CN101924178A

CN101924178A - 一种led散热装置

Info

Publication number: CN101924178A
Application number: CN2010102309721A
Authority: CN
Inventors: 叶博森
Original assignee: GUANGZHOU ZHIZE ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: GUANGZHOU ZHIZE ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2010-07-08
Publication date: 2010-12-22

Abstract

本发明涉及LED散热技术领域，特指一种可有效提高散热效率，并且简化电路连接的LED散热装置。其包括：LED以及与LED基板连接的导热热管，所述的LED基板固定于导热热管一端；于导热热管表面涂布有导电线路，该导电线路与LED形成电连接。本发明采用热管作为散热主体，其具有高导热率、良好等温性、热响应快、结构简单、无需额外电力驱动等优点，成为目前高热密度LED芯片导热、散热的理想元件。同时，本发明中作为导热、散热的热管不仅仅具有导热作用，其还作为电流和信号传输的载体，这样就可以避免使用导线连接，令整个LED产品更加简洁，美观。

Description

一种LED散热装置

技术领域：

本发明涉及LED散热技术领域，特指种可有效提高散热效率，并且简化电路连接的LED散热装置。

背景技术：

针对LED寿命长、光效高、无辐射与低功耗优点，LED灯的应用已经越来越得到人们的重视和接受。但LED是光电器件，其工作工程中只有15％-25％的电能转换成光能，其余的电能几乎都转换成热能，使LED的温度升高，如不加散热措施，则LED芯片工作温度急速上升，LED因为过热而损坏。现有的散热方式已经不是解决此问题的根本有效方法，并且严重影响LED大范围的使用，从而无法满足市场的需求。

目前，LED在显示生活中的大规模普及存在的瓶颈就是如何解决LED散热的问题。针对此问题，许多人提出了相关的解决方案。见专利申请号为：200610034501.7的中国发明专利申请公开说明书，其公开了“一种大功率LED的散热封装”，其采用的技术方案就是将LED与一热管端部封装固定，LED产生的热量通过热管散热。

上述技术方案中采用的热管技术是一种新型的热传导零件，它是充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过目前已知金属的导热能力。热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，目前热管技术已经被被引入散热器制造行业，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式。通常一般的热管由管壳和吸液芯组成。热管内部是被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。热管一段为蒸发端，另外一段为冷凝端，当热管一段受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来

上述技术方案中采用了热管散热技术，虽然在一定程度上解决了LED散热问题，但是其仍存在如下不足：

1、无法解决LED连接线杂乱的问题。通常一颗LED元件至少需要连接正负电源线，目前电源线都是采用导线外接的方式连接，这样线路就暴露在外部，并且由于热管的存在，令整个LED产品体积、高度增加，必然导致所用的导线长度增加，这样就更增加了线路的杂乱，容易导致线路连接不稳固，出现断裂的情况。另外，一些具有特殊功效的LED产品还需要与信号线连接，至少包括输入、输出信号线，这样就会增加LED发光器件的线路，更加令线路繁杂。

2、该技术方案中采用直接将热管一端封装在LED封装材料(环氧树脂)中，热量是透过封装材料传导至热管，而封装材料导热效果并不高，这样就导致热量传递效率降低。

另外，对于热管技术在LED上的应用也有其他人提出过相应的专利申请。见专利中请号为：200810214340.9的中国发明专利申请公布说明书，其提出了一种“LED灯具及其散热机构”的技术方案，该技术方案也采用热管技术。但是这些利用热管的散热装置均是对热管的直接利用，热管的功能单一，其都没有解决上述技术方案中所存在的不足。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题就是克服目前同类产品中所存在散热效果差、光衰、体积大等不足，提供一有不仅可以有效效提高散热效率，并且简化电路连接的LED散热装置。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：其包括：LED以及与LED基板连接的导热热管，所述的LED基板固定于导热热管一端；于导热热管表面涂布有导电线路，该导电线路与LED形成电连接。

上述技术方案中，所述的导热热管包括：热管主体和覆于热管主体的绝缘层，其中热管主体呈柱体，并且在其绝缘层表面涂布有导电线路。

上述技术方案中，所述的热管主体与LED基板接触的端面为一平面，该端面粘接于LED基板底面，LED产生的热量通过LED基板传导至热管主体。

上述技术方案中，所述的热管主体上靠近端面的一侧固定有分别与导电线路导通的导电件，LED上的不同的电路触点与对应位置的导电件导通，即通过导电件将LED的电路触点与对应的导电线路连通。

上述技术方案中，所述的导电件为导电泡绵，热管主体端部对应不同的导电线路分别固定有相互独立的导电泡绵，每个导电泡绵与LED上对应的触点连通。或者，所述的导电件包括：接触片以及用于固定接触片的绝缘座，其中绝缘座固定在热管主体的端部，接触片固定在绝缘座的上，并且每个接触片分别与对应位置上的导电线路和LED触点连通。

上述技术方案中，所述的导电线路采用银浆涂布形成，且LED基板为陶瓷基座。并且导电线路包括电源线路以及信号线路。

上述技术方案中，所述的导热热管与一接线端子连接，该接线端子的引线采用焊接或者通过固定件固定的方式与导热热管表面的导电线路导通。

上述技术方案中，所述的热管主体上成型有提高散热面积的鳍片。

上述技术方案中，所述的热管主体为以下造型中的一种：圆柱螺旋形、圆锥螺旋形、涡卷盘形、U形；或者，热管主体呈圆柱螺旋形，其螺旋固定在一散热金属或者陶瓷外壳的表面或者内面。

综上所述，本发明采用热管作为散热主体，其具有高导热率、良好等温性、热响应快、结构简单、无需额外电力驱动等优点，成为目前高热密度LED芯片导热、散热的理想元件。本发明能够快速、有效地解决LED芯片产生的热量，从而降低LED芯片工作温度，减缓LED芯片老化速度，提高其使用寿命，给开发LED照明灯具创造了条件。同时，本发明中作为导热、散热的热管不仅仅具有导热作用，其还作为电流和信号传输的载体，这样就可以避免使用导线连接，令整个LED产品更加简洁，美观，不会出现断路现象，同时令整个产品组装更加方便，减少了对LED触点的焊接作业，避免焊接作业时对LED产生的损坏。

附图说明：

图1是本发明实施例一的立体分解图；

图2是本发明实施例一的剖视图；

图3是本发明实施例二的立体分解图；

图4是本发明实施例二的主视图；

图5是本发明实施例三的立体分解图；

图6是本发明实施例三的主视图；

图7是本发明实施例四的立体分解图；

图8是本发明实施例五的主视图；

图9A-9D是本发明实施例六中导热热管的示意图；

图10是本发明实施例七的导热热管的示意图；

图11是本发明实施例八的导热热管的示意图。

具体实施方式：

实施例一

见图1、2，本实施例包括：LED 1以及与LED基板11连接的导热热管2。其中LED 1包括：LED芯片以及用于承载LED芯片LED基板11。为了提高散热效率，本实施例中LED基板11采用低温共烧多层陶瓷，其可以有效的将LED芯片产生的热量迅速导出。

导热热管2包括：热管主体21和覆于热管主体21的绝缘层22，其中热管主体21呈柱体，并且在其绝缘层22表面涂布有导电线路。为了提高导热效率，本实施例中热管主体21采用的材料是铜管，该热管主体21通过粘接的方式固定在LED基板11的底面。其与LED基板11接触的端面211为一平面，该端面211粘接于LED基板11底面，LED 1工作时，芯片产生的热量将由陶瓷LED基板11的上层迅速传导至下层，热管主体21通过其与LED基板11接触的端面211迅速将热量传导至热管主体21，通过热管主体21内部的热能转换，将热量迅速的传导至外界空气，完成热量交换，达到快速散热的目的。

上述的导热热管2优选尺寸为毫米级型的、例如直径为3毫米的平头导热热管。LED优先以低温共烧多层陶瓷(LTCC)为基板11的产品。导热热管2可采用回流焊或用绝缘导热良好的强力粘接剂粘接在基板11底面。导热热管2尺寸可根据半导体功率大小设计，例如∮2、∮3、∮6等。

热管主体21不仅具有导热功效，其还作为LED 1的点传导载体。通过其表面涂布的导电线路，将LED 1与外界的电路连接。

由于热管主体21采用铜管，所以为了避免出现短路，需要在热管主体21的表面覆一层绝缘层22。令热管主体21不会出现导电情况。然后在热管主体21的侧面纵向涂布导电线路。该导线线路采用银浆涂布形成，即令该银浆涂布的线路作为导电线路。通常导电线路为两条电源线路41、42，其用于与外界电源输出端的正负电极连接，为LED 1供电。

本实施例中LED 1与电源线路41、42之间的连接结构如下：热管主体21上靠近端面211的一侧固定有分别与电源线路41、42导通的导电件3，LED 1上的不同的电路触点与对应位置的导电件3导通，即通过导电件3将LED 1的电路触点与对应的电源线路41、42连通。

本实施例中，导电件3为导电泡绵31，热管主体21端部粘接有两个互不接触且相对独立的导电泡绵31，这两个导电泡绵31固定的位置分别对应两条电源线路41、42。即导电泡绵31分别与两条电源线路41、42连通。LED基板11固定在热管主体21的端面，该LED基板11上的LED正负极分别与导电泡棉31之间采用电粘胶连接。即，通过导电泡绵31将LED 1上的电源触点与电源导线41、42连通。

上述的电源导线41、42与一接线端子5连接，通过接线端子与外部的电源、电路连接。该接线端子5的引线51、52可以采用焊接或者热黏合或者通过固定件6固定的方式与导热热管2表面的导电线路41、42导通。本实施例中，采用的是固定件6固定方式，该固定件6高温电工胶布，将引线51、52绑固在导热热管2的表面，使引线51、52分别与导热热管2表面上的银浆电路接触，形成连通的电路。

上述的引线51、52可以是FPC软性板(柔性印刷电路板)或原子线或者为导线。

本实施例开始工作后，当接线端子5接通电源后，LED 1开始工作，随后LED芯片除了产生光能外，将同时转换成热能，使LED 1温度逐渐升高，此时，LED芯片产生的热量将由LED基板11的上基板面迅速传导至下基板面，热管主体21上的端面211快速吸收下基板的热量并迅速传导至裸露于空气中的热管主体21的另一端，与环境空气进行热交换，从而达到快速散热的效果。

实施例二

见图3、4所示，本实施例与实施例一类似，所不同之处在于：LED基板11上的LED正负极是采用的导电件3为铜制的接触片32，通过该接触片32与银浆电路形成的电源线路41、42连接。具体而言，该导电件3包括：接触片32以及用于固定接触片32的绝缘座33，其中绝缘座33固定在热管主体21的端部，接触片32固定在绝缘座33的上，并且每个接触片32分别与对应位置上的电源线路41、42和LED 1正负极触点连通。

由于铜制接触片32难于直接固定在热管主体21上，所以本实施例采用了一绝缘座33来固定接触片32，该绝缘座33可采用快巴纸制作。接触片32分别与LED基板上的LED正负极触点、银浆电路形成的电源线路41、42导通。

实施例三

见图5、6所示，本实施例与实施例一类似，所不同之处在于：热管主体21的尾端(即导热热管2的冷凝端)处焊接或铆接有鳍片23，通过该鳍片23增加与环境空气热交换的散热面积，增加散热效果。作为鳍片的材料仍以铜(如Cu1100)和铝(如AL1100)两种材料为主，以及新近的铝基陶瓷复合材料(又称AMC复合材料)。其按加工方式有冲压、挤型、铸造、焊接、折叠、锻造、切削、机械加工等。结构可按产品设计不同的形状，鳍片23需按LED功率将鳍片间距、鳍片厚、鳍片外径进行优化并进行校核计算。

实施例四

见图7所示，本实施例与实施例二类似，所不同之处在于：热管主体21的尾端焊接或铆接有鳍片23，通过该鳍片23增加与环境空气热交换的散热面积，增加散热效果。

实施例五

见图8，由于对于一些产品中需要控制LED 1，所以还需要两条供信号输入、输出的信号线路43、44。相对于上述实施例中银浆涂布形成的两条电源线路41、42。本实施例增加了两条信号线路43、44，即在导热热管2的表面涂布形成有导电线路有四条，分别为两条电源线路41、42 和两条信号线路43、44。其中信号线路43、44的连接固定方式与上述电源线路41、42的方式相同，这里不再一一赘述。

实施例六

本发明中，导热热管2的形状不仅仅局限于上述实施例中的圆柱形，其也可以采用其他造型，如图9A中的圆柱螺旋形导热热管201，图9B中的圆锥螺旋形导热热管202，图9C中的涡卷盘形导热热管203以及图9D中的U形大热热管204。采用这些造型的导热热管可以在不增加整个产品高度的情况下延长热管的长度，从而更加有效的提升热管的散热能力。

实施例六

本实施例中，导热热管2中热管主体201呈圆柱螺旋形，其螺旋固定在一散热金属或陶瓷外壳24的表面。这样可以利用圆柱螺旋形导热热管201与作为增加散热作用的外壳24合理结合，提高散热效率，通过电源接通灯头25完成大功率LED实现照明并提供有效散热效率的典型实例。

实施例七

本实施例与上述实施例六类似，所不同的是，导热热管2螺旋固定在散热金属或陶瓷外壳24的内面。

本发明的导热热管2不仅作为高效的导热件金属，并且其还具有电路导通的功效。在制作过程中，首先在其外表面经绝缘处理后成为一绝缘体，作用及效果是操作电力工具保护人身安全，并且便于在导热管绝缘体表面印刷银浆电路，防止电路短路。由于在导热热管2绝缘体表面印刷银浆电路作为LED1导通导线，作用及效果是避免使用导线连接，令整个LED产品更加简洁、美观，不会出现断路，短路现象、同时整个产品组装更加方便，减少了对LED触点焊接作业，避免焊接作业对LED产生的损坏；还可以将印刷银浆电路作为LED信号传导线，作用及效果是避免使用导线连接，令产品组装更加方便、整个产品更加简洁、美观。

当然，以上所述仅仅为本发明的实施例而已，并非来限制本发明实施范围，凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利保护范围内。

Claims

1.一种LED散热装置，包括：LED(1)以及与LED基板(11)连接的导热热管(2)，其特征在于：所述的LED基板(11)固定于导热热管(2)一端；于导热热管(2)表面涂布有导电线路，该导电线路与LED(1)形成电连接。

2.根据权利要求1所述的一种LED散热装置，其特征在于：所述的导热热管(2)包括：热管主体(21)和覆于热管主体(21)的绝缘层(22)，其中热管主体(21)呈柱体，并且在其绝缘层(22)表面涂布有导电线路。

3.根据权利要求2所述的一种LED散热装置，其特征在于：所述的热管主体(21)与LED基板(11)接触的端面(211)为一平面，该端面(211)粘接于LED基板(11)底面，LED(1)产生的热量通过LED基板(11)传导至热管主体(21)。

4.根据权利要求2或3所述的一种LED散热装置，其特征在于：所述的热管主体(21)上靠近端面(211)的一侧固定有分别与导电线路导通的导电件(3)，LED(1)上的不同的电路触点与对应位置的导电件(3)导通，即通过导电件(3)将LED(1)的电路触点与对应的导电线路连通。

5.根据权利要求4所述的一种LED散热装置，其特征在于：所述的导电件(3)为导电泡绵(31)，热管主体(21)端部对应不同的导电线路分别固定有相互独立的导电泡绵(31)，每个导电泡绵(31)与LED(1)上对应的触点连通。

6.根据权利要求4所述的一种LED散热装置，其特征在于：所述的导电件(3)包括：接触片(32)以及用于固定接触片(32)的绝缘座(33)，其中绝缘座(33)固定在热管主体(21)的端部，接触片(32)固定在绝缘座(33)的上，并且每个接触片(32)分别与对应位置上的导电线路和LED(1)触点连通。

7.根据权利要求4所述的一种LED散热装置，其特征在于：所述的导电线路采用银浆涂布形成，且LED基板(11)为陶瓷基座；所述的导电线路包括电源线路(41、42)以及信号线路(43、44)。

8.根据权利要求7所述的一种LED散热装置，其特征在于：所述的导热热管(2)与一接线端子(5)连接，该接线端子(5)的引线(51、52)采用焊接或者热黏合或者通过固定件固定的方式与导热热管(2)表面的导电线路导通。

9.根据权利要求8所述的一种LED散热装置，其特征在于：所述的热管主体(21)上成型有提高散热面积的鳍片(23)。

10.根据权利要求8所述的一种LED散热装置，其特征在于：所述的热管主体为以下造型中的一种：圆柱螺旋形、圆锥螺旋形、涡卷盘形、U形；或者，热管主体呈圆柱螺旋形，其螺旋固定在一散热金属或陶瓷外壳(24)的表面或者内面。