[發明專利]微流控芯片散熱裝置

有效

• 申請號: 201610249154.3
• 申請日: 2016-04-20
• 公開（公告）號: CN105914189B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 高猛;桂林
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: H01L23/36
• 分類號: H01L23/36;H01L23/367
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 李相雨

技術領域

本發明涉及微流控技術領域，特別是涉及一種微流控芯片散熱裝置。

背景技術

在微全分析應用中，微流控芯片上常集成有微泵、微閥、微混合器、微分離器、微反應器等樣本試劑輸運、混合、分離、反應等操作元器件。在目前電控占主導的微流控芯片操作中，芯片內部產熱就在所難免。并且隨著微流控技術的發展，這些元執行器件在芯片上的集成度越來越高，這就使得芯片產熱問題愈發突出。

半導體制冷片由于具有尺寸小、重量輕、冷熱調控快捷方便且無運動部件、無需制冷劑的優點，目前廣泛應用于微流控芯片散熱。在冷卻實施裝置中，半導體制冷片多布置在微流控芯片產熱區域正下方，其冷端液態金屬層與微流控芯片基底直接接觸冷卻產熱區域，同時其熱端液態金屬層通過散熱片將熱量散發至環境中。為強化半導體制冷片冷、熱兩端分別與芯片和散熱片之間的熱傳導能力，半導體制冷片冷端液態金屬層與芯片中間、半導體制冷片熱端液態金屬層與散熱片中間通常會利用導熱漿、導熱硅脂或導熱膠作為熱界面層。但是這些導熱界面材料普遍存在熱導率低、體積熱容大、熱穩定性差、易變質等問題，使得半導體制冷片制冷效率偏低，功耗大、散熱速度慢。

發明內容

本發明的目的是提出一種微流控芯片散熱裝置，利用高熱導率液態金屬強化半導體制冷片冷熱兩端傳熱，實施微流控芯片內局部高產熱區域(熱點)的快速冷卻。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種微流控芯片散熱裝置，包括：半導體制冷結構及散熱結構，

所述半導體制冷結構包括依次設置的冷端液態金屬層、半導體制冷片以及熱端液態金屬層，其中，所述冷端液態金屬層包括第一腔室，所述熱端液態金屬層包括第二腔室，所述第一腔室以及第二腔室內均填充有液態金屬，所述冷端液態金屬層以及熱端液態金屬層均與所述半導體制冷片緊密貼合，在冷端液態金屬層、半導體制冷片以及熱端液態金屬層的兩端還設有用于支持所述半導體制冷結構的熱絕緣支撐保護層；所述冷端液態金屬層的外表面與待散熱微流控芯片的基底貼合，貼合的位置與待散熱微流控芯片的發熱區域相對應，所述熱端液態金屬層的外表面與所述散熱結構貼合；

冷端液態金屬層第一腔室中的液態金屬吸收待散熱微流控芯片發熱區域的熱量，再經由半導體制冷片傳遞給所述熱端液態金屬層的第二腔室中的液態金屬，所述第二腔室中的液態金屬再將熱量傳遞給散熱結構，最后由所述散熱結構將熱量散發到環境中。

優選地，所述散熱結構為梳狀結構散熱器，

所述梳狀結構散熱器的柄部與所述熱端液態金屬層的外表面貼合；

所述梳狀結構散熱器吸收熱端液態金屬層第二腔室中的液態金屬攜帶的熱量，并通過梳狀結構散熱器的散熱齒片進行散熱。

優選地，所述散熱結構包括強迫對流散熱器以及散熱齒片，

所述強迫對流散熱器包括兩個熱端導熱腔，腔室中填充有液態金屬，兩個熱端導熱腔的兩端通過連接管連通，連接管上還設置有電磁泵，用于帶動兩個熱端導熱腔的腔室中的液態金屬循環流動；所述強迫對流散熱器的其中一個熱端導熱腔與所述熱端液態金屬層的外表面貼合，另一個熱端導熱腔連接散熱齒片；

與所述熱端液態金屬層的外表面貼合的熱端導熱腔吸收熱端液態金屬層中液態金屬攜帶的熱量，電磁泵帶動兩個熱端導熱腔的液態金屬循環流動，使吸收的熱量隨著循環的液態金屬傳遞至連接散熱齒片的熱端導熱腔，再通過散熱齒片進行散熱。

優選地，所述散熱結構還包括風扇，用于向散熱齒片吹風從而加速散熱。

優選地，所述散熱結構還包括水浴，用于在內部盛有冷水時將散熱齒片浸泡在冷水中從而加速散熱。

優選地，所述冷端液態金屬層21液態金屬層以及熱端液態金屬層的厚度范圍為0.5～5mm。

優選地，所述液態金屬為室溫下為液態的鎵、鎵銦合金、鎵銦錫合金或鎵銦錫鋅合金。

優選地，所述液態金屬中摻有納米顆粒材料，所述納米顆粒材料為銅、鋁、銀、鎳或碳納米管。

優選地，所述熱端液態金屬層中第二腔室外壁的材料為銅或鋁，所述外壁的厚度不大于1mm，腔內厚度的范圍為0.5～5mm。

優選地，所述裝置包括多個半導體制冷結構，

最靠近所述待散熱微流控芯片的半導體制冷結構的冷端液態金屬層的外表面與待散熱微流控芯片的基底貼合，最靠近所述散熱結構的半導體制冷結構的熱端液態金屬層的外表面與所述散熱結構貼合；

相鄰兩個半導體制冷結構中其中一個的冷端液態金屬層和另一個的熱端液態金屬層相互貼合。