CN102118954A - 微型液体冷却装置 - Google Patents

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Abstract

一种微型液体冷却装置，包括一基板、一环管及若干电极组，该环管设于该基板上，环管的首尾相连并于环管内形成一封闭的回路，该回路中填充有工作液体，这些电极组设于基板上并沿环管的延伸方向呈间隔设置，每一电极组包括一第一电极与一第二电极，该第一电极与第二电极呈相对设置并将环管的管体夹设于该第一电极与第二电极之间，环管的内壁设有一疏水层，第一电极与环管的外壁之间及第二电极与环管的外壁之间分别设有一介电层。

Description

微型液体冷却装置
技术领域
本发明涉及一种冷却装置，尤其涉及一种用于冷却电子元件的微型液体冷却装置。
背景技术
目前，对发热电子元件进行冷却的液体冷却装置一般包括一吸热体、一散热体、一泵及若干传输管。由该吸热体、散热体、泵及传输管构成一回路，该回路中填充有冷却液体，冷却液体在该吸热体处吸收电子元件所产生的热量，经传输管传至散热体后放出热量。在该泵的驱动作用下，该冷却液体在回路中不断循环，从而源源不断地带走该电子元件所产生的热量。
然而，现有液体冷却装置中泵所占用的空间较大，很难符合电子装置朝向轻薄化方向发展的要求。另外，泵在运行时还会产生较大的噪音，影响使用者的听觉感受。
介质材料上的电润湿效应(Flectrowetting On Dielectric，EWOD)是一种通过施加电势来改变液体表面张力的可逆现象。图1A与图1B为介质上的电润湿效应的原理图。如图1A所示，下极板10包括一基底11，基底11上设有下电极层12，该下电极层12被一层绝缘层13覆盖，液滴14位于绝缘层13的表面，上电极15插入液滴14的内部。该上电极15与下电极层12之间通过电源线连接有一开关16及一可调电源17，该开关16用于控制电路的断开与闭合，该可调电源17用来给下极板10与上电极15之间提供施加电压。当上电极15与下极板10之间不加电压，即开关16处于断开状态时，该下极板10的绝缘层13的表面为疏水的，此时液滴14的静态接触角为θ(0)＞90°。如图1B所示，当开关16闭合时，可调电源17提供一电压V，在液滴14与下极板10之间产生电势作用，此时，液滴14的静态接触角由原来的θ(0)变化为θ(V)，θ(V)＜θ(0)。当V的大小达到一定值时，θ(V)＜90°，此时绝缘层13的表面变成亲水的。当开关16重新断开时，也就是液滴14与下极板10之间没有电势作用时，液滴14的静态接触角重新回复到θ(0)。上述的这种现象称为介质材料上的电润湿效应。
利用这种介质材料上的电润湿效应原理，美国杜克大学(Duck University)的PollackM G等人首先基于介质材料上的电润湿效应并采用微机械制作的微电极阵列进行了微液滴的运动控制，并提出了“数字微流体(Digital Microfluidics)”的概念。美国洛杉矶加州大学(UCLA)的Cho S K等人成功地利用EWOD效应对直径为70μm的微液滴进行了微液滴的产生、传输、混合和分裂四个基本操作，并在25V的交流电压下得到了250mm/s的微液滴移动速度(Cho S K，Moon H，Kim C J.Creating，Transporting，Cutting，and MergingLiquid Droplets by Electrowetting-Based Actuation for Distal MicrofluidicCircuits[J].Journal of Microelectromechanical Systems，2003，12(1)：70-80.)。可见，基于介质材料上的电润湿效应是一种十分有效的微流体控制技术。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种占用体积小且具有较好的静音效果的微型液体冷却装置。
一种微型液体冷却装置，包括一基板、一环管及若干电极组，该环管设于该基板上，环管的首尾相连并于环管内形成一封闭的回路，该回路中填充有工作液体，这些电极组设于基板上并沿环管的延伸方向呈间隔设置，每一电极组包括一第一电极与一第二电极，该第一电极与第二电极呈相对设置并将环管的管体夹设于该第一电极与第二电极之间，环管的内壁设有一疏水层，第一电极与环管的外壁之间及第二电极与环管的外壁之间分别设有一介电层。
与现有技术相比，该微型液体冷却装置制作工艺简单，适合进行微型化设计，可用于内部空间较小的电子装置内对电子元件进行散热。该微型液体冷却装置，无需设置泵这类机械传动件，因此具有良好的静音效果。
附图说明
下面参照附图，结合实施例对本发明作进一步描述。
图1A与图1B为介质材料上的电润湿效应原理的示意图，其中：图1A为不加电压时，液滴的静态接触角为θ(0)＞90°的情况；图1B为施加一定电压作用下，液滴的静态接触角为θ(V)＜90°的情况。
图2为本发明微型液体冷却装置的立体组装示意图。
图3为图2所示微型液体冷却装置沿III-III线的剖视图，图中一并示出对该微型液体冷却装置的电极组提供电压的控制电路。
图4为图3中IV处的放大图。
主要元件符号说明
Figure G200910312822220091230D000021
Figure G200910312822220091230D000031
具体实施方式
本发明旨在将基于介质材料上的电润湿效应这一微流体控制技术应用于微型液体冷却装置中。
如图2与图3所示为本发明微型液体冷却装置200的一较佳实施例。该微型液体冷却装置200用于冷却一发热电子元件300，所述微型液体冷却装置200包括一基板20、一环管21及若干电极组22。
该基板20呈矩形，可为一玻璃板或一硅板。该基板20上设有一环槽201，该环管21水平放置于该基板20上并收容于该环槽201内。该环管21的首尾相连并于环管21内形成一封闭的回路，该回路中填充有工作液体30。所述工作液体30为能够通过电湿润效应驱动的任何液体。本实施例中，环管21大致呈矩形，具有一吸热段211及与该吸热段211相对的一放热段212，该环管21于一相对的两角处分别设有一球状的储液部213，以用来储存工作液体30。该两储液部213的其中之一上开设有一注液孔214，以供将工作液体30注入至环管21内，该注液孔214由一塞子215封闭。本实施例中，该环管21是采用湿蚀刻(wet etching)的方法自基板20生长形成。如图4所示，环管21的内壁覆盖有一层很薄的疏水材料以形成一疏水层216。
请一并参阅图4，这些电极组22设于基板20上并沿环管21的延伸方向呈间隔设置。每一电极组22包括一第一电极221与一第二电极222，该第一电极221与第二电极222分别位于环管21的管体的内外两侧且呈相对设置，以将环管21的管体夹设于该第一电极221与第二电极222之间。该第一电极221与第二电极222均连接至环管21的外壁上，且在第一电极221靠近环管21的一端与环管21的外壁之间形成有一介电层23。同样地，在第二电极222靠近环管21的一端与环管21的外壁之间也形成一介电层24。本实施例中，电极组22的第一电极221与第二电极222是采用蚀刻的方法自基板20上生长形成。在先制作电极组22的情况下，该介电层23、24可以通过分别在电极组22的第一电极221与第二电极222的表面沉积一层氮化硅(Si3N4)来形成，然而再在基板20上制作环管21。在先制作环管21的情况下，该介电层23、24可以通过在环管21的外壁的相对两侧分别沉积一层氮化硅(Si3N4)来形成，然后再在基板20上制作电极组22。
如图3所示，每一电极组22的第一电极221与第二电极222通过若干导线41与外部的一控制电路40进行电连接，该控制电路40包括一电源及一控制芯片，该控制芯片采用计算机程序来控制施加于各电极组22上的电压的施加时间及施加顺序，所施加的电压的大小由电源控制。该控制电路40对施加电压的控制方法采用常规的控制方法。
使用该微型液体冷却装置200对电子元件300进行散热时，该微型液体冷却装置200的基板20贴设于电子元件300上，并使环管21的吸热段211位于发热电子元件300的正上方(如图2所示)，发热电子元件300所产生的热量被基板20吸收，并由基板20将热量传给环管21的吸热段211中工作液体30。工作时，通过控制电路40规律性地对这些电极组22施加电压，在电湿润效应的作用下，环管21的吸热段211内已加热的工作液体30被驱动至环管21的放热段212。工作液体30在环管21的放热段212与基板20进行热交换，被冷却后的工作液体30在电湿润效应的驱动下再次回到环管21的吸热段211以进入下一次循环，从而源源不断地带走该电子元件300所产生的热量。
该微型液体冷却装置200可采用微机电系统(MEMS)技术进行制作，适合进行微型化设计，可用于内部空间较小的笔记本电脑等电子装置内对电子元件300进行散热。该微型液体冷却装置200中，采用电湿润效应来对工作液体30进行主动传输，不仅可以准确地控制工作液体30的传输量，而且没有像泵这类机械传动件，使得该微型液体冷却装置200具有良好的静音效果。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种微型液体冷却装置，其特征在于：包括一基板、一环管及若干电极组，该环管设于该基板上，环管的首尾相连并于环管内形成一封闭的回路，该回路中填充有工作液体，这些电极组设于基板上并沿环管的延伸方向呈间隔设置，每一电极组包括一第一电极与一第二电极，该第一电极与第二电极呈相对设置并将环管的管体夹设于该第一电极与第二电极之间，环管的内壁设有一疏水层，第一电极与环管的外壁之间及第二电极与环管的外壁之间分别设有一介电层。
2.如权利要求1所述的微型液体冷却装置，其特征在于：还包括一控制电路，每一电极组的第一电极及第二电极与该控制电路电连接，通过控制电路规律性地对这些电极组施加电压，驱动该工作流体在该环管内循环流动。
3.如权利要求1所述的微型液体冷却装置，其特征在于：该环管上设有至少一储液部。
4.如权利要求3所述的微型液体冷却装置，其特征在于：该储液部呈球形。
5.如权利要求1所述的微型液体冷却装置，其特征在于：该基板上设有一环槽，该环管收容于该环槽内。
6.如权利要求1所述的微型液体冷却装置，其特征在于：该环管为采用湿蚀刻的方法自基板生长形成。
7.如权利要求1所述的微型液体冷却装置，其特征在于：该环管围成一矩形。
8.如权利要求1所述的微型液体冷却装置，其特征在于：该环管具有一吸热段及与该吸热段相对的一放热段。
9.如权利要求1所述的微型液体冷却装置，其特征在于：这些电极组采用蚀刻的方法自基板生长形成。
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