集成微熱管的LED硅基板研制.pdf

1、全球能源短缺的憂慮再度加劇，節(jié)能減排是我們面臨的重要問題。發(fā)光二級管(LED)作為一種新型半導體固態(tài)冷光源在照明領域逐步推廣，并以其節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢為大家熟知。然而，在現有研究水平下，只有15-30％的輸入功率轉化為光能，其余均轉化為熱量，造成LED芯片的結溫升高，使得發(fā)光譜線漂移、光衰提早、壽命縮短。因此提高散熱效率并實現結溫穩(wěn)定控制，是大功率LED器件設計和制造中的關鍵問題。
　　硅的導熱系數較高且加工工藝成熟，是目前LED模

2、組基板材料的發(fā)展趨勢之一。微熱管采用相變傳熱的原理具有很高的導熱系數，因此本文中集成熱管的LED硅基板模組探索了一種高效散熱新方法以減小從芯片到環(huán)境的熱阻，將平板槽道微熱管和蒸汽腔微熱管集成于硅基板上，減少了熱界面。本文針對3-10W不同功率的LED模組，采用MEMS加工工藝在硅基板兩面分別加工微槽道和LED電極，與具有蒸汽腔的Pyrex7740玻璃蓋板或鋁翅片鍵合形成集成微熱管的LED硅基板本體結構。對微熱管抽真空后灌注一定量除氣后的

3、去離子水作為工質后，采用導電銀漿將1W的LED芯片固晶到LED硅基板的基座上，并采用超聲引線的方法，用金線實現芯片和電極連接。對研制的硅基板分別在真空絕熱環(huán)境中和大氣環(huán)境中進行導熱性能測試，實驗表明集成微熱管的LED硅基板均能實現有效散熱，梯形結構平板槽道微熱管導熱系數較硅提高5.65倍。
　　為研究微槽道結構尺寸和表面能對平板槽道微熱管性能的影響，改變硅基微槽道形狀，設計了梯形和側壁二級結構。接觸角測量表明，采用兩種結構微槽道比

4、平行槽道更親水，導熱性能測試表明兩種結構槽道微熱管與同尺寸平行槽道微熱管的當量導熱系數分別提升了18.52-151.83％和7.71-9.62％。采用電鑄銅柱和沉積石墨烯改性硅微槽道特性。其中，電鑄銅柱提高了槽道的親水性，電噴霧沉積的片狀石墨烯使槽道疏水。導熱性能測試發(fā)現銅柱改性后的平板槽道微熱管以蒸汽腔方式工作，而石墨烯改性后的平板槽道微熱管比同尺寸未改性微熱管的穩(wěn)定溫度降低了4.87％。此外，電鑄工藝在硅基板上加工的銅微槽道比同尺寸