[发明专利]一种大功率LED多孔相变热沉结构

说明书

技术领域

本发明涉及照明领域，特别涉及一种大功率LED多孔相变热沉结构。

技术背景

近年来，随着能源供应的紧张，半导体发光二极管LED(Light Emitting Diode)照明受到了世界各国的广泛重视，由于其具有发光效率高、寿命长和安全环保等优点，而被称为第四代照明光源或者绿色光源，LED照明已经广泛地应用于手机闪光灯、显示器背光、标志牌和信号灯以及矿灯等特殊用途照明系统，鉴于LED的优点，其将在家用照明、汽车前照灯、舞台照明和建筑工地照明等大功率照明领域表现出巨大的潜力和前景。然而，虽然大功率LED灯亮度更高，但是其内部产生的热量也会大幅度增加，使半导体PN结的温度增加，降低了发光效率，改变了LED的峰值波长，从而引起光衰现象，同时严重降低LED的使用寿命。因此，LED的PN节的温度需要控制在给定的安全温度(如125℃)以下。传统的白炽光是以红外辐射的方式对外散热，而LED是通过激发电子，使电子发生能量级的跳跃而实现发光，光谱中不含红外部分，产生的热量不能通过辐射散出，且LED灯有80％的电能转换为热能散失到外界环境中。因此，大功率LED照明的散热和有效温控成为大功率LED应用的瓶颈问题之一。

大功率LED照明的现有的冷却技术是主要是采用热沉封装结构，通过导热将LED芯片产生的热量传递至灯壳再由自然对流带走进行冷却。专利CN2735548公开了一种封装有矽油的散热箱并在箱内设计一套扰动系统来降低LED芯片的温度，不足之处是扰动系统需要额外的能耗及可靠性差。专利CN1828956A公开了一种大功率的LED散热封装，其原理是采用相变沸腾传热方式的热管将热量散到环境中，不足之处是其LED和热管一体化封装的结构换热效率受热管终端环境温度的影响大且不适合灯阵结构的LED装置。专利CN101315927A公开了一种大功率LED相变热沉结构，其原理是利用工质液气相变来实现热沉本体的热等温效应以降低LED芯片的温度，不足之处是换热能力依赖于相变材料的封装量。专利WO2009110987A1公开了一种用于LED灯的采用相变材料的热存储系统，其结构是将传统的金属散热器换成加工有容腔的热沉，在空腔内装有相变材料，利用相变材料融化时吸热进行储能来降低LED芯片的温度，不足之处是相变材料的导热系数低，换热能力有限。专利US20090322229A1公开了一种新型的LED照明装置，其原理是通过热管将LED芯片的热量传递到埋在地里的相变材料来降低LED芯片的温度，不足之处是这种结构成本高，使用场合有限，不利于推广。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种大功率LED多孔相变热沉结构，该结构散热效果好，且减少了LED封装温度对散热方式的依赖，延长了散热时间。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括顶面设有若干个散热器翅片的散热器内腔，散热器内腔内烧结有金属多孔结构，金属多孔结构的孔隙中填充有相变材料；散热器内腔的底面设有LED电子芯片，且相变材料的熔点低于LED电子芯片的正常工作温度。

每个散热器翅片上加工有若干扰流槽，且每个散热器翅片上的若干扰溜槽的总宽度小于等于每个散热器翅片的总宽度的20～30％。

沿散热器翅片的高度方向，每个散热器翅片的厚度逐渐增大，且散热器翅片与散热器内腔顶面接触的部分最厚。

所述的金属多孔结构为金属泡沫多孔结构或金属纤维毡多孔结构。

所述的金属多孔结构的孔隙率范围为30％～99％。

所述的相变材料在金属多孔结构中的体积填充率小于95％。

所述的相变材料为柠檬酸钠、磷酸钠、硝酸盐或石蜡。

所述的散热器内腔的底面与LED电子芯片之间设有扩展板，散热器内腔侧面上设有用于密闭散热器内腔的密封端盖。

所述的若干个散热器翅片与散热器内腔的顶面之间以焊接或机加工的方式连接，扩展板与LED电子芯片之间、散热器内腔的底面与扩展板之间均以焊接或导热硅脂粘结的方式连接。

所述的LED电子芯片停止工作时，相变材料放热凝固；LED正常工作时，相变材料吸热熔化。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：