CN103913086B - 一种用于mems热管的工质灌注与封装的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于MEMS热管的制造和封装领域，提供了一种用于MEMS热管的工质灌注与封装的装置及方法。本发明利用真空泵将MEMS热管抽真空，真空度小于1Pa，关闭真空泵出口阀门；将微量进样器的进样器长针穿过液封和软橡胶密封塞直到MEMS热管空腔内，控制微量进样器将液体工质注射进MEMS热管中；将微量进样器和进样器长针拔出，保持进样器长针的末端于该灌注与封装系统的细玻璃管以上部分；对细玻璃管处加热将细玻璃管熔融，密封管口，完成MEMS热管的工质灌注与封装。本发明减小了灌注后封装工艺过程对热管真空度的破坏，提高了可操作性；微量进样器与进样器长针的组合使得灌注精度达到微量进样器的控制精度，实现工质的高精度灌注与封装。

Description

一种用于MEMS热管的工质灌注与封装的装置及方法

技术领域

 本发明属于微机电系统(MEMS)热管的制造和封装领域，涉及一种MEMS热管的工质灌注与封装方法。

背景技术

 MEMS热管作为一种新型的传热装置，可将IC器件、LED器件中的点热源快速传导为面热源，再与后续的热沉等连用，形成高效的散热结构。Kang等人研究发现，真空度是影响微热管性能的重要因素【Kang S W, et al. Metallic micro heat pipe heat spreader fabrication, 2004】，真空度越高，热管内的不凝性气体减少，热管的导热性能就越好。【谢添锦等，微沟槽热管传热性能试验研究，机械设计与制造】，此外，提高真空度还能够降低微热管两端温差，优化等温性能【胡忠海等，真空度对微热管性能影响的实验研究，现代制造工程，2013】。

MEMS热管内的容积有限，通常体积在几十到几百微升。而现有的工质灌注方法通常针对微热管而言，热管容积可以达到几毫升甚至十几毫升以上，【陆龙生等，微热管的灌注抽真空制造技术，机械工程学报，2009】，因此对灌注系统的精度要求高。所以，其工质的灌注量和热管内真空度的保持直接影响了MEMS热管的传热性能，工质的灌注与封装成为MEMS热管制造的关键技术。为了保证MEMS热管内处于特定真空环境，工质的灌注不能破坏其真空度，进一步提高了灌注和封装的难度。因此，在MEMS热管的制造过程中，必须合理确定灌注方法和工艺流程，搭建灌注与封装装置，保证MEMS热管内的高真空度和精准的工质灌注比。

发明内容

本发明是针对微小型的MEMS热管，这种热管的特点是内部体积小，灌注工质的量难以精确控制，工质的灌注与封装的过程中的真空度难以保持。所以本发明在对这种MEMS热管进行工质灌注与封装时要能精确控制工质的灌注量，并且保证封装后MEMS热管的真空度。

本发明提供了一种MEMS热管的工质灌注与封装方法，用于MEMS热管的工质灌注与封装方法的灌注与封装系统包括真空泵、微量进样器、进样器长针、液封、软橡胶密封塞、三通、玻璃管、MEMS热管、阀和真空计。三通的一端是加工成倒锥形接头，称为倒锥形端，便于放置软橡胶密封塞；三通的另一端与倒锥形端保证同轴，加工成宝塔形接头，称为宝塔形端；第三端的最后一端，称为位置任意端，其位置和形状任意，以宝塔状接头最佳。真空泵通过胶管连接阀，再连接三通的位置任意端，在真空泵与阀之间有真空计，MEMS热管通过胶粘接与玻璃管连接，玻璃管通过胶管连接三通的宝塔形端连接，在三通的倒锥形端内部放置软橡胶密封塞，在软橡胶密封塞的上部加液封，微量进样器与进样器长针通过卡扣连在一起，进样器长针在灌注工质时先后穿过液封和软橡胶密封塞沿三通和玻璃管到达MEMS热管空腔。真空泵为MEMS热管抽真空；微量进样器和进样器长针的作用是在MEMS热管达到设定的真空度时，精确地灌注定量工质；液封和软橡胶密封塞的作用是在插入和拔出进样器长针时保证MEMS热管的真空状态；三通和胶管为整个系统提供通路，玻璃管连接了MEMS热管和灌注与封装系统，同时作为MEMS热管灌注后的的密封口；真空计显示MEMS热管的真空度。

本发明的提供了一种MEMS热管的工质灌注与封装方法，具体步骤如下：

第一步，利用真空泵将MEMS热管抽真空，当真空度小于1Pa后，关闭真空泵出口阀门，保持MEMS热管内部的真空状态；

第二步，将微量进样器的进样器长针穿过液封和橡胶密封直到MEMS热管腔内，控制微量进样器将液体工质注射进MEMS热管中，此时由于液封和软橡胶密封塞的存在，MEMS热管和管路中的真空度不会被破坏；

第三步，将微量进样器和进样器长针拔出，由于液封和软质橡胶密封的挤压力会保证进样器长针在拔出的过程中一直会保持密封的状态，进样器长针末端置于玻璃管以上部分；

第四步，在玻璃管处利用酒精喷灯加热将玻璃管熔融，密封管口，完成MEMS热管的工质灌注与封装。

本发明的有益效果是：灌注和封装管路利用三通连成一套管路，减小了灌注后封装工艺过程对热管真空度的破坏；微量进样器与进样器长针的组合使得灌注精度可以达到微量进样器的控制精度，可实现工质灌注比的精确控制；软橡胶密封塞与液封连用，使得插拔进样器长针时，MEMS热管的真空度不易被破坏，提高了该工艺方法的可操作性，最终实现工质的高精度灌注与封装。

附图说明

附图为本发明的结构示意图。

图中：1 微量进样器；2 进样器长针；3 液封；4 软橡胶密封塞；5 三通；6玻璃管；7 MEMS热管；8 真空泵；9 阀；10 真空计。

具体实施方式

步骤1：打开阀门9，打开真空泵8对MEMS热管进行抽真空，真空度达到0.1Pa时关闭阀门9，此时包括三通5组成的管路系统中的真空度为0.1Pa，玻璃管6通过三通5连接比玻璃管6与三通5直接连接的优点是气密性更好。

步骤2：微量进样器1抽取50μL去离子水工质，按示意图将进样器长针2穿过液封3和软橡胶密封塞4直至达到MEMS热管7腔内，同时记录微量进样器1上液面高度，本例中的液封为水。

步骤3：推动微量进样器1，将工质，本例中工质为去离子水，慢慢注入MEMS热管7内，当微量进液器1液面高度与步骤2中的高度差达到30μL时，停止去离子水进样。

步骤4：将进样器长针2向上拔出，当进样器长针末端退出玻璃管6时，使用酒精喷灯加热玻璃管6使其融化，完成MEMS热管的工质灌注与封装。

Claims (2)

1.一种用于MEMS热管的工质灌注与封装的装置，包括真空泵、微量进样器、进样器长针、液封、软橡胶密封塞、三通、玻璃管、MEMS热管、阀和真空计；其特征在于，三通的一端是加工成倒锥形接头，称为倒锥形端，便于放置软橡胶密封塞；三通的另一端与倒锥形端保证同轴，加工成宝塔形接头，称为宝塔形端；第三端的最后一端，称为位置任意端；真空泵通过胶管连接阀，再连接三通的位置任意端；在真空泵与阀之间有真空计，MEMS热管与玻璃管连接，玻璃管通过胶管与三通的宝塔形端连接；三通的倒锥形端内部用软橡胶密封塞，在软橡胶密封塞的上部加液封，微量进样器与进样器长针通过卡扣连在一起，进样器长针在灌注工质时先后穿过液封和软橡胶密封塞沿三通和玻璃管到达MEMS热管空腔。

2.权利要求1所述的装置进行工质灌注与封装的方法，其特征在于，具体步骤如下：

第一步，利用真空泵将MEMS热管抽真空，真空度小于1Pa，关闭真空泵出口阀门，保持MEMS热管内部的真空状态；

第二步，将微量进样器的进样器长针穿过液封和软橡胶密封塞直到MEMS热管的空腔内，控制微量进样器将液体工质注射进MEMS热管中；

第三步，将微量进样器和进样器长针拔出，进样器长针的末端置于该灌注与封装系统的玻璃管以上部分；

第四步，加热玻璃管，玻璃管熔融密封管口，完成MEMS热管的工质灌注与封装。