本項目旨在開發(fā)功率型 LED 系統(tǒng)多級熱管理模塊化技術(shù)及
實現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。項目結(jié)合研發(fā)團隊多年積累的 LED 封裝、熱管理等前期研究工作，針對當(dāng)前 LED 散熱技術(shù)導(dǎo)熱差、高熱阻、傳熱效率低問題，從熱的產(chǎn)生、傳遞和散發(fā)3 個環(huán)節(jié)出發(fā)，提出綜合解決方案........
源危機、溫室效應(yīng)以及生態(tài)環(huán)境的日益惡化讓人們意識到能源獲取方式的改變和提高能源利用率的重要性。在世界電力的使用結(jié)構(gòu)中，發(fā)達國家照明耗電大體占全國發(fā)電總量的 20%-25%，并且自 1990 年以來照明用電以每年 15%的速度增長；而我國發(fā)電總量為 34334 億度，其中照明用電約 4000 億度，占電力總消耗的 12%，占能源消耗的 5.9%，且每年以 5-10%速度增長。據(jù)我國專家預(yù)測，到 2015 年，我國照明用電量將達到 6000 億度。由此可知，照明節(jié)能需求成了各國政府必須面對的重要問題。在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020 年）》中，將高效節(jié)能、長壽命的半導(dǎo)體照明列入第一重點領(lǐng)域（能源）的第一優(yōu)先主題（工業(yè)節(jié)能），在國內(nèi)外引起廣泛關(guān)注。2008 年 12 月 30 日。國家發(fā)改委頒布《珠江三角洲地區(qū)改革發(fā)展規(guī)劃綱要（2008-2020）》，綱要中提出的規(guī)劃指導(dǎo)思想為廣東的 LED 高效照明產(chǎn)業(yè)指明了方向：如大力發(fā)展包括半導(dǎo)體照明在內(nèi)的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)；改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，打造包括中山燈飾在內(nèi)的區(qū)域品牌。“十一五”期間，LED 照明就已成為我國重點扶持與優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，支持力度不斷加大。2005 年，國家發(fā)展改革委發(fā)布的《節(jié)能中長期專項規(guī)劃》中，明確規(guī)定綠色照明工程為十大重點節(jié)能工程之一：如倡導(dǎo)采用大宗采購、需求側(cè)管理和合同能源管理等機制推廣高效照明產(chǎn)品；選擇試點城市照明節(jié)電改造示范；城市高效節(jié)能夜景照明系統(tǒng)改造示范；推廣使用 LED 交通信號燈等。半導(dǎo)體照明技術(shù)與產(chǎn)業(yè)正在成為第三代半導(dǎo)體技術(shù)和整個光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的切入點和突破口。
LED（Light Emitting Diode）基于其電子空穴復(fù)合的發(fā)光機理具有很高的電-光轉(zhuǎn)換效率，理論上可達 100%。自二十世紀(jì) 50 年代發(fā)展至今，LED 的發(fā)光波長從紅外擴展到可見光、紫外波段，特別是以 GaN 基功率型 LED 為核心的半導(dǎo)體照明光源，被認為是繼白熾燈和熒光燈之后的第三代照明光源， 成為世界各國光電子領(lǐng)域的研究熱點之一。與傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈相比，LED 具有高亮度、低能耗、長壽命、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、平面化、重量輕、方向性好、響應(yīng)快、綠色環(huán)保、無輻射和耐各種惡劣條件等優(yōu)點。因此，將 LED 應(yīng)用于照明可獲得顯著的節(jié)能效果，有效緩解當(dāng)前能源緊張的局面。同世界其他國家一樣，從2002 年開始，在中國國家半導(dǎo)體照明工程的推動下，基于大功率白光 LED 的半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，逐步進入傳統(tǒng)照明的各個應(yīng)用領(lǐng)域。主要包括：手機的背光屏及大中尺寸的電視和液晶顯示器背光源、大型廣告牌、標(biāo)志牌和顯示屏、交通信號燈、路燈、景觀照明和特種照明等。與傳統(tǒng)光源一樣，LED 在工作期間也會產(chǎn)生熱量，其發(fā)熱程度取決于整體的發(fā)光效率。在外加電能作用下，電子和空穴的輻射復(fù)合發(fā)生電致發(fā)光，在 P-N結(jié)附近輻射出來的光還需經(jīng)過芯片本身的半導(dǎo)體介質(zhì)和封裝介質(zhì)才能抵達外界空氣）。綜合電流注入效率、輻射發(fā)光量子效率、芯片外部光取出效率等，最終大概只有 30-40% 的輸入電能轉(zhuǎn)化為光能，其余 60-70% 的能量主要以非輻射復(fù)合發(fā)生的點陣振動的形式轉(zhuǎn)化熱能，這些熱量直接影響著器件的可靠性和使用壽命等，在大功率器件中表現(xiàn)尤為明顯。因此，熱管理技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用是大功率、高亮度 LED 應(yīng)用的重要課題，也是燈具可靠性和使用壽命方面亟需解決的首要問題。由此可見，針對當(dāng)前 LED 散熱存在的諸多問題，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的，先進、有效的大功率 LED 熱管理技術(shù)是 LED 產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展、技術(shù)水平不斷提升的重要途徑，也是 LED 產(chǎn)業(yè)升級和國際化發(fā)展的迫切需要，對帶動整個產(chǎn)業(yè)進步具有重要意義。
在廣東省廣州市，作為中國的南大門及國家中心城市，一直處于改革開放的前沿。2011
年廣州市政府即提出未來５年，廣州市將從戰(zhàn)略性主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展資金中每年安排１億元用于扶持ＬＥＤ戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，今后５年將對中心城區(qū)逾１１萬盞市政路燈進行ＬＥＤ路燈節(jié)能改造的宏偉目標(biāo)。2013 年，廣州光谷的建成，囊括全國甚至全球 LED 及照明行業(yè)龍頭企業(yè)，重點發(fā)展光照明、光顯示、光服務(wù)、光影像、光生醫(yī)、光能量、光稀土、光通訊等八大技術(shù)領(lǐng)域，力爭將“廣州光谷”建設(shè)成為國際光產(chǎn)業(yè)的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)中心，形成全球性的光產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)和光產(chǎn)業(yè)國際樞紐。而在，2012 年，廣州市政府出臺《中共廣州市委、廣州市人民政府關(guān)于推進科技創(chuàng)新工程實施意見》（穗字[2012]18 號）文件，明確科技創(chuàng)新工程的主要任務(wù)包括“加快建設(shè)光電子與納米材料、發(fā)光材料與器件……等一批國家級重點實驗室……為企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新提供支撐”以及“加強國際科技交流合作……加快廣州國際科技合作交流中心……等一批國際科技合作創(chuàng)新平臺建設(shè)，打造國際科技孵化基地，增強國際創(chuàng)新資源集聚的能力。引進高端創(chuàng)新資源，支持境外研發(fā)機構(gòu)和跨國企業(yè)來穗開展技術(shù)研發(fā)、轉(zhuǎn)移和成果轉(zhuǎn)化” 基于上述背景和 LED 產(chǎn)業(yè)界的應(yīng)用需求，本項目團隊提出本項目立項。本項目旨在引入香港科技大學(xué)邱惠和教授及其研究團隊，結(jié)合廣州市高新技術(shù)企業(yè)—廣州市海林電子科技發(fā)展有限公司，與廣東工業(yè)大學(xué)、華南師范大學(xué)于共同組建國際化“產(chǎn)—學(xué)—研”結(jié)合的研發(fā)團隊，結(jié)合團隊積累的 LED 封裝、熱管理研究等前期工作，本項目擬從熱的產(chǎn)生、傳遞和散發(fā) 3 個環(huán)節(jié)出發(fā)，提出綜合解決方案，協(xié)同材料結(jié)構(gòu)、芯片、封裝、應(yīng)用等各層面的技術(shù)力量，開展功率型LED 系統(tǒng)多級熱管理模塊化技術(shù)開發(fā)，包括 LED 外延、封裝與應(yīng)用產(chǎn)品中的熱量傳遞過程、散熱技術(shù)、界面熱阻的預(yù)測建模、界面材料填充過程建模及相關(guān)控制工藝等研究開發(fā)，并將上述技術(shù)成功應(yīng)用于 LED 產(chǎn)品。項目關(guān)于 LED 集成化熱管理的思想，為功率型 LED 開發(fā)及照明應(yīng)用提供了解決熱問題的新思路、新方法與新技術(shù)。
本項目申請采用國際科技交流合作形式，是廣州市發(fā)光材料與器件等產(chǎn)業(yè)推動發(fā)展的需要，與（穗字[2012]18 號）緊密貼合；同時項目申報符合“2015 年廣州市產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新重大專項-專題三：對外科技合作”的要求，也符合國家和廣東省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的要求。項目的順利實施，將提高我省乃至我國 LED 相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)水平以及在國際市場上的競爭力，對其他行業(yè)的技術(shù)進步也具有良好的促進和示范作用。
項目概況
本項目旨在開發(fā)功率型 LED 系統(tǒng)多級熱管理模塊化技術(shù)及實現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。項目結(jié)合研發(fā)團隊多年積累的 LED 封裝、熱管理等前期研究工作，針對前 LED 散熱技術(shù)導(dǎo)熱差、高熱阻、傳熱效率低問題，從熱的產(chǎn)生、傳遞和散發(fā)3 個環(huán)節(jié)出發(fā)，提出綜合解決方案；并協(xié)同材料結(jié)構(gòu)、芯片、封裝、應(yīng)用等各層面的技術(shù)力量，開展功率型 LED 系統(tǒng)多級熱管理模塊化技術(shù)研發(fā)工作。研究內(nèi)容包括 LED 外延、封裝與應(yīng)用產(chǎn)品中的熱量傳遞過程、散熱技術(shù)、界面熱阻的預(yù)測建模、界面材料填充過程建模及相關(guān)控制工藝等研究開發(fā)，并將上述技術(shù)成功應(yīng)用于 LED 產(chǎn)品。項目關(guān)于 LED 集成化熱管理的思想，為功率型 LED 開發(fā)及照明應(yīng)用提供了解決熱問題的新思路、新方法與新技術(shù)。項目完成后，將獲得具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、達到國內(nèi)領(lǐng)先水平的大功率 LED 集成化熱管理核心技術(shù)，并實現(xiàn)大功率 LED 器件的散熱應(yīng)用，并形成產(chǎn)業(yè)化，預(yù)計申請專利 5 件以上（其中發(fā)明專利不少于 2 件）；估計年銷售額達 500 萬元以上。項目實施是 LED 產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展、技術(shù)水平不斷提升的重要途徑，也是 LED 產(chǎn)業(yè)升級和國際化發(fā)展的迫切需要，對帶動整個產(chǎn)業(yè)進步具有重要意義，而且對相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進步也具有良好的促進和示范作用。
項目實施發(fā)表論文信息
序號論文題目作者發(fā)表刊物刊物類別出版日期期號
（卷號）起止頁碼
1大功率LED散熱器的數(shù)值模擬與優(yōu)化王長宏，謝澤濤，鄒大樞，邢瑞林電子元件與材料核心2015.05.266（34）44-47
2Bubble dynamics and heat transfer on a wettability patterned surfaceXiaodan Chen, Huihe Qiu*International Journal of Heat and Mass TransferSCI2015.04.2488 (2015)544–551
3Bubble dynamics and heat transfer during pool boiling on wettability patterned surfacesZhen Sun, Xiaodan Chen, Huihe Qiu*Heat Transfer EngineeringSCI已投
4Self-assembled Co3O4 nanostructure with controllable morphology towards high performance anode for lithium ion batteriesYiqiong Zhang, Yiwen Wu, Yinghong Chu, Lin Li, Qipeng Yu, Yanfei Zhu,
Gang Liu,Qiong Hou, Ronghua Zeng*, Lingzhi ZhaoElectrochimica ActaSCI2015.12.07188
(2016)909–916
5Tucked flower-like SnS2/Co3O4 composite for high-performance anode material in lithium-ion batteriesYanfei Zhu, Yinghong Chu, Jinghao Liang, Yunsha Li, Zilin Yuan, Wentao Li,
Yiqiong Zhang, Xuexue Pan, Shu-Lei Chou, Lingzhi Zhaoa*, Ronghua Zeng*Electrochimica ActaSCI2015.12.19190 (2016)843–851
6A novel shuttle-like Fe3O4–Co3O4 self-assembling architecture with highly reversible lithium storageKaina Shang,Wentao Li,Yongmei Liu,Wenguang Zhang,Hui Yang,Jiqing Xie,Zuyan Liu,Shu-Lei Chou,Lingzhi Zhao* ,Ronghua Zeng*Royal Society of ChemistrySCI2015.08.11DOI: 10.1039/c5ra12306b
7Fabrication, characterization and electrochemical properties of porous coral-structured Si/C composite anode for lithium ion batteryFen-ling TANG, Jian-fei LEI, Zhao-yang CUI, Jian OUYANG, Gang LIU, Ling-zhi ZHAO Trans.NonferrousMet.Soc.China SCI2015.06.2625(2015)4046?4053
果推廣應(yīng)用的范圍和前景
功率型白光 LED 實現(xiàn)，將在數(shù)字顯示、汽車工業(yè)、裝飾照明等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，真正實現(xiàn)“永久型”燈具的市場需求，從而實現(xiàn)人們對燈具節(jié)能、耐用的追求，在市場中將具有強大的競爭優(yōu)勢。目前，LED 的產(chǎn)地主要集中在日本、中國臺灣、美國、韓國等地。功率型白光 LED 照明將成為全球 LED 未來競爭的焦點，據(jù)臺灣工研院統(tǒng)計數(shù)據(jù)，白光 LED 的年需求從 2005 年的 19.5 億顆增長到2009 年的 136 億顆，至 2013 已過 1000 億顆。同時根據(jù)市調(diào)機構(gòu)估計，2012 年全球 LED 照明市場規(guī)模約達 104 億美元，較 2011 年成長 183%。主要系因產(chǎn)品價格速下滑(2012 年 LED 燈泡平均單價較2011 年約下跌 29%)，帶動需求成長，尤其高相容性、低價格，更使 LED 照明取代光源快速發(fā)展。隨著 LED 照明價格持續(xù)走跌、數(shù)量規(guī)?？焖贁U增，工研院產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟與趨勢研究中心能源研究組組長林志勛指出，2013 年全球 LED 照明市場規(guī)模維持 30%成長幅度應(yīng)可期，2020 年全球 LED 照明產(chǎn)值上看 658 億美元。而從產(chǎn)業(yè)規(guī)模看，2009 年中國 LED 及應(yīng)用研究產(chǎn)業(yè)包括了襯底、外延、芯片、封裝四個環(huán)節(jié)，總產(chǎn)值達到 827 億元，其中封裝環(huán)節(jié)達到 204 億元，占 LED總銷售額的 90%。2006-2010 年顯示用 LED 銷售額年均復(fù)合增長率為 19.2%，景觀照明銷售額年均復(fù)合增長率將達到 37.2%。據(jù)估計，假如全國 100 座大中城市，每座城市平均在景觀照明上的投資為 1 億元人民幣，將具有 100 億元人民幣的市場規(guī)模，市場容量巨大。LED 約有 80%的能量會轉(zhuǎn)成熱能消散，這些廢熱會嚴(yán)重影響 LED 的壽和發(fā)光特性。因此，LED 熱管理已成為 LED 產(chǎn)品質(zhì)量的決定因素。由于產(chǎn)品質(zhì)量和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)混亂的問題，LED 行業(yè)進入了調(diào)整期，熱管理技術(shù)的發(fā)展急待新技術(shù)的突破。本項目包括 LED 外延、封裝與應(yīng)用產(chǎn)品中的熱量傳遞過程、散熱技術(shù)、界面熱阻的預(yù)測建模、界面材料填充過程建模及相關(guān)控制工藝等研究開發(fā)，項目研究成功后將占領(lǐng)國內(nèi) LED 市場。LED 熱管理技術(shù)市場將隨著 LED 技術(shù)的突破而迅速增長，帶來巨大的經(jīng)濟效益。
綜上所述，本項目利用多年研制的豐富經(jīng)驗，抓住政府導(dǎo)向機遇，在初步完成多級熱管理模塊化技術(shù)的研制基礎(chǔ)上，強勢進入 LED 散熱產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的功率型 LED 系統(tǒng)多級熱管理模塊化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，項目實施后將大力帶動區(qū)域內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益，為我國 LED 行業(yè)的發(fā)展做出新的貢獻。為此，建議政府有關(guān)部門給予大力支持，促成項目盡快推向產(chǎn)業(yè)化。
