CN104795963B - 一种多极片层叠式电流体动力微泵 - Google Patents

一种多极片层叠式电流体动力微泵 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多极片层叠式电流体动力微泵，包括自上而下依次设置的：上盖板、上中下三层硅胶膜、上中下三层电极片等构成；上中下层电极片上的集电极和发射极构成梳齿状电极阵列；所述三层硅胶膜中间均加工出圆角矩形沟槽，在组装后与三层电极片通孔构成“S”型微泵腔室。使用时，先将液体流入管和液体流出管与外部循环系统连接，让液体充满整个腔室。然后连接500V直流电源，利用电流体动力效应驱动液体流动。本电流体动力微泵采用多极片层叠式结构，三层腔室利用通孔相连，构成“串联”液体通道。三层电极片同时产生电场，增强了对离子的拖拽作用，大幅度提高了电流体动力泵的动力效果。

Description

一种多极片层叠式电流体动力微泵
技术领域
本发明涉及微电子散热领域和微流控领域，尤其涉及一种多极片层叠式电流体动力微泵。
背景技术
在微电子散热领域，随着电子元器件的集成度越来越高，电子芯片的功率密度不断增加，其热流密度也开始显著增加。芯片的温度极大地影响着芯片的寿命，为保证芯片能够在适宜的温度范围内工作，必须采用良好的散热解决方案将其产生的热量及时排出。
在微通道热沉中对工质进行强制对流会使散热效果产生显著提高；而通过对芯片热源的研究发现，从芯片上部散失的热量约占总散热量的20％，总热量的80％是集中于芯片的底部，而目前最常用的风冷和传统的液体冷却技术只是针对芯片上方局部进行散热，不能从根本上解决问题。因此为满足未来电子产品的散热需求，研究人员提出新型冷却方案，即针对芯片热源核心部分制备微通道散热结构，将芯片与微通道结构集成，采用液体冷却的方式来对芯片的温度进行调控。
然而，液体工质在微通道结构中流动会产生很高的流动压差，常规的流体驱动方法(如常规齿轮泵，柱塞泵等)在微通道中是不适用的，同时集成的芯片对尺寸又有着严格的限制；这就需要一种既不占用太多体积又能够为微流道中流体提供充足动力，稳定工作的驱动装置来作为工质流动的动力源。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种多极片层叠式电流体动力微泵。解决了现有技术电流体动力泵的动力效果低，导致散热效果差的技术问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种多极片层叠式电流体动力微泵，包括自上而下依次设置、并且边缘相互密封结合的：上盖板2、上层硅胶膜3、上层电极片4、中层硅胶膜5、中层电极片6、下层硅胶膜7和下层电极片8；
所述上层电极片4、中层电极片6和下层电极片8上表面，均由向上凸起的集电极和发射极构成，集电极与发射极之间相互间隔并交错排布，构成梳齿状电极阵列；集电极和发射极的末端分别用导线引至梳齿状电极阵列之外；
所述上层电极片4、下层电极片8和中层电极片6的一个端部分别开设有液体通孔8-1；其中，每层电极片上的液体通孔与其相邻层电极片上的液体通孔开设位置相反；所述上层硅胶膜3、中层硅胶膜5和下层硅胶膜7的中部均开设有槽孔，每层电极片上的液体通孔均与其相邻硅胶膜上的槽孔连通；
在所述上盖板2对应于集电极和发射极末端的这端，开设有液体流出孔2-1。
每层电极片上的液体通孔均与其相邻硅胶膜上的矩形槽孔连通，液体由下层电极片8上的液体通孔进入后再由上盖板2上的液体流出孔2-1流出，形成“S”型串联液体通道；每层电极片上的集电极末端连接直流电源负极，发射极末端连接直流电源正极。
所述上层电极片4与下层电极片8的集电极及发射极排布顺序与中层电极片6的排布顺序相反。
所述上层电极片4与下层电极片8的梳齿状电极，由梳齿状电极始端至末端的排布顺序依次为发射极、集电极。
所述中层电极片6的梳齿状电极，由梳齿状电极始端至末端的排布顺序依次为集电极、发射极。
所述梳齿状电极阵列中相邻的集电极与发射极构成一对电极对，该电极对的对数为24对。
所述槽孔为圆角矩形槽孔，槽孔长度18mm，宽度3mm。
所述上盖板2的液体流出孔2-1连接液体流出管1；所述下层电极片8的液体通孔8-1连接液体流入管9。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
上中下三层电极片上表面，均由向上凸起的集电极和发射极相互间隔、交错排布，构成梳齿状电极阵列；实现了三层电极片上由梳齿状电极阵列形成的腔室，各腔室串联，同时产生的电场，构成了在铅垂方向的“S”型液体通道，增加了电流体动力效应作用在液体上的时间，增强了对离子的拖拽作用，大幅度提高了电流体动力微泵的动力效果。
本发明电流体动力泵具有无运动部件、运行可靠、低耗、容易制作和无需维护、体积小，功耗低等优点；并且可以直接同芯片或流道集成，无需独立空间，采用直流驱动(但并非全部)，不产生附加磁场，不会干扰电子元件工作。这类微泵不仅被认是解决微电子行业中高热流器件的冷却问题的一个突破，还可以被运用在微流体冷却系统,药物输送和微机电系统等领域。
本发明电流体动力泵在微流体驱动具有独特的使用价值和广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明多极片层叠式电流体动力微泵爆炸示意图。
图2为图1硅胶膜结构示意图。
图3为图1所示上、下层电极片结构示意图。
图4为图1所示中层电极片结构示意图。
图5为本发明多极片层叠式电流体动力微泵液体流动原理图；组装后，三层电极片上的液体通道及梳齿状电极阵列、槽孔共同构成“S”型串联液体通，即“S”型微泵腔室。
注：图3和图4中，A表示集电极、B表示发射极。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1至5所示。本发明一种多极片层叠式电流体动力微泵，包括自上而下依次设置、并且边缘相互密封结合的：上盖板2、上层硅胶膜3、上层电极片4、中层硅胶膜5、中层电极片6、下层硅胶膜7和下层电极片8；
所述上层电极片4、中层电极片6和下层电极片8上表面，均由向上凸起的集电极和发射极构成，集电极与发射极之间相互间隔并交错排布，构成梳齿状电极阵列；集电极和发射极的末端分别用导线引至梳齿状电极阵列之外；
所述上层电极片4、下层电极片8和中层电极片6的一个端部分别开设有液体通孔8-1(直径3mm，通孔在俯视平面投影距离15mm)；其中，每层电极片上的液体通孔与其相邻层电极片上的液体通孔开设位置相反；所述上层硅胶膜3、中层硅胶膜5和下层硅胶膜7的中部均开设有槽孔，每层电极片上的液体通孔均与其相邻硅胶膜上的槽孔连通；
在所述上盖板2对应于集电极和发射极末端的这端，开设有液体流出孔2-1。
如图1、图5所示。每层电极片上的液体通孔均与其相邻硅胶膜上的矩形槽孔连通，液体由下层电极片8上的液体通孔进入后再由上盖板2上的液体流出孔2-1流出，形成“S”型串联液体通道；每层电极片上的集电极末端连接直流电源负极，发射极末端连接直流电源正极，接通500V直流电源，利用电流体动力效应驱动液体流动。
所述上层电极片4与下层电极片8的集电极及发射极排布顺序与中层电极片6的排布顺序相反。
所述上层电极片4与下层电极片8的梳齿状电极，由梳齿状电极始端至末端的排布顺序依次为发射极、集电极。
所述中层电极片6的梳齿状电极，由梳齿状电极始端至末端的排布顺序依次为集电极、发射极。
所述梳齿状电极阵列中相邻的集电极与发射极构成一对电极对，该电极对的对数为24对。
上述三层电极片电极梳线线宽为0.3mm，所述电极对的两个梳线之间的距离为0.2mm，电极对之间的距离为0.3mm。电极部分(梳齿状电极阵列)外围尺寸为25.8mm×6.6mm。
所述槽孔为圆角矩形槽孔，槽孔长度18mm，宽度3mm。
所述上盖板2的液体流出孔2-1(直径均为3mm)连接液体流出管1；所述下层电极片8的液体通孔8-1(直径均为3mm)连接液体流入管9。
在使用时，先将液体流入管9和液体流出管1与外部循环系统连接，让液体充满整个“S”型微泵腔室。然后连接500V直流电源，利用电流体动力效应驱动液体流动。本电流体动力微泵采用多极片层叠式结构，三层腔室利用液体通孔相连，构成“串联”液体通道。三层电极片同时产生电场，增强了对离子的拖拽作用，大幅度提高了电流体动力泵的动力效果。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多极片层叠式电流体动力微泵，其特征在于，包括自上而下依次设置、并且边缘相互密封结合的：上盖板(2)、上层硅胶膜(3)、上层电极片(4)、中层硅胶膜(5)、中层电极片(6)、下层硅胶膜(7)和下层电极片(8)；
所述上层电极片(4)、中层电极片(6)和下层电极片(8)上表面，均由向上凸起的集电极和发射极构成，集电极与发射极之间相互间隔并交错排布，构成梳齿状电极阵列；集电极和发射极的末端分别用导线引至梳齿状电极阵列之外；
所述上层电极片(4)、下层电极片(8)和中层电极片(6)的一个端部分别开设有液体通孔(8-1)；其中，每层电极片上的液体通孔与其相邻层电极片上的液体通孔开设位置相反；所述上层硅胶膜(3)、中层硅胶膜(5)和下层硅胶膜(7)的中部均开设有槽孔，每层电极片上的液体通孔均与其相邻硅胶膜上的槽孔连通；
在所述上盖板(2)对应于集电极和发射极末端的这端，开设有液体流出孔(2-1)。
2.根据权利要求1所述的多极片层叠式电流体动力微泵，其特征在于，每层电极片上的液体通孔均与其相邻硅胶膜上的矩形槽孔连通，液体由下层电极片(8)上的液体通孔进入后再由上盖板(2)上的液体流出孔(2-1)流出，形成“S”型串联液体通道；每层电极片上的集电极末端连接直流电源负极，发射极末端连接直流电源正极。
3.根据权利要求1所述的多极片层叠式电流体动力微泵，其特征在于，所述上层电极片(4)与下层电极片(8)的集电极及发射极排布顺序与中层电极片(6)的排布顺序相反。
4.根据权利要求1所述的多极片层叠式电流体动力微泵，其特征在于，所述上层电极片(4)与下层电极片(8)的梳齿状电极，由梳齿状电极始端至末端的排布顺序依次为发射极、集电极。
5.根据权利要求1所述的多极片层叠式电流体动力微泵，其特征在于，所述中层电极片(6)的梳齿状电极，由梳齿状电极始端至末端的排布顺序依次为集电极、发射极。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的多极片层叠式电流体动力微泵，其特征在于，所述梳齿状电极阵列中相邻的集电极与发射极构成一对电极对，该电极对的对数为24对。
7.根据权利要求6所述的多极片层叠式电流体动力微泵，其特征在于，所述槽孔为圆角矩形槽孔。
8.根据权利要求6所述的多极片层叠式电流体动力微泵，其特征在于，所述槽孔长度18mm，宽度3mm。
9.根据权利要求1所述的多极片层叠式电流体动力微泵，其特征在于，所述上盖板(2)的液体流出孔(2-1)连接液体流出管(1)；所述下层电极片(8)的液体通孔(8-1)连接液体流入管(9)。
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