面向LED散热的微平板热管的制造及测试

摘要

LED照明技术也被称为“第四代照明技术”，具有节能、环保、寿命长和体积小的特点，被广泛用于照明、背光源、信号指示、装饰和屏幕显示等领域，具有广阔的发展前景。世界各科技大国均对LED技术的研究展开了激烈的技术竞赛，我国已将LED照明技术的研究列入十二五规划、中长期科技规划等国家规划。LED芯片的输入功率70％会转变为热量，所以大功率LED芯片容易产生热量积聚，造成芯片结温过高导致光衰和寿命缩短。因此，目前迫切需要设计一种简单有效的散热技术，推动LED技术的发展。热管基于相变传热机理，因此相比普通的导热材料具有更强的导热能力，是高效的被动导热元件，其中微平板热管就是在电子技术的不断集成化的发展下催生出来的新型的热管技术，可以有效解决LED的热量积聚导致其寿命缩短的问题。
　　本论文针对10W的LED模组对微平板热管进行设计。采用硅片作为微平板热管的基板，Pyrex7740玻璃作为上盖板。在硅基板上刻蚀微沟道为工质的回流提供毛细牵引力，在玻璃盖板上腐蚀空腔作为工质蒸汽的流通通道。采用静电键合工艺将硅基板与Pyrex7740玻璃上盖板键合得到微平板热管。选择去离子水作为微平板热管的工质，设计搭建了灌封系统对微平板热管进行工质灌注与密封。
　　针对制作的微平板热管确定当量导热系数为评价其导热性能的标准。根据当量导热系数的计算公式，确定了需要测量的参数:微平板热管的输入功率、蒸发段的温度和冷凝段的温度。设计搭建微平板热管的测试系统，为了减少实验误差，将微平板热管的整个测试过程放在低真空环境中进行。该测试系统使用热流密度传感器来测量微平板热管的输入功率，使用热电偶采集蒸发段和冷凝段的温度，并对热电偶进行实验校准。
　　制定实验步骤，利用搭建的测试系统对制作的微平板热管进行测试实验。对得到的实验数据进行处理得到微平板热管的温升曲线和当量导热系数，对相同尺寸的硅片进行测试作为对比实验。利用测试系统中的图像采集功能记录微平板热管工作时工质的运动图像。根据测试数据和采集的图像讨论微平板热管的沟道形状、沟道长度、蒸汽腔深度对微平板热管导热性能的影响。实验和测试结果验证了所研制微平板热管的有效性，采用硅-玻璃制作的热管的当量导热系数最大可以达到硅的当量导热系数的10.7倍。