[发明专利]一种用于硅基平板微热管的灌封方法

权利要求书

1.一种用于硅基平板微热管的灌封方法，该方法用于微热管的集成制造；其特征在于包括以下步骤：

第一步，通过MEMS加工工艺分别制作：1)带薄膜主加热器(7)、薄膜辅加热器(8)、微槽群(4)和密封沟道(5)的硅基板(10)；2)带工质注入/抽气孔(1)和合金注入孔(2)的玻璃盖板(9)；并通过静电键合封接硅基板(10)和玻璃盖板(9)；

第二步，两侧密封沟道5分别粘接连接管至工质注入/抽气孔(1)和合金注入孔(2)；

第三步，在合金注入孔(1)处放置足量的低熔点合金6，通过薄膜加热器7和8控制温度梯度，利用小型可控气泵使第一连接管(12)和第二连接管(13)之间形成压力差P1-P2，控制合金在工质注入/抽气孔(1)处凝固；重复此操作，将另一侧的密封沟道内注入低熔点合金(6)，如图2(a)所示；

第四步，对微热管进行真空除气操作后，向微热管注入定量工质，灌注完成后夹封第二连接管13；

第五步，加热整个微槽群(4)区域，内部工质汽化形成一定的蒸汽压P3；

第六步，再次控制密封沟道的温度梯度，利用小型可控气泵使第一连接管(12)和微热管内部之间形成压力差P1-P3，控制低熔点合金(6)流动至沟道末端并凝固；重复此操作，将另一侧的低熔点合金(6)流动至沟道末端并凝固；

第七步，将微热管冷却至室温并放置一段时间，移除第一连接管、第二连接管(12、13)和外露的低熔点合金(6)，完成扁平化的硅基微热管灌封。

2.根据权利要求1所述的方法，该方法中的硅基平板微热管左右两侧设计了密封沟道，其特征在于，利用低熔点合金在密封沟道内凝固后形成冷膨胀力，实现密封效果。

3.根据权利要求1所述的方法，该方法采用了薄膜主加热器和薄膜辅加热器结构，其特征在于，薄膜主加热器用于低熔点合金的熔化；薄膜主加热器和薄膜辅加热器沿合金流动方向形成一个温度梯度，用于控制合金定点位置的凝固。

4.根据权利要求1所述的方法，该方法在低熔点合金流动两端分别连接小型可控气泵，其特征在于，通过两端压力差控制低熔点合金流动。

5.一种硅基平板微热管，其特征在于：硅基平板微热管包括，密封沟道区和微槽区，密封沟道区设置在微槽区的两侧，微槽去内设置微槽群；微槽群相互连通且两侧设置各有一个通往密封沟道区的开口；密封沟道区设置有密封沟道，密封沟道设置有工质注入/抽气孔和合金注入孔，密封沟道呈连续的“弓”字型结构一端和微槽群连通，且合金注入口设置在密封沟道的末端，工质注入/抽气孔设置在密封沟道的中部；

薄膜主加热器设置在工质注入/抽气孔下侧的位置，薄膜辅加热器设置在合金注入孔下侧的位置；薄膜主加热器和薄膜辅加热器均为电极连通的电加热器，且设置有温度传感器；

密封沟道和微槽群是由带有槽的硅基板和玻璃盖板相叠加形成的，第一连接管可以连接到工质注入/抽气孔，第二连接管可以连接至合金注入孔；小型可控充气泵可以连接至第一连接管和第二连接管，并且第一连接管和第二连接管之间的压力可以调节。

6.一种用于硅基平板微热管的灌封方法中硅基板的预处理方法，其特征在于：

为了防止在密封时产生内部的气泡，需要将硅基板进行预处理以提高其和低熔点合金的结合性能；预处理方式包括如下步骤：

步骤一、硅基板的加工：硅基板使用激光或者化学刻蚀的方式在硅片上形成微槽而成；

步骤二、将硅基板和玻璃盖板放置在超声清洗机中先后进行超纯水、丙酮、酒精、超纯水的清洗，清洗时间每种溶剂10～20min，清洗温度30～50℃；

步骤三、在计算机中对硅基板上的密封沟道区域进行图形建模，在计算机中形成待激光处理的区域图形；然后将清洗后的硅基板和玻璃盖板在飞秒激光的作用下进行区域点刻蚀；刻蚀的深度为10μm，刻蚀的点的直径为20微米以下，刻蚀的点间距为30-50微米；刻蚀后将硅基板和玻璃盖板对应扣合后可以使得密封沟道的区域的沟道的上下面都具有刻蚀的微孔；

步骤四、将刻蚀后的硅基板和玻璃盖板在超声清洗机中先后进行超纯水、丙酮、酒精、超纯水的清洗，清洗时间每种溶剂10～20min，清洗温度30～50℃；

步骤五、将步骤四清洗后的硅基板和玻璃盖板放置在磁控溅射仪内进行磁控溅射；溅射的材料为金，溅射厚度100nm；从而在硅基板和玻璃盖板的表面形成一层金膜；

步骤六、将溅射后的硅基板和玻璃盖板进行加热，加热至400-500℃保持10min，使得表面的纳米金融化，融化后硅基板和玻璃盖板表面的纳米金会团聚形成不规则形状的金团簇；而进行了飞秒激光处理的位置的纳米金会集合在刻蚀的孔内，从而使得刻蚀的孔被纳米金填充；然后再将硅基板和玻璃盖板在超声清洗机中先后进行超纯水、丙酮、酒精、超纯水的清洗，清洗时间每种溶剂10～20min，清洗温度30～50℃；

清洗后的硅基板和纳米金的飞秒激光处理后的位置由于孔洞内存在纳米金，当低熔点合金注入时结合效果更好，更容易流动，从而避免在注入时由于注入的不稳定和施加的气压导致产生气泡，影响密封的效果；此外当灌注入水作为工质时，由于刻蚀的表面在刻蚀是可以根据wenzel模型设置飞秒激光处理的深度、宽度和间距，从而使得其具有超亲水效果，提高在注入工质时的注入效果，同样降低气泡产生以及可以提高排气时的排气效果；而没有被飞秒激光处理的位置在超声清洗后纳米金脱落，光滑的硅基板和玻璃盖板对于低熔点合金的结合效果不变。