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Led散熱板式脈動(dòng)熱管的制作方法

文檔序號(hào):4507891閱讀:251來(lái)源:國(guó)知局
專(zhuān)利名稱:Led散熱板式脈動(dòng)熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型涉及一種用于大功率LED以及相關(guān)電子器件散熱的板式脈動(dòng)熱管,屬于電子器件冷卻與高效傳熱領(lǐng)域。
背景技術(shù)
大功率LED(Light Emitting Diode) —般是指芯片熱流密度大于lW/mm2的固態(tài)照明光源(Solid State Lighting, SSL),普遍認(rèn)為是繼白熾燈、熒光燈和高壓放電燈之后的第四代照明光源。相較于之前人類(lèi)廣泛使用的前三代照明器材相比具有節(jié)能、環(huán)保和長(zhǎng)壽命的優(yōu)勢(shì)。以白熾燈為基準(zhǔn),LED光源在同等照明亮度時(shí)僅僅需要其10%-30%的電能,并且壽命長(zhǎng)數(shù)十倍。此外LED光源還具有的優(yōu)勢(shì)還包括開(kāi)關(guān)響應(yīng)快,耐沖擊性高,方便通過(guò)智能控制應(yīng)用于調(diào)光環(huán)境復(fù)雜和頻繁開(kāi)啟關(guān)閉的場(chǎng)合;抗震性能好,可以用于車(chē)載照明; 不含汞、鉛等重金屬污染物,有利于環(huán)境保護(hù)等。LED照明正在引發(fā)世界范圍內(nèi)照明光源的一場(chǎng)革命,成為人類(lèi)照明史上的又一次飛躍。與電子產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展,芯片密度不斷提高相伴隨的是芯片的散熱需求越來(lái)越苛亥IJ。相對(duì)而言大功率LED的總發(fā)熱量不高,但是熱流密度卻非常大,目前研發(fā)的一些LED芯片熱流密度達(dá)到了 lOOW/cm2。加之其發(fā)光效率要受到材料、電路制造技術(shù)方面限制,芯片總功率中的85%是要作為熱量散失掉的。如果芯片散熱設(shè)計(jì)不合理,工作中的芯片結(jié)溫升高,這會(huì)造成LED芯片的工作可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。例如芯片的失效可能性會(huì)隨著芯片的溫升高增高而呈指數(shù)形式遞增。有研究顯示每當(dāng)環(huán)境溫度上升10°C,LED器件的失效率要高一倍,簡(jiǎn)稱為10°C法則,因此散熱設(shè)計(jì)不合理而導(dǎo)致LED器件損毀占其失效總因素的55%。結(jié)溫過(guò)高不但容易造成LED芯片的損壞失效,還會(huì)降低光通量,影響光源的工作質(zhì)量。為此提出了大功率LED的熱管理問(wèn)題,而散熱器件的設(shè)計(jì)制造是熱管理的關(guān)鍵部分。在目前LED各種散熱裝置中,以熱管為代表的相變冷卻裝置因其換熱系數(shù)大,可以實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式散熱,工作穩(wěn)定性好而具有十分可觀的開(kāi)發(fā)價(jià)值。目前已經(jīng)有應(yīng)用在LED芯片散熱的熱管包括環(huán)路熱管,平板熱管,脈動(dòng)熱管(PHP,也稱振蕩熱管)等。閉合回路脈動(dòng)熱管結(jié)構(gòu)可以認(rèn)為是一段封閉蛇形彎曲且真空的毛細(xì)管回路,當(dāng)中充有一定百分比的工質(zhì),毛細(xì)管小于一定直徑時(shí)表面張力占主導(dǎo)作用,液相會(huì)成液塞狀間斷分布于毛細(xì)管中。當(dāng)冷凝段和蒸發(fā)段有一定的溫差時(shí),管內(nèi)的液塞發(fā)生相變,在兩端不平衡壓差作用下,液塞發(fā)生位移。相鄰的兩管壓力不平衡時(shí),管內(nèi)會(huì)形成不穩(wěn)定的單向環(huán)流。小管徑和冷熱端反復(fù)彎曲是OHP構(gòu)造上的的兩個(gè)基本條件。管內(nèi)流型復(fù)雜多變和不穩(wěn)定是OHP工作的典型特征,其熱傳遞方式有顯熱傳遞、潛熱傳熱、膨脹壓縮功多種形式,因此它的構(gòu)造簡(jiǎn)單單運(yùn)行過(guò)程卻是一種非常復(fù)雜的多相不穩(wěn)定流動(dòng)。具有傳熱效率高;臨界熱流密度大;不需要毛細(xì)芯,制造簡(jiǎn)單;結(jié)構(gòu)多變適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn),在大功率LED散熱以及電子器件高效冷卻方面有很好的開(kāi)發(fā)前景。由于其工作特性,傳統(tǒng)的脈動(dòng)熱管工作中工作循環(huán)不容易穩(wěn)定,蒸發(fā)段容易出現(xiàn)燒干、循環(huán)間歇而造成局部溫度升高,熱管工作中蒸發(fā)段溫度有不穩(wěn)定波動(dòng)等現(xiàn)象。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是以脈動(dòng)熱管的結(jié)構(gòu)和工作原理為基礎(chǔ),提供一種可用于LED散熱等電子器件冷卻的板式脈動(dòng)熱管。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)包括蓋板,基板,毛細(xì)管束,液塞,空腔,毛細(xì)管束下彎頭組,毛細(xì)管束上彎頭組,充液口,LED芯片安裝螺孔;基板上銑出毛細(xì)管束、與毛細(xì)管束下部相通的空腔以及位于毛細(xì)管束上部與毛細(xì)管束相通的充液口,毛細(xì)管的截面是矩形截面或三角形截面,每個(gè)毛細(xì)管束的兩個(gè)端口分別獨(dú)立與空腔相連接,且連接位置不對(duì)稱,基板與蓋板通過(guò)真空釬焊鏈接,充液口安裝閥門(mén)后構(gòu)成密封可形成真空環(huán)境的空間,安裝螺孔外接LED芯片,空腔安裝毛細(xì)芯或微槽道結(jié)構(gòu);所述熱管采用的毛細(xì)管的當(dāng)量直徑滿足0.7=<d < 2 I ""I
isiPi - Pv^is(P, - Pv^式中g(shù)為重力,d為當(dāng)量直徑,P為工質(zhì)密度,σ為表面張力,I,V分別表示液相和氣相,如毛細(xì)管的當(dāng)量直徑為3mm。所述熱管工作前,從充液口向毛細(xì)管和空腔構(gòu)成的真空環(huán)境內(nèi)充入一定質(zhì)量的工質(zhì)后,由于空腔不具備毛細(xì)特性,工質(zhì)在重力作用下會(huì)在空腔內(nèi)形成聚集形成液池,而毛細(xì)管內(nèi)工質(zhì)在表面張力的所用下形成間斷的液塞。所述熱管可根據(jù)需要選用乙醇、丙酮、蒸餾水作為工作介質(zhì)。本實(shí)用新型與傳統(tǒng)板式脈動(dòng)熱管相比其有益效果是(I)由于加熱段有一個(gè)液池的存在,使其與LED芯片熱量傳遞特性更符合。在熱管工作過(guò)程中,空腔內(nèi)能夠始終保持一定量的液態(tài)工質(zhì)。如果熱管工作時(shí)位置合理,LED芯片貼合的熱管部分可以保證始終有液相存在。這樣就防止了普通OHP工作時(shí)可能出現(xiàn)的局部管內(nèi)壓力不平衡、管內(nèi)流向不穩(wěn)定等造成某些彎頭處被液膜蒸干,傳熱環(huán)境惡化,引起LED基板溫度過(guò)聞等現(xiàn)象。(2)在熱管設(shè)計(jì)時(shí)毛細(xì)管連接空腔的兩端位于不對(duì)稱的位置,利用空腔內(nèi)可能存在的壓力不平衡,引起毛細(xì)管兩端壓力不相等,從而促進(jìn)管內(nèi)單相流動(dòng)循環(huán)的形成,提高傳熱效率,增強(qiáng)工作過(guò)程的穩(wěn)定性。熱管的一組彎頭布置在靠近空腔的位置。在工作時(shí)下彎頭組部位也同時(shí)被加熱,和空腔一起構(gòu)成蒸發(fā)段,這使得毛細(xì)管內(nèi)有足夠的動(dòng)力推動(dòng)工質(zhì)運(yùn)動(dòng)。(3)熱管中的毛細(xì)管可以采取若干獨(dú)立的彎折毛細(xì)管與空腔相連。每組熱管通過(guò)空腔相互連通又可以相對(duì)獨(dú)立的工作,這也保證了熱管工作的穩(wěn)定性。(4)熱管空腔內(nèi)可以填充多孔介質(zhì),構(gòu)成毛細(xì)芯結(jié)構(gòu),使得液相更好的回流并保持在蒸發(fā)段內(nèi),提高熱管的工作可靠性。也可以對(duì)空腔內(nèi)部的表面進(jìn)行改進(jìn),采用多孔表面或微槽表面結(jié)構(gòu)強(qiáng)化沸騰,增強(qiáng)熱管的啟動(dòng)性能和傳熱效率。

圖I為板式脈動(dòng)熱管基本結(jié)構(gòu)主視圖。[0020]圖中1、4.毛細(xì)管束,2.液塞,3.空腔,5.毛細(xì)管束下彎頭組,6.毛細(xì)管束上彎頭組,7.充液口。圖2為板式脈動(dòng)熱管基本結(jié)構(gòu)剖視圖。圖中8.蓋板,9. LED芯片安裝螺孔,10.基板。圖3為風(fēng)冷條件下熱管用于LED光源散熱時(shí)的冷熱端溫差變化圖中橫坐標(biāo)為風(fēng)速,單位m/s;縱坐標(biāo)為溫度,單位V-#■充液率 40%~■■充液率 0%。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)包括蓋板,基板,毛細(xì)管束,液塞,空腔,毛細(xì)管束下彎頭組,毛細(xì)管束上彎頭組,充液口,LED芯片安裝螺孔;基板上銑出毛細(xì)管束、與毛細(xì)管束下部相通的空腔以及位于毛細(xì)管束上部與毛細(xì)管束相通的充液口,毛細(xì)管的截面是矩形截面或三角形截面,每個(gè)毛細(xì)管束的兩個(gè)端口分別獨(dú)立與空腔相連接,且連接位置不對(duì)稱,基板與蓋板通過(guò)真空釬焊鏈接,充液口安裝閥門(mén)后構(gòu)成密封可形成真空環(huán)境的空間,安裝螺孔外接LED芯片,空腔安裝毛細(xì)芯或微槽道結(jié)構(gòu);所述熱管采用的毛細(xì)管的當(dāng)量直徑滿足
權(quán)利要求1. LED散熱板式脈動(dòng)熱管,其特征在于所述熱管結(jié)構(gòu)包括蓋板,基板,毛細(xì)管束,液塞,空腔,毛細(xì)管束下彎頭組,毛細(xì)管束上彎頭組,充液口,LED芯片安裝螺孔; 基板上銑出毛細(xì)管束、與毛細(xì)管束下部相通的空腔以及位于毛細(xì)管束上部與毛細(xì)管束相通的充液口,毛細(xì)管的截面是矩形截面或三角形截面,每個(gè)毛細(xì)管束的兩個(gè)端口分別獨(dú)立與空腔相連接,且連接位置不對(duì)稱,基板與蓋板通過(guò)真空釬焊鏈接,充液口安裝閥門(mén)后構(gòu)成密封可形成真空環(huán)境的空間,安裝螺孔外接LED芯片,空腔安裝毛細(xì)芯或微槽道結(jié)構(gòu);所述熱管采用的毛細(xì)管的當(dāng)量直徑滿足
專(zhuān)利摘要LED散熱板式脈動(dòng)熱管,包括蓋板,基板,毛細(xì)管束,液塞,空腔,毛細(xì)管束下彎頭組,毛細(xì)管束上彎頭組,充液口,LED芯片安裝螺孔;基板上銑出毛細(xì)管束、與毛細(xì)管束下部相通的空腔以及位于毛細(xì)管束上部與毛細(xì)管束相通的充液口,毛細(xì)管的截面是矩形截面或三角形截面,每個(gè)毛細(xì)管束的兩個(gè)端口分別獨(dú)立與空腔相連接,且連接位置不對(duì)稱,基板與蓋板通過(guò)真空釬焊鏈接,充液口安裝閥門(mén)后構(gòu)成密封可形成真空環(huán)境的空間,安裝螺孔外接LED芯片,空腔安裝毛細(xì)芯或微槽道結(jié)構(gòu);這種熱管具有工作穩(wěn)定,傳熱效率高,傳熱極限高,蒸發(fā)段溫度波動(dòng)小等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F28D15/04GK202630760SQ20122021220
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者張瑩, 馬強(qiáng), 周志磊, 倪澤聯(lián) 申請(qǐng)人:南昌大學(xué)
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