[发明专利]散热自促增效技术

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种散热器自然对流散热提升效能的技术，属于LED照明技术领域。

(二)背景技术

电气和电子行业的设备工作时都因发热而影响工况的稳定性和可靠性，尤其大功率的半导体器件，受温度升高的影响更敏感，危害更大。通过有效的散热技术，保障器件工作时的热平衡稳定状态，是电子应用技术的基础条件。大功率的情况下，工业上用有源强迫冷却散热方式，而LED照明因效率和可靠性等原因不宜采用。

LED照明应用技术的三个瓶颈难题“光效、散热、可靠性”都因LED发光体热容量体积小，对温度升高承受能力弱，当散热量小于发热量时，积聚温度升高到一定程度，使光效下降，甚至损坏。这是半导体器件固有的物理特性，解决的基本技术是散热，使半导体发光体工作时的散热能力大于发热量，工作温升控制在器件稳定工作的温度范围。

LED照明灯具通常使用铝型材散热器，使热量散发到空气中。如何提高热量跨越气-固界面的能力，取得更高的散热效果，是本专利要解决的问题。本发明提出散热自促增效技术，提高散热效率，满足LED照明散热的需要。

(三)发明内容

半导体照明的工作原理，不同于传统灯具的炽热发光或气体放电致光，LED工作时器件本身能承受的温度仅几十度，与环境温度相差较小，主要靠热传导方式，通过导热介质把热量传到散热器，再由散热器把热量扩散到空气中，热量在两级扩散的过程中要增强散热效果，主要是缩小导热介质的热阻力和提高热量对空气接触界面屏障的突破能力，用技术的方法，让热量快速大量的突破界面的屏障，散发到空气中。

增大热量发散能力的基本因素有三个：

因素1、增大散热器和空气的接触面积，即扩大界面的面积。散热器造成栅齿状是基本方式之一，但还不够，通过散热器表面处理，用具有导热性的粘合剂，把质碳材料微粒粘附在散热器表面，尤其活性碳或石墨烯的表面积比其他材质大得多，碳质材料具有导热性，相当于把散热器与空气的接触界面增大了许多，起到扩大界面的作用。

石墨烯导热系数非常高，但是把它薄薄一层牢固地附着在散热器表面上却不是易事。丙烯酸共聚物有很好的成膜性，所形成的膜具有很好的弹性、坚韧性、透明度、光泽、不变色等性能。活力水性丙烯酸树脂浆料(学名为羟基丙烯酸共聚物或羟基丙烯酸酯共聚物)，其亲水基可吸附在固体颗粒表面而形成外壳，使颗粒被屏蔽起来而不能发生絮凝，给予分散体系以稳定性。因此，使用水溶性丙烯酸共聚物，可以将活性炭或石墨烯固体颗粒分散、悬浮在水中，既起成膜剂，又起分散剂使用，喷涂后牢固地附着在散热器上。

根据需要，还可以加入各种分散剂和附着力促进剂。

因素2、改善界面的空气流动状况，为使散热器工作时产生较大空气受热上升气流，设定散热器栅板的高度和间隙比例不超过四倍，并使正常工作位置，能使空气受热自然上升的在栅板表面之间形成环流，带动界面的空气流动，碳粒分子在粘合剂的作用下在散热器金属表面堆叠，形成微孔通道，吸收外部的空气与内部热能更换。散热器表面由于粘附碳质材料变得粗糙，凹凸不平，流动的空气掠过形成紊流的扰动，加促微通道热量交换率，提高了散热器的热量突破界面屏障的发散能力。

因素3、界面的固体和气体的温度差越大，形成紊流的扰动越大，热量突破界面的能力越强，用热传导能力高的材料(铝、铜或热管技术等)把热量以低热阻的传输到与空气接触的界面，及可能缩小散热器热源到界面的温度差(考虑合理设置散热器的形状结构)。提高界面两种物质的温度差，增大紊流扰动能量，使散发热量的速率更高。

通过相应的技术和材质的处理，实现上述三个散热自促因素的作用，散热效果能提高20％以上。

(四)附图说明

附图为本发明的示意图。①为光源芯片模块。②为模块基板。③为铝型材散热器底板。④为散热器栅板。⑤为导热粘胶。⑥为碳质材料粒子。

图中英文字母B为散热器栅板与底板结合处的栅板厚度，D为栅板远离底板处的栅板厚度，H为栅板高度，L为两栅板间距。为了达到最佳散热效果，散热器材料用导热性能高的10系列铝材挤压成形，栅板表面呈坑条状。并满足H/L≥4、B/D≥2的技术要求。

图中的箭头表示空气环流流动方向。

(五)具体实施方式