一种用于消费电子的微型压电主动散热装置

本发明涉及散热装置，具体是一种用于消费电子的微型压电主动散热装置。

背景技术：

1、随着人工智能、高性能计算及边缘计算的发展，电子设备运算能力不断提升，芯片功率密度持续攀升。尤其在智能手机、超薄笔记本和可穿戴ai眼镜等紧凑型移动终端中，内部空间日益狭小，散热能力已成为制约设备性能提升的重要因素。现有技术中，应用于消费电子设备的散热方案主要分为被动散热技术与主动散热技术两类，被动散热技术包括自然对流散热、导热界面材料、热管及均温板等，主动散热技术包括传统轴流风扇、微型风扇、合成射流装置及压电风扇等。其中，微型主动散热技术通过微型化可动结构实现主动气流驱动，利用微尺度结构的振动或形变产生定向气流，带走电子设备产生的热量，凭借微型化、低功耗、静音等优势，成为解决紧凑型设备散热难题的重要技术方向，在消费电子和汽车电子等领域具有广泛的应用前景。

2、然而，现有各类散热方案均存在各自的不足。传统被动散热方案冷却能力有限、响应速度慢，无法满足高性能芯片的散热需求；其中自然对流散热依赖空气自然流动，散热效率较低，难以满足高功率密度芯片的散热需求；导热界面材料仅起热量传导作用，无法主动排出热量，易导致局部热量积聚形成热点；热管与均温板虽具有较高的传热能力，但其厚度较大且需完整回路结构，难以布设于智能手机和可穿戴ai眼镜等超薄紧凑空间，同时在高热流密度工况下存在毛细极限及干涸风险。主动散热方案中，传统轴流风扇体积较大、噪声高且功耗较高，难以适用于紧凑型电子设备；微型风扇虽尺寸有所缩小，但受限于电机与轴承结构，存在寿命短和可靠性差的问题，且高速旋转时产生可听噪声与振动；合成射流装置采用压电振子驱动腔体产生脉冲射流，其结构复杂、驱动电压较高，气流方向单一且射流速度衰减较快；现有压电风扇多采用矩形梁和圆形膜驱动，虽具有体积小、厚度薄、低功耗、静音且易于集成等优点，但仍存在以下问题：一是功耗较高，采用厚膜或块体压电材料的压电风扇驱动电压和功耗均偏高；二是气流组织效率不足，矩形梁和圆形膜等结构空间利用率低，气流覆盖均匀性差；三是制造工艺复杂，多层薄膜沉积和精密刻蚀等工序良率控制难度大，且与现有散热模组集成适配性弱，器件一致性难以保证。因此，针对以上现状，迫切需要开发一种用于消费电子的微型压电主动散热装置，以克服当前实际应用中的不足。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于消费电子的微型压电主动散热装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种用于消费电子的微型压电主动散热装置，包括气流产生装置、上盖结构以及出气底板，所述气流产生装置层叠设置于所述上盖结构与所述出气底板之间；

4、所述气流产生装置包括所述压电致动器、所述悬臂梁结构、锚定结构、气体狭缝以及下气体腔室；

5、所述悬臂梁结构的锚定端与所述锚定结构固定连接，悬臂梁结构的自由端呈悬伸状态；

6、所述压电致动器贴设于所述悬臂梁结构的表面，用于驱动所述悬臂梁结构产生弯曲振动；

7、所述气体狭缝形成于所述悬臂梁结构的自由端与所述气流产生装置的侧壁之间；所述下气体腔室形成于所述悬臂梁结构的下方；

8、所述上盖结构盖设于所述气流产生装置的上方，所述上盖结构与所述气流产生装置之间形成上气体腔室；

9、所述出气底板设置于所述气流产生装置的下方，所述出气底板上开设有与所述下气体腔室相连通的气孔。

10、作为本发明进一步的方案：所述气流产生装置的侧壁为侧壁结构，所述侧壁结构围设于所述悬臂梁结构的外围，所述气体狭缝形成于所述侧壁结构与所述悬臂梁结构的自由端之间。

11、作为本发明进一步的方案：所述出气底板包括导热板，所述气孔贯穿所述导热板设置；

12、所述气孔为上大下小的锥形孔。

13、作为本发明进一步的方案：所述上盖结构上设有与所述上气体腔室相连通的气体入口；

14、所述气体入口设置在所述气体狭缝的正上方，所述气体入口的数量与所述气体狭缝的数量一致。

15、作为本发明进一步的方案：所述出气底板上设有气体出口。

16、作为本发明进一步的方案：所述锚定结构设置于所述气流产生装置的中心区域，多个所述悬臂梁结构共同锚定在同一所述锚定结构上，形成悬臂梁阵列结构。

17、作为本发明进一步的方案：所述悬臂梁结构的谐振频率不低于20khz。

18、作为本发明进一步的方案：所述锚定结构的中心区域设有中心活塞结构，所述中心活塞结构包括活塞气体腔室、活塞梁、活塞泵以及活塞气体狭缝；

19、所述活塞梁连接所述活塞泵与所述锚定结构，所述活塞梁的表面铺设有压电致动器，所述压电致动器用于驱动所述活塞梁发生形变以带动所述活塞泵上下运动；

20、所述活塞气体腔室形成于所述活塞泵的下方；

21、所述活塞气体狭缝形成于所述活塞梁与所述锚定结构之间、以及所述活塞梁与所述活塞泵之间，用于连通所述上气体腔室与所述活塞气体腔室；

22、所述活塞梁为环形弯折结构；或者，所述活塞梁为鱼骨状结构，包括纵向主梁以及从所述纵向主梁延伸出的横向分支梁。

23、作为本发明进一步的方案：所述压电致动器包括第一电极、第二电极以及夹设于所述第一电极与所述第二电极之间的单层压电体。

24、作为本发明进一步的方案：所述微型压电主动散热装置的整体尺寸不大于10mm×10mm×2mm。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

26、通过压电致动器驱动悬臂梁结构形成阵列式同步振动，配合上气体腔室与下气体腔室之间的压差变化产生高速脉冲射流，提高了对流换热系数，散热效率较传统被动散热方式有较大提升，脉冲射流模式能够快速带走热量，有效解决高性能芯片的散热瓶颈问题；

27、通过外围悬臂梁阵列与中心活塞结构相配合的复合式结构设计，充分利用锚定结构中心区域的闲置空间，在提高装置内部空间利用率的同时，增大了进排气风量，提升了散热装置单位面积的散热能力；

28、通过采用压电致动器驱动悬臂梁结构的微型化层叠设计，配合20khz以上的高频谐振工作模式，使装置整体尺寸不大于10mm×10mm×2mm，功耗低至0.05w，且能够实现全静音运行，适配紧凑型电子设备的应用需求；

29、通过将气流产生装置设置为可采用标准化微机电系统工艺或者高精密机械加工技术制备的结构形式，使产品良率可控，能够降低规模化生产成本，便于产业化推广。

1.一种用于消费电子的微型压电主动散热装置，其特征在于，包括气流产生装置（100）、上盖结构（200）以及出气底板（300），所述气流产生装置（100）层叠设置于所述上盖结构（200）与所述出气底板（300）之间；

2.根据权利要求1所述的用于消费电子的微型压电主动散热装置，其特征在于，所述气流产生装置（100）的侧壁为侧壁结构（150），所述侧壁结构（150）围设于所述悬臂梁结构（120）的外围，所述气体狭缝（140）形成于所述侧壁结构（150）与所述悬臂梁结构（120）的自由端之间。

3.根据权利要求1所述的用于消费电子的微型压电主动散热装置，其特征在于，所述出气底板（300）包括导热板（330），所述气孔（320）贯穿所述导热板（330）设置；

4.根据权利要求1所述的用于消费电子的微型压电主动散热装置，其特征在于，所述上盖结构（200）上设有与所述上气体腔室（220）相连通的气体入口（210）；

5.根据权利要求1所述的用于消费电子的微型压电主动散热装置，其特征在于，所述出气底板（300）上设有气体出口（310）。

6.根据权利要求1所述的用于消费电子的微型压电主动散热装置，其特征在于，所述锚定结构（130）设置于所述气流产生装置（100）的中心区域，多个所述悬臂梁结构（120）共同锚定在同一所述锚定结构（130）上，形成悬臂梁阵列结构。

7.根据权利要求1所述的用于消费电子的微型压电主动散热装置，其特征在于，所述悬臂梁结构（120）的谐振频率不低于20khz。

8.根据权利要求1所述的用于消费电子的微型压电主动散热装置，其特征在于，所述锚定结构（130）的中心区域设有中心活塞结构（400），所述中心活塞结构（400）包括活塞气体腔室（410）、活塞梁（420）、活塞泵（430）以及活塞气体狭缝（440）；

9.根据权利要求1所述的用于消费电子的微型压电主动散热装置，其特征在于，所述压电致动器（110）包括第一电极、第二电极以及夹设于所述第一电极与所述第二电极之间的单层压电体。

10.根据权利要求1所述的用于消费电子的微型压电主动散热装置，其特征在于，所述微型压电主动散热装置的整体尺寸不大于10mm×10mm×2mm。