微流控芯片散热装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种微流控芯片散热装置，包括：半导体制冷结构及散热结构，半导体制冷结构包括依次设置的冷端液态金属层液态金属层、半导体制冷片以及热端液态金属层，其中，冷端液态金属层液态金属层包括第一腔室，热端液态金属层包括第二腔室，第一腔室以及第二腔室内均填充有液态金属，冷端液态金属层液态金属层以及热端液态金属层均与半导体制冷片紧密贴合。该装置利用液态金属作为导热介质将微流控芯片的热量导出，再经由散热结构将热量散发到外部环境中，相比于现有的导热介质，利用液态金属可以降低冷热两端热传导热阻，实现微流控芯片局部产热的快速冷却。且装置结构紧凑、热稳定性好、能源利用率高，具有很强的实用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微流控
，特别是涉及一种微流控芯片散热装置。
技术介绍
在微全分析应用中，微流控芯片上常集成有微泵、微阀、微混合器、微分离器、微反应器等样本试剂输运、混合、分离、反应等操作元器件。在目前电控占主导的微流控芯片操作中，芯片内部产热就在所难免。并且随着微流控技术的发展，这些元执行器件在芯片上的集成度越来越高，这就使得芯片产热问题愈发突出。半导体制冷片由于具有尺寸小、重量轻、冷热调控快捷方便且无运动部件、无需制冷剂的优点，目前广泛应用于微流控芯片散热。在冷却实施装置中，半导体制冷片多布置在微流控芯片产热区域正下方，其冷端液态金属层与微流控芯片基底直接接触冷却产热区域，同时其热端液态金属层通过散热片将热量散发至环境中。为强化半导体制冷片冷、热两端分别与芯片和散热片之间的热传导能力，半导体制冷片冷端液态金属层与芯片中间、半导体制冷片热端液态金属层与散热片中间通常会利用导热浆、导热硅脂或导热胶作为热界面层。但是这些导热界面材料普遍存在热导率低、体积热容大、热稳定性差、易变质等问题，使得半导体制冷片制冷效率偏低，功耗大、散热速度慢。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种微流控芯片散热装置，利用高热导率液态金属强化半导体制冷片冷热两端传热，实施微流控芯片内局部高产热区域(热点)的快速冷却。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种微流控芯片散热装置，
包括：半导体制冷结构及散热结构，所述半导体制冷结构包括依次设置的冷端液态金属层、半导体制冷片以及热端液态金属层，其中，所述冷端液态金属层包括第一腔室，所述热端液态金属层包括第二腔室，所述第一腔室以及第二腔室内均填充有液态金属，所述冷端液态金属层以及热端液态金属层均与所述半导体制冷片紧密贴合，在冷端液态金属层、半导体制冷片以及热端液态金属层的两端还设有用于支持所述半导体制冷结构的热绝缘支撑保护层；所述冷端液态金属层的外表面与待散热微流控芯片的基底贴合，贴合的位置与待散热微流控芯片的发热区域相对应，所述热端液态金属层的外表面与所述散热结构贴合；冷端液态金属层第一腔室中的液态金属吸收待散热微流控芯片发热区域的热量，再经由半导体制冷片传递给所述热端液态金属层的第二腔室中的液态金属，所述第二腔室中的液态金属再将热量传递给散热结构，最后由所述散热结构将热量散发到环境中。优选地，所述散热结构为梳状结构散热器，所述梳状结构散热器的柄部与所述热端液态金属层的外表面贴合；所述梳状结构散热器吸收热端液态金属层第二腔室中的液态金属携带的热量，并通过梳状结构散热器的散热齿片进行散热。优选地，所述散热结构包括强迫对流散热器以及散热齿片，所述强迫对流散热器包括两个热端导热腔，腔室中填充有液态金属，两个热端导热腔的两端通过连接管连通，连接管上还设置有电磁泵，用于带动两个热端导热腔的腔室中的液态金属循环流动；所述强迫对流散热器的其中一个热端导热腔与所述热端液态金属层的外表面贴合，另一个热端导热腔连接散热齿片；与所述热端液态金属层的外表面贴合的热端导热腔吸收热端液态金属层中液态金属携带的热量，电磁泵带动两个热端导热腔的液态金属循环流动，使吸收的热量随着循环的液态金属传递至连接散热齿片
的热端导热腔，再通过散热齿片进行散热。优选地，所述散热结构还包括风扇，用于向散热齿片吹风从而加速散热。优选地，所述散热结构还包括水浴，用于在内部盛有冷水时将散热齿片浸泡在冷水中从而加速散热。优选地，所述冷端液态金属层21液态金属层以及热端液态金属层的厚度范围为0.5～5mm。优选地，所述液态金属为室温下为液态的镓、镓铟合金、镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。优选地，所述液态金属中掺有纳米颗粒材料，所述纳米颗粒材料为铜、铝、银、镍或碳纳米管。优选地，所述热端液态金属层中第二腔室外壁的材料为铜或铝，所述外壁的厚度不大于1mm，腔内厚度的范围为0.5～5mm。优选地，所述装置包括多个半导体制冷结构，最靠近所述待散热微流控芯片的半导体制冷结构的冷端液态金属层的外表面与待散热微流控芯片的基底贴合，最靠近所述散热结构的半导体制冷结构的热端液态金属层的外表面与所述散热结构贴合；相邻两个半导体制冷结构中其中一个的冷端液态金属层和另一个的热端液态金属层相互贴合。本专利技术提供的微流控芯片散热装置在半导体芯片两端设置有填充了液态金属的冷端液态金属层21液态金属层和热端液态金属层，通过冷端液态金属层21液态金属层和热端液态金属层中的液态金属将微流控芯片的热量导出，再经由散热结构将热量散发到外部环境中，相比于现有的导热浆、导热硅脂或导热胶，液态金属具有优异的热传导性能，用作半导体制冷片冷热两端热界面材料，可大大降低半导体制冷片冷热两端热传导热阻，实现微流控芯片局部产热的快速冷却。且装置结构紧凑、热稳定性好、能源利用率高，具有很强的实用性。附图说明图1是本专利技术提供的微流控芯片散热装置实施例结构示意图；图2为本专利技术提供的微流控芯片散热装置又一实施例结构示意图；图3为本专利技术提供的微流控芯片散热装置又一实施例结构示意图；图4为本专利技术提供的微流控芯片散热装置又一实施例结构示意图；图5为本专利技术提供的微流控芯片散热装置又一实施例结构示意图。具体实施方式以下实施方式进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离本专利技术精神和实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本专利技术的范围。本专利技术提供了一种微流控芯片散热装置实施例，如图1所示，包括：半导体制冷结构以及散热结构。所述半导体制冷结构包括依次设置的冷端液态金属层21、半导体制冷片1以及热端液态金属层22，其中，所述冷端液态金属层21包括第一腔室，所述热端液态金属层22包括第二腔室，所述第一腔室以及第二腔室内均填充有液态金属，所述冷端液态金属层21以及热端液态金属层22均与所述半导体制冷片1紧密贴合，在冷端液态金属层21、半导体制冷片1以及热端液态金属层22的两端还设有用于支持所述半导体制冷结构的热绝缘支撑保护层3；所述冷端液态金属层21的外表面与待散热微流控芯片41的基底42贴合，贴合的位置与待散热微流控芯片的发热区域43相对应，所述热端液态金属层22的外表面与所述散热结构5贴合；冷端液态金属层21第一腔室中的液态金属吸收待散热微流控芯片发热区域43的热量，再经由半导体制冷片1传递给所述热端液态金属层22的第二腔室中的液态金属，所述第二腔室中的液态金属再将热量传递给散热结构5，最后由所述散热结构5将热量散发到环境中。本专利技术实施例提供的微流控芯片散热装置在半导体芯片两端设置
有填充了液态金属的冷端液态金属层21液态金属层和热端液态金属层，通过冷端液态金属层21液态金属层和热端液态金属层中的液态金属将微流控芯片的热量导出，再经由散热结构将热量散发到外部环境中，相比于现有的导热浆、导热硅脂或导热胶，液态金属具有优异的热传导性能，用作半导体制冷片冷热两端热界面材料，可大大降低半导体制冷片冷热两端热传导热阻，实现微流控芯片局部产热的快速冷却。且装置结构紧凑、热稳定性好、能源利用率高，具有很强的实用性。在具体实施时，本专利技术实施例提供的散热结构可以通过以下多种方式实现，从而能够针对不同的芯片产热情况，选择合适的散热结构。(1)第一种实现方式当微流控芯片中局部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流控芯片散热装置，其特征在于，包括：半导体制冷结构及散热结构，所述半导体制冷结构包括依次设置的冷端液态金属层、半导体制冷片以及热端液态金属层，其中，所述冷端液态金属层包括第一腔室，所述热端液态金属层包括第二腔室，所述第一腔室以及第二腔室内均填充有液态金属，所述冷端液态金属层以及热端液态金属层均与所述半导体制冷片紧密贴合，在冷端液态金属层、半导体制冷片以及热端液态金属层的两端还设有用于支持所述半导体制冷结构的热绝缘支撑保护层；所述冷端液态金属层的外表面与待散热微流控芯片的基底贴合，贴合的位置与待散热微流控芯片的发热区域相对应，所述热端液态金属层的外表面与所述散热结构贴合；冷端液态金属层第一腔室中的液态金属吸收待散热微流控芯片发热区域的热量，再经由半导体制冷片传递给所述热端液态金属层的第二腔室中的液态金属，所述第二腔室中的液态金属再将热量传递给散热结构，最后由所述散热结构将热量散发到环境中。

【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片散热装置，其特征在于，包括：半导体制冷结构及散热结构，所述半导体制冷结构包括依次设置的冷端液态金属层、半导体制冷片以及热端液态金属层，其中，所述冷端液态金属层包括第一腔室，所述热端液态金属层包括第二腔室，所述第一腔室以及第二腔室内均填充有液态金属，所述冷端液态金属层以及热端液态金属层均与所述半导体制冷片紧密贴合，在冷端液态金属层、半导体制冷片以及热端液态金属层的两端还设有用于支持所述半导体制冷结构的热绝缘支撑保护层；所述冷端液态金属层的外表面与待散热微流控芯片的基底贴合，贴合的位置与待散热微流控芯片的发热区域相对应，所述热端液态金属层的外表面与所述散热结构贴合；冷端液态金属层第一腔室中的液态金属吸收待散热微流控芯片发热区域的热量，再经由半导体制冷片传递给所述热端液态金属层的第二腔室中的液态金属，所述第二腔室中的液态金属再将热量传递给散热结构，最后由所述散热结构将热量散发到环境中。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述散热结构为梳状结构散热器，所述梳状结构散热器的柄部与所述热端液态金属层的外表面贴合；所述梳状结构散热器吸收热端液态金属层第二腔室中的液态金属携带的热量，并通过梳状结构散热器的散热齿片进行散热。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述散热结构包括强迫对流散热器以及散热齿片，所述强迫对流散热器包括两个热端导热腔，腔室中填充有液态金属，两个热端导热腔的两端通过连接管连通，连接管上还设置有电磁泵，用于带动两个热端导热腔的腔室中的液态金属循环流动；所述强
\t迫对流散热...

【专利技术属性】
技术研发人员：高猛，桂林，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11