專利名稱：用于熱管理的流體泵的制作方法
本申請要求2004年12月28日提交的第60/639682號美國臨時專利申請的優先權。該在先申請的公開被認為是本申請的公開的一部分(并通過引用結合在本申請的公開中)。
背景技術：
基于芯片的裝置通常需要冷卻。現代的微處理器和其它類型的裝置會具有比其它位置更熱的特定的熱點。例如，在微處理器中，這個熱點可以是作算術計算或信號處理的高密度電路部分的位置，或者可以是處理器核本身的位置。芯片上的其它點可以對熱影響不那么敏感和/或可以產生更少的熱。其它的裝置可以包括類似的熱點(hotspot)位置。例如，在存儲器芯片、蜂窩電話電子裝置和其它裝置上存在熱點。
發明內容
本申請限定了一種可以用來管理電子裝置中的熱的微尺寸的熱交換器，所述電子裝置的特定部分需要被冷卻，并且該裝置的其它部分的冷卻不那么重要。
圖1示出了系統的方框圖；圖2示出了熱流動的側視圖。
具體實施例方式
這里描述了總體結構和技術以及更具體的實施例，所述更具體的實施例可以用來顯示實現更普遍的目的的不同方式。
一個實施例示出了集成到電子裝置中的微尺寸的熱交換器。在一個實施例中，熱交換器實際集成到微芯片中。另一實施例將熱交換器實施成單獨的模塊化單元，所述單獨的模塊化單元可以被熱連接到所述裝置。
圖1示出了微流體系統。流體被保持在封閉的系統105中，所述封閉的系統105限定在形成于電子裝置上或電子裝置中的導管內。
特殊的固態泵100是驅動流體的泵。第一位置120形成熱捕獲區，在這里從一些電子裝置捕獲熱。這可以使用形成在芯片上的如120所示的熱交換器。第二，熱傳遞區130形成將熱傳遞到熱沉的區域，所述熱沉發散熱。以這種方式，熱傳遞裝置移動來自熱區120的局部熱并且將所述熱沉積到下游130處的熱沉。熱沉可以是被動熱沉或者可以是更主動的熱沉例如使用強制對流的風扇、流體冷卻系統或者珀耳帖(Peltier)冷卻器。
泵100應該是具有最少量運動部件的并且沒有部件延伸到流體導管內部的小泵。優選的泵可以是在第6254355號美國專利中描述的所謂的阻抗泵(impedance pump)，該美國專利申請的公開通過引用結合于此。阻抗泵利用流體腔的不同機械部分之間的阻抗差。泵利用不同的機械阻抗部分中流體承受的壓力差。產生彈性容器內部產生的壓力變化，導致在具有不同的流體特性的不同部分中的變化的壓力。在所述部分中壓縮必須進行得足夠快，以防止不同部分中的壓力等于總的系統壓力。以這種方式，產生泵吸效應，強制流體從已經引發較高壓力的部分向較低壓力的部分流動。
此泵的優點在于，它可以被制得較小，此泵只需要微流體導管和壓縮部件，所述壓縮部件例如鉗子(pincher)或擠壓機。所述壓縮部件可以是機械的或電子的。沒有部件需要延伸到流體腔的內部。
所述泵可以通過任一種微流體技術所形成，包括在與電子裝置相同的襯底上的微機加工。可選地，所述泵可以熱連接到電子裝置。阻抗泵的激勵可以為例如電磁式、壓電式、鐵電式、靜電式、形狀記憶合金的致動、或基于導電聚合物的運動中的一種。任何形式的運動可以用來激勵流體導管。
在操作中，圖1中的裝置從熱捕獲區120捕獲熱。阻抗泵的泵動作將所述熱發送到熱傳遞區130。圖2示出了熱捕獲區120可以怎樣處于熱源200的區域中。例如，這可以是位置與芯片上熱點相鄰的熱交換器。熱傳遞區130可以是例如上面提到的那種熱沉210。
重要的特征在于無閥且沒有部件延伸到流體系統內的尺寸很小的泵可以與封閉的微流體系統一起使用。所述封閉的系統使得將多個元件密封在一起是可行的。所述泵沒有任何需要延伸到密封的系統中的部件。由于泵部件形成總體上封閉的系統，所以它可以與電子操作的和可電子操作的裝置接觸，而不用考慮在其它情況下會由冷卻流體導致的對電子裝置的損壞。在沒有任何泵部件延伸到流體導管中的情況下發生泵送(pumping)，因此，使得更易于防流體泄漏地密封。
此外，由泵導致的流體運動是間歇性的并且以脈沖的形式發生。流體的脈沖運動可以增強工作流體內的對流混合，進而可以允許從熱源帶走更多的熱量。這可以使流體超溫情況(例如沸騰等)發生的可能性最小化。通過使對流混合最大化，可以提高熱沉210處的熱釋放。
在該實施例中，微流體混合器裝置位于熱源之上的120處。這可以引起熱交換流體中最大量的熱混合。擴散區位于在延伸區之上擴展的流動區130處，并使最大量的熱與熱沉接觸。
第一熱電偶135和第二熱電偶136可以允許監視芯片溫度和流體溫度，并且可以例如連接到控制器140。所述控制器可以用來基于溫度自動調節泵送量(amount ofbumping)。例如，當溫度超過特定的閾值時，所述控制器可以控制更大的泵送。另外可選的是，可以提供以150表示的手工控制。
手工控制可以用來調節阻抗泵，從而對于芯片的特定特性以最大操作級別操作。例如，為了產生最大的泵送，芯片可以進入諧振。此外，為了以不同的芯片活動級別優化執行，所述控制器或所述手工控制可以允許調節熱管理裝置。例如，芯片活動的一個級別可以產生最大泵送(例如，以諧振或接近諧振泵送)，而芯片活動的另一級別可以產生較少量的泵送。
在實施例中，可以用微機加工或者使用傳統的蝕刻來制作所述系統。根據不同的特性，也可以使用軟光刻。
雖然上面只詳細公開了一些實施例，但是其它的實施例也是可以的，并且其它的實施例也包括在本說明書內。說明書描述了用于實現更普遍的目的的具體的實施例，所述更普遍的目的可以以其它方式實現。本公開是示例性的，并且權利要求意在覆蓋本領域普通技術人員可以聯想到的任何修改或替換。例如，使用其它種類的控制。
另外，只有使用術語“用于...的裝置”的那些權利要求應在第六段(35USC 112)之下理解。此外，說明書中的限制不應被引入任何權利要求中，除非那些限制被明確地包括在權利要求中。
權利要求
1.一種設備，包括電子操作的裝置；流體填充的導管，與所述熱產生裝置的至少一部分熱接觸，并且所述導管在其中包括流體；泵，所述泵將所述流體泵送通過所述導管，但所述泵沒有通過所述導管的任何外壁延伸到所述導管的內部；并且其中，所述流體填充導管包括形成所述熱接觸的第一部分，并包括釋放熱的第二部分。
2.根據權利要求1所述的設備，其中，所述電子操作的裝置包括電子裝置。
3.根據權利要求1所述的設備，其中，所述導管由具有不同流體特性的多個機械部分形成，并且所述泵是阻抗泵，所述阻抗泵基于所述導管的不同機械部分之間的流體阻抗差使得流體流動，并且所述阻抗泵包括致動器，所述致動器減小所述導管的至少一個區域的內部面積以致使所述流體流動。
4.根據權利要求3所述的設備，其中，所述致動器是電磁式、壓電式、鐵電式、靜電式、基于形狀記憶合金的致動、或基于導電聚合物的致動中的一種。
5.根據權利要求1所述的設備，其中，所述流體填充的導管包括在所述第一部分處的熱交換器，所述熱交換器與所述電子操作的裝置交換熱。
6.根據權利要求1所述的設備，其中，所述流體填充的導管包括在所述第二部分的熱沉，所述熱沉操作以釋放熱。
7.根據權利要求6所述的設備，其中，所述熱沉是主動熱沉。
8.根據權利要求3所述的設備，進一步包括控制器，所述控制器通過所述致動器來控制所述減小的至少一方面，從而控制所述泵送的特性。
9.根據權利要求8所述的設備，進一步包括至少一個溫度傳感器，其中，所述控制器在從所述溫度傳感器接收的信息的基礎上操作。
10.一種設備，包括由基底形成的芯片，所述芯片在其上具有至少一個電子操作的裝置；流體填充的導管，所述流體填充的導管也形成在所述芯片上，并且具有第一部分和至少另一部分，所述第一部分與所述電子操作的裝置的至少一部分熱接觸，所述至少另一部分形成熱釋放部分；以及泵送部件，所述泵送部件操作以在所述芯片中泵送流體，所述泵送部件沒有任何部分延伸到所述流體填充的導管的內部。
11.根據權利要求10所述的設備，其中，所述泵送部件以突發的方式操作。
12.根據權利要求10所述的設備，其中，所述導管由具有不同流體特性的多個機械部分形成，并且所述泵送部件包括基于阻抗的泵，所述基于阻抗的泵基于形成所述導管的不同機械部分之間的流體阻抗差使得流體被泵送。
13.根據權利要求12所述的設備，其中，所述阻抗泵進一步包括致動器，所述致動器導致至少一個所述機械部分的至少一個區域中的壓力增加。
14.根據權利要求13所述的設備，進一步包括控制器，所述控制器控制所述致動器的特性，以改變泵送特性。
15.根據權利要求13所述的設備，進一步包括溫度傳感器，所述溫度傳感器檢測與多個電子操作的裝置相關的溫度，并且當所述溫度增加時增加泵送量。
16.一種方法，包括下面的步驟形成流體填充的導管，所述流體填充的導管至少一部分與熱產生裝置接觸；在不使用任何延伸到所述導管內壁中的部件的情況下泵送流體穿過所述導管，以從所述至少一部分吸熱，并且將所述熱泵送到至少一個第二部分；以及在所述第二部分處冷卻所述流體。
17.根據權利要求16所述的方法，其中，所述泵送包括以脈沖模式的泵送，在所述脈沖模式中，所述泵送以突發的方式進行。
18.根據權利要求16所述的方法，其中，所述泵送的步驟包括使用具有多個不同流體特性的機械部分的導管，并致動所述機械部分中的至少一個，以使得流體在不同的機械部分之間流動。
19.根據權利要求16所述的方法，進一步包括檢測與所述熱產生裝置相關的熱，并基于所述檢測控制所述泵送的量。
20.根據權利要求16所述的方法，其中，所述形成的步驟包括形成與所述熱產生裝置接觸的熱交換器。
全文摘要
熱產生裝置與熱交換器接觸地放置，所述熱交換器流體連接到流體泵。所述流體泵操作以泵送流體穿過在所述熱交換器和可以耗散熱的點之間的封閉的流體系統。一方面，在不穿過所述泵的壁的情況下，致動器強制流體被泵送。一方面使用阻抗泵作為泵送元件。
文檔編號F28D15/00GK101095384SQ200580045355
公開日2007年12月26日 申請日期2005年12月28日 優先權日2004年12月28日
發明者莫泰扎·格哈比, 德萊克·林德克萊史特, 馬太·塔索基 申請人:加利福尼亞州技術學院