專利名稱：散熱裝置以及包括散熱裝置的發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種散熱裝置、特別是適于與強(qiáng)制氣流發(fā)生器一起操作的散熱裝置， 并且涉及包括這種散熱裝置的發(fā)光裝置。
背景技術(shù)：
通常地，對組裝在小的區(qū)域上、即具有高功率密度的高功率光源(如包括發(fā)光二 極管(LED))的冷卻是期望的但是難于實現(xiàn)的。小的可用區(qū)域進(jìn)一步使得對發(fā)光裝置的其 它功能部件(例如殼體、光學(xué)元件、驅(qū)動板等)之間的可用空間的有效利用成為必要。同時 還需要針對噪聲以及熱氣流進(jìn)行用戶友好的熱量管理。為了實現(xiàn)這些相互矛盾的目標(biāo)，已知的在較低功率下操作的發(fā)光裝置(如LED燈 泡)可以通過將LED布置在相對較大的區(qū)域上而將光亮分隔開以及由此將功率耗散分隔 開，并且大多數(shù)使用被動散熱裝置。被動散熱裝置通常圍繞光源側(cè)向布置或者布置在光源 下方，并且提供了間隔相對較寬的冷卻翅片，形成了從底部通到最頂部的空氣流動通道，從 而允許自然對流。熱空氣出口通常圍繞著翅片，而熱空氣尾流與重力方向相反。然而，一些 發(fā)光裝置采用主動冷卻，將氣流強(qiáng)行施加到散熱裝置上，該散熱裝置往往經(jīng)由次粘著基臺 (submoimt)基板與高溫光源熱連接。散熱裝置按慣例是一個單獨制造的元件，其通過支承 結(jié)構(gòu)(例如殼體)而被固定。已知的用于主動冷卻的散熱裝置附連在熱源下方，面對風(fēng)扇。 尤其對于緊湊設(shè)計，各個部件的組裝和調(diào)節(jié)變得復(fù)雜且花費很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種緊湊、可靠、用戶友好且易于組裝的高功率發(fā)光系統(tǒng)。該目標(biāo)是通過根據(jù)權(quán)利要求1的散熱裝置以及根據(jù)權(quán)利要求37的發(fā)光裝置所實 現(xiàn)。所述散熱裝置包括用于安裝光源的光源區(qū)域；以及傳熱及散熱結(jié)構(gòu)，其覆蓋包 括底部區(qū)域及側(cè)向區(qū)域的所述散熱裝置的外部的至少一部分，其中，所述傳熱及散熱結(jié)構(gòu) 包括從底部區(qū)域通往側(cè)向區(qū)域的至少一個空氣流動通道，所述空氣流動通道包括側(cè)向出通過將光源功能以及有效的散熱功能結(jié)合在散熱裝置中，制造及組裝復(fù)雜度進(jìn)而 成本都大大地降低，尤其是與采用已知的單純散熱裝置的主動冷卻式光源系統(tǒng)相比。通過 將氣流導(dǎo)向側(cè)向區(qū)域，可以獲得緊湊且用戶友好的發(fā)光裝置，原因是首先避免了熱空氣在 光發(fā)射方向上的流動，其次可以使光學(xué)發(fā)射區(qū)域的尺寸更大，再者即便使用主動冷卻也能 夠獲得減弱的噪音，其原因在于整個柵格區(qū)域側(cè)部的極限最大直徑可以大于前部的極限最 大直徑，這樣使得通過各個柵格開口的空氣流量較小，進(jìn)而使得噪音較低。這些優(yōu)點因使用 主動冷卻發(fā)生器(強(qiáng)制氣流發(fā)生器)來產(chǎn)生穿過散熱結(jié)構(gòu)的氣流而特別地明顯并且能夠?qū)?現(xiàn)。然而，該散熱裝置還可用于自然對流。有利地，所述傳熱及散熱結(jié)構(gòu)的在頂部上被覆蓋，從而避免照明方向上的氣流。
有利地，所述光源包括LED次粘著基臺/LED模塊，以便有效地照明以及容易地組 裝。次粘著基臺(或者模塊)使用基板，該基板包括一個或多個單獨的LED或者LED芯片， 例如一組不同顏色的LED (例如使用紅色、藍(lán)色以及綠色LED，或者白色LED)。有利地，-所述光源區(qū)域包括由空腔壁形成的開口空腔，所述空腔包括適于接收至少一個 光源的光源安裝區(qū)域；-所述散熱裝置包括實心的散熱裝置基座，所述散熱裝置基座從所述光源安裝區(qū) 域延伸到外部并且從所述空腔壁突出；以及-所述傳熱及散熱結(jié)構(gòu)與所述散熱裝置基座熱連接。通過這種設(shè)計，獲得了特別有效的導(dǎo)熱及散熱。實心散熱裝置基座包括足夠的空 間，用以引導(dǎo)熱量快速地遠(yuǎn)離熱源。通過突出的實心散熱裝置基座以及傳熱及散熱結(jié)構(gòu)與 散熱裝置基座熱連接，實現(xiàn)了在大面積上將熱量強(qiáng)力地傳導(dǎo)到傳熱及散熱結(jié)構(gòu)中。有利地，所述傳熱及散熱結(jié)構(gòu)包括多個豎直排列的翅片，用于確保容易的組裝以 及強(qiáng)有力的空氣流動。有利地，每個空氣流動通道都至少部分地包括兩個相鄰翅片以及所述空腔壁的由 所述兩個相鄰翅片界定的部分。這使得能夠得到可以根據(jù)期望而被覆蓋或者不被覆蓋的側(cè) 向開口的側(cè)面。有利地，所述翅片成旋轉(zhuǎn)對稱關(guān)系布置，從而確保均勻的熱量分布。特別是為了通過強(qiáng)制氣流有效冷卻，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)翅片具有下述尺寸是有利的兩個相鄰翅片之間的周向距離(空氣流動通道的寬度)在0. 4mm < CI < 8mm的 范圍內(nèi)；厚度在0. 1mm < Fl < 3mm的范圍內(nèi)；側(cè)向長度在5mm < F2 < 40mm的范圍內(nèi)。盡管翅片形狀不局限于任一特定設(shè)計，但是認(rèn)為如果翅片至少部分地顯示出矩 形、彎曲形和/或尖頭形橫截面(例如三角形橫截面)是有利的。有利地，翅片在空腔壁的底部處以平直的模式徑向地延伸。有利地，基部翅片在空腔壁的底部處還可以以噴射流模式徑向地延伸。為了使熱量良好地分布到翅片中并且使氣流導(dǎo)引通暢，散熱裝置基座有利地呈錐 形形狀并且錐形的底部定位在光源安裝區(qū)域處。有利地，散熱裝置基座的錐形形狀是圓錐形形狀。通常地，圓錐形的底部可具有任 意形狀，并且頂尖可位于任何位置，但是優(yōu)選地位于中心。然而，通常認(rèn)為底部是有邊界的 并且具有非零區(qū)域，而頂尖位于底部所在平面的外部。圓錐形以及橢圓錐形分別具有圓形 和橢圓形底部。如果圓錐體的軸線與其底部成直角，那么可以稱其為正圓錐體，否則其為斜 圓錐體。金字塔是一種具有多邊形底部的特殊錐體類型。有利地，散熱裝置基座的圓錐形形狀是截頭圓錐形形狀。特別有利地是這樣一種散熱裝置，其中，空腔壁包括反射區(qū)域，用于將光從光源反 射到空腔外部。有利地，至少空腔的側(cè)向壁包括反射區(qū)域，其中反射區(qū)域最有利地覆蓋側(cè)向 空腔壁的大部分或者全部。特別是對于有效的冷卻以及良好的照明特性而言，空腔的下述尺寸被發(fā)現(xiàn)是有利的空腔的高度h在介于30mm與80mm之間范圍內(nèi)，特別是大約60mm ；空腔的底部寬度Ll在介于20mm與60mm之間的范圍內(nèi)，特別是大約40mm ；空腔的頂部寬度L2在介于80mm與120mm之間的范圍內(nèi)，特別是大約IOOmm ；寬度L2與寬度Ll的比值Rt在1.25 < Rt < 5的范圍內(nèi)；側(cè)向空腔壁的厚度Dw在0. 5mm < Dw < IOmm的范圍內(nèi)。特別是對于有效的熱量分布以及通暢的空氣導(dǎo)引而言，散熱裝置基座的下述尺寸 被發(fā)現(xiàn)是有利的散熱裝置基座的基部寬度Lt在Ll < Lt < 1. 5L1的范圍內(nèi)；散熱裝置基座的頂尖寬度Lc在0 < Lc < Ll的范圍內(nèi)；散熱裝置基座的高度Hb在0. 05L1 < Hb < 0. 5L1的范圍內(nèi)。特別是對于有效的冷卻而言，散熱裝置的空氣流動結(jié)構(gòu)的下述尺寸被發(fā)現(xiàn)是有利 的側(cè)向出口的高度He在0. IHc < He < 0. 6Hc的范圍內(nèi)；
翅片的總體高度Hc在Hb < Hc < h+Hb的范圍內(nèi)。有利地，所述散熱裝置包括導(dǎo)熱系數(shù)在150-240W/ (m · K)的范圍內(nèi)的材料。有利地，該材料包括Cu，Al，Mg或者它們的合金。為了避免空氣泄漏進(jìn)而使更強(qiáng)的氣流穿過空氣流動通道，傳熱及散熱結(jié)構(gòu)至少部 分地被阻氣板所覆蓋。有利地，所述散熱裝置進(jìn)一步包括至少一個接收裝置，用于安裝至少一個光學(xué)元 件，例如一個或多個透鏡或者透明的保護(hù)蓋。有利地，所述至少一個空氣流動通道在所述側(cè)向空氣出口處或者在所述側(cè)向空氣 出口附近包括擴(kuò)大的空氣流動橫截面。有利地，所述散熱裝置包括至少一個安裝柱，用于將所述散熱裝置附連于發(fā)光裝 置。這進(jìn)一步降低了組裝和制造成本并有利于容易的調(diào)節(jié)。有利地，所述至少一個安裝柱適于緊固至少一個印刷電路板。這同樣降低了組裝 和制造成本并有利于容易的調(diào)節(jié)。所述目標(biāo)還通過包括上述散熱裝置的發(fā)光裝置而實現(xiàn)。所述發(fā)光裝置可以被設(shè)計 成是高功率的、高效冷卻的、緊湊的并且安靜的。特別有利地，所述發(fā)光裝置包括強(qiáng)制氣流發(fā)生器，所述強(qiáng)制氣流發(fā)生器適于向空 氣流動通道供給氣流。所述強(qiáng)制氣流發(fā)生器確保了在所述出口側(cè)向布置的情況下具有高效 冷卻的氣流。有利地，所述氣流發(fā)生器適于向所述空氣流動通道的底部供給氣流。有利地，所述氣流發(fā)生器定位在散熱裝置下方。有利地，所述氣流發(fā)生器通過導(dǎo)氣結(jié)構(gòu)與散熱裝置間隔開，從而避免了會降低冷 卻性能以及增大噪聲的湍流和空氣分裂(air disruption) 0有利地，所述導(dǎo)氣結(jié)構(gòu)包括開口空間。有利地，所述開口空間可具有直管的基本形狀或者可以是沙漏形狀。有利地，所述導(dǎo)氣結(jié)構(gòu)的高度在介于強(qiáng)制氣流發(fā)生器的一半高度與強(qiáng)制氣流發(fā)生器的兩倍高度之間的范圍內(nèi)。


接下來通過結(jié)合示意性附圖對示例性實施方式進(jìn)行描述，本發(fā)明得到進(jìn)一步詳 述。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明沒有局限于這些實施方式。圖1顯示了散熱裝置的傾斜視圖2從相反方向顯示了圖1中的散熱裝置；
圖3顯示了圖1中散熱裝置的側(cè)視圖4顯示了圖1中散熱裝置的俯視圖5顯示了包括圖1中散熱裝置的發(fā)光裝置第--實施方式的橫截面?zhèn)纫晥D6顯示了圖5中發(fā)光裝置第一實施方式的另--個橫截面?zhèn)纫晥D7顯示了圖5中發(fā)光裝置第一實施方式的又--個橫截面?zhèn)纫晥D8顯示了圖5中發(fā)光裝置的水平橫截面；
圖9顯示了圖8的局部放大圖10顯示了包括圖1中散熱裝置的發(fā)光裝置第:二實施方式的橫截面?zhèn)纫晥D
圖11是顯示了冷卻翅片形狀草圖的底視圖12是顯示了冷卻翅片另一種形狀的底視圖13顯示了發(fā)光裝置第三實施方式的橫截面?zhèn)纫晥D14顯示了與圖13中的發(fā)光裝置相關(guān)的尺寸關(guān)系；
圖15顯示了圖13中發(fā)光裝置的局部細(xì)節(jié)圖。
具體實施例方式圖1到圖4顯示了散熱裝置1，其不僅具有冷卻特性而且具有照明特性、機(jī)械固定 特性以及導(dǎo)氣特性。該散熱裝置包括由相應(yīng)的空腔壁(散熱裝置本體)3——即底壁13和 軸向側(cè)壁6——所形成的杯狀空腔2。針對有效的冷卻特性，散熱裝置1包括多個豎直排列的翅片(翼片)4，這些翅片整 體地連接到空腔壁3的外部，即連接到底壁13和側(cè)壁6的外部。翅片4以關(guān)于散熱裝置1 的縱向軸線A旋轉(zhuǎn)對稱的方式連接于壁。相鄰翅片4之間的各個間隙形成相應(yīng)的空氣流動 通道26。翅片4的頂部(相對于縱向軸線A)被周向突起(外緣)5所覆蓋。翅片4填充杯 狀空間，這能夠很好地利用可用空間。翅片的厚度以及翅片4之間相應(yīng)的間隙/距離/通 道寬度是傳熱能力與可用冷卻表面之間的平衡，下面將會進(jìn)一步說明。在空腔底壁3的下方，翅片4沒有接觸而是全部連接到共同的散熱裝置基座11，該 散熱裝置基座從空腔2的底部向下突出并且具有非零底部區(qū)域(散熱裝置中心)12?；?11具有金字塔形橫截面形狀，用于將熱量快速地傳到主動翅片區(qū)域以及用于將強(qiáng)制氣流通 暢地引導(dǎo)到通道中，從而避免無效的湍流進(jìn)而使噪聲最小化。寬度、厚度以及中心面積是傳 熱以及熱量快速經(jīng)過冷卻表面(翅片4)之間的折衷選擇。從散熱裝置基座11開始，翅片4以及由此翅片之間的空氣流動通道26連續(xù)地沿 著側(cè)向空腔壁6 (散熱裝置本體)上行，到達(dá)側(cè)向出口 27，用于使導(dǎo)氣通暢，從而實現(xiàn)有效的 空氣冷卻以及使主動冷卻的噪聲最小化。換句話說，空氣流動通道26被構(gòu)造成平滑彎曲的通道，該通道將空氣導(dǎo)向側(cè)部開口 27，以便提供熱空氣的側(cè)向、徑向出口，從而避免熱空氣 在光發(fā)射方向上流動。旋轉(zhuǎn)對稱的空氣出口 27由此降低了單位立體角的流量并且使得可 察覺到的熱空氣流動最小化，而且盡管主動冷卻增強(qiáng)但仍能夠減輕噪聲。為達(dá)到相同的效 果，在端部上設(shè)置有空氣通道26擴(kuò)大部——由翅片4外部邊緣中的臺階9實現(xiàn)，以便較低 的壓力經(jīng)過可選表殼柵格。翅片4的材料被選擇成使得熱量快速地傳播到翅片4中。側(cè)向空腔壁6也用作傳熱層，以克服由兩個連接器切口 10以及安裝特征(類似于 所示的安裝柱8)所導(dǎo)致的通道中斷。至少側(cè)向空腔壁部分6的厚度是傳熱能力與空氣流 動通道寬度(即冷卻表面)之間折衷選擇。對于照明特性，空腔2的底面13適于接收至少一個光源，例如一個或多個LED次 粘著基臺或者LED模塊。次粘著基臺的厚度以及材料選擇是成本與性能之間的折衷選擇。 為了確保熱量更好地遠(yuǎn)離LED次粘著基臺傳播，基板15的導(dǎo)熱系數(shù)至少和散熱裝置1的材 料的導(dǎo)熱系數(shù)相同。優(yōu)選地，次粘著基臺/LED模塊的基板15的導(dǎo)熱系數(shù)入高于250W/(m K)，例如 通過使用Cu或者Cu合金作為材料。繼而優(yōu)選地，散熱裝置的壁3的導(dǎo)熱系數(shù)\在150W/ (m K)與240W/(m K)之間，例如通過使用A1或Mg或者它們的合金作為材料。由于銅的 使用受限，這種組合還相對便宜。當(dāng)然，也可以使用其它材料，特別是其它或者更多金屬， 而且還有導(dǎo)熱陶瓷，像通常導(dǎo)熱系數(shù)入在180W/(m K)與190W/(m K)之間的氮化鋁陶 瓷(A1N)。此外，根據(jù)環(huán)境、可用空間以及要耗散的熱量的多少，至少空腔壁3 (或者另一方 面整個散熱裝置1)的材質(zhì)要是導(dǎo)體良好的材料，優(yōu)選地是金屬，其系數(shù)、至少大約15W/ (m K)，像不銹鋼，特別地其系數(shù)\至少大約100W/(m K)，更優(yōu)選地在150W/(m K)與 450W/(m K)之間，進(jìn)一步優(yōu)選地在150W/(m K)與250W/(m K)之間。此外，如果LED模(dies)被直接放置在僅只一個次粘著基臺上，那么后者必須電 絕緣，為此優(yōu)選導(dǎo)熱系數(shù)小于240W/(m*K)的材料。同時，LED模的電絕緣必須得到保證，用 于獨立的多色彩操作。出于此目的，或者LED的外包裝充當(dāng)電絕緣體，或者必須將LED模放 置在導(dǎo)熱系數(shù)盡可能高的第一電絕緣次粘著基臺上，其例如為導(dǎo)熱系數(shù)在180W/(m K)范 圍內(nèi)的A1N。隨后該LED組件被放置在第二次粘著基臺上。第二次粘著基臺在LED組件與 散熱裝置1之間的集成是冷卻性能與材料成本之間的折衷選擇。LED次粘著基臺的電力線和信號線可以經(jīng)由連接器切口 10引導(dǎo)。內(nèi)部側(cè)向表面6 至少部分地充當(dāng)反射器，其中反射區(qū)域可以經(jīng)過例如拋光、涂漆、通過材料沉積來分層或者 包括反射箔片等，由此用于鏡面反射或者漫反射。側(cè)向空腔壁6另外還包括容納裝置，用于 固定光學(xué)元件，如將會在下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的。側(cè)向空腔壁6是杯狀的，以便最佳地利用 可用空間。對于機(jī)械固定特性，散熱裝置1進(jìn)一步包括三個安裝柱8，用于將其固定到發(fā)光裝 置，如將會在下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的。安裝柱8不是關(guān)于軸線A成對稱布置。對于導(dǎo)氣特性，散熱裝置1可進(jìn)一步包括導(dǎo)氣裝置，用于將氣流導(dǎo)向其它構(gòu)件，例 如驅(qū)動板。通常地，如果散熱裝置1是整體式元件、例如加工成一體是有利的，但不是必須 的。圖5顯示了發(fā)光裝置14，該裝置在殼體28內(nèi)包括圖1到圖4中的散熱裝置1。
對于照明特性，發(fā)光裝置14進(jìn)一步包括空腔2內(nèi)的照明裝置，該照明裝置包括一 個LED次粘著基臺，該LED次粘著基臺又包括支承多個發(fā)光二極管(LED) 16的基板15，其中 LED次粘著基臺15、16被安裝在空腔2的底面13。照明裝置還包括空腔2的頂蓋，該頂蓋 包括菲涅爾透鏡17以及該菲涅爾透鏡上的微透鏡陣列18。側(cè)向空腔表面6——即空腔壁3 的側(cè)向部分的內(nèi)表面——充當(dāng)反射器，通過表面6反射由LED芯片16所發(fā)射出的光，并且 這種方式提高了穿過透鏡17，18的光的量。反射器由此并非自身支承或者單獨的結(jié)構(gòu)，而 是多功能散熱裝置1的一部分。對于冷卻特性，殼體28在周向上包括臨近翅片4的頂部區(qū)域(排出區(qū)域)的側(cè)向 空氣出口 19。在所示實施方式中，殼體28對于散熱裝置1內(nèi)的氣流或者同樣地對于發(fā)光裝 置14沒有顯著的影響。散熱裝置1下方設(shè)置有流體動力學(xué)區(qū)域或者導(dǎo)氣結(jié)構(gòu)20，其使得強(qiáng)制氣流發(fā)生器 21(例如風(fēng)扇)與散熱裝置1分開。這種情況下的導(dǎo)氣結(jié)構(gòu)20被設(shè)計成開口的空間。氣流 發(fā)生器與散熱裝置基座之間的導(dǎo)氣結(jié)構(gòu)20提供了用于形成強(qiáng)制氣流的空間，來保證連續(xù) 的空氣流動以及對風(fēng)扇功率的充分使用，同時避免源于空氣分裂的風(fēng)扇噪聲。側(cè)壁可以以 不同方式成形、例如成形為直管或者呈沙漏形狀，用于將冷空氣有效地引導(dǎo)到散熱裝置通 道內(nèi)。相對于導(dǎo)氣結(jié)構(gòu)20以及氣流發(fā)生器21在側(cè)旁設(shè)置有印刷電路板(PCB) 23，該印刷 電路板上設(shè)置有電力或電子構(gòu)件，用以控制發(fā)光裝置14的操作，例如LED驅(qū)動器、風(fēng)扇驅(qū)動 器等。PCB 23豎直地放置在圓形/環(huán)形支承件24上，該支承件24又由殼體28支承。對于 機(jī)械固定特性，散熱裝置(散熱裝置結(jié)構(gòu))1可以將環(huán)形支承件24固定和/或緊固到殼體， 如將會在下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的。阻氣板25 (任選的)覆蓋著散熱裝置1傾斜的外圍定位，即覆蓋著翅片4傾斜的 外部邊緣定位。對于導(dǎo)氣特性，該阻氣板25強(qiáng)行使全部冷卻空氣穿過空氣流動通道26，以 便對光源進(jìn)行最有效的冷卻。風(fēng)扇21下方的殼體28包括圓形進(jìn)氣開口 22，出于清楚的緣故，僅給其中的一些標(biāo) 有附圖標(biāo)記。圖6顯示了圖5中的發(fā)光裝置14，在此大體上由箭頭C指示氣流；通過陰影來強(qiáng) 調(diào)散熱裝置基座11 ；通過點劃輪廓線來強(qiáng)調(diào)翅片4的輪廓；并且側(cè)向空腔壁6被加重。在發(fā)光裝置14的操作期間，風(fēng)扇21經(jīng)由下方的進(jìn)氣開口 22吸入空氣并且通過流 體動力學(xué)區(qū)域/導(dǎo)氣結(jié)構(gòu)20在殼體28內(nèi)形成氣流。導(dǎo)氣結(jié)構(gòu)20將大部分層流式氣流導(dǎo)引 到散熱裝置1的底部區(qū)域。在那里，空氣進(jìn)入到由相鄰翅片4之間的相應(yīng)間隙形成的空氣 流動通道。在散熱裝置1的底部，特別是由于散熱裝置基座11的突出的錐形橫截面形狀， 因而空氣轉(zhuǎn)向側(cè)旁，所以散熱裝置基座11也充當(dāng)導(dǎo)氣元件?？諝怆S后向上流動穿過導(dǎo)氣通 道，直到其分別經(jīng)由側(cè)向出氣開口 19以及氣流出口 27而被吹到外部。翅片4的頂部上覆 蓋有沿側(cè)向突出的散熱裝置緣5?？諝獬隹?27以及側(cè)向出氣開口 19各自的側(cè)向旋轉(zhuǎn)對稱 布置尤其地確保了緊湊的設(shè)計，使得在光發(fā)射方向上的可察覺到的熱氣流最小化，減少了 單位立體角的流量，并且由此盡管增強(qiáng)了主動冷卻仍能夠減輕噪音。散熱裝置翅片周圍的 阻氣板25只是可選的，它迫使全部冷卻空氣通過散熱裝置通道，從而對光源進(jìn)行最有效的 冷卻。
在沒有阻氣板25的情況下，有利地通過從散熱裝置的空氣流動通道泄露的空氣 來實現(xiàn)對PCB 23的適度冷卻，從而促進(jìn)了導(dǎo)氣特性。由于翅片4與LED次粘著基臺15，16處于良好的熱接觸狀態(tài)，因此所示的冷卻設(shè) 計是非常有效的。這首先通過將翅片4在相對較長的長度上連接到散熱裝置基座11并且 同時基座11由于它相對較大的體積而將熱量有效地遠(yuǎn)離LED次粘著基臺15，16傳遞而得 以實現(xiàn)。同時，空腔壁3顯示出良好的傳熱特性，從而使得翅片4附加地從空腔壁3獲得了 顯著的熱負(fù)載。這對于切口 10的區(qū)域內(nèi)的翅片4尤其有用，在該區(qū)域內(nèi)各個翅片的深度進(jìn) 而傳熱能力被極大地減弱，但是翅片4仍然能夠顯著地促進(jìn)熱傳遞。通常地，散熱裝置基座 11的尺寸(例如其高度、寬度和大小)、尤其是體積以及空腔壁3的厚度是由較大傳熱體積 成就的強(qiáng)傳熱特性與建立一種低成本且輕質(zhì)的發(fā)光裝置的期望之間的平衡。圖7顯示出帶有多個示例性設(shè)計尺寸的圖5和圖6中的發(fā)光裝置14。發(fā)光裝置 14特別地設(shè)計成使用40W+/-30%的光源功率，并且裝置14的區(qū)域的直徑為10-40mm。在光學(xué)區(qū)域內(nèi)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)空腔2的底部13處的直徑Ll為大約40mm，空腔2的頂部 處的直徑L2為大約100mm，以及空腔壁3的高度h為大約60mm能夠使得具有非常良好的照 明特性。同時，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果只為熱量的原因使用而不管其它，那么次粘著基臺/基板15 的材料相比用于散熱裝置1的材料顯示出更好的熱性能。有利地，次粘著基臺/基板15的 寬度最大值為Li，而其厚度(沿縱向軸線)優(yōu)選地在0.5mm到3mm的范圍內(nèi)。用于傳熱核 心的有利材料為銅。對于截頭圓錐形狀的散熱裝置基座11，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有利地，基座頂部寬度Lt在Ll
<Lt < 1. 5XLl的范圍內(nèi)；基座中心12的寬度Lc在尖端(pointtip)Lc < Ll的范圍內(nèi)； 以及基座11的高度Hb在0. 05XL1 < Hb < 0. 5XL1的范圍內(nèi)。圖8以及作為詳細(xì)圖示的圖9顯示了位于空腔2的底部13與空氣出口 19之間的 水平橫截面。對于翅片4以及翅片之間形成的空氣流動通道26，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有利地，翅片4 的厚度Fl在0. Imm < Fl < 3mm的范圍內(nèi)；翅片4的長度F2在5mm < F2 < 40mm的范圍 內(nèi)；以及空氣流動通道26的厚度Cl在0. 4mm < Cl < 8mm的范圍內(nèi)。現(xiàn)在轉(zhuǎn)回參見圖7，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，有利地，空氣流動通道26的總體高度Hc在Hb < Hc
<h+Hb的范圍內(nèi)。有利地，側(cè)向氣流出口 27的高度He在0. 1 XHc < He < 0. 6 XHc的范 圍內(nèi)?？涨槐?的厚度Dw優(yōu)選地在0. 5mm < Dw < IOmm的范圍內(nèi)。導(dǎo)氣結(jié)構(gòu)20的高度Hg優(yōu)選在介于強(qiáng)制氣流發(fā)生器(這里是風(fēng)扇21)的一半高度 與強(qiáng)制氣流發(fā)生器的兩倍高度之間的范圍內(nèi)。此外，確切的尺寸取決于可用空間、光學(xué)元件的空間需求、驅(qū)動器以及所要求的外 形輪廓，而且還取決于來自光源的總功率和功率密度，并且可以相應(yīng)地進(jìn)行改變。圖8還顯示了以對稱方式布置的5個PCB 23的位置，并且進(jìn)一步顯示了帶有LED 16的LED次粘著基臺，LED 16安裝在基板15上，而基板15放置在底部13處。沒有顯示出 穿過連接器切口 10連接次粘著基臺15，16的電力線和信號線。如圖9中的放大視圖所示，翅片可以具有不同的形狀，盡管優(yōu)選地都為同一形狀。 例如，翅片4可以具有矩形橫截面形狀，翅片29可以是彎曲形狀和錐形形狀，或者翅片30可以是三角形形狀。其它形式也落入本發(fā)明范圍之內(nèi)。圖10以類似于圖5的視圖顯示了發(fā)光裝置31，其中流體動力學(xué)區(qū)域/導(dǎo)氣結(jié)構(gòu) 32在此為沙漏形狀，也就是說，側(cè)向壁41朝向中間逐漸變窄(在豎直方向(ζ-)上)。圖11和圖12顯示了從下方觀察時不同基本曲率的翅片，也就是，翅片4以平直的 方式從散熱裝置基座中心12側(cè)向地延伸，而翅片33以噴射流形狀延伸。當(dāng)然，散熱裝置基 座中心12的區(qū)域尺寸可以改變并且甚至可以是尖頭形狀或者并沒有延伸到翅片4，23的底 部邊緣。圖13以類似于圖5的方式顯示了發(fā)光裝置34的橫截面，但是穿過其中一個安裝 柱8。圖13的發(fā)光裝置34與圖5的發(fā)光裝置14稍稍不同在于沒有阻氣板，并且此處散熱 裝置1的反射區(qū)域包括反射層35，除了包含LED 16的區(qū)域，該反射層35覆蓋空腔壁3。其 它構(gòu)件的形狀和功能保持相同。在此按照四個功能區(qū)域(即區(qū)域A到區(qū)域D)對發(fā)光裝置34進(jìn)行描述，這些功能 區(qū)域作為結(jié)構(gòu)性區(qū)域以及對發(fā)光系統(tǒng)34中的其它構(gòu)件(例如風(fēng)扇21)的功能性指向而被 引入。區(qū)域概念對于描述散熱裝置1的多功能性而言尤其有用，散熱裝置1的多功能包括 了許多互連功能，比如光學(xué)界面(區(qū)域A)、熱(傳導(dǎo)和對流)界面(區(qū)域B)、與驅(qū)動板23 和其它構(gòu)件(例如風(fēng)扇21)的界面和強(qiáng)制空氣形成區(qū)域即初始導(dǎo)氣區(qū)域(區(qū)域C)、以及外 部機(jī)械固定及發(fā)光裝置可能包含的例如驅(qū)動板的其它必要構(gòu)件(區(qū)域D)。散熱裝置1可以 容易地變化比例(scalable)和集成化，從而能夠?qū)崿F(xiàn)緊湊的LED發(fā)光系統(tǒng)34。如圖14中粗略繪制的，區(qū)域A包括橫截面基本呈梯形形狀的散熱裝置空腔2，其中 Ll是較小(底)側(cè)，光源36(例如LED次粘著基臺)可以放置該側(cè)并且位于其中央；L2是 多個光學(xué)層17、18準(zhǔn)直之后的最終發(fā)射表面的尺寸；L3是內(nèi)部側(cè)向散熱裝置側(cè)表面6(側(cè) 向空腔壁6)的長度，該表面被用作并塑造成光學(xué)反射器。Rt是L2/L1的比值并且通常范圍 從1. 25到5，取決于光源36的尺寸以及所需的散熱裝置散熱面積(圖14中的Rt大約等于 2，這歸結(jié)于所需的輻射模式以及相應(yīng)燈柱的最大直徑)。區(qū)域B包括金屬薄層散熱裝置結(jié)構(gòu)1，其內(nèi)部承載安裝在區(qū)域A中的LED光源36 并且提供有效的散熱(被動的和主動的)。散熱裝置的側(cè)向區(qū)域3的厚度DL = F2+Dw根據(jù) 固定輪廓尺寸可利用的最大區(qū)域來設(shè)計并且在幾何學(xué)上與光源36尺寸相關(guān)。通常滿足DL =Ll/n，其中η與光源的瓦特數(shù)和尺寸的成比例并且通常處于大約0. 5，…，10的范圍內(nèi)。 對于高瓦特數(shù)LED光源36，η應(yīng)當(dāng)在較低的范圍內(nèi)。例如，如圖14中所繪制，至少對于散 熱裝置1的側(cè)向區(qū)域的位于臺階9下方的下部而言，光源功率為40W、Ll = 40mm并且η = 2. 7 (高功率光源)得出有利的DL為大約10mm。區(qū)域C(參見圖13)被用作散熱裝置1的導(dǎo)氣結(jié)構(gòu)20、32。該導(dǎo)氣結(jié)構(gòu)20、32的高 度可以調(diào)節(jié)以設(shè)定從風(fēng)扇21到散熱裝置1的氣流層流性(雷諾數(shù))。如圖15所示，在區(qū)域D，散熱裝置1設(shè)置有安裝柱8，用于外部固定以及將附加的 同軸塑料部件或元件37設(shè)置到柱8的自由端部(頭部)上，其能夠通過固定PCB支承件24 而提供對驅(qū)動板23的穩(wěn)定安裝，以及提供低公差、機(jī)械吸收和電絕緣。同樣的柱8還可被 用于固定附加構(gòu)件(例如風(fēng)扇21)，用于主動散熱。為此，風(fēng)扇21、塑料元件37以及安裝柱 8如圖所示全都分別具有鉆孔38、39和40，而且它們彼此對準(zhǔn)并適于接收緊固元件，例如螺 栓或螺釘。隨后優(yōu)選螺紋連接柱8的鉆孔40。
當(dāng)然，本發(fā)明不局限于所示的示例性實施方式。例如，可以使用不同于LED的光源。可以使用超過一個次粘著基臺。基座可以具 有其它形狀，例如具有矩形橫截面形狀，例如取決于氣流發(fā)生器。同時，強(qiáng)制氣流發(fā)生器可 以不是風(fēng)扇，而是例如包括振動膜。此外，導(dǎo)氣結(jié)構(gòu)20可包括結(jié)構(gòu)化的空氣流動通道。附圖標(biāo)記列表1散熱裝置2空腔3空腔壁4豎直翅片5緣6內(nèi)部側(cè)向空腔壁8安裝柱9臺階10連接器切口11散熱裝置基座12散熱裝置基座中心13空腔底部14發(fā)光裝置15基板16LED17菲涅爾透鏡18微透鏡陣列19側(cè)向出氣開口20流體動力學(xué)區(qū)域/導(dǎo)氣結(jié)構(gòu)21強(qiáng)制氣流發(fā)生器22進(jìn)氣開口23印刷電路板24支承件25阻氣板26空氣流動通道27氣流出口28殼體29翅片30翅片31發(fā)光裝置32流體動力學(xué)區(qū)域/導(dǎo)氣結(jié)構(gòu)33翅片34發(fā)光裝置35反射層
36光源37塑料絕緣元件38鉆孔39鉆孔40鉆孔41側(cè)壁L1空腔底部直徑L2空腔頂部直徑h空腔壁的高度Lt散熱裝置頂部寬度Lc散熱裝置基座中心寬度(頂尖寬度)Hb散熱裝置基座高度F1翅片的厚度F2翅片的側(cè)向長度C1空氣流動通道的厚度He空氣流動通道的總體高度He側(cè)向氣流出口的高度Dw空腔壁的厚度Hg導(dǎo)氣結(jié)構(gòu)的高度
權(quán)利要求
一種散熱裝置(1)，包括-用于安裝光源(15，16)的光源區(qū)域；以及-傳熱及散熱結(jié)構(gòu)(4)，其覆蓋包括底部區(qū)域及側(cè)向區(qū)域的所述散熱裝置(1)的外部的至少一部分，-其中，所述傳熱及散熱結(jié)構(gòu)(4)包括從底部區(qū)域通往側(cè)向區(qū)域的至少一個空氣流動通道(26)，所述空氣流動通道(26)包括側(cè)向出口(19)。
2.如權(quán)利要求1所述的散熱裝置(1)，其中，所述傳熱及散熱結(jié)構(gòu)(4)在頂部上被覆至ΓΤΠ ο
3.如權(quán)利要求1或2所述的散熱裝置(1)，其中，所述光源包括LED次粘著基臺(15，16)。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的散熱裝置(1)，其中，_所述光源區(qū)域包括由空腔壁(3)形成的開口空腔(2)，所述空腔壁(3)包括適于接收 至少一個光源(15，16)的光源安裝區(qū)域(13)；_所述散熱裝置(1)包括實心的散熱裝置基座(11)，所述散熱裝置基座(11)從所述光 源安裝區(qū)域(13)延伸到外部并且從所述空腔壁(3)突出；以及 _所述傳熱及散熱結(jié)構(gòu)(4)與所述散熱裝置基座(11)熱連接。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的散熱裝置(1)，其中，所述傳熱及散熱結(jié)構(gòu)包括多 個豎直排列的翅片(4;29;30)。
6.如權(quán)利要求5所述的散熱裝置(1)，每個空氣流動通道(26)都至少部分地包括兩個 相鄰翅片(4)以及所述空腔壁的由所述兩個相鄰翅片(4 ；29 ；30)界定的部分。
7.如權(quán)利要求5或6所述的散熱裝置(1)，其中，所述翅片(4；29 ；30)成旋轉(zhuǎn)對稱關(guān)系 布置。
8.如權(quán)利要求5至7中任一項所述的散熱裝置(1)，其中，兩個相鄰翅片(4；29 ；30)之 間的周向距離(Cl)在0.4mm彡Cl彡8mm的范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求5至8中任一項所述的散熱裝置(1)，其中，所述翅片(4;29;30)的厚度 (Fl)在0. Imm彡Fl彡3mm的范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求5至9中任一項所述的散熱裝置(1)，其中，所述翅片(4；29 ；30)的側(cè) 向長度(F2)在5mm彡F2彡40mm的范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求5至10中任一項所述的散熱裝置(1)，所述翅片(4)至少部分地顯示 出矩形橫截面。
12.如權(quán)利要求5至11中任一項所述的散熱裝置(1)，所述翅片(29)至少部分地顯示 出尖頭形橫截面。
13.如權(quán)利要求5至12中任一項所述的散熱裝置(1)，所述翅片(30)至少部分地顯示 出三角形橫截面。
14.如權(quán)利要求5至13中任一項所述的散熱裝置(1)，所述翅片(4；29 ；30)在所述空 腔壁⑶的底部(13)處以平直的模式徑向地延伸。
15.如權(quán)利要求5至13中任一項所述的散熱裝置(1)，所述翅片(4；29 ；30)在所述空 腔壁⑶的底部(13)處以噴射流模式徑向地延伸。
16.如權(quán)利要求4至15中任一項所述的散熱裝置(1)，其中，所述散熱裝置基座(11)呈錐形形狀，其中錐形的底部定位在所述光源安裝區(qū)域(13)處。
17.如權(quán)利要求16所述的散熱裝置(1)，其中，所述散熱裝置基座(11)的錐形形狀是 圓錐形形狀。
18.如權(quán)利要求17所述的散熱裝置(1)，其中，所述散熱裝置基座(11)的圓錐形形狀 是截頭圓錐形形狀。
19.如權(quán)利要求4至18中任一項所述的散熱裝置(1)，其中，所述空腔壁(3)包括反射 區(qū)域(6)。
20.如權(quán)利要求4至19中任一項所述的散熱裝置(1)，所述空腔(2)的高度(h)在介 于30mm與80mm之間的范圍內(nèi)，特別是大約60mm。
21.如權(quán)利要求4至20中任一項所述的散熱裝置(1)，所述空腔(2)的底部的寬度(L1) 在介于20mm與60mm之間的范圍內(nèi)，特別是大約40mm。
22.如權(quán)利要求4至20中任一項所述的散熱裝置(1)，所述空腔(2)的頂部的寬度(L2) 在介于80mm與120mm之間的范圍內(nèi)，特別是大約100mm。
23.如權(quán)利要求4至22中任一項所述的散熱裝置(1)，其中，所述空腔的頂部的寬度 (L2)與所述空腔(2)的底部的寬度(L1)的比值(Rt)處于1. 25彡Rt < 5的范圍內(nèi)。
24.如權(quán)利要求4至18中任一項所述的散熱裝置(1)，其中，所述散熱裝置基座(11) 的基部寬度(Lt)在L1彡Lt彡1. 5L1的范圍內(nèi)。
25.如權(quán)利要求4至24中任一項所述的散熱裝置(1)，其中，所述散熱裝置基座(11) 的頂尖寬度(Lc)在0彡Lc < L1的范圍內(nèi)。
26.如權(quán)利要求4至25中任一項所述的散熱裝置(1)，其中，所述散熱裝置基座(11) 的高度(Hb)在0. 05L1 ^ Hb < 0. 5L1的范圍內(nèi)。
27.如前述權(quán)利要求中任一項所述的散熱裝置(1)，其中，所述側(cè)向出口(19;27)的高 度(He)在0. lHc彡He彡0. 6Hc的范圍內(nèi)。
28.如前述權(quán)利要求中任一項所述的散熱裝置(1)，其中，所述翅片(4)的總體高度 (He)在Hb彡He彡h+Hb的范圍內(nèi)。
29.如前述權(quán)利要求中任一項所述的散熱裝置(1)，其中，所述側(cè)向空腔壁(6)的厚度 (Dw)在0. 5mm彡Dw彡10mm的范圍內(nèi)。
30.如前述權(quán)利要求中任一項所述的散熱裝置(1)，包括導(dǎo)熱系數(shù)在150-240W/(m K) 的范圍內(nèi)的材料。
31.如前述權(quán)利要求中任一項所述的散熱裝置(1)，包括01，々1，1%或者它們的合金。
32.如前述權(quán)利要求中任一項所述的散熱裝置(1)，所述傳熱及散熱結(jié)構(gòu)(4)至少部分 地被阻氣板(25)所覆蓋。
33.如前述權(quán)利要求中任一項所述的散熱裝置(1)，進(jìn)一步包括至少一個接收裝置，用 于安裝至少一個光學(xué)元件。
34.如前述權(quán)利要求中任一項所述的散熱裝置(1)，所述至少一個空氣流動通道(26) 在所述側(cè)向空氣出口(19;27)處或者在所述側(cè)向空氣出口(19;27)附近具有擴(kuò)大的空氣 流動橫截面。
35.如前述權(quán)利要求中任一項所述的散熱裝置(1)，進(jìn)一步包括至少一個安裝柱(8)， 用于將所述散熱裝置(1)附連于發(fā)光裝置。
36.如權(quán)利要求35所述的散熱裝置(1)，其中，所述至少一個安裝柱(8)適于緊固至少 一個印刷電路板。
37.一種發(fā)光裝置(14 ;34)，包括如前述權(quán)利要求中任一項所述的散熱裝置(1)。
38.如權(quán)利要求37所述的發(fā)光裝置(14;34)，包括氣流發(fā)生器(21)，所述氣流發(fā)生器 (21)適于向所述空氣流動通道(26)供給氣流。
39.如權(quán)利要求38所述的發(fā)光裝置，其中，所述氣流發(fā)生器(21)適于將氣流供給至所 述空氣流動通道(26)的底部。
40.如權(quán)利要求39所述的發(fā)光裝置，其中，所述氣流發(fā)生器(21)定位在所述散熱裝置 ⑴的下方。
41.如權(quán)利要求37至40中任一項所述的發(fā)光裝置，其中，所述氣流發(fā)生器(21)通過導(dǎo) 氣結(jié)構(gòu)(20 ；32)與所述散熱裝置(1)間隔開。
42.如權(quán)利要求41所述的發(fā)光裝置，其中，所述導(dǎo)氣結(jié)構(gòu)(20;32)包括開口空間。
43.如權(quán)利要求41或42所述的發(fā)光裝置，其中，所述開口空間具有直管的基本形狀。
44.如權(quán)利要求41或42所述發(fā)光裝置，其中，所述開口空間為沙漏形狀。
45.如權(quán)利要求41至44中任一項所述的發(fā)光裝置，其中，所述導(dǎo)氣結(jié)構(gòu)(20;32)的高 度(Hg)在介于所述強(qiáng)制氣流發(fā)生器(21)的一半高度與所述強(qiáng)制氣流發(fā)生器(21)的兩倍 高度之間的范圍內(nèi)。
全文摘要
一種散熱裝置(1)，所述散熱裝置(1)尤其適于與強(qiáng)制氣流發(fā)生器(20)一起操作，所述散熱裝置包括用于安裝光源(16)的光源區(qū)域；以及傳熱及散熱結(jié)構(gòu)(4)，其覆蓋包括底部區(qū)域及側(cè)向區(qū)域的所述散熱裝置(1)的外部的至少一部分；其中，所述傳熱及散熱結(jié)構(gòu)(4)包括從底部區(qū)域通往側(cè)向區(qū)域的至少一個空氣流動通道(26)，所述空氣流動通道(26)包括側(cè)向出口(27)。
文檔編號F21K99/00GK101889170SQ200780101832
公開日2010年11月17日 申請日期2007年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者喬瓦尼·希拉, 亞歷山德羅·斯科爾迪諾, 妮科爾·布賴德納塞爾 申請人:奧斯蘭姆有限公司