TWI267964B - Light-emitting diode module, and heat dissipation system and its heat dissipation method using LED module - Google Patents

Description

1267964 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種發光二極體模組，特別是指一種 放熱性能佳的高功率發光二極體模組。 【先前技術】 發光二極體（Light Emitting Diode，以下簡稱LED)是一 種可直接將電能轉化為可見光和輻射能的發光元件，早期 應用在產σ口上作為訊號指不燈，但由於其具有工作電壓 低、耗電量小、發光效率高、光色純、質量輕、體積小、 結構穩固、耐震、成本低等多方優點，極具市場潛力，因 此有許多大廠積極投入相關技術之研發，並已在照明等用 途上有所突破。舉例來說，目前已有高亮度LED逐漸取代 一般傳統照明領域的趨勢。 在免度及效率不斷增加的同時，為達到高亮度而設計 之高功率LED直接面臨到的就是發光過程中產生發熱性損 耗的散熱問題。 高溫對於LED本身有許多不良的影響，不但會使led 晶粒因溫度提昇而降低效率，也會減少其使用壽命，對於 白光LED而言還會造成螢光粉劣化、影響輸出的色彩平衡 等現象。因此近年來對於高功率LED所產生的散熱問題， 已為眾家廠商首要解決之一環。 參閱圖1，習知一種散熱方式係將經封裝過的LED 1 〇 以直接焊接的方式，將其金屬接腳π 1焊於印刷電路板 (Printed Circuit Board，以下簡稱PCB)1表面之一銅箱層12 1267964 位置上並與PCB i電連接。該設置方式乃藉由導熱性質良 好的銅箔層12吸收LED 10所產生的熱量並傳導出去，、^ led ίο僅以面積不大的金屬接腳lu與該銅箔層P作局部 的熱傳接觸，因此並不能滿足高功率LED丨〇所需之散熱量 ，以同瓦數的LED 10來說，即使增加該銅箔層12的佈嗖 面積散熱能力仍嫌不足，且造成PCB丨面積之浪費。 由於LED整體製程包括晶粒設計製造、封裝及測試等 ，因此亦可由封裝技術上著手解決散熱問題。參閱圖2，習 知之另一種散熱方式是將LED晶粒u封裝在一導熱性質二 好的金屬散熱基座2中，該金屬散熱基座2具有二供電連 接的金屬接腳21，而該等金屬接腳21則同樣是焊在一 1的銅猪㉟12上，並使得該金屬散熱基i 2之底面直接與 該銅绪層12接觸。該方法係將LED晶粒^所產生的熱量 得透過金屬散熱基I 2傳導出來，但就系統而言，其仍= 藉由該銅羯層來進行散熱，而在焊接過程中對銅落層= 所上的防焊塗料（圖未示）亦不利於散熱的進行，因此仍需藉 由加大糊層12之面積以求得較好的散熱效果，如I; 樣造成了 PCB 1使用面積之浪費。 ί閱圖3，為了應付上述問題，習知之另一種散熱方式 疋使用金屬芯印刷電路板（Metal c〇re州⑽ci咖h ，以下簡％]VICPCB)l〇來克服。該MCpCB 1〇具有一薄型 PCB 1及一黏於該薄型pcB丨底下的金屬基板ι〇ι，封裝於 一金屬散熱基座2上的LED絲11麻其金屬接腳21焊 在j MCPCB 1〇之銅羯層12±，並使該金屬散熱基座2之 1267964 腳則分別與晶粒正、負極 、電連接。该橋接件佈設於該散熱 表置之5又置面上並提供雷、、店 ^. /、電源，该橋接件包括正、負二接電 邛，而該等接腳分別與該等接 寻接包邛电連接，並使該散熱基 座之底面對應貼設於該散㈣置之設置面上。 ^接件以電路軟板’該電路軟板係讀質絕緣材 :土底佈於心置面上’並以銅箱作為導體而舖設 於该基底上。除了正、倉接 員接電σ卩之外，該電路軟板更包括

二为別由該等接電部延伸並繞 τ卫、兀過該放熱基座之投影區域而 佈設的電路走線。 "該橋接件可為電線’該電“㈣的方式使線路繞過 忒政熱基座之投影區域而佈設於該設置面上。 該橋接件可為裁切過之印刷電路板’該印刷電路板上 之二接電部係間隔設置，並於該等接電部之間形成一預留 的空間供該散熱基座容設並使其底面能直接貼設於該散熱 裝置之設置面上。 -種發光二極體的散熱方法’該發光二極體包括一散 熱基座、二供電連接的接腳及至少―封裝於該散熱基座上 之發光二極體晶粒，該散熱方法包含下列步驟： Α)提供一具有一設置面的散熱裝置； 、，Β)於該設置面上佈設一橋接#，該橋接件連接電源端 亚包括正、負二接電部，該等接電部對應該等接腳之位置 設置’並形成一預留的空間；及 C)將該發光二極體置入該空間，一方面使其二接腳分 別對應地與該等接電部電連接，另—方面使其散熱基座之 1267964 底面對應設置於該空間直接與該設置面貼設。 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可 清楚的呈現。 在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說 明内备中，類似或相同的元件是以相同的編號來表示。 參閱圖4，本發明發光二極體散熱系統之第一較佳實施 例包3放熱裝置5，以及一發光二極體模組6。散熱裝置 5係與發光二極體模組6，亦即一熱源熱連接，並能=熱源 所產生的熱政逸至外界環境中。市面上可見散熱裝置$之 型態者眾，例如：均熱器、液冷式散熱器、散熱鰭片，或 是上述元件之複合體等等，而其共同特徵皆具有一可與熱 源熱連接的設置面51。本實施例中，所述之散熱裝置5係 為一具有一設置面5 1的散熱鰭片。 參閱圖5，該發光二極體模組6包括一散熱基座61、 複數封裝於該散熱基座61内的LED晶粒62、二分別與 LED晶粒62正、負極電連接的接腳612，以及一佈設於該 散熱裝置5之設置面51上並提供電源的橋接件㈣。該散 熱基座61之工作原理是藉其内部優異的熱導性材料將該等 LED晶粒62於發光過程中所產生的熱量傳導出來，如圖$ 所示，該散熱基i 61之底部通常具有一用以導出熱量且供 熱連接的金屬散熱底面611。 橋接件630係為一提供電源並供二接腳612電連接之 1267964 元件本貝^例中’ 4橋接件63Q是以軟質絕緣材質作為 基底632佈設於該設置面51上並以銅猪6 於該基底㈣上的電路軟板631。該橋接件㈣包括間= 置的正、負二接電部634，以及二分別由該等接電部634延 伸且佈設於該設置面51上的電路走線635。其中，接電部 634 i、接腳612連谭’而電路走線635則用以直接導接電源 端或是與其他元件串、並聯使用。在此要說明的是，由於

’路权板631在結構上僅包含接電部634以及精簡的電路 走線635，且電路走線635在其佈置上更可依需求作適當的 曲繞’因此本發明㈣目的即藉此調整出-預留的空間636， 使接腳612付與接電部634導接，同時散熱基座μ設置於 該空間636且直接與散熱褒置5之設置面51貼設。、 承上，本發明發光二極體的散熱方法，是依照下列步 驟設置： (A)提供一具有一設置面51的散熱裝置5。

W將該散熱裝置5之設置面51以及該散熱基座6ι之 金屬散熱底面611進行拋光處理。 (〇將>該電路軟板631黏持於該散熱裝置5之設置面51 使/等接電σρ 634對應散熱基座6丨之接腳6丨2的位置 :置’同4使其電路走線635預先繞過該散熱基座Μ之投 影位置而形成一預留的空間636。 扣()將忒封衣有複數LED晶粒62的散熱基座61置入該

工間636，-方面使其兩側的接腳612分別對應地與二接電 部 634 it、!:里，ψ I 一方面同時使散熱基座61之金屬散熱底面 10 1267964 611透過該空間636直接與該設置面51貼設。另外，為加 強散熱基座6丨與該設置面51之固定性，本實施例更以具° 熱傳導性之導熱膠7膠著於該設置面51上。

參閱圖6與圖7,在其他的實施態樣中，橋接件63〇可 以為電線637，係如圖6般以電線637牵引的方式避開散熱 基座61並以二接電部634與兩接腳612導接；橋接件 亦可以為-PCB 638，係如圖7般預先在該pcB㈣上佈 好電路，然後於散熱基座61預定設置於pcB 638上的位置 ，以裁切的方式空出一能讓金屬散熱底面611直接與該設置 面51貼設的穿槽639 ’如此同樣都能達到本創作欲達成之 功效，也同屬於本創作之設計概念。 由上述可知，本發明發光二極體散熱系統及散熱方法 在設計上，係將電路部分與散熱部分完全分離一電路方面 以接腳6i2透過橋接件63〇導接，散熱方面則使得咖晶 粒62於發光時所產生的熱量可透過散熱基座^之金屬散 熱底面611直接傳導到散熱裝置5而散逸至外界環境中，解 决了 s知/、藉由銅箱層散熱或需經多道傳熱介質、效果不 佳、成本高的問題。 —麥閱圖8與圖9，本發明發光二極體散熱系統之第二較 乜：¼例包3 一散熱裝置5、一發光二極體模組6，以及一 口疋4置8忒散熱裝置5及該發光二極體模組6之結構以 又置方法大邛分與該第一較佳實施例相同，故相同之處 ::¾述不同的是’本實施例並不使用導熱膠7(圖未示) 膠著’而是利用該Μ裝置8以機械聯結的方式將該散熱 11 1267964 基座61固定於該散熱裝置5之設置面51上。 該固定裝置8包括一壓板81以及二螺絲82，該壓板 81係配合該散熱基座61外型而以不遮蔽到光源的鏤空套蓋 方式，由上而下將散熱基座61持壓於該散熱裝置5之設置 面51上，最後再以該等螺絲82將壓板81螺鎖於該散熱裝 置5上即完成組裝。 歸納上述，本發明發光二極體散熱系統及散熱方法， 能將熱量透過散熱基座61之金屬散熱底面611直接傳導到 散熱裝置5 ’故熱傳的路徑沒有任何散熱不良的介質存在， 可即痛成本又同時具有優秀的散熱效能，增力口 led晶粒Μ 的出光效率及使用壽命。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 ，以此限定本發明實施之範圍’即大凡依本發明中請二利 範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 過的TPn :V …一種散熱方式是將經封裝 、 以直接焊接的方式將其金屬接腳焊於PCB上· 曰圖2是一侧視圖，說明習知另一種散熱方 ’

日日粒封裝在—金屬散熱 ，LED 屬接腳焊在—PCB上； ㈣座之二金 圖3是一側視圖，說明f知另_ 屬散熱基座之二金屬接腳谭在—McpcB上’;、、、方式疋將該金 圖4是一上視圖，說明本發明發光二極體散熱系統之 12 1267964 第一較佳實施例。 加侵1干 < 二接電部分別與散 熱基座之二接腳電連接，並使嗲埒 使壤放熱基座之金屬散熱底面 對應貼設於一散熱裝置之設置面上： 、、圖6是-上視圖，說明該第一較佳實施例之橋接件可 以為電線；

、、圖7是-上視圖，說明該第一較佳實施例之橋接件可 以為一裁切過之PCB ; 从_圖8是一上視圖，1兒明本發明發光二極體散熱系統之 第二較佳實施例；及 壯圖9是一側視圖，說明該第二較佳實施例是以一固定 裝置以機械聯結的方式將該散熱基座固定於該設置面上。 13 1267964 【主要元件符號說明】 5…… •…散熱裝置 634… •…接電部 51…… •…設置面 635… •…電路走線 6 ....... •…發光二極體模組 636… …·空間 61 ·.··. •…散熱基座 637… …·電線 611 ··· •…金屬散熱底面 638… …PCB 612… …·接腳 639… •…穿槽 f. 〇..... …· Τ Ρ Ή 曰私 7 ...... ____道為舰 0 Z JL Jt!/ U日日牙IL 630… …·橋接件 8 ....... •…固定裝置 63卜· …·電路軟板 81…… •…壓板 632… 基底 82…… •…螺絲 633… 銅括 14

Claims (1)

1267964 十、申請專利範圍： 設置於一散熱裝 置之設置面上 κ 一種發光二極體模組 包含： 主少一發光二極體晶粒； m2熱基座，供該發光二極體晶粒封裝於其上，且 °“座以底面對應貼設於該散熱襞置之設置面上.

::腳’分別與發光二極體晶粒正、負極並 向外延伸；及 狀 接件％過该散熱基座貼設處地佈設於該散熱 二置之认置面上並提供電源，該橋接件包括正、負二接 電部，而該等接電部分別與該等接腳電連接。 2·依據申請專利範圍第1項所述之發光二極體模組，其中 ’該橋接件係為以軟質絕緣材質作為基底佈設於該設置 面上並：銅fl作為導體舖設於該基底上的電路軟板，包 括一接包邛，以及二分別由該等接電部延伸並繞過該散 熱基座之投影區域而佈設的電路走線。 3·依據申請專利範圍第2項所述之發光二極體模組，其中 ，二接腳位於該散熱基座外側緣之兩相反位置，該等接 電部對應該等接腳之位置間隔佈設，而該散熱基座即由 該等接電部之間與該設置面貼設。 4·依據申明專利範圍第丨項所述之發光二極體模組，其中 ，該橋接件係為繞過該散熱基座之投影區域而佈設並提 供一接電部的電線。 5.依據申請專利範圍第丨項所述之發光二極體模組，其中 15 1267964 ，該橋接件之二接電部係間隔設置，並於該等接電部之 間形成一預留的空間供該散熱基座伸入並使其底面直接 貼設於該散熱裝置之設置面上。 6_依據申請專利範圍第5項所述之發光二極體模組，其中 ’該橋接件係為裁切過之印刷電路板。 7 ·依據申請專利範圍第丨項所述之發光二極體模組，其中 ，該散熱基座之底面與該散熱裝置之設置面之間係以具 熱傳導性之導熱膠黏著。 8.依據申請專利範圍第丨項所述之發光二極體模組，其中 ，該散熱基座與該散熱裝置之間係以機械方法固定設置 〇

依據申請專利範圍第8項所述之發光二極體模組，其中 ，該機械方法係提供一可配合該散熱基座而將其持壓並 固定於該散熱裝置之設置面上的壓板。 種發光二極體散熱系統，包含： 一散熱裝置，具有一設置面； 至少一發光二極體晶粒； 一散熱基座，供該發光二極體晶粒封裝於其上，且 该散熱基座以底面對應貼設於該散熱裝置之設置面上； 下刀別與發光二極體晶粒正、負極電連接並 向外延伸；及 —橋接件，繞過該散熱基座貼設處地佈設於該散埶 裝置之設置面上並提供電源，該橋接件包括正、負二接 電部，而該等接電部分別與該等接腳電連接。 16 1267964 11 ·依據申請專利範圍第1 0項所述之發光二極體散熱系統， 其中，該橋接件係為以軟質絕緣材質作為基底佈設於該 設置面上並以銅箔作為導體铺設於該基底上的電路軟板 ’包括二接電部，以及二分別由該4接電部延伸並繞過 該散熱基座之投影區域而佈設的電路走線。 1 2·依據申請專利範圍第丨丨項所述之發光二極體散熱系統， — 其中，二接腳位於該散熱基座外側緣之兩相反位置，該 等接電部對應該等接腳之位置間隔佈設，而該散熱基座 ® 即由該等接電部之間與該設置面貼設。 13 ·依據申請專利範圍第1 〇項所述之發光二極體散熱系統， 其中，該橋接件係為繞過該散熱基座之投影區域而佈設 並提供二接電部的電線。 14·依據申請專利範圍第1 〇項所述之發光二極體散熱系統， 其中’ δ亥橋接件係為印刷電路板，該橋接件之二接電部 係間隔設置，並於該等接電部之間以裁切之方式形成一 預留的空間供該散熱基座伸入，並使其底面直接貼設於 該散熱裝置之設置面上。 15.依據申請專利範圍第1〇項所述之發光二極體散熱系統， 其中’該散熱基座之底面與該散熱裝置之設置面之間係 以具熱傳導性之導熱膠黏著。 16·依據申請專利範圍第1〇項所述之發光二極體散熱系統， 更包含一固定裝置，該固定裝置包括一可配合該散熱基 座而將其持壓於該散熱裝置之*置面丨的壓板，及複數 將該壓板螺鎖於該散熱裝置上的螺絲。 17 1267964 17.—種發光二極體的散熱方法，該發光二極體包括一具有 二供電連接的接腳之散熱基座及至少一封裝於該散熱基 座上之發光二極體晶粒’該方法包含下列步驟： A) 提供一具有一設置面的散熱裝置； B) 於該設置面上佈設一橋接件，該橋接件連接電源 立而並包括正、負二接電部，該等接電部對應該等接腳之 _ 位置設置，並形成一預留的空間；及 • C)將該發光二極體置入該空間，一方面使其二接腳 分別對應地與該等接電部電連接，另一方面使其散熱基 座之底面透過該空間直接與該設置面貼設。 18·依據申請專利範圍第I?項所述之發光二極體的散熱方法 : ，其中，於步驟A)與B)之間，更包含一將該散熱裝置 * 之°又置面或该散熱基座之底面"一者至少一進行抛光處理 的步驟D)。 19·依據申請專利範圍第I?或18項所述之發光二極體的散 φ 熱方法，其中該步驟C)中之散熱基座係透過具熱傳導 性之導熱膠膠著於該設置面上。 20·依據申請專利範圍第17項所述之發光二極體的散熱方法 ’其中該步驟B)中係提供一電路軟板作為該橋接件， 該電路軟板包括該等接電部以及由該等接電部分別延伸 而出的電路走線，且該電路走線繞過該散熱基座之預定 設置區域而佈設於該設置面上。 18