LED模組用微熱管結構設計及制作工藝.pdf

1、大功率LED作為一種固態(tài)光源，具有能效高，體積小等優(yōu)點，是國家重點培育發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產業(yè)。在現代社會中應用越來越廣，可替代傳統照明光源，還可以作為背光液晶顯示和景觀照明的光源，滿足人們對生活品質的需要。大功率 LED具有出光效率高、能耗低、壽命長等優(yōu)勢，但是作為一種典型的電致發(fā)光的冷光源，LED芯片中60%以上的輸入電能都轉變成了熱，并且LED芯片體積很小，熱量的聚集導致結溫過高，影響其發(fā)光質量和性能。因此對 LED器件進行熱管理，合

2、理設計散熱結構，穩(wěn)定控制結溫，是制造高性能LED器件的關鍵技術。微平板熱管是利用工質相變傳熱的高效被動傳熱器件，可以根據應用的需要制作成平板結構或圓柱結構，因此本論文采用其作為大功率LED的基板和傳熱器件，將LED芯片工作時產生的熱量有效傳遞到環(huán)境中，避免結溫過高的現象出現。目前將微平板熱管用于LED器件的瓶頸在于微熱管灌注的工質量很少，在熱管的蒸發(fā)段容易產生干燒現象導致熱管性能急劇下降。因此本文基于微平板熱管導熱原理，從工質存儲區(qū)域改

3、進和表面改性提高工質循環(huán)效率兩方面開展了微平板熱管傳熱性能改進研究。
　　本研究主要內容包括：⑴微平板熱管主體為硅基板和玻璃蓋板靜電鍵合而成，硅基板上制作微溝道陣列作為吸液芯，提供工質流動的牽引力。為了減少蒸發(fā)段工質易干涸導致的熱管性能下降，在硅基板蒸發(fā)段處設計并制作出蓄水池結構增強局部區(qū)域水膜停留能力，使得 LED模組在加大功率下工作時蒸發(fā)段無干燒現象。蒸發(fā)段蓄水池結構基于 MEMS制造工藝，結合體硅刻蝕的濕法-干法組合套刻技術

4、，在延續(xù)微溝道陣列的基礎上，改變了基板蒸發(fā)段深度。⑵研究了低表面能氟化物修飾微熱管的玻璃蓋板，利用氟硅烷修飾的疏水蓋板，接觸角可達116°，比未修飾玻璃表面提高近40°。疏水性表面能夠提高工質液滴在蓋板內表面的成長速度，進而快速落入基板的微溝道中重新進入工質的循環(huán)，增強微熱管的傳熱速度和傳輸的最大功率。針對疏水層耐溫限制，提出并實現了微熱管主體的光刻膠密封，該方法具有膠層厚度可控的優(yōu)點。對微熱管測試表明，光刻膠密封可保證微熱管的正常工作

5、。⑶采用蠕動泵灌注法及負壓通道量化灌注法，適用于不同內積微熱管；工質中的沸騰核存在與否對于工質的氣化有重要影響，因此本文也對添加 SiO2納米顆粒的乙醇工質對熱管傳熱性能的影響開展了初步研究，灌注了不同濃度納米工質，為微熱管性能改進提供實驗依據。⑷利用測溫平臺對LED模組用微熱管進行測試。測試結果表明，當輸入功率從1W變化到7W時，蓄水池微熱管蒸發(fā)段的最高溫度為72oC，普通微熱管的蒸發(fā)段溫度為81 oC，說明蓄水池結構對于蒸發(fā)段導熱能