一种离子风高效散热器制造技术

本发明专利技术涉及一种离子风高效散热器，包括绝缘导热板、第一套电晕电极、第二套电晕电极、用于支撑第二套电晕电极的支架和网状集电极；绝缘导热板另一侧为受热安装面，直接接触需散热的微电子元件。第一套电晕电极、第二套电晕电极和网状集电极均与绝缘导热板呈一定倾角，非垂直安装。第一套电晕电极、第二套电晕电极和网状集电极分别接入电压源两端，在电晕电极和网状集电极之间形成离子风。本发明专利技术具有的优势：散热效率高、能耗低、结构简单、可集成化、无噪音等。在此基础上，倾斜安装电晕电极和网状集电极，可减少离子风运动阻力，增大离子风气流运动空间，进一步提高散热效率；且结构灵活可控，可节约散热能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种离子风高效散热器
本专利技术涉及电子设备散热
，具体涉及一种基于电流体动力学原理的离子风高效散热器。
技术介绍
近年来，微电子元件发展迅猛，随着其应用领域的不断扩大，电子产品逐渐向超微型化、高集成化方向发展，使得微电子元件的功率密度越来越高，形成热量堆积，严重影响其工作稳定性及使用寿命。因此，如何高效散热，合理控制工作温度，是目前亟待解决的关键问题。针对微电子元件在工作过程中发热量大的问题，传统的散热方式包括：机械风扇散热、液冷、热电制冷、合成射流散热。其中，机械风扇散热方式应用较多，散热效率较高，但工作过程中噪音大、工作稳定性欠佳，另外需要较大的安装空间，难以满足电子元件微型化的要求。液冷常用水和乙醇作为冷却介质，受工艺水平限制，密封成为液冷的最大难题。因此，这种散热方式对工作环境要求较高，震动或温度过高都易引起液体泄漏，一旦出现泄漏，将直接导致电子元件的损坏。热电制冷又称半导体制冷，采用闭环温控电路，制冷效率及制冷温度可控，但是制作成本高昂，且较高的额外功耗是目前热电制冷技术难以步入商业化的主要原因。合成射流散热技术采用类似振动膜的元件对压缩腔内的空气进行一定频率的振动，形成高速湍流脉冲射流来实现冷却，冷却效果显著，但是这种散热方式结构复杂，运行成本较高，可靠性较差。离子风散热是一种基于电流体动力学（Electrohydrodynamics，EHD）原理的散热方式，是在高压电场作用于流体介质后，引起流体介质有源运动，从而影响温度场的一种强化散热方式。离子风散热器结构简单，仅需要高压电源和若干电极即可完成。其中，电晕结构利用尖端放电原理，集电极可采用平板式或网格式，在电晕电极和集电极之间施加高电压，在电晕电极针尖附近形成较强的电场，将空气电离成电子和正离子，即电晕区。带电离子在电场作用下运动，由于带电离子本身带有较大的动能，在运动过程中进一步电离中性分子，造成“电子雪崩”。离子的运动形成离子风，作用于发热物体表面，可使得表面传热系数提高数倍。虽然其工作电压高达千伏，但其工作电流仅为微安级，因此，其所消耗功率远小于传统机械风扇散热。根据文献调查，离子风散热具有较高的散热效率（YabeA.ActiveHeatTransferEnhancementbyUtilizingElectricFields[J].Ann.rev.heatTransf,1991,4；E.Moreau,G.Touchard,Enhancingthemechanicalefficiencyofelectricwindincoronadischarges,J.Electrostat.66(1)(2008)39–44.），且工作无噪音、热流与温度易于控制，稳定性高，同时能够满足微电子散热微小化、集成化的要求，具有广阔的应用前景。根据电晕电极的形状，离子风散热结构主要分为针板式、线板式和线线式，集电极可为平板式或网格式，其中针板式和线板式散热效率较高。针状电极尖端产生的电晕气流沿电晕电极方向完全向下，线状电极产生的电晕气流在电晕电极四周分布向外辐射。有相关研究改变集电极的布置方式，与电晕电极形成倾角，增大了气流的扩散空间，减少气流运动阻力，获得了较大的散热效率(KalmanH,SherE.Enhancementofheattransferbymeansofacoronawindcreatedbyawireelectrodeandconfinedwingsassembly[J].AppliedThermalEngineering,2001,21(3):265-282.)。为了进一步提高离子风的散热效率，相关研究在散热翅片的结构基础上，采用串联的方式，将单一的离子风散热结构串联在一起，获得更高的气流速度和散热效率。如：Ramadhan等采用线板式串联（RamadhanAA,KapurN,SummersJL,etal.NumericalDevelopmentofEHDCoolingSystemsforLaptopApplications[J].AppliedThermalEngineering,2018.），王长宏等人采用针板式串联的形式提高散热效率（如中国专利CN201711145509.5公开的一种散热结构；中国专利CN201711339031.X公开的一种离子风散热单体、离子风散热系统和离子风散热温控系统）。但是这种离子风串联散热系统的主要问题在于，微小型电子元件相邻散热翅片之间通道较窄，易形成热气流堆积，且离子风运动阻力较大，降低了散热效率，相邻的散热翅片会相互干涉，按照离子风的运动方向，比如第一个翅片的热量会带给第二个翅片，第二个带给第三个，相互影响，这样的影响会导致部分热量堆积，不能及时扩散。综上所述，为微电子元件提供一种散热效率高、无噪声、功率低、可集成化的散热器，是本领域技术人员急需解决的问题，如何在现有离子风散热结构原型的基础上，进一步提高散热效率，是目前离子风散热能够实用化的关键问题。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种新的离子风散热器，可有效解决现有串联离子风散热结构散热翅片相互影响，通道内热量堆积的问题，提高散热效率，满足微电子元件散热结构微型化、集成化、低能耗、超静音的技术需求。本专利技术的技术方案是：一种离子风高效散热器，其包括绝缘导热板，所述绝缘导热板的一面为受热安装面，另一面为支承面，所述支承面的两侧分别设有第一套电晕电极，沿所述支承面的轴向中心线固定设置第二套电晕电极，沿轴向中心线的两侧对称设有网状集电极，所述网状集电极分别置于第一套电晕电极与第二套电晕电极之间，所述第一套电晕电极、第二套电晕电极以及网状集电极分别与电压源的两端连接，且在第一套电晕电极、第二套电晕电极以及网状集电极之间形成离子风，所述第一套电晕电极、第二套电晕电极以及网状集电极均与绝缘导热板非垂直安装。所述第二套电晕电极的数量为2N-1个，所述网状集电极的数量为2N个。所述网状集电极的通电数量n可控，n≤2N。所述绝缘导热板的支承面一侧设有若干轴向设置的卡槽，且所述卡槽的开口朝向非垂直设置，所述第一套电晕电极、第二套电晕电极以及网状集电极可倾斜插装在所述卡槽内。所述第一套电晕电极包括与绝缘导热板倾斜设置的翅板以及若干阵列设置在翅板上的针状电晕电极。所述翅板与绝缘导热板的倾斜角度α：60°≤α＜90°之间。所述针状电晕电极的尺寸为0.025~1.5mm，锥度小于1:7。所述第二套电晕电极为线状电晕电极，直径范围为0.025~1.3mm，且通过支架固定设置在绝缘导热板的支承面上。所述网状集电极与绝缘导热板的倾斜角度β：60°≤β＜90°。所述网状集电极内设有若干矩形通孔。本专利技术的有益效果：1、能耗低、结构简单、可集成化、无噪音等。2、同时采用针状和线状电晕电极，且电晕电极、集电极与绝缘导热板之间呈一倾角（非垂直放置），一方面避免形成的离子风气流与翅片（集电极）垂直碰撞，可减少离子风运动阻力，集电极为网状结构，可增大离子风气流运动空间，避免将热气流限定在狭窄的翅板通道内，同时可进一步减小阻力；3、电晕电极、集电极倾斜放置，离子风运动方向朝外，更有利于离子风将热量送出；4、根据所需散热电子元件实际工作功率、热源温度、环境温度，选择第二套本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子风高效散热器，其特征在于：其包括绝缘导热板，所述绝缘导热板的一面为受热安装面，另一面为支承面，所述支承面的两侧分别设有第一套电晕电极，沿所述支承面的轴向中心线固定设置第二套电晕电极 ，沿轴向中心线的两侧对称设有网状集电极，所述网状集电极分别置于第一套电晕电极与第二套电晕电极之间，所述第一套电晕电极、第二套电晕电极以及网状集电极分别与电压源的两端连接，且在第一套电晕电极、第二套电晕电极以及网状集电极之间形成离子风，所述第一套电晕电极、第二套电晕电极以及网状集电极均与绝缘导热板非垂直安装。

【技术特征摘要】
1.一种离子风高效散热器，其特征在于：其包括绝缘导热板，所述绝缘导热板的一面为受热安装面，另一面为支承面，所述支承面的两侧分别设有第一套电晕电极，沿所述支承面的轴向中心线固定设置第二套电晕电极，沿轴向中心线的两侧对称设有网状集电极，所述网状集电极分别置于第一套电晕电极与第二套电晕电极之间，所述第一套电晕电极、第二套电晕电极以及网状集电极分别与电压源的两端连接，且在第一套电晕电极、第二套电晕电极以及网状集电极之间形成离子风，所述第一套电晕电极、第二套电晕电极以及网状集电极均与绝缘导热板非垂直安装。2.根据权利要求1所述的离子风高效散热器，其特征在于：所述第二套电晕电极的数量为2N-1个，所述网状集电极的数量为2N个。3.根据权利要求2所述的离子风高效散热器，其特征在于：所述网状集电极的通电数量n可控，n≤2N。4.根据权利要求1所述的离子风高效散热器，其特征在于：所述绝缘导热板的支承面一侧设有若干轴向设置的卡槽，且所述卡槽的开口朝向非垂直设...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈慈明，于影，左雨欣，左春柽，吴友俊，蔡杭杰，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33