[发明专利]一种离子风高效散热器

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及电子设备散热技术领域，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。

背景技术

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（Yabe A. ActiveHeat Transfer Enhancement by Utilizing Electric Fields[J]. Ann.rev.heatTransf, 1991, 4； E. Moreau, G. Touchard, Enhancing the mechanical efficiency ofelectric wind in corona discharges, 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。