[发明专利]一种用于大功率LED散热的板式脉动热管

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于大功率LED以及相关电子器件散热的板式脉动热管，属于电子器件冷却与高效传热领域。

背景技术

大功率LED(Light Emitting Diode)一般是指芯片热流密度大于1W/mm²的固态照明光源(Solid State Lighting，SSL)，普遍认为是继白炽灯、荧光灯和高压放电灯之后的第四代照明光源。相较于之前人类广泛使用的前三代照明器材相比具有节能、环保和长寿命的优势。以白炽灯为基准，LED光源在同等照明亮度时仅仅需要其10%-30%的电能，并且寿命长数十倍。此外LED光源还具有的优势还包括：开关响应快，耐冲击性高，方便通过智能控制应用于调光环境复杂和频繁开启关闭的场合;抗震性能好,可以用于车载照明;不含汞、铅等重金属污染物，有利于环境保护等。LED照明正在引发世界范围内照明光源的一场革命，成为人类照明史上的又一次飞跃。

与电子产业迅速发展，芯片密度不断提高相伴随的是芯片的散热需求越来越苛刻。相对而言大功率LED的总发热量不高，但是热流密度却非常大，目前研发的一些LED 芯片热流密度达到了100W/cm²。加之其发光效率要受到材料、电路制造技术方面限制，芯片总功率中的85%是要作为热量散失掉的。如果芯片散热设计不合理，工作中的芯片结温升高，这会造成LED芯片的工作可靠性产生严重的影响。例如芯片的失效可能性会随着芯片的温升高增高而呈指数形式递增。有研究显示每当环境温度上升10℃，LED器件的失效率要高一倍，简称为10℃法则，因此散热设计不合理而导致LED器件损毁占其失效总因素的55%。结温过高不但容易造成LED芯片的损坏失效，还会降低光通量，影响光源的工作质量。为此提出了大功率LED的热管理问题，而散热器件的设计制造是热管理的关键部分。

在目前LED各种散热装置中，以热管为代表的相变冷却装置因其换热系数大，可以实现被动式散热，工作稳定性好而具有十分可观的开发价值。目前已经有应用在LED芯片散热的热管包括环路热管，平板热管，脉动热管(PHP，也称振荡热管)等。闭合回路脉动热管结构可以认为是一段封闭蛇形弯曲且真空的毛细管回路，当中充有一定百分比的工质，毛细管小于一定直径时表面张力占主导作用，液相会成液塞状间断分布于毛细管中。当冷凝段和蒸发段有一定的温差时，管内的液塞发生相变，在两端不平衡压差作用下，液塞发生位移。相邻的两管压力不平衡时，管内会形成不稳定的单向环流。小管径和冷热端反复弯曲是OHP构造上的的两个基本条件。管内流型复杂多变和不稳定是OHP工作的典型特征，其热传递方式有显热传递、潜热传热、膨胀压缩功多种形式，因此它的构造简单单运行过程却是一种非常复杂的多相不稳定流动。具有传热效率高；临界热流密度大；不需要毛细芯，制造简单；结构多变适应性强等特点，在大功率LED散热以及电子器件高效冷却方面有很好的开发前景。

由于其工作特性，传统的脉动热管工作中工作循环不容易稳定，蒸发段容易出现烧干、循环间歇而造成局部温度升高，热管工作中蒸发段温度有不稳定波动等现象。

发明内容

本发明的目的是以脉动热管的结构和工作原理为基础，提供一种可用于LED散热等电子器件冷却的板式脉动热管。

本发明的结构包括：盖板，基板，毛细管束，液塞，空腔，毛细管束下弯头组，毛细管束上弯头组，充液口，LED芯片安装螺孔；

基板上铣出毛细管束、与毛细管束下部相通的空腔以及位于毛细管束上部与毛细管束相通的充液口，毛细管的截面是矩形截面或三角形截面，每个毛细管束的两个端口分别独立与空腔相连接，且连接位置不对称，基板与盖板通过真空钎焊链接，充液口安装阀门后构成密封可形成真空环境的空间，安装螺孔外接LED芯片，空腔安装毛细芯或微槽道结构；

所述热管采用的毛细管的当量直径满足：