CN205619108U - 一种采用制冷片的led散热模组 - Google Patents

Abstract

一种采用制冷片的LED散热模组，包括有LED光源、基板，所述基板的第一侧面和第二侧面分别热喷涂有金属层，LED光源焊接在所述第一侧面的金属层，制冷片的低温端焊接在所述第二侧面的金属层，制冷片的高温端固定有散热结构。本实用新型的有益效果：通过热喷涂的形式，能够在多种金属或非金属表面覆盖一层致密的金属层，一般为金属铜层，在金属层上再焊接其他金属，使用范围广泛，能够实现多种难以直接焊接金属间的间接焊接。LED光源通过焊接方式直接固定在基板的第一侧面金属层，能够最大限度的减少传统机械接触、粘结等产生的热阻，更有利于LED光源长期稳定的热量传递。

Description

一种采用制冷片的LED散热模组

技术领域

本实用新型涉及一种LED光源散热用模块化装置，尤其是一种通过半导体制冷片的低温端对LED光源进行降温散热，同时通过散热结构对制冷片高温端进行散热的LED光源模组。

背景技术

发光二极管(LED)作为半导体发光器件，通过PN节激发产生光，是一种高效、环保的新型绿色发光源。在使用过程中，目前仍只有少部分电能转化给光能，大部分仍转化为了热能，因此，LED光源在工作时，必须保证其PN节温保持在较低温度，避免由此造成的光衰减和色飘等问题。在LED光源的应用中，不仅要考虑如何快速将LED光源产生的热量导出，通过散热装置进行散热，而且还要考虑其在环境变化下，其工作状态的稳定性，以及空间大小的适应性等问题。

在现有技术中，已公开了采用热管、半导体制冷片、或同时采用制冷片和热管结合等多种散热的技术方案。例如，在公告号为CN105351898A的一种采用半导体制冷片及相变材料的LED散热装置中，包括有LED器件(1)、导热基板(2)、散热器片(5)，其特征在于还包括有半导体制冷片(3)、相变材料(4)和散热风扇(6)，所述LED器件(1)封装于导热基板(2)表面，所述半导体制冷片(3)被夹紧于导热基板(2)和散热翅片(3)之间，所述散热翅片(5)内设置有若干空腔，空腔内填充有相变材料(4)，所述散热风扇(6)安装与散热翅片(5)上方。

虽然在该专利中半导体制冷片被夹紧于导热基板和散热翅片之间，夹紧方式虽有螺钉夹紧固定、树脂胶粘结或焊接等多种，但是考虑到热阻和稳定性，优选采用焊接方式，但焊接对金属材料的匹配较高，例如难以对铝合金基板与制冷片进行焊接，因此该方案采用焊接方式对材料的适用性较差；另一方面，在散热翅片内设置空腔，填充相变材料，将热管结构和散热翅片结构进行结合，虽然能在一定程度上提高热传导和散热效率，但是对于不同结构和空间变化，需要制作多种不同规格的散热翅片结构，通用性较差，从而影响到产品设计和使用成本。

发明内容

本实用新型针对上述不足，提供一种利用温差片对LED光源进行高效散热，结构简单、性能可靠的的LED散热模组。

为了实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：一种采用制冷片的LED散热模组，包括有LED光源、基板，所述基板的第一侧面和第二侧面分别热喷涂有金属层，LED光源焊接在所述第一侧面的金属层，制冷片的低温端焊接在所述第二侧面的金属层，制冷片的高温端固定有散热结构。

所述的基板材质含有铝、铜、陶瓷中的一种或多种。

所述的第一侧面上固定有PCB线路板。

所述的散热结构安装有热管，在热管的延伸部分表面固定有散热翅片。

所述的热管与制冷片的高温端之间焊接固定。

所述的热管和/或制冷片的高温端表面热喷涂有金属层。

本实用新型的有益效果：

通过热喷涂的形式，能够在多种金属或非金属表面覆盖一层致密的金属层，一般为金属铜层，在金属层上再焊接其他金属，使用范围广泛，能够实现多种难以直接焊接金属间的间接焊接。LED光源通过焊接方式直接固定在基板的第一侧面金属层，能够最大限度的减少传统机械接触、粘结等产生的热阻，更有利于LED光源长期稳定的热量传递。

半导体制冷片的低温端焊接在基板的第二侧面金属层，利用焊接的低热阻特性，快速实现制冷片低温端与基板间的热交换，半导体制冷器具有尺寸小、重量轻、工作中无噪音，无液、气工作介质，因而不污染环境，制冷参数不受空间方向以及重力影响等优势，可以通过调节工作电流的大小，可方便调节制冷速率。因此，制冷片工作受外界环境的影响较小，性能稳定，作用速度快，使用寿命长，且易于控制，能够适应多种的环境应用。

将散热结构固定在制冷片的高温端，尤其是采用焊接方式，其接触热阻可以大幅度的减少，有助于提高热传导效率，另一面该结构热管结构的制作工艺简单，适合于批量化的大规模生产，有助于提高生产效率，减少生产成本。

该装置在应用过程中，不受散热体积、形状的影响，因此可以采用模组的方式应用在路灯、隧道灯等各种大型灯具中，或是对于散热、重量等要求较高的室内灯具中，其应用领域广阔，市场前景良好。

附图说明

图1为现有技术实施例的结构示意图；

图2为本实用新型的一优选实施例的剖面示意及局部放大图。

具体实施方式

如图2所示，本优选实施例主要由PCB线路板1、LED光源2、基板5、第一金属层4、第二金属层6、制冷片8、热管9、散热翅片10和压板11等部件组成。其中，在基板5的第一侧面上热喷涂有第一金属层4，第二侧面上热喷涂有第二金属层5，LED光源2焊接在第一金属层4，制冷片8的低温端焊接在第二金属层5，制冷片8的高温端固定有散热结构。制冷片也叫热电半导体制冷组件，帕尔贴等。因为制冷片分为两面，一面吸热，一面散热，只是起到导热作用，本身不会产生冷，所以又叫致冷片，或者说应该是叫致冷片。所谓的低温端和高温端，是指在工作的时候，温度低的一端和温度高的一端。

基板5材质含有铝、铜、陶瓷中的一种或多种。在实际应用中，基板5优选采用常用的铝合金材质，由于铝合金材料具有较高导热系数，在230W/mK左右，而且金属稳定性较好，成本较低，通过铝挤压等工艺便于成型。

第一金属层4和第二金属层6在喷涂的过程中，对于基板5的第一侧面和第二侧面热喷涂位置的选择，可以采取局部定点喷涂或是全部喷涂。采用全部热喷涂，不需要制作夹具等辅助配件，可以直接喷涂操作；采用局部定点热喷涂，相对于全部喷涂，则需要制作专业的夹具，并控制好喷涂的准确度。在实际的应用过程中，第一金属层4和第二金属层6的喷涂位置可以根据需要不断调整，如采用各种形状，规则或不规则的分布在基板5的第一侧面和第二侧面。

第一金属层4和第二金属层5为可焊接材料，主要为含有铜、铅、锡、银中的一种或多种。一方面以上金属材料，具有良好的可焊性，并易于加工喷涂；另一方面以上金属材料，本身具有较高的导热系数，导热性能好。在性能和成本的综合考虑上，优选采用含铜材料进行热喷涂。

在基板5的第一侧面第一金属层4上安装有PCB线路板1，其中PCB线路板1上设置有众多的开孔，孔径略大于LED光源2的支架大小，LED光源2安装在PCB板1的开孔内，在LED光源2和第一金属层4之间涂覆有焊料3，通过加热升温后，焊料3融化并将LED光源2焊接在第一金属层4上，LED光源2的两端引脚则焊接在PCB线路板1上，与PCB线路板1上的电路分布形成连接。或者是将LED光源2焊接在第一金属层4上后，再根据LED光源情况和线路布置要求，另行再安装PCB线路板1，固定在基板5第一侧面的金属层4上。在本实施例中，PCB线路板1优选采用绝缘、耐温的玻纤板。

LED光源1作为发光器件，在实际应用中，可以根据功率大小、光源内芯片数量等不同划分标准来进行选择。如本实施例中，优选采用集成封装的大功率LED光源，直接焊接在金属层2上。

基板5的第二金属层6与制冷片8的低温端之间涂覆有焊料7，通过加热升温后，焊料7融化并将制冷片8的低温端焊接在第二金属层6上。

焊料3和焊料7在本实施例中优选采用低温锡膏。在小批量试验或制作样品时，可以采用锡膏进行人工焊接，减少专业设备的使用。在进行大批量生产的过程中，可以采用回流焊或超声波的方式进行焊接，由于超声波焊接对于焊接的材料要求比较高，并且需要超声波专用的焊接设备，所以一般较少应用。加热台及回流焊工艺，已经在电子应用领域已经得到了大范围的应用，考虑到批量生产效率以及焊接品质，故优选采用加热台或回流焊的方式进行焊接。

半导体制冷片8，也叫热电制冷片，是一种热泵。它是利用半导体材料的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，在其间的表面出现低温端和高温端。半导体制冷片8的低温端焊接在基板5的第二侧面金属层6，利用焊接的低热阻特性，快速实现制冷片8低温端与基板5间的热交换，受外界环境的影响较小，性能稳定，体积较小，能够适应较多的环境应用。

在制冷片8的高温端固定有散热结构，散热结构安装有热管9，其中固定方式可以采用机械压接、焊接等多种方式。散热结构则可以单纯采用挤压型材散热器、热管与散热翅片结构等，根据所述的应用场所、功率大小、安装空间大小等因素进行选择。在本实施例中，散热结构优选采用热管与散热翅片的结构。热管9固定在制冷片8的高温端，固定方式是采用压板11用螺丝进行紧密的机械压接。热管9压接部分可以为圆形、方形等多种形状，务必与制冷片8的高温端密闭贴合。在热管9的延伸段表面固定有散热翅片10，通过散热面积扩大，提高散热效率。

或者是取消压板11，直接采用焊接的方式，将热管9与制冷片8的高温端进行焊接固定，其中热管9、制冷片8的高温端可以根据不同的金属材质，在热管9和/或制冷片8的高温端热喷涂金属层，实现两种不可直接焊接金属间的间接焊接。将热管9焊接在制冷片8的高温端，其接触热阻可以大幅度的减少，有助于提高热传导效率，另一面该结构热管结构的制作工艺简单，适合于批量化的大规模生产，有助于提高生产效率，减少生产成本。

以上所述的实施例，只是本实用新型较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在技术方案范围内进行的通常变化和替换都应该包括在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种采用制冷片的LED散热模组，包括有LED光源、基板，其特征在于，所述基板的第一侧面和第二侧面分别热喷涂有金属层，LED光源焊接在所述第一侧面的金属层，制冷片的低温端焊接在所述第二侧面的金属层，制冷片的高温端固定有散热结构。

2.根据权利要求1所述一种采用制冷片的LED散热模组，其特征在于，所述的基板材质含有铝、铜、陶瓷中的一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述一种采用制冷片的LED散热模组，其特征在于，所述的第一侧面上固定有PCB线路板。

4.根据权利要求3所述一种采用制冷片的LED散热模组，其特征在于，所述的散热结构安装有热管，在热管的延伸部分表面固定有散热翅片。

5.根据权利要求4所述一种采用制冷片的LED散热模组，其特征在于，所述的热管与制冷片的高温端之间焊接固定。

6.根据权利要求5所述一种采用制冷片的LED散热模组，其特征在于，所述的热管和/或制冷片的高温端表面热喷涂有金属层。