專利名稱：微型液體冷卻系統(tǒng)及其微型流體驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微型液體冷卻系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種用于對(duì)發(fā)熱電子元 件進(jìn)行冷卻的微型液體冷卻系統(tǒng)及其微型流體驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
隨著電腦產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，CPU追求高速度化，高功能化及小型化所衍
生的散熱問題越來越嚴(yán)重，這在筆記本電腦等內(nèi)部空間狹小的電子裝置中更
為突出。如果無法將筆記本電腦內(nèi)CPU等電子元件所產(chǎn)生的熱量及時(shí)有效地
散發(fā)出去，將極大地影響電子元件的工作性能，同時(shí)還會(huì)縮減電子元件的使 用壽命，因此業(yè)界通常采用一冷卻裝置來對(duì)電子元件散熱。
在眾多的冷卻技術(shù)中，液體冷卻是一種極為有效的冷卻方式。傳統(tǒng)的液 體冷卻系統(tǒng)為由吸熱體、散熱體、機(jī)械泵及傳輸管所構(gòu)成的一回路，該回路 中填充有冷卻液，冷卻液在該吸熱體處吸收電子元件所產(chǎn)生的熱量，經(jīng)傳輸 管傳至散熱體后放出熱量。在該機(jī)械泵的驅(qū)動(dòng)作用下，該冷卻液在回路中不 斷循環(huán)，從而源源不斷地帶走該電子元件所產(chǎn)生的熱量。
由于傳統(tǒng)的液體冷卻系統(tǒng)中機(jī)械泵所占用的空間較大，而難以用于筆記 本電腦等內(nèi)部空間狹小的電子裝置中對(duì)電子元件進(jìn)行冷卻。為將液體冷卻系 統(tǒng)做成微小化，業(yè)界開展了對(duì)各種微型泵的探究，其中包括對(duì)采用振動(dòng)壓電 隔膜的壓電泵的研究，然而目前用于微小型的液體冷卻系統(tǒng)中的壓電泵所能
傳輸冷卻液體的效率并不高，無法滿足對(duì)發(fā)熱量不斷增加的CPU等電子元件
進(jìn)行冷卻的需求。另外，目前所使用的壓電泵中通常需要設(shè)置利用壓力差進(jìn) 行開閉的可動(dòng)式逆止閥，這樣不^f又會(huì)因?yàn)槟嬷归y的可動(dòng)式開閉特性而產(chǎn)生振 動(dòng)與噪音，且相對(duì)降低驅(qū)動(dòng)冷卻液的可靠性。
介質(zhì)材料上的電潤(rùn)濕效應(yīng)(Electrowetting On Dielectric, EWOD )是一種 通過施加電勢(shì)來改變液體表面張力的可逆現(xiàn)象。圖1A與圖1B為介質(zhì)上的電潤(rùn) 濕效應(yīng)的原理圖。如圖1A所示，下極板10包括一基底11，基底ll上設(shè)有下電 極層12,該下電極層12被一層絕緣層13覆蓋，液滴14位于絕緣層13的表面， 上電極15插入液滴14的內(nèi)部。該上電極15與下電極層12之間通過電源線連接
有一開關(guān)16及一可調(diào)電源17，該開關(guān)16用于控制電路的斷開與閉合，該可調(diào) 電源17用來給下極板10與上電極15之間提供施加電壓。當(dāng)上電極15與下極板 IO之間不加電壓，即開關(guān)16處于斷開狀態(tài)時(shí)，該下極板10的絕緣層13的表面 為疏水的，此時(shí)液滴14的靜態(tài)接觸角為eo>90°。如圖1B所示，當(dāng)開關(guān)16閉合 時(shí)，可調(diào)電源17提供一電壓V，在液滴14與下極板10之間產(chǎn)生電勢(shì)作用，此
時(shí)，液滴i4的靜態(tài)接觸角由原來的e。變化為e(v), e(v)〈eo。當(dāng)v的大小
達(dá)到一定值時(shí)，6(V)<90°，此時(shí)絕緣層13的表面變成親水的。當(dāng)開關(guān)16重新 斷開時(shí)，也就是液滴14與下電極板10之間沒有電勢(shì)作用時(shí)，液滴14的靜態(tài)接
觸角重新回復(fù)到ec。上述的這種現(xiàn)象稱為介質(zhì)材料上的電潤(rùn)濕效應(yīng)。
利用這種介質(zhì)材料上的電潤(rùn)濕效應(yīng)原理，美國(guó)杜克大學(xué)(Duck University) 的Pollack M G等人首先基于介質(zhì)材料上的電潤(rùn)濕效應(yīng)并采用微機(jī)械制作的微 電極陣列進(jìn)行了微液滴的運(yùn)動(dòng)控制，并提出了 "數(shù)字微流體(Digital Microfluidics )"的概念。美國(guó)洛杉磯加州大學(xué)(UCLA)的Cho S K等人成功 地利用EWOD效應(yīng)對(duì)直徑為70jam的微液滴進(jìn)行了微液滴的產(chǎn)生、傳輸、混 合和分裂四個(gè)基本操作，并在25V的交流電壓下得到了 250mm/s的微液滴移動(dòng) 速度(Cho S K, Moon H， Kim C J. Creating, Transporting, Cutting, and Merging Liquid Droplets by Electrowetting-Based Actuation for Distal Microfluidic Circuits [J]. Journal of Microelectromechanical Systems, 2003, 12 (l):70-80.)。可 見，基于介質(zhì)材料上的電潤(rùn)濕效應(yīng)是一種十分有效的微流體控制技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種占用空間小且具有較佳的冷卻效率的微型液 體冷卻系統(tǒng)及其微型流體驅(qū)動(dòng)裝置。
一種微型液體冷卻系統(tǒng)，包括一吸熱體、 一散熱體及若干傳輸管，其還 包括一微液滴產(chǎn)生器及一壓電泵，所述傳輸管將該吸熱體、散熱體、微液滴 產(chǎn)生器及壓電泵串接形成一回路，該回路中填充有冷卻液，該冷卻液在該微 液滴產(chǎn)生器及壓電泵的共同驅(qū)動(dòng)作用下在該回^^中循環(huán)流動(dòng)。
一種微型流體驅(qū)動(dòng)裝置，其包括一微液滴產(chǎn)生器及一壓電泵，所述微液 滴產(chǎn)生器與壓電泵串聯(lián)連接，該微液滴產(chǎn)生器將流體產(chǎn)生出液滴并驅(qū)動(dòng)該液 滴往壓電泵運(yùn)動(dòng)，該壓電泵內(nèi)設(shè)置有接收液滴的孩t流道，該壓電泵對(duì)應(yīng)所述 微流道設(shè)置有隔膜與壓電膜，所述壓電膜通電后產(chǎn)生振動(dòng)并帶動(dòng)隔膜一起振 動(dòng)，對(duì)該孩史流道內(nèi)的液滴進(jìn)行傳輸并排出孩t流道外。
與傳統(tǒng)的液體冷卻系統(tǒng)相比，本發(fā)明微型液體冷卻系統(tǒng)中，通過采用由 微液滴產(chǎn)生器及壓電泵所組成的微型液體驅(qū)動(dòng)裝置同時(shí)對(duì)冷卻液進(jìn)行傳輸， 冷卻液的傳輸量大，從而使該微型液體冷卻系統(tǒng)具有較佳的冷卻性能。所述 微液滴產(chǎn)生器及壓電泵均可采用微機(jī)電制程方法進(jìn)行制作，工藝簡(jiǎn)單，適合 進(jìn)行微型化設(shè)計(jì)，因此該微型液體冷卻系統(tǒng)可用于內(nèi)部空間較小的電子裝置 內(nèi)對(duì)電子元件進(jìn)行散熱。另外，該微型液體冷卻系統(tǒng)中沒有像機(jī)械泵這類機(jī) 械傳動(dòng)件，因此具有良好的靜音效果。


下面參照附圖，結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
圖1A與圖1B為介質(zhì)材料上的電潤(rùn)濕效應(yīng)原理的示意圖，其中，
圖1A為不加電壓時(shí)，液滴的靜態(tài)接觸角為6()>90°的情況；
圖1B為施加一定電壓作用下，液滴的靜態(tài)接觸角為6 (>)<90°的情況。
圖2是本發(fā)明微型液體冷卻系統(tǒng)其中一較佳實(shí)施例的立體組裝示意圖。
圖3是圖2所示微型液體冷卻系統(tǒng)中微液滴產(chǎn)生器的立體分解示意圖。
圖4是圖3微液滴產(chǎn)生器的立體組裝示意圖。
圖5是圖4中微液滴產(chǎn)生器的局部剖視圖。
圖6是圖2所示微型液體冷卻系統(tǒng)中壓電泵的立體分解示意圖。
圖7是圖6中所示壓電泵的下板體倒轉(zhuǎn)后之立體示意圖。
圖8A、 8B及8C為微液滴的產(chǎn)生過程的示意圖。
圖9A、 9B及9C為微液滴傳輸過程的示意圖。
圖10為本發(fā)明微型液體冷卻系統(tǒng)另 一 實(shí)施例中微液滴產(chǎn)生器與壓電泵集 成后的立體分解示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明旨在將基于介質(zhì)材料上的電潤(rùn)濕效應(yīng)這一^f敖流體控制技術(shù)應(yīng)用于 孩吏型液體冷卻系統(tǒng)中，并配合一壓電泵以實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻液進(jìn)行大量傳輸。
如圖2所示為本發(fā)明微型液體冷卻系統(tǒng)200其中 一較佳實(shí)施例的立體組裝 圖。該微型液體冷卻系統(tǒng)200包括一吸熱體20、 一散熱體30、 一微液滴產(chǎn)生器 40、 一壓電泵50及若干傳輸管60。該吸熱體20、散熱體30、微液滴產(chǎn)生器40 及壓電泵50通過這些傳輸管60串接而形成一回路，該回路中填充有冷卻液(圖 未示)。該吸熱體20與一發(fā)熱電子元件熱連接并吸收其所產(chǎn)生的熱量，該散熱
體30用于對(duì)流經(jīng)其內(nèi)部的冷卻液進(jìn)行冷卻。在微液滴產(chǎn)生器40及壓電泵50的 驅(qū)動(dòng)作用下，冷卻液在該回路中循環(huán)流動(dòng)，從而源源不斷地將吸熱體20所吸 收的熱量帶走。
該吸熱體20用于貼設(shè)在一發(fā)熱電子元件(圖未示)的表面以吸收其所產(chǎn) 生的熱量。在本實(shí)施例中，該吸熱體20為一長(zhǎng)方體的吸熱塊。該吸熱體20包 括一上蓋21與一底座22,該底座22內(nèi)設(shè)有供冷卻液流經(jīng)的流體通道(圖未示)， 該流體通道的入口及出口分別通過傳輸管60與壓電泵50及散熱體30相連通。 該吸熱體20并不局限于圖2中所示的形狀及結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)不同的散熱需求， 對(duì)該吸熱體20進(jìn)^于合理地設(shè)計(jì)。
該散熱體30用于對(duì)經(jīng)吸熱體20加熱后的冷卻液進(jìn)行冷卻。本實(shí)施例中， 該散熱體30為一散熱器，其包括一基座31及設(shè)于該基座31上的若干散熱片32。 該基座31內(nèi)也設(shè)有供冷卻液流經(jīng)的流體通道(圖未示)，該基座31內(nèi)流體通道
座31的流體通道內(nèi)還可以設(shè)置各種散熱結(jié)構(gòu)如散熱柱等以增加散熱體30與冷 卻液之間的換熱效率。該散熱體30并不局限于圖2中所示的形狀及結(jié)構(gòu)，該散 熱體30還可以為其他的形狀及結(jié)構(gòu)。例如用于筆記本電腦內(nèi)時(shí)，該散熱體30 可以是設(shè)于顯示屏背面的一設(shè)有流體通道的冷卻板。
如圖3及圖4所示，該微液滴產(chǎn)生器40包括一下極板42、蓋設(shè)于該下極板 42上的一上極板44、連接于下極板42與上極板44之間的相應(yīng)的控制電路(圖 未示)、兩支撐件46以及第一、第二端蓋48、 49。
該下極板42為一長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其具有與上極板44相對(duì)的一表面425。該下 極板42的左右兩端分別自該表面425向內(nèi)凹陷形成矩形的第一、第二凹槽426、 427，該第一、第二凹槽426、 427分別用來收容與之相對(duì)應(yīng)的第一、第二端蓋 48、 49。請(qǐng)一并參閱圖5，該下極板42包括一下基板421、若干控制電極422、 一介電層423及一疏水層424。該下基板421可以為一玻璃基板或一硅基板，在 本實(shí)施例中，該下基板421為一硅基板。這些控制電極422呈間隔設(shè)置于下基 板421上，并排列于下基板421的中央位置。這些控制電極422的表面覆蓋有介 電層423，該介電層423可以利用氣相沉積的方法在控制電極422的表面沉積一 層絕緣材料如氮化硅(Si3N4 )所形成。該介電層423的表面覆蓋有一層很薄的 疏水材料如Teflon作為疏水層424。
請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D3，下基板42上于最左端的控制電極422與第一凹槽426之間 設(shè)有一圓柱形的儲(chǔ)液槽428以用來儲(chǔ)存冷卻液，該最左端的控制電極422延伸
至與儲(chǔ)液槽428的邊緣相接。該下極板42的表面425上于這些控制電極422的中 間位置設(shè)有一具有較小寬度的溝槽429,該溝槽429的左端與儲(chǔ)液槽428相連 通，其右端與第二凹槽427相連通。由于該溝槽429的寬度較小，對(duì)進(jìn)入該溝 槽429內(nèi)的冷卻液能夠產(chǎn)生毛細(xì)吸力作用，從而使得外接的控制電路僅需在下 極板42與上極板44之間施加一較小的電壓就可以將液滴從儲(chǔ)液槽428中產(chǎn)生 出來并沿控制電極422運(yùn)動(dòng)。由于該溝槽429的設(shè)置，將每一控制電極422分成 -波此相連通的三部分，即位于溝槽429兩側(cè)的電極部分4221及位于溝槽429內(nèi) 的電極部分4222。該下極板42的表面425上對(duì)應(yīng)每一控制電極422還設(shè)有一外 接電極430，并通過一引線431將相應(yīng)的控制電極422與外接電極430相連通。 這些外接電極430可以分布在這些控制電極422的兩側(cè)，也可以僅分布在這些 控制電極422的一側(cè)。在本實(shí)施例中，這些外接電極430分布在這些控制電極 422的兩側(cè)。該下極板42上還設(shè)有若干用于安裝固定第一、第二端蓋48、 49 的安裝孔432及若干用于安裝固定支撐件46及上極板44的安裝孔433。
該上極板44也為一長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其包括一上基一反441、 一參考電極層442 及一疏水層443 (圖5所示)。該上基板441可以為一玻璃基板或一硅基板，在 本實(shí)施例中，該上基板441為一玻璃基板。該參考電極層442覆蓋于該上基板 441與下極板42相對(duì)的一表面上，該參考電極層442的表面覆蓋有一層很薄的 疏水層443 ，該疏水層443可以利用旋轉(zhuǎn)覆蓋的方法涂布一層疏水材料如Teflon 所形成，其中該參考電極層442與疏水層443之間也可以設(shè)置一層很薄的介電
該兩支撐件46均為狹長(zhǎng)的板體，其設(shè)于下極板42與上極板44之間以用于 支撐上極板44。該兩支撐件46上對(duì)應(yīng)下極板42上的安裝孔433也設(shè)有相應(yīng)的安 裝孔461。本實(shí)施例中，該兩支撐件46為與上、下極板44、 42相分離的板體。 可以理解地，該兩支撐件46也可以一體形成于上招i!44或下核i!42上。
該第一、第二端蓋48、 49均為一長(zhǎng)方體塊狀結(jié)構(gòu)，其中該第一端蓋48上 設(shè)有一進(jìn)液口481，該第二端蓋49上設(shè)有一出液口491。該進(jìn)液口481及出液口 491的外端分別與一傳輸管60相連接，當(dāng)?shù)谝?、第二端蓋48、 49設(shè)于下極板42 的第一、第二凹槽426、 427內(nèi)時(shí)，該進(jìn)液口481的內(nèi)端與下極板42上的儲(chǔ)液槽
該第一、第二端蓋48、 49上對(duì)應(yīng)下極板42的安裝孔432也相應(yīng)地設(shè)有安裝孔 482、 492。
如圖4所示，該微液滴產(chǎn)生器40組裝時(shí)，該兩支撐件46設(shè)于下極板42上并
位于下極板42的控制電極422的兩側(cè)，從而在下極板42與上極板44之間于對(duì)應(yīng) 控制電極422的位置形成用于傳輸液滴的液滴通道。每一支撐件46位于下極板 42的控制電極422與外接電極430之間，即下極板42的外接電極430位于支撐件 46的外側(cè)，這樣可以便于將外接電極430與外部的控制電路電連接。該上極板 44蓋設(shè)于該兩支撐件46上，并通過螺栓等連接件穿過下極板42、支撐件46及 上極板44上所設(shè)的安裝孔433、 461、 444從而將三者固定在一起。該兩支撐件 46對(duì)上極板44進(jìn)行支撐的同時(shí)還將微液滴產(chǎn)生器40的兩側(cè)進(jìn)行密封。該第一、 第二端蓋48、 49分別收容于下極板42的兩端所設(shè)的第一、第二凹槽426、 427 內(nèi)并將上極板44夾設(shè)于該第一、第二端蓋48、 49之間，再通過螺栓等連接件 穿過第一、第二端蓋48、 49及下極板42上所設(shè)的安裝孔482、 492、 432以將第 一、第二端蓋48、 49與下極板42固定在一起，從而將微液滴產(chǎn)生器40的兩端 密封。該第一、第二端蓋48、 49安裝至下極板42兩端的第一、第二凹槽426、 427內(nèi)時(shí)，第一端蓋48上所設(shè)的進(jìn)液口481與儲(chǔ)液槽428相連通，而第二端蓋49 所設(shè)的出液口491則與控制電極422相對(duì)，亦即該儲(chǔ)液槽428與液滴通道的左端 連通，該出液口491則與液滴通道的右端連通。
請(qǐng)參閱圖6與圖7，該壓電泵50采用無閥設(shè)計(jì)，其包括一下板體51與蓋設(shè) 于該下板體51上的一上板體52，其中該下板體51與上板體52均為一長(zhǎng)方形的 板體。該下板體51具有與上板體52相對(duì)的一上表面511，該下板體51自上表面 511向內(nèi)凹陷/人而在其中間位置形成一縱向且貫通下板體51兩端的樣t流道 513。該微流道513包括一入口段514、 一出口段515及將該入口段514與出口段 515連通的一腔體部516，冷卻液在該孩(流道513內(nèi)自左向右流動(dòng)，即由農(nóng)t流道 513的入口段514流向出口段515。該入口段514、腔體部516及出口段515的橫 截面積的大小均沿冷卻液的流動(dòng)方向遞減，亦即該入口 ^殳514在其與腔體部 516相接處即入口段514的出口處的橫截面積最小，該腔體部516在其與入口段 514相接處即腔體部516的入口處的橫截面積最大而在其與出口段515相接處 即腔體部516的出口處的橫截面積最小，該出口段515在其與腔體部516相接處 的橫截面積最大而在其出口處即出口段515的右端橫截面積最小，且該腔體部 516、出口段515及入口段514所具最大橫截面積的大小依次遞減。在本實(shí)施例 中，該腔體部516為一等腰三角形形狀，其也可以為其他形狀，只要使其橫截 面積沿冷卻液的流動(dòng)方向遞減即可。如圖7所示，該下板體51的下表面512在 對(duì)應(yīng)腔體部516的位置設(shè)置一三角形的凹陷，所述凹陷與腔體部516之間形成 一具較小厚度的隔膜517,該隔膜517的中部設(shè)有一圓柱形的壓電膜518，該壓
電膜518可以通過物理氣相沉積技術(shù)如'減射、化學(xué)氣相沉積技術(shù)或旋涂技術(shù)如 溶膠-凝膠法在隔膜517上生長(zhǎng)一層壓電材料形成。
該壓電膜518與外部的驅(qū)動(dòng)電路電連接，由所述該驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)壓電膜 518產(chǎn)生振動(dòng)，并帶動(dòng)隔膜517—起產(chǎn)生上下振動(dòng)，從而使腔體部516的容積的 大小發(fā)生變化。當(dāng)壓電膜518帶動(dòng)隔膜517向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，腔體部516的容積變大， 由于微流道513內(nèi)未設(shè)置逆止閥，冷卻液會(huì)從微流道513的入口段514及出口段 515同時(shí)向腔體部516內(nèi)流動(dòng)，冷卻液從入口段514進(jìn)入腔體部516時(shí)，因微流 道513的橫截面積突然變大，冷卻液受到的流阻小而流量大；冷卻液自出口段 515進(jìn)入腔體部516時(shí)，因微流道513的橫截面積突然變小，冷卻液受到的流阻 大而流量小。因此，壓電膜518帶動(dòng)隔膜517向下運(yùn)動(dòng)的瞬間由入口段514進(jìn)入 腔體部516的流量大于由出口段515進(jìn)入腔體部516的流量，冷卻液的流動(dòng)方向 表現(xiàn)為由入口段514流向出口段515。當(dāng)壓電膜518帶動(dòng)隔膜517向上運(yùn)動(dòng)時(shí)， 腔體部516的容積變小，冷卻液會(huì)自腔體部516同時(shí)向入口段514及出口段515 流動(dòng)，冷卻液從腔體部516流向入口段514時(shí)，因樣i流道513的橫截面積突然變 小，冷卻液受到的流阻大而流量小；冷卻液自腔體部516流向出口l殳515時(shí)， 因微流道513的橫截面積突然變大，冷卻液受到的流阻小而流量大。因此，瞬 間由腔體部516流向出口段515的流量大于流向入口段514的流量，冷卻液的流 動(dòng)方向還是表現(xiàn)為由入口段514流向出口段515。由上述可知，壓電膜518帶動(dòng) 隔膜517產(chǎn)生上下振動(dòng)的過程中，冷卻液均由入口段514流向出口段515,從而 在孩i流道513中未設(shè)置單向的控制閥的情況下實(shí)現(xiàn)冷卻液的單向流動(dòng)。
如圖2所示，將樣i型液體冷卻系統(tǒng)200組裝在一起時(shí)，通過傳輸管60將吸 熱體20、散熱體30、微液滴產(chǎn)生器40及壓電泵50依次串接從而形成一回路， 在該回路中充入一定量的冷卻液。該冷卻液為可電解、可極化、具有導(dǎo)電能 力或帶電的液體。在本實(shí)施例中，該冷卻液為去離子水。；微液滴產(chǎn)生器40的 上極板44的參考電極層442及下極板42的外接電極422通過導(dǎo)線與外部的控制 電路進(jìn)行電連接。外部的控制電路采用計(jì)算機(jī)程序來控制施加于各控制電極 422上的電壓的施加時(shí)間及施加順序，所施加的電壓的大小由電源控制，該控 制電路的控制方法及電壓大小的控制方法采用常規(guī)的控制方法。該壓電泵的 壓電膜518與外部的驅(qū)動(dòng)電路電連接，并由所述驅(qū)動(dòng)電路控制壓電膜518的上 下往復(fù)振動(dòng)。
如圖8A至圖8C所示，液滴D從孩i液滴產(chǎn)生器40的儲(chǔ)液槽428產(chǎn)生出來的過 程為首先通過外接的控制電路對(duì)控制電極422a (為使敘述方便，將控制電
極從左至右依次命名為422a、 422b、'422c......)施加一定的電壓，由于電潤(rùn)
濕效應(yīng)，與該控制電極422a^目接觸的冷卻液的接觸角會(huì)變小，接觸角的變小 表現(xiàn)為冷卻液的表面張力的變化，當(dāng)施加的電壓達(dá)到一定值時(shí)，冷卻液會(huì)自 儲(chǔ)液槽428沿電極422a向右運(yùn)動(dòng)(圖8A所示)；冷卻液運(yùn)動(dòng)至與電極422b接觸 時(shí)對(duì)電極422b施加同樣的電壓，從而使冷卻液沿控制電極422b繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng) (圖8B所示)；當(dāng)冷卻液運(yùn)動(dòng)至與控制電極422c接觸時(shí)，對(duì)控制電極422c施加 電壓的同時(shí)取消控制電極422b上所施加的電壓，冷卻液在控制電極422a、 422c 上所加電壓的作用下在控制電極422b處斷開，從而形成液滴D (圖8C所示)。
如圖9A至圖9C所示，液滴D的傳輸過程為當(dāng)液滴D接觸到控制電極422d 時(shí)，對(duì)控制電極422械加電壓的同時(shí)取消422c上所施加的電壓，從而使液滴D 由控制電極422c所在位置運(yùn)動(dòng)到控制電極422d所在位置；當(dāng)液滴D運(yùn)動(dòng)至與控 制電極422e接觸時(shí)，對(duì)控制電極422e施加電壓的同時(shí)取消控制電極422d上所 施加的電壓，從而使液滴D從控制電極422d所在位置運(yùn)動(dòng)到控制電極422e所在 位置。通過這樣有規(guī)律性地對(duì)各控制電極422施加電壓，就可以實(shí)現(xiàn)將儲(chǔ)液槽 428中所產(chǎn)生出的液滴D沿控制電極422的從左向右傳輸。
請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D2，《敖型液體冷卻系統(tǒng)200工作時(shí)，吸熱體20貼i殳于一發(fā)熱 電子元件(圖未示)上。利用外接的控制電路對(duì)微液滴產(chǎn)生器40的各控制電 極422上電壓的施加時(shí)間及施加順序進(jìn)行控制，可以從儲(chǔ)液槽428中產(chǎn)生出液 滴，并沿液滴通道向右傳輸。液滴傳到這些控制電極422的最右端時(shí)因具有一 定的速度會(huì)繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，并經(jīng)第二端蓋49所設(shè)出液口的入口端流入到該第 二端蓋49內(nèi)。通過控制電路對(duì)這些控制電極422進(jìn)行循環(huán)控制，就可以不斷地 從儲(chǔ)液槽428中產(chǎn)生出液滴并傳輸?shù)降诙松w49內(nèi)，從而將第二端蓋49內(nèi)的冷 卻液壓出并經(jīng)傳輸管60流入壓電泵50內(nèi)，在壓電泵50的作用下，使冷卻液的 傳輸速度進(jìn)一步加快，經(jīng)加速后的冷卻液再經(jīng)傳輸管流向吸熱體20，冷卻液 經(jīng)吸熱體20加熱后再經(jīng)傳輸管60流向散熱體30并與散熱體30發(fā)生熱交換從而 降低冷卻液的溫度，被降溫后的冷卻液經(jīng)傳輸管60流向微液滴產(chǎn)生器40的第 一端蓋48內(nèi)，再經(jīng)第一端蓋48進(jìn)液口流回至微液滴產(chǎn)生器40的儲(chǔ)液槽428內(nèi)， 乂人而完成一次循環(huán)流動(dòng)。
該微型液體冷卻系統(tǒng)200中，由傳輸管60將吸熱體20、散熱體30、微液滴 產(chǎn)生器40及壓電泵50串接形成一回路，吸熱體20用來吸收電子所產(chǎn)生的熱量， 該微液滴產(chǎn)生器40及壓電泵50同時(shí)對(duì)冷卻液進(jìn)行傳輸，使冷卻液在該回路中 循環(huán)流動(dòng)，從而源源不斷地將吸熱體20所吸收的熱量帶走。
上述微型液體冷卻系統(tǒng)200中，微液滴產(chǎn)生器40及壓電泵50均可采用微機(jī) 電制程進(jìn)行制作，工藝簡(jiǎn)單，適合進(jìn)行微型化設(shè)計(jì)，可用于內(nèi)部空間較小的 筆記本電腦等電子裝置內(nèi)對(duì)電子元件進(jìn)行散熱。通過采用微液滴產(chǎn)生器40及 壓電泵50同時(shí)對(duì)冷卻液進(jìn)行傳輸，冷卻液的傳輸量大，從而使微型液體冷卻 系統(tǒng)200的具有較佳的冷卻性能。由于該微型液體冷卻系統(tǒng)200中沒有像機(jī)械 泵這類機(jī)械傳動(dòng)件，因此具有良好的靜音效果。該壓電泵50采用無閥設(shè)計(jì)，
上述實(shí)施例中，微液滴產(chǎn)生器40的下極板42與上極板44之間設(shè)有兩支撐 件46,從而在下極板42與上極板44之間形成傳輸液滴的液滴通道?？梢岳斫?地，該下極板42與上極板44之間也可以不設(shè)置支撐件46和儲(chǔ)液槽428，此種情 況下，通過在下極板42上凹設(shè)一細(xì)長(zhǎng)的槽體，該槽體的兩端分別與微液滴產(chǎn) 生器40的進(jìn)液口及出液口連通，該上極板44直接蓋設(shè)于該下極板42上，從而 形成傳輸液滴的液滴通道。該槽體的寬度與控制電極422的寬度相同或略大于 控制電極的寬度，控制電極422設(shè)于該槽體內(nèi)。
圖10所示為本發(fā)明微型液體冷卻系統(tǒng)另 一 實(shí)施例中微液滴產(chǎn)生器與壓電 泵的立體分解示意圖，本實(shí)施例與上一實(shí)施例的區(qū)別在于孩i液滴產(chǎn)生器與壓 電泵集成于一下板體71與一上板體72上。微液滴產(chǎn)生器的液滴通道716及壓電 泵的微流道712均設(shè)于下板體71上且兩者直接連通。液滴通道716內(nèi)間隔設(shè)置 有若干控制電極711，該上板72對(duì)應(yīng)所述控制電極711設(shè)有參考電極層(圖未 標(biāo)示)，該參考電極層與所述控制電極711通過外部的控制電路(圖未示)電 連接。所述壓電泵的微流道712包括一進(jìn)口段713、 一出口段714及將進(jìn)口段713 與出口,殳714連通的一腔體部715。所述孩i液滴產(chǎn)生器的液滴通道716設(shè)于進(jìn)口 段713的前端，且該液滴通道716的入口與傳輸管(圖未示)相接。自傳輸管 進(jìn)入液滴通道716的冷卻液經(jīng)微液滴產(chǎn)生器傳至壓電泵的進(jìn)口段713 ，再由壓 電泵從口段經(jīng)腔體部715傳至出口段714。通過將微液滴產(chǎn)生器與壓電泵集成 于下板體71與下板體72上，使得兩者所占據(jù)的空間進(jìn)一步減少，且加工及安 裝更方便。
權(quán)利要求
1. 一種微型液體冷卻系統(tǒng)，包括一吸熱體、一散熱體及若干傳輸管，其特征在于還包括一微液滴產(chǎn)生器及一壓電泵，所述傳輸管將該吸熱體、散熱體、微液滴產(chǎn)生器及壓電泵串接形成一回路，該回路中填充有冷卻液，該冷卻液在該微液滴產(chǎn)生器及壓電泵的共同驅(qū)動(dòng)作用下在該回路中循環(huán)流動(dòng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的微型液體冷卻系統(tǒng)，其特征在于該壓電泵包括一第 一板體及蓋設(shè)于該第一板體上的一第二板體，該第一板體上設(shè)有一微流 道，該微流道包括一進(jìn)口段、 一出口段及將該進(jìn)口段與出口段連通的一腔 體部，該第一板體對(duì)應(yīng)腔體部的位置形成有一隔膜，該隔膜的底部設(shè)有一 壓電膜。
3. 如權(quán)利要求2所述的微型液體冷卻系統(tǒng)，其特征在于冷卻液在該微流道 中由進(jìn)口段向出口段流動(dòng)，所述進(jìn)口段、腔體部及出口段的橫截面積的大 'J 、均沿冷卻液的流動(dòng)方向遞減。
4. 如權(quán)利要求3所述的微型液體冷卻系統(tǒng)，其特征在于該腔體部、出口段 及進(jìn)口段的最大橫截面積依次遞減。
5. 如權(quán)利要求3所述的微型液體冷卻系統(tǒng)，其特征在于該隔膜為一三角形， 該壓電膜為一圓柱形，該壓電膜設(shè)于該隔膜的中部。
6. 如權(quán)利要求2至5項(xiàng)中任意一項(xiàng)所述的微型液體冷卻系統(tǒng)，其特征在于 該微液滴產(chǎn)生器集成在該壓電泵的第 一板體及第二板體上，所述微液滴產(chǎn) 生器包括一設(shè)于該第一板體上的液滴通道、呈間隔設(shè)于所述液滴通道內(nèi)的 若干控制電極及第二板體上對(duì)應(yīng)所述控制電極所設(shè)的一參考電極層，所述 液滴通道位于壓電泵的入口段的前端，其入口與傳輸管相接，所述控制電 極與參考電極層通過一控制電路電連接，通過控制電路規(guī)律性地對(duì)各控制 電極施加電壓，自傳輸管進(jìn)入液滴通道的冷卻液產(chǎn)生出液滴并沿液滴通道 向壓電泵的入口^爻運(yùn)動(dòng)。
7. 如權(quán)利要求1所述的微型液體冷卻系統(tǒng)，其特征在于該微液滴產(chǎn)生器包 括一第一極板及蓋設(shè)于該第一極板上的一第二極板，該第一極板與第二極 ^反之間形成有一液滴通道，該液滴通道的一端與另一端分別設(shè)有一進(jìn)液口 與一出液口，該第一極板上對(duì)應(yīng)該液滴通道間隔設(shè)置有若干控制電極，該 第二極板上對(duì)應(yīng)所述控制電極設(shè)有一參考電極層，該參考電極層與這些控 制電極通過一控制電路電連接，通過控制電路規(guī)律性地對(duì)各控制電極施加 電壓，自進(jìn)液口進(jìn)入的冷卻液將產(chǎn)生出液滴并沿液滴通道向出液口運(yùn)動(dòng)。
8. 如權(quán)利要求7所述的微型液體冷卻系統(tǒng)，其特征在于該微液滴產(chǎn)生器還 包括一第一端蓋及一第二端蓋，該第一極板的兩端對(duì)應(yīng)第一、第二端蓋分 別設(shè)有第一、第二凹槽，該第一、第二端蓋分別收容在該第一、第二凹槽 內(nèi)并將第二極板夾設(shè)于該第一、第二端蓋之間以將該孩i液滴產(chǎn)生器的兩端密封。
9. 如權(quán)利要求7所述的微型液體冷卻系統(tǒng)，其特征在于該第一極板上設(shè)有 一儲(chǔ)液槽，該第一極板上沿該液滴通道的延伸方向設(shè)有一溝槽，該溝槽的 一端與儲(chǔ)液槽相連通，另一端與出液口連通。
10. —種微型流體驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于包括一微液滴產(chǎn)生器及一壓電泵， 所述微液滴產(chǎn)生器與壓電泵串聯(lián)連接，該微液滴產(chǎn)生器將流體產(chǎn)生出液滴 并驅(qū)動(dòng)該液滴往壓電泵運(yùn)動(dòng)，該壓電泵內(nèi)設(shè)置有接收液滴的樣么流道，該壓 電泵對(duì)應(yīng)所述微流道設(shè)置有隔膜與壓電膜，所述壓電膜通電后產(chǎn)生振動(dòng)并 帶動(dòng)隔膜一起振動(dòng)，對(duì)該微流道內(nèi)的液滴進(jìn)行傳輸并排出微流道外。
11. 如權(quán)利要求10所述的微型流體驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于該壓電泵包括一 第 一板體及蓋設(shè)于該第 一板體上的 一第二板體，該微流道設(shè)于該第 一板體 上，該微流道包括一進(jìn)口段、 一出口段及將該進(jìn)口段與出口段連通的一腔 體部，該隔膜設(shè)于第一板體上并對(duì)應(yīng)腔體部的位置設(shè)置，該壓電膜設(shè)于隔 膜的底部。
12. 如權(quán)利要求11所述的微型流體驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于液滴在該微流道 中由進(jìn)口段向出口段流動(dòng)，所述進(jìn)口段、腔體部及出口段的橫截面積的大 'J 、均沿冷卻液的流動(dòng)方向遞減。
13. 如權(quán)利要求12所述的微型流體驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于該腔體部、出口 段及進(jìn)口段的最大橫截面積依次遞減。
14. 如權(quán)利要求10所述的微型流體驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于該微液滴產(chǎn)生器 包括一第一極板及蓋設(shè)于該第一極板上的一第二極板，該第一極板與第二 極板之間形成有一液滴通道，該液滴通道的一端與另 一端分別設(shè)有一進(jìn)液 口與一出液口 ，該第一極板上對(duì)應(yīng)該液滴通道間隔設(shè)置有若干控制電極， 該第二極板上對(duì)應(yīng)所述控制電極設(shè)有一參考電極層，該參考電極層與這些 控制電極通過一控制電路電連接，通過控制電路規(guī)律性地對(duì)各控制電極施 加電壓而將冷卻液產(chǎn)生出所述液滴，并沿液滴通道向出液口運(yùn)動(dòng)。
15. 如權(quán)利要求14所述的微型流體驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于該第一極板上設(shè) 有一儲(chǔ)液槽，該第一極板上沿該液滴通道的延伸方向設(shè)有一溝槽，該溝槽 的一端與儲(chǔ)液槽相連通，另一端與出液口連通。
16. 如權(quán)利要求10至15項(xiàng)中任意一項(xiàng)所述的微型流體驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于 該孩i液滴產(chǎn)生器與該壓電泵集成為 一體。
全文摘要
一種微型液體冷卻系統(tǒng)，包括一吸熱體、一散熱體及若干傳輸管，其還包括一微液滴產(chǎn)生器及一壓電泵，所述傳輸管將該吸熱體、散熱體、微液滴產(chǎn)生器及壓電泵串接形成一回路，該回路中填充有冷卻液，該冷卻液在該微液滴產(chǎn)生器及壓電泵的共同驅(qū)動(dòng)作用下在該回路中循環(huán)流動(dòng)。該微型冷卻系統(tǒng)可用于內(nèi)部空間較小的電子裝置內(nèi)對(duì)電子元件進(jìn)行冷卻且具有較佳的冷卻性能。
文檔編號(hào)H05K7/20GK101389200SQ20071007699
公開日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2007年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者陳冠宇, 陳彥志 申請(qǐng)人:富準(zhǔn)精密工業(yè)(深圳)有限公司;鴻準(zhǔn)精密工業(yè)股份有限公司