CN101107444A - 电流体动力泵和包括电流体动力泵的冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冷却系统，尤其涉及提供强制对流气流的冷却系统。根据一个方面，冷却系统采用散热器与比如电晕风或微尺度电晕风或通过暂时受控的离子产生技术的EHD泵吸机制相结合。散热器可采用流道阵列结构。EHD泵位于散热器流道的入口或出口。本发明的冷却系统实现了许多优点，包括：整个系统的性能可相似于或优于传统的散热器和风扇系统，但体积和重量却是其的十分之一，且操作安静。本发明还涉及一种制造采用EHD气流的微流道散热器的方法。

Description

电流体动力泵和包括电流体动力泵的冷却装置
相关申请
[0001]本申请基于本受让人共同拥有的2005年1月24日提交的美国临时申请No.60/646750并要求它的优先权，其内容在此并入以供参考。
技术领域
[0002]本发明涉及冷却系统，尤其涉及采用通过散热器的强制对流气流的冷却系统。
背景技术
[0003]众所周知，热量可以说是许多环境下的一个问题，过热会导致诸如集成电路(例如计算机的中央处理单元(CPU))和其它电子部件之类的部件失灵。散热器是用于防止过热的常见装置。散热器主要依靠采用空气给装置散热。不过，采用气体比如空气来散热是困难的，因为气体的热性质差。气体的导热性小，这抑制了吸热。气体的热容也小，使得它们在仅吸收了少量热之后就快速升温。这便阻碍了吸热量和速度，因为气体与散热器之间的温差减小。
[0004]传统散热器可放入给定容积中的表面积量有限。因此，这些散热器大，尤其是在垂直于热源和基底的方向上。此外，这些散热器设计没有与某些类型的流体泵设计很好地结合。
[0005]在美国专利申请No.11/181106(2005年7月13日提交，名称为“微流道散热器”，其内容在此并入以供参考)中描述的一种新式散热器显著改善了现有散热器。它描述了一种由较短微流道的大阵列组成的结构，其容许热量更容易通过短的低热阻通路被输送。因此，基于这一思想的散热器具有传统散热器的一小部分体积，同时维持高性能的冷却。
[0006]美国专利申请No.11/181106中描述的散热器和其它更传统的散热器设计一般依靠风扇和鼓风机来推动气体流经其结构。与此同时，已研发了将电力直接转化为流体流动的其它技术。这些方法统称为电流体动力(EHD)泵。这些泵吸气体的方法之一称作电晕风。它是指当在两个电极(一个尖一个钝)之间施加高电压时形成于两个电极之间的气流。气体在靠近尖电极的高电场区域内被部分地电离。吸引到更远的钝电极上的离子与沿途的中性分子碰撞并产生泵吸作用。
[0007]2005年11月10日提交的、名称为“气态电介质击穿的暂时控制引起的离子产生”的美国专利申请No.11/271092描述了另一类EHD泵，其内容在此并入以供参考。在该方法中，离子通过气体暂时受控的击穿而产生，然后被吸引到带相反电荷的电极上以产生泵吸作用。
[0008]名称为“离子驱动的气流装置和方法”的美国专利公开No.2005/0007726A1涉及一种离子驱动的产生流体流的微尺度泵装置和方法，用来产生气态流体流，以达到冷却固体的目的。离子产生涉及电子隧穿工艺，且EHD泵吸采用的是移动式电场的理念。该专利申请的构思令人关注，但在许多方面却不实际且复杂。
[0009]名称为“电流体动力热交换器”的美国专利No.6659172涉及一种具有EHD增强热传递的逆流热交换器。该逆流不主要由EHD泵而是由某种外部设备驱动。EHD作用可能产生二次流来提高系统的传热速度并改善其性能。
[0010]名称为“电风发生器”的美国专利No.4210847披露了一种电晕风泵，以提供气流起到传热的目的。不过，没有提及散热器一体化。
[0011]名称为“利用电风原理产生气态介质引导流的设备”的美国专利No.4380720披露了一种用于移动空气的电晕风装置。它包括气溶胶添加物，以增强电流体动力耦合，也即提高了泵吸作用的效率。
[0012]名称为“离子牵引空气流量计”的美国专利No.5237281和名称为“离子牵引流量计”的美国专利No.4953407披露了用于测量离子流以确定空气流速的反电晕风装置。
[0013]上述现有技术教导了令人关注的思想，但将它们应用到有效的散热器结构上还存在问题。理想的是具有一种散热器设计，其相对于传统的风扇或被动技术来说具有改进的气流特性，并具有能支持并有效利用更先进的气流技术的结构。
发明内容
[0014]本发明涉及冷却系统，尤其涉及提供强制对流气态流动的冷却系统。根据一个方面，冷却系统采用与EHD泵吸机制相组合的散热器，该EHD泵吸机制比如电晕风，或微尺度电晕风，或通过暂时受控的离子产生技术。散热器可采用流道阵列结构。EHD泵位于散热器流道的入口或出口。本发明的冷却系统实现了许多优点，包括：整个系统的性能可相似于或优于传统的散热器和风扇系统，但体积和重量却是其的十分之一，且操作安静。
[0015]根据一个方面，本发明的冷却装置包括一流道和与流道耦接的一电流体动力(EHD)泵，该电流体动力泵促使气体流经流道。
[0016]根据另一个方面，本发明的冷却装置包括散热器，其包括若干流道和若干与流道耦接的电流体动力(EHD)泵，这些电流体动力泵各自促使气体流经流道。
[0017]根据又一个方面，本发明制造冷却装置的方法包括采用单一过程来共同形成电流体动力泵结构和散热器结构。
[0018]根据还一个方面，根据本发明用来产生微尺度电晕风的电流体动力(EHD)泵包括与第二电极以小于1cm的气隙隔开的第一电极，其中第一电极具有有效直径，并且，气隙相对于有效直径的比大于6∶1。
附图说明
[0019]对于本领域的普通技术人员来说，在阅读下面结合附图对本发明的具体实施例作出的说明后，本发明的这些以及其它方面和特征将变得显而易见，其中：
[0020]图1是本发明EHD气流冷却系统一优选实施例的透视图；
[0021]图2是本发明冷却系统另一优选实施例的透视图；
[0022]图3是本发明冷却系统又一优选实施例的透视图；
[0023]图4是本发明冷却系统还一优选实施例的透视图；
[0024]图5是本发明冷却系统再一优选实施例的透视图；
[0025]图6是本发明冷却系统另一优选实施例的透视图；
[0026]图7A至7C是本发明冷却系统又一优选实施例的各个构造的透视图；
[0027]图7D是可用在本发明冷却系统中的电极端各构造的透视图；
[0028]图8是本发明冷却系统还一优选实施例的透视图；
[0029]图9是本发明冷却系统再一优选实施例的透视图；
[0030]图10是本发明冷却系统另一优选实施例的透视图；
[0031]图11是示出了按照本发明构造的原型冷却系统的热阻相应于施加电压频率的走势图；
[0032]图12A和12B示出了本发明冷却装置中电流脉冲离子产生技术的一优选实施方式；
[0033]图13是示出了笔记本电脑应用场合中的EHD气流冷却系统的一优选实施例的视图；
[0034]图14A至14D示出了制造本发明微尺度EHD冷却系统的一可行的微型制造工艺的顺序。
具体实施方式
[0035]现在将参照附图详细描述本发明，附图被提供为本发明的例证性实例，以便能让本领域的技术人员实践本发明。值得注意的是，下面的附图和实例并非要将本发明的范围限制到单个实施例，而是可通过更换一些或所有描述或示出的元件来实现其它实施例。此外，在本发明的某些元件能部分或完全采用已知部件实施时，只会描述那些理解本发明所需的此类已知部件的部分，而此类已知部件其它部分的详细说明将予以省略，以不致于使本发明难懂。在本说明书中，表示独特部件的实施例不一定非要如此限制；而是其原理可扩展至包括若干该相同部件的其它实施例，反之亦然，除非在此另有明确的说明。并且，申请人不打算将说明书或权利要求中出现的任何术语归为不常见或特殊的涵义，除非就此有明确的指出。另外，本发明包括等同于在本文作为示例提到的已知部件的当今和未来已知的等价物。
[0036]大体上，本发明涉及采用通过散热器结构的强制对流气态流动且优选采用EHD技术的冷却系统。EHD流动优选通过在此将详细描述的三种机制之一产生：(1)电晕风；(2)微尺度电晕风或(3)美国专利申请No.11/271092中描述的方法，其名称为“气态电介质击穿的暂时控制引起的离子产生”，申请日为2005年11月10日，其内容在此并入以供参考。不过，EHD流动也可通过这三种机制的两个或多个的组合而产生，或通过其它当今和未来的EHD机制产生，或与其它传统机构(比如风扇)组合而产生，而不脱离本发明的教导。
[0037]图1示出了本发明一个示范性的冷却系统。如图1所示，第一电极102通过气隙(例如空气)106与第二电极104隔开。根据本发明的一个方面，第二电极104一体形成在散热器的一部分中，且第一和第二电极安置在散热器流道110入口的附近。电压源108与电极102、104耦接，并跨气隙106建立起一个电场，该电场根据下面将更详细描述的技术之一产生离子。跨气隙106的离子产生赋予气体动量，这就使得气体在从流道入口至出口的方向112上流经流道110。通过流道110的气流促进热量从散热器上消除，并从而起到把热量从与散热器热耦接的热源消除的作用，正如本领域的技术人员能理解的那样。
[0038]在一个示范性实施例中，散热器材料是诸如铝一类的导电材料，电压源108经由本领域技术人员公知的任何数量的连接部件与散热器直接连接，散热器材料由此充当第二电极104。第一电极102在一些实例中可以是铝、铜或其它类型的导电线，或者它可以是在介电材料上图案化的导体，由此不局限于圆形，正如自下面的说明更为明显地看出那样。
[0039]在所示的实例中，流道110由与另一散热片114-B隔开的散热片114-A限定。一些所示元件的各种方位、材料、几何形状以及尺寸可取决于所用的离子产生技术而定，并将自下面的说明更为明显地看出。不过，应该注意，本发明的冷却系统可包含多个由散热片或其它散热器结构限定的流道110，其全部或一部分配备有离子产生电极，以产生流经其的气流。还应注意，通过在流道的出口而不是图1所示的入口附近设置电极，也能获得相似的效果，正如将在这里更详细描述的那样。
电晕风
[0040]可用于本发明冷却系统的一种EHD泵吸方法，即电晕风，已作过广泛的研究(见O.Stuetzer，“离子牵引式压力产生”，应用物理学期刊，30卷7期，984-994页，1959；B.L.Owsenek，J.Seyed Yagoobi，“通过线板式电晕放电来增强电流体动力热传递的理论和实验研究”，热传递期刊，119卷，604-610页，1997；H.Kalmen和E.Sher，“通过线电极和限制翼组件产生的电晕风来增强热传递”，应用热力工程，21期，265-282页，2001)。它涉及两个电极，一个尖(例如第一电极102)，另一个钝(例如第二电极104)，它们以数厘米的间隙隔开(例如气隙106)。在两个电极之间施加大的恒定电压(直流电，例如电压源108)。这就在尖电极附近产生一个强电场，而在两电极间区域的剩余部分中产生较弱的电场。气体击穿在靠近尖电极的高电场区域中开始(电晕放电)。在该区域中，当自由电子与中性分子碰撞时，自由电子获得足够的能量以产生成对的正离子和附加的自由电子。该作用产生雪崩效应，于是就在小容积内产生大量离子。该区域内产生的离子在电场的影响下朝向钝电极跨过间隙(例如气隙106)。它们在途中与中性分子碰撞，并赋予动量给大宗气体，从而使气体流动。
微尺度电晕风
[0041]另一种可用于比如图1所示的冷却系统且自身是本发明的一个附加方面的EHD泵吸方法在此称作微尺度电晕风。微尺度电晕是电晕风现象向下通过中尺度的下限并进入微尺度的新型延展。微尺度电晕在此限定为间距小于1cm(低于据报导的传统电晕的最小间隙尺寸)的电极之间的电晕放电。
[0042]与传统电晕风相似，微尺度电晕风为建立在两个电极(一个钝例如第二电极104，另一个尖例如第一电极102)之间的电晕放电。但在传统电晕中，气隙(例如106)尺寸相对于尖电极特征尺寸(有效直径)的比仅需超过6∶1(见气态电子学，编者：MerleN.Hirsh & H.J.Oskam，学术出版社，纽约，1978)。本发明认识到，在微尺度电晕中，该最小比不再适用。在微尺度电晕的情况下，电离区域必须限制成更靠近尖电极。这是通过增大间隙-直径比而实现的。这限制了发生电离的区域大小，并防止了气体的全面击穿和破坏性电弧或火花的形成，正如本发明进一步认识到是有利的那样。
[0043]更具体地说，本发明进一步认识到：当间隙尺寸减小时，间隙-直径比的要求增加超过6∶1。例如，1.25mm的气隙要求间隙-直径比超过25∶1，对于更小的间隙，间隙-直径比的要求可超过100∶1。该要求意味着，典型的微尺度电晕电极必须处在亚微米到约10μm的直径范围内，但一般小于100微米。较大直径的电极将不会表现为微尺度的电晕，相反，当电极之间的电压增大时将会直接从绝缘直接变成起弧。该尺寸要求使得采用微型制造技术(实例包括光刻法、离子铣以及激光诱导正向转移等)来构造电极成为必要。
[0044]微尺度电晕风是有利的，因为微尺度电晕所需的尺寸较之传统电晕大大减小了。这就能让泵吸部分减小尺寸，并使各个泵且因此使散热器流道(例如流道110)可以间隔更紧密。微尺度电晕的第二电压是其低接通电压。典型的传统电晕是以好几万伏接通或开始导电的，但微尺度电晕可在低于1000伏下接通。减小的电压可通过较小而便宜的部件产生，并使系统变得更具竞争性。
通过控制击穿来产生离子
[0045]2005年11月10日提交的、名称为“气态电介质击穿的暂时控制引起的离子产生”的美国专利申请No.11/271092详细描述了另一种可用于本发明冷却系统的EHD泵吸方法，其内容在此并入以供参考。该方法包括在靠近启动附近气体击穿的EHD电极(例如电极102、104)处增加附加电极(未在图1中示出)。击穿过程包括在离子产生电极之间横过气体施加短持续时间(兆赫范围频率)的脉冲。该脉冲在电弧形成之前停止。由此引起的击穿产生随后用于EHD泵吸的离子。
[0046]该技术的优点在于，接通可在比上述两电晕方法任一更低的电压下发生。此外，它不依赖于电子雪崩(电子雪崩难于以低于100μm的电极间隙实现)，且因此它能在比电晕风方法更小的容积中实施。最后，由于它无需尖电极，就可增大尺寸以简化制造。
冷却系统：EHD泵和散热器的集成
[0047]如上所述并在图1中示出的那样，本发明的冷却系统将EHD气流机制与散热器结构结合起来。现将更为详细地描述各种一体化结构和形式。
[0048]图1示出了适用于所有上述三种EHD机制的第一优选实施例，尽管对于一定的EHD机制来说可以包括附加的电极和元件(未示出)。如图1所示，第一电极102位于散热器流道110的入口。该流道作为多流道冷却系统的代表。第一电极102可以是由细线构成的尖电极，而第二电极104可以是由比如铝的散热片材料构成的钝电极。
[0049]在一个电晕风实例中，间隙106约为30mm，线102的直径约为0.5mm，电压源108约为20KV，散热片114的厚度(t)约为1mm，流道110的宽度(W)约为5mm，长度(L)约为100mm。
[0050]在一个微尺度电晕风实例中，间隙106约为2mm，线102的直径约为2微米，电压源108约为1500V，散热片114的厚度(t)约为0.2mm，流道110的宽度(W)约为0.5mm，长度(L)约为5mm。
[0051]在一个离子产生击穿控制实例中，间隙106约为2mm，线102的直径约为50微米，电压源108约为1000V，散热片114的厚度(t)约为0.2mm，流道110的宽度(W)约为0.5mm，长度(L)约为5mm。
[0052]本发明认识到，增强第一电极(例如电极102)处的电场强度是重要的，尤其是在实现微尺度电晕时。如上所述，如果第一电极处的电场强度不充分增强到标称值以上的话，那么电晕就不会形成。为了解决这一问题，图2中示出了另一优选实施例，其中第一电极202由侧面突伸有多个电极214的主要构件构成。每个辅助电极端214使电场增强超出主要元件216上的电场。辅助电极的设计(长度、间距以及有效直径)可优化成使电场增强和气流达到最大，同时使接通电压和功耗最小化。在间隙106约为2mm且电压源108约为1500V的一个实例中，电极端214约为100微米长，间隔约200微米，并具有约2微米的直径。
[0053]图3示出了另一个与图2相似的优选实施例，除了辅助电极214的方位是处在流向上。
[0054]图4示出了对于单个流道和单个第二电极采用多个第一电极的另一优选实施例。如图4所示，两个或多个第一电极402垂直于第二电极的方位定位(例如与散热片114成为一体)，而不是单个第一电极定位在平行于与相应第二电极(例如散热片112)相关的散热器结构的方向上。
[0055]图5示出了具有一替换第一电极几何形状的另一个优选实施例。如图5所示，第一电极502具有六边形的横截面形状，表示了：本发明的第一电极不局限于具有圆形的横截面形状，并且，可基于多种因素来设计其它几何形状。在该实例中，六边形的形状提供了尖的边缘516。
[0056]在上述实施例中，EHD泵吸发生在散热器与第一电极之间的区域中。本发明认识到，有利的是可以限制泵吸流体，以致迫使其通过散热器流道。因此，图6所示的另一优选实施例包括用来部分或完全包围泵吸区的部件。如图6所示，冷却系统还包括间隔件620，其插在第一电极与第二电极之间的间隙中。间隔件620可以是电介质或导体。在间隔件是传导的情况下，它可以是第二电极的一部分。在此情况下，第一电极与第二电极之间的间隙可以通过比如用来支承第一电极的基底之类的部件来建立，正如将在下面更详细地描述那样。间隔件还可传递来自热源的热量，以作为散热器的补充或代替散热器。间隔件的另一可能的功能是给第一电极元件提供机械支撑。
[0057]在一些实施例中，第一电极在机械性方面可以不是很坚固，尤其是对于微尺度电晕电极来说。为了锚定这些电极、提供稳定性以及确保可靠的操作，它们可以由适当的结构比如基底来支承。图7A、7B以及7C示出了电极分别位于基底730的上游壁、侧壁以及下游壁上的优选实施例。应该明显地看出，基底和电极相对于流向可采取其它方位和角度。
[0058]在第一电极与基底直接接触的实施例中，电极优选地是终止在基底表面的边缘处，或延伸超出该表面一定距离。在图7B和7C中，通过使电极端部与基底成一角度地延伸，可实现相同的优点。图7D示出了第一电极相对于基底730而言的各种构造。如图7D所示，电极端714A被构造成与基底730接触但不延伸到基底730的边缘。电极端714B被构造成延伸到与基底730边缘齐平。电极端714C被构造成延伸出基底730的边缘，而电极端714D被构造成相对于基底730成一角度地延伸。
[0059]在其它实施例中，电极端不与基底直接接触。这些实施例改进了电场增强。
[0060]图8示出了一替换优选实施例，其可用于给要不然机械不稳定的第一电极结构提供机械稳定性。如图8所示，第一电极设置在基底820上，其有效地将间隔件和基底组合成单个构件。该实施例还消除了流动阻塞，当第一电极元件位于流道110的中心时会出现流动阻塞。
交流电压
[0061]原型装置是根据本发明的微尺度电晕技术的尺寸构造的，与图8所示的相似。这些装置是利用直流电压在空气中操作的。这些装置的测试表明：当电极保持在恒定电位时，通过流道的气体流量随时间逐渐减小。经发现，在直流电操作情况下，对于所有类型的泵吸而言，表面电荷在任何电介质表面上积累。该电荷阻碍了第一电极处的电场增强，从而阻止了电晕放电和离子的形成。
[0062]本发明认识到，一种解决该问题的方式是将交变的(AC)EHD母线电位用作电压源(例如电压源108)。交变母线电位的形状不局限于正弦曲线，而可以是方形或脉冲形及其变型。交变电流在电极之间移动双极离子。由于正电荷和负电荷都存在于流道中，因此没有哪一种电荷能在电介质表面上积累。这些表面仍基本为中性，且因此不阻碍第一电极处的电场。图11是一图表，示出了如图8所示且采用了微尺度电晕风EHD泵吸技术的结构中典型的热阻对施加频率的依赖关系。如该实例所示，当冷却系统在1到100kHz的频率范围操作时热阻最低。交流电的最佳操作频率由此位于该范围内。
具有微流道大阵列的冷却系统
[0063]根据本发明，优选的一类与EHD泵机构结合的散热器结构是具有相对短微流道的大平行阵列的那种，尽管可使用许多其它类型的散热器。不过，依照散热片宽度和流道宽度，通过将第一电极元件安放在相邻的散热片上，会降低电场增强，由此降低泵吸性能。解决该问题的一优选实施例在图9中示出，其中，单个第一电极元件902用于给多个流道110-A和110-B提供泵吸。这就增大了相邻电极之间的有效空间并提高了冷却性能。
[0064]一个优选的散热器结构已描述在共同待审的名称为“微流道散热器”的美国专利申请No.11/181106中，其内容在此并入以供参考。EHD电极可位于该类型结构中的流道的顶侧或底侧。图10示出了具有总体散热器结构(比如描述在共同待审的美国专利申请No.11/181106中的)的本发明的一优选实施例。如图10所示，第一电极元件1002的阵列横跨流道阵列110的入口分布。第一电极阵列与施加有电压的中央电晕母线1040电连接。
[0065]应该注意的是，图10示出了一个冷却系统的实施例，其将热管1050用作从热源向散热器流道壁输送热量的部件。在包括电晕式EHD泵吸系统的实施例中，热管1050还可充当第二电极。应该注意到，在其它实施例中，散热器结构可更直接地与热源热耦接，而不是通过热管远程耦接。
利用控制击穿来产生离子的冷却系统
[0066]如上所述，尽管可采用相同的总体散热器结构和离子产生电极，但图1至10所示的实施例还会需要附加的电极和结构来实现描述在共同待审的美国专利申请No.11/271092中的EHD泵吸方法。图12A示意性地示出了本发明的各个实施例怎样可在实际应用中实现的情况。图12A和12B的实施实例包含与电晕风实施例相似的第一电极1202和第二电极1204。此外，该实施例包括第三电极1206(应该注意，所标示的“第二”和“第三”电极在本申请与共同待审的申请之间是相反的)。图12A示出了典型冷却流道的横截面图。图12B示出了附加电极1206可以怎样包含在比如上面结合图8描述的散热器结构中的情况的一实例。
[0067]第三电极1206的材料可以是铝或任何导体，厚度约为500nm，并且可以由厚度约为1微米的例如是聚酰亚胺的薄电介质1208覆盖。电压源1210大约为1000V，且如共同待审的申请中描述的那样暂时受控，以首先使电极1202、1206之间的气隙开始击穿。当电荷聚积在覆盖电极1206的电介质1208的表面上时，过程停止。因此，电介质覆层充当电容器。不过，薄电介质1208容许电荷自该表面缓慢地漏泄离开而到达电极。因此，电介质覆层还充当电阻，即容许电荷漏过电容器并给电容器放电。离子形成在流道入口1212，并被由保持在地电位的第二电极1204形成的二次场吸引。
具有远程热耗散的冷却系统
[0068]图10所示的冷却系统是能够设置成远离热源的本发明系统的一个实施例。如上所述，该装置通过一个或多个热管与热源热耦接。在图10所示的实例中，热管的走向是沿着散热器的中心，尽管几种其它结构也是可行的。热量从热管传递到形成散热器流道的每个散热片的基部。该简单的传导通路容许散热器比没有热管情况下的制得更薄。短的传导通路还能允许散热器使用许多不同的材料(铝、硅、碳纤维、钢、氧化铝等)，因为高导热性不是必要的材料要求。
[0069]图13示出了供膝上型计算机用的本发明完整冷却系统的一可行应用。该完整系统具有热管1302，其把热量从中央处理单元1304输送到EHD气流散热器1306。热管可以是标准的、可购得的由两相流体和管内芯子构成的装置，但本发明不局限于此类特定装置。通过使流体从管的一端蒸发并使其在另一端冷凝，该热管装置有效地输送热量。散热器位于有通风口1308的侧壁附近，于是热气在该实例中就排出计算机。电源1310提供了交流电以驱动EHD气流单元。
[0070]本发明的冷却系统还可应用于其它电子设备，比如台式计算机、服务器、通信设备、电缆顶置盒、视频游戏机、数字模拟电视和显示器、手持式个人数码伴侣、手机等。
构造
[0071]用于构造具有EHD气流的微流道散热器的制造过程本身是独特的，并且是本发明的另一个方面，正如现在将要结合图14A到14D所示的一优选实施例更详细描述的那样。
[0072]如图14A所示，制造过程是从基底材料1402开始的，比如由硅、铝、掺杂SiC、碳纤维或铜组成的导电晶片。接下来，在图14B中，在表面1404上沉积或生长介电材料(例如，热氧化物可生长在硅上，铝可作阳极化处理，或者可沉积厚膜光致抗蚀剂)。介电材料片也可与基底结合(例如，玻璃、石英、borofloat硼硅酸盐玻璃或plexiglas有机玻璃的片可与基底附接)。接下来，在图14C中，可采用光刻技术在电介质的表面上使第一电极1406和母线1408图案化。图14D所示的最后步骤是利用金刚石划片机或线静电放电机(EDM)来机械地切割微流道1410，或利用干法和湿法蚀刻技术来化学腐蚀掉多余的材料。还可将机械和化学技术结合起来使用。
[0073]尽管已特别参照其优选实施例对本发明作了描述，但对于本领域的普通技术人员来说，显而易见的是，可作出形式和细节上的变化和改进而不脱离本发明的精神和范围。随附权利要求意在涵盖此类变化和改进。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1、一种冷却装置，包括：
一流道；
与流道耦接的一电流体动力(EHD)泵，其促使气体流经流道。
2、如权利要求1所述的装置，其中，EHD泵包括第一和第二电极，并且，流道由分隔的散热片限定，至少其中一个电极是一体地形成在散热片中的。
3、如权利要求1所述的装置，其中，流道是由散热器的分隔散热片限定的。
4、如权利要求3所述的装置，还包括与散热器热接触的热管。
5、如权利要求4所述的装置，其中，EHD泵包括第一和第二电极，至少其中一个电极是一体地形成在散热片中的，热管与散热片电接触。
6、如权利要求1所述的装置，其中，EHD泵包括由气隙隔开的第一和第二电极，以及电压源，电压源在第一和第二电极之间形成电场，从而产生流动于第一和第二电极之间的离子。
7、如权利要求6所述的装置，其中，离子是采用电晕风技术产生的。
8、如权利要求6所述的装置，其中，离子是采用微尺度电晕风技术产生的。
9、如权利要求6所述的装置，其中，离子是采用暂时受控的电介质击穿技术产生的。
10、如权利要求6所述的装置，其中，第一电极是由具有横截面形状的线构成的。
11、如权利要求10所述的装置，其中，所述横截面形状为圆形。
12、如权利要求10所述的装置，其中，流道是由散热器的分隔散热片限定的，并且，第二电极一体地形成在散热片中。
13、如权利要求10所述的装置，其中，第一电极的有效直径小于1mm。
14、如权利要求6所述的装置，还包括，与第一电极附接的基底。
15、如权利要求6所述的装置，其中，第一电极由主元件和若干从主元件突伸的辅助端构成。
16、如权利要求15所述的装置，还包括，与第一电极附接的基底。
17、如权利要求16所述的装置，其中，第一电极相对于流道中气流的方向与基底的上游侧附接。
18、如权利要求16所述的装置，其中，第一电极相对于流道中气流的方向与基底的下游侧附接。
19、如权利要求16所述的装置，其中，第一电极相对于流道中气流的方向与垂直于基底上游侧和下游侧的侧壁附接。
20、如权利要求16所述的装置，其中，第一电极相对于流道中气流的方向与和基底上游侧和下游侧成倾斜角度的侧壁附接。
21、如权利要求16所述的装置，其中，所述辅助端延伸到基底的边缘。
22、如权利要求16所述的装置，其中，所述辅助端延伸出基底的边缘。
23、如权利要求22所述的装置，其中，所述辅助端的延伸出基底边缘的部分相对于没有延伸出基底边缘的其它部分成角度。
24、如权利要求6所述的装置，其中，所述电压源提供交流电。
25、如权利要求24所述的装置，其中，交流电的频率范围为1-100kHz。
26、如权利要求6所述的装置，其中，所述电压源提供直流电。
27、如权利要求6所述的装置，还包括，至少部分地包围气隙的间隔件。
28、如权利要求27所述的装置，其中，所述间隔件包括导电材料。
29、如权利要求27所述的装置，其中，所述间隔件包括介电材料。
30、如权利要求29所述的装置，其中，第一电极与间隔件附接。
31、如权利要求1所述的装置，其中，EHD泵包括第一和第二电极，并且，流道由第一和第二散热片限定，第二电极一体地形成在第二散热片中且由邻近流道入口的第一间隙与第一电极间隔开，该装置还包括由第一散热片和第三散热片限定的第二流道，还包括第二EHD泵，该第二EHD泵包括第一电极和另一第二电极，该另一第二电极一体地形成在第三散热片中且由邻近第二流道入口的第二间隙与第一电极间隔开。
32、如权利要求2所述的装置，其中，第一电极以小于1 cm的气隙与第二电极隔开，并且第一电极具有有效直径，并且气隙相对于有效直径的比大于6∶1。
33、如权利要求32所述的装置，其中，第一电极由具有横截面形状的线构成。
34、如权利要求33所述的装置，其中，所述横截面形状为圆形。
35、如权利要求32所述的装置，其中，所述有效直径小于100微米。
36、如权利要求32所述的装置，还包括，与第一电极和第二电极耦接的电压源，以在电极之间实现电晕放电。
37、如权利要求36所述的装置，其中，所述电压源提供频率范围为1-100kHz的交流电。
38、如权利要求36所述的装置，其中，所述电压源提供直流电。
39、一种冷却装置，包括：
包括若干流道的散热器；以及
若干与流道耦接的电流体动力(EHD)泵，它们分别促使气体流经流道。
40、如权利要求39所述的冷却装置，其中，EHD泵由若干第一电极和若干第二电极构成，该若干第一电极与第二电极之间分别形成有电场，从而产生推动气流的离子，并且，一些第一电极被两个或更多个EHD泵共同使用。
41、如权利要求40所述的冷却装置，其中，第二电极一体形成在散热器中。
42、如权利要求39所述的冷却装置，其中，EHD泵由若干第一电极和若干第二电极构成，该若干第一电极与第二电极之间分别形成有电场，从而产生推动气流的离子，并且，一些EHD泵包括两个或更多个第一电极。
43、如权利要求42所述的冷却装置，其中，第二电极一体形成在散热器中。
44、如权利要求39所述的冷却装置，其中，EHD泵由若干第一电极和若干第二电极构成，该装置还包括与第一电极耦接的电母线。
45、如权利要求44所述的冷却装置，其中，第二电极一体形成在散热器中。
46、如权利要求39所述的冷却装置，其中，每个流道的宽度小于5mm，长度小于100mm。
47、如权利要求39所述的冷却装置，其中，EHD泵采用电晕风技术产生离子。
48、如权利要求39所述的冷却装置，其中，EHD泵采用微尺度电晕风技术产生离子。
49、如权利要求39所述的冷却装置，其中，EHD泵采用暂时受控电介质击穿技术产生离子。
50、一种制造如权利要求39的冷却装置的方法，包括：
采用单一过程来共同形成电流体动力泵结构和散热器结构。
51、如权利要求50所述的方法，其中，该过程包括：
准备晶片；
在晶片的表面上添加介电层；
在介电层中把用于电流体动力泵结构的电极图案化；
切割晶片和已图案化的介电层，以形成用于散热器结构和电流体动力泵结构的流道。
52、如权利要求51所述的方法，其中，添加介电层的步骤包括在晶片上生长氧化层。
53、如权利要求51所述的方法，其中，添加介电层的步骤包括在晶片上沉积介电材料。
54、如权利要求51所述的方法，其中，添加介电层的步骤包括使介电材料片与晶片结合。
55、如权利要求51所述的方法，其中，图案化介电层的步骤包括采用光刻技术。
56、如权利要求51所述的方法，其中，切割步骤是采用金刚石划片机执行的。
57、如权利要求51所述的方法，其中，切割步骤是采用线静电放电机执行的。
58、如权利要求51所述的方法，其中，切割步骤包括干法或湿法蚀刻。

Claims (59)

1.一种电流体动力(EHD)泵，包括：
以小于1cm的气隙与第二电极隔开的第一电极，
其中，第一电极具有有效直径，并且，气隙相对于有效直径的比大于6∶1。
2.如权利要求1所述的EHD泵，其中，第一电极由具有横截面形状的线构成。
3.如权利要求2所述的EHD泵，其中，所述横截面形状为圆形。
4.如权利要求1所述的EHD泵，其中，所述有效直径小于100微米。
5.如权利要求1所述的EHD泵，还包括，与第一电极和第二电极耦接的电压源，以在电极之间实现电晕放电。
6.如权利要求5所述的EHD泵，其中，所述电压源提供频率范围为1-100kHz的交流电。
7.如权利要求5所述的EHD泵，其中，所述电压源提供直流电。
8.如权利要求1所述的EHD泵，其中，所述气隙小于5mm。
9.一种冷却装置，包括：
一流道；
与流道耦接的一电流体动力(EHD)泵，其促使气体流经流道。
10.如权利要求9所述的装置，其中，EHD泵包括第一和第二电极，并且，流道由分隔的散热片限定，至少其中一个电极是一体地形成在散热片中的。
11.如权利要求9所述的装置，其中，流道是由散热器的分隔散热片限定的。
12.如权利要求11所述的装置，还包括与散热器热接触的热管。
13.如权利要求12所述的装置，其中，EHD泵包括第一和第二电极，至少其中一个电极是一体地形成在散热片中的，热管与散热片电接触。
14.如权利要求9所述的装置，其中，EHD泵包括由气隙隔开的第一和第二电极，以及电压源，电压源在第一和第二电极之间形成电场，从而产生流动于第一和第二电极之间的离子。
15.如权利要求14所述的装置，其中，离子是采用电晕风技术产生的。
16.如权利要求14所述的装置，其中，离子是采用微尺度电晕风技术产生的。
17.如权利要求14所述的装置，其中，离子是采用暂时受控的电介质击穿技术产生的。
18.如权利要求14所述的装置，其中，第一电极是由具有横截面形状的线构成的。
19.如权利要求18所述的装置，其中，所述横截面形状为圆形。
20.如权利要求18所述的装置，其中，流道是由散热器的分隔散热片限定的，并且，第二电极一体地形成在散热片中。
21.如权利要求18所述的装置，其中，第一电极的有效直径小于1mm。
22.如权利要求14所述的装置，还包括，与第一电极附接的基底。
23.如权利要求14所述的装置，其中，第一电极由主元件和若干从主元件突伸的辅助端构成。
24.如权利要求23所述的装置，还包括，与第一电极附接的基底。
25.如权利要求24所述的装置，其中，第一电极相对于流道中气流的方向与基底的上游侧附接。
26.如权利要求24所述的装置，其中，第一电极相对于流道中气流的方向与基底的下游侧附接。
27.如权利要求24所述的装置，其中，第一电极相对于流道中气流的方向与垂直于基底上游侧和下游侧的侧壁附接。
28.如权利要求24所述的装置，其中，第一电极相对于流道中气流的方向与和基底上游侧和下游侧成倾斜角度的侧壁附接。
29.如权利要求24所述的装置，其中，所述辅助端延伸到基底的边缘。
30.如权利要求24所述的装置，其中，所述辅助端延伸出基底的边缘。
31.如权利要求30所述的装置，其中，所述辅助端的延伸出基底边缘的部分相对于没有延伸出基底边缘的其它部分成角度。
32.如权利要求14所述的装置，其中，所述电压源提供交流电。
33.如权利要求32所述的装置，其中，交流电的频率范围为1-100kHz。
34.如权利要求14所述的装置，其中，所述电压源提供直流电。
35.如权利要求14所述的装置，还包括，至少部分地包围气隙的间隔件。
36.如权利要求35所述的装置，其中，所述间隔件包括导电材料。
37.如权利要求35所述的装置，其中，所述间隔件包括介电材料。
38.如权利要求37所述的装置，其中，第一电极与间隔件附接。
39.如权利要求9所述的装置，其中，EHD泵包括第一和第二电极，并且，流道由第一和第二散热片限定，第二电极一体地形成在第二散热片中且由邻近流道入口的第一间隙与第一电极间隔开，该装置还包括由第一散热片和第三散热片限定的第二流道，还包括第二EHD泵，该第二EHD泵包括第一电极和另一第二电极，该另一第二电极一体地形成在第三散热片中且由邻近第二流道入口的第二间隙与第一电极间隔开。
40.一种冷却装置，包括：
包括若干流道的散热器；以及
若干与流道耦接的电流体动力(EHD)泵，它们分别促使气体流经流道。
41.如权利要求40所述的冷却装置，其中，EHD泵由若干第一电极和若干第二电极构成，该若干第一电极与第二电极之间分别形成有电场，从而产生推动气流的离子，并且，一些第一电极被两个或更多个EHD泵共同使用。
42.如权利要求41所述的冷却装置，其中，第二电极一体形成在散热器中。
43.如权利要求40所述的冷却装置，其中，EHD泵由若干第一电极和若干第二电极构成，该若干第一电极与第二电极之间分别形成有电场，从而产生推动气流的离子，并且，一些EHD泵包括两个或更多个第一电极。
44.如权利要求43所述的冷却装置，其中，第二电极一体形成在散热器中。
45.如权利要求40所述的冷却装置，其中，EHD泵由若干第一电极和若干第二电极构成，该装置还包括与第一电极耦接的电母线。
46.如权利要求45所述的冷却装置，其中，第二电极一体形成在散热器中。
47.如权利要求40所述的冷却装置，其中，每个流道的宽度小于5mm，长度小于100mm。
48.如权利要求40所述的冷却装置，其中，EHD泵采用电晕风技术产生离子。
49.如权利要求40所述的冷却装置，其中，EHD泵采用微尺度电晕风技术产生离子。
50.如权利要求40所述的冷却装置，其中，EHD泵采用暂时受控电介质击穿技术产生离子。
51.一种制造冷却装置的方法，包括：
采用单一过程来共同形成电流体动力泵结构和散热器结构。
52.如权利要求51所述的方法，其中，该过程包括：
准备晶片；
在晶片的表面上添加介电层；
在介电层中把用于电流体动力泵结构的电极图案化；
切割晶片和已图案化的介电层，以形成用于散热器结构和电流体动力泵结构的流道。
53.如权利要求52所述的方法，其中，添加介电层的步骤包括在晶片上生长氧化层。
54.如权利要求52所述的方法，其中，添加介电层的步骤包括在晶片上沉积介电材料。
55.如权利要求52所述的方法，其中，添加介电层的步骤包括使介电材料片与晶片结合。
56.如权利要求52所述的方法，其中，图案化介电层的步骤包括采用光刻技术。
57.如权利要求52所述的方法，其中，切割步骤是采用金刚石划片机执行的。
58.如权利要求52所述的方法，其中，切割步骤是采用线静电放电机执行的。
59.如权利要求52所述的方法，其中，切割步骤包括干法或湿法蚀刻。
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