CN205402626U - 一种散热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种散热装置，用于LED芯片的散热，其包括散热构件，所述散热构件上设置有空腔；取热芯，由碳材料制成，所述取热芯形状和大小与所述散热构件的空腔相匹配，所述取热芯安装固定在所述空腔中，所述取热芯与所述散热构件的空腔壁过盈配合；所述LED芯片发光源的背面紧贴或嵌入在所述取热芯上。由于取热芯由碳材料制成，因此散热装置重量轻，而且具有较高的导热系数，其取热能力强、散热效率高。

Description

一种散热装置

技术领域

本实用新型属于散热技术领域，具体为一种用于LED芯片散热的散热装置。

背景技术

LED(light-emittingdiode、发光二级管)被认为是21世纪最有价值的新光源，它具有低工作电压、反应时间短、高效节能、工作稳定、寿命长、无污染、高亮度等优点，在城市景观、家居照明、汽车尾灯、LED背光板等领域正得到广泛的应用，LED照明取代传统照明而成为人类照明的主要方式，将是大势所趋。

目前大功率LED的制造向着高性能、集成化和微型化发展，其芯片的功率密度可达数百W/cm²。大功率LED的电光转换效率约为20％，大约80％的电能转换为热量散发，因此其芯片处的热流密度极高。而LED的结温升高会导致发光效率下降、寿命缩短、发光光谱产生漂移，严重的还会烧毁芯片，所以散热是大功率LED照明中需要重点解决的问题之一。

市场现有的各种LED灯常采用自然对流散热、风扇强制散热或热管方法做冷却器。其中，自然对流散热和风扇强制散热这两种散热方式具有结构简单，成本较低等优点，对于功率较小的球泡灯和热流密度较低的点阵式LED灯，风冷的散热方式比较合适。但是随着LED芯片功率的增加，上述两种方式由于取热能力有限，已难以从高热流密度的LED芯片中取热，并进行高效的散热，严重制约了LED向高功率发展，并且采用强制风冷散热需要安装风扇，目前风扇的寿命远小于LED芯片的寿命，缩短了LED灯的维护周期。

然而，热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯(LosAlamos)国家实验室的乔治格罗佛(GeorgeGrover)发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何己知金属的导热能力。

现在热管被广泛应用于散热器制造行业，例如市场上新兴的大功率LED相变散热器的芯柱就采用重力热管技术，可参见已公开的中国专利，如专利申请号为200810217336.8，发明名称为“一种用于LED灯具的真空液体散热装置”，专利申请号为201010216542.4，发明名称为“用于冷却LED的重力型平板热管散热器”，专利申请号为201010256523.4，发明名称为“一种热管散热器及用其作散热器件的大功率LED灯具”，专利申请号为201010543821.1，发明名称为“一种改进的用于微电子散热的高效单向传热热管”和专利申请号为201210006408.0，发明名称为“用于大功率LED的改进型重力热管散热器”等专利文献公开的内容。

普通重力热管主要由管壳、端盖和工质三部分组成。重力热管内蒸发的工质温度较高、密度较低，具有向重力反方向运动的趋势。而冷凝过程中的蒸汽体积变小，密度变高，具有向重力方向运动的趋势。因此，气体上升至冷凝段冷凝为液体，液态的导热介质由重力作用回流至蒸发段，完成热循环，热量通过翅片散发到外部环境中。采用相变的冷却方式，其取热热流密度能够满足LED芯片的要求，并且可将热量均匀的分布到整个散热器中，减小了整个散热器的热阻。但是这种方式采用的是将工质密封到一密闭空腔中，因此加工制造工艺比较复杂，一旦发生工质的泄露会造成整个换热器的失效，并且这种散热器在安装和使用的过程中有固定的安装角度，散热器工作过程中也不能出现摆动，否则会严重影响取热和散热效果，因此限制了这种相变换热器的使用范围。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种散热装置，其取热能力强、散热效率高，而且使用时，不受安装角度的限制，可任意摆动。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种散热装置，用于LED芯片的散热，其包括散热构件，所述散热构件上设置有空腔；取热芯，由碳材料制成，所述取热芯形状和大小与所述散热构件的空腔相匹配，所述取热芯安装固定在所述空腔中；所述LED芯片发光源的背面紧贴或嵌入在所述取热芯上。这样，由于取热芯，由碳材料制成，因此具有较高的导热系数，一般其导热系数可以在400-600W/(m·K)，高于采用铝或铝合金或铜制成的散热器，可将LED芯片的热量高效的取出并沿取热芯轴向传递给散热构件进行散热。进一步的，所述取热芯可以采用含有一定量高导热率的石墨烯成分的碳材料制成。并且LED芯片可以安装在取热芯上部、下部、左边或右边等任何方位上，取热芯都可以将LED芯片的热量高效的取出并沿取热芯轴向传递给散热构件，再通过散热构件迅速散热，因此，散热装置在安装使用时，不受安装角度的限制，解决了相变散热器对方向性的要求问题。同时，将取热芯安装固定在散热构件的空腔中，取热芯与散热构件的空腔壁可以直接通过过盈配合固定，减小了接触热阻，提高了热传递效率。而且，将所述LED芯片发光源的背面紧贴或嵌入在所述取热芯上，可将LED芯片的热量高效的被取热芯取出并传递给散热构件。另外，由于碳材料的密度在2×103㎏/m³左右，小于铝型材的密度，更低于铜的密度，从而减小了整个散热装置的重量，尤其是相较于中间是铜芯的热柱式散热器重量减小更为明显。因此，所述散热装置，其取热能力强、散热效率高，而且使用时，不受安装角度的限制。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述空腔的横截面为半圆形或圆形或椭圆形或多边形等其他各种不同的形状。这样，所述取热芯也可以设置成半圆柱形、圆柱形、椭圆柱形或棱柱体等其他各种不同的形状，与所述空腔的形状对应，以适用不同的散热装置形状结构需求。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述取热芯与所述散热构件的空腔壁过盈配合。这样，可以减小取热芯与散热构件之间的接触热阻，提高取热芯与散热构件之间的热传递效率，同时取热芯与散热构件可以直接装配，不需要通过其他连接件或固定装置，这样也便于安装，节约了成本。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述碳材料的导热系数至少为400W/(m·K)。这样，采用有较高导热系数的碳材料作为LED散热装置的取热芯，其取热导热能力比铝或铜制作的吸热芯都要高，克服了由于铝型材或铜型材的轴向热阻过大而导致的热量无法从LED芯片散出的瓶颈问题。进一步的，所述取热芯可以采用含有一定量石墨成分的碳材料制成，以提高取热芯的取热与散热效果。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述LED芯片粘贴固定在所述取热芯上，所述LED芯片与所述取热芯之间设置有导热硅脂或导热硅胶。这样，将所述LED芯片粘贴固定在所述取热芯上，所述LED芯片与所述取热芯之间设置有导热硅脂或导热硅胶，减小了LED芯片与所述取热芯之间的接触热阻，提高了LED芯片与所述取热芯之间的热传递效率，可将LED芯片的热量高效的通过取热芯取出并传递给散热构件。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述LED芯片的基板通过连接件固定在散热构件和/或取热芯上，所述基板的背面紧贴或嵌入在所述取热芯上。这样，LED芯片的基板通过连接件固定在散热构件和/或取热芯上，这样可以预先在散热构件和/或取热芯上设置安装固定孔，通过螺丝或螺栓等连接直接将LED芯片的基板固定在散热构件和/或取热芯上，安装牢固、方便，成本较低。而所述基板的背面紧贴或嵌入在所述取热芯上，减小了LED芯片与所述取热芯之间的接触热阻，提高了LED芯片与所述取热芯之间的热传递效率，这样可以将LED芯片的热量高效的通过取热芯取出并传递给散热构件。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述取热芯的表面设置有镀金层或镀银层。这样，能进一步提高取热芯的导热系数，增强其导热能力。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述散热构件由铝或铝合金制成。这样，由于铝或铝合金为常见材料，可塑性强，成本较低，散热构件由铝或铝合金制成，成本也较低，加工制作简单。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述散热构件为包括骨架和肋片构成的太阳花式结构。这样，散热构件采用太阳花式结构，由骨架和肋片构成，其散热效果好，加工制作方便。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述肋片的横截面为多边形、月牙形、镰刀形和拱桥形中的一种或两种以上的组合；所述肋片的纵截面为矩形、S形或螺旋形。这样，肋片的形状、结构形式多样，可以使用不同的工作场合，满足不同的散热要求。

本实用新型的另一技术方案在于在上述基础之上，所述散热构件呈柱状，所述散热构件的外表面沿轴线方向设置有若干肋片，所述肋片的表面设置有若干连续的圆弧。这样，在所述肋片的表面设置有若干连续的圆弧，所述散热构件的外表面形成曲面肋，增加了直肋的表面积，并增强了散热构件周围空气的扰动，通过曲面肋表面的空气自然对流，将LED芯片的热量释放到环境中，提高了散热构件的散热效率。

附图说明

图1为本专利申请一种实施方式所涉及的散热装置的结构示意图；

图2为图1所示散热装置中取热芯的一种结构视图；

图3为图1所示散热装置中散热构件的主视图；

图4为图1所示散热装置的应用视图。

图中：

1LED芯片2散热构件21肋片22圆弧

3取热芯4固定件

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。

本实用新型实施例如下，如图1至图4所示，一种散热装置，用于LED芯片的散热，其包括散热构件2，所述散热构件2上设置有空腔；取热芯3，由碳材料制成，所述取热芯3形状和大小与所述散热构件2的空腔相匹配，所述取热芯3安装固定在所述空腔中；所述LED芯片1发光源的背面紧贴或嵌入在所述取热芯3上。这样，由于取热芯3，由碳材料制成，因此具有较高的导热系数，一般其导热系数可以在400-600W/(m·K)，高于采用铝或铝合金或铜制成的散热器，可将LED芯片1的热量高效的取出并沿取热芯3轴向传递给散热构件2进行散热。进一步的，所述取热芯3可以采用含有一定量高导热率的石墨烯成分的碳材料制成，并且LED芯片1可以安装在取热芯3上部、下部、左边或右边等任何方位上，取热芯3都可以将LED芯片1的热量高效的取出并沿取热芯3轴向传递给散热构件2，再通过散热构件2迅速散热，因此，散热装置在安装使用时，不受安装角度的限制，解决了相变散热器对方向性的要求问题，可任意摆动。同时，将取热芯3安装固定在散热构件2的空腔中，取热芯3与散热构件2的空腔壁可以通过过盈配合固定，减小了接触热阻，提高了热传递效率。而且，将所述LED芯片1发光源的背面紧贴或嵌入在所述取热芯3上，可将LED芯片1的热量高效的被取热芯3取出并传递给散热构件2。另外，由于碳材料的密度在2×103㎏/m³左右，小于铝型材的密度，更低于铜的密度，从而减小了整个散热装置的重量，尤其是相较于中间是铜芯的热柱式散热器重量减小更为明显。因此，所述散热装置，其取热能力强、散热效率高，而且使用时，不受安装角度的限制，可任意摆动。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，所述空腔的横截面可以为半圆形或圆形或椭圆形或多边形等其他各种不同的形状。这样，如图2所示，所述取热芯也可以设置成半圆柱形、圆柱形、椭圆柱形或棱柱体等其他各种不同的形状，与所述空腔的形状对应，以适用不同的散热装置形状结构需求。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图1所示，所述取热芯3与所述散热构件2的空腔壁过盈配合。这样，可以减小取热芯3与散热构件2之间的接触热阻，提高取热芯3与散热构件2之间的热传递效率，同时取热芯3与散热构件2可以直接装配，不需要通过其他连接件或固定装置，这样也便于安装，节约了成本。当然，也可以在取热芯的外表面或散热构件的空腔壁上涂加润滑剂，辅助安装和固定。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，所述碳材料的导热系数至少为400W/(m·K)。这样，采用有较高导热系数的碳材料作为LED散热装置的取热芯3，其导热能力比铝或铜制作的吸热芯都要高，克服了由于铝型材或铜型材的轴向热阻过大而导致的热量无法从LED芯片1散出的瓶颈问题。进一步的，所述取热芯可以采用含有一定量石墨成分的碳材料制成，以提高取热芯的取热与散热效果。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，所述LED芯片1可以粘贴固定在所述取热芯3上，所述LED芯片1与所述取热芯3之间设置有导热硅脂或导热硅胶。这样，将所述LED芯片1粘贴固定在所述取热芯3上，所述LED芯片1与所述取热芯3之间设置有导热硅脂或导热硅胶，减小了LED芯片1与所述取热芯3之间的接触热阻，提高了LED芯片1与所述取热芯3之间的热传递效率，可将LED芯片1的热量高效的通过取热芯3取出并传递给散热构件2。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，所述LED芯片1的基板可以通过连接件固定在散热构件2和/或取热芯3上，所述基板的背面紧贴或嵌入在所述取热芯3上。这样，LED芯片1的基板通过连接件固定在散热构件2和/或取热芯3上，这样可以预先在散热构件2和/或取热芯3上设置安装固定孔，通过螺丝或螺栓等连接直接将LED芯片1的基板固定在散热构件2和/或取热芯3上，安装牢固、方便，成本较低。而所述基板的背面紧贴或嵌入在所述取热芯3上，减小了LED芯片1与所述取热芯3之间的接触热阻，提高了LED芯片1与所述取热芯3之间的热传递效率，这样可以将LED芯片1的热量高效的通过取热芯3取出并传递给散热构件2。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，所述取热芯3的表面还可以设置有镀金层或镀银层。这样，能进一步提高取热芯3的导热系数，增强其导热能力。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，所述散热构件2可以由铝或铝合金制成。这样，由于铝或铝合金为常见材料，可塑性强，成本较低，散热构件2由铝或铝合金制成，成本也较低，加工制作简单。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，所述散热构件2可以为包括骨架和肋片构成的太阳花式结构。这样，散热构件2采用太阳花式结构，由骨架和肋片构成，其散热效果好，加工制作方便。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，所述肋片的横截面可以为多边形、月牙形、镰刀形和拱桥形中的一种或两种以上的组合；所述肋片的纵截面为矩形、S形或螺旋形。这样，肋片的形状、结构形式多样，可以使用不同的工作场合，满足不同的散热要求。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图1、图3和图4所示，所述散热构件2可以呈柱状，所述散热构件2的外表面沿轴线方向设置有若干肋片21，所述肋片21的表面设置有若干连续的圆弧22。这样，在所述肋片21的表面设置有若干连续的圆弧22，所述散热构件2的外表面形成曲面肋，增加了直肋的表面积，并增强了散热构件2周围空气的扰动，通过曲面肋表面的空气自然对流，将LED芯片1的热量释放到环境中，提高了散热构件2的散热效率。

在上述实施例的基础上，本实用新型另一实施例中，如图4所示，所示散热装置应用到LED灯上，可以在所述散热构件2上设置固定件4，可以是固定环或固定卡扣，所述固定件4用于LED灯的固定或吊挂，方便LED灯的使用。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种散热装置，用于LED芯片的散热，其特征在于：包括

散热构件，所述散热构件上设置有空腔；

取热芯，由碳材料制成，所述取热芯形状和大小与所述散热构件的空腔相匹配，所述取热芯安装固定在所述空腔中；

所述LED芯片发光源的背面紧贴或嵌入在所述取热芯上。

2.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述空腔的横截面为半圆形、圆形或椭圆形或多边形。

3.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述取热芯与所述散热构件的空腔壁过盈配合。

4.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述碳材料的导热系数至少为400W/(m·K)。

5.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述LED芯片粘贴固定在所述取热芯上，所述LED芯片与所述取热芯之间设置有导热硅脂或导热硅胶。

6.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述LED芯片的基板通过连接件固定在散热构件和/或取热芯上，所述基板的背面紧贴或嵌入在所述取热芯上。

7.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述取热芯的表面设置有镀金层或镀银层。

8.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述散热构件由铝或铝合金制成。

9.根据权利要求8所述的散热装置，其特征在于，所述散热构件为包括骨架和肋片构成的太阳花式结构；所述肋片的横截面为多边形、月牙形、镰刀形和拱桥形中的一种或两种以上的组合；所述肋片的纵截面为矩形、S形或螺旋形。

10.根据权利要求8所述的散热装置，其特征在于，所述散热构件呈柱状，所述散热构件的外表面沿轴线方向设置有若干肋片，所述肋片的表面设置有若干连续的圆弧。