[发明专利]用于超高热流密度下的光热集成器件、散热器及LED灯

说明书

本公开提供一种用于超高热流密度下的光热集成器件、散热器及LED灯，包括：热沉基板，用于为发光器件散热，包括：开放式通道；亲水涂层，该亲水涂层表面生成有极性分子基团；以及连接层。本公开提供的用于超高热流密度下的光热集成器件、散热器及LED灯通过设置亲水涂层以及亲水涂层表面的极性分子基团，两者的协同强化效应能大幅改善开放式通道表面的润湿特性，大大增加开放式通道内的毛细压力梯度，使得在超高热流密度下热沉能够及时补液，持续发生高强度复合相变换热，并通过连接层将发光器件与热沉基板形成一体式结构，消除了发光器件与热沉基板之间的界面热阻，进一步提高热沉的取热能力，保证了超高热流密度下热沉的高换热性能及高可靠性。

技术领域

本公开涉及相变换热技术领域，尤其涉及一种用于超高热流密度下的光热集成器件、散热器及LED灯。

背景技术

伴随着大功率LED光源微型化、集成化的发展趋势，LED光源的功率密度越来越高。例如，传统阵列LED灯珠光源的功率密度约为10W/cm²，采用荧光粉的COB集成LED单光源功率密度为20～50W/cm²，而目前最先进的采用块体荧光转换材料的COB集成LED单光源功率密度已达50～500W/cm²，由于LED芯片在工作时约有70％的电能会转化成热量，功率密度的不断提高会导致LED光源发热热流密度显著增大。可定义20～150W/cm²为高热流密度；当热流密度超过150W/cm²，已经超过常规尺寸表面发生池沸腾相变换热的临界热流密度，可定义为超高热流密度。若大功率LED光源工作时产生的高发热量不能被有效散去，将会导致LED芯片结温升高，导致光谱变化、光效降低、寿命缩短。因此，散热是大功率LED灯具应用必须解决的关键问题。

现有技术中利用微槽群复合相变散热器，在其取热热沉上构建尺寸在几十到几百微米的开放式微细通道阵列结构，其形成的毛细压力梯度可以驱动液体工质流动，并在通道内三相接触线区域促进扩展弯月面蒸发薄液膜的形成，在高热负荷条件下，会发生薄液膜蒸发和厚液膜区域内核态沸腾的复合相变换热，是一种典型的高性能被动式微尺度相变换热技术，能够被用来实现低热阻和小温差条件下的高换热系数和高热流密度的换热过程，目前的取热热流密度可达400W/cm²，是目前唯一可能适用于超高热流密度下LED灯具高效散热的被动式技术。

然而在实现本公开的过程中，本申请人发现，在超高热流密度条件下，随着热流密度的进一步升高，热沉的开放式微细通道阵列内的液体工质将变得极容易干涸，一旦液池内的液体工质没有及时补充到干涸处，则无法继续形成薄液膜和厚液膜区域，也就无法发生高强度的薄液膜蒸发和厚液膜核态沸腾的复合相变换热，热沉的散热性能和可靠性大幅下降，限制了超高热流密度条件下微槽群复合相变散热器换热性能的进一步提高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述技术问题，本公开提供一种用于超高热流密度下的光热集成器件、散热器及LED灯，以缓解现有技术中的LED灯中的热沉中开放式通道内的散热工质在超高热流密度条件下极容易干涸，无法及时补充到干涸处，从而无法发生高强度的薄液膜蒸发和厚液膜核态沸腾的复合相变换热，限制了超高热流密度条件下散热器换热性能的进一步提高的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供一种用于超高热流密度下的光热集成器件，包括：热沉基板，用于为发光器件散热，包括：开放式通道，设置在所述热沉基板的任一板面上，利用毛细现象驱动散热工质沿所述开放式通道流动；以及亲水涂层，设置在所述开放式通道的表面，该亲水涂层表面生成有极性分子基团，所述亲水涂层和所述极性分子基团用于提高所述开放式通道的补液能力；以及连接层，设置在所述开放式通道所在板面的背面，用于连接热沉基板与所述发光器件。

在本公开的一些实施例中，所述开放式通道所在板面的背面设置有凹槽，用于嵌入所述连接层。