大功率LED平板热管散热系统的性能研究

发布时间：2017-07-08 09:15

  本文关键词：大功率LED平板热管散热系统的性能研究

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【摘要】：随着集成电子封装技术的发展,以LED为代表的功率型芯片向高功率、小型化发展,导致芯片的热流密度和表面温度越来越高,严重影响着器件的稳定性、可靠性,所以散热问题已成为了制约LED发展的重要因素之一。针对LED芯片的散热和温度均匀性问题,本文设计了一种新型的平板热管,其特色是对其蒸发面和冷凝面分别进行超亲水和超疏水的改性,使蒸发面液体工质分布均匀,减少液膜厚度,同时加快冷凝工质的回流速度,在强化平板热管轴向传热的基础上,提高其径向传热能力,设计实验测试平台,对影响平板热管性能的关键参数进行了研究,重点关注了充液率和真空度对平板热管性能的影响,并设计了对比实验,对比分析了自然对流散热系统、强制对流散热系统、平板热管复合散热系统的散热性能。具体研究内容与结论如下：1.以紫铜作为基底材料,分别采用氧化-脱水法和自组装法对其表面进行改性,经改性后的铜板表面分别附有一层具有亲水性、疏水性的的氧化物薄膜,利用扫描电子显微镜对其微观形貌进行表征和接触角测量仪对宏观接触角进行测定,结果显示,改性后铜板表面的接触角分别达到了9.3°和151°,并且改性后的表面稳定性良好；2.设计了一套平板热管性能测试装置,并对影响平板热管工作性能的两种重要参数充液率和真空度进行了研究,分别得出了影响规律：随着充液率的增加,平板热管的轴向热阻小幅上升,但充液率对径向热阻的影响不大；随着腔体压力的降低,平板热管的轴向热阻和径向热阻均有所下降,腔体压力低时,其工质对应的起始沸点低,平板热管稳定工作对应的输入功率相对较低,但同时极限输入功率也相对较低；3.分别对自然对流散热系统,强制对流散热系统和平板热管复合散热系统进行实验研究,得出了各种散热方式的极限散热功率,并利用热线型法和热阻分析法横向对比分析了各散热系统的性能。结果表明：复合平板热管后散热系统的传热性能有所提升,其中平板热管-强制对流复合散热系统的散热性能最佳,其所能满足的极限芯片功率为55W,而仅使用风扇的强制对流换热系统的散热极限为47W；使用铝制散热器的自然对流散热系统的散热极限为21W,平板热管-自然流对复合散热系统的散热极限为31W。本文针对平板热管蒸发面、冷凝面的表面改性的处理方案为平板热管的设计、结构优化提供了新思路,对平板热管散热系统的传热特性和应用的研究丰富了LED芯片热管理的应用体系,为以LED芯片为代表的功率型芯片的热设计提供了新方案。
【关键词】：LED 平板热管 传热性能 散热技术 表面改性
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN312.8
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第一章 绪论14-29
• 1.1 引言14
• 1.2 LED的发展现状及散热问题14-16
• 1.3 LED散热技术研究现状分析16-22
• 1.3.1 自然对流散热技术16-18
• 1.3.2 强制对流散热技术18-19
• 1.3.3 液体冷却散热技术19-20
• 1.3.4 热电制冷散热技术20-21
• 1.3.5 热管散热技术21-22
• 1.4 平板热管散热技术22-27
• 1.4.1 平板热管的加工工艺的研究现状23-24
• 1.4.2 吸液芯结构的研究现状24-26
• 1.4.3 平板热管的传热性能研究26-27
• 1.5 本文研究目标及研究内容27-29
• 1.5.1 课题来源27
• 1.5.2 本文研究目标27-28
• 1.5.3 研究内容28-29
• 第二章 平板热管的理论分析29-37
• 2.1 引言29
• 2.2 平板热管的理论分析29-31
• 2.2.1 平板热管内部的毛细力平衡29
• 2.2.2 管内蒸汽和液体的流动29-30
• 2.2.3 气液交界面的压差与质量流量间的关系30-31
• 2.2.4 热流量与质量流量的关系31
• 2.3 热管的传热极限31-33
• 2.4 平板热管的热阻分析33-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 平板热管的设计与加工制作37-50
• 3.1 引言37
• 3.2 管材选定37-38
• 3.3 铜基底亲水性薄膜的制备38-42
• 3.3.1 铜板前处理39
• 3.3.2 制备方法39-40
• 3.3.3 表面微观形貌表征和接触角测定40-41
• 3.3.4 亲水性薄膜强化传热分析41-42
• 3.4 铜基底疏水性薄膜的制备42-46
• 3.4.1 制备方法43-44
• 3.4.2 表面微观形貌表征和接触角测定44-45
• 3.4.3 超疏水表面强化传热分析45-46
• 3.5 平板热管的封装46-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第四章 平板热管的传热性能研究50-66
• 4.1 引言50
• 4.2 实验测试系统50-54
• 4.2.1 实验台介绍50-52
• 4.2.2 实验步骤52-53
• 4.2.3 实验误差与不确定性分析53-54
• 4.3 铜板均热器的传热性能分析54-55
• 4.4 平板热管传热性能分析55-64
• 4.4.1 充液率对平板热管传热性能的影响55-63
• 4.4.2 真空度对平板热管传热性能的影响63-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第五章 LED平板热管散热系统的性能研究66-75
• 5.1 引言66
• 5.2 LED自然对流散热系统的性能研究66-67
• 5.3 LED强制对流散热系统性能研究67-69
• 5.4 LED平板热管复合散热系统性能研究69-72
• 5.5 三类散热系统的性能对比72-73
• 5.5.1 不同散热系统的芯片温度对比72-73
• 5.5.2 不同散热系统的热阻分析73
• 5.6 本章小结73-75
• 结论与展望75-77
• 参考文献77-83
• 攻读学位期间发表的论文83-85
• 致谢85

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本文编号：533888