专利名称：一种陶瓷基板led模块及大功率led灯具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种大功率LED灯具，特别是涉及一种大功率LED灯具及其陶瓷基板LED模块。
背景技术：
大功率照明常应用在大型场地，如户内外广场、体育场、各种商业广场以及工业工厂、矿场等大型场所或公路上，随着LED照明的普及，为寻求更为节能环保及长寿命的照明方案，目前在大型场合所应用的大功率照明灯具，已逐渐由更为符合要求的LED所取代，这类LED照明灯，通常可称为大功率LED照明灯具。LED的特性决定了其工作时会产生较高热量，因此LED照明灯具的散热是一个很重要的指标，尤其是对于大功率LED照明来说，只有具备理想的散热结构，才能够保证LED正常、长久的工作，否则当多余热量无法有效排出时，会导致LED光衰，并影响LED的使用寿命。目前常见的大功率LED灯具常采用辅助的冷却系统来散热，且其功率大多仅达到100W至200W，在某些大型场合的照明强度及适用性不够，尤其是在更为高尖端的照明领域，例如某些要求在较小面积和体积下实现超高功率照明，因电压及工作温度均较高，常规构造容易被击穿漏电，产生故障及危险，同时也会因温度得不到及时有效地发散而加速老化，可见目前在技术上仍然不够完善，有必要作出进一步改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够在小面积内实现高功率照明，同时具备相匹配散热效率的陶瓷基板LED模块及相配应用的大功率LED灯具。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种陶瓷基板LED模块，包括一氮化铝陶瓷基板；至少一个LED芯片，被安置固定于所述氮化铝陶瓷基板的正面，且按规律依次排列；一金属板，与所述氮化铝陶瓷基板的背面相互贴合以支撑住所述氮化铝陶瓷基板；以及所述LED芯片的接线铜柱贴于所述氮化铝陶瓷基板正面，所述接线铜柱设置有下端连通至所述氮化铝陶瓷基板表面的通孔，以及由侧部连通至所述通孔的插线孔，经所述插线孔插入于所述通孔的导线配合穿于所述通孔的螺钉压设于所述氮化铝陶瓷基板上。优选的，所述LED芯片排列总面积为小于IOOcm2，所述LED芯片的总功率为大于IOOOff0本发明的有益效果本发明将封装的LED芯片与氮化铝陶瓷基板结合，应用氮化铝陶瓷基板低热阻、绝缘、热膨胀性小、耐高温耐潮湿、化学稳定性高的优点，使得产品能够在达到极高功率工作的同时，能够快速、稳定的将热量传导出去，实现了在尽可能小面积内的极大功率稳定照明；考虑到氮化铝陶瓷基板材质脆弱，本发明另配设导热性好的金属板作为支撑；此外通过接线铜柱进行导线连接，有效解决了氮化铝陶瓷基板焊接困难的问题，让产品结构十分合理，更具实用性。本发明还提供了一种大功率LED灯具，包括以上所述的陶瓷基板LED模块。还包括
一内散热器，由相互同心且套设在一起的内圆筒和外圆筒组成，在所述内圆筒和外圆筒之间连接有复数个鳍片，相邻所述鳍片之间形成能够由所接收之热量产生烟 效应的气流通道；一外散热器，具有一通孔，在所述通孔外周沿轴向设有复数个散热鳍片或是由复数个散热鳍片组成的能够由所接收之热量而产生烟 效应的气流通道，所述外散热器通过所述通孔套设于所述内散热器外；一热管组，由复数个呈U形弯折之热管组成，每个所述热管均分为中间部分的U形中段和沿所述U形中段两侧分布的U形端，复数个所述热管的U形端相互拼合固定在一起形成一平整面，所述平整面作为固定所述陶瓷基板LED模块的部位；所述热管的U形管共同位于所述平整面的同一侧，并相对与所述平整面沿周向分布，形成一如同圆形围栏的环状栏，套设于所述内散热器之外，并贴合在所述内散热器的外壁；以及一环形均热板，包覆在所述热管组中所有热管之U形端所形成的环状栏外，所述均热板套装在所述内散热器外，将所述热管上的热量经所述内散热器传递给所述外散热器。优选的，所述内散热器外圆筒之外壁沿轴向开设有复数个凹槽，所述热管组之复数个热管的U形端相匹配紧密贴装于所述凹槽内，其中所述凹槽截面均呈圆弧状，所述热管组的热管与所述凹槽相贴合面均为圆弧面；在所述热管组的平整面与所述内散热器之间还设有一热管支架，所述热管支架正面设置有安置热管的U形中段之凹槽形纹路，以实现和所述平整面附近的热管的紧密结合固定，所述热管支架的背面则与所述内散热器端部紧密贴合。优选的，所述凹槽形纹路的截面与所述热管贴合的一面呈圆弧状，另一面呈平面；所述热管，是由单个热管弯折而成，和/或是由两个L形热管拼接组成。优选的，所述热管组和所述陶瓷基板LED模块之间设有一均热板。优选的，所述热管组设置为第一热管组和第二热管组，代替所述的热管组和环形均热板，其中第一热管组，由复数个呈U形弯折之热管组成，其中所述热管的U形中段相互拼合成一平整面以固定所述陶瓷基板LED模块，所述热管的U形端套置于所述内散热器外，并与所述内散热器的外圆筒之外壁及所述外散热器的通孔之内壁面贴合；第二热管组，由复数个呈U形弯折之热管所组成，其中所述热管的U形中段位于所述第一热管组之U形中段的后方，并与所述所述第一热管组之U形中段相垂直，所述热管的U形端套置于所述内散热器外，并与所述内散热器的外圆筒之外壁及所述外散热器的通孔之内壁面贴合；以及一支撑板，位于所述第一热管组之U形中段与所述第二热管组之U形中段之间，所述支撑板的正面设有与所述第一热管组之U形中段形状相配的第一卡固纹路，用于卡固所述第一热管组之U形中段；所述支撑板的背面设有与所述第二热管组之U形中段形状相配的第二卡固纹路，用于卡固所述第二热管组之U形中段；其中所述第一卡固纹路与第二卡固纹路之间贯穿有孔，使得被卡固的第一热管组之U形中段与第二热管组之U形中段能够相互接触。优选的，所述内散热器外圆筒之外壁沿轴向开设有复数个第一凹槽，所述第一热管组之U形端及第二热管组之U形端分别相匹配紧密贴装于所述第一凹槽内，所述外散热器通孔之内壁面沿轴向开设有复数个第二凹槽，所述第一热管组之U形端及第二热管组之U形端分别相匹配紧密贴装于所述第二凹槽内，其中所述第一凹槽和第二凹槽截面均呈圆弧状，所述第一热管组和第二热管组的热管与所述第一凹槽和第二凹槽相贴合面均为圆弧面； 所述内散热器的内圆筒上设有至少一个可让气流通过的开孔；所述内散热器上距离所述第一凹槽最近位置处均设置有鳍片，所述外散热器上距离所述第二凹槽最近位置处均设置有散热鳍片。优选的，所述第二热管组的U形中段后侧设置有下支撑板，所述下支撑板上设有卡固纹路，所述第二热管组的U形中段卡置于所述卡固纹路中。本发明将上述陶瓷基板LED模块配合应用于大功率LED灯具，结合内散热器、外散热器和热管组等的巧妙配合，结构合理完整，散热效果好；经实验验证，本发明可将LED的工作温度始终控制在可接受的范围内，在极限检测环境下能够达到极高产品良率。
图I为本发明实施例陶瓷基板LED模块的结构示意图；图2为本发明实施例中接线铜柱的拆分结构示意图；图3为本发明实施例的老化曲线图；图4为本发明实施例大功率LED灯具第一种实施例的拆分结构示意图；图5为本发明实施例大功率散热模组的正面结构示意图；图6为本发明实施例中内散热器的立体结构示意图；图7为本发明实施例中热管支架的立体结构示意图；图8为本发明实施例热管的横截面结构示意图；图9为本发明实施例中外散热器第一种实施例的正面结构不意图；图10为本发明实施例中外散热器第二种实施例的正面结构示意图；图11为本发明实施例的等效热阻散热路径图；图12为本发明实施例大功率LED灯具第二种实施例的拆分结构示意图；图13是本发明实施例大功率LED灯具第三种实施例的拆分结构示意图；图14是本发明第三种实施例中第一热管组的结构示意图；图15是本发明第三种实施例中第二热管组的结构示意图；图16是本发明第三种实施例中支撑板的立体结构示意图；图17是本发明第三种实施例中支撑板的正面结构示意图；图18是本发明第三种实施例中内散热器的结构示意图；图19是本发明第三种实施例中外散热器的正面结构示意图；图20是本发明第四种实施例中外散热器的正面结构示意图21是本发明第三种实施例中第一热管组、第二热管组与内散热器和外散热器组装在一起的截面结构示意图；图22是本发明优选实施方式中热管的截面结构示意
图23是本发明第三种实施例的等效散热路径图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图I和图2所示，一种陶瓷基板LED模块，包括一氮化铝陶瓷基板11 ；至少一个LED芯片12，被安置固定于所述氮化铝陶瓷基板11的正面，且按规律依次排列；一金属板13，与所述氮化铝陶瓷基板11的背面相互贴合以支撑住所述氮化铝陶瓷基板11;以及所述LED芯片12的接线铜柱14，贴于所述氮化铝陶瓷基板11正面，所述接线铜柱14设置有下端连通至所述氮化铝陶瓷基板11表面的通孔141，以及由侧部连通至所述通孔141的插线孔142，经所述插线孔142插入于所述通孔141的导线配合穿于所述通孔141的螺钉143压设于所述氮化铝陶瓷基板11上。本发明将封装的LED芯片12与氮化铝陶瓷基板11结合，使得产品能够达到极高功率工作的同时，能够快速、稳定的将热量传导出去，实现了在尽可能小面积内的极大功率稳定照明；考虑到氮化铝陶瓷基板11材质脆弱，本发明另配设导热性好的金属板13作为支撑；此外通过接线铜柱14进行导线连接，有效解决了氮化铝陶瓷基板焊接困难的问题，让产品结构十分合理，更具实用性。其中，氮化铝陶瓷基板11上先设置印制线路作为LED芯片12的贴装依据，氮化铝陶瓷基板11的基板材料通常用纯度为较高的氮化铝烧结而成，相比目前市场上普遍采用的氧化铝陶瓷基板，本发明所采用的氮化铝陶瓷基板11能够具备比较高的导热性能，其热传递系数K值可达到200，而氧化铝陶瓷基板的K值通常仅能达到20，因此可见本发明采用氮化铝基材所能够达到的热传递效率，要远远高处传统氧化铝材料。氮化铝陶瓷基板11的印制线路，可采用薄膜或厚膜制作工艺，利用真空蒸发或溅射或丝网印刷金属浆料后烧结形成，其具备很高的可靠性，同时可通过激光刻蚀或氧化等方法调整组织，因此尤其适合模块电路制作。LED芯片12可采用锡膏焊或是其他等效的手段安置固定在氮化铝陶瓷基板11正面，并根据印制线路排列限定在矩形或圆形的面积内；金属板13通常采用铜或是其他热传导效率高的材料，其贴设在氮化铝陶瓷基板11的背面，用来支撑虽然热阻低、绝缘但是较脆弱的氮化铝陶瓷基板11 ;固定在氮化铝陶瓷基板11上的LED芯片12依次串联或是按照一定规律串、并联后，需要通过基板所提供的电极引出导线。在本发明中，氮化铝陶瓷基板11若直接采用焊接导线的方案，则因为其自身低热阻所带来的良好导热性，会造成过快散热，焊接温度不够，不易焊上的问题；因此本发明在氮化铝陶瓷基板11上设置了配合其印制线路，以针对LED芯片12对应电极的接线铜柱14，通常接线铜柱14有两个，分别对应LED芯片12的正负极，接线铜柱14同样可采用锡膏焊或类似手段贴砖于氮化铝陶瓷基板正面11。本发明的陶瓷基板LED模块I可以实现在IOcmX IOcm的方形面积内排布总功率IOOOff的LED芯片。如图3所示，给出了所述实施 例的老化测试曲线图，其中陶瓷基板LED模块I的环境温度Ta为55 85°C，相应的LED中心温度Tj将达到75 105°C，经实验检测表明，6000小时的连续工作，陶瓷基板LED模块I极少产生明显的老化，直至在36000小时附近，陶瓷基板LED模块I的老化率也小于30%，因此可见本发明的优势。如图4所示，本发明所提供的应用上述陶瓷基板LED模块I的大功率LED灯具的第一种优选实施例，包括上述的陶瓷基板LED模块1，还包括—内散热器2,由相互同心且套设在一起的内圆筒21和外圆筒22组成,在所述内圆筒21和外圆筒22之间连接有复数个鳍片24，相邻所述鳍片24之间形成能够籍由所接收之热量产生烟囱效应的气流通道23。本发明的结构中，灯具各种配件，如电源模块，可以设置于筒状内散热器2的中部孔内，实现隐藏安装，而导线连接则由孔端引出，接在陶瓷基板LED模块I的引脚或是金属导热元件I上。另外，参照图6，所述实施例中，内圆筒21、夕卜圆筒22、气流通道23及鳍片24共同形成优良的散热路径，如此内散热器2在接受热管组3所传递的热量后，会此在气流通道23产生烟 效应，达到较好的散热效果。一外散热器5，具有一通孔，在所述通孔外周沿轴向设有复数个散热鳍片52或是由复数个散热鳍片52组成的能够籍由所接收之热量而产生烟 效应的气流通道51，所述外散热器5通过通孔套设于所述内散热器2外；通孔的结构、散热鳍片52和气流通道51的设计更方便将热管组3传递来的热量方便地传递出去。一热管组3，由复数个呈U形弯折之热管31组成，每个所述热管31均分为中间部分的U形中段和沿所述U形中段两侧分布的U形端，复数个所述热管31的U形端相互拼合或焊接固定在一起形成一平整面30，所述平整面30作为固定所述陶瓷基板LED模块I的部位；所述热管31的U形管共同位于平整面30的同一侧，并相对与平整面30沿周向分布，形成一如同圆形围栏的环状栏结构，套设于所述内散热器2之外，并贴合在所述内散热器2的外壁。多段热管的拼合更容易将热管组3接收过来的热量分流传递出去，平整面的设计更牢固地固定陶瓷基板LED模块I不致脱落，在与内散热器2装配完成后，热管组3所形成的平整面30刚好位于内散热器2 —端，此外保证平整面30及所安置的导热元件I和/或陶瓷基板LED模块I尽量不阻挡住内散热器2的通道23，其状态如图5所示；环状栏结构的设计使得热量分流均匀，更容易贴合在内散热器2外壁，将热量分散传递给环形均热板4。而在实际产品中，可尽量保证热管31所形成的环状栏之间距平均，同时保证内散热器2的通道23也呈平均分布，如此实现热量的合理分布及发散。一环形均热板4，包覆在所述热管组3中所有热管31之U形端所形成的环状栏夕卜，所述环形均热板4外套装在所述外散热器5内，将所述热管31上的热量经所述内散热器2传递给所述外散热器5。环形的结构设计和内散热器2及外散热器5的结构匹配，散热更均匀有效。
所述均热板4内侧壁与每一热管31之U形端贴合，形成良好的传导结构，此热管31上的热量除了传递给内侧的内散热器2外，还传递给外侧的环形均热板4，并经由均热板4呈二维的平面均匀发散热量；而在均热板4外，套装有外散热器5，所述外散热器5接收均热板4所传递的热量，通过空气流动而散发出去，整体在外部形成良好的散热结构。本发明将上述陶瓷基板LED模块I配合应用于大功率LED灯具，结合内散热器2、外散热器5和热管组3等的巧妙配合，结构合理完整，散热效果好；经实验验证，本发明可将LED的工作温度始终控制在可接受的范围内 ，在极限检测环境下能够达到极高产品良率。金属板13因具备足够的固定强度可作为固定安装结构，用于和热管组3装配固定连接，LED芯片12的工作热量，可依次通过氮化铝陶瓷基板11、金属板13传递给热管组3 ；此外，前述的LED芯片12的导线经过接线铜柱14固定后，可直接引到内散热器2留有的通孔，如该实施例下内圆筒21中部的通孔内，并此引出或接驱动电源；金属板13在相关的引出结构中，还可以设置限制固定导线用的通孔。热管组3作为热传导元器件，目的是为了将由陶瓷基板LED模块I将传递过来的热量快速、有效的传导出去，如此平整面30接受的热量，根据热管的特性，呈线性发散到U形端所共同围成的环状栏，并传递到内散热器2，由内散热器2发散出去。考虑到组装时，要将陶瓷基板LED模块I下压并使得其与所配合的部件，如热管组3能够紧密贴合，以及理想的导热效率，同时又要避免模块受压被损坏，因此整个模块应当具备合理的尺寸，以达到足够的厚度且不影响正常散热，本发明的较佳实施例给出，氮化铝陶瓷基板11厚度0. 5mm,金属板13厚度I 3mm,金属板更为优选的厚度I. 5 2mm,能够满足要求。如图12所示为本发明第二种典型的实施例，在所述热管组和所述陶瓷基板LED模块之间设有一均热板。该均热板7在内部具备气液两相变化性能并籍此实现快速热传导，均热板7用于固定LED模组1，外形一般呈平面片状，其优势在于作为陶瓷基板LED模块I的安置面的同时，可获得更优越的导热性能，以实现对陶瓷基板LED模块I之热量的快速传导。热管的通常形状为一圆管形，本发明中需要进行折弯工艺大致形成U形，而且需要多个拼装在一起应用，分别形成一安置平整面30及U形端的环状栏，因此最好还要对热管31进行压装整形，以更好的和相关元器件贴合装配，此来达到更好的热传导效果。图6所示，在本发明的一种优选方案中，内散热器2圆筒之外壁沿轴向开设有复数个凹槽25，热管组3中复数个热管31的U形端相匹配紧密贴装于凹槽25内，而为了更好的相配合，优选将凹槽22截面制成圆弧状，相应的热管31与凹槽25相贴合的一侧为圆弧面，两者实现紧密的贴合，如此在不必更改热管的外形，简化工艺的前提下，不但使得热管组3牢固的和内散热器2定位，而且使得两者贴合紧密而令热传导达到最优；而由于环状栏外贴合部件为均热板4，在均热板4侧壁的形状不方便更改设置，因此作为优选的方案，可将热管31与均热板4相贴合的一面压制为平面，以同样达到最优的接触效果，如此一来，则热管31的横截面形状如图8中所示，一侧为与内散热器2的凹槽25配合的圆弧形，另一侧则为与均热板4内侧壁贴合的平面。均热板4接收的热量，需经由外散热器5发散出去，外散热器5与空气接触的面积越大，则散热效果越好，如图9所示，本发明优选采用的一种方案中，外散热器5外周沿轴向设置有复数个散热通道51，该散热通道51籍由均热板4所传递之热量，能够产生烟囱效应，以增加空气流动速度，如此实现了快速的热传递；如图10所示，在本发明的另ー种优选方案中，外散热器5外周设置有散热鳍片52，而散热鳍片也可以相互连接，在具有较大的散热面积的同吋，同样具备烟囱效应的优势。
如图7所示，作为优选方案，可在热管组3的平整面30与内散热器2之间设置有热管支架6，热管支架6正面设置有安置热管的U形中段之凹槽形纹路61，所述凹槽形纹路的截面，与所述热管贴合的一面呈圆弧状，另一面呈平面；以实现和平整面30附近的热管31的紧密结合固定，热管支架6背面则与内散热器2端部紧密贴合，热管支架6利于热量更佳有效的传导，同时还能作为到装配固定的中间部件，使得结构更为稳定及合理。本发明根据上述结构，可应用于超高功率的LED灯具，如图11所示，表示了本发明的等效热阻散热路径，可知陶瓷基板LED模块I工作时产生的热量，其传导路线为LED芯片12直接传热到氮化铝陶瓷基板11，均热板7、热管组3及均热板4，其中氮化铝陶瓷基板11的K值可达到200，属于低热阻的热传导媒介，热管组3在导热过程中，可等效为ー热超导，起到热量快速传导的作用，而经由热管组3的热量，则分为两路，其中一路为传递给内散热器2，最終由内散热器2与空气热交换实现散热，另一路则通过另ー个等效的热超导均热板4均匀热量后，传递给外散热器5，最終由外散热器5空气热交换实现散热。可见，本发明的方案，相当于两个具备两个并联的散热部，由于其针对唯一的陶瓷基板LED模块I进行散热，因此散热效果十分理想。在灯具安装后，具有陶瓷基板LED模块I的一侧大致朝向下方以进行照射，因此陶瓷基板LED模块I工作时产生热量，除由导热元件I、均热板7、热管组3、热管支架6、内散热器2均热板4及外散热器5传递外，在靠近陶瓷基板LED模块I的ー侧，较冷的空气上升，经由内散热器2和/或外散热器5的通道所产生的烟囱效应，经由内散热器2、外散热器5通道及表面，逐渐将内散热器2、外散热器5上的热量吸收，形成热空气，最終从通道的上方ロ流出，如此循环，即可实现良好的散热效果。如图13所示，本发明提供的大功率LED灯具之另ー种典型实施例，结构主要包括陶瓷基板LED模块I、内散热器2’、外散热器5’、第一热管组8、第二热管组9及支撑板6’。所述热管组3设置为第一热管组8和第二热管组9，代替所述的热管组3和环形均热板4。因此LED芯片12的工作热量，可依次通过氮化铝陶瓷基板11、金属板13传递给第一热管组8及第ニ热管组9 ;第一热管组8及第ニ热管组9作为热传导元器件，目的是为了将由陶瓷基板LED模块I所产生的热量经传递快速、有效的传导出去。如图14所示，第一热管组8由复数个呈U形弯折之热管81组成，每ー U形弯折的热管81折成为三部分，即中间部分为U形中段和沿U形中段两侧分布的U形端，每ー个U形热管81，可以由单个热管弯折而成，也可以是两个L形热管拼合而成；至少ー个其中热管81的U形中段端相互拼合或焊接固定在一起形成一平整面80以固定陶瓷基板LED模块1，所述平整面80即作为固定陶瓷基板LED模块I的部位；至少ー个热管81的U形端共同位于平整面80的同一侧，并相对于平整面80沿周向分布，形成栏状结构。所述热管81的U形端套置于所述内散热器2’タト，并与所述内散热器2’的外圆筒22’之外壁及所述外散热器5’的通孔50’之内壁面贴合。相应的，如图15所示，第二热管组9同样由复数个呈U形弯折之热管91组成，每一 U形弯折的热管91折成为三部分，即中间部分为U形中段和沿U形中段两侧分布的U形端，每ー个U形热管91，可以由单个热管弯折而成，也可以是两个L形热管拼合而成；在连接结构中，第二热管组9的U形中段位于第一热管组8之U形中段的后方，且位置关系上与第一热管组8之U形中段相垂直交叉；而同样的，第二热管组9的U形端与第一热管组8的U形端延伸方向相同，如此ー来由于两个热管组的垂直交叉关系，第二热管组9的U形端所形成的栏状结构，刚好和第一热管组8的U形端所形成的栏状结构互补，共同围成ー个圆环状栏。 由于第一热管组8及第ニ热管组9均是由复数个热管拼合在一起组成，为了加强热管的固定，特增设了支撑板6’用于中间的安置固定，其中所述支撑板6’位于第一热管组8之U形中段与第二热管组9之U形中段之间，且如图16所示，支撑板6’的正面设有与第一热管组8之U形中段形状相配的第一卡固纹路61’，用于卡装固定第一热管组8之由复数个热管组成的U形中段；支撑板6’的背面设有与所述第二热管组9之U形中段形状相配的第二卡固纹路62’，用于卡固所述第二热管组9之由复数个热管组成的U形中段；支撑板6’优选采用导热性能良好的金属制品，此外为了加强第一热管组8与第二热管组9之间的热传递效率，可以如图17所示在支撑板6’上，第一卡固纹路61’与第二卡固纹路62’之间增设孔63’，如此在第一热管组8的U形中段卡装固定于第一卡固纹路61’内，同时第二热管组9的U形中段装固定于第二卡固纹路61’内吋，互相之间可以通过孔63’连通相接触，达到互相之间的零热阻隔。灯具的组装结构中，第二热管组9是由多个热管组成，为了更方便于固定，图13所示，可以在第二热管组9的U形中段后侧设置有下支撑板6”，所述下支撑板6”上设有卡固纹路61”，使得第二热管组9的U形中段卡置于所述卡固纹路61”中。如图18所示，本发明的内散热器2’由相互同心且套设在一起的内圆筒21’及外圆筒22’组成，在内圆筒21’和外圆筒22’之间连接有复数个鳍片23’，相邻鳍片23’之间形成能够籍由所接收之热量产生烟囱效应的气流通道24’ ；在实际安装结构中，灯具各种配件，如电源模块，可以设置于内圆筒21’的孔内，实现隐藏安装，而导线连接则由孔端引出，接在陶瓷基板LED模块I的引脚或是金属导热组件上；在优选方案中，可以在内散热器2’的内圆筒21’上设有至少ー个可让气流通过的开孔211’，这样从内圆筒21’的孔内流过的空气，可以通过开孔211’流到气流通道24’内及鳍片23’附近，有利于LED灯具整体的散热。如图19所示，本发明的外散热器5’，具有一通孔50’，在通孔50’外周沿轴向设有散热结构，外散热器5’通过通孔50’套设于上述内散热器2’之外。外散热器5’的散热结构与空气接触的面积越大，则散热效果越好，本发明优选采用的一种方案中，外散热器5’外周沿轴向设置有若干气流通道52’，籍由第一热管组8及第ニ热管组9所传递之热量，能够产生烟囱效应，以增加空气流动速度，如此实现了快速的热传递；在设计及生产制造中，夕卜散热器5’同样可以通过两大小不一且相互套设的两同心圆筒即小圆筒和大圆筒，并在小圆筒和大圆筒之间连接至少ー个辐射状散热鳍片51’支撑，如此内心处的小圆筒即在其内侧形成套设内散热器2’及第一热管组8、第二热管组9所组成之环状栏结构的通孔50’，而小圆筒结合大圆筒及若干至少ー个的辐射状散热鳍片51’，就形成了若干至少ー个的气流通道52’。
而如图19所示，在本发明的另ー种优选方案中，外散热器5’外周设置有辐射状散热鳍片51’，而这些散热鳍片也可以是”Y”或”T”字型，而散热鳍片也可以相互连接，在具有较大的散热面积的同吋，同样具备烟囱效应的优势。本发明第一热管组8及第ニ热管组9中的热管通常形状为ー圆管形，如图20所示，热管9管内设有沟槽91的烧结式复合管，且其沟槽91的数量大于120，为达到对大功率照明的应用，最优选 择其热阻小于0. 050C /watt ;热管需要进行折弯エ艺大致形成U形，而且需要多个拼装在一起应用，因此最好还要对热管进行压装整形，以更好的和相关元器件贴合装配，此来达到更好的热传导效果。根据上述结构，本发明由第一热管组8及第ニ热管组9之热管U形端共同组成的圆环状栏，一方面刚好套置在内散热器2’之外，并与内散热器2’之外圆筒22’的外壁贴合；另ー方面，则刚好贴合在外散热器5’的通孔50’之壁面。第一热管组8及第ニ热管组9的热管U形端所组成的圆环状栏，会罩住内散热器2’，并且位于内散热器2’前端，为了达到最优的热传导效率，第一热管组8及第ニ热管组9的每ー热管均贴近在内散热器2’的ー鳍片23’之端部，且所述部分贴近热管的鳍片23’端部形状均作为适配于热管弯折处的弧形。在优选实施方案中，内散热器2’的外圆筒22’之外壁沿轴向开设有复数个第一凹槽221’，该第一凹槽221’用于配合第一热管组8及第ニ热管组9之U形端的每ー热管，使得U形端的热管能够分别相匹配紧密贴装于该第一凹槽221’内，其中可以使得该第一凹槽221’截面呈圆弧状，而第一热管组8及第ニ热管组9的热管与该第一凹槽221’相贴合的一侧相应为圆弧面。同样的，外散热器5’的通孔50’之壁面优选沿轴向开设有复数个第二凹槽501’，该第二凹槽501’用于配合第一热管组8及第ニ热管组9之U形端的每ー热管，使得U形端的热管能够分别相匹配紧密贴装于所述第二凹槽501’内，其中可以使得所述第二凹槽501’截面呈圆弧状，而第一热管组8及第ニ热管组9的热管与所述第二凹槽501’相贴合的一侧相应为圆弧面。第一热管组8、第二热管组9与内散热器2’和外散热器5’组装配合后的结构示意图如图21所示，其中标号9代表内散热器2’或外散热器5’的热管，可见，在不必更改热管的外形，简化工艺的前提下，不但使得热管9牢固的和内散热器2’及外散热器5’定位，在不必要改变热管圆形形状的同时，可以达到理想的固定效果，结构也更为紧凑合理；另ー方面，弧形面的紧密贴装配合，能够增加接触面积，进而増加了从热管到内散热器2’或外散热器5’的有效传热面积，使得三者贴合紧密而令热传导达到最优。此外作为增强内散热器2’及外散热器5’的散热效率,在一种较佳实施方案中，内散热器2’上距离第一凹槽221最近位置处均设置有鳍片23’，使得从热管传递过来的热量，能够以最短距离传递到鳍片23’上，由鳍片23’与空气热交换而散出。同样的，外散热器5’上距离复数个第二凹槽301最近位置处均设置有散热鳍片51’，使得从热管传递过来的热量，能够以最短距离传递到散热鳍片51’上，由散热鳍片51’与空气热交换而散出。本发明可应用于各种超大功率的LED灯具，作为热源的陶瓷基板LED模块I工作时产生的热量为灯具的最主要热源，陶瓷基板LED模块I工作时，热量首先传递到第一热管组8上由U形中段所构成的平整面80，使得第一热管组8接收热量，而由于第二热管组9与第一热管组8接触在一起，可以迅速分担第一热管组8的热量，以共同将热量传递到各自的U形端，由于U形端分别接触到内散热器2’之外圆筒22’的外壁，以及外散热器5’的通孔50’之内壁面，因此热量分为了两条路径，分别传递到了内散热器2’及外散热器5’上，由内散热器2’及外散热器5’共同作用进行散热；为了达到完全的散热效果，第一热管组8与第ニ热管组9相加的总散热功率，必须大于或等于陶瓷基板LED模块I的功率，如此第一热管组8与第二热管组9的散热速度，才能赶得上陶瓷基板LED模块I工作时产生热量的速
度。 本发明根据上述结构，可应用于超高功率的LED灯具，如图23所示，表示了本发明的等效热阻散热路径，可知陶瓷基板LED模块I工作时产生的热量，其传导路线为LED芯片12直接传热到氮化铝陶瓷基板11，再直接传递给第一热管组8及第ニ热管组9，第一热管组8及第ニ热管组9在导热过程中，可等效为ー热超导，起到热量快速传导的作用，而经由第一热管组8及第ニ热管组9所导出的热量，则分为两路，其中一路为传递给内散热器2’，最終由内散热器2’与空气热交换实现散热，另一路则传递给外散热器5’，最終由外散热器5’空气热交换实现散热。可见，本发明的方案，相当于两个具备两个并联的散热部，由于其针对唯一的陶瓷基板LED模块I进行散热，因此散热效果十分理想。在灯具安装后，具有陶瓷基板LED模块I的一侧大致朝向下方以进行照射，一般还可在LED模组I外增设一面盖10进行保护。陶瓷基板LED模块I工作时产生热量，除由内散热器2’及外散热器5’传递外，在靠近陶瓷基板LED模块I的ー侧，较冷的空气上升，经由内散热器2’和/或外散热器5’的通道所产生的烟囱效应，逐渐将内散热器2’、外散热器5’上的热量吸收，形成热空气，最終从通道的上方ロ流出，如此循环，即可实现良好的散热效果。本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
权利要求
1.一种陶瓷基板LED模块，其特征在于包括 一氮化铝陶瓷基板； 至少一个LED芯片，被安置固定于所述氮化铝陶瓷基板的正面，且按规律依次排列； 一金属板，与所述氮化铝陶瓷基板的背面相互贴合以支撑住所述氮化铝陶瓷基板；以及 所述LED芯片的接线铜柱贴于所述氮化铝陶瓷基板正面，所述接线铜柱设置有下端连通至所述氮化铝陶瓷基板表面的通孔，以及由侧部连通至所述通孔的插线孔，经所述插线孔插入于所述通孔的导线配合穿于所述通孔的螺钉压设于所述氮化铝陶瓷基板上。
2.根据权利要求I所述的陶瓷基板LED模块，其特征在于所述LED芯片排列总面积为小于100cm2，所述LED芯片的总功率为大于1000W。
3.一种大功率LED灯具，其特征在于包括权利要求I或者2任一项所述的陶瓷基板LED模块。
4.根据权利要求3所述的大功率LED灯具，其特征在于还包括 一内散热器，包括相互同心且套设在一起的内圆筒和外圆筒，在所述内圆筒和外圆筒之间连接有复数个鳍片，相邻所述鳍片之间形成能够由所接收之热量产生烟 效应的气流通道； 一外散热器，具有一通孔，在所述通孔外周沿轴向设有复数个散热鳍片或是由复数个散热鳍片组成的能够由所接收之热量而产生烟 效应的气流通道，所述外散热器通过所述通孔套设于所述内散热器外； 一热管组，由复数个呈U形弯折之热管组成，每个所述热管均分为中间部分的U形中段和沿所述U形中段两侧分布的U形端，复数个所述热管的U形端相互拼合固定在一起形成一平整面，所述平整面作为固定所述陶瓷基板LED模块的部位；所述热管的U形管共同位于所述平整面的同一侧，并相对与所述平整面沿周向分布，形成一如同圆形围栏的环状栏，套设于所述内散热器之外，并贴合在所述内散热器的外壁；以及 一环形均热板，包覆在所述热管组的所有热管之U形端所形成的环状栏外，所述均热板套装在所述内散热器外，将所述热管上的热量经所述内散热器传递给所述外散热器。
5.根据权利要求4所述的大功率LED灯具，其特征在所述内散热器外圆筒之外壁沿轴向开设有复数个凹槽，所述热管组之复数个热管的U形端相匹配紧密贴装于所述凹槽内，其中所述凹槽截面均呈圆弧状，所述热管组的热管与所述凹槽相贴合面均为圆弧面； 在所述热管组的平整面与所述内散热器之间还设有一热管支架，所述热管支架正面设置有安置热管的U形中段之凹槽形纹路，以实现和所述平整面附近的热管的紧密结合固定，所述热管支架的背面则与所述内散热器端部紧密贴合。
6.根据权利要求5所述的大功率LED灯具，其特征在于所述凹槽形纹路的截面，与所述热管贴合的一面呈圆弧状，另一面呈平面；所述热管是由单个热管弯折而成，和/或是由两个L形热管拼接组成。
7.根据权利要求4所述的大功率LED灯具，其特征在于所述热管组和所述陶瓷基板LED模块之间设有一均热板。
8.根据权利要求4所述的大功率LED灯具，其特征在于所述热管组设置为第一热管组和第二热管组，代替所述的热管组和环形均热板，其中第一热管组，由复数个呈U形弯折之热管组成，其中所述热管的U形中段相互拼合成一平整面以固定所述陶瓷基板LED模块，所述热管的U形端套置于所述内散热器外，并与所述内散热器的外圆筒之外壁及所述外散热器的通孔之内壁面贴合； 第二热管组，由复数个呈U形弯折之热管所组成，其中所述热管的U形中段位于所述第一热管组之U形中段的后方，并与所述所述第一热管组之U形中段相垂直，所述热管的U形端套置于所述内散热器外，并与所述内散热器的外圆筒之外壁及所述外散热器的通孔之内壁面贴合；以及 一支撑板，位于所述第一热管组之U形中段与所述第二热管组之U形中段之间，所述支撑板的正面设有与所述第一热管组之U形中段形状相配的第一卡固纹路，用于卡固所述第一热管组之U形中段；所述支撑板的背面设有与所述第二热管组之U形中段形状相配的第二卡固纹路，用于卡固所述第二热管组之U形中段；其中所述第一卡固纹路与第二卡固纹路之间贯穿有孔，使得被卡固的第一热管组之U形中段与第二热管组之U形中段能够相互接触。
9.根据权利要求8所述的大功率LED灯具，其特征在于 所述内散热器外圆筒之外壁沿轴向开设有复数个第一凹槽，所述第一热管组之U形端及第二热管组之U形端分别相匹配紧密贴装于所述第一凹槽内，所述外散热器通孔之内壁面沿轴向开设有复数个第二凹槽，所述第一热管组之U形端及第二热管组之U形端分别相匹配紧密贴装于所述第二凹槽内，其中所述第一凹槽和第二凹槽截面均呈圆弧状，所述第一热管组及第二热管组的热管与所述第一凹槽和第二凹槽相贴合面均为圆弧面； 所述内散热器的内圆筒上设有至少一个可让气流通过的开孔； 所述内散热器上距离所述第一凹槽最近位置处均设置有鳍片，所述外散热器上距离所述第二凹槽最近位置处均设置有散热鳍片。
10.根据权利要求9所述的大功率LED灯具，其特征在于所述第二热管组的U形中段后侧设置有下支撑板，所述下支撑板上设有卡固纹路，所述第二热管组的U形中段卡置于所述卡固纹路中。
全文摘要
本发明公开了一种陶瓷基板LED模块和大功率灯具，包括一氮化铝陶瓷基板；至少一个LED芯片，被安置固定于氮化铝陶瓷基板的正面，且按规律依次排列；一金属板，与氮化铝陶瓷基板的背面相互贴合以支撑住氮化铝陶瓷基板；以及针对LED芯片的接线铜柱，贴砖于氮化铝陶瓷基板正面，接线铜柱设置有由下端连通至所述氮化铝陶瓷基板表面的通孔，以及由侧部连通至通孔的插线孔，经插线孔插入于通孔的导线能够由配合穿于通孔的螺钉压制固定于氮化铝陶瓷基板上。大功率LED灯具采用上述陶瓷基板LED模块，并配合内散热器、热管组、均热板及外散热器，达到良好照明效果。本发明能够在小面积内实现高功率照明，同时具备相匹配散热效率。
文档编号F21S2/00GK102767724SQ201210262510
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月26日 优先权日2012年7月26日
发明者李克勤, 陈宏杰 申请人:中山伟强科技有限公司