硅基微熱管傳熱性能優(yōu)化及其應(yīng)用.pdf

1、高功率LED可以在車頭大燈、街燈、室內(nèi)照明和景觀燈等場合應(yīng)用，具有驅(qū)動電壓低、體積小、壽命長以及能效高等優(yōu)勢，是很有前景的人工光源。但是現(xiàn)有研究水平下，其70％-85％的輸入電能都轉(zhuǎn)化為了無用的熱，加之LED芯片體積很小，依靠自身散熱困難，導(dǎo)致其結(jié)溫升高，進而影響其壽命和可靠性。因此，大幅度提高LED散熱速度，是高功率LED廣泛使用過程中亟需達到的目標。
　　平板微熱管和均熱板是一類基于氣液兩相流的被動傳熱器件，近年來被用于控制L

2、ED器件的結(jié)溫方面。但是這類器件的微小化也為其制造帶來困難。另一方面，由于微器件的尺度效應(yīng)，表面特性對其傳熱性能影響增強。本文采用硅作為LED和平板微熱管集成制造中的基板材料，Pyrex7740玻璃與硅基板靜電鍵合實現(xiàn)微熱管的封接。硅基板的一側(cè)是刻蝕的溝道，起到吸液芯的作用;另一側(cè)是LED芯片的固晶電極，由此實現(xiàn)LED和微熱管的一體化。為了提高微熱管的傳熱性能，采用了貝殼型蓋板和在溝道表面沉積石墨烯兩種優(yōu)化方法。其中貝殼型蓋板可縮短液態(tài)

3、工質(zhì)從凝結(jié)到落回溝道的時間，而石墨烯改性的表面具有疏水性，選擇性在熱管的冷凝段沉積石墨烯，可促進熱管工質(zhì)的循環(huán)。本文還針對3W LED模組，設(shè)計并制造了集成LED芯片和熱沉的均熱板。
　　搭建了測試平臺對研制的傳熱器件進行傳熱能力測試，其中微熱管使用恒溫水作為冷卻裝置，測試環(huán)境為真空。測試結(jié)果表明，當輸入功率從1W變化到5W時，貝殼型蓋板微熱管蒸發(fā)段的溫度總是低于平蓋板微熱管的，當輸入功率為5W時，貝殼型蓋板微熱管的蒸發(fā)段溫度比平

4、蓋板微熱管的低7.8℃;沉積石墨烯微熱管的蒸發(fā)段溫度比無石墨烯微熱管的蒸發(fā)段溫度低7.3℃。
　　所設(shè)計制造的集成均熱板尺寸為28.0mm×14.60mm×7.3mm，重量不超過5g，使用測試平臺對其進行散熱性能測試，在室溫為20℃，無強制風冷條件下，僅依靠集成的熱沉來散熱。測試結(jié)果表明，其垂直熱阻可以達到小于1℃/W，輸入功率為3W時，芯片附近最高溫度可控制在65℃以下，實現(xiàn)了對3W高功率LED模組的有效散熱，
　　綜上所