CN103292284B - 半导体光源散热器与光源引擎 - Google Patents

Abstract

本发明以降低结构件成本、提高散热性能为目的，提出一种半导体光源散热器和光源引擎，a、利用结构(壳体)作为散热片——散热金属壳(1)，采用金属板材(铝板)经有冲压加工制成，降低了加工成本和材料成本；b、优化散热金属壳壁厚，进一步降低了材料成本；c、金属侧壁(2)从金属后壳(9)或和金属前壳(4)的金属板材拉伸而成，并开有百页窗式或错列式结构的通气窗口(3)，通透率不小于0.20，保证自然对流空气流动畅通，显著提高了散热性能；d、配有反光罩(31)，并且从半导体光源发(6)发出的光大部分是从反光罩反射出光源引擎，解决眩光问题。

Description

半导体光源散热器与光源引擎

技术领域

本发明属于半导体光源散热及照明技术领域，特别涉及到采用自然对流散热，利用外壳结构件作为散热片的半导体光源散热器和光源引擎。

技术背景

LED(半导体光源)由于节能环保，被认为是人类下一代照明用光源，但阻碍LED 照明灯普及，取代传统照明灯的关键障碍是：LED照明灯的造价太高。LED照明灯的成本 可分成三部分：LED光源、电源和结构件，结构件包括有散热器，并且结构件的成本主要 来自散热器。目前结构件的成本已占LED照明灯的总成本的三分之一之多，LED光源的成 本为当前的主要成本，但有成倍的下降空间，因而降低结构件(散热器)成本将成为实现 LED普及的重点。

造成当前的LED照明灯结构件成本高的原因是：结构设计和散热技术问题，关键的问题是缺乏正确的《传热学》原理和传热技术，突出表现在：1、不清楚提高对流散热是 关键；2、不了解对流散热的基本原理是：散热片表面将热量传给附近的空气(将空气加热)，空气携带着热量(表现为空气温度升高)流动离开散热片，空气流量越大，带走的热量也越大，因而保证空气流动畅通是对流散热的基本要求。

自然对流散热是LED照明灯最佳选择。但本领域的技术人员普遍不知道：驱动空气自然对流流动的动力是：空气受热升温，比重下降而产生的浮力，浮力是垂直向上的，并且非常弱，因而保证空气流动畅通，特别是自下而上的对流畅通，在自然对流散热中最关键。

当前LED照明灯具有利用壳体结构件作为散热片，但由于上述问题，产品设计时，没有注意或特别注意保证空气流动畅通问题，比如：在壳罩上没有开对流通气窗口，既使开有对流通气窗口，但开口不够充分；没有考虑到灯具的轴线安装角度不同时，会影响自然对流向上流动畅通的问题。因而灯具的散热性能差，灯具壳体的表面没有充分利用为散热面，需另外多增加散热片，导致灯具的结构材料的成本不低。

发明内容

本发明是以降低结构件的成本、提高散热性能为目的，提出一种半导体光源(LED照明灯)的散热器。充分利用灯具结构(壳体)作为散热片，可采用薄壁铝板制造，节省了 材料成本；利用冲压工艺制造壳体，效率高，降低了加工成本；结构设计上充分考虑到保证 自然对流空气流动畅通，不仅显著提高了散热性能，灯具结构件的成本还得到显著下降。本发明还提出了降低眩光的光源引擎，结合本发明的散热器，设计出的LED灯不仅眩光得到有效降低，整体成本也低。

本发明的半导体光源散热器技术方案是：半导体光源散热器包括有散热金属壳，散热金属壳包括有金属侧壁和金属前壳、或金属侧壁和金属后壳、或金属侧壁和金属前壳以 及金属后壳，散热金属壳中部设置有与半导体光源直接或间接接触的接触传热面，部分或全 部由半导体光源产生的热量通过该接触传热面传到散热金属壳的表面散出。本发明的特征 有：散热金属壳采用金属板材经有冲压加工制成，金属侧壁是从金属后壳、或金属前壳、或 金属后壳与金属前壳的金属板材拉伸而成的；金属侧壁上开有百页窗式结构或错列式结构的

本发明所述的接触传热面是指特意为确保导热传热的接触面，因而该接触面要足够大，接触要紧密，比如采用压紧、过盈紧配合、加入导热胶或焊接等措施。

本发明提出的散热器中，半导体光源产生的热量通过直接或间接的接触传热，传到金属前后壳，再到金属侧壁，即整个金属散热壳，结构件的壳体直接利用为散热片，结构件的材料得充分利用，降低了材料成本。散热金属壳采用金属板材(最好是铝材)采用冲压加工工艺制成，原料为带材，采用多步连续模具，一个冲程就可以生产出一个完整的部件，效率非常之高，加工成本远低于热压铸，铝挤出等工艺。采用冲压加工工艺，散热金属壳的壁厚可降到0.3mm以下，而热压铸工艺的壁厚要2mm之多，铝挤出工艺的壁厚小于0.5mm 就困难了，因而本发明特别提出的采用冲压工艺，材料成本又进一步降低。金属侧壁是从金属后壳或金属前壳的金属板拉伸而成的，即金属侧壁与金属后壳、金属前壳为一体，制造效率高，成本低，又能保证热量顺利传导到金属侧壁。

在金属侧壁上开通气窗口，并通气窗口的通透率要足够大，尽可能使自然对流空气流动畅通，本发明提出的足够大的侧壁通透率为不小于0.2，侧壁通透率定义为金属侧壁上的通气窗口的有效通风面积除以侧壁的面积，本发明以后将有详细的定义。金属侧壁开有 足够大的通气窗口，保证当灯具水平横置时，即金属侧壁呈水平走向，自然对流向上流动的 空气能横穿过散热金属壳，这有利于对流散热。通气窗口采用百叶窗式或错列式结构，可实 现通气窗口加工无废料，材料利用率高，侧壁的散热面积也就高；通气窗口的切口线的走向 应顺着金属侧壁的拉伸方向，与散热金属壳轴线相同，是为了使热量在金属侧壁内的导热距 离尽可能短，有利于降低金属侧壁内的导热热阻。

利用上述的散热金属壳，本发明提出了一种半导体光源引擎，包括有散热金属壳和导热芯，以及半导体光源，金属前壳、金属后壳与导热芯的之间的直接和间接的接触传热面采用了拉伸成的套筒或翻边结构。

附图说明

以下结合附图以及具体实施方案对本发明进一步说明；

图1、图2、图5分别是三种本发明半导体光源引擎的特征剖面示意图，示出了本 发明光源散热器的基板结构特征：金属侧壁2是从金属前壳4、或金属后壳9、或金属前壳 4以及金属后壳9的金属板材拉伸而成的，并开有通气窗口3。

图3是一种错列式结构通气窗口的特征剖面示意图，其中b是为分切口16的宽， c为页片15b的宽，e为页片15a的宽。

图4是一种百页窗式结构通气窗口的特征剖面的示意图，f为两分切口的间距，b为分切口16的宽。

图7、图8、图9分别是三种太阳花式散热片的特征结构示意图。

图6、图10、图11分别是三种本发明半导体光源引擎的特征剖面示意图。

图12、图13、图14分别为三种呈辐射形结构的分切口的特征示意图。

图15是一种本发明散热金属壳的立体剖视爆炸图。

图16是一种本发明光源散热器立体剖视图。

图17是一种本发明光源散热器立体剖视爆炸图。

图18是图16和图17中的金属侧壁的横截剖面图。

图19是一种采用本发明半导体光源引擎的照明灯。

图20至23分别是四种本发明半导体光源引擎特征剖面示意图，该四种光源引擎采用了降低眩光的技术方案。

图24、图25是用于确定散热金属壳的金属侧壁和金属后壳以及金属前壳分界点的示意图。

图中：1-散热金属壳，2-金属侧壁，3-通气窗口，4-金属前壳，5-通气窗口，6-半 导体光源，7-导热板，8-散热片，9-金属后壳，10-通气窗口，11-光源罩，12-导热柱，13-肋 片，14-通气窗口，15a、15b、15-页片，16-分切口，17-气流线，18导热芯，19a、19b、19c- 翻片，20-通气窗口，21-套筒，22-短肋，23-对流沟槽，24-切口线，25-灯头座，26-电极， 27-灯头，28-电源，29-通气窗口，30-配光透镜，31-反光罩，32-表示光线的虚线，33-通气 窗口，34-电源导线或接插头，35-翻边孔，36-灯芯反光器，37-灯芯罩，38-光源灯珠，39- 聚光杯，40-外缘翻边，41-接缝。

具体实施方案

图1所示的本发明半导体光源引擎，散热金属壳1的金属侧壁2是和金属前壳4 为一体结构，即为同一金属板制造，散热金属壳1内设置有散热片8，图中没有金属后壳， 金属侧壁2开有错列式结构的通气窗口3，金属前壳4上所开的通气窗口5采用百叶窗式结 构，半导体光源6设置在导热板7上，导热板7直接紧贴在金属前壳4中部，金属前壳4中 部与导热板7之间的接触面就是接触传热面，此处为直接接触传热面。半导体光源6产生的 热量通过导热板7传到金属前壳4，部分热量由散热金属壳1表面散出，部分由散热片8散 出。

图2所示的本发明半导体光源引擎中，半导体光源6的散热器只有散热金属壳， 并且散热金属壳只有金属侧壁2和金属后壳9，金属侧壁2和金属后壳9为一体结构(同一 金属板制造)，金属后壳9中部设置有与导热板7直接接触的接触传热面，半导体光源6产 生的全部热量传到金属后壳9和金属侧壁2(即散热金属壳)表面散出。金属后壳9上开有 错列式结构通气窗口10，金属侧壁2开有百叶窗式结构通气窗口3。半导体光源6设置在散 热金属壳内，并配有光源罩11，该光源罩可起到保护半导体光源6，以及配光等作用。当半 导体光源6垂直向下照射时，即光源引擎竖立设置，自然对流散热空气从金属侧壁2的通气 窗口3进入壳内，再从通气窗口10排出，散热空气对流畅通，并能有效流经整个散热金属 壳的内外表面，有利于散热性能提高。当光源引擎水平横置时，自然对流散热空气也能贯穿 散热金属壳，整个散热金属壳的内外表面被充分利用于散热。

图3示出了错列式结构通气窗口的特征结构，长为L的连续的金属板面被分切冲压成一段段的页片15a和页片15b，页片15a页片15b错列排列，被冲切出的页片15b的两 端还应与原金属板相连，不得被切断，图中的气流线17示出空气通过分切口16从一面横穿 到另一面。错列式结构通气窗口的基本特征结构应是：在金属板面分切有页片15b，该页片 被压成与相邻页片错列分开，构成有两个分切口16，被冲切出的页片15b的两端还应与原金属板相连。

图4示出了百叶窗式结构通气窗口的特征结构，长为L的连续金属板被冲切成间距为f的5段页片15，页片15的两端还应与原金属板相连，不得被切断，气流线17表示出 空气通过分切口16从一面贯穿到另一面。百叶窗式结构通气窗口的基本特征结构应是：在 金属板面分切有页片15，该页片被压成有弯扭变形，构成有分切口16，页片15的两端还应 与原金属板相连。

图5所示的本发明半导体光源引擎，散热金属壳包括有金属前壳4和金属后壳9，金属侧壁2为两段，分别是从金属前壳4以及金属后壳9的金属板材拉伸而成的，金属前壳 4和金属后壳9以及金属侧壁2上所开的通气窗口采用百页窗式结构。散热金属壳内设置有肋片13从导热柱12柱面伸出的太阳花式散热片，导热柱12两端分别与金属前壳4和金属 后壳9的中部紧贴，此接触面为接触传热面，半导体光源6产生的热量经导热板7与金属前 壳4的接触传热面传到金属前壳4，有部分热量再传到导热柱12，再有部分热量传到金属后 壳9。

图6所示的本发明半导体光源引擎中，金属侧壁2由金属后壳9的金属板材拉伸 而成；金属后壳9中部向前(本发明定义半导体光源照射的方向为前方，反之为后方)拉伸， 并在拉伸壁上开有百叶窗式结构的通气窗口14，也可采用错列式结构通气窗口；金属前壳4采用向后拉伸结构，可构成半导体光源6的光源罩，不仅有散热作用，还具有保护半导体光源6以及配光等作用。图中还示出散热金属壳内设有散热片，肋片13采用叠片式结构。叠 片式散热片的特征是：肋片13的中部(肋根处)紧叠在一起，之间的接触面就是接触传热 面。

图7、8、9分别示出了三种太阳花式散热片，肋片13从导热柱12的柱面伸出； 图7和图8所示的太阳花式散热片的导热柱12为实心结构，图9中的导热柱12为空心结构； 图7和图9中的肋片13和导热柱12为一体结构，可采用铝挤出工艺制造，而在图8中，肋 片13是镶嵌在导热柱12上的。

图10所示的本发明半导体光源引擎中，金属后壳9采用了向前拉伸结构，拉伸壁上开有通气窗口14，金属前壳4采用了向后拉伸结构，拉伸壁上也开有通气窗口20，图中 的通气窗口20为百叶窗式结构，也可采用错列式结构。拉伸壁上的通气窗口20和通气窗口 14的切口线应采用顺着拉伸壁的拉伸方向(也是散热金属壳的中轴线方向)结构，目的是 为了导热顺利。散热金属壳的四周壳壁都开有通气窗口，散热金属壳无论水平横置，还是上下竖立，自然对流向上流动的空气都能顺利地穿过散热金属壳，这有利于对流散热。图中半导体光源6设置在导热芯18的前端面上，金属前壳4和金属后壳9中部采用了翻边结构， 金属前壳4的翻边19C和金属后壳9的翻边19a套在导热芯18的柱面上，翻边19a、19c与 导热芯18之间的接触面就是接触传热面。在散热金属壳内构成有环形空腔，在图中的环形 空腔中(也就散热金属壳内)设置有散热片，该散热片采用的是套片结构，所谓套片结构就 是肋片的肋根采用翻边结构，如图中所示，肋片13的翻边19b套在金属前壳的翻边19c上， 传入肋片13的热量就是从该翻边19b传入的。

图11所示的本发明半导体光源引擎中，金属后壳9的中部采用套筒结构，套筒 21是金属后壳9的金属板材拉伸而成的，并且插入导热芯18内，套筒21与导热芯18之间 的接触面就是接触传热面。金属前壳也可采用套筒结构实现与导热芯示出之间的接触传热。

图11中散热金属壳内设置有散热片，该散热片采用空心式太阳花结构，并且肋片13上开有对流沟槽23。对流沟槽23的作用是：当水平横置时，自然对流向上的流动空气， 能够顺着对流沟槽23贯穿散热片，有利于对流传热。经过实验以及理论分析，对流沟槽23 的沟槽宽g不应大于8mm，不应小于2mm；肋片13被分割成的短肋22的短肋宽a不应大 于8mm，不应小于2mm。

对于图6和图10所示的光源引擎，当轴线水平横置时，自然对流向上流动的空气可以从肋片13之间的间隙中贯穿内部的散热片，但当轴线竖立时，向上流动的自然对流空气就不能贯穿内部的散热片，不能有效流经整个肋片表面，散热性能将严重恶化，因而在套片式和叠片式散热片中的肋片上也应开有错列式或百页窗式结构的通气窗口。

为了有利于开有百页窗式或错列式结构通气窗口的金属前壳、金属后壳、套片式和叠片式肋片内的导热传热，构成百叶窗式和错列式结构通气窗口的切口线应采用呈辐射形 状的结构，图12、13、14分别示出了三种呈辐射形状的切口线24，图12中的切口线24为弧线，图13和图14中的切口线24为直线。

图15所示的本发明散热金属壳，包括有金属前壳4和金属后壳9，金属侧壁2为 金属后壳9的金属材料拉伸而成，金属后壳9采用了向前拉伸结构，并在拉伸壁上开有百页 窗式结构的通气窗口14；金属前壳4采用了向后拉伸结构，并在拉伸壁上开有百页窗式前 通气窗口20。图中示出：金属前壳4和金属后壳9中部的拉伸壁上的通气窗口的切口线顺 着拉伸壁的拉伸方向，与散热金属壳的轴线方向相同；金属侧壁2上的通气窗口3的切口线 顺着金属侧壁的拉伸方向，与散热金属壳的轴线方向相同，通气窗口3采用百页窗结构。

图16和图17示出了两种本发明光源散热器，其金属侧壁的结构相同。不同之处有：图16中的太阳花式散热片为实心结构，图17中的则为空心结构，并且肋片13上开了 3个对流沟槽23；图17中所示的金属前壳4和金属后壳9的中部的接触传热面采用翻边结 构，图中拉伸成的翻边19a和19c比较长。

图16和图17也示出金属侧壁上的通气窗口3的切口线与金属侧壁的拉伸方向一致，与散热金属的轴线平行。图18示出了图16和图17中的金属侧壁横剖图，出示了横截 面为园形的百页窗式结构的通气窗口的特征结构，页片15象栏杆样围成一圈。图18示出的 金属侧壁横截面为园形，但本发明提出的散热金属壳横截面不仅限制为园形，还可以是椭圆形、多边形等，甚至可以是三角形。

套筒结构和翻边结构的相同的特征是：接触传热面是拉伸成形的圆柱面，而区别在于：套筒结构可以盲孔，如图11所示套筒21，而翻边结构必须是开口。

图19所示的本发明半导体照明灯，其中的光源引擎为图10所示，增加设置有电 源28和灯头座25，灯头座25与金属后壳9固定连接，灯头座25上设置有灯头27，灯头 27设置有与外设电源连接的电极26，整个照明灯与外设的固定安装由灯头27承担，灯头座 25采用绝缘材料制成，以满足安规要求。图中的灯头27是一种类似MR16型插接式灯头， 还可采用螺扣式和卡扣式等结构。

从LED灯珠发出的光，光通量密度非常高，产生有眩光问题。本发明提出了结构 简单，灯具光效高，能有效解决眩光问题的技术方案：半导体光源配有反光罩，从半导体光 源发出的光有一半以上照射到反光罩的反光面上，再从反光罩反射出光源引擎。反光罩的反光面要足够大，则光通量密度就能有效降低，眩光问题也就得到解决。具体有三种方案：

方案一、如图20所示，半导体光源6是单颗灯珠，前方设置有配光透镜30，从 半导体光源6射出的光经配光透镜30后，有一半以上照射到反光罩31上，再朝光源引擎(反 光罩31)外反射，如图中表示光线的虚线32所示。

方案二、如图21所示，在半导体光源6前方设置有灯芯反光器36，该灯芯反光 器36将一半以上来自半导体光源6发出的光反射到反光罩31上，再朝光源引擎(反光罩) 外反射，如图中表示光线的虚线32所示，图21中的反光罩31是由金属前壳4向后拉伸构 成。

方案三、如图22所示，半导体光源6前设置有灯芯罩37和灯芯反光器36，灯芯 罩37设置有面向反光罩31的侧壁，该侧壁采用了散光结构或散光材料，照射到灯芯罩37 的侧壁上的光，无论是直接来自半导体光源6，还是经灯芯反光器36反射来的，经过灯芯 罩侧壁上的散光结构或散光材料后，产生漫散射，照射到反光罩31上，再反射出反光罩31， 如图中表示光线的虚线32所示。

图23所示的本发明半导体光源引擎和图21所示的相似，不同之处：图23中增设 有灯芯罩37，以及光源灯珠38配有聚光杯39，聚光杯39的作用是减小光源灯珠38的照射 范围角，使光线集中向前，这样就可以减小灯芯反光器36的尺寸，更多的光被灯芯反光器 36反射到反光罩31上，有利于降低眩光强度；灯芯罩37的作用有保护灯芯罩37内的半导 体光源6，灯芯反光器36等器件，比如防止尘埃，湿气等有害气体的损伤。

图20所示的本发明半导体光源引擎中，散热金属壳只有金属后壳9和金属侧壁2，内设置有套片式肋片13，肋片13的翻边直接套在导热芯18上，肋片13边上开有百页窗式 通气窗口33。图21中，散热金属壳内的肋片13上开有的通气窗口33采用错列式结构，

图21还示出特征：在金属后壳9金属板壁上加工有翻边孔35，该翻边孔35可以 用来承担光源引擎与外设装置的连接固定用的孔，比如螺孔。外设装置可以是驱动电源、或电源接插头、或安装固定整个光源引擎的装置等。由于金属后壳9最好选用铝板，并且壁厚薄，因而强度不高，该连接固定的孔采用翻边结构，有利于提高强度。与外设装置连接固定的翻边孔35设置在金属后壳9，是由于该处位置的翻边孔加工容易，并且便于外设装置与其安装固定。

图22所示的本发明半导体光源引擎中，金属前壳4向后拉伸，构成以凹腔，配有 反光罩31的半导体光源6就可设置在该凹腔中，就可使整个光源引擎紧凑整洁，图22中的 反光罩31有一半露出该凹腔，并且反光罩31采用了翻边结构，构成有反光罩31与导热芯 18之间的接触传热面，反光罩31又被利用于散热，反光罩31应采用金属材料，最好采用 铝板制成。金属前壳4不仅开有通气窗口5，拉伸壁也开有通气窗口20。

图23还示出特征：散热金属壳内加设的散热器的肋片13的外缘周圈采用了翻边结构，构成的外缘翻边40不仅提高了肋片13的机械强度，与金属侧壁2的内壁相接触，又 加强了金属侧壁2的机械强度。图中示出，金属侧壁2上与外缘翻边40相接触处没有开设 通气窗口，外缘翻边40与金属侧壁2之间接触面就可成为接触传热面，这样的结构，有利 于提高散热性能，经计算机模拟分析可得能够有10％之多的散热提高。图中还示出，从金属 后壳9和金属前壳4的金属板材拉伸成的两段金属侧壁2的接缝41，就在外缘翻边40中间， 这样的结构可使接缝处强度提高、更平整。图中所示的肋片13为套片结构，外缘翻边结构 同样适用于叠片结构肋片。

半导体光源设置在导热芯上，导热芯采用圆柱结构，散热金属壳(金属前壳、金 属后壳)的中部采用套筒或翻边结构，该套筒或翻边与导热芯设置有直接或间接的接触传热面，这样的结构优点有：通过采用导热芯与套筒或翻边孔之间的过盈紧配合，容易保证接触传热面紧密接触，能有效控制接触传热热阻，并且制造简单，容易实现机械自动化组装，效率高。图20至图23中示出，散热金属壳采用翻边结构，翻边直接套在导热芯18上，图21 至图23中示出，半导体光源6的电源导线或接插头34穿过导热芯18，向后伸出。

本发明中百页窗通气窗口的有效通风面积定义为：参考图4，单个分切口的有效通风面积等于分切口16的宽b乘以分切口16的长度，所有的分切口的有效通风面积之和就是整个百页窗式通风窗口的有效通风面积。

本发明中错列式通气窗口的有效通风面积定义为；参考图3，当分切口16的宽b 小于或等于二分之一页片15b的宽c时，单个页片15b构成的有效通风面积等于2b乘以分 切口16的长度，所有页片15b构成的有效通风面积之和就是整个错列式通风窗口的有效通 风面积；当分切口16的宽b大于二分之一页片15b的宽c时，如果页叶15b宽c小于或等 于页叶15a宽e，单个页片15b构成的有效通风面积等于c乘以分切口16的长度，所有页片 15b构成的有效通风面积之和就是整个错列式通气窗口的有效通风面积；如果c大于e时， 则按页片15a计算，单个页片15a的有效通风面积等于e乘以分切口16的长度，所有页片 15a的有效通风面积之和就是整个错列式通气窗口的有效通风面积。依据以上定义，错列式 通气窗口的通透率最大理论值是0.5，本发明提出侧壁通透率应达到0.2，为最大理论值的 40％，说明已达到足够大。

本发明金属侧壁通透率定义为金属侧壁通气窗口的有效通风面积除以金属侧壁的 面积，百页窗式和错列式通气窗口的有效通风面积计算按以上[0054][0055]的定义计算； 金属侧壁的面积计算：当金属侧壁2与金属前壳4以及金属后壳5为圆弧连接时，则以圆弧 切线与轴线夹角为40°时的切点，如图24中的点A和点B，确定金属侧壁2和金属后壳9 以及金属前壳4的分界点，如图24中的h内的外表面积就是侧壁的面积；如果金属侧壁2 和金属前壳4以及金属后壳9是斜面连接时，如图25所示，当斜面与轴线的夹角β大于40° 时，侧壁的面积按h1内的外表面积计算，当斜面与轴线的夹角β小于或等于40°时，侧壁的 面积按h2内的外表面积计算。

百页窗式通气窗口的通透率的理论极限为1.0，但由于考虑到导热，壁厚，强度以及加工等因素，实际能实现的通透率很低，图15所示的散热金属壳，金属侧壁2的通气窗 口3的开孔率非常之高，但侧壁通透率也只有0.4。经实验和理论分析，侧壁通透率0.2与 0.4之间的散热性能的差别能达到50％，侧壁通透率不到0.1与0.4之间的散热性能的差别能达到一倍，侧壁通透率0.2的散热性能比侧壁通透率为0(无通气窗口)提高了近一倍。本 发明提出侧壁通透率不小于0.2就是基于实验和理论分析。实际设计产品时，侧壁通透率最小应达到0.3，因为从加工方面来考虑，0.3的侧壁通透率容易实现，散热性能也很高。

金属后壳、套片式以及叠片式肋片上所开的通气窗口同样也应足够大，通透率至少也要达到0.2，以保证对流散热空气流动畅通，实际设计产品时，通透率应达到0.3以上。

本发明金属后壳的通透率定义为，金属后壳上的所有通气窗口的有效通气面积除以金属后壳在轴向方的投影面积。百页窗式和错列式通气窗口的有效通气面积计算按上述[0054][0055]所定义计算。金属后壳在轴向方的投影面积计算定义：图24按直径D的面 积再扣除直径d的面积计算；图25中，如果β角大于40°，则按直径D1的面积再扣除直径 d的面积计算；如果β角小于或等于40°，侧按直径D2的面积再扣除直径d的面积计算。

采用冲压工艺，加工制造成本得到显著降低，金属板材的原料成本所占的比例就上升到显著位置，因而降低金属板材用量，即减小金属板材厚度，则可有效降低散热金属壳的成本，但减小散热金属壳的壁厚，存在散热量减小的因素。壁厚对散热量的影响为曲线关系，壁厚增加一倍，即原材料成本增加一倍，但散热量是不可能增加一倍的，当壁厚到一定值时，壁厚增加一半，散热量增加可能不到5％。采用《传热学》中常用的肋效率概念来分 析壁厚对散热量的影响，确定散热金属壳壁厚的合理值。

肋效率的定义是：肋片实际散热量除以假设肋片内无导热热阻(即肋片材料的导热系数无穷大)时的散热量。依据实验得到的参数，应用计算机数值模拟分析，得出以下本发明的散热金属壳采用铝材时，壁厚对肋效率的影响。

金属侧壁直径为180mm，壁厚为1.0mm时，肋效率为64％，壁厚加到1.2mm增 加了20％，但肋效率才增加了5.5％，壁厚加到1.5mm，增加了50％，但肋效率才增加了12％； 金属侧壁直径为150mm，壁厚为0.8mm时，肋效率为68％，壁厚加到1.0mm，增加了25％， 但肋效率才增加了6％，壁厚加到1.3mm，增加了62％，但肋效率才增加了12％；金属侧 壁直径为130mm，壁厚为0.7mm时，肋效率为70％，壁厚加到0.9mm增加了28％，但肋效 率才增加了6.5％，壁厚加到1.15mm，增加了64％，但肋效率才增加了12.5％；金属侧壁直 径为115mm，壁厚为0.6mm时，肋效率为68％，壁厚加到0.8mm，增加了33％，但肋效率 才增加了7％，壁厚加到1.0mm，增加了67％，但肋效率才增加了13％；金属侧壁直径为 100mm，壁厚为6.0mm时，肋效率为74％，壁厚加到0.8mm增加了33％，但肋效率才增加 了5.5％，壁厚加到1.0mm，增加了67％，但肋效率才增加了9.5％；金属侧壁直径为90mm， 壁厚为0.5mm时，肋效率为76％，壁厚加到0.7mm增加40％，但肋效率才增加了6.5％， 壁厚加到0.9mm，增加了80％，但肋效率才增加了9％；金属侧壁直径为80mm，壁厚为0.5mm 时，肋效率为78％，壁厚加到0.6mm增加了40％，但肋效率才增加了6.5％，壁厚加到0.8mm， 增加了60％，但肋效率才增加了9％；金属侧壁直径为70mm，壁厚为0.4mm时，肋效率为 77％，壁厚加到0.6mm增加了50％，但肋效率才增加了7％，壁厚加到0.7mm，增加了75％， 但肋效率才增加了10％；金属侧壁直径为60mm，壁厚为0.4mm时，肋效率为80％，壁厚 加到0.5mm增加了25％，但肋效率才增加了3.5％，壁厚加到0.6mm，增加了50％，但肋效 率才增加了6.5％；

依据以上结果，并且考虑到其他因素，比如：结构强度、材料成本与加工成本比值，整体尺寸大小的影响，分析得出实际设计产品时，散热金属壳的壁厚选定如下：

当金属侧壁的直径为大于150mm，小于并等于180mm时，壁厚应不大于1.5mm， 最好选取1.25mm以下；当金属侧壁的直径为大于130mm，小于并等于150mm时，壁厚应 不大于1.3mm，最好选取1.1mm以下；当金属侧壁的直径为大于115mm，小于并等于130mm 时，壁厚应不大于1.15mm，最好选取0.95mm以下；当金属侧壁的直径为大于100mm，小 于并等于115mm时，壁厚应不大于1.0mm，最好选取0.85mm以下；当金属侧壁的直径为 大于90mm，小于并等于100mm时，壁厚应不大于0.95mm，最好选取0.8mm以下；当金 属侧壁的直径为大于80mm，小于并等于90mm时，壁厚应不大于0.9mm，最好选取0.8mm 以下；当金属侧壁的直径为大于70mm，小于并等于80mm时，壁厚应不大于0.85mm，最 好选取0.7mm以下；当金属侧壁的直径为大于60mm，小于并等于70mm时，壁厚应不大于 0.8mm，最好选取0.65mm以下；当金属侧壁的直径为小于并等于60mm时，壁厚应不大于 0.7mm，最好选取0.6mm以下；

当金属侧壁的直径不均匀时，取最大与最小的平均值(平均直径)；当金属侧壁的横截面不是圆形，取面积相等的当量直径，比如，金属侧壁横截面是边长为E的正方形，其当量直径当壁厚不均匀时，取壁厚的平均值(平均壁厚)。

图1、2、5、6、10、11、19至25为示意图，图中所示散热金属壳的壁厚以及肋 片13的肋片厚不应是实际的厚度。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当 将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可 以理解的其他实施方式。

Claims (12)

1.一种半导体光源散热器，包括有散热金属壳(1)，散热金属壳(1)包括有金属侧壁(2)和金属后壳(9)，散热金属壳(1)设置有与半导体光源(6)直接或间接接触的接触传热面，部分或全部由半导体光源产生的热量通过散热金属壳(1)的表面散出，对流散热采用自然对流传热方式，其特征在于：

金属侧壁(2)与金属后壳(9)采用了同一金属板制成的一体式结构，

金属侧壁(2)上开有百页窗式结构或错列式结构的通气窗口(3)，该窗口的切口线采用了顺着散热金属壳(1)的轴线方向的结构。

2.根据权利要求1所述的半导体光源散热器，其特征在于：金属侧壁(2)采用了从金属后壳(9)的金属板材拉伸而成的结构。

3.一种半导体光源散热器，包括有散热金属壳(1)，散热金属壳(1)包括有金属侧壁(2)和金属前壳(4)，散热金属壳(1)设置有与半导体光源(6)直接或间接接触的接触传热面，部分或全部由半导体光源产生的热量通过散热金属壳(1)的表面散出，对流散热采用自然对流传热方式，其特征在于：

金属侧壁(2)与金属前壳(4)采用了同一金属板制成的一体式结构，

金属侧壁(2)上开有百页窗式结构或错列式结构的通气窗口(3)，该窗口的切口线采用了顺着散热金属壳(1)的轴线方向的结构。

4.根据权利要求3所述的半导体光源散热器，其特征在于：金属侧壁(2)采用了从金属前壳(4)的金属板材拉伸而成的结构。

5.根据权利要求1至4中任何一项所述的半导体光源散热器，其特征在于：金属侧壁(2)的通透率不小于0.20。

6.根据权利要求1至4中任何一项所述的半导体光源散热器，其特征在于：

当金属侧壁(2)的平均当量直径为大于150mm，小于并等于180mm时，散热金属壳(1)的平均壁厚不大于1.5mm；

当金属侧壁(2)的平均当量直径为大于130mm，小于并等于150mm时，散热金属壳(1)的平均壁厚不大于1.3mm；

当金属侧壁(2)的平均当量直径为大于115mm，小于并等于130mm时，散热金属壳(1)的平均壁厚不大于1.15mm；

当金属侧壁(2)的平均当量直径为大于100mm，小于并等于115mm时，散热金属壳(1)的平均壁厚不大于1.0mm；

当金属侧壁(2)的平均当量直径为大于90mm，小于并等于100mm时，散热金属壳(1)的平均壁厚不大于0.95mm；

当金属侧壁(2)的平均当量直径为大于80mm，小于并等于90mm时，散热金属壳(1)的平均壁厚不大于0.9mm；

当金属侧壁(2)的平均当量直径为大于70mm，小于并等于80mm时，散热金属壳(1)的平均壁厚不大于0.85mm；

当金属侧壁(2)的平均当量直径为大于60mm，小于并等于70mm时，散热金属壳(1)的平均壁厚不大于0.8mm；

当金属侧壁(2)的平均当量直径为小于并等于60mm时，散热金属壳(1)的平均壁厚不大于0.7mm。

7.根据权利要求1至4中任何一项所述的半导体光源散热器，其特征在于：散热金属壳(1)有金属后壳(9)时，金属后壳(9)上开有百页窗式结构或错列式结构的通气窗口(10)，切口线(24)采用了呈辐射形状的结构。

8.根据权利要求1至4中任何一项所述的半导体光源散热器，其特征在于：散热金属壳(1)有金属后壳(9)时，金属后壳(9)采用了向前拉伸结构，并在拉伸壁上开有百页窗式结构或错列式结构的通气窗口(14)，该窗口的切口线采用了顺着拉伸方向的结构。

9.根据权利要求1至4中任何一项所述的半导体光源散热器，其特征在于：散热金属壳(1)有金属前壳(4)时，金属前壳(4)上开有百页窗式结构或错列式结构的通气窗口(5)，切口线(24)采用了呈辐射形状的结构。

10.根据权利要求1至4中任何一项所述的半导体光源散热器，其特征在于：散热金属壳(1)有金属前壳(4)时，金属前壳(4)采用了向后拉伸结构，构成半导体光源(6)的反光罩(31)。

11.根据权利要求1至4中任何一项所述的半导体光源散热器，其特征在于：散热金属壳(1)有金属前壳(4)时，金属前壳(4)采用了向后拉伸结构，并在拉伸壁上开有百页窗式结构或错列式结构的通气窗口(20)，该窗口的切口线采用了顺着拉伸方向的结构。

12.根据权利要求11所述的半导体光源散热器，其特征在于：金属前壳(4)向后拉伸构成凹腔，该凹腔中设置有半导体光源(6)的反光罩(31)。