专利名称：一种非介质嵌合导热方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种非介质嵌合导热方法及其应用，属于热传导方法领域。
背景技术：
热传递分热辐射、对流、热传导三种基本方式。热辐射，是由高温物体直接向外发射热的现象，高温物体以电磁辐射的形式发出能量，温度越高，辐射越强；对流，靠气体或液体的流动来传热的方式，液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程；热传导，热从物体温度较高的一部分沿着物体传到温度较低的部分的方式。热传导是固体中热传递的主要方式。
目前在传导物理的应用方面，绝大多数采用具有一定传导性能的介质，将介质作用于发热体与散热体之间，作为发热体与散热体的热传导的衔接，把发热体的热量通过介质导到散热体上，目的使发热体维持在正常的温度条件下。
但是凡使用介质传导往往会因为介质的物理性和应用环境变化而使传导性能下降甚至失效，尤其在热传导应用方面，因介质经一定时间不断的热胀冷缩循环后，使其与发热体和散热体贴合有一定间隙，导致其在发热体与散热体之间传导性能下降甚至失效的现象最为突出。造成设备或装置的早期失效，造成巨大的财产损失和低劣的社会形象，并存在有诸多的安全隐患，阻碍了许多先进技术的推广、应用，造成了巨大的浪费。
目前现有技术中热导介质中，热导效果最好的为稀贵金属，每年仅用稀贵金属进行传导的费用高达数百亿美元之多。
据不完全统计，每年全球因热传导失败造成的经济损失高达数千亿美元，造成的安全事故损失也非常巨大。彻底扭转在许多应用领域介质传导的不良现象，克服许多新技术、新材料的应用障碍，大大延长相关设备的使用时间，挽回由于传导失效造成的巨大财产损失，对于稀贵金属原本就非常有限的地球，节约稀贵金属，降低相关行业和产业的成本是我们亟待解决的问题。发明内容
本发明的目的之一公开了一种新的热传导方法，本热传导方法为非介质传导方法。
本发明的目的之二公开了在非介质嵌合传导方法基础上利用传导物理、热传导物理、材料物理原理，通过增加发热体与散热体的接触面面积，从而提高热传导率。
本发明的目的之三公开了本发明非介质传导方法在相关领域的应用。
物体或系统内的各点间的温度差，是热传导的必要条件。由热传导方式引起的热传递速率(简称导热速率)决定于物体内温度的分布情况。温度场就是任一瞬间物体或系统内各点的温度分布总和。
热传导就是热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一个系统的现象。它是固体中热传递的主要方式。热传导实质是由大量物质的分子热运动互相撞击，而使能量从物体的高温部分传至低温部分，或由高温物体传给低温物体的过程。在固体中，热传导的微观过程是:在温度高的部分，晶体中结点上的微粒振动动能较大。在低温部分，微粒振动动能较小。因微粒的振动互相联系，所以在晶体内部就发生微粒的振动，动能由动能大的部分向动能小的部分传递。在固体中热的传导，就是能量的迁移。在金属物质中，因存在大量的自由电子，在不停地作无规则的热运动。一般晶格震动的能量较小，自由电子在金属晶体中对热的传导起主要作用。
金属中热导率排列在前几位的为:银Ag热导率为428 W/m*K、铜Cu热导率为398W/m.K、金Au热导率为317.9 W/m*K、铝Al热导率为247 W/m.K，所以在金属中热导效果最好的为银，但由于其价格因素，所以一般选择铜来替代，但为节约成本，很多企业更偏向于选择铝作为热导金属。
本发明所述的非介质传导方法，即通过发热体与散热体直接接触，取代发热体与散热体通过介质间接接触，使发热体直接把热传导至散热体上，而非是通过热传导介质作为中间传导媒介。整个传导过程省略了传导介质这部分，使热传导方法与传统借助传导介质的传导方法比，在技术上有了创新性突破。
本发明所述的通过增加发热体与散热体的接触面面积，从而提高热传导率，是通过使发热体与散热体的接触面面积Sr，Sp〈Sr〈NSp，其中Sr为实际接触面，Sp为水平面积，N为大于I的倍数。使发热体与散热体不仅仅是形式上的面面接触，更是多元化接触，通过对发热体与散热体接触表面处理，使他们表面积成倍数化增长，使其面积增加几倍、几十倍、几百倍甚至几千倍，同时保证发热体表面与散热体表面相互匹配、相互嵌合如图1所示。另外圆形结果的发热体和散热体可以通过螺纹形式嵌合接触，用加深螺纹方式获得N倍的直接接触面的面积如图2所示，或者可以通过多面化的直接切合接触如图3所示，A、B、C三面接触。上述称之为无介质嵌合热传导方法。
本发明另一方面提供了一种用于发热体与散热体上的紧固件，本紧固件为钢质弹性正温度系数的钢性金属紧固件。通常情况下，发热体与散热体都是靠螺丝紧固的，随着多次的热胀冷缩，发热体与散热体之间的间隙会加大，并且发热体与散热体的表面还会形成不良导热体——氧化层，影响了导热与散热的效果。在LED灯具中这种现象尤为明显，造成大量LED灯由于导热和散热性能的下降，大量的LED光源出现早期严重光衰。
本发明发明人为适应高导热，采用紧固结构可以使发热体和散热体始终保持良好的接触，当温度上升时，由于紧固结构为弹性结构，膨胀使导热体和散热体接触面的压力增力口，接触性更好；当温度下降时，由于收缩特性使本发明的紧固件仍保持发热体与散热体之间的收缩压迫力，保证发热体一散热体之间导热和散热性能维持常态，紧固件结构如图4所示。另一方面运用弹性紧固件可以保证发热体与散热体始终在保持紧密接触，防止其接触面产生间隙而形成氧化层，降低发热体与散热体之间的热传导性能。
本发明中的发明方法的应用，大可以用于军事装备，小可以用于日常生活，但凡需要热传导的，均可以通过本发明的方法实现。本发明方法优选运用于LED 二极管灯和电脑CPU的导热、散热。
本发明中附图仅为了对本发明进一步解释，不得作为本发明发明范围的限制。
附图1无介质嵌合热传导结构示意图 附图2无介质嵌合螺纹形式接触示意图 附图3无介质嵌合多面化接触示意图 附图4紧固件结构示意图:I为紧固螺丝，2为弹性垫圈，3为发热体，4为散热体，5为螺母。
附图5 LED液态稀有金属导热散热结构不意图 附图6 LED无介质嵌合导热散热装置结构示意图 附图7缩小1/3后的装置结构示意图 附图5-7上分别各有4个小凸起，为LED芯片示意图具体实施方式
本发明的实施例仅为对本发明进行解释，便于本领域普通技术人员能根据本发明内容能实施本发明，不得作为本发明发明范围的限制。
实施例1 不同类装置相同材质试验 用本发明无介质嵌合热传导方法的装置和液态稀有金属导热散热装置进行相同材质下的对比实验，抽取100块50瓦COB的集成LED模组，其发热体与散热体均为铜质，随机分成液态稀有金属组、无介质嵌合热传导组，两组，各组50块，液态稀有金属组其发热体与散热体之间通过银粉加无机液体胶调配成液态稀有金属作为热传导介质导热，结构如图5所示；无介质嵌合热传导组其发热体与散热体，直接接触，并且相互嵌合如图6所示。结果如下: 1，在LED正常发光的情况下，液态稀有金属组只能水平方式导热，否则被导体温差很大，最大温差达7°C;本发明的无介质嵌合热传导组温差很小，最大温差只有2°C，并且对于LED模组的摆放方式没有要求，可以任意角度摆放。
2，液态稀有金属组导热的方式的LED模组结温(LED 二极管P-N结温度)为52 0C ±1.5°C (25°C环境)；本发明无介质嵌合热传导组的结温(LED 二极管P-N结温度)为470C ±1.2V (25°C环境)。
3，把液态稀有金属组、无介质嵌合热传导组均放在150°C烘箱内100小时后，液态稀有金属组的P-N结温度(25°C环境)上升到61°C ±1.3°C，而采用本发明的无介质嵌合热传导组P-N结温度为47°C 土 1.4°C，基本保持不变。
实施例2 相同类装置不同材质试验: 抽取100块50瓦COB的集成LED模组，用本发明无介质嵌合热传导方法的制备其导热、散热装置，随机均分为两组，一组其发热、散热体均为铜质，一组其发热、散热体均为铝质，相对铜，铝的材料价格下降2-3倍，试验测试结果如下: 1、铜质的其LED 二极管P-N结温度47°C ± 1.2°C。
2、铝质的其LED 二极管P-N结温度49°C ± 1.1°C。
综上所述，铝质发热体、散热体运用本发明的技术仅比铜质的其P-N结温度提升3度，相对于铜质液态稀有金属作为介质的下降了 3度，在节约成本、及温降情况等因素综合考量下，优选运用本发明技术的铝质基板。
实施例3 相同类装置相同材质试验: 抽取100块50瓦COB的集成LED模组，用本发明无介质嵌合热传导方法的制备其导热、散热装置，其发热、散热体均为铝质，随机均分为两组如图7所示，一组其散热体按原始大小如A，一组其散热体缩小至原大小的1/2-1/3如B，试验测试结果如下: 3、原始大小的其LED 二极管P-N结温度49°C ± 1.1°C。
4、缩小至 1/2-1/3 的其 LED 二极管 P-N 结温度 51 °C ±1.3°C。
综上所述，运用本发明的技术在缩小散热体，降低成本的情况下对LED 二极管P-N结温度影响不是太大，所以本技术为我们LED 二极管的推广运用普及，提供了一个价格优势。
权利要求
1.一种热传导方法，其特征在于发热体与散热体均为固态物质，之间直接接触，无传导介质介入。
2.权利要求1所述的热传导方法，其特征在于发热体与散热体选自固态金属。
3.权利要求2所述的热传导方法，其特征在于发热体与散热体选自:银、铜、金、铝。
4.权利要求1所述的热传导方法，其特征在于发热体与散热体接触面积Sr，Sp〈Sr〈NSp，其中Sr为实际接触面，Sp为表面处理前的面积，N为大于I的倍数。
5.权利要求1-4所述的热传导方法，其特征在于进一步包括紧固发热体与散热体的紧固件。
6.权利要求5所述的热传导方法，其特征在于紧固件为弹性和正温度系数的钢性金属件。
7.权利要求1所述的热传导方法，其特征在于发热体和散热体可以通过对其原接触面面积倍数化后增加。
8.权利要求1所述的热传导方法，其特征在于发热体和散热体可以通过多面化的直接接触。
9.权利要求1所述的热传导方法，其特征在于发热体和散热体可以通过螺纹形式接触，用加深螺纹方式获得N倍的直接接触面的面积。
10.权利要求1-9所述的热传导方法在需要导热、散热装置中的应用。
11.权利要求10所述应用，其特征在于用于LED发光二极管和电脑CPU的导热、散热。
全文摘要
本发明公开了一种非介质嵌合导热方法及其应用，本方法是对需进行导热、散热的两个接触面进行物理改变，在无热导介质介入的条件下增加他们的热导、散热能力，同时公开了非介质嵌合导热方法在热传导和散热装置中的应用。
文档编号H01L33/64GK103208470SQ20121008869
公开日2013年7月17日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者翁延鸣 申请人:江苏汉莱科技有限公司