CN102235644A

CN102235644A - 一种带有侧面出风口的led散热封装结构

Info

Publication number: CN102235644A
Application number: CN2010101553704A
Authority: CN
Inventors: 刘静; 马璐
Original assignee: Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Current assignee: Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2010-04-20
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2030-04-20
Also published as: CN102235644B

Abstract

本发明涉及一种带有侧面出风口的LED散热封装结构，其包括：一作为LED发光模块热沉的平板式安装板；一环绕平板式安装板四周侧壁的环绕式空心流道，环绕式空心流道内侧流道壁上设有环绕式缝隙状开口；一位于环绕式空心流道下端并与环绕式空心流道相连通的空心基座；空心基座内中部装有水平放置的过滤装置，在过滤装置之下的空心基座的壁面上设有进风口；过滤装置上方设置有空气驱动部件；一位于空心基座底部为空气驱动部件和LED发光模块提供能量的电源44；该带有侧面出风口的LED散热封装结构通过空气驱动部件驱动空气从LED侧面将其冷却，将热量通过安装板和其前端排散出去；且具有结构紧凑，美观，噪音低和环保等优点。

Description

一种带有侧面出风口的LED散热封装结构

技术领域

本发明涉及一种带有侧面出风口的LED散热封装结构，特别涉及一种借助于底部驱动部件将空气从基座抽吸至围绕LED的流道里，从而对LED进行冷却的强迫风冷散热结构。

背景技术

近年来，随着城市建设和电子信息产业的高速发展，人们对光源的需求与日俱增。其中，LED(Light-Emitting Diode)产品的研制及生产已成为前景十分诱人的朝阳产业。这种光源不仅可用作大型广告显示屏、交通信号指示灯、城市重点建筑夜景照明等领域，而且正迅速成为汽车的标准配置，尤其是白光LED已作为便携式电子产品显示屏的主要光源。与普通光源如白炽灯、卤钨灯和荧光灯等相比，LED灯具有如下优势：发光效率高、使用寿命长、安全环保，有望进入普通照明市场并逐步取代传统照明光源。

一般照明中，需要将大量的LED放置在一个模组中即组成高功率密度的LED，才能达到所需要的亮度，这种高功率密度高亮度照明LED将会引起严重的发热问题。目前LED灯的发光效率仅能达到10％～20％，这是因为其80％～90％的能量转化成了热能。随着LED产品功率密度和封装密度的提高，这将会引起芯片内部热量聚集，导致发光波长漂移、出光效率下降、荧光粉加速老化以及使用寿命缩短等一系列问题。这样，在推广照明用高功率密度高亮度LED产品时必需选择高质量的散热解决方案。

当前国内外在LED组件及其系统的散热方面主要采取了、水冷、油冷、热管散热、混合工质散热、受迫空气对流等方式。在这些方式中，水冷、油冷存在体积庞大、运行复杂、需要定期检修及更换，以及驱动件会因长期运行发生变形而降低部件性能等问题；热管在一定功率下可以发挥较好的热量输运能力，但当LED集成度及发热量较大时，则整个热管内的液体会因过量受热而蒸干，从而导致工质无法循环，于是出现热输运危机，严重者甚至引起危险；考虑到空气冷却成本低廉，市场上成型的LED产品仍然是用肋片增大换热面积的自然对流方式或者风扇肋片结合的强迫对流冷却为主。

随着LED工艺的发展，LED模块产品本身可以越来越轻薄，常规LED产品都是通过直接在LED的封装基底安装肋片和风扇的形式进行散热。本发明专利首次在LED热管理领域引入具有侧面出风口的散热封装结构。该结构不仅仅可以直接带走通过LED基底传导至安装板的热量，还可以直接冷却LED前端，从而减缓前端封装材料的老化进而减缓LED芯片的光衰。相比于常规LED肋片风扇封装结构，本LED系统内由于将风机或者采用的其他驱动部件封装底部基座内，驱动空气流动的动力可更强劲，因而散热性能更好，并可以有效地隔离噪音。且由于驱动部件的密封，传统散热器中的肋片结构不再外露，因而可以将LED系统做得轻巧、紧凑、美观。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有侧面出风口的LED散热封装结构；该带有侧面出风口的LED散热封装结构通过空气驱动部件驱动空气从LED侧面将其冷却，将热量通过安装板和其前端排散出去；且具有结构紧凑，美观，噪音低和环保等优点。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的带有侧面出风口的LED散热封装结构，其包括：

一作为LED发光模块热沉的平板式安装板2；

一环绕所述平板式安装板2四周侧壁的环绕式空心流道3，所述环绕式空心流道3内侧流道壁上设有环绕式缝隙状开口31；

一位于所述环绕式空心流道3下端并与所述环绕式空心流道3相连通的空心基座4；所述空心基座4内中部装有水平放置的过滤装置43，在所述过滤装置4之下的空心基座4的壁面上设有进风口41；所述过滤装置43的上方设置有空气驱动部件；

和

一位于空心基座4底部为空气驱动部件和LED发光模块提供能量和电路控制的电源44。

所述的LED发光模块可直接从市场购买基本LED元件后，按程序在LED基底上加工出；比如该LED发光模块可由但不限于1-5000个LED发光芯片集成得到，工艺比较成熟。

所述平板式安装板2为圆形板，椭圆板，正方形板，矩形板或多边形板；所述平板式安装板2的面积为10mm²-1000000mm²；其厚度在0.1mm-100mm之间；其材质为铜、阳极氧化铝、半导体硅、金刚石、不锈钢、镁铝合金、塑料、有机玻璃或聚合物材质。

所述环绕式空心流道3为壁厚在0.1mm-10mm之间的中空矩形流道、中空圆形流道或中空流线型流道；其材质为铜、阳极氧化铝、半导体硅、金刚石、不锈钢、镁铝合金、塑料、有机玻璃或聚合物材质。

所述空心基座4为壁厚在0.1mm-10mm之间的中空圆柱体、中空半球或锥台体。

所述空气驱动部件为风机、微型压缩机或微型空气泵。

所述空气过滤装置为滤网或化学过滤器。

所述环绕式缝隙状开口31位于所述平板式安装板2的前方或/和后方。

所述电源44包含电路控制模块，用于调节控制LED和空气驱动部件的电路。

本发明一改传统的散热底座结构而引入带有侧面出风口的散热封装结构。本发明的带有侧面出风口的散热封装结构可以确保LED发光模块安全运行，传统散热器中的肋片结构不再外露，因而结构紧凑，轻巧，美观，隔噪音，还易于与常规散热器配合使用；采用这样的封装结构，可在一定噪音水平下确保驱动空气流动的动力更强劲，因而散热性能更好。

本发明的带有侧面出风口的LED散热封装结构的工作原理是这样实现的：

接通电源44后，电路控制模块控制LED开关，LED开始工作并且发热，待其温度超过一定的范围，电路控制模块接通空心基座内的空气驱动部件42；在空气驱动部件42的作用下，空气从空心基座四周的进风口41进入系统，流经空气过滤装置43，达到环绕安装板的流道内。在压力作用下，空气通过流道内侧的缝隙状出风口，到达平板式安装板2表面和LED发光模块前端；从而将LED产生的热量带入周围空气中；整个散热结构紧凑，轻巧，可以根据不同功率照明要求制作出不同型号的集成化LED照明装置。

附图说明

图1为本发明的带有侧面出风口的LED散热封装结构图；

图2-1和图2-2为图1的A-A面(垂直平分平板式安装板2和环绕式空心流道3的横截面)视图；

图3为本发明的带有侧面出风口的LED散热封装结构的整体装配示意图；

图4为在平板式安装板2前后同时具有侧面出风口(环绕式缝隙状开口31)的LED散热封装结构的横截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步描述本发明：

实施例1：

图1为本发明的带有侧面出风口的LED散热封装结构图，图3为其装配示意图，也是本发明的一个实施例，图2-1和图2-2为图1的A-A面(垂直平分平板式安装板2和环绕式空心流道3的横截面)视图；由图可知，本发明的带有侧面出风口的LED散热封装结构，包括：

一作为LED发光模块热沉的平板式安装板2；

和

所述的LED发光模块可直接从市场购买基本LED元件后，按程序在LED基底上加工出；比如该LED发光模块可由LED发光芯片集成得到，工艺比较成熟。

本实施例的平板式安装板2为圆形板(当然也可以为椭圆板，正方形板，矩形板或多边形板)；其材质为铜(当然也可以为阳极氧化铝、半导体硅、金刚石、不锈钢、镁铝合金、塑料、有机玻璃或聚合物材质)。

本实施例的环绕式空心流道3为中空圆形流道(当然也可以为中空矩形流道或中空流线型流道)；其材质为铜(当然也可以为阳极氧化铝、半导体硅、金刚石、不锈钢、镁铝合金、塑料、有机玻璃或聚合物材质)。

空心基座4为中空圆柱体(也可以为中空半球或中空锥台体)。

本实施例的空气驱动部件为风机(也可以为微型压缩机或微型空气泵)。

本实施例的空气过滤装置为滤网(也可以为化学过滤器)。

本实施例的环绕式缝隙状开口3位于平板式安装板2的前方。

LED发光模块1通过LED基底11被固定在平板式安装板2上面；在空心基座4内设置的空气驱动部件42的能量来源于电源44，当空气驱动部件42工作时，在空心基座4内形成一定的空气驱动力，于是在其作用下，空气通过空心基座4进入环绕式空心流道3；环绕式空心流道3内的空气通过环绕式缝隙状开口31直接流过平板式安装板2和带有散热肋片的LED发光模块表面，一方面将LED发光模块1通过LED基底11传至平板式安装板2的热量直接带走，另一方面可以直接冷却LED发光模块的前端表面的封装材料，从而保证LED发光模块在额定温度以下安全稳定地运行；采用这种封装结构，还可以直接冷却LED前端，进而可以减缓前端封装材料的老化从而减少LED芯片的光衰。

实施例2：

附图4为在平板式安装板2前后同时具有侧面出风口(环绕式缝隙状开口31)的LED散热封装结构的横截面示意图；同时也是本发明的另一实施例。

由图可知，本实施例除了在平板式安装板2前后同时设置环绕式缝隙状开口31(侧面出风口)之外，所有的结构均与实施例1相同。此时，除了在平板式安装板2之前设置了一个环绕式缝隙状开口外，还在平板式安装板2之后也设置了一个环绕式缝隙状开口；这种结构的好处是，通过平板式安装板2之后的环绕式缝隙状开口对平板式安装板2后端进行冷却，可以进一步加强散热效果，从而保证LED的安全稳定运行。

本发明具有很多优点，首先，为在LED发光模块集成了优良的空气强迫对流散热装置，从而确保了大功率LED的安全运行。这种集成方式，使得高集成度大功率LED发光器成为比较现实的技术。整个系统采用环境空气作为冷却工作，不会对空气造成明显的影响，因而具有明显的环保性。这种发光装置在节能、安全环保等方面有重要的意义。

本发明将空气驱动部件封装在空心基座中，可以采用密封的方式对空气驱动部件进行消震消音处理，从而降低整个系统的噪音，保证在一定噪音水平下最大限度地提升空气驱动部件(风扇)的驱动功率，从而引起更大的气体流速乃至产生更高性能的散热效果。此外，由于像传统散热器中那样的肋片结构不再外露，因而整套散热器外观可随意设计及调整，从而可达到十分美观的程度甚至是个性化外观。

本发明的LED发光器可以很方便地运用到许多实际场合。以实施例1为例，使用本发明的方式如下：使用时，根据用户使用当地的特点，安装并调整好LED发光器的相对位置；接通电源后，电路控制模块开通LED开关，逐步加载电源，从而点亮LED照明装置。待温度上升到预先设定值，电路控制模块接通空气驱动部件，从而驱动环境空气在整个系统中的流动，持续不断地将LED发光模块产生的热量迅速带有，从而确保整个系统的安全运行。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。而且，此处的热沉也不限于LED发光模块，也可为其他发热元件如计算机芯片以及更多光电子器件等。

Claims

1.一种带有侧面出风口的LED散热封装结构，其特征在于，其包括：

一作为LED发光模块热沉的平板式安装板2；

和

一位于空心基座4底部为空气驱动部件和LED发光模块提供能量和电路控制的的电源44。

2.按权利要求1所述的带有侧面出风口的LED散热封装结构，其特征在于，所述平板式安装板2为圆形板，椭圆板，正方形板，矩形板或多边形板；所述平板式安装板2的面积为10mm²-1000000mm²；其厚度在0.1mm-100mm之间；其材质为铜、阳极氧化铝、半导体硅、金刚石、不锈钢、镁铝合金、塑料、有机玻璃或聚合物材质。

3.按权利要求1所述的带有侧面出风口的LED散热封装结构，其特征在于，所述环绕式空心流道3为壁厚在0.1mm-10mm之间的中空矩形流道、中空圆形流道或中空流线型流道；其材质为铜、阳极氧化铝、半导体硅、金刚石、不锈钢、镁铝合金、塑料、有机玻璃或聚合物材质。

4.按权利要求1所述的带有侧面出风口的LED散热封装结构，其特征在于，所述空心基座4为壁厚在0.1mm-10mm之间的中空圆柱体、中空半球或中空锥台体。

5.按权利要求1所述的带有侧面出风口的LED散热封装结构，其特征在于，所述空气驱动部件为风机、微型压缩机或微型空气泵。

6.按权利要求1所述的带有侧面出风口的LED散热封装结构，其特征在于，所述空气过滤装置为滤网或化学过滤器。

7.按权利要求1所述的带有侧面出风口的LED散热封装结构，其特征在于，所述环绕式缝隙状开口31位于所述平板式安装板2的前方或/和后方。