CN102456817A

CN102456817A - 发光二极管导热模块

Info

Publication number: CN102456817A
Application number: CN2010105296899A
Authority: CN
Inventors: 黄世耀
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-03
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2012-05-16

Abstract

一种发光二极管导热模块，包含至少一个发光二极管，以及一个散热装置。所述发光二极管包括一个散热面，以及一个引脚单元。该散热装置供发光二极管安装，并包括一个板体、一个嵌设在板体上并具有一个传导面的散热块，以及一个与散热块相间隔的导电单元，该散热块的传导面连接于发光二极管的散热面，而该导电单元连接于发光二极管的引脚单元。本发明使该散热块直接凸接入板体的设计，可让发光二极管的散热面直接导热在散热块，因此，可避免高热阻材质的热阻，并达到较佳的散热效果。

Description

发光二极管导热模块

技术领域

本发明涉及一种发光二极管模块，特别是指一种可提升散热效果的发光二极管导热模块。

背景技术

当发光二极管(Light emitting diode，LED)的发展由低功率迈入高功率(输入功率1瓦以上)的阶段后，代表着人们可取得的LED亮度更强，应用范围也更加宽广。高功率有其优点，然而，却也代表着输入功率提高后所伴随转换生成的热能也更多，因此，若散热设计无法随之精进，发光时所产生的热能便无法顺利传导出去，如此，将会使发光效率与使用寿命等可靠度性质产生劣化。

图1显示一种以往的发光二极管散热模块，其包含一个发光二极管3，以及一个提供该发光二极管3搭接的金属载板4。该发光二极管3包括两支电极导脚31、一个介于所述电极导脚31间的金属散热座32，以及一个安装于金属散热座32上的发光晶粒33。该金属载板4包含一个板体41，三个相间隔地位于板体41上方的金属衬垫42，以及一层设置介于所述金属衬垫42与板体41间的绝缘层43。当发光二极管3运作时，发光晶粒33接收由电极导脚31传输来的电力控制讯号而发出光源，同时，发光晶粒33也产生许多热能。而大部分的热能由发光晶粒33向下依序传导给金属散热座32、金属衬垫42、绝缘层43，以及位于最下方的板体41再逸散至外在环境中。然而，由前述的散热途径可知，当热能传递经过绝缘层43时，由于所述绝缘层43是具电气绝缘性质的胶体材料，例如：环氧树脂(Epoxy)所制成，其热导系数通常很低(小于1W/mK)，因此会在该处产生热阻而影响热传导的效率。

为了降低热阻，另一种改良的导热设计是在图1所述的金属载板4中设置数个贯穿板体41并位于发光二极管3的金属散热座32相对下方的直立贯孔(图未示)，所述贯孔内再充填满银胶。一般银胶的组成是将细小银金属颗粒均匀分散于胶态的环氧树脂中，银颗粒本身的导热性较佳可提升散热的效果，然而就微观上来探讨散热途径时，当热能向下传导到银胶中时，传导是经过银颗粒-环氧树脂-银颗粒的途径，也就是说，所述银颗粒之间的接口是由高热阻性的环氧树脂所阻隔，因此，热能的传递会受到环氧树脂的阻碍而无法提供均质化的散热效果。另外，在运作一段期间后，银胶容易体积收缩而造成贯孔内的充填效果不佳，再者，此设计也有牺牲金属载板4整体结构强度的缺点。

另外，在中国专利公开号为CN100546058C、CN101583241A、CN201349023Y，及CN201349024Y的专利中，分别公开了数种在线路板上埋设金属块的技术，该线路板的材质一般是由玻璃纤维所制成，并在其预备安装发光二极管的位置成型出通孔，接着将由铜金属制成或具有金属镀膜的金属块嵌入通孔并加工铆合于线路基板上。上述专利所公开的技术，乃是关于发光二极管芯片的封装技术，虽可通过埋设金属块来改善发光二极管芯片的封装结构内的散热问题，然而除了热能仍无法有效传递至线路板上而成为热阻的来源外，对于线路板本身，如何继续传递至外界的散热问题也没有较佳的解决方案，尤其是如何将热量引导至外接的散热模块仍有待技术改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可维持较佳的结构强度，并提升导热效果的发光二极管导热模块。

本发明的发光二极管导热模块包含一个发光装置，以及一个散热装置；该发光装置包括至少一个发光二极管，该发光二极管具有一个散热面，以及一个引脚单元；该散热装置包括一个具有一个邻近发光二极管的上表面的板体，一个连接于该引脚单元的导电单元，一个介于板体与导电单元间的绝缘层；该散热装置还包括至少一个自板体的上表面往远离发光二极管方向延伸的凹槽、至少一个与该导电单元相间隔地且数目对应于凹槽并嵌设于其内的散热块，该散热块具有一个连接于发光二极管的散热面且高于该绝缘层的传导面。

本发明的发光二极管导热模块的该凹槽具有一个自板体的上表面往远离发光二极管方向延伸的凹壁面，以及一个封闭连接该凹壁面下周缘的凹底面，而该散热块具有一个卡合于凹槽的嵌入部，及一个自该嵌入部同体向上延伸并具有所述传导面的凸部。

本发明的发光二极管导热模块的该凹槽具有一个自板体的上表面往远离发光二极管方向延伸的凹壁面，以及一个封闭连接该凹壁面下周缘的凹底面，该凹壁面具有一个面向凹槽的内螺纹部，而该散热块具有一个可上下调整高度地螺接于内螺纹部的嵌入部，及一个自该嵌入部同体向上延伸并具有所述传导面的调整部。

本发明的发光二极管导热模块的所述散热块的传导面的面积大于或等于发光二极管的散热面的面积。

本发明的发光二极管导热模块的散热装置的板体还具有一个位于其上表面相反侧的下表面，以及数个由该下表面往远离板体的方向延伸的散热鳍片。

本发明的发光二极管导热模块的该散热装置的板体是选自铝或铜的任一种，而该散热块是选自铝、铜、人工钻石的任一种。

本发明的有益效果在于：通过该直接与发光二极管的散热面连接的散热块，热能由发光二极管的散热面发出后，可直接经由具较佳导热能力的散热块及板体而传导离开，可减少热传导路径中热阻的产生。

附图说明

图1是一剖视放大示意图，显示一种以往的发光二极管散热模块；

图2是本发明的发光二极管散热模块的第一较佳实施例的剖视放大示意图；

图3是本发明的发光二极管散热模块的第二较佳实施例的剖视放大示意图；

图4是一侧视示意图，显示本发明的发光二极管散热模块的第三较佳实施例中具有数个一体成型的散热鳍片；

图5是图4的局部放大图，显示本发明的发光二极管散热模块的第三较佳实施例。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

有关本发明的技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的四个较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

在本发明被详细描述前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表示。

参阅图2，本发明发光二极管导热模块的第一较佳实施例包含一个发光装置1，以及一个供发光装置1安装的散热装置2。

在本实施例中，该发光装置1包括一个发光二极管10，而该发光二极管10包括一个构装本体11以及一个引脚单元12。该构装本体11具有一个发光面110、一个位于发光面110相反侧并具有一个散热面114的金属基座111、一个安装于金属基座111上的发光晶粒112，以及一个连接于发光面110与散热面114间的构装面113。该引脚单元12具有两支位于相反两侧并由构装面113平行向外突出的接脚121。要说明的是，发光二极管10还包括：内引线、光学透镜等等必要组件，然而非本发明的阐述重点，因此不再详述。再者，发光二极管10的型态选择也可以使用覆晶式LED(Flip chip LED)等等现有市面可取得的LED产品。

该散热装置2为具高热传导能力的材料所制成，例如铝(Al热导系数约为200W/mK)或铜(Cu热导系数为395W/mK)，并包括一个板体21、一个嵌装于板体21内的散热块22，以及一个导电单元23。该板体21具有一个朝向发光二极管10的上表面211、一自上表面211往远离金属基座111方向延伸的凹壁面214，以及一个封闭连接该凹壁面214下周缘的凹底面215，该凹壁面214与凹底面215共同界定出一个开口朝向发光二极管10的金属基座111的凹槽216。

所述散热块22都具有一个可稳固卡合于凹槽216中的嵌入部221，以及一个由该嵌入部221同体向上延伸并显露于上表面211外的凸部222，该嵌入部221具有一个与凹壁面214环接的周面225，以及一个与凹底面215对接的抵接面226，该凸部222具有一个与该金属基座111的散热面114贴合的传导面227。该导电单元23具有两个分别位于散热块22的凸部222的两相反侧的金属衬垫231，而该散热装置2还包括一层夹设于所述金属衬垫231与其板体21的上表面211间的绝缘层232。在本实施例中，将发光二极管10的散热面114安装于散热块22的传导面227上时，两者的面积是相同的，然而，传导面227的面积也可以设计大于散热面114以提升散热效果。该散热装置2制作时，先准备一片金属板体21，例如：铝板，然后在板体21上贴附一层绝缘层232，接着在绝缘层232上压贴一层金属材料，例如：铜箔，然后，对该铜箔层进行加工使成型出所述凸出于板体21上的金属衬垫231，另外，再对板体21加工而成型出该凹槽216，最后，将散热块22的嵌入部221卡合于凹槽216中即完成。

所述绝缘层232主要作为接合其上下两侧的金属衬垫231与散热装置2间的媒介，除了提供绝缘与接合的功效外，另外也具有导热效果，其材料例如：环氧树脂或其它已知的导热胶(Thermal pastes)。另外，要说明的是，该散热装置2的板体21与散热块22可依设计而使用相同或不同的导热材料，例如：板体21与散热块22都使用铝材或铜材；或其中之一使用铝材而另一个使用铜材的搭配组合，当然也不以所述的金属材料为限制，例如散热块22还可以使用具优异热传导特性的人工钻石材料。

本实施例在安装时，发光二极管10的接脚121是分别搭接于所述金属衬垫231上，将接脚121固定的技术有许多种，例如：使用焊锡接合等方式。再者，发光二极管10的金属基座111是安装于散热块22的凸部222上，使金属基座111的散热面114对接于凸部222的传导面227上。而进行热传导的过程中，热流的方向由发光晶粒112依序向下经过金属基座111，并由散热块22散热出去，所述的散热路径短，且都经过具有高导热能力的材质，因此可提供较佳的散热效果，使热量不累积于发光晶粒112。另外，该结合于凹槽216中的散热块22是由刚性较佳的金属所制成，因此，对于维持散热装置2整体的结构强度也有帮助。

以下，再提出一种也可达到较佳的散热效率的另一较佳实施例。参阅图3，本发明的第二较佳实施例与第一较佳实施例大致相同，不同处在于：该散热装置2的凹壁面214具有一个朝向凹槽216的方向设置的内螺纹部217，以及一个封闭连接在该凹壁面214下周缘的凹底面215，该内螺纹部217与凹底面215共同界定一个开口朝向发光二极管10的金属基座111的螺孔218，而该散热块22具有一个可螺接入螺孔218中的嵌入部221，以及一个自该嵌入部221同体向上延伸并显露在上表面211外的调整部223。该嵌入部221具有一个与内螺纹部217螺合的外螺纹环面224，以及一个与凹底面215对接的抵接面226，而该调整部223具有一个与金属基座111的散热面114对接的传导面227。本实施例通过转动调整部223可上下调整该散热块22外露在散热装置2的板体21上的高度，避免发光二极管10搭接在散热装置2的过程中，因制程误差造成金属基座111的散热面114无法完全密实对接在散热块22的传导面227。

参阅图4、图5，本发明的第三较佳实施例与所述第一较佳实施例大致相同，主要相异处在于：该发光装置1包括数个安装在散热装置2上的发光二极管10，所述发光二极管10可随客制化而有不同的设计，例如：可以矩阵或直列等方式安装排列的发光二极管10，而搭配的散热装置2可为圆形、矩形等不同的形状。

另外，散热装置2的板体21还具有一个位于其上表面211相反侧的下表面212，以及数个由该下表面212往远离板体21的方向同体延伸的散热鳍片219，也就是说，所述散热鳍片219是以一体成型的方式成型在板体21上。本实施例进行散热时，热能由嵌装在凹槽216中的散热块22传递至板体21后，可再通过所述散热鳍片219的设置来改善热对流的效应。影响热能在所述散热鳍片219间对流的因素有许多种，例如：鳍片219的数目、尺寸，以及间距等等，但并非本发明重点，因此不予详述，且也不以图4及图5中所示为限制。当然，本发明也可将散热鳍片219的设计与所述第二较佳实施例相结合，也就是说，在板体21上同时设置有供散热块22螺接的螺孔218，以及进一步提升散热效果的散热鳍片219。

综上所述，本发明在邻近发光二极管10的散热面114的散热装置2上使该散热块22凸接入板体21中的设计，可避免以往使用高热阻的胶体材料来将散热块22粘合在散热装置4上。因此，发光二极管10的散热面114往散热装置2传输热能的过程中，只单纯经过了所述散热块22，再者，所述散热块22也可自由选用热传导效果较佳的材料，除了缩短热传导的路径外，并可在维持较佳的散热装置2的结构强度下达到大幅减少热阻产生的效果，故确实能达成本发明的目的。

Claims

1.一种发光二极管导热模块，包含：一个发光装置，以及一个散热装置；该发光装置包括至少一个发光二极管，该发光二极管具有一个散热面，以及一个引脚单元；该散热装置包括一个具有一个邻近发光二极管的上表面的板体，一个连接于该引脚单元的导电单元，一个介于板体与导电单元间的绝缘层；其特征在于：该散热装置还包括至少一个自板体的上表面往远离发光二极管方向延伸的凹槽、至少一个与该导电单元相间隔地且数目对应于凹槽并嵌设于其内的散热块，该散热块具有一个连接于发光二极管的散热面且高于该绝缘层的传导面。

2.根据权利要求1所述的发光二极管导热模块，其特征在于：该凹槽具有一个自板体的上表面往远离发光二极管方向延伸的凹壁面，以及一个封闭连接该凹壁面下周缘的凹底面，而该散热块具有一个卡合于凹槽的嵌入部，及一个自该嵌入部同体向上延伸并具有所述传导面的凸部。

3.根据权利要求1所述的发光二极管导热模块，其特征在于：该凹槽具有一个自板体的上表面往远离发光二极管方向延伸的凹壁面，以及一个封闭连接该凹壁面下周缘的凹底面，该凹壁面具有一个面向凹槽的内螺纹部，而该散热块具有一个可上下调整高度地螺接于内螺纹部的嵌入部，及一个自该嵌入部同体向上延伸并具有所述传导面的调整部。

4.根据权利要求2所述的发光二极管导热模块，其特征在于：所述散热块的传导面的面积大于或等于发光二极管的散热面的面积

5.根据权利要求3所述的发光二极管导热模块，其特征在于：所述散热块的传导面的面积大于或等于发光二极管的散热面的面积

6.根据权利要求2所述的发光二极管导热模块，其特征在于：该散热装置的板体还具有一个位于其上表面相反侧的下表面，以及数个由该下表面往远离板体的方向延伸的散热鳍片。

7.根据权利要求3所述的发光二极管导热模块，其特征在于：该散热装置的板体还具有一个位于其上表面相反侧的下表面，以及数个由该下表面往远离板体的方向延伸的散热鳍片。

8.根据权利要求4所述的发光二极管导热模块，其特征在于：该散热装置的板体还具有一个位于其上表面相反侧的下表面，以及数个由该下表面往远离板体的方向延伸的散热鳍片。

9.根据权利要求5所述的发光二极管导热模块，其特征在于：该散热装置的板体还具有一个位于其上表面相反侧的下表面，以及数个由该下表面往远离板体的方向延伸的散热鳍片。

10.根据权利要求1所述的发光二极管导热模块，其特征在于：该散热装置的板体是选自铝或铜的任一种，而该散热块是选自铝、铜、人工钻石的任一种。