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基于电铸工艺的平板微热管研制

刘继光  
【摘要】:LED具有节能、环保、寿命长等特点,被广泛引用于照明、光源、显示等领域,它具有广泛的应用前景。但是,LED的结温和热阻制约它的发展,随着结温的升高,LED芯片的发光效率会下降,所以解决LED结温和热阻是其发展的瓶颈。微热管具有高效传热、均温性好和低热阻等优点,它为解决结温和热阻制约大功率LED发展这一难题提供了依据。正因为微热管能够高效传热、均温性好,所以它不但能够解决大功率LED的散热问题,而且能够解决目前电子芯片散热领域中的高热流密度的散热问题。本文研制了一种基于硅基板的铜微热管,该微热管采用电铸的方法直接在硅基底上生长铜的微沟道,并用铜片盖板封接和真空灌注工质,得到硅-铜微热管。硅-铜微热管的整体尺寸为45×16×3mmm3,微热管的工作截面积为9×35 mm2。这种制作热管的方法在铜微热管与硅基板之间没有界面,不需要导热胶和粘接剂,没有热阻较大的界面热阻,器件的整体热阻小;也不存在由于胶干涸导致的热传导能力突降,因此,传热稳定,能够提高器件的可靠性和寿命。本文中在制作硅-铜微热管的过程中发现,由于硅和铜的热膨胀系数相差一个数量级,在采用钎焊的方式封接微热管之后,微热管会发生变形,甚至铜微热管从硅基板翘起。本文采用两种方法解决该问题,第一种是:采用有机硅粘接密封胶封接微热管。第二种是:改变微热管内部铜沟道的结构,将直线型的微沟道改为回字型的微沟道。本文对两种结构的硅-铜微热管的传热性能进行了测试,从第五章测试结果中可以得到,直线型结构的微热管的当量导热系数为k1=1.06×103W/(m·K),回字型结构的微热管当量导热系数为k2=1.30×103W/(m·K)。由测试结果得到,回字型结构的硅-铜微热管传热性能优于直线型结构的微热管。硅-铜微热管的导热系数和铜的导热系数(0.4×103W/(m·K))相比较,硅-铜微热管具有良好的传热性能。本文采用电铸铜柱的方法在硅槽道中电铸铜柱的微结构,提高了硅沟道水平方向和竖直流动方向的毛细牵引力,从而提高了硅-玻璃微热管的热输运能力,因此,此方法能够改进硅-玻璃微热管的传热性能。从第五章的测试结果中可以看到,经过电铸微结构的硅-玻璃微热管的传热性能明显提高了。此方法不同于一般的表面改性方法,电铸微结构不容易脱离,可靠性较高。


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