CN101576206B - 一种基于热管导热的大功率led灯 - Google Patents

Abstract

一种基于热管导热的大功率LED灯，涉及一种LED灯；现有大功率LED灯，热传递不理想，散热效热差；本发明包括：LED芯片、芯片基座、与芯片基座相连的散热装置及设于芯片基座上的配光装置，其特征在于：所述的散热装置包括散热器、复数根连接散热器及芯片基座的导热管；所述的芯片基座上相应开有复数个与导热管相配的内凹槽用以容置导热管，所述的内凹槽与导热管之间具有金属焊接层将覆有芯片的芯片基座与散热装置连接成一体式光源。本技术方导热效果好，散热快且连接可靠。

Description

一种基于热管导热的大功率LED灯

【技术领域】

本发明涉及一种LED灯，尤指基于热管导热的大功率LED灯。

【背景技术】

LED灯具有节能、高效、长寿命的优点，在日益注意保护能源的今天，大功率LED灯的应用领域不断拓宽，产品已涉及景观照明、矿灯、路灯和应急灯等领域。

目前，大功率LED光源有两种制造方法。一种是使用小功率LED阵列方式作为发光体，但是小功率LED光衰大、电路设计复杂、安装成本高，且存在配光控制难的问题。另一种则用大功率LED芯片集成封装在一个金属基座内，在基座上配置光学杯，此封装结构光效高，发光角度易于控制，但是，存在的问题是：散热难题一直未能解决。由于大功率LED属于半导体器件，在半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。通常的大功率LED封装结构的光电转换效率大概在15％-20％之间，约80％左右的电能则转化为热能散发出来。如不及时进行热量散发，工作时间过长将导致LED芯片的结温过高，使衰减速度加快，使用寿命缩短；另外，升温后，还会影响到LED的驱动效率、损害磁性元件及输出电容器等元件的寿命，从而导致LED驱动器可靠性降低。

LED芯片在工作时所产生的热量传递到大功率LED的基座上后再传给与之相连接的散热器。现有大功率LED基座的底平面与压铸铝基(或铝型材)的散热器以螺接或粘接的方式连接，将基座的热传递给散热器，因基座底面为平面，其与散热器接触面小，热阻大，热传递不理想，当采用粘接的方式将基座与散热器连接，由于粘接层的导热系数较低，相当于在基座与散热器之间加了一道热阻，散热不尽如人意。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种基于热管导热的大功率LED灯，使其能有好的导热和散热效果。为此，本发明采取以下技术方案：

一种基于热管导热的大功率LED灯，包括：LED芯片、芯片基座、与芯片基座相连的散热装置及设于芯片基座上的配光装置，其特征在于：所述的散热装置包括散热器、复数根连接散热器及芯片基座的导热管；所述的芯片基座上相应开有复数个与导热管相配的内凹槽用以容置导热管，所述的内凹槽与导热管之间具有金属焊接层将覆有芯片的芯片基座与散热装置连接成一体式光源。所述的内凹槽可为半圆形、“V”形、“U”形或多边形，芯片基座内凹槽壁与导热管焊接，接触面积大，导热效果好，导热管部分置入内凹槽中易于焊接，焊接强度高，焊接材料的导热系数是导热硅脂的几十倍，大大降低了结合面的热阻，能迅速把LED光源的热量传导到散热片上，同时通过导热管的布置方式将热量几乎同时传导到散热片的各个部位，使得散热片均衡地发挥散热作用。通过这样的快速导热、散热，从而保证芯片更低的结温，保证光源的使用寿命。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征：

所述的配光装置包括位于芯片上方的配光透镜、用于固定透镜的压盖及透镜基座，所述的压盖、透镜、透镜基座及芯片基座依次叠置；所述的透镜基座通过连接件固接在芯片基座上；所述的透镜基座与透镜之间及透镜基座与芯片基座之间均设有环形密封圈。这样装配后光源部位形成一个密封空间，防止水份和杂物进入。

所述的透镜基座中部设有与LED芯片相配的透光孔，其外周设有复数个可与散热器触接的防震支撑柱。防震支撑柱与散热器触接以保证一定的间距，所述的防震支撑柱具有一定弹性，以便吸震。

所述的透镜基座侧面设有芯片光源电源线的出线孔，所述的出线孔中置有出线孔密封圈，透镜基座的出线孔外端螺接有一具通孔以引线的出线孔螺母，该出线孔螺母将所述的密封圈压紧密封。如此可使芯片部分不与外界接触，保持干净，且可防潮，使LED灯能在恶劣的环境中稳定可靠工作。

所述的一体式光源外周设有固定装置，所述的固定装置包括具出光口的灯具外壳，所述灯具外壳的出光口部位于透镜压盖及透镜基座之间；透镜压盖穿设螺接于透镜基座的螺钉以使透镜压盖及透镜基座夹住灯具外壳的出光口部位将一体化光源、密封件及配光透镜固定在灯具外壳上，所述的压盖与灯具外壳之间设有防震垫。

所述的导热管为具空腔以贮液体的圆管；所述的散热器包括复数片竖向平行排设且相邻片间存在间隙的金属散热片，所述的金属散热片开有复数个用于空气对流的空气流通孔及复数个并排设置的用于穿设导热管的连接孔。根据热空气上升的原理，冷空气从下进入补充，热空气从上向外散失，散热片之间的间隙作为空气对流空间，与散热片垂直方向的内外空气流通可通过流通孔完成，以上结构与空气对流原理相适宜，使其具有迅速带走热量，热沉积小以保证LED更小的光衰的优点。

所述的空气流通孔为上下对称排布且外周具翻边的矩形孔；所述的连接孔呈筒状，其外周具翻边；所述的散热片外周覆有散热降温层。因散热片较薄，当连接孔为经拉伸翻边的筒孔，使孔增长，便于其与内插入连接孔的热管之间的热交换，提高散热效果；散热片外周喷涂的散热降温层增加向周围空间辐射以带走散热片的热量，增强了散热效果，同时增加散热片的表面积，进一步提高了散热效率。

所述芯片基座上内凹槽为平行排布的弧形通槽；所述的导热管与散热片的连接孔之间具有金属焊接层；所述的散热片侧边连有用以确定相邻散热片位置关系的限位片。弧形通槽可与圆形导热管壁很好贴合以增加接触面，芯片基座弧形通槽与导热管之间、导热管与散热片之间焊接均可提高导热效果，焊接材料的导热系数是导热硅脂的几十倍，大大降低了结合面的热阻，能迅速把导热管的热量传导到散热片上，使得散热片均衡地发挥散热作用。通过这样的快速导热、散热，从而保证芯片更低的结温，保证光源的使用寿命，且导热管与散热片的连接，将复数个平行排设的散热片连接成一整体结构；另一方面，焊接结构更有利于灯具适应车辆通行所造成的强烈震动。限位片与限位片之间具有配合卡接边，结构简单，操作方便，提高散热器的生产装配效率。

所述的单个通槽中纳有单根导热管，导热管由芯片基座的一端引出至散热器，穿入同排连接孔中。在单个通槽中也可纳有两根对接的导热管，两导热管由芯片基座分头引至散热器，穿入两排不同的连接孔中。在功率小的情况下导热管数量少，可采用每槽单管；功率大的情况下采用每槽双管，增加管数，以连接更多的散热片，增加散热面。

有益效果：

1、LED基座底部具弧状通槽接纳导热管将热引出，两者采用焊接的方式连接，接触面大，导热效果好，且连接可靠。

2、LED灯设有防水、防尘的配光装置，使LED灯可在露天安全可靠工作。

3、LED灯设有防震装置(设于防透镜基座上防震支撑柱及位于在透镜与透镜压盖之间防震垫)，提高LED灯的防震性，扩大其使用范围。

4、导热管插接入筒状的散热片的连接孔中后以焊接的方式连接成一整体结构，两者的接触面大，导热效果好，且焊接方式的防震性更好。

5、组成格栅状的散热器的散热片具有上下排布的复数个空气流通槽，热空气上升的同时冷空气从位于下方的空气流通槽中或相邻散热片的间隙中补充进入，顺应散热规律，更利于向外周辐射热。

6、散热片上喷涂的散热降温层，不仅增强了散热效果，同时增加了散热片的表面积，进一步提高了散热效率。

【附图说明】

图1是本发明主视结构装配示意图。

图2是本发明侧视结构爆炸图。

图3是散热器结构示意图。

【具体实施方式】

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1、2所示，本发明包括LED芯片、芯片基座46、与芯片基座46相连的散热装置及设于芯片基座46上的配光装置；散热装置包括散热器41、复数根连接散热器41及芯片基座46的导热管43；芯片基座46上相应开有复数个与导热管43相配的内凹槽47用以容置导热管43，内凹槽47可呈半圆形、“V”形、“U”形或多边形槽，在本实施例中采用半圆形的内凹槽47，从而使圆形的导热管43能紧贴在内凹槽47的壁上，并采用无铅锡焊剂层将两者焊接成一体。芯片通过导热银胶将其覆于芯片基座46上。

配光装置包括位于芯片上方的配光透镜6、用于固定透镜6的压盖及透镜基座3；透镜基座3通过螺钉固接在芯片基座46上；透镜基座3与透镜6之间及透镜基座3与芯片基座46之间均设有环形密封圈5。透镜基座3中部设有与LED芯片相配的透光孔，其外周设有复数个可与散热器41触接的防震支撑柱31。透镜基座3侧面设有芯片光源电源线的出线孔，出线孔中置有出线孔密封圈52，透镜基座3的出线孔外端螺接有一具通孔以引线的出线孔螺母1，该出线孔螺母1将出线孔密封圈52压紧密封。由覆有芯片的芯片基座46与散热装置连接成的一体式光源4外周设有固定装置，固定装置包括具出光口的灯具外壳9，灯具外壳9的出光口部位于透镜压盖8及透镜基座3之间；透镜压盖8穿设螺接于透镜基座3的螺钉，使透镜压盖8及透镜基座3夹住灯具外壳9的出光口部位将一体化光源、密封件及配光透镜6固定在灯具外壳9上，透镜基座3的螺接孔位于四防震支撑柱31上。配光装置的装配过程为：透镜基座3用螺栓固定在一体式光源4的基板上部，其间垫上密封圈5；配光透镜6盖在透镜基座3上，其间垫上密封圈5。在透镜6上加防震垫7后放上透镜压盖8，用螺栓固定。光源电源线通过透镜基座3的出线孔引出，并通过出线孔螺母1将出线孔密封圈2压紧密封。这样装配后光源部位形成一个密封空间，防止水份和杂物进入。透镜压盖8与透镜基座3装配后夹住灯具外壳9的出光口部位，使得一体式光源4及其密封部件、配光透镜6得以固定在灯具上。

如图3所示，导热管43为具空腔以贮液体的圆管；散热器41包括复数片竖向平行排设的金属散热片42，金属散热片42开有复数个用于空气对流的空气流通孔45及复数个并排设置的用于穿设导热管43的连接孔44。空气流通孔45为上下对称排布且外周具翻边的矩形孔；连接孔44呈筒状，其外周具翻边；散热片42外周覆有散热降温层。芯片基座46上内凹槽47为平行排布的通槽；导热管43与连接孔44采用金属焊接的方法连接固定，LED灯功率越大内凹通槽47数目越多以容纳更多的导热管43用于导热。单个内凹通槽47中纳有两根对接的导热管43，两导热管43由芯片基座46分别引至散热器41的两侧，并穿入两排不同的连接孔44中。利用气液变化过程中的吸放原理，通过蒸发与冷凝传递热量，很好地解决了现有大功率LED灯的散热问题。散热片42侧边连有用以确定相邻散热片42位置关系的限位片。限位片具有限位部。当然在单个内凹槽47中也可只置纳单根导热管43，导热管43由芯片基座46的一端引出至散热器41，穿入同排连接孔44中。

以上图1-3所示的一种基于热管导热的大功率LED灯是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，对其进行形状、规格等方面的修改，在此不多赘述。

Claims (8)

1.一种基于热管导热的大功率LED灯，包括：LED芯片、芯片基座、与芯片基座相连的散热装置及设于芯片基座上的配光装置，其特征在于：所述的散热装置包括散热器、复数根连接散热器及芯片基座的导热管；所述的芯片基座上相应开有复数个与导热管相配的内凹槽用以容置导热管，所述的内凹槽与导热管之间具有金属焊接层将覆有芯片的芯片基座与散热装置连接成一体式光源；所述的配光装置包括位于芯片上方的配光透镜、用于固定透镜的压盖及透镜基座，所述的压盖、透镜、透镜基座及芯片基座依次叠置；所述的透镜基座通过连接件固接在芯片基座上；所述的透镜基座与透镜之间及透镜基座与芯片基座之间均设有环形密封圈；所述的透镜基座中部设有与LED芯片相配的透光孔，透镜基座外周设有复数个可与散热器触接的防震支撑柱。

2.根据权利要求1所述的一种基于热管导热的大功率LED灯，其特征在于：所述的透镜基座侧面设有芯片光源电源线的出线孔，所述的出线孔中置有出线孔密封圈，透镜基座的出线孔外端螺接有一具通孔以引线的出线孔螺母，该出线孔螺母将所述的出线孔密封圈压紧密封。

3.根据权利要求2所述的一种基于热管导热的大功率LED灯，其特征在于：所述的一体式光源外周设有固定装置，所述的固定装置包括具出光口的灯具外壳，所述灯具外壳的出光口位于所述压盖及透镜基座之间；所述压盖穿设螺接于透镜基座的螺钉以使所述压盖及透镜基座夹住灯具外壳的出光口从而将一体式光源、环形密封圈及配光透镜固定在灯具外壳上；所述的压盖与灯具外壳之间设有防震垫。

4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的一种基于热管导热的大功率 LED灯，其特征在于：所述的导热管为具空腔以贮液体的圆管；所述的散热器包括复数片竖向平行排设且相邻片间存在间隙的金属散热片，所述的金属散热片开有复数个用于空气对流的空气流通孔及复数个并排设置的用于穿设导热管的连接孔。

5.根据权利要求4所述的一种基于热管导热的大功率LED灯，其特征在于：所述的散热片的空气流通孔为上下对称排布且外周具翻边的矩形孔；所述的连接孔呈筒状，其外周具翻边；所述的散热片外周覆有散热降温层。

6.根据权利要求5所述的一种基于热管导热的大功率LED灯，其特征在于：所述芯片基座上内凹槽为平行排布的弧形通槽；所述的导热管与散热片的连接孔之间具有金属焊接层；所述的散热片侧边连有用以确定相邻散热片位置关系的限位片。

7.根据权利要求6所述的一种基于热管导热的大功率LED灯，其特征在于：单个所述的通槽中纳有单根导热管，导热管由芯片基座的一端引出至散热器，穿入同排连接孔中。

8.根据权利要求6所述的一种基于热管导热的大功率LED灯，其特征在于：单个所述的通槽中纳有两根对接的导热管，两导热管由芯片基座分头引至散热器，穿入两排不同的连接孔中。 

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