[发明专利]一种常压下微热管真空注液封装的方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及微热管的封装技术，具体涉及一种硅微热管常压下真空注液封装的方法。

(二)背景技术

随着IC制造技术的快速发展，目前单个芯片上集成的晶体管数目已经上亿，功耗及芯片连线密度越来越高，可用散热面积小，使得热流密度急剧增加，芯片温度显著上升，严重影响其工作可靠性和使用寿命。传统冷却技术如风扇结合热沉的强制对流制冷，半导体热电制冷技术因为传热能力或者加工成本等因素的制约，已不能满足集成电路进一步发展的散热需求。热管技术是一种无需外部驱动，靠自身吸热作为动力进行散热的技术，已在大尺度散热方面有着广泛成熟的应用，随着MEMS工艺及微细加工技术的发展进步，微热管(Micro heatpipe，MHP)冷却技术成为最有吸引力的集成电路和电子芯片散热技术之一。

微型热管是利用工作介质在微小空间中的相变过程进行热量传递的一种高效传热元件。理论和实验研究结果均证明其具有非常好的传热性能，经过优化设计的微型热管能成功地解决诸如微电子芯片等微小电子器件的散热问题，为其提供稳定的工作环境。特别是采用蒸汽空间互相连通结构的微型平板热管，有效降低了汽液高速反向运动带来的界面摩擦剪切力，使热管传热性能显著提高，而且具有良好的启动性和均温性，而MEMS工艺的发展以及与硅基集成电路良好的兼容性，使基于硅的微型平板热管受到了极大的关注。硅微型多槽道平板热管可采用体微机械加工工艺及静电键合方法制作，材料选用导热系数较高的硅，可集成到微电子芯片上。对基于MEMS工艺的硅微型多槽道平板热管进行研究制作，不仅对理论分析有重要意义，而且在工程应用上(特别是微电子、航空航天等领域)也有着广阔的前景。

在微热管的制作过程中，注液和封装是两大技术难点。目前有两种方式，第一种方式如图1所示，该热管以去离子水作为工作液体。注液过程：先将空气从热管腔体中抽出，然后在封口前注入工质。在抽真空的过程中，把一个6mm厚的硅树脂间隔器紧密地贴在微热管上。为了防止抽真空和注液时漏液或漏气，在硅树胶间隔器和微热管接触的缝隙部分涂上一层高真空酯。在硅树胶上打出一个2mm的通孔作为抽真空的通路。当气压低于一定数值时，将硅树胶垂直向下移动，从而将连通的抽气通道隔断，然后注入工质。充液所用工具为EFD1500XL-C压缩型液体分配器，用微型电脑对充液速度和时间进行控制。

第二种方式如图2所示。由于热管阵列和充液设备之间阀门的存在，可对热管进行定量充液。排除工质中不可压缩气体的方法是基于液体在真空下冷凝排气原理来实现的。整个除气的过程包括以下三个步骤：首先，使工质在加热容器5中蒸发，释放出不可压缩气体；其次，将蒸发的工质通入用液态氮冷却的冷却管6，使工质冷却成液体；最后，用真空泵抽走不可压缩气体。通过真空泵把热管抽成10^-6mbar，然后对管6进行加热，使工质蒸发，蒸气通过阀门进入热管并在其中冷凝成液体。充液量通过装置9计算得出。

以上是目前微热管制作中常用的两种注液封装方式。第一种方式中，硅树胶间隔器和微热管接触的缝隙部分涂抹的高真空酯并不能完全使之与空气隔离，2mm的通孔中仍含有少量空气，因此在注液时会有空气混入微热管中，导致微热管性能下降。第二种方式中，所用到的装置繁多、复杂、不利于实际操作，而且增加了实验成本。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低廉、操作简便、充液量可控、微热管腔体真空度较高的常压下微热管真空注液封装的方法。

本发明主要包括注液和封装两个部分。由于在注液的过程中易出现空气混入微热管腔体的现象，因此本发明采用首先将热管整个腔体注满工质，而后加热排多余工质的方法，所述的工质为甲醇，乙醇，水或电子冷却剂FC-72。具体步骤如下：首先将微热管完全浸没在装有乙醇的玻璃皿中(为了便于封装，微热管的注液孔在0.5mm～1mm之间。)，然后把玻璃皿置于带有振动装置的真空室中。当真空度达到0.09MPa左右时，持续振动2～5分钟，此时在微热管腔体内完全充满乙醇。

根据微热管的工作原理，在微热管腔体内有一部分工质，剩余部分为真空。为了保证微热管腔体内的真空度，本发明采用加热-冷却的方式，使腔体内部达到动态平衡。封装具体步骤如下：将注满工质的微热管的无孔端固定在加热装置上，在注液孔端加一冷却装置。调节加热装置使腔体内的工质气化，继续升高温度使气体膨胀，推动工质向下移动并从注液孔流出，通过调节加热装置和冷却装置，能够精确地控制工质的注液量。当达到所需的注液量时，继续保持热平衡状态，胶封注液孔，即完成了微热管的封装过程。