[發明專利]一種大功率LED多孔相變熱沉結構

在審

• 申請號: 201410468304.0
• 申請日: 2014-09-15
• 公開（公告）號: CN104241513A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 屈治國;李昂;汪天送
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L33/64
• 分類號: H01L33/64;H01L23/367;H01L23/427
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及照明領域，特別涉及一種大功率LED多孔相變熱沉結構。

技術背景

近年來，隨著能源供應的緊張，半導體發光二極管LED(Light?Emitting?Diode)照明受到了世界各國的廣泛重視，由于其具有發光效率高、壽命長和安全環保等優點，而被稱為第四代照明光源或者綠色光源，LED照明已經廣泛地應用于手機閃光燈、顯示器背光、標志牌和信號燈以及礦燈等特殊用途照明系統，鑒于LED的優點，其將在家用照明、汽車前照燈、舞臺照明和建筑工地照明等大功率照明領域表現出巨大的潛力和前景。然而，雖然大功率LED燈亮度更高，但是其內部產生的熱量也會大幅度增加，使半導體PN結的溫度增加，降低了發光效率，改變了LED的峰值波長，從而引起光衰現象，同時嚴重降低LED的使用壽命。因此，LED的PN節的溫度需要控制在給定的安全溫度(如125℃)以下。傳統的白熾光是以紅外輻射的方式對外散熱，而LED是通過激發電子，使電子發生能量級的跳躍而實現發光，光譜中不含紅外部分，產生的熱量不能通過輻射散出，且LED燈有80％的電能轉換為熱能散失到外界環境中。因此，大功率LED照明的散熱和有效溫控成為大功率LED應用的瓶頸問題之一。

大功率LED照明的現有的冷卻技術是主要是采用熱沉封裝結構，通過導熱將LED芯片產生的熱量傳遞至燈殼再由自然對流帶走進行冷卻。專利CN2735548公開了一種封裝有矽油的散熱箱并在箱內設計一套擾動系統來降低LED芯片的溫度，不足之處是擾動系統需要額外的能耗及可靠性差。專利CN1828956A公開了一種大功率的LED散熱封裝，其原理是采用相變沸騰傳熱方式的熱管將熱量散到環境中，不足之處是其LED和熱管一體化封裝的結構換熱效率受熱管終端環境溫度的影響大且不適合燈陣結構的LED裝置。專利CN101315927A公開了一種大功率LED相變熱沉結構，其原理是利用工質液氣相變來實現熱沉本體的熱等溫效應以降低LED芯片的溫度，不足之處是換熱能力依賴于相變材料的封裝量。專利WO2009110987A1公開了一種用于LED燈的采用相變材料的熱存儲系統，其結構是將傳統的金屬散熱器換成加工有容腔的熱沉，在空腔內裝有相變材料，利用相變材料融化時吸熱進行儲能來降低LED芯片的溫度，不足之處是相變材料的導熱系數低，換熱能力有限。專利US20090322229A1公開了一種新型的LED照明裝置，其原理是通過熱管將LED芯片的熱量傳遞到埋在地里的相變材料來降低LED芯片的溫度，不足之處是這種結構成本高，使用場合有限，不利于推廣。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種大功率LED多孔相變熱沉結構，該結構散熱效果好，且減少了LED封裝溫度對散熱方式的依賴，延長了散熱時間。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：包括頂面設有若干個散熱器翅片的散熱器內腔，散熱器內腔內燒結有金屬多孔結構，金屬多孔結構的孔隙中填充有相變材料；散熱器內腔的底面設有LED電子芯片，且相變材料的熔點低于LED電子芯片的正常工作溫度。

每個散熱器翅片上加工有若干擾流槽，且每個散熱器翅片上的若干擾溜槽的總寬度小于等于每個散熱器翅片的總寬度的20～30％。

沿散熱器翅片的高度方向，每個散熱器翅片的厚度逐漸增大，且散熱器翅片與散熱器內腔頂面接觸的部分最厚。

所述的金屬多孔結構為金屬泡沫多孔結構或金屬纖維氈多孔結構。

所述的金屬多孔結構的孔隙率范圍為30％～99％。

所述的相變材料在金屬多孔結構中的體積填充率小于95％。

所述的相變材料為檸檬酸鈉、磷酸鈉、硝酸鹽或石蠟。

所述的散熱器內腔的底面與LED電子芯片之間設有擴展板，散熱器內腔側面上設有用于密閉散熱器內腔的密封端蓋。

所述的若干個散熱器翅片與散熱器內腔的頂面之間以焊接或機加工的方式連接，擴展板與LED電子芯片之間、散熱器內腔的底面與擴展板之間均以焊接或導熱硅脂粘結的方式連接。

所述的LED電子芯片停止工作時，相變材料放熱凝固；LED正常工作時，相變材料吸熱熔化。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：