專利名稱：散熱裝置和具有該散熱裝置的照明裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種散熱裝置。此外，本發(fā)明還涉及一種具有該散熱裝置的照明裝置。
背景技術：
諸如像MR16、PAR38、A級別以及筒燈等類型的LED替代燈越來越多地替代傳統的照明裝置，例如白熾燈和熒光燈。這是因為這種類型的替代燈更加節(jié)能、尺寸更小并且具有更長的壽命。隨著技術的發(fā)展，LED封裝本身能夠實現較高的效率，例如能夠獲得1601m/W的冷白光和1001m/W的暖白光，并且其壽命達到五萬小時。但是當LED與LED驅動器、熱管理設備以及光學元件一同集成到替代燈中時，替代燈的效率和壽命高度取決于如何設計驅動器、散熱裝置和光學元件。在LED中，所消耗的電能轉化成熱能而不是光。根據美國能源部的統計，用于驅動LED的能量的75%到85%被轉化成了熱量，并且這些熱量必須從LED芯片排導到在其下方的印刷電路板以及散熱裝置上。如果這些熱量不能及時的排導出去，那么在短期內會降低LED的光輸出性能并產生色移，長期還會縮短LED的壽命。在LED中的熱傳遞的主要路徑通常是從結到封裝的外部。LED設備制造上提供這種封裝水平熱管理，以使從結到封裝的外部的熱阻最小化。LED燈的熱管理設計的核心是高效地將熱量從LED封裝傳遞到周圍環(huán)境中去。首先，在封裝插腳和電路板之間必須提供穩(wěn)固和對散熱有效的聯結。這種熱連接典型地穿過金屬芯PCB。熱量從該PCB傳導給外部的散熱裝置。散熱裝置以三種形式提供將熱量從LED封裝傳遞到周圍環(huán)境的路徑:傳導(熱量從一個固體傳遞到另一個固體)；對流(熱量從一個固體傳遞到移動的流體，對于大多數LED應用情況來說，該流體是空氣)；以及輻射(熱量通過電磁波在兩個不同的表面溫度的物體之間傳遞)。通過散熱裝置進行的熱傳遞本身相關于以下因素:散熱裝置的材料的導熱率(k);傳導面積(A)以及長度(L)(傅里葉定律Q = kXAX AT/L)。對于通過散熱裝置的確定量的熱量(Q)，導熱率越高或者傳導面積越大或者傳導長度越小，在散熱裝置內的溫度上升(AT)越小。從散熱裝置到周圍環(huán)境的熱對流相關于以下因素:表面積(A)和局部對流傳熱系數(h))(牛頓定律:Q = hXAX AT)，這取決于散熱裝置的尺寸和幾何形狀。從散熱裝置的表面到周圍環(huán)境的熱輻射取決于以下因素:表面積(A)和表面發(fā)射系數(e )(斯特芬-波爾茲曼定律:Q= e XAX O X AT4，其中O是斯特芬-波爾茲曼常數)。由此可見，散熱裝置的全部的散熱能力都取決于散熱裝置的材料、散熱裝置的尺寸和幾何形狀以及散熱裝置表面的表面處理。對于散熱材料而言，鋁是當今廣泛使用的散熱材料，這是因為其具有高的導熱率和相對低的成本，而陶瓷和導熱塑料也在一些應用和設計中作為散熱裝置的材料得到應用。對于大多數的用于LED改型燈的現有的散熱裝置來說，散熱裝置通常由鋁制成，并且在一些專利中使用高導熱材料和導熱塑料的組合來制造散熱裝置，其多數情況下是出于降低重量和復雜形狀的制造的目的。專利文獻W02009/115512A1公開了一種散熱裝置以及生產該散熱裝置的工藝，該散熱裝置包括由包含有膨脹石墨的導熱塑料材料制成的塑料體，其中該膨脹石墨相對于導熱塑料的全部質量為至少20wt.%，并且具有至少7.5ff/m/K的面向導熱率。散熱裝置可以通過對導熱塑料材料進行噴射模塑來制成，可選地是接下來涂覆一個涂層。散熱裝置與熱源以彼此導熱連接的方式裝配在一起。專利文獻US2003/0183379A1公開了一種用于復合式散熱裝置，該散熱裝置使用高導熱基座和低導熱翅片?；鶅?yōu)選由各項異性石墨材料制成，而翅片優(yōu)選由導熱塑料材料制成。在較低輪廓的散熱裝置的情況下，翅片的高度不超過15mm，這種復合式結構提供非常好的冷卻效果的同時還比具有同樣尺寸的傳統的全鋁散熱裝置更輕。專利文獻US2007/0272400A1公開了一種具有錐形幾何輪廓的散熱裝置，其提高了被動冷卻效率。在散熱裝置熱擴散部件之間的錐形幾何輪廓降低了允許被動流動的冷卻空氣被加熱后的阻力。因此，維形的熱擴散部件實現了氣體的聞的流動率并提聞了散熱裝置的冷卻效果?？蛇x的是，散熱裝置可有導熱聚合物制成，其允許使用噴射注塑工藝將散熱裝置制成具有復雜的形狀。陶瓷也可以使用作為導熱材料。專利文獻W02010/136985A1公開了一種照明裝置，其包括用于產生光線的光源，設置用于支承光源的本體。此外，該本體與封殼熱接觸并且本體和封殼都由陶瓷材料制成。該發(fā)明的優(yōu)點在于，提供了一種具有良好的熱傳遞的照
明裝置。然而，上述發(fā)明的缺點在于，在采用鋁作為制造散熱裝置的材料時，散熱裝置的重量相對較大，形狀設計和制造受到限制。在一些應用和設計中，導熱塑料材料具有與鋁類似的導熱性能，并且具有重量相對較低，設計更加自由和更加容易制造的優(yōu)點，但是材料成本相對較高。陶瓷具有相對良好的導熱率，但是其較重并且易碎

發(fā)明內容
為解決現有技術中存在的問題，本發(fā)明提出了一種散熱裝置，該散熱裝置在提供良好的散熱性能的同時還具有成本低廉、重量較小、良好的設計自由度的優(yōu)點。此外，本發(fā)明還提出了一種具有上述類型的散熱裝置的照明裝置。本發(fā)明的第一個目的通過一種散熱裝置由此實現，即該散熱裝置包括本體和涂層，其中，本體具有第一部段和從第一部段延伸出的至少一個第二部段，其中，第一部段具有用于以熱接觸的形式安裝熱源的安裝面并且涂層涂覆在第一部段的安裝面和至少一個第二部段的表面上，其中涂層具有比本體高的散熱性能。根據本發(fā)明的散熱裝置是一種復合式散熱裝置。由于本體的散熱性能可以相對較差，也就是導熱率相對較低，因此在選擇制造本體的材料時，有更大的選擇范圍。本體可以采用成本低廉，容易加工制造的材料制成，而涂層可以具有相對較大的導熱率。這樣就能夠確保散熱裝置具在有相對較低的制造成本的同時，還能具有良好的散熱性能，并且具有復雜的構型。優(yōu)選的是，涂層由具有大于5W/m/K的導熱率的涂料制成。進一步優(yōu)選的是，涂料中混合有鎳、銀、石墨、納米碳、二氧化鈦、三氧化二鋁、氮化硼、尖晶石構成的組中的一種?；旌系酵繉又械倪@些材料可以進一步提高涂層的導熱率，并進而提高整個散熱裝置的散熱性能。在本發(fā)明的設計方案中，用于制成涂層的涂料可以是具有電絕緣性的導熱涂料，如添加氮化硼，尖晶石，二氧化鈦、三氧化二鋁等的無機涂料(以水溶性硅酸鹽系、硅溶膠系、有機硅及無機聚合物系等為基料)和有機涂料(是有機溶劑或有機水性(水溶型或水乳型)溶劑的涂料)，可選地是，用于制成涂層的涂料可以是不具有電絕緣性的導熱涂料，如添加銀，鎳，碳等的無機涂料和有機涂料。有利的是，涂層具有200-500微米的厚度，從而確保能夠良好地將熱量從本體中排導出去。根據本發(fā)明提出，本體由導熱率小于lW/m/K低導熱塑料制成。優(yōu)選的是，低導熱塑料是導熱率在0.1-0.3W/m/K之間的PBT、P0M、PA或者ABS材料。進一步優(yōu)選的是，第一部段和第二部段通過噴射注塑工藝一體模制而成。上述材料通常作為燈具的殼體使用，與傳統的鋁材料、陶瓷材料相比成本更加低廉，并且可以利用噴射注塑工藝構造出復雜的構型。根據本發(fā)明提出，至少一個第二部段是從第一部段上延伸出的至少一個散熱翅片。這些散熱翅片能夠提高整個散熱裝置的散熱面積，從而提高整個散熱裝置的散熱性能。進一步優(yōu)選的是，在第一部段和至少一個第二部段中開設有至少一個熱孔，其中第一部段中的熱孔橫向于第一部段的延伸方向延伸，并且至少一個第二部段中的熱孔橫向于至少一個第二部段的延伸方向延伸。熱孔提高了散熱裝置的散熱性能，縮短了熱量在涂層和本體之間的熱傳遞路徑。進一步優(yōu)選的是，熱孔的中填充有與形成所述涂層的材料相同的材料。這進一步提高了散熱裝置的散熱性能。本發(fā)明的另一個目的通過一種LED照明裝置實現，該LED照明裝置具有上述類型的散熱裝置。該LED照明裝置的成本低廉，散熱性能較好。優(yōu)選的是，熱源包括電路板和設置在電路板上的LED芯片。進一步優(yōu)選的是，電路板設計為非電絕緣金屬芯印刷電路板或者電絕緣陶瓷印刷電路板。在本發(fā)明的設計方案中，電路板與本體模制在一起或者電路板通過熱介面材料貼附在本體的第一部段的安裝面上。在此，電路板可以作為熱擴散器來使用，因此，來自熱源也就是LED芯片的熱量可以通過作為熱擴散器的電路板均勻的分散到散熱裝置的本體上，并進而通過涂層排散到周圍環(huán)境中。這顯著地提高了散熱裝置的散熱性能，延長了 LED照明裝置的使用壽命。


附圖構成本說明書的一部分，用于幫助進一步理解本發(fā)明。這些附解了本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用來說明本發(fā)明的原理。在附圖中相同的部件用相同的標號表示。圖中示出:圖1是根據本發(fā)明的散熱裝置的第一實施例的示意圖；圖2是根據本發(fā)明的散熱裝置的第二實施例的示意圖；圖3是根據本發(fā)明的散熱裝置的涂層的不同的導熱率的情況下的散熱性能曲線圖。
具體實施例方式圖1示出了根據本發(fā)明的散熱裝置的第一實施例的示意圖。從圖1中可見，該散熱裝置包括本體3和涂層4。在本實施例中，本體3是由低導熱塑料例如導熱率在0.1-0.3W/m/K之間的PBT、P0M、PA或者ABS材料制成的，并且涂層4由具有大于5W/m/K的導熱率的涂料制成，在涂料中混合有鎳、銀、石墨、納米碳、二氧化鈦、三氧化二鋁、氮化硼、尖晶石構成的組中的一種，其厚度在200-500微米的范圍內。在本發(fā)明的設計方案中，用于制成涂層的涂料可以是具有電絕緣性的導熱涂料，如添加氮化硼，尖晶石，二氧化鈦、三氧化二鋁等的無機涂料(以水溶性硅酸鹽系、硅溶膠系、有機硅及無機聚合物系等為基料)和有機涂料(是有機溶劑或有機水性(水溶型或水乳型)溶劑的涂料)，可選地是，用于制成涂層的涂料可以是不具有電絕緣性的導熱涂料，如添加銀，鎳，碳等的無機涂料和有機涂料。從圖中進一步可見，本體3具有第一部段3a和從第一部段3a延伸出的至少一個第二部段3b，其中，第一部段3a具有用于以熱接觸的形式安裝所述熱源A的安裝面并且涂層4涂覆在第一部段3a的安裝面和至少一個第二部段3b的表面上。第一部段3a和所述第二部段3b通過噴射注塑工藝一體模制而成。此外，在所述第一部段3a和至少一個第二部段3b中開設有至少一個熱孔5，第一部段3a中的熱孔5橫向于所述第一部段3a的延伸方向延伸，并且至少一個第二部段3b中的熱孔5橫向于至少一個第二部段3b的延伸方向延伸，并且在熱孔5的中填充有與形成所述涂層4的材料相同的材料。此外，在圖1中還示出了作為熱源A的LED光源，該LED光源包括電路板2和設置在電路板2上的LED芯片I。在本發(fā)明的設計方案中，電路板2設計為非電絕緣金屬芯印刷電路板或者電絕緣陶瓷印刷電路板，其同時作為熱擴散器使用。在本實施例中，本體3具有兩個第二部段3b，其形成兩個散熱翅片6。這兩個散熱翅片6與熱源A安裝在本體3的同一側，并對稱地形成在熱源A的兩側。圖2示出了根據本發(fā)明的散熱裝置的第二實施例的示意圖，其與圖1中示出的第一實施例的區(qū)別僅僅在于，本體3具有多個形成為散熱翅片6的第二部段3b，圖中示出了八個散熱翅片6，并且這些散熱翅片6與熱源A分別形成在第一部段3a的兩側。在本發(fā)明的設計方案中，為了獲得良好的散熱效果，需要提供較大的散熱面積，并且散熱翅片之間的位置，以及散熱翅片的形狀都可以根據散熱的需要進行不同的調整。附圖中示出的散熱翅片的數量和形狀僅僅是示例性的，其不應對本發(fā)明的設計方案產生限制。圖3示出了根據計算流體力學和熱模擬計算出的根據本發(fā)明的散熱裝置的涂層4的不同的導熱率的情況下的散熱性能曲線圖，其中，假設熱源A產生兩瓦的熱量，并且本體3由PBT材料制成，并具有0.2ff/m/K的導熱率。涂層4的厚度為200微米。作為熱擴散器的電路板2設計為非電絕緣金屬芯印刷電路板或者電絕緣陶瓷印刷電路板，并具有30W/m/K的導熱率。從圖3中可見，在使用不同的涂層4的情況下，根據本發(fā)明的散熱裝置的散熱性能發(fā)生了顯著的變化。如果涂層4的導熱率為7W/m/K，那么根據本發(fā)明的散熱裝置的散熱性能與由具有l(wèi)W/m/K的純導熱塑料制成的散熱裝置的散熱性能相當。如果涂層4的導熱率為40W/m/K，那么根據本發(fā)明的散熱裝置的散熱性能與由具有5W/m/K的純導熱塑料制成的散熱裝置的散熱性能相當。由此可見，僅僅通過提高涂層的導熱率即可顯著地提高散熱裝置的散熱性能。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。參考標號
ILED 芯片2電路板3本體3a第一部段3b第二部段4涂層5熱孔6散熱翅片A 熱源
權利要求
1.一種用于熱源(A)的散熱裝置，其特征在于，包括本體(3)和涂層(4)，其中，所述本體(3)具有第一部段(3a)和從所述第一部段(3a)延伸出的至少一個第二部段(3b)，其中，所述第一部段(3a)具有用于以熱接觸的形式安裝所述熱源(A)的安裝面并且所述涂層(4)涂覆在所述第一部段(3a)的安裝面以外的表面上和所述至少一個第二部段(3b)的表面上，其中所述涂層(4)具有比所述本體(3)高的散熱性能。
2.根據權利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，所述涂層(4)由具有大于5W/m/K的導熱率的涂料制成。
3.根據權利要求2所述的散熱裝置，其特征在于，所述涂料中混合有鎳、銀、石墨、納米碳、二氧化鈦、三氧化二鋁、氮化硼、尖晶石構成的組中的一種。
4.根據權利要求2所述的散熱裝置，其特征在于，所述涂層(4)具有200-500微米的厚度。
5.根據權利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，所述本體(3)由導熱率小于lW/m/K的低導熱塑料制成。
6.根據權利要求5所述的散熱裝置，其特征在于，所述第一部段(3a)和所述第二部段(3b)通過噴射注塑工藝一體模制而成。
7.根據權利要求6所述的散熱裝置，其特征在于，所述低導熱塑料是PBT、POM、PA或者ABS材料。
8.根據權利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，所述至少一個第二部段(3b)是從所述第一部段(3a)上延伸出的至少一個散熱翅片(6)。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的散熱裝置，其特征在于，在所述第一部段(3a)和所述至少一個第二部段(3b)中開設有至少一個熱孔(5)。
10.根據權利要求9所述的散熱裝置，其特征在，所述第一部段(3a)中的所述熱孔(5)橫向于所述第一部段(3a)的延伸方向延伸，并且所述至少一個第二部段(3b)中的所述熱孔(5)橫向于所述至少一個第二部段(3b)的延伸方向延伸。
11.根據權利要求10所述的散熱裝置，其特征在于，所述熱孔(5)的中填充有與形成所述涂層(4)的材料相同的材料。
12.一種照明裝置，具有根據權利要求1至11中任一項所述的散熱裝置。
13.根據權利要求12所述的照明裝置，其特征在于，所述熱源(A)包括電路板(2)和設置在所述電路板⑵上的LED芯片⑴。
14.根據權利要求13所述的照明裝置，其特征在于，所述電路板(2)設計為非電絕緣金屬芯印刷電路板或者電絕緣陶瓷印刷電路板。
15.根據權利要求12至14中任一項所述的照明裝置，其特征在于，所述電路板(2)與所述本體(3)模制在一起。
16.根據權利要求12至14中任一項所述的照明裝置，其特征在于，所述電路板(2)通過熱介面材料貼附在所述本體(3)的所述第一部段(3a)的所述安裝面上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于熱源(A)的散熱裝置，該散熱裝置包括本體(3)和涂層(4)，其中，本體(3)具有第一部段(3a)和從第一部段(3a)延伸出的至少一個第二部段(3b)，其中，所述第一部段(3a)熱源(A)具有用于以熱接觸的形式安裝所述熱源(A)的安裝面并且涂層(4)涂覆在第一部段(3a)的安裝面以外的表面上和至少一個第二部段(3b)的表面上，其中涂層(4)具有比本體(3)高的散熱性能。此外，本發(fā)明還涉及一種具有上述類型的散熱裝置的照明裝置。
文檔編號F21V29/00GK103162268SQ201110418688
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權日2011年12月14日
發(fā)明者程迎軍 申請人:歐司朗股份有限公司