CN101509739B - 针对硅基微热管的容积分割式注液及密封方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对硅基微热管的容积分割式注液及密封方法，通过对硅基微热管与注射器所组成封闭空间的两次精确容积分割，在密封空间中的工作液体和空气中取出微量的工作液体，并通过对连接注液孔的两个细金属管的密封使这部分液体保留在微热管内来精确控制微热管的充液比例。由于整个过程在密闭的微小空间内进行，使得在整个操作过程中保持液体与外界空气的隔绝，从而保证了微热管的工作效率。本发明免去抽真空的步骤；操作仅需要两注射器和一个加热装置；硅酮密封胶和工作液体的使用量较小；控制方法简单，只需要调节加热温度和注射器标度；密封安全。
Description
技术领域
本发明涉及硅基微热管注液比例控制及密封，是一种针对硅基微热管的容积分割式注液及密封方法。
背景技术
随着芯片集成度的不断提高，微尺度条件下的散热问题受到越来越多的重视。由于微热管具有均布芯片表面发热的功能，因此对其进行了大量的研究工作。1984年，Cotter首次提出了微热管的概念。并指出微热管实际上是一个空心的直管。管道宽度为10-500μm、长度10-20mm，管内的液体靠V型槽的毛细力来驱动循环。之后研究人员对微热管的运行机理进行了深入的研究。
微热管的加工技术也在不断的进步，但是微热管的注液和密封一直都是很难解决的问题。目前已有的微热管注液密封方法都比较复杂，M.L.Berre等设计的注液装置采用了通过单注液孔先抽真空再通入工作液体蒸汽的方法，通过蒸汽在微热管内冷却来实现注液。整个装置使用大量的注液管道，使得注液的精确度受到影响。S.W.Kang的设计同样需要先对微热管抽真空，而且使用注射器来注液。微热管注液孔与注射器的连接处使用真空脂密封，很难保证注液过程中工作液体不受外界空气的污染，而且精确度更不易控制。因此有必要对现有的微热管注液装置和方法进行改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对硅基微热管的容积分割式注液及密封方法，降低注液过程的成本和简化注液过程的复杂工艺，达到便于操作和控制的要求。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：在硅基微热管的管道两端分别加工有注液孔，其注液及密封方法分为三个步骤：
(1)两个注射器的细金属管分别插入硅基微热管的两注液孔后，使用硅酮密封胶连接并密封，第一注射器吸入工作液体，第二注射器保持其在零位；
(2)第一注射器进行注射的同时第二注射器进行抽拉来得到完全注满液体的微热管，多余的工作液体和微热管及细金属管中的空气将会被压入第二注射器中，通过截断连接第二注射器的细金属管并密封来分割微热管与这部分气液混合物。
(3)对微热管加热，缓慢拉开保留下的第一注射器至一固定容积，微热管中的部分液体将会蒸发，其蒸汽将会保留在微热管内，并推动由于部分工作液体的蒸发而压出的工作液体到第一注射器中，截断并密封连接第一注射器的细金属管来分割排出到第一注射器中的工作液体与微热管中的液体及其蒸汽，通过调整第一注射器容积和微热管加热温度可精确控制微热管中剩余液体的体积。
与其他注液及密封方法相比，本发明具有的有益效果是：采用两个注液孔的设计，使工作液体可以流过微热管而实现注液，免去了其他方法普遍采用的抽真空的步骤；整个注液过程使用的装置简易，仅需要两注射器和一个加热装置；在材料方面仅用到少量的硅酮密封胶和少量的工作液体；注液比例的控制方法简单，通过调节加热温度和注射器标度就可以实现控制；密封安全，由于细金属管在注液前已经与微热管完好的连接，而且金属管本身方便于密封，只需对其进行截断并密封就能保证整个封闭容腔与外界的隔绝。
附图说明
图1是微热管与细金属管连接的示意图。
图2是第一次容积分割得到定量的封闭工作液体。
图3是第二次容积分割在微热管中保留一定比例的封闭液体。
图中：1、细金属管，2、密封胶，3、细金属管，4、耐热玻璃，5、刻有V形槽的硅片，6、第一注射器，7、第二注射器，8、工作液体，9、多余的工作液体和微热管及细金属管中的空气，10、部分工作液体的蒸发而压出的工作液体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3所示，在由耐热玻璃4和刻有V形槽的硅片5通过阳极键和所组成的硅基微热管的管道两端分别加工有注液孔，注液孔直径为1-2mm，其注液及密封方法分为三个步骤：
(1)连接两个注射器6、7的细金属管1、3分别插入硅基微热管的两注液孔后，使用硅酮密封胶2密封，第一注射器6吸入3-5ml工作液体，吸入过程中避免混入空气，第二注射器7保持其在零位；
(2)第一注射器6进行注射，同时第二注射器7进行抽拉来得到完全注满液体的微热管。多余的工作液体和微热管及细金属管中的空气9将会被压入第二注射器7中，省去了抽真空的过程。第一注射器6中的乙醇要全部注射，以保证后期容积分割的精确度，通过截断细金属管3并密封来分割微热管与这部分气液混合物。第一次容积分割用于取出定量的液体。工作液体的选择根据微热管工作温度的变化范围而不同，在本发明中使用乙醇作为微热管的工作液体。通过计算可以得到整个封闭腔精确的体积，设为V1。
(3)对微热管加热至60℃，注射器保持室温，缓慢拉开保留下的第一注射器6至一固定容积，由于微热管和第一注射器6组成的密闭空间内压力降低，微热管中的部分液体将会蒸发。由于微热管的温度比第一注射器6的温度要高，其蒸汽将会保留在微热管内，并推动部分工作液体的蒸发而压出的工作液体10到第一注射器6中。在一定的温度和容积下工作液体蒸汽达到其饱和蒸汽压后，微热管中液体量将保持恒定。截断并密封细金属管1来分割排出到注射器中的工作液体与微热管中的液体及其蒸汽。第二次容积分割过程是在已得到的定量液体中取出一定比例。通过调整注射器容积和微热管加热温度可精确控制剩余液体的体积和微热管的充液比率。假设此时第一注射器6和细金属管中的多余液体体积为V2。
由于蒸发的工作液体只是一小部分，可以假设微热管中的液体体积不变。通过控制注射器中抽出液体的体积可以在微热管阵列中得到精确的充液比率(η)。其计算公式如下：
在公式(1)中V代表微热管阵列总的封闭空间容积。
Claims (1)
1.一种针对硅基微热管的容积分割式注液及密封方法，其特征在于：在硅基微热管的管道两端分别加工有注液孔，其注液及密封方法分为三个步骤：
(1)两个注射器的细金属管分别插入硅基微热管的两注液孔后，使用硅酮密封胶连接并密封，第一注射器吸入工作液体，第二注射器保持其在零位；
(2)第一注射器进行注射的同时第二注射器进行抽拉来得到完全注满液体的微热管，多余的工作液体和微热管及细金属管中的空气将会被压入第二注射器中，通过截断连接第二注射器的细金属管并密封来分割微热管与这部分气液混合物；
(3)对微热管加热，缓慢拉开保留下的第一注射器至一固定容积，微热管中的部分液体将会蒸发，其蒸汽将会保留在微热管内，并推动由于部分工作液体的蒸发而压出的工作液体到第一注射器中，截断并密封连接第一注射器的细金属管来分割排出到第一注射器中的工作液体与微热管中的液体及其蒸汽，通过调整第一注射器容积和微热管加热温度可精确控制微热管中剩余液体的体积。
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