專利名稱：一種熱管型大功率led模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種LED散熱裝置，特別涉及一種熱管型大功率LED模塊。
背景技術：
現在，大功率電子元器件的應用越來越廣泛，因而解決其散熱問題越來越重要。大 功率LED發(fā)光芯片的致命缺點就是在高溫環(huán)境下工作，使用壽命和可靠性大幅降低，光衰 大幅增加。對于白光發(fā)光而言，LED芯片結溫每升高8-10°C，器件工作壽命將按指數規(guī)律下 降約一倍。當LED結溫超過100°C，器件的失效率將呈指數規(guī)律攀升，元件溫度每上升2V， 可靠性下降10%。因此，LED照明為了保證器件的壽命，一般要求結溫在100°C以下。因此 解決好散熱問題已成為LED照明應用的先決條件，良好散熱對LED照明意義重大。為了有效降低半導體LED芯片的溫度，授權公告號CN201225593Y，名稱為《熱管散 熱LED模組》的實用新型專利公開了一種熱管散熱LED模組，它是將C型熱管、多層片狀金 屬片、焊接有LED半導體器件的基板整合在一起，使之構成一個熱管散熱LED模組。該模組 中的熱管主要起傳遞熱量的作用。由于熱管與基板，熱管與片狀金屬散熱片之間的接觸面 積很難做得很大，很難緊密接觸，導致這種熱管散熱LED模組的散熱能力受到很大限制。發(fā)明內容為了解決現有大功率LED芯片使用時散熱存在的上述技術問題，本實用新型是提 供一種散熱效果好的熱管型大功率LED模塊。為實現上述目的，本實用新型的技術方案是由金屬基PCB電路板和腔壁組成密 閉熱管空腔；金屬基PCB電路板的表面焊有多個LED發(fā)光芯片。為了實現產品優(yōu)化，改善、提高本實用新型的綜合性能，進一步的措施是所述腔壁設有若干個有中空腔體的散熱柱體。所述散熱柱體的外壁設有若干個散熱肋片。所述散熱柱體和/或金屬基PCB電路板的內壁設有毛細結構；金屬基PCB電路板 與腔壁之間的支撐立柱表面設有毛細結構；金屬基PCB電路板的內壁連接若干個毛細管 柱，毛細管柱伸至散熱柱體的中空腔體內。所述金屬基PCB電路板的內壁設有網格狀筋條。所述若干個散熱柱體的中空腔體為密閉空腔的一部分，密閉空腔內灌注工質。本實用新型采取由金屬基PCB電路板和腔壁組成密閉空腔；金屬基PCB電路板的 表面焊有多個LED發(fā)光芯片，內壁設有網格狀筋條；腔壁設有若干個有中空腔體的散熱柱 體，散熱柱體的外壁設有若干個散熱肋片。在另一實施方式中散熱柱體、和/或金屬基PCB 電路板的內壁以及金屬基PCB電路板與腔壁之間的支撐立柱柱面設有毛細結構；金屬基 PCB電路板的內壁連接若干個毛細管柱，毛細管柱伸至散熱柱體的中空腔體內。若干個中空 腔體為密閉空腔的一部分，密閉空腔內灌注適量工質的方案，克服了現有大功率LED發(fā)光 芯片散熱困難，在高溫環(huán)境下工作時，使用壽命和可靠性大幅降低的缺陷。[0013]本實用新型用熱管同時實現發(fā)熱(發(fā)光)、傳熱、散熱功能，相比現有技術所產生的 有益效果1、直接將金屬基PCB電路板做成熱管腔體體壁的一部分，使LED功率芯片發(fā)出的 熱量通過金屬基PCB電路板直接傳遞給工質，最大程度地降低了大功率LED發(fā)光芯片與液 態(tài)工質之間的熱阻。2、由于工質相變導熱性極佳，本實用新型的熱管型大功率LED模塊幾乎是一個等 溫體，所以金屬基PCB電路板上不會出現過熱點，大功率LED發(fā)光芯片不會由于過熱點的存 在導致?lián)p壞或性能下降。3、本實用新型所述熱管型大功率LED模塊采用工質相變傳熱，對熱管腔體的厚度 沒有特殊要求，所以熱管腔壁可以采用較輕薄的材料制作，金屬基PCB電路板也很輕??；由 于采用工質傳熱，散熱肋片就可以做得短小，即使采用很薄的金屬片做散熱肋片也幾乎不 會導致肋片散熱效率降低；由于散熱效果出色，金屬基PCB電路板面積也可以大大減少。經 初步計算，在同等散熱功率、同樣材質條件下，本熱管型大功率LED模塊設計重量只有傳統(tǒng) 大功率LED散熱器重量的1/4左右。4、相變傳熱是效率最高的傳熱方式之一，以水作為傳熱工質為例，水的相變對流 換熱系數高達10000 (ff/m2oC )左右，傳熱速度快，所以本實用新型所述熱管型大功率LED模 塊的中空散熱柱體高度幾乎不受限制。本實用新型通過增加中空散熱柱體的高度及其在散 熱柱體外表面的大量散熱肋片，使熱管腔壁外表面散熱面積極大地增加，大大降低模塊與 空氣之間的熱阻。5、對于功率密度很大的元器件散熱，由于金屬有限的熱導率，會導致所謂“擴散 熱阻”，擴散熱阻可以占到傳統(tǒng)散熱器總熱阻的5%到30%，降低整個散熱器的散熱效果；本 實用新型所述一種熱管型大功率LED模塊，直接采用金屬基PCB電路板作為熱管體壁的 一部分，同時采用工質相變吸熱(以水為例，水沸騰時的對流換熱系數高達10000 (W/m2°C ) 左右)，大功率LED發(fā)光芯片發(fā)出的熱量，絕大部分通過金屬基PCB電路板被工質相變吸收， 幾乎消除了 “擴散熱阻”的影響。6、由于本實用新型所述熱管型大功率LED模塊的中空散熱柱體較高，散熱柱體及 其肋條之間形成所謂“煙 效應”，強化空氣對流，可以提高空氣對流散熱效率。本實用新型適用于大功率LED模塊制造的路燈、隧道燈、投光燈、洗墻燈、舞臺燈、 景觀燈，及其它大功率電子器件。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細說明。
圖1為本實用新型的結構示意圖。圖2為本實用新型實施例1的剖視圖。圖3為本實用新型實施例2的剖視圖。圖中1、金屬基PCB電路板，11、毛細管柱，12、網格狀筋條，2、腔壁，21、散熱柱體， 22、中空腔體，23、散熱肋片，25、毛細結構，26、支撐立柱，3、密閉熱管空腔，4、LED發(fā)光芯 片，5、工質。
具體實施方式
如圖2、圖3所示，一種熱管型大功率LED模塊，它由金屬基PCB電路板1和腔壁2 組成密閉熱管空腔3 ；金屬基PCB電路板1的表面設有多個LED發(fā)光芯片4，金屬基PCB電 路板1的內壁設有網格狀筋條12 ；腔壁2的上部為若干個有中空腔體22的散熱柱體21，散 熱柱體21的外壁設有若干個散熱肋片23。在散熱柱體21內壁和/或金屬基PCB電路板1 的內壁以及支撐立柱26柱面設有毛細結構25 ；金屬基PCB電路板1的內壁連接若干個毛 細管柱11，毛細管柱11伸至散熱柱體21的中空腔體22內。毛細結構25表現為燕尾槽或 銅網結構；毛細管柱11為多芯毛細管，毛細管柱11的柱面和支撐立柱的柱面可以設有燕 尾槽和/或包裹銅網的毛細結構25。在兩個實施例中，若干個散熱柱體21的中空腔體22為密閉空腔的一部分，密閉熱 管空腔3內灌注工質5，工質5為水、乙醚、R123制冷劑及其它低沸點液態(tài)物質。圖2所示的實施例1的工作過程是大功率LED發(fā)光芯片4發(fā)出的絕大部分熱量 經金屬基PCB電路板直接被液態(tài)工質5相變吸收，部分工質5沸騰成為氣態(tài)，氣態(tài)工質5迅 速到達腔壁2的內壁和散熱柱體21的內壁，氣態(tài)工質5冷凝變成液態(tài)，放出大量熱量，這些 熱量由腔壁2的下部外表面、散熱柱體21的外表面、散熱肋片23散發(fā)到空氣中。同時冷凝 后的液態(tài)工質5在重力作用下，流回到密閉熱管空腔3的金屬基PCB電路板1的內壁，完成 一次換熱循環(huán)。金屬基PCB電路板1的內壁上設有網格狀筋條12，既可以提高熱管的強度， 同時增大了金屬基PCB電路板1的內壁與液態(tài)工質5的接觸面積，降低了熱阻。這些網格 狀筋條12還有攔壩的作用，當LED模塊在一定傾斜角度工作時，這些網格狀筋條12能截留 部分液態(tài)工質5，使部分液態(tài)工質5不會流到密閉熱管空腔3的最低部位，影響LED發(fā)光芯 片4與工質5的熱交換。圖3所示的實施例2的工作過程是散熱柱體21內壁和/或金屬基PCB電路板1 的內壁以及支撐立柱26柱面設有毛細結構25 ；金屬基PCB電路板1的內壁連接若干個毛 細管柱11，在毛細結構25和毛細管柱11的作用下，金屬基PCB電路板1的內壁吸附大量液 態(tài)工質5，LED模塊工作時，LED發(fā)光芯片4發(fā)出的絕大部分熱量直接被吸附在金屬基PCB 電路板1內壁的液態(tài)工質5相變吸收，部分工質5沸騰成為氣態(tài)，氣態(tài)工質5迅速膨脹擴散 到腔壁2的內壁和散熱柱體21的內壁并發(fā)生冷凝，放出大量熱量，這些熱量由腔壁2的外 表面、散熱柱體21外表面、散熱肋片23散發(fā)到空氣中去。同時冷凝后的液態(tài)工質5在重力 作用下流回散熱柱體21的中空腔體22內；與此同時，散熱柱體21內儲存的部分液態(tài)工質 5，在散熱柱體21的內壁、金屬基PCB電路板1內壁以及支撐立柱沈柱面的毛細結構25和 毛細管柱11的毛細作用下，到達金屬基PCB電路板1的內壁，完成一次換熱循環(huán)。本實用新型的兩實施例在工作中，直接將金屬基PCB電路板1做成熱管腔體的一 部分，使LED發(fā)光芯片4發(fā)出的熱量通過金屬基PCB電路板1直接傳遞給工質5，大幅降低 了大功率LED發(fā)光芯片4到液態(tài)工質5之間的熱阻。由于工質5相變導熱性極佳，本實用 新型所述的熱管型大功率LED模塊幾乎是一個等溫體，所以金屬基PCB電路板1上不會出 現過熱點，大功率LED發(fā)光芯片4不會由于過熱點的存在導致?lián)p壞或性能下降。由于金屬 材料導熱有限，為了保證適當的肋片散熱效率，傳統(tǒng)大功率鋁材散熱器對肋片厚度和高度 有一定的要求，所以要求散熱器的基板面積很大；導致傳統(tǒng)大功率LED路燈散熱器的用料 很多，重量增加，成本亦增加；同時過大的重量對照明燈具的安全性也是極其不利的。本實用新型所述一種熱管型大功率LED模塊采用工質5的相變傳熱，對熱管腔壁2的厚度沒有 特殊要求，所以熱管腔壁2可以采用較輕薄的材料制作，且直接采用輕薄的金屬基PCB電路 板1。由于采用工質5傳熱，散熱肋片23就可以做得短小，即使采用很薄的鋁片，散熱效果 也很出色，金屬基PCB電路板1的面積也可以大幅減少。 綜合上述措施，經初步計算，在同等散熱功率、同樣材質條件下，本實用新型的設 計重量只有傳統(tǒng)大功率LED散熱器重量的1/4左右，同時燈體面積大幅縮?。贿@樣在保證 散熱效果良好的條件下，大幅降低了 LED模塊燈具產品的重量和產品成本，增加LED芯片的 可靠性和壽命，創(chuàng)造良好的經濟效益。
權利要求1.一種熱管型大功率LED模塊，其特征在于由金屬基PCB電路板(1)和腔壁(2)組成 密閉熱管空腔(3)；所述金屬基PCB電路板(1)的表面焊有多個LED發(fā)光芯片(4)。
2.根據權利要求1所述的一種熱管型大功率LED模塊，其特征在于所述腔壁(2)設 有若干個有中空腔體(22)的散熱柱體(21)；這些散熱柱體(21)的外壁設有大量散熱肋片 (23)。
3.根據權利要求1所述的一種熱管型大功率LED模塊，其特征在于金屬基PCB電路 板(1)的內壁設有網格狀筋條(12)。
4.根據權利要求2所述的一種熱管型大功率LED模塊，其特征在于所述散熱柱體(21) 內壁和/或金屬基PCB電路板(1)的內壁設有毛細結構(25)。
5.根據權利要求1所述的一種熱管型大功率LED模塊，其特征在于所述金屬基PCB電 路板(1)的內壁連接若干個毛細管柱(11)，毛細管柱(11)伸至散熱柱體(21)的中空腔體 (22 )內，金屬基PCB電路板(1)到散熱柱體(21)之間的腔壁(2 )有支撐立柱(26 )，支撐立 柱(26)柱面設有毛細結構(25)。
6.根據權利要求4或5所述的一種熱管型大功率LED模塊，其特征在于所述毛細結構 為多芯毛細管、燕尾槽、銅網結構。
7.根據權利要求1所述的一種熱管型大功率LED模塊，其特征在于所述散熱柱體 (21)的中空腔體(22)為密閉熱管空腔(3)的一部分，密閉熱管空腔(3)內灌注工質(5)。
8.根據權利要求1所述的一種熱管型大功率LED模塊，其特征在于所述散熱柱體 (21)的中空腔體(22)為密閉熱管空腔(3)的一部分，將熱管空腔(3)分隔成若干個彼此獨 立的小腔體，每個小腔體內灌注工質，獨立工作。
專利摘要一種熱管型大功率LED模塊，采取由金屬基PCB電路板和腔壁組成密閉空腔；金屬基PCB電路板的表面焊有多個LED發(fā)光芯片，內壁設有網格狀筋條；腔壁為若干個有中空腔體的散熱柱體，散熱柱體的外壁設有大量散熱肋片。在另一實施方式中散熱柱體、和/或金屬基PCB電路板的內壁以及支撐立柱柱面設有毛細結構；金屬基PCB電路板的內壁連接若干個毛細管柱，毛細管柱伸至散熱柱體的中空腔體內。本實用新型用熱管同時實現發(fā)熱(發(fā)光)、傳熱、散熱功能，克服了現有大功率LED發(fā)光芯片散熱難，在高溫環(huán)境下工作時，使用壽命和可靠性大幅降低的缺陷。適用于大功率LED模塊制造的路燈、隧道燈、投光燈、舞臺燈等燈具及其它電子器件。
文檔編號H01L33/62GK201829499SQ20102054917
公開日2011年5月11日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權日2010年9月29日
發(fā)明者任立宏, 王祝盈, 蔣文科, 謝中, 陳小林 申請人:任立宏, 陳小林