專利名稱：基于液態(tài)金屬熱虹吸效應(yīng)冷卻的自驅(qū)動(dòng)led散熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種散熱裝置，特別涉及一種基于液態(tài)金屬熱虹吸效應(yīng)冷卻的自驅(qū)動(dòng)LED散熱裝置。
背景技術(shù)：
LED作為新一代的光源，具有顯色性能好、使用壽命長(zhǎng)、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，正獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其中包括影視燈光、大型廣告顯示屏、城市高速公路及室內(nèi)照明等領(lǐng)域。隨著LED技術(shù)的發(fā)展，LED光源光通量不斷提高，所消耗的功率的越來(lái)越大。LED 的輸入電能中只有小部分轉(zhuǎn)化為了光能，其余大部分轉(zhuǎn)化為了熱能。所產(chǎn)生的熱能如果不能及時(shí)散掉，會(huì)降低LED的顯色性能，且會(huì)減少LED的使用壽命。因此，散熱對(duì)于LED的正常使用顯得尤其重要?，F(xiàn)有的LED產(chǎn)品中仍然以肋片的自然對(duì)流散熱為主，然而這種散熱方式的散熱能力有限，對(duì)于大功率的LED冷卻難以勝任。熱管散熱雖然可以實(shí)現(xiàn)較大功率的冷卻，但是存在液體被蒸干的危險(xiǎn)。液體冷卻成為了一種很有前景的技術(shù)，然而傳統(tǒng)的水冷、油冷由于介質(zhì)的導(dǎo)熱率過低導(dǎo)致散熱性能不佳，且散熱系統(tǒng)體積龐大等問題。本申請(qǐng)于2002年首次提出以室溫金屬流體或其合金作為計(jì)算機(jī)芯片散熱器冷卻流動(dòng)工質(zhì)的方法(專利公開號(hào)CN 1489020A)。液態(tài)金屬由于具有較高的熱導(dǎo)率及良好的流動(dòng)性，使其具有遠(yuǎn)高于水、空氣及許多非金屬介質(zhì)的熱量傳輸能力。熱虹吸效應(yīng)是一種流體由于受熱發(fā)生密度變化，進(jìn)而產(chǎn)生浮升力來(lái)驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)的現(xiàn)象。作為一種安全高效的驅(qū)動(dòng)方式，此種效應(yīng)已經(jīng)廣泛于太陽(yáng)能熱水器、核電站事故后余熱排出以及地?zé)崂谩?br> 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于液態(tài)金屬熱虹吸效應(yīng)冷卻的自驅(qū)動(dòng)LED散熱裝置；該散熱裝置由于無(wú)需外界能量輸入，只依靠LED本身的發(fā)熱驅(qū)動(dòng)，該散熱裝置屬于自維持散熱裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下本實(shí)用新型提供的基于液態(tài)金屬熱虹吸效應(yīng)冷卻的自驅(qū)動(dòng)LED散熱裝置，其特征在于，其由下述組件組成一內(nèi)部開有至少一條內(nèi)部流道的的散熱塊，所述的散熱塊的一表面上裝有散熱肋片;由一內(nèi)部開有至少一條內(nèi)部流道的第一散熱平片和裝于所述第一散熱平片表面上的散熱肋片組成的第一散熱器；由一內(nèi)部開有至少一條內(nèi)部流道的第二散熱平片和裝于所述第二散熱平片表面上的散熱肋片組成的第二散熱器；所述第一散熱器的第一散熱平片高于散熱塊I水平放置，所述第二散熱器3的第二散熱平片豎直放置；和[0013]至少一根連接管道；所述散熱塊的內(nèi)部流道數(shù)量、第一散熱器的第一散熱平片的內(nèi)部流道數(shù)量、第二散熱器的第二散熱平片的內(nèi)部流道數(shù)量與連接管道相等；所述每根連接管道位于散熱塊、第一散熱平片與第二散熱平片之間；而且所述每根連接管道連通所述散熱塊內(nèi)部流道、第一散熱平片內(nèi)部流道和第二散熱平片內(nèi)部流道， 并形成相連通的閉環(huán)回流通道；所述閉環(huán)回流通道內(nèi)裝有流動(dòng)的室溫液態(tài)金屬。所述散熱肋片橫截面為正方形、長(zhǎng)方形、三角形或圓形；其截面面積為IOOnm2 25cm2。所述散熱塊內(nèi)部流道、第一散熱平片的內(nèi)部流道和第二散熱平片的內(nèi)部流道的橫截面形狀為矩形、正方形或三角形，它們的內(nèi)部流道長(zhǎng)度均在I毫米到100厘米之間。所使用的連接管道由金屬材料銅、鈦、銀或不銹鋼或有機(jī)玻璃或塑料做成。閉環(huán)回流通道內(nèi)流動(dòng)的液態(tài)金屬為鎵、鈉、鉀、水銀或鎵銦、鈉鉀合金或鎵銦錫合金。所述的散熱塊、第一散熱平片和第二散熱平片為不銹鋼、金剛石、銅、塑料、有機(jī)玻璃或聚合物制做。本實(shí)用新型的工作原理如下所述散熱塊的無(wú)散熱肋片的端面通過導(dǎo)熱硅脂或其他熱界面材料與待冷卻的LED 芯片接觸；LED芯片產(chǎn)生的熱量小部分通過散熱塊I的散熱肋片散掉，大部分熱量加熱散熱塊的內(nèi)部流道中液態(tài)金屬，液態(tài)金屬被加熱，體積膨脹，密度發(fā)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生浮升力，克服管道內(nèi)的流動(dòng)阻力，發(fā)生流動(dòng)；液態(tài)金屬在依次流經(jīng)第一散熱器的內(nèi)部流道和第二散熱器的內(nèi)部流道之后，LED芯片產(chǎn)生的大部分熱量通過該兩個(gè)散熱器的散熱肋片散發(fā)到外界環(huán)境中，流至第二散熱器的內(nèi)部流道的液態(tài)金屬溫度已降低，重新進(jìn)入散熱塊的內(nèi)部流道中吸熱，進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)。閉環(huán)回流通道中的液態(tài)金屬密度差與散熱器高差的結(jié)合產(chǎn)生了壓差，推動(dòng)液態(tài)金屬在閉環(huán)回流通道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。本實(shí)用新型充分利用了液體金屬的高效傳熱的優(yōu)勢(shì)及熱虹吸效應(yīng)的無(wú)運(yùn)動(dòng)部件特點(diǎn)，突破了傳統(tǒng)散熱方式散熱效率低、需要外界能量輸入等不利，由此可確保實(shí)現(xiàn)可靠、 噪音低、節(jié)能而高效的散熱；迄今，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)將室溫液態(tài)金屬熱虹吸效應(yīng)用于LED散熱。本實(shí)用新型關(guān)鍵之處在于將液態(tài)金屬散熱方式與優(yōu)秀的熱虹吸驅(qū)動(dòng)方式結(jié)合，有效利用了 LED芯片的廢熱，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，無(wú)外界能量輸入，散熱能力隨發(fā)熱量提升而增大， 是一種自維持、自適應(yīng)高效散熱裝置。這種散熱裝置穩(wěn)定性高、噪音低、散熱效率高，從而使 LED冷卻變得更加安全與高效，另外本本實(shí)用新型基于液態(tài)金屬熱虹吸效應(yīng)冷卻的自驅(qū)動(dòng) LED散熱裝置同樣適用于其他發(fā)熱器件及芯片的散熱。

圖I為本實(shí)用新型用于LED芯片豎直放置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I的橫截面示意圖；圖3為本實(shí)用新型用于LED芯片水平放置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖2的橫截面示意圖；圖5為第一散熱平片和第二散熱平片的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0028]
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步描述本實(shí)用新型。圖I為本實(shí)用新型用于LED芯片豎直放置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I的橫截面示意圖；圖3為本實(shí)用新型用于LED芯片水平放置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖2的橫截面示意圖；圖5為第一散熱平片和第二散熱平片的結(jié)構(gòu)示意圖；由圖可知，本實(shí)用新型提供的基于液態(tài)金屬熱虹吸效應(yīng)冷卻的自驅(qū)動(dòng)LED散熱裝置，其特征在于，其由下述組件組成一內(nèi)部開有至少一條內(nèi)部流道的的散熱塊1，所述的散熱塊I的一表面上裝有散熱肋片；由一內(nèi)部開有至少一條內(nèi)部流道的第一散熱平片和裝于所述第一散熱平片表面上的散熱肋片組成的第一散熱器2 ；由一內(nèi)部開有至少一條內(nèi)部流道的第二散熱平片和裝于所述第二散熱平片表面上的散熱肋片組成的第二散熱器3 ；所述第一散熱器2的第一散熱平片高于散熱塊I水平放置，所述第二散熱器3的第二散熱平片豎直放置；和至少一根連接管道4 ；所述散熱塊I的內(nèi)部流道數(shù)量、第一散熱器2的第一散熱平片的內(nèi)部流道數(shù)量、第二散熱器4的第二散熱平片的內(nèi)部流道數(shù)量與連接管道4相等；所述每根連接管道4位于散熱塊、第一散熱平片與第二散熱平片之間；而且所述每根連接管道4連通所述散熱塊內(nèi)部流道、第一散熱平片內(nèi)部流道和第二散熱平片內(nèi)部流道，并形成相連通的閉環(huán)回流通道；所述閉環(huán)回流通道內(nèi)裝有流動(dòng)的室溫液態(tài)金屬8。所述散熱肋片橫截面為正方形、長(zhǎng)方形、三角形或圓形；其截面面積為IOOnm2 25cm2。所述散熱塊I內(nèi)部流道、第一散熱平片的內(nèi)部流道和第二散熱平片的內(nèi)部流道的橫截面形狀為矩形、正方形或三角形，內(nèi)部流道的長(zhǎng)度均在I毫米到100厘米之間。所使用的連接管道4由金屬材料銅、鈦、銀或不銹鋼或有機(jī)玻璃或塑料做成。閉環(huán)回流通道內(nèi)流動(dòng)的液態(tài)金屬為鎵、鈉、鉀、水銀或鎵銦、鈉鉀合金或鎵銦錫合金。所述的散熱塊I、第一散熱平片和第二散熱平片為不銹鋼、金剛石、銅、塑料、有機(jī)玻璃或聚合物制做。實(shí)施例I (圖I和圖2所示為本實(shí)用新型用于LED芯片豎直放置的示意圖)；本實(shí)施例的散熱塊I的內(nèi)部流道數(shù)量、第一散熱器2的第一散熱平片的內(nèi)部流道數(shù)量、第二散熱器4的第二散熱平片的內(nèi)部流道數(shù)量與連接管道4相等，均為3 ；散熱塊I及內(nèi)部流道垂向放置；散熱塊I內(nèi)部開有3條流道內(nèi)部流道,散熱塊I 一個(gè)端面通過導(dǎo)熱硅脂或其他熱界面材料與待冷卻的LED芯片接觸，另一個(gè)端面裝有散熱肋片5 ；第一散熱器2的第一散熱平片高于散熱塊I水平放置，其內(nèi)的內(nèi)部流道呈水平態(tài)， 第一散熱平片的表面裝有散熱肋片6 ；第二散熱器3的第二散熱平片垂向放置，其內(nèi)的內(nèi)部流道呈垂向，第二散熱平片的表面裝有散熱肋片7 ；三根連接管道4以并聯(lián)形式分別連通于散熱塊I的內(nèi)部流道、第一散熱平片的內(nèi)部流道和第二散熱平片的內(nèi)部流道之間并形成閉環(huán)回流通道，閉環(huán)回流通道裝有流動(dòng)的液
5態(tài)金屬8 ；連接管道4可由金屬材料、有機(jī)玻璃或塑料做成；金屬材料可為銅、鈦、銀或不銹鋼。流動(dòng)于閉環(huán)回流通道的液態(tài)金屬8為鎵、鈉、鉀、水銀、鎵銦、鈉鉀合金或鎵銦錫合金。散熱肋片5、散熱肋片6和散熱肋片7截面形狀為正方形、長(zhǎng)方形、三角形或圓形均可；其截面面積為IOOnm2到25cm2之間。散熱塊I和第一散熱平片和第二散熱平片3可為不銹鋼、金剛石、銅、塑料、有機(jī)玻璃和聚合物任一種制做；它們的內(nèi)部流道的橫截面形狀為矩形、正方形或三角形，其長(zhǎng)度在 I毫米到100厘米之間。本實(shí)用新型為一種結(jié)合了超強(qiáng)液態(tài)金屬冷卻與可靠的熱虹吸驅(qū)動(dòng)方式芯片散熱裝置，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件。與待冷卻的LED芯片接觸的高導(dǎo)熱散熱塊I的內(nèi)部流道內(nèi)的液態(tài)金屬8吸收了 LED芯片發(fā)熱量后，密度發(fā)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生浮升力，克服阻力沿連接管道4向上流動(dòng)；液態(tài)金屬8依次流動(dòng)至散熱器2的第一散熱平片的內(nèi)部流道及散熱器 3的第二散熱平片的內(nèi)部流道后，熱量通過散熱肋片6和7以自然對(duì)流和輻射散熱方式散走；此時(shí)液態(tài)金屬8溫度降低后沿連接管道4流回散熱塊I的內(nèi)部流道；完成一次散熱；之后可按上述途徑對(duì)LED芯片的發(fā)熱量進(jìn)行循環(huán)散熱。第一散熱器2和第二散熱器3的散熱肋片可多樣化，散熱塊I、第一散熱器2的第一散熱平片和第二散熱器3的第二散熱平片可由不銹鋼、金剛石、銅、塑料、有機(jī)玻璃或聚合物材質(zhì)等材料做成，連接管道4可以由銅、鈦、銀或不銹鋼或有機(jī)玻璃或塑料做成；上述結(jié)構(gòu)連通為一體，室溫液態(tài)金屬8被封裝在由連接管道4、散熱塊I的內(nèi)部流道、第一散熱器2的內(nèi)部流道和第二散熱器3的內(nèi)部流道之內(nèi)的閉環(huán)回流通道內(nèi)內(nèi)，由此可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定而可靠的運(yùn)行。本裝置中所設(shè)計(jì)的內(nèi)部流道可通過機(jī)加工或其他成熟技術(shù)做出，之后與連通管道連接，但在一端留有開口，以便將熔化后的低熔點(diǎn)金屬或其合金(呈液體狀態(tài))沿此開口注入管道和循環(huán)通路中，待整個(gè)流道內(nèi)充好液體金屬8后，將上述開口予以封裝，即形成閉環(huán)回流通道內(nèi)為密閉的高效散熱機(jī)構(gòu)，將其貼附于待冷卻的芯片，即可實(shí)現(xiàn)熱量的高效傳輸。 根據(jù)需要，連通管道可由金屬或塑料等制成，其長(zhǎng)短可根據(jù)需要加以調(diào)整，整個(gè)基于液態(tài)金屬熱虹吸效應(yīng)冷卻的自驅(qū)動(dòng)LED散熱裝置的尺寸可根據(jù)需要制作。本散熱裝置中采用的流動(dòng)工質(zhì)即液體金屬8除采用最常見的鎵外，也可采用其合金如比例在O 100%范圍的鎵銦、鎵銦錫合金、鈉鉀，甚至是水銀等。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)采用具有高導(dǎo)熱率的液態(tài)金屬進(jìn)行散熱，散熱效率高， 對(duì)環(huán)境無(wú)影響；采用熱虹吸效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬，有效利用了芯片的廢熱，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，無(wú)外接能量輸入，可靠性高，噪音低，而且系統(tǒng)內(nèi)液態(tài)金屬流速隨熱源發(fā)熱增大而變快，散熱能力進(jìn)而增強(qiáng)無(wú)需復(fù)雜的自動(dòng)控制系統(tǒng)；采用多根管道并聯(lián)，增大了液態(tài)金屬與散熱塊和散熱器的接觸面積，實(shí)現(xiàn)了更高效的散熱。本實(shí)用新型提供的散熱裝置內(nèi)，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，因而較之現(xiàn)有的強(qiáng)迫空氣冷卻方式， 整套裝置的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，可靠性更高，維護(hù)方便，且噪音較低，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)要求小。本實(shí)用新型的基于液態(tài)金屬熱虹吸效應(yīng)的LED散熱裝置可穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)LED芯片高效冷卻。使用本實(shí)用新型專利的方式如下只需將散熱塊I貼附于要散熱的芯片，即可實(shí)現(xiàn)散熱；芯片在工作后，散發(fā)出熱量，一部分熱量通過散熱肋片5直接散失到環(huán)境中，大部分熱量經(jīng)散熱塊I傳至散熱塊流道內(nèi)的液態(tài)金屬6，液態(tài)金屬發(fā)生密度變化，產(chǎn)生浮升力，而向上流動(dòng)。液態(tài)金屬經(jīng)連接管道4運(yùn)行至散熱器2和3后，熱量通過散熱肋片6和7以自然對(duì)流和輻射散熱方式散走；液態(tài)金屬溫度降低后沿連接管道4流回散熱塊I?；谝簯B(tài)金屬在散熱塊I、散熱器2和3之間的循環(huán)流動(dòng)，將大部分熱量由芯片帶至散熱器2和3散掉，保證芯片維持適宜的工作溫度。實(shí)施例2，由圖3、圖4及圖5所示，為本實(shí)用新型的基于液態(tài)金屬熱虹吸效應(yīng)冷卻的自驅(qū)動(dòng)LED散熱裝置，除了散熱塊I水平放置，散熱塊I的內(nèi)部流道呈水平態(tài)外，其它均與實(shí)施例I相同。最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。比如，這里提供的散熱器形狀不一定采用基底加肋片的形式，也可以直接采用翅片形式，或是套管式散熱器。
權(quán)利要求1.一種基于液態(tài)金屬熱虹吸效應(yīng)冷卻的自驅(qū)動(dòng)LED散熱裝置，其特征在于，其由下述組件組成一內(nèi)部開有至少一條內(nèi)部流道的散熱塊，所述散熱塊一表面上裝有散熱肋片；由一內(nèi)部開有至少一條內(nèi)部流道的第一散熱平片和裝于所述第一散熱平片表面上的散熱肋片組成的第一散熱器；由一內(nèi)部開有至少一條內(nèi)部流道的第二散熱平片和裝于所述第二散熱平片表面上的散熱肋片組成的第二散熱器；所述第一散熱器的第一散熱平片高于所述散熱塊I水平放置，所述第二散熱器的第二散熱平片豎直放置；和至少一根連接管道；所述散熱塊的內(nèi)部流道數(shù)量、第一散熱器的第一散熱平片的內(nèi)部流道數(shù)量、第二散熱器第二散熱平片的內(nèi)部流道數(shù)量與連接管道相等；所述每根連接管道位于散熱塊、第一散熱平片與第二散熱平片之間；而且所述每根連接管道連通所述散熱塊內(nèi)部流道、第一散熱平片內(nèi)部流道和第二散熱平片內(nèi)部流道，并形成相連通的閉環(huán)回流通道；所述閉環(huán)回流通道內(nèi)裝有流動(dòng)的室溫液態(tài)金屬。
2.按權(quán)利要求I所述的基于液態(tài)金屬熱虹吸效應(yīng)冷卻的自驅(qū)動(dòng)LED散熱裝置，其特征在于，所述散熱肋片橫截面為正方形、長(zhǎng)方形、三角形或圓形；其截面面積為IOOnm2 25cm2。
3.按權(quán)利要求I所述的基于液態(tài)金屬熱虹吸效應(yīng)冷卻的自驅(qū)動(dòng)LED散熱裝置，其特征在于，所述散熱塊的內(nèi)部流道、第一散熱平片的內(nèi)部流道和第二散熱平片的內(nèi)部流道的橫截面形狀為矩形、正方形或三角形，它們的內(nèi)部流道長(zhǎng)度均在I毫米到100厘米之間。
專利摘要本實(shí)用新型的基于液態(tài)金屬熱虹吸效應(yīng)的LED散熱裝置，包括一內(nèi)部開有流道，且流道內(nèi)裝有室溫液態(tài)金屬或其合金流動(dòng)工質(zhì)的散熱塊，散熱塊的一端通過導(dǎo)熱硅脂或其他熱界面材料與待冷卻的LED芯片接觸，另一端表面設(shè)有散熱肋片；兩個(gè)內(nèi)部開有流道，且流道內(nèi)裝有室溫液態(tài)金屬或其合金流動(dòng)工質(zhì)的散熱器，一個(gè)高于散熱塊水平放置，一個(gè)豎直放置，兩個(gè)散熱器的表面都設(shè)有散熱肋片。至少一根連接管道連通于散熱器與散熱塊之間。連接管道與散熱器、散熱塊內(nèi)的流道組成封閉的環(huán)路供液態(tài)金屬流動(dòng)。本發(fā)電裝置是一種無(wú)運(yùn)動(dòng)部件的自維持、自適應(yīng)高效散熱裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，維護(hù)方便，且噪音低。
文檔編號(hào)H01L33/64GK202352731SQ20112044424
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者劉靜, 李培培 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所