[發明專利]一種用于硅基平板微熱管的灌封方法

在審

• 申請號: 202110204187.7
• 申請日: 2021-02-23
• 公開（公告）號: CN113023666A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 李聰明;牛藺楷;武兵;熊曉燕
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 北京嘉途睿知識產權代理事務所(普通合伙) 11793
• 代理人: 彭成

1.一種用于硅基平板微熱管的灌封方法，該方法用于微熱管的集成制造；其特征在于包括以下步驟：

第一步，通過MEMS加工工藝分別制作：1)帶薄膜主加熱器(7)、薄膜輔加熱器(8)、微槽群(4)和密封溝道(5)的硅基板(10)；2)帶工質注入/抽氣孔(1)和合金注入孔(2)的玻璃蓋板(9)；并通過靜電鍵合封接硅基板(10)和玻璃蓋板(9)；

第二步，兩側密封溝道5分別粘接連接管至工質注入/抽氣孔(1)和合金注入孔(2)；

第三步，在合金注入孔(1)處放置足量的低熔點合金6，通過薄膜加熱器7和8控制溫度梯度，利用小型可控氣泵使第一連接管(12)和第二連接管(13)之間形成壓力差P1-P2，控制合金在工質注入/抽氣孔(1)處凝固；重復此操作，將另一側的密封溝道內注入低熔點合金(6)，如圖2(a)所示；

第四步，對微熱管進行真空除氣操作后，向微熱管注入定量工質，灌注完成后夾封第二連接管13；

第五步，加熱整個微槽群(4)區域，內部工質汽化形成一定的蒸汽壓P3；

第六步，再次控制密封溝道的溫度梯度，利用小型可控氣泵使第一連接管(12)和微熱管內部之間形成壓力差P1-P3，控制低熔點合金(6)流動至溝道末端并凝固；重復此操作，將另一側的低熔點合金(6)流動至溝道末端并凝固；

第七步，將微熱管冷卻至室溫并放置一段時間，移除第一連接管、第二連接管(12、13)和外露的低熔點合金(6)，完成扁平化的硅基微熱管灌封。

2.根據權利要求1所述的方法，該方法中的硅基平板微熱管左右兩側設計了密封溝道，其特征在于，利用低熔點合金在密封溝道內凝固后形成冷膨脹力，實現密封效果。

3.根據權利要求1所述的方法，該方法采用了薄膜主加熱器和薄膜輔加熱器結構，其特征在于，薄膜主加熱器用于低熔點合金的熔化；薄膜主加熱器和薄膜輔加熱器沿合金流動方向形成一個溫度梯度，用于控制合金定點位置的凝固。

4.根據權利要求1所述的方法，該方法在低熔點合金流動兩端分別連接小型可控氣泵，其特征在于，通過兩端壓力差控制低熔點合金流動。

5.一種硅基平板微熱管，其特征在于：硅基平板微熱管包括，密封溝道區和微槽區，密封溝道區設置在微槽區的兩側，微槽去內設置微槽群；微槽群相互連通且兩側設置各有一個通往密封溝道區的開口；密封溝道區設置有密封溝道，密封溝道設置有工質注入/抽氣孔和合金注入孔，密封溝道呈連續的“弓”字型結構一端和微槽群連通，且合金注入口設置在密封溝道的末端，工質注入/抽氣孔設置在密封溝道的中部；

薄膜主加熱器設置在工質注入/抽氣孔下側的位置，薄膜輔加熱器設置在合金注入孔下側的位置；薄膜主加熱器和薄膜輔加熱器均為電極連通的電加熱器，且設置有溫度傳感器；

密封溝道和微槽群是由帶有槽的硅基板和玻璃蓋板相疊加形成的，第一連接管可以連接到工質注入/抽氣孔，第二連接管可以連接至合金注入孔；小型可控充氣泵可以連接至第一連接管和第二連接管，并且第一連接管和第二連接管之間的壓力可以調節。

6.一種用于硅基平板微熱管的灌封方法中硅基板的預處理方法，其特征在于：

為了防止在密封時產生內部的氣泡，需要將硅基板進行預處理以提高其和低熔點合金的結合性能；預處理方式包括如下步驟：

步驟一、硅基板的加工：硅基板使用激光或者化學刻蝕的方式在硅片上形成微槽而成；

步驟二、將硅基板和玻璃蓋板放置在超聲清洗機中先后進行超純水、丙酮、酒精、超純水的清洗，清洗時間每種溶劑10～20min，清洗溫度30～50℃；

步驟三、在計算機中對硅基板上的密封溝道區域進行圖形建模，在計算機中形成待激光處理的區域圖形；然后將清洗后的硅基板和玻璃蓋板在飛秒激光的作用下進行區域點刻蝕；刻蝕的深度為10μm，刻蝕的點的直徑為20微米以下，刻蝕的點間距為30-50微米；刻蝕后將硅基板和玻璃蓋板對應扣合后可以使得密封溝道的區域的溝道的上下面都具有刻蝕的微孔；

步驟四、將刻蝕后的硅基板和玻璃蓋板在超聲清洗機中先后進行超純水、丙酮、酒精、超純水的清洗，清洗時間每種溶劑10～20min，清洗溫度30～50℃；

步驟五、將步驟四清洗后的硅基板和玻璃蓋板放置在磁控濺射儀內進行磁控濺射；濺射的材料為金，濺射厚度100nm；從而在硅基板和玻璃蓋板的表面形成一層金膜；

步驟六、將濺射后的硅基板和玻璃蓋板進行加熱，加熱至400-500℃保持10min，使得表面的納米金融化，融化后硅基板和玻璃蓋板表面的納米金會團聚形成不規則形狀的金團簇；而進行了飛秒激光處理的位置的納米金會集合在刻蝕的孔內，從而使得刻蝕的孔被納米金填充；然后再將硅基板和玻璃蓋板在超聲清洗機中先后進行超純水、丙酮、酒精、超純水的清洗，清洗時間每種溶劑10～20min，清洗溫度30～50℃；

清洗后的硅基板和納米金的飛秒激光處理后的位置由于孔洞內存在納米金，當低熔點合金注入時結合效果更好，更容易流動，從而避免在注入時由于注入的不穩定和施加的氣壓導致產生氣泡，影響密封的效果；此外當灌注入水作為工質時，由于刻蝕的表面在刻蝕是可以根據wenzel模型設置飛秒激光處理的深度、寬度和間距，從而使得其具有超親水效果，提高在注入工質時的注入效果，同樣降低氣泡產生以及可以提高排氣時的排氣效果；而沒有被飛秒激光處理的位置在超聲清洗后納米金脫落，光滑的硅基板和玻璃蓋板對于低熔點合金的結合效果不變。