LED散熱器的制作方法

本發明涉及led散熱技術領域，尤其涉及一種led散熱器。

背景技術：

led光源由于光電轉化效率高，可大幅節約電能，同時還具有體積小、壽命長、易控制等特點，因此正迅速替代傳統白熾燈、熒光燈、金鹵燈和高壓鈉燈等，在各個領域被廣泛應用。

但led光源作為半導體二極管的一種，必須工作在一定的溫度范圍以內；超過額定溫度，就會引起顯著光衰甚至燒毀。尤其一些大功率led光源，熱流密度很高，必須將熱量及時帶走，散到環境空氣中。因此，高效可靠的led散熱器就非常必要。

目前大功率led光源多采用金屬散熱器，利用金屬的高導熱系數，將led光源的熱量取走，然后通過散熱器上的鰭片，利用空氣的對流，將熱量釋放到空氣中。當這一過程達到熱平衡時，led光源的溫度會趨于穩定值。led散熱器目的就是將led光源的工作溫度控制在額定溫度以內，保證led安全有效地工作。

金屬散熱器的導熱系數各不相同，出于成本和導熱能力的綜合考量，鋁合金散熱器為應用中的主流。常用鋁合金根據種類不同，導熱系數一般在50～200w/(m·k)之間。在導熱方向上，金屬散熱器會產生溫度梯度：即從靠近led光源側至遠離光源側，溫度逐漸降低；根據功率不同，最大溫差在幾攝氏度到幾十攝氏度之間。這種溫度不均勻性導致整個散熱器的平均溫度變低，亦即換熱能力變低。為了達到一定的換熱量，需要增大換熱面積來補償。

由于風扇等運動式的機械元件具有壽命短、噪音大、可靠性低的特點，大部分led散熱器都避免采用強制對流，而采用免維護、可靠性高和無功耗的自然對流。但自然對流的缺點是對流換熱系數低，為了達到一定的換熱量，需要較大的換熱面積。

綜上兩點，換熱面積的增大會造成led燈具成本上升、重量增加和空間利用率降低.

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本發明的目的在于提供一種led散熱器，以解決上述的至少一項技術問題。

(二)技術方案

本發明提供了一種led散熱器，其中，包括：內腔、鰭片和光源安裝面，其中，

光源安裝面，與內腔的筒壁的側面接觸放置，且所述光源安裝面的表面配置有led光源；

所述鰭片為多片，以內腔的筒壁為中心，自該光源安裝面的兩側在內腔的筒壁外側呈扇形間隔排列，其中，每片鰭片兩側的波紋方向相反，且相鄰的兩片鰭片相對的波紋方向相反；

內腔中注入有相變導熱液體。

可選地，所述鰭片的波紋可以為尖角波紋。

可選地，所述內腔中可以設置有吸液芯，用于吸附所述相變導熱液體，所述吸液芯為能產生毛細力的毛細結構。

可選地，所述吸液芯可以為金屬絲網、燒結金屬粉末或者泡沫金屬或者當量直徑為微米級的槽道結構。

可選地，所述內腔頂上可以開設有供相變導熱液體注入的注液口，內腔還可以包括封帽，與所述注液口擰合，用于密封注液口。

可選地，所述內腔與鰭片可以為一體式結構，該一體式結構的材質為鋁合金。

可選地，所述鰭片的數量可以為2～120個。

可選地，所述鰭片的尖角波紋的高度可以為1mm～5mm。

(三)有益效果

本發明相較于現有技術，具有以下優點：

1、本發明采用了尖角波紋的鰭片代替了現有的圓弧形波浪波紋，增加了換熱表面積，同時對空氣造成擾動，提高鰭片-空氣的自然對流換熱系數，從而達到了更好的散熱效果。

2、本發明的相鄰鰭片相對兩面的尖角波紋為非對稱結構，以增強鰭片間的空氣擾流作用，提高了鰭片-空氣的自然對流換熱系數，減少了換熱面積，同時，散熱器的鰭片和內腔的筒壁為一體式結構，可大幅減少接觸熱阻，從而減小了散熱器的溫度梯度，從而實現了結構緊湊、成本降低、效率提高，尤其可以適用于大功率、高熱流密度的led光源。

3、本發明的內腔中設置有吸液芯，用于吸附內腔底部的相變導熱液體，使得在led光源水平照射時，保證發熱面始終接觸相變導熱液體，從而保證散熱效果。

4、本發明還可以根據用戶的散熱需求，調整鰭片的寬度、高度、間距，已達到不同的散熱效果。

5、本發明結構合理，加工方便，尤其是整體熱阻低、熱響應迅速、重量輕、體積小，并可適應多種安裝方式和照明角度，可用于工礦燈、路燈、隧道燈、投光燈、誘魚燈等多種燈具中。

附圖說明

圖1為本發明實施例的led散熱器的外觀示意圖；

圖2為本發明實施例的led散熱器的內部剖視圖；

圖3為本發明實施例的led散熱器的尖角波紋示意圖。

具體實施方式

現有技術中金屬散熱器導熱時會隨著與led的距離，產生溫度梯度，出現溫度不均勻的情況，為了解決該問題，達到一定的換熱量，需要增大換熱面積來補償。另外，大部分led散熱器都避免采用強制對流，而采用免維護、可靠性高和無功耗的自然對流。但自然對流的缺點是對流換熱系數低，為了達到一定的換熱量，需要較大的換熱面積。因此，現有技術中，常用的是通過增大換熱面積來解決上述技術問題，但是會造成led燈具成本上升、重量增加和空間利用率降低的問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種led散熱器，采用了尖角波紋的鰭片代替了現有的圓弧形波浪波紋，尖角形狀可以為三角形或者其他多角形，一般來說，尖角的角度選擇銳角。相鄰鰭片相對兩面的尖角波紋為非對稱結構，將散熱器的鰭片和內腔的筒壁設計為一體式結構，提高鰭片-空氣的自然對流換熱系數，從而達到了更好的散熱效果。同時也實現了led散熱器的結構緊湊、成本降低、效率提高，尤其適用于大功率、高熱流密度的led光源。另外，該led光源不僅在向下照射時能夠高效散熱，通過本發明的內腔中的吸液芯，也確保了led光源水平照射時，發熱面始終接觸相變導熱液體，從而保證led系統在不同角度照射時的散熱效果。

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。

圖1為本發明實施例的led散熱器的外觀示意圖，如圖1所示，本發明提供了一種led散熱器，整體呈半太陽花式結構，包括：內腔1、鰭片4和光源安裝面6。其中，光源安裝面6與內腔1的筒壁側面接觸放置，且在所述光源安裝面的表面配置led光源；多片鰭片4以內腔1的筒壁為中心，自該光源安裝面6的兩側，在內腔1的筒壁側面呈扇形間隔排列，其中，每片鰭片4兩側的波紋方向相反(也就是說，鰭片4一側的波紋朝向內腔1，另一側的波紋遠離內腔1)，且相鄰的兩片鰭片4相對的波紋方向相反。此外，內腔1中注入有相變導熱液體。

不同于現有常用的圓弧形波浪波紋，本發明實施例的鰭片4的波紋可以為尖角波紋，尖角形狀可以為三角形或者其他多角形，其角度一般為銳角，其中，為了加工方便，優選為三角形。一方面由于兩段直線長度大于圓弧長度，增大了換熱表面積；更重要的是波紋尖角可以對空氣造成擾動。空氣在尖角處形成微小的旋渦，這種旋渦破壞了貼近鰭片4處的空氣薄層——這層空氣薄層稱為邊界層，由于流速很低，實際上是一層熱阻。邊界層的擾流可以提高鰭片4-空氣的自然對流換熱系數。且同一波紋的兩側以及相鄰的兩片鰭片4相對的波紋方向相反，可以使鰭片4間隙中的空氣在流動時，兩側受到的阻力不同，從而產生一種整體旋轉的趨勢，提高鰭片4-空氣的自然對流換熱系數。

當led光源安裝在光源安裝面6上后，工作時熱量從led光源經由導熱硅脂或導熱硅膠傳遞至光源安裝面6；對于散熱器來說，光源安裝面6可視為發熱面。當led光源向下照射時，即光源安裝面6為水平面，由于重力作用，發熱面內部被沉積的相變導熱液體覆蓋。相變導熱液體為低沸點工質，受熱后沸騰氣化，由液相變為氣相，此過程為相變過程。由于液體的潛熱遠大于其顯熱，相變過程中相變導熱液體會吸收大量的熱量，可保證led光源發出的熱量被及時導走，避免熱量淤積；同時相變過程為恒溫過程，通過調整相變導熱液體的沸點，可以保證led光源溫度始終處于額定溫度以下。相變導液體在內腔1的壁面上冷卻，放出熱量到內腔1的筒壁，氣相又重新變為液相，形成循環。

圖2為本發明實施例的led散熱器的內部剖視圖，如圖2所示，在本實施例中，散熱器頂面中心處有通向空腔的注液口，相變導熱液體通過內腔1頂上的注液口2注入內腔1中，同時還可以設置封帽3，通過將封帽3與所述注液口2擰合，以密封注液口2。內腔1中的吸液芯5，用于吸附所述相變導熱液體，所述吸液芯5為毛細結構，能夠產生毛細力。當led光源水平照射時，即光源安裝面為豎直面，內腔1中的相變導熱液體在重力的作用下沉在底部。吸液芯5依靠毛細力無功耗輸運相變導熱液體，從而將內腔1中的相變導熱液體吸附上來，相變導熱液體在重力和毛細力的作用下，達到受力平衡，在吸液芯5內維持一定的高度，保證發熱面內部始終接觸相變導熱液體。如前所述，相變導熱液體吸收熱量，由液相變為氣相，擴散到散熱器內腔1中。隨著液體的減少，吸液芯5內部液體高度變低，總的重力減少，毛細力便會再吸取液體上來，從而維持其與重力的平衡。吸液芯5一般由金屬絲網、燒結金屬粉末、泡沫金屬或者當量直徑為微米級的槽道結構制成，其中，槽道結構的當量直徑一般優選為50μm～500μm。只要可以形成毛細結構，就會產生毛細力。水平照射的led燈具，在其散熱器的空腔內布置吸液芯5，保證相變導熱液體可以覆蓋led光源的發熱區域，保證較好的散熱效果，以維持led光源始終工作在額定溫度內。

另外，在本發明實施例中，內腔1與鰭片4為一體式結構，采用鋁型材擠壓、鍛壓或壓鑄等加工方式均能做到。相比鰭片4焊接、粘接、脹接或其它機械方式固定于內腔1上，可大幅減少接觸熱阻，降低溫度梯度。

用戶可以根據散熱需求，調整鰭片4的寬度、高度、間距，以達到不同的散熱效果。一般來說，所述鰭片4的數量為2～120，內腔為圓柱狀的散熱器，其外直徑(即兩個相對的鰭片4的距離)一般為50mm～500mm，鰭片4的尖角波紋的高度為1mm～5mm，鰭片4的排布可以是規則的，也可以是不規則的。另外，同一led散熱器的鰭片4的形狀大小可以一致，也可以不一致。

圖3為本發明實施例的led散熱器的尖角波紋示意圖，如圖3所示，在兩個鰭片4的間隙中，相對兩個面的波紋尖角是非對稱的：一側尖角朝外(朝向內腔)，為迎風波紋；一側尖角朝里(遠離內腔)，為順風波紋。本發明的這種設計可以使相鄰鰭片4的間隙中的空氣在流動時，兩側受到的阻力不同，從而產生一種整體旋轉的趨勢。這種趨勢是一種大尺度上的擾流，如同生活中攪動熱水加速其降溫，以增強鰭片4間隙的空氣擾流作用，從而提高鰭片4-空氣的自然對流換熱系數。

以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。