CN101608779A

CN101608779A - 发光元件的散热结构

Info

Publication number: CN101608779A
Application number: CNA2008101257188A
Authority: CN
Inventors: 林恺玉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2009-12-23

Abstract

本发明为一种发光元件的散热结构，是在石墨基座表面形成的抵持面上设置有电路板，且电路板表面贯穿有至少一个以上的容置孔，并在各容置孔外缘表面分别设有具有金属线层的电极接点，而发光元件对应镶嵌在容置孔内呈一定位，使其本体底部接触面可直接贴合在石墨基座抵持面上，再以两相对外侧延伸的接脚，分别电性连接在电路板电极接点上，则使发光元件晶片发光时产生的高热，便可通过发光元件底部的接触面，传导至具有极佳热传导率的石墨基座上，且将晶片的热量快速吸收并予以导出，以避免高热囤积、聚集在发光元件内部，进而可提高晶片的发光效益及延长使用寿命，达到提高整体的散热效果。

Description

发光元件的散热结构

技术领域

本发明涉及一种散热结构，特别涉及一种发光元件的散热结构。

背景技术

随着高科技的蓬勃发展，电子元件的体积越趋于微小化，而且单位面积上的密集度也相对愈来愈高，其功能更不断增强，在这些因素的下，电子元件的总发热量几乎逐年升高，倘若没有良好的散热方式来排除电子元件所产生的热量，这些过高的温度将导致电子元件产生电子游离与热应力等现象，造成整体的稳定性降低，以及缩短电子元件本身的寿命，因此如何排除这些热量以避免电子元件的过热，将是一个不容忽视的问题。

然而，未来的半导体及电子组装将趋于更高功率及更高密度，相对，热量的排散是开发者未来必须持续面对的问题，而目前电子元件在工作中所发出的高密度能量(High Power Density)所带来的高密度热，就当前的散热方式，是以纯铜来当热扩散(Heat Spreaders)的基础材料，或更进一步的将热管(HighPipe)埋入基础材料内，以加快热扩散的速度，但此种做法所需的成本也相对的提高了许多，且随着电子元件的进步与改良，单位面积上的密集度也越来越高，使得必须让热扩散速度也随的加快，而因铜、铝的导热系数为400W/M-K及200W/M-K，在发热量不断升高的电子元件上，已渐渐的不再使用，且铜与铝的密度相当高(约为8.5g/cc及2.7g/cc)，所以，当电子元件与铜、铝所制成的散热装置组合后，散热装置的重量往往会破坏电子元件的结构，进而造成电子元件的寿命减短或损坏。

此外，由于以铜、铝为基础材质所制成的散热装置有上述的问题，所以新的散热材料的研发，便成为非常重要的一环，而目前碳为自然界中一种丰富含量的物质，且碳由石墨化处理后，可成为良好的电导体及热导体，并因天然的石墨(Natural qraphite)为高碳鳞片状，经加工滚扎成薄卷材后会具有二维(Ln-Plane)优良的热传导率(约240W/M-KK～600W/M-K)，但在三维(Thru-Thickness)所述传导率非常低(约6W/M-K)，所以目前仅以薄卷材的应用为主，就热传递上并无块状应用。

再者，本案申请人基于从事电子元件相关散热产品多年的经验，曾于中国2005年3月10日申请有“以石墨为基底的散热座及其石墨的制造方法”的发明专利，申请案号第200510054362.X号，并公开于2006年9月13日的专利公报，公开编号第CN1830898，其权利要求1所述，将天然石墨粉碎成粒度为微米的粒子，且将此粒度为微米的粒子混合粘着并进行融合造粒，而造粒后的粉体混合后再利用高压、冷压热压震动形成块状，并将此块状石墨浸渍在液界相沥青中，则可利用加热使其再一次石墨化，以得到具有极佳三维热传导率的石墨。

因此，可将此石墨运用在电子元件作为散热的基座，由此石墨基座迅速吸收电子元件所发出的热量，以避免过高的工作温度所产生的问题与缺陷，可大幅提升散热效果，以及增加电子元件整体的稳定性与使用寿命，即为本领域技术人员所需研究改善的方向所在。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种发光元件的散热结构，以克服上述现有技术的不足。

为了达到上述目的，本发明提供一种发光元件的散热结构，包括有石墨基座及发光元件，所述石墨基座表面形成具有电路布局的抵持面；所述发光元件具有一本体，在所述发光元件本体两侧分别延伸有与所述石墨基座电路布局呈电性连接的接脚，并在所述本体顶部设置有晶片，且所述本体底部表面形成有贴合在所述石墨基座抵持面上的接触面。

为了达到上述目的，本发明还提供一种发光元件的散热结构，包括有石墨基座、电路板及发光元件；所述石墨基座在两侧表面分别形成有抵持面；所述电路板设置在石墨基座一侧抵持面上，而所述电路板表面贯穿有至少一个容置孔，并在所述容置孔外缘表面设有具有金属线层的电极接点；所述发光元件包括一本体，所述发光元件镶嵌固定在所述电路板的容置孔内，而所述本体两侧分别延伸有与所述电路板电极接点呈电性连接的接脚，并在所述本体顶部设置有晶片，且所述本体底部表面则形成有贴合在所述石墨基座抵持面上的接触面。

附图说明

图1为本发明的立体外观图；

图2为本发明的立体分解图；

图3为本发明组装前的侧视剖面图；

图4为本发明组装后的侧视剖面图；

图5为本发明较佳实施例的侧视剖面图；

图6为本发明另一较佳实施例的立体分解图；

图7为本发明图6中A部分的局部结构示意图。

附图标记说明：1-石墨基座；11-抵持面；2-电路板；21-容置孔；22-电极接点；221-金属线层；3-发光元件；31-本体；311-接触面；32-容置杯部；33-晶片；331-导线；34-接脚；341-焊接点；342-电源配线；4-散热片；41-基部；42鳍片。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

请参阅图1至图4所示，为本发明的立体外观图、立体分解图、组装前的侧视剖面图及组装后的侧视剖面图，由图中所示可以清楚看出，本发明发光元件的散热结构包括有石墨基座1、电路板2及发光元件3，其中：

所述石墨基座1为密度相当高的块状石墨所构成，并其三维的热传导率约可达到910W/M-K，而密度介于1.2g/cc～2.2g/cc之间，则可使石墨基座1整体的导热率提高，另外在石墨基座1上、下两侧表面分别镀有金属抵持面11，且各抵持面11可以通过电镀或真空蒸镀等方式镀在石墨基座1表面，以及可由铜、镍等或以上合金材料等导热系数良好的金属材质所制成，使石墨基座1可供预定电子元件作为散热的基座使用。

所述电路板2表面预定适当位置处可贯穿有至少一个的容置孔21，并在各容置孔21外缘表面分别设有具有金属线层221的电极接点22，且其电极接点22为两相互对应的正电极与负电极，则通过金属线层221分别将两相邻电极接点22的正电极与负电极进行连接，以形成电性导通的状态。

所述发光元件3具有本体31，并在本体31底部表面形成有接触面311，及在顶部内凹形成有容置杯部32，且容置杯部32具有防止光源向外扩散的效果，而在容置杯部32中央上设置有晶片33，其晶片33是通过导线331电性连接于接脚34，使接脚34可分别延伸并露出本体31两相对外侧，并可与电路板2呈电性连接的状态，再以接脚34表面利用焊接点341焊接有可与外部电源形成电性连接的电源配线342，而结合上述的构件即完成本发明的主要型态。

而上述的发光元件3可为发光二极管、高功率发光二极管或雷射二极管，在组装时，先将电路板2利用粘着剂或胶带、树脂等具粘着效果的接着物予以粘贴在石墨基座1一侧抵持面11上，且将发光元件3对应镶嵌在电路板2预定适当位置处所贯穿的容置孔21内定位，使发光元件3在本体31底部的接触面311，可直接平整贴合在石墨基座1顶部的抵持面11上，使发光元件3两相对外侧延伸有的接脚34，可利用表面粘着技术(Surface Mount Technology，简称SMT)、接脚34穿过电路板2(Through Hole)或锡球阵列封装(Ball GridArray，简称BGA)方式定位在电路板2上方，并分别电性连接在电路板2的电极接点22上，使其各电极接点22两相互对应的正、负电极，可通过金属线层221分别以串联或并联的方式，将两相邻电极接点22的正电极与负电极进行相互间的电性连接，另外，在各金属线层221末端表面为可利用焊接点341，分别供外部电源正、负电极的电源配线342进行焊接，形成电性连接的状态，也可在接脚34表面利用焊接点341供电源配线342进行电性焊接，可通过外部电源提供发光元件3所需的电源。

此外，在使用时，所述发光元件3在容置杯部32内部可设置有至少一个的晶片33，并于在体31外侧延伸有至少两个相对应的接脚34，将各晶片33利用导线331分别电性连接在各个接脚34，则使发光元件3所产生的亮光，可通过晶片33顶部封装体的曲弧面向外部投射，且利用容置杯部32的内凹形状设计，使光源集中不分散，以降低光的损耗，并可获得容置杯部32的光源反射增益效果，而因为晶片33发光时产生的高热，可通过发光元件3底部的接触面311，传导至具有极佳热传导率的石墨基座1上，即可通过石墨基座1将晶片33的热量快速吸收，并将晶片33的热量迅速导出，以避免高热囤积、聚集在发光元件3内部，进而可提高晶片33的发光效益及使用寿命。

再者，上述电路板2的容置孔21为至少一个(请参阅图1、图2所示)，依发光元件3的位置、尺寸、形状的不同而在电路板2上任一预定适当位置处进行开设，以配合电路板2设计的弹性需求，其贯穿的容置孔21主要是使发光元件3易于镶嵌，并使发光元件3底部可直接贴合在石墨基座1表面即可。

请参阅图5所示，为本发明较佳实施例的侧视剖面图，由图中所示可以清楚看出，上述石墨基座1相对于电路板2与发光元件3的另侧金属抵持面11，也可进一步利用焊接、化学粘贴剂等方式结合有散热片4，而散热片4具有基部41，并在基部41一侧表面设有矗立状的复数鳍片42，其复数鳍片42可为铝片或铜片所制成，且散热片4可进行石墨基座1对外辅助散热作用。

而上述的散热片4为至少一个，并使散热片4基部41的底面也可平整贴合在石墨基座1另侧的抵持面11上，如此，石墨基座1顶部设置有电路板2与发光元件3，其发光元件3晶片33发光时产生的高热，便可通过发光元件3底部的接触面311，传导至具有良好热传导率的石墨基座1上，且通过石墨基座1将晶片33的热量朝周围扩散，将晶片33的热量迅速导出，并有效防止高热的囤积或聚集而影响其使用功能，再通过石墨基座1在底部所设置的散热片4辅助对外散热，即可利用散热片4上所矗立的复数鳍片42，增加其散热的表面积，而当空气流通在复数鳍片42之间时，则可将散热片4上的热量迅速向外围周边排散，以辅助发光元件3达到快速的散热功效，也使整体的散热效果更佳。

再请参阅图6、图7所示，分别为本发明另一较佳实施例的立体分解图及图6中A部分的局部结构示意图，由图中可清楚看出，上述的石墨基座1上、下两侧表面分别进一步镀上有金属抵持面11，即在其中一抵持面11上以溅镀、真空蒸镀、电镀或无电解电镀等方式，直接以金属沉积配合化学蚀刻出有电极接点22及金属线层221，其所制得的电极接点22及金属线层221由金、铜、镍、钯、锌等或具有以上合金材料等导电、导热系数良好的金属材质所制成，可作为电传导、打线、焊接、导电胶传导等用途，也可增强散热的效果，以提升品质与可靠度。

上述的电极接点22及金属线层221会包覆在石墨基座1表面，因此若想限制沉积金属在石墨基座1的上方或任一特定方位上，可使用如二氧化硅(SiO₂)、碳化硼、光阻、配向膜(Polyimide树脂)等介电材料来形成阻隔层，再使用溅镀、真空蒸镀、电镀或无电解电镀等方式进行金属沉积，即可制作特定方向与形状的电极接点22及金属线层221，而阻隔层在金属沉积后可予以去除或保留，则可通过阻隔层防止电极接点22及金属线层221分别与石墨基座1形成电性导通，并具有不需使用电路板2，即可以在石墨基座1上直接成型有电路布局的效果，也具备有模块结构设计的良好作用，以适用于模块化的大量生产，且可有效节省生产及制造上的成本。

而上述发光元件3底部的接触面311，可直接平整贴合在石墨基座1顶部的抵持面11上，且在抵持面11上开设有至少一个容置孔21，其容置孔21也可供发光元件3镶嵌固定，并以发光元件3两相对外侧延伸有的接脚34，分别电性连接在石墨基座1所成型的电极接点22上，使其各电极接点22两相互对应的正、负电极，可通过金属线层221将两相邻电极接点22的正、负电极进行相互间串联或并联的电性连接，则使发光元件3晶片33发光时所产生的高热，可直接通过极佳热传导率的石墨基座1，快速吸收晶片33上的热量，也可将石墨基座1另侧抵持面11直接贴合其他具散热效果的平面上(如机壳或固定结合有风扇的散热片等)，或是同时将发光元件3分别定位在同一石墨基座1之上、下方抵持面11进行导热。

上述本发明发光元件的散热结构在实际使用时，是具有下列各项优点，其中：

1、石墨基座1抵持面11上设置有电路板2，并在电路板2的容置孔21内镶嵌固定有发光元件3，则发光元件3的晶片33发光时所产生的高热，可由其底部接触面311所贴合的石墨基座1迅速导出，使晶片33的发光效益及使用寿命延长。

2、石墨基座1相对于电路板2与发光元件3的另侧金属抵持面11，也可进一步利用焊接、化学粘贴剂等方式结合有散热片4，再通过散热片4对外进行散热，以辅助发光元件3达到快速的散热功效，也使整体的散热效果更佳。

3、石墨基座1上、下两侧表面可分别镀上有的金属抵持面11，并直接以金属沉积配合化学蚀刻出有电极接点22及金属线层221，作为电传导、打线、焊接、导电胶传导等用途，也可增强散热的效果，提升品质与可靠度。

4、石墨基座1可通过溅镀、真空蒸镀、电镀或无电解电镀等方式进行金属沉积形成有阻隔层，防止电极接点22及金属线层221分别与石墨基座1形成电性导通，并具有不需使用电路板2，即可以在石墨基座1上直接成型有电路布局的功效。

5、发光元件3所产生的亮光，可通过晶片33顶部封装体的曲弧面向外部投射，且利用容置杯部32的内凹形状设计，使光源集中不分散，以降低光的损耗，并可获得容置杯部32的光源反射增益效果。

综上所述，本发明上述发光元件的散热结构在使用时，确实能达到其功效及目的，故本发明为一实用性优异的发明，为符合发明专利的申请要件，依法提出申请。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims

1、一种发光元件的散热结构，其特征在于：包括有石墨基座及发光元件，

所述石墨基座表面形成具有电路布局的抵持面；

所述发光元件具有一本体，在所述发光元件本体两侧分别延伸有与所述电路布局呈电性连接的接脚，并在所述本体顶部设置有晶片，且所述本体底部表面形成有贴合在所述石墨基座抵持面上的接触面。

2、根据权利要求1所述的发光元件的散热结构，其特征在于，所述石墨基座在所述抵持面上直接成型的所述电路布局，是以溅镀、真空蒸镀、电镀或无电解电镀方式进行金属沉积，制作出具有特定方向与形状的电极接点及金属线层，所述的电极接点及金属线层由金、铜、镍、钯、锌或以上合金材料且导电、导热系数良好的金属材质所制成。

3、根据权利要求2所述的发光元件的散热结构，其特征在于，所述的电路布局设有至少两个电极接点，且所述的电极接点呈两个相互对应的正电极与负电极，通过所述的金属线层将两相邻所述电极接点的所述正电极与负电极进行连接，形成电导通的状态。

4、一种发光元件的散热结构，其特征在于，包括有石墨基座、电路板及发光元件；

所述石墨基座在两侧表面分别形成有抵持面；

所述电路板设置在所述石墨基座一侧抵持面上，而所述电路板表面贯穿有至少一个容置孔，并在所述容置孔外缘表面设有具有金属线层的电极接点；

所述发光元件包括一本体，所述发光元件镶嵌固定在所述电路板的所述容置孔内，而所述本体两侧分别延伸有与所述电路板电极接点呈电性连接的接脚，并在所述本体顶部设置有晶片，且所述本体底部表面则形成有贴合在所述石墨基座抵持面上的接触面。

5、根据权利要求4所述的发光元件的散热结构，其特征在于，所述石墨基座的抵持面为电镀或真空蒸镀方式镀在石墨基座表面上，所述的抵持面为由铜、镍或以上合金材料且导热系数良好的金属材质所制成。

6、根据权利要求4所述的发光元件的散热结构，其特征在于，所述电极接点呈两个相互对应的正电极与负电极，通过所述的金属线层将所述的两相邻电极接点的所述的正电极与负电极进行连接，形成电导通的状态。

7、根据权利要求4所述的发光元件的散热结构，其特征在于，所述石墨基座具有相对于所述的电路板与所述的发光元件的另侧抵持面，所述的另侧抵持面进一步利用焊接、化学粘贴剂方式结合有一散热片。

8、根据权利要求7所述的发光元件的散热结构，其特征在于，所述散热片具有一基部，所述散热片基部一侧表面设有矗立状的复数鳍片，所述的复数鳍片为铝片或铜片所制成，且所述的散热片辅助所述石墨基座对外散热。