CN109357173A - 大功率散热型led灯珠 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大功率散热型LED灯珠，包括LED灯盖、第一密封圈、吸热板、外壳、第二密封圈、散热装置、后盖、内部电路防护盖、电路板以及LED灯头，所述LED灯头安装于电路板上，所述电路板安装于吸热板上，部分电路板穿透吸热板并位于吸热板下侧，所述吸热板设置于外壳内侧，所述外壳上端安装有LED灯盖，所述第一密封圈设于LED灯盖与外壳连接位置，所述散热装置安装于吸热板下侧，所述内部电路防护盖设于吸热板下侧的电路板外侧，所述内部电路防护盖固定于散热装置上，所述第二密封圈设于内部电路防护盖与散热装置连接位置，本发明采用科学配比的导热硅脂，提高了导热效率，采用三级热管机制，提高本发明的散热能力，使本发明的散热效率优于同类产品。

Description

大功率散热型LED灯珠
技术领域
本发明属于灯具装置技术领域，具体地，涉及一种大功率散热型LED灯珠。
背景技术
LED，发光二极管，是一种固态半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。LED的核心部分是P型半导体和N型半导体组成的芯片，P、N半导体连接处称为P-N结。P型半导体内空穴占主导地位，而N型半导体内主电子占主导地位，中间通常是1至5个周期的量子阱。LED发光原理是在LED芯片两端加上正向电压，电流从LED阳极流向阴极，P-N结的势垒降低，电子和空穴就会被推向量子阱，在量子阱内电子跟空穴复合，然后以光子的形式发出能量。光的颜色由形成P-N结的材料决定，光的强弱与电流有关。
LED于1962年首次成功开发出来，先后研制成功了红、橙、绿、蓝及红外和紫外的发光二极管，其中可见光发光二极管最初用作指示光源，而如今作为一种优秀的半导体光电器件，已在显示、照明、交通、电子器件等行业中得到广泛的应用，产生了很好的经济效益和社会效益。
然而随着LED向高光强、高功率发展，LED的散热问题日渐突出。一方面功率越做越大，LED封装结构也越来越复杂；另一方面LED的体积越来越小，导致功率密度越来越大。目前，比较成熟的商业化的大功率LED输入功率一般为1W,芯片面积1mmX1mm，其热流密度达到了100W/cm2。LED散热是大功率LED封装必须解决的关键问题。
发明内容
基于上述背景技术，本发明提供一种大功率散热型LED灯珠，通过将粒子直径为1um的Ag作为增强填料填入ALN中制成二元混合导热硅脂，使制得的导热硅脂散热效率远大于市场上的同类产品，并且使用三级散热热管，使本发明在散热效果方面优于同类产品。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种大功率散热型LED灯珠，包括LED灯盖、第一密封圈、吸热板、外壳、第二密封圈、散热装置、后盖、内部电路防护盖、电路板以及LED灯头，所述LED灯头安装于电路板上，所述电路板安装于吸热板上，部分电路板穿透吸热板并位于吸热板下侧，所述吸热板设置于外壳内侧，所述外壳上端安装有LED灯盖，所述第一密封圈设于LED灯盖与外壳连接位置，所述散热装置安装于吸热板下侧，所述内部电路防护盖设于吸热板下侧的电路板外侧，所述内部电路防护盖固定于散热装置上，所述第二密封圈设于内部电路防护盖与散热装置连接位置。
所述LED灯盖与外壳通过螺纹配合连接，所述LED灯盖下侧边缘设有凸条，所述凸条外侧壁设有螺纹，所述外壳与LED灯盖连接位置设有凹槽，所述凹槽内侧壁设有螺纹，所述凸条螺纹与凹槽螺纹相配合。
所述后盖与外壳通过螺丝连接，所述后盖与外壳连接位置的内侧面上端设有凸条，所述凸条的外侧面与外壳下端的内侧面配合，所述凸条外侧面设有卡扣，所述外壳对应位置设有卡槽，所述卡扣与卡槽过盈配合，所述后盖上端面位于凸条外侧壁外侧位置设有若干螺纹孔，所述外壳下端面在后盖螺纹孔的对应处亦设有螺纹孔。
所述外壳周围设有均匀分布的散热孔。
所述吸热板与散热装置之间涂抹有导热硅脂。
所述内部电路防护盖与散热装置通过螺纹配合连接，所述内部电路防护盖上端面设有凸条，所述凸条外侧壁设有螺纹，所述散热装置在与内部电路防护盖配合位置设有凹槽，所述凹槽内侧壁设有螺纹，所述凸条螺纹与凹槽螺纹相配合。
所述电路板与吸热板内嵌式配合，所述电路板上端面设于吸热板的上端面，其本体大部分内嵌于吸热板内，其下端部分从吸热板内由内伸出并穿透吸热板以及散热装置设于外壳内部。
所述散热装置包括一级热管、导热板、二级热管以及三级热管，所述导热板上端通过导热硅脂连接吸热板，下端设有一级热管、二级热管以及三级热管，所述热管均为螺旋形设于导热板下端，所述一级热管螺旋半径小于二级热管，所述二级热管螺旋半径小于三级热管。
所述三级热管包括冷凝端、散热鳍片、冷却管、蒸发端以及吸液芯，所述冷却管为螺旋上升管道，所述冷却管一端连接冷凝端，另一端连接蒸发端，所述蒸发端固定于导热板上，所述冷凝端远离导热板，所述吸液芯设于冷却管、冷凝端以及蒸发端内侧壁上，所述散热鳍片设于冷却管上靠近冷凝端一端。
所述一级热管以及二级热管其结构与三级热管完全相同。
所述电路板包括电路板柱、电容、电路板条、整流器以及电阻，所述电路板本体由电路板柱以及电路板条构成，所述电路板柱穿透吸热板并部分内嵌于吸热板内，所述电路板条安装于电路板柱靠近吸热板一端并内嵌于吸热板上端面，所述电路板条上安装有若干LED灯头，所述电容、整流器以及电阻皆安装于电路板柱非电路板条一端。
所述LED灯盖外侧为圆弧型。
所述大功率散热型LED灯珠内用于散热的导热硅脂为二元混合导热硅脂，所述大功率散热型LED灯珠的二元混合导热硅脂重量份的原料制成：二甲基硅油、硬脂酸1.5-3份、ALN 80-160份、Ag 20-40份以及酒精。
该散热用导热硅脂的制备方法包括如下步骤：
(1)将ALN和Ag通过研碎装置分别进行研碎；
(2)将ALN与Ag进行混合制成导热填料，所述用于混合的Ag占导热填料总质量的20％，所述用于混合的ALN占导热填料总质量的80％；
(3)将足够的酒精水浴加热到70℃,将硬脂酸溶于酒精，质量为导热填料质量的1.5％，搅拌使其溶解；
(4)将已配制好的导热填料放入硬脂酸酒精溶液中，均匀搅拌10分钟，静置1小时，用吸管除去上层溶液，用烘箱中进行70℃烘干备用；
(5)将二甲基硅油与表面处理后的导热填料按照比例混合，所述导热填料的体积比为60％，放入搅拌机器中搅拌2小时；
(6)将制备的导热硅脂放入150℃的烘箱中焙烧4小时，取出后再搅拌2小时，得到所需导热硅脂。
所述导热填料中固体ALN、Ag均为粉末状，ALN的粒径为20um，Ag的粒径取1um。
本发明的有益效果：
(1)本发明的用于导热的导热硅脂，采用科学配比合成的二元混合导热硅脂，所用的填料粒子直径皆为微米级，不仅更加容易得到，同时使用纳米级填料当导热填料到达最大致密度时，由于填料粒径太小，热量在其传播过程中所经过的“硅油—填料—硅油”界面增多，由界面引起的声子散射效果严重，导致散热率降低，粒径过大，粒子间的间隙也随之增大，导热硅脂流动性降低，更容易使粒子从硅油之中分离出来，在硅脂使用过程中过大的粒径将基板与散热器撑开，导致热阻增大，本发明的导热硅脂采用粒子直径1um的Ag与粒子直径为20um的ALN混合，其粒径较为适中，热阻减小，导热率提高，通时本发明对混合后的产品进行表面处理，表面处理过导热硅脂的导热率最高为6.44W/(m·k)，而市面上同类未处理的导热率最高为4.55W/(m·k)，其导热效率远优于市面上的同类产品；
(2)本发明的热管采用螺旋上升式的结构，螺旋式上升结构不仅能更好的利用空间，同时，螺旋式的热管冷凝管以及蒸发管更长，更长蒸发管使装置在使用时可以带走更多的热量，更长的冷凝管提高热管的冷凝效果，冷凝管越长冷凝作用越长，其冷凝的效果越好；
(3)本发明采用了一级、二级、三级热管合并的热管散热方式，三级热管同步作用，在散热时可带走更多的热量，加速散热，不仅提高设备的散热能力同时提高了散热效率；
(4)本发明在LED灯盖采用了第一密封圈，其作用防止液体和粉尘由LED灯盖进入，导致LED灯珠与电路板连接处出现短路、断路等故障，破坏了设备；
(5)本发明采用了内部电路防护盖以及第二密封圈，保护位于电路板及电路板上的元件，防止由外壳周围分布的散热孔进入的液体和粉尘进入电路板内，导致电路板以及电子元件短路、断路等故障，使设备出现损坏；
(6)本发明LED灯盖采用圆弧型外观，此外观相对于市面上的平面型灯盖外观，拥有更广泛的照射范围，使本发明光照的范围更大。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为大功率散热型LED灯珠的总体结构示意图；
图2为大功率散热型LED灯珠的LED灯盖与外壳配合结构剖视图；
图3为大功率散热型LED灯珠的后盖与外壳配合结构剖视图；
图4为大功率散热型LED灯珠的外壳的结构示意图；
图5为大功率散热型LED灯珠的内部电路防护盖与散热装置配合结构剖视图；
图6为大功率散热型LED灯珠的电路板与吸热板配合结构剖视图；
图7为大功率散热型LED灯珠的散热装置的结构示意图；
图8为大功率散热型LED灯珠的三级热管外部结构示意图；
图9为大功率散热型LED灯珠的三级热管内部结构剖视图；
图10为大功率散热型LED灯珠的电路板结构剖视图；
图11为大功率散热型LED灯珠的LED灯盖结构剖视图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种大功率散热型LED灯珠，如图1所示，包括LED灯盖1、第一密封圈2、吸热板3、外壳4、第二密封圈5、散热装置6、后盖7、内部电路防护盖8、电路板9以及LED灯头10，LED灯头10安装于电路板9上，电路板9安装于吸热板3上，部分电路板9穿透吸热板3并位于吸热板3下侧，吸热板3设置于外壳4内侧，外壳4上端安装有LED灯盖1，第一密封圈2设于LED灯盖1与外壳4连接位置，散热装置6安装于吸热板3下侧，内部电路防护盖8设于吸热板3下侧的电路板9外侧，内部电路防护盖8固定于散热装置6上，第二密封圈5设于内部电路防护盖8与散热装置6连接位置。吸热板3与散热装置6之间涂抹有导热硅脂。
如图2所示，LED灯盖1与外壳4通过螺纹配合连接，LED灯盖1下侧边缘设有凸条，凸条外侧壁设有螺纹，外壳4与LED灯盖1连接位置设有凹槽，凹槽内侧壁设有螺纹，凸条螺纹与凹槽螺纹相配合。
如图3所示，后盖7与外壳4通过螺丝连接，后盖7与外壳4连接位置的内侧面上端设有凸条，凸条的外侧面与外壳4下端的内侧面配合，凸条外侧面设有卡扣，外壳4对应位置设有卡槽，卡扣与卡槽过盈配合，后盖7上端面位于凸条外侧壁外侧位置设有若干螺纹孔，外壳4下端面在后盖7螺纹孔的对应处亦设有螺纹孔。
如图4所示，外壳4周围设有均匀分布的散热孔。
如图5所示，内部电路防护盖8与散热装置6通过螺纹配合连接，内部电路防护盖8上端面设有凸条，凸条外侧壁设有螺纹，所述散热装置6在与内部电路防护盖8配合位置设有凹槽，凹槽内侧壁设有螺纹，凸条螺纹与凹槽螺纹相配合。
如图6所示，电路板9与吸热板3内嵌式配合，电路板9上端面设于吸热板3的上端面，其本体大部分内嵌于吸热板3内，其下端部分由吸热板3内伸出并穿透吸热板3以及散热装置6设于外壳内部。
如图7所示，散热装置6包括一级热管61、导热板62、二级热管63以及三级热管64，导热板62上端通过导热硅脂连接吸热板3，下端设有一级热管61、二级热管63以及三级热管64，热管均为螺旋形设于导热板62下端，一级热管61螺旋半径小于二级热管63，二级热管63螺旋半径小于三级热管64。
如图8-9所示，三级热管64包括冷凝端641、散热鳍片642、冷却管643、蒸发端644以及吸液芯645，冷却管643为螺旋上升管道，冷却管643一端连接冷凝端641，另一端连接蒸发端644，蒸发端644固定于导热板62上，冷凝端641远离导热板62，吸液芯645设于冷却管643、冷凝端641以及蒸发端644内侧壁上，散热鳍片642设于冷却管643上靠近冷凝端641一端。
一级热管61以及二级热管63其结构与三级热管64完全相同。
如图10所示，电路板9包括电路板柱91、电容92、电路板条93、整流器94以及电阻95，电路板9本体由电路板柱91以及电路板条93构成，电路板柱91穿透吸热板3并部分内嵌于吸热板3内，电路板条93安装于电路板柱91靠近吸热板3一端并内嵌于吸热板3上端面，电路板条93上安装有若干LED灯头10，电容92、整流器94以及电阻95皆安装于电路板柱非电路板条93一端。
如图11所示，LED灯盖1外侧为圆弧型。
本发明的工作原理及其方式为：大功率LED灯头开始工作，过程产生大量热量，其热量被吸热板吸收，导致吸热板温度上升，由于散热板与吸热板间的温度差，吸收板开始通过导热硅脂向散热板传递热量，传递至散热板的热量开始加热热管，导致热管蒸发端内吸液芯里的液体气化，液体气化过程吸收了大量的热量，由于热管内的负压原因，导致气化的液体开始沿着冷却管旋转上升往冷凝端移动，在旋转上升的过程中不断被冷却降温，渐渐的气化的液体由于温度的下降开始凝结成液体进而被吸液芯吸收，蒸发端内的吸液芯液体在蒸发过程不断减少，同时冷凝端洗液芯的液体不断增加，由于吸液芯毛细力作用，冷凝端吸液芯内的液体不断流向蒸发端的吸液芯中，进而形成不断散热过程，同时在冷却管上设有散热鳍片，使冷却管内的温度不断向外界空气中导出，使冷却管始终保持冷却效果。
本发明内用于散热的导热硅脂为二元混合导热硅脂，本发明的二元混合导热硅脂重量份的原料制成：二甲基硅油、硬脂酸1.5-3份、ALN 80-160份、Ag 20-40份以及酒精。
该散热用导热硅脂的制备方法包括如下步骤：
(1)将ALN和Ag通过研碎装置分别进行研碎；
(2)将ALN与Ag进行混合制成导热填料，所述用于混合的Ag占导热填料总质量的20％，所述用于混合的ALN占导热填料总质量的80％；
(3)将足够的酒精水浴加热到70℃,将硬脂酸溶于酒精，质量为导热填料质量的1.5％，搅拌使其溶解；
(4)将已配制好的导热填料放入硬脂酸酒精溶液中，均匀搅拌10分钟，静置1小时，用吸管除去上层溶液，用烘箱中进行70℃烘干备用；
(5)将二甲基硅油与表面处理后的导热填料按照比例混合，所述导热填料的体积比为60％，放入搅拌机器中搅拌2小时；
(6)将制备的导热硅脂放入150℃的烘箱中焙烧4小时，取出后再搅拌2小时，得到所需导热硅脂。
导热填料中固体ALN、Ag均为粉末状，粒径为1-20um。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种大功率散热型LED灯珠，其特征在于，包括LED灯盖(1)、第一密封圈(2)、吸热板(3)、外壳(4)、第二密封圈(5)、散热装置(6)、后盖(7)、内部电路防护盖(8)、电路板(9)以及LED灯头(10)，所述LED灯头(10)安装于电路板(9)上，所述电路板(9)安装于吸热板(3)上，部分电路板(9)穿透吸热板(3)并位于吸热板(3)下侧，所述吸热板(3)设置于外壳(4)内侧，所述外壳(4)上端安装有LED灯盖(1)，所述第一密封圈(2)设于LED灯盖(1)与外壳(4)连接位置，所述散热装置(6)安装于吸热板(3)下侧，所述内部电路防护盖(8)设于吸热板(3)下侧的电路板(9)外侧，所述内部电路防护盖(8)固定于散热装置(6)上，所述第二密封圈(5)设于内部电路防护盖(8)与散热装置(6)连接位置；
所述LED灯盖(1)与外壳(4)通过螺纹配合连接，所述LED灯盖(1)下侧边缘设有凸条，所述凸条外侧壁设有螺纹，所述外壳(4)与LED灯盖(1)连接位置设有凹槽，所述凹槽内侧壁设有螺纹，所述凸条螺纹与凹槽螺纹相配合；
所述后盖(7)与外壳(4)通过螺丝连接，所述后盖(7)与外壳(4)连接位置的内侧面上端设有凸条，所述凸条的外侧面与外壳(4)下端的内侧面配合，所述凸条外侧面设有卡扣，所述外壳(4)对应位置设有卡槽，所述卡扣与卡槽过盈配合，所述后盖(7)上端面位于凸条外侧壁外侧位置设有若干螺纹孔，所述外壳(4)下端面在后盖(7)螺纹孔的对应处亦设有螺纹孔；
所述外壳(4)周围设有均匀分布的散热孔；
所述吸热板(3)与散热装置(6)之间涂抹有导热硅脂；
所述内部电路防护盖(8)与散热装置(6)通过螺纹配合连接，所述内部电路防护盖(8)上端面设有凸条，所述凸条外侧壁设有螺纹，所述散热装置(6)在与内部电路防护盖(8)配合位置设有凹槽，所述凹槽内侧壁设有螺纹，所述凸条螺纹与凹槽螺纹相配合；
所述电路板(9)与吸热板(3)内嵌式配合，所述电路板(9)上端面设于吸热板(3)的上端面，其本体大部分内嵌于吸热板(3)内，其下端部分由吸热板(3)内伸出并穿透吸热板(3)以及散热装置(6)设于外壳内部。
2.根据权利要求1所述的一种大功率散热型LED灯珠，其特征在于，所述散热装置(6)包括一级热管(61)、导热板(62)、二级热管(63)以及三级热管(64)，所述导热板(62)上端通过导热硅脂连接吸热板(3)，下端设有一级热管(61)、二级热管(63)以及三级热管(64)，所述热管均为螺旋形设于导热板(62)下端，所述一级热管(61)螺旋半径小于二级热管(63)，所述二级热管(63)螺旋半径小于三级热管(64)；
所述三级热管(64)包括冷凝端(641)、散热鳍片(642)、冷却管(643)、蒸发端(644)以及吸液芯(645)，所述冷却管(643)为螺旋上升管道，所述冷却管(643)一端连接冷凝端(641)，另一端连接蒸发端(644)，所述蒸发端(644)固定于导热板(62)上，所述冷凝端(641)远离导热板(62)，所述吸液芯(645)设于冷却管(643)、冷凝端(641)以及蒸发端(644)内侧壁上，所述散热鳍片(642)设于冷却管(643)上靠近冷凝端(641)一端；
所述一级热管(61)以及二级热管(63)其结构与三级热管(64)完全相同。
3.根据权利要求1所述的一种大功率散热型LED灯珠，其特征在于，所述电路板(9)包括电路板柱(91)、电容(92)、电路板条(93)、整流器(94)以及电阻(95)，所述电路板(9)本体由电路板柱(91)以及电路板条(93)构成，所述电路板柱(91)穿透吸热板(3)并部分内嵌于吸热板(3)内，所述电路板条(93)安装于电路板柱(91)靠近吸热板(3)一端并内嵌于吸热板(3)上端面，所述电路板条(93)上安装有若干LED灯头(10)，所述电容(92)、整流器(94)以及电阻(95)皆安装于电路板柱非电路板条(93)一端。
4.根据权利要求1所述的一种大功率散热型LED灯珠，其特征在于，所述LED灯盖(1)外侧为圆弧型。
5.根据权利要求1所述的一种大功率散热型LED灯珠，其特征在于，所述导热硅脂为二元混合导热硅脂，所述导热硅脂由以下重量份的原料制成：二甲基硅油、硬脂酸1-3份、ALN80-160份、Ag 20-40份以及酒精；
该散热用导热硅脂的制备方法包括如下步骤：
(1)将ALN和Ag通过研碎装置分别进行研碎；
(2)将ALN与Ag进行混合制成导热填料，所述用于混合的Ag占导热填料总质量的20％，所述用于混合的ALN占导热填料总质量的80％；
(3)将足够的酒精水浴加热到70℃,将硬脂酸溶于酒精，质量为导热填料质量的1.5％，搅拌使其溶解；
(4)将已配制好的导热填料放入硬脂酸酒精溶液中，均匀搅拌10分钟，静置1小时，用吸管除去上层溶液，用烘箱中进行70℃烘干备用；
(5)将二甲基硅油与表面处理后的导热填料按照比例混合，所述导热填料的体积比为60％，放入搅拌机器中搅拌2小时；
(6)将制备的导热硅脂放入150℃的烘箱中焙烧4小时，取出后再搅拌2小时，得到所需导热硅脂。
6.根据权利要求5所述的一种大功率散热型LED灯珠，其特征在于，所述ALN、Ag均为粉末状，ALN的粒径为20um，Ag的粒径取1um。
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