CN1889256A

CN1889256A - Led微型液冷系统

Info

Publication number: CN1889256A
Application number: CN 200610054453
Authority: CN
Inventors: 程越; 程乃士
Original assignee: Chongqing Institute of Technology
Current assignee: Chongqing Institute of Technology
Priority date: 2006-07-16
Filing date: 2006-07-16
Publication date: 2007-01-03

Abstract

本发明涉及一种LED微型液冷系统，它是由液体冷却剂、一个或若干个驱动器件或驱动机理、一个或若干个微型高效热交换器组成。所述微型高效热交换器是由冷却头集成在LED基板或LED芯片上构成，在两者之间留有容液体冷却剂流动的微流道，与冷却头上的进、出液口相通，并外接循环管路，驱动器件连接在循环管路中。液体冷却剂在微型高效热交换器的微型流道内循环，将LED芯片的热量迅速传递至外部环境，以保证LED的正常工作。系统整体具有结构紧凑、效率高、造价低的优点。

Description

LED微型液冷系统

技术领域：

本发明属于LED封装及冷却技术领域，具体涉及一种LED液冷系统。

背景技术：

世界上通用LED冷却技术系统采用自然冷却及风冷方式。此两种方式由于空气的热容极小，所以散热效率很低。由此而引起的过高的芯片工作温度不仅影响LED的发光效率，更大大缩短了器件的寿命。因此散热已经成为当今世界大功率LED器件大规模商业化的一个主要障碍。

近年来世界上微系统，特别是微流体系统的发展为LED器件的冷却提供了新的技术手段，使狭小的空间内的高效液冷成为可能。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种针对大功率LED的微型液冷系统，用于对散热效率、有效空间及成本要求较高的大功率LED器件的冷却。

本发明的技术方案如下：

一种LED微型液冷系统，它是由液体冷却剂、一个或若干个驱动器件或驱动机理、一个或若干个微型高效热交换器组成。微型高效热交换器是由一冷却头集成在LED基板上或LED芯片背面而构成，在两者之间留有容液体冷却剂流动的微流道，冷却头上有进、出液口，外接循环管路，驱动器件连接在循环管路中。系统通过微型高效热交换器的微流道结构来起到便于冷却液流动的作用，使低温的冷却剂从高温的LED吸收热量温度升高，达到尽快将热量从LED附近带走，再通过循环管路和外部的散热结构将热量散发到低温的外部环境中去。这样避免了直接在LED附近进行散热，提高散热效果。

微型高效热交换器(即冷却头和LED的基板或芯片)分别由热传导系数不同的材料制成，如高分子材料和金属，或其他的材料组合，LED的基板或芯片采用的材料的导热系数高于冷却头材料的导热系数，以保证热量传递的方向性。微型高效热交换器中的微流道的形状为直线形、曲线形、螺旋形或其他形状；微流道的截面形状为矩形、三角形、半圆形、圆形或其他形状，以保证热交换的效率。微流道截面的高度及宽度依不同冷却要求从50微米至500微米不等。

在微型高效热交换器的进出液循环管路中还另外连接有至少一个热交换器，以进一步增强散热效果。

本发明所述的液体冷却剂在常温常压或在LED正常工作状态下为液体，在LED器件极限工作状态下，如高温状态下，可蒸发为气体。液体冷却剂通过与LED芯片的直接接触或经由一种或多种中间介质，如金属或非金属固体材料、气体或液体与LED芯片进行热交换。

本发明所述驱动器件或驱动机理用于驱动液体冷却剂或能量的转移，可为具体的器件，如泵、阀或其他的具体结构，也可为可导致液体或部分液体运动的物理机理，如重力、虹吸、对流或其他机理，也可为可导致能量转移的物理机理，如蒸发、辐射或其他机理，也可为可导致能量转移的化学机理，如分解或聚合反应，或导致物质或能量转移的其他机理。

本发明针对的LED器件可以是单个的，也可以是集成的。

本发明适于用在大功率LED器件进行高效率热能交换，微型高效热交换器的结构保证了冷却效率及结构的紧凑性，能够显著地提高其散热效率，节省对其有效空间占用。

附图说明：

图1是本微型液冷系统的结构原理示意图；

图2A、图2B和图2C是微型高效热交换器与LED组合的结构示意图。

图3是微泵原理图。

具体实施方式：

如图1所示，本发明所述的微型液冷系统由液体冷却剂5、作为驱动器件的微泵3、微型高效热交换器1和热交换器2组成。微型高效热交换器1是由一个冷却头集成在LED基板或LED芯片背面构成，采用图2所示的结构，冷却头11通过焊接或粘接在LED的基板12背面，并用密封胶13密封，在两者之间留有容液体冷却剂5流动的通道，并在冷却头11这面形成有微流道结构14，冷却头11上有连通通道的进、出液口I和O，外接循环管路4，微泵3连接在循环管路4中，微泵3的前后还带有单向阀6，如图3所示，以起到更好的驱动作用。另外，在循环管路4中还可设置另外的热交换器2，最好也是微型化的，以减小体积，促进散热。工作时启动微泵，低温的液体冷却剂5在微型高效热交换器1中从高温的LED吸收热量温度升高，然后通过循环管路进入外部的热交换器2，将热量散发到低温的外部环境中。

微型高效热交换器的冷却头部分与LED基板或LED芯片部分分别采用热传导系数不同的材料，如高分子材料和金属，或其他的材料组合，以保证热量传递的方向性；微流道有直线形的、或曲线形的、或螺旋形的、或其他形状及截面形状为矩形、或三角形、或半圆形、或圆形、或其他形状，以保证热交换的效率。微流道的截面的高度及宽度依不同冷却要求从50微米至500微米不等。

微型高效热交换器成型由精密切削、或精密热压、或精密注塑、或激光加工、或其他精密加工工艺完成，然后以激光焊接、或微波焊接、或超声波焊接、或其它工艺焊接或粘接而成。

Claims

1、LED微型液冷系统，其特征在于：是由液体冷却剂、一个或若干个驱动器件或驱动机理、一个或若干个微型高效热交换器组成；微型高效热交换器是由冷却头集成在LED基板或LED芯片上构成，在两者之间留有容液体冷却剂流动的微流道，与冷却头上的进、出液口相通，并外接循环管路，驱动器件连接在循环管路中。

2、根据权利要求1所述的LED微型液冷系统，其特征在于：微型高效热交换器的冷却头和LED的基板或芯片分别由热传导系数不同的材料制成，LED的基板或芯片采用材料的导热系数高于冷却头材料的导热系数。

3、根据权利要求1所述的LED微型液冷系统，其特征在于：所述微流道的形状为直线形、曲线形、螺旋形或其他形状；微流道的截面形状为矩形、三角形、半圆形、圆形或其他形状；微流道截面的高度及宽度依不同冷却要求从50微米至500微米。

4、根据权利要求1所述的LED微型液冷系统，其特征在于：在循环管路中还另外连接有至少一个热交换器。

5、根据权利要求1所述的LED微型液冷系统，其特征在于：所述的驱动器件为泵或阀。

6、根据权利要求1所述的LED微型液冷系统，其特征在于：所述的驱动机理是用于驱动液体冷却剂或能量的转移，为导致液体或部分液体运动的物理机理-重力、虹吸、对流或其他机理，或为导致能量转移的物理机理-蒸发、辐射或其他机理，或为导致能量转移的化学机理-分解或聚合反应。

7、根据权利要求1所述的LED微型液冷系统，其特征在于：所述的基板为具有一种或多种热交换中间介质的结构。

8、根据权利要求7所述的LED微型液冷系统，其特征在于：所述的热交换中间介质为金属或非金属固体材料、气体或液体。