CN102412212A - 电子/光电组件的散热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明将石墨烯或奈米碳管配合现有半导体组件作为散热之用，藉由石墨烯或奈米碳管高热传导系数以及导热均匀的特点，提高整体的散热效果；该电子/光电组件与均热块间设有固晶胶，其包含有树脂以及石墨烯或树脂以及奈米碳管，而该石墨烯或奈米碳管的重量百分比小于或等于树脂的10wt%。或者，该光电组件作用表面设有透明散热封装材料，其至少包含有树脂以及透明石墨或树脂以及透明奈米碳管，而该透明石墨烯或透明奈米碳管的重量百分比小于或等于树脂的10wt%，藉由透明石墨烯或奈米碳管具有热传导数高、导热均匀、以及透明的特点，提供不同于传统的散热路径，大量减少散热机构件，既满足产品的散热要求，亦达成产品轻薄短小的目标。

Description

电子/光电组件的散热装置
技术领域
本发明有关一种电子组件或光电组件的散热装置，尤指一种用于电子组件或光电组件中，可将电子组件或光电组件的工作热源有效排放，以确保电子组件或光电组件的工作效能及效率的散热装置。
背景技术
随着对电子产品轻薄短小化的要求，整合高密度电子组件及电子电路的半导体晶片的半导体封装件，已逐渐成为封装产品的主流。然而，由于该种半导体封装件于运作时所产生的热量较高，若不实时将半导体晶片的热量快速释除，积存的热量会严重影响半导体晶片的电性功能与产品稳定度。另一方面，为避免封装件内部电路受到外界水尘污染，半导体晶片表面必须外覆一封装胶体予以隔绝，并与以机械固定，然而构成该封装胶体的封装树脂却一热传导性差的塑料材质，其热传导系数(thermal conductivity)仅0.8w/m-K，是以，半导体晶片上铺设多数电路的主动面上产生的热量无法有效藉该封装胶体传递到大气外，而往往导致热累积现象产生，使晶片性能及使用寿命备受考验。因此，为提高半导体封装件的散热效率，遂有于封装件中增设散热件的构想应运而生。
如图1所示为一种半导体封装件(例如高功率发光二极管)的散热结构，该结构以一绝缘热塑体10为主体，该绝缘热塑体10内部设有复数导线架101，该导线架自绝缘热塑体10与电路板15作电性连接，而绝缘热塑体10并固设有一均热块11，该均热块11上并用以容置发光二极管晶片12，该均热块11与发光二极管晶片12间利用一固晶胶131做接合，该固晶胶含有如银粉、铜粉或低温焊料，具有导电、导热及机械固定的效果，再藉由一金属导线将电性连接于导线架101上，该绝缘热塑体10上并设有封装胶材层14，而该均热块11下方亦藉由热介面材料做为第一接合层132与电路板15接合，所以当发光二极管在运作时，该封装胶材层14通常是具有绝热效果的树脂，其热导效果不佳，因此晶片产生的热，无法向上由树脂传导致而散发至空气，只能从装置于发光二极管晶片12下方的固晶胶131传导，并经由该均热块11完成散热，同时加装一系列的Zener二极管，将电气回路与热传导路径隔离，以避免发光二极管晶片12所产生的工作热能利用导线架作为一导热途径，产生更大的热阻作用，造成该发光二极管晶片12无法在正常的工作温度下运作，当然，亦可于电路板15下方藉由热介面材料做为的第二接合层133进一步结合散热片16，增加散热效果。
传统的发光二极管封装的散热路径是依序由该发光二极管晶片12下方的固晶胶131、均热块11、第一介面层132、电路板15、第二介面层133以及散热片16将发光二极管晶片12产生的作用热散发至空气；然而，各介面层的热传导系数较小，例如银胶仅为10-25 w/m-K，一般是以热传导系数用以评估材料的导热特性，当热传导系数值越大，其散热导热效果越佳；反之，热传导系数值越小，其散热导热效果越差，其中固晶胶的热传导系数值最低，其所产生的界面温度最高，也是整个发光二极管或IC封装散热路径的瓶颈。
发明内容
本发明的主要目的即在提供一种电子/光电组件的散热装置，可应用于电子组件或光电组件中，该电子组件可以为半导体组件，该光电组件可以为发光二极管晶片，可降低电子组件或光电组件的工作热源，以确保电子/光电组件的工作效能及提升信赖度的散热装置。
为达上揭目的，本发明中电子/光电组件与均热块间设有固晶胶与热介面材料，该固晶胶与热介面材料至少包含有树脂以及石墨烯(graphene)或树脂以及奈米碳管，而该石墨烯或奈米碳管的重量百分比小于或等于树脂的10 wt%，或者，该光电组件作用表面(例如发光二极管的出光表面)设有透明散热封装材料，该透明散热封装材料至少包含有树脂以及透明石墨烯(graphene)或树脂以及透明奈米碳管，而该透明石墨烯或透明奈米碳管的重量百分比小于或等于树脂的10 wt%，藉由石墨烯或奈米碳管具有高热传导系数(约4600-5300 w/m-K)以及导热均匀的特点，以提高整体散热装置的散热效果。
附图说明
图1为一般半导体封装件散热结构的结构示意图。
图2为本发明中光电组件的散热装置第一实施例的结构示意图。
图3为本发明中光电组件的散热装置第二实施例的结构示意图。
图4为本发明中光电组件的散热装置第三实施例的结构示意图。
图5为本发明中电子组件的散热装置第四实施例的结构示意图。
图6为本发明中电子组件的散热装置第五实施例的结构示意图。
【图号说明】 　　　
绝缘热塑体10
电极导线架101
均热块11
晶片12
第一介面层131
第二介面层132
第三介面层133
封装胶材层14
电路板15
散热片16
发光二极管20
基板201
第一电性半导层202
活性层203
第二电性半导层204
接触层205
第一电极206
第二电极207
基座208
焊垫209
绝缘热塑体21
导线架22
发光二极管晶片23
导线24
透明散热封装材料25
绝缘层26
散热封装材料27
均热块30
固晶胶41
热介面材料42
电路板50
散热片60
IC电子组件71
封装载板72
焊线73。   
具体实施方式
本发明“电子/光电组件的散热装置”，本发明的散热装置可应用于半导体组件中，其中一般所知半导体组件包含有光电组件及电子组件，如图2所示的实施例中，为一种光电组件的散热装置，该光电组件可以为发光二极管晶片，如图所示的实施例中，为传统的晶片封装方式配合传统的散热机构，再搭配本发明的散热配方，该电光电组件可以为发光二极管20，该发光二极管20设有一绝缘热塑体21，该绝缘热塑体21内部设有复数导线架22，并以导线架22与绝缘热塑体21与电路板电性接触，该均热块30则设于该绝缘热塑体21，该均热块30经由连续式冲压料带射出后，将其包覆于绝缘热塑体21内，使该均热块30的顶面曝露于绝缘热塑体31内，并用以容置发光二极管晶片23，该发光二极管晶片23与导线架22间以导线24构成电性连接。
本发明的重点在于：该发光二极管晶片23与均热块30间设有固晶胶41(亦即本发明的散热配方)，该固晶胶41至少包含有树脂以及石墨烯(graphene)或树脂以及奈米碳管，该树脂可以为硅胶(Silicone)、环氧树脂(epoxy)或聚碳酸酯(PC)，而该石墨烯或奈米碳管的重量百分比小于或等于树脂的10wt%，藉由石墨烯或奈米碳管具有热传导系数高(约4600-5300 w/m-K)以及导热均匀的特点，以提高整体散热装置的散热效果，使该发光二极管晶片23的工作热源得以藉由该固晶胶41传递至均热块30；当然，该均热块30进一步藉由一热介面材料42接合固定于电路板50上，其中该热介面材料42同样至少包含有树脂以及石墨烯(graphene)或树脂以及奈米碳管，该树脂可以为硅胶(Silicone)、环氧树脂(epoxy)或聚碳酸酯(PC)，而该石墨烯或奈米碳管的重量百分比小于或等于树脂的10wt%，而该电路板50亦进一步藉由该热介面材料42接合固定于散热片60上，利用高散热表面积增加其散热效果。
如图3所示为本发明的第二实施例，为传统的晶片封装方式配合传统的散热机构，再搭配本发明的散热路径，该电子/光电组件作用表面设有透明散热封装材料，如图所示的实施例中于发光二极管的出光表面设有透明散热封装材料25，该透明散热封装材料25至少包含有树脂以及透明石墨烯(graphene)或树脂以及透明奈米碳管，该树脂可以是透明的封装材料，如环氧树脂或硅胶，而该透明石墨烯或透明奈米碳管的重量百分比小于或等于树脂的10 wt%，其中该透明石墨烯或透明奈米碳管可以直接合成或经由分离(sorting/separation)而得，使其不会影响该发光二极管晶片23正常运作，该发光二极管晶片23设有垂直相对的第一、第二电极206、207，该发光二极管晶片的第一电极206直接电性连接于一导线架22上，而该发光二极管晶片的第二电极207则透过该导线24与导线架22构成电性连接，该第一电极206与该导线架22上并进一步设有绝缘层26，以保护分离该第一、第二电极206、207，再于绝缘热塑体21上覆盖透明散热封装材料25，且该透明散热封装材料25可进一步包含有荧光粉，可使该发光二极管晶片23经由混光而得到预期光色，且发光二极管晶片23的工作热源可直接由上方的透明散热封装材料25散去（亦即本发明的散热路径）；当然，亦可同时结合固晶胶41，使该发光二极管晶片23的工作热源，可使用如图2的实施例，可同时由上方透明散热封装材料25以及下方固晶胶41散去，增加其散热效果，以确保该发光二极管的使用寿命。
如图4所示为本发明的第三实施例，为传统覆晶封装方式搭配本发明的散热机构(新的散热路径)，该光电组件可以为发光二极管20，该发光二极管20设有一透明基板201’、一活性层203形成于该第一电性半导层202上、一第二电性半导层204形成于该活性层203上、一接触层205形成于该第二电性半导层204上、以及第一、第二电极206、207，形成于该接触层205上，用以直接接合于一基座208(可以为硅基板)上，该基座208表面预定区域内分别形成有一焊垫209，用以覆晶接合于第一、第二电极206、207而形成电性相连接，而该焊垫209与第一、第二电极206、207及其覆晶接合处进一步设有绝缘层26，以保护分离的第一、第二电极206、207，再于该基座208表面相对于该光电组件作用表面(亦即发光二极管的出光表面)设有上述的透明散热封装材料25，提供发光二极管20一散热路径，并藉由透明散热封装材料25中石墨烯或奈米碳管具有热传导系数高以及导热均匀的特点，以提高整体散热装置的散热效果；当然，上述第三、第四实施例中，该透明散热封装材料可进一步包含有荧光粉，可使该发光二极管经由混光而得到预期光色。
上述光电组件可以为其它固态光源，如有机发光二极管(OLED)、雷射等。亦可以应用在前投式投影机、背投式投影机、微型投影机等。以微型投影机为例，目前微型投影机或手机式(内含微型投影机)是以高流明数发光二极管为主要光源，但有散热的问题，且因为微型化，不能使用现有的散热解决方案。本发明实施例为最适当的微型化散热解决方案。
如图5所示为本发明的第四实施例，为传统的晶片封装方式配合传统的IC晶片散热机构，再搭配本发明散热路径，该电子组件可以为IC电子组件71，该IC电子组件71设置于一封装载板72上，该IC电子组件71设有垂直相对的第一、第二电极701、702，该第一电极701直接电性连接于封装载板72上，而该第二电极702则透过该导线24与封装载板72构成电性连接，该第一电极701与该封装载板72上并进一步设有绝缘层26，以保护分离该第一、第二电极701、702，接着再以散热封装材料27将IC电子组件71包覆，以得到一晶片封装单元；其中，该散热封装材料27至少包含有树脂以及石墨烯(graphene)或树脂以及奈米碳管，而该石墨烯或奈米碳管的重量百分比小于或等于树脂的10 wt%，藉由散热封装材料27可提供一个新的散热路径，可将IC电子组件71的工作热源朝向上方散去。
如图6所示为本发明的第五实施例，为传统覆晶封装方式搭配本发明的散热机构(新的散热路径)，该电子组件可以为IC电子组件71，该IC电子组件71藉由覆晶方式于一基座208(可以为硅基板)上，该基座208表面预定区域内分别形成有一焊垫209，用以覆晶接合于IC电子组件71而形成电性相连接，而该焊垫209与IC电子组件71覆晶接合处进一步设有绝缘层26，以保护分离各焊垫209，再于该基座208表面相对于该电子组件表面设有上述的散热封装材料27，提供IC电子组件71一散热路径，并藉由散热封装材料27中石墨烯或奈米碳管具有热传导系数高以及导热均匀的特点，以提高整体散热装置的散热效果。
本发明相较于习有结构具有下列优点。
1、于固晶胶或热介面材料中增加石墨烯或奈米碳管，不仅可构成电子组件与均热块的接合，亦可提供一热传导系数高、导热均匀，以及可产生较低界面温度，进而提升散热效果。
2、于LED封装材料中增加奈米等级的石墨烯或奈米碳管，其尺寸小于可见光波长，具有透明性，不会影响该发光二极管正常发光运作，亦可兼具有热传导系数高、导热均匀以及接触热阻较低的特性。

Claims (12)

1.一种电子/光电组件的散热装置，其特征在于，该电子组件与均热块间设有固晶胶，该固晶胶至少包含有树脂以及石墨烯或树脂以及奈米碳管，而该石墨烯或奈米碳管的重量百分比小于或等于树脂的10 wt%。
2.如权利要求1所述电子/光电组件的散热装置，其特征在于，该均热块藉由一热介面材料接合固定于电路板上；和/或,该电路板藉由一热介面材料接合固定于散热片上。
3.如权利要求2所述电子/光电组件的散热装置，其特征在于，该热介面材料至少包含有树脂以及石墨烯或树脂以及奈米碳管，而该石墨烯或奈米碳管的重量百分比小于或等于树脂的10 wt%。
4.如权利要求1、2或3所述电子/光电组件的散热装置，其特征在于，该光电组件为发光二极管，该发光二极管设有一绝缘热塑体，该绝缘热塑体内部设有复数电极导线架，各导线架自绝缘热塑体内部向外延伸，该均热块则设于该绝缘热塑体，该均热块的顶面显露于绝缘热塑体内，该均热块上并用以容置发光二极管晶片，该发光二极管晶片其中一电极与导线架构成电性连接，而该发光二极管晶片另一电极则直接电性连接于另一导线架上。
5.如权利要求4所述电子/光电组件的散热装置，其特征在于，该电子/光电组件作用表面设有透明散热封装材料，该透明散热封装材料至少包含有树脂以及透明石墨烯，而该透明石墨烯的重量百分比小于或等于树脂的10 wt%。
6.如权利要求5所述电子/光电组件的散热装置，其特征在于，该另一导线架上并进一步设有绝缘层。
7.一种电子/光电组件的散热装置，其特征在于，该电子/光电组件作用表面设有透明散热封装材料，该透明散热封装材料至少包含有树脂以及透明石墨烯或树脂以及透明奈米碳管，而该透明石墨烯或透明奈米碳管的重量百分比小于或等于树脂的10 wt%。
8.如权利要求7所述电子/光电组件的散热装置，其特征在于，该电子/光电组件为发光二极管，该发光二极管设有一绝缘热塑体，该绝缘热塑体内部设有复数电极导线架，各导线架自绝缘热塑体内部向外延伸，该绝缘热塑体并设有一均热块，该均热块的顶面显露于绝缘热塑体内，该均热块上并用以容置发光二极管晶片，该发光二极管晶片与导线架间并设有导线，且该导线于该发光二极管晶片与导线架的接触面上进一步设有绝缘层。
9.如权利要求7所述电子/光电组件的散热装置，其特征在于，该电子/光电组件为发光二极管，该发光二极管设有一透明基板、一第一电性半导层形成于该透明基板上、一活性层形成于该第一电性半导层上、一第二电性半导层形成于该活性层上、一接触层形成于该第二电性半导层上、以及第一、第二电极，形成于该接触层上，用以直接接合于一基座上。
10.如权利要求9所述电子/光电组件的散热装置，其特征在于，该基座为硅基板，该基座表面预定区域内分别形成有一焊垫，用以覆晶接合于第一、第二电极而形成电性相连接，而该焊垫与第一、第二电极及其覆晶接合处进一步设有绝缘层。
11.一种电子/光电组件的散热装置，其特征在于，该电子/光电组件表面设有散热封装材料，该散热封装材料至少包含有树脂以及石墨烯或树脂以及奈米碳管，而该石墨烯或奈米碳管的重量百分比小于或等于树脂的10 wt%。
12.如权利要求11所述电子/光电组件的散热装置，其特征在于，该电子组件为IC电子组件；
该IC电子组件设置于一封装载板上，并设有焊线构成IC电子组件与封装载板的电性连接，而该散热封装材料则将IC电子组件包覆；
或者，该IC电子组件藉由覆晶方式于一基座上，该散热封装材料则设于该基座表面相对于该电子组件作用表面上。
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