CN109950218A

CN109950218A - 一种散热器及散热系统

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Publication number: CN109950218A
Application number: CN201711387259.6A
Authority: CN
Inventors: 张凯; 邓邵佳; 贺孝武; 信世瀚; 张啸华; 肖国伟
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2019-06-28

Abstract

本发明提供一种散热器及散热系统，该散热器包括：壳体和置于所述壳体内将所述壳体分隔为第一腔体、第二腔体的压电风扇；所述压电风扇，包括：压电振动源和首端固定于所述压电振动源的风扇叶片；所述压电振动源固定于所述壳体，所述风扇叶片的振动方向朝向所述第一腔体、所述第二腔体；所述风扇叶片的末端两侧，设有分别位于所述第一腔体、所述第二腔体的第一出气孔、第二出气孔；所述风扇叶片的首端两侧，设有分别位于所述第一腔体、所述第二腔体的第一进气孔、第二进气孔。本发明提供的散热器，利用压电风扇和外壳，在压电风扇的两侧形成两个腔体，风扇驱动气体穿过腔体，从而达到散热的目的，该散热器，体积小，结构可靠，寿命长。

Description

一种散热器及散热系统

技术领域

本发明涉及散热技术领域，特别涉及一种散热器及散热系统。

背景技术

在过去的几十年中，半导体发展迅猛，应用于各个电子产品领域。然而，半导体工作时，会产生大量的热量，使半导体芯片的温度严重升高，从而导致半导体芯片工作效率急剧下降，严重影响半导体芯片的使用寿命，所以高效的半导体封装散热设计是尤为重要的。

在目前的半导体封装散热设计中，主动散热的散热效果远强于被动散热，但是一般不使用主动散热。一个原因是半导体在相对低功率的应用中被采用。另一个原因是传统的机械风扇不适合半导体封装散热设计，因为它的可靠性差，产品寿命短。高噪声和高功率也是机械风扇存在的缺点。

然而，随着半导体芯片功率的增加，现代的电子设备，功率越来越高，散热需求越来越大，为了满足散热需求，必须开发新的主动散热解决方案。

因此，如何提出一种散热器及散热系统，结构可靠，寿命长，低功耗，低噪声，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种散热器及散热系统，结构可靠，寿命长，低功耗，低噪声。其具体方案如下：

一方面，本发明提供一种散热器，包括：壳体和置于所述壳体内将所述壳体分隔为第一腔体、第二腔体的压电风扇；

所述压电风扇，包括：压电振动源和首端固定于所述压电振动源的风扇叶片；

所述压电振动源固定于所述壳体，所述风扇叶片的振动方向朝向所述第一腔体、所述第二腔体；

所述风扇叶片的末端两侧，设有分别位于所述第一腔体、所述第二腔体的第一出气孔、第二出气孔；所述风扇叶片的首端两侧，设有分别位于所述第一腔体、所述第二腔体的第一进气孔、第二进气孔。

优选地，所述压电振动源的振动频率等于所述风扇叶片的固有频率。

优选地，所述风扇叶片的末端两侧设置有侧翼。

优选地，所述风扇叶片的末端横切面呈H形。

优选地，所述风扇叶片与侧翼一体成型。

优选地，所述风扇叶片为弹性片。

优选地，所述壳体具有流线型内表面。

优选地，所述壳体的拐角处具有圆角特征。

优选地，所述第一出气孔、所述第二出气孔设有单向出气阀，所述第一进气孔、所述第二进气孔设有单向进气阀。

另一方面，本发明还提供一种散热系统，应用于半导体器件，包括：阵列于所述半导体器件外周的N个上述任一种散热器；

其中，所述N为正整数。

本发明提供一种散热器，包括：壳体和置于所述壳体内将所述壳体分隔为第一腔体、第二腔体的压电风扇；所述压电风扇，包括：压电振动源和首端固定于所述压电振动源的风扇叶片；所述压电振动源固定于所述壳体，所述风扇叶片的振动方向朝向所述第一腔体、所述第二腔体；所述风扇叶片的末端两侧，设有分别位于所述第一腔体、所述第二腔体的第一出气孔、第二出气孔；所述风扇叶片的首端两侧，设有分别位于所述第一腔体、所述第二腔体的第一进气孔、第二进气孔。本发明提供的散热器，利用压电风扇和外壳，在压电风扇的两侧形成两个腔体，风扇驱动气体穿过腔体，散热器外壳出气孔位置的设计能集中气流，产生更快的空气流速，从而满足大功率半导体封装散热的需求，该散热器，体积小，结构可靠，低噪声，低功耗寿命长。

本发明还提供一种散热系统，也具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施方式提供的一种散热器的结构示意图；

图2为图1所示散热器的压电风扇的结构示意图；

图3为图1所示散热器的正视结构简图；

图4为本发明一种具体实施方式中所提供的压电风扇的结构示意图；

图5为本发明一种具体实施方式提供的LED灯散热系统的立体示意图；

图6为图5所示的LED灯散热系统的俯视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1、图2、图3，图1为本发明具体实施方式提供的一种散热器的结构示意图；图2为图1所示散热器的压电风扇的结构示意图；图3为图1所示散热器的正视结构简图。

在本发明的一种具体实施方式中，本发明具体实施方式提供一种散热器100，包括：壳体110和置于所述壳体内将所述壳体分隔为第一腔体、第二腔体的压电风扇120；所述压电风扇，包括：压电振动源121和首端固定于所述压电振动源的风扇叶片122；所述压电振动源固定于所述壳体110，所述风扇叶片122的振动方向朝向所述第一腔体111、所述第二腔体112；所述风扇叶片122的末端两侧，设有分别位于所述第一腔体111、所述第二腔体112的第一出气孔113、第二出气孔114；所述风扇叶片120的首端两侧，设有分别位于所述第一腔体111、所述第二腔体112的第一进气孔115、第二进气孔116。

在具体实施方式中，压电风扇包括压电振动源121和首端固定于所述压电振动源的风扇叶片122。压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。

而压电风扇正是根据逆压电效应制成的。压电振动源一般采用压电材料，可以是无机压电材料，例如压电晶体和压电陶瓷等，其中，压电晶体一般是指压电单晶体，压电陶瓷则泛指压电多晶体；也可以是有机压电材料，又称压电聚合物，如聚偏氟乙烯(PVDF)(薄膜)及以它为代表的其他有机压电(薄膜)材料等。

在一种具体实施方式中，本发明具体实施方式中使用的压电风扇120额定工作频率为50HZ，风扇叶片122整体呈矩形，长度，宽度和厚度分别为40mm，12.7mm和0.2mm。风扇叶片的振动由附着的压电振动源121驱动，可以以其12.7mm的振幅的谐振频率振动。水平距离风扇叶片尖端前面10mm处的上部10mm设置第一空气出口，下部10mm设置第二空气触控。第一进气孔115、第二进气孔116为矩形口，尺寸为20mm x 20mm；第一出气孔113、第二出气孔114都为矩形，尺寸为35mm x 5mm。

具体地，该散热器以压电风扇120作为空气对流的动力，当风扇叶片122向上移动时，空气从第二进气孔116进入第二腔体112，风扇叶片122上侧第一腔体111的空气从第一出气孔113被泵出散热器。当风扇叶片122向下移动时，空气从第一进气孔115进入第一腔体111，风扇叶片122下侧第二腔体112中的空气从第二出气孔114被泵出散热器。实验测得结果显示两个空气出口的气流平均速度约为1.6m/s，最大值为2.06m/s。将此风冷却器应用于大功率LED(发光二极管)封装散热系统中，相对于被动的自然对流散热，对流传热系数增加了375％，LED热源温度下降超过36.4℃。表现出在约75cm²的面积上冷却约1KW的能力。因此，本发明主动散热的效果是非常好的，且使用寿命长，低噪声，低功耗。

进一步地，为了使得压电风扇的叶片能够充分吸收振动的能量，可以将所述压电振动源的振动频率等于所述风扇叶片的固有频率。而压电振动源的振动频率与施加压电振动源上的交变电压的频率相一致。固有频率也称为自然频率(natural frequency)。物体做自由振动时，其位移随时间按正弦或余弦规律变化，振动的频率与初始条件无关，而仅与系统的固有特性有关(如质量、形状、材质等)，称为固有频率，其对应周期称为固有周期。物体的频率与它的硬度、质量、外形尺寸有关，当其发生形变时，弹力使其恢复。弹力主要与尺寸和硬度有关，质量影响其加速度。同样外形时，硬度高的频率高，质量大的频率低。可以通过调整风扇叶片的形状和弹性系数等来调整其固有频率与压电振动源的频率相一致，也可以采用变频器来调整施加在压电振动源上的交变电源的频率来实施压电振动源的振动频率等于所述风扇叶片的固有频率。

更进一步地，为了减少空气流在壳体内的阻力，可以将所述壳体设置为具有流线型内表面。具体地，在一种具体实施方式中，可以将所述壳体内表面的拐角处采用圆角特征。使得整个壳体的内表面减少对空气流动的阻碍。

本发明具体实施方式提供的散热器，利用压电风扇和外壳，在压电风扇的两侧形成两个腔体，风扇驱动气体穿过腔体，从而达到散热的目的，该散热器相对于现有技术的散热器，体积小，结构可靠，寿命长，风扇驱动气体穿过腔体，散热器外壳出气孔位置的设计能集中气流，产生更快的空气流速，从而满足大功率半导体封装散热的需求，该散热器，体积小，结构可靠，低噪声，低功耗寿命长。

请参考图4，图4为本发明一种具体实施方式中所提供的压电风扇的结构示意图。

在上述具体实施方式的基础上，本具体实施方式中，为了减少风扇叶片在振动时风的侧漏，可以在所述风扇叶片的末端两侧设置有侧翼。在一种具体实施方式中，可以将所述风扇叶片的末端横切面设置为呈H形，当然也可以是其他的形状，例如上下各自呈梯形。具体地，整个风扇叶片呈板状，在风扇叶片的两侧设置第一侧翼123，第二侧翼124。由于送风部件的送风口的形状为H字型，可以有效地防止风的侧漏，提高风的方向的一致性。所述风扇叶片与侧翼一体成型，所述风扇叶片可以为弹性片。

在上述具体实施方式的基础上，本具体实施方式中，为了使得进气孔和出气孔的进出气流保持纯粹性，减少紊流。优选地，可以在所述第一出气孔、所述第二出气孔设有单向出气阀，所述第一进气孔、所述第二进气孔设有单向进气阀。

请参考图5、图6，图5为本发明一种具体实施方式提供的LED灯散热系统的立体示意图；图6为图5所示的LED灯散热系统的俯视图。

本发明具体实施方式还提供一种散热系统，应用于半导体器件，包括：阵列于所述半导体器件外周的N个上述任一种散热器；其中，所述N为正整数。

在一种具体实施方式中，可以将上述具体实施方式中的散热器具体应用到LED灯中，对于大功率的LED灯，十分容易发热，这时就需要散热。在本具体实施方式中，LED灯的外壳501呈漏斗形，漏斗底部为外壳501的底部。在LED灯的内部设置有发光LED504，在发光LED504的周围设置有散热翅片503，在发光LED504工作发热时，热量可以通过热传导的方式传导至散热翅片503上，为了方便散热翅片503周围的空气流通，可以在散热翅片503附近的外壳501上设置通孔。

在该LED灯的底部，可以设置上述具体实施方式中的散热器，用来将冷空气吹至散热翅片503上。在本具体实施方式中，将上述具体实施方式中的散热器的第一进气孔、第二进气孔朝内的设置于LED灯的外壳501的底部，即将散热器502的第一进气孔、第二进气孔保持与外部连通，第一出气孔、第二出气孔与LED等的外壳501内部空间连通，由于整个外壳501为漏斗形，散热器502驱动空气进去外壳501后，将向设置于外壳501内部的散热翅片503扩散，从而加快散热翅片503的散热。散热器502，散热翅片503与外壳501的结构即构成LED灯的散热系统。当然，本发明具体实施方式中的散热器也可以应用于其他结构的散热系统中，特别地，可以用于半导体领域的散热，例如CPU、控制芯片等。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种散热器及散热系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种散热器，其特征在于，包括：壳体和置于所述壳体内将所述壳体分隔为第一腔体、第二腔体的压电风扇；

2.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述压电振动源的振动频率等于所述风扇叶片的固有频率。

3.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述风扇叶片的末端两侧设置有侧翼。

4.根据权利要求3所述的散热器，其特征在于，所述风扇叶片的末端横切面呈H形。

5.根据权利要求3所述的散热器，其特征在于，所述风扇叶片与侧翼一体成型。

6.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述风扇叶片为弹性片。

7.根据权利要求1至6任一项所述的散热器，其特征在于，所述壳体具有流线型内表面。

8.根据权利要求5所述的散热器，其特征在于，所述壳体的拐角处具有圆角特征。

9.根据权利要求1至6任一项所述的散热器，其特征在于，所述第一出气孔、所述第二出气孔设有单向出气阀，所述第一进气孔、所述第二进气孔设有单向进气阀。

10.一种散热系统，应用于半导体器件，其特征在于，包括：阵列于所述半导体器件外周的N个如权利要求1至9任一项所述的散热器；

其中，所述N为正整数。