一种用于LED器件的复合相变热柱制造技术

本实用新型专利技术公开了一种应用于LED器件的复合相变热柱，复合相变热柱包括外管壳、内管壳、LED器件底座、外端盖、内端盖、注液管、固固相变模块和毛细吸液芯。所述LED器件底座的上端面分别与外管壳和内管壳配合，下端面为LED器件的布置面；所述内管壳的上端紧密配合着内端盖；所述内端盖的中间设置有注液管；所述内管壳、内端盖及LED器件底座共同构成第一密闭空间；所述第一密闭空间内，内管壳的内壁面及LED器件底座的对应区域上布置有毛细吸液芯；所述外管壳、内管壳、LED器件底座和外端盖共同构成第二密闭空间；所述第二密闭空间内，填充布置有固固相变模块。本实用新型专利技术热柱结构设计合理巧妙，成本低，且能提高LED器件的工作性能和工作寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种用于LED器件的复合相变热柱
本技术涉及热传导及储热领域，特别涉及应用于LED封装的传热储热的热柱。
技术介绍
LED(LightEmittingDiode)，发光二极管，是一种固态的半导体器件，他可以直接把电转化为光。LED具有节能、环保和长寿三大优势，与传统白炽灯比较，可节省60%~90%的电能，被公认为下一代绿色光源，目前正在逐步取代传统光源，渗透到人们的日常生活当中。LED光源已成功应用在投影仪、汽车前大灯、矿灯、平面显示背光源等新领域。LED的散热问题现在越来越为人们所重视，这是因为LED的光衰或其寿命是直接和其结温（结温是电子设备中实际半导体芯片中的PN结的工作温度，通常高于外壳温度和器件表面温度）有关，散热不好结温就高，寿命就短，依照阿雷纽斯法则温度每降低10℃，寿命就会延长2倍。而且结温不但影响长时间寿命，也还直接影响短时间的发光效率。例如以结温为25℃时的发光为100%，那么结温上升至60℃时，其发光量就只有90%，结温为100℃时就下降到80%。同时，随着半导体光电器件的发展，半导体器件体积越来越小，然而集成度和功率越来越高，导致散热空间狭小，高热流密度等一系列致命问题。因此，LED器件的散热问题的解决至关重要。当前LED散热主要采用铸造或是机械加工方法制得的铝热沉，以自然对流或是强制对流为辅助，主要应用在LED器件功率不高可以满足正常的散热需求的情况。对于较高散热需求的器件，常以热柱或是均热板为散热手段。其中，热柱散热也是一种较佳的散热技术。热柱是一种内含液体工质的封闭腔体，借助工质的气液相变实现快速导入的效果。热柱是一种高效导热的装置，一个设计优良的热柱温度均匀性好，热阻较小。热柱的导热能力远远超过了铜、铝等金属，能达到铜的几百倍甚至上千倍，目前热柱已经在LED灯具，电子散热领域得到了广泛的应用。热柱的蒸发段在热柱底部（即LED器件一端），工质在此处蒸发带走大量热量，蒸汽在冷凝管壁处冷凝释放大量的气化潜热。但在热柱的实际使用中，由于外形体积等因素的限制，热柱的最大传热性能（即传热功率）是确定的，在面对较大发热功率的LED器件的情况，或是由于工作过程的电流不稳定造成的LED器件瞬时的温度波动甚至飙升的情况，热柱底部位于LED器件一端的液态工质瞬时汽化蒸干，并随着底部温度上升，液态工质无法回流至底部，造成散热情况的恶化，LED器件会直接由于热柱的瞬时失效而损坏，对寿命和工作性能造成直接影响，甚至直接报废。同时在常规热柱的加工制造上，对于内部吸液芯的制备，常采用中间布置芯棒来填充金属粉末或者金属纤维，这样很容易填充不均匀，造成轴向方向的吸液芯孔隙率不一致，影响毛细力的大小进而影响液体工质的回流。
技术实现思路
针对上述问题，本技术主要提出了一种用于LED器件的复合相变热柱。本技术通过以下技术方案实现。一种应用于LED器件的复合相变热柱，包括外管壳、内管壳、LED器件底座、外端盖、内端盖、注液管、固固相变模块和毛细吸液芯；所述LED器件底座的上端面为凹圆环形，分别与外管壳和内管壳配合，下端面为LED器件的布置面；所述外管壳和内管壳的底端均紧密固定在LED器件底座的上端面；所述内管壳的上端紧密配合着内端盖；所述内端盖的中间设置有注液管；所述外管壳和内管壳的上端之间紧密配合着外端盖；所述内管壳、内端盖及LED器件底座共同构成第一密闭空间；所述第一密闭空间内，内管壳的内壁面及LED器件底座的对应区域上布置有毛细吸液芯，并通过注液管在第一密闭空间内充装有液态工质；其中，内管壳的壁面的毛细吸液芯起到液体回流的作用，LED器件底座上端面的毛细吸液芯起增大热接触的面积的作用；所述外管壳、内管壳、LED器件底座和外端盖共同构成第二密闭空间；所述第二密闭空间内，填充布置有固固相变模块；所述固固相变模块包括固固相变材料（SSPCM）和烧结纤维毡。进一步地，所述外管壳、内管壳、外端盖、内端盖和LED器件底座的厚度均为1~1.5mm，材料均为金属，包括铜或铝。进一步地，所述注液管7的内径为3~4mm。进一步地，所述液态工质包括纯净水、丙酮和甲氧基-九氟代丁烷中的一种。进一步地，所述固固相变材料为一元体系多元醇或二元体系多元醇；所述一元体系多元醇包括季戊四醇PE、新戊二醇NPG、二羟甲基乙烷PG或三羟甲基氨基甲烷TAM；所述二元体系多元醇为一元体系多元醇的混合组成，包括季戊四醇-新戊二醇（PE-NPG）、新戊二醇-三羟甲基氨基甲烷（NPG-TAM）。进一步地，所述烧结纤维毡的材料为铜或铝的纤维烧结体，孔隙率为70~90%。进一步地，所述固固相变模块充满整个第二密闭空间。进一步地，所述毛细吸液芯的材料采用铜的金属纤维吸液芯或铝的金属纤维吸液芯。进一步地，所述毛细吸液芯的孔隙率为60~85%，毛细吸液芯的厚度为0.5~1.5mm。进一步地，所述外管壳、内管壳、外端盖、内端盖和LED器件底座、毛细吸液芯以及固固相变模块的烧结纤维毡的材料同时为铜或同时为铝。更进一步地，所述毛细吸液芯的材料与第一密闭空间内的液态工质的匹配情况为：当所述毛细吸液芯的材料为铜的金属纤维吸液芯时，液态工质为纯净水；当所述毛细吸液芯的材料为铝的金属纤维吸液芯时，液态工质为丙酮或甲氧基-九氟代丁烷。制备所述的一种应用于LED器件的复合相变热柱的方法，包括如下步骤：（1）内管壳、外管壳、LED器件底座、内端盖和外端盖的加工：根据LED器件的需要设计相应尺寸的图纸，机加工出内管壳、外管壳、LED器件底座、内端盖和外端盖；内管壳和外管壳先后焊接在LED器件底座的上端面，注液管焊接在内端盖的中间位置；（2）毛细吸液芯和纤维毡的制备：（2-1）通过模具压制具有目标尺寸的方形片状毛细吸液芯和圆形片状毛细吸液芯，将圆形毛细吸液芯铺至第一密闭空间对应的LED器件底座的上端面，将方形片状毛细吸液芯卷成圆环状，包裹在特制芯棒表面，一起放入内管壳中；（2-2）外管壳和内管壳之间的纤维毡通过模具压制成片，卷曲的圆环状，直接放入外管壳和内管壳之间的第二密闭空间；（2-3）将制备好的热柱整体放入烧结炉中进行烧结，烧结完毕后，待冷却至室温，抽出内管壳内的特制芯棒；（3）灌注与封装：（3-1）将固固相变材料加热至其熔点，在熔融状态下灌注入内管壳和外管壳之间的第二密闭空间，与其间的金属纤维结构结合于一起；（3-2）待整体冷却至室温，将外端盖置于内管壳和外管壳之间，由内管壳和外管壳上部的阶梯口定位，通过焊接进行密封；（3-3）将内端盖与注液管的焊接体置于内管壳上部的阶梯口，先通过焊接进行稳固紧密连接，然后通过注液管先对第一密闭空间进行抽真空，在通过注液管将液体工质灌注入其间，最后对注液管的上端进行密封，得到所述应用于LED器件的复合相变热柱。进一步地，步骤（1）中，外管壳、内管壳、LED器件底座、内端盖和外端盖压制成型后，进行清洗：将各零部件放入体积浓度为5%-10%的稀酸溶液中洗去表面油污及加工后的残留碎屑，然后放入乙醇溶液中超声波清洗，最后用清水冲洗洗去表面残留的溶液并风干。进一步地，步骤（2-1）中，所述圆形片状毛细吸液芯的直径与内管壳的内直径相等。进一步地，步骤（2-1）中，所述方形片状毛细吸液芯的长等于置入内管壳后的高度，宽为内管壳的底面周长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于LED器件的复合相变热柱，其特征在于，包括外管壳（1）、内管壳（2）、LED器件底座（3）、外端盖（5）、内端盖（6）、注液管（7）、固固相变模块（8）和毛细吸液芯（9）；所述LED器件底座（3）的上端面分别与外管壳（1）和内管壳（2）配合，下端面为LED器件的布置面；所述外管壳（1）和内管壳（2）的底端均紧密固定在LED器件底座（3）的上端面；所述内管壳（2）的上端紧密配合着内端盖（6）；所述内端盖（6）的中间设置有注液管（7）；所述外管壳（1）和内管壳（2）的上端之间紧密配合着外端盖（5）；所述内管壳（2）、内端盖（6）及LED器件底座（3）共同构成第一密闭空间；所述第一密闭空间内，内管壳（2）的内壁面及LED器件底座（3）的对应区域上布置有毛细吸液芯（9），并通过注液管（7）在第一密闭空间内充装有液态工质；其中，内管壳（2）的壁面的毛细吸液芯起到液体回流的作用 ，LED器件底座（3）上端面的毛细吸液芯起增大热接触的面积的作用；所述外管壳（1）、内管壳（2）、LED器件底座（3）和外端盖（5）共同构成第二密闭空间；所述第二密闭空间内，填充布置有固固相变模块（8）；所述固固相变模块（8）包括固固相变材料和烧结纤维毡。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于LED器件的复合相变热柱，其特征在于，包括外管壳（1）、内管壳（2）、LED器件底座（3）、外端盖（5）、内端盖（6）、注液管（7）、固固相变模块（8）和毛细吸液芯（9）；所述LED器件底座（3）的上端面分别与外管壳（1）和内管壳（2）配合，下端面为LED器件的布置面；所述外管壳（1）和内管壳（2）的底端均紧密固定在LED器件底座（3）的上端面；所述内管壳（2）的上端紧密配合着内端盖（6）；所述内端盖（6）的中间设置有注液管（7）；所述外管壳（1）和内管壳（2）的上端之间紧密配合着外端盖（5）；所述内管壳（2）、内端盖（6）及LED器件底座（3）共同构成第一密闭空间；所述第一密闭空间内，内管壳（2）的内壁面及LED器件底座（3）的对应区域上布置有毛细吸液芯（9），并通过注液管（7）在第一密闭空间内充装有液态工质；其中，内管壳（2）的壁面的毛细吸液芯起到液体回流的作用，LED器件底座（3）上端面的毛细吸液芯起增大热接触的面积的作用；所述外管壳（1）、内管壳（2）、LED器件底座（3）和外端盖（5）共同构...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄宝山，李宗涛，汤勇，钟桂生，梁观伟，林庆宏，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44