离子风散热装置及其方法与流程

本发明涉及电子设备散热技术领域，特别是一种离子风散热装置及其方法。

背景技术：

随着技术的发展，电子设备的工作能力不断提高，使得产热也随之增加，但设备规模的小型化，使得电子设备功率密度大幅提高，冷却区域却被严重缩小，而高温对电子器件的性能与使用寿命都有着重要影响，因此，电子冷却技术已成为制约电子设备发展的重要因素。

传统的散热方式主要是风扇与翅片热沉相结合的散热器，通过电机旋转带动风扇从而驱动空气与翅片发生热量交换，以达到散热的效果。然而，这类机械式散热方式存在以下几方面的不足：一、易产生噪声，包括风扇吹动空气的气动噪声、电机的电磁噪声以及结构件的振动噪声等，这些噪声都会对使用者造成一定的影响；二、存在旋转部件，运行中存在磨损，会影响散热器的可靠性；三、散热效果有所限制，若要提高散热效果，通常采用提高风扇转速或增大翅片表面积的方式，但是增加风扇转速会增加产热以及进一步影响其可靠性，增大翅片表面积则会增加散热器的体积以及制造成本；四、存在旋转部件，无法实现小型化，因此对于微电子器件的散热方式仍以自然对流方式为主。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现要素：

鉴于上述问题，为改变现有的散热方式，本发明特别采用一种结构简单、小巧紧凑、零噪音、冷却效果好的微结构式离子风散热方式以克服现有技术中的缺陷，提供更好的散热效果。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

一种离子风散热装置包括，

基底，其包括上表面和用于贴合待散热对象的下表面；

离子风发生模块，其包括至少一个离子风发生单元，所述离子风发生单元可叠加地铺设于所述上表面，所述离子风发生单元包括，

微结构高压电极，其底表面平铺于所述上表面，所述微结构高压电极经由高压电源供电，

微结构接地电极，其底表面平铺于所述上表面，所述微结构接地电极接地，其中，所述微结构接地电极与所述微结构高压电极相对设置以在其之间形成离子风道，微结构接地电极相对于微结构高压电极位于所述离子风道的下游侧的位置，微结构高压电极和微结构接地电极的底表面的尺寸均分别远大于其他表面的尺寸。

所述的离子风散热装置中，微结构高压电极构成为与微结构接地电极之间间距变化的形状。

所述的离子风散热装置中，离子风发生单元的微结构接地电极与所述微结构高压电极之间的间距小于相邻所述离子风发生单元之间的距离。

所述的离子风散热装置中，相对设置的微结构接地电极与所述微结构高压电极之间的间距为1μm-100μm，所述间距大小负相关于离子风道的风速。

所述的离子风散热装置中，所述基底为绝缘材料制成的板状结构，所述上表面附有硅层，所述硅层包括氧化层。

所述的离子风散热装置中，微结构高压电极和/或所述微结构接地电极包括如下任一种及其组合：金属铬、金属铜、金属铝、金属钛、金属镍、金属银、铜镍合金、氧化铟锡，微结构高压电极和/或所述微结构接地电极通过物理气相沉积或化学气相沉积沉积在基底的上表面。

所述的离子风散热装置中，所述离子风道贴近且平行于所述上表面。

所述的离子风散热装置中，离子风发生模块包括多个叠加在上表面的离子风发生单元，所述离子风发生单元生成的离子风道的方向一致。

所述的离子风散热装置中，微结构高压电极和/或所述微结构接地电极分别为平行于上表面的层状电极。

根据本发明的另一方面，一种所述离子风散热装置的散热方法包括以下步骤，

基底的下表面贴合待散热对象，

基于待散热对象的散热量，设置预定个数的离子风发生单元在上表面的分布，以及所述离子风发生单元的微结构高压电极与微结构接地电极之间的间距尺寸，

微结构高压电极的底表面平铺于所述上表面，所述微结构高压电极经由高压电源供电，微结构接地电极的底表面平铺于所述上表面，所述微结构接地电极接地，所述微结构接地电极与所述微结构高压电极相对设置以在其之间形成离子风道。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过叠加方式，能够灵活调整单级离子风发生单元的设置，以适应不同工作需求，特别是小巧紧凑的环境中；

2、结构简单，工作无噪音。

3、体积小，可以用于微电子器件的散热。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的离子风散热装置的结构示意图；

图2是根据本发明另一个实施例的离子风散热装置的结构示意图；

图3是根据本发明另一个实施例的离子风散热装置的结构示意图；

图4是根据本发明另一个实施例的离子风散热装置的结构示意图；

图5是根据本发明另一个实施例的离子风散热装置的结构示意图；

图6(a)至图6(b)是根据本发明另一个实施例的离子风散热装置的结构示意图；

图7是根据本发明另一个实施例的离子风散热装置的结构示意图；

图8是根据本发明另一个实施例的离子风散热装置的结构示意图；

图9是根据本发明一个实施例的散热方法的步骤示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，如图1-图8所示，一种离子风散热装置包括，

基底，其包括上表面和用于贴合待散热对象的下表面；

离子风发生模块，其包括至少一个离子风发生单元，所述离子风发生单元可叠加地铺设于所述上表面，所述离子风发生单元包括，

微结构高压电极，其底表面平铺于所述上表面，所述微结构高压电极经由高压电源供电，

微结构接地电极，其底表面平铺于所述上表面，所述微结构接地电极接地，其中，所述微结构接地电极与所述微结构高压电极相对设置以在其之间形成离子风道，微结构接地电极相对于微结构高压电极位于所述离子风道的下游侧的位置，微结构高压电极和微结构接地电极的底表面的尺寸均分别远大于其他表面的尺寸。

本发明通过电晕放电产生离子风对所述基底进行对流散热。本发明通过叠加方式，能够灵活调整单极微结构式离子风发生单元的设置，以适应不同工作需求。

所述的离子风散热装置的优选实施例中，微结构高压电极构成为与微结构接地电极之间间距变化的形状。

所述的离子风散热装置的优选实施例中，离子风发生单元的微结构接地电极与所述微结构高压电极之间的间距小于相邻所述离子风发生单元之间的距离。

所述的离子风散热装置的优选实施例中，相对设置的微结构接地电极与所述微结构高压电极之间的间距为1μm-100μm，所述间距大小负相关于离子风道的风速。

所述的离子风散热装置的优选实施例中，所述基底为绝缘材料制成的板状结构，所述上表面附有硅层，所述硅层包括氧化层。

所述的离子风散热装置的优选实施例中，微结构高压电极和/或所述微结构接地电极包括如下任一种及其组合：金属铬、金属铜、金属铝、金属钛、金属镍、金属银、铜镍合金、氧化铟锡，微结构高压电极和/或所述微结构接地电极通过物理气相沉积或化学气相沉积沉积在基底的上表面。

所述的离子风散热装置的优选实施例中，所述离子风道贴近且平行于所述上表面。

所述的离子风散热装置的优选实施例中，离子风发生模块包括多个叠加在上表面的离子风发生单元，所述离子风发生单元生成的离子风道的方向一致。

所述的离子风散热装置的优选实施例中，微结构高压电极和/或所述微结构接地电极分别为平行于上表面的层状电极。

为了进一步理解本发明，下面结合附图和实施例对本公开的技术方案进行详细说明。此外，在以下说明中用到的图是示意性的图，附图上的尺寸比率等未必与现实中的一致。另外，在第2实施方式以后，针对与已经说明过的实施方式相同或类似的构成，有时使用与已经说明过的实施方式相同的符号，并省略图示及说明。

<第1实施方式>

图1是示意性表示本公开的第1实施方式涉及的微结构式离子风散热装置4的立体图。

微结构式离子风散热装置4包括微结构式离子风发生模块和基底3；其中，所述微结构式离子风发生模块由若干单极微结构式离子风发生单元叠加组成。

所述微结构式离子风发生单元包括微结构高压电极1和微结构接地电极2。

在微结构式离子风散热装置4工作时，由高压电源对微结构高压电极1供电，微结构接地电极2接地，在微结构高压电极1与微结构接地电极2之间的区域会产生强电场。在强电场的作用下，微结构高压电极1周围的空气被电离成带电粒子，带电粒子在电场的作用下向微结构接地电极2运动，在运动过程中与中性分子碰撞，产生电荷和动能的转移和传递，对周围流体流动产生强烈的扰动，从而形成宏观的气体运动，从而在基底3表面和微结构电极表面产生离子风。

基底3例如形成为厚度一定的平板状，并具有第1主面3a和其背面的第2主面3b。此外，离子风沿着第1主面3a在第1主面3a上流动进行对流散热。此外，第2主面3b贴合需要进行冷却的物体表面，通过热传导进行散热。

基底3由具有较高热导率的绝缘材料形成，例如举出表面附有氧化层的硅。

微结构高压电极1和微结构接地电极2均设置于第1主面3a上。

微结构高压电极1以及微结构接地电极2例如形成厚度一定的层状(包括平板状)。这些电极的平面形状可以采用适当形状，在图1中例示采用具有与x方向以及y方向平行的边的矩形的情况。

微结构高压电极1以及微结构接地电极2由金属等导电性材料形成，例如举出铬、铜、铝、钛、镍、银、铜镍合金、氧化铟锡(ito)。这些电极可以通过物理气相沉积技术或化学气相沉积技术在基底3的第1主面3a上进行沉积并通过适当的微加工工艺来形成。

此外，微结构高压电极1以及微结构接地电极2的尺寸以及材料，既可以彼此相同，也可互不相同。

微结构接地电极2相对于微结构高压电极1而位于离子风的下游侧的位置。

单极微结构式离子风发生单元的电极间距的范围为1μm-100μm。该电极间距可以根据空间大小以及散热要求进行适当调整。

相邻微结构式离子风发生单元之间的距离大于微结构式离子风发生单元内的电极间距。在微结构式离子风散热装置4工作时，微结构式离子风发生单元内的电场强度大于相邻微结构式离子风发生单元之间的电场强度，离子风优先在微结构式离子风发生单元内产生，在叠加多级微结构式离子风发生单元的微结构式离子风散热装置内产生方向一致的离子风。

上述实施例公开了本发明的技术方案，通过将多个单级微结构式离子风发生单元在出风方向叠加，能够根据散热要求及空间条件灵活调节微结构式离子风散热装置的风速及出风量。例如：若空间比较狭小，可以布置较少级数的微结构式离子风发生单元；若要求更大的散热性能，可以通过减小单极微结构式离子风发生单元的电极间距以及叠加更多级数的微结构式离子风发生单元以提高对流风速，来加强对基底的散热能力。

<第2实施方式>

图2是示意性表示本公开的第2实施方式涉及的微结构式离子风散热装置104的立体图。

微结构式离子风散热装置104与第1实施方式的微结构式离子风散热装置4不同之处仅在于微结构高压电极的形状。具体而言，如下所述。

微结构高压电极101构成为与微结构接地电极2之间的距离变化的形状。例如，微结构高压电极101靠近离子风下游侧的平面形状为锯齿状，因而微结构式离子风发生单元的电极间距沿宽度方向(y方向)上发生变化。

此外，微结构高压电极101的锯齿结构的尺寸以及数目可以根据散热要求进行适当调整。

与第1实施方式同样地，微结构高压电极101与微结构接地电极2之间的距离越短，则微结构高压电极101与微结构接地电极2之间的电场越强。其结果，相比于在锯齿状电极底部附近的位置，离子风在锯齿状电极顶部附近的位置更能得到加速。

如以上所述，根据第2实施方式，由于微结构高压电极101构成为与微结构接地电极2之间的距离变化的形状，因而在离子风的宽度方向(y方向)上能够对离子风赋予强弱以及改变离子风的分布。

<第3实施方式>

图3是示意性表示本公开的第3实施方式涉及的微结构式离子风散热装置204的立体图。

微结构式离子风散热装置204与第1实施方式的微结构式离子风散热装置4不同之处仅在于微结构高压电极以及微结构接地电极的形状。具体而言，如下所述。

微结构高压电极201以及微结构接地电极202的平面形状构成为拱形。此外，这些电极在半径方向上的宽度既可以保持相同，也可随周向变化。

此外，微结构高压电极201以及微结构接地电极202在半径方向上的宽度以及电极的圆周角可以根据空间大小以及散热要求进行适当调整。

与第1实施方式同样地，高压电源对微结构高压电极201供电，微结构接地电极202接地，在微结构高压电极201与微结构接地电极202之间的区域会产生强电场，从而在基底3的第一主面3a以及微结构电极表面产生方向沿径向并向外流动的离子风。

如以上所述，根据第3实施方式，由于所产生离子风均从圆心位置沿径向而向外流动，因而能够对圆心处进行更高效的散热。

<第4实施方式>

图4是示意性表示本公开的第4实施方式涉及的微结构式离子风散热装置304的立体图。

微结构式离子风散热装置304与第1实施方式的微结构式离子风散热装置4不同之处仅在于微结构高压电极的形状。具体而言，如下所述。

微结构高压电极301构成为与微结构接地电极2之间的距离变化的形状。例如，微结构高压电极301靠近离子风下游侧的平面形状为指状，因而微结构式离子风发生单元的电极间距沿宽度方向(y方向)上发生变化。

此外，指状电极的尺寸以及数目可以根据散热要求进行适当调整。

与第2实施方式同样地，相比于在指状电极底部附近的位置，离子风在指状电极顶部附近的位置更能得到加速。

如以上所示，根据第4实施方式，与第2实施方式同样地，在离子风的宽度方向(y方向)上能够对离子风赋予强弱以及改变离子风的分布。

<第5实施方式>

图5是示意性表示本公开的第5实施方式涉及的微结构式离子风散热装置404的立体图。

微结构式离子风散热装置404与第1实施方式的微结构式离子风散热装置4不同之处仅在于微结构高压电极以及微结构接地电极的形状。具体而言，如下所述。

微结构高压电极401以及微结构接地电极402的平面形状构成为指形。此外，微结构高压电极401端部的曲率与微结构电极402端部的曲率既可以保持相同，也可以有所不同。

此外，这些电极均采用指状电极，相较于第1实施方式和第4实施方式涉及的微结构式离子风散热装置，微结构式离子风散热装置404具有更加不均匀的电场，因而可以产生不同分布规律的离子风。

与第1实施方式同样地，高压电源对微结构高压电极401供电，微结构接地电极402接地，在微结构高压电极401与微结构接地电极402之间的区域会产生强电场，从而在基底3的第一主面3a以及微结构电极表面产生方向一致的离子风。

如以上所述，根据第5实施方式，由于微结构高压电极401以及微结构接地电极402均采用指状电极，因而可以产生不同分布规律的离子风。

<第6实施方式>

图6(a)是示意性表示本公开的第6实施方式涉及的微结构式离子风散热装置504的立体图，图6(b)是示意性表示本公开的第6实施方式涉及的微结构式离子风散热装置504的上视图。

微结构式离子风散热装置504与第1实施方式的微结构式离子风散热装置4不同之处仅在于微结构高压电极以及微结构接地电极的布置方式。具体而言，如下所述。

微结构高压电极501以及微结构接地电极502与长度方向(x方向)形成一定角度成“v”字型布置。此外，这些电极的宽度既可以保持相同，也可随宽度方向(y方向)变化。

此外，该角度可以根据空间大小以及散热要求进行适当调整。

与第1实施方式同样地，高压电源对微结构高压电极501供电，微结构接地电极502接地，在微结构高压电极501与微结构接地电极502之间的区域会产生强电场，从而在基底3的第一主面3a以及微结构电极表面产生成“v”字型布置的离子风。

如以上所述，根据第6实施方式，由于微结构高压电极501以及微结构接地电极502采用“v”字型布置方式，因而可以产生成“v”字型布置的离子风，进行换热的离子风可以更快地流出装置，因而能够对中心进行更高效的散热。

<第7实施方式>

图7是示意性表示本公开的第7实施方式涉及的微结构式离子风散热装置604的立体图。

微结构式离子风散热装置604与第1实施方式的微结构式离子风散热装置4不同之处仅在于微结构高压电极以及微结构接地电极的形状。具体而言，如下所述。

微结构高压电极601以及微结构接地电极602的平面形状构成为锯齿形。此外，这些电极的宽度既可以保持相同，也可随宽度方向(y方向)变化。

此外，微结构高压电极601以及微结构接地电极602的锯齿的尺寸既可以保持相同，也可以有所不同。

此外，这些电极均采用锯齿状电极，相较于第1实施方式涉及的微结构式离子风散热装置，微结构式离子风散热装置604具有更加不均匀的电场，因而可以产生不同分布规律的离子风。

与第2实施方式相同地，电极的锯齿结构的尺寸以及数目可以根据散热要求进行适当调整。

与第1实施方式同样地，高压电源对微结构高压电极601供电，微结构接地电极602接地，在微结构高压电极601与微结构接地电极602之间的区域会产生强电场，从而在基底3的第一主面3a以及微结构电极表面产生沿宽度方向(y方向)方向交替变化的离子风。

如以上所述，根据第7实施方式，由于微结构高压电极601以及微结构接地电极602均采用锯齿状电极，因而可以产生不同分布规律并沿宽度方向(y方向)方向交替变化的离子风。

<第8实施方式>

图8是示意性表示本公开的第8实施方式涉及的微结构式离子风散热装置704的立体图。

微结构式离子风散热装置704与第1实施方式的微结构式离子风散热装置4不同之处仅在于微结构高压电极以及微结构接地电极的形状。具体而言，如下所述。

微结构高压电极701以及微结构接地电极702的平面形状构成为波浪形。此外，这些电极的宽度既可以保持相同，也可随宽度方向(y方向)变化。

此外，微结构高压电极701以及微结构接地电极702的波浪结构的尺寸既可以保持相同，也可以有所不同。

此外，这些电极均采用波浪状电极，相较于第1实施方式涉及的微结构式离子风散热装置，微结构式离子风散热装置604具有更加不均匀的电场，因而可以产生不同分布规律的离子风。

与第2实施方式相同地，电极的波浪结构的尺寸以及数目可以根据散热要求进行适当调整。

与第1实施方式同样地，高压电源对微结构高压电极701供电，微结构接地电极702接地，在微结构高压电极701与微结构接地电极702之间的区域会产生强电场，从而在基底3的第一主面3a以及微结构电极表面产生沿宽度方向(y方向)方向周期变化的离子风。

如以上所述，根据第8实施方式，由于微结构高压电极701以及微结构接地电极702均采用波浪状电极，因而可以产生不同分布规律并沿宽度方向(y方向)方向周期变化的离子风。

如图9所示，一种所述离子风散热装置的散热方法包括以下步骤，

基底的下表面贴合待散热对象，

基于待散热对象的散热量，设置预定个数的离子风发生单元在上表面的分布，以及所述离子风发生单元的微结构高压电极与微结构接地电极之间的间距尺寸，

微结构高压电极的底表面平铺于所述上表面，所述微结构高压电极经由高压电源供电，微结构接地电极的底表面平铺于所述上表面，所述微结构接地电极接地，所述微结构接地电极与所述微结构高压电极相对设置以在其之间形成离子风道。

工业实用性

本发明所述的离子风散热装置及其方法可以在微小设备散热领域制造并使用。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。