CN111343834A - 一种电子设备散热微流控芯片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电子设备的技术领域，尤其涉及一种电子设备散热微流控芯片及其制备方法。本申请提供了一种电子设备散热微流控芯片，包括：第一基片，所述第一基片的正面均匀设有多条相互平行的第一凹槽；第二基片，所述第二基片的正面均匀设有多条相互平行的第二凹槽；所述第一基片的正面键合有所述第二基片，使得所述第一凹槽与所述第二凹槽相对齐，形成流体通道；散热流体，所述流体通道内填充有所述散热流体。本申请提供的电子设备散热微流控芯片，可以提高电子设备的散热效率，还能精准地对电子设备进行散热。

Description

一种电子设备散热微流控芯片及其制备方法

技术领域

本申请涉及电子设备的技术领域，尤其涉及一种电子设备散热微流控芯 片及其制备方法。

背景技术

引起电子设备发热的原因多种多样，如电子设备的功率，电子设备的功 率越大其发热也越大；多个后台应用程序一起运行，导致CPU超载，其产生 的电流热效应可想而知。特别是电子设备运行导航、游戏、视频等程序，这 些程序运行的时候会开启gps导航、蓝牙、wifi或热点等，容易造成电子设备 的发热严重；当用户使用电子设备上网，数据传输多的时候，电量消耗的就 越大，CPU使用率也会增大，发热量就大；电子设备在长时间通话或使用音 频和视频时的功耗是很大的，也就是说它的电池的等效负荷电阻小，工作时 是大电流放电。电池在放掉一部分电以后，内阻增大，但是，电子设备的工 作需要的电流不能减小，那么，相当大的一部分能量就消耗在电池的内阻上， 导致电池发热；由于人习惯给电子设备外套保护壳，导致电子设备无法散热。 长时间使用电子设备而且散热不好的话也会导致电子设备发热。而电子设备 异常发热的后果：最直接的就是伤害电池，减少电池的使用寿命；损害其他 硬件，最极端的还出现爆炸的情况、伤及人身；可能造成系统紊乱，容易误拨电话、乱开应用等等。

热量容易产生，现在电子设备集成化程度高，散热空间小，危害较大。 有必要改进。市面上电子设备的散热分为三种方式：石墨硅脂散热，风冷散 热，液冷散热。但是，石墨片，高导热铝合金金属中框等传热效果有限，风 冷和液冷管的传热效果比较好，但是其占据较大体积，精密性差，风冷和液 冷散热只能满足CPU等某个部件的散热要求，难以兼顾整个电子设备的散热 需求。

发明内容

本申请提供了一种电子设备散热微流控芯片及其制备方法，可以精准地 对电子设备进行散热。

有鉴于此，本申请提供了一种电子设备散热微流控芯片，所述电子设备 散热微流控芯片包括：

第一基片，所述第一基片的正面均匀设有多条相互平行的第一凹槽；

第二基片，所述第二基片的正面均匀设有多条相互平行的第二凹槽；

所述第一基片的正面键合有所述第二基片，使得所述第一凹槽与所述第 二凹槽相对齐，形成流体通道；

散热流体，所述流体通道内填充有所述散热流体。

具体的，散热流体可以为现有常规的散热剂或制冷剂，也可以为纳米流 体。

具体的，第一基片和第二基片选自石英玻璃，石英玻璃的厚度范围为 0.5～2mm。

具体的，第一基片和第二基片设有第一凹槽和第二凹槽的面为正面，没 有设置第一凹槽和第二凹槽的面为背面。

作为优选，所述电子设备散热微流控芯片，还包括金属镀层，所述第一 基片的背面设置所述金属镀层。

具体的，所述电子设备散热微流控芯片还包括铜镀层，所述第二基片的 背面设置所述铜镀层。铜镀层具体为纳米铜镀层，第一基片和第二基片的背 面设置纳米铜镀层，纳米铜镀层的导热性高，以便吸热。

作为优选，所述散热流体填充在所述流体通道的充盈率为40％-60％。

作为优选，相邻的所述第一凹槽首尾相连；相邻的所述第二凹槽首尾相 连。

作为优选，相邻的所述第一凹槽的间隔为2.5-5mm；相邻的所述第二凹 槽的间隔为2.5-5mm。

作为优选，所述第一凹槽的宽度为700～800μm，所述第一凹槽的深度为 300～400μm；所述第二凹槽的宽度为700～800μm，所述第二凹槽的深度为 300～400μm。

作为优选，所述散热流体为纳米流体。

具体的，纳米流体是指把金属或非金属纳米粉体分散到水、醇、油等传 统换热介质中，制备成均匀、稳定、高导热的新型换热介质。

更优选的，所述纳米流体为金属纳米流体。

具体的，第一基片和第二基片的整体尺寸为80mm*140mm，所述第一凹 槽的宽度为700μm，所述第二凹槽的宽度为700μm，相邻的所述第一凹槽首 尾相连，相邻的所述第二凹槽首尾相连时，所述第一凹槽的长度为130mm； 所述第二凹槽的长度为130mm；相邻的所述第一凹槽的间隔可为等距间隔， 也可以是不等距间隔，可以根据实际需要，电子设备散热微流控芯片贴近相 对高温区的区域的相邻的第一凹槽和第二凹槽的间隔较小，其间隔可以设置 为2.5mm，电子设备散热微流控芯片贴近相对低温区的区域的相邻的第一凹 槽和第二凹槽的间隔较大，其间隔可以设置为5mm。相邻的第一凹槽和第二 凹槽的间隔越小，其散热效率越大，反之亦然。

作为优选，所述纳米流体包括分散相和分散介质；所述分散相选自纳米 金属粒子、氧化物、纳米碳管和石墨烯中的一种或多种；所述分散介质选自 水、乙二醇、油、甲苯、丙三醇、乙醇、氨水、1，1，1，2-四氟乙烷、全卤 化氯氟烃和全氟三乙胺中的一种或多种。

优选的，纳米金属粒子选自Cu、Al、Ag、Au和Fe中的一种或多种，氧 化物选自Al₂O₃、CuO、SiO₂和TiO₂中的一种或多种。

更优选的，纳米金属粒子的平均粒径为100纳米。

优选的，纳米金属粒子的体积百分比范围为5％；分散介质的体积百分比 范围为95％。

具体的，所述纳米流体的纳米金属粒子的体积百分比为5％，分散介质的 体积百分比为95％，有利于增大了纳米金属粒子间的静电排斥力，纳米流体 的分散稳定性比较好，导热系数比较高。

优选的，分散剂选自阳离子表面活性剂或/和阴离子表面活性剂；阳离子 表面活性剂选自脂肪酸、PEO硫醇和山梨酸油中的一种或多种；阴离子表面 活性剂选自烷基苯磺酸盐、月桂酸钠、牛磺酸盐和磷酸盐中的一种或多种。

优选的，1，1，2-四氟乙烷为R134a制冷剂；全卤化氯氟烃为R11制冷 剂。

优选的，本申请的电子设备散热微流控芯片还包括铝合金中框，将所述 电子设备散热微流控芯片内嵌在所述铝合金中框中，可以直接使用在电子设 备上，替代石墨板和液冷管等散热结构。

本申请还提供了一种电子设备散热微流控芯片的制备方法，包括以下步 骤：

步骤1、采用离子刻蚀加工技术或激光加工技术，将第一基片的正面均匀 设有多条相互平行的第一凹槽；将第二基片的正面均匀设有多条相互平行的 第二凹槽；

步骤2、将所述第一凹槽或/和所述第二凹槽填充散热流体；

步骤3、将所述第一基片的第一凹槽与所述第二基片的第二凹槽相互对齐 键合，使得所述第一凹槽与所述第二凹槽形成流体通道，得到电子设备散热 微流控芯片。

作为优选，所述第一基片的背面电镀金属镀层。

更为优选，激光加工技术为飞秒激光加工技术，此外，在第一基片的正 面均匀设置第一凹槽；第二基片的正面均匀设置第二凹槽的方式还可以是现 有常规的其他方式，并不局限离子刻蚀加工技术或激光加工技术。

具体的，本申请提供了一种具体的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、对第一基片的正面设计多条第一凹槽的位置和尺寸，第一凹槽 相互平行设置，对第二基片的正面设计多条第二凹槽的位置和尺寸，第二凹 槽相互平行设置；

步骤二、对第一基片的背面电镀铜纳米层；

步骤三、分别将第一基片的正面和第二基片的正面涂覆光刻胶；

步骤四、分别将第一基片的正面和第二基片的正面进行曝光处理；

步骤五、分别将第一基片的正面和第二基片的正面进行离子刻蚀处理；

步骤六、分别将第一基片的正面和第二基片的正面进行去胶处理；

步骤七、分别对第一凹槽和第二凹槽填充散热流体，对第一基片的正面 或/和第二基片的正面涂覆氢氟酸，将第一凹槽与第二凹槽相互对齐，第一基 片和第二基片在常温下加进键合，使得第一凹槽与第二凹槽形成流体通道， 得到电子设备散热微流控芯片。

其中，氢氟酸的质量分数为1％。

本申请的电子设备散热微流控芯片用于电子设备的散热结构。

本申请的电子设备散热微流控芯片用于手机、电脑电子平板、电子游戏 机等电子设备中。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请提供了一种电子设备散热微流控芯片及其制备方法，创造性的利 用了微流控技术制备适用于电子设备的散热芯片，选取两块基片，当基片键 合后形成流体通道，对流体通道填充散热流体，两块基片可以填充更多的散 热流体，散热流体可以在流体通道内流动，吸收热量；此外，流体通道设置 的方式可以多样化、灵活化，流体通道设置可以是多条相互平行互不相连的 设置方式，也可以是相互平行首尾相连的设置方式，通过计算流体通道的间 隔距离的散热效率，可以在电子设备散热微流控芯片上设置具有不同散热效率的流体通道，利用流体通道的尺寸效应，使得本申请的电子设备散热微流 控芯片传热更精确，兼顾传热的精确与传热量。

此外，本申请还可以采用了纳米流体，纳米流体改善了传热介质，增加 传热量。

附图说明

图1为本申请实施例提供的电子设备散热微流控芯片的平面结构图；

图2为图1的局部放大图；

图3为本申请实施例采用离子刻蚀加工技术对第一基片的正面和第二基 片的正面涂覆光刻胶的示意图，(b)为第一基片结构，(a)为第二基片结 构；

图4为本申请实施例采用离子刻蚀加工技术对第一基片的正面和第二基 片的正面曝光处理的示意图，(b)为第一基片结构，(a)为第二基片结构；

图5为本申请实施例采用离子刻蚀加工技术对第一基片的正面和第二基 片的正面进行曝光后的示意图，(b)为第一基片结构，(a)为第二基片结 构；

图6为本申请实施例采用离子刻蚀加工技术对第一基片的正面和第二基 片的正面进行除去光刻胶的示意图，(b)为第一基片结构，(a)为第二基 片结构；

图7为本申请实施例采用离子刻蚀加工技术对第一基片和第二基片进行 键合过程的示意图；

图8为本申请实施例采用离子刻蚀加工技术对第一基片和第二基片进行 键合后的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显 然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。 基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动 前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位 置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例 和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以 特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术 语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗 示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定， 术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接； 可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连 通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请 实施例中的具体含义。

应理解，本申请应用于电子设备的散热，请参阅图1-2，图1为本申请实 施例提供的电子设备散热微流控芯片的平面结构图，图2为图1的局部放大 图，如图1-2所示，本申请实施例包括第一基片，第一基片的正面均匀设有多 条相互平行的第一凹槽；

第二基片，第二基片的正面均匀设有多条相互平行的第二凹槽；

第一基片的正面键合有所述第二基片，使得第一凹槽与第二凹槽相对齐， 形成流体通道；

散热流体，流体通道内填充有所述散热流体。

具体的，散热流体可以为现有常规的散热剂或制冷剂，也可以为纳米流 体。第一基片和第二基片选自石英玻璃，石英玻璃的厚度范围为0.5～2mm； 第一基片和第二基片设有第一凹槽和第二凹槽的面为正面，没有设置第一凹 槽和第二凹槽的面为背面。

本申请设计了一种电子设备散热微流控芯片，选取两块基片，在基片上 设置凹槽，当基片键合后形成流体通道，对流体通道填充散热流体，两块基 片可以填充更多的散热流体，散热流体可以在流体通道内流动，吸收热量； 此外，流体通道设置的方式可以多样化、灵活化，流体通道设置可以是多条 相互平行互不相连的设置方式，也可以是相互平行首尾相连的设置方式，通 过计算流体通道的间隔距离的散热效率，可以在电子设备散热微流控芯片上 设置具有不同散热效率的流体通道，利用流体通道的尺寸效应，使得本申请的电子设备散热微流控芯片传热更精确，兼顾传热的精确与传热量。

进一步的，本实施例的电子设备散热微流控芯片还包括铜镀层，第一基 片的背面设置铜镀层。铜镀层具体为纳米铜镀层，第一基片的背面设置纳米 铜镀层，纳米铜镀层的导热性高，以便吸热。

进一步的，本实施例的散热流体填充在所述流体通道的充盈率为50％。

其中，本申请的相邻的第一凹槽和相邻的第二凹槽可以为相互不连接的 相互平行设置的凹槽，也可以为首尾相连的相互平行设置的凹槽。

进一步的，本实施例相邻的所述第一凹槽首尾相连；相邻的所述第二凹 槽首尾相连。相邻的所述第一凹槽首尾相连，邻的所述第二凹槽首尾相连可 以加长凹槽的长度，使得填充在凹槽中的散热流体能在凹槽中流动以流动式 的吸热。

第一基片和第二基片的整体尺寸为80mm×140mm，第一凹槽的宽度为 700μm，第二凹槽的宽度为700μm，第一凹槽的深度为～～μm，第二凹槽的深 度为～～μm，相邻的第一凹槽首尾相连，相邻的第二凹槽首尾相连时，第一凹 槽的长度为130mm；第二凹槽的长度为130mm；相邻的第一凹槽的间隔可为 不等距间隔，根据实际需要，电子设备散热微流控芯片贴近相对高温区的区 域的相邻的第一凹槽和第二凹槽的间隔较小，其间隔可以设置为2.5mm，电 子设备散热微流控芯片贴近相对低温区的区域的相邻的第一凹槽和第二凹槽的间隔较大，其间隔可以设置为5mm。相邻的第一凹槽和第二凹槽的间隔越 小，其散热效率越大，反之亦然。

进一步的，本实施例的散热流体为纳米流体。

优选的，纳米流体包括Cu纳米金属粒子和水，Cu纳米金属粒子的体积 百分比为5；分散介质为水，其中，Cu纳米金属粒子的粒径为100纳米。

为了便于理解，请参阅图3-8，本申请实施例提供了一种具体的制备方法， 包括以下步骤：

步骤一、对第一基片的正面设计多条第一凹槽的位置和尺寸，第一凹槽 相互平行设置，对第二基片的正面设计多条第二凹槽的位置和尺寸，第二凹 槽相互平行设置；

步骤二、对第一基片的背面电镀铜纳米层；

步骤三、分别将第一基片的正面和第二基片的正面涂覆光刻胶；

步骤四、分别将第一基片的正面和第二基片的正面进行曝光处理；

步骤五、分别将第一基片的正面和第二基片的正面进行离子刻蚀处理；

步骤六、分别将第一基片的正面和第二基片的正面进行去胶处理；

步骤七、分别对第一凹槽和第二凹槽填充散热流体，对第一基片的正面 涂覆氢氟酸(氢氟酸的质量分数为1％)，将第一凹槽与第二凹槽相互对齐， 第一基片和第二基片在常温下加进键合，使得第一凹槽与第二凹槽形成流体 通道，得到电子设备散热微流控芯片。

请参阅图3-8，图3为本申请实施例采用离子刻蚀加工技术对第一基片的 正面和第二基片的正面涂覆光刻胶的示意图，图4为本申请实施例采用离子 刻蚀加工技术对第一基片的正面和第二基片的正面曝光处理的示意图，图5 为本申请实施例采用离子刻蚀加工技术对第一基片的正面和第二基片的正面 进行曝光后的示意图，图6为本申请实施例采用离子刻蚀加工技术对第一基 片的正面和第二基片的正面进行除去光刻胶的示意图，图7为本申请实施例 采用离子刻蚀加工技术对第一基片和第二基片进行键合过程的示意图，图8为本申请实施例采用离子刻蚀加工技术对第一基片和第二基片进行键合后的 示意图，图3-6中(b)为第一基片结构，(a)为第二基片结构。第一基片的 背面C电镀铜纳米层3，将第一基片的正面A和第二基片的正面B覆盖掩模， 然后，按照掩模上的图形在将第一基片1和第二基片2的正面涂覆光刻胶4， 接着，对第一基片1和第二基片2的正面进行曝光处理；将第一基片1和第 二基片2刻蚀后分别形成第一凹槽6和第二凹槽7；对第一基片的正面和第二基片的正面进行除去光刻胶的示意图，采用离子刻蚀加工技术对第一基片和 第二基片进行键合，其中，键合前，对第一凹槽6填充散热流体8，对第一基 片1涂覆氢氟酸9，将第一凹槽6与第二凹槽7相互对齐，第一基片1和第二 基片2在常温下加进键合；最终，第一凹槽6与第二凹槽7形成流体通道， 第一基片1和第二基片2键合后得到电子设备散热微流控芯片。

更为优选，激光加工技术为飞秒激光加工技术，此外，在第一基片的正 面均匀设置第一凹槽；第二基片的正面均匀设置第二凹槽的方式还可以是现 有常规的其他方式，并不局限离子刻蚀加工技术或激光加工技术。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等 (如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次 序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申 请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外， 术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如， 包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地 列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方 法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个” 是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存 在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存 在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后 关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项 中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”， 或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应 当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其 中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案 的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电子设备散热微流控芯片，其特征在于，包括：

第一基片，所述第一基片的正面均匀设有多条相互平行的第一凹槽；

第二基片，所述第二基片的正面均匀设有多条相互平行的第二凹槽；

所述第一基片的正面键合有所述第二基片，使得所述第一凹槽与所述第二凹槽相对齐，形成流体通道；

散热流体，所述流体通道内填充有所述散热流体。

2.根据权利要求1所述的电子设备散热微流控芯片，其特征在于，还包括金属镀层，所述第一基片的背面设置所述金属镀层。

3.根据权利要求1所述的电子设备散热微流控芯片，其特征在于，所述散热流体填充在所述流体通道的充盈率为40％-60％。

4.根据权利要求1所述的电子设备散热微流控芯片，其特征在于，相邻的所述第一凹槽首尾相连；相邻的所述第二凹槽首尾相连。

5.根据权利要求1所述的电子设备散热微流控芯片，其特征在于，相邻的所述第一凹槽的间隔为2.5-5mm；相邻的所述第二凹槽的间隔为2.5-5mm。

6.根据权利要求1所述的电子设备散热微流控芯片，其特征在于，所述第一凹槽的宽度为700～800μm，所述第一凹槽的深度为300～400μm；所述第二凹槽的宽度为700～800μm，所述第二凹槽的深度为300～400μm。

7.根据权利要求1所述的电子设备散热微流控芯片，其特征在于，所述散热流体为纳米流体。

8.根据权利要求1所述的电子设备散热微流控芯片，其特征在于，所述纳米流体包括分散相和分散介质；所述分散相选自纳米金属粒子、氧化物、纳米碳管和石墨烯中的一种或多种；所述分散介质选自水、乙二醇、油、甲苯、丙三醇、乙醇、氨水、1，1，1，2-四氟乙烷、全卤化氯氟烃和全氟三乙胺中的一种或多种。

9.一种电子设备散热微流控芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、采用离子刻蚀加工技术或激光加工技术，将第一基片的正面均匀设有多条相互平行的第一凹槽；将第二基片的正面均匀设有多条相互平行的第二凹槽；

步骤2、将所述第一凹槽或/和所述第二凹槽填充散热流体；

步骤3、将所述第一基片的第一凹槽与所述第二基片的第二凹槽相互对齐键合，使得所述第一凹槽与所述第二凹槽形成流体通道，得到电子设备散热微流控芯片。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述第一基片的背面电镀金属镀层。

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