發(fā)布時(shí)間：2020-09-02 16:53

　　 LED具有發(fā)光效率高、壽命長、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),正在逐步取代傳統(tǒng)光源。由于約70%的輸入功率會轉(zhuǎn)化成熱、存在熱斑問題以及僅能單方向傳熱,結(jié)溫升高會引起發(fā)光特性的改變和縮短使用壽命。對于1瓦至數(shù)十瓦的大功率LED,其輸入功率增大,發(fā)熱引起的問題更為顯著。針對大功率LED需要高效散熱的問題,研究基于相變傳熱原理微槽平板熱管來替代傳統(tǒng)散熱基板,能夠控制結(jié)溫的升高。微槽平板熱管由硅片上的微槽道提供工質(zhì)運(yùn)動的動力,工質(zhì)的氣液兩相流動規(guī)律與微槽道結(jié)構(gòu)的關(guān)系目前尚不明晰;在微熱管的制作過程中,由于其內(nèi)積僅為60～100μL,精確的工質(zhì)灌注難以保證;此外,由于微熱管尺寸較小,需要研究新方法以準(zhǔn)確快速地測量微熱管的性能。針對微槽平板熱管在以上設(shè)計(jì)、制作和測試中仍存在不足的問題,本文對微槽群結(jié)構(gòu)平板熱管的設(shè)計(jì)和改進(jìn)、微升量級工質(zhì)的灌注和密封、傳熱特性的測試等開展研究。主要內(nèi)容如下:(1)基于MEMS加工工藝,設(shè)計(jì)和制作了亞微米級的微槽群結(jié)構(gòu)。為強(qiáng)化微槽毛細(xì)牽引力并快速帶走熱源的熱量,以三角形/矩形微槽結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),采用MEMS加工工藝,制作了梯形、分段平行、電鑄銅柱等多種微槽群結(jié)構(gòu),闡述了工藝制作過程和微槽平板熱管散熱基板的封接方法。通過數(shù)值仿真,對微槽平板熱管內(nèi)部的壓力和溫度變化以及工質(zhì)流動特性進(jìn)行研究,結(jié)果表明沿軸向形成壓力梯度有助于強(qiáng)化傳熱,并且最佳灌注率約為40%。(2)研究了微槽平板熱管的精確灌注方法。微槽平板熱管的工質(zhì)灌注量小于100μL,負(fù)壓下的流速和壓力出現(xiàn)震蕩,使得灌注量精度難以控制。通過對工質(zhì)流動特性的仿真分析,提出“蠕動泵緩沖-隔離式工質(zhì)灌注”的方法,減小了壓力變化引起的不連續(xù)氣塞-液塞流,實(shí)現(xiàn)工質(zhì)的精確分配和灌注,灌注的最大偏差為1.2μL。(3)針對聚合物密封微熱管會因材料的真空放氣產(chǎn)生不凝性氣體而降低傳熱性能,同時(shí)易形成密封凸點(diǎn)不利于集成制造和應(yīng)用的問題,提出基于低熔點(diǎn)合金的密封方法。結(jié)合低熔點(diǎn)合金的冷膨脹性能,設(shè)計(jì)了輔助密封溝道,控制基板的溫度梯度,實(shí)現(xiàn)低熔點(diǎn)合金在溝道內(nèi)的定點(diǎn)冷凝,利用低熔點(diǎn)合金凝固后與溝道壁面產(chǎn)生的膨脹力,實(shí)現(xiàn)可靠密封。由于密封點(diǎn)均在微熱管內(nèi)部,因此采用該方法封裝的熱管表面無凸起。結(jié)合“蠕動泵緩沖-隔離式工質(zhì)灌注”和低熔點(diǎn)密封,形成灌封工藝新方法,為微槽平板熱管散熱基板的集成制造提供基礎(chǔ)。(4)研制了微槽平板熱管熱性能測試系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)研究了微槽尺寸和灌注率等熱管參數(shù)、傾斜角和熱負(fù)載等工況對其性能的影響。針對接觸式熱電偶傳感器不易布置于LED模組表面以及存在熱平衡延時(shí)會影響微槽平板熱管傳熱特性測試的問題,設(shè)計(jì)了適用于微槽平板熱管的非接觸紅外測溫裝置,通過環(huán)境溫度補(bǔ)償修正了 LED輻射熱引起的溫度漂移,通過發(fā)射率修正提高了測溫精度。并研究了靜態(tài)和動態(tài)特性,結(jié)果顯示測溫精度為1.5 ℃、達(dá)到穩(wěn)定值95%的響應(yīng)時(shí)間約為30ms,為傳熱特性的動態(tài)分析提供了基礎(chǔ)。(5)研究了灌注率、微槽結(jié)構(gòu)尺寸、工作傾斜角等因素對傳熱特性的影響。根據(jù)不同灌注率的測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制溫度等高線圖,并結(jié)合數(shù)值仿真結(jié)果,探究了微槽平板熱管的最佳灌注率。微槽結(jié)構(gòu)尺寸、熱負(fù)載和傾斜角等影響因素的對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,提高微槽結(jié)構(gòu)的深寬比有助于工質(zhì)回流,傳熱能力明顯提高;集成了放射形結(jié)構(gòu)散熱基板的大功率LED模組平衡溫度約為40℃,平衡時(shí)間約為60s,實(shí)現(xiàn)了對大功率LED結(jié)溫的有效控制。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM923.34
【部分圖文】：

照明列入十二五規(guī)劃、中長期科技規(guī)劃等國家規(guī)劃［５；６］。根據(jù)美國能源信息署（Ｕ．ＳＥｎｅｒｇｙ逡逑Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，邋ＥＩＡ）的２０１６年固態(tài)照明研宄與發(fā)展計(jì)劃報(bào)告［７］，ＬＥＤ照明逡逑的發(fā)光效率已達(dá)１００邋ｌｍ／Ｗ以上，預(yù)計(jì)２０２５年超過２５０邋ｌｍ／Ｗ，如圖１．１所示。因此，逡逑ＬＥＤ照明被認(rèn)為是本世紀(jì)最有可能替代傳統(tǒng)照明的新光源，[詰吞季煤妥試唇讜夾灣義仙緇岬姆⒄咕哂兄匾鉸砸庖�。辶x希玻擔(dān)板澹�、辶x希咤澹玻埃板義希懾�？？？？？？辶x希保保埃埃齲桑模常媯洌蹋疲眨罰福В睿簀義希В恚恚殄危殄義希玻埃保板危玻埃保靛危玻埃玻板危玻埃玻靛義賢跡保卞澹蹋牛撓胂鐘泄庠吹墓廡Ф員齲郟罰蒎義希疲椋紓保卞澹茫錚恚穡幔潁椋螅錚鑠澹錚駑澹蹋牛膩澹幔睿溴澹椋睿悖酰恚猓澹睿翦澹歟椋紓瑁翦澹螅錚酰潁悖邋澹澹媯媯椋悖幔悖椋澹簀義希卞澹義

本文編號：2810857