CN101691920B

CN101691920B - 一种大功率led灯的散热模组

Info

Publication number: CN101691920B
Application number: CN2009100407002A
Authority: CN
Inventors: 汪双凤; 张伟保
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: CN101691920A

Abstract

本发明公开了一种大功率LED灯的新型散热模组，包括安装有多颗大功率LED灯的PCB板、金属腔体、左金属管道、右金属管道、金属丝网、金属毛细芯和金属翅片；金属腔体位于PCB板的上方，成空心平板状，金属腔体内设有金属丝网和金属毛细芯，金属丝网位于金属毛细芯上方，位于金属丝网底部的毛细芯内设有微型槽道，金属腔体两端设有空腔，微型槽道与金属空腔左端的空腔相通，左金属管道和右金属管道上设有金属翅片。本发明在无须额外动力的状况下，将PCB板上LED灯发出的热量转移到金属翅片将废热散去，散热量大，散热效率高，能有效解决大功率LED灯在汽车灯和路灯等应用领域散热方面的问题。

Description

一种大功率LED灯的散热模组

技术领域

本专利涉及散热装置，特别是涉及一种具有高效、节能、环保、结构简单大功率LED灯的散热模组。

技术背景

LED半导体照明是继白炽灯、日光灯和稀有气体灯之后的第四代电光源，因其高效率、长寿命，节能、环保的优点，已成为世界各地光源和灯具研究机构竞相开发、努力获取的目标，是未来照明领域的明星行业。随着LED制造技术的不断进步和新型材料(氮化物晶体和荧光粉)的开发及应用，使发白色光的LED半导体固体光源性能不断完善并进入实用阶段，LED光源已从最初的信号灯、指示灯等特种光源逐步走向汽车灯路灯等领域。白光的LED能耗仅为白炽灯的1/8，荧光灯的1/2，其寿命可长达1万小时，对于普通家庭照明可谓”一劳永逸“。同时还可实现无汞化，回收容易，这对于环境保护和节约能源具有重要意义。因此各国政府均给予大力扶持。LED作为照明用光源，需要瓦级以上输出功率，因此如何提高出光效率，解决大功率LED散热问题是LED照明的一个关键。LED功率的不断增加，解决LED的应用主要问题就是散热问题。

现有的应用于LED上的散热装置一般都是在LED上加散热体，以增大散热面积的方式散热。而当功率越大时散热片的面积就越大，有时甚至满足不了散热需求，所以大多数LED的发热问题单一依靠靠散热片难以解决，并且还存在着环境污染，成本较高等一系列问题。

申请号为200410047327.0中国发明专利申请公开了具有高效率散热效果的发光二极管装置，先将LED设置在金属体上，再将LED和金属体设置于散热座体上，散热座体上有多个散热鳍脚。这类被动散热的方案在LED发热比较小的情况下还可以满足散热要求，但是当多个LED密集排列或/和LED功率比较大的时候，这种散热方式就不能有效地对LED进行散热了。还有的方案在LED电路板上加风扇以提高散热速度，但是风扇在散热的时候会吸引很多灰尘和产生噪音污染环境，而且这种散热方式使用寿命短，散热效率也不是很理想。

公告号为M276326中国台湾专利申请公开了具有高散热效率之LED散热结构，其散热基座的上层为铜箔层、中层为绝缘层、下层为铜金属层，该散热基座上并设有一安装LED的凹槽，在LED的底面具有铜金属面，其与凹槽上的铜金属层以锡层焊接接触，使得LED的热量经由铜金属面，锡层、铜金属层而散发出去。该案中，散热基座的下层为铜金属层，而凹槽上的铜金属层是焊接在铜金属层上，又LED底面也需镀上铜金属面，以此构造，不但建构与组装麻烦，铜材也使用过多而造成制造成本大大提高，并使成品无竞争优势。

随着LED技术的发展，单颗LED的功率也逐渐的增大，出现了一些大功率的LED，例如1w，5w等等。大功率LED的应用虽然解决了占用面积的问题，但是，其发热量也会随着功率的增加而增加。针对散热问题，专利号为200520069377.9的中国实用新型专利公开了一种大功率发光二极管台灯，其将发光二极管安装在线路板的下方，而线路板上方则安装有散热体，再将散热体安装在由金属材质做成的灯罩上，从而通过散热体和灯罩将LED发光时产生的热量进行散发。然而，线路板的导热性能较低，形成热传导的瓶颈，不利于LED将热量传导到散热体上，从而在整体上影响了LED的正常工作，影响其寿命。

发明内容

本发明旨在有效地解决阻碍大功率LED应用于照明领域的散热问题，提供一种应用平板环路热管进行散热，实现散热效率高的一种大功率LED灯的散热模组。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种大功率LED灯的散热模组，包括安装有多颗大功率LED灯的PCB板、金属腔体、左金属管道、右金属管道、金属丝网、金属毛细芯和金属翅片；金属腔体位于PCB板的上方，成空心平板状，与PCB板紧密连接，金属腔体内设有金属丝网和金属毛细芯，金属丝网位于一部分金属毛细芯上方并与该部分毛细芯在金属腔体中部纵向填满金属腔体，该部分金属毛细芯占整体金属毛细芯宽度的1/4～3/4；剩余部分毛细芯在金属丝网一侧，沿金属腔体纵向填满金属腔体，金属丝网和位于其下端的金属毛细芯构成吸热区，位于金属丝网底部的毛细芯内设有微型槽道，金属腔体两端设有空腔，微型槽道与金属空腔左端的空腔相通，且左右两端的空腔通过左金属管道和右金属管道联通，形成循环通道；在吸热区上端的左金属管道和右金属管道上设有金属翅片，金属翅片围成的区域为散热区；左金属管道与右金属管道连通；金属腔体、左金属管道和右金属管道供工作流体流动。

所述散热模组还包括用于封装多颗大功率LED灯的外壳。

所述的金属翅片采用铝制成。

所述的工作流体为水或者乙醇。

所述的金属腔体、左金属管道和右金属管道为铜制成。

所述的金属毛细芯是由细铜粉烧结在一起，具有多条毛细通道，毛细通道通过毛细力吸收工作流体；所述的金属丝网是将不同网目丝径的金属丝网叠合起来，再压紧成形，构成致密的网状结构，具有毛细结构。

相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：

1、本发明提供大功率LED平板环路热管新型散热模组，通过将平板环路热管与安装有LED灯的PCB板巧妙结合，将LED灯产生的热量通过平板环路热管散到环境中去，由于平板环路热管利用工作流体的潜热进行散热，具有散热量大，散热效率高等特点，能有效解决大功率LED灯在汽车灯和路灯等应用领域散热方面的问题。

2、本发明提供平板环路热管散热模组金属翅片采用较轻的铝制材料，不需要支撑装置，安装方便，既紧凑又美观。

3、本发明提供平板环路热管散热模运行稳定可靠，结构简单，安装方便，可节约成本，且能够解决大功率LED灯在多种应用领域的散热问题，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1为大功率LED灯的散热模组结构示意图。

图2为图1的A-A向剖视图。

图3为图1的仰视图。

图4为图1的俯视图。

具体实施方式

以下结合图1和图2来说明该新型大功率LED灯的平板环路热管散热模组的结构及工作原理。

如图1、2、3和4所示，大功率LED灯的散热模组为平板环路热管散热模组，该散热模组包括：安装有多颗大功率LED灯7的PCB板1，封装多颗大功率LED灯的外壳10、金属腔体2、左金属管道3、右金属管道4、金属丝网5、金属毛细芯6和金属翅片12；金属腔体2位于PCB板1的上方，成空心平板状，与PCB板1紧密连接，金属腔体2内设有金属丝网5和金属毛细芯6，金属丝网5位于一部分金属毛细芯6上方并与该部分毛细芯6在中部纵向填充金属腔体2，该部分金属毛细芯占整体金属毛细芯宽度的1/4～3/4；剩余部分毛细芯单独在中部纵向位于金属丝网5一侧，在中部纵向填满金属腔体2，即在金属丝网5一侧沿金属腔体2中部纵向填满金属腔体2，其中纵向为图2的截面方向，也就是金属腔体2的宽度方向，金属丝网5和位于其下端的金属毛细芯6构成吸热区8，位于金属丝网5底部的毛细芯6内设有微型槽道13，金属腔体2两端设有空腔11，微型槽道13与金属空腔2左端的空腔11相通，且左右两端的空腔11通过左金属管道3和右金属管道4联通，形成循环通道；在吸热区8上端的左金属管道3和右金属管道4上设有金属翅片12，金属翅片12围成的区域为散热区9；金属腔体2、左金属管道3和右金属管道4内设有工作流体，选用水作为工作流体，因为水作为工作流体，其潜热比较大，适合大功率LED灯的散热，并且成本极低，在加热功率不大的情况下可以选择乙醇。吸热区8及该散热区9通过左金属管道3和右金属管道4连接。金属翅片12采用较轻的铝制材料制成，不需要支撑装置，安装方便。金属腔体2、左金属管道3和右金属管道4为铜制成。

金属毛细芯6由导热性能良好的细铜粉烧结而成，具体是是粒径很小的细铜粉烧结粒烧结在一起而形成有很多很小的毛细通道结构，这些毛细通道可以通过毛细力吸收工作流体吸；金属丝网5优先选用高导热材料铜材料，金属丝网5是将不同网目丝径的金属丝网叠合起来，再压紧成形，构成一致密的网状结构，金属丝网5也具有毛细结构的，可以通过毛细力将液体吸过来；金属丝网5为可挠性结构。可绕行结构是指可以折弯，折成不同形状，可塑性强。金属毛细芯6和金属丝网5两者区别在于构成的毛细结构具有不同的毛细力，金属丝网5构成的毛细结构中毛细通道比较大，毛细力比较小。金属毛细芯6与金属丝网5具有良好的亲水性能，使金属毛细芯6与金属丝网5充满工作流体。金属毛细芯6与金属丝网5一起构成吸热区，具有良好的导热性能，能将LED灯7产生的热量导入整个吸热区8。不断吸收LED灯7产生的热量后，吸热区温度升高，进而使吸热区内的液体产生局部汽化，并产生吸热区与整个环路的之间的压力差，压力差使得产生的气体通过吸热区的微型槽道13引入金属空腔左端的空腔11，再流经金属流道3中进入到散热区9，就这样在无需额外动力的状况下，仅依靠压力差就可以将气化的工作流体依次流经金属腔体2、微型槽道13、金属空腔左端的空腔11和左金属管道3，最后气化的工作流体引入到散热区9，将大量的热传导到与散热区的铝制金属翅片12上，通过自然对流将铝制金属翅片12上的热散去，使气化的工作流体冷却变回液态，在无需额外动力的状况下，液态的工作流体在金属丝网5和金属毛细芯6的毛细力作用下又回流到吸热区8，完成一次热量的传输，以此循环下去，可以将PCB板上LED灯产生的大量废热散除到环境中去，解决大功率LED灯的散热问题。金属丝网5和金属毛细芯6构成的毛细结构可以防止金属丝网中的工作流体蒸发，并防止平板热管的漏热问题，能保证环路热管的工作稳定性。

本发明部分工作流体于吸热区8中吸热蒸发为气态并产生压力源，该压力源可使工作流体在金属腔体2、左金属管道3和右金属管道4组成的通道内循环；气化的工作流体于散热区9冷却(散热)变回液态；安装在散热区9的用于散除PCB板1上的具有良好导热性能的金属翅片12将工作流体的热量散去。

本发明具有高散热效率的LED散热模组市面上未有类似产品。本发明提供大功率LED散热模组，通过将平板环路热管与安装有LED灯的PCB板巧妙结合，将LED灯产生的热量通过平板环路热管内工作流体的相变传输到环境中去散去，由于平板环路热管利用工作流体相变潜热进行散热，具有散热量大，散热效率高等特点，能有效解决大功率LED灯在汽车灯和路灯等应用领域散热方面的问题。同时，本发明提供平板环路热管散热模组运行稳定可靠，结构简单灵活，安装方便，可节约成本，且能够解决大功率LED灯在多种应用领域的散热问题，具有广阔的市场前景。

Claims

1.一种大功率LED灯的散热模组，其特征在于包括安装有多颗大功率LED灯的PCB板、金属腔体、左金属管道、右金属管道、金属丝网、金属毛细芯和金属翅片；金属腔体位于PCB板的上方，成空心平板状，与PCB板紧密连接，金属腔体内设有金属丝网和金属毛细芯，金属丝网位于一部分金属毛细芯上方并与该部分毛细芯在金属腔体中部纵向填满金属腔体，该部分金属毛细芯占整体金属毛细芯宽度的1/4～3/4；剩余部分毛细芯在金属丝网一侧，沿金属腔体纵向填满金属腔体，金属丝网和位于其下端的金属毛细芯构成吸热区，位于金属丝网底部的毛细芯内设有微型槽道，金属腔体两端设有空腔，微型槽道与金属空腔左端的空腔相通，且左右两端的空腔通过左金属管道和右金属管道联通，形成循环通道；在吸热区上端的左金属管道和右金属管道上设有金属翅片，金属翅片围成的区域为散热区；左金属管道与右金属管道连通；金属腔体、左金属管道和右金属管道供工作流体流动。

2.根据权利要求1所述的大功率LED灯的散热模组，其特征在于：该散热模组还包括用于封装多颗大功率LED灯的外壳。

3.根据权利要求1所述的大功率LED灯的散热模组，其特征在于：所述的金属翅片采用铝制成。

4.根据权利要求1所述的大功率LED灯的散热模组，其特征在于：所述的工作流体为水或者乙醇。

5.根据权利要求1所述的大功率LED灯的散热模组，其特征在于：所述的金属腔体、左金属管道和右金属管道为铜制成。

6.根据权利要求1-5任一项所述的大功率LED灯的散热模组，其特征在于：所述的金属毛细芯是由细铜粉烧结在一起，具有多条毛细通道，毛细通道通过毛细力吸收工作流体；所述的金属丝网是将不同网目丝径的金属丝网叠合起来，再压紧成形，构成致密的网状结构，具有毛细结构。