[发明专利]一种平板微热管的落差式灌封装置和方法

说明书

本发明属于微器件的封装技术领域，涉及一种平板微热管的落差式灌封装置和方法。密封步骤如下：将玻璃盖板下侧湿法腐蚀出不连续的条形灌封沟道，将硅基板上侧干法刻蚀出不连续的条形灌封沟道和微热管的内腔室，硅基板上灌封沟道与玻璃盖板的灌封沟道交错排布，液体流经玻璃盖板上的灌封沟道后，必须借助硅基板上的灌粉沟道再流回玻璃盖板上的灌封沟道，形成纵向落差式结构。本发明可提高微热管灌注可靠性，避免热冲击下平面结构密封时的失效，拓展了可用的工质范围，且平板微热管表面无凸起，可与硅基微器件集成制造。

技术领域

本发明属于微器件的封装技术领域，涉及一种平板微热管的落差式灌封装置和方法。

背景技术

近年来，随着IC工艺和MEMS工艺的发展，高性能半导体和微电子器件造性能提升的同时，带来了大热流密度的问题。因此设计优良的散热结构是上述器件稳定工作的基础。微热管是利用工质在其中的气液两相变化，实现热的快速传导，其传热效率远高于其本体材料的热导率，同时具有均温性好，热响应快等优点。而平板型的微热管由于其平面结构，更容易与器件紧凑集成或一体化制造。另一方面，其微米级的沟道尺寸可以提供较大的毛细力，实现工质在冷凝段和蒸发段之间的循环。

目前，微热管的制作瓶颈在于工质的灌注。由于半导体和微电子器件通常都是基于硅工艺制作，因此需要集成平面微热管进行热管理时，微热管的整体或部分材料是硅，这就导致了不能像传统热管一样采用冷焊的方法实现热管封接，需要外接灌注管进行热管的抽真空和工质灌注。另一方面，微热管的内积通常在1毫升以内，工质的灌注量在几十到几百微升之间，因此热管整体厚度通常在2mm以内，在此情况下，灌注管很难在平板微热管的厚度方向插入，需要垂直插入热管，导致平板热管的一面有凸起，限制了其应用场合。

近年来，国内外也开展了对微热管的灌注研究。【热管制造的新工艺及性能测试的试验研究，机械工程学报，2017，Vol53，No.5，160-165】切向挤压铝杆料形成真空铝管，工质灌注完成后，加热进一步去除不凝性气体后压合切断，形成微热管。【矩形微槽道结构与平板微热管传热特性研究，热能动力工程，2017，Vol32，No.2，42-46】采用硅基板，玻璃环和玻璃盖板制作平板微热管，采用硅胶密封热管，并实现工质灌注。【一种使用低熔点合金密封微热管灌注孔的方法ZL201510213969.1】公布了使用低熔点合金密封硅基微热管的封装方法，采用熔点在90-120℃之间的的低熔点合金固化后产生微量膨胀，在低熔点合金灌注沟道特定拐角处产生密封效果。综上，现有的微热管，金属热管通常体积都较大，因此工质灌注后可以采用加热等二次除气方式减少不凝性气体，同时提高工质的灌注比。而硅基热管，无论采用硅胶，还是静电键合，工质的灌注通常都需要外接灌注管，存在接口。采用硅胶密封的热管时间持久性和热冲击作用下的可靠性有待考证，而低熔点合金密封灌注孔密封方法中，密封沟道的拐角处容易漏气。虽然含铋的低熔点合金在凝固后的最初几天内会膨胀，强化密封效果，但是最初的漏气如果不可避免，热管的灌注依然失败，因此成功率不高。因此硅基平板微热管的工质灌封结构和方法仍是制约其应用的技术难点。

发明内容

本发明提供了一种平板微热管的落差式灌封装置和方法，通过MEMS工艺制造玻璃-硅平板微热管，完成工质灌注后，根据热管的工作温度，选择适当熔点的固体材料，填充入立体的密封结构，密封灌注孔，之后去除灌注管，使得灌封后的微热管仍旧是平板器件，实现微热管的平面封装。

本发明的技术方案：

一种平板微热管的落差式灌封装置，包括封装灌注孔、微热管内腔室、硅基板、工质灌注孔、硅基板灌封通道前端、硅基板灌注通道、硅基板灌封通道末端、玻璃盖板、蒸气腔和玻璃盖板灌注通道。

所述的玻璃盖板为方形结构，其中心设有方形凹槽状的蒸气腔，蒸气腔的左侧设有N+1个与左边界平行的方形凹槽状玻璃盖板灌注通道，相邻两个玻璃盖板灌注通道之间设有工质灌注孔。玻璃盖板的左下角内侧设有玻璃封装灌注孔，玻璃封装灌注孔与玻璃盖板灌注通道中轴线重合，玻璃盖板的右侧结构与左侧沿中心旋转对称，N≥1。