[发明专利]用于LED头灯的微通道热沉

说明书

相关申请的交叉引用

本发明涉及于2012年8月22日提交的第61/692,196号美国临时专利申请并要求该美国临时专利申请的优先权益处，该美国临时专利申请整体通过引用并入本文。

背景

半导体材料和微电子器件(如集成电路和发光二极管(“LED”))封装的发展已使这些器件的许多新应用成为可能但也导致新的技术挑战。例如，LED的功效已提高至其在技术上和经济上都可用于外部汽车照明，包括用于强光输出功能如头灯。然而，一个挑战是需要消散这些最新的LED生成的显著的发热量，这些LED具有不断增长的功率密度。LED的性能对热特别敏感，因为过高的结温度不仅限制LED光输出而且还可显著缩短其使用寿命。因此，将由LED生成的热量以高至足以使包括LED的不同半导体材料之间的界面(即，结)维持在可接受的工作温度范围的速度从LED转移走是至关重要的。

对于LED在汽车头灯中的应用，汽车头灯的操作环境进一步使得散热问题恶化，操作环境通常是暴露至来自发动机室的高温、由于处于汽车前端的空间制约导致的受限的封装体积以及需要用于防止灰尘和水汽降低头灯性能的全封闭封装的结合。已知的解决方案(如具有大肋片的传统热沉或主动冷却机制)成本高和体积大，并且对于LED头灯应用而言不是实用的解决方案。使用冷却扇会增加头灯的质量、体积和成本并且需要附加功率损耗，这至少部分影响了使用LED的主要优点。同样地，部分地由于头灯的封闭封装，传统热沉必须是重型且庞大的，以有效地冷却LED。因此，存在对于用于车辆头灯中的LED且降低质量、体积和所需附加功率需求的热沉设备的需要。

发明内容

本申请公开了用于半导体器件的热沉及其使用和构造方法的各实施方式。根据本公开的至少一个方面，用于冷却半导体器件的热沉包括具有第一侧和第二侧的基板；从基板的第二侧延伸的支柱，该支柱包括与基板相对的远端和在基板与远端之间延伸的相对的壁；设置成与支柱的远端邻近的支柱板；设置在支柱的远端和支柱板之间的多个肋片；以及由支柱的远端、多个肋片和支柱板限定多个微通道。基板的第一侧的表面积大于支柱的远端的表面积。基板的第一侧还包括适于接纳半导体器件并与其热接触的部分。基板还包括一个或多个形成在第一侧中并与上述部分流体连通的流道。

在根据本公开的至少一个实施方式中，半导体器件为发光二极管。支柱与基板一体地形成。多个肋片与支柱一体地形成。支柱板由绝热材料形成。基板和支柱由导热材料如金属形成。在至少一个实施方式中，热沉包括在远端处或在远端附近形成在支柱的相对的壁中的每个中的一个或多个集合器，每个集合器与多个微通道流体连通。

在根据本公开的至少一个实施方式中，每个微通道具有约10微米至约500微米的宽度，如约400微米。每个微通道具有约500微米至约5000微米的深度，如约2000微米。支柱从基板到远端具有约30到约45毫米的长度，如约38毫米。背板的第一侧的表面积约为3000平方毫米，并且背板从第一侧到第二侧的厚度约为10毫米。

在根据本公开的至少一个实施方式中，用于冷却发光二极管的微通道热沉包括具有第一侧和第二侧的基板；形成在第一侧中的多个微通道；设置成与基板的第二侧邻近的背板，其中基板适于接纳发光二极管并与其热接触，以使得多个微通道与发光二极管流体连通。在至少一个实施方式中，热沉包括设置在发光二极管与多个微通道之间并与基板的第一侧邻近的的中间板，多个微通道通过中间板与LED热接触。在至少一个实施方式中，热沉还包括基板的一个或多个入口，该一个或多个入口与微通道流体连通；基板的一个或多个出口，该一个或多个出口与微通道流体连通；以及至少与一个或多个入口流体连接的泵，其中泵能够强迫流体流动通过多个微通道中的至少一些。背板由绝热材料形成。背板的前侧的表面积约为900平方毫米，并且背板从第一侧到第二侧的厚度约为10毫米。

在根据本公开的至少一个实施方式中，用于车辆的灯包括附接至壳体的透镜，透镜和壳体限定了体积，并且热沉设置在该体积内。热沉包括具有第一侧和第二侧的基板；从基板的第二侧延伸的支柱，该支柱包括与基板相对的远端以及在基板与远端之间延伸的相对的壁；设置成与支柱的远端邻近的支柱板；设置在支柱的远端与支柱板之间的多个肋片以及由所述支柱的远端、多个肋片和支柱板限定的多个微通道。该灯还包括与附接至基板的第一侧并与其热接触的发光二极管，并且多个微通道与上述体积流体连通。

附图说明