CN219577627U - 一种配合压电风扇的散热器翅片分布结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种配合压电风扇的散热器翅片分布结构，包括压电风扇和翅片散热器，压电风扇的叶片位于翅片散热器平面的法向位置上，根据压电风扇激振所形成的流场分布，翅片散热器在不同流场流速位置分布不同密度的翅片。本实用新型有效地利用了压电风扇的周期性谐振所形成的强制对流换热效应，将更多的散热器翅片有效换热面积布置于气流高速分布区，可以在一定程度上有效提升表面换热系数，在相同换热面积的基础上实现更高的散热能力。本实用新型所提出的适用于压电风扇的散热器翅片布置方法具有很好的实用性，能产生较好的经济效益和社会效益。

Description

一种配合压电风扇的散热器翅片分布结构

技术领域

本实用新型属于高功率密度集成电路的散热技术技术领域，具体涉及一种配合压电风扇的散热器翅片分布结构。

背景技术

随着半导体制造工艺的长足进步和发展，电子元件的体积越来越小，重量越来越轻。然而，电子元件的过热问题变得愈发严重，微型电子部件温度过高将严重影响其工作性能甚至导致失效。为了缓解这一问题，压电风扇作为一种新型的电子散热装置引起了人们的极大关注。当前，微电子产品常用的冷却技术为压电风扇结合翅片散热器配套工作，利用压电风扇周期性谐振产生稳定的冷却气流，进而加强翅片表面的对流换热效应。然而，在未考虑压电风扇所激励的流场特征情况下，散热器表面的翅片仅采用均匀的布置方法，不能充分利用流场中流体的散热能力，因此在相同的散热面积下，散热效率不高。

中国专利申请CN201520740101.2公开了一种内嵌压电陶瓷风扇散热装置，该装置包括合金散热器和压电风扇组件两部分。将压电陶瓷电扇镶嵌于合金散热器内，在合金散热器自然辐射散热的基础上，增加强制空气对流进而实现散热强化。然而，该方法未能充分利用由压电风扇叶片周期性振动所产生的冷却气流，经过数值研究发现，冷却气流仅能对上述散热器的前端进行高效冷却散热，大部分冷却气流未能顺利到达散热器尾部，因此并不能在相同的散热面积条件下，达到更高的散热效率。

图1表示相对于本实用新型的常见散热器翅片布置方法示意图。在该布置方法中，散热器翅片均采用均匀化布置。由于该布置方法未考虑由压电风扇激振所形成的流场速度分布特点，没有充分利用高速气流分布区域的强对流换热效应，因此不利于提高翅片散热器的散热效率。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题：本实用新型提供一种配合压电风扇的散热器翅片分布结构，对翅片采用特殊化布置，可以在相同的散热面积的条件下实现更加高效的散热效率，具有很好的实用性，能产生较好的经济效益和社会效益的配合压电风扇的散热器翅片分布结构。

技术方案：为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种配合压电风扇的散热器翅片分布结构，包括压电风扇和翅片散热器，压电风扇的叶片位于翅片散热器平面的法向位置上，根据压电风扇激振所形成的流场分布，翅片散热器在不同流场流速位置分布不同密度的翅片。

进一步地，所述翅片散热器包括基板和设置在基板上的翅片，所有翅片均采用尺寸一致的柱状针肋片。

进一步地，分布在基板上的翅片分为翅片密集布置区和翅片稀疏布置区，翅片密集布置区位于压电风扇形成的流场流速较高的区域内，翅片稀疏布置区位于压电风扇形成的流场流速较低的区域内。

进一步地，所述翅片散热器采用垂直式结构布置于压电风扇的叶片的正对位置。

进一步地，所述压电风扇的叶片的尖端与翅片散热器表面的距离控制在10mm以内。

进一步地，翅片密集布置区设置在基板的表面水平方向上的两对角区域，翅片稀疏布置区设置在基板的表面竖直方向上的两对角区域。

进一步地，翅片密集布置区和翅片稀疏布置区内的翅片都均匀分布。

进一步地，所述翅片为采用金属材料制成的翅片。

进一步地，将交变电压加载于压电风扇安装基座内部的压电陶瓷片上，利用“逆压电效应”带动压电风扇的叶片发生周期性谐振。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型将散热器和压电风扇两种散热方式结合在一起，将电子产品内部发热器件或模块产生的热量首先传导至散热器翅片上，并通过压电风扇提供高速平稳的气流对散热翅片进行冷却散热。压电风扇作为一种新型的主动冷却散热设备，其空间占用率低，功耗小，散热效率高，非常适应当前电子产品高密度、集成化的发展趋势。

(2)本实用新型充分考虑了压电风扇谐振所形成的速度流场分布特点，通过对散热器的翅片特殊化布置，在风速较高的区域内布置较为密集的翅片，在风速较低的区域布置较为稀疏的翅片。实现了对压电风扇振动所诱导产生的流场的充分利用，能够在相同的散热器有效散热面积的条件下，实现更加高效的散热效率，保证微电子器件不超温，提高微电子产品的使用寿命。更加适用于压电风扇的配套使用。

附图说明

图1是现有技术中压电风扇的散热器翅片分布示意图。

图2是配合压电风扇的散热器翅片分布结构示意图。

图3是配合压电风扇的散热器翅片分布结构俯视图。

图4是本实用新型所述的散热器翅片布置方法及常见布置方法分别对应的散热器平均传热系数对比。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本实用新型，实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

本实施例的一种配合压电风扇的散热器翅片分布结构，包括压电风扇7和翅片散热器8，翅片散热器8包括基板1和设置在基板1上的翅片2，所有翅片2均采用尺寸一致的柱状针肋片，翅片2为采用铝等散热性能较好的金属材料制成的翅片，翅片2的尺寸大小、间距长度可根据实际散热环境进行自由设定。压电风扇7包括压电风扇安装基座4和叶片3，将交变电压加载于压电风扇安装基座4内部的压电陶瓷片上，压电风扇利用压电陶瓷片的“逆压电效应”带动压电风扇7的叶片3发生周期性谐振。

压电风扇在压电陶瓷的“逆压电效应”下实现周期性振动，风扇进行一阶模态谐振运动的具体轨迹方程如下：

式中l表示风扇叶片的长度，x代表叶片上的点的横坐标，Y(x)代表该点的最大位移。

由压电风扇周期性谐振所激励产生的流场内，气流在压电风扇的作用下，在叶片3上端和下端分别形成了两个方向相反的旋转螺杆式流动结构。旋转螺杆式流动结构是风扇煽动对气流施加的法向力与风扇叶尖撞击射流效应共同作用的结果。从而，大量气流在旋转螺杆式流动结构的作用下沿横向流动，出现了如速度等值线图所示的较高的速度分布在左右侧，而较低的速度分布在上下侧的现象。

如图2所示，本实用新型的压电风扇7的叶片3位于翅片散热器8平面的法向位置上，根据压电风扇7周期性谐振所形成的流场分布特点，翅片散热器8在不同流场流速位置分布不同密度的翅片2。分布在基板1上的翅片2分为翅片密集布置区5和翅片稀疏布置区6，翅片密集布置区5位于压电风扇7形成的流场流速较高的区域内，翅片稀疏布置区6位于压电风扇7形成的流场流速较低的区域内。将更多的翅片布置于气流速度较高的区域，可以使更多的散热器表面上的温度边界层厚度减薄，从而使得换热系数增大，进而对流传热过程得以强化。

本实施例中，如图2和3所示，翅片散热器8采用垂直式结构布置于压电风扇7的叶片3的正对位置。压电风扇7的叶片3的尖端与翅片散热器8表面的距离控制在10mm以内。翅片根据压电风扇周期性谐振所形成的流场分布特点进行特殊化布置，在基板1的表面水平方向上的两对角区域内翅片采用相对较密的布置方案，在基板1的表面竖直方向上的两对角区域内翅片采用相对较疏的布置方案。具体的，翅片密集布置区5设置在基板1的表面水平方向上的两对角区域，翅片稀疏布置区6布置在基板1的表面竖直方向上的两对角区域。翅片密集布置区5和翅片稀疏布置区6内的翅片都均匀分布。

图1表示相对于本实用新型的常见散热器翅片布置方法示意图。在该布置方法中，散热器翅片均采用均匀化布置。该方法中散热器的总有效散热面积与本实用新型所提出的方法保持相等。图4表示当在基板底面赋予均匀的热流密度q＝2600(W/m²)时，本实用新型所述的散热器翅片布置方法及常见布置方法分别对应的散热器平均传热系数对比结果。由于该布置方法未考虑由压电风扇激振所形成的流场速度分布特点，没有充分利用高速气流分布区域的强对流换热效应，因此不利于提高翅片散热器的散热效率。图4可以明显看出，本实用新型充分考虑了由压电风扇周期性谐振所激励形成的流场分布特点，非常适合与压电风扇的配套使用有效地提升了散热器表面的对流传热系数，即实现了对散热器表面对流换热作用的强化，在相同的散热面积的条件下实现更加高效的换热性能，实现了对散热器散热效率的提升，进一步的说明了本实用新型具有一定的经济效益及节能环保价值。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种配合压电风扇的散热器翅片分布结构，其特征在于：包括压电风扇（7）和翅片散热器（8），压电风扇（7）的叶片（3）位于翅片散热器（8）平面的法向位置上，根据压电风扇（7）激振所形成的流场分布，翅片散热器（8）在不同流场流速位置分布不同密度的翅片（2）；所述翅片散热器（8）包括基板（1）和设置在基板（1）上的翅片（2），所有翅片（2）均采用尺寸一致的柱状针肋片。

2.根据权利要求1所述的配合压电风扇的散热器翅片分布结构，其特征在于：分布在基板（1）上的翅片（2）分为翅片密集布置区（5）和翅片稀疏布置区（6），翅片密集布置区（5）位于压电风扇（7）形成的流场流速较高的区域内，翅片稀疏布置区（6）位于压电风扇（7）形成的流场流速较低的区域内。

3.根据权利要求1所述的配合压电风扇的散热器翅片分布结构，其特征在于：所述翅片散热器（8）采用垂直式结构布置于压电风扇（7）的叶片（3）的正对位置。

4.根据权利要求1所述的配合压电风扇的散热器翅片分布结构，其特征在于：所述压电风扇（7）的叶片（3）的尖端与翅片散热器（8）表面的距离控制在10mm以内。

5.根据权利要求3所述的配合压电风扇的散热器翅片分布结构，其特征在于：翅片密集布置区（5）设置在基板（1）的表面水平方向上的两对角区域，翅片稀疏布置区（6）设置在基板（1）的表面竖直方向上的两对角区域。

6.根据权利要求2所述的配合压电风扇的散热器翅片分布结构，其特征在于：翅片密集布置区（5）和翅片稀疏布置区（6）内的翅片都均匀分布。

7.根据权利要求1所述的配合压电风扇的散热器翅片分布结构，其特征在于：所述翅片（2）为采用金属材料制成的翅片。

8.根据权利要求1所述的配合压电风扇的散热器翅片分布结构，其特征在于：将交变电压加载于压电风扇安装基座（4）内部的压电陶瓷片上，利用“逆压电效应”带动压电风扇（7）的叶片（3）发生周期性谐振。