專利名稱：一種非介質(zhì)嵌合傳導(dǎo)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種非介質(zhì)嵌合導(dǎo)熱裝置，屬于熱傳導(dǎo)方法領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熱傳遞分熱輻射、對(duì)流、熱傳導(dǎo)三種基本方式。熱輻射，是由高溫物體直接向外發(fā)射熱的現(xiàn)象，高溫物體以電磁輻射的形式發(fā)出能量，溫度越高，輻射越強(qiáng)；對(duì)流，靠氣體或液體的流動(dòng)來傳熱的方式，液體或氣體中較熱部分和較冷部分之間 通過循環(huán)流動(dòng)使溫度趨于均勻的過程；熱傳導(dǎo)，熱從物體溫度較高的一部分沿著物體傳到溫度較低的部分的方式。熱傳導(dǎo)是固體中熱傳遞的主要方式。目前在傳導(dǎo)物理的應(yīng)用方面，絕大多數(shù)采用具有一定傳導(dǎo)性能的介質(zhì)，將介質(zhì)作用于發(fā)熱體與散熱體之間，作為發(fā)熱體與散熱體的熱傳導(dǎo)的銜接，把發(fā)熱體的熱量通過介質(zhì)導(dǎo)到散熱體上，目的使發(fā)熱體維持在能正常工作的溫度條件下。但是凡使用介質(zhì)傳導(dǎo)往往會(huì)因?yàn)榻橘|(zhì)的物理性和應(yīng)用環(huán)境變化而使傳導(dǎo)性能下降甚至失效，尤其在熱傳導(dǎo)應(yīng)用方面，因介質(zhì)經(jīng)一定時(shí)間不斷的熱脹冷縮循環(huán)后，使其與發(fā)熱體和散熱體貼合有一定間隙，導(dǎo)致其在發(fā)熱體與散熱體之間傳導(dǎo)性能下降甚至失效的現(xiàn)象最為突出。造成設(shè)備或裝置的早期失效，致使巨大的財(cái)產(chǎn)損失和低劣的社會(huì)形象，并存在有諸多的安全隱患，阻礙了許多先進(jìn)技術(shù)的推廣、應(yīng)用，造成了巨大的浪費(fèi)。目前現(xiàn)有技術(shù)中熱導(dǎo)介質(zhì)中，熱導(dǎo)效果最好的為稀貴金屬，每年僅用稀貴金屬進(jìn)行傳導(dǎo)的費(fèi)用高達(dá)數(shù)百億美元之多。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年全球因熱傳導(dǎo)失敗造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)千億美元，造成的安全事故損失也非常巨大。徹底扭轉(zhuǎn)在許多應(yīng)用領(lǐng)域介質(zhì)傳導(dǎo)的不良現(xiàn)象，克服許多新技術(shù)、新材料的應(yīng)用障礙，大大延長相關(guān)設(shè)備的使用時(shí)間，挽回由于傳導(dǎo)失效造成的巨大財(cái)產(chǎn)損失，對(duì)于稀貴金屬原本就非常有限的地球，節(jié)約稀貴金屬，降低相關(guān)行業(yè)和產(chǎn)業(yè)的成本是我們亟待解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的之一公開了一種新熱傳導(dǎo)裝置，本熱傳導(dǎo)裝置為非介質(zhì)傳導(dǎo)裝置。本實(shí)用新型的目的之二公開了在非介質(zhì)傳導(dǎo)裝置基礎(chǔ)上利用傳導(dǎo)物理、熱傳導(dǎo)物理、材料物理原理，通過增加發(fā)熱體與散熱體的接觸面面積，從而提高熱傳導(dǎo)率。本實(shí)用新型的目的之三公開了本實(shí)用新型非介質(zhì)嵌合傳導(dǎo)裝置在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用。物體或系統(tǒng)內(nèi)的各點(diǎn)間的溫度差，是熱傳導(dǎo)的必要條件。由熱傳導(dǎo)方式引起的熱傳遞速率(簡稱導(dǎo)熱速率)決定于物體內(nèi)溫度的分布情況。溫度場就是任一瞬間物體或系統(tǒng)內(nèi)各點(diǎn)的溫度分布總和。熱傳導(dǎo)就是熱量從系統(tǒng)的一部分傳到另一部分或由一個(gè)系統(tǒng)傳到另一個(gè)系統(tǒng)的現(xiàn)象。它是固體中熱傳遞的主要方式。熱傳導(dǎo)實(shí)質(zhì)是由大量物質(zhì)的分子熱運(yùn)動(dòng)互相撞擊，而使能量從物體的高溫部分傳至低溫部分，或由高溫物體傳給低溫物體的過程。在固體中，熱傳導(dǎo)的微觀過程是在溫度高的部分，晶體中結(jié)點(diǎn)上的微粒振動(dòng)動(dòng)能較大。在低溫部分，微粒振動(dòng)動(dòng)能較小。因微粒的振動(dòng)互相聯(lián)系，所以在晶體內(nèi)部就發(fā)生微粒的振動(dòng)，動(dòng)能由動(dòng)能大的部分向動(dòng)能小的部分傳遞。在固體中熱的傳導(dǎo)，就是能量的遷移。在金屬物質(zhì)中，因存在大量的自由電子，在不停地作無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)。一般晶格震動(dòng)的能量較小，自由電子在金屬晶體中對(duì)熱的傳導(dǎo)起主要作用。金屬中熱導(dǎo)率排列在前幾位的為銀Ag熱導(dǎo)率為428 W/m*K、銅Cu熱導(dǎo)率為398W/m· K、金Au熱導(dǎo)率為317. 9 W/m*K、鋁Al熱導(dǎo)率為247 W/m · K，所以在金屬中熱導(dǎo)效果最好的為銀，但由于其價(jià)格因素，所以一般選擇銅來替代，但為節(jié)約成本，很多企業(yè)更偏向于選擇鋁作為熱導(dǎo)金屬。本發(fā)明發(fā)熱體與散熱體為固態(tài)物質(zhì)，優(yōu)選固態(tài)金屬，選自銀或銅或金或招。本實(shí)用新型所述的非介質(zhì)傳導(dǎo)方法，即通過發(fā)熱體與散熱體直接接觸，取代發(fā)熱 體與散熱體通過介質(zhì)間接接觸，使發(fā)熱體直接把熱傳導(dǎo)至散熱體上，而非是通過熱傳導(dǎo)介質(zhì)作為中間傳導(dǎo)媒介。整個(gè)傳導(dǎo)過程省略了傳導(dǎo)介質(zhì)這部分，使熱傳導(dǎo)方法與傳統(tǒng)借助傳導(dǎo)介質(zhì)的傳導(dǎo)方法比，在技術(shù)上有了創(chuàng)新性突破。本實(shí)用新型所述的通過增加發(fā)熱體與散熱體的接觸面面積，從而提高熱傳導(dǎo)率，是通過使發(fā)熱體與散熱體的接觸面面積Sr, Sp<Sr<NSp,其中Sr為實(shí)際接觸面，Sp為水平面積，N為大于I的倍數(shù)。使發(fā)熱體與散熱體不僅僅是形式上的面面接觸，更是多元化接觸，通過對(duì)發(fā)熱體與散熱體接觸表面處理，使他們表面積成倍數(shù)化增長，使其面積增加幾倍、幾十倍、幾百倍甚至幾千倍，同時(shí)保證發(fā)熱體表面與散熱體表面相互匹配、相互嵌合如圖I所示。另外圓形結(jié)構(gòu)的發(fā)熱體和散熱體可以通過螺紋形式嵌合接觸，用加深螺紋方式獲得N倍的直接接觸面的面積如圖2所示，或者可以通過多面化的直接切合接觸如圖3所示，A、B、C三面接觸。上述稱之為無介質(zhì)嵌合熱傳導(dǎo)方法。發(fā)熱體和散熱體之間的接觸包括不限于發(fā)熱體和散熱體通過多對(duì)其原接觸面面積倍數(shù)化后接觸；發(fā)熱體和散熱體通過多面化的直接接觸；發(fā)熱體和散熱體通過螺紋形式接觸，用加深螺紋方式獲得N倍的直接接觸面的面積。本實(shí)用新型另一方面提供了一種用于發(fā)熱體與散熱體上的緊固件，即本發(fā)明進(jìn)一步包括緊固發(fā)熱體與散熱體的緊固件，本緊固件為鋼質(zhì)彈性正溫度系數(shù)的鋼性金屬緊固件。通常情況下，發(fā)熱體與散熱體都是靠螺絲緊固的，隨著多次的熱脹冷縮，發(fā)熱體與散熱體之間的間隙會(huì)加大，并且發(fā)熱體與散熱體的表面還會(huì)形成不良導(dǎo)熱體一氧化層，影響了導(dǎo)熱與散熱的效果。在LED燈具中這種現(xiàn)象尤為明顯，造成大量LED燈由于導(dǎo)熱和散熱性能的下降，大量的LED光源出現(xiàn)早期嚴(yán)重光衰。本實(shí)用新型發(fā)明人為適應(yīng)高導(dǎo)熱，采用緊固結(jié)構(gòu)可以使發(fā)熱體和散熱體始終保持良好的接觸，當(dāng)溫度上升時(shí)，由于緊固結(jié)構(gòu)為彈性結(jié)構(gòu)，膨脹使導(dǎo)熱體和散熱體接觸面的壓力增加，接觸性更好；當(dāng)溫度下降時(shí)，由于收縮特性使本發(fā)明的緊固件仍保持發(fā)熱體與散熱體之間的收縮壓迫力，保證發(fā)熱體一散熱體之間導(dǎo)熱和散熱性能維持常態(tài)，緊固件結(jié)構(gòu)如圖4所示。另一方面運(yùn)用彈性緊固件可以保證發(fā)熱體與散熱體始終在保持緊密接觸，防止其接觸面產(chǎn)生間隙而形成氧化層，降低發(fā)熱體與散熱體之間的熱傳導(dǎo)性能。[0018]本實(shí)用新型中的發(fā)明方法的應(yīng)用，大可以用于軍事裝備，小可以用于日常生活，但凡需要熱傳導(dǎo)的，均可以通過本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型方法優(yōu)選運(yùn)用于LED 二極管燈和電腦CPU的導(dǎo)熱、散熱。
本實(shí)用新型中附圖僅為了對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步解釋，不得作為本實(shí)用信息發(fā)明范圍的限制。附圖I無介質(zhì)嵌合熱傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意圖附圖2無介質(zhì)嵌合螺紋形式接觸示意圖附圖3無介質(zhì)嵌合多面化接觸示意圖附圖4 緊固件結(jié)構(gòu)示意圖1為緊固螺絲，2為彈性墊圈，3為發(fā)熱體，4為散熱體，5為螺母。附圖5 LED液態(tài)稀有金屬導(dǎo)熱散熱結(jié)構(gòu)不意圖附圖6 LED無介質(zhì)嵌合導(dǎo)熱散熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖附圖7縮小1/3后的裝置結(jié)構(gòu)示意圖附圖5-7上分別各有4個(gè)小凸起，為LED芯片示意圖
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的實(shí)施例僅為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋，便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能根據(jù)本實(shí)用新型內(nèi)容能實(shí)施本發(fā)明，不得作為本實(shí)用新型發(fā)明范圍的限制。實(shí)施例I不同類裝置相同材質(zhì)試驗(yàn)用本實(shí)用新型無介質(zhì)嵌合熱傳導(dǎo)方法的裝置和液態(tài)稀有金屬導(dǎo)熱散熱裝置進(jìn)行相同材質(zhì)下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，抽取100塊50瓦COB的集成LED模組，其發(fā)熱體與散熱體均為銅質(zhì)，隨機(jī)分成液態(tài)稀有金屬組、無介質(zhì)嵌合熱傳導(dǎo)組，兩組，各組50塊，液態(tài)稀有金屬組其發(fā)熱體與散熱體之間通過銀粉加無機(jī)液體膠調(diào)配成液態(tài)稀有金屬作為熱傳導(dǎo)介質(zhì)導(dǎo)熱，結(jié)構(gòu)如圖5所示；無介質(zhì)嵌合熱傳導(dǎo)組其發(fā)熱體與散熱體，直接接觸，并且相互嵌合如圖6所示。結(jié)果如下I,在LED正常發(fā)光的情況下，液態(tài)稀有金屬組只能水平方式導(dǎo)熱，否則被導(dǎo)體溫差很大，最大溫差達(dá)7°C;本實(shí)用新型的無介質(zhì)嵌合熱傳導(dǎo)組溫差很小，最大溫差只有2°C，并且對(duì)于LED模組的擺放方式?jīng)]有要求，可以任意角度擺放。2，液態(tài)稀有金屬組導(dǎo)熱的方式的LED模組結(jié)溫(LED 二極管P-N結(jié)溫度)為52 0C ±1.5°C (25°C環(huán)境)；本實(shí)用型新無介質(zhì)嵌合熱傳導(dǎo)組的結(jié)溫(LED 二極管P-N結(jié)溫度)為 47V 土 I. 2V (25°C環(huán)境)。3，把液態(tài)稀有金屬組、無介質(zhì)嵌合熱傳導(dǎo)組均放在150°C烘箱內(nèi)100小時(shí)后，液態(tài)稀有金屬組的P-N結(jié)溫度(25°C環(huán)境)上升到61°C ± I. 3°C，而采用本實(shí)用型新的無介質(zhì)嵌合熱傳導(dǎo)組P-N結(jié)溫度為47°C 土 I. 4°C，基本保持不變。實(shí)施例2相同類裝置不同材質(zhì)試驗(yàn)抽取100塊50瓦COB的集成LED模組，用本實(shí)用新型無介質(zhì)嵌合熱傳導(dǎo)方法的制備其導(dǎo)熱、散熱裝置，隨機(jī)均分為兩組，一組其發(fā)熱、散熱體均為銅質(zhì)，一組其發(fā)熱、散熱體均為鋁質(zhì)，相對(duì)銅，鋁的材料價(jià)格下降1-2倍，試驗(yàn)測試結(jié)果如下I、銅質(zhì)的其LED 二極管P-N結(jié)溫度47°C ± I. 2°C。2、鋁質(zhì)的其LED 二極管P-N結(jié)溫度49°C ± I. 1°C。綜上所述，鋁質(zhì)發(fā)熱體、散熱體運(yùn)用本實(shí)用新型的技術(shù)僅比銅質(zhì)的其P-N結(jié)溫度提升3度，相對(duì)于銅質(zhì)液態(tài)稀有金屬作為介質(zhì)的下降了 3度，在節(jié)約成本、及溫降情況等因素綜合考量下，優(yōu)選運(yùn)用本實(shí)用新型技術(shù)的鋁質(zhì)基板。實(shí)施例3相同類裝置相同材質(zhì)試驗(yàn)抽取100塊50瓦COB的集成LED模組，用本實(shí)用新型無介質(zhì)嵌合熱傳導(dǎo)方法的制·備其導(dǎo)熱、散熱裝置，其發(fā)熱、散熱體均為鋁質(zhì)，隨機(jī)均分為兩組如圖7所示，一組其散熱體按原始大小如A，一組其散熱體縮小至原大小的1/2-1/3如B，試驗(yàn)測試結(jié)果如下I、原始大小的其LED 二極管P-N結(jié)溫度49°C ± I. 1°C。2、縮小至 1/2-1/3 的其 LED 二極管 P-N 結(jié)溫度 51 °C 土 I. 3°C。綜上所述，運(yùn)用本實(shí)用新型的技術(shù)在縮小散熱體，降低成本的情況下對(duì)LED 二極管P-N結(jié)溫度影響不是太大，所以本技術(shù)為我們LED 二極管的推廣運(yùn)用普及，提供了一個(gè)價(jià)格優(yōu)勢。
權(quán)利要求1.一種傳導(dǎo)裝置，其特征在于發(fā)熱體與散熱體均為固態(tài)物質(zhì)，之間直接接觸，無傳導(dǎo)介質(zhì)介入。
2.權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于發(fā)熱體與散熱體選自固態(tài)金屬。
3.權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于發(fā)熱體與散熱體選自銀或銅或金或鋁。
4.權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于發(fā)熱體與散熱體接觸面積Sr，Sp〈Sr〈NSp，其中Sr為實(shí)際接觸面，Sp為表面處理前的面積，N為大于I的倍數(shù)。
5.權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于進(jìn)一步包括緊固發(fā)熱體與散熱體的緊固件。
6.權(quán)利要求5所述的的裝置，其特征在于緊固件為彈性和正溫度系數(shù)的鋼性金屬件。
7.權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于發(fā)熱體和散熱體通過多對(duì)其原接觸面面積倍數(shù)化后接觸。
8.權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于發(fā)熱體和散熱體通過多面化的直接接觸。
9.權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于發(fā)熱體和散熱體通過螺紋形式接觸，用加深螺紋方式獲得N倍的直接接觸面的面積。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種非介質(zhì)嵌合導(dǎo)熱裝置，本裝置是對(duì)需進(jìn)行導(dǎo)熱、散熱的固態(tài)物質(zhì)發(fā)熱體和散熱體之間直接接觸，并對(duì)其接觸面進(jìn)行物理改變，在無熱導(dǎo)介質(zhì)介入的條件下增加他們的熱導(dǎo)能力。
文檔編號(hào)F21Y101/02GK202675990SQ201220126799
公開日2013年1月16日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者翁延鳴 申請人:江蘇漢萊科技有限公司