一种星载大功率LED灯相变热控装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种星载大功率LED灯相变热控装置。该热控装置包括用于与LED封装件相连的热沉空腔、相变点低于LED封装件正常工作温度的相变材料、壳体密封底板、用于增加石蜡内部导热能力的金属导热波纹肋条以及密封组件。该实用新型专利技术利用相变材料熔化时吸热，相变过程中温度保持不变的特性进行被动冷却，同时，热沉空腔内部设计有和空腔一体的金属导热波纹肋条。本实用新型专利技术可有效改善星载大功率LED组件的热控效果，显著减少传统星载热控装置的质量和体积，并具有良好密封效果，有效地降低LED芯片结点温度，延长LED灯的使用寿命。

A phase change thermal control device for high power LED lights on board

【技术实现步骤摘要】
一种星载大功率LED灯相变热控装置
本技术涉及大功率LED灯热控装置，尤其适用于航天照明领域。
技术介绍
由于亮度高、寿命长和安全无污染等优势，LED灯在空间相机照明领域广泛使用，然而，从原理上而言，LED灯是凭借激发电子从而让电子进行能级跳跃而发光，其光谱中没有红外普段，导致其工作产生的热量无法及时通过红外辐射及时散出，进而使得其工作时发热量大，如果不及时将热量导出，将导致半导体PN结温度升高，进而产生光衰现象，从而缩短LED灯的寿命。因此，对于星载大功率LED灯而言，如何通过合理的热控设计将其工作产生的热量及时导出就成为星载大功率LED灯在空间应用的关键问题之一。现有的散热技术主要是通过外置散热器区的散热来带走LED灯产生的热量，该种方式中，如果采用热传导的方式，导热路径势必复杂，且体积和质量均较大，成本较高；如果采用对流换热的方式，其配套的主动冷却系统需要额外的能耗，并且可靠性差。近年来，在高功率激光器领域有人提出了一种相变热控系统，利用相变材料熔化时吸热，相变过程中温度保持不变的特性进行被动冷却。但其结构设计无法满足空间及一些特殊应用领域对密封性能、质量及体积等综合要求。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本技术提供一种星载大功率LED灯相变热控装置，具有散热能力强，成本低，密封效果好，质量及体积较小等特点。为达到以上目的，本技术采用的技术方案是：一种星载大功率LED灯相变热控装置，包括上端盖板和具有封闭空腔的热沉；所述热沉由散热基板、壳体密封底板以及壳体侧板共同形成封闭空腔，该封闭空腔内填充有相变材料，相变材料的相变点低于LED封装件正常工作温度；所述散热基板的上表面与LED封装件的底部形成平面接触；所述散热基板的下表面分布有多组导热波纹肋条，导热波纹肋条的下端与壳体密封底板之间存在间隙；壳体密封底板边缘一圈与壳体侧板的下端通过多个密封组件固定连接，具体是：密封组件包括空心密封圈、实心密封圈和紧定螺栓，所述空心密封圈位于壳体侧板的下端与壳体密封底板之间，实心密封圈位于壳体密封底板的下表面，紧定螺栓依次穿过实心密封圈、壳体密封底板、空心密封圈后与壳体侧板的下端连接。本技术还进一步作了如下优化：可选的，所述实心密封圈的径向内侧还设置刚性限位垫片，用于限定实心密封圈的最大压缩量。可选的，所述壳体侧板与散热基板为一体件，壳体侧板的上端与所述上端盖板的边缘闭合相接。可选的，每一个导热波纹肋条由若干个交替接续的凸起段和凹陷段组成，形成波浪状的壁面；每一组导热波纹肋条由多个导热波纹肋条组成，其中相邻导热波纹肋条的凸起段与凹陷段对应相接。可选的，各组导热波纹肋条为交叉排布或按顺序排布。可选的，所述导热波纹肋条采用铝合金或者钛合金制成。可选的，所述导热波纹肋条与散热基板以及壳体侧板一体加工。可选的，所述相变材料为柠檬酸钠、磷酸钠、硝酸盐或石蜡。可选的，所述多组导热波纹肋条的总体积不大于封闭空腔体积的20％。上述星载大功率LED灯相变热控装置的封装方法，包括以下步骤：1)一体加工散热基板和导热波纹肋条以及壳体侧板，得到热沉结构件；2)将LED封装件的底部固定于散热基板上表面；3)取上端盖板覆盖LED封装件的上方，将上端盖板的边缘与壳体侧板的上端闭合相接；4)倒置热沉结构件，向其中填充液态的相变材料；5)在壳体密封底板上装配所述密封组件，然后对准封盖热沉结构件；6)旋紧密封组件紧定螺栓，完成封装。与现有技术相比，本技术的有益效果在于：热沉结构件结构简明，安装方便，能够最大限度减小整个装置的质量和体积，通过内部布置空心密封圈和外部布置实心密封圈两层密封，增加了相变材料在太空复杂环境下的密封可靠性。相变材料相变产生的潜热吸收LED灯工作中释放的热量，当LED灯停止工作时将储存的热量缓慢释放，从而实现了星载大功率LED灯的被动温控；同时相变材料液化时储热，熔化过程中温度保持不变的特性进行被动热控，从而对星载大功率LED灯的温度进行高效控制；通过在热沉空腔内的一体化金属导热波纹肋条，有效提高了相变材料内部的导热能力，提升了石蜡的熔化速率，避免局部过热现象的出现；与其它热控措施相比，本技术具有结构紧凑、重量轻、体积小、成本低、温控效果好、可靠性高、寿命长、无污染、密封效果好的特点，特别适合空间及一些特殊应用领域。附图说明图1为本技术一种星载大功率LED灯相变热控装置的结构示意图。图2为图1中的剖视图。图3为图2的仰视图。图4为一组金属导热波纹肋条剖视示意图。图5为单个金属导热波纹肋条的局部轴测图。图6为密封组件剖视图。图7为间歇工作的星载大功率LED灯工作周期示意图。其中，1、LED封装件，2、散热基板，3、相变材料，4、壳体密封底板，5、金属导热波纹肋条(一组)，501-单个导热波纹肋条；6、上端盖板，7、密封组件，8、空心密封圈，9、实心密封圈，10、紧定螺栓，11、刚体限位垫片，12、壳体侧板。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步详细说明。如图1、图2及图3所示，本技术包括壳体密封底板、壳体侧板以及用于与LED封装件1相连的散热基板2，散热基板2、壳体密封底板4以及壳体侧板12共同形成封闭空腔，该封闭空腔内填充有相变材料，相变材料的相变点低于LED封装件正常工作温度。壳体密封底板边缘一圈与壳体侧板的下端通过密封组件固定连接。LED封装件1的上方与上端盖板8进行固定，LED封装件1的底部材料为高导热系数的金属(如铝或铜)，其与散热基板2采用焊接或高导热系数的硅脂连接。LED封装件1采用单个LED封装件或者若干个LED封装件组成LED灯阵。散热基板2的下表面以机械加工的方式设置有多组金属导热波纹肋条5以增加换热面积。封闭空腔内，因相邻金属导热波纹肋条之间填充有熔点低于LED封装件1的正常工作温度的相变材料3，当相变材料3熔化时，吸收LED封装件1工作所产生的热量，相变材料3相变过程中温度保持不变，从而实现对LED封装件1的被动热控。其中，金属导热波纹肋条5能提高相变材料3的有效导热系数，增大换热面积，增强相变材料整体的热均匀性，从而提高相变材料3的热控响应速率和工作效率。相变材料3可选择柠檬酸钠、磷酸钠、硝酸盐或石蜡，但不仅限于此。相变材料3的填充量取决于所选相变材料的热膨胀率和相变潜热、LED封装件1的功率及金属导热波纹肋条5的体积。壳体侧板的底部以焊接或胶结的方式与壳体密封底板4相连，为将相变材料3封装在封闭空腔中。壳体密封底板4比封闭空腔的横截面积略大，有助于防止灰尘、多余物等杂物进入封闭空腔内污染相变材料3。如图4、图5所示，每一个导热波纹肋条具有一定厚度(柱体轴向尺寸)，由若干个交替接续的凸起段和凹陷段组成，形成波浪状的壁面；每一组导热波纹肋条由三个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星载大功率LED灯相变热控装置，其特征在于，包括上端盖板和具有封闭空腔的热沉；所述热沉由散热基板、壳体密封底板以及壳体侧板共同形成封闭空腔，该封闭空腔内填充有相变材料，相变材料的相变点低于LED封装件正常工作温度；/n所述散热基板的上表面与LED封装件的底部形成平面接触；所述散热基板的下表面分布有多组导热波纹肋条，导热波纹肋条的下端与壳体密封底板之间存在间隙；壳体密封底板边缘一圈与壳体侧板的下端通过多个密封组件固定连接，具体是：密封组件包括空心密封圈、实心密封圈和紧定螺栓，所述空心密封圈位于壳体侧板的下端与壳体密封底板之间，实心密封圈位于壳体密封底板的下表面，紧定螺栓依次穿过实心密封圈、壳体密封底板、空心密封圈后与壳体侧板的下端连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种星载大功率LED灯相变热控装置，其特征在于，包括上端盖板和具有封闭空腔的热沉；所述热沉由散热基板、壳体密封底板以及壳体侧板共同形成封闭空腔，该封闭空腔内填充有相变材料，相变材料的相变点低于LED封装件正常工作温度；
所述散热基板的上表面与LED封装件的底部形成平面接触；所述散热基板的下表面分布有多组导热波纹肋条，导热波纹肋条的下端与壳体密封底板之间存在间隙；壳体密封底板边缘一圈与壳体侧板的下端通过多个密封组件固定连接，具体是：密封组件包括空心密封圈、实心密封圈和紧定螺栓，所述空心密封圈位于壳体侧板的下端与壳体密封底板之间，实心密封圈位于壳体密封底板的下表面，紧定螺栓依次穿过实心密封圈、壳体密封底板、空心密封圈后与壳体侧板的下端连接。


2.根据权利要求1所述的星载大功率LED灯相变热控装置，其特征在于：所述实心密封圈的径向内侧还设置有刚性限位垫片，用于限定实心密封圈的最大压缩量。


3.根据权利要求1所述的星载大功率LED灯相变热控装置，其特征在于：所述壳体侧板与散热基板为一体件，壳体侧板的上端与所述上...

【专利技术属性】
技术研发人员：张高鹏，史魁，张洪伟，曹慧涛，曾伟刚，梅超，易波，王华伟，赵利，闫阿奇，杨磊，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，西安中科天塔科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61