气冷散热装置的制作方法

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。

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是为已知散热机构的结构示意图。如图1所示，已知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，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，本案提供一种气冷散热装置，用以对电子元件散热，气冷散热装置包含：载体，包括气流流通通道、导气端开口及排气端开口，其中载体罩盖电子元件且使电子元件位于气流流通通道内；以及气体泵，包含：共振片，具有中空孔洞；压电致动器，与共振片相对应设置；以及盖板，具有侧壁、底板及开口部，侧壁是环绕底板周缘而凸设于底板上并与底板形成容置空间，且共振片及压电致动器是设置于容置空间中，开口部是设置于侧壁上，其中盖板的该底板与共振片之间形成第一腔室，该共振片及该盖板的该侧壁共同定义出一汇流腔室；其中，气体泵的盖板、压电致动器及共振片是依序由上而下堆叠固设于载体上，并封闭导气端开口，当压电致动器受驱动以进行集气作业时，气体是由盖板的开口部导入汇集至该汇流腔室，并流经共振片的中空孔洞进入第一腔室内暂存，当压电致动器受驱动以进行排气作业时，气体是由第一腔室流经共振片的中空孔洞及该汇流腔室而排出至导气端开口，以将气流经由导气端开口导入气流流通通道并对电子元件进行热交换，且将与电子元件进行热交换后的气流经由排气端开口排出。

【附图说明】

图1为已知散热机构的结构示意图。

图2A为本案第一较佳实施例的气冷散热装置的结构示意图。

图2B为图2A于A-A’截面的结构示意图。

图3为本案第二较佳实施例的气冷散热装置的截面结构示意图。

图4A为本案第一较佳实施例的气体泵的背面分解结构示意图。

图4B为本案第一较佳实施例的气体泵的正面分解结构示意图。

图5为本案第一较佳实施例的压电致动器的剖面结构示意图。

图6A～6D是为本案第一较佳实施例的气体泵的作动过程示意图。

图7为本案第三较佳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，且其中的说明及图式在本质上是当作说明之用，而非用于限制本案。

请参阅图2A、2B，图2A为本案第一较佳实施例的气冷散热装置的结构示意图。图2B为图2A于A-A’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包含载体20以及气体泵22，其中载体20包括导气端开口23、排气端开口24以及气体流通通道25。载体20是罩盖于电子元件3，且使该电子元件3位于气流流通通道25内。气体泵22是固设于载体20上，且组装定位于导气端开口23，并且封闭该导气端开口23。其中借由驱动气体泵22，以将气流经由导气端开口23导入气流流通通道25并对电子元件3进行热交换，且将与该电子元件3进行热交换后的气流经由排气端开口24排出，俾实现对电子元件3的散热。

于一些实施例中，载体20是由该多个隔热板26相组接而形成，且多个隔热板26定义形成该气体流通通道25、该导气端开口23及该排气端开口24。气体泵22是固设于载体20的隔热板26上。载体20罩盖该电子元件3，并且导气端开口23与电子元件3对应设置。于一些实施例中，其中电子元件3是具有第一表面3a与第二表面3b，且是以第二表面3b设置于热传导板4上，并可透过热传导板4的热传导路径进行散热，又于一些实施例中，承载基板4与电子元件3的第二表面3b间更可涂有导热胶5，亦即电子元件3是透过其第二表面3b与导热胶5堆叠而设置于承载基板4上，但并不以此为限。载体20的隔热板26连接于热传导板4。热传导板4是由高热传导系数材料制成，该高热传导系数材料可为例如但不限于人工石墨。

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，以将气体由气冷散热装置2之外部经由导气端开口23导入气体流通通道25中。当气体泵22将气体导入气体流通通道25时，所导入气体与载体20内的电子元件3进行热交换，并推动气体流通通道25中的气体快速流动，促使热交换后的气流将热能经由排气端开口24排至气冷散热装置2之外部。由于气体泵22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流经由排气端开口24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。

图3为本案第二实施例的气冷散热装置的截面结构示意图。如图3所示，本实施例的气冷散热装置2a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2a更包括一散热器27，连接设置于电子元件3的第一表面3a且位于气体流通通道25中。散热器27包括一底座271及多个散热片272，底座271贴附于电子元件3的表面，多个散热片272是垂直连接于底座271。借由散热器27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27而与气体流通通道25中的气体进行热交换，俾提升散热效能。

请参阅图4A及4B，图4A为本案第一较佳实施例的气体泵的背面分解结构示意图，图4B为本案第一较佳实施例的气体泵的正面分解结构示意图。如图所示，本案的气体泵22包含共振片221、压电致动器222、盖板226等元件。共振片221具有一中空孔洞221a，是对应于载体20的导气端开口23而设置。压电致动器222具有悬浮板2221、外框2222、压电元件2223及至少一支架2224等元件，用以接受施加电压而驱动气体泵22。盖板226具有侧壁2261、底板2262及开口部2263，侧壁2261是环绕底板2262周缘而凸设于底板2262上，并与底板2262共同形成容置空间226a，用以供共振片221及压电致动器222设置于其中，开口部2263是设置于侧壁2261上，用以供外框2222的导电接脚2222a向外穿过开口部2263而凸出于盖板226之外，以便于与外部电源连接，但不以此为限。于本实施例中，悬浮板2221具有中心部2221c及外周部2221d，当压电元件2223受电压驱动时，悬浮板2221可由中心部2221c到外周部2221d弯曲振动，外框2222是环绕设置于悬浮板2221之外侧，且具有一导电接脚2222a，导电接脚2222a是向外凸设于外框2222上，用以供电连接的用，但不以此为限。压电元件2223具有一边长，该边长是小于或等于悬浮板2221的边长，但不以此为限，且压电元件2223是贴附于悬浮板2221的第二表面2221b，用以接受外加电压而产生形变，以驱动悬浮板2221弯曲振动。至少一支架2224是设置于悬浮板2221及外框2222之间，且每一支架的2224的两端是连接悬浮板2221及外框2222，以提供弹性支撑。

再于本实施例中，本案的气体泵22更包含两绝缘片223、225及一导电片224，但并不以此为限，其中，两绝缘片223、225是分别设置于导电片224上下，其外形是大致对应于压电致动器222之外框2222，且是由可绝缘的材质所构成，例如：塑胶，以进行绝缘的用，但皆不以此为限，导电片224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222之外框2222，但皆不以此为限。再于本实施例中，导电片224上亦可设置一导电接脚224a，以进行电导通之用，导电接脚224a亦如外框2222的导电接脚2222a向外穿过盖板226的开口部2263而凸出于盖板226之外，以便于与外部电源连接。

请参阅图5，图5为本案第一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2221是为阶梯面的结构，即于悬浮板2221第一表面2221a的中心部2221c上更具有一凸部2221e，且凸部2221e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2221亦可为双面平整的板状正方形。悬浮板2221的凸部2221e是与外框2222的第一表面2222b共平面，且悬浮板2221的第一表面2221a及支架2224的第一表面2224a亦为共平面，另外，悬浮板2221的凸部2221e及外框2222的第一表面2222b与悬浮板2221的第一表面2221a及支架2224的第一表面2224a之间是具有一特定深度。至于悬浮板2221的第二表面2221b，其是与外框2222的第二表面2222c及支架2224的第二表面2224b为平整的共平面结构，而压电元件2223则贴附于此平整的悬浮板2221的第二表面2221b处。于另一些实施例中，悬浮板2221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2221、外框2222及支架2224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22于悬浮板2221、外框2222及支架2224之间更具有至少一空隙2225，用以供气体通过。

以下进一步说明本案气体泵22的作动流程，请同时参阅第6A～6D图，其中第6A～6D图是为本案第一较佳实施例的气体泵的作动过程示意图。首先，如图6A所示，气体泵22的结构是如前述，为依序由盖板226、另一绝缘片225、导电片224、绝缘片223、压电致动器222及共振片221所堆叠组装定位而成，且于组合堆叠后的压电致动器222、绝缘片223、导电片224、另一绝缘片225的四周予以涂胶形成胶体218，进而填满盖板226的容置空间226a的周缘而完成密封。于共振片221与压电致动器222之间是具有间隙g0，且共振片221及盖板226的侧壁2261共同定义出汇流腔室227a，于共振片221与盖板226的底板2262之间则具有第一腔室227b。当气体泵22尚未受到电压驱动时，其各元件的位置即如图6A所示。

接着如图6B所示，当气体泵22的压电致动器222受电压致动而向上振动时，气体会由盖板226的开口部2263进入气体泵22中，并汇集到汇流腔室227a，接着再经由共振片221上的中空孔洞221a向上流入至第一腔室227b中，同时共振片221受到压电致动器222的悬浮板2221共振影响亦会随的进行往复式振动，即共振片221随的向上形变，即共振片221在中空孔洞221a处向上微凸。

其后，则如图6C所示，此时压电致动器13是向下振动回初始位置，并使压电致动器222的悬浮板2221的凸部2221e接近于共振片221，促使下半层第一腔室227b内的气体推挤向两侧流动而经过压电致动器222的空隙2225向上穿越流通，以流至上半层第一腔室227b内暂存。由此实施态样可见，当共振片221进行垂直的往复式振动时，是可由共振片221与压电致动器222之间的间隙g0以增加其垂直位移的最大距离，换句话说，于共振片221与压电致动器222之间设置之间隙g0可使共振片221于共振时可产生更大幅度的上下位移。

再如图6D所示，压电致动器222再向下振动，且共振片221由于受压电致动器222振动的共振作用，共振片221亦会随的向下振动，促使上半层第一腔室227b内的气体推挤向两侧流动并经过压电致动器222的空隙2225向下穿越流通，以流至共振片221的中空孔洞221a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4进行散热。

最后，共振片221会回位至初始位置，即如图6A所示，进而透过前述的作动流程，由图6A～6D的顺序持续循环，气体会持续地经由盖板226的开口部2263而流入汇流腔室227a，再流入第一腔室227b，并接着由第一腔室227b流入汇流腔室227a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22运作时，气体是依序流经的盖板226的开口部2263、汇流腔室227a、第一腔室227b、汇流腔室227a及导气端开口23，故本案的气体泵22可透过单一元件，即盖板226，并利用盖板226的开口部2263的结构设计，能够达到减少气体泵22的元件数量，简化整体制程的功效。

请参阅图7，图7为本案第三较佳实施例的气冷散热装置的架构示意图。本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是设置于载体20内，且邻近于电子元件3，以用于感测电子元件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。温度传感器212是电连接于控制单元211，感测电子元件3的温度，并将感测信号传输至控制单元211。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2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，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，以及延长散热装置的使用寿命。

本案得由熟悉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、2a：气冷散热装置

20：载体

21：控制系统

211：控制单元

212：温度传感器

218：胶体

22：气体泵

221：共振片

221a：中空孔洞

222：压电致动器

2221：悬浮板

2221a：悬浮板的第一表面

2221b：悬浮板的第二表面

2221c：中心部

2221d：外周部

2221e：凸部

2222：外框

2222a、224a：导电接脚

2222b：外框的第一表面

2222c：外框的第二表面

2223：压电元件

2224：支架

2224a：支架的第一表面

2224b：支架的第二表面

2225：空隙

223、225：绝缘片

224：导电片

226：盖板

226a：容置空间

2261：侧壁

2262：底板

2263：开口部

227a：汇流腔室

227b：第一腔室

23：导气端开口

24：排气端开口

25：气体流通通道

26：隔热板

27：散热器

271：底座

272：散热片

3：电子元件

3a：电子元件的第一表面

3b：电子元件的第二表面

4：热传导板

5：导热胶

A-A’：切线方向

g0：间隙