一种等温腔结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种等温腔结构，其包括上盖层、位于所述上盖层下侧的下盖层以及接触凸起，所述上盖层和下盖层拼接形成一容置腔；在该容置腔中安装上下分布的烧结块层和泡沫铜层，所述烧结块层和泡沫铜层相接触，且烧结块层和泡沫铜层中位于上侧的部件之上端面与上盖层的内壁接触，位于下侧的部件之下端面与下盖层的内壁接触，所述接触凸起的一端与LED灯珠固定，其另一端从下盖层的下端面嵌入下盖层之中。本发明专利技术可减少LED热量传导的路径，实现将PCB基板去除，减少LED灯珠基板和散热器之间的温差，增加等温腔的轴向导热能力，同时降低成本，增加LED灯具和背光模块的可靠性，延长使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种等温腔结构及其制造方法
本专利技术涉及散热
，尤其是一种适用于高热流密度LED灯具或背光模块散热的等温腔结构及其制造方法。
技术介绍
随着LED芯片材料、封装工艺和方式的不断发展，加之近年来在应用领域的拓展，使LED芯片发光效率和亮度得到不断提升，应用范围也越来越广。以LED作为灯具和背光模块，更是近几年的热门，主要是不同灯具和背光模块技术在亮度、节能、环保等方面均比普通灯具(白炽灯、荧光灯等)以及传统冷阴极管(CCFL)优势更加突出，从而吸引了众多资金和技术方面的积极投入。LED芯片技术研发初期，单颗芯片的功率不高，发热量也很小，因此相对其封装方法和技术也相对简单。同时最初的单芯片LED的功率不高，发热量有限，热的问题不大，因此其封装方式相对简单，主要集中在引脚式封装，主要应用在发光显示器，如交通灯等。但随着LED材料以及封装技术的不断改进，LED芯片的封装方式逐渐向功率型封装演变，其工作电流也从开始的20mA到现在的350mA，甚至1A左右。单颗LED的功率也从开始的几十毫瓦跃升至1W以上，甚至现在单颗3W、5W、10W，20W等。大功率LED芯片是现有灯具主要组成部分，目前的芯片电光转化效率仅有15％～20％，而芯片的物理尺寸一般为0.5mm×0.5mm～2.5mm×2.5mm，面积很小，产生功率密度及发热量不断增大，如果聚集的热量不能迅速导出，就会造成结温不断升高，而LED对温度又是相当的敏感，直接影响到LED灯具和背光模块的寿命和可靠性。如果芯片结温超过一定值，发光波长变长,颜色发生红移,导致芯片出光效率的下降和使用寿命的减少等诸多问题。另外对于背光源来说，热流密度的增大，会使其发生诸如基板起翘弯曲等严重问题。在小功率LED时代，热量主要通过LED的引脚传导出去，而进入大功率LED时代后，被动式散热是采用最广泛的一种散热方式，主要依靠灯具散热器和空气的自然对流将LED灯珠产生的热量散出。这种散热方式设计简单，很容易和灯具的机械结构结合起来，比较容易达到灯具的防护等级要求，并且成本较低、可靠性好。为了使LED灯珠之间实现电气互连，通常在LED灯珠和散热器之间增加PCB基板层，并在PCB基板和散热器或PCB基板和LED灯珠两者之间放置导热硅胶垫，同时商用PCB基板的导热系数通常小于3W/m·K，导热硅胶的导热系数通常为0.4W/m·K，导热系数低、热阻大，成为导热路径上的瓶颈。而现有的背光模块散热，直接将LED布置在PCB基板上，LED产生的热量通过PCB基板到达镀锌钢板的背光源底盖上，其同样PCB基板和导热硅胶垫的导热系数，所以要想提高散热能力，往往是要改变PCB基板和导热硅胶垫的导热系数，从而增加了研发成本。
技术实现思路
针对以上不足，本专利技术的目的之一在于提供一种等温腔结构，增强LED灯具和背光模块的散热能力，降低芯片的结温，同时平衡各温度高热点的分布，增加LED灯具和背光模块的可靠性，延长LED灯具和背光模块的使用寿命。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种等温腔结构，其适用于高热流密度的LED灯具或背光模块的散热，所述等温腔包括上盖层、位于所述上盖层下侧的下盖层以及接触凸起，所述上盖层和下盖层拼接形成一容置腔；在该容置腔中安装上下分布的烧结块层和泡沫铜层，所述烧结块层和泡沫铜层相接触，且烧结块层和泡沫铜层中位于上侧的部件之上端面与上盖层的内壁接触，位于下侧的部件之下端面与下盖层的内壁接触，所述接触凸起的一端与LED灯珠固定，其另一端从下盖层的下端面嵌入下盖层之中。泡沫铜和烧结块层都是预先制好的，烧结块层两侧及其他凸起部位应于泡沫铜结构紧贴，两者高度之和应与容置腔的高度相同。泡沫铜层可以和烧结块层实现两者互换，不影响功能的发挥。所述烧结块层位于泡沫铜层的下侧，烧结块层的下端面与下盖层接触，泡沫铜层的上端面与上盖层接触，所述接触凸起可穿过下盖层与烧结块层接触。同时接触凸起高度可以低点但不可或缺。接触凸起形状应该和LED灯珠底座形状一致。该等温腔结构应用于LED灯具时，所述上盖层的上端面与LED灯具的散热器直接固定或通过粘结层与LED灯具的散热器固定。等温腔和散热器之间可以添加粘结层，亦可不添加，可根据加工工艺的精度进行定夺。对于背光模块则不需要中间粘结层以及散热结构。中间粘结层以高导热性粘贴材料为主，亦可使用石墨材料。等温腔结构不局限于方形，亦可以为圆形，其他内部结构及散热器做出相同形状变化。所述接触凸起、上盖层、下盖层的材料为铜或铝；而散热器的材料为铝型材，所述容置腔内填充有冷媒工质。整个LED灯具或背光模块均无PCB基板，有效减小热阻。本专利技术的另一目的在于提供一种等温腔结构的制造方法，以增强LED灯具和背光模块的散热能力，降低芯片的结温，同时平衡各温度高热点的分布，增加LED灯具和背光模块的可靠性，延长LED灯具和背光模块的使用寿命。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种制造等温腔结构的方法，其包括以下步骤：步骤1、将烧结块层和泡沫铜层上下分布方式放置，在拼接上盖层和下盖层时，把烧结块层和泡沫铜层二者形成于容置腔内，该烧结块层和泡沫铜层形成的结构的高度等于容置腔的高度，所述上盖层和下盖层拼接的方法为采用搅拌摩擦焊的方式进行焊接；步骤2、将步骤1拼接后的结构置于冰水中，直接通过上盖层或下盖层上设有的充液孔向容置腔中冲入冷媒液体工质，冷媒由于温差较大，向腔体内流动，冲液完成后，通过置于水中的压口机将充液孔密封；步骤3、将接触凸起嵌入下盖层中，并安装LED灯珠到接触凸起上，所述接触凸起的形状与LED灯珠底座的形状一致。步骤3中，当接触凸起和下盖层为同为铝材料时，直接采用挤压成型将接触凸起嵌入下盖层之中；当接触凸起为铜材料，下盖层为铝材料时，且接触凸起并未延伸至容置腔内时，通过机械压合或者机械压合与热胀冷缩相结合的方法将将接触凸起嵌入下盖层之中；当接触凸起的上端面与下盖层下侧内壁在同一直线上时，通过搅拌摩擦焊的方法实现二者密封连接。当该等温腔结构应用于LED灯具时，还包括步骤4：将上盖层的上端面与散热器固定连接，所述散热器的形状与上盖层的形状相匹配。所述步骤4中，当等温腔为方形且散热器和上盖层同为铝材料时，先通过型材挤压成形的方法将散热器和上盖层及上盖层的两侧翼一体加工，再通过搅拌摩擦焊或激光键合技术将上盖层的另外两个端面进行焊接；当均温腔结构为圆形且散热器和上盖层同为铝材料时，先通过型材挤压成形的方法将散热器进行加工，保留底板，再在底板上通过机加工出圆形凹槽。所述步骤4中，当散热器为铝材料，上盖层为铜材料时，通过粘结层将上盖层和散热器连接，所述粘结层为石墨材料，采用橡胶滚轮将粘结层压平，并将粘结层内部空气压出，减小接触热阻。本专利技术将高热流密度单芯片LED灯珠的大部分热量直接通过经特殊处理的等温腔结构传导出去，再通过散热器将热量传递到周围空气中。同时将高功率单芯片LED灯具和背光模块中的高温点通过横向热导将部分热量传递到边缘散发出去。该一体化散热的等温腔结构核心是将高热流密度单芯片LED灯具和背光模块在散热过程中所存在的局部温度点过高、散热性能差以及制程复杂进行同时考虑，进行结构设计和制造方法设计。根据高热流密度单芯片LED灯具在底部增加接触，可以减小接触热阻，在等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等温腔结构，其适用于高热流密度的LED灯具或背光模块的散热，其特征在于，所述等温腔(2)包括上盖层(25)、位于所述上盖层(25)下侧的下盖层(22)以及接触凸起(21)，所述上盖层(25)和下盖层(22)拼接形成一容置腔；在该容置腔中安装上下分布的烧结块层(23)和泡沫铜层(24)，所述烧结块层(23)和泡沫铜层(24)相接触，且烧结块层(23)和泡沫铜层(24)中位于上侧的部件之上端面与上盖层(25)的内壁接触，位于下侧的部件之下端面与下盖层(22)的内壁接触，所述接触凸起(21)的一端与LED灯珠(1)固定，其另一端从下盖层(22)的下端面嵌入下盖层(22)之中。

【技术特征摘要】
1.一种等温腔结构，其适用于高热流密度的LED灯具或背光模块的散热，所述等温腔(2)包括上盖层(25)和位于所述上盖层(25)下侧的下盖层(22)，所述上盖层(25)和下盖层(22)拼接形成一容置腔；其特征在于，在该容置腔中安装上下分布的烧结块层(23)和泡沫铜层(24)，所述烧结块层(23)和泡沫铜层(24)相接触，且烧结块层(23)和泡沫铜层(24)中位于上侧的部件之上端面与上盖层(25)的内壁接触，位于下侧的部件之下端面与下盖层(22)的内壁接触，所述等温腔(2)还包括接触凸起(21)，所述接触凸起(21)的一端与LED灯珠(1)固定，其另一端从下盖层(22)的下端面嵌入下盖层(22)之中。2.根据权利要求1所述的等温腔结构，其特征在于，所述烧结块层(23)位于泡沫铜层(24)的下侧，烧结块层(23)的下端面与下盖层(22)接触，泡沫铜层(24)的上端面与上盖层(25)接触，所述接触凸起(21)穿过下盖层(22)与烧结块层(23)接触。3.根据权利要求1所述的等温腔结构，其特征在于，该等温腔结构应用于LED灯具时，所述上盖层(25)的上端面直接与LED灯具的散热器(4)固定或通过粘结层(3)与散热器(4)固定。4.根据权利要求1所述的等温腔结构，其特征在于，所述等温腔为方形或圆形中的一种。5.根据权利要求3所述的等温腔结构，其特征在于，所述接触凸起(21)、上盖层(25)、下盖层(22)的材料为铜或铝；而散热器(4)的材料为铝型材，所述容置腔内填充有冷媒工质。6.一种制造权利要求1～5所述等温腔结构的方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1、将烧结块层(23)和泡沫铜层(24)上下分布方式放置，在拼接上盖层(25)和下盖层(22)时，把烧结块层(23)和泡沫铜层(24)二者形成于容置腔内，该烧结块层(23)和泡沫铜层(24)形成的结构的高度等于容置腔的高度，所述上盖层(25)和下盖层(22)拼接的方法为采用搅拌摩擦焊的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亦伟，岑继文，蒋方明，曹文炅，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44