CN108417703A - 基于热电制冷及微通道传热的大功率led散热结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构，包括基板、LED芯片、热电散热片和微通道换热器，所述LED芯片贴装于基板上；所述基板的热端与所述热电散热片的冷端连接，所述热电散热片的热端与所述微通道换热器的冷端连接。本发明的有益效果是：可以显著地降低热电散热片的热端温度，使得LED芯片直接通过热电散热片主动降温，效果良好，可提高LED的工作性能、可靠性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及LED散热技术领域，具体为一种基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构。
背景技术
目前，市场上的LED灯散热方面多采用金属片或由系统的基板导出发热到空气中进行散热。现有技术采取的主要方法有：合理设置散热片的结构，增大散热面积；采用主动冷却的方式进行散热或者是对封装结构进行设计，使其具有良好的光通量的同时进行有效的散热；抑或是采用水冷、热管等方式。但这上述现有技术些方法的的散热效果都不明显，散热效率较低，使LED灯的因为散热不好产生发光波长偏离，降低光通量，甚至影响LED的使用寿命，这些后果制约着LED朝更大的功率发展。对于大功率LED灯或LED产品发光体，上述现有的空冷或水冷通常无法满足散热要求。
发明内容
针对以上所述现有技术存在的不足，本发明提供一种基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构，通过将微通道换热与半导体热电制冷技术结合起来，将其一体化封装在LED发光体芯片的结构中，达到更好的主动散热目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构，包括基板、LED芯片、热电散热片和微通道换热器，所述LED芯片贴装于基板上；所述基板的热端与所述热电散热片的冷端连接，所述热电散热片的热端与所述微通道换热器的冷端连接。
所述微通道换热器的出口和进口分别与流体散热循环的进口和出口连接。
所述流体散热循环包括流体泵和流体散热器，所述流体泵和流体换热器串联，与所述微通道换热器的出口和进口连接形成封闭的流体散热循环。
所述流体散热循环内的工质为纳米流体工质。
所述微通道换热器的扁平管内设有若干条通道当量直径在10～1000μm的细微流道，并在扁平管上设置进口和出口。
所述流体换热器外设置有进行风冷的风扇。
所述基板的上表面设有反光杯状的凹槽，所述LED芯片贴装于所述凹槽的中心处，所述硅基板的上表面还安装有弧状的透明罩。
所述基板为铝基板或者硅基板。
所述热电散热片的热端与所述微通道换热器间用导热胶连接，以便于导热。
所述LED芯片的引脚通过焊锡固定在所述铝基板上，所述LED芯片的散热端与热电散热片之间的界面处通过导热胶进行固定。
所述硅基板的热端与若干对热电偶一端使用回流焊接工艺连接，所述热电偶另一端与所述热电散热片的冷端用回流焊接工艺进行连接。
本发明的有益效果是：可以显著地降低热电散热片的热端温度，使得LED芯片直接通过热电散热片主动降温，效果良好，可提高LED的工作性能、可靠性和使用寿命。
附图说明
图1为本发明基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构的实施例1结构示意图；
图2为本发明基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构的流体散热循环的流程图；
图3为本发明基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构的微通道换热器的结构示意图。
图4为本发明基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构的实施例2结构示意图；
图5为本发明基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构的实施例2LED光源部分结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做详细的描述。附图显示出了本发明之较佳实施例的具体结构。其中各元件的结构特点，而如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，是以图1所示的结构为参考描述，但本发明的实际使用方向并不局限于此。
实施例1
基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构，如图1所示，包括硅基板2、LED芯片1、热电散热片4和微通道换热器5，所述LED芯片1贴装于硅基板2的冷端，形成LED光源部分。所述硅基板2的热端与所述热电散热片4的冷端连接，所述热电散热片4的热端与所述微通道换热器5的冷端连接。所述LED芯片1通过引脚与硅基板2通过焊锡连接。其中所述硅基板2与所述热电散热片4为一体封装结构，所述LED芯片1放热端直接与所述热电散热片4接触，以提高散热效率。所述热电散热片4与微通道换热器4间用固晶胶固定连接。所述热电散热片4为半导体制冷片(热电制冷片)，其没有滑动部件，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。利用半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的。
所述硅基板2的上表面设有反光杯状的凹槽，所述LED芯片1贴装于所述凹槽的中心处，所述硅基板2的上表面还安装有弧状的透明罩9，所述透明罩9内设有荧光粉层，所述透明罩9封住所述凹槽。所述硅基板2的热端与若干对热电偶3一端使用回流焊接工艺连接，所述热电偶3另一端与所述热电散热片4的冷端用回流焊接工艺进行连接。
所述微通道换热器5的出口50和进口51分别与流体散热循环的进口和出口连接。如图2所示，所述流体散热循环包括流体泵6和流体散热器7，所述流体泵6和流体换热器7串联，与所述微通道换热器5的出口50和进口51连接形成封闭的流体散热循环。所述流体散热循环内的工质为纳米流体工质。所述纳米流体工质是将1-100nm的固体颗粒与液体换热介质混合形成的悬浮液，其具有比普通工质(如水和乙二醇)更大的导热系数和对流换热系数，可有效提高微通道换热器5的传热效率。纳米流体工质将LED芯片1和热电散热片4的热量导出之后，再通过液冷或风冷的方法进行循环冷却。所述纳米流体工质优选为粒径为10-50nm的Cu纳米粒子分散到导热油基液中形成的悬浮液。
如图3所示，所述微通道换热器5的扁平管内设有数十条通道当量直径在10～1000μm的细微流道，并在扁平管上设置进口51和出口50。所述微通道换热器5采用纳米流体工质(制冷剂)。优选的，所述微通道换热器5的扁平管内设有数十条通道当量直径在100～800μm的细微流道，所述进口50和出口51连接分别与有工质循环通道的流体散热循环连接。所述流体散热器7外设置有对所述流体散热器7进行风冷的风扇8。
纳米流体工质将LED和热电散热基片的热量导出之后，再通过液冷或风冷的方法进行循环冷却与现有技术相比较，本发明可以显著地降低LED和热电散热片的封装热阻，使得LED直接通过热电散热主动降温，效果良好，可提高LED的工作性能、可靠性和使用寿命。
可以显著地降低LED和热电散热片的封装热阻，使得LED直接通过热电散热主动降温，效果良好，可提高LED的工作性能、可靠性和使用寿命。
实施例2
基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构，如图4-5所示，包括铝基板21、LED芯片2、热电散热片4和微通道换热器5。所述LED芯片1贴装于铝基板21上，形成LED光源部分。所述铝基板21贴装于所述热电散热片4的冷端，所述热电散热片4的热端与所述微通道换热器5的冷端连接。所述微通道换热器5中使用纳米流体工质换热，纳米流体工质导出来后通过风冷或液冷散热器散热。所述铝基板21的上表面安装有弧状的透明罩9，透明罩9将LED芯片1封装在所述所述铝基板21上。所述透明罩9内设有荧光粉层。所述铝基板21的热端与若干对热电偶3一端使用回流焊接工艺连接，所述热电偶3另一端与所述热电散热片4的冷端用回流焊接工艺进行连接。
优选的，所述热电散热片4的热端与所述微通道换热器5间用导热胶连接，以便于导热。所述LED芯片1的引脚通过焊锡23固定在所述铝基板21上，所述LED芯片1的发热端与热电散热片1之间的界面处通过导热胶11进行固定。在所述铝基板21与所述LED芯片之间设置绝缘层22，所述LED芯片1的引脚通过焊锡23与所述铝基板21的焊盘固定。热电散热片4将热量导出，然后通过微通道换热器1导出的热量利用流体散热机构散去。
其中所述硅基板21与所述热电散热片1为一体封装结构，所述LED芯片1放热端直接与所述热电散热片4接触，以提高散热效率。所述热电散热片4与微通道换热器5间用固晶胶连接。所述铝基板21、LED芯片2、热电散热片4和微通道换热器5通过底板和两侧的螺栓24固定为一体。
本实施例其余结构与实施例1相同。本发明公开了一种可用于LED冷却的装置，所述的冷却装置包括铝基板、热电散热器、微通道散热器。LED光源贴装于散热基板，形成LED光源部分。基板21贴装于热电散热器热电散热片4冷端；热电散热器热电散热片4的热端与微通道散热器5连接，微通道散热器5中使用纳米流体工质，将工质导出来后通过风冷或液冷散热器散热。将LED芯片1的放热端直接安装于热电散热器热电散热片上，与热电散热器热电散热片冷端紧密相贴；微通道散热器则与热电散热器热电散热片热端紧密相贴，热电散热器热电散热片连接LED芯片和微通道的界面处用导热胶进行固定，微通道散热器导出的热量利用流体散热器散去。
以上所述者，仅为本新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本新型实施的范围，即大凡依本新型申请专利范围及新型说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本新型专利涵盖的范围内。
Claims (10)
1.基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构，包括基板、LED芯片、热电散热片和微通道换热器，其特征在于,所述LED芯片贴装于基板上；所述基板的热端与所述热电散热片的冷端连接，所述热电散热片的热端与所述微通道换热器的冷端连接。
2.根据权利要求1所述的基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构，其特征在于，所述微通道换热器的出口和进口分别与流体散热循环的进口和出口连接。
3.根据权利要求2所述的基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构，其特征在于，所述流体散热循环包括流体泵和流体散热器，所述流体泵和流体换热器串联，与所述微通道换热器的出口和进口连接形成封闭的流体散热循环。
4.根据权利要求4所述的基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构，其特征在于，所述流体散热循环内的工质为纳米流体工质。
5.根据权利要求4所述的基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构，其特征在于，所述微通道换热器的扁平管内设有若干条通道当量直径在10～1000μm的细微流道。
6.根据权利要求3所述的基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构，其特征在于，所述流体换热器外设置有进行风冷的风扇。
7.根据权利要求1所述的基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构，其特征在于，所述基板的上表面设有反光杯状的凹槽，所述LED芯片贴装于所述凹槽的中心处，所述硅基板的上表面还安装有弧状的透明罩。
8.根据权利要求1或者7所述的基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构，其特征在于，所述基板为铝基板或者硅基板。
9.根据权利要求1所述的基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构，其特征在于，所述热电散热片的热端与所述微通道换热器间用导热胶连接。
10.根据权利要求8所述的基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构，其特征在于，所述硅基板的热端与若干对热电偶一端连接，所述热电偶另一端与所述热电散热片的冷端连接。
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| WO2019184794A1 (zh) | 2019-10-03 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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