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(dǎo)體固態(tài)冷光源在照明領(lǐng)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(xiàn)有研究水平下，只有15-30％的輸入功率轉(zhuǎn)化為光能，其余均轉(zhuǎn)化為熱量，造成LED芯片的結(jié)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(xiàn)結(jié)溫穩(wěn)定控制，是大功率LED器件設(shè)計和制造中的關(guān)鍵問題。
　　硅的導(dǎo)熱系數(shù)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(dǎo)熱系數(shù)，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(jié)構(gòu)。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(zhì)后，采用導(dǎo)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(xiàn)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(jìn)行導(dǎo)熱性能測試，實驗表明集成微熱管的LED硅基板均能實現(xiàn)有效散熱，梯形結(jié)構(gòu)平板槽道微熱管導(dǎo)熱系數(shù)較硅提高5.65倍。
　　為研究微槽道結(jié)構(gòu)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(shè)計了梯形和側(cè)壁二級結(jié)構(gòu)。接觸角測量表明，采用兩種結(jié)構(gòu)微槽道比

4、平行槽道更親水，導(dǎo)熱性能測試表明兩種結(jié)構(gòu)槽道微熱管與同尺寸平行槽道微熱管的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)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(dǎo)熱性能測試發(fā)現(xiàn)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