JP2014505373A - ハイパワーｌｅｄの放熱構造の製造方法 - Google Patents

ハイパワーｌｅｄの放熱構造の製造方法 Download PDF

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Abstract

ハイパワーＬＥＤの放熱構造の製造方法は、ＰＣＢプレート４と、一方の側に熱伝導柱８が設けられた熱伝導プレート６と、放熱プレート９とを用意するステップ（１)と、ＰＣＢプレートに両側を貫通する位置決め孔７を設け、ＰＣＢプレートの一方の側面に銅プレート層５を設け、ＰＣＢプレートの他方の側面に電極隅肉３を設け、銅プレート層の表面にはんだペーストを塗布するステップ(２)と、熱伝導柱をＰＣＢプレートの銅プレート層が設けられた側から位置決め孔の内に設置し、且つリフローはんだ付けによって、銅プレート層と熱伝導プレートを溶接するステップ(３)と、ステップ(３)で得られた熱伝導プレートとＰＣＢプレートの一体部材をスタンピング設備に置き、熱伝導柱の高さを調整するステップ(４)と、放熱プレートの内側面を熱伝導プレートの他方の側面に固定密着するステップ(５)と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は放熱装置の技術分野に関し、特にハイパワーＬＥＤの放熱構造の製造方法に関するものである。
ＬＥＤは理論寿命が長く、低エネルギー消耗、環境にやさしいなどの特性により、指示、室内外の照明など各分野で広く応用されている。周知のように、ＬＥＤの放熱問題は、ＬＥＤ、特にハイパワーＬＥＤの使用寿命に影響する最も肝心な要因となる。従来のハイパワーＬＥＤの放熱構造の製造方法は主にヒートシンク、アルミニウム基板、熱伝導性シリコーングリース、放熱プレート等を順次に接続して構成され、ＬＥＤはヒートシンクを介してアルミニウム基板に接続され、このような製造方法はプロセスが簡単であるが、製造して得られた放熱構造は熱伝導性、放熱性が劣るなどの欠点と不足が存在したため、ＬＥＤの応用分野と応用範囲に大いに影響し、その熱伝導性、放熱性が劣る主な原因はアルミニウム基板の構造設置にある。アルミニウム基板は一般的に、保護オイル層、銅箔層、絶縁層及びアルミニウムプレート層を順次に積層してなり、絶縁層は絶縁の面で良好且つ有効で積極的な役割を果たす一方、断熱のマイナス効果も出て、ＬＥＤが発生した熱量を迅速且つタイムリーに導出できないことから、ＬＥＤの使用寿命に大いに影響した。それゆえに、従来の製造方法を革新し、放熱構造の差別化を実現し、ＬＥＤの放熱問題を有効に解決する必要がある。
本発明は従来の技術の欠点と不足に鑑みて、得られた放熱構造は構造が簡単、コンパクトであり、放熱効果が優れるなどのメリットを有し、プロセスが簡単で、生産効率が高いハイパワーＬＥＤの放熱構造の製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を実現するために、本発明は以下の技術案を採用する。
本発明に係るハイパワーＬＥＤの放熱構造の製造方法は、
ＰＣＢプレートと、一方の側に熱伝導柱が設けられた熱伝導プレートと、放熱プレートとを用意するステップ(１)と、
前記ＰＣＢプレートに両側を貫通する位置決め孔を設け、ＰＣＢプレートの一方の側面に銅プレート層を溶接し、ＰＣＢプレートの他方の側面に電極隅肉を溶接し、銅プレート層の表面にはんだペーストを塗布するステップ(２)と、
熱伝導柱をＰＣＢプレートの銅プレート層が設けられた側から位置決め孔の内に設置し、且つリフローはんだ付けによって、銅プレート層と熱伝導プレートを溶接し、熱伝導プレートとＰＣＢプレートを一体部材として固定接合し、前記熱伝導柱の高さを銅プレート層とＰＣＢプレートと電極隅肉という三者の厚さの和よりも大きくするステップ(３)と、
ステップ(３)で得られた熱伝導プレートとＰＣＢプレートの一体部材をスタンピング設備に置き、スタンピング設備が熱伝導柱の上端面に対してスタンピングを行うことで、熱伝導柱の上端面と電極隅肉の上表面を同一の平面内に位置させるように熱伝導柱の高さを調整するステップ(４)と、
放熱プレートの内側面を熱伝導プレートの他方の側面に固定密着するステップ(５)と、を含む。
ステップ(５)において、前記放熱プレートの外側面に複数のフインが設けられる。
ステップ(１)において、前記熱伝導柱と熱伝導プレートが一体成形で設置される。勿論、ステップ(１)において、前記熱伝導柱と熱伝導プレートがスプリット溶接して固定設置されてもよい。
ステップ(１)において、前記熱伝導柱と位置決め孔がネジ接続される。
ステップ(１)において、前記熱伝導プレートが純銅材料で製造される。
ステップ(１)において、前記放熱プレートがアルミニウムまたは銅材料で製造される。
ステップ(１)において、前記熱伝導柱が純銅材料で製造される。
上記製造方法によれば、本発明の有益的な効果は以下の通りである。本発明の製造方法は、電極隅肉の上表面と熱伝導柱の上端面を同一の平面内に調整するため、ＬＥＤの台座底面を電極隅肉と熱伝導柱に密着させる時、ＬＥＤの台座底面と電極隅肉との電気接続に影響することなく、ＬＥＤの台座底面と熱伝導柱の上端面が十分に接触された溶接接合を実現でき、ＬＥＤの台座底面の熱伝導部と熱伝導柱の上端面との接触面積が有効に増加し、このように本発明の製造方法で得られた放熱構造は、ＬＥＤの発生した熱量を熱伝導柱と熱伝導プレートを介して迅速に導出でき、その熱伝導、放熱機能が大いに強化された。
本発明により製造される放熱構造の全体断面構造の模式図である。 本発明により製造される放熱構造の分解構造の模式図である。
図１、図２は本発明により製造される放熱構造の全体及び分解構造の模式図である。以下、図面を参照して本発明の具体的なステップを更に説明して記述する。
本発明に係るハイパワーＬＥＤの放熱構造の製造方法は、以下のステップ（１）〜（５）を含む。
（１）ＰＣＢプレート４、一方の側に熱伝導柱８が設けられた熱伝導プレート６及び放熱プレート９などの部材又は材料を用意し、前記熱伝導プレート６は純銅及びアルミニウムなどの材料で製造され、前記熱伝導柱８は純銅材料で製造され、前記放熱プレート９はアルミニウム又は銅材料で製造される。純銅及びアルミニウムなどの材料はいずれも良好な熱伝導、放熱機能を有し、本発明に係る熱伝導プレート６及び放熱プレート９は純銅及びアルミニウム材料を採用して製造され、本発明の目的の実現に有利である。勿論、上記構造主体は他の良好な熱伝導、放熱機能を有する金属材料で製造してもよい。前記熱伝導柱８と熱伝導プレート６は一体成形で設置されてもよく、スプリット溶接して固定設置されてもよい。
（２）前記ＰＣＢプレート４に両側を貫通する位置決め孔７を設け、ＰＣＢプレート４の一方の側面に銅プレート層５を溶接し、熱伝導プレート６を溶接して固定するために銅プレート層５の表面にはんだペーストを塗布し、ＬＥＤ１の台座２の底面における電極部を接続するためにＰＣＢプレート４の他方の側面に電極隅肉３を溶接する。
（３）熱伝導柱８をＰＣＢプレート４の銅プレート層５が設けられた側から位置決め孔７の内に設置し、リフローはんだ付けによって銅プレート層５と熱伝導プレート６を溶接し、熱伝導プレート６とＰＣＢプレート４を一体部材として固定接合する。前記熱伝導柱８の形状・大きさは位置決め孔７の形状・大きさとマッチングし、具体的には、熱伝導柱８の横断面は円形、楕円形、三角形又は正六角形に設置されてもよく、熱伝導柱８の横断面が円形に設置された時、前記位置決め孔７の内壁に雌ねじが設けられ、前記熱伝導柱８の側壁に雄ねじが設けられ、前記熱伝導柱８と位置決め孔７がネジ接続される。熱伝導柱８と位置決め孔７がネジ接続されることにより、本発明の構造の緊密さを向上させ、熱伝導、放熱機能を間接的に向上させることができる。また、前記熱伝導柱８は高さが銅プレート層５とＰＣＢプレート４と電極隅肉３という三者の厚さの和よりも大きいものである。
（４）ステップ(３)で得られた熱伝導プレート６とＰＣＢプレート４の一体部材をスタンピング設備に置き、スタンピング設備が熱伝導柱８の上端面に対してスタンピングを行って熱伝導柱８の高さを調整することにより、熱伝導柱８の上端面と電極隅肉３の上表面を同一の平面内に位置させる。このステップは本発明の製造方法のキーとなるステップであり、上記のように、前記熱伝導柱８は高さが銅プレート層５とＰＣＢプレート４と電極隅肉３という三者の厚さの和よりも大きく、スタンピング設備で熱伝導柱８をスタンピングし、前記熱伝導柱８の高さが銅プレート層５とＰＣＢプレート４と電極隅肉３という三者の厚さの和と等しくなるまで、熱伝導柱８の高さ及び上端面に対してスタンピング調整を行う。スタンピングした後、熱伝導柱８の横断面が大きくなり、位置決め孔７と締りばめを形成することにより、台座２の底面の熱伝導部との接触面が大きくなって熱伝導しやすくなる。同時に、熱伝導柱８の上端面を電極隅肉３の上表面と同一の平面に位置させたため、台座２の底面が熱伝導柱８の上端面及び電極隅肉３の上表面と同時に十分密着でき、即ち、台座２の底面の電極部が電極隅肉３と十分接触して溶接するとともに、台座２の底面の熱伝導部が熱伝導柱８の上端面と十分に接触して溶接することを実現でき、台座２の底面の熱伝導部と熱伝導柱８の上端面との接触面積をできる限り大きくすることにより、ＬＥＤ１の発生した熱量を熱伝導柱８、熱伝導プレート６を経由して放熱プレート９にタイムリー且つ迅速に伝導し、且つ放熱プレート９を経て放熱することを確保する。
（５）放熱プレート９が熱伝導プレート６の熱量をタイムリーに放熱するように放熱プレート９の内側面を熱伝導プレート６の他方の側面に固定密着させる。前記放熱プレート９の外側面に複数のフイン１０が設けられていることにより、放熱プレート９の放熱面積が増加し、更に放熱プレート９の放熱効果を強化する。
本発明の製造方法で得られた放熱構造はＬＥＤの発生した熱量を迅速に導出することができ、その熱伝導、放熱効果は従来の技術より大幅に強化された。
Figure 2014505373
上記表から分かるように、新放熱構造と旧放熱構造をそれぞれ採用するハイパワーＬＥＤに対し、同一の電流を通電し、且つ新放熱構造の環境温度が比較的に高い状況で、新放熱構造の熱伝導柱の温度は旧放熱構造のヒートシンク温度より明らかに低いが、新放熱構造の熱伝導プレート及び放熱プレートの温度が旧放熱構造のアルミニウム基板及び放熱プレートの温度より明らかに高く、これは本発明の製造方法で得られた新放熱構造の放熱効果が旧放熱構造の放熱効果より一層良いことを十分に証明した。
以上は、本発明の好ましい実施の形態に過ぎないため、本発明の特許請求の範囲に記載の構造、特徴及び原理に基づく等価変化や修飾などは、いずれも本発明の特許請求の範囲内に含まれるものである。
１：ＬＥＤ、２：台座、３：電極隅肉、４：ＰＣＢプレート、５：銅プレート層、６：熱伝導プレート、７：位置決め孔、８：熱伝導柱、９：放熱プレート、１０：フイン。

Claims (8)

  1. ハイパワーＬＥＤの放熱構造の製造方法であって、
    ＰＣＢプレート(４)と、一方の側に熱伝導柱(８)が設けられた熱伝導プレート(６)と、放熱プレート(９)とを用意するステップ(１)と、
    前記ＰＣＢプレート(４)に両側を貫通する位置決め孔(７)を設け、ＰＣＢプレート(４)の一方の側面に銅プレート層(５)を溶接し、ＰＣＢプレート(４)の他方の側面に電極隅肉(３)を溶接し、銅プレート層(５)の表面にはんだペーストを塗布するステップ(２)と、
    熱伝導柱(８)をＰＣＢプレート(４)の銅プレート層(５)が設けられた側から位置決め孔(７)の内に設置し、且つリフローはんだ付けによって、銅プレート層(５)と熱伝導プレート(６)を溶接し、熱伝導プレート(６)とＰＣＢプレート(４)を一体部材として固定接合し、前記熱伝導柱(８)の高さを銅プレート層(５)とＰＣＢプレート(４)と電極隅肉(３)という三者の厚さの和よりも大きくするステップ(３)と、
    ステップ(３)で得られた熱伝導プレート(６)とＰＣＢプレート(４)の一体部材をスタンピング設備に置き、スタンピング設備が熱伝導柱(８)の上端面に対してスタンピングを行うことで、熱伝導柱(８)の上端面と電極隅肉(３)の上表面を同一の平面内に位置させるように熱伝導柱(８)の高さを調整するステップ(４)と、
    放熱プレート(９)の内側面を熱伝導プレート(６)の他方の側面に固定密着するステップ(５)と
    を含むことを特徴とするハイパワーＬＥＤの放熱構造の製造方法。
  2. ステップ(５)において、前記放熱プレート(９)の外側面に複数のフイン(１０)が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のハイパワーＬＥＤの放熱構造の製造方法。
  3. ステップ(１)において、前記熱伝導柱(８)と熱伝導プレート(６)が一体成形で設置されていることを特徴とする請求項１に記載のハイパワーＬＥＤの放熱構造の製造方法。
  4. ステップ(１)において、前記熱伝導柱(８)と熱伝導プレート(６)がスプリット溶接して固定設置されていることを特徴とする請求項１に記載のハイパワーＬＥＤの放熱構造の製造方法。
  5. ステップ(１)において、前記熱伝導柱(８)と位置決め孔(７)がネジ接続されていることを特徴とする請求項１に記載のハイパワーＬＥＤの放熱構造の製造方法。
  6. ステップ(１)において、前記熱伝導プレート(６)が純銅材料で製造されることを特徴とする請求項１に記載のハイパワーＬＥＤの放熱構造の製造方法。
  7. ステップ(１)において、前記放熱プレート(９)がアルミニウム又は銅材料で製造されることを特徴とする請求項１に記載のハイパワーＬＥＤの放熱構造の製造方法。
  8. ステップ(１)において、前記熱伝導柱(８)が純銅材料で製造されることを特徴とする請求項１に記載のハイパワーＬＥＤの放熱構造の製造方法。
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