CN104961093B - 一种使用低熔点合金密封微热管灌注孔的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种使用低熔点合金密封硅基微热管的封装方法，用于热管封装制造与器件的散热，本发明属于器件封装与散热领域。在工质灌注前将低熔点合金预置于硅基微热管内，待抽真空操作完成后，通过低熔点合金的熔化与固化密封抽真空孔；继续进行工质灌注后，再次通过低熔点合金的熔化与固化密封工质灌注孔，完成微热管的整个灌封操作。该方法密封的微热管没有密封胶，适用于乙醇、丙酮等溶剂作为灌注工质，并具有长期密封的效果；采用低熔点合金密封，减小因材料放气对微热管传热性能的影响。
Description
技术领域
本发明属于器件封装与散热领域，涉及一种使用低熔点合金密封硅基微热管的封装方法，应用于热管封装制造与器件的散热。
背景技术
近些年来，热管散热技术在航天、能源、电子等诸多领域得到实验研究和开发应用。热管具有换热能力大、均热性好、热传导率高等优点，得到国内外很多学者的广泛研究。热管的传热性能受工质灌注量、灌注真空度、工作倾斜角以及内部槽道结构等因素影响，所以，封装技术直接影响了微热管的质量【TANG Y,et al.Cold welding sealing of copper-water micro heat pipe ends.TNonferr Metal Soc,2009,19(3):568-74.】。传统热管一般为细长圆柱型，长度为十几厘米,甚至几十厘米，内部容积为几十毫升或者上百毫升。对传统热管的灌封方法研究较多，比如抽真空-工质灌注-冷焊、沸腾排气-冷焊以及二次除气-冷焊等，这些方法已经可以满足实验研究以及生产应用。
现代电子器件功率的不断增大，尺寸更加微小化，带来热流密度急剧增加的问题，使得传统热管不能很好的满足需求。十多年来，MEMS工艺得到了迅猛发展，基于硅的微制造产品种类得到不断扩大。利用MEMS工艺制作的微热管【XIAOWEI L,et al.Design and fabrication of flat heat pipes with different length；proceedings of the Optoelectronics and Microelectronics Technology(AISOMT),2011】，有望解决当前电子器件的高集成度和高功率带来的高热流密度散热难题。微热管的内部容积范围为几十微升至一百多微升，由于内积的大幅减小以及材质的不同，传统热管的灌封方法已不能很好地适用于微热管。其中，对微热管的密封研究仍处于实验阶段，采用密封胶密封只能暂时解决工质密封问题，密封胶的主要成分为环氧树脂，环氧树脂会因吸附和溶解气体等原因在高真空下产生放气，造成管内真空度下降或者微热管漏气等问题，进而造成微热管的失效；使用铜毛细管等作为密封接口的微热管，冷焊后存在较大的封接结点，在封装结构上不利于微热管的产业化生产制造，带来产品应用上的难题。
发明内容
本发明提供了一种使用低熔点合金密封硅基微热管的封装方法。通过MEMS工艺制造带有特定工质灌注通道的玻璃-硅基微热管，采用熔点为90-120℃的低熔点合金，并控制其熔化与固化，完成抽真空、灌注工质、密封微热管等操作，形成具有长久密封效果的硅基微热管。
本发明的技术方案如下：
一种使用低熔点合金密封微热管灌注孔的方法，包括硅基微热管和低熔点合金，在硅基板上刻蚀深度为100-150μm的相变沟道和灌注沟道，相变沟道与灌注沟道相通，并位于灌注沟道两端，通过阳极键合，将玻璃盖板和硅基板封接形成硅基微热管；其中位于灌注沟道上的玻璃盖板有四个孔：两个用于灌入低熔点合金、一个用于抽真空、另一个用于灌入工质；硅基板上刻蚀有低熔点合金灌注沟道；采用的低熔点合金的熔点为90-120℃；
具体步骤如下：
第一步，硅基微热管置于微热板上，将液态低熔点合金注入两个灌注沟道，把硅基微热管从微热板上移走，灌注沟道内低熔点合金冷却固化；
第二步，对硅基微热管抽真空，待达到预定真空度后，暂时密封硅基微热管的抽真空孔；
第三步，再次将硅基微热管置于微热板上，控制微热板的温度至高于低熔点合金熔点5-10℃，使抽真空孔一侧的低熔点合金熔化，待低熔点合金堵住抽真空孔，把硅基微热管从微热板上移走，管内低熔点合金冷却固化；
第四步，通过工质灌注孔灌入工质，暂时密封工质灌注孔；再次进行第四步操作，通过低熔点合金将工质灌注孔密封，完成整个硅基微热管的灌注和封装过程。
本发明的效果和益处是：该方法采用低熔点合金实现微热管密封，可减小材料放气对微热管内真空度的影响；可以灌注乙醇、丙酮等有机溶剂作为工质，解决因使用该类溶剂溶解灌注孔密封胶引起的密封失效问题；灌封后，低熔点合金位于管内，热管为平面结构，无凸起，拓展了微热管的应用场合，并为微热管的产业化封装提供有效方法。
附图说明
图1为本发明采用的硅基微热管的结构示意图。
图2为本发明采用的硅基板示意图。
图3为本发明采用的硅基微热管灌封流程图。
图4为具体实施例1示意图。
图中：1玻璃盖板；2工质灌注孔；3硅基板；4低熔点合金灌注孔；5抽真空孔；6低熔点合金灌注沟道；7相变沟道；8低熔点合金；9工质；10二通阀；11紫铜管；12真空泵；13硅基微热管；14热板。
具体实施方式
下面结合技术方案和附图，详细叙述本发明的具体实施方式。
实施例
首先，通过阳极键合，将玻璃盖板和硅基板封接在一起，其中硅基板上的相变沟道和灌注沟道的刻蚀深度为150μm，形成硅基微热管13。
第二步，将硅基微热管放到热板14上，并控制热板14的温度至高于低熔点合金熔点5℃(低熔点合金的熔点为120℃)。通过低熔点合金灌注孔4，将一定量的液态低熔点合金注入两个灌注沟道6中，把硅基微热管从热板14上移走，管内低熔点合金冷却固化。
第三步，连接硅基微热管13至抽真空灌注回路，进行抽真空操作；待达到预定真空度后，关闭右侧二通阀10，通过冷焊方法夹断右侧紫铜管11，暂时密封硅基微热管。
第四步，将硅基微热管13已夹断紫铜管侧的低熔点合金灌注沟道区域放到热板上，并控制热板14的温度至高于低熔点合金熔点5℃。将此侧的低熔点合金熔化，待低熔点合金堵住抽真空孔5后，把硅基微热管13从热板14上移走，管内低熔点合金在低熔点合金灌注沟道6内冷却固化，实现抽真空孔的密封。
第五步，通过工质灌注孔2灌入一定量的工质后，关闭左侧二通阀10，通过冷焊方法夹断左侧紫铜管11，暂时密封硅基微热管13。重复执行第四步，将工质灌注侧的灌注孔用低熔点合金密封。完成硅基微热管的工质灌注过程。
Claims (1)
1.一种使用低熔点合金密封微热管灌注孔的方法，包括硅基微热管和低熔点合金，其特征在于，在硅基板上刻蚀深度为100-150μm的相变沟道和灌注沟道，相变沟道与灌注沟道相通，并位于灌注沟道两端，通过阳极键合，将玻璃盖板和硅基板封接形成硅基微热管；其中位于灌注沟道上的玻璃盖板有四个孔：两个用于灌入低熔点合金、一个用于抽真空、另一个用于灌入工质；硅基板上刻蚀有低熔点合金灌注沟道；采用的低熔点合金的熔点为90-120℃；
具体步骤如下：
第一步，硅基微热管置于微热板上，将液态低熔点合金注入两个灌注沟道，把硅基微热管从微热板上移走，灌注沟道内低熔点合金冷却固化；
第二步，对硅基微热管抽真空，待达到预定真空度后，暂时密封硅基微热管的抽真空孔；
第三步，再次将硅基微热管置于微热板上，控制微热板的温度至高于低熔点合金熔点5-10℃，使抽真空孔一侧的低熔点合金熔化，待低熔点合金堵住抽真空孔，把硅基微热管从微热板上移走，管内低熔点合金冷却固化；
第四步，通过工质灌注孔灌入工质，暂时密封工质灌注孔；再次进行第三步操作，通过低熔点合金将工质灌注孔密封，完成整个硅基微热管的灌注和封装过程。
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