CN102620269A - 大功率led组合式散热器 - Google Patents

Abstract

一种大功率LED组合式散热器，它能将大功率LED芯片产生的热量快速传导到铝散热器的内壁中，并通过散热片将热能迅速、高效地传递到周围环境中。该组合式散热器设有与铝散热器内筒匹配的石墨导热柱，该石墨导热柱紧压嵌入所述铝散热器的内筒内，所述金属基板里面紧贴并固定在铝散热器和石墨导热柱的同一端面上。

Description

大功率LED组合式散热器

技术领域

本发明涉及大功率LED灯散热器技术领域，特别涉及一种大功率LED组合式散热器。

背景技术

随着LED制造技术的急速发展，LED由单颗功率小于1W发展到现时单颗功率为5W或5W以上，阵列（模块）LED功率由过去的5W发展到150W。LED应用于照明市场上的产品正不断多样化、合理化，产品越来越趋向大功率而小型化，性价比合理化，特别是大功率LED照明产品的小型化。以大功率LED灯具为例，由于LED无法将输入能量100%转化为光能，约70%能量转化为热能并必须传递到周围环境中，LED才能正常工作，目前单颗的LED的使用功率越来越大，所产生的热量亦随之增大，为确保大功率LED可靠地运行，必须将LED瞬间产生的热量及时排走，防止因热量积聚而影响LED的性能和缩短使用寿命。

目前大功率LED的散热器材料常用铝合金挤压加工成型（即所谓太阳花状散热器），该散热器的特点是成型加工简单，通过改变散热器的内外圆周直径和长度便可得到所需要的散热面积，但缺点是不能应用于多颗大功率LED芯片或阵列式的大功率LED模块，因为大功率LED芯片或LED模块的发热量都是集中或比较集中在一起，此时单依靠铝或铜作导热的材料其传热的速度太慢。因铝的热导率：200W/mk,铜的热导率：400W/mk,由于铝、铜的热导率差就算散热器有足够的散热面积，此时，积聚的热量还是不能畅顺地传递到各散热片中去散热，特别是远离热源的散热片部分，LED产生的热能会大量积聚，最终严重地降低了LED的使用性能。业界中也有利用铜管紧贴安装在铝散热器表面加快将LED产生的热能传递到散热器中散热，此方案也有一定的效果，但其散热器加工工艺较复杂而且成本高，也不利于大批量生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大功率LED组合式散热器，它能将大功率LED芯片产生的热量快速传导到铝散热器的内壁中，并通过散热片将热能迅速、高效地传递到周围环境中。

本发明所提出的技术解决方案是这样的：

一种大功率LED组合式散热器，包括LED芯片1、金属基板2、太阳花状铝散热器4，金属基板2外面焊有一组LED芯片1，该太阳花状铝散热器4设有内筒4-2，该内筒4-2四周均匀布排有太阳花状铝散热片4-1，还设有与所述铝散热器4内筒4-2匹配的石墨导热柱3，该石墨导热柱3紧压嵌入所述铝散热器4的内筒4-2内，所述金属基板2里面紧贴并固定在所述铝散热器4和所述石墨导热柱3的同一端面上。成为自然散热式大功率LED组合式散热器。

可以在铝散热器4的另一端面上安装有风扇5，成为强制散热式大功率LED组合式散热器。

石墨导热柱3一端面与相匹配的铝散热器4一端面位于同一平面上，所述石墨导热柱3的长度等于或小于所述铝散热器4的内筒4-2长度。石墨导热柱3通过过盈配合嵌入方式或采用高导热系数的胶粘剂紧贴于所述铝散热器4内筒4-2的筒壁上。可以对所述太阳花状铝散热器4的外表面进行表面处理或涂上有利于散热的纳米涂层。

所述金属基板2外面所焊的一组LED芯片1以圆环形或矩形或阵列状布排或仅由单一颗超大功率LED芯片构成。石墨导热柱3的材料最好采用高纯石墨，以获得很高的导热率。铝散热器4的内筒4-2可以采用内圆筒或内方筒或多面内筒，相应的石墨导热柱3就采用圆柱或方柱或多面柱体。

与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：

(1) 现有的LED照明产品中的散热器大多是用铝或铜材料作导热体，由于铝或铜的传热系数低，所以导热速度慢，受热阻影响其传递距离亦有限。本发明的关键技术在于采用甚高导热率的石墨作为大功率LED发热体与铝散热器之间的导热体，能迅速、高效地将大功率LED芯片发出的热量传递到整个铝散热器中，并通过整个铝散热器散发出去，效果特别显著。高纯石墨的导热率高达2000W∕mk，比铝导热率高出10倍，其导热效果显著。由于石墨导热柱的端面能大面积地接触金属基板并将LED芯片组发出的热量迅速传导到石墨柱体内，再经过紧接触于太阳花状铝散热器内筒壁传递到散热片中，达到最快、最有效的散热，令LED芯片处于可控制的工作安全温度范围以内，从而，有效地减缓其光衰，保持其光效和色温，增长使用寿命，提高可靠性能，降低维护成本。进而保证大功率LED照明灯具正常工作的性能和使用寿命不会因其散热效果不良而受影响。

(2) 本发明所采用的散热结构、制造工艺简单、环保，安装方便，生产、效率高，成本较低。通过调整太阳花状铝散热器的内筒、石墨导热柱、散热片的尺寸就可以满足由5W-150W不同功率LED的散热需求。

(3) 本发明的大功率LED组合式散热器有自然散热方式和强制散热方式两种，当在组合式太阳花状铝散热器的另一端面加装相应规格的小型风扇，就能对散热片作强排风散热，此时散热器的体积能做得更小、重量更轻，获得的散热速度更快、散热效果更好。

(4) 由于采用了石墨材料作导热柱，并优化特定的热传递方式，这样，将使设计具有成本效益且尺寸最合适的热管理解决方案的任务变得更容易。

附图说明

图1是本发明一个实施例的一种大功率LED组合式散热器的主视图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是本发明另一实施例的一种具有强制散热方式的大功率LED组合式散热器的主视图。

图4是图3的B-B剖视图。

图中所示，1、大功率LED芯片；2、金属基板；3、石墨导热柱；4、太阳花状铝散热器；4-1、铝散热片；4-2、内圆筒；5、小型风扇。

具体实施方式

通过下面实施例对本发明作进一步详细阐述。

实施例1

参见图1、图2所示，一种大功率LED组合式散热器由大功率LED芯片1、金属基板2、石墨导热柱3、太阳花状铝散热器4组成。本实施例的铝散热器4为圆柱状，其中央设有内圆筒4-2，与之匹配的石墨导热柱3为圆柱体，两者的长度可以相同，也可以使石墨导热柱3的长度小于该内圆筒4-2的长度，太阳花状铝散热器4的内筒4-2形状、几何尺寸、散热片4-1的几何尺寸、散热面积的大小及石墨导热柱3的几何尺寸均根据LED功率大小、灯具结构要求作相应设计。装配过程预先将石墨导热柱3过盈紧配合嵌入太阳花状铝散热器4的内圆筒4-2内，该内圆筒4-2的外壁均布太阳花状的散热片4-1作自然对流散热，一颗大功率LED芯片1焊在金属基板2的外面中央，其里面紧贴在石墨导热圆柱3的端面上并以螺丝紧固之。要求石墨导热圆柱3一端面与铝散热器4一端面位于同一平面上。大功率LED芯片1在工作中产生的热量通过金属基板2传递到石墨导热圆柱3，石墨导热圆柱3的外圆柱面紧密接触于太阳花状铝散热器4内圆筒壁，经过散热片4-1的自然散热将热量迅速而高效地传递到周围环境中去，从而获得了显著的快速散热效果，也完全解决了5-150W大功率LED芯片的导热和散热难题。

实施例2

一种具有强制散热结构的大功率LED组合式散热器的结构参见图3、图4所示。它与实施例1的自然散热式大功率LED组合式散热器的结构不同之处在于：太阳花状铝散热器4的另一端面上加装了小型风扇5作强制排风加速散热，风扇5用螺丝固定于太阳花状铝散热器4的另一端面上。风扇5的出风通过太阳花状铝散热器4的散热片4-1之间的空隙排出。其余各部件及安装结构与实施例1相同。

本发明的大功率LED组合式散热器的石墨导热柱3与相应的铝散热器4内筒4-2的筒壁紧密接合的方式有两种：1、过盈配合嵌入方式；2、用高导热系数的胶粘剂粘贴。为了对铝散热器4进行保护，可以对其外表进行表面处理或涂上有利于散热的纳米材料涂层。

焊在金属基板2外面的大功率LED芯片可以单颗形式出现，如上述两实施例所示，也可以一组LED芯片形式出现，该组LED芯片的布排可以是圆环形或矩形或阵列状等。金属基板2可以采用铝或铜或其他热阻小的金属材料制成。

太阳花状铝散热器4的内筒4-2可以是内圆筒或内方筒或多边，内筒或其他有规则的内筒，相应的石墨导热柱3的形状与之相匹配。石墨导热柱3可以选用高纯石墨或普通石墨。

Claims (8)

1.一种大功率LED组合式散热器，包括LED芯片（1）、金属基板（2）、太阳花状铝散热器（4），金属基板（2）外面焊有一组LED芯片（1），该太阳花状铝散热器（4）设有内筒（4-2），该内筒（4-2）四周均匀布排有太阳花状铝散热片（4-1），其特征在于：还设有与所述铝散热器（4）内筒（4-2）匹配的石墨导热柱（3），该石墨导热柱（3）紧压嵌入所述铝散热器（4）的内筒（4-2）内，所述金属基板（2）里面紧贴并固定在所述铝散热器（4）和所述石墨导热柱（3）的同一端面上。

2.根据权利要求1所述的大功率LED组合式散热器，其特征在于：所述铝散热器（4）的另一端面上安装有风扇（5）。

3.根据权利要求1所述的大功率LED组合式散热器，其特征在于：所述石墨导热柱（3）一端面与相匹配的铝散热器（4）一端面位于同一平面上，所述石墨导热柱（3）的长度等于或小于所述铝散热器（4）的内筒（4-2）长度。

4.根据权利要求1或3所述的大功率LED组合式散热器，其特征在于：所述石墨导热柱（3）通过过盈配合嵌入方式或采用高导热系数的胶粘剂紧贴于所述铝散热器（4）内筒（4-2）的筒壁上。

5.根据权利要求1所述的大功率LED组合式散热器，其特征在于：对所述太阳花状铝散热器（4）的外表面进行表面处理或涂上有利于散热的纳米涂层。

6.根据权利要求1所述的大功率LED组合式散热器，其特征在于：所述金属基板（2）外面所焊的一组LED芯片(1)以圆环形或矩形或阵列状布排或仅由单一颗超大功率LED芯片构成。

7.根据权利要求1或3或4所述的大功率LED组合式散热器，其特征在于：所述石墨导热柱（3）的材料采用高纯石墨。

8.根据权利要求1或3或4所述的大功率LED组合式散热器，其特征在于：所述铝散热器（4）的内筒（4-2）为内圆筒或内方筒或多面内筒，相应的石墨导热柱（3）为圆柱或方柱或多面柱体。

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