光热一体化散热器

技术领域

本公开涉及散热冷却技术领域，尤其涉及一种光热一体化散热器。

背景技术

传统大功率灯具能耗大、光效低、寿命短，亟需大功率高功率密度LED灯具替代传统照明产品。然而目前LED光源的输入功率70％～80％转换为热量，高发热量的累积会造成LED芯片结温升高，进而引发发光谱线漂移、光效降低、寿命缩短等问题。因此散热是限制大功率高功率密度LED器件发展的关键瓶颈问题。目前，市场上常见的型材散热及热管等技术的散热能力十分有限，难以实现大功率高功率密度LED高效、高可靠热管理。

微纳槽群相变散热器，在其蒸发表面上构建开放式微细通道阵列结构，并在通道内三相接触线区域促进扩展弯月面蒸发薄液膜的形成。在高热负荷条件下，微槽通道内会发生薄液膜蒸发和厚液膜区域内核态沸腾的复合相变换热，所以，微纳槽群复合相变换热技术作为一种高效被动式微尺度相变换热技术，可实现低热阻、小温差与高热流密度条件下的超强换热，是一种适用于超高热流密度下的高效、高性能被动式微尺度相变换热技术，目前已经规模化应用在大功率LED灯具散热器领域。

然而在以往LED灯具散热器设计中，微槽群散热器的取热表面与LED光源基板之间只能通过导热硅脂、导热硅胶等界面材料进行填充，较大的界面热阻严重限制微槽群散热器的取热能力，进而使光源表面温度偏高，严重影响了LED光源的光效和使用寿命。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种光热一体化散热器，以缓解现有技术中散热效率低等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供了一种光热一体化散热器，包括：

光源承载部，包括光源基板，所述光源基板用于发光，光源承载部能够将所述光源基板产生的热量导出；

散热部，包括连接孔，所述连接孔为通孔，所述光源承载部盖合所述连接孔的一端，所述散热部用于将传递来的热量进行散发；

冷凝盖板，用于盖合所述连接孔的另一端，形成真空腔体，所述真空腔体内填充有相变工质；

其中，所述相变工质能够接收所述光源基板产生的热量并传递给所述散热部。

在本公开实施例中，所述光源承载部还包括：

开口蒸发盖板，用于承载所述光源基板，所述开口蒸发盖板设置有开口，所述开口蒸发盖板在所述开口周围设置有密封胶圈槽；

密封胶圈，设置于所述密封胶圈槽内，所述光源基板与所述密封胶圈抵靠连接；

光源压盖，固定连接于开口蒸发盖板，所述光源压盖用于压紧所述光源基板，形成所述光源基板的所述真空腔体侧的密封。

在本公开实施例中，所述开口蒸发盖板的真空腔体侧为微槽强化表面，所述微槽强化表面具有凹槽，所述凹槽能够提高与所述相变工质的接触面积。

在本公开实施例中，所述凹槽为矩形槽、锯齿形槽及梯形槽中一种。

在本公开实施例中，所述凹槽尺寸为：槽宽20～5000μm、槽深20～5000μm、槽间距20～5000μm。

在本公开实施例中，所述光源压盖包括：

贯穿口，用于通过所述光源基板发出的光；

出线槽，用于设置为所述光源基板供电的供电线。

在本公开实施例中，所述散热部还包括：

多个散热翅片，均匀设置于所述真空腔体外侧的所述散热部上，所述散热翅片用于增大所述散热部的散热面积。

在本公开实施例中，所述散热翅片包括：

多个粗翅片，均匀设置于所述散热部上，所述粗翅片设置有连接孔，通过所述连接孔能够将所述光热一体化散热器与外部链接；

多个细翅片，均匀设置于所述散热部上且均匀设置于每两所述粗翅片之间。

在本公开实施例中，所述冷凝盖板设置有密封口，通过所述密封口能够将所述相变工质充入所述真空腔体。

在本公开实施例中，所述相变工质为蒸馏水、电子氟化液、去离子水、乙醇、甲醇及液态金属中一种或其组合。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开光热一体化散热器至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)实现了从结构上消除光源基板与蒸发盖板之间界面热阻；以及

(2)散热器开口蒸发盖板与散热器真空腔体配合，实现大功率、高功率密度的散热能力。

附图说明

图1为本公开实施例光热一体化散热器的整体结构示意图。

图2为本公开实施例光热一体化散热器的整体结构的剖视示意图。

图3为本公开实施例光热一体化散热器的光源压盖外表面示意图。

图4为本公开实施例光热一体化散热器的光源压盖内表面示意图。

图5为本公开实施例光热一体化散热器的光源基板外表面示意图。

图6为本公开实施例光热一体化散热器的光源基板内表面示意图。

图7为本公开实施例光热一体化散热器的密封胶圈示意图。

图8为本公开实施例光热一体化散热器的蒸发盖板外表面示意图。

图9为本公开实施例光热一体化散热器的蒸发盖板内表面示意图。

图10为本公开实施例光热一体化散热器的冷凝盖板外表面示意图。

图11为本公开实施例光热一体化散热器的微槽强化表面矩形槽横截面示意图。

图12为本公开实施例光热一体化散热器的微槽强化表面锯齿形槽横截面示意图。

图13为本公开实施例光热一体化散热器的微槽强化表面梯形槽横截面示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

10 光源压盖

20 光源基板

30 开口蒸发盖板

40 真空腔体

50 冷凝盖板

60 散热翅片

70 密封胶圈

11 粗翅片

12 细翅片

13 出线槽

14 贯穿口

15 相变工质

16 密封口

17 密封胶圈槽

111 微槽强化表面结构

112 光源压盖外表面

113 光源压盖内表面

114 光源基板外表面

115 光源基板内表面

116 开口蒸发盖板外表面

117 开口蒸发盖板内表面

具体实施方式

本公开提供了一种光热一体化散热器，与传统光源散热器相比，散热器开口蒸发盖板与散热器真空腔体配合。开口蒸发盖板以圆心为中心开贯穿口，将进一步实现大功率、高功率密度的散热能力，并且同时满足散热器小体积、轻量化、节省材料、节约成本、节能降耗的要求。可克服现有光源散热器的主要缺点和不足之处。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，提供一种光热一体化散热器，如图1至图2所示，制备方法，包括：光源承载部，包括光源基板20，光源基板20用于发光，光源承载部能够将光源基板20产生的热量导出。散热部，包括连接孔，连接孔为通孔，光源承载部盖合连接孔的一端，散热部用于将传递来的热量进行散发。冷凝盖板50，用于盖合连接孔的另一端，形成真空腔体40，真空腔体40内填充有相变工质15。其中，相变工质15能够接收光源基板产生的热量并传递给散热部。

在本公开实施例中，如图3至图9所示，光源承载部还包括：开口蒸发盖板30，用于承载光源基板，开口蒸发盖板30设置有开口，开口蒸发盖板30在开口周围设置有密封胶圈槽17。密封胶圈70，设置于密封胶圈槽17内，光源基板与密封胶圈70抵靠连接。光源压盖10，固定连接于开口蒸发盖板30，光源压盖10用于压紧光源基板，形成光源基板的真空腔体侧的密封。

在本公开实施例中，如图8至图9所示，开口蒸发盖板与真空腔体配合。开口蒸发盖板以圆心为中心开贯穿口，开口形状可为正方形、矩形、圆形或其它不规则形状。

在本公开实施例中，开口蒸发盖板的真空腔体侧，即开口蒸发盖板内表面117为微槽强化表面，微槽强化表面具有凹槽，凹槽能够提高与相变工质的接触面积。

在本公开实施例中，凹槽为矩形槽、锯齿形槽及梯形槽中一种。

在本公开实施例中，凹槽尺寸为：槽宽20～5000μm、槽深20～5000μm、槽间距20～5000μm。

本公开实施例提供的光热一体化散热器，创新性的提出在光源基板内表面直接加工强化表面结构，并将其与散热器取热表面设计为一体化器件，从结构上消除光源基板与散热器之间的界面热阻，大幅度提高了取热能力，提升了散热器的散热性能。

在本公开实施例中，如图3至图4所示，光源压盖10包括：贯穿口14，用于通过光源基板发出的光。出线槽13，用于设置为光源基板供电的供电线。

在本公开实施例中，如图1所示，散热部还包括：多个散热翅片60，均匀设置于真空腔体外侧的散热部上，散热翅片60用于增大散热部的散热面积。

在本公开实施例中，如图1所示，散热翅片包括：多个粗翅片11，均匀设置于散热部上，粗翅片11设置有连接孔，通过连接孔能够将光热一体化散热器与外部链接。多个细翅片12，均匀设置于散热部上且均匀设置于每两粗翅片11之间。

在本公开实施例中，如图10所示，冷凝盖板50设置有密封口，通过密封口能够将相变工质充入真空腔体。

在本公开实施例中，真空腔体内封装有相变工质，在一定的真空度和充液率下，可在腔体内完成吸热(液-汽)和放热(汽-液)的循环过程。真空腔体外部为均匀分布的粗翅片和细翅片，依据传热学和空气动力学，通过合理的空间布局，实现较高的肋效率和自然对流系数。散热器开口蒸发盖板内表面中心区域贯穿，且其余部分具有强化表面结构，通过改善汽泡动力学行为，增加汽化核心数目，减少汽泡分离半径，提高汽泡脱离频率，从而进一步强化沸腾传热，提高取热能力。光源基板内表面具有强化表面结构，并与散热器开口蒸发盖板设计为一体化器件，从结构上消除了光源基板与散热器之间的界面热阻。开口蒸发盖板、光源基板通过光源压盖、密封胶圈和螺丝装配密封。散热器冷凝盖板外表面具有封装结构。至此，通过对散热器真空腔体、开口蒸发盖板和冷凝盖板以及真空腔体外部翅片的空间结构设计，得到了适用于高热流密度取热的光热一体化散热器，全方位的提升了散热器整体的取热、导热、散热能力。

在本公开实施例中，真空腔体外部为均匀分布的粗翅片和细翅片。4根粗翅片分别中心对称，将散热器外围等比例划分为4个区域，细翅片均匀分布在此四个区域内，每个区域内细翅片个数为N，N≥4，且粗翅片和细翅片具有倒角，R≥1。

在本公开实施例中，的相变工质包含：蒸馏水、电子氟化液、去离子水、乙醇、甲醇、液态金属或制冷剂中的至少一种。

在本公开实施例中，的散热器开口蒸发盖板和光源基板内面具有强化表面结构，用于改善汽泡动力学行为，增加气化核心数，进而强化沸腾传热。

在本公开实施例中，的开口蒸发盖板与光源基板通过光源压盖、密封胶圈和螺丝装配密封。

在本公开实施例中，的强化表面包含：微纳结构表面、润湿特性表面、亲/疏水结构表面、涂层表面、电化学沉积表面中的至少一种。

在本公开实施例中，散热器真空腔体、开口蒸发盖板、冷凝盖板、光源基板、光源压盖、粗翅片和细翅片材料为金属、合金、塑料、塑料金属中的至少一种。

具体地，如图1至图10所示，本公开提供的一种光热一体化散热器工作原理为：开口蒸发盖板30与光源基板20通过光源压盖10、密封胶圈70和螺丝装配密封。在开口蒸发盖板30圆心处，具有面积1～1000cm

在本实施例中，如图6所示，当光源基板内表面115是微槽强化表面结构111时，相变工质15在微槽毛细力的驱动下进入微槽内部，并且在微槽内形成弯月面形状，在一定的充液率和真空度下，可在散热器真空腔体40内实现稳定的池内核态沸腾。

开放式微细通道11包括N条，其中N≥10，排列密度大于2条/cm。微槽强化表面结构111尺寸为：槽宽20～5000μm、槽深20～5000μm、槽间距20～5000μm。

在本实施例中，如图11至图13所示，微槽强化表面结构111的横截面为矩形、锯齿形、梯形。

在本实施例中，的相变工质15包含：蒸馏水、电子氟化液、去离子水、乙醇、甲醇、液态金属或制冷剂中的至少一种。

在本实施例中，的强化表面包含：微纳结构表面、润湿特性表面、亲/疏水结构表面、涂层表面、电化学沉积表面中的至少一种。

在本实施例中，散热器真空腔体、开口蒸发盖板、冷凝盖板、光源基板、光源压盖、粗翅片和细翅片材料为金属、合金、塑料、塑料金属中的至少一种。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开光热一体化散热器有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种光热一体化散热器，该光热一体化散热器，包括散热器真空腔体、开口蒸发盖板、冷凝盖板、光源基板、光源压盖、粗翅片和细翅片。本公开提出的光热一体化散热器，其内为封闭腔体，且在一定的真空度和充液率下，可实现稳定的池内沸腾。本公开创新性的提出在光源基板上直接加工强化表面结构，并将其与散热器取热表面设计为一体化器件，得到一种能从结构上消除光源基板与散热器之间的界面热阻，从而降低光源基板到散热器冷凝盖板之间的总热阻，进一步实现高功率密度散热器小体积、轻量化、节省材料、节约成本、节能降耗。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。