CN110270387B - 一种基于介质上电润湿的精确散热装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于介质上电润湿的精确散热装置及其控制方法，通过在热点上方接触放置一个基于介质上电润湿的精确散热装置，控制驱动电极序列，利用介电润湿原理将冷却水滴精确运输到热点位置，达到冷却效果。本装置的散热方法有两种，一种为驱动液滴不断经过热点；另一种为驱动液滴到达热点，每个液滴在热点蒸发耗尽后，再驱动新的液滴到热点处。本发明优点在于无需外加微泵或微流阀，简化了散热系统结构；固有电流极低，功耗小；通过控制编程可以同时独立的操控多个冷却水滴，对多个热点进行冷却，实现了精确高效的热点冷却。

Description

一种基于介质上电润湿的精确散热装置及其控制方法
技术领域
本发明属于热管理与微流控技术领域，具体涉及一种基于介质上电润湿的精确散热装置及其控制方法。
背景技术
数字微流控是一种以独立液滴为操控单元的流体控制技术。在片上实验室（Lab-on-a-Chip）的应用中，芯片上的液滴被用作功能性的媒介并实现多种流体操控，包括样本运输、分离、浓缩和片上检测等。另一方面，依据液滴本身的物理特性，数字液滴也被用于电学、光学和热学的应用中。
在电子器件的高密度和微型化趋势下，微电子产品的功率密度越来越高，散热成了各种高功率电子器件正常工作的重要保障。
传统散热方式是风扇与铝制散热翅片结合的散热器，这种方式散热效率不高，风扇本身也存在噪声。近年来，微流控技术开始被应用于散热领域。Tuckerman等人在《High-Performance Heat Sinking for VLSI》一文中，提出了一种基于微通道的整体式水冷散热器。微通道的传热效率通常随着通道尺寸的减小而增加，这种特性使微通道对微电子设备有较高的冷却效率，但是需要附加压力泵以及阀门，增加了功耗，也不适用于非固定位置的冷却对象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于介质上电润湿的精确散热装置及其控制方法，可以实现精确高效低功耗的热点冷却。
本发明的技术解决方案为：一种基于介质上电润湿的精确散热装置，通过在热点上方接触放置一个基于介质上电润湿的精确散热装置，控制驱动电极的通断，利用介电润湿原理将冷却水滴精确运输到热点位置。
所述的基于介质上电润湿的精确散热装置，包括连接片、基板、介质层、疏水层和N个驱动电极，其中N≥3，N个驱动电极以n行m列的形式排布在基板上表面，其中n≥1，m≥1，N个驱动电极分别与连接片相连，连接片水平均匀的分布在基板上表面，介质层涂覆在基板和驱动电极上，疏水层涂覆在介质层上。
所述N个驱动电极形状、尺寸均相同。
基板3使用导热性能良好的柔性绝缘材料。
基板3采用柔性玻璃或柔性塑料，加工成薄片。
使用时，将基板下表面与待散热的设备热点直接贴和接触。
所述驱动电压一般大于40V。
基于介质上电润湿的精确散热装置控制方法，方法如下：
通过驱动电极驱动一个液滴不断经过热点，或驱动一列液滴连续经过热点，达到冷却目的。
一种基于介质上电润湿的精确散热装置控制方法，方法如下：
通过驱动电极不断驱动液滴到达热点，每个液滴在热点蒸发耗尽后，驱动新的液滴到热点处。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）不需要额外的微泵与微型阀，简化了散热装置结构，减小了散热装置整体体积。
（2）固有电流极低，功耗小。
（3）采用单板结构，液滴具有更小的运动阻力，液滴进行显热交换与潜热交换，增加了散热效率。
（4）可以同时独立的操控多个冷却水滴，对多个热点进行冷却，实现了精确高效的热点冷却。
附图说明
图1是本发明基于介质上电润湿的精确散热装置的结构剖视图。
图2是本发明实施例1的结构俯视图。
图3是本发明实施例2的结构俯视图。
图4是本发明实施例3的结构俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
一种基于介质上电润湿的精确散热装置，通过在热点上方接触放置一个基于介质上电润湿的精确散热装置，控制驱动电极的通断，利用介电润湿原理将冷却水滴精确运输到热点位置。
结合图1，本发明所述的基于介质上电润湿的精确散热装置,包括连接片2、基板3、介质层4、疏水层5和N个驱动电极1，其中N≥3，N个驱动电极以n行m列的形式排布在基板上表面，其中n≥1，m≥1，N个驱动电极1分别与连接片2相连，连接片2水平均匀的分布在基板3上表面，介质层4涂覆在基板3和驱动电极1上，疏水层5涂覆在介质层4上。
所述N个驱动电极1形状、尺寸均相同。
基板3使用导热性能良好的柔性绝缘材料。
基板3采用柔性玻璃或柔性塑料，加工成薄片。
使用时，将基板3下表面与待散热的设备热点直接贴和接触。
单个驱动电极1的驱动电压大于40V。
基于介质上电润湿的精确散热装置控制方法，其特征在于，方法如下：
通过驱动电极驱动一个液滴不断经过热点，或驱动一列液滴连续经过热点，达到冷却目的。
基于介质上电润湿的精确散热装置控制方法，其特征在于，方法如下：
通过驱动电极不断驱动液滴到达热点，每个液滴在热点蒸发耗尽后，驱动新的液滴到热点处。
本发明所述基于介质上电润湿的精确散热装置的制作工艺如下：
1. 基板3上采用PECVD（等离子体增强化学气相沉积）、蒸镀、溅射等工艺形成导电薄膜，可为金属层或氧化铟锡等化合物，通过光刻及其后的刻蚀等方法形成微流驱动电极。
2. 通过旋涂、物理溅射、化学气相沉积等方法制备绝缘介质层4，优选为介电常数高、抗击穿能力强的绝缘材料，如氧化铝和Parylene等。
3. 通过旋涂方法制备表面疏水层5，材料选用Teflon-AF或Cytop。
本发明将数字微流控技术创新性的应用于热管理领域，不需要外加微泵以及微型阀等装置，结构简单，功耗低，可以同时对多个热点进行冷却。 这种基于介质上电润湿的精确散热装置在微电子系统散热领域有着广泛的应用前景。
实施例1
结合图2，所述基于介质上电润湿的精确散热装置，包括连接片2、基板3、介质层4、疏水层5和48个驱动电极1，48个驱动电极以2行24列的形式排布在基板3上表面，连接片2沿驱动电极1的延伸方向对称排布在驱动电极1两侧，48个驱动电极1分别与连接片2相连，连接片2分布在基板3上表面，介质层4涂覆在基板3和驱动电极1上，疏水层5涂覆在介质层4上。
当有多个热点需要降温时，通过驱动电极将冷却液滴分别驱动到各热点处，实现独立、同步的热点冷却。
实施例2
结合图3，所述基于介质上电润湿的精确散热装置，包括连接片2、基板3、介质层4、疏水层5和36个驱动电极1，36个驱动电极以3行12列的形式排布在基板上表面，连接片2沿驱动电极1的延伸方向对称排布在驱动电极1两侧，36个驱动电极1分别与连接片2相连，连接片2分布在基板3上表面，介质层4涂覆在基板3和驱动电极1上，疏水层5涂覆在介质层4上。
当有多个热点需要降温时，通过驱动电极将冷却液滴分别驱动到各热点处，实现独立、同步的热点冷却。
实施例3
结合图4，所述基于介质上电润湿的精确散热装置，包括连接片2、基板3、介质层4、疏水层5和20个驱动电极1，20个驱动电极以4行5列的形式排布在基板上表面，连接片2排布在驱动电极1的上侧和左右两侧，20个驱动电极1分别与连接片2相连，连接片2分布在基板3上表面，介质层4涂覆在基板3和驱动电极1上，疏水层5涂覆在介质层4上。
当有多个热点需要降温时，通过驱动电极将冷却液滴分别驱动到各热点处，实现独立、同步的热点冷却。
连接片2可以其他环绕方式包围若干驱动电极1，在此就不一一举例。

Claims (8)

1.一种基于介质上电润湿的精确散热装置，其特征在于：通过在热点上方接触放置一个基于介质上电润湿的精确散热装置，控制驱动电极的通断，利用介电润湿原理，驱动电极将冷却液滴分别精确驱动到各热点处，实现独立、同步的热点冷却；
所述基于介质上电润湿的精确散热装置，包括连接片（2）、基板（3）、介质层（4）、疏水层（5）和N个驱动电极（1），其中N≥3，N个驱动电极（1）以n行m列的形式排布在基板（3）上表面，其中n≥1，m≥1，N个驱动电极（1）分别与连接片（2）相连，连接片（2）水平均匀的分布在基板（3）上表面，介质层（4）涂覆在基板（3）和驱动电极（1）上，疏水层（5）涂覆在介质层（4）上。
2.根据权利要求1所述的基于介质上电润湿的精确散热装置，其特征在于：所述N个驱动电极（1）形状、尺寸均相同。
3.根据权利要求1所述的基于介质上电润湿的精确散热装置，其特征在于：基板（3）使用导热性能良好的柔性绝缘材料。
4.根据权利要求3所述的基于介质上电润湿的精确散热装置，其特征在于：基板（3）采用柔性玻璃或柔性塑料，加工成薄片。
5.根据权利要求1所述的基于介质上电润湿的精确散热装置，其特征在于：使用时，将基板（3）下表面与待散热的设备热点直接贴和接触。
6.根据权利要求1所述的基于介质上电润湿的精确散热装置，其特征在于：单个驱动电极（1）的驱动电压大于40V。
7.一种基于权利要求1-6中任意一项所述的基于介质上电润湿的精确散热装置的控制方法，其特征在于，方法如下：
通过驱动电极（1）驱动一个液滴不断经过热点，或通过驱动电极将一列液滴分别驱动到各热点处，实现独立、同步的热点冷却，达到冷却目的。
8.一种基于权利要求1-6中任意一项所述的基于介质上电润湿的精确散热装置的控制方法，其特征在于，方法如下：
通过驱动电极（1）不断驱动液滴到达各热点处，每个液滴在热点蒸发耗尽后，驱动新的液滴到热点处，实现独立、同步的热点冷却，达到冷却目。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101742889A (zh) * 2008-11-14 2010-06-16 富准精密工业(深圳)有限公司 微型液体冷却装置及其所采用的微液滴产生器
CN102118954A (zh) * 2009-12-30 2011-07-06 富瑞精密组件（昆山）有限公司 微型液体冷却装置
CN203038911U (zh) * 2013-01-07 2013-07-03 北京依米康散热技术有限公司 基于液态金属的散热装置
CN108452853A (zh) * 2017-02-06 2018-08-28 夏普生命科学（欧洲）有限公司 用于微流体器件的温度控制系统
CN108620143A (zh) * 2018-06-28 2018-10-09 京东方科技集团股份有限公司 数字微流控芯片及其驱动方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6692700B2 (en) * 2001-02-14 2004-02-17 Handylab, Inc. Heat-reduction methods and systems related to microfluidic devices
US20050183844A1 (en) * 2004-02-24 2005-08-25 Isothermal Systems Research Hotspot spray cooling
US20080047701A1 (en) * 2006-05-23 2008-02-28 Purdue Research Foundation Electrowetting based heat spreader
JP4792338B2 (ja) * 2006-07-04 2011-10-12 株式会社日立製作所 液体搬送装置
CN105797792B (zh) * 2016-03-28 2017-12-12 南京理工大学 一种数字微流控芯片上的低电压介质液滴驱动方法
CN106669870B (zh) * 2016-12-19 2019-07-05 复旦大学 能基于咖啡环效应进行表面修饰的电润湿器件及修饰方法
EP3357576B1 (en) * 2017-02-06 2019-10-16 Sharp Life Science (EU) Limited Microfluidic device with multiple temperature zones
CN106861779A (zh) * 2017-02-20 2017-06-20 广东工业大学 一种分段式微流控芯片控温装置
CN208494260U (zh) * 2018-03-30 2019-02-15 南京理工大学 基于介电泳的表面微液滴配发结构

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101742889A (zh) * 2008-11-14 2010-06-16 富准精密工业(深圳)有限公司 微型液体冷却装置及其所采用的微液滴产生器
CN102118954A (zh) * 2009-12-30 2011-07-06 富瑞精密组件（昆山）有限公司 微型液体冷却装置
CN203038911U (zh) * 2013-01-07 2013-07-03 北京依米康散热技术有限公司 基于液态金属的散热装置
CN108452853A (zh) * 2017-02-06 2018-08-28 夏普生命科学（欧洲）有限公司 用于微流体器件的温度控制系统
CN108620143A (zh) * 2018-06-28 2018-10-09 京东方科技集团股份有限公司 数字微流控芯片及其驱动方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于数字微流控的芯片冷却模型与路径优化;王少熙;《西北工业大学学报》;20190228;第37卷(第1期);第109页右栏-110页左栏，第111页左栏，附图3 *

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