一种大功率LED散热灯及一种非均匀润湿性图案化表面的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种大功率LED散热灯及一种非均匀润湿性图案化表面的制备方法，该LED散热灯包括重力热管散热器，LED线路基板和LED光源模块。其中重力热管散热器包括上部的冷凝段和下部的蒸发段。冷凝段包括热管、梯形翅片和盖板。热管内侧和盖板底面均经超疏水处理，具有超疏水特性。蒸发段为柱形空腔，空腔底板与LED线路基板通过螺栓相连，空腔内装填有换热工质，空腔底板表面经非均匀润湿性处理，分为超疏水区域和超亲水区域，所述超疏水区域为辐射状。本发明专利技术LED散热灯结构简单，响应速度快，散热能力强，能有效维持大功率LED灯在常温下运行，增强其发光效率和延长使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种大功率LED散热灯及一种非均匀润湿性图案化表面的制备方法
本专利技术属于LED照明
，具体涉及一种大功率LED散热灯及一种非均匀润湿性图案化表面的制备方法。
技术介绍
新型固态照明光源LED（LightEmittingDiode）具有节能环保、使用寿命长等诸多优点，被公认为第四代照明光源。LED照明应用和产业发展前景诱人，但LED要真正实现大规模广泛应用，仍有许多问题需要解决,散热就是其中一个难点、关键和核心问题之一。目前LED的光电转换效率还相对较差，仅10%～15%的输入电能转化为光能，其余85%～90%的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化为热能，使LED温度升高，而温度的升高会产生以下不良影响：发光强度降低、发光主波长偏移、严重降低LED的寿命，加速LED的光衰等。因此LED产品的性能及其可靠性，很大程度上取决于是否具有良好的散热设计，低热阻、散热良好是大功率LED的未来发展趋势和产品竞争力的重要体现。重力热管技术早在几十年前就已经出现，其基本工作原理为：在密闭的热管内填充一定量的低沸点换热工质，管内的换热工质吸收底部传来的热量，工质温度升高并汽化为蒸汽，汽化的蒸汽在液面处聚集使液面处压力升高，在压差作用下蒸汽上升到热管的上端即冷凝段部分，蒸汽在冷凝段冷凝释放潜热并由热管传到外界，蒸汽自身冷凝液化，冷凝液在重力作用下沿热管内壁回流到受热的蒸发段，并再次参与吸热，如此循环往复，通过换热工质的连续相变，不断将热量由高温的蒸发段传递至冷凝段然后传到外界。由于是通过相变传热，所以管内热阻小，传热效率高。由于重力热管的高导热效率及简单结构，使其得到越来越多的应用，在大功率LED领域也是如此。但是在实际应用中我们发现仍然存在许多问题，比如热管内工质蒸发冷凝后，由于热管内壁的附着力太强，导致冷凝液滴在热管内壁附着而向下流动，从而在冷凝段壁面形成一层很厚的液膜阻碍传热，并且还容易造成底部蒸发段的换热工质减少甚至干涸，从而使LED温度急剧升高，使芯片的发光效率降低甚至烧毁。而且我们发现，随着大功率LED连续工作时间的延长，沉浸在饱和温度状态液体中的加热表面温度的增加，即加热面和饱和液体间的温差增加时，工质的汽化核心数将增加，气泡长大速率也加快，工质内的换热由自然对流进入核状沸腾。随着温度差的继续加大，汽化核心数和气泡长大速度进一步增加，以致大量气泡在加热表面聚集汇合，形成一层蒸气膜。热量必须通过此层蒸气膜才能传递到液体主流中去。由于蒸气的导热系数小，所以传热系数突然下降，也会导致大功率LED的温度的急剧上升从而烧毁。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术中存在的不足，提供一种大功率LED散热灯，该散热灯的优点在于启动速度快、工质循环速度快、均温性好、传热效率高、能维持大功率LED长时间在常温下运行，增强其发光效率和延长其使用寿命。本专利技术同时还提供一种超亲水/疏水图案化表面的制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现。一种大功率LED散热灯，该大功率LED散热灯包括重力热管散热器、LED线路基板和LED光源模块，所述重力热管散热器与LED线路基板直接相连接，LED光源模块布置在LED线路基板上；所述重力热管散热器包括上部的冷凝段和下部的蒸发段；所述冷凝段包括热管、盖板与梯形翅片，热管内侧与盖板底面均经超疏水表面处理，具有超疏水特性；蒸发段为柱形空腔，所述空腔底板与LED线路基板直接相连，空腔内装填有换热工质，空腔底板表面经非均匀润湿性图案化处理，所述表面分为超疏水区域和超亲水区域，所述超疏水区域为辐射状。优选的，所述盖板中央开有充液抽气孔，用于灌装换热工质及将空腔内抽成真空。优选的，所述盖板为铜板，盖板与热管的连接采用瞬间高温熔焊技术，所述盖板中央开有抽气充液孔，将管内灌注换热工质并抽真空后采用橡胶垫圈密封。优选的，所述换热工质为水，或者水与其他低沸点物质组成的共沸物。所述换热工质填充量为蒸发腔容积的40％~60％。优选的，所述热管为空心圆柱形，所用材质为紫铜，热管内壁刻有螺旋形槽道，槽深为3~5mm。优选的，所述蒸发段底板与LED基板通过螺栓固定连接，底板与基板之间填充导热绝缘胶，以赶走底板与基板之间的空气，减小界面热阻。优选的，所述LED基板为铝基板，LED芯片与铝基板之间的粘接方式为锡金合金共晶焊接，这样能有效减少LED封装的热阻。优选的，所述盖板盖在冷凝段的热管顶部，所述热管外部及盖板顶部分布有梯形翅片，所述梯形翅片经滚轧挤压制成。优选的，所述梯形翅片的高度为1.5~2cm,翅片厚度为0.5~1mm，翅片间的缺口角度为30°。优选的，所述重力热管散热器所用材质均为紫铜。优选的，所述热管内壁及盖板底面均经超疏水表面处理，水滴在超疏水表面处理后的热管内壁及盖板底面上的接触角为150°~180°。优选的，所述超疏水表面处理的工艺为电化学沉积法，以肉豆蔻酸乙醇溶液为疏水剂，采用电化学沉积法一步在金属紫铜表面构筑超疏水层，形成超疏水表面。优选的，所述蒸发段底板表面经非均匀润湿性处理，处理后分为超亲水区域和超疏水区域，所述超亲水区域与水滴的接触角为0°~5°，所述超疏水区域与水滴的接触角为150°~180°。一种非均匀润湿性图案化表面的制备方法，包括以下步骤：（1）进行超亲水处理：将抛光后的铜基板依次用丙酮及盐酸超声清洗20分钟再用水冲洗，再将铜基板作为阴阳极，加入由CuCl2溶液和浓盐酸混合溶液组成的电解液中进行电解沉积，此时将在阴极铜上形成微纳米粗糙结构，电解沉积完成后用水将阴极铜板洗干净，放入真空干燥箱中烘干，然后放入烧结炉中进行烧结处理，处理后微纳米粗糙结构与基板紧密结合，成为基板的超亲水层；（2）覆盖超亲水层：将聚四氟乙烯以1:3~4的质量比例稀释于电子氟化液中，然后均匀涂抹在步骤（1）所得铜板的超亲水层表面上，放置烘箱中90~150℃烘烤60~90分钟，再在聚四氟乙烯层上旋涂厚度为1~3μm正性光刻胶；（3）图案化的获得：将步骤（2）所得涂有正性光刻胶的铜板在辐射状的掩膜覆盖下，用强度为180~220mj/cm2的紫外光照射1.5~2小时，曝光部分的聚四氟乙烯通过氧等离子体和显影剂处理后被去除，暴露出铜板的超亲水层，用丙酮清洗掉被掩膜覆盖部分的正性光刻胶，则得到由聚四氟乙烯覆盖的超疏水层，得到非均匀润湿性图案化表面。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、针对大功率LED散热问题，本专利技术重力热管式LED散热灯通过蒸发腔内的换热工质循环往复的蒸发与冷凝，充分利用相变过程的相变潜热，将热量从热源送至顶部冷凝段，并通过外部的散热翅片散发出去，实现LED灯结温的高效传导，有效控制LED芯片的温度。2、针对普通重力热管的冷凝液不易回流问题且易造成工质干涸问题，本专利技术的重力热管式LED散热灯在热管内壁采用电沉积法一步形成超疏水层，并且在热管内壁刻有螺旋槽道，这样能使凝结在热管内壁的工质减少与内壁的附着力，快速向下流动，使冷凝液迅速回流。螺旋槽道能起到加大换热面积，引导液滴流动，增强换热的作用。3、针对冷凝段顶部液滴不易滴下形成较厚液膜影响传热的问题，本专利技术在热管顶部盖板内表面进行超疏水处理，使凝结在顶部的液滴能够减少与盖板的接触面积并迅速聚集并滴下。4、针对现在技术中存在的热管启动速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率LED散热灯，其特征在于，该大功率LED散热灯包括重力热管散热器、LED线路基板和LED光源模块，所述重力热管散热器与LED线路基板直接相连接，LED光源模块布置在LED线路基板上；所述重力热管散热器包括上部的冷凝段和下部的蒸发段；所述冷凝段包括热管、盖板与梯形翅片，热管内侧与盖板底面均经超疏水表面处理，具有超疏水特性；蒸发段为柱形空腔，所述空腔底板与LED线路基板直接相连，空腔内装填有换热工质，空腔底板表面经非均匀润湿性图案化处理，所述表面分为超疏水区域和超亲水区域，所述超疏水区域为辐射状。

【技术特征摘要】
1.一种大功率LED散热灯，其特征在于，该大功率LED散热灯包括重力热管散热器、LED线路基板和LED光源模块，所述重力热管散热器与LED线路基板直接相连接，LED光源模块布置在LED线路基板上；所述重力热管散热器包括上部的冷凝段和下部的蒸发段；所述冷凝段包括热管、盖板与梯形翅片，热管内侧与盖板底面均经超疏水表面处理，具有超疏水特性；蒸发段为柱形空腔，所述空腔底板与LED线路基板直接相连，空腔内装填有换热工质，空腔底板表面经非均匀润湿性图案化处理，所述表面分为超疏水区域和超亲水区域，所述超疏水区域为辐射状。2.根据权利要求1所述的一种大功率LED散热灯，其特征在于，所述盖板中央开有充液抽气孔，用于灌装换热工质及将空腔内抽成真空。3.根据权利要求1所述的一种大功率LED散热灯，其特征在于，所述热管为空心圆柱形，热管内壁刻有螺旋槽道，槽深为3~5mm。4.根据权利要求1所述的一种大功率LED散热灯，其特征在于，所述盖板盖在冷凝段的热管顶部，所述热管外部及盖板顶部分布有梯形翅片，所述梯形翅片经滚轧挤压制成。5.根据权利要求4所述的一种大功率LED散热灯，其特征在于，所述梯形翅片的高度为1.5~2cm，翅片厚度为0.5~1mm，翅片间的缺口角度为30°。6.根据权利要求1所述的一种大功率LED散热灯，其特征在于，所述重力热管散热器所用材质均为紫铜。7.根据权利要求1所述的一种大功率LED散热灯，其特征在于，所述热管内壁及盖板底面均经超疏水表面处理，水滴在超疏水表面处理后的热管内壁及盖板底面上的接触角为150°~180°。8.根据权利要求1所述的一种大功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋翔，黄鹏，朱琦，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44