一種非介質嵌合導熱方法及其應用的製作方法

2023-05-24 03:52:46 1

專利名稱：一種非介質嵌合導熱方法及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種非介質嵌合導熱方法及其應用，屬於熱傳導方法領域。
背景技術：
熱傳遞分熱輻射、對流、熱傳導三種基本方式。熱輻射，是由高溫物體直接向外發射熱的現象，高溫物體以電磁輻射的形式發出能量，溫度越高，輻射越強；對流，靠氣體或液體的流動來傳熱的方式，液體或氣體中較熱部分和較冷部分之間通過循環流動使溫度趨於均勻的過程；熱傳導，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。熱傳導是固體中熱傳遞的主要方式。
目前在傳導物理的應用方面，絕大多數採用具有一定傳導性能的介質，將介質作用於發熱體與散熱體之間，作為發熱體與散熱體的熱傳導的銜接，把發熱體的熱量通過介質導到散熱體上，目的使發熱體維持在正常的溫度條件下。
但是凡使用介質傳導往往會因為介質的物理性和應用環境變化而使傳導性能下降甚至失效，尤其在熱傳導應用方面，因介質經一定時間不斷的熱脹冷縮循環後，使其與發熱體和散熱體貼合有一定間隙，導致其在發熱體與散熱體之間傳導性能下降甚至失效的現象最為突出。造成設備或裝置的早期失效，造成巨大的財產損失和低劣的社會形象，並存在有諸多的安全隱患，阻礙了許多先進技術的推廣、應用，造成了巨大的浪費。
目前現有技術中熱導介質中，熱導效果最好的為稀貴金屬，每年僅用稀貴金屬進行傳導的費用高達數百億美元之多。
據不完全統計，每年全球因熱傳導失敗造成的經濟損失高達數千億美元，造成的安全事故損失也非常巨大。徹底扭轉在許多應用領域介質傳導的不良現象，克服許多新技術、新材料的應用障礙，大大延長相關設備的使用時間，挽回由於傳導失效造成的巨大財產損失，對於稀貴金屬原本就非常有限的地球，節約稀貴金屬，降低相關行業和產業的成本是我們亟待解決的問題。發明內容
本發明的目的之一公開了一種新的熱傳導方法，本熱傳導方法為非介質傳導方法。
本發明的目的之二公開了在非介質嵌合傳導方法基礎上利用傳導物理、熱傳導物理、材料物理原理，通過增加發熱體與散熱體的接觸面面積，從而提高熱傳導率。
本發明的目的之三公開了本發明非介質傳導方法在相關領域的應用。
物體或系統內的各點間的溫度差，是熱傳導的必要條件。由熱傳導方式引起的熱傳遞速率(簡稱導熱速率)決定於物體內溫度的分布情況。溫度場就是任一瞬間物體或系統內各點的溫度分布總和。
熱傳導就是熱量從系統的一部分傳到另一部分或由一個系統傳到另一個系統的現象。它是固體中熱傳遞的主要方式。熱傳導實質是由大量物質的分子熱運動互相撞擊，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，熱傳導的微觀過程是:在溫度高的部分，晶體中結點上的微粒振動動能較大。在低溫部分，微粒振動動能較小。因微粒的振動互相聯繫，所以在晶體內部就發生微粒的振動，動能由動能大的部分向動能小的部分傳遞。在固體中熱的傳導，就是能量的遷移。在金屬物質中，因存在大量的自由電子，在不停地作無規則的熱運動。一般晶格震動的能量較小，自由電子在金屬晶體中對熱的傳導起主要作用。
金屬中熱導率排列在前幾位的為:銀Ag熱導率為428 W/m*K、銅Cu熱導率為398W/m.K、金Au熱導率為317.9 W/m*K、鋁Al熱導率為247 W/m.K，所以在金屬中熱導效果最好的為銀，但由於其價格因素，所以一般選擇銅來替代，但為節約成本，很多企業更偏向於選擇鋁作為熱導金屬。
本發明所述的非介質傳導方法，即通過發熱體與散熱體直接接觸，取代發熱體與散熱體通過介質間接接觸，使發熱體直接把熱傳導至散熱體上，而非是通過熱傳導介質作為中間傳導媒介。整個傳導過程省略了傳導介質這部分，使熱傳導方法與傳統藉助傳導介質的傳導方法比，在技術上有了創新性突破。
本發明所述的通過增加發熱體與散熱體的接觸面面積，從而提高熱傳導率，是通過使發熱體與散熱體的接觸面面積Sr，Sp〈Sr〈NSp，其中Sr為實際接觸面，Sp為水平面積，N為大於I的倍數。使發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，通過對發熱體與散熱體接觸表面處理，使他們表面積成倍數化增長，使其面積增加幾倍、幾十倍、幾百倍甚至幾千倍，同時保證發熱體表面與散熱體表面相互匹配、相互嵌合如圖1所示。另外圓形結果的發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。上述稱之為無介質嵌合熱傳導方法。
本發明另一方面提供了一種用於發熱體與散熱體上的緊固件，本緊固件為鋼質彈性正溫度係數的鋼性金屬緊固件。通常情況下，發熱體與散熱體都是靠螺絲緊固的，隨著多次的熱脹冷縮，發熱體與散熱體之間的間隙會加大，並且發熱體與散熱體的表面還會形成不良導熱體——氧化層，影響了導熱與散熱的效果。在LED燈具中這種現象尤為明顯，造成大量LED燈由於導熱和散熱性能的下降，大量的LED光源出現早期嚴重光衰。
本發明發明人為適應高導熱，採用緊固結構可以使發熱體和散熱體始終保持良好的接觸，當溫度上升時，由於緊固結構為彈性結構，膨脹使導熱體和散熱體接觸面的壓力增力口，接觸性更好；當溫度下降時，由於收縮特性使本發明的緊固件仍保持發熱體與散熱體之間的收縮壓迫力，保證發熱體一散熱體之間導熱和散熱性能維持常態，緊固件結構如圖4所示。另一方面運用彈性緊固件可以保證發熱體與散熱體始終在保持緊密接觸，防止其接觸面產生間隙而形成氧化層，降低發熱體與散熱體之間的熱傳導性能。
本發明中的發明方法的應用，大可以用於軍事裝備，小可以用於日常生活，但凡需要熱傳導的，均可以通過本發明的方法實現。本發明方法優選運用於LED 二極體燈和電腦CPU的導熱、散熱。


本發明中附圖僅為了對本發明進一步解釋，不得作為本發明發明範圍的限制。
附圖1無介質嵌合熱傳導結構示意圖 附圖2無介質嵌合螺紋形式接觸示意圖 附圖3無介質嵌合多面化接觸示意圖 附圖4緊固件結構示意圖:I為緊固螺絲，2為彈性墊圈，3為發熱體，4為散熱體，5為螺母。
附圖5 LED液態稀有金屬導熱散熱結構不意圖 附圖6 LED無介質嵌合導熱散熱裝置結構示意圖 附圖7縮小1/3後的裝置結構示意圖 附圖5-7上分別各有4個小凸起，為LED晶片示意圖具體實施方式
本發明的實施例僅為對本發明進行解釋，便於本領域普通技術人員能根據本發明內容能實施本發明，不得作為本發明發明範圍的限制。
實施例1 不同類裝置相同材質試驗 用本發明無介質嵌合熱傳導方法的裝置和液態稀有金屬導熱散熱裝置進行相同材質下的對比實驗，抽取100塊50瓦COB的集成LED模組，其發熱體與散熱體均為銅質，隨機分成液態稀有金屬組、無介質嵌合熱傳導組，兩組，各組50塊，液態稀有金屬組其發熱體與散熱體之間通過銀粉加無機液體膠調配成液態稀有金屬作為熱傳導介質導熱，結構如圖5所示；無介質嵌合熱傳導組其發熱體與散熱體，直接接觸，並且相互嵌合如圖6所示。結果如下: 1，在LED正常發光的情況下，液態稀有金屬組只能水平方式導熱，否則被導體溫差很大，最大溫差達7°C;本發明的無介質嵌合熱傳導組溫差很小，最大溫差只有2°C，並且對於LED模組的擺放方式沒有要求，可以任意角度擺放。
2，液態稀有金屬組導熱的方式的LED模組結溫(LED 二極體P-N結溫度)為52 0C ±1.5°C (25°C環境)；本發明無介質嵌合熱傳導組的結溫(LED 二極體P-N結溫度)為470C ±1.2V (25°C環境)。
3，把液態稀有金屬組、無介質嵌合熱傳導組均放在150°C烘箱內100小時後，液態稀有金屬組的P-N結溫度(25°C環境)上升到61°C ±1.3°C，而採用本發明的無介質嵌合熱傳導組P-N結溫度為47°C 土 1.4°C，基本保持不變。
實施例2 相同類裝置不同材質試驗: 抽取100塊50瓦COB的集成LED模組，用本發明無介質嵌合熱傳導方法的製備其導熱、散熱裝置，隨機均分為兩組，一組其發熱、散熱體均為銅質，一組其發熱、散熱體均為鋁質，相對銅，鋁的材料價格下降2-3倍，試驗測試結果如下: 1、銅質的其LED 二極體P-N結溫度47°C ± 1.2°C。
2、鋁質的其LED 二極體P-N結溫度49°C ± 1.1°C。
綜上所述，鋁質發熱體、散熱體運用本發明的技術僅比銅質的其P-N結溫度提升3度，相對於銅質液態稀有金屬作為介質的下降了 3度，在節約成本、及溫降情況等因素綜合考量下，優選運用本發明技術的鋁質基板。
實施例3 相同類裝置相同材質試驗: 抽取100塊50瓦COB的集成LED模組，用本發明無介質嵌合熱傳導方法的製備其導熱、散熱裝置，其發熱、散熱體均為鋁質，隨機均分為兩組如圖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，試驗測試結果如下: 3、原始大小的其LED 二極體P-N結溫度49°C ± 1.1°C。
4、縮小至 1/2-1/3 的其 LED 二極體 P-N 結溫度 51 °C ±1.3°C。
綜上所述，運用本發明的技術在縮小散熱體，降低成本的情況下對LED 二極體P-N結溫度影響不是太大，所以本技術為我們LED 二極體的推廣運用普及，提供了一個價格優勢。
權利要求
1.一種熱傳導方法，其特徵在於發熱體與散熱體均為固態物質，之間直接接觸，無傳導介質介入。
2.權利要求1所述的熱傳導方法，其特徵在於發熱體與散熱體選自固態金屬。
3.權利要求2所述的熱傳導方法，其特徵在於發熱體與散熱體選自:銀、銅、金、鋁。
4.權利要求1所述的熱傳導方法，其特徵在於發熱體與散熱體接觸面積Sr，Sp〈Sr〈NSp，其中Sr為實際接觸面，Sp為表面處理前的面積，N為大於I的倍數。
5.權利要求1-4所述的熱傳導方法，其特徵在於進一步包括緊固發熱體與散熱體的緊固件。
6.權利要求5所述的熱傳導方法，其特徵在於緊固件為彈性和正溫度係數的鋼性金屬件。
7.權利要求1所述的熱傳導方法，其特徵在於發熱體和散熱體可以通過對其原接觸面面積倍數化後增加。
8.權利要求1所述的熱傳導方法，其特徵在於發熱體和散熱體可以通過多面化的直接接觸。
9.權利要求1所述的熱傳導方法，其特徵在於發熱體和散熱體可以通過螺紋形式接觸，用加深螺紋方式獲得N倍的直接接觸面的面積。
10.權利要求1-9所述的熱傳導方法在需要導熱、散熱裝置中的應用。
11.權利要求10所述應用，其特徵在於用於LED發光二極體和電腦CPU的導熱、散熱。
全文摘要
本發明公開了一種非介質嵌合導熱方法及其應用，本方法是對需進行導熱、散熱的兩個接觸面進行物理改變，在無熱導介質介入的條件下增加他們的熱導、散熱能力，同時公開了非介質嵌合導熱方法在熱傳導和散熱裝置中的應用。
文檔編號H01L33/64GK103208470SQ20121008869
公開日2013年7月17日 申請日期2012年3月30日 優先權日2012年3月30日
發明者翁延鳴 申請人:江蘇漢萊科技有限公司