散熱器及l(fā)ed燈組件的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及散熱器及LED燈組件。該散熱器由一個高導(dǎo)熱絕緣工程塑料一體成型的散熱器主體和內(nèi)嵌于散熱器主體之中的至少1個熱管組成，散熱器主體包括：一個底板、底板上直立設(shè)置有主肋片，主肋片上還分別設(shè)有用于將熱管包覆于其中的包覆管道，并且熱管的蒸發(fā)段是處于底板的底面，主肋片上連接多個平行間隔設(shè)置的翅片，主肋片上開有通風口，并行排列的多個翅片的其中位于中間的至少一片保持完整外形之外，其余的翅片的中間均設(shè)計成具有向上及向外漸開式開槽。該LED燈組件包括一個LED燈板和一個上述的散熱器，并且該散熱器主體的底面的熱管緊貼設(shè)于導(dǎo)熱基板上。本實用新型兼顧散熱和成本，滿足LED應(yīng)用工程的耐腐蝕及絕緣要求。
【專利說明】散熱器及LED燈組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及散熱器及LED燈組件，尤其涉及LED應(yīng)用工程中對于散熱性能進行改進的散熱器及LED燈組件。
【背景技術(shù)】
[0002]在LED應(yīng)用工程中，LED芯片結(jié)溫應(yīng)控制在一定的范圍以內(nèi)方能使其達到工程應(yīng)用的壽命要求。但因其熱流密度極大，故而散熱問題在極大程度上限制了 LED燈功率方面的提升。
[0003]在大功率LED應(yīng)用中，有采用強迫對流方式進行散熱的方案，但需要另加耗功的泵或風機，而泵或風機運行的可靠性不高，所以被市場所摒棄。目前，大功率陣列式LED燈的散熱公認以自然對流方式為最佳。在自然對流的技術(shù)思路下，傳統(tǒng)的散熱器(模塊)一般采用各種結(jié)構(gòu)的鑄鋁或擠壓鋁散熱翅片，更為先進的是采用熱管外加金屬散熱翅片方式(因目前制造工藝尚無法滿足熱管與金屬散熱翅片等其它導(dǎo)熱部件的完全無縫接觸，故而市場上仍慎用，學術(shù)界亦對此類產(chǎn)品存保留意見)。不管上述何種方式制成的散熱模塊，其整燈重量均過重，成本居高不下，同時對于路燈的安全性是一種考驗(沿海臺風天氣容易使路燈掉落，出現(xiàn)砸傷過往行人、車輛等事故)。其次，在某些特殊應(yīng)用場合(如沿海地區(qū)、海上艦船、航標等)，需要散熱器具備防腐蝕性能，在某些特殊天氣條件(如雷電交加)，對戶外大功率LED路燈散熱器的絕緣性能也是一種考驗，于是近期就有了金屬散熱翅片外包工程塑料的散熱形式出現(xiàn)(僅處實驗階段，市場尚無法接受)，來勉強滿足以上要求。然而該金屬散熱翅片外包工程塑料的散熱器并不能減少金屬的使用量，也即整燈重量無法得到有效的控制，成本問題依然無法解決。
實用新型內(nèi)容
[0004]基于現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，為滿足LED應(yīng)用工程的應(yīng)用要求，兼顧散熱器溫升控制標準，同時有效節(jié)約產(chǎn)品成本，遂有本實用新型的提出。
[0005]本實用新型具體采用如下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]—種散熱器，由一個高導(dǎo)熱絕緣工程塑料一體成型的散熱器主體和內(nèi)嵌于散熱器主體之中的至少I個的熱管組成，散熱器主體包括:一個底板、底板上直立設(shè)置有主肋片，主肋片上還設(shè)有用于將熱管包覆于其中的包覆管道，并且熱管的蒸發(fā)段是處于底板的底面，主肋片上連接多個平行間隔設(shè)置的翅片，主肋片上開有通風口，并行排列的多個翅片的其中位于中間的至少一片保持完整外形之外，其余的翅片的中間均設(shè)計成具有向上及向外漸開式開槽。
[0007]其中優(yōu)選的，熱管是2個，主肋片是2個，平行排列設(shè)于底板上，2個主肋片上均分別設(shè)有包覆管道來分別將2個熱管包覆于其中，且通風口是對稱地開設(shè)于2個主肋片上。
[0008]其中優(yōu)選的，通風孔優(yōu)選開設(shè)至熱管的蒸發(fā)段與冷凝段之間高度的下三分之一的位置。[0009]其中優(yōu)選的，開槽優(yōu)選的漸縮角度設(shè)為向外、向上均為7度。
[0010]其中優(yōu)選的，靠近兩外側(cè)的多片翅片的頂側(cè)邊和/或外側(cè)邊進行漸縮式設(shè)計。
[0011]其中優(yōu)選的，漸縮式設(shè)計的外形是漸縮圓弧外形。
[0012]其中優(yōu)選的，高導(dǎo)熱絕緣工程塑料優(yōu)選采用SKC中韓碳素公司生產(chǎn)的SCGMP008GPA6B 產(chǎn)品，基材為 PA6。
[0013]一種LED燈組件，包括一個設(shè)有LED光源的導(dǎo)熱基板構(gòu)成的LED燈板和一個如上所述的散熱器，并且該散熱器主體的底面的熱管緊貼設(shè)于導(dǎo)熱基板上。
[0014]其中優(yōu)選的，LED燈板上的LED光源的排布位置是正對于散熱器主體的底面的熱管的蒸發(fā)段的位置。
[0015]其中優(yōu)選的，散熱器主體下端的底面與導(dǎo)熱基板緊貼之間的間隔填充涂覆導(dǎo)熱硅脂。
[0016]本實用新型的散熱器及LED燈組件的技術(shù)效果是:不僅兼顧散熱器溫升控制標準，而且可以有效節(jié)約產(chǎn)品成本；具有重量輕、防腐蝕、絕緣好、散熱佳、成本低的優(yōu)點，能夠滿足LED應(yīng)用工程的應(yīng)用要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型的一個實施例的LED燈組件的各部件的爆炸分解圖；
[0018]圖2是該實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖(角度一);
[0019]圖3是該實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖(角度二);
[0020]圖4是該實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖(角度三);
[0021]圖5是該實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖(角度四)；
[0022]圖6是該實施例的側(cè)視圖；
[0023]圖7是該實施例的正視圖；
[0024]圖8是該實施例的俯視圖；
[0025]圖9是該實施例的仰視圖；
[0026]圖10是實施例的剖視圖(沿圖2的A-A縱向剖)；
[0027]圖11是實施例的剖視圖(沿圖2的B-B橫向剖)。
【具體實施方式】
[0028]本實用新型是遵循充分挖掘工程塑料以及熱管的散熱潛力，將二者優(yōu)勢疊加的技術(shù)思路，采用高導(dǎo)熱絕緣的工程塑料內(nèi)嵌熱管制成大功率陣列式LED燈應(yīng)用所需的散熱器。下面針對本實用新型所采用的高導(dǎo)熱絕緣的工程塑料和熱管進行詳細說明。
[0029]高導(dǎo)熱絕緣工程塑料是隨著現(xiàn)代材料學技術(shù)進步而生產(chǎn)出的較為新興的一類已知現(xiàn)有的高分子材料。它能夠取代傳統(tǒng)的鋁制成散熱器已是不爭的事實，其具備如下優(yōu)點:I)導(dǎo)熱塑料的密度要比鋁輕近一半，故同等散熱面積需求的塑料散熱器質(zhì)量約為鋁散熱器的1/2 ;2)塑料散熱器可用注射成型加工，其成型周期將縮短20%?50% ；3)用導(dǎo)熱絕緣塑料散熱器可使非隔離式電源的安全問題得到解決。然而，由于材料科學技術(shù)的進步非一朝一夕，高導(dǎo)熱絕緣工程塑料之所以號稱“高導(dǎo)熱”，是和幾乎絕熱的純塑料相比而言。實際上，目前已研發(fā)出的且價格可為市場所接受的高導(dǎo)熱絕緣工程塑料其導(dǎo)熱能力(約為20W/(m.K)以內(nèi))與金屬相比還差近一個量級。因此，如僅以高導(dǎo)熱絕緣工程塑料直接簡單替代鋁散熱器，目前還不滿足于LED路燈等一類大型高功率LED組件中的散熱器的散熱要求，而只適合于室內(nèi)小功率LED燈具。
[0030]熱管(heat pipe)是于1963年由美國洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)國家實驗室的喬治格羅佛(George Grover)實用新型,依靠管內(nèi)毛細結(jié)構(gòu)以及致冷介質(zhì)的相變來傳遞熱量，其導(dǎo)熱能力超過目前所有已知的金屬(導(dǎo)熱系數(shù)超過鋁2個數(shù)量級以上)，被稱為熱的超導(dǎo)體。之前常用于航天等領(lǐng)域，隨著成本的逐漸降低以及可靠性的提升，目前已是散熱器制造行業(yè)的有效選擇之一(如筆記本電腦的cpu的散熱器)。然而，如【背景技術(shù)】中所述的，僅由熱管加金屬散熱翅片形式制成的散熱器雖然散熱良好，但存在以下問題無法規(guī)避:1)重量控制；2)抗腐蝕能力；3)絕緣性能；4)熱管與散熱部件的緊密結(jié)合程度(當然，目前已有熱管與散熱部件直接焊接的方式解決，但工藝復(fù)雜，成本太高)。
[0031]為解決上述高導(dǎo)熱絕緣工程塑料和熱管的各自不足之處，本實用新型提出一種在熱管基礎(chǔ)之上引入高導(dǎo)熱絕緣工程塑料的技術(shù)思路，也即在導(dǎo)熱和結(jié)構(gòu)上均用工程塑料內(nèi)嵌熱管從而完全替代傳統(tǒng)金屬翅片的功能。
[0032]當然，如前所述，高導(dǎo)熱絕緣工程塑料的導(dǎo)熱性能無法和金屬相比，因此如無法在結(jié)構(gòu)設(shè)計上創(chuàng)造性地充分利用工程塑料的輻射以及表面自然對流散熱優(yōu)勢，并輔以熱管的超導(dǎo)能力優(yōu)勢，僅簡單采用工程塑料內(nèi)嵌熱管的形式是無法達到大功率陣列式LED燈組件所需的散熱要求的。因此，本實用新型在必須對高導(dǎo)熱絕緣工程塑料的結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)新性設(shè)計，并通過數(shù)值模擬優(yōu)化以及依靠反復(fù)試驗驗證，力求能夠達到同樣良好或甚至更佳的散熱效果。
[0033]現(xiàn)結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進一步說明。
[0034]參閱圖1所示，是本實用新型一個較佳實施例的LED燈組件，該實施例的LED燈組件是由一個具有一定結(jié)構(gòu)設(shè)計的高導(dǎo)熱絕緣工程塑料一體成型的散熱器主體I和內(nèi)嵌于散熱器主體I之中的至少I個(該實施例以2個為例說明)的熱管2組成的散熱器，以及由一個導(dǎo)熱基板(鋁基板或陶瓷基板等，該實施例以鋁基板為例說明)3和設(shè)于其上的多個陣列式分布的LED光源4 (如布置有6粒功率為5-8W的大功率LED芯片)構(gòu)成的LED燈板，并且該散熱器主體I的底面101的熱管2緊貼設(shè)于導(dǎo)熱基板3上。具體的，該實施例中的兩根熱管2是彎成U形(也可以是類似U型的形狀或者其他形狀，如Z字型等)，兩根熱管2的蒸發(fā)段(加熱段)21是處于散熱器主體I的底面101，并緊貼于導(dǎo)熱基板3，其冷凝段(冷卻段)22是嵌入散熱器主體I中。優(yōu)選的是，該散熱器主體I是由高導(dǎo)熱絕緣工程塑料通過注塑形成從而將兩根熱管2完全包裹于其中，從而形成一體化結(jié)構(gòu)的散熱器。優(yōu)選的，該散熱器主體I下端的底面101與導(dǎo)熱基板3緊貼之間的間隔還可填充涂覆導(dǎo)熱硅脂將空氣熱阻消除，以利于導(dǎo)熱。另外優(yōu)選的是，為了使導(dǎo)熱基板3上的熱量不至于過于集中，兩根熱管2的蒸發(fā)段21是分別對稱布置于導(dǎo)熱基板3上的LED光源4的所正對的位置。需要說明的是，該LED燈組件除上述的散熱器和LED燈板外，還可以額外包括其他部件，如LED整光透鏡、LED驅(qū)動電源等，均為常規(guī)技術(shù)，不再詳細展開說明。
[0035]這樣，該實施例中的散熱器由于熱管2具有超強的導(dǎo)熱能力，LED光源4產(chǎn)生的熱量經(jīng)由導(dǎo)熱基板3傳至熱管2的蒸發(fā)段21后，能夠迅速的引至冷凝段22。因此，包覆有熱管2的高導(dǎo)熱絕緣工程塑料的散熱器主體I如何將熱管2傳來的熱量迅速地散至周圍環(huán)境當中，就成為本實用新型的散熱器所要解決的核心問題。
[0036]為此，本案實用新型人在對該散熱器主體I的結(jié)構(gòu)設(shè)計中充分利用了高導(dǎo)熱絕緣工程塑料材質(zhì)在自然對流換熱系數(shù)(工程塑料的表面粗糙度大于光滑的金屬，故而相比于金屬表面，空氣在其表面做自然對流流動過程中，層流邊界層的厚度要更薄，也即由層流邊界層形成的熱阻更小)以及輻射率方面優(yōu)于普通鋁金屬的優(yōu)勢，形成如下幾個創(chuàng)新性的結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時參閱圖2-圖11所示:
[0037]I)在散熱器主體I兩側(cè)的兩個主肋片13上對稱開有通風口 15 (可參閱圖4、圖6)，通過主肋片13上兩排通風口 15的開設(shè)后，可以增強空氣自然對流，從而提高散熱效果。優(yōu)選的，本案實用新型人還以散熱器頂部空氣流速最大為優(yōu)化目標(因在散熱器高度為定值情況下，此處流速最大，可說明自然對流效果最好，即所謂的“煙?”抽吸原理)，經(jīng)過大量的數(shù)值模擬和不斷測試后，實用新型人發(fā)現(xiàn)將通風孔15開至熱管2的蒸發(fā)段21與冷凝段22之間高度的下三分之一的位置(橫向U型的最下端的橫線段朝向最上端的橫線段的方向起，由最下端的橫線段至三分之一高度處之間的位置)時，可以獲得散熱器頂部空氣流速最大化。
[0038]2)因為散熱器主體I采用的工程塑料(例如SKC中韓碳素公司生產(chǎn)的SCGMP008GPA6B產(chǎn)品，基材為PA6)的表面輻射率一般可達0.8，在總散熱面積足夠的情況下，本實用新型采用不同于現(xiàn)有的金屬散熱器的翅片形狀設(shè)計，以其最大限度發(fā)揮其輻射能力(提高輻射角系數(shù))。遵循該思路，首先，散熱器主體I的并行排列的多個翅片12的其中位于中間的至少一片(實施例以三片為例說明)保持完整外形之外，其余的翅片12的中間均設(shè)計成具有向上及向外漸開式開槽1201(可參閱圖2、圖3、圖5、圖7、圖8，俯視角度)；其次，靠近兩外側(cè)的多片(實施例以各五片為例說明)翅片12的頂側(cè)邊1202 —起形成圓弧形對稱漸縮外形(參閱圖4、圖6，側(cè)視角度)，與之連接的主肋片13的頂側(cè)邊1301也是同樣弧度的圓弧形(參閱圖6、圖10);最后，靠近兩外側(cè)的多片(實施例以各六片為例說明)翅片12的外側(cè)邊1203 —起形成圓弧形漸縮外形(參閱圖2、圖3、圖8，俯視角度)。優(yōu)選的，為兼顧美觀以及裝配空間要求，該實施例將散熱器主體I的兩側(cè)的左右外側(cè)的兩個漸縮圓弧設(shè)為 RlOO (單位:mm)0
[0039]這樣，該散熱器主體I在中間位置的翅片12會借由靠近兩端外側(cè)的翅片12所開設(shè)的向外漸開式開槽1201而向外輻射熱量，從而避免相鄰翅片12之間的熱量來回折射而不易向外散發(fā)(未開設(shè)開槽1201情況下)，這樣可以提高采用高導(dǎo)熱絕緣工程塑料材質(zhì)的散熱器主體I的熱輻射。同時，翅片12上所開設(shè)的開槽1201相當于也增多開口，使氣流道暢通，也利于增強空氣自然對流。
[0040]在該實施例中，實用新型人經(jīng)過大量的數(shù)值模擬和不斷測試后，發(fā)現(xiàn)將多個翅片12的開槽1201的漸縮角度設(shè)為向外、向上均為7度時，效果最佳。該實施例經(jīng)測試可以滿足LED光源的熱量至環(huán)境溫升不超過45°C的要求。
[0041]并且，在此基礎(chǔ)上，還在翅片12的頂側(cè)邊1202和外側(cè)邊1203進行漸縮式設(shè)計，從而彼此相鄰的翅片12均會存在外露部分(上側(cè)邊和外側(cè)邊均具有不重疊部分)，從而進一步利于采用高導(dǎo)熱絕緣工程塑料材質(zhì)的翅片12向外熱輻射。
[0042]當然的，該實施例的翅片12的設(shè)計中，開設(shè)向外漸開式開槽1201的設(shè)計最為重要，頂側(cè)邊1202和外側(cè)邊1203進行漸縮式設(shè)計可以起到增強熱輻射的效果。當然的，頂側(cè)邊1202和外側(cè)邊1203進行漸縮式設(shè)計可以只采用其中的一個。另外，補充說明的是，如果在不影響模具成型的情況下，將每一個翅片12的外側(cè)邊1203由直側(cè)邊改成弧形側(cè)邊也將提升熱輻射效果。
[0043]歸納上述，該實施例的散熱器主體I是高導(dǎo)熱絕緣工程塑料一體成型(如注塑成型)的結(jié)構(gòu)，具體是:包括一個底板11，底板上直立設(shè)置2個平行排列的主肋片13 (與該實施例的2個熱管2對應(yīng))，2個主肋片13上還分別設(shè)有用于將熱管2包覆于其中的包覆管道14，包覆管道14的外形與其所包覆的熱管的形狀相適應(yīng)(如實施例的包覆管道14是U形)，并且熱管2的蒸發(fā)段21是處于底板11的底面，該兩個主肋片13上連接多個平行間隔(優(yōu)選是等間距)設(shè)置的翅片12。其中，該兩個主肋片13上對稱開有通風口 15，且該通風孔15優(yōu)選開設(shè)至熱管2的蒸發(fā)段21與冷凝段22之間高度的下三分之一的位置；該散熱器主體I的并行排列的多個翅片12的其中位于中間的至少一片保持完整外形之外，其余的翅片12的中間均設(shè)計成具有向上及向外漸開式開槽1201，且該開槽1201優(yōu)選的漸縮角度設(shè)為向夕卜、向上均為7度；以及進一步的，靠近兩外側(cè)的多片(實施例以各六片為例說明)翅片12的頂側(cè)邊1202和/或外側(cè)邊1203進行漸縮式設(shè)計。
[0044]該實施例的LED燈組件中的散熱器經(jīng)由以上兩個方面的設(shè)計，工程塑料散熱器的輻射熱流量的增加值超過5%，同時由于開口增多，氣流道暢通，對流換熱流量基本保持平衡(誤差〈1%)。此外，工程塑料的重量也在一定程度上有所減輕，節(jié)省了成本。該實施例的散熱器的高導(dǎo)熱絕緣工程塑料包覆熱管結(jié)構(gòu)的外表面是工程塑料，具有耐腐蝕且絕緣的優(yōu)點；且整體以高導(dǎo)熱絕緣工程塑料為主，重量相比現(xiàn)有金屬散熱器，具有總重量更小的優(yōu)點。
[0045]上述的實施例是以一個實施例的LED燈組件進行說明。上述的實施例的LED燈組件中散熱器可以作為一個單獨的散熱器來使用，從而用于其他LED燈組件的不同的LED燈板結(jié)構(gòu)中。因此，本實用新型的另一個目的是提出一種散熱器，該散熱器的具體結(jié)構(gòu)是如上所述，該散熱器可以用于LED組件中，用于對LED光源進行良好散熱。
[0046]盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本實用新型，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本實用新型的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細節(jié)上可以對本實用新型做出各種變化，均為本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種散熱器，由一個高導(dǎo)熱絕緣工程塑料一體成型的散熱器主體和內(nèi)嵌于散熱器主體之中的至少I個的熱管組成，散熱器主體包括:一個底板、底板上直立設(shè)置有主肋片，主肋片上還設(shè)有用于將熱管包覆于其中的包覆管道，并且熱管的蒸發(fā)段是處于底板的底面，主肋片上連接多個平行間隔設(shè)置的翅片，主肋片上開有通風口，并行排列的多個翅片的其中位于中間的至少一片保持完整外形之外，其余的翅片的中間均設(shè)計成具有向上及向外漸開式開槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱器，其特征在于:熱管是2個，主肋片是2個，平行排列設(shè)于底板上，2個主肋片上均分別設(shè)有包覆管道來分別將2個熱管包覆于其中，且通風口是對稱地開設(shè)于2個主肋片上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的散熱器，其特征在于:通風孔優(yōu)選開設(shè)至熱管的蒸發(fā)段與冷凝段之間高度的下三分之一的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的散熱器，其特征在于:開槽優(yōu)選的漸縮角度設(shè)為向外、向上均為7度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的散熱器，其特征在于:靠近兩外側(cè)的多片翅片的頂側(cè)邊和/或外側(cè)邊進行漸縮式設(shè)計。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的散熱器，其特征在于:漸縮式設(shè)計的外形是漸縮圓弧外形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱器，其特征在于:高導(dǎo)熱絕緣工程塑料優(yōu)選采用SKC中韓碳素公司生產(chǎn)的SCGMP008GPA6B產(chǎn)品，基材為PA6。
8.—種LED燈組件，包括:一個設(shè)有LED光源的導(dǎo)熱基板構(gòu)成的LED燈板和一個散熱器，散熱器是如上述權(quán)利要求1-7中任一的散熱器，并且該散熱器主體的底面的熱管緊貼設(shè)于導(dǎo)熱基板上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的LED燈組件，其特征在于:LED燈板上的LED光源的排布位置是正對于散熱器主體的底面的熱管的蒸發(fā)段的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED燈組件，其特征在于:散熱器主體下端的底面與導(dǎo)熱基板緊貼之間的間隔填充涂覆導(dǎo)熱硅脂。
【文檔編號】F21S2/00GK203686958SQ201320841649
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】林斌, 鄭捷慶, 張江濱, 曹曉云, 郭捷, 林雄萍, 梁杰 申請人:廈門市信達光電科技有限公司