功率器件的散热问题成为制约该类产品发展的瓶颈,热积聚会改变元器件的工作条件,影响其产品性能,降低可靠性,缩短使用寿命。以大功率LED为例,它作为第四代固态光源,目前的光效率能达到40%,在照明和显示领域崭露头角,是国家节能减排重点推广的产品。针对LED芯片和器件的基础研究在各高校及企业研究机构开展,散热是其中重要的研究内容。目前主流的散热方法主要有风冷、水冷等,还有应用气液二相转换的相变制冷方法和热电制冷,其中微热管技术是一种融合相变制冷和材料导热特性,散热功率超过100W/cm2的高效被动散热方法,无需额外能量的输入,外形可根据应用需要设计成平面或圆柱面等形式,传热方向可设计为水平和垂直方向,因此结构简单且适用性广,本论文拟将金属微热管与LED芯片集成,将硅基板同时作为LED的固晶基板和热管的吸液芯基板制备模组,实现LED器件使用过程中的有效散热。但是在微热管应用中需要考虑其与LED的集成,因此将热管结构进行微型化和平板化设计,从热管结构、真空度和工质灌注比等方面提高热管的传热性能是本论文的重点研究内容。首先基于表面张力和毛细力对微热管中起吸液芯作用的铜微沟道进行数值计算和仿真分析,结果表明,较小结构线宽能够提供较大的工质回流拖拽力,因此在工艺允许的范围内,设计尽可能窄的沟道;壁面边界层对工质的吸附作用不可忽视。开展了微热管制作工艺研究结合光刻和电铸工艺以及微热管中工质的灌注量,确定微沟道的宽度50μm,沟道间隔从50μm到200μm。根据热流方向差异分为两类:横向传热的微热管(Micro heat pipe,MHP),设计硅基板结构形式包括均匀的平行沟道和非均匀的梯形沟道;纵向传热的微热管,也称为微均热板(Micro vapor chamber,MVC),硅基板结构形式包括平行沟道、同心圆沟道和放射形沟道。硅-铜微热管的基板的制作工艺采用光刻SU-8胶制作电铸型模并在其中微电铸铜制作吸液芯结构,提供工质循环的拖曳力。铜盖板具有蒸汽腔和导流槽,采用套刻和湿法腐蚀工艺制作。之后不同结构的基板与铜盖板封接并灌封工质完成热管制作。在工艺上,从型模深宽比、电流密度、铸液成分、添加剂等方面控制电铸参数,得到高度为120μm,片内误差小于10μm的致密铜结构。盖板与基板采用胶接的形式进行封装,封装空气腔容积在100~200μL范围内,为了控制微小量灌注精度,针对不同微热管分别采用真空冷焊法和蠕动泵灌注法,工质的灌注精度高,误差低于5%。对研制的微热管传热性能进行测试,采用温度测试平台采集微热管在真空环境的受热参数,得到温度随时间的变化曲线,通过对不同微热管的时-温曲线分析可以得到微热管的热性能状态。测试结果显示,占空比小的结构具有较优的传热效果,铜材料本身的导热性能低于相变传热的效率;梯形沟道提供了不均衡的毛细压力,采用合适的布置方式可以增强蒸发段与冷凝段压差,有利于工质回流;平行沟道微均热板的均温效果优于同心圆和放射形沟道均热板;充液率30%时散热效果最稳定,降温效果最好;封装盖板对于微均热板的性能也有影响,平行沟道盖板结构的导流效果好于矩阵和点阵结构,而平行盖板与同心圆基板的配合产生极其优异的降温效果,7W输入功率时的平衡温度不高于30℃。通过上述对硅-铜微热管的理论与实验研究,提高了LED模组的传热效果,为大功率LED器件的散热提供了一种可行的解决方案,根据实际工况的限制条件修改热管的规格参数,能够适应更多功率器件散热要求。