一种微热管的气相温控工质灌注方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201310231732.7

申请日:

2013.06.11

公开号:

CN103335548A

公开日:

2013.10.02

当前法律状态:

驳回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):F28D 15/02申请公布日:20131002|||实质审查的生效IPC(主分类):F28D 15/02申请日:20130611|||公开

IPC分类号:

F28D15/02

主分类号:

F28D15/02

申请人:

大连理工大学

发明人:

王晓东; 罗怡; 邹靓靓; 刘刚; 杨延霞

地址:

116024 辽宁省大连市凌工路2号

优先权:

专利代理机构:

大连理工大学专利中心 21200

代理人:

关慧贞;梅洪玉

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内容摘要

本发明公开了一种微热管在真空环境中气相温控灌注工质的方法,应用于高热流密度器件的散热。其特征是分别控制微热管和工质容器的温度;微热管和工质容器分别抽真空,之后将工质容器与工质源相连,在工质容器中获得工质蒸汽;连通微热管与工质容器,利用两者的温度差实现气相工质灌注,通过时间控制工质的灌注量,封接微热管的灌注口,实现微热管的工质灌注。灌注系统中的工质以气相存在,因此灌注率和重复性可控性好;微热管和工质分别温控提高了工质灌注效率;本发明可提高微热管性能。

权利要求书

1.   一种微热管在真空环境中气相温控灌注工质的方法,应用于高热流密度器件的散热,其特征在于该方法的步骤如下:
a)分别控制微热管和工质容器的温度,温度区间为工质的熔点到沸点,且微热管的温度低于工质容器的温度;
b)微热管和工质容器分别抽真空,真空度与宏观常规热管的真空度一致,之后将工质容器与工质源相连,在工质容器中获得工质蒸汽;
c)连通微热管与工质容器,利用两者的温度差实现气相工质灌注,达到灌注量后,封接微热管的灌注口,实现微热管的工质灌注。

说明书

一种微热管的气相温控工质灌注方法
技术领域
本发明属于微器件封装领域,涉及一种微热管在真空环境中气相温控灌注工质的方法,应用于高热流密度器件的散热。
背景技术
随着社会科技水平的发展,电子设备向多功能、大功率和小型化趋势发展;同时高密度的组织技术也广泛应用于各种器件中。据统计,55%的电子设备失效是由于温度过高引起的。而从上世纪80年代至今,电子元器件的散热密度增加了15倍,大功率LED和高性能CPU的热流密度更是达到了100W/cm2以上。因此如何高效、可控地将该类电子元器件中的热可靠散出成为近年来器件设计方面的热点。典型的被动传热器件‑微热管结合高热导率的热沉已广泛应用于CPU、显卡和LED等的散热,可以快速消除热斑,同时降低器件的温度梯度。
自Cotter1984年提出微热管的概念【Cotter,T.P.,Principles and Prospects for Micro Heat Pipes,Proceedings of the5th International Heat Pipe Conference,Tsukuba,Japan,1984:328‑335】以来,学者们对其开展了大量的理论和实验研究。近年来,随着MEMS技术的发展,结构更为紧凑的平板微热管开始进入人们视野。与管状微热管相比,它与微器件的高温面接触更好,更有利于热量传导。但是其特殊的结构也导致了制造工艺的难点,如何在几十到几百微升的热管内部精确地灌注一定质量的工质,同时不破坏热管内部的真空成为该类热管的制造瓶颈技术。
已有的方法主要针对金属微热管的工质灌注和封装开展。主要包括先抽真空,再灌注工质【陆龙生,汤勇,袁东,蒋乐伦,微热管的灌注抽真空制造技术,机械工程学报,2009】。该方法的缺点是工质在真空下迅速汽化,很难精确控制工质的灌注比。第二种方法是先进行工质灌注,之后进行沸腾排气法【Xiaowei Liu,et al.,Design and Fabrication of Flat Heat Pipes with different length,2011】或者抽真空排气法【陆龙生,汤勇,袁东,蒋乐伦,微热管的灌注抽真空制造技术,机械工程学报,2009】实现热管内的真空度。该方法的缺点是受环境影响较大,且工质会损失。第三种方法是真空工质灌注与除气同时进行【李勇,何成斌,曾志新,一种热管真空充液及除气方法及其设备:中国,201210177728.2】,该方法适用于较大结构尺寸的热管,对于微热管中几十到几百微升的灌注体积无法应用。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术及方法的缺点和不足,提供一种可应用于微热管的工质灌注方法,同时保证灌注后热管内的真空度。
本发明的技术方案如下:
一种微热管的气相温控工质灌注方法,具体技术方案如下:
第一步:打开温控系统,使得微热管达到设定温度。将待灌注工质的微热管的工质灌注孔与真空泵相连并抽真空,达到设定的真空度。
第二步:利用温控系统使得工质和工质源容器达到设定温度。之后将工质源容器与真空泵连接并抽真空,达到设定真空度后,联通工质与工质源容器,使得工质源容器中除了工质蒸汽外无其他气体物质。
第三步:连通微热管与工质源容器,此时工质蒸汽就可以源源不断的进入微热管的腔体中。由于微热管的设定温度低于工质的设定温度,因此工质在微热管内可凝结回液态。工质灌注量是由控制连通时间控制,利用电子天平称量灌注前后微热管的质量,进而获得不同时间下工质灌注量的经验值表。
第四步:查表获得所需工质灌注量对应的连通时间。重复第一步和第二步,之后连通微热管与工质源容器,达到连通时间时切断灌注通路。
第五步:对微热管灌注口封接,完成工质灌注。
本发明的效果和益处是:由于采用气相灌注,因此灌注管路系统中的工质也以气相存在,切断灌注通路的工质损失少,适用于微量液体灌注,工质的灌注率控制较好,灌注的重复性也好;温控使得工质源容器与微热管处于不同温度,提高工质灌注效率;工质中存在的不凝性气体较轻,聚集于工质源容器的顶部,因此可在中下部开设连通管路与热管相连,从而仅有工质气体而无不凝性气体进入微热管,提高微热管性能。
附图说明
图1为本发明微热管气相温控灌注装置的结构示意图。
图中:1第一恒温水浴;2工质;3第一温度传感器;4电磁阀;5工质密封腔;6第一真空阀;7第二真空阀;8三通换向阀;9第二温度传感器;10真空计;11第三真空阀;12微热管;13第二恒温水浴;14真空泵。
具体实施方式
下面结合技术方案和附图,详细叙述本发明的具体实施例。
实施例1
本发明的装置结构示意图如图1所示,由工质提供部分、微热管部分和真空管路系统三个部分组成。工质提供部分由第一恒温水浴1,工质2,第一温度传感器3,电磁阀4和工质密封腔5组成。微热管部分由第二温度传感器9,微热管12和第二恒温水浴13组成。真空管路系统由第一真空阀6,第二真空阀7,三通换向阀8,真空计10,第三真空阀11和真空泵14组成。
本实施例中,温控系统采用水浴温控装置,也可采用热板和恒温烘箱等其他温控装置。灌注的工质采用去离子水,也可采用甲醇、乙醇和异丙醇等有机溶剂或者纳米颗粒溶液等。
首先打开第一恒温水浴1到50°C,第一恒温水浴1的温度介于工质液体的熔点和沸点之间,本实施例选择50°C。旋转三通换向阀8使真空泵14与工质密封腔5连通,打开第一真空阀6和第三真空阀11,关闭第二真空阀7,使用真空泵14对工质密封腔5进行抽真空。
工质密封腔5内的真空度与宏观管状热管的需要的真空度相同。当真空计10显示达到所需真空度后,关闭第一真空阀6,打开电磁阀4,使得微热管的工质去离子水以水浴温度50°C的蒸汽形式进入工质密封腔5。
之后,打开第二真空阀7和第三真空阀11,旋转三通换向阀8,使真空管路系统与微热管12连通,对其进行抽真空。调节第二恒温水浴13的温度,达到灌注温度20°C,灌注温度也介于工质的熔点和沸点之间,且低于工质温度,也就是第一恒温水浴1的温度。
最后,当真空计10显示达到所需真空度后,关闭第三真空阀11,旋转三通换向阀8,打开第一真空阀6和第二真空阀7,使微热管12与工质密封腔5连通,这时气态工质会充入微热管12的腔体中并凝结。查经验值表获得灌注时间,当达到设定时间后,关闭第一真空阀6和第二真空阀7,并热封接微热管12的工质灌注口,精确的工质量就灌注进了微热管12。

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1、(10)申请公布号 CN 103335548 A(43)申请公布日 2013.10.02CN103335548A*CN103335548A*(21)申请号 201310231732.7(22)申请日 2013.06.11F28D 15/02(2006.01)(71)申请人大连理工大学地址 116024 辽宁省大连市凌工路2号(72)发明人王晓东 罗怡 邹靓靓 刘刚杨延霞(74)专利代理机构大连理工大学专利中心 21200代理人关慧贞 梅洪玉(54) 发明名称一种微热管的气相温控工质灌注方法(57) 摘要本发明公开了一种微热管在真空环境中气相温控灌注工质的方法,应用于高热流密度器件的散热。其特征。

2、是分别控制微热管和工质容器的温度;微热管和工质容器分别抽真空,之后将工质容器与工质源相连,在工质容器中获得工质蒸汽;连通微热管与工质容器,利用两者的温度差实现气相工质灌注,通过时间控制工质的灌注量,封接微热管的灌注口,实现微热管的工质灌注。灌注系统中的工质以气相存在,因此灌注率和重复性可控性好;微热管和工质分别温控提高了工质灌注效率;本发明可提高微热管性能。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书3页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书3页 附图1页(10)申请公布号 CN 103335548 ACN 103335548 A1/1页21.。

3、一种微热管在真空环境中气相温控灌注工质的方法,应用于高热流密度器件的散热,其特征在于该方法的步骤如下:a)分别控制微热管和工质容器的温度,温度区间为工质的熔点到沸点,且微热管的温度低于工质容器的温度;b)微热管和工质容器分别抽真空,真空度与宏观常规热管的真空度一致,之后将工质容器与工质源相连,在工质容器中获得工质蒸汽;c)连通微热管与工质容器,利用两者的温度差实现气相工质灌注,达到灌注量后,封接微热管的灌注口,实现微热管的工质灌注。权 利 要 求 书CN 103335548 A1/3页3一种微热管的气相温控工质灌注方法技术领域0001 本发明属于微器件封装领域,涉及一种微热管在真空环境中气相温。

4、控灌注工质的方法,应用于高热流密度器件的散热。背景技术0002 随着社会科技水平的发展,电子设备向多功能、大功率和小型化趋势发展;同时高密度的组织技术也广泛应用于各种器件中。据统计,55%的电子设备失效是由于温度过高引起的。而从上世纪80年代至今,电子元器件的散热密度增加了15倍,大功率LED和高性能CPU的热流密度更是达到了100W/cm2以上。因此如何高效、可控地将该类电子元器件中的热可靠散出成为近年来器件设计方面的热点。典型的被动传热器件-微热管结合高热导率的热沉已广泛应用于CPU、显卡和LED等的散热,可以快速消除热斑,同时降低器件的温度梯度。0003 自Cotter1984年提出微热。

5、管的概念【Cotter,T.P.,Principles and Prospects for Micro Heat Pipes,Proceedings of the5th International Heat Pipe Conference,Tsukuba,Japan,1984:328-335】以来,学者们对其开展了大量的理论和实验研究。近年来,随着MEMS技术的发展,结构更为紧凑的平板微热管开始进入人们视野。与管状微热管相比,它与微器件的高温面接触更好,更有利于热量传导。但是其特殊的结构也导致了制造工艺的难点,如何在几十到几百微升的热管内部精确地灌注一定质量的工质,同时不破坏热管内部的真空成为。

6、该类热管的制造瓶颈技术。0004 已有的方法主要针对金属微热管的工质灌注和封装开展。主要包括先抽真空,再灌注工质【陆龙生,汤勇,袁东,蒋乐伦,微热管的灌注抽真空制造技术,机械工程学报,2009】。该方法的缺点是工质在真空下迅速汽化,很难精确控制工质的灌注比。第二种方法是先进行工质灌注,之后进行沸腾排气法【Xiaowei Liu,et al.,Design and Fabrication of Flat Heat Pipes with different length,2011】或者抽真空排气法【陆龙生,汤勇,袁东,蒋乐伦,微热管的灌注抽真空制造技术,机械工程学报,2009】实现热管内的真空度。。

7、该方法的缺点是受环境影响较大,且工质会损失。第三种方法是真空工质灌注与除气同时进行【李勇,何成斌,曾志新,一种热管真空充液及除气方法及其设备:中国,201210177728.2】,该方法适用于较大结构尺寸的热管,对于微热管中几十到几百微升的灌注体积无法应用。发明内容0005 本发明的目的在于克服已有技术及方法的缺点和不足,提供一种可应用于微热管的工质灌注方法,同时保证灌注后热管内的真空度。0006 本发明的技术方案如下:0007 一种微热管的气相温控工质灌注方法,具体技术方案如下:0008 第一步:打开温控系统,使得微热管达到设定温度。将待灌注工质的微热管的工质说 明 书CN 10333554。

8、8 A2/3页4灌注孔与真空泵相连并抽真空,达到设定的真空度。0009 第二步:利用温控系统使得工质和工质源容器达到设定温度。之后将工质源容器与真空泵连接并抽真空,达到设定真空度后,联通工质与工质源容器,使得工质源容器中除了工质蒸汽外无其他气体物质。0010 第三步:连通微热管与工质源容器,此时工质蒸汽就可以源源不断的进入微热管的腔体中。由于微热管的设定温度低于工质的设定温度,因此工质在微热管内可凝结回液态。工质灌注量是由控制连通时间控制,利用电子天平称量灌注前后微热管的质量,进而获得不同时间下工质灌注量的经验值表。0011 第四步:查表获得所需工质灌注量对应的连通时间。重复第一步和第二步,之。

9、后连通微热管与工质源容器,达到连通时间时切断灌注通路。0012 第五步:对微热管灌注口封接,完成工质灌注。0013 本发明的效果和益处是:由于采用气相灌注,因此灌注管路系统中的工质也以气相存在,切断灌注通路的工质损失少,适用于微量液体灌注,工质的灌注率控制较好,灌注的重复性也好;温控使得工质源容器与微热管处于不同温度,提高工质灌注效率;工质中存在的不凝性气体较轻,聚集于工质源容器的顶部,因此可在中下部开设连通管路与热管相连,从而仅有工质气体而无不凝性气体进入微热管,提高微热管性能。附图说明0014 图1为本发明微热管气相温控灌注装置的结构示意图。0015 图中:1第一恒温水浴;2工质;3第一温。

10、度传感器;4电磁阀;5工质密封腔;6第一真空阀;7第二真空阀;8三通换向阀;9第二温度传感器;10真空计;11第三真空阀;12微热管;13第二恒温水浴;14真空泵。具体实施方式0016 下面结合技术方案和附图,详细叙述本发明的具体实施例。0017 实施例10018 本发明的装置结构示意图如图1所示,由工质提供部分、微热管部分和真空管路系统三个部分组成。工质提供部分由第一恒温水浴1,工质2,第一温度传感器3,电磁阀4和工质密封腔5组成。微热管部分由第二温度传感器9,微热管12和第二恒温水浴13组成。真空管路系统由第一真空阀6,第二真空阀7,三通换向阀8,真空计10,第三真空阀11和真空泵14组成。

11、。0019 本实施例中,温控系统采用水浴温控装置,也可采用热板和恒温烘箱等其他温控装置。灌注的工质采用去离子水,也可采用甲醇、乙醇和异丙醇等有机溶剂或者纳米颗粒溶液等。0020 首先打开第一恒温水浴1到50 C,第一恒温水浴1的温度介于工质液体的熔点和沸点之间,本实施例选择50 C。旋转三通换向阀8使真空泵14与工质密封腔5连通,打开第一真空阀6和第三真空阀11,关闭第二真空阀7,使用真空泵14对工质密封腔5进行抽真空。0021 工质密封腔5内的真空度与宏观管状热管的需要的真空度相同。当真空计10显说 明 书CN 103335548 A3/3页5示达到所需真空度后,关闭第一真空阀6,打开电磁阀。

12、4,使得微热管的工质去离子水以水浴温度50C的蒸汽形式进入工质密封腔5。0022 之后,打开第二真空阀7和第三真空阀11,旋转三通换向阀8,使真空管路系统与微热管12连通,对其进行抽真空。调节第二恒温水浴13的温度,达到灌注温度20 C,灌注温度也介于工质的熔点和沸点之间,且低于工质温度,也就是第一恒温水浴1的温度。0023 最后,当真空计10显示达到所需真空度后,关闭第三真空阀11,旋转三通换向阀8,打开第一真空阀6和第二真空阀7,使微热管12与工质密封腔5连通,这时气态工质会充入微热管12的腔体中并凝结。查经验值表获得灌注时间,当达到设定时间后,关闭第一真空阀6和第二真空阀7,并热封接微热管12的工质灌注口,精确的工质量就灌注进了微热管12。说 明 书CN 103335548 A1/1页6说 明 书 附 图CN 103335548 A。

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