CN102683566A - 采用超导热均温板的大功率led散热结构 - Google Patents

采用超导热均温板的大功率led散热结构 Download PDF

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Abstract

采用超导热均温板的大功率LED散热结构，涉及LED散热结构设计。本发明的均温板内开嵌有导热均温腔，该导热均温腔为一真空的密闭腔体，腔体内填充有导热液，LED芯片工作时产生的热量使导热液气化，所述的导热均温腔内壁上设有一层多孔毛细材料，若干热管将均温板与散热器的散热鳍片相连，用于将均温板的热量传递至散热鳍片散发。实现了高效散热。

Description

采用超导热均温板的大功率LED散热结构
技术领域
本发明涉及LED的散热结构设计，具体是一种采用超导热均温板的大功率LED散热结构。    
背景技术
随着地球资源日益耗竭，各国对于节能环保日趋重视；新型发光材料LED-早成为众人耳目焦点，目前LED正在逐渐显现出良好的发展前景。特别是大功率LED，各国都有投入大量的人力和物力进行研究实验，其大功率LED封装工艺技术和材料也在迅猛发展，应用的领域也在不断的拓宽，已开始应用于一些景观照明、矿灯、路灯、应急灯等领域。
目前大功率LED的光电转换效率大概在15%-20%左右，而80%左右的电能则转化为热能散发出来；如不及时将热量散发，则对大功率LED的寿命和光衰影响极大。所以，大功率LED在长期工作时必须先解决散热问题。据目前业界包括国内大功率LED的散热主要有两种方式：
一）大部份使用大功率LED单管1W或3W组合在一个灯具中来满足高亮度照明的要求，这种方式在一定程度上解决了单颗光源亮度不足的问题；但是，这种工艺存在以下问题：
1）灯具制作过程繁琐，生产效率低、可靠性不高；
2）灯具的设计受单管LED排列数量和线路复杂的限制，生产的灯具在外形美观和保证性能方面难以兼顾；
3）灯具的二次光学设计复杂，难以满足各类不同照明设计的要求，而且会造成灯具光效降低；
4）在使用过程中容易出现因局部故障导致的盲点，产生暗斑，增加维护成本。
二）另一种则采用大功率LED芯片集成封装在一个热沉表面的反光杯内，此封装方式虽然解决了灯具生产效率、满足二次光学设计和线路复杂等问题。但是散热问题还是一直困扰着大功率LED。
当大功率LED光源安装在压铸铝基或铝型材散热器上，并采用的导热硅脂（或导热硅胶垫）作为大功率LED热沉和散热器间的传导材料时，（其导热硅脂或导热硅胶垫的主要成份结构为：硅酮＋纯银微粒子＋金属氮化物），它的导热系数在0.5W/ MK～5W/ MK左右，这样的散热结构且热阻较高，导热速度太慢，无法将大功率LED芯片在工作时产生的热量及时导出，如长时间工作下对LED器件散热与物理特性极为不利，最终导致LED芯片P/N结结温过高使荧光粉老化的恶性过程。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种采用超导热均温板的大功率LED散热结构，通过改进LED芯片与散热器的连接方式，提高集成封装LED结构的散热性能。
为此，本发明采用以下技术方案： 
采用超导热均温板的大功率LED散热结构，包括LED芯片和具有复数个散热鳍片的散热器，其特征在于它还包括：
均温板，所述的LED芯片设于均温板上，均温板内开嵌有导热均温腔，该导热均温腔为一真空的密闭腔体，腔体内填充有导热液，LED芯片工作时产生的热量使导热液气化，所述的导热均温腔内壁上设有一层多孔毛细材料；
设于均温板上的光学杯，围绕于LED芯片周围，其上安装有对LED芯片发射光线进行光学处理的光学处理件；
设于均温板上的电路连接构件，用于将LED芯片与外电路相连；
若干热管，将均温板与散热器的散热鳍片相连，用于将均温板的热量传递至散热鳍片散发。
导热均温腔为真空密封的金属壳体，在该壳体内设置有多孔毛细材料及导热液，利用在真空中汽液变化过程中的热吸放原理快速均匀地导热。
热管主要是利用工作流体在真空中的蒸发与冷凝来传递热量，热管工作流体涵盖从低温应用的氦、氮，到高温应用的钠、钾等液态金属；当热管的一端受热时（即两端出现温差时），毛细芯中的工作液体蒸发汽化，蒸汽在压差之下流向另一端放出热量并凝结成液体，液体再沿多孔材料依靠毛细管作用流回蒸发端，热量得以沿热管迅速传递，如此循环不已，因此热管几乎是在等温下传递热量。
作为对上述技术方案的完善和补充，本发明进一步采取如下技术措施或是这些措施的任意组合：
所述的均温板上设有至少一个用于安装热管的热管安装半圆槽，所述散热器的散热鳍片也设有对应的热管安装槽。
所述的导热均温腔的一端设有除氧管。便于抽去空气和注入导热液，也便于维修。
所述的均温板包括接合的均温板上基座和均温板下基座，它们的接合面上开有对应的导热均温腔容纳凹槽，均温板上基座和均温板下基座接合后，所述的导热均温腔被夹在两块基板之间，除氧管从均温板的一侧外露，所述的热管安装半圆槽开设于均温板下基座上。
所述的热管为用直热管、环形热管、U形热管或折弯热管，热管分别与均温板和散热器焊接，所述的散热鳍片上设有多组对通孔。
所述的光学杯内侧设有若干个LED芯片，这些LED芯片串联或串并联后通过电路连接构件与外电路相连。
所述的LED芯片按矩形或环形排列。
所述的导热均温腔位于LED芯片安装区域的下方，且导热均温腔的水平面积大于LED芯片安装区域的面积，能保证对各个LED芯片的及时导热。
所述的电路连接构件为设于光学杯与均温板之间的PCB构件。
所述的光学杯内填充有荧光粉胶脂。
有益效果：本发明利用超导热均温板迅速均温功能，并配合热管具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热等优点，利用锡焊料将超导热均温板大功率LED、热管与和散热鳍片将三者焊接成一体，其导热散热性能优于导热硅脂（或导热硅胶垫）几十倍，（锡的导热系数为67 w/mk，导热硅胶的导热系数为0.5W/ MK～5W/ MK），实现高效散热方式。每片散热鳍片上开有多个多排对通孔，主要为协助散热，起空气对流效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的另一结构示意图。
具体实施方式
如图1、2所示的采用超导热均温板的大功率LED散热结构，均温板由均温板上基座4和下基座5接合而成，它们的接合面上开有对应的导热均温腔容纳凹槽，接合后，导热均温腔11被夹在两块基板之间。
导热均温腔11为一个金属壳体的真空密封腔体，其内壁上设有一层多孔毛细材料10，腔体内注有导热液12。导热均温腔11的一端设有一个除氧管13，用于抽走腔内的空气并注入导热液，完成后密封。
PCB构件3和光学杯9固定在均温板上。
多个LED芯片8采用导热介质7粘接固定于光学杯内的均温板上，LED芯片之间采用金丝导线1串联或者串并联后与PCB构件3进行连接，LED芯片功率至少为10W以上，排列方式可矩阵或环形布置，用于连接外电路。
光学杯9内采用荧光粉胶脂2填充，将LED芯片8全部履盖。
均温板下基座5上开设有热管安装半圆槽6，热管安装半圆槽内嵌入并焊接热管14，热管另一端横穿散热器的散热鳍片16并焊接。焊接的材料可采用锡。
散热鳍片16上开有多个多排对通孔15，能加强空气流通效果，帮助散热。
工作时，LED芯片产生的热量先被传输到温板上基座4，然后到达导热均温腔11的上部，在热量作用下，达导热均温腔上部的导热液被气化，并在气压作用下向下向外扩散，到达温度较低的导热均温腔下部（即与下基座5接触的一面使），气体重新被液化并将热量传输给下基座5。同时，由于多孔毛细材料的毛细作用，下部的导热液被吸至导热均温腔上部并再次气化。在这样的快速循环中，均温板一处产生的热量能立即被传输至均温板其它部分；均温板上的热量通过热管被传输到散热器的散热鳍片上而散发出去，达到快速散热的目的。
本发明的均温板和散热器之间可留有空隙，便于LED灯具的整体设计。
热管可采用直热管、环形热管、U形热管或折弯热管，其数量可根据不同功率的设计增加或减少。
应当指出，本实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本领域技术或相关人员参照本专利创新点，还可能设计出类似的结构，这种类似的LED光源导热散热结构也应该纳入本发明的权利保护范围。

Claims (10)

1.采用超导热均温板的大功率LED散热结构，包括LED芯片和具有复数个散热鳍片的散热器，其特征在于它还包括：
均温板，所述的LED芯片设于均温板上，均温板内开嵌有导热均温腔，该导热均温腔为一真空的密闭腔体，腔体内填充有导热液，LED芯片工作时产生的热量使导热液气化，所述的导热均温腔内壁上设有一层多孔毛细材料；
设于均温板上的光学杯，围绕于LED芯片周围，其上安装有对LED芯片发射光线进行光学处理的光学处理件；
设于均温板上的电路连接构件，用于将LED芯片与外电路相连；
若干热管，将均温板与散热器的散热鳍片相连，用于将均温板的热量传递至散热鳍片散发。
2.根据权利要求1所述的采用超导热均温板的大功率LED散热结构，其特征在于：所述的均温板上设有至少一个用于安装热管的热管安装半圆槽，所述散热器的散热鳍片也设有对应的热管安装槽。
3.根据权利要求2所述的采用超导热均温板的大功率LED散热结构，其特征在于：所述的导热均温腔的一端设有除氧管。
4.根据权利要求3所述的采用超导热均温板的大功率LED散热结构，其特征在于：所述的均温板包括接合的均温板上基座和均温板下基座，它们的接合面上开有对应的导热均温腔容纳凹槽，均温板上基座和均温板下基座接合后，所述的导热均温腔被夹在两块基板之间，除氧管从均温板的一侧外露，所述的热管安装半圆槽开设于均温板下基座上。
5.根据权利要求2所述的采用超导热均温板的大功率LED散热结构，其特征在于：所述的热管为用直热管、环形热管、U形热管或折弯热管，热管分别与均温板和散热器焊接，所述的散热鳍片上设有多组对通孔。
6.根据权利要求1-5任一项所述的采用超导热均温板的大功率LED散热结构，其特征在于：所述的光学杯内侧设有若干个LED芯片，这些LED芯片串联或串并联后通过电路连接构件与外电路相连。
7.根据权利要求6所述的采用超导热均温板的大功率LED散热结构，其特征在于：所述的LED芯片按矩形或环形排列。
8.根据权利要求7所述的采用超导热均温板的大功率LED散热结构，其特征在于：所述的导热均温腔位于LED芯片安装区域的下方，且导热均温腔的水平面积大于LED芯片安装区域的面积。
9.根据权利要求1-5所述的采用超导热均温板的大功率LED散热结构，其特征在于：所述的电路连接构件为设于光学杯与均温板之间的PCB构件。
10.根据权利要求1-5所述的采用超导热均温板的大功率LED散热结构，其特征在于：所述的光学杯内填充有荧光粉胶脂。
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