RU2546492C1 - Полупроводниковое устройство с охлаждением - Google Patents
Полупроводниковое устройство с охлаждением Download PDFInfo
- Publication number
- RU2546492C1 RU2546492C1 RU2013152880/12A RU2013152880A RU2546492C1 RU 2546492 C1 RU2546492 C1 RU 2546492C1 RU 2013152880/12 A RU2013152880/12 A RU 2013152880/12A RU 2013152880 A RU2013152880 A RU 2013152880A RU 2546492 C1 RU2546492 C1 RU 2546492C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- substrate
- semiconductor device
- elements
- front side
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 22
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 22
- 239000003570 air Substances 0.000 description 15
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/64—Heat extraction or cooling elements
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
- H05K1/0203—Cooling of mounted components
- H05K1/0204—Cooling of mounted components using means for thermal conduction connection in the thickness direction of the substrate
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
- F21V29/50—Cooling arrangements
- F21V29/502—Cooling arrangements characterised by the adaptation for cooling of specific components
- F21V29/508—Cooling arrangements characterised by the adaptation for cooling of specific components of electrical circuits
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
- F21V29/50—Cooling arrangements
- F21V29/60—Cooling arrangements characterised by the use of a forced flow of gas, e.g. air
- F21V29/67—Cooling arrangements characterised by the use of a forced flow of gas, e.g. air characterised by the arrangement of fans
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
- H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
- H01L25/075—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
- H01L25/0753—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00 the devices being arranged next to each other
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
- H01L25/167—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits comprising optoelectronic devices, e.g. LED, photodiodes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
- F21V29/50—Cooling arrangements
- F21V29/70—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
- F21V29/83—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks the elements having apertures, ducts or channels, e.g. heat radiation holes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
- F21V29/85—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems characterised by the material
- F21V29/89—Metals
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
- F21Y2105/00—Planar light sources
- F21Y2105/10—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
- F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
- F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
- H05K2201/09—Shape and layout
- H05K2201/09209—Shape and layout details of conductors
- H05K2201/09372—Pads and lands
- H05K2201/09481—Via in pad; Pad over filled via
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
- H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
- H05K2201/10007—Types of components
- H05K2201/10106—Light emitting diode [LED]
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
- H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
- H05K2201/10227—Other objects, e.g. metallic pieces
- H05K2201/10242—Metallic cylinders
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Fastening Of Light Sources Or Lamp Holders (AREA)
Abstract
Изобретение относится к охлаждению полупроводниковых устройств, в частности мощных светодиодов. Достигаемый технический результат - возможность охлаждения светодиодов без использования теплостоков, располагаемых обычно с тыльной стороны печатной платы, и без необходимости применения принудительного воздушного охлаждения. Полупроводниковое устройство, в частности светодиодное осветительное устройство, содержит подложку (2), множество светодиодов (4), расположенных на лицевой стороне подложки. В подложке выполнено множество проемов (9), в которых расположены теплопроводящие элементы в виде трубчатых элементов или трубок (1). Теплопроводящие элементы в виде площадок (10) расположены между светодиодами и трубками. Каждая трубка образует открытый проход без препятствий сквозь проемы между лицевой стороной и тыльной стороной подложки. Тепло, выделяющееся в светодиодах, кондуктивно передается трубкам, откуда оно рассеивается путем конвекции. 12 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к охлаждению полупроводниковых устройств. В частности, изобретение относится к монтажу и охлаждению мощных светодиодов (светоизлучающих диодов) на обычной печатной плате. Изобретение описано применительно к осветительным устройствам, содержащим светодиоды, но может быть применено в отношении любых полупроводниковых устройств.
Уровень техники
Увеличение цен на энергию и необходимость экономии энергии привели к росту спроса на светодиодное освещение. Светодиоды представляют собой твердотельные источники света, в которых не используется разогретая нить или газ, и являются более эффективными, чем большинство других видов освещения. Тем не менее, светодиоды выделяют тепло при прохождении тока через них, что может иметь негативное влияние на срок службы и характеристики таких устройств. Если светодиоды сгруппированы в непосредственной близости друг от друга, это может приводить к перегреву, в то же время плотная группировка светодиодов важна, поскольку она позволяет снизить множественное затенение и так называемую «пятнистость».
В настоящее время в мощных светодиодных устройствах тепло отводится от плотно сгруппированных светодиодов с помощью сочетания теплоотводов, вентиляторов принудительного охлаждения и особых алюминиевых печатных плат. Эти способы в большей степени основаны на кондуктивной теплопередаче (через непосредственный контакт) от электродов (тепловых площадок) светодиодов в направлении тыльной стороны печатной платы, откуда тепло попадает в теплосток и рассеивается в окружающем воздухе. Большинство теплостоков выполняется из алюминия и требует значительной энергии для их изготовления, что отрицательно влияет на общую энергоэффективность (с учетом всего жизненного цикла) такого светодиодного освещения.
В таких теплостоках возникает температурный градиент, поскольку температура снижается в направлении от центра печатной платы. Светодиоды, расположенные в центре платы, имеют более высокую температуру, чем светодиоды, расположенные на периферии такой платы, что отрицательно влияет на характеристики и/или срок службы светодиодов, расположенных в центре.
Тепло выделяется светодиодами, расположенными на лицевой стороне печатной платы, а элементы, предназначенные для отвода этого тепла, находятся с тыльной стороны платы. Сама печатная плата представляет собой барьер для передачи тепла. Для увеличения теплопроводности в направлении тыльной стороны платы применяются более дорогостоящие алюминиевые печатные платы.
Примеры таких светодиодных устройств включают в себя: WO 2009/067558, US 2008/0191231, US 2002/175621 и US 2005/083698, в которых раскрыто использование сплошных теплоотводящих элементов, проходящих от тыльной стороны светодиодов сквозь печатную плату, на которой они установлены, так что тепло от светодиодов кондуктивно передается через эти теплоотводящие элементы и рассеивается с тыльной стороны платы;
US 2007/0145383, где раскрыто светодиодное устройство, в котором светодиоды установлены через пленку на теплоотводящем слое, расположенном на лицевой стороне платы;
WO 02/097884, где раскрыто, что светодиоды установлены на металлической плате с выступами с тыльной стороны платы;
US 5278432, где раскрыто, что массив светодиодов установлен на теплоотводящем слое с возможностью применения теплостока с тыльной стороны этого слоя и принудительного воздушного охлаждения.
Все эти усилия по охлаждению плотно сгруппированных светодиодов приводят к увеличению стоимости и росту форм-фактора (т.е. к излишнему увеличению размеров) светодиодного устройства.
Целью настоящего изобретения является реализация устройства на основе полупроводниковых элементов, например плотно сгруппированных светодиодов, на обычной печатной плате с обеспечением улучшенного охлаждения полупроводников/светодиодов, предпочтительно без использования обычных теплостоков, расположенных с тыльной стороны печатной платы, и в некоторых случаях - без необходимости применения принудительного воздушного охлаждения.
Раскрытие изобретения
В соответствии с настоящим изобретением реализовано полупроводниковое устройство, содержащее:
подложку с лицевой стороной и тыльной стороной и множеством проемов, каждый из которых расположен между лицевой стороной и тыльной стороной;
множество полупроводниковых элементов, расположенных на лицевой стороне подложки; и
теплопроводящие элементы, находящиеся в хорошем тепловом контакте с полупроводниковыми элементами и с краями проемов,
причем, по меньшей мере, некоторые из теплопроводящих элементов образуют открытый проход без препятствий, выполненный сквозь проемы между лицевой стороной и тыльной стороной подложки.
По меньшей мере, некоторые из полупроводниковых элементов могут быть светодиодами, а подложка может быть обычной печатной платой.
Теплопроводящие элементы могут включать в себя проводящий листовой материал, расположенный между светодиодами и проемами, предпочтительно расположенный с лицевой стороны подложки.
Теплопроводящие элементы могут включать в себя теплопроводящие трубчатые элементы, расположенные внутри проемов и образующие открытые проходы между лицевой стороной и тыльной стороной подложки. По меньшей мере, некоторые из этих внутренних проходов могут располагаться перпендикулярно подложке, и, по меньшей мере, некоторые из трубчатых элементов могут выступать за лицевую сторону и/или тыльную сторону подложки.
Устройство может содержать вентиляционное устройство, например вентилятор, выполненный с возможностью формирования потока воздуха сквозь проемы (и сквозь внутренние проходы трубчатых элементов) в направлении от лицевой стороны подложки к тыльной стороне подложки.
Краткое описание чертежей
Далее, для лучшего понимания настоящего изобретения и для иллюстрации его практической реализации, изобретение описано на примере неограничивающего характера со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
фиг. 1 представляет собой вид спереди полупроводникового устройства в соответствии с настоящим изобретением;
фиг. 2 представляет собой вид сбоку устройства с фиг. 1; и
фиг. 3 представляет собой увеличенный вид сверху части печатной платы полупроводникового устройства с фиг. 1.
Осуществление изобретения
Как показано на чертежах, осветительное устройство или полупроводниковое устройство содержит подложку в виде обычной печатной платы 2, на которой размещен массив полупроводниковых элементов в виде светодиодов 4, сгруппированных в непосредственной близости друг от друга на верхней стороне печатной платы. Печатная плата 2 представляет собой «обычную» печатную плату в том смысле, что она выполнена из обычного материала, например из слоистого диэлектрика с эпоксидным вяжущим, и может быть двусторонней печатной платой. Над каждым из светодиодов 4 установлена линза 3 для рассеивания или для направления света, излучаемого светодиодом.
Устройство показано и описано со ссылкой на верхнюю, боковую и нижнюю стороны, но специалисту в данной области техники очевидно, что оно может быть ориентировано в любом направлении, а определения «верх» и «низ» использованы лишь для ясности. Верхняя сторона устройства может также рассматриваться как «лицевая» сторона, а нижняя сторона - как «тыльная» сторона.
Несколько проемов или сквозных отверстий 9 выполнены в печатной плате 2 в зазорах между линзами 3 и расположены между верхней и нижней сторонами печатной платы, а трубчатые элементы в виде медных трубок 1 расположены внутри сквозных отверстий 9, при этом каждая трубка ориентирована в направлении верх-низ, запрессована или припаяна к печатной плате. Вместо медных трубок 1 могут использоваться другие теплопроводящие материалы, например графен. Помимо трубок 1 цилиндрической формы могут быть использованы трубчатые элементы с другой формой поперечного сечения или, по меньшей мере, с другой формой внутреннего прохода - особенно с формой, обеспечивающей увеличенную площадь внутренней поверхности для улучшения передачи тепла и уменьшения требуемой длины трубки или трубчатого элемента и, таким образом, уменьшения форм-фактора устройства. Медные трубки 1 не обязательно являются лучшим вариантом трубчатых элементов и эффективность рассеивания ими тепла может быть повышена за счет увеличения внутренней поверхности, например применения внутренних ребер и т.п. Тем не менее, медные трубки 1 широкодоступны и дешевы (по сравнению с трубчатыми элементами с внутренними выступами), хорошо паяются и имеют приемлемую толщину стенок - они достаточно толстые для передачи тепла и достаточно тонкие для обеспечения внутреннего прохода.
Как хорошо видно на фиг. 3, тепловые площадки 10 в виде тонкого слоя теплопроводящего материала выполнены на верхней стороне печатной платы 2 и расположены вокруг каждого светодиода 4. Основание светодиода 4 находится в хорошем тепловом контакте с тепловой площадкой 10, которая расположена вокруг близлежащих сквозных отверстий 9 и медных трубок 1, что обеспечивает хорошую теплопроводность на пути от светодиода до медных трубок 1. Внутренняя поверхность сквозных отверстий 9 покрыта хорошим проводником тепла, например медью, к которому медные трубки 1 присоединены пайкой или запрессовкой, как было упомянуто ранее, с целью обеспечения хорошего теплового контакта. По существу, тепловые площадки 10 под светодиодами 4 непосредственно соединены с медными трубками 1, способствующими отводу тепла от светодиодов (см. далее).
Как хорошо видно на фиг. 2, каждая медная трубка 1 выступает с верхней стороны печатной платы 2 на большую длину, чем с нижней стороны 7, так что трубки расположены между линзами 3. Вентиляционное устройство 5 принудительного воздушного охлаждения (или вентилятор) расположено ниже печатной платы 2 и выполнено с возможностью создания воздушного потока в направлении вниз, как обозначено поз. 6. Температурный датчик 8 расположен на нижней стороне 7 печатной платы 2 и может использоваться в цепи обратной связи для управления температурным режимом устройства путем управления скоростью вентиляционного устройства 5.
При эксплуатации тепло, выделяющееся в светодиодах 4, весьма эффективно отводится через тепловые площадки 10 на медные трубки 1 и нагревает их. Воздушный поток 6, формируемый вентиляционным устройством 5, вызывает внутри медных трубок 1 движение воздуха в направлении вниз, и тепло со светодиодов 4 рассеивается (отводится) весьма эффективно внутри медных трубок - с внутренней поверхности стенок медных трубок в воздушный поток 6.
В тех вариантах осуществления изобретения, где устройство ориентировано в обратном направлении, т.е. светодиоды 4 направлены вниз, тепло, выделяемое светодиодами, также передается медным трубкам 1, но в некоторых случаях передача тепла воздуху внутри медных трубок может быть достаточной для появления восходящего потока воздуха за счет естественной конвекции, что позволяет избавиться от вентиляционного устройства 5.
В некоторых вариантах осуществления изобретения поток воздуха может быть направлен в обратную сторону - от тыльной стороны печатной платы 2 к лицевой стороне, за счет принудительного или естественного движения воздуха. Тем не менее, в большинстве случаев предпочтительно отводить тепло с освещенной стороны, например, если устройство используется для освещения хранилища пищи.
Поскольку медные трубки 1 выступают с верхней (лицевой) стороны печатной платы 2, на которой расположены светодиоды 4 и где выделяется тепло, нет необходимости передавать это тепло на нижнюю (тыльную) сторону печатной платы лишь посредством кондукции, напротив, тепло отводится с медных трубок 1 конвекцией, поскольку воздух может проходить через проходы в медных трубках. Это прямо противоположно устройствам из уровня техники, в которых необходим теплоотвод с тыльной стороны печатной платы (поскольку размещение теплоотвода на лицевой стороне печатной платы непрактично или невозможно) и требуется кондуктивная передача тепла к теплоотводу через печатную плату.
Расстояние между светодиодами 4 и медными трубками 1 невелико, поскольку каждый светодиод окружен медными трубками, и, следовательно, каждый светодиод расположен близко к медным трубкам, поэтому температурный градиент в направлении от центра к периферии печатной платы оказывается меньше, чем в случае обычных теплоотводов.
Помимо упомянутых выше преимуществ, весьма эффективное охлаждение светодиодов 4 позволяет располагать их ближе друг к другу, чем в устройствах из уровня техники, при этом они работают при меньших температурах и/или при большей выходной мощности. Столь хорошее охлаждение достигается без использования дорогостоящих теплопроводящих печатных плат или теплоотводов, а в некоторых случаях и без вентиляционного устройства 5.
Кроме того, устройство по настоящему изобретению существенно компактней (имеет меньший форм-фактор), чем устройства из уровня техники, в основном, за счет отсутствия крупного теплоотвода с тыльной стороны печатной платы.
Изобретение имеет определенное преимущество, заключающееся в том, что воздушный поток 6 возникает (за счет принудительной вентиляции или естественной конвекции) в направлении, противоположном направлению света светодиодов 4 (т.е. воздушный поток направлен спереди назад) и, соответственно, тепло не рассеивается и не накапливается в области перед устройством, свет которого создается светодиодами.
Claims (13)
1. Полупроводниковое устройство, содержащее:
подложку (2) с лицевой стороной и тыльной стороной и множеством проемов (9), каждый из которых расположен между лицевой стороной и тыльной стороной;
множество полупроводниковых элементов (4), расположенных на лицевой стороне подложки (2); и
теплопроводящие элементы (1, 10), находящиеся в хорошем тепловом контакте с полупроводниковыми элементами (4) и с краями проемов (9),
отличающееся тем, что, по меньшей мере, некоторые из теплопроводящих элементов (1, 10) представляют собой теплопроводящие трубчатые элементы (1), выступающие за лицевую сторону подложки (2) и образующие открытые проходы без препятствий, выполненные сквозь проемы между лицевой стороной и тыльной стороной подложки (2).
подложку (2) с лицевой стороной и тыльной стороной и множеством проемов (9), каждый из которых расположен между лицевой стороной и тыльной стороной;
множество полупроводниковых элементов (4), расположенных на лицевой стороне подложки (2); и
теплопроводящие элементы (1, 10), находящиеся в хорошем тепловом контакте с полупроводниковыми элементами (4) и с краями проемов (9),
отличающееся тем, что, по меньшей мере, некоторые из теплопроводящих элементов (1, 10) представляют собой теплопроводящие трубчатые элементы (1), выступающие за лицевую сторону подложки (2) и образующие открытые проходы без препятствий, выполненные сквозь проемы между лицевой стороной и тыльной стороной подложки (2).
2. Полупроводниковое устройство по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, некоторые из полупроводниковых элементов (4) представляют собой светодиоды.
3. Полупроводниковое устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что подложка (2) представляет собой обычную печатную плату.
4. Полупроводниковое устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что теплопроводящие элементы (1, 10) включают в себя проводящий листовой материал (10), расположенный между полупроводниковыми элементами (4) и трубчатыми элементами (1).
5. Полупроводниковое устройство по п.4, отличающееся тем, что проводящий листовой материал (10) расположен с лицевой стороны подложки (2).
6. Полупроводниковое устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что теплопроводящие трубчатые элементы (1) расположены внутри проемов (9) и образуют открытые проходы между лицевой стороной и тыльной стороной подложки (2).
7. Полупроводниковое устройство по п.6, отличающееся тем, что, по меньшей мере, некоторые из открытых проходов располагаются перпендикулярно подложке (2).
8. Полупроводниковое устройство по п.6, отличающееся тем, что, по меньшей мере, некоторые из трубчатых элементов (1) выступают за тыльную сторону подложки (2).
9. Полупроводниковое устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что содержит вентиляционное устройство (5), выполненное с возможностью формирования потока воздуха (6) сквозь открытые проходы в направлении от лицевой стороны подложки (2) к тыльной стороне подложки (2).
10. Полупроводниковое устройство по п.6, отличающееся тем, что теплопроводящие трубчатые элементы (1) представляют собой цилиндрические трубки.
11. Полупроводниковое устройство по п.3, отличающееся тем, что подложка (2) выполнена из неметаллического материала.
12. Полупроводниковое устройство по п.7, отличающееся тем, что по меньшей мере, некоторые из трубчатых элементов (1) выступают за тыльную сторону подложки (2).
13. Полупроводниковое устройство по п.7, отличающееся тем, что теплопроводящие трубчатые элементы (1) представляют собой цилиндрические трубки.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GBGB1109095.8A GB201109095D0 (en) | 2011-05-31 | 2011-05-31 | Cooling of LED illumination devices |
GB1109095.8 | 2011-05-31 | ||
PCT/IB2012/050693 WO2012164409A1 (en) | 2011-05-31 | 2012-02-15 | Cooling of semiconductor devices |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2546492C1 true RU2546492C1 (ru) | 2015-04-10 |
Family
ID=44310624
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013152880/12A RU2546492C1 (ru) | 2011-05-31 | 2012-02-15 | Полупроводниковое устройство с охлаждением |
Country Status (11)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20140098538A1 (ru) |
EP (1) | EP2715226B1 (ru) |
JP (1) | JP2014522571A (ru) |
CN (1) | CN103582781A (ru) |
AU (1) | AU2012264336B2 (ru) |
CA (1) | CA2837287A1 (ru) |
ES (1) | ES2541758T3 (ru) |
GB (1) | GB201109095D0 (ru) |
RU (1) | RU2546492C1 (ru) |
WO (1) | WO2012164409A1 (ru) |
ZA (1) | ZA201308982B (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2604097C2 (ru) * | 2015-05-07 | 2016-12-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Теплопроводящее основание радиоэлектронного блока |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5632885B2 (ja) * | 2012-08-31 | 2014-11-26 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 電力変換装置 |
JP6686878B2 (ja) * | 2014-04-08 | 2020-04-22 | ソニー株式会社 | 光源装置、及び画像表示装置 |
CN107148684A (zh) * | 2014-12-11 | 2017-09-08 | 西铁城电子株式会社 | 发光装置 |
US10228117B2 (en) | 2015-11-06 | 2019-03-12 | Honeywell International Inc. | Air mixing methodology and system to reduce the temperature of LEDs of a photocatalytic reactor |
US10602671B2 (en) | 2018-01-23 | 2020-03-31 | Grow Lites, LLC | Gas-delivery light fixture and method for making and using |
EP3647654A1 (en) * | 2018-10-31 | 2020-05-06 | Valeo Iluminacion, S.A. | Automotive lighting device |
WO2020227827A1 (en) * | 2019-05-15 | 2020-11-19 | Magna Exteriors Inc. | Vehicle lighting with thermal control |
CN112791313B (zh) * | 2021-01-06 | 2022-04-15 | 江苏希格玛医疗科技有限公司 | 一种波长和强度稳定的led光源组件及光源*** |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU64321U1 (ru) * | 2007-02-14 | 2007-06-27 | Владимир Александрович Круглов | Осветительное устройство |
WO2008093978A1 (en) * | 2007-01-31 | 2008-08-07 | Zalman Tech Co., Ltd. | Led assembly including cooler having heat pipe |
RU83680U1 (ru) * | 2008-12-08 | 2009-06-10 | Александр Андреевич Петров | Светильник |
WO2009148447A1 (en) * | 2008-06-05 | 2009-12-10 | Relume Corporation | Sectionally covered light emitting assembly |
MD4061B1 (ru) * | 2009-02-20 | 2010-07-31 | Николае Павел КОВАЛЕНКО | Охладитель для светильника со светодиодами |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5278432A (en) | 1992-08-27 | 1994-01-11 | Quantam Devices, Inc. | Apparatus for providing radiant energy |
KR100419611B1 (ko) | 2001-05-24 | 2004-02-25 | 삼성전기주식회사 | 발광다이오드 및 이를 이용한 발광장치와 그 제조방법 |
EP1393374B1 (en) | 2001-05-26 | 2016-08-24 | GE Lighting Solutions, LLC | High power led lamp for spot illumination |
JP2004095655A (ja) * | 2002-08-29 | 2004-03-25 | Toshiba Lighting & Technology Corp | Led装置およびled照明装置 |
US20040184272A1 (en) * | 2003-03-20 | 2004-09-23 | Wright Steven A. | Substrate for light-emitting diode (LED) mounting including heat dissipation structures, and lighting assembly including same |
US7198386B2 (en) | 2003-09-17 | 2007-04-03 | Integrated Illumination Systems, Inc. | Versatile thermally advanced LED fixture |
US7144135B2 (en) * | 2003-11-26 | 2006-12-05 | Philips Lumileds Lighting Company, Llc | LED lamp heat sink |
KR101171186B1 (ko) | 2005-11-10 | 2012-08-06 | 삼성전자주식회사 | 고휘도 발광 다이오드 및 이를 이용한 액정 표시 장치 |
KR101305884B1 (ko) | 2006-01-06 | 2013-09-06 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 다이오드 패키지, 이의 제조 방법 및 이를 구비하는백라이트 유닛 |
ITMI20070120A1 (it) * | 2007-01-26 | 2008-07-27 | Piper Lux S R L | Faretto a led |
CN201025338Y (zh) * | 2007-03-09 | 2008-02-20 | 天台县海威机电有限公司 | 一种led灯具 |
EP2220431A4 (en) | 2007-11-19 | 2015-03-11 | Nexxus Lighting Inc | DEVICE AND METHOD FOR HEAT EXTRACTION IN A LAMP |
JP2009231135A (ja) * | 2008-03-24 | 2009-10-08 | Toshiba Lighting & Technology Corp | 照明装置 |
US8492179B2 (en) * | 2008-07-11 | 2013-07-23 | Koninklijke Philips N.V. | Method of mounting a LED module to a heat sink |
US20100073944A1 (en) * | 2008-09-23 | 2010-03-25 | Edison Opto Corporation | Light emitting diode bulb |
JP4813582B2 (ja) * | 2009-01-30 | 2011-11-09 | 株式会社 近藤工芸 | Ledランプ |
CN101666435B (zh) * | 2009-09-30 | 2012-10-03 | 浙江西子光电科技有限公司 | 带散热装置的led灯具及其加工方法 |
US8388196B2 (en) * | 2011-06-15 | 2013-03-05 | Chin-Wen Wang | Heat dissipator and LED illuminator having heat dissipator |
-
2011
- 2011-05-31 GB GBGB1109095.8A patent/GB201109095D0/en not_active Ceased
-
2012
- 2012-02-15 EP EP12714368.3A patent/EP2715226B1/en not_active Not-in-force
- 2012-02-15 CN CN201280027043.8A patent/CN103582781A/zh active Pending
- 2012-02-15 US US14/123,426 patent/US20140098538A1/en not_active Abandoned
- 2012-02-15 WO PCT/IB2012/050693 patent/WO2012164409A1/en active Application Filing
- 2012-02-15 CA CA2837287A patent/CA2837287A1/en not_active Abandoned
- 2012-02-15 AU AU2012264336A patent/AU2012264336B2/en not_active Ceased
- 2012-02-15 JP JP2014513273A patent/JP2014522571A/ja active Pending
- 2012-02-15 RU RU2013152880/12A patent/RU2546492C1/ru not_active IP Right Cessation
- 2012-02-15 ES ES12714368.3T patent/ES2541758T3/es active Active
-
2013
- 2013-11-29 ZA ZA2013/08982A patent/ZA201308982B/en unknown
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008093978A1 (en) * | 2007-01-31 | 2008-08-07 | Zalman Tech Co., Ltd. | Led assembly including cooler having heat pipe |
RU64321U1 (ru) * | 2007-02-14 | 2007-06-27 | Владимир Александрович Круглов | Осветительное устройство |
WO2009148447A1 (en) * | 2008-06-05 | 2009-12-10 | Relume Corporation | Sectionally covered light emitting assembly |
RU83680U1 (ru) * | 2008-12-08 | 2009-06-10 | Александр Андреевич Петров | Светильник |
MD4061B1 (ru) * | 2009-02-20 | 2010-07-31 | Николае Павел КОВАЛЕНКО | Охладитель для светильника со светодиодами |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2604097C2 (ru) * | 2015-05-07 | 2016-12-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Теплопроводящее основание радиоэлектронного блока |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU2012264336B2 (en) | 2014-11-06 |
CA2837287A1 (en) | 2012-12-06 |
ES2541758T3 (es) | 2015-07-24 |
JP2014522571A (ja) | 2014-09-04 |
CN103582781A (zh) | 2014-02-12 |
GB201109095D0 (en) | 2011-07-13 |
AU2012264336A1 (en) | 2014-01-09 |
US20140098538A1 (en) | 2014-04-10 |
WO2012164409A1 (en) | 2012-12-06 |
EP2715226B1 (en) | 2015-04-08 |
EP2715226A1 (en) | 2014-04-09 |
ZA201308982B (en) | 2014-07-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2546492C1 (ru) | Полупроводниковое устройство с охлаждением | |
US7611263B2 (en) | Light source module with a thermoelectric cooler | |
EP2397753B1 (en) | Led lamp and a heat sink thereof having a wound heat pipe | |
KR100972975B1 (ko) | Led 조명장치 | |
TWI516713B (zh) | Led照明裝置及其散熱器(二) | |
US20110038154A1 (en) | System and methods for lighting and heat dissipation | |
CN101315176A (zh) | 具较佳散热效率的光源模组 | |
KR101152297B1 (ko) | 엘이디조명등 | |
US9752770B2 (en) | Light-emitting diode light fixture with channel-type heat dissipation system | |
KR101228757B1 (ko) | 이중 냉각 구조를 갖는 led 조명장치 | |
RU2511564C1 (ru) | Светильник светодиодный (варианты) | |
JP3181991U (ja) | 発光ダイオードランプ | |
JP5558930B2 (ja) | Led素子の放熱構造 | |
US20110050103A1 (en) | Led lamp having heat-dissipating device | |
JP5390781B2 (ja) | 光源冷却装置 | |
KR101023177B1 (ko) | 높은 열발산성을 갖는 고출력의 led 조명 장비 | |
KR101188350B1 (ko) | 히트 스프레더를 이용한 엘이디 조명 | |
KR101524127B1 (ko) | Led유닛 방열 장치 및 방법 | |
KR20100099520A (ko) | 조명 장치 | |
CN106224918B (zh) | 一种均温板散热装置 | |
KR101571830B1 (ko) | 엘이디 조명기구 | |
TWI420040B (zh) | 發光二極體燈具 | |
KR101184325B1 (ko) | 플랫스크류를 포함한 방열수단을 갖는 엘이디 조명 장치 | |
TWM332162U (en) | Structure of lighting device | |
TWM362509U (en) | Heat-dissipating device for LED |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150528 |