气冷散热装置及系统的制作方法

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以及气冷散热系统。

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 Circuit Board,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。

技术实现要素：

本案的目的在于提供一种气冷散热装置及系统，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侧风热对流散热，俾提升散热效能，降低噪音，使电子设备内部电子元件的性能稳定并延长使用寿命，且无需在电子元件上叠加散热器，可使整体电子设备厚度达到轻薄化。

本案的另一目的在于提供一种气冷散热装置及系统，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，其是邻设于电子元件，用以对电子元件散热，气冷散热装置包含：导流载体，包含第一表面、第二表面、两侧壁、导流腔室、容置部、导气端开口以及多个导流排气槽，其中该第一表面及该第二表面分别设置于该两侧壁的上下表面，该导气端开口是设置于该第一表面，该导流腔室贯穿该第二表面，且与该导气端开口相连通，该多个导流排气槽设置于该其中一侧壁且与该导流腔室相连通，并对应该电子元件；以及气体泵，设置于导流载体的第一表面，且封闭导气端开口，其中借由驱动气体泵，以将气流经由导气端开口导入导流腔室，使气流透过多个导流排气槽排出，以提供侧向气流至电子元件并与电子元件进行热交换。

为达上述目的，本案的另一较广义实施样态为提供一种气冷散热系统，用以对电子元件散热，气冷散热系统包含：多个气冷散热装置，分别邻设于电子元件，且每一气冷散热装置包含：导流载体，包含第一表面、第二表面、两侧壁、导流腔室、容置部、导气端开口以及多个导流排气槽，其中该第一表面及该第二表面分别设置于该两侧壁的上下表面，该导气端开口是设置于该第一表面，该导流腔室贯穿该第二表面，且与该导气端开口相连通，该多个导流排气槽设置于该其中一侧壁且与该导流腔室相连通，并对应该电子元件；以及气体泵，设置于导流载体的第一表面，且封闭导气端开口，其中借由驱动气体泵，以将气流经由导气端开口导入导流腔室，使气流透过多个导流排气槽排出，以提供侧向气流至电子元件。

【附图说明】

图1为传统散热机构的结构示意图。

图2A为本案第一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A－A截面的结构示意图。

图3A及3B为图2A所示的导流载体于不同视角的结构示意图。

图4为本案较佳实施例的气冷散热系统的架构示意图。

图5A及5B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6为图5A及5B所示的压电致动器的剖面结构示意图。

图7为图5A及5B所示的气体泵的剖面结构示意图。

图8A至8E为图5A及5B所示的气体泵作动的流程结构图。

图9为本案第二实施例的气冷散热装置的架构示意图。

【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。

图2A为本案第一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A－A截面的结构示意图，以及图3A及3B为图2A所示的导流载体于不同视角的结构示意图。如图2A、2B、3A及3B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包含导流载体20以及气体泵22。导流载体20包括第一表面20a、第二表面20b、导流腔室200、导气端开口201、容置部202、多个导流排气槽203以及两侧壁204a、204b。其中，该第一表面20a及该第二表面20b分别设置于该两侧壁204a、204b的上下表面，而该导气端开口201设置第一表面20a上连通导流腔室200，容置部202是凹设于第一表面20a且在导气端开口201外围，意即容置部202为第一表面20a向内凹陷的凹槽，在导气端开口201外围。导流腔室200贯穿第二表面20b，且导气端开口201与导流腔室200相连通。多个导流排气槽203是设置于其中一侧壁204b上，且连通于导流腔室200及气冷散热装置2之外部。气体泵22是组装定位于导流载体20的容置部202中，并且封闭导气端开口201。其中借由驱动气体泵22，以将气流经由导气端开口201导入导流载体20的导流腔室200，并且使气体经由多个导流排气槽203快速流出，并对电子元件3提供侧向气流而进行热交换，俾实现对电子元件3的散热。

于本实施例中，电子元件3是设置于一承载基板4上，其中承载基板4可为但不限于印刷电路板。承载基板4的部分是与导流载体20相连接且封闭导流腔室200，意即导流载体20是连接于承载基板4且邻近于电子元件3。于本实施例中，电子元件3是对应于导流载体20的多个导流排气槽203的多个排气端开口203a。

于本实施例中，气体泵22是为一压电致动气体泵，用以驱动气体流动。气体泵22是固设于导流载体20的容置部202中，且组装定位于导气端开口201，并且封闭该导气端开口201。导流载体20的第二表面20b是贴合设置于承载基板4的部分，换言之，导流载体20与气体泵22的组合体是罩盖接合于承载基板4上，与电子元件3相邻设置，并使多个导流排气槽203对应该电子元件3。借由气体泵22及承载基板4封闭导气端开口201及导流腔室200，可使导气端开口201、导流腔室200以及多个导流排气槽203定义形成封闭式流道，借此对电子元件3散热，俾提升散热效能。应强调的是，本案并不以形成封闭式流道为限，其他流道形式亦可依据实际应用需求调整与变化。当然，在另一实施例中(未图示)，导流载体20也可不设置容置部202，气体泵22直接组装于第一表面20a上封闭导气端开口201，同样也可以实施上述的气冷散热装置2的散热作用。

于本实施例中，气体泵22是用以驱动气体流动，以将气体由气冷散热装置2之外部经由导气端开口201导入导流腔室200中，并使气流经由导流排气槽203快速排出。当气体泵22将气体导入导流腔室200，并使气流经由多个导流排气槽203快速流出时，所提供的侧向气流将通过承载基板4上的电子元件3并使其周围气体形成对流，俾与电子元件3进行热交换，并使热交换后的气流将热能带离电子元件3。由于气体泵22是连续地作动以导出气体，使电子元件3可与连续导出的气体进行热交换，同时使热交换后的气体透过连续快速对流并远离电子元件3，借此可实现对电子元件3的散热，且可提高散热效能，使整体装置轻薄化，进而增加电子元件3的性能稳定度及寿命。

图4为本案较佳实施例的气冷散热系统的架构示意图。如图4所示，气冷散热系统5包含多个组气冷散热装置2’、2”，用以对一电子元件3散热。本实施例的气冷散热系统5的气冷散热装置2’、2”与图2B所示的气冷散热装置2相同，且相同的元件标号代表相同的结构、元件与功能，于此不再赘述。于本实施例中，气冷散热系统5包含两组气冷散热装置2’、2”，该两组气冷散热装置2’、2”皆设置于承载基板4上，并分别相邻设置于电子元件3，并使气冷散热装置2’、2”的导流载体20的导流排气槽203皆对应于电子元件3。于一些实施例中，该两组气冷散热装置2’、2”是邻设于电子元件3的两相对侧边，且该两组气冷散热装置2’、2”的各自导流载体20的各自导流排气槽203是分别对应于电子元件3的两相对侧边。当两组气冷散热装置2’、2”的各自气体泵22驱动气体流动时，两组气冷散热装置2’、2”同时将气体由其外部经由各自导气端开口201导入各自导流腔室200中，并产生气流经由各自导流排气槽203快速排出，并于电子元件3的不同侧边提供侧向气流，促使承载基板4上的电子元件3周围气体加速对流而与电子元件3进行热交换，借此可更进一步提高对电子元件3的散热效能，进而增加电子元件3的性能稳定度及寿命。应强调的是，气冷散热系统5的气冷散热装置的数量与配置不以上述实施例为限，其数量与配置可以依照实际应用需求而任施变化。

图5A及5B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6为图5A及5B所示的压电致动器的剖面结构示意图，以及图7为图5A及5B所示的气体泵的剖面结构示意图。如图5A、5B、6及7所示，气体泵22是为一压电致动气体泵，且包括进气板221、共振片222、压电致动器223、绝缘片2241、2242及导电片225等结构，其中压电致动器223是对应于共振片222而设置，并使进气板221、共振片222、压电致动器223、绝缘片2241、导电片225及另一绝缘片2242等依序堆叠设置，其组装完成的剖面图是如图7所示。

于本实施例中，进气板221具有至少一进气孔221a，其中进气孔221a的数量以4个为较佳，但不以此为限。进气孔221a是贯穿进气板221，用以供气体自装置外顺应大气压力的作用而自该至少一进气孔221a流入气体泵22之中。进气板221上具有至少一汇流排孔221b，用以与进气板221另一表面的该至少一进气孔221a对应设置。于汇流排孔221b的中心交流处是具有中心凹部221c，且中心凹部221c是与汇流排孔221b相连通，借此可将自该至少一进气孔221a进入汇流排孔221b的气体引导并汇流集中至中心凹部221c，以实现气体传递。于本实施例中，进气板221具有一体成型的进气孔221a、汇流排孔221b及中心凹部221c，且于中心凹部221c处即对应形成一汇流气体的汇流腔室，以供气体暂存。于一些实施例中，进气板221的材质可为例如但不限于不锈钢材质所构成。于另一些实施例中，由该中心凹部221c处所构成的汇流腔室的深度与汇流排孔221b的深度相同，但不以此为限。共振片222是由一可挠性材质所构成，但不以此为限，且于共振片222上具有一中空孔洞2220，是对应于进气板221的中心凹部221c而设置，以使气体流通。于另一些实施例中，共振片222是可由一铜材质所构成，但不以此为限。

压电致动器223是由一悬浮板2231、一外框2232、至少一支架2233以及一压电片2234所共同组装而成，其中，该压电片2234贴附于悬浮板2231的第一表面2231c，用以施加电压产生形变以驱动该悬浮板2231弯曲振动，以及该至少一支架2233是连接于悬浮板2231以及外框2232之间，于本实施例中，该支架2233是连接设置于悬浮板2231与外框2232之间，其两端点是分别连接于外框2232、悬浮板2231，以提供弹性支撑，且于支架2233、悬浮板2231及外框2232之间更具有至少一空隙2235，该至少一空隙2235是与导气端开口201相连通，用以供气体流通。应强调的是，悬浮板2231、外框2232以及支架2233的型态及数量不以前述实施例为限，且可依实际应用需求变化。另外，外框2232是环绕设置于悬浮板2231之外侧，且具有一向外凸设的导电接脚2232c，用以供电连接之用，但不以此为限。

悬浮板2231是为一阶梯面的结构(如图6所示)，意即于悬浮板2231的第二表面2231b更具有一凸部2231a，该凸部2231a可为但不限为一圆形凸起结构。悬浮板2231的凸部2231a是与外框2232的第二表面2232a共平面，且悬浮板2231的第二表面2231b及支架2233的第二表面2233a亦为共平面，且该悬浮板2231的凸部2231a及外框2232的第二表面2232a与悬浮板2231的第二表面2231b及支架2233的第二表面2232a之间是具有一特定深度。悬浮板2231的第一表面2231c，其与外框2232的第一表面2232b及支架2233的第一表面2233b为平整的共平面结构，而压电片2234则贴附于此平整的悬浮板2231的第一表面2231c处。于另一些实施例中，悬浮板2231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2231、支架2233以及外框2232是可为一体成型的结构，且可由一金属板所构成，例如但不限于不锈钢材质所构成。又于另一些实施例中，压电片2234的边长是小于该悬浮板2231的边长。再于另一些实施例中，压电片2234的边长是等于悬浮板2231的边长，且同样设计为与悬浮板2231相对应的正方形板状结构，但并不以此为限。

气体泵22的绝缘片2241、导电片225及另一绝缘片2242是依序对应设置于压电致动器223之下，且其形态大致上对应于压电致动器223之外框2232的形态。于一些实施例中，绝缘片2241、2242是由绝缘材质所构成，例如但不限于塑胶，俾提供绝缘功能。于另一些实施例中，导电片225可由导电材质所构成，例如但不限于金属材质，以提供电导通功能。于本实施例中，导电片225上亦可设置一导电接脚225a，以实现电导通功能。

于本实施例中，气体泵22是依序由进气板221、共振片222、压电致动器223、绝缘片2241、导电片225及另一绝缘片2242等堆叠而成，且于共振片222与压电致动器223之间是具有一间隙h，于本实施例中，是于共振片222及压电致动器223之外框2232周缘之间的间隙h中填入一填充材质，例如但不限于导电胶，以使共振片222与压电致动器223的悬浮板2231的凸部2231a之间可维持该间隙h的深度，进而可导引气流更迅速地流动，且因悬浮板2231的凸部2231a与共振片222保持适当距离使彼此接触干涉减少，促使噪音产生可被降低。于另一些实施例中，亦可借由加高压电致动器223之外框2232的高度，以使其与共振片222组装时增加一间隙，但不以此为限。

于本实施例中，共振片222具有一可动部222a及一固定部222b，当进气板221、共振片222与压电致动器223依序对应组装后，于可动部222a处可与其上的进气板221共同形成一汇流气体的腔室，且在共振片222与压电致动器223之间更形成一第一腔室220，用以暂存气体，且第一腔室220是透过共振片222的中空孔洞2220而与进气板221的中心凹部221c处的腔室相连通，且第一腔室220的两侧则由压电致动器223的支架2233之间的空隙2235而与设置于其下的导气端开口201相连通。

图8A至8E为图5A及5B所示的气体泵作动的流程结构图。请参阅图7、图8A至图8E，本案的气体泵的作动流程简述如下。当气体泵22进行作动时，压电致动器223受电压致动而以支架2233为支点，进行垂直方向的往复式振动。如图8A所示，当压电致动器223受电压致动而向下振动时，由于共振片222是为轻、薄的片状结构，是以当压电致动器223振动时，共振片222亦会随的共振而进行垂直的往复式振动，即为共振片222对应中心凹部221c的部分亦会随的弯曲振动形变，即该对应中心凹部221c的部分是为共振片222的可动部222a，是以当压电致动器223向下弯曲振动时，此时共振片222对应中心凹部221c的可动部222a会因气体的带入及推压以及压电致动器223振动的带动，而随着压电致动器223向下弯曲振动形变，则气体由进气板221上的至少一进气孔221a进入，并透过至少一汇流排孔221b以汇集到中央的中心凹部221c处，再经由共振片222上与中心凹部221c对应设置的中空孔洞2220向下流入至第一腔室220中。其后，由于受压电致动器223振动的带动，共振片222亦会随的共振而进行垂直的往复式振动，如图8B所示，此时共振片222的可动部222a亦随的向下振动，并贴附抵触于压电致动器223的悬浮板2231的凸部2231a上，使悬浮板2231的凸部2231a以外的区域与共振片222两侧的固定部222b之间的汇流腔室的间距不会变小，并借由此共振片222的形变，以压缩第一腔室220的体积，并关闭第一腔室220中间流通空间，促使其内的气体推挤向两侧流动，进而经过压电致动器223的支架2233之间的空隙2235而向下穿越流动。之后，如图8C所示，共振片222的可动部222a向上弯曲振动形变，而回复至初始位置，且压电致动器223受电压驱动以向上振动，如此同样挤压第一腔室220的体积，惟此时由于压电致动器223是向上抬升，因而使得第一腔室220内的气体会朝两侧流动，进而带动气体持续地自进气板221上的至少一进气孔221a进入，再流入中心凹部221c所形成的腔室中。之后，如图8D所示，该共振片222受压电致动器223向上抬升的振动而共振向上，此时共振片222的可动部222a亦随的向上振动，进而减缓气体持续地自进气板221上的至少一进气孔221a进入，再流入中心凹部221c所形成的腔室中。最后，如图8E所示，共振片222的可动部222a亦回复至初始位置。由此实施态样可知，当共振片222进行垂直的往复式振动时，是可由其与压电致动器223之间的间隙h以增加其垂直位移的最大距离，换句话说，于该两结构之间设置间隙h可使共振片222于共振时可产生更大幅度的上下位移。是以，在经此气体泵22的流道设计中产生压力梯度，使气体高速流动，并透过流道进出方向的阻抗差异，将气体由吸入端传输至排出端，以完成气体输送作业，即使在排出端有气压的状态下，仍有能力持续将气体推入导流腔室200，并可达到静音的效果，如此重复图8A至8E的气体泵22作动，即可使气体泵22产生一由外向内的气体传输。

承上所述，透过上述气体泵22的作动，将气体导入导流载体20的导流腔室200，并使气流经由导流排气槽203快速排出，所提供的侧向气流将通过承载基板4上的电子元件3并使其周围气体形成对流，俾与电子元件3进行热交换，并使热交换后的气流将热能带离电子元件3，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。图9为本案第二实施例的气冷散热装置的架构示意图。如图9所示，本实施例的气冷散热装置2b与图2B所示的气冷散热装置2相似，且相同的元件标号代表相同的结构、元件与功能，于此不再赘述。相较于图2B所示的气冷散热装置2，本实施例的气冷散热装置2b是具有温控功能，其更包括控制系统21，该控制系统21包含控制单元211及温度传感器212，其中控制单元211是与气体泵22电连接，以控制气体泵22的运作。温度传感器212是设置于承载基板4上，且邻近于电子元件3，以用于感测电子元件3的温度。温度传感器212是电连接于控制单元211，感测电子元件3附近的温度，并将感测信号传输至控制单元211。于一些实施例中，温度传感器212是直接贴附于电子元件3上，以感测电子元件3温度，但不以此为限。控制单元211依据温度传感器212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211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22，以致能气体泵22运作，借此使气体泵22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211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22，以停止气体泵22运作，借此可避免气体泵22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21的设置，使气冷散热装置2a的气体泵22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22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及系统，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侧风热对流散热，俾提升散热效能，降低噪音，使电子设备内部电子元件的性能稳定并延长使用寿命，且无需在电子元件上叠加散热器，可使整体电子设备厚度达到轻薄化。此外，本案的气冷散热装置及系统，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，以及延长散热装置的使用寿命。

【符号说明】

11：电子元件

12：热传导板

13：导热胶

2、2’、2”、2a：气冷散热装置

20：导流载体

20a：第一表面

20b：第一表面

200：导流腔室

201：导气端开口

202：容置部

203：导流排气槽

203a：排气端开口

204a、204b：侧壁

21：控制系统

211：控制单元

212：温度传感器

22：气体泵

220：第一腔室

221：进气板

221a：进气孔

221b：汇流排孔

221c：中心凹部

222：共振片

222a：可动部

222b：固定部

2220：中空孔洞

223：压电致动器

2231：悬浮板

2231a：凸部

2231b：第二表面

2231c：第一表面

2232：外框

2232a：第二表面

2232b：第一表面

2232c：导电接脚

2233：支架

2232a：第二表面

2232b：第一表面

2234：压电片

2235：空隙

2241、2242：绝缘片

225：导电片

225a：导电接脚

3：电子元件

4：承载基板

5：气冷散热系统