CN107426950A - 一种电子器件自然散热装置 - Google Patents

Abstract

一种电子器件自然散热装置，所述散热装置由基板、设置在基板上的散热翅片和后壳构成；所述散热翅片采用W型结构，垂直基板布置，拐角处打断处理；所述后壳由绝热材料制造，紧贴基板背部。工作过程中，散热装置垂直布置，电子器件产生的热量经由热管传递到铝制平板上，铝制平板被放置在所述后壳中，再与所述散热器的基板贴合，最后通过W型散热翅片将热量散失到环境中去。利用W型翅片特有的布置方式，增加了散热面积，减小了气体与翅片的接触流程，大大增加了水平方向的进气量，使得换热温差变大，提高了自然对流换热效率，从而达到了延长电子器件寿命，提高设备可靠性的目的。

Description

一种电子器件自然散热装置

技术领域

本发明属于散热技术领域，具体涉及一种适用于化工、冶金、空调、电子通讯等各行业需要强化散热的设备中的高热流密度下的电子器件自然散热装置。

背景技术

随着电子及通讯技术的迅速发展，高性能芯片和集成电路的使用越来越广泛。电子产业的发展一直遵循着摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18～24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。因此电子器件芯片的功率不断增大，加之设备体积日益减小，导致设备单位表面热流密度不断增大，温度不断上升。随着温度的升高，当超过其额定值时，电子元件的失效率呈指数增长，相应地降低了设备的可靠性。为保证电子设备系统参数的稳定性，提高电子设备的工作性能和可靠性，就必需对设备进行热设计，使其工作温度低于额定温度。目前电子器件主要的冷却方式有主动式和被动式。一般来说，主动式散热量远大于被动式散热量，但是由于被动式散热具有无需供给能源、性能可靠稳定、安全性高、无噪音且制造成本较低等优点，越来越受到关注。并且，由于环境适应性要求，一些产品内部不允许安装风扇，且其外壳相对密封，通常是将集中热源安装在设备底部或机壳内侧，并借助散热肋片或翅片来增大散热面积，通过自然散热方式进行散热。

对于广泛用于通信、网络行业的自然散热模块，分析其从模块内部热源(发热元件)到外界环境的散热过程可知，模块外壳侧的散热热阻远大于模块内部的接触热阻以及导热、对流等环节热阻。外壳侧的散热则包括了自然对流散热和辐射散热，特别是其中的自然对流热阻极高(约占整个模块热阻的50％以上)，是制约模块散热能力提高的关键之所在。随着自然散热模块功耗水平的不断增加，如何充分降低自然散热模块外壳侧的热阻、增强模块散热能力，是降低模块温度水平的必然要求，也是保证自然散热模块正常稳定运行的前提。考虑到模块表面情况和温度水平限制，其辐射换热的强化和优化空间有限，所以自然散热模块的强化传热主要是要强化其外壳侧的自然对流散热能力，因此以往的研究者对此进行了大量的实验与数值模拟研究。目前应用于自然对流散热模块的翅片结构主要有平板翅片、波纹翅片以及百叶窗翅片。平板翅片具有加工方便，制造成本低，便于规模化生产等优点，但是对于生产实际中经常用到的竖直平板翅片而言，其上部分由于气流温度较高，换热温差变小，所以其散热能力也相应地恶化。波纹翅片与百叶窗翅片结构复杂、加工困难，流动阻力较大，且在实际生产中用到的竖直波纹翅片和百叶窗翅片的上部分也存在类似于竖直平板翅片中流场速度矢量和温度梯度之间协同性较差的缺点。鉴于此，目前设备的热设计已经成为制约电子通信等行业新技术发展的关键问题。因此，亟需开发一种能够显著降低高热流密度下电子设备内部温度，提高设备可靠性的高效散热器。

发明内容

针对上述提出的竖直平板翅片上部气流温度较高，流速较小导致自然对流传热效果恶化的技术问题，本发明提供一种能有效降低自然散热条件下散热设备中发热元件的温度，从而达到延长寿命，提高设备可靠性的电子器件自然散热装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括自下而上依次设置的绝热后壳、热源铝板、基板和W型散热翅片，所述W型散热翅片拐角处断开，对称布置在基板上；所述热源铝板设置在绝热后壳中，并紧贴在基板背面。

所述的W型散热翅片的开口角度a为45°～90°。

所述的W型散热翅片断开部位尺寸d与基板宽度尺寸L之比d/L＝0.03～0.10。

所述的W型散热翅片翅片厚度l与翅片间距p宽度尺寸L之比l/p＝0.05～0.10。

所述的W型散热翅片在基板上均匀布置。所述的后壳绝热处理。

电子器件工作时产生的热量经由热管传递到热源铝板上，热源铝板再与所述散热器基板贴合，最后通过W型散热翅片将热量散失到环境中去。与竖直平板翅片底部进气相比，W型散热翅片改变了空气的进气方式，使得更多的空气从水平方向进气，增大了换热温差，增大了换热面积，从而大大提高了换热效率。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1)增大了换热面积。W型散热翅片倾斜的翅片布置方式，相对于传统竖直平板翅片，更加高效的利用了散热空间，在保证翅片散热效率的同时，增大了换热面积，强化换热效果。

2)改变了进气方式。传统的竖直平板翅片主要是从底部进气，空气沿重力方向上升，与翅片进行换热。这种进气方式导致的直接结果是，基板上部空气温度逐渐升高，换热温差变小；同时，由于在进气的流程比较大，热边界层的厚度大，使得换热性能变差。W型散热翅片使得空气的主要的进气方式是水平方向进气，使得更多的冷空气直接进入翅片附近，参与换热过程，使得气体流程减小，换热温差增大，翅片整体的换热性能得到强化。

3)增加了进气量。W型散热翅片水平方向的进气主要是在翅片拐角打断部位。相比于V型翅片，W型散热翅片大大增加了水平方向的进气量，使得更多的进气能够达到翅片底部，甚至冲刷基板，从而达到强化散热效果的目的。

4)本发明结构简单。在传统竖直平板散热结构基础上，不改变翅片高度，保留原来散热空间，仅仅是改变翅片的布置方式；不增加斜肋、圆弧结构，有效保留了其流动阻力较小，加工方便，制造成本低等优点。

5)高效的散热效率。在电子器件功率为100W，外界环境温度为25℃时，目前行业中广泛应用的翅片式散热器在传统竖直平板散热器的基础上，基板平均降温不到2.5℃，利用热管技术能够达到平均温降3.8℃，而本发明中W型散热翅片能够达到最高温降5.1℃，平均温降3.9℃。

附图说明

下面结合附图所描述的实施方式对本发明进一步说明。

图1为本发明的爆炸图。

图2为本发明的正视图。

图3为本发明的左视图。

图4为本发明结构与传统竖直平板翅片散热器的测温点温度对比图。

图中1、W型散热翅片，2、基板，3、铝板热源，4、绝热后壳。

具体实施方式

参见附图1，本发明的散热装置包括W型散热翅片1和设置在所述W型散热翅片1底部的基板2，和紧贴在所述基板2背面的热源铝板3，和包裹所述热源铝板3的绝热后壳4；所述W型散热翅片1拐角处断开，均布在所述基板2上。其中，所述的W型散热翅片1的开口角度a为45°～90°；所述的W型散热翅片1断开部位尺寸d与基板2宽度尺寸L之比d/L＝0.03～0.10；所述的W型散热翅片1的厚度l与翅片间距p宽度尺寸L之比l/p＝0.05～0.10。

电子器件工作时产生的热量经由热管传递到铝板热源上，铝板热源再与所述散热器基板贴合，最后通过W型散热翅片将热量散失到环境中去。通过改变空气的进气方式，使得更多的空气从水平方向进气，并沿着倾斜通道快速离开翅片区域，减小了空气流程，增大了换热温差，增大了换热面积，从而大大提高了换热效率。

以下是本发明的一个实施例，基板高度H为355mm，基板宽度L为210mm，基板厚度b为3mm。对于w型散热翅片，开口角度a为60°，翅片厚度l为1.8mm，翅片间距p为11.2mm。5个测温点在基板上均匀布置。五个热源总功率100W，在基板上均与布置，环境温度35℃。针对此结构参数，分别对传统竖直平板翅片散热器与本发明结构的换热与流动特性进行数值计算，同时对两种结构基板上的温度分布进行对比分析。采用上述高效电子器件散热器，与传统的竖直平板翅片散热器相比，5个测温点温度分布如图3所示。从图3可以看出，与传统的竖直平板翅片散热器相比，采用本发明结构，基板温度最高降低约5.1℃，显著强化对流换热。

Claims (5)

1.一种电子器件自然散热装置，其特征在于：包括自下而上依次设置的绝热后壳(4)、热源铝板(3)、基板(2)和W型散热翅片(1)，所述W型散热翅片(1)拐角处断开，对称布置在基板(2)上；所述热源铝板(3)设置在绝热后壳(4)中，并紧贴在基板(2)背面。

2.根据权利要求1所述的电子器件自然散热装置，其特征在于：所述的W型散热翅片(1)的开口角度a为45°～90°。

3.根据权利要求1所述的电子器件自然散热装置，其特征在于：所述的W型散热翅片(1)断开部位尺寸d与基板(2)宽度尺寸L之比d/L＝0.03～0.10。

4.根据权利要求1所述的电子器件自然散热装置，其特征在于：所述的W型散热翅片(1)翅片厚度l与翅片间距p宽度尺寸L之比l/p＝0.05～0.10。

5.根据权利要求1所述的电子器件自然散热装置，其特征在于：所述的W型散热翅片(1)在基板(2)上均匀布置。