CN110364500B - 微型散热系统 - Google Patents

Abstract

一种微型散热系统包括一底座金属层、一流道层、一压电致动的金属片、二个压电陶瓷振动片及一压电边界压固层。流道层黏固于底座金属层上方。流道层包括一第一腔体、一第二腔体、一入口流道、一连通口流道和一出口流道。入口流道连通第一腔体。连通口流道连通第一腔体和第二腔体。出口流道连通第二腔体。压电致动的金属片黏固于流道层上方。压电边界压固层黏固于压电致动的金属片，压电边界压固层包括二个容纳区，二个容纳区分别位于第一腔体和第二腔体上方。二个压电陶瓷振动片分别位于二个容纳区，并黏固于压电致动的金属片之上。

Description

微型散热系统

技术领域

本发明关于一种具有良好鼓风式散热效果的微型散热系统。

背景技术

传统的系统散热解决模式，主要是将中央处理器或图形处理器等高发热元件所产生的热，透过封装表层将热先导引至散热片或高热传特性的金属块，然后再透过热管作用将其传导至散热装置上(如风扇、散热片等)，以将热排出。然而传统方式却有其盲点存在，例如当热量经由这些元件予以排出时，其传导过程须经是由多个零元件互相配合，因此整体的热阻亦相形增加，并且这些散热装置基本上是由多个元件所组装，成本上会相对提高。再加上传统的散热片大多数是由铝合金所制造，其热传导性只属于中等程度，对于目前元件发热功率愈来愈高的情况下，已无法符合如平板计算机或智能手机等常见的高功率密度的电子产品。

而传统热管在处理笔记本电脑的中央处理器的散热上逐渐面临瓶颈，新一代的散热模块是利用空气为媒介的热对流方式，将电子元件予以散热。但由于电子元件的精细化、扁平化，使得窄流通道须更小而造成严重的压差(pressure drop)现象，使得散热效果不佳也降低了可行性。

因此，有必要提供一种新的薄化散热系统，其可应用于便携式电子设备，并解决上述问题。

发明内容

本发明的主要目的系在提供一种具有良好散热效果的薄化的微型散热系统。

为达成上述的目的，本发明的一种微型散热系统包括一底座金属层、一流道层、一压电致动的金属片、二个压电陶瓷振动片及一压电边界压固层。流道层连接于底座金属层上方。流道层包括一第一腔体、一第二腔体、一入口流道、一连通口流道和一出口流道。入口流道连通第一腔体。连通口流道连通第一腔体和第二腔体。出口流道连通第二腔体。致动金属片黏固于流道层上方。压固层黏固于致动金属片上方。二个压电陶瓷振动片分别位于二个容纳区上方并置中，并黏固于压电致动的金属片上，再由上方压电边界压固层与流道层做有效压电陶瓷振动片压电元件边界固定。

根据本发明之一实施例，其中二个压电陶瓷振动片置中并黏固于二个容纳区显露出的压电致动的金属片。

根据本发明之一实施例，微型散热系统更包括一驱动电路，电性连接二个压电陶瓷振动片，以提供两组驱动控制电源，使二个压电陶瓷振动片做上下相差振动。

根据本发明之一实施例，其中入口流道和鼓动方向互相垂直。

根据本发明之一实施例，微型散热系统更包括多个放射鳍片，多个放射鳍片连接底座金属层。

根据本发明之一实施例，其中多个放射鳍片位于扇形出口流道旁边。

根据本发明之一实施例，其中入口流道、连通口流道和出口流道皆呈喷嘴扇形，并由各流道的扇形端口尺寸比例由大逐渐比例变小，以最佳渐缩比达到流动内气流有效流向产生进出效果。

根据本发明之一实施例，入口流道和出口流道分别具有一尺寸，出口流道的尺寸和入口流道的尺寸的比值范围介于0.4～0.7之间，出口流道呈喷嘴出口处的扇形，以利于扇形散热鳍片做有效散热。

根据本发明之一实施例，其中第一腔体和第二腔体皆为圆形腔体，二个容纳区是圆形凹槽，且二个压电陶瓷振动片是对应的圆形薄片或放大振幅的环形薄片；或者第一腔体和第二腔体皆为方形腔体，二个容纳区是方形凹槽，且二个压电陶瓷振动片是对应的方形薄片或是放大振幅的中空方形薄片。

根据本发明之一实施例，其中二个压电陶瓷振动片以超声波做模态共振的频率振动。

附图说明

图1为本发明的第一实施例的安装于便携式电子设备的电子元件上的微型散热系统的示意图。

图2为本发明的第一实施例的微型散热系统的示意图。

图3为本发明的第一实施例的微型散热系统的立体分解图。

图4为本发明的第一实施例的流道层的俯视图。

图5为本发明的第一实施例的微型散热系统的系统架构图。

图6为本发明的第一实施例的另一态样的微型散热系统的示意图。

图7为本发明的第一实施例的另一态样的微型散热系统的立体分解图。

图8为本发明的第二实施例的微型散热系统的示意图。

图9为本发明的第二实施例的微型散热系统的立体分解图。

图10为本发明的第二实施例的另一态样的微型散热系统的示意图。

图11为本发明的第二实施例的另一态样的微型散热系统的立体分解图。

其中附图标记为：

微型散热系统1、1’、1a、1a’

底座金属层10

流道层20、20a

第一腔体21、21a

第二腔体22、22a

入口流道23

连通口流道24

出口流道25

压电致动的金属片30

压电边界压固层40、40a

容纳区41、41a

压电陶瓷振动片50、50’、50a、50a’

鳍片60

驱动电路70

电子元件200

尺寸L2、尺寸L1

具体实施方式

为能让贵审查委员能更了解本发明的技术内容，特举较佳具体实施例说明如下。

以下请一并参考图1至图7关于本发明的第一实施例的微型散热系统。图1系本发明的第一实施例的安装于便携式电子设备的电子元件上的微型散热系统的示意图；图2系本发明的第一实施例的微型散热系统的示意图；图3系本发明的第一实施例的微型散热系统的立体分解图；图4系本发明的第一实施例的流道层的俯视图；图5系本发明的第一实施例的微型散热系统的系统架构图；图6系本发明的第一实施例的另一态样的微型散热系统的示意图；图7系本发明的第一实施例的另一态样的微型散热系统的立体分解图。

如图1至图3所示，为了解决便携式电子设备的发热量知问题并提高散热效率，本发明的微型散热系统1可安装于便携式电子设备的电子元件200(例如容易产生热能的中央处理器)上，并藉以特殊的腔体流道设计，以及双腔体压电薄片的模态共振振动相位差，产生腔室一鼓一缩相对动作，使腔体内部呈现如止回阀的作用增进定向排风量，以提高散热量。本发明的微型散热系统1包括一底座金属层10、一流道层20、一压电致动的金属片30、一压电边界压固层40、二个压电陶瓷振动片50、多个放射鳍片60和一驱动电路70。微型散热系统1其薄化，厚度的尺寸实质上小于等于2mm，极适合安装于便携式电子设备。

如图3和图4所示，在本发明的第一实施例中，底座金属层10是以金属制成的薄片。流道层20是以金属制成，流道层20用以形成一气体信道，气体信道可以让高温气体流动至外部而达成散热效果。流道层20包括一第一腔体21、一第二腔体22、一入口流道23、一连通口流道24和一出口流道25。第一腔体21和第二腔体22皆为圆形腔体。入口流道23连通第一腔体21。连通口流道24连通第一腔体21和第二腔体22。出口流道25连通第二腔体22。入口流道23具有一尺寸L2，出口流道25具有一尺寸L1。入口流道23的尺寸L2大于出口流道25的尺寸L1；出口流道25的尺寸L1和入口流道23的尺寸L2之间的范围比例介于0.4至0.7之间。经发明人实际实验，可以得知出口流道25的尺寸L1和入口流道23的尺寸L2之间的范围比例介于0.4至0.7之间，可获得最大的入口吸入量及出口排出量，以达到良好的散热效果。

在本发明的第一实施例中，压电致动的金属片30是以弹性磷青铜制成的薄片，黏固于流道层20上方。底座金属层10和压电致动的金属片30黏固于流道层20上下两面，构成有效腔室。

在本发明的第一实施例中，压电边界压固层40为金属材质，压电边界压固层40连接并覆盖于压电致动的金属片30上方。压电边界压固层40包括二个容纳区41，二个容纳区41是圆形凹槽，且分别位于第一腔体21和第二腔体22上方。

如图3和图5所示，在本发明的第一实施例中，二个压电陶瓷振动片50是面积和形状尺寸对应压电边界压固层40的容纳区41的尺寸外形。且圆形的压电陶瓷振动片50的中心黏固容纳区41中心，并黏固于压电致动的金属片30上。当压电陶瓷振动片50受电伸缩驱动时，会与压电致动的金属片30产生模态共振的鼓动效果，并藉由压电致动的金属片30与容纳区41的尺寸比例产生最大鼓动位移的形变效果。然而，如图6和图7的微型散热系统1’所示，二个压电陶瓷振动片50’也可以设计为环形，其具有中空形态的空间，藉此，环形结构可以更进一步增加形变效果。另外，压电致动的金属片30亦可提供保护压电陶瓷振动片50的功效，且互相黏产生复合效果提供单簧片鼓动功效。如图1所示，驱动电路70设置在多个放射鳍片60下方，驱动电路70电性连接二个压电陶瓷振动片50和一外部计算机(图未示)，驱动电路70用以受到外部计算机控制而提供两组驱动控制电源给二个压电陶瓷振动片50，以使二个压电陶瓷振动片50产生鼓动，并且以超声波的共振频率(20000赫兹以上的频率)振动，以提供更明显的特征及效果；然而，该二个压电陶瓷振动片的振动频率不以上述为限，其亦可配合需求而于其他频率振动；其中压电陶瓷振动片50的鼓动方向和入口流道23互相垂直。当任一压电陶瓷振动片50振动时，压电陶瓷振动片50也会带动压电致动的金属片30做单簧片式鼓动。

在本发明的第一实施例中，多个放射鳍片60连接底座金属层10，且多个放射鳍片60位于出口流道25旁边。多个放射鳍片60用以使从出口流道25流出热气体更迅速得散热并流向外部。

当用户要运用微型散热系统1以进行散热时，用户可以用外部计算机操作驱动电路70，使得驱动电路70提供一驱动控制电源给二个压电陶瓷振动片50，以使二个压电陶瓷振动片50沿着一鼓动方向，并且以超声波的频率振动。以超声波的共振频率振动的二个压电陶瓷振动片50会产生快速的形变变化，并藉由其相位差控制使两个腔室产生不同相位差作动所造成的一鼓一缩的有效鼓风效果。

当压电陶瓷振动片50以相位差驱动双压电片，使得第一腔体21鼓胀和第二腔体22体积压缩时，因流道口的渐缩比设计，当由第一腔体21端鼓胀吸进较冷空气而第二腔体22压缩其最小出口端挤出，腔室内热交换经冷空气变为热空气；当由第一腔体21端压缩挤压时，此时第二腔体22为鼓胀吸气作用，使两腔室内热气强迫单向流动，达有效鼓风效果，再由出口流道25的放射鳍片60提升散热效果。

须注意的是，第一腔体21和第二腔体22内的各个压电陶瓷振动片50的模态共振频率驱动，利用其有效相位差控制使第一腔体21和第二腔体22间的吸入/排出风量，而获得适当的出口流道25的排风量，并产生交替排气且具迭加效果的输出效果，并在模态共振频率于超音波高频设计时达到静音效果。经发明人实际实验测试，当各个压电陶瓷振动片50的振动频率的相位差为120度时，可获得较大的通常排风量值；然而振动频率的相位差并不以120度为限，振动频率的相位差可随腔体结构变化而调整以获得最佳效果。

以下请一并参考图8至图11关于本发明的第二实施例的微型散热系统。图8系本发明的第二实施例的微型散热系统的示意图；图9系本发明的第二实施例的微型散热系统的立体分解图；图10系本发明的第二实施例的另一态样的微型散热系统的示意图；图11系本发明的第二实施例的另一态样的微型散热系统的立体分解图。

如图8和图9所示，第二实施例与第一实施例的差别在于，在第二实施例的微型散热系统1a之中，流道层20a的第一腔体21a和第二腔体22a皆为方形腔体，压固层40a的二个容纳区41a是方形凹槽，且二个压电陶瓷振动片50a是对应的方形薄片或中空方形薄片。且方形的压电陶瓷振动片50a之中心黏固容纳区41a中心，并黏固压电致动的金属片30。然而，如图10和图11的微型散热系统1a’所示，第二实施例的压电陶瓷振动片50a’也可以是中空方形尺寸形状，并在压电致动的金属片30其相对压电陶瓷振动片50a’的一对边位置做透空柔性槽结构，而另对边与压电边界压固层40a和压电致动的金属片30做黏合时产生刚性黏合，对应有柔性槽结构为柔性黏合，以利容纳区41a的压电致动的金属片30做拱状模态共振。亦可用中空的压电陶瓷振动片50a增加拱形增幅形变。第二实施例之于第一实施例在同面积的腔体面积设计下，可以产生拱状簧片鼓动且可达到较高排风量而提升散热效果，且方形腔体结构较易制作。

为了验证本发明的微型散热系统的结构优点，发明人更进行实际实验，以比较微型散热系统和其他散热系统的散热效能。发明人分别对本发明的具有双腔体和贴覆着压电致动的金属片的二片压电陶瓷振动片的微型散热系统、仅具有一个腔体和贴覆着金属层的压电薄片的散热系统(以下称之为比较例一)，以及具有双腔体和不贴附金属层的压电薄片的散热系统(以下称之为比较例二)，同样施加20伏特的电压，以使各个散热系统的压电薄片振动，并记录压电薄片的振幅。由实际实验结果可得知，本发明的微型散热系统的压电陶瓷振动片一共可提供10.8μm的振幅，比较例一的散热系统仅能提供5.91μm的振幅，比较例二的散热系统则压电薄片一共仅能提供7.32μm的振幅；由此可知本发明的微型散热系统能产生最大的振幅，也就是说双腔体的体积会受到压电陶瓷振动片的振幅影响，而产生最大的体积变化，而增进流道的排风量以提高散热量。

藉由本发明的微型散热系统的设计，其可安装于便携式电子设备的电子元件上，并藉特殊的双腔体流道和流道尺寸的设计，以及双腔体和贴覆着压电致动的金属片的压电薄片的振动相位差，使腔体内部呈现如止回阀的作用而增进排风量，以提高散热量。

需注意的是，上述仅为实施例，而非限制于实施例。譬如此不脱离本发明基本架构者，皆应为本专利所主张的权利范围，而应以专利申请范围为准。

Claims (10)

1.一种微型散热系统，其特征在于，包括：

一底座金属层；

一流道层，连接于该底座金属层上方，该流道层包括：

一第一腔体；

一第二腔体；

一入口流道，连通该第一腔体；

一连通口流道，连通该第一腔体和该第二腔体；以及

一出口流道，连通该第二腔体；

一压电致动的金属片，连接于该流道层上方；

一压电边界压固层，连接于该压电致动的金属片上方，该压电边界压固层包括二个容纳区，该二个容纳区分别位于该第一腔体和该第二腔体上方；以及

二个压电陶瓷振动片，分别位于该二个容纳区上方并置中，并黏固于该压电致动的金属片之上；

其中藉由该二个压电陶瓷振动片的相位差控制，使该第一腔体和该第二腔体产生不同相位差作动，而造成一鼓一缩的有效鼓风效果。

2.权利要求1所述的微型散热系统，其特征在于，该二个压电陶瓷振动片黏固于由该二个容纳区显露出的该压电致动的金属片。

3.权利要求2所述的微型散热系统，其特征在于，更包括一驱动电路，该驱动电路电性连接该二个压电陶瓷振动片，该驱动电路用以提供两组驱动控制电源以使该二个压电陶瓷振动片沿着一鼓动方向振动。

4.权利要求3所述的微型散热系统，其特征在于，该入口流道和该鼓动方向互相垂直。

5.权利要求4所述的微型散热系统，其特征在于，更包括多个放射鳍片，所述多个放射鳍片连接该底座金属层。

6.如权利要求5所述的微型散热系统，其特征在于，所述多个放射鳍片位于该出口流道旁边。

7.如权利要求6所述的微型散热系统，其特征在于，该入口流道具有一尺寸，该出口流道具有一尺寸；该入口流道的该尺寸大于该出口流道的该尺寸。

8.如权利要求7所述的微型散热系统，其特征在于，该出口流道的该尺寸和该入口流道的该尺寸之间的比值范围介于0.4至0.7之间。

9.如权利要求8所述的微型散热系统，其特征在于，该第一腔体和该第二腔体皆为圆形腔体，该二个容纳区是圆形凹槽，且该二个压电陶瓷振动片是对应的圆形薄片；或者该第一腔体和该第二腔体皆为方形腔体，该二个容纳区是方形凹槽，且该二个压电陶瓷振动片是对应的方形薄片。

10.如权利要求9所述的微型散热系统，其特征在于，该二个压电陶瓷振动片以20000赫兹以上的频率振动。

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