CN201829499U - 一种热管型大功率led模块 - Google Patents
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Abstract
一种热管型大功率LED模块，采取由金属基PCB电路板和腔壁组成密闭空腔；金属基PCB电路板的表面焊有多个LED发光芯片，内壁设有网格状筋条；腔壁为若干个有中空腔体的散热柱体，散热柱体的外壁设有大量散热肋片。在另一实施方式中散热柱体、和/或金属基PCB电路板的内壁以及支撑立柱柱面设有毛细结构；金属基PCB电路板的内壁连接若干个毛细管柱，毛细管柱伸至散热柱体的中空腔体内。本实用新型用热管同时实现发热（发光）、传热、散热功能，克服了现有大功率LED发光芯片散热难，在高温环境下工作时，使用寿命和可靠性大幅降低的缺陷。适用于大功率LED模块制造的路灯、隧道灯、投光灯、舞台灯等灯具及其它电子器件。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种LED散热装置，特别涉及一种热管型大功率LED模块。
背景技术
现在，大功率电子元器件的应用越来越广泛，因而解决其散热问题越来越重要。大功率LED发光芯片的致命缺点就是在高温环境下工作，使用寿命和可靠性大幅降低，光衰大幅增加。对于白光发光而言，LED芯片结温每升高 8-10℃，器件工作寿命将按指数规律下降约一倍。当LED结温超过100℃，器件的失效率将呈指数规律攀升，元件温度每上升2℃，可靠性下降10%。因此，LED照明为了保证器件的寿命,一般要求结温在100℃以下。因此解决好散热问题已成为LED照明应用的先决条件，良好散热对LED照明意义重大。
为了有效降低半导体LED芯片的温度，授权公告号CN201225593Y，名称为《热管散热LED模组》的实用新型专利公开了一种热管散热LED模组，它是将C型热管、多层片状金属片、焊接有LED半导体器件的基板整合在一起，使之构成一个热管散热LED模组。该模组中的热管主要起传递热量的作用。由于热管与基板，热管与片状金属散热片之间的接触面积很难做得很大，很难紧密接触，导致这种热管散热LED模组的散热能力受到很大限制。
发明内容
为了解决现有大功率LED芯片使用时散热存在的上述技术问题，本实用新型是提供一种散热效果好的热管型大功率LED模块。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：由金属基PCB电路板和腔壁组成密闭热管空腔；金属基PCB电路板的表面焊有多个LED发光芯片。
为了实现产品优化，改善、提高本实用新型的综合性能，进一步的措施是：
所述腔壁设有若干个有中空腔体的散热柱体。
所述散热柱体的外壁设有若干个散热肋片。
所述散热柱体和/或金属基PCB电路板的内壁设有毛细结构；金属基PCB电路板与腔壁之间的支撑立柱表面设有毛细结构；金属基PCB电路板的内壁连接若干个毛细管柱，毛细管柱伸至散热柱体的中空腔体内。
所述金属基PCB电路板的内壁设有网格状筋条。
所述若干个散热柱体的中空腔体为密闭空腔的一部分，密闭空腔内灌注工质。
本实用新型采取由金属基PCB电路板和腔壁组成密闭空腔；金属基PCB电路板的表面焊有多个LED发光芯片，内壁设有网格状筋条；腔壁设有若干个有中空腔体的散热柱体，散热柱体的外壁设有若干个散热肋片。在另一实施方式中散热柱体、和/或金属基PCB电路板的内壁以及金属基PCB电路板与腔壁之间的支撑立柱柱面设有毛细结构；金属基PCB电路板的内壁连接若干个毛细管柱，毛细管柱伸至散热柱体的中空腔体内。若干个中空腔体为密闭空腔的一部分，密闭空腔内灌注适量工质的方案，克服了现有大功率LED发光芯片散热困难，在高温环境下工作时，使用寿命和可靠性大幅降低的缺陷。
本实用新型用热管同时实现发热（发光）、传热、散热功能，相比现有技术所产生的有益效果：
1、直接将金属基PCB电路板做成热管腔体体壁的一部分，使LED功率芯片发出的热量通过金属基PCB电路板直接传递给工质，最大程度地降低了大功率LED发光芯片与液态工质之间的热阻。
2、由于工质相变导热性极佳，本实用新型的热管型大功率LED模块几乎是一个等温体，所以金属基PCB电路板上不会出现过热点，大功率LED发光芯片不会由于过热点的存在导致损坏或性能下降。
3、本实用新型所述热管型大功率LED模块采用工质相变传热，对热管腔体的厚度没有特殊要求，所以热管腔壁可以采用较轻薄的材料制作,金属基PCB电路板也很轻薄；由于采用工质传热，散热肋片就可以做得短小，即使采用很薄的金属片做散热肋片也几乎不会导致肋片散热效率降低；由于散热效果出色，金属基PCB电路板面积也可以大大减少。经初步计算，在同等散热功率、同样材质条件下，本热管型大功率LED模块设计重量只有传统大功率LED散热器重量的1/4左右。
4、相变传热是效率最高的传热方式之一，以水作为传热工质为例，水的相变对流换热系数高达10000(W/m2℃)左右，传热速度快，所以本实用新型所述热管型大功率LED模块的中空散热柱体高度几乎不受限制。本实用新型通过增加中空散热柱体的高度及其在散热柱体外表面的大量散热肋片，使热管腔壁外表面散热面积极大地增加,大大降低模块与空气之间的热阻。
5、对于功率密度很大的元器件散热，由于金属有限的热导率，会导致所谓 “扩散热阻”,扩散热阻可以占到传统散热器总热阻的5%到30%，降低整个散热器的散热效果；本实用新型所述一种热管型大功率LED模块, 直接采用金属基PCB电路板作为热管体壁的一部分，同时采用工质相变吸热(以水为例，水沸腾时的对流换热系数高达10000(W/m2℃)左右)，大功率LED发光芯片发出的热量，绝大部分通过金属基PCB电路板被工质相变吸收，几乎消除了“扩散热阻”的影响。
6、由于本实用新型所述热管型大功率LED模块的中空散热柱体较高，散热柱体及其肋条之间形成所谓“烟囱效应”，强化空气对流，可以提高空气对流散热效率。
本实用新型适用于大功率LED模块制造的路灯、隧道灯、投光灯、洗墙灯、舞台灯、景观灯, 及其它大功率电子器件。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型实施例1的剖视图。
图3为本实用新型实施例2的剖视图。
图中：1、金属基PCB电路板，11、毛细管柱，12、网格状筋条，2、腔壁，21、散热柱体，22、中空腔体，23、散热肋片， 25、毛细结构，26、支撑立柱，3、密闭热管空腔，4、LED发光芯片，5、工质。
具体实施方式
如图2、图3所示，一种热管型大功率LED模块，它由金属基PCB电路板1和腔壁2组成密闭热管空腔3；金属基PCB电路板1的表面设有多个LED发光芯片4，金属基PCB电路板1的内壁设有网格状筋条12；腔壁2的上部为若干个有中空腔体22的散热柱体21，散热柱体21的外壁设有若干个散热肋片23。在散热柱体21内壁和/或金属基PCB电路板1的内壁以及支撑立柱26柱面设有毛细结构25；金属基PCB电路板1的内壁连接若干个毛细管柱11，毛细管柱11伸至散热柱体21的中空腔体22内。毛细结构25表现为燕尾槽或铜网结构；毛细管柱11为多芯毛细管, 毛细管柱11的柱面和支撑立柱的柱面可以设有燕尾槽和/或包裹铜网的毛细结构25。
在两个实施例中，若干个散热柱体21的中空腔体22为密闭空腔的一部分，密闭热管空腔3内灌注工质5，工质5为水、乙醚、R123制冷剂及其它低沸点液态物质。
图2所示的实施例1的工作过程是：大功率LED发光芯片4发出的绝大部分热量经金属基PCB电路板直接被液态工质5相变吸收，部分工质5沸腾成为气态，气态工质5迅速到达腔壁2的内壁和散热柱体21的内壁，气态工质5冷凝变成液态，放出大量热量，这些热量由腔壁2的下部外表面、散热柱体21的外表面、散热肋片23散发到空气中。同时冷凝后的液态工质5在重力作用下，流回到密闭热管空腔3的金属基PCB电路板1的内壁，完成一次换热循环。金属基PCB电路板1的内壁上设有网格状筋条12，既可以提高热管的强度，同时增大了金属基PCB电路板1的内壁与液态工质5的接触面积，降低了热阻。这些网格状筋条12还有拦坝的作用，当LED模块在一定倾斜角度工作时，这些网格状筋条12能截留部分液态工质5，使部分液态工质5不会流到密闭热管空腔3的最低部位，影响LED发光芯片4与工质5的热交换。
图3所示的实施例2的工作过程是：散热柱体21内壁和/或金属基PCB电路板1的内壁以及支撑立柱26柱面设有毛细结构25；金属基PCB电路板1的内壁连接若干个毛细管柱11，在毛细结构25和毛细管柱11的作用下，金属基PCB电路板1的内壁吸附大量液态工质5，LED模块工作时， LED发光芯片4发出的绝大部分热量直接被吸附在金属基PCB电路板1内壁的液态工质5相变吸收，部分工质5沸腾成为气态，气态工质5迅速膨胀扩散到腔壁2的内壁和散热柱体21的内壁并发生冷凝，放出大量热量，这些热量由腔壁2的外表面、散热柱体21外表面、散热肋片23散发到空气中去。同时冷凝后的液态工质5在重力作用下流回散热柱体21的中空腔体22内；与此同时，散热柱体21内储存的部分液态工质5，在散热柱体21的内壁、金属基PCB电路板1内壁以及支撑立柱26柱面的毛细结构25和毛细管柱11的毛细作用下，到达金属基PCB电路板1的内壁，完成一次换热循环。
本实用新型的两实施例在工作中，直接将金属基PCB电路板1做成热管腔体的一部分，使LED发光芯片4发出的热量通过金属基PCB电路板1直接传递给工质5，大幅降低了大功率LED发光芯片4到液态工质5之间的热阻。由于工质5相变导热性极佳，本实用新型所述的热管型大功率LED模块几乎是一个等温体，所以金属基PCB电路板1上不会出现过热点，大功率LED发光芯片4不会由于过热点的存在导致损坏或性能下降。由于金属材料导热有限，为了保证适当的肋片散热效率，传统大功率铝材散热器对肋片厚度和高度有一定的要求，所以要求散热器的基板面积很大；导致传统大功率LED路灯散热器的用料很多，重量增加，成本亦增加；同时过大的重量对照明灯具的安全性也是极其不利的。本实用新型所述一种热管型大功率LED模块采用工质5的相变传热，对热管腔壁2的厚度没有特殊要求，所以热管腔壁2可以采用较轻薄的材料制作，且直接采用轻薄的金属基PCB电路板1。由于采用工质5传热，散热肋片23就可以做得短小，即使采用很薄的铝片，散热效果也很出色，金属基PCB电路板1的面积也可以大幅减少。
综合上述措施，经初步计算，在同等散热功率、同样材质条件下，本实用新型的设计重量只有传统大功率LED散热器重量的1/4左右，同时灯体面积大幅缩小;这样在保证散热效果良好的条件下，大幅降低了LED模块灯具产品的重量和产品成本，增加LED芯片的可靠性和寿命，创造良好的经济效益。
Claims (8)
1.一种热管型大功率LED模块，其特征在于：由金属基PCB电路板（1）和腔壁（2）组成密闭热管空腔（3）；所述金属基PCB电路板（1）的表面焊有多个LED发光芯片（4）。
2.根据权利要求1所述的一种热管型大功率LED模块，其特征在于：所述腔壁（2）设有若干个有中空腔体（22）的散热柱体（21）；这些散热柱体（21）的外壁设有大量散热肋片（23）。
3.根据权利要求1所述的一种热管型大功率LED模块，其特征在于：金属基PCB电路板（1）的内壁设有网格状筋条（12）。
4.根据权利要求2所述的一种热管型大功率LED模块，其特征在于所述散热柱体（21）内壁和/或金属基PCB电路板（1）的内壁设有毛细结构（25）。
5.根据权利要求1所述的一种热管型大功率LED模块，其特征在于所述金属基PCB电路板（1）的内壁连接若干个毛细管柱（11），毛细管柱（11）伸至散热柱体（21）的中空腔体（22）内，金属基PCB电路板（1）到散热柱体（21）之间的腔壁（2）有支撑立柱（26），支撑立柱（26）柱面设有毛细结构（25）。
6.根据权利要求4或5所述的一种热管型大功率LED模块，其特征在于所述毛细结构为多芯毛细管、燕尾槽、铜网结构。
7.根据权利要求1所述的一种热管型大功率LED模块，其特征在于：所述散热柱体（21）的中空腔体（22）为密闭热管空腔（3）的一部分，密闭热管空腔（3）内灌注工质（5）。
8.根据权利要求1所述的一种热管型大功率LED模块，其特征在于：所述散热柱体（21）的中空腔体（22）为密闭热管空腔（3）的一部分，将热管空腔（3）分隔成若干个彼此独立的小腔体，每个小腔体内灌注工质，独立工作。
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