专利名称：一种热管型大功率led模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED散热装置，特别涉及一种热管型大功率LED模块。
背景技术：
现在，大功率电子元器件的应用越来越广泛，因而解决其散热问题越来越 重要。大功率LED发光芯片的致命缺点就是在高温环境下工作，使用寿命和可靠性大幅降 低，光衰大幅增加。对于白光发光而言，LED芯片结温每升高8-10°C，器件工作寿命将按指 数规律下降约一倍。当LED结温超过100°C，器件的失效率将呈指数规律攀升，元件温度每 上升2°C，可靠性下降10%。因此，LED照明为了保证器件的寿命，一般要求结温在100°C以 下。因此解决好散热问题已成为LED照明应用的先决条件，良好散热对LED照明意义重大。为了有效降低半导体LED芯片的温度，授权公告号CN201225593Y，名称为《热管散 热LED模组》的发明专利公开了一种热管散热LED模组，它是将C型热管、多层片状金属片、 焊接有LED半导体器件的基板整合在一起，使之构成一个热管散热LED模组。该模组中的 热管主要起传递热量的作用。由于热管与基板，热管与片状金属散热片之间的接触面积很 难做得很大，很难紧密接触，导致这种热管散热LED模组的散热能力受到很大限制。
发明内容
为了解决现有大功率LED芯片使用时散热存在的上述技术问题，本发明是提供一 种散热效果好的热管型大功率LED模块。为实现上述目的，本发明的技术方案是由金属基PCB电路板和腔壁组成密闭热 管空腔；金属基PCB电路板的表面焊有多个LED发光芯片。为了实现产品优化，改善、提高本发明的综合性能，进一步的措施是 所述腔壁设有若干个有中空腔体的散热柱体。所述散热柱体的外壁设有若干个散热肋片。所述散热柱体和/或金属基PCB电路板的内壁设有毛细结构；金属基PCB电路板 与腔壁之间的支撑立柱表面设有毛细结构；金属基PCB电路板的内壁连接若干个毛细管 柱，毛细管柱伸至散热柱体的中空腔体内。所述金属基PCB电路板的内壁设有网格状筋条。
所述若干个散热柱体的中空腔体为密闭空腔的一部分，密闭空腔内灌注工质。
本发明采取由金属基PCB电路板和腔壁组成密闭空腔；金属基PCB电路板的表面 焊有多个LED发光芯片，内壁设有网格状筋条；腔壁设有若干个有中空腔体的散热柱体，散 热柱体的外壁设有若干个散热肋片。在另一实施方式中散热柱体、和/或金属基PCB电路 板的内壁以及金属基PCB电路板与腔壁之间的支撑立柱柱面设有毛细结构；金属基PCB电 路板的内壁连接若干个毛细管柱，毛细管柱伸至散热柱体的中空腔体内。若干个中空腔体 为密闭空腔的一部分，密闭空腔内灌注适量工质的方案，克服了现有大功率LED发光芯片散热困难，在高温环境下工作时，使用寿命和可靠性大幅降低的缺陷。本发明用热管同时实现发热(发光)、传热、散热功能，相比现有技术所产生的有益 效果
1、直接将金属基PCB电路板做成热管腔体体壁的一部分，使LED功率芯片发出的热量 通过金属基PCB电路板直接传递给工质，最大程度地降低了大功率LED发光芯片与液态工 质之间的热阻。2、由于工质相变导热性极佳，本发明的热管型大功率LED模块几乎是一个等温 体，所以金属基PCB电路板上不会出现过热点，大功率LED发光芯片不会由于过热点的存在 导致损坏或性能下降。3、本发明所述热管型大功率LED模块采用工质相变传热，对热管腔体的厚度没有 特殊要求，所以热管腔壁可以采用较轻薄的材料制作，金属基PCB电路板也很轻薄；由于采 用工质传热，散热肋片就可以做得短小，即使采用很薄的金属片做散热肋片也几乎不会导 致肋片散热效率降低；由于散热效果出色，金属基PCB电路板面积也可以大大减少。经初步 计算，在同等散热功率、同样材质条件下，本热管型大功率LED模块设计重量只有传统大功 率LED散热器重量的1/4左右。4、相变传热是效率最高的传热方 式之一，以水作为传热工质为例，水的相变对流 换热系数高达10000 (W/m2°C )左右，传热速度快，所以本发明所述热管型大功率LED模块的 中空散热柱体高度几乎不受限制。本发明通过增加中空散热柱体的高度及其在散热柱体外 表面的大量散热肋片，使热管腔壁外表面散热面积极大地增加，大大降低模块与空气之间 的热阻。5、对于功率密度很大的元器件散热，由于金属有限的热导率，会导致所谓“扩散 热阻”，扩散热阻可以占到传统散热器总热阻的5%到30%，降低整个散热器的散热效果；本 发明所述一种热管型大功率LED模块，直接采用金属基PCB电路板作为热管体壁的一部 分，同时采用工质相变吸热(以水为例，水沸腾时的对流换热系数高达10000 (W/m2°C )左 右)，大功率LED发光芯片发出的热量，绝大部分通过金属基PCB电路板被工质相变吸收，几 乎消除了“扩散热阻”的影响。6、由于本发明所述热管型大功率LED模块的中空散热柱体较高，散热柱体及其肋 条之间形成所谓“烟囱效应”，强化空气对流，可以提高空气对流散热效率。本发明适用于大功率LED模块制造的路灯、隧道灯、投光灯、洗墙灯、舞台灯、景观 灯，及其它大功率电子器件。下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的结构示意图。图2为本发明实施例1的剖视图。图3为本发明实施例2的剖视图。图中1、金属基PCB电路板，11、毛细管柱，12、网格状筋条，2、腔壁，21、散热柱体， 22、中空腔体，23、散热肋片，25、毛细结构，26、支撑立柱，3、密闭热管空腔，4、LED发光芯 片，5、工质。
具体实施例方式如图2、图3所示，一种热管型大功率LED模块，它由金属基PCB电路板1和腔壁2 组成密闭热管空腔3 ；金属基PCB电路板1的表面设有多个LED发光芯片4，金属基PCB电 路板1的内壁设有网格状筋条12 ；腔壁2的上部为若干个有中空腔体22的散热柱体21，散 热柱体21的外壁设有若干个散热肋片23。在散热柱体21内壁和/或金属基PCB电路板1 的内壁以及支撑立柱26柱面设有毛细结构25 ；金属基PCB电路板1的内壁连接若干个毛 细管柱11，毛细管柱11伸至散热柱体21的中空腔体22内。毛细结构25表现为燕尾槽或 铜网结构；毛细管柱11为多芯毛细管，毛细管柱11的柱面和支撑立柱的柱面可以设有燕 尾槽和/或包裹铜网的毛细结构25。在两个实施例中，若干个散热柱体21的中空腔体22为密闭空腔的一部分，密闭热 管空腔3内灌注工质5，工质5为水、乙醚、R123制冷剂及其它低沸点液态物质。图2所示的实施例1的工作过程是大功率LED发光芯片4发出的绝大部分热量 经金属基PCB电路板直接被液态工质5相变吸收，部分工质5沸腾成为气态，气态工质5迅 速到达腔壁2的内壁和散热柱体21的内壁，气态工质5冷凝变成液态，放出大量热量，这些 热量由腔壁2的下部外表面、散热柱体21的外表面、散热肋片23散发到空气中。同时冷凝 后的液态工质5在重力作用下，流回到密闭热管空腔3的金属基PCB电路板1的内壁，完成 一次换热循环。金属基PCB电路板1的内壁上设有网格状筋条12，既可以提高热管的强度， 同时增大了金属基PCB电路板1的内壁与液态工质5的接触面积，降低了热阻。这些网格 状筋条12还有拦坝的作用，当LED模块在一定倾斜角度工作时，这些网格状筋条12能截留 部分液态工质5，使部分液态工质5不会流到密闭热管空腔3的最低部位，影响LED发光芯 片4与工质5的热交换。图3所示的实施例2的工作过程是散热柱体21内壁和/或金属基PCB电路板1 的内壁以及支撑立柱26柱面设有毛细结构25 ；金属基PCB电路板1的内壁连接若干个毛 细管柱11，在毛细结构25和毛细管柱11的作用下，金属基PCB电路板1的内壁吸附大量液 态工质5，LED模块工作时，LED发光芯片4发出的绝大部分热量直接被吸附在金属基PCB 电路板1内壁的液态工质5相变吸收，部分工质5沸腾成为气态，气态工质5迅速膨胀扩散 到腔壁2的内壁和散热柱体21的内壁并发生冷凝，放出大量热量，这些热量由腔壁2的外 表面、散热柱体21外表面、散热肋片23散发到空气中去。同时冷凝后的液态工质5在重力 作用下流回散热柱体21的中空腔体22内；与此同时，散热柱体21内储存的部分液态工质 5，在散热柱体21的内壁、金属基PCB电路板1内壁以及支撑立柱26柱面的毛细结构25和 毛细管柱11的毛细作用下，到达金属基PCB电路板1的内壁，完成一次换热循环。本发明的两实施例在工作中，直接将金属基PCB电路板1做成热管腔体的一部分， 使LED发光芯片4发出的热量通过金属基PCB电路板1直接传递给工质5，大幅降低了大 功率LED发光芯片4到液态工质5之间的热阻。由于工质5相变导热性极佳，本发明所述 的热管型大功率LED模块几乎是一个等温体，所以金属基PCB电路板1上不会出现过热点， 大功率LED发光芯片4不会由于过热点的存在导致损坏或性能下降。由于金属材料导热有 限，为了保证适当的肋片散热效率，传统大功率铝材散热器对肋片厚度和高度有一定的要 求，所以要求散热器的基板面积很大；导致传统大功率LED路灯散热器的用料很多，重量增加，成本亦增加；同时过大的重量对照明灯具的安全性也是极其不利的。本发明所述一种热 管型大功率LED模块采用工质5的相变传热，对热管腔壁2的厚度没有特殊要求，所以热管 腔壁2可以采用较轻薄的材料制作，且直接采用轻薄的金属基PCB电路板1。由于采用工质 5传热，散热肋片23就可以做得短小，即使采用很薄的铝片，散热效果也很出色，金属基PCB 电路板1的面积也可以大幅减少 综合上述措施，经初步计算，在同等散热功率、同样材质条件下，本发明的设计重 量只有传统大功率LED散热器重量的1/4左右，同时灯体面积大幅缩小；这样在保证散热 效果良好的条件下，大幅降低了 LED模块灯具产品的重量和产品成本，增加LED芯片的可靠 性和寿命，创造良好的经济效益。
权利要求
一种热管型大功率LED模块，其特征在于由金属基PCB电路板(1)和腔壁(2)组成密闭热管空腔(3)；所述金属基PCB电路板(1)的表面焊有多个LED发光芯片(4)。
2.根据权利要求1所述的一种热管型大功率LED模块，其特征在于所述腔壁(2)设 有若干个有中空腔体(22)的散热柱体(21)；这些散热柱体(21)的外壁设有大量散热肋片 (23)。
3.根据权利要求1所述的一种热管型大功率LED模块，其特征在于金属基PCB电路 板(1)的内壁设有网格状筋条(12)。
4.根据权利要求2所述的一种热管型大功率LED模块，其特征在于所述散热柱体(21) 内壁和/或金属基PCB电路板(1)的内壁设有毛细结构(25)。
5.根据权利要求1所述的一种热管型大功率LED模块，其特征在于所述金属基PCB电 路板(1)的内壁连接若干个毛细管柱(11)，毛细管柱(11)伸至散热柱体(21)的中空腔体 (22 )内，金属基PCB电路板(1)到散热柱体(21)之间的腔壁(2 )有支撑立柱(26 )，支撑立 柱(26)柱面设有毛细结构(25)。
6.根据权利要求4或5所述的一种热管型大功率LED模块，其特征在于所述毛细结构 为多芯毛细管、燕尾槽、铜网结构。
7.根据权利要求1所述的一种热管型大功率LED模块，其特征在于所述散热柱体21 的中空腔体(22)为密闭热管空腔(3)的一部分，密闭热管空腔(3)内灌注工质(5)。
8.根据权利要求1所述的一种热管型大功率LED模块，其特征在于所述散热柱体21 的中空腔体(22)为密闭热管空腔(3)的一部分，将热管空腔(3)分隔成若干个彼此独立的 小腔体，每个小腔体内灌注工质，独立工作。
全文摘要
一种热管型大功率LED模块，采取金属基PCB电路板和腔壁组成密闭空腔；金属基PCB电路板的表面焊有多个LED发光芯片，内壁设有网格状筋条；腔壁为若干个有中空腔体的散热柱体，散热柱体的外壁设有大量散热肋片。在另一实施方式中散热柱体、和/或金属基PCB电路板的内壁以及支撑立柱柱面设有毛细结构；金属基PCB电路板的内壁连接若干个毛细管柱，毛细管柱伸至散热柱体的中空腔体内。本发明用热管同时实现发热(发光)、传热、散热功能，克服了现有大功率LED发光芯片散热难，在高温环境下工作时，使用寿命和可靠性大幅降低的缺陷。适用于大功率LED模块制造的路灯、隧道灯、投光灯、舞台灯等灯具及其它电子器件。
文档编号H01L33/64GK101937908SQ201010297398
公开日2011年1月5日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者任立宏, 王祝盈, 蒋文科, 谢中, 陈小林 申请人:任立宏;陈小林