交换时，冷却液可以更无阻碍地带着热量而流动。
同样示于图4中，隔水板24所具有的进水通道240连通至位于隔水板 24底部的隔板底面242。同样地，由图4可以清楚地得知，隔水板24的隔 板底面242大体上从进水通道240处放射状地朝向隔水板24的边缘倾斜。 要特别指出的是，隔水板24放射状地朝向边缘倾斜设置的隔板底面242的 设计，主要的特点在于隔板底面242与散热底板20的流道底面200之间的 距离大体上由进水通道240处朝向隔水板24的边缘减少。
在此要特别说明的是，利用使隔板底面242与散热底板20的流道底面 200之间的距离大体上由进水通道240处朝向隔水板24的边缘减少的设计， 冷却液在经由形成于上盖22的进水口 220并顺着形成于隔水板24的进水通 道240流动至隔水板24与散热底板20之间时，可以隔板底面242与流道底 面200之间渐縮的截面积对冷却液进行加压的机制，进而可大幅地增加冷却 液从上述环状出水区域260流出的流体速度。换言之，在与形成于散热底板 20上的散热结构202进行热交换之后，冷却液可以更迅速地把热量带走。
同样示于图4中，水冷头2的上盖22密封地衔接于散热底板20的流道 底面200的边缘。在此较佳具体实施例中，水冷头2的上盖22以螺丝锁固 的方式与散热底板20衔接。当然，为了确实地避免冷却液从上盖22与散热 底板20之间的缝隙泄漏出来，在实际应用中，水冷头2的上盖22与散热底板20之间的衔接处还可进一步设有防漏垫圈(washer)(未示于图4中)。 然而，水冷头2的上盖22与散热底板20之间的衔接机制并不以本发明的较 佳具体实施例所示为限。举例而言，水冷头2的上盖22也可利用一焊接工 艺与散热底板20衔接。
此外，为了在水冷头2的上盖22与散热底板20相互衔接时，可以让隔 水板24能够紧密地并且精确地夹持于上盖22与散热底板20之间，上盖22 可以设有定位结构224。当隔水板24紧密地夹持于上盖22与散热底板20之 间时，形成于上盖22的定位结构224可以用来校准形成于上盖22的进水口 220与形成于隔水板24上的进水通道240，并限制隔水板24相对上盖22移 动。因此，利用在上盖22上、形成于上盖22的进水口 220与形成于隔水板 24上的进水通道240之间形成定位结构224的设计，冷却液在经由上盖22 的进水口 220进入隔水板24的进水通道240流动的过程中，可以免除冷却 液从进水口 220与进水通道240之间的缝隙泄漏而出。
另外要补充说明的是，请参阅图4并配合参阅图3，当与散热底板20进 行热交换后的冷却液，由上盖22与隔水板24的外缘在散热底板20的流道 底面200形成的环状出水区域260均匀地流出之后，可以流动至水冷头2的 上盖22与隔水板24之间，最后再由形成于上盖22的出水口 222流出循环。
由以上对于本发明的较佳具体实施例的详述，可以明显地看出，根据本 发明的水冷头，利用在散热底板上放射状地朝向边缘倾斜设置的流道底面的 结构设计，可以有效地降低进水口处的流体阻抗。并且，本发明的水冷头还 可利用腔室的内壁与隔水板的外缘之间形成的环状出水区域均匀地出水以 增加流体出水的流畅度。此外，本发明的水冷头还可利用隔板底面与散热底 板的流道底面之间的距离大体上由进水通道处朝向隔水板的边缘减少的设 计，进而利用加压效果以增加流体的速度。由此，本发明的水冷头可以显着 地提升水冷头的散热效率。
利用以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚地描述本发明的特征 与构思，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本发明的范围加以限 制。相反地，其目的是希望能将各种改变及具等同性的设置涵盖在本发明所 欲申请的权利要求书的范围内。
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权利要求
1.一种水冷头，其特征是，包括上盖，具有进水口与出水口；散热底板，密封地与上述上盖衔接以形成腔室；以及隔水板，覆盖上述散热底板，上述隔水板具有与上述进水口连通的进水通道，其中上述腔室的内壁与上述隔水板的外缘在上述散热底板形成环状出水区域，上述环状出水区域导通至上述出水口。
2. 根据权利要求1所述的水冷头，其特征是，上述散热底板上具有流道 底面，上述流道底面上形成多个散热结构，并且上述隔水板覆盖于上述这些 散热结构上。
3. 根据权利要求2所述的水冷头，其特征是，每一个上述散热结构均为 柱状体。
4. 根据权利要求2所述的水冷头，其特征是，每一个上述散热结构均为 散热鳍片。
5. 根据权利要求2所述的水冷头，其特征是，上述流道底面放射状地朝 向上述流道底面的边缘倾斜。
6. 根据权利要求2所述的水冷头，其特征是，上述隔水板上具有与上述 进水通道连通的隔板底面，上述隔板底面从上述进水通道处放射状地朝向上 述隔水板的边缘倾斜，致使上述隔板底面与上述流道底面之间的距离从上述 进水通道处朝向上述隔水板的边缘减少。
7. 根据权利要求1所述的水冷头，其特征是，上述上盖以螺丝锁固的方 式与上述散热底板衔接。
8. 根据权利要求7所述的水冷头，其特征是，上述上盖与上述散热底板 之间的衔接处设有防漏垫圈。
9. 根据权利要求1所述的水冷头，其特征是，上述上盖利用焊接工艺与 上述散热底板衔接。
10. 根据权利要求1所述的水冷头，其特征是，上述上盖设有定位结构， 当上述隔水板紧密地夹持于上述上盖与上述散热底板之间时，上述定位结构 用以校准上述进水口与上述进水通道，并限制上述隔水板相对上述上盖移 动。
全文摘要
本发明提供一种水冷头，该水冷头包括上盖、散热底板以及隔水板。上盖具有进水口以及出水口。散热底板密封地与该上盖衔接以形成腔室。隔水板覆盖散热底板。隔水板具有可与进水口连通的进水通道。特别地，腔室的内壁与隔水板的外缘在散热底板形成环状出水区域。环状出水区域导通至出水口。本发明的水冷头可以有效地降低进水口处的流体阻抗，还可利用平均出水区域以增加流体出水的流畅度，更可利用加压效果以增加流体的速度，由此显著地提升水冷头的散热效率。
文档编号H05K7/20GK101668405SQ20081021585
公开日2010年3月10日 申请日期2008年9月5日 优先权日2008年9月5日
发明者杨百役, 蔡明芳 申请人:华信精密股份有限公司