專利名稱：一種高效散熱的led燈具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種高效散熱的LED燈具，可以使大功率LED燈的散熱問題得到明顯解決，屬于LED散熱技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)化生產(chǎn)的不斷發(fā)展，全球能源問題的日益突出，強化傳熱在能源的開發(fā)和節(jié)約中起著至關(guān)重要的作用，對熱交換系統(tǒng)的高效、低阻、緊湊等性能指標(biāo)的要求也越來越高。LED(Light-Emitting-Diode):即發(fā)光二極管,是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為光能的場致發(fā)光半導(dǎo)體。LED作為繼白熾燈、熒光燈、高強度氣體燈之后的第四代光源，屬于全固體冷光源。與傳統(tǒng)光源相比LED具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)堅固、工作電壓低、使用壽命長、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。白光LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段，其發(fā)光效率可超過1501m/ff (2010年)。美國市場調(diào)研機構(gòu)StrategiesUnlimited的報告顯示:2010年全球LED照明市場的總收入為55億美元，2011年則為94億美元。近幾年，隨著大功率LED應(yīng)用于照明的形式逐漸形成，解決散熱問題已經(jīng)成為大功率LED應(yīng)用的先決條件，對于現(xiàn)有LED等效水平而言，輸入電能的80%左右將轉(zhuǎn)變成為無法借助輻射釋放的熱量，而且LED芯片尺寸很小，如果散熱不及時，則會使芯片溫度升高，引起熱應(yīng)力分布不均、芯片發(fā)光效率降低、熒光粉激射效率下降，以及封裝LED燈的有機膠加速老化，從而大大降低了 LED燈的使用壽命。我國在2007年首次明確地把“大功率LED封裝及散熱新技術(shù)”列為當(dāng)前高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)研究重點，支持“高效節(jié)能、長壽命的半導(dǎo)體照明材料與產(chǎn)品及其制備技術(shù)與設(shè)備”的研發(fā)工作。廣東省科學(xué)技術(shù)情報研究所針對大功率LED散熱封裝專利技術(shù)進行了檢索分析。結(jié)果表明:截至2008年末，相關(guān)專利文獻共有1645件，其中，改良散熱鰭片結(jié)構(gòu)的有697件，改良基板和內(nèi)部熱沉結(jié)構(gòu)的有473件，改良固晶封裝方法的有285件，水冷或其他微循環(huán)系統(tǒng)有203件，熒光粉等材料的改良有189件，其他32件。有研究表明，當(dāng)溫度超過一定值后，LED芯片的失效率將呈指數(shù)規(guī)律攀升。目前市場上的LED燈散熱裝置主要是利用鋁合金做成較大規(guī)模的整體熱沉，采用較為單一的增大散熱面積的方法來散熱，也存在很小一部分采用組合熱管陣列加外翅片的散熱方法。以上兩種方法對于小功率密度的LED燈具能達到一定的效果，當(dāng)大功率密度LED裝置采用以上方法時，需要將散熱裝置做的相當(dāng)龐大，使整個設(shè)備的體積和材料使用量大大提高，制造和安裝成本將大大提高。當(dāng)前關(guān)于大功率LED散熱的眾多科研工作表明:對于LED散熱的設(shè)計，不同材料的選擇和組合對于提高LED的散熱能力只有少許的幫助，解決LED散熱問題的關(guān)鍵不在于尋找高熱導(dǎo)率的材料，還是在于增加散熱面積和改變散熱方式和結(jié)構(gòu)，如此才能大幅度地提高LED的散熱能力，達到更好的散熱效果。本實用新型著重于散熱結(jié)構(gòu)的簡化，采用蒸汽腔型熱管，結(jié)合一體化中空型翅片，可以有效地解決散熱問題，并且大幅降低器件所需的材料用量，從而大大節(jié)約成本。因此，本實用新型具有重要的社會效益。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種高效散熱的LED燈具，顯著解決LED燈的散熱問題，并且降低器件的成本。本實用新型的技術(shù)方案如圖1所示，包括電源整流系統(tǒng)6和LED芯片4，LED芯片4通過與電源整流系統(tǒng)6相連供電，還包括中空型翅片I和熱管蒸汽腔2，LED芯片4上設(shè)置熱管蒸汽腔2，中空型翅片為一端開口，其開口端與熱管蒸汽腔2連接且與熱管蒸汽腔2的腔體連通。所述中空型翅片I與熱管蒸汽腔2為一體成型，中空型翅片管和熱管蒸汽腔所使用的材料必須是一樣的，所用材料為鋁合金、銅合金或者碳鋼。所述中空型翅片I與熱管蒸汽腔2內(nèi)部有傳熱工質(zhì)，所選用的傳熱工質(zhì)根據(jù)器件所產(chǎn)生的熱量以及中空翅片和熱管蒸汽腔所選用的材料來進行具體選擇，所選用的工質(zhì)與中空型翅片I和熱管蒸汽腔2所用材料相容，蒸汽壓較低、蒸發(fā)潛熱高即可，例如丙酮、乙醚
坐寸ο所述熱管蒸汽腔2為圓餅型空腔結(jié)構(gòu)，熱管蒸汽腔2圓餅型的圓形一面垂直分布有一系列的中空型翅片1，圓形另一面安裝有LED芯片4。所述中空型翅片I與熱管的結(jié)構(gòu)相同，可以為平直翅片或螺旋形翅片，截面可以為各種有利于散熱的形狀，例如平行流管(口琴管)形、歐米茄形、梯形、倒梯形、三角形、矩形或圓形，如圖2和4所示。所述中空型翅片I可以根據(jù)服役場合環(huán)境的空氣流動，設(shè)計結(jié)構(gòu)匹配的二次外延翅片，即在原有翅片的外壁上再連通有翅片，如圖3所示。所述熱管蒸汽腔2安裝LED芯片4的位置內(nèi)部為向外凸的弧面，弧面最低處有平臺(利于工質(zhì)最快的回流在熱源上，從而最快將熱量導(dǎo)出)，平臺處的外表面安裝LED芯片4。所述熱管蒸汽腔2的內(nèi)部平臺處有熱管吸液芯5，熱管吸液芯5的結(jié)構(gòu)為多孔型或絲網(wǎng)型，這樣有利于工質(zhì)最大限度和最快的回流到熱源處，并強化熱管工質(zhì)的沸騰過程。所述熱管蒸汽腔2安裝的LED芯片4外部有燈罩。所述中空型翅片I和熱管蒸汽腔2的外表面鍍有鎳合金鍍層，以延長器件的使用壽命和拓寬器件的使用范圍。本實用新型能將LED芯片4的PN結(jié)結(jié)溫保持在安全高效工作的溫度范圍以內(nèi)，約為 80°C 95°C。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型有以下優(yōu)點或積極效果:(I)用本方法及設(shè)備散熱效果顯著，中空型翅片既是熱管的一部分，又充當(dāng)散熱片的效果，工質(zhì)相變傳熱和增大面積散熱聯(lián)合一體，大大提高散熱效率；(2)本方法及設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單緊湊，材料使用量低，大大降低了設(shè)備的重量及成本；(3)本方法及設(shè)備對LED芯片散熱穩(wěn)定，在靠近芯片的正背面采用熱管工質(zhì)進行對流沸騰換熱，具備了非常好的均溫性，完全避免了熱應(yīng)力的問題；(4)采用本方法及設(shè)備作為民用照明時，安裝維護簡單方便；( 5)本方法及設(shè)備中的中空型翅片和熱管蒸汽腔外表面具有一定的鎳合金鍍層，大大提高了設(shè)備的使用壽命和大大拓寬了設(shè)備的使用范圍；[0023](6)當(dāng)設(shè)備是大功率LED芯片或者超大功率LED芯片時，只需調(diào)整中空型翅片的數(shù)量和熱管蒸汽腔的形狀即可完全滿足設(shè)備的散熱需求；(7)本方法及設(shè)備還可以根據(jù)散熱裝置的具體操作要求和現(xiàn)場條件，靈活設(shè)計中空型翅片的外部形狀，可以最大限度的強化外部空氣的自然對流換熱。

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型扁管式的中空型翅片；圖3為本實用新型扁管式二次外延翅片的中空型翅片；圖4為本實用新型歐米伽管型的中空性翅片。圖中各標(biāo)號含義:1-中空型翅片，2-熱管蒸汽腔，3-燈罩，4-LED芯片，5_熱管吸液芯，6-電源整流系統(tǒng)。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的描述，但本實用新型不限于以下所述范圍。實施例1:如圖1所示，本實施例的LED燈散熱裝置具體為:包括電源整流系統(tǒng)6和LED芯片4，LED芯片4通過與電源整流系統(tǒng)6相連供電，還包括中空型翅片I和熱管蒸汽腔2，LED芯片4上設(shè)置熱管蒸汽腔2，中空型翅片為一端開口，其開口端與熱管蒸汽腔2連接且與熱管蒸汽腔2的腔體連通。中空型翅片I與熱管蒸汽腔2為一體成型，中空型翅片管和熱管蒸汽腔所使用的材料必須是一樣的，所用材料為鋁合金。中空型翅片I與熱管蒸汽腔2內(nèi)部有傳熱工質(zhì):丙酮。熱管蒸汽腔2為圓餅型空腔結(jié)構(gòu)，圓餅型的一面垂直分布有一系列的中空型翅片1，圓形另一面安裝有LED芯片4。中空型翅片I與熱管的結(jié)構(gòu)相同，可以為平直翅片，截面為平行流管(口琴管)形。中空型翅片I在原有翅片的外壁上再連通有翅片。熱管蒸汽腔2安裝LED芯片4的一面內(nèi)部為向外凸的弧面，弧面最低處有平臺(利于工質(zhì)最快的回流在熱源上，從而最快將熱量導(dǎo)出)，平臺處的外表面安裝LED芯片4。熱管蒸汽腔2的內(nèi)部平臺處有吸液芯，吸液芯的結(jié)構(gòu)為多孔型，這樣有利于工質(zhì)最大限度和最快的回流到熱源處，并強化熱管工質(zhì)的沸騰過程。熱管蒸汽腔2安裝的LED芯片4外部有燈罩。述中空型翅片I和熱管蒸汽腔2的外表面鍍有鎳合金鍍層，以延長器件的使用壽命和拓寬器件的使用范圍。由此形成的整體式熱管，可將尺寸為140_X168mm、輸入功率為36W的LED陣列電路板穩(wěn)定維持在85°C左右的工作溫度。實施例2:如圖1所示，本實施例的LED燈散熱裝置具體為:包括電源整流系統(tǒng)6和LED芯片4，LED芯片4通過與電源整流系統(tǒng)6相連供電，還包括中空型翅片I和熱管蒸汽腔2，LED芯片4上設(shè)置熱管蒸汽腔2，中空型翅片為一端開口，其開口端與熱管蒸汽腔2連接且與熱管蒸汽腔2的腔體連通。中空型翅片I與熱管蒸汽腔2為一體成型，中空型翅片管和熱管蒸汽腔所使用的材料必須是一樣的，所用材料為銅合金鋼。中空型翅片I與熱管蒸汽腔2內(nèi)部有傳熱工質(zhì):乙醚。熱管蒸汽腔2為圓餅型空腔結(jié)構(gòu)，圓餅型的一面垂直分布有一系列的中空型翅片I。中空型翅片I與熱管的結(jié)構(gòu)相同，可以為螺旋形翅片，截面為歐米茄形。熱管蒸汽腔2安裝LED芯片4的一面內(nèi)部為向外凸的弧面，弧面最低處有平臺(利于工質(zhì)最快的回流在熱源上，從而最快將熱量導(dǎo)出)，平臺處的外表面安裝LED芯片4。熱管蒸汽腔2的內(nèi)部平臺處有吸液芯，吸液芯的結(jié)構(gòu)為絲網(wǎng)型，這樣有利于工質(zhì)最大限度和最快的回流到熱源處，并強化熱管工質(zhì)的沸騰過程。熱管蒸汽腔2安裝的LED芯片4外部有燈罩。中空型翅片I和熱管蒸汽腔2的外表面鍍有鎳合金鍍層，以延長器件的使用壽命和拓寬器件的使用范圍。由此形成的整體式熱管，可將尺寸為140_X168mm、輸入功率為36W的LED陣列電路板穩(wěn)定維持在80°C左右的工作溫度。 實施例3:如圖1所示，本實施例的LED燈散熱裝置具體為:包括電源整流系統(tǒng)6和LED芯片4，LED芯片4通過與電源整流系統(tǒng)6相連供電，還包括中空型翅片I和熱管蒸汽腔2，LED芯片4上設(shè)置熱管蒸汽腔2，中空型翅片為一端開口，其開口端與熱管蒸汽腔2連接且與熱管蒸汽腔2的腔體連通。中空型翅片I與熱管蒸汽腔2為一體成型，中空型翅片管和熱管蒸汽腔所使用的材料必須是一樣的，所用材料為碳鋼。中空型翅片I與熱管蒸汽腔2內(nèi)部有傳熱工質(zhì):丙酮。熱管蒸汽腔2為圓餅型空腔結(jié)構(gòu)，圓餅型的一面垂直分布有一系列的中空型翅片I。中空型翅片I與熱管的結(jié)構(gòu)相同，可以為平直翅片，截面可以為各種有利于散熱的形狀:梯形。中空型翅片I在原有翅片的外壁上再連通有翅片。熱管蒸汽腔2安裝LED芯片4的一面內(nèi)部為向外凸的弧面，弧面最低處有平臺(利于工質(zhì)最快的回流在熱源上，從而最快將熱量導(dǎo)出)，平臺處的外表面安裝LED芯片4。熱管蒸汽腔2的內(nèi)部平臺處有吸液芯，吸液芯的結(jié)構(gòu)為絲網(wǎng)型，這樣有利于工質(zhì)最大限度和最快的回流到熱源處，并強化熱管工質(zhì)的沸騰過程。熱管蒸汽腔2安裝的LED芯片4外部有燈罩。中空型翅片I和熱管蒸汽腔2的外表面鍍有鎳合金鍍層，以延長器件的使用壽命和拓寬器件的使用范圍。由此形成的整體式熱管，可將尺寸為140_X 168mm、輸入功率為36W的LED陣列電路板穩(wěn)定維持在9(T95°C左右的工作溫度。
權(quán)利要求1.一種高效散熱的LED燈具，包括電源整流系統(tǒng)(6)和LED芯片(4)，LED芯片(4)通過與電源整流系統(tǒng)(6)相連供電，其特征在于:還包括中空型翅片(I)和熱管蒸汽腔(2)，LED芯片(4)上設(shè)置熱管蒸汽腔(2)，中空型翅片為一端開口，其開口端與熱管蒸汽腔(2)連接且與熱管蒸汽腔(2)的腔體連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效散熱的LED燈具，其特征在于:所述中空型翅片(I)與熱管蒸汽腔(2)內(nèi)部有傳熱工質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高效散熱的LED燈具，其特征在于:所述中空型翅片(I)與熱管蒸汽腔(2)為一體成型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效散熱的LED燈具，其特征在于:所述熱管蒸汽腔(2)為圓餅型空腔結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高效散熱的LED燈具，其特征在于:所述熱管蒸汽腔(2)圓餅型的圓形一面垂直分布有一系列的中空型翅片(1)，圓形另一面安裝有LED芯片(4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效散熱的LED燈具，其特征在于:所述中空型翅片(I)與熱管的結(jié)構(gòu)相同，可以為平直翅片或螺旋形翅片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的高效散熱的LED燈具，其特征在于:所述熱管蒸汽腔(2)安裝LED芯片(4)的位置內(nèi)部為向外凸的弧面，弧面最低處有平臺，平臺處的外表面安裝LED 芯片(4)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高效散熱的LED燈具，其特征在于:所述熱管蒸汽腔(2)的內(nèi)部平臺處有熱管吸液芯(5)，熱管吸液芯(5)的結(jié)構(gòu)為多孔型或絲網(wǎng)型。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效散熱的LED燈具，其特征在于:所述熱管蒸汽腔(2)安裝的LED芯片(4)外部有燈罩。
專利摘要本實用新型涉及一種高效散熱的LED燈具，可以使大功率LED燈的散熱問題得到明顯解決，屬于LED散熱技術(shù)領(lǐng)域。包括電源整流系統(tǒng)和LED芯片，LED芯片通過與電源整流系統(tǒng)相連供電，還包括中空型翅片和熱管蒸汽腔，LED芯片上設(shè)置熱管蒸汽腔，中空型翅片為一端開口，其開口端與熱管蒸汽腔連接且與熱管蒸汽腔的腔體連通。中空型翅片與熱管蒸汽腔內(nèi)部有傳熱工質(zhì)。中空型翅片與熱管蒸汽腔為一體成型。本裝置散熱效果顯著，中空型翅片既是熱管的一部分，又充當(dāng)散熱片的效果，工質(zhì)相變傳熱和增大面積散熱聯(lián)合一體，大大提高散熱效率。
文檔編號F21Y101/02GK203162619SQ201320036409
公開日2013年8月28日 申請日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者鐘毅, 曹震波, 段海龍 申請人:昆明理工大學(xué)