CN207422134U - 不限方向高效cobled发光组件汽液相变散热模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种不限方向高效COB LED发光组件汽液相变散热模块，它包括COB LED发光组件（1）和模块壳体（2），COB LED发光组件（1）基板（11）安装在模块壳体（2）上围成密闭的换热腔（22），基板（11）背面构成蒸发面，模块壳体（2）的内壁构成冷凝面，换热腔（22）内充填有工作液体（3），换热腔（22）内设有多孔结构毛细吸液芯（4）。它取消了热介面材料，有效降低了常规COB LED发光组件散热过程中的接触热阻，可以将其产生的热量及时快速地传递和导出，不会形成自加热状况，不会导致热量积累叠加，使COB LED发光组件的散热效果达到理想化，可以大大提高其使用寿命，使用性能和可靠性也得到大幅度提高，克服了散热效果不够好严重影响推广应用的缺陷。

Description

不限方向高效COBLED发光组件汽液相变散热模块

技术领域

本实用新型涉及LED发光设备，具体涉及一种不限方向COB LED发光组件汽液相变散热模块。

背景技术

近年来LED照明设备发展非常迅速，LED发光效率显著提高，发热量明显降低，使用寿命也有明显提高，散热效果是影响其使用寿命的根本原因。为了提高LED照明设备的安装效率和缩小体积，COB LED封装技术也应运而生，它是将多个LED芯片阵列封装在一块基板上制做成大功率LED发光组件，具有高功率密度、高光通量、热流密度较大等特点，与分立安装的LED相比，由于集成化程度高、功率大、体积小，发热量更集中，其散热效果影响其使用寿命的问题显得更加突出。目前COB LED发光组件常用的散热方式有很多种，主要有自然对流散热、热管辅助散热、风扇强制对流散热等，这些方式全部是将COB LED发光组件基板安装在散热器上通过散热器利用上述各种方式散热，COB LED发光组件基板与散热器之间存在接触热阻，接触热阻会直接影响二者之间的传热效果。为了提高二者之间的接触面积，降低接触热阻，COB LED发光组件基板与散热器的接触面之间会涂抹导热硅脂等热界面材料，但热界面材料的导热系数既小于COB LED发光组件基板材料、也小于散热器材料，热界面材料在从COB LED发光组件基板到散热器的导热系数远小于沿热界面材料热界面方向的导热系数。因此即使涂抹了热界面材料，COB LED发光组件基板与散热器之间的接触热阻也根本无法消除，随着使用时间的增加，热界面材料长期受热后与COB LED发光组件基板和散热器之间的接触效果会逐渐下降，热阻还会进一步增大，进一步影响从COB LED发光组件基板到散热器的传热效果。

以往单芯片封装的LED发光组件由于发热量不集中、发热量小，相对比较容易将热量传导和扩散到环境中去。而大功率COB LED发光组件由于发热量集中、发热量大，更需要高效快速的将热量传递和导出，否则将会在COB LED发光组件基板上产生自加热效应，形成热量积累温度越来越高，如果温度超过COB LED发光组件使用温度上限，将直接导致COBLED发光组件发光效率降低甚至损坏，对COB LED发光组件的性能和可靠性带来毁灭性的影响，并大大降低其使用寿命，成为推广应用COB LED照明产品的技术瓶颈。

另外，目前利用热管辅助散热的COB LED发光组件受安装方向限制，不能将COBLED发光组件沿任意方向安装，使用受限非常大，也无法广泛推广应用。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有COB LED发光组件散热方式存在明显的接触热阻，不容易将热量及时导出，容易产生热量积累叠加，散热效果不理想，严重影响使用寿命，使用安装受方向限制的缺陷，提供一种不限方向高效COB LED发光组件汽液相变散热模块。

本实用新型的技术解决方案是：它包括COB LED发光组件和模块壳体，模块壳体为设有发光组件安装口的密闭中空体，COB LED发光组件基板的周边直接或间接密封安装在模块壳体上的发光组件安装口上、与模块壳体一起在模块壳体内围成密闭的换热腔，COBLED发光组件的发光面朝向模块壳体外，COB LED发光组件发光面背侧的基板背面朝向模块壳体内部构成换热腔的蒸发面，模块壳体的内壁构成换热腔的冷凝面，换热腔内部分充填有工作液体，换热腔内设有紧贴在COB LED发光组件朝向换热腔内的基板背面上并延伸紧贴在模块壳体内壁上的多孔结构毛细吸液芯，多孔结构毛细吸液芯构成从冷凝面向蒸发面的工作液体毛细力回流通道，换热腔内多孔结构毛细吸液芯之外的空隙位置构成从蒸发面到冷凝面的工作液体蒸汽通道。

本实用新型的技术效果是：它取消了热介面材料，有效降低了常规COB LED发光组件散热过程中的接触热阻，可以将其产生的热量及时快速地传递和导出，不会形成自加热状况，不会导致热量积累叠加，使COB LED发光组件的散热效果达到理想化，可以大大提高其使用寿命，使用性能和可靠性也得到大幅度提高，克服了散热效果不够好严重影响推广应用的缺陷。

它使用中不受方向限制，可以按任意方向安装使用，进一步提高了应用范围，为大功率COB LED发光组件的推广应用提供了有力的保障。它依靠模块内部工作液体汽、液相变直接将COB LED基板上的热量传递到散热器， 工作液体与COB LED发光组件基板直接接触，取消了热界面材料，大幅度降低了COB LED基板与散热部件之间的接触热阻，能够及时有效将COB LED发光组件基板底热源处热量迅速传递到热源外。汽液相变传热过程中，热阻很小，传热效果更可靠，传热能力更强，效率更高，达到了快速高效及时降低COB LED发光组件基板温度的目的。

它结构简单，依靠工作液体自身汽液相变进行传热，不需要耗费其它能源辅助传热，使用成本更低。它可以降低工艺成本，实现标准化和工业化生产，也为其它大功率半导体器件的高效散热提供了一条理想的途径。

本实用新型的优点：

1、COB LED发光组件基板直接与工作液体相接触汽液相变散热，取消了热界面材料；

2、COB LED发光组件基板直接与工作液体相接触汽液相变散热，改变了传热方式，大大降低了接触热阻；

3、COB LED发光组件基板上的热量直接通过工作液体汽液相变散热，传热效率极高；

4、结构简单，加工制作成本低，无需动力，使用成本低；

5、模块化使用，可组合成多种散热方式，使用起来更方便。

附图说明

图1为本实用新型剖视结构示意图；

图2为本实用新型实施例一剖视结构图；

图3为本实用新型实施例一轴向视图；

图4为本实用新型实施例二剖视结构图；

图5为本实用新型实施例三剖视结构图；

图6为本实用新型实施例四剖视结构图；

图7为本实用新型实施例五剖视结构图；

图8为本实用新型实施例五轴向视图。

具体实施方式

如图1、图2所示， 它包括COB LED发光组件1和模块壳体2，模块壳体2为设有发光组件安装口21的密闭中空体，COB LED发光组件1基板11的周边直接或间接密封安装在模块壳体2上的发光组件安装口21上、与模块壳体2一起在模块壳体2内围成密闭的换热腔22，COB LED发光组件1的发光面朝向模块壳体2外，COB LED发光组件1发光面背侧的基板11背面朝向模块壳体2内部构成换热腔22的蒸发面，模块壳体2的内壁构成换热腔22的冷凝面，换热腔22内部分充填有工作液体3，换热腔22内设有紧贴在COB LED发光组件1朝向换热腔22内的基板11背面上并延伸紧贴在模块壳体2内壁上的多孔结构毛细吸液芯4，多孔结构毛细吸液芯4构成从冷凝面向蒸发面的工作液体毛细力回流通道，换热腔22内多孔结构毛细吸液芯4之外的空隙位置构成从蒸发面到冷凝面的工作液体蒸汽通道。

换热腔22内远离蒸发面的蒸发面对侧冷凝面为主冷凝面，主冷凝面上不具有多孔结构毛细吸液芯4，换热腔22内的多孔结构毛细吸液芯4从蒸发面沿模块壳体2内壁延伸到主冷凝面的边缘用于主冷凝面上冷凝的工作液体靠毛细力沿多孔结构毛细吸液芯4回流到蒸发面上的多孔结构毛细吸液芯4。

模块壳体2的外壁上设有多个散热翅片23，模块壳体2上设有一端与模块壳体2外壁相连并与模块壳体2内部相连通、另一端与模块壳体2外部相连通的抽真空注液管头24。

多孔结构毛细吸液芯4为与换热腔22内壁相贴合的硬质多孔陶瓷构件。

多孔结构毛细吸液芯4为软体金属多孔材料构件或软体多孔合成纤维构件，换热腔22内设有将软体多孔结构毛细吸液芯4外撑紧贴在换热腔内壁上的弹性支架41。

实施例一，如图2、图3所示，模块壳体2为轴向垂直于发光组件安装口21方向的圆柱形杯状体，模块壳体2的侧壁上沿轴向设有多条散热翅片23、端面外壁上设有多条散热翅片23，模块壳体2的端面上设有一端与模块壳体2外壁相连并与模块壳体2内部相连通、另一端与模块壳体2外部相连通的抽真空注液管头24。抽真空注液管头24与模块壳体2外部相连通的端部在模块壳体2内抽真空注液后压扁无泄露封口焊接密封。杯状体模块壳体2由圆筒形型材和圆盘形底板相焊接构成，圆筒形型材的外壁上沿轴向设有多条散热翅片23，圆盘形底板的外壁上设有多条散热翅片23。发光组件安装口21端的模块壳体2外壁上设有将散热模块安装在安装板上的外螺纹25。

发光组件安装口21端的模块壳体2内壁上设有内螺纹26，COB LED发光组件1安装在模块壳体2内、基板11背面紧贴在多孔结构毛细吸液芯4上，位于COB LED发光组件1外的模块壳体内螺纹26上通过螺纹和密封胶安装有安装环5，COB LED发光组件1基板11正面的周边紧贴在安装环5上并通过若干根螺丝6固定在安装环5上，螺丝6从模块壳体2外侧方向穿过安装环5上的螺丝光孔再通过螺纹安装在COB LED发光组件1基板11上的螺纹孔上。COBLED发光组件1基板11与安装环5的贴合面上、螺丝6与螺丝光孔和螺纹孔之间的缝隙内分别设有密封胶。安装环5朝向模块壳体2外的周边端面上设有若干个与安装搬手相配合的卡槽一51。

实施例二，如图4所示，与实施例一的不同点是发光组件安装口21端的模块壳体2内壁上设有安装COB LED发光组件1的内螺纹26，COB LED发光组件1基板11为周边设有外螺纹的圆盘形，COB LED发光组件1的基板11背面紧贴在模块壳体2内的多孔结构毛细吸液芯4上，COB LED发光组件1基板11周边通过螺纹和密封胶密封安装在模块壳体2的内螺纹26上。COB LED发光组件1基板11朝向模块壳体2外的周边端面上设有若干个与安装搬手相配合的卡槽二12。

实施例三，如图5所示，与实施例一的不同点是发光组件安装口21端的模块壳体2内壁从内向外设有安装台阶27和内螺纹26，COB LED发光组件1安装在模块壳体2内、基板11背面紧贴在模块壳体2内的多孔结构毛细吸液芯4上、基板11背面边缘压在安装台阶27端面上，内螺纹26上通过螺纹和密封胶安装有将COB LED发光组件1基板11周边紧压在安装台阶27端面上的安装环5。安装环5与COB LED发光组件1基板11之间、COB LED发光组件1基板11周边与安装台阶27端面之间分别设有密封胶。安装环5朝向模块壳体2外的周边端面上设有若干个与安装搬手相配合的卡槽一51。

实施例四，如图6所示，与实施例一的不同点是发光组件安装口21端的模块壳体2内壁从内向外设有安装台阶27和内螺纹26，COB LED发光组件1基板11为周边设有外螺纹的圆盘形，COB LED发光组件1的基板11背面紧贴在模块壳体2内的多孔结构毛细吸液芯4上、基板11背面边缘压在安装台阶27端面上，COB LED发光组件1基板11周边通过螺纹和密封胶密封安装在模块壳体2内螺纹上。COB LED发光组件1基板11朝向模块壳体2外的周边端面上设有若干个与安装搬手相配合的卡槽二12。

实施例五，如图7、图8所示，模块壳体2为设有发光组件安装口21的面和对侧面面积大于其它侧面的扁平方箱形体，模块壳体2设有发光组件安装口21面的对侧面外壁上设有多条散热翅片23， 发光组件安装口21为设于模块壳体2一个大侧面上的圆形孔，COB LED发光组件1基板11的背面压在模块壳体2内的多孔结构毛细吸液芯4上，模块壳体2的发光组件安装口21面上设有固定环7，COB LED发光组件1基板11正面的周边贴在固定环7侧面上并通过若干根螺丝6安装在固定环7上，各螺丝6分别从模块壳体2外侧方向穿过固定环7上的螺丝光孔再通过螺纹安装在COB LED发光组件1基板11上的螺纹孔上，固定环7朝向模块壳体2的周边贴在发光组件安装口21周边的模块壳体2外壁上，固定环7通过若干根螺丝6安装在模块壳体2上，各螺丝6分别从模块壳体2外侧方向分别穿过固定环7上的螺丝光孔再通过螺纹安装在模块壳体2上的螺纹孔上。换热腔22内设有将多孔结构毛细吸液芯4外撑紧贴在换热腔内壁上的弹性支架41。固定环7与模块壳体2的密封配合面之间、固定环7与COB LED发光组件1基板11的密封配合面之间、各螺丝6与COB LED发光组件1基板11、固定环7和模块壳体2的缝隙之间分别设有密封胶。

本实用新型的工作原理：

将COB LED发光组件1直接或间接密封安装在模块壳体2的发光组件安装口21上后，先通过抽真空注液管头24对换热腔22内抽真空。当换热腔22内的真空度达到要求，即密封性达标时，将适量工作液体3通过抽真空注液管头24注入换热腔22内，并将抽真空注液管头24端部压扁无泄露封口焊。

在COB LED发光组件1工作时会发出大量热量，紧贴在COB LED发光组件1基板11上的多孔结构毛细吸液芯4内的工作液体3会吸热蒸发成饱和状态蒸汽带走热量，饱和状态蒸汽产生的压力会使其弥漫到整个换热腔22内的空隙中。当蒸汽接触模块壳体2内低温区域的模块壳体2壁部时，便会释放出蒸发时吸收的热量冷凝为液体，冷凝后的工作液体3会沿着多孔结构毛细吸液芯4和模块壳体2壁部靠毛细力作用流回到COB LED发光组件1基板11位置的多孔结构毛细吸液芯4，继续吸热蒸发带走热量，再冷凝为液体释放出热量， COBLED发光组件1基板11位置多孔结构毛细吸液芯4内的工作液体3会持续蒸发并在毛细力作用下获得补充，以上过程周而复始，即可持续实现低热阻汽液相变传热散热。

COB LED发光组件1基板上的热量由汽液相变传热过程不断传递到模块壳体2，再通过模块壳体2外壁散热传出，达到快速传热散热的目的。模块壳体2内多孔结构毛细吸液芯4在蒸发面与冷凝面之间持续形成的毛细力是汽液相变时传热过程中工作液体3循环的推动力，多孔结构毛细吸液芯4的物理性质和结构较好地克服了工作液体3受重力影响的回流受限问题，因此本散热模块的使用不再受方向限制，在不同方向的传热过程都有较好的传热能力，从而使COB LED发光组件得到更广泛的应用。

Claims (10)

1.不限方向高效COB LED发光组件汽液相变散热模块，它包括COB LED发光组件（1）和模块壳体（2），其特征在于：模块壳体（2）为设有发光组件安装口（21）的密闭中空体，COBLED发光组件（1）基板（11）的周边直接或间接密封安装在模块壳体（2）上的发光组件安装口（21）上、与模块壳体（2）一起在模块壳体（2）内围成密闭的换热腔（22），COB LED发光组件（1）的发光面朝向模块壳体（2）外，COB LED发光组件（1）发光面背侧的基板（11）背面朝向模块壳体（2）内部构成换热腔（22）的蒸发面，模块壳体（2）的内壁构成换热腔（22）的冷凝面，换热腔（22）内部分充填有工作液体（3），换热腔（22）内设有紧贴在COB LED发光组件（1）朝向换热腔（22）内的基板（11）背面上并延伸紧贴在模块壳体（2）内壁上的多孔结构毛细吸液芯（4），多孔结构毛细吸液芯（4）构成从冷凝面向蒸发面的工作液体毛细力回流通道，换热腔（22）内多孔结构毛细吸液芯（4）之外的空隙位置构成从蒸发面到冷凝面的工作液体蒸汽通道。

2.如权利要求1所述的不限方向高效COB LED发光组件汽液相变散热模块，其特征在于所述换热腔（22）内远离蒸发面的蒸发面对侧冷凝面为主冷凝面，主冷凝面上不具有多孔结构毛细吸液芯（4），换热腔（22）内的多孔结构毛细吸液芯（4）从蒸发面沿模块壳体（2）内壁延伸到主冷凝面的边缘用于主冷凝面上冷凝的工作液体靠毛细力沿多孔结构毛细吸液芯（4）回流到蒸发面上的多孔结构毛细吸液芯（4）。

3.如权利要求1所述的不限方向高效COB LED发光组件汽液相变散热模块，其特征在于所述模块壳体（2）的外壁上设有多个散热翅片（23），模块壳体（2）上设有一端与模块壳体（2）外壁相连并与模块壳体（2）内部相连通、另一端与模块壳体（2）外部相连通的抽真空注液管头（24）。

4.如权利要求1所述的不限方向高效COB LED发光组件汽液相变散热模块，其特征在于所述多孔结构毛细吸液芯（4）为与换热腔（22）内壁相贴合的硬质多孔陶瓷构件，或多孔结构毛细吸液芯（4）为软体金属多孔材料构件或软体多孔合成纤维构件，换热腔（22）内设有将软体多孔结构毛细吸液芯（4）外撑紧贴在换热腔内壁上的弹性支架（41）。

5.如权利要求1所述的不限方向高效COB LED发光组件汽液相变散热模块，其特征在于所述模块壳体（2）为轴向垂直于发光组件安装口（21）方向的圆柱形杯状体，模块壳体（2）的侧壁上沿轴向设有多条散热翅片（23）、端面外壁上设有多条散热翅片（23），模块壳体（2）的端面上设有一端与模块壳体（2）外壁相连并与模块壳体（2）内部相连通、另一端与模块壳体（2）外部相连通的抽真空注液管头（24），发光组件安装口（21）端的模块壳体（2）外壁上设有将散热模块安装在安装板上的外螺纹（25）。

6.如权利要求5所述的不限方向高效COB LED发光组件汽液相变散热模块，其特征在于所述发光组件安装口（21）端的模块壳体（2）内壁上设有内螺纹（26），COB LED发光组件（1）安装在模块壳体（2）内、基板（11）背面紧贴在多孔结构毛细吸液芯（4）上，位于COB LED发光组件（1）外的模块壳体内螺纹（26）上通过螺纹和密封胶安装有安装环（5），COB LED发光组件（1）基板（11）正面的周边紧贴在安装环（5）上并通过若干根螺丝（6）固定在安装环（5）上，螺丝（6）从模块壳体（2）外侧方向穿过安装环（5）上的螺丝光孔再通过螺纹安装在COB LED发光组件（1）基板（11）上的螺纹孔上。

7.如权利要求5所述的不限方向高效COB LED发光组件汽液相变散热模块，其特征在于所述发光组件安装口（21）端的模块壳体（2）内壁上设有安装COB LED发光组件（1）的内螺纹（26），COB LED发光组件（1）基板（11）为周边设有外螺纹的圆盘形，COB LED发光组件（1）的基板（11）背面紧贴在模块壳体（2）内的多孔结构毛细吸液芯（4）上，COB LED发光组件（1）基板（11）周边通过螺纹和密封胶密封安装在模块壳体（2）的内螺纹（26）上。

8.如权利要求5所述的不限方向高效COB LED发光组件汽液相变散热模块，其特征在于所述发光组件安装口（21）端的模块壳体（2）内壁从内向外设有安装台阶（27）和内螺纹（26），COB LED发光组件（1）安装在模块壳体（2）内、基板（11）背面紧贴在模块壳体（2）内的多孔结构毛细吸液芯（4）上、基板（11）背面边缘压在安装台阶（27）端面上，内螺纹（26）上通过螺纹和密封胶安装有将COB LED发光组件（1）基板（11）周边紧压在安装台阶（27）端面上的安装环（5）。

9.如权利要求5所述的不限方向高效COB LED发光组件汽液相变散热模块，其特征在于所述发光组件安装口（21）端的模块壳体（2）内壁从内向外设有安装台阶（27）和内螺纹（26），COB LED发光组件（1）基板（11）为周边设有外螺纹的圆盘形，COB LED发光组件（1）的基板（11）背面紧贴在模块壳体（2）内的多孔结构毛细吸液芯（4）上、基板（11）背面边缘压在安装台阶（27）端面上，COB LED发光组件（1）基板（11）周边通过螺纹和密封胶密封安装在模块壳体（2）内螺纹上。

10.如权利要求1所述的不限方向高效COB LED发光组件汽液相变散热模块，其特征在于所述模块壳体（2）为设有发光组件安装口（21）的面和对侧面面积大于其它侧面的扁平方箱形体，模块壳体（2）设有发光组件安装口（21）面的对侧面外壁上设有多条散热翅片（23），发光组件安装口（21）为设于模块壳体（2）一个大侧面上的圆形孔，COB LED发光组件（1）基板（11）的背面压在模块壳体（2）内的多孔结构毛细吸液芯（4）上，模块壳体（2）的发光组件安装口（21）面上设有固定环（7），COB LED发光组件（1）基板（11）正面的周边贴在固定环（7）侧面上并通过若干根螺丝（6）安装在固定环（7）上，各螺丝（6）分别从模块壳体（2）外侧方向穿过固定环（7）上的螺丝光孔再通过螺纹安装在COB LED发光组件（1）基板（11）上的螺纹孔上，固定环（7）朝向模块壳体（2）的周边贴在发光组件安装口（21）周边的模块壳体（2）外壁上，固定环（7）通过若干根螺丝（6）安装在模块壳体（2）上，各螺丝（6）分别从模块壳体（2）外侧方向分别穿过固定环（7）上的螺丝光孔再通过螺纹安装在模块壳体（2）上的螺纹孔上。