一種使用低熔點合金密封微熱管灌注孔的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于器件封裝與散熱領(lǐng)域，涉及一種使用低熔點合金密封硅基微熱管的封裝方法，應(yīng)用于熱管封裝制造與器件的散熱。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，熱管散熱技術(shù)在航天、能源、電子等諸多領(lǐng)域得到實驗研宄和開發(fā)應(yīng)用。熱管具有換熱能力大、均熱性好、熱傳導(dǎo)率高等優(yōu)點，得到國內(nèi)外很多學(xué)者的廣泛研宄。熱管的傳熱性能受工質(zhì)灌注量、灌注真空度、工作傾斜角以及內(nèi)部槽道結(jié)構(gòu)等因素影響，所以，封裝技術(shù)直接影響了微熱管的質(zhì)量【TANG Y, et al.Cold welding sealing ofcopper-water micro heat pipe ends.T Nonferr Metal Soc, 2009, 19(3):568-74.L 傳統(tǒng)熱管一般為細(xì)長圓柱型，長度為十幾厘米，甚至幾十厘米，內(nèi)部容積為幾十毫升或者上百毫升。對傳統(tǒng)熱管的灌封方法研宄較多，比如抽真空-工質(zhì)灌注-冷焊、沸騰排氣-冷焊以及二次除氣-冷焊等，這些方法已經(jīng)可以滿足實驗研宄以及生產(chǎn)應(yīng)用。
[0003]現(xiàn)代電子器件功率的不斷增大，尺寸更加微小化，帶來熱流密度急劇增加的問題，使得傳統(tǒng)熱管不能很好的滿足需求。十多年來，MEMS工藝得到了迅猛發(fā)展，基于硅的微制造產(chǎn)品種類得到不斷擴大。利用MEMS工藝制作的微熱管【XIAOWEI L, et al.Designand fabricat1n of flat heat pipes with different length ；proceedings of theOptoelectronics and Microelectronics Technology (AISOMT)，2011 】，有望解決當(dāng)前電子器件的高集成度和高功率帶來的高熱流密度散熱難題。微熱管的內(nèi)部容積范圍為幾十微升至一百多微升，由于內(nèi)積的大幅減小以及材質(zhì)的不同，傳統(tǒng)熱管的灌封方法已不能很好地適用于微熱管。其中，對微熱管的密封研宄仍處于實驗階段，采用密封膠密封只能暫時解決工質(zhì)密封問題，密封膠的主要成分為環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂會因吸附和溶解氣體等原因在高真空下產(chǎn)生放氣，造成管內(nèi)真空度下降或者微熱管漏氣等問題，進而造成微熱管的失效；使用銅毛細(xì)管等作為密封接口的微熱管，冷焊后存在較大的封接結(jié)點，在封裝結(jié)構(gòu)上不利于微熱管的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)制造，帶來產(chǎn)品應(yīng)用上的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種使用低熔點合金密封硅基微熱管的封裝方法。通過MEMS工藝制造帶有特定工質(zhì)灌注通道的玻璃-硅基微熱管，采用熔點為90-120°C的低熔點合金，并控制其熔化與固化，完成抽真空、灌注工質(zhì)、密封微熱管等操作，形成具有長久密封效果的硅基微熱管。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種使用低熔點合金密封微熱管灌注孔的方法，包括硅基微熱管和低熔點合金，在娃基板上刻蝕深度為100-150 μ m的相變溝道和灌注溝道，相變溝道與灌注溝道相通，并位于灌注溝道兩端，通過陽極鍵合，將玻璃蓋板和硅基板封接形成硅基微熱管；其中位于灌注溝道上的玻璃蓋板有四個孔:兩個用于灌入低熔點合金、一個用于抽真空、另一個用于灌入工質(zhì)；硅基板上刻蝕有低熔點合金灌注溝道；采用的低熔點合金的熔點為90-120°C ；
[0007]具體步驟如下:
[0008]第一步，硅基微熱管置于微熱板上，將液態(tài)低熔點合金注入兩個灌注溝道，把硅基微熱管從微熱板上移走，灌注溝道內(nèi)低熔點合金冷卻固化；
[0009]第二步，對硅基微熱管抽真空，待達到預(yù)定真空度后，暫時密封硅基微熱管的抽真空孑L ；
[0010]第三步，再次將硅基微熱管置于微熱板上，控制微熱板的溫度至高于低熔點合金熔點5-10°C，使抽真空孔一側(cè)的低熔點合金熔化，待低熔點合金堵住抽真空孔，把硅基微熱管從微熱板上移走，管內(nèi)低熔點合金冷卻固化；
[0011]第四步，通過工質(zhì)灌注孔灌入工質(zhì)，暫時密封工質(zhì)灌注孔；再次進行第四步操作，通過低熔點合金將工質(zhì)灌注孔密封，完成整個硅基微熱管的灌注和封裝過程。
[0012]本發(fā)明的效果和益處是:該方法采用低熔點合金實現(xiàn)微熱管密封，可減小材料放氣對微熱管內(nèi)真空度的影響；可以灌注乙醇、丙酮等有機溶劑作為工質(zhì)，解決因使用該類溶劑溶解灌注孔密封膠引起的密封失效問題；灌封后，低熔點合金位于管內(nèi)，熱管為平面結(jié)構(gòu)，無凸起，拓展了微熱管的應(yīng)用場合，并為微熱管的產(chǎn)業(yè)化封裝提供有效方法。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明采用的硅基微熱管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明米用的娃基板不意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明采用的硅基微熱管灌封流程圖。
[0016]圖4為具體實施例1示意圖。
[0017]圖中:I玻璃蓋板；2工質(zhì)灌注孔；3硅基板；4低熔點合金灌注孔；5抽真空孔；6低熔點合金灌注溝道；7相變溝道；8低熔點合金；9工質(zhì)；10 二通閥；11紫銅管；12真空泵；13硅基微熱管；14熱板。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖，詳細(xì)敘述本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0019]實施例
[0020]首先，通過陽極鍵合，將玻璃蓋板和硅基板封接在一起，其中硅基板上的相變溝道和灌注溝道的刻蝕深度為150 μ m，形成娃基微熱管13。
[0021]第二步，將硅基微熱管放到熱板14上，并控制熱板14的溫度至高于低熔點合金熔點5°C (低熔點合金的熔點為120°C )。通過低熔點合金灌注孔4，將一定量的液態(tài)低熔點合金注入兩個灌注溝道6中，把硅基微熱管從熱板14上移走，管內(nèi)低熔點合金冷卻固化。
[0022]第三步，連接硅基微熱管13至抽真空灌注回路，進行抽真空操作；待達到預(yù)定真空度后，關(guān)閉右側(cè)二通閥10，通過冷焊方法夾斷右側(cè)紫銅管11，暫時密封硅基微熱管。
[0023]第四步，將硅基微熱管13已夾斷紫銅管側(cè)的低熔點合金灌注溝道區(qū)域放到熱板上，并控制熱板14的溫度至高于低熔點合金熔點5°C ο將此側(cè)的低熔點合金熔化，待低熔點合金堵住抽真空孔5后，把硅基微熱管13從熱板14上移走，管內(nèi)低熔點合金在低熔點合金灌注溝道6內(nèi)冷卻固化，實現(xiàn)抽真空孔的密封。
[0024]第五步，通過工質(zhì)灌注孔2灌入一定量的工質(zhì)后，關(guān)閉左側(cè)二通閥10，通過冷焊方法夾斷左側(cè)紫銅管11，暫時密封硅基微熱管13。重復(fù)執(zhí)行第四步，將工質(zhì)灌注側(cè)的灌注孔用低熔點合金密封。完成硅基微熱管的工質(zhì)灌注過程。
【主權(quán)項】
1.一種使用低熔點合金密封微熱管灌注孔的方法，包括硅基微熱管和低熔點合金，其特征在于，在娃基板上刻蝕深度為100-150 μ m的相變溝道和灌注溝道，相變溝道與灌注溝道相通，并位于灌注溝道兩端，通過陽極鍵合，將玻璃蓋板和硅基板封接形成硅基微熱管；其中位于灌注溝道上的玻璃蓋板有四個孔:兩個用于灌入低熔點合金、一個用于抽真空、另一個用于灌入工質(zhì)；硅基板上刻蝕有低熔點合金灌注溝道；采用的低熔點合金的熔點為90-120°C ； 具體步驟如下: 第一步，硅基微熱管置于微熱板上，將液態(tài)低熔點合金注入兩個灌注溝道，把硅基微熱管從微熱板上移走，灌注溝道內(nèi)低熔點合金冷卻固化； 第二步，對硅基微熱管抽真空，待達到預(yù)定真空度后，暫時密封硅基微熱管的抽真空孔； 第三步，再次將硅基微熱管置于微熱板上，控制微熱板的溫度至高于低熔點合金熔點5-10°C，使抽真空孔一側(cè)的低熔點合金熔化，待低熔點合金堵住抽真空孔，把硅基微熱管從微熱板上移走，管內(nèi)低熔點合金冷卻固化； 第四步，通過工質(zhì)灌注孔灌入工質(zhì)，暫時密封工質(zhì)灌注孔；再次進行第四步操作，通過低熔點合金將工質(zhì)灌注孔密封，完成整個硅基微熱管的灌注和封裝過程。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種使用低熔點合金密封硅基微熱管的封裝方法，用于熱管封裝制造與器件的散熱，本發(fā)明屬于器件封裝與散熱領(lǐng)域。在工質(zhì)灌注前將低熔點合金預(yù)置于硅基微熱管內(nèi)，待抽真空操作完成后，通過低熔點合金的熔化與固化密封抽真空孔；繼續(xù)進行工質(zhì)灌注后，再次通過低熔點合金的熔化與固化密封工質(zhì)灌注孔，完成微熱管的整個灌封操作。該方法密封的微熱管沒有密封膠，適用于乙醇、丙酮等溶劑作為灌注工質(zhì)，并具有長期密封的效果；采用低熔點合金密封，減小因材料放氣對微熱管傳熱性能的影響。
【IPC分類】B81C3/00, F28D15/02, B81C1/00
【公開號】CN104961093
【申請?zhí)枴緾N201510213969
【發(fā)明人】羅怡, 李聰明, 王曉東, 周傳鵬, 于貝珂
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年4月29日