一種適用於大功率LED器件的LED散熱器的製作方法

2023-06-12 05:07:43

本實用新型屬於LED散熱技術領域，具體涉及一種適用於大功率LED器件的LED散熱器。

背景技術：

LED(Light Emitting Diode，發光二極體)，是把電能轉換成光能的半導體光電器件，屬光電半導體的一種。發光二極體的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為P-N結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子複合時會把多餘的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發光。這種利用注入式電致發光原理製作的二極體叫發光二極體，通稱LED。

眾所周知，大功率LED器件在工作過程中將產生大量的熱量，而且熱流密度非常高，如果這些熱量不能及時傳遞和散發掉，將會使晶片的溫度迅速上升，引起熱應力的分布不均勻、晶片發光效率和螢光粉發射效率降低，特別是多個LED密集排列組成白光照明系統時，散熱問題更為嚴重。

LED散熱技術是一個多級熱管理技術，其中包括LED晶片外延、封裝、界面熱阻以及外接熱沉散熱等技術。外接熱沉散熱技術是LED散熱過程中很重要的一環，較低的基板擴散熱阻和較高的翅片散熱效率能夠很好地降低LED晶片的結溫。然而，在傳統的LED散熱器中，基板的材質一般是鋁或者銅，基板將熱源擴散到翅片上往往是通過金屬導熱方式，但是基板厚度一般較薄，擴散熱阻較大，很難滿足散熱要求，傳統的散熱器的翅片散熱效率也不是很高。換言之，傳統的LED散熱器極易導致晶片結溫過高，晶片發光效率和和螢光粉發射效率均嚴重下降。

綜上所述，亟需尋求一種新的LED散熱技術，以解決當下嚴重的大功率LED器件的散熱問題。

技術實現要素：

為了克服上述技術缺陷，本實用新型提供了一種適用於大功率LED器件的LED散熱器，改善了傳統的基板擴散熱阻較大的問題，且翅片的散熱效率也得以顯著提高，從而極大提高了LED散熱器的散熱能力，而且產品結構簡單，有利於降低製造成本。

為了解決上述問題，本實用新型按以下技術方案予以實現的：

一種適用於大功率LED器件的LED散熱器，其特徵在於：

包括多塊依次層疊的散熱翅片、振蕩流熱管、固定於所述散熱翅片下方的壓板、固定於所述壓板下方的平板蒸發器；

每一所述散熱翅片上均設有多個第一通孔；所述振蕩流熱管依次貫穿各所述第一通孔以使所述振蕩流熱管具有多個彎頭，且所述振蕩流熱管整體被折成L型結構；

所述平板蒸發器包括有相互扣合的上蓋板和下蓋板；所述壓板的下表面設有多個第一U型槽，所述上蓋板的上表面設有多個第二U型槽，所述壓板和所述上蓋板相互扣合以使所述第一U型槽和所述第二U型槽組成投影截面呈圓形的U型通道；所述振蕩流熱管的下端匹配地嵌在所述U型通道內；

所述下蓋板的上表面設有陣列矩形槽道，所述陣列矩形槽道的兩端分別設有第一月形凹槽、第二月形凹槽；所述第一月形凹槽的側面設有與所述振蕩流熱管一端耦合連接的第一接口，所述第二月形凹槽的側面設有與所述振蕩流熱管另一端耦合連接的第二接口。

進一步的，還包括支柱；每一所述散熱翅片上還設有供所述支柱貫穿的第二通孔，所述壓板上設有供所述支柱貫穿的第三通孔，所述上蓋板、所述下蓋板分別設有供所述支柱貫穿的第四通孔、第五通孔；所述第二通孔、所述第三通孔、所述第四通孔、所述第五通孔與所述支柱均為過盈配合。

進一步的，所述支柱為鋁支柱，數量為兩根；每一所述散熱翅片上的所述第二通孔、所述壓板的第三通孔、所述上蓋板的第四通孔、所述下蓋板的第五通孔均為兩個。

進一步的，所述振蕩流熱管、所述平板蒸發器均由銅材質製成。

進一步的，所述振蕩流熱管為兩根，二者相對設置；所述第一接口和所述第二接口均為兩個。

進一步的，所述壓板的上表面和與其最接近的所述散熱翅片之間的距離為5～7mm。

進一步的，所述振蕩流熱管的外徑為φ2.9～φ3.1mm，所述振蕩流熱管的內徑為φ1.7～φ1.9mm。

進一步的，所述平板蒸發器為圓形平板結構，其直徑為φ145～φ155mm。

進一步的，所述散熱翅片為圓環狀散熱翅片，多塊所述散熱翅片等距層疊成一體。

進一步的，所述第一通孔的孔徑與所述振蕩流熱管的外徑相等。

與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：

(1)本實用新型提供的一種適用於大功率LED器件的LED散熱器，採用平板蒸發器替代傳統的散熱基板，並引入振蕩流熱管且將其貫穿整個散熱翅片，平板蒸發器和振蕩流熱管耦合連接在一起，從而極大地提高了LED散熱器的散熱能力，具體如下：

①由于振蕩流熱管貫穿整個散熱翅片，而振蕩流熱管具有高導熱性能，因此可以很好地解決了翅基溫度偏低的狀況，從而使得散熱翅片的散熱效率得以極大改善，進而使得本實用新型所述的LED散熱器的散熱能力得以顯著提升；

②平板蒸發器設有陣列矩形槽道結構，不僅改善了蒸發器內部的工質沸騰蒸發狀況，而且改善了傳統的散熱器基本的擴散熱阻較大的缺陷，而平板蒸發器與振蕩流熱管進行耦合連接，形成了閉合的流體振蕩-循環通路，從而極大提高了本實用新型所述的LED散熱器的散熱能力。

(2)本實用新型提供的一種適用於大功率LED器件的LED散熱器，結構新穎、合理且簡單，易於加工，有利於降低製造成本。

綜上所述，本實用新型提供的一種LED散熱器，散熱能力極強，非常適用於大功率LED器件，在LED器件的散熱技術領域中具有很高的市場價值。

附圖說明

下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細的說明，其中：

圖1是本實用新型所述的單塊散熱翅片的結構示意圖；

圖2是本實用新型所述的振蕩流熱管的結構示意圖；

圖3是本實用新型所述的壓板的仰視圖；

圖4是本實用新型所述的平板蒸發器的上蓋板的俯視圖；

圖5是本實用新型所述的平板蒸發器的下蓋板的俯視圖；

圖6是本實用新型所述的支柱的結構示意圖；

圖7是本實用新型所述的LED散熱器的底部結構的一種爆炸圖(從側下方看，用於體現散熱翅片、壓板、震蕩流熱管和平板蒸發器之間的位置關係)；

圖8是本實用新型所述的LED散熱器的底部結構的另一種爆炸圖(從正面看，用於體現散熱翅片、壓板、震蕩流熱管和平板蒸發器之間的位置關係)；

圖9是本實用新型所述的LED散熱器的主視圖；

圖10是本實用新型所述的LED散熱器的整體結構示意圖。

附圖標記：

1、散熱翅片；11、第一通孔；12、第二通孔；2、振蕩流熱管；3、壓板；31、第一U型槽；32、第三通孔；4、平板蒸發器；41、上蓋板；411、第二U型槽；412、第四通孔；42、下蓋板；421、陣列矩形槽道；422、第一月形凹槽；423、第二月形凹槽；424、第一接口；425、第二接口；426、第五通孔；5、支柱。

具體實施方式

在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本實用新型。但是本實用新型能夠以很多不同於此描述的其他方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。

本實用新型公開了一種LED散熱器，如圖1～10所示，包括多塊依次層疊的散熱翅片1、振蕩流熱管2、固定於散熱翅片1下方的壓板3、固定於壓板3下方的平板蒸發器4。其中，多塊散熱翅片1層疊，形成豎直陣列的散熱翅片骨架，使得產品整體的結構更為緊湊。

其中，每一散熱翅片1上均設有多個第一通孔11；振蕩流熱管2依次貫穿各第一通孔11以使振蕩流熱管2具有多個彎頭，且振蕩流熱管2整體被折成L型結構，即振蕩流熱管2可以耦合鑲嵌於散熱翅片骨架內，從而形成LED散熱器的整體框架。振蕩流熱管2設成前述的多重彎曲狀結構，可以使得振蕩流熱管2內部的汽體更快地冷凝變成液體以不斷累積形成液塞，從而有利於加快振蕩流熱管2內部發生的不穩定振蕩的速率，更有助於散熱。

其中，平板蒸發器4包括有相互扣合的上蓋板41和下蓋板42；壓板3的下表面設有多個第一U型槽31(可通過等離子刻蝕、化學刻蝕等刻蝕方法得到)，上蓋板41的上表面設有多個第二U型槽411(可通過等離子刻蝕、化學刻蝕等刻蝕方法得到)，壓板3和上蓋板41相互扣合以使第一U型槽31和第二U型槽411組成投影截面呈圓形的U型通道；振蕩流熱管2的下端匹配地嵌在U型通道內，不僅利於導熱，有助於提高產品的散熱能力，而且使得振蕩流熱管2的下端穩定且牢靠，有助於提高LED散熱器的可靠性。

其中，下蓋板42的上表面設有利於平板蒸發器4內的工質(一般為去離子水)沸騰蒸發的陣列矩形槽道421；陣列矩形槽道421的兩端分別設有第一月形凹槽422、第二月形凹槽423，以用於匯集和分配平板蒸發器4內部的汽液混合流體；第一月形凹槽422的側面設有與振蕩流熱管2一端耦合連接的第一接口424，以用於汽液混合流體的流入/流出平板蒸發器4，第二月形凹槽423的側面設有與振蕩流熱管2另一端耦合連接的第二接口425，以用於汽液混合流體的流入/流出平板蒸發器4，從而形成流體振蕩-循環迴路。在本實用新型中，該流體振蕩-循環迴路的充液率約為50％，以保證振蕩流熱管2發生的不穩定振蕩的頻率最為適宜。

換言之，本實用新型所述的LED散熱器採用平板蒸發器4替代了傳統的散熱基板，並引入了振蕩流熱管2且將其貫穿整個散熱翅片1，平板蒸發器4和振蕩流熱管2耦合連接在一起，從而可以顯著地提高LED散熱器的散熱能力。

作為一種實施例，該LED散熱器還包括支柱5；每一散熱翅片1上還設有供支柱5貫穿的第二通孔12，壓板3上設有供支柱5貫穿的第三通孔32，上蓋板41、下蓋板42分別設有供支柱5貫穿的第四通孔412、第五通孔426，即支柱5從上往下依次豎直貫穿多塊散熱翅片1、壓板3和平板蒸發器4；第二通孔12、第三通孔32、第四通孔412、第五通孔426與支柱5均為過盈配合，使得支柱5可以起到串聯和固定散熱翅片1、壓板3和平板蒸發器4的作用，從而構成一個緊湊、穩定、牢靠的LED散熱器本體。

更具體的，支柱5為鋁支柱(在本實施例中，其為圓柱形結構，但本實用新型不限於此)，數量為兩根；相應的，每一散熱翅片1上的第二通孔12、壓板3的第三通孔32、上蓋板41的第四通孔412、下蓋板42的第五通孔426均為兩個。但是，需要說明的是，在本實用新型中，支柱5(對應的第二通孔12、第三通孔32、第四通孔412、第五通孔426)的數量並不限於此。

在上述實施例中，振蕩流熱管2、平板蒸發器4均由銅材質製成，更有利於防蝕，從而可以提高LED散熱器的質量。

在上述實施例中，振蕩流熱管2為兩根，二者相對設置，第一接口424和第二接口425均為兩個，在保證產品牢靠性的基礎上使得散熱翅片1的散熱效率更高。

在上述實施例中，壓板3的上表面和與其最接近的散熱翅片1之間的距離為5～7mm，優選為6mm；振蕩流熱管2的外徑為φ2.9～φ3.1mm，優選為φ3mm，振蕩流熱管2的內徑為φ1.7～φ1.9mm，優選為φ1.8mm；平板蒸發器4為圓形平板結構，其直徑為φ145～φ155mm，優選為φ150mm。此外，如圖7或8所示，壓板3為一方形平板，由鋁材質製成，以使得其可以匹配地置于振蕩流熱管2的下端構成的空間內，從而使得LED散熱器的整體結構更為緊湊。

在上述實施例中，散熱翅片1為圓環狀散熱翅片，多塊散熱翅片1等距層疊成一體，優選的，相鄰的兩塊散熱翅片1之間的距離為4mm，散熱效率最佳。

在上述實施例中，第一通孔11的孔徑與振蕩流熱管2的外徑相等，以保證在振蕩流熱管2的內部發生不穩定振蕩時不晃動，有利於提高LED散熱器整體的牢靠性。

為便於更好地理解本實用新型，接下來將對上述實施例所述的LED散熱器的散熱原理進行相應闡述：

當將本實施例所述的LED散熱器用於大功率LED器件時，LED晶片與平板蒸發器4的吸熱面(具體為下蓋板42的下表面)通過導熱矽脂塗覆緊密結合，當熱量由LED晶片傳導給平板蒸發器4時，一部分熱量傳導至平板蒸發器4內的工質(一般為去離子水)，使其受熱發生相變變為蒸汽，汽體經由平板蒸發器4的第一接口424、第二接口425上升進入振蕩流熱管2，同時另一部分熱量經由平板蒸發器4傳導給嵌在壓板3和平板蒸發器4之間的振蕩流熱管2的下端，使得振蕩流熱管2內部的工質受熱發生相變變成汽體，汽體上升進入貫穿整個散熱翅片1的振蕩流熱管2的上端；經散熱翅片1散熱，振蕩流熱管2內部的汽體冷凝變成液體，冷凝液體不斷累積形成液塞，並依託重力回流，而上升蒸汽不斷累積形成汽塞，從而在整個振蕩流熱管2的內部形成一系列斷斷續續的汽塞和液塞，使振蕩流熱管2發生不穩定振蕩，進而極大地強化了熱量往外擴散。

本實用新型所述的LED散熱器的其它內容參見現有技術，在此不再贅述。

以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型作任何形式上的限制，故凡是未脫離本實用新型技術方案內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何修改、等同變化與修飾,均仍屬於本實用新型技術方案的範圍內。