一种大功率LED灯具用直封式热管散热器及制造方法

技术领域

本发明属于热管散热器，特别属于一种大功率LED灯具用直封式热管散热器及制造方法。

背景技术

由于集成封装大功率LED灯具有许多特点：1.同一灯具中不会出现光色不均匀的现象；光源放射的光在照射平面均匀透彻，具有很好的视觉舒适性，不会出现困扰组合式灯具的重影现象。2.由单一驱动器驱动，可靠性强，线路布置在光源内部不会出现电磁干扰。3.可方便地实现无级调光功能。4.灯具厂安装工艺简单及成本低。由于有这些特点而被广泛应用到各种大功率LED灯具中。但由于集成封装大功率LED的LED芯片集中，发热量集中在很小的面积上，因此，散热是必须解决的问题。目前，集成封装大功率LED灯具所用的铝制太阳花热管散热器，具有工艺简单、经济和散热效果较好等特点，但还不能达到灯具寿命20000小时的要求。其原因：1.集成封装LED支架与热管散热器受热面之间的界面材料的导热系数很小即热阻很大，使 LED支架的热量不能很快的向热管散热器受热面传导而集聚在LED支架上，LED芯片的热量不能很快散去而，使LED芯片的温度不能很快降低。2.由于封装材料和透镜材料透光率的限制，使一部分集成封装大功率LED的光不能通过透镜，同时由于防护要求透镜和集成封装LED之间必须密封，使这部分光的能量转化为热量并集聚在透镜和散热器基板之间的空腔内集聚无法散掉；这样一方面使LED结点温度升高，另一方面当空腔内温度超过封装材料的转换温度时，封装材料由刚性材料转换成弹性材料，线膨胀系数会有很大变化。封装材料在温度变化过程中，膨胀和收缩加剧，这将导致金线或铝线过早疲劳和损坏，造成LED线路开路而出现灭灯现象。3.太阳花热管散热器的中心管为普通光滑园管，表面积较小，使热管这中心管内的工质蒸汽与中心管内壁的热交换受到影响。4.大多数情况下，热管散热器不加风扇，是通过散热翅片与周围环境进行效率较低的自然对流散热和热辐射散热，而铝合金热辐射系数较低，故使集成封装大功率LED灯具用热管散热器的效率受到影响。可见，欲使集成封装LED灯具更好发挥节能功效，解决上述的各方面的问题是十分必要的

发明内容

为解决上述问题，降低LED结温，提高集成封装大功率LED灯具的寿命，使其更好发挥节能功效，本发明提出一种大功率LED灯具用直封式热管散热器及制造方法。

一种大功率LED灯具用直封式热管散热器及制造方法，它由直封式复合蒸发皿、太阳花蛇形翅片冷凝器、工质构成；直封式复合蒸发皿和太阳花蛇形翅片冷凝器两者之间用焊接或螺纹加密封胶密封连接。

直封式复合蒸发皿由直封式复合蒸发皿主体和集成封装LED 组成，两者用螺栓、螺母、垫圈固定和密封。

直封式复合蒸发皿主体它由本体、凹槽、固定螺孔、透镜固定孔、灯罩固定孔和垫圈槽构成，本体上部与太阳花蛇形翅片冷凝器下端密封连接。

集成封装LED位于直封式复合蒸发皿本体的凹槽内，集成封装 LED与直封式复合蒸发皿本体之间用螺栓、螺母和垫圈密封连接。

集成封装LED由基板、LED芯片、开口锥形管构成，LED芯片集成封装在基板上，形成集成封装LED。。

开口锥形管密封固定在集成封装LED基板上，开口方向在基板上方，封闭端在集成封装LED基板下方。

太阳花蛇形翅片冷凝器由n个蛇形散热翅片、中心管和堵头构成，中心管和蛇形散热翅片为一体且一次成型；中心管和堵头之间用焊接密封。

蛇形散热翅片由一个主蛇形散热翅片和两个付蛇形散热翅片构成，两者为一体且表面涂石墨烯散热涂料或进行氧化发黑处理。

中心管的外壁均匀分布n个蛇形散热翅片和4个均佈的开口贯穿孔；内壁表面有均匀分布的轴向贯通沟槽，沟槽的横断面为矩形或三角形、半园形、梯形、倒梯形。

堵头由堵头板、注液管构成。注液管与堵头板两者之间用焊接密封连接。

工质为加入腐蚀抑制剂的纯净水或蒸馏水。

集成封装LED基板按现有集成封装LED基板前处理方法进行前处理后将LED芯片集成封装在LED基板上。

将直封式复合蒸发皿主体上端与太阳花蛇形翅片冷凝器下端用焊接或螺纹加密封胶密封连接。

将集成封装LED置入于直封式复合蒸发皿主体下端的开口凹槽内，并用螺栓、螺母、垫圈A、垫圈B密封连接。

本发明的直封式复合蒸发皿有A、B、C、D计4种结构，以满足灯具出光方向在上下180°范围内调整的需要。

本发明的特点：

a.采用的直封式复合蒸发皿，即集成封装LED的基板与热管散热器的受热面合二为一，去掉了原集成封装LED的基板与热管散热器受热面之间的热阻，使本发明的LED芯片-蛇形散热翅片-环境大气之间热传导路径中减少一个热阻很大的界面，即减少了整个热传导路径的总热阻，使LED芯片产生的热量能迅速传导到蛇形散热翅片上与环境大气进行热交换。

b.太阳花蛇形翅片冷凝器中心管内壁均匀分布的轴向贯通沟槽，加大了中心管内壁与工质蒸汽的接触面积，强化了工质蒸汽向散热翅片的传导，使散热翅片的温度加高，加大了蛇形散热翅片与环境之间的热交换强度。

c.蛇形散热翅片较直线型散热翅片增加了散热翅片的表面积，即增加了散热翅片与环境大气之间自然对流的面积，同样强化了散热翅片与环境大气之间自然对流强度。

d.蛇形散热翅片表面涂有石墨烯散热涂料或进行氧化发黑处理，增加了蛇形散热翅片表面的热辐射系数，强化了蛇形散热片与环境大气之间的热交换强度。

e.开口锥形管位于集成封装LED基板锥形孔内，其开口端在太阳花蛇形翅片冷凝器中心管内，封闭端在透镜腔内；工作时中心管内的工质充满开口锥形管，透镜腔内的热量通过开口锥形管的管壁加热开口锥形管内的工质，工质受热沸腾产生的工质蒸汽上升到中心管内，中心管内的工质冷凝液依靠重力通过开口锥形管的开口回到位于透镜腔内锥形管的底部，继续参加上述循环，如此循环往复实现了透镜腔内的散热。

f.工质采用加腐蚀抑制剂的纯净水，具有经济、安全和不污染环境的特点。

附图说明

图1为一种大功率LED灯具用直封式热管散热器及制造方法的第A 种结构示意图。

图2为图1中件1的结构示意图。

图3为图1中A-A横断面图。

图4为图3中件21的结构示意图。

图5为图2中件23的结构示意图。

图6为图1中件2的结构示意图。

图7为图6的俯视图。

图8为图6中件11的结构示意图。

图9为图8的俯视图。

图10为图6中件12的结构示意图。

图11为图10的B-B横断面图。

图12为本发明的第B种结构示意图。

图13为本发明的第C种结构示意图。

图14为本发明的第D种结构示意图。

附图1～14中：

1-直封式复合蒸发皿，2-太阳花蛇形翅片冷凝器，3-工质。

11-直封式复合蒸发皿主体，12-集成封装LED，13-螺栓，14-螺母，

15-垫圈A，16-垫圈B，17-锥形开口管。

111-直封式复合蒸发皿主体11的本体，112-凹槽，113-固定孔，

114-透镜固定孔，115-灯罩固定孔，116-垫圈槽。

121-LED基板，122-LED芯片，123-固定孔，124-锥形孔。

21-蛇形散热翅片，22-中心管，23-堵头。

211-主蛇形散热翅片，212-付蛇形散热翅片。

221-中心管壁，222-开口贯穿孔，223-中心管内壁，224-轴向贯通沟槽。

231-堵头板，232-注液管。

2B-第B种结构的件1的结构示意图。

2C-第C种结构的件1的结构示意图。

2D-第D种结构的件结构示意图。

具体实施方式

一种大功率LED灯具用直封式热管散热器及制造方法，它直封式复合蒸发皿1、太阳花蛇形翅片冷凝器2、工质3构成。

直封式复合蒸发皿1由主体11、集成封装LED 12、螺栓13、螺母14、垫圈A 15、垫圈B16和锥形开口管17构成。

直封式复合蒸发皿主体11，由本体111、凹槽112、固定螺孔113、透镜固定孔114、灯罩固定孔115和垫圈槽116构成。

集成封装LED 12由基板121、LED芯片122、固定孔123、锥形孔124构成，LED芯片集成封装在基板121上。

集成封装LED 12位于直封式复合蒸发皿主体11的凹槽112 内，集成封装LED12与直封式复合蒸发皿主体11之间用螺栓13、螺母14和垫圈15和16密封连接。

太阳花蛇形翅片冷凝器2由n个蛇形散热翅片21、中心管22 和堵头23构成，中心管22和蛇形散热翅片21为一体且一次成型；中心管21和堵头23之间用焊接密封连接。

蛇形散热翅片21由一个主蛇形散热翅片211和两个付蛇形散热翅片212构成，两者为一体且表面涂石墨烯散热涂料或进行氧化发黑处理。

中心管22的管壁221均匀分布n个蛇形散热翅片211和4个均佈的开口贯穿孔222；内壁表面有均匀分布的轴向贯通沟槽223，轴向贯通沟槽223的横断面为矩形或三角形、半园形、梯形、倒梯形。

工质为加腐蚀抑制剂的纯净水或蒸馏水。

本发明的组装顺序如下：

1)组装直封式复合蒸发皿2：

a.集成封装LED基板121前处理、将LED芯片集成封装LED基板121 上.

b.开口锥形管17置于锥形孔124内，其上端即开口端在中心管12内，下端即封闭端透镜腔内；开口锥形管17与基板121上之间用密封胶粘或细牙螺纹加密封胶密封。

c.集成封装LED 12位于直封式复合蒸发皿主体11的凹槽112内，集成封装LED12与直封式复合蒸发皿主体11之间用螺栓13、螺母14 和垫圈15和16密封连接。

2)太阳花蛇形翅片冷凝器2安装前处理：

a.即中心管21与堵头23密封连接.

b.太阳花蛇形翅片冷凝器2翅片表面涂石墨烯散热涂料或氧化发黑处理。

3)直封式复合蒸发皿主体1与太阳花蛇形翅片冷凝器2用螺栓、螺母、密封圈密封连接。

4)压力测试：注液管232与压力测试设备连接进行压力测试。

5)压力测试合格后，注液管232连接抽真空、注工质设备进行抽真空和注工质后注液管232封口密封。

6)检漏：将注液管232封口密封的一种大功率LED灯具用直封式热管散热器平放42℃的浅水箱中，若无气泡产生，这产品密封合格。

工作时：

1.集成封装LED22发热，其热量通过集成封装LED 12的基板121加热中心管22内的工质3，工质3受热后温度上升、沸腾、蒸发为携带工质化学潜热和一定上升速度的工质蒸汽；这些工质蒸汽沿中心管 22的中心线上升；由于注入工质3前中心管22已经被抽真空，故工质蒸汽沿中心管22的中心线上升的速度很快；工质蒸汽沿中心管22 的中心线上升的过程中，通过中心管2的管壁223，将热量传导到散热翅片21上，使散热翅片21被加热使其温度上升；失去热量的工质蒸汽冷凝为工质液体，这些工质液体依靠重力沿中心管22的内壁223流回复合蒸发皿，继续参加吸热蒸发、失热冷凝的循环，如此循环往复，将集成封装LED的热量传导到散热翅片上，参加散热翅片与环境大气之间的自然对流热传导。被加热的散热翅片11加热其周围的空气，被加热的空气比重下降而上升，周围的冷空气迅速的补充到上升空气的位置，如此循环往复，实现了将传导到散热翅片的热量传导到环境之中。复合蒸发皿内工质的受热沸腾蒸发、失热冷凝和散热翅片周围热空气上升、周围冷空气补充上升热空气的原来位置的循环往复的联合作用，如此循环往实现了LED芯片的快速散热。与此同时，透镜内集聚的热量加热开口锥形管27内的工质3，工质3受热蒸发为工质蒸汽，这些工质蒸汽沿开口锥形管27的中心线上升到中心管12 内，同时中心管12内冷凝的工质液体3溅回到开口锥形管27内，继续参加吸热蒸发上升、工质冷凝液溅入回流的循环，如此循环往复实现了透镜腔的散热。如此：a.中心管内的工质吸热蒸发、失热冷凝的循环往复。b.散热翅片周围空气受热膨胀上升和翅片周围冷空气补充上升空气位置的循环。c.开口锥形管27内工质的吸热蒸发、溅入回流的循环往复，实现了透镜内工质的散热。上述工质a.b.c.3个循环往复的协同作用的叠加实现了集成封装LED芯片和透镜腔的散热。

本发明：

a.采用复合蒸发皿，即集成封装LED的基板与热管散热器的受热面合二为一，去掉了原集成封装LED的基板与热管散热器受热面之间的热阻，使本发明的LED芯片至蛇形散热翅片至环境大气之间热传导路径中减少一个热阻很大的界面，即减少了正个热传导路径的总热阻，使 LED芯片产生的热量能迅速传导到蛇形散热翅片上与环境大气进行热交换。

b.中心管12内壁123均匀分布的贯通轴向沟槽124，加大了中心管 12内壁123与工质蒸汽的接触面积，强化了工质蒸汽向散热翅片的传导，使散热翅片的温度加高，强化了蛇形散热翅片与环境之间的热交换。

c.蛇形散热翅片较直线形散热翅片增加了散热翅片的表面积，增加了散热翅片与环境大气之间自然对流的面积，即强化了散热翅片与环境大气之间自然对流。

d.蛇形散热翅片11表面涂有石墨烯散热涂料或进行氧化发黑处理，增加了蛇形散热翅片表面的热辐射系数，强化了蛇形散热片与环境大气之间的热交换。

e.两端分别位于中心管和透镜腔内的开口锥形管12，将透镜腔内的热量传导到中心管的循环往复，实现了透镜腔内温度的下降。

综上所述，本发明的特点是：

1.散热速度快、单位时间散热量大，从而使LED芯片温度低。

2.降低了密封的透镜腔内温度降低。

3.经济，这是因为结构简单，主要零件为整体挤出，机加费用低，工质主要为纯净水，故价格低。

4.环保工质为加腐蚀抑制剂的纯净水不仅化学潜热大、且经济、安全和不污染环境。

5.LED出光方向可以在上下180°范围内调整。