CN1964092A - 一种采用多孔金属材料作为散热装置的大功率发光二极管 - Google Patents

一种采用多孔金属材料作为散热装置的大功率发光二极管 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用多孔金属材料作为散热装置的大功率发光二极管,它主要由多孔金属材料与大功率发光二极管通过焊接或粘合封装组成。采用多孔金属材料作为大功率发光二极管的散热装置,不仅可以使散热面积增加,有利于发光二极管散热,而且可以节省大量的铜、铝等材料,节约成本。

Description

一种采用多孔金属材料作为散热装置的大功率发光二极管
技术领域
本发明涉及照明领域,特别地,涉及一种直接采用多孔金属材料(多孔铜或多孔铝)作为散热装置的大功率发光二极管。
背景技术
半导体技术在引发微电子革命之后,正在孕育一场新的产业革命——照明革命。发光二极管已成为信息时代的闪亮标志,将逐步取代白炽灯和荧光灯等传统照明技术,它不象白炽光那样浪费太多热量,不象荧光灯那样因消耗高能量而产生有毒气体,也不象霓虹灯那样要求高电压而容易损坏,它将是人类继发明白炽灯泡之后最伟大的发明之一。大功率发光二极管是将电能转换成光能的最有效方式,它的寿命长达60000小时以上,比传统灯省电至少80%以上,已被全球公认为新一代环保高科技产品,所以大功率发光二极管是很有前途的照明灯源,但大功率发光二极管目前最大问题是散热问题。
通常把大功率发光二极管焊在平面的铝基板上,然后再用胶固定在散热器上;这种做法不仅很难固定,而且由于铝基板面积小,散热效果差,使得大功率发光二极管不能有效散热,引起管芯温度升高,最后导致大功率发光二极管寿命明显下降以及光衰加快,目前由于不能有效散热,不仅无法作5瓦以上的单芯片大功率发光二极管,而且对于10瓦以上的大功率发光二极管多管芯的模块也无法做大。
目前,大功率发光二极管由于使用时温升高,功率只能做到3瓦,而功率为3瓦按计算就需要80平方厘米以上的散热面积,采用刻槽加鳍来增加散热面积的效果已经不大,而且今后大功率发光二极管多管芯的模块组合将达到30-50瓦,而面积要求更小,在1平方厘米中要做到几十瓦功率,散热将提出更高要求;另外,现有的大功率发光二极管要采用大量的铜或铝材料,导致成本升高,这些因素都严重地制约了半导体照明的发展。
多孔金属材料又称泡沫金属,它们具有高孔隙率及高通孔率,孔隙率高达90%以上,一般用于医疗上的过滤、以及化工生产的吸附中;目前,国内外还未见过将其应用于大功率发光二极管进行散热的报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供了一种采用多孔金属材料作为散热装置的大功率发光二极管。
为了实现上述的发明目的,本发明采用了以下的技术方案:一种采用多孔金属材料作为散热装置的大功率发光二极管,它主要由多孔金属材料与大功率发光二极管组成。
进一步地,所述多孔金属材料为多孔铜或多孔铝;多孔金属材料带有散热孔;多孔金属材料与大功率发光二极管直接通过焊接或粘合封装相连,或者分别与铝基板的两面相连,从而紧密连接在一起。
本发明的有益效果是:本发明采用通过电化学工艺生产的多孔金属材料(如多孔铜或多孔铝)作为散热装置,多孔金属材料又称泡沫金属,它们具有高孔隙率及高通孔率,孔隙率高达90%以上,其内部的三维立体网状结构,能极大地增加散热面积(实际增加约200-10000倍以上),所以有利于大功率发光二极管的散热。据推算,采用普通散热器,5瓦大功率发光二极管散热面积需200平方厘米,10瓦大功率发光二极管散热面积需500平方厘米,这在实际应用中肯定不现实,而多孔金属材料只需不到1平方厘米的实际面积,就能用于10瓦左右的大功率发光二极管散热,所以散热效果非常明显。大功率发光二极管的散热主要是传导与对流两种方式,热传导的基本公式为“Q=K×A×ΔT/ΔL”。从公式我们知道,热量传递的大小同热传导系数、热传热面积成正比,同距离成反比。热传递系数越高、热传递面积越大,也就越容易带走热量。多孔铜或铝等热传导系数有良好的热传导系数,我们只要在多孔铜中加入锡或其他良好的连接剂就能使大功率发光二极管的热量通过多孔铜吸取出来。多孔金属材料(多孔铜或多孔铝)吸收热量后必须及时通过对流散发热量,热对流的公式为“Q=H×A×ΔT”。因此热对流传递中,热量传递的对流的效果主要是由热源与空气接触的表面积的大小决定的,有效接触面积越大、温度差越高,所能带走的热量也就越多。而采用多孔金属材料(多孔铜或多孔铝)作为散热装置,由于其内部的三维立体网状结构,空气与热源接触面积很大很大,如同样体积的铜,多孔铜表面积是原先的200-10000倍,也就是说原先散热面积要1平方米,现在只要1平方厘米就可以了,也就是缩小10000倍,其前景相当乐观。另外,采用本发明还可以节省大量的铜、铝等材料,节约成本。
附图说明
图1是本发明直接用多孔金属材料封装不含铝基板的大功率发光二极管的剖视图;图2是本发明采用多孔金属材料封装含铝基板的大功率发光二极管的剖视图;图3是本发明采用多孔金属材料封装集成模块形状的大功率发光二极管多管芯模块的剖视图;图4是本发明实施例1的示意图;图5是本发明实施例2的示意图;图6是本发明实施例3的示意图;图7是本发明实施例4的示意图;图中:1多孔金属材料、2大功率发光二极管、3铝基板、4多孔金属材料表面处理层、5绝缘层、6导电层、7透镜、8布纹玻璃、9金属封装杯、10固定孔、11表面反光层或塑料反光碗、12透镜模块、13集成模块形状的大功率发光二极管多管芯模块、14散热孔、15导热垫、16大功率发光二极管多管芯模块外壳。
具体实施方式
下面根据附图和实施例详细说明本发明,本发明的目的和效果将更加明显。
本发明采用多孔金属材料(多孔铜或多孔铝)作为大功率发光二极管的散热装置。因为多孔金属材料(多孔铜或多孔铝)又称泡沫金属。其内部的三维立体网状结构,能极大地增加散热面积(实际增加约200-10000倍以上),由于电化学法工艺生产的多孔金属材料(多孔铜或多孔铝)通孔率极高(97%以上),铜等金属导热性能良好,所以相当有利于大功率LED的散热。我们知道要做到大功率发光二极管的良好散热就是必须有良好的热传递,对于大功率发光二极管来说,热传递主要是传导与对流两种方式,热量传递的大小同热传导系数、热传热面积成正比,同距离成反比,热传递系数越高、热传递面积越大,那么热传导的能量就越高,也就越容易带走热量。除采用铜或铝等热传导系数较大材料外,在发光二极管的底部或铝基板与多孔金属材料(多孔铜或多孔铝)结合处必须平整尽量增加与发光二极管底部的接触面积,为使接触良好,应用硅脂、银浆或锡填充结合部,便于多孔金属材料(多孔铜或多孔铝)从发光二极管中吸取热量。
在多孔金属材料(多孔铜或多孔铝)在热对流传递中,热量传递的对流的效果主要是由热源与空气接触的表面积的大小决定的,有效接触面积越大、温度差越高,所能带走的热量也就越多。在多孔金属中有散热孔,使许多细小的微孔与大的散热孔形成“烟囱”效应拔出热量。
为了使多孔金属材料(多孔铜或多孔铝)的热量更好带走,在与金属外壳或与其它金属散热器相接触或固定时用导热垫连接,使热量能通过导热垫带到外壳与外界空气进行传递。
图1示出了本发明直接用多孔金属材料封装不含铝基板的大功率发光二极管的示意图。如图1所示,多孔金属料表面处理层4作导电导热处理,大功率发光二极管2直接通过多孔金属料表面处理层4上加银浆或锡填充结合部固定在多孔金属材料(多孔铜或多孔铝)1上。导线通过导电层6从绝缘层5上引出,通过固定孔10与导热垫15与外部金属连接。
图2示出了本发明采用多孔金属材料封装含铝基板的大功率发光二极管的示意图。如图2所示,大功率发光二极管2与铝基板3相连,然后在多孔金属料表面处理层4加导热胶与多孔金属材料(多孔铜或多孔铝)1固定,导线通过导电层6从绝缘层5上引出。
图3示出了采用多孔金属材料封装集成模块形状的大功率发光二极管多管芯的模块的示意图。如图3所示,集成模块形状的大功率发光二极管多管芯模块13在多孔金属材料表面处理层4上与多孔金属材料1固定,根据集成模块形状的大功率发光二极管多管芯模块13的性质采用固定方式,如是铜等材料,可以焊接;如果是铝,可以用导热胶固定。透镜模块12固定在集成模块形状的大功率发光二极管多管芯模块13的前面,导线通过导电层6从绝缘层5上引出。
为详细说明本发明,下面根据附图4~7例举四个具体实施例:实施例1如图4所示,含铝基板3的大功率发光二极管2直接采用多孔金属材料1固定,对多孔金属材料表面处理层4与大功率发光二极管2相接触的部分作导电导热的处理,多孔金属材料表面处理层4与铝基板3紧密相连,使大功率发光二极管2的热量能通过多孔金属材料1散发。多孔金属材料1呈杯状结构,其内圆周表面经抛光为表面反光层11,使大功率发光二极管2发出的光经表面反光层11射出,杯口处与布纹玻璃8相连,使光均匀发散。
实施例2如图5所示,用多孔金属材料1作为散热的底部,采用铜、铝等金属或塑料作外面的金属封装杯9,但底部通过多孔金属材料散热。前面加透镜7起聚光作用。多孔金属材料1作为散热体固定在金属封装杯9的底部,结合部为多孔金属料表面处理层4,大功率发光管2固定在铝基板3上,铝基板3又固定在金属封装杯9的内部,内表面为反光层11,在上部加透镜7以聚光。经固定孔10与导热垫15固定以散热。
实施例3如图6所示:采用多孔金属材料1作为散热的底部与四周,前面是加布纹玻璃8起散光作用。大功率发光二极管2固定在铝基板3上,金属封装杯9固定在多孔金属材料1上。为了使光线发散,采用布纹玻璃8作为前端。使光均匀散发。多孔金属材料1经固定孔10固定于其他金属上,热量也可经散热孔14散热。
实施例4如图7所示:是针对集成模块形状的大功率发光二极管多管芯模块13采用多孔金属材料1作为散热装置。大功率发光二极管多管芯模块外壳16通过焊锡、银浆或导热胶固定在多孔金属材料表面处理层4上。透镜7固定于集成模块形状的大功率发光二极管多管芯模块13上面,利于对光的二次整合。
上述实施例用来解释说明本发明,而不是对本发明进行限制,在本发明的精神和权利要求的保护范围内,对本发明作出的任何修改和改变,都落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种采用多孔金属材料作为散热装置的大功率发光二极管,其特征在于:它主要由多孔金属材料与大功率发光二极管组成。
2.根据权利要求1所述的大功率发光二极管,其特征在于:所述多孔金属材料为多孔铜或多孔铝。
3.根据权利要求1所述的大功率发光二极管,其特征在于:所述多孔金属材料带有散热孔。
4.根据权利要求1所述的大功率发光二极管,其特征在于:多孔金属材料与大功率发光二极管直接通过焊接或粘合封装相连。
5.根据权利要求1所述的大功率发光二极管,其特征在于:还包括铝基板,所述多孔金属材料表面处理层和大功率发光二极管分别与铝基板的两面相连,从而紧密连接在一起。
6.根据权利要求1所述的大功率发光二极管,其特征在于:还包括布纹玻璃,所述多孔金属材料呈杯状结构,其内圆周表面经抛光为表面反光层,杯口处与布纹玻璃相连。
7.根据权利要求1所述的大功率发光二极管,其特征在于:还包括金属封装杯、透镜和反光层,所述金属封装杯呈杯状结构,底部与多孔金属材料相连,内圆周上固定反光层,杯口处与透镜相连。
8.根据权利要求1所述的大功率发光二极管,其特征在于:还包括金属封装杯和布纹玻璃,所述多孔金属材料和金属封装杯均呈杯状,金属封装杯套在多孔金属材料内,杯口处与布纹玻璃相连。
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