散热模块与使用该散热模块的电子装置.pdf

本发明提供了一种散热模块与使用该散热模块的电子装置。散热模块包括热源接触元件、冷却槽与可动单元。热源接触元件用于接收热源。冷却槽储存有冷却液，并具有至少一个开口与至少一个阀门，其中，阀门以可动的方式设置于开口的邻侧以开启或关闭该开口。可动单元连接至热源接触元件以接收该热源，且可动单元具有对应于阀门设置的凸出散热端。凸出散热端用于根据热源的温度而移动并推动阀门，且凸出散热端用于在开口被开启后与冷却液接触，由此以将热源传递到冷却液中。电子装置包括热源产生元件以及散热模块。

1.  一种散热模块，包括：
热源接触元件，用于接收热源；
冷却槽，储存有冷却液，所述冷却槽具有至少一个开口与至少一个阀门，所述阀门以可动的方式设置于所述开口的邻侧以开启或关闭所述开口；以及
可动单元，连接至所述热源接触元件以接收所述热源，所述可动单元具有对应于所述阀门设置的凸出散热端，所述凸出散热端用于根据所述热源的温度而移动并推动所述阀门，且所述凸出散热端用于在所述开口被开启后与所述冷却液接触，由此以将所述热源传递到所述冷却液中。

2.  根据权利要求1所述的散热模块，其中，所述开口与所述阀门位于所述冷却槽的底部，而所述可动单元设置于冷却槽与所述热源接触元件之间。

3.  根据权利要求2所述的散热模块，其中，所述冷却槽的底部具有平坦底面，所述开口位于所述平坦底面。

4.  根据权利要求2所述的散热模块，其中，所述冷却槽的底部具有至少一个凸部或凹部，所述开口位于所述凸部或所述凹部。

5.  根据权利要求4所述的散热模块，其中，所述凸部或所述凹部具有V形截面或U形截面。

6.  根据权利要求1所述的散热模块，其中，所述可动单元包括至少一个形变元件，所述形变元件具有相互贴合的第一材料层与第二材料层，所述第一材料层的热膨胀系数基本上不同于所述第二材料层的热膨胀系数。

7.  根据权利要求6所述的散热模块，其中，所述第一材料层的热膨胀系数小于所述第二材料层的热膨胀系数，所述第一材料层与热源接触元件接触，所述凸出散热端设置于所述第二材料层上。

8.  根据权利要求7所述的散热模块，其中，所述凸出散热端基本上位于所述形变元件的中央。

9.  根据权利要求6所述的散热模块，其中，所述第一材料层的热膨胀系数大于所述第二材料层的热膨胀系数，所述第一材料层与热源接触元件接触，所述凸出散热端设置于所述第二材料层上。

10.  一种电子装置，包括：
热源产生元件；以及
散热模块，包括：
热源接触元件，接触所述热源产生元件以接收所述热源产生元件的热源；
冷却槽，储存有冷却液，所述冷却槽具有至少一个开口与至少一个阀门，所述阀门以可动的方式设置于所述开口的邻侧以开启或关闭所述开口；以及
可动单元，连接至所述热源接触元件以接收所述热源，所述可动单元具有对应于所述阀门设置的凸出散热端，所述凸出散热端用于根据所述热源的温度而移动并推动所述阀门，且所述凸出散热端用于在所述开口被开启后与所述冷却液接触，由此以将所述热源传递到所述冷却液中。

散热模块与使用该散热模块的电子装置
技术领域
本发明涉及一种散热模块与使用该散热模块的电子装置，且特别涉及一种无须外加电能的散热模块与使用该散热模块的电子装置。
背景技术
任何电子装置在操作时势必会产生热量而使装置的温度升高，并有可能会影响到电子装置的操作性能，因而必须通过适当的散热机制排除热量以维持电子装置的正常操作。然而，现今电子装置多朝向具有“轻、薄、短、小”的特性发展，使得电子装置内部空间被压缩得更小而使得散热更为困难，因此，必须辅以更为有效的散热机制才行。
散热机制主要分为两种，一种是主动式散热，另一种则是被动式散热。主动式散热例如是通过散热风扇产生足够的空气对流以将热量主动带走。至于被动式散热，其例如是通过与空气接触的散热鳍板将热逸散到空气中。目前，热电致冷器可应用于电子装置的散热。在散热时，热电致冷器的冷端须靠近欲降温的区域，而热电致冷器的热端则需搭配另一散热逸散设计以避免热量回流。
以美国专利号US5040381所披露的“用于冷却电路的装置”(Apparatus for Cooling Circuits)为例，其将热电致冷器的热端与散热鳍板结合，以尽可能地加大热端与空气接触的面积，才能快速将热端的热量排除。然而，由于电热致冷器必须外加电能才可操作，且散热鳍板占有一定的体积，如此，使运用于电子装置时的成本较高，同时也无法满足电子装置小型化的需求。
发明内容
本发明涉及一种散热模块与使用该散热模块的电子装置，在不需外加电能的情况下，而通过可动的散热单元以随温度调整散热面积，进而产生多段散热效果。
本发明提出了一种散热模块，此模块包括热源接触元件、冷却槽与可动单元。热源接触元件用于接收热源。冷却槽储存有冷却液，并具有至少一个开口与至少一个阀门，其中，阀门以可动的方式设置于开口的邻侧以开启或关闭该开口。可动单元连接至热源接触元件以接收该热源，且可动单元具有对应于阀门设置的凸出散热端。凸出散热端用于根据热源的温度而移动并推动阀门，且凸出散热端用于在开口被开启后与冷却液接触，由此以将热源传递到冷却液中。
根据本发明的散热模块，其中该开口与该阀门位于该冷却槽的底部，而该可动单元设置于冷却槽与该热源接触元件之间。
根据本发明的散热模块，其中该冷却槽的底部具有平坦底面，该开口位于该平坦底面。
根据本发明的散热模块，其中该冷却槽的底部具有至少一个凸部或凹部，该开口位于该凸部或该凹部。
根据本发明的散热模块，其中该凸部或该凹部具有V形截面或U形截面。
根据本发明的散热模块，其中该可动单元包括至少一个形变元件，该形变元件具有相互贴合的第一材料层与第二材料层，该第一材料层的热膨胀系数基本上不同于该第二材料层的热膨胀系数。
根据本发明的散热模块，其中该第一材料层的热膨胀系数小于该第二材料层的热膨胀系数，该第一材料层与热源接触元件接触，该凸出散热端设置于该第二材料层上。
根据本发明的散热模块，其中该凸出散热端基本上位于该形变元件的中央。
根据本发明的散热模块，其中该第一材料层的热膨胀系数大于该第二材料层的热膨胀系数，该第一材料层与热源接触元件接触，该凸出散热端设置于该第二材料层上。
根据本发明的散热模块，其中该凸出散热端基本上位于该形变元件的一端。
根据本发明的散热模块，其中该冷却槽在该开口的周围设有疏水材料。
根据本发明的散热模块，其中该凸出散热端的顶部具有亲水材料。
根据本发明的散热模块，其中该可动单元包括热变形记忆合金。
本发明还提出了一种电子装置，此装置包括热源产生元件以及散热模块。散热模块包括热源接触元件、冷却槽与可动单元。热源接触元件接触热源产生元件以接收该热源产生元件的热源。冷却槽储存有冷却液，并具有至少一个开口与至少一个阀门，其中，阀门以可动的方式设置于开口的邻侧以开启或关闭该开口。可动单元连接至热源接触元件以接收该热源，且可动单元具有对应于阀门设置的凸出散热端。凸出散热端用于根据热源的温度而移动并推动阀门，且凸出散热端用于在开口被开启后与冷却液接触，由此以将热源传递到冷却液中。
根据本发明的电子装置，其中该开口与该阀门位于该冷却槽的底部，而该可动单元设置于冷却槽与该热源接触元件之间。
根据本发明的电子装置，其中该冷却槽的底部具有平坦底面，该开口位于该平坦底面。
根据本发明的电子装置，其中该冷却槽的底部具有至少一个凸部或凹部，该开口位于该凸部或该凹部。
根据本发明的电子装置，其中该凸部或该凹部具有V形截面或U形截面。
根据本发明的电子装置，其中该可动单元包括至少一个形变元件，该形变元件具有相互贴合的第一材料层与第二材料层，该第一材料层的热膨胀系数基本上不同于该第二材料层的热膨胀系数。
根据本发明的电子装置，其中该第一材料层的热膨胀系数小于该第二材料层的热膨胀系数，该第一材料层与热源接触元件接触，该凸出散热端设置于该第二材料层上。
根据本发明的电子装置，其中该凸出散热端基本上位于该形变元件的中央。
根据本发明的电子装置，其中该第一材料层的热膨胀系数大于该第二材料层的热膨胀系数，该第一材料层与热源接触元件接触，该凸出散热端设置于该第二材料层上。
根据本发明的电子装置，其中该凸出散热端基本上位于该形变元件的一端。
根据本发明的电子装置，其中该冷却槽在该开口的周围设有疏水材料。
根据本发明的电子装置，其中该凸出散热端的顶部具有亲水材料。
根据本发明的电子装置，其中该可动单元包括热变形记忆合金。
根据本发明的电子装置，其中该热源产生元件包括电子元件。
为使本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选的实施例，并结合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
图1A示出了依照本发明优选实施例的散热模块装设于电子装置的示意图。
图1B示出了图1A的散热模块的局部放大图。
图1C示出了图1B的凸出散热端移动后的示意图。
图2是示出了凸出散热端的顶部设置有亲水材料的示意图。
图3A示出了冷却槽底部具有凸部的示意图。
图3B示出了图3A的凸出散热端移动后的示意图。
图4示出了一打线封装的芯片的示意图。
图5A示出了显示装置使用覆晶(倒装晶片)封装的示意图。
图5B示出了图5A的液晶面板与驱动芯片的局部放大图。
具体实施方式
请参照图1A、1B，图1A示出了依照本发明优选实施例的散热模块装设于电子装置的示意图，图1B示出了图1A的散热模块的局部放大图。散热模块100包括热源接触元件110、冷却槽120与可动单元130。热源接触元件110用于接收热源。冷却槽120储存有冷却液CL，并具有至少一个开口122(见图1B)与至少一个阀门124(见图1B)，其中，阀门124以可动的方式设置于开口122的邻侧以开启或关闭该开口122。可动单元130连接至热源接触元件110以接收该热源，且可动单元130具有对应于阀门124设置的凸出散热端132，且优选地，凸出散热端132的顶部接触到阀门124，以直接发挥其散热功能。并请参照图1C，其示出了图1B的凸出散热端移动后的示意图。凸出散热端132用于根据热源的温度而移动并推动阀门124，且凸出散热端132还用于在开口122被开启后与冷却液CL接触，由此以将热源传递到冷却液CL中。
如图1A所示，散热模块100可装设于电子装置200中，并与电子装置200的热源产生元件210接触，由此以将热源产生元件210产生的热量带走，如此，可避免电子装置200在操作时发生温度过高的情形。热源产生元件210例如是电子元件，此电子元件可以是芯片、芯片组或处理器等可执行大量运算的元件。
如图1B所示，可动单元130设置于冷却槽120与热源接触元件110之间。冷却槽120的开口122与阀门124设置于冷却槽120底部的平坦底面上。冷却槽120的底部也可被设计为非平坦的形状，之后将附图说明。
可动单元130还包括至少一个形变元件134。形变元件134的两端固定于热源接触元件110上，并具有相互贴合的第一材料层134A与第二材料层134B。第一材料层134A的热膨胀系数(coefficient of thermal expansion，COF)基本上不同于第二材料层134B的热膨胀系数，使两个材料层134A、134B在受热时会产生不同的膨胀大小。材料层134A与134B的材质可为具有不同膨胀系数的弹性体，例如是相异金属(金、铜等金属)、相异组成比的合金、相异高分子材料(如聚酰亚胺)或金属与高分子材料的组合等。
在图1B中，第一材料层134A位于第二材料层134B与热源接触元件110之间，热源经第一材料层134A传递进入形变元件134，而凸出散热端132则设置于第二材料层134B上，并位于形变元件134中央处。其中，第一材料层134A的热膨胀系数基本上小于第二材料层134B的热膨胀系数。这样，当形变元件134感受到热源接触元件110的温度升高时，第二材料层134B的膨胀量会大于第一材料层134A的膨胀量。且由于形变元件134的两端固定于热源接触元件110上，使形变元件134的中央会整个弯折起来而呈现拱门状。此时，设置于形变元件134上的凸出散热端132会随着形变元件134中央向上拱起的部分移动，便得以进一步推动阀门124移动而与冷却液CL接触，如图1C所示。
由于第一材料层134A与第二材料层134B会随着温度产生不同程度的膨胀量，形变元件134因而可产生不同弯折效果，以改变凸出散热端132进入开口122的大小，如此可调整凸出散热端132与冷却液CL的接触或传导面积，进而达到不同程度的散热效果。例如，当热源接触元件110接收到高温时，第一材料层134A与第二材料层134B会产生较大程度的膨胀量，使形变元件134产生较大的弯折量而让凸出散热端132大幅度的深入开口122中以与冷却液CL产生大面积接触，而可加速热量的排除。
优选地，冷却槽120在开口122的周围设有疏水材料126。通过疏水材料126的设置及其疏水的特性，当阀门124被开启后，可防止冷却液CL直接由开口122泄漏出去。疏水材料126可以是高分子材料，例如是铁氟龙或光阻胶(SU8)或硫醇(Thiol)等。
另外，请参照图2，其示出了凸出散热端的顶部设置有亲水材料的示意图。将亲水材料136设置于凸出散热端132的顶部时，亲水材料136可加大冷却液CL与凸出散热端132的接触面积，以增加散热的效率。亲水材料136例如是经过常压电浆表面处理的金属或高分子材料，或具有二氧化硅涂敷的表面。另外，在凸出散热端132表面未设置亲水材料136的部分则可设置疏水材料(未示出)，以避免冷却液CL外漏。
以下附图说明冷却槽底部为非平坦底面的设计。请参照图3A、3B，图3A示出了冷却槽底部具有凸部的示意图，图3B示出了图3A的凸出散热端移动后的示意图。冷却槽120’底部具有至少一个向外凸出的凸部120A’，开口122’位于凸部120A’上。凸部120A’具有V形截面，开口122’位于凸部120A’的其中一个斜面上。对应于斜面的开口122’设计，优选地可使凸出散热端132斜向进入开口122’以推动阀门124’移动。
形变元件134’具有第一材料层134A’与第二材料层134B’，且形变元件134’的一端固定于热源接触元件110上。其中，第一材料层134A’与热源接触元件110接触，第二材料层134B’则位于第一材料层134A’上方。此外，第一材料层134A’的热膨胀系数基本上大于第二材料层134B’的热膨胀系数。凸出散热端132设置于第二材料层134B’上，并基本上位于形变元件134’未固定的一端。当热源接触元件110的温度升高时，由于第一材料层134A’的热膨胀系数大于第二材料层134B’的热膨胀系数，使得第一材料层134A’的膨胀量大于第二材料层134B’的膨胀量，而产生两端向上翘起的情形。然而由于形变元件134’的一端固定于热源接触元件110，使得形变元件134’未固定的一端会向上翘起，而带动凸起散热端132向上移动，如此，便得以使凸起散热端132从斜向进入开口122’中以推动阀门124’移动。
虽然在图3A、3B中是以冷却槽120’具有向外凸出的凸部为例作说明，然而本发明并不以此为限定，在其它实施例中也可使冷却槽具有向槽内凹入的凹部设计。此外，图3A、3B中虽是以凸部具有V形截面作说明，然而在其它实施例中，凸部或是前述的凹部也可具有U形截面。
上述各个形变元件都是由两个热膨胀系数相异的材料层形成，并根据不同边界条件(如冷却槽开口位置与形状等因素)去决定形变元件的设置位置与方式。如图1B的冷却槽120具有平坦底面，而形变元件134的两端固定于热源接触元件110上，且热膨胀变形较快的材料层(134B)位于上层，一旦材料变形，便可产生向上位移的效果。在图3A中，冷却槽120’具有非平坦表面，为使凸出散热端132斜向进入开口122’中，仅使形变元件134’的一端固定于热源接触元件110上，且使热膨胀变形较快的材料层(134A’)位于下层，一旦材料变形，便可使形变元件134’一端翘起而产生斜向上升的效果。值得注意的是，图3A中的形变元件134’也可被应用于图1B的冷却槽120以达到散热的效果。
在此必须说明的是，前述以两种材料层组成的形变元件，也可直接以单层或多层的热变形记忆合金提供相同的效果。由于热变形记忆合金在高温时具有高温状形状，而在冷却时会恢复成低温状形状，因而会根据温度变化而产生形变效果，因此可作为前述形变元件之用。热变形记忆合金的材料例如是镍钛合金、铜锌合金、铜铝镍合金、铜钼镍合金、铜金锌合金等。
当热源接触元件110接触的热端(如前述的热源产生元件210)温度升高时，形变元件134、134’将产生变形而与热源接触元件110的表面部分分离，此时可提供第一阶段的扩大散热面积效果。如果热端温度持续上升，则形变元件134、134’持续变形，造成凸出散热端132经由冷却槽120、120’的开口122、122’插入冷却槽120、120’，而与槽内的冷却液CL接触，则可提供第二阶段更快速的散热效果。由于开口122、122’处设置有阀门124、124’，可以保持冷却液CL与外界在未工作时的隔离状态。
以下举例说明散热模块100可应用的实例。请先参照图4，其示出了一打线封装的芯片的示意图。如图4所示，散热模块100安置于芯片410的上方，并通过支架420与电路板430结合。在芯片410被驱动时，其热量将被上方的散热模块100所带走而维持芯片410的温度。另外，散热模块100也可设置于电路板430的下方。
接着请参照图5A、5B，图5A示出了显示装置使用覆晶封装的示意图，图5B示出了图5A的液晶面板与驱动芯片的局部放大图。显示装置500的液晶面板510其驱动芯片520通过覆晶封装于软性电路板530上，再与液晶面板510的控制电路(未示出)作耦接。优选地，每一驱动芯片520具有对应的散热模块100，当然，也可视实际操作情形增减散热模块100的数量。散热模块100设置于驱动芯片520上方(或可设置于软性电路板530的下方)。多个散热模块100可共享相同的支架540以固定于显示装置500中。
前述的热源产生元件210多是以芯片为例作说明，然而热源产生元件210也可为其它在操作时会产生高温的电子元件，例如是投影装置的光机、灯泡等。此外，热源产生元件与散热模块间的相对位置，可依实际状况设计为接触式或非接触式；只需两者间可有效传递热量即可(传导、对流、辐射任一形式)。再者，在本实施例中虽然是将可动单元设置于冷却槽与热源接触元件之间，使可动单元由冷却槽底部向上移入冷却槽以与冷却液接触散热，然而本发明并不以此为限定。可动单元也可由冷却槽的顶端向下移进冷却槽，或是由冷却槽侧边移入冷却槽中，都同样具有散热的效果。
本发明上述实施例所披露的散热模块与使用该散热模块的电子装置，利用可动单元本身可随温度变化的特性去改变热源与冷却液之间的接触或传导面积，以产生多段式散热效果。另外，由于无须外加电能，而可省去额外的布线设计以简化电子装置的结构，如此而可降低成本。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例披露如上，然而其并非用于限定本发明。本发明所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，应当可以作出各种更改与修饰。因此，本发明的保护范围应当以随后所附的权利要求所限定的为准。
主要组件符号说明
100：散热模块                     110：热源接触元件
120、120’：冷却槽                120A’：凸部
122、122’：开口                  124、124’：阀门
126：疏水材料                     130：可动单元
132：凸出散热端                   134、134’：形变元件
134A、134A’：第一材料层          134B、134B’：第二材料层
136：亲水材料                     200：电子装置
210：热源产生元件                 410：芯片
420、540：支架                    430、530：电路板
500：显示装置                     510：液晶面板
CL：冷却液                        520：驱动芯片