[发明专利]SOG结构微热管及其制作方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种新型硅基微型多槽道平板热管散热器，具体地说是一种用玻璃丝作为辅助吸液芯的SOG结构微热管的制作。

(二)背景技术

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，因为受到传热能力或加工成本等因素的制约，已无法满足现今集成电路的散热需求。热管技术是一种无需外部驱动，仅靠自身吸热作为动力进行散热的技术。已经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 heat pipe，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。相对于其它冷却技术，微热管具有无须外界驱动力，体积小、重量轻、传热效率高、无噪声、均热效果好、能够消除热结、宽温度工作范围等优点，应用领域十分广泛。

从Cotter首先提出了微型热管的概念以后，由于其良好的性能和广阔的应用前景，微型热管得到了很大的发展。最初，人们着重于对单根微热管的研究，如图1所示。但单根微型热管结构中，饱和蒸汽流以及液态工质流共用同一个流动通道，而通道微小空间内饱和蒸汽的流动速度很高，于是在汽一液界面上液体和蒸汽存在很大的反向速度差，导致很大的界面剪切摩擦力，严重影响了微型热管的最大传热性能。为此人们提出了微型热管阵列，如图2所示。这种阵列结构相当于在一块平板上放置了多根单沟槽微热管，使热管的最大传热能力得到了一定的提高，但是由于同样受到气液界面巨大剪切力的限制，传热能力也是极为有限的。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种毛细力显著增加，从而加强了液态工质的回流，提高了微型热管的最大传热能力，明显改善了热管性能的基于硅微机械(MEMS)工艺加工的SOG结构微热管及其制作方法。

本发明的目的是这样实现的：SOG结构微热管的组成包括硅片衬底、覆盖片和玻璃丝三个主要部分构成，硅片衬底上设置有沟槽，沟槽中放置平直的玻璃丝，覆盖片通过刻蚀形成一个与各条沟槽空腔连通的蒸汽腔，硅片衬底和覆盖片通过静电键合结合在一起，硅片衬底的一角设置有一个由激光打出的圆孔。

本发明SOG结构微热管还有这样一些技术特征：

1、所述的沟槽平行设置；

2、所述的沟槽截面为非圆形截面结构；

3、所述的圆孔直径在500～1000微米；

4、所述的蒸汽腔为200微米深的矩形腔；

5、所述的覆盖片为玻璃盖片。

SOG结构微热管的制作方法为：结构以硅片作为衬底，以有机玻璃作为覆盖片，硅片衬底上由MEMS技术加工出沟槽，在沟槽中放置玻璃丝，两者通过静电键合封接在一起形成封闭结构，然后由硅片上预留的小孔进行充液，并对此充液孔进行真空封闭，形成腔体内部填充有一定工质的微型平板热管结构。

本发明SOG结构微热管的制作方法还有这样一些技术特征：

1、所述的覆盖片玻璃盖片通过刻蚀形成一个用以将各条沟槽的空腔进行连通的矩形蒸汽腔；

2、所述的工质为甲醇，乙醇，水或电子冷却剂FC-72。

为了提高微型热管的最大传热能力，提高其在实际应用中的价值，本发明对微型热管的结构进行了改良，使微型热管阵列内部的蒸汽空间互相连通，连通的蒸汽腔实际上相当于增加了每根单独热管的蒸汽腔的体积，使得蒸汽腔内蒸汽压减小，即是减慢了蒸汽的流动速度，从而减小了汽一液分界面的剪切力，使微热管的性能得到极大的提升。以玻璃丝为辅助吸液芯的硅微型多槽道平板热管由两层结构组成：硅基底上由MEMS技术加工出一系列平行的沟槽，作为液态工质的流动通道；更加重要的是本发明还对沟槽结构进行了改进，在工质回流的沟槽中放置玻璃丝。为了提高使工质的回流的毛细力，在沟槽中放置玻璃丝，玻璃丝的存在可以改变液面的接触角，可以使毛细力得到很大的提高，有效的克服了毛细极限对微热管最大传热能力的限制；玻璃丝的存在可以减小气液界面弯月面的半径，增加沟槽内尖角区的数量，提高工质回流毛细力。实验发现，热管发展到微型阶段，对性能影响最大的就是毛细极限，通过玻璃丝的放置，该结构所能提供的毛细力显著增加，从而加强了液态工质的回流，提高了微型热管的最大传热能力，明显改善了热管性能。覆盖片采用有机玻璃片，增强了可视性，可以对微热管的工作状态进行实时的观察和监控，在玻璃上刻一个200微米深的矩形腔，作为饱和蒸汽的流通空间。此连通的蒸汽流通空间将减弱汽一液分界面上，由于蒸汽流和液体流高速反向运动带来的剪切摩擦力，从而提高热管的携带极限，最终增加热管的最大传热量。然后将硅衬底和玻璃盖片两部分用静电键合结合在一起，充液，封装，最终完成该SOG微热管的制作。