散熱裝置的複合加工法及成品的製作方法
2023-10-06 03:07:29
專利名稱：散熱裝置的複合加工法及成品的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種散熱裝置的複合加工法及成品，特別是涉及一種利用高壓力推擠及摩擦熱而緊密貼合以消除不同材料間結合位置處的熱阻、使熱傳導效能提高的散熱裝置。
背景技術：
如圖1，就一般廣泛應用在電腦產品內的散熱器4而言，其主要具有一底座41及多數個平行並列並連接在底座41上而可用以與空氣產生熱交換效應的散熱鰭片42，使散熱器4的底座41得以與一如中央處理器晶片等的發熱元件5接觸，進而降低發熱元件5的溫度，而此種散熱器4的製造方法概可區分為一體成型及複合加工兩種。
一體成型的方式有使用鋁材料的鋁擠型製法、銅材料的銅壓鑄製法，更有使用金屬粉末材料進行粉末冶金成型的製法，此種一體成型製作方法優點在使用相同材料一次成型，使散熱器4的底座41與散熱鰭片42間較無熱阻產生，整體熱傳導效率相對較高，但是此種製法的缺點在於受到模具的模穴空間設計的限制，其所成型的散熱鰭片42厚度不能太薄且各散熱鰭片間的距離也不能太近，造成散熱鰭片42的整體密度不可能太過密集而有其限制，所以與空氣進行熱交換的效能將因散熱鰭片42的密度無法提升而具有瓶頸存在。
另外，複合加工法則是使用熱加工的焊接法，如錫焊、銅焊或銀焊等，將各散熱鰭片42分別焊固在底座41上，也有使用冷加工的鉚接法，將各散熱鰭片42鉚接在底座41上，此種方式的優點可不需如上述一體成型的方式受限於模具，所以可提高散熱鰭片42的密度，但是其缺點在底座41與散熱鰭片42中間會因為不同介質的焊接或鉚接而有一定的熱阻產生，換言的，以焊接來說，因焊料的熱傳導因數一般皆低於底座41及散熱鰭片42材料的熱傳導因數，且焊料、底座41及散熱鰭片42間並非緊密接觸而有間隙存在，使得焊接處形成整體散熱器4在傳熱上主要的熱阻所在，將使得散熱器4的導熱效果不甚理想。
此外，參考圖2，為因應桌上型電腦內的高運作時脈的中央處理器晶片等高瓦數的發熱元件散熱使用，現今已有採用銅鋁複合加工的方式製成的散熱器6，其主要具有一中心導熱柱61，一般使用熱傳導因數較高的銅材料製成，使中心導熱柱61先放在一擠型模具內，再隨鋁材料一同通過該擠型模具，使得中心導熱柱61外緣被以鋁擠型方式所形成的多數片散熱鰭片62所包覆，此種製法的優點在可利用具有較高的熱傳導因數的中心導熱柱61以接觸發熱元件，以將發熱元件產生的熱量快速地進行傳導並擴散至各散熱鰭片62，另外，利用鋁材料比重約為銅材料三分的一的特性可降低整體散熱器6的重量。然而其缺點在，由於散熱鰭片62必須採用鋁擠型製法，因此將如前述受限在模具設計而同樣具有密度無法增加的難處，使得與空氣進行熱交換的效能有一定的極限存在，若為求得更隹的熱傳導性而使中心導熱柱61所佔的比例增加時，也將因銅材料比重較高而使得整體散熱器6的重量大幅提高。另外，因筆記型電腦內部在上下厚度方向上嚴格受限的情況下，此種必須直接接觸在發熱元件上方的散熱器6將有其安裝上的困難。
發明內容本發明的目的在於提供一種散熱裝置的複合加工法及成品，是利用高壓擠壓方式以消除不同構件間結合的熱阻，並可使所製得的散熱裝置具有較高的散熱鰭片密度，可大幅提高熱傳導效率。
本發明提供一種散熱裝置的複合加工法，是應用在一呈柱狀的導熱體及多數散熱鰭片的結合，其特徵在於該加工法包含有以下步驟(1)利用一夾具以夾持該散熱鰭片，並使相鄰該散熱鰭片間具有一定的間隔距離；(2)以一加工裝置對該導熱體施加壓力而迫使該導熱體與該散熱鰭片相互接近；(3)使該導熱體以緊配合方式穿過各該散熱鰭片，使該導熱體與各該散熱鰭片間相互接觸的位置處因擠壓摩擦的高溫而造成兩材料的局部熔融狀態；及(4)停止該導熱體與該等散熱鰭片間的相對運動，使得該導熱體與各該散熱鰭片在相互接觸位置的材料相互熔合，待冷卻後該導熱體與各該散熱鰭片無間隙地結合為一體。
上述散熱裝置的複合加工法還可以具有如下附加特徵該步驟(1)的散熱鰭片的對應位置處可開設有定位孔，而該定位孔的大小不大於該導熱體的橫斷面面積。
該步驟(2)的加工裝置為一氣壓推進機或油壓推進機或超音波振蕩熔接機或旋轉熔接機。
本發明按所述的散熱裝置的複合加工法所製成的散熱裝置，其特徵在於其包括一導熱體及多數散熱鰭片，該散熱鰭片彼此具有間隔距離地固定在該導熱體上，而該導熱體並具有一用以接觸一發熱體的接觸端部。
上述散熱裝置還可以具有如下附加特徵該導熱體可以是一具有高導熱係數的金屬材料。
該導熱體也可以是一中空的金屬管，該金屬管內填充有一液態導熱介質。
該導熱體也可以是一中空的金屬管，該金屬管內填充有一可隨溫度改變而產生液氣相變化的導熱介質。
該導熱體也可以是一中空的金屬管，該金屬管內填充有一固態碳基導熱材料。
該導熱體也可以是一中空的金屬管，該金屬管內填充有一高分子導熱材料。
該散熱鰭片可以為具有高導熱係數的金屬材料製成的薄片。
該散熱鰭片上可以設有多數個穿孔。
綜上所述，本發明的散熱裝置的複合加工法及成品的優點在一、無結合熱阻因導熱體1與散熱鰭片2間並不使用焊接方式連接，而是利用高壓產生接觸部份局部材料熔合的方式結合，因此導熱體1與散熱鰭片2間完全無間隙，使得熱傳導效能如同單一材料一般而沒有熱阻。
二、傳熱路徑較短由於散熱鰭片2是採用事先成型的方式，所以散熱鰭片2與導熱體1的結合可有效控制散熱鰭片2的數目與間隙，使得散熱鰭片2的整體密度可大幅提高，因此發熱元件3產生的熱量傳遞至散熱鰭片2處與空氣進行熱交換的路徑相對縮短，熱交換效能可有效增加。
三、可使用不同橫斷面大小的導熱體1因導熱體1與散熱鰭片2採複合加工方式，因此可使導熱體1的橫斷面面積具有不同的大小，例如使導熱體1接觸發熱元件3的接觸端部13具有較大的橫斷面面積，可用以增加發熱元件3與導熱體1的熱傳遞速率，而使導熱體1與散熱鰭片2連接處的橫斷面面積較小，則可使空氣以側面方向流過散熱鰭片2時，導熱體1對空氣的阻礙減少而能增加散熱鰭片2與空氣的熱交換速率。
下面通過最隹實施例及附圖對本發明的散熱裝置的複合加工法及成品進行詳細說明，附圖中圖1是一種傳統散熱器構造示意圖；圖2是另一種傳統散熱器構造俯視示意圖3是本發明的散熱裝置一較隹實施例構造分解示意圖；圖4是該較隹實施例組合後示意圖；圖5是本發明的散熱裝置另一較隹實施例組合後示意圖，說明一導熱體內填充有一熱傳導介質；及圖6是本發明的散熱裝置另一較隹實施例組合後示意圖，說明各散熱鰭片上形成有多數個穿孔。
具體實施方式參閱圖3、圖4及圖5，本發明的散熱裝置的複合加工法主要應用在一呈柱狀的導熱體1及多數散熱鰭片2的結合，本例中，導熱體1可為圖3及圖4所示為高導熱因數的金屬材料製成，如銅、鋁等，也可如圖5所示為一中空的金屬管11，使金屬管11內部填充有液態或固態的熱傳導介質12，液態的熱傳導介質12可採用隨溫度變化產生氣相與液相變化的冷媒物質，而固態的熱傳導介質12則可使用碳基材料或高分子材料等等，又，散熱鰭片2則是事先以衝壓、衝鍛、擠出、金屬射出、壓鑄等等機械加工法將銅或鋁材料加工形成薄片狀。
其加工方法如下首先如圖3，利用一夾具(圖未示)將各散熱鰭片2夾持固定而不會相對移動，使得相鄰散熱鰭片2的中間保持規格上所需的間隔距離，而各散熱鰭片2的對應位置處可先開設一定位孔20，而定位孔20的大小不可大於所欲匹配的導熱體1的橫斷面面積。
再以一加工裝置(圖未示)對導熱體1施加壓力，迫使導熱體1接近散熱鰭片2的定位孔20。此加工裝置可使用氣壓推進機、油壓推進機、超音波振蕩熔接機或旋轉熔接機等，因此類加工裝置為現今普遍使用的加工機具，其構造也非本發明的重點，在此即不詳細說明。
如圖4，由於定位孔20面積小於導熱體1的橫斷面面積，將造成導熱體1以緊配合方式逐一穿過各散熱鰭片2的定位孔20，進而使導熱體1與各散熱鰭片2間相互接觸的位置處因擠壓摩擦產生高溫，進而造成散熱鰭片2的定位孔20內緣面與導熱體1的外壁面兩材料的局部熔融狀態，而若使用超音波振蕩熔接機時，更可在導熱體1穿過各散熱鰭片2後同時產生高頻率的振動，造成導熱體1與各散熱鰭片2間更容易達到局部熔融的狀態，相同地，若改以旋轉熔接機進行加工時，在導熱體1穿過各散熱鰭片2後可使導熱體1以其軸心產生快速旋轉運動，藉此造成導熱體1與各散熱鰭片2的中間藉由旋轉摩擦產生的高熱而有局部熔融的狀態發生。
最後，停止導熱體1與等散熱鰭片2間的相對運動，使得導熱體1與各散熱鰭片2相互接觸位置的材料得以相互熔合，冷卻後，導熱體1與各散熱鰭片2即可無間隙地結合成為一體。
如此，散熱裝置即可具有一上下方向直立的導熱體1及多數個以橫向平行並列的散熱鰭片2，而導熱體1的下端更可形成一接觸端部13，並藉由一固定座14將接觸端部13定位在一如中央處理器晶片的發熱元件3上，使得接觸端部13接觸發熱元件3，以將發熱元件3的熱量傳遞至各散熱鰭片2，再由散熱鰭片2與空氣進行熱交換後以降低發熱元件3的溫度。
又，利用上述製法，導熱體1可具有不同的斷面，例如使接觸端部13的斷面面積加大可有效提高與發熱元件3的接觸面積，而導熱體1與散熱鰭片2接觸部份的斷面面積可縮小，使得側向流動的空氣流經各散熱鰭片2間所受到導熱體1的阻礙更為縮小，散熱效能可因此提高。又如圖6，散熱鰭片2上也可事先設有多數個供空氣流通以形成表面擾流的穿孔21，可用以增加空氣與散熱鰭片2間的熱交換效率。
權利要求
1.一種散熱裝置的複合加工法，是應用在一呈柱狀的導熱體及多數散熱鰭片的結合，其特徵在於該加工法包含有以下步驟(1)利用一夾具以夾持該散熱鰭片，並使相鄰該散熱鰭片間具有一定的間隔距離；(2)以一加工裝置對該導熱體施加壓力而迫使該導熱體與該散熱鰭片相互接近；(3)使該導熱體以緊配合方式穿過各該散熱鰭片，使該導熱體與各該散熱鰭片間相互接觸的位置處因擠壓摩擦的高溫而造成兩材料的局部熔融狀態；及(4)停止該導熱體與該等散熱鰭片間的相對運動，使得該導熱體與各該散熱鰭片在相互接觸位置的材料相互熔合，待冷卻後該導熱體與各該散熱鰭片無間隙地結合為一體。
2.如權利要求1所述的散熱裝置的複合加工法，其特徵在於該步驟(1)的散熱鰭片的對應位置處開設有定位孔，而該定位孔的大小不大於該導熱體的橫斷面面積。
3.如權利要求1所述的散熱裝置的複合加工法，其特徵在於該步驟(2)的加工裝置為一氣壓推進機或油壓推進機。
4.如權利要求1所述的散熱裝置的複合加工法，其特徵在於該步驟(2)的加工裝置為一超音波振蕩熔接機。
5.如權利要求1所述的散熱裝置的複合加工法，其特徵在於該步驟(2)的加工裝置為一旋轉熔接機。
6.一種如權利要求1所述的散熱裝置的複合加工法所製成的散熱裝置，其特徵在於其包括一導熱體及多數散熱鰭片，該散熱鰭片彼此具有間隔距離地固定在該導熱體上，而該導熱體並具有一用以接觸一發熱體的接觸端部。
7.如權利要求6所述的散熱裝置，其特徵在於該導熱體是一具有高導熱係數的金屬材料。
8.如權利要求6所述的散熱裝置，其特徵在於該導熱體是一中空的金屬管，該金屬管內填充有一液態導熱介質。
9.如權利要求6所述的散熱裝置，其特徵在於該導熱體是一中空的金屬管，該金屬管內填充有一可隨溫度改變而產生液氣相變化的導熱介質。
10.如權利要求6所述的散熱裝置，其特徵在於該導熱體是一中空的金屬管，該金屬管內填充有一固態碳基導熱材料。
11.如權利要求6所述的散熱裝置，其特徵在於該導熱體是一中空的金屬管，該金屬管內填充有一高分子導熱材料。
12.如權利要求6所述的散熱裝置，其特徵在於該散熱鰭片為具有高導熱係數的金屬材料製成的薄片。
13.如權利要求6所述的散熱裝置，其特徵在於該散熱鰭片上設有多數個穿孔。
全文摘要
一種散熱裝置的複合加工法及成品，是應用在一柱狀導熱體及多數散熱鰭片的結合，其加工步驟為利用一夾具夾持該等散熱鰭片，再對導熱體施加壓力而以緊配合方式穿過各散熱鰭片，造成導熱體與各散熱鰭片間相互接觸的位置處因擠壓摩擦的高溫而造成兩材料的局部熔融狀態而可無間隙地結合為一體，成為一導熱體外側連接有多數並列且相距一定間隔距離的散熱鰭片。本發明是利用高壓擠壓方式以消除不同構件間結合的熱阻，並可使所製得的散熱裝置具有較高的散熱鰭片密度，可大幅提高熱傳導效率。
文檔編號H01L23/34GK1481208SQ0214163
公開日2004年3月10日 申請日期2002年9月6日 優先權日2002年9月6日
發明者簡鵬, 簡 鵬 申請人:簡鵬, 簡 鵬