CN101109501A - 用于发光二极管模块的冷却装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管模块的冷却装置及其制造方法。根据本发明的用于发光二极管模块的冷却装置,减小了整个模块的厚度,由于缩短了从热源开始的最终热释放通道而使热阻变小,所以容易释放热,因为去除了引线框架的弯曲工艺,所以加工效率变高以及制造成本变低。
Description
本申请要求于2006年7月19日提交的第10-2006-67250号韩国专利申请的优先权,该申请的全部公开通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及一种用于发光二极管(LED)的冷却装置及其制造方法,更具体地讲,涉及一种用于LED模块的冷却装置及其制造方法,在所述冷却装置中,整个模块的厚度被减小,由于从热源开始的最终热释放通道(heat-releasing path)被缩短而使热阻变小,这样容易释放热,并且因为引线框架(lead frame)的弯曲工艺被去除了,所以加工效率变高了并且制造成本变低了。
背景技术
当将电压施加到LED上时,LED发光,并且由于优点,例如寿命长、环境友好性以及快速的响应速度,所以在照明装置或者液晶显示器(LCD)的背光单元中经常使用LED。因为LED本身发光使其产生热,从而LED模块需要用于释放产生的热的冷却装置。
图1是示出根据现有技术的LED模块的冷却装置的截面图。
参照图1,在LED模块中产生的热通过其上形成有电极图案的金属芯(MC)印刷电路板(PCB)被释放。
具有焊料焊盘(solder pad)121的MC PCB 120安装在热释放基底110上。热释放基底110和MC PCB 120利用热焊盘(thermal pad)被结合。LED封装130安装在MC PCB 120上。
LED封装130包括连接到MC PCB 120的焊料焊盘121上的引线框架132以及布置在LED封装130下部用于有效地释放热的散热片(heat slug)131。散热片131和MC PCB 120通过焊接(soldering)或者热润滑脂(thermal grease)被结合。
然而,图1的LED模块的冷却装置使用高价的MC PCB和热焊盘,从而其制造成本变高。
由于LED封装安装在MC PCB上,所以整个模块的厚度很厚。具体地讲,当LED模块被用作LCD装置的背光单元时,存在使光源和光学片之间的距离最小化的问题。
此外,在LED芯片被直接结合到LED上的板上芯片(COB)类型的情况下,修复单个单元(single-unit)LED封装不容易,并且由于MC PCB与散热片直接接触,所以当LED被焊接安装到PCB上时使会加速将热传导到芯片上,从而芯片的可靠性变低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED模块的冷却装置及其制造方法,在冷却装置中,通过减小整个模块的厚度而获得更有竞争能力的厚度,通过缩短与热源的最终热释放通道而使热阻变小,并容易释放热。
本发明的另一目的在于提供一种LED模块的冷却装置及其制造方法,在所述冷却装置中,由于替换了高价的MC PCB和热焊盘而使制造成本变低,整个模块的重量变轻,并且PCB的粘结平坦性优良。
本发明的另一目的在于提供一种LED模块的冷却装置及其制造方法,在所述冷却装置中,由于安装LED封装不需要LED封装的引线框架的弯曲工艺,所以提高了加工效率和生产率,简化了制造过程,并且由于在高温回流工艺期间热释放基底不接触PCB,所以防止了芯片的损坏。
本发明的另一目的在于提供一种LED模块的冷却装置及其制造方法,在所述冷却装置中,当LED封装不包括散热片时,热通过引线框架被传递到热释放基底。
本发明一方面在于提供一种LED模块的冷却装置,该冷却装置包括:热释放基底,用于释放热;PCB,安装在热释放基底上,并包括穿透部分和电极焊盘;LED封装,通过所述PCB的穿透部分插入以被安装。
本发明另一方面在于提供一种LED模块的冷却装置,该冷却装置包括:PCB,具有电极焊盘和穿透部分;LED封装,在PCB被翻转的状态下,LED封装通过所述穿透部分被插入;热释放基底,结合到安装的PCB的底表面上。
本发明一方面在于提供一种用于制造LED模块的冷却装置的方法,所述方法包括以下步骤:制造具有穿透部分和电极焊盘的PCB;通过所述穿透部分插入LED封装来安装LED封装;将PCB结合到热释放基底上。
本发明的另一方面在于提供一种用于制造LED模块的冷却装置的方法,包括以下步骤:制造具有穿透部分和电极焊盘的PCB;通过将PCB翻转并通过所述穿透部分插入LED封装来安装LED封装;将PCB结合到热释放基底上。
附图说明
以下,将参照附图结合本发明的特定示例性实施例描述本发明的上述和其它特点,其中,
图1是示出根据现有技术的LED模块的冷却装置的截面图;
图2是示出根据本发明一个示例性实施例的LED模块的冷却装置的截面图;
图3是示出用于根据本发明的LED模块的冷却装置的PCB的平面图;
图4是示出根据本发明的另一示例性实施例的LED模块的冷却装置的截面图;
图5A、图5B和图5C显示了用于比较传统LED模块的冷却装置和本发明的LED模块的冷却装置之间热释放效果的装置和温度分布。
具体实施方式
现在,将详细描述本发明的实施例,其示例在附图中示出,其中,相同的标号将始终指示相同的元件。以下,将参照附图描述实施例以解释本发明。
图2是示出根据本发明一个示例性实施例的LED模块的冷却装置的截面图。
参照图2,LED模块的冷却装置包括:热释放基底210,用于释放从LED产生的热;PCB基底230,安装在热释放基底210上,并包括电极焊盘233和将LED封装240安装在其中的穿透部分231;LED封装240,穿过PCB 230的穿透部分231安装在热释放基底210上。
LED封装240包括:LED芯片,用于发光;引线框架242,焊接到电极焊盘233上,用于使其与LED芯片电接触;散热片241,安装在LED封装240的下部,用于有效地释放热。散热片241可由铝(Al)、铜(Cu)或者钼(Mo)制成。
热释放基底210和PCB 230通过粘结装置220被结合。对于粘结装置220,可以使用热焊盘以获得耐热性,也可使用低价格的双面热阻带(heat resistantdouble-sided tape)。
或者,对于粘结装置220,可使用薄的绝缘粘结剂、焊接或者热润滑脂。
热释放基底210由用于释放从LED产生的热的材料制成。热沉或者热板可以被用作热释放基底210。
PCB 230由用于释放热的材料制成。对于PCB 230,可以使用MC PCB,但是为了降低制造成本,可以使用双马来酰亚胺三嗪(bismaleimide triazine,BT)或者FR 4 PCB。FR 4由于其挠性可提升粘结平坦性。
图3是示出用于根据本发明的LED模块的冷却装置的PCB的平面图
参照图3,PCB 230的穿透部分231的形状和大小依靠LED封装240的形状和大小。PCB 230的穿透部分231可具有各种形状,例如具有方形、圆形和椭圆形以及各种尺寸。
形成在PCB 230上的电极焊盘233的位置和数量依靠LED封装240的引线框架242的位置和数量。也就是说,形成在PCB 230上的电极焊盘233(即,电极图案)的位置和数量按照LED封装240的引线框架242的位置和数量而设计。
凹槽232形成在PCB230的一部分上,电极焊盘233安装在凹槽232上。
将凹槽232的深度设计成使安装在凹槽232中的电极焊盘233的高度等于穿过PCB 230的穿透部分231安装的LED封装240的引线框架242的高度。这样使LED封装240的安装不需要利用使引线框架242弯曲的工艺。
图4是示出根据本发明的另一示例性实施例的LED模块的冷却装置的截面图。
图4的LED模块的冷却装置与图2的LED模块的冷却装置不同之处在于,LED封装不包括散热片,并且电极焊盘333位于被翻转的PCB 330的底表面上。
在图2的LED模块的冷却装置中,LED封装240的引线框架242被焊接到PCB 230的顶表面上的电极焊盘233,而在图4的LED模块的冷却装置中,LED封装340安装在翻转过来的PCB 330上,从而引线框架342被焊接到PCB 330底表面上的电极焊盘333上,并且通过粘结装置320与热释放基底310接触。因此,即使LED封装340不包括散热片,在LED封装340中产生的大部分热也能通过引线框架342被传递到热释放基底310,从而提高热释放效率。
以下,将描述用于制造根据本发明的一个示例性实施例的LED模块的冷却装置的方法。
首先,制造具有穿透部分231和电极焊盘233的PCB 230。根据LED封装240的形状和尺寸,可通过利用打孔技术形成穿透部分231。
在PCB 230的电极焊盘233将形成在其上的那部分上形成凹槽232。在凹槽232上安装电极焊盘233以形成电极图案。
按照将被安装的LED封装240的引线框架242的高度确定在PCB 230中形成的凹槽232的深度。将安装在凹槽232中的电极焊盘233的高度设计成等于引线框架242的高度。
然后,安装LED封装240,以使其通过PCB 230的穿透部分231被插入。对于安装LED封装240的技术,可以使用表面安装技术(SMT)。
在LED封装240包括散热片241的情况下,散热片241被直接结合到热释放基底210上,从而提高热释放性能。对用于粘结散热片241和热释放基底210的粘结装置,可以使用焊接或者热润滑剂。
在LED封装240不包括散热片241的情况下,在PCB 230上形成电极图案,LED封装240的底表面被直接结合到热释放基底210上,从而提高热释放效率。
由于将电极焊盘233设计并形成为与引线框架242的高度相同,所以当安装LED封装240时,不需要用于将引线框架242连接到电极焊盘233上的弯曲工艺,从而简化了制造工艺。
在用于安装LED封装240的焊接的高温回流(reflow)工艺过程中,由于PCB 230和散热片241彼此直接接触,所以LED芯片很少损坏,这导致了高的热可靠性。
此后,安装有LED封装240的PCB 230被结合到热释放基底210上。对于将PCB 230和热释放基底210结合的粘结装置,可以使用双面热阻带。
接下来,将描述用于制造根据本发明的另一示例性实施例的LED模块的冷却装置的方法。
首先,制造具有穿透部分331和电极焊盘333的PCB 330,在穿透部分331中,将安装LED封装340。
然后,安装LED封装340,以使其通过PCB 330的穿透部分331被插入。对于安装LED封装340的技术,可以使用表面安装技术(SMT)。
这里,用于制造PCB 330的方法与如上所述本发明的一个示例性实施例的PCB 230的制造方法相同,但是其与本发明所述一个示例性实施例的不同之处在于,当安装LED封装340时使用翻转后的PCB 330。
因此,在PCB 330被翻转的状态下,LED封装340通过穿透部分331插入,位于PCB 330底表面上的电极焊盘333被焊接到引线框架342。
通过如上所述的LED封装安装工艺,在PCB 330的底表面上形成的电极焊盘333之下形成引线框架342。
此后,通过利用粘结装置320,安装有LED封装340的PCB 330被结合到热释放基底310上。此时,由于通过粘结装置320将LED封装340的引线框架342和热释放基底310粘结,所以引线框架342将在LED芯片中产生的热传递到热释放基底310,从而即使不使用散热片也提高了热释放效果。
图5A、图5B和图5C显示了用于比较传统LED模块的冷却装置和本发明的LED模块的冷却装置之间的热释放效果的装置和温度分布。
为了证实根据本发明的LED模块的冷却装置的热释放效果,准备了图5A所示的覆盖有光学片的密封空间。在所述的密封空间中分别安装传统的LED模块的冷却装置和本发明的LED模块的冷却装置,然后当LED的电功率是1瓦时测量LED封装240周围的温度。
如图5B所示,在传统的LED模块的冷却装置周围的温度是83.8℃,而如图5C所示,在本发明的LED模块的冷却装置周围的温度是65.8℃。也就是说,可以看到本发明的LED模块的冷却装置在热释放效果方面比传统的LED模块的冷却装置更显著。
如上所述,根据本发明的LED模块的冷却装置及其制造方法,由于减小了整个模块的厚度,所以获得了具有竞争能力的厚度,并且由于缩短了到热源的最终热释放通道而使热阻也变小,并容易释放热。
此外,由于替换了高价的MC PCB和热焊盘,所以制造成本变低了,由于安装LED封装时不需要使用引线框架的弯曲工艺,所以提高了加工效率和生产率,简化了制造过程,并且由于在高温回流工艺期间热释放基底不需要接触MC PCB,所以防止了芯片的损坏。
虽然已经参照本发明的特定示例性实施例描述了本发明,但是本领域的技术人员应该理解,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以对本发明进行各种修改和改变,本发明的精神和范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (30)
1.一种LED模块的冷却装置,包括:
热释放基底,用于释放热;
PCB,安装在热释放基底上,并包括穿透部分和电极焊盘;
LED封装,通过所述PCB的穿透部分插入以被安装。
2.如权利要求1所述的LED模块的冷却装置,其中,通过热阻粘结剂、焊接或者热润滑剂来结合所述热释放基底与LED封装。
3.如权利要求1所述的LED模块的冷却装置,其中,所述LED封装包括:
LED芯片,形成在所述封装中;
引线框架,焊接到在PCB上形成的电极焊盘上,用于电接触LED芯片。
4.如权利要求3所述的LED模块的冷却装置,其中,所述LED封装还包括:散热片,安装在LED芯片之下,用于将热释放到热释放基底。
5.如权利要求1所述的LED模块的冷却装置,其中,对应于所述LED封装的形状和大小设计PCB的穿透部分的形状和大小。
6.如权利要求3所述的LED模块的冷却装置,其中,对应于LED封装的引线框架的位置和数量设计形成在PCB上的电极焊盘的位置和数量。
7.如权利要求1所述的LED模块的冷却装置,其中,所述PCB包括凹槽,所述凹槽形成在电极焊盘将被安装在其上的那部分上,所述电极焊盘安装在所述凹槽中。
8.如权利要求1所述的LED模块的冷却装置,其中,通过双面热阻带将热释放基底与PCB结合。
9.如权利要求1所述的LED模块的冷却装置,其中,所述热释放基底是热沉或者热板。
10.如权利要求1所述的LED模块的冷却装置,其中,所述PCB是双马来酰亚胺三嗪或者FR 4 PCB。
11.一种LED模块的冷却装置,包括:
PCB,具有电极焊盘和穿透部分;
LED封装,在PCB被翻转的状态下,LED封装通过所述穿透部分被插入;
热释放基底,结合到安装的PCB的底表面上。
12.如权利要求11所述的LED模块的冷却装置,其中,LED封装包括:
LED芯片,形成在所述封装中;
引线框架,焊接到在PCB的底表面上形成的电极焊盘上,用于电接触LED芯片以及通过粘结装置和热释放基底接触。
13.如权利要求11所述的LED模块的冷却装置,其中,对应于所述LED封装的形状和大小设计PCB的穿透部分的形状和大小。
14.如权利要求12所述的LED模块的冷却装置,其中,对应于LED封装的引线框架的位置和数量设计形成在PCB上的电极焊盘的位置和数量。
15.如权利要求11所述的LED模块的冷却装置,其中,所述PCB包括凹槽,所述凹槽形成在电极焊盘将被安装在其上的那部分上,所述电极焊盘安装在所述凹槽中。
16.如权利要求15所述的LED模块的冷却装置,其中,将所述凹槽的深度形成为使安装在所述凹槽中的电极焊盘的高度等于通过PCB的穿透部分安装的LED封装的引线框架的高度。
17.如权利要求11所述的LED模块的冷却装置,其中,通过双面热阻带结合热释放基底与PCB。
18.如权利要求11所述的LED模块的冷却装置,其中,所述热释放基底是热沉或者热板。
19.如权利要求11所述的LED模块的冷却装置,其中,PCB是双马来酰亚胺三嗪或者FR 4 PCB。
20.一种用于制造LED模块的冷却装置的方法,包括以下步骤:
制造具有穿透部分和电极焊盘的PCB;
通过所述穿透部分插入LED封装来安装LED封装;
将PCB结合到热释放基底上。
21.如权利要求20所述的方法,其中,安装LED封装的步骤还包括将形成在PCB上的电极焊盘焊接到LED封装的引线框架上,而不使用引线框架的弯曲工艺。
22.如权利要求20所述的方法,其中,制造所述PCB的步骤包括在PCB的将安装电极焊盘的那部分上形成凹槽。
23.如权利要求20所述的方法,其中,制造所述PCB的步骤包括根据LED封装的形状确定所述穿透部分的形状,根据所述引线框架的位置和数量确定电极焊盘的位置和数量。
24.如权利要求20所述的方法,其中,将所述凹槽的深度形成为使安装在所述凹槽中的电极焊盘的高度等于通过PCB的穿透部分安装的LED封装的引线框架的高度。
25.一种用于制造LED模块的冷却装置的方法,包括以下步骤:
制造具有穿透部分和电极焊盘的PCB;
通过将PCB翻转并通过所述穿透部分插入LED封装来安装LED封装;
将PCB结合到热释放基底上。
26.如权利要求25所述的方法,其中,安装所述LED封装的步骤还包括将LED封装的引线框架焊接到所述电极焊盘的底表面上。
27.如权利要求25所述的方法,其中,结合PCB的步骤包括利用粘结装置将LED封装的引线框架结合到热释放基底上。
28.如权利要求25所述的方法,其中,制造PCB的步骤包括在PCB将安装电极焊盘的那部分上形成凹槽。
29.如权利要求25所述的方法,其中,制造所述PCB的步骤包括根据LED封装的形状确定所述穿透部分的形状,根据所述引线框架的位置和数量确定电极焊盘的位置和数量。
30.如权利要求28所述的方法,其中,将所述凹槽的深度形成为使安装在所述凹槽中的电极焊盘的高度等于通过PCB的穿透部分安装的LED封装的引线框架的高度。
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