【摘 要】
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随着大区域照明领域的发展以及发光二极管（LED）制造工艺技术的进步,市场上的LED芯片功率越来越大,而体积却越来越小,这导致了更高的热密度,传统的散热方式无法支持LED芯片在大功率下工作,因此对LED芯片的散热有更高的要求。本文提出一种陶瓷基板/芯片界面水冷结构,将微流道集成在LED芯片封装中,通过数值模拟研究了散热性能理论,并且通过实验详细研究了各种情况下陶瓷基板/芯片界面水冷结构的散热性能,证
【基金项目】
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国家重点研发计划《Micro-LED显示器件性能测试、优化与系统集成应用》,项目编号No.2021YFB3600205； 国家自然科学基金项目《聚合物界面微观扰动电场诱导微纳结构成形制造机理研究》,项目编号No52075186； 广东省科技计划项目《硅基AlGaN垂直结构近紫外大功率LED外延、芯片与封装研究及应用》,项目编号No
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随着大区域照明领域的发展以及发光二极管（LED）制造工艺技术的进步,市场上的LED芯片功率越来越大,而体积却越来越小,这导致了更高的热密度,传统的散热方式无法支持LED芯片在大功率下工作,因此对LED芯片的散热有更高的要求。本文提出一种陶瓷基板/芯片界面水冷结构,将微流道集成在LED芯片封装中,通过数值模拟研究了散热性能理论,并且通过实验详细研究了各种情况下陶瓷基板/芯片界面水冷结构的散热性能,证明所提出的散热结构极大的提升了LED芯片的散热性能,使LED芯片可以在大功率情况下正常使用。本文的主要研究内容如下:（1）芯片级水冷结构建模与散热性能研究研究了两种常规的外置散热器冷却结构的散热性能,证明外置散热器冷却结构因线路板层低导热性的限制难以发挥最佳的散热性能,进而提出三种封装集成微流道冷却结构,通过模拟的方法研究分析三种结构的散热性能及其原因,确定最优结构为陶瓷基板/芯片界面水冷结构,相比自然对流散热结构,LED芯片温度降低74%。（2）陶瓷基板/芯片界面水冷结构的优化通过模拟分析陶瓷基板/芯片界面水冷结构的流道存在的结构问题,提出三种优化结构,研究器件稳态温度及内部流场分布,分析三种优化后流道结构的散热性能及其原因;搭建实验平台,通过实验的方法确定模拟仿真的精确度,并最终确定一种最优流道结构,即陶瓷基板/芯片界面蛇形流道水冷结构,相比未优化的流道结构,LED芯片温度降低20%。（3）陶瓷基板/芯片界面水冷结构散热性能研究详细研究最优微流道结构的各项散热性能,包括不同流量、不同流体温度、不同环境温度、不同流体工质及不同功率下的散热性能分析,以及研究分析了此散热结构器件的光性能。
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