CN102943969A - 使用导热高分子材料散热的led灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用导热高分子材料散热的LED灯，包括用于发光的LED发光组件、将LED发光组件封闭的灯罩，所述LED发光组件包括电路板、设置在电路板正面的多个LED灯珠，所述电路板背面贴合有复合高分子材料制成的绝缘导热基座，所述绝缘导热基座连接有散热器。本发明提供一种结构简单、散热效果好、绝缘性和阻燃性良好的使用导热高分子材料散热的LED灯。

Description

使用导热高分子材料散热的LED灯

技术领域

本发明涉及一种LED灯，尤其涉及一种使用导热高分子材料散热的LED灯。

背景技术

LED灯是一种新型的照明产品，由于其体积小、耗电量低、适应性强、寿命长、环保和反应速度佳等优点，并且色彩绚丽、发光色彩纯正、光谱范围窄，还能通过红绿蓝三基色混色成七彩或者白光，取代了高耗能白炽灯作为新型光源产品。LED灯中的主要器件是LED灯珠和电路板，LED灯珠中，热量集中在尺寸很小的芯片内，芯片在正常工作时有30%~35%电能转化为光能，另外65%~70%的转化成了热能，LED灯工作时，芯片温度升高会引起热应力的非均匀分布、芯片发光效率下降和荧光粉激射效率下降；当温度超过一定值时，器件失效率呈指数规律增加。LED灯具中，LED的70%的故障来自于温度过高，并且负载在一半额定功率的情况下温度每上升20℃，故障率就上升一倍。

芯片的散热途径主要是热传导和热对流；蓝宝石衬底材料极低的热导率导致器件热阻增加，产生严重的自加热效应，对LED灯的性能和可靠性有很大的影响。因此LED不能很好散热、它的寿命将会受到严重的影响。

现有的LED灯的散热多采用灯具的金属壳体进行散热，采用将电路板通过金属导热块与金属壳体连接，电路板上的热量通过金属导热块传导至金属壳体散热。金属壳体、金属导电块与电路板贴合时会造成绝缘问题。如果在金属散热器与电路板之间设置绝缘体，则绝缘体的导热效率较低，又造成散热效率的低下。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中LED灯散热效果差、采用金属散热器存在绝缘问题的缺陷，提供一种结构简单、散热效果好、绝缘性和阻燃性良好的使用导热高分子材料散热的LED灯。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一种使用导热高分子材料散热的LED灯的技术方案是：包括用于发光的LED发光组件、将LED发光组件封闭的灯罩，所述LED发光组件包括电路板、设置在电路板正面的多个LED灯珠，所述电路板背面贴合有复合高分子材料制成的绝缘导热基座，所述绝缘导热基座连接有散热器。

第一种技术方案的所述使用导热高分子材料散热的LED灯中，所述绝缘导热基座壁面与电路板上的发热件贴合导热。

第一种技术方案的所述使用导热高分子材料散热的LED灯中，所述绝缘导热基座为片状结构，所述电路板与所述散热器分别贴合在绝缘导热基座的两侧壁面上。

第一种技术方案的所述使用导热高分子材料散热的LED灯中，所述的绝缘导热基座与灯罩可拆卸连接。

第一种技术方案的所述使用导热高分子材料散热的LED灯中，所述绝缘导热基座覆盖所述电路板，所述绝缘导热基座的边缘超出电路板边缘，或者绝缘导热基座的边缘与电路板边缘齐平。

第一种技术方案的所述使用导热高分子材料散热的LED灯中，所述绝缘导热基座上设有凹槽，所述电路板嵌合在所述凹槽内。

第一种技术方案的所述使用导热高分子材料散热的LED灯中，所述的LED灯珠阵列排布在所述电路板上。

第一种技术方案的所述使用导热高分子材料散热的LED灯中，所述散热器为鳍片式散热器。

第二种使用导热高分子材料散热的LED灯的技术方案是：包括用于发光的LED发光组件、将LED发光组件封闭的灯罩，其特征在于，

所述LED发光组件包括电路板、设置在电路板正面的多个LED灯珠，所述电路板背面贴合有复合高分子材料制成的绝缘导热基座，所述绝缘导热基座连接有散热器；

所述复合高分子材料是由含氟高分子聚合物和导热填料制成的，其中导热填料选自Al₂O₃、氮化硼、氮化硅中的至少一种，含氟高分子聚合物和导热填料的重量比为2:3~3:2；

所述绝缘导热基座为片状结构，所述电路板与所述散热器分别贴合在绝缘导热基座的两侧壁面上使得所述绝缘导热基座壁面与电路板上的发热件贴合导热；

所述绝缘导热基座覆盖所述电路板，所述绝缘导热基座的边缘超出电路板边缘，或者绝缘导热基座的边缘与电路板边缘齐平；

所述绝缘导热基座上设有凹槽，所述电路板嵌合在所述凹槽内。

本发明的两种技术方案突破现有技术中采用金属导热块进行导热、金属壳体散热，更改了LED灯的散热方式，通过采用特殊的复合高分子材料制成的绝缘导热基座进行导热，并将LED发光组件产生的热量通过绝缘导热基座导给散热器散热，整体提高了散热效率，也解决了绝缘问题。绝缘导热基座不但起到导热作用，并且该复合高分子材料具有绝缘性能，也同样实现绝缘功能，克服现有技术中绝缘性不好的缺陷。本发明结构简单、散热效果好、绝缘性和阻燃性良好。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的爆炸图；

图2是本发明实施例的装配后的外观图；

图3是本发明实施例中散热器的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1~3所示，一种使用导热高分子材料散热的LED灯，包括用于发光的LED发光组件2、将LED发光组件2封闭的灯罩1，所述LED发光组件2包括电路板22、设置在电路板22正面的多个LED灯珠21，所述电路板22背面贴合有复合高分子材料制成的绝缘导热基座3，所述绝缘导热基座3连接有散热器5。

LED发光组件2是LED灯的主要部件，包括灯珠、电路板22等，其中单颗LED灯珠21光照不足，为了提高整个灯具的光照，一般设置多颗LED灯珠21，LED灯珠21的引脚连接在电路板22上，形成一体结构的LED发光组件2。LED灯珠21结构是常规技术，在此不再赘述。

多颗所述的LED灯珠21阵列排布在电路板22上。排布的形式不作限定，根据实际光照需要进行排布，可以按照矩形阵列、圆形阵列排布，或者是其他均匀排布方式，也可以不规则排布。

如图1、2所示，为了能快速导热，需要将所述绝缘导热基座3壁面与电路板22上的发热件贴合导热。贴合后绝缘导热基座3与电路板22上的发热件直接传热，实现了热量的快速传导。

同样为了所述绝缘导热基座3能将电路板22上的热量全部导出，则所述绝缘导热基座3覆盖所述电路板22，所述绝缘导热基座3的边缘超出电路板22边缘，或者绝缘导热基座3的边缘与电路板22边缘齐平即绝缘导热基座3。这样，电路板22上所有位置发热体，包括LED灯珠21、电路板22上的功率器件所发出的热量都能从绝缘导热基座3导出。

所述绝缘导热基座3设有凹槽，所述电路板22嵌合在所述凹槽内。电路板22嵌合在凹槽内就将电路板22周边包裹，这样，增加了电路板22与绝缘导热基座3接触面积，同时也保证了电路板22与绝缘导热基座3的有效接触，增加导热效率。另外，嵌合的方式也方便电路板22与绝缘导热基座3的固定。

灯罩1是用于将LED发光组件2封闭的，灯罩1的形状不作限定，可以根据灯具设置的场合、固定形式等来确定，所述的绝缘导热基座3与灯罩1可拆卸连接。可拆卸连接的方式可以有多种：螺钉连接、卡接、卡扣连接、过盈配合连接等，本实施例中采用的是卡接，即在绝缘导热基座3设有一圈凸沿，灯罩1边缘通过变形后可卡接在凸沿上。灯罩1可以是全透明结构、也可以是经眩光处理的半透明结构。灯罩1的材质不限，可以是各种适用的材料。

所述绝缘导热基座3用于导热，只需能将电路板22与绝缘导热基座3完全贴合即可，其形状不作限定，可以是任意形状。本实施例中所述绝缘导热基座3为片状结构，所述电路板22与所述散热器5分别贴合在绝缘导热基座3的两侧壁面上。片状结构中，由于导热路径短，导热快速，是一种优选方案。

如图1~3所示，散热器5可以选用任意结构的，目前能与电路板22形状基本配合的散热器5都适用本发明，本实施例选择：所述散热器5为鳍片式散热器。鳍片式散热器散热的表面积大，有利于散热。散热器5一般选择金属材料制成，例如铝合金、铜等制成。

散热器5与绝缘导热基座3的连接也是可拆卸连接，散热器5和绝缘导热基座3四周边缘通过螺栓6固定连接在一起。除了螺栓连接外，还可以通过卡接、过盈配合连接等多种连接方式。

绝缘导热基座3是采用特殊的复合高分子材料制成的，复合高分子材料制成的绝缘导热基座3的导热系数大于1.2W/m*K，本实施例的绝缘导热基座3厚度小于0.7mm。

复合高分子材料包含：（1）含氟高分子聚合物，其熔点高于150℃，含量为40-60%（质量百分比）；（2）导热填料，散布于所述含氟高分子聚合物中，且其百分含量为40-60%。即含氟高分子聚合物和导热填料的重量比为2:3~3:2；

此外，为了绝缘导热基座3还具有绝缘、阻燃的性能，本发明的复合高分子材料同时含有绝缘和阻燃的材料。

绝缘导热基座3成型的方式：

1.造粒

含氟高分子聚合物作为基材：PVDF聚偏氟乙烯、PETFE等；添加百分比：40%-60%；作为高分子材料的一种，含氟高分子聚合物由于具有许多独特的结构，因而就表现出很多特殊的性质，比如:氟原子较低的极化率，强的电负性，较小的范德华半径，很强的C-F键。因而有着较高氟含量的含氟塑胶体就呈现出了很高的耐热性、耐化学腐蚀性、耐久性、绝缘性。

导热填料：Al₂O₃、氮化硼、氮化硅等；添加百分比为：40%-60%。添加了导热填料后增加了整个绝缘导热基座3导热效率，使得绝缘导热基座3的导热系数大于1.5W/m*K。

制备方法：按配比把原料放置于高速搅拌机中，搅拌10~20min，得到混合物料A，将混合物料A从高速搅拌机倒入双螺杆造粒机，机身温度在基料熔点（Tm）+10~30℃的条件下，将物料从模头挤出，挤出的料条经水冷却，切粒后得到分散均匀的复合高分子材料粒子B。

2.成型

将挤出的复合高分子材料粒子B放入螺杆式注塑机，注塑温度为基料熔点（Tm）+10~30℃,注塑压力80~110MPa，将复合高分子材料粒子B射入设计好的模具，形成绝缘导热基座3。

3.绝缘导热基座散热性能及耐电压测试。

从上表看：本实施例绝缘导热基座具有良好的导热性能、绝缘性能。并且在高温下保持其形状不变化。

Claims (9)

1.一种使用导热高分子材料散热的LED灯，包括用于发光的LED发光组件、将LED发光组件封闭的灯罩，其特征在于，所述LED发光组件包括电路板、设置在电路板正面的多个LED灯珠，所述电路板背面贴合有复合高分子材料制成的绝缘导热基座，所述绝缘导热基座连接有散热器。

2.根据权利要求1所述的使用导热高分子材料散热的LED灯，其特征在于，所述绝缘导热基座壁面与电路板上的发热件贴合导热。

3.根据权利要求2所述的使用导热高分子材料散热的LED灯，其特征在于，所述绝缘导热基座为片状结构，所述电路板与所述散热器分别贴合在绝缘导热基座的两侧壁面上。

4.根据权利要求1所述的使用导热高分子材料散热的LED灯，其特征在于，所述的绝缘导热基座与灯罩可拆卸连接。

5.根据权利要求1所述的使用导热高分子材料散热的LED灯，其特征在于，所述绝缘导热基座覆盖所述电路板，所述绝缘导热基座的边缘超出电路板边缘，或者绝缘导热基座的边缘与电路板边缘齐平。

6.根据权利要求1所述的使用导热高分子材料散热的LED灯，其特征在于，所述绝缘导热基座上设有凹槽，所述电路板嵌合在所述凹槽内。

7.根据权利要求1所述的使用导热高分子材料散热的LED灯，其特征在于，所述的LED灯珠阵列排布在所述电路板上。

8.根据权利要求1所述的使用导热高分子材料散热的LED灯，其特征在于，所述散热器为鳍片式散热器。

9.一种使用导热高分子材料散热的LED灯，包括用于发光的LED发光组件、将LED发光组件封闭的灯罩，其特征在于，

所述LED发光组件包括电路板、设置在电路板正面的多个LED灯珠，所述电路板背面贴合有复合高分子材料制成的绝缘导热基座，所述绝缘导热基座连接有散热器；

所述复合高分子材料是由含氟高分子聚合物和导热填料制成的，其中导热填料选自Al₂O₃ 、氮化硼、氮化硅中的至少一种，含氟高分子聚合物和导热填料的重量比为2:3~3:2；

所述绝缘导热基座为片状结构，所述电路板与所述散热器分别贴合在绝缘导热基座的两侧壁面上使得所述绝缘导热基座壁面与电路板上的发热件贴合导热；

所述绝缘导热基座覆盖所述电路板，所述绝缘导热基座的边缘超出电路板边缘，或者绝缘导热基座的边缘与电路板边缘齐平；

所述绝缘导热基座上设有凹槽，所述电路板嵌合在所述凹槽内。

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