LED模组用微热管结构设计及制作工艺

摘要

大功率LED作为一种固态光源，具有能效高，体积小等优点，是国家重点培育发展的战略性新兴产业。在现代社会中应用越来越广，可替代传统照明光源，还可以作为背光液晶显示和景观照明的光源，满足人们对生活品质的需要。大功率 LED具有出光效率高、能耗低、寿命长等优势，但是作为一种典型的电致发光的冷光源，LED芯片中60%以上的输入电能都转变成了热，并且LED芯片体积很小，热量的聚集导致结温过高，影响其发光质量和性能。因此对 LED器件进行热管理，合理设计散热结构，稳定控制结温，是制造高性能LED器件的关键技术。微平板热管是利用工质相变传热的高效被动传热器件，可以根据应用的需要制作成平板结构或圆柱结构，因此本论文采用其作为大功率LED的基板和传热器件，将LED芯片工作时产生的热量有效传递到环境中，避免结温过高的现象出现。目前将微平板热管用于LED器件的瓶颈在于微热管灌注的工质量很少，在热管的蒸发段容易产生干烧现象导致热管性能急剧下降。因此本文基于微平板热管导热原理，从工质存储区域改进和表面改性提高工质循环效率两方面开展了微平板热管传热性能改进研究。
　　本研究主要内容包括：⑴微平板热管主体为硅基板和玻璃盖板静电键合而成，硅基板上制作微沟道阵列作为吸液芯，提供工质流动的牵引力。为了减少蒸发段工质易干涸导致的热管性能下降，在硅基板蒸发段处设计并制作出蓄水池结构增强局部区域水膜停留能力，使得 LED模组在加大功率下工作时蒸发段无干烧现象。蒸发段蓄水池结构基于 MEMS制造工艺，结合体硅刻蚀的湿法-干法组合套刻技术，在延续微沟道阵列的基础上，改变了基板蒸发段深度。⑵研究了低表面能氟化物修饰微热管的玻璃盖板，利用氟硅烷修饰的疏水盖板，接触角可达116°，比未修饰玻璃表面提高近40°。疏水性表面能够提高工质液滴在盖板内表面的成长速度，进而快速落入基板的微沟道中重新进入工质的循环，增强微热管的传热速度和传输的最大功率。针对疏水层耐温限制，提出并实现了微热管主体的光刻胶密封，该方法具有胶层厚度可控的优点。对微热管测试表明，光刻胶密封可保证微热管的正常工作。⑶采用蠕动泵灌注法及负压通道量化灌注法，适用于不同内积微热管；工质中的沸腾核存在与否对于工质的气化有重要影响，因此本文也对添加 SiO2纳米颗粒的乙醇工质对热管传热性能的影响开展了初步研究，灌注了不同浓度纳米工质，为微热管性能改进提供实验依据。⑷利用测温平台对LED模组用微热管进行测试。测试结果表明，当输入功率从1W变化到7W时，蓄水池微热管蒸发段的最高温度为72oC，普通微热管的蒸发段温度为81 oC，说明蓄水池结构对于蒸发段导热能力的促进作用；疏水盖板的 LED模组用微热管相比于普通盖板的微热管，启动功率更低，并且当两种热管处于工作状态时，疏水盖板微热管平衡温度降低近20oC，当量导热系数最大可提高近1.5倍。输入功率10W时，两者平衡时间差近60s，疏水盖板热循环促进效果明显。

目录

声明

1绪论

1.1 LED散热技术简介

1.2微热管技术与其发展现状

1.3课题研究背景及来源

1.4本文主要研究内容

2 硅基蓄水池结构平板微热管研制

2.1硅基蓄水池平板微热管设计思想

2.2基板掩膜结构设计及

2.3玻璃盖板制作及分析

2.4 硅基蓄水池平板微热管

2.5 本章小结

3 氟硅烷修饰盖板的微热管性能影响研究

3.1 改性疏水盖板研究及实现工艺

3.2 硅基板双面结构设计及制作

3.3 疏水盖板与硅基板的光刻胶封装

3.4 胶接微热管的可靠性

3.5 本章小结

4硅基微热管的微量灌注及封装

4.1 微热管灌封机理

4.2微热管灌封系统

4.3 SiO2纳米工质探索

4.4 本章小结

5 改进微热管热性能测试及结果分析

5.1 微热管测温系统及原理

5.2 改进微热管的热性能测试

5.3 纳米工质对微热管的热

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢