散熱模塊與使用該散熱模塊的電子裝置的製作方法

2023-08-10 16:01:21 3

專利名稱：散熱模塊與使用該散熱模塊的電子裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種散熱模塊與使用該散熱模塊的電子裝置，且特別涉及一種無須外加電能的散熱才莫塊與使用該散熱模塊的電子裝置。
背景技術：
任何電子裝置在操作時勢必會產生熱量而使裝置的溫度升高，並有可能會影響到電子裝置的操作性能，因而必須通過適當的散熱機制排除熱量以維持電子裝置的正常操作。然而，現今電子裝置多朝向具有"輕、薄、短、小"的特性發展，使得電子裝置內部空間4皮壓縮得更小而^f吏得散熱更為困難，因此，必須輔以更為有效的散熱才幾制才^亍。
散熱機制主要分為兩種， 一種是主動式散熱，另一種則是被動式散熱。主動式散熱例如是通過散熱風扇產生足夠的空氣對流以將熱量主動帶走。至於被動式散熱，其例如是通過與空氣接觸的散熱鰭板將熱逸散到空氣中。目前，熱電致冷器可應用於電子裝置的散熱。在散熱時，熱電致冷器的冷端須靠近名炎降溫的區域，而熱電致冷器的熱端則需 一荅配另 一散熱逸散i殳計以避免熱量回流。
以美國專利號US5040381所披露的"用於冷卻電路的裝置"(Apparatus for Cooling Circuits)為例，其爿尋熱電至丈冷器的熱端與散熱鰭板結合，以儘可能地加大熱端與空氣接觸的面積，才能快速
5將熱端的熱量排除。然而，由於電熱致冷器必須外加電能才可才乘作，且散熱鰭—反佔有一定的體積，如此，4吏運用於電子裝置時的成本較高，同時也無法滿足電子裝置小型化的需求。

發明內容
本發明涉及一種散熱模塊與使用該散熱才莫塊的電子裝置，在不需外加電能的情況下，而通過可動的散熱單元以隨溫度調整散熱面積，進而產生多^殳散熱效果。
本發明提出了一種散熱模塊，此模塊包括熱源接觸元件、冷卻槽與可動單元。熱源接觸元件用於接收熱源。冷卻槽儲存有冷卻液，
並具有至少一個開口與至少一個閥門，其中，閥門以可動的方式i殳置於開口的鄰側以開啟或關閉該開口 。可動單元連4妾至熱源接觸元件以接收該熱源，且可動單元具有對應於閥門設置的凸出散熱端。凸出散熱端用於根據熱源的溫度而移動並推動閥門，且凸出散熱端用於在開口糹皮開啟後與冷卻液，接觸，由此以將熱源傳遞到冷卻液中。
才艮據本發明的散熱模塊，其中該開口與該閥門位於該冷卻槽的底部，而該可動單元i殳置於,令卻衝曹與該熱源衝妄觸元4牛之間。
根據本發明的散熱模塊，其中該冷卻槽的底部具有平坦底面，該開口^立於該平i旦底面。
根據本發明的散熱模塊，其中該冷卻槽的底部具有至少 一個凸部或凹部，該開口^f立於該凸部或該凹部。
才艮據本發明的散熱4莫塊，其中該凸部或該凹部具有V形截面或U形截面。
6衝艮據本發明的散熱才莫塊，其中該可動單元包4舌至少一個形變元件，該形變元件具有相互貼合的第一材料層與第二材料層，該第一材料層的熱膨脹係數基本上不同於該第二材料層的熱膨脹係數。
根據本發明的散熱模塊，其中該第 一材料層的熱膨脹係數小於該第二材料層的熱膨脹係數，該第 一材料層與熱源接觸元件接觸，該凸出散熱端設置於該第二材料層上。
根據本發明的散熱才莫塊，其中該凸出散熱端基本上位於該形變元<牛的中央。
根據本發明的散熱沖莫塊，其中該第 一 材料層的熱膨脹係數大於該第二材料層的熱膨脹係數，該第 一材料層與熱源接觸元件接觸，該凸出散熱端設置於該第二材料層上。
根據本發明的散熱模塊，其中該凸出散熱端基本上位於該形變元件的一端。
才艮據本發明的散熱模塊，其中該冷卻槽在該開口的周圍設有疏水材料。
根據本發明的散熱模塊，其中該凸出散熱端的頂部具有親水材料。
根據本發明的散熱模塊，其中該可動單元包括熱變形記憶合金。
本發明還提出了一種電子裝置，此裝置包括熱源產生元件以及散熱模塊。散熱模塊包括熱源接觸元件、冷卻槽與可動單元。熱源接觸元件接觸熱源產生元件以4妻收該熱源產生元件的熱源。冷卻槽^f諸存有冷卻液，並具有至少一個開口與至少一個閥門，其中，閥門
7以可動的方式i殳置於開口的鄰側以開啟或關閉該開口 。可動單元連4妻至熱源-接觸元件以^接收該熱源，且可動單元具有^J"應於閥門i殳置
門，且凸出散熱端用於在開口^皮開啟後與冷卻液4妄觸，由此以將熱源4專遞到,令4卩、液中。
根據本發明的電子裝置，其中該開口與該閥門位於該冷卻槽的底部，而該可動單元i殳置於冷卻衝曹與該熱源4姿觸元^牛之間。
才艮據本發明的電子裝置，其中該冷卻槽的底部具有平坦底面，該開口4立於該平坦底面。
才艮據本發明的電子裝置，其中該冷卻槽的底部具有至少一個凸部或凹部，該開口^立於該凸部或該凹部。
才艮據本發明的電子裝置，其中該凸部或該凹部具有V形截面或u形截面。
才艮據本發明的電子裝置，其中該可動單元包括至少一個形變元件，該形變元件具有相互貼合的第一材料層與第二材料層，該第一材料層的熱膨脹係數基本上不同於該第二材料層的熱膨脹係數。
根據本發明的電子裝置，其中該第 一材料層的熱膨脹係數小於該第二材料層的熱膨脹係數，該第 一材料層與熱源4妄觸元件接觸，該凸出散熱端設置於該第二材料層上。
才艮據本發明的電子裝置，其中該凸出散熱端基本上位於該形變元ff的中央。
8根據本發明的電子裝置，其中該第 一 材料層的熱膨脹係數大於 該第二材料層的熱膨脹係數，該第 一材料層與熱源接觸元件接觸， 該凸出散熱端設置於該第二材料層上。
才艮據本發明的電子裝置，其中該凸出散熱端基本上位於該形變 元件的一端。
根據本發明的電子裝置，其中該冷卻槽在該開口的周圍設有疏
水材料。
才艮據本發明的電子裝置，其中該凸出散熱端的頂部具有親水材料。
才艮據本發明的電子裝置，其中該可動單元包括熱變形記憶合金。
才艮據本發明的電子裝置，其中該熱源產生元件包括電子元件。
為使本發明的上述內容能更明顯易懂，下文特舉優選的實施 例，並結合所附附圖，4乍詳細i兌明:^下。


圖1A示出了依照本發明優選實施例的散熱才莫塊裝設於電子裝 置的示意圖。
圖1B示出了圖1A的散熱模塊的局部放大圖。
圖1C示出了圖1B的凸出散熱端移動後的示意圖。
圖2是示出了凸出散熱端的頂部設置有親水材料的示意圖。圖3A示出了冷卻槽底部具有凸部的示意圖。
圖3B示出了圖3A的凸出散熱端移動後的示意圖。 圖4示出了一打線封裝的晶片的示意圖。
圖5A示出了顯示裝置使用覆晶(倒裝晶片)封裝的示意圖。 圖5B示出了圖5A的液晶面4反與驅動晶片的局部》文大圖。
具體實施例方式
請參照圖1A、 1B，圖1A示出了依照本發明優選實施例的散 熱模塊裝設於電子裝置的示意圖，圖1B示出了圖1A的散熱模塊的 局部放大圖。散熱模塊100包括熱源接觸元件110、冷卻槽120與 可動單元130。熱源接觸元件110用於接收熱源。冷卻槽120儲存 有冷卻、液CL，並具有至少一個開口 122 (見圖1B)與至少一個閥 門124 (見圖1B),其中，閥門124以可動的方式i殳置於開口 122 的鄰側以開啟或關閉該開口 122。可動單元130連4妄至熱源4妻觸元 件110以4妻收該熱源，且可動單元130具有對應於閥門124 i殳置的 凸出散熱端132，且優選地，凸出散熱端132的頂部接觸到閥門124, 以直接發揮其散熱功能。並請參照圖1C，其示出了圖1B的凸出散 熱端移動後的示意圖。凸出散熱端132用於才艮據熱源的溫度而移動 並4偉動閥門124,且凸出散熱端132還用於在開口 122淨皮開啟後與 冷卻液CL 4妾觸，由此以將熱源傳遞到冷卻液CL中。
如圖1A所示，散熱才莫塊100可裝設於電子裝置200中，並與 電子裝置200的熱源產生元件210接觸，由此以將熱源產生元件210
產生的熱量帶走，如此，可避免電子裝置200在才喿作時發生溫度過
10高的情形。熱源產生元件210例如是電子元件，此電子元件可以是
晶片、晶片組或處理器等可執行大量運算的元件。
如圖1B所示，可動單元130i殳置於冷卻4曹120與熱源4妄觸元 件110之間。冷卻槽120的開口 122與閥門124設置於冷卻槽120 底部的平坦底面上。冷卻槽120的底部也可被設計為非平坦的形狀， 之後將附圖i兌明。
可動單元130還包括至少一個形變元件134。形變元件134的 兩端固定於熱源4妄觸元ff 110上，並具有相互貼合的第一材^牛層 134A與第二材泮牛層134B。第一材料層134A的熱膨月長系悽t (coefficient of thermal expansion, COF )基本上不同於第二材料層 134B的熱膨脹係數，使兩個材料層134A、 134B在受熱時會產生不 同的膨脹大小。材料層134A與134B的材質可為具有不同膨脹係數 的彈性體，例如是相異金屬(金、銅等金屬)、相異組成比的合金、 相異高分子材料(如聚醯亞胺)或金屬與高分子材料的組合等。
在圖IB中，第一材衝+層134A <立於第二才才#+層134B與熱源接 觸元件110之間，熱源經第一材衝+層134A傳遞進入形變元件134, 而凸出散熱端132則i殳置於第二材津+層134B上，並位於形變元件 134中央處。其中，第一材料層134A的熱膨脹係數基本上小於第 二材料層134B的熱膨脹係數。這樣，當形變元件134感受到熱源 接觸元件110的溫度升高時，第二材料層134B的膨力長量會大於第 一材4+層134A的膨脹量。且由於形變元件134的兩端固定於熱源 4妻觸元件110上，4吏形變元件134的中央會整個彎折起來而呈現4共 門狀。此時，設置於形變元件134上的凸出散熱端132會隨著形變 元件134中央向上拱起的部分移動，^更得以進一步推動閥門124移 動而與冷卻液CL^妻觸，如圖1C所示。由於第一材衝牛層134A與第二才才衝牛層134B會隨著溫度產生不 同程度的膨脹量，形變元件134因而可產生不同彎折3改果，以改變 凸出散熱端132進入開口 122的大小，如此可調整凸出散熱端132 與冷卻液CL的4妄觸或傳導面積，進而達到不同程度的散熱效果。 例如，當熱源4妄觸元件110 4妄收到高溫時，第一材^f"層134A與第 二材料層134B會產生較大程度的膨脹量，使形變元件134產生較 大的彎折量而讓凸出散熱端132大幅度的深入開口 122中以與冷卻 液CL產生大面積-接觸，而可加速熱量的排除。
優選地，冷卻槽120在開口 122的周圍設有疏水材料126。通 過疏水材衝牛126的i殳置及其發o水的特性，當閥門124 ^皮開啟後，可 防止冷卻液CL直4妄由開口 122洩漏出去。疏水材料126可以是高
分子材料，例如是鐵氟龍或光阻膠(SU8)或硫醇(Thiol)等。
另外，請參照圖2,其示出了凸出散熱端的頂部設置有親水材 料的示意圖。將親水材料136設置於凸出散熱端132的頂部時，親 水材津十136可力。大冷卻液CL與凸出散熱端132的4妄觸面積，以增 加散熱的效率。親水材料136例如是經過常壓電漿表面處理的金屬 或高分子材料，或具有二氧化矽塗敷的表面。另外，在凸出散熱端 132表面未設置親水材料136的部分則可設置疏水材料(未示出)， 以避免冷卻液CL外漏。
以下

冷卻槽底部為非平坦底面的設計。請參照圖3A、 3B,圖3A示出了冷卻槽底部具有凸部的示意圖，圖3B示出了圖 3A的凸出散熱端移動後的示意圖。冷卻槽120，底部具有至少一個 向外凸出的凸部120A，，開口 122M立於凸部120A，上。凸部120A， 具有V形截面，開口 122，位於凸部120A，的其中一個殺牛面上。對應 於斜面的開口 122，設計，優選地可使凸出散熱端132斜向進入開口 122，以4,動閥門124，移動。
12形變元件134，具有第一材料層134A，與第二材料層134B，，且 形變元件134，的一端固定於熱源接觸元件IIO上。其中，第一材料 層134A，與熱源接觸元件110接觸，第二材料層134B，則位於第一 材料層134A，上方。此外，第一材料層134A，的熱膨月長係數基本上 大於第二材料層134B，的熱膨脹係數。凸出散熱端132設置於第二 材料層134B，上，並基本上位於形變元件134，未固定的一端。當熱 源接觸元件110的溫度升高時，由於第一材料層134A，的熱膨脹系 數大於第二材料層134B，的熱膨脹係數，使得第一材衝+層134A，的 膨脹量大於第二材料層134B，的膨脹量，而產生兩端向上翹起的情 形。然而由於形變元件134，的一端固定於熱源*接觸元4牛110， 4吏4尋 形變元件134，未固定的一端會向上翹起，而帶動凸起散熱端132向 上移動，如此，便得以使凸起散熱端132從斜向進入開口 122，中以 4偉動閥門124，#多動。
雖然在圖3A、 3B中是以冷卻槽120，具有向外凸出的凸部為例
作說明，然而本發明並不以此為限定，在其它實施例中也可4吏冷卻 沖曹具有向才曹內凹入的凹部i殳計。it匕外，圖3A、 3B中雖是以凸吾卩具 有V形截面作說明，然而在其它實施例中，凸部或是前述的凹部也 可具有U形截面。
上述各個形變元件都是由兩個熱膨脹係數相異的材料層形成， 並根據不同邊界條件(如冷卻槽開口位置與形狀等因素)去決定形 變元件的i殳置位置與方式。如圖1B的冷卻槽120具有平坦底面， 而形變元件134的兩端固定於熱源4姿觸元件110上，且熱膨月長變形 較快的材料層(134B)位於上層， 一旦材料變形， -使可產生向上位 移的效果。在圖3A中，冷卻槽120，具有非平坦表面，為使凸出散 熱端132斜向進入開口 122，中，僅l吏形變元件134，的一端固定於熱 源接觸元件110上，且使熱膨脹變形較快的材料層(134A，)位於 下層， 一旦材料變形，〗更可^f吏形變元件134，一端翹起而產生殺牛向上
13升的效果。值得注意的是，圖3A中的形變元件134，也可被應用於 圖1B的冷卻槽120以達到散熱的-丈果。
在此必須說明的是，前述以兩種材料層組成的形變元件，也可 直接以單層或多層的熱變形記憶合金提供相同的效果。由於熱變形 記憶合金在高溫時具有高溫狀形狀，而在冷卻時會'恢復成低溫一大形 狀，因而會才艮據溫度變化而產生形變效果，因此可作為前述形變元 件之用。熱變形記憶合金的材料例如是鎳鈦合金、銅鋅合金、銅鋁 鎳合金、銅鉬鎳合金、銅金鋅合金等。
當熱源4妄觸元4牛1104妻觸的熱端(如前述的熱源產生元4牛210) 溫度升高時，形變元件134、 134，爿誇產生變形而與熱源4妄觸元4牛110 的表面部分分離，此時可提供第一階段的擴大散熱面積效果。如果 熱端溫度持續上升，則形變元件134、 134，持續變形，造成凸出散 熱端132經由冷卻槽120、 120，的開口 122、 122，插入冷卻槽120、 120，，而與槽內的冷卻液CL接觸，則可提供第二階段更快速的散 熱效果。由於開口 122、 122，處設置有閥門124、 124，，可以^f呆持冷 卻液CL與外界在未工作時的隔離狀態。
以下舉例說明散熱模塊100可應用的實例。請先參照圖4,其 示出了一打線封裝的晶片的示意圖。如圖4所示，散熱模塊100安 置於晶片410的上方，並通過支架420與電路板430結合。在晶片 410被驅動時，其熱量將被上方的散熱模塊100所帶走而維持晶片 410的溫度。另外，散熱模塊100也可設置於電路板430的下方。
接著請參照圖5A、 5B,圖5A示出了顯示裝置使用覆晶封裝 的示意圖，圖5B示出了圖5A的液晶面板與驅動晶片的局部》文大圖。 顯示裝置500的液晶面+反510其驅動晶片520通過覆晶封裝於專欠性 電^各一反530上，再與液晶面々反510的控制電^各(未示出)作津禺4妄。 優選地，每一驅動晶片520具有對應的散熱模塊100，當然，也可視實際操作情形增減散熱模塊100的數量。散熱模塊IOO設置於驅
動晶片520上方(或可設置於軟性電路板530的下方)。多個散熱 才莫塊100可共享相同的支架540以固定於顯示裝置500中。
前述的熱源產生元件210多是以晶片為例作i兌明，然而熱源產 生元件210也可為其它在4喿作時會產生高溫的電子元件，例如是衝更 影裝置的光機、燈泡等。此外，熱源產生元件與散熱模塊間的相對 位置，可依實際狀況i殳計為4妄觸式或非接觸式；只需兩者間可有歲丈 傳遞熱量即可(傳導、對流、輻射任一形式)。再者，在本實施例 中雖然是將可動單元設置於冷卻槽與熱源接觸元件之間，使可動單 元由冷卻槽底部向上移入冷卻槽以與冷卻液4妄觸散熱，然而本發明 並不以此為限定。可動單元也可由冷卻槽的頂端向下移進冷卻槽， 或是由冷卻槽側邊移入冷卻槽中，都同樣具有散熱的效果。
本發明上述實施例所披露的散熱模塊與使用該散熱模塊的電
液之間的接觸或傳導面積，以產生多段式散熱效果。另外，由於無 須外加電能，而可省去額外的布線i殳計以簡4b電子裝置的結構，如 jt匕而可降〗氐成本。
綜上所述，雖然本發明已以優選實施例4皮露如上，然而其並非 用於限定本發明。本發明所屬技術領域中的普通技術人員，在不脫 離本發明的精神和範圍的情況下，應當可以作出各種更改與修飾。 因此，本發明的保護範圍應當以隨後所附的權利要求所限定的為準。
15100:散熱—莫塊
120、 120，冷卻槽
122、 122，開口
126:疏水材料
132:凸出散熱端
134A、 134A，第一材料層
136:親水材淖牛
210:熱源產生元ff
420、 540:支架
500:顯示裝置
CL:冷卻液
說明書第12/12頁
110:熱源4妻觸it/f牛
120A，凸部
124、 124，閥門
130:可動單元
134、 134，形變it/f牛
134B、 134B，第二材泮牛層
200:電子裝置
410:晶片
430、 530:電路板
510:'液晶面一反
520:驅動晶片
權利要求
1. 一種散熱模塊，包括熱源接觸元件，用於接收熱源；冷卻槽，儲存有冷卻液，所述冷卻槽具有至少一個開口與至少一個閥門，所述閥門以可動的方式設置於所述開口的鄰側以開啟或關閉所述開口；以及可動單元，連接至所述熱源接觸元件以接收所述熱源，所述可動單元具有對應於所述閥門設置的凸出散熱端，所述凸出散熱端用於根據所述熱源的溫度而移動並推動所述閥門，且所述凸出散熱端用於在所述開口被開啟後與所述冷卻液接觸，由此以將所述熱源傳遞到所述冷卻液中。
2. 根據權利要求1所述的散熱模塊，其中，所述開口與所述閥門 位於所述冷卻槽的底部，而所述可動單元i殳置於冷卻衝曹與所述 熱源4妻觸元件之間。
3. 根據權利要求2所述的散熱模塊，其中，所述冷卻槽的底部具 有平坦底面，所述開口^f立於所迷平坦底面。
4. 根據權利要求2所述的散熱模塊，其中，所述冷卻槽的底部具 有至少一個凸部或凹部，所述開口卩立於所述凸部或戶斤述凹部。
5. 根據權利要求4所述的散熱模塊，其中，所述凸部或所述凹部 具有V形截面或U形截面。
6. 根據權利要求1所述的散熱模塊，其中，所述可動單元包括至 少 一個形變元件，所述形變元件具有相互貼合的第 一材料層與 第二材料層，所述第 一材料層的熱膨脹係數基本上不同於所述 第二材料層的熱膨脹係數。
7. 根據權利要求6所述的散熱模塊，其中，所述第一材料層的熱 膨脹係數小於所述第二材料層的熱膨脹系#:，所述第一材料層 與熱源接觸元件接觸，所述凸出散熱端設置於所述第二材料層上。
8. 根據權利要求7所述的散熱模塊，其中，所述凸出散熱端基本 上位於所述形變元件的中央。
9. 根據權利要求6所述的散熱模塊，其中，所述第一材料層的熱 膨脹係數大於所述第二材料層的熱膨脹係數，所述第 一材料層 與熱源接觸元件接觸，所述凸出散熱端設置於所述第二材料層上。
10. —種電子裝置，包括熱源產生元Y牛；以及散熱模塊，包括熱源4妾觸元件，接觸所述熱源產生元件以4妻收所述 熱源產生元4牛的熱源；冷卻槽，4諸存有冷卻液，所迷冷卻槽具有至少一個 開口與至少 一個閥門，所迷閥門以可動的方式i殳置於所述 開口的4卩,'j以開啟或關閉所述開口 ；以及可動單元，連接至所述熱源接觸元件以接收所述熱 源，所述可動單元具有對應於所述閥門設置的凸出散熱 端，所述凸出散熱端用於根據所述熱源的溫度而移動並推動所述閥門，且所述凸出散熱端用於在所述開口被開 啟後與所述冷卻'液《接觸，由此以將所述熱源傳遞到所述 ;令^P液中。
全文摘要
本發明提供了一種散熱模塊與使用該散熱模塊的電子裝置。散熱模塊包括熱源接觸元件、冷卻槽與可動單元。熱源接觸元件用於接收熱源。冷卻槽儲存有冷卻液，並具有至少一個開口與至少一個閥門，其中，閥門以可動的方式設置於開口的鄰側以開啟或關閉該開口。可動單元連接至熱源接觸元件以接收該熱源，且可動單元具有對應於閥門設置的凸出散熱端。凸出散熱端用於根據熱源的溫度而移動並推動閥門，且凸出散熱端用於在開口被開啟後與冷卻液接觸，由此以將熱源傳遞到冷卻液中。電子裝置包括熱源產生元件以及散熱模塊。
文檔編號H05K7/20GK101511158SQ200810008248
公開日2009年8月19日 申請日期2008年2月14日 優先權日2008年2月14日
發明者周忠誠, 徐嘉宏, 威 王 申請人:瑞鼎科技股份有限公司