CN206442659U - 气冷散热装置 - Google Patents

Abstract

一种气冷散热装置，用于对电子元件散热，气冷散热装置包含承载基板、气体泵以及散热器。承载基板包含导气端开口及热传导板，其中热传导板设置于上表面，并对应导气端开口设置，且电子元件设置于热传导板上。气体泵固设于承载基板的下表面，且对应封闭导气端开口。散热器设置于电子元件上。透过驱动气体泵，使气体流入导气端开口，并对热传导板进行热交换，俾实现电子元件的散热。

Description

气冷散热装置

【技术领域】

本案是关于一种气冷散热装置，尤指一种利用气体泵提供驱动气流以进行散热的气冷散热装置。

【背景技术】

随着科技的进步，各种电子设备例如可携式电脑、平板电脑、工业电脑、可携式通讯装置、影音播放器等已朝向轻薄化、可携式及高效能的趋势发展，这些电子设备于其有限内部空间中必须配置各种高积集度或高功率的电子元件，为了使电子设备的运算速度更快和功能更强大，电子设备内部的电子元件于运作时将产生更多的热能，并导致高温。此外，这些电子设备大部分皆设计为轻薄、扁平且具紧凑外型，且没有额外的内部空间用于散热冷却，故电子设备中的电子元件易受到热能、高温的影响，进而导致干扰或受损等问题。

一般而言，电子设备内部的散热方式可分为主动式散热及被动式散热。主动式散热通常采用轴流式风扇或鼓风式风扇设置于电子设备内部，借由轴流式风扇或鼓风式风扇驱动气流，以将电子设备内部电子元件所产生的热能转移，俾实现散热。然而，轴流式风扇及鼓风式风扇在运作时会产生较大的噪音，且其体积较大不易薄型化及小型化，再则轴流式风扇及鼓风式风扇的使用寿命较短，故传统的轴流式风扇及鼓风式风扇并不适用于轻薄化及可携式的电子设备中实现散热。

再者，许多电子元件会利用例如表面粘贴技术(Surface Mount Technology,SMT)、选择性焊接(Selective Soldering)等技术焊接于印刷电路板(Printed CircuitBoard,PCB)上，然而采用前述焊接方式所焊接的电子元件，于经长时间处于高热能、高温环境下，容易使电子元件与印刷电路板相脱离，且大部分电子元件亦不耐高温，若电子元件长时间处于高热能、高温环境下，易导致电子元件的性能稳定度下降及寿命减短。

图1是为传统散热机构的结构示意图。如图1所示，传统散热机构是为一被动式散热机构，其包括热传导板12，该热传导板12是借由一导热胶13与一待散热的电子元件11相贴合，借由导热胶13以及热传导板12所形成的热传导路径，可使电子元件11利用热传导及自然对流方式达到散热。然而，前述散热机构的散热效率较差，无法满足应用需求。

有鉴于此，实有必要发展一种气冷散热装置，以解决现有技术所面临的问题。

【实用新型内容】

本案的目的在于提供一种气冷散热装置，其可应用于各种电子设备，以对电子设备内部的电子元件进行散热，俾提升散热效能，降低噪音，且使电子设备内部电子元件的性能稳定并延长使用寿命。

本案的另一目的在于提供一种气冷散热装置，其具有温控功能，可依据电子设备内部电子元件的温度变化，控制气体泵的运作，俾提升散热效能，以及延长气冷散热装置的使用寿命。

为达上述目的，本案的一较广义实施样态为提供一种气冷散热装置，用于对电子元件散热，气冷散热装置包含:承载基板，包含上表面、下表面、导气端开口以及热传导板，其中热传导板设置于上表面且对应于导气端开口，以及电子元件是设置于热传导板上；气体泵，气体泵是为压电致动气体泵，固设于承载基板的下表面，且对应封闭导气端开口，气体泵包含：共振片，具有一中空孔洞；压电致动器，与该共振片相对应设置；以及盖板，具有侧壁、底板及开口部，该侧壁是环绕该底板周缘而凸设于该底板上，并与该底板形成一容置空间，且该共振片及该压电致动器是设置于该容置空间中，该开口设置于该侧壁上，该共振片及该盖板的该侧壁共同定义出一汇流腔室；其中，当压电致动器受驱动以进行集气作业时，气体是先由盖板的开口汇集至汇流腔室，再由共振片的中空孔洞流至第一腔室暂存，当压电致动器受驱动以进行排气作业时，气体是先由第一腔室通过共振片的中空孔洞流入导气端开口，并对热传导板进行热交换。

【附图说明】

图1为传统散热机构的结构示意图。

图2A为本案较佳实施例的气冷散热装置的结构示意图。

图2B为图2A所示的气冷散热装置于另一视角的结构示意图。

图3为图2A所示的气冷散热装置于AA截面的结构示意图。

图4A及4B分别为本案较佳实施例的气体泵于不同视角的分解结构示意图。

图5A是为本案较佳实施例的压电致动器的正面结构示意图。

图5B是为本案较佳实施例的压电致动器的背面结构示意图。

图5C是为本案较佳实施例的压电致动器的剖面结构示意图。

图6是为图2B所示的气冷散热装置于BB截面剖面示意图。

图7A是为图2B所示的气冷散热装置于CC截面剖面示意图。

图7B至7D是为本案较佳实施例的气体泵的作动过程示意图。

图8为本案较佳实施例的气冷散热装置的控制系统架构示意图。

【具体实施方式】

体现本案特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非架构于限制本案。

请参阅图2A、图2B及图3图2A为本案较佳实施例的气冷散热装置的结构示意图，图2B为图2A所示的气冷散热装置于另一视角的结构示意图，以及图3为图2A所示的气冷散热装置于AA截面的结构示意图。如图所示，本案的气冷散热装置2可应用于一电子设备，例如但不限于可携式电脑、平板电脑、工业电脑、可携式通讯装置、影音播放器，以对电子设备内待散热的电子元件3进行散热。本案的气冷散热装置2包含承载基板20、气体泵21以及散热器26，其中承载基板20包括上表面20a、下表面20b、导气端开口23以及热传导板25。承载基板20可为但不限于印刷电路板，用以承载并设置电子元件3及气体泵21。承载基板20的导气端开口23是贯穿上表面20a及下表面20b。气体泵21是固设于承载基板20的下表面20b，对应组装定位于导气端开口23，并且封闭该导气端开口23。热传导板25设置于承载基板20的上表面20a上，组装定位于导气端开口23上，且热传导板25与承载基板20间具有间隙G，用以供气体流通。于本实施例中，热传导板25更具有多个散热片25a，设置于热传导板25的表面上，并邻近于导气端开口23而设置，但不以此为限，用以增加散热面积，进而提升散热效率。电子元件3是设置于热传导板25上，且电子元件3的一表面贴附于热传导板25，并且可透过热传导板25的热传导路径进行散热。散热器26是设置于电子元件3上，且贴附于电子元件3的另一表面。其中，借由驱动气体泵21，以将气流导入导气端开口23并对热传导板25进行热交换，俾实现对电子元件3的散热。

于本实施例中，散热器26包括一底座261及多个散热片262，底座261贴附于电子元件3的该另一表面，多个散热片262是垂直连接于底座261。借由散热器26的设置，可增加散热面积，使电子元件3所产生的热能可经由散热器26的热传导路径导离。

于本实施例中，气体泵21是为一压电致动气体泵，用以驱动气体流动，以将气体由气冷散热装置2之外部导入导气端开口23中。于一些实施例中，承载基板20更包括至少一回流穿槽24，该回流穿槽24是贯穿上表面20a及下表面20b，且邻设于热传导板25的周缘。当气体泵21将气体导入导气端开口23时，所导入气流与设置于承载基板20的上表面20a的热传导板25进行热交换，并推动承载基板20与热传导板25间之间隙G内的气体快速流动，促使热交换后的气流将热能经由间隙G排出，其中部分气流将经由回流穿槽24回流至承载基板20的下表面20b，并于冷却后续供气体泵21利用。此外，部分气流则沿热传导板25的周缘朝散热器26的方向流动，并于冷却后流经散热器26的散热片261，俾加速对电子元件3的散热。由于气体泵21是连续地作动以导入气体，使电子元件3可与连续导入的气体进行热交换，同时使热交换后的气体排出，借此可实现对电子元件3的散热，且可提高散热效能，进而增加电子元件3的性能稳定度及寿命。

请参阅图4A、4B，图4A是为本案较佳实施例的气体泵的正面分解结构示意图，图4B是为本案较佳实施例的气体泵的背面分解结构示意图。于本实施例中，气体泵21是为一压电致动气体泵，用以驱动气体流动。如图所示，本案的气体泵21包含共振片212、压电致动器213、盖板216等元件。共振片212是对应于压电致动器213设置，并具有一中空孔洞2120，设置于共振片212中心区域，但不以此为限。压电致动器213具有悬浮板2131、外框2132及压电陶瓷板2133，其中，悬浮板2131具有中心部2131c及外周部2131d，当压电陶瓷板2133受电压驱动时，悬浮板2131可由中心部2131c到外周部2131d弯曲振动，外框2132是环绕设置于悬浮板2131之外侧，且具有至少一支架2132a及一导电接脚2132b，但不以此为限，每一支架2132a是设置于悬浮板2131及外框2132之间，且每一支架2132a的两端是连接悬浮板2131及外框2132，以提供弹性支撑，导电接脚2132b是向外凸设于外框2132上，用以供电连接之用，压电陶瓷板2133是贴附于悬浮板2131的第二表面2131b，用以接受外加电压而产生形变，以驱动悬浮板2131弯曲振动。盖板216具有侧壁2161、底板2162及开口部2163，侧壁2161是环绕底板2162周缘而凸设于底板2162上，并与底板2162共同形成容置空间216a，用以供共振片212及压电致动器213设置于其中，开口部2163是设置于侧壁2161上，用以供外框2132的导电接脚2132b及导电片215的导电接脚2151向外穿过开口部2163而凸出于盖板216之外，以便于与外部电源连接，但不以此为限。

于本实施例中，本案的气体泵21更包含两绝缘片2141、2142及一导电片215，但并不以此为限，其中，两绝缘片2141、2142是分别设置于导电片215上下，其外形是大致对应于压电致动器213之外框2132，且是由可绝缘的材质所构成，例如：塑胶，以进行绝缘之用，但皆不以此为限，导电片215则是由导电材质所制成，例如：金属，以进行电导通之用，且其外形亦为大致对应于压电致动器213之外框2132，但皆不以此为限。再于本实施例中，导电片215上亦可设置一导电接脚2151，以进行电导通之用。

请参阅第5A、5B、5C图，图5A是为本案较佳实施例的压电致动器的正面结构示意图，图5B是为本案较佳实施例的压电致动器的背面结构示意图，图5C是为本案较佳实施例的压电致动器的剖面结构示意图。如图所示，于本实施例中，本案的悬浮板2131是为阶梯面的结构，即于悬浮板2131第一表面2131a的中心部2131c上更具有一凸部2131e，且凸部2131e为一圆形凸起结构，但并不以此为限，于一些实施例中，悬浮板2131亦可为双面平整的板状正方形。又如图5C所示，悬浮板2131的凸部2131e是与外框2132的第一表面2132c共平面，且悬浮板2131的第一表面2131a及支架2132a的第一表面2132a’亦为共平面，另外，悬浮板2131的凸部2131e及外框2132的第一表面2132c与悬浮板2131的第一表面2131a及支架2132a的第一表面2132a’之间是具有一特定深度。至于悬浮板2131的第二表面2131b，则如图5B及图5C所示，其与外框2132的第二表面2132d及支架2132a的第二表面2132a”为平整的共平面结构，而压电陶瓷板2133则贴附于此平整的悬浮板2131的第二表面2131b处。于另一些实施例中，悬浮板2131的型态亦可为一双面平整的板状正方形结构，并不以此为限，可依照实际施作情形而任施变化。于一些实施例中，悬浮板2131、外框2132及支架2132a是可为一体成型的结构，且可由一金属板所构成，例如可由不锈钢材质所构成，但不以此为限。又于本实施例中，本案气体泵21于悬浮板2131、外框2132及支架2132a之间更具有至少一空隙2134，用以供气体通过。

接着说明组装完成后的本案气体泵21之内外部结构，请参阅图6及图7A，图6是为图2A所示的气冷散热装置于BB截面剖面示意图，图7A是为图2B所示的气冷散热装置于CC截面剖面示意图。如图所示，本案的气体泵21是依序由盖板216、绝缘片2142、导电片215、绝缘片2141、压电致动器213、共振片212及等元件由上至下堆叠，且于组合堆叠后的压电致动器213、绝缘片2141、导电片215、另一绝缘片2142的四周予以涂胶形成胶体218，进而填满盖板216的容置空间216a的周缘而完成密封。组装完成后的气体泵21是为四边形的结构，但并不以此为限，其形状可依照实际需求任施变化。此外，于本实施例中，仅有导电片215的导电接脚2151(未图示)与压电致动器213的导电接脚2132b(如图6所示)凸出设置于盖板216外，以便于与外部电源连接，但亦不以此为限。组装后的气体泵21于盖板216与共振片212之间则形成第一腔室217b。

当气体泵21与承载基板20组装完成后，如图3所示，盖板216的侧壁2161抵顶于承载基板20的下表面20b上，并封闭导气端开口23，且透过盖板216的侧壁2161、共振片212共同定义出汇流腔室217a，再如图6所示，借由盖板216的开口部2163与外部连通，进而可从外部环境进行集气。再于本实施例中，本案的气体泵21的共振片212与压电致动器213之间具有间隙g0，且于间隙g0中是填入导电材质，例如：导电胶，但并不以此为限，借此可使共振片212与压电致动器213的悬浮板2131的凸部2131e之间保持一个间隙g0的深度，进而可导引气流更迅速地流动，且因悬浮板2131的凸部2131e与共振片212保持适当距离使彼此接触干涉减少，促使噪音降低，于另一些实施例中，亦可借由加高压电致动器213之外框2132的高度，以使其与共振片212组装时增加一间隙，但亦不以此为限。借此，当压电致动器213受驱动以进行集气作业时，气体是先由盖板216的开口部2163汇集至汇流腔室217a，并进一步经由共振片212的中空孔洞2120流至第一腔室217b暂存，当压电致动器213受驱动以进行排气作业时，气体是先由第一腔室217b通过共振片212的中空孔洞2120流至汇流腔室217a，流入导气端开口23中，使气流与热传导板25进行热交换。

以下进一步说明本案气体泵21的作动流程，请同时参阅图7A～7D，其中图7B～7D是为本案较佳实施例的气体泵的作动过程示意图。首先，如图7A所示，气体泵21的结构是如前述，为依序由盖板216、另一绝缘片2142、导电片215、绝缘片2141压电致动器213及共振片212所堆叠组装定位而成，于共振片212与压电致动器213之间是具有间隙g0，且共振片212及盖板216的侧壁2161共同定义出该汇流腔室217a，于共振片212与压电致动器213之间则具有第一腔室217b。当气体泵21尚未受到电压驱动时，其各元件的位置即如图7A所示。

接着如图7B所示，当气体泵21的压电致动器213受电压致动而向上振动时，气体会由盖板216的开口部2163进入气体泵21中，并汇集到汇流腔室217a，接着再经由共振片212上的中空孔洞2120向上流入至第一腔室217b中，同时共振片212受到压电致动器213的悬浮板2131共振影响亦会随的进行往复式振动，即共振片212随的向上形变，即共振片212在中空孔洞2120处向上微凸。

其后，则如图7C所示，此时压电致动器213是向下振动回初始位置，此时压电致动器213的悬浮板2131上凸部2131e，并接近于共振片212在中空孔洞2120处向上微凸部分，进而促使气体泵21内气体往上半层第一腔室217b暂存。

再如图7D所示，压电致动器213再向下振动，且共振片212由于受压电致动器213振动的共振作用，共振片212亦会随的向下振动，借由此共振片212的向下形变压缩第一腔室217b的体积，进而促使上半层第一腔室217b内的气体推挤向两侧流动并经过压电致动器213的空隙2134向下穿越流通，以流至共振片212的中空孔洞2120处而压缩排出，形成一股压缩气流向承载基板20的导气端开口23处以对热传导板25进行散热。由此实施态样可见，当共振片212进行垂直的往复式振动时，是可由共振片212与压电致动器213之间的间隙g0以增加其垂直位移的最大距离，换句话说，于共动片212与压电致动器213之间设置之间隙g0可使共振片212于共振时可产生更大幅度的上下位移。

最后，共振片212会回位至初始位置，即如图7A所示，进而透过前述的作动流程，由第7A～7D图的顺序持续循环，气体会持续地经由盖板216的开口部2163而流入汇流腔室217a，再流入第一腔室217b，并接着由第一腔室217b流入汇流腔室217a中，使气流连续流入导气端开口23中，进而能够稳定传输气体。换言之，当本案的气体泵21运作时，气体是依序流经的盖板216的开口部2163、汇流腔室217a、第一腔室217b、汇流腔室217a及导气端开口23，故本案的气体泵21可透过单一元件，即盖板216，并利用盖板216的开口部2163的结构设计，能够达到减少气体泵21的元件数量，简化整体制程的功效。

承上所述，透过上述气体泵21的作动，将气体导入承载基板20的导气端开口23，使气流流入间隙G，并使所导入气体与电子元件3相连接的热传导板25进行热交换，并持续推动间隙G中的气体快速流动，促使热交换后的气体将热能经由排至间隙G之外部，借此以提高散热冷却的效率，进而增加电子元件3的性能稳定度及寿命。此外，借由气体快速流动排出间隙G之外部，间接增加散热器26周围气体对流，亦可增加散热冷却的效率。

请参阅图8，图8为本案的气冷散热装置的控制系统的架构示意图。如图所示，本案较佳实施例的气冷散热装置2是具有温控功能，其更包括控制系统5，其中控制系统5更包含控制单元51及温度传感器52，其中控制单元51是与气体泵21电连接，以控制气体泵21的运作。温度传感器52是电连接于控制单元51，邻近设置于电子元件3，用以感测电子元件3附近的温度，或者直接贴附于电子元件3上感测电子元件3温度，但不以此为限，并可将感测信号传输至控制单元51。控制单元51依据温度传感器52的感测信号，判断该电子元件3的温度是否高于一温度门槛值，当控制单元51判断该电子元件3的温度高于该温度门槛值时，发出一控制信号至气体泵21，以致能气体泵21运作，借此使气体泵21驱动气流流动以对电子元件3进行散热冷却，俾使电子元件3散热冷却并降低温度。当控制单元51判断该电子元件3的温度低于该温度门槛值时，发出一控制信号至气体泵21，以停止气体泵21运作，借此可避免气体泵21持续运作而导致寿命减短，降低额外的能量的耗损。是以，透过控制系统5的设置，使气冷散热装置2的气体泵21于电子元件3温度过热时可进行散热冷却，并于电子元件3温度降低后停止运作，借此可避免气体泵21持续运作而导致寿命减短，降低额外的能量的耗损，亦可使电子元件3于一较佳温度环境下运作，提高电子元件3的稳定度。

综上所述，本案提供一种气冷散热装置，其可应用于各种电子设备以对其内部的电子元件散热，俾提升散热效能，降低噪音，且使电子设备内部电子元件的性能稳定并延长使用寿命。此外，本案的气冷散热装置，其具有温控功能，可依据电子设备内部电子元件的温度变化，控制气体泵的运作，俾提升散热效能，以及延长气冷散热装置的使用寿命。

本案得由熟知此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。

【符号说明】

11：电子元件

12：热传导板

13：导热胶

2：气冷散热装置

20：承载基板

20a：上表面

20b：下表面

21：气体泵

212：共振片

2120：中空孔洞

213：压电致动器

2131：悬浮板

2131a：第一表面

2131b：第二表面

2131c：中心部

2131d：外周部

2131e：凸部

2132：外框

2132a：支架

2132a’：第一表面

2132a”：第二表面

2132b：导电接脚

2132c：第一表面

2132d：第二表面

2133：压电陶瓷板

2134：空隙

2141、2142：绝缘片

215：导电片

2151：导电接脚

216：盖板

216a：容置空间

2161：侧壁

2162：底板

2163：开口部

217b：第一腔室

217a：汇流腔室

218：胶体

23：导气端开口

24：回流穿槽

25：热传导板

25a：散热片

26：散热器

261：底座

262：散热片

3：电子元件

5：控制系统

51：控制单元

52：温度传感器

g0、G：间隙

Claims (12)

1.一种气冷散热装置，用于对一电子元件散热，其特征在于，该气冷散热装置包含:

一承载基板，包含一上表面、一下表面、一导气端开口以及一热传导板，其中该热传导板设置于该上表面且对应于该导气端开口，以及该电子元件设置于该热传导板上；

一气体泵，该气体泵为压电致动气体泵，固设于该承载基板的该下表面，且对应封闭该导气端开口，该气体泵包含：

一共振片，具有一中空孔洞；

一压电致动器，与该共振片相对应设置；以及

一盖板，具有一侧壁、一底板及一开口部，该侧壁环绕该底板周缘而凸设于该底板上，并与该底板形成一容置空间，且该共振片及该压电致动器设置于该容置空间中，该开口设置于该侧壁上，该共振片及该盖板的该侧壁共同定义出一汇流腔室，且该共振片及该盖板的该底板共同定义出一第一腔室；以及

一散热器，设置于该电子元件上；

其中，当该压电致动器受驱动以进行集气作业时，气体先由该盖板的该开口部汇集至该汇流腔室，再由该共振片的该中空孔洞流至该第一腔室暂存，当该压电致动器受驱动以进行排气作业时，气体先由该第一腔室通过该共振片的该中空孔洞流入该导气端开口，并对该热传导板进行热交换。

2.如权利要求1所述的气冷散热装置，其特征在于，该承载基板的该导气端开口是贯穿该上表面及该下表面。

3.如权利要求1所述的气冷散热装置，其特征在于，该热传导板与该承载基板间具有一间隙，用以供气流流通。

4.如权利要求1所述的气冷散热装置，其特征在于，该热传导板贴附该电子元件的一表面，且该散热器贴附该电子元件的另一表面。

5.如权利要求1所述的气冷散热装置，其特征在于，该承载基板更包括至少一回流穿槽，该回流穿槽贯穿该上表面及该下表面，且邻设于该热传导板的周缘。

6.如权利要求1所述的气冷散热装置，其特征在于，该压电致动器包含：

一悬浮板，具有一第一表面与一第二表面；

一外框，具有至少一支架，该至少一支架连接该悬浮板及该外框且设置于该悬浮板及该外框之间；以及

一压电陶瓷板，贴附于该悬浮板的该第一表面，用以施加电压以驱动该悬浮板弯曲振动。

7.如权利要求1所述的气冷散热装置，其特征在于，该共振片与该压电致动器之间具有一间隙。

8.如权利要求6所述的气冷散热装置，其特征在于，该气体泵更包含至少一绝缘片及一导电片，且该至少一绝缘片及该导电片依序设置于该压电致动器之下。

9.如权利要求6所述的气冷散热装置，其特征在于，该支架、该悬浮板及该外框之间更具有至少一空隙，且该支架的两端点分别连接该外框与该悬浮板。

10.如权利要求6所述的气冷散热装置，其特征在于，该气体泵的该悬浮板于该第二表面上更具有一凸部，且该凸部为一圆柱结构。

11.如权利要求1所述的气冷散热装置，其特征在于，该气冷散热装置更包括一控制系统，该控制系统包括：

一控制单元，电连接于该气体泵，以控制该气体泵运作；以及

一温度传感器，电连接于该控制单元且邻设于该电子元件，以感测该电子元件的一温度以输出一感测信号至该控制单元；

其中，当该控制单元于接收到该感测信号，并判断该电子元件的该温度大于一温度门槛值时，该控制单元使该气体泵致能，以驱动气流流动，以及当该控制单元于接收到该感测信号，并判断该电子元件的该温度低于该温度门槛值时，该控制单元使该气体泵停止运作。

12.如权利要求8所述的气冷散热装置，其特征在于，该压电致动器的该外框具有一导电接脚，该导电片具有一导电接脚，而该气体泵的该盖板的该开口部设置于该侧壁上，用以供该外框的该导电接脚及该导电片的该导电接脚向外穿过该开口部而凸出于该盖板之外，以便于与外部电源连接。