面向大功率LED微热管的灌封与测试研究

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LED被称为第四代照明光源,具有发光效率高以及节能环保等许多优点,应用前景十分广阔。自从白光LED技术取得巨大突破以来,LED照明逐渐进入千家万户,市场份额每年都在增加。但是越来越多的问题也随之浮现,其中散热是大功率LED器件应用的瓶颈,极大地制约了它的发展。如果LED芯片所产生的热量不能及时地散发出去,其使用性能会受到很大影响,例如发光谱线的红移,器件寿命的缩短以及光衰等。因此,如何对LED进行有效的散热是目前研究的重点。微热管通过工质的气液相变传热,相比现有的固体材料具有更强的导热能力,得到了越来越多的关注。随着电子行业的快速发展,集成化程度越来越高,基于硅基的平板微热管由于硅的加工工艺较为成熟,而且其导热系数较高以及扩散热阻较小,因此本文采用硅基微热管以解决大功率LED芯片的散热问题。本论文首先针对大功率LED的微热管进行灌封研究。通过对常用几种工质的物理性质和化学性质进行对比分析以及综合考虑,最终确定以去离子水作为微热管的工质。根据微热管传热性能的影响因素,结合微热管实际尺寸要求,设计了三种不同的灌封方法。对这三种不同灌封方法进行了灌注误差测量,分析了它们各自的优缺点,可根据微热管的结构尺寸以及实际使用需求选择合适的灌封方法,由此来保证微热管的灌封精度。微热管的密封亦在本论文中作了详细的描述。由于目前尚无商品化的微热管传热性能测试系统,因此根据研制微热管的工作原理以及传热方向,设计搭建了测试结构平台,能够适应横向和纵向传热的微热管,并为其性能测试提供了测试环境。分析了测试系统中不同热源对微热管传热性能的影响,减小了计算微热管评价标准时的误差。为提高系统采集温度的精度,本文采用金属探头型热电偶,并对其进行了温度标定。针对微热管传热性能的各种影响因素,进行了热性能测试,并对采集到的数据进行处理分析,得到微热管的温度-功率曲线图以及温升曲线图。计算微热管的导热系数和热阻,分析不同沟道形状、不同充液率、不同倾斜角度以及不同热源对微热管热性能的影响。最终通过实验测试验证了微热管梯形渐变沟道形状更有利于微热管的传热:微热管的最佳充液率为30%左右;不同的倾斜角度对微热管传热影响不同,90°倾斜角即蒸发段处于微热管下方时更有利于工质的回流,测得的导热系数更大;热源对于微热管性能测试也有影响,加热棒热源会有较大的功率损失,因此在选择热源时应慎重考虑。
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