TWI401017B - 散熱模組之結合方法 - Google Patents

Description

散熱模組之結合方法

本發明係關於一種散熱模組之結合方法，特別是關於一種能夠提升散熱效率的散熱模組之結合方法。

習知散熱模組之結合方法，請參照第1及2圖所示，其步驟包含：將一電路板91利用熱壓合、粘合或螺固等定位方式結合於一均熱板92之一第一表面921，以共同構成一基板，其中該均熱板92之材質為具有高熱傳導能力及低比重之鋁板；預先在一散熱單元93之一結合面931上塗覆具高導熱能力之粘著劑(例如：散熱膏)，藉由該粘著劑在該均熱板92及散熱單元93之間形成一導熱連接層94，以便該均熱板92之一第二表面922能夠貼接於該散熱單元93之結合面931上，同時使該基板之數個螺孔95與該散熱單元93之數個螺孔932相對位；接著，利用數個鎖固元件96對位螺固於該螺孔932、95內，使該基板能夠穩固的結合於該散熱單元93之結合面931上；最後，將數個發熱元件97之數個接腳971焊接於該電路板91之一表面，使該發熱元件97與埋設於該電路板91內之電路形成電性連接。

當該發熱元件97運作時，該均熱板92會間接透過該電路板91以熱傳導方式持續吸收該發熱元件97所產生的熱能，同時該均熱板92亦將所吸收之熱能透過該導熱連接層94傳導至該散熱單元93。又，由於該散熱單元93設有數個鰭片933，且各該鰭片933係間隔排列形成於該散熱單元93未與該均熱板92相結合之表面上，藉此增加該散熱單元93之散熱面積，以達到提升散熱效率的目的，進一步避免該發熱元件97之工作溫度過高而導致毀損或效能降低的情況發生。

在習知散熱模組所形成之結合構造中，由於該發熱元件97所產生的熱能須經由該電路板91、均熱板92及導熱連接層94等多層構造之後才會被傳導至該散熱單元93之數個鰭片933上進行熱交換動作，且該電路板91、均熱板92及導熱連接層94均為不同材質的構件，其中該電路板91更由絕緣材質(例如：環氧樹脂或酚醛樹脂等)作為主要基材，其熱傳導能力較低，因而嚴重影響到該習知散熱模組之熱傳導效率，由此可知前述諸多構件所形成之多層結合構造不但降低了該習知散熱模組之整體散熱效果，其過多的構件數量更造成了高生產組裝成本的缺點。

又，由於該均熱板92及散熱單元93均為金屬材質製成之構件，以致該均熱板92及散熱單元93之間需要額外增設該導熱連接層94，才能增強其二者之間的結合可靠度，因而增加了該習知散熱模組之結合方法的組裝複雜度及困難度，導致生產組裝效率過於低落。有鑑於此，前述習知散熱模組之結合方法確實仍有加以改善之必要。

本發明係提供一種散熱模組之結合方法，其能夠將發熱元件產生之熱能直接傳導至散熱單元進行熱交換，以提升整體散熱效率，為本發明之目的。

本發明係提供一種散熱模組之結合方法，其能夠省略不必要之構件，同時簡化組裝程序，以提升組裝效率及降低生產成本，為本發明之另一目的。

為達到前述發明目的，本發明所運用之技術手段及藉由該技術手段所能達到之功效包含有：一種散熱模組之結合方法，其步驟包含：在一電路板上預先形成至少一通孔，並使該通孔貫穿該電路板之相對二表面；將一散熱單元或至少一發熱元件固定於該電路板之一表面，並對位覆蓋該通孔之一端；接著，填入一金屬焊料於該通孔內；將未設置之該散熱單元或發熱元件固定於該電路板之另一表面，並對位覆蓋該通孔之另一端；最後，加熱熔融該通孔內之金屬焊料，使該金屬焊料分別熔接於該發熱元件及散熱單元。

本發明主要藉由在該電路板設置該至少一通孔，並透過該通孔內之金屬焊料使得該發熱元件能夠直接與該散熱單元相結合，使得本發明可有效改善其整體熱傳導效率，並減少構件數量，達到降低生產成本的目的。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第3至10圖所示，本發明第一實施例之散熱模組之結合方法係選擇以一LED燈具之結合方法作為其中一實施樣態說明，但本發明之用途並不受限使用於該LED燈具的組裝結合上，亦可廣泛使用於其他需要散熱構造之電子裝置。

請再參照第3至10圖所示，本發明第一實施例之散熱模組之結合方法係包含下列步驟：在一電路板1上預先形成至少一通孔11；將該電路板1之一表面結合於一散熱單元2之一結合面21上；填入一金屬焊料3於該通孔11內；接著，將至少一發熱元件4固定於該電路板1之另一表面，且該發熱元件4同時對位覆蓋於該通孔11之一端；最後，加熱熔融該通孔11內之金屬焊料3，使該金屬焊料3分別熔接於該散熱單元2及發熱元件4。

更詳言之，請參照第4圖所示，本發明第一實施例之散熱模組之結合方法之第一步驟S1係利用機械成形方式(例如：衝孔等)預先在該電路板1上形成該通孔11，其中該電路板1係為一般印刷電路板(Printed circuit Board,PCB)，且較佳選擇為FR-4或FR-5基板，該電路板1之相對二側面分別為一第一表面12及一第二表面13，該通孔11之二端係貫穿連通該電路板1之第一表面12及第二表面13。

請參照第5圖所示，本發明第一實施例之散熱模組之結合方法之第二步驟S2係將該電路板1定位於該散熱單元2上，並使該電路板1之第一表面12與該散熱單元2之結合面21相結合，藉由該散熱單元2封閉該通孔11之一端開口。其中，該散熱單元2較佳係選擇為一散熱鰭片，其係選擇由具高導熱能力之金屬材質製成，例如鋁、銅、銀或其合金等。該散熱單元2在相對於該結合面21的另一表面上形成有數個鰭片22，藉此增加該散熱單元2與空氣之間的熱交換面積，提升其散熱效率。

請參照第6圖所示，由於前述第二步驟S2已利用該散熱單元2之結合面21封閉該通孔11之一端開口，因此本發明第一實施例之散熱模組之結合方法之第三步驟S3係經由該通孔11未封閉之一端開口將該金屬焊料3填入該通孔11內，同時亦對應在該電路板1之數個接點14上塗覆該金屬焊料3，其中該金屬焊料較佳係選擇為具有高導熱能力之焊料(例如：錫膏等)。

請參照第7圖所示，本發明第一實施例之散熱模組之結合方法之第四步驟S4係將該發熱元件4設置於該電路板1之第二表面13，並使該發熱元件4之一導熱部41對位覆蓋於該通孔11之另一端開口，藉此將該金屬焊料3封閉於該通孔11內。此時，該發熱元件4之數個接腳42對位結合於該電路板1之數個接點14上。又，該導熱部41較佳由具高導熱能力之金屬材質構成，例如鋁、銅、銀或其合金等，且該導熱部41之接觸面積較佳係大於該通孔11之開口面積，以便該導熱部41能夠完全對位覆蓋該通孔11。另外，由於本實施例係選擇以該LED燈具作為實施樣態說明，因此該發熱元件4較佳選擇為一發光二極體，但本發明欲保護之範疇並不以此為限，該發熱元件4亦可為其他電子元件。

請參照第8至10圖所示，在進行本發明第一實施例之散熱模組之結合方法之第五步驟S5之前，係先進行一定位程序，其利用一定位治具5之數個第一抵頂部51對位抵壓於該電路板1之數個第二抵頂部15，以便該定位治具5能夠精確定位於該電路板1之第二表面13。並且，該定位治具5對該電路板1施予一外力，使該電路板1能夠穩固的貼接於該散熱單元2之結合面21上。接著，再進行本發明之第五步驟S5，藉由一表面黏著技術製程(Surface Mount Technology，SMT，例如：迴焊等)加熱熔融該通孔11內之金屬焊料3及塗覆於該電路板1之接點14上的金屬焊料3。

更詳言之，當該定位治具5將該電路板1穩固的抵壓於該散熱單元2之結合面21之後，係藉由一輸送單元6(例如：輸送帶)將該電路板1、散熱單元2、金屬焊料3及發熱元件4連同該定位治具5送入一迴焊爐7內加熱，藉此加熱熔融該金屬焊料3，以便該金屬焊料3分別穩固的與該散熱單元2之結合面21及該發熱元件4之導熱部41相熔接，同時該金屬焊料3亦使該發熱元件4穩固的焊接於該電路板1之第二表面13上，且該發熱元件4與埋設於該電路板1內之電路形成電性導通。藉此，本發明能夠在單次表面黏著技術製程中使該發熱元件4能夠直接經由該金屬焊料3與該散熱單元2相連接，並將該電路板1夾固定位於該散熱單元2及發熱元件4之間，同時也達到讓該發熱元件4焊接於該電路板1且相互電性導通之目的。

另外，本實施例之定位治具5之第一抵頂部51及該電路板1之第二抵頂部15選擇為凹凸型態的公母定位結構，但並不以此為限，其他型態的卡抵結構或方式亦屬本發明之保護範疇內。

本發明之結合方法主要係藉由預先在該電路板1成形該數個通孔11，並使得該發熱元件4能夠透過該通孔11內之金屬焊料3直接與該散熱單元2相結合，如此該發熱元件4不但能夠將其所產生之熱能直接經由該金屬焊料3傳導至該散熱單元2上，更因為本發明之導熱部41、金屬焊料3及散熱單元2均由高導熱能力之金屬材質所構成，如此隨著該發熱元件4運作溫度的升高，該導熱部41則可透過該金屬焊料3以熱傳導方式直接將熱能傳遞至該散熱單元2上進行散熱，藉此達到冷卻該發熱元件4的目的，使該發熱元件4能夠維持在適當的工作溫度下，進而提升該發熱元件4之工作效能及使用壽命。

另外，由於本發明之結合方式能夠提升整體散熱效能，因此散熱模組不須額外透過增設均熱板來協助導熱，進而能夠省略均熱板的設置，故可有效減少構件數量，達到降低生產成本的目的。

又，由於本發明之結合方法僅須透過單次該表面黏著技術製程即可完成對該電路板1、散熱單元2及發熱元件4的組裝定位程序，讓該電路板1被夾固定位於該散熱單元2及發熱元件4之間，同時亦讓該發熱元件4結合於該電路板1且形成電性導通，使得本發明在組裝上不須額外透過多次製程來分別固定該電路板1與該散熱單元2，或者該電路板1與該發熱元件4，而且本發明還能夠讓該散熱單元2及發熱元件4分別穩固的貼設於該電路板1之第一表面12及第二表面13上，維持良好的組裝可靠度，藉此本發明確實能有效簡化組裝程序，並進一步達到提升整體組裝效率的目的。

請參照11至13圖所示，其揭示本發明第二實施例之散熱模組之結合方法，相較於第一實施例，第二實施例係在該電路板1上預先形成該至少一通孔11(第一步驟S1)之後，選擇實施前述第四步驟S4，將該發熱元件4設置於該電路板1之第二表面13，並使該發熱元件4之導熱部41對位覆蓋於該通孔11之一端開口，同時該發熱元件4之數個接腳42亦對應焊接於該電路板1之數個接點14上(如第11圖所示)。接著，進行前述第三步驟S3，經由該通孔11未封閉之一端開口將該金屬焊料3填入該通孔11內(如第12圖所示)。又，進行前述第二步驟S2，將該散熱單元2之結合面21貼接於該電路板1之第一表面12上，藉此將該金屬焊料3封閉於該通孔11內(如第13圖所示)。最後，進行前述第五步驟S5，藉由該定位治具5將該電路板1穩固的抵壓於該散熱單元2之結合面21，並藉由該輸送單元6將其送入該迴焊爐7內加熱(如第8至10圖所示)，以熔融該金屬焊料3，完成結合程序。

本發明可依照散熱模組之構件結合順序需求進一步調整前述第二至第四步驟S2-S4的實施順序，使得本發明之結合方式得以更廣泛的應用於各種散熱模組的組裝結合上。

請參照14至16圖所示，其揭示本發明第三實施例之散熱模組之結合方法，相較於第一實施例，第三實施例之定位程序係實施在進行前述第二步驟時，其中當該電路板1之第一表面12貼接於該散熱單元2之結合面21時，經由該電路板1之數個第一定位部16對位結合於該散熱單元2之數個第二定位部23，使得該電路板1能夠穩固的結合於該散熱單元2上而不致任意偏移，以便進行後續填入該金屬焊料3、定位該發熱元件4及對該金屬焊料3進行表面黏著技術製程等其他結合步驟。

又，本實施例之第一定位部16及第二定位部23係分別選擇為卡扣槽及鉤扣的相對應卡扣結構，但其實施型態並不以此為限，其他型態的定位結構或方式亦屬本發明之保護範疇內。

請參照17及18圖所示，其揭示本發明第四實施例之散熱模組之結合方法，相較於第三實施例，第四實施例之第一定位部16及第二定位部23分別選擇為一螺孔，當該電路板1之第一表面12貼接於該散熱單元2之結合面21時，亦同時使該第一定位部16與該第二定位部23相對位，並利用數個鎖固元件8對應螺固於該第一定位部16及第二定位部23內，使該電路板1能夠穩固的結合於該散熱單元2上而不致任意偏移。

請參照19至21圖所示，其揭示本發明第五實施例之散熱模組之結合方法，相較於第一實施例，第五實施例之定位程序係實施在進行前述第二步驟S2時，其中在該電路板1對應結合於該散熱單元2之前，係預先於該電路板1之第一表面12或該散熱單元2之結合面21上塗覆一黏膠，本實施例則選擇將該黏膠塗覆於該電路板1之第一表面12作為實施樣態說明，以便後續進行前述第二步驟S2讓該電路板1之第一表面12對應貼接於該散熱單元2之結合面21時，該黏膠能夠同時在該電路板1及散熱單元2之間形成一黏著層T，使得該電路板1能夠穩固的結合於該散熱單元2上而不致任意偏移，以便進行後續填入該金屬焊料3、定位該發熱元件4及對該金屬焊料3進行表面黏著技術製程等其他結合步驟。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

[本發明]

1．．．電路板

11．．．通孔

12．．．第一表面

13．．．第二表面

14．．．接點

15．．．第二抵頂部

16．．．第一定位部

2．．．散熱單元

21．．．結合面

22．．．鰭片

23．．．第二定位部

3．．．金屬焊料

4．．．發熱元件

41．．．導熱部

42．．．接腳

5．．．定位治具

51．．．第一抵頂部

6．．．輸送單元

7．．．迴焊爐

8．．．鎖固元件

[習知]

91．．．電路板

92．．．均熱板

921．．．第一表面

922．．．第二表面

93．．．散熱單元

931．．．結合面

932．．．螺孔

933．．．鰭片

94．．．導熱連接層

95．．．螺孔

96．．．鎖固元件

97．．．發熱元件

971．．．接腳

T．．．黏著層

第1圖：習知散熱模組之結合方法之組裝前之側視示意圖。

第2圖：習知散熱模組之結合方法之完成組裝後之側視示意圖。

第3圖：本發明第一實施例之散熱模組之結合方法之流程示意圖。

第4圖：本發明第一實施例之散熱模組之結合方法之第一步驟的剖視示意圖。

第5圖：本發明第一實施例之散熱模組之結合方法之第二步驟的組裝及剖視示意圖。

第6圖：本發明第一實施例之散熱模組之結合方法之第三步驟填充金屬焊料的剖視示意圖。

第7圖：本發明第一實施例之散熱模組之結合方法之第四步驟的組裝及剖視示意圖。

第8圖：本發明第一實施例之散熱模組之結合方法在實施第五步驟前先進行定位程序之側視示意圖。

第9圖：本發明第一實施例之散熱模組之結合方法在實施第五步驟前完成定位程序之側視示意圖。

第10圖：本發明第一實施例之散熱模組之結合方法之實施第五步驟的示意圖。

第11圖：本發明第二實施例之散熱模組之結合方法之第四步驟的組裝及剖視示意圖。

第12圖：本發明第二實施例之散熱模組之結合方法之第三步驟填充金屬焊料的剖視示意圖。

第13圖：本發明第二實施例之散熱模組之結合方法之第二步驟的組裝及剖視示意圖。

第14圖：本發明第三實施例之散熱模組之結合方法的組裝前及剖視示意圖。

第15圖：本發明第三實施例之散熱模組之結合方法之完成定位程序並填入金屬焊料的及剖視示意圖。

第16圖：本發明第三實施例之散熱模組之結合方法之完成組裝後的剖視示意圖。

第17圖：本發明第四實施例之散熱模組之結合方法的組裝前及剖視示意圖。

第18圖：本發明第四實施例之散熱模組之結合方法之完成組裝後的剖視示意圖。

第19圖：本發明第五實施例之散熱模組之結合方法在進行第二步驟前先塗覆一黏膠於散熱單元上的剖視示意圖。

第20圖：本發明第五實施例之散熱模組之結合方法同時進行第二步驟及定位程序的組裝及剖視示意圖。

第21圖：本發明第五實施例之散熱模組之結合方法之完成組裝後的剖視示意圖。

Claims (20)

1. 一種散熱模組之結合方法，其步驟包含：在一電路板上預先形成至少一通孔，並使該通孔貫穿該電路板之相對二表面；將該電路板定位於一散熱單元上，使該電路板之一表面與該散熱單元之一結合面相接；填入一金屬焊料於該通孔內；將至少一發熱元件固定於該電路板之另一表面，且該發熱元件同時對位覆蓋於該通孔之一端；及加熱熔融該通孔內之金屬焊料，使該金屬焊料分別熔接於該發熱元件及散熱單元；其中，當該電路板定位於該散熱單元之結合面時，藉由散熱單元之數個鉤扣對位結合於該電路板之數個卡扣槽，使該電路板能夠穩固的定位於該散熱單元之結合面。
2. 依申請專利範圍第1項所述之散熱模組之結合方法，其中在加熱熔融該通孔內的金屬焊料之前，係利用一定位治具抵壓於該電路板之表面，且該定位治具對該電路板施予一外力，使該電路板穩固的定位於該散熱單元之結合面。
3. 依申請專利範圍第2項所述之散熱模組之結合方法，其中該定位治具利用數個第一抵頂部對位抵壓於該電路板之數個第二抵頂部，使該定位治具能夠精確定位於該電路板之表面。
4. 依申請專利範圍第1項所述之散熱模組之結合方法，其中當該電路板定位於該散熱單元之結合面時，藉由讓該電路板之數個螺孔與該散熱單元之數個螺孔相對位，並利用數個鎖固元件對應螺固於該螺孔內，使該電路板能夠穩固的定位於該散熱單元之結合面。
5. 依申請專利範圍第1項所述之散熱模組之結合方法，其中在該電路板定位於該散熱單元之結合面之前，預先於該電路板之表面或該散熱單元之結合面上塗覆一黏膠，使該電路板貼接於該散熱單元之結合面時，該電路板及散熱單元之間能夠形成一黏著層，使該電路板能夠穩固的定位於該散熱單元之結合面。
6. 依申請專利範圍第1項所述之散熱模組之結合方法，其中當該發熱元件固定於該電路板之另一表面時，該發熱元件之一導熱部係對位覆蓋於該通孔之一端開口。
7. 依申請專利範圍第6項所述之散熱模組之結合方法，其係將該電路板、散熱單元、金屬焊料及發熱元件送入一迴焊爐內加熱，以加熱熔融該金屬焊料，使該金屬焊料與該散熱單元之結合面及該發熱元件之導熱部相熔接。
8. 依申請專利範圍第1項所述之散熱模組之結合方法，其係經由該通孔未被該散熱單元封閉之一端開口將該金屬焊料填入該通孔內。
9. 依申請專利範圍第1項所述之散熱模組之結合方法，其係以衝孔方式直接在該電路板上形成該通孔。
10. 依申請專利範圍第1項所述之散熱模組之結合方法，其中該金屬焊料係為一錫膏。
11. 一種散熱模組之結合方法，其步驟包含：在一電路板上預先形成至少一通孔，並使該通孔貫穿該電路板之相對二表面；將至少一發熱元件固定於該電路板之一表面，並對位覆蓋該通孔之一端；填入一金屬焊料於該通孔內；將一散熱單元定位於該電路板之另一表面，且該散熱單元之一結合面對位覆蓋該通孔之另一端；及加熱熔融該通孔內之金屬焊料，使該金屬焊料分別熔接於該發熱元件及散熱單元；其中，當該散熱單元貼設於該電路板之另一表面時，藉由散熱單元之數個鉤扣對位結合於該電路板之數個卡扣槽，使該散熱單元能夠穩固的定位於該電路板之另一表面。
12. 依申請專利範圍第11項所述之散熱模組之結合方法，其中在加熱熔融該通孔內的金屬焊料之前，係先利用一定位治具抵壓於該電路板之表面，且該定位治具對該電路板施予一外力，使該電路板穩固的定位於該散熱單元之結合面。
13. 依申請專利範圍第12項所述之散熱模組之結合方法，其中該定位治具利用數個第一抵頂部對位抵壓於該電路板之數個第二抵頂部，使該定位治具精確定位於該電路板之表面。
14. 依申請專利範圍第11項所述之散熱模組之結合方法，其中當該散熱單元貼設於該電路板之另一表面時，藉由 讓該散熱單元之數個螺孔與該電路板之數個螺孔相對位，並利用數個鎖固元件對應螺固於該螺孔內，使該散熱單元能夠穩固的定位於該電路板之另一表面。
15. 依申請專利範圍第11項所述之散熱模組之結合方法，其中當該散熱單元貼設於該電路板的另一表面之前，預先於該電路板之表面或該散熱單元之結合面上塗覆一黏膠，使該電路板貼接於該散熱單元之結合面時，該電路板及散熱單元之間能夠形成一黏著層，使該電路板能夠穩固的定位於該散熱單元之結合面。
16. 依申請專利範圍第11項所述之散熱模組之結合方法，其中當該發熱元件固定於該電路板之表面時，該發熱元件之一導熱部係對位覆蓋於該通孔之一端開口。
17. 依申請專利範圍第16項所述之散熱模組之結合方法，其係將該電路板、散熱單元、金屬焊料及發熱元件送入一迴焊爐內加熱，以加熱熔融該金屬焊料，使該金屬焊料與該散熱單元之結合面及該發熱元件之導熱部相熔接。
18. 依申請專利範圍第11項所述之散熱模組之結合方法，其係經由該通孔未被該發熱元件封閉之一端開口將該金屬焊料填入該通孔內。
19. 依申請專利範圍第11項所述之散熱模組之結合方法，其係以衝孔方式直接在該電路板上形成該通孔。
20. 依申請專利範圍第11項所述之散熱模組之結合方法，其中該金屬焊料係為一錫膏。