基于均热板的一体式散热器及其应用于大功率LED热管理

为了有效的解决大功率电子元器件的散热问题,本文提出并设计制造出一种基于均热板的一体式散热器(Integrated heat sink with vapor chamber,IHSVC),并将其应用于大功率LED热管理。由于该IHSVC集成了均热板,所以使得LED芯片产生的热量能够迅速被均热板传导出并最终通过翅片散发到周围环境中,此外与基于均热板的分离式散热器相比,该IHSVC由于将均热板与散热器融为一体而消除了接触热阻从而提升了整体的散热效果。实验结果表明,采用IHSVC对大功率LED进行热管理时,整个LED工矿灯具更优异的热性能进而增强了其光学性能。首先,研究IHSVC中均热板的吸液芯毛细综合性能,本文采用三刃锥度刀在铝板上通过微铣削方法加工出交错互通微沟槽的毛细吸液芯结构,分别采用强制对流法及红外热成像法来分析该吸液芯的渗透率性能与毛细上升性能,并建立起毛细性能综合评价参数K·△P_(cap)以选择出较为合理的IHSVC内部吸液芯加工参数;研究表明加工深度及间距对毛细性能有影响,毛细力及渗透率共同决定毛细性能。然后,制造出具有上述沟槽结构的IHSVC并将其应用于LED工矿灯热管理;制作出基于IHSVC的LED工矿灯(简称IHSVC灯),进而通过与基于传统商用散热器的LED工矿灯(简称CHS灯)的对比实验来测试两种灯的光热性能,实验主要包括温升实验测试与光学实验测试。温升实验测试指标包括:节温、热阻、均温性;光学实验指标包括:光通量与光效。经过实验结果数据对比进行分析发现,IHSVC灯的热性能与光学性能均优越于CHS灯。最后,建立起基于IHSVC与CHS的LED工矿灯热设计模型,利用专业的热仿真软件Icepak对模型进行热仿真,发现仿真结果与实验数据基本吻合,表明该Icepak模型可应用于LED的热设计,并基于此模型探讨环境温度对工矿灯的影响。