CN104600187B - 高照度表面粘著型led的散热结构 - Google Patents
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Abstract
本发明有关一种高照度表面粘着型(SMD)LED的散热结构，其包含一基板、至少一SMD LED及至少一铆钉。基板的上端面设有复数导电铜箔。SMD LED的底面设有正、负极之二导电导热电极，该二电极个别固接在基板的二导电铜箔上。一结合孔设在邻近SMD LED的其中一导电铜箔上且贯穿该导电铜箔及基板的上、下端面。铆钉为高寻热的金属材料制成且铆入结合孔中，将导电铜箔及基板铆接。据此，固接在导电铜箔上的SMD LED所产生的热度可透过铆钉传导至基板的下端面，而由基板来直接热及由基板裸露的下端面来增加散热，以降低高照度SMD LED之光衰。
Description
技术领域
本发明关于一种LED灯泡的散热结构，特别是关于一种具高散热效率的高照度表面粘着型(SMD)LED模块。
背景技术
作为高照度之发光二极管（LED）照明（照度LUX大于60-100W钨丝灯泡），LED业者大都釆用高流明芯片之大功率LED（例如Lumileds公司所生产的K2系列LED）作为光源。图1显示一种惯用K2系列LED10，其中底座12的内部具有一导热铜柱14用以提供LED芯片15承载，使得高流明芯片15产生之高热可经由导热铜柱14的导热底部16来作大面积的导热，且该K2系列LED 10具有2-4个焊接端子18，此些端子18可用导电并协助导热及散热。
由于内部封装有芯片的表面粘着型(SMD) LED的制作机器、模块及造价成本，相较于K2系列LED相对便宜，且终端使用易于加工，因此，SMD业者无不朝小尺寸、高电流及高流明芯片之SMDLED发展，以求瓜分具高散热效率的高照度LED市场。图2与图3显示一种惯用LED20，其中金属基板22的上端面设有一可导热的纤维绝缘层24，该纤维绝缘层24的外端面设有分隔的复数导电铜箔25、25-1，而SMD LED 26的封装体底面设有正、负极之二导电导热电极28、28-1，该二电极28、28-1个别固接在分隔的二导电铜箔25、25-1上以构成导电通路。该纤维绝缘层24虽然可以导热，但由于其导热系数与金属材料之导热系数相差甚大，因此会降低该导电铜箔传递至该金属基板22的导热。更因SMD LED 26固设在金属基板22后，只能藉由二电极28、28-1（正、负极金属焊点）来导电和导热，所以散热效率远不如图1之K2系列LED 10；此外，该导电铜箔的上端面通常会覆以披覆（如白漆）以防止氧化，造成热效果更为不良。
在SMD LED的终端使用要取得进展，首要条件须先将流明及照度进阶达到各种传统灯泡之流明或照度，才能在高照度照明这一区块取得发展。再者，因各种灯具配合使用之灯泡均有其尺寸的局限，因此，作为要取代传统灯泡型之SMD LED灯泡均需限缩在原有传统灯泡的尺寸内。从而，唯有在符合原有传统灯泡尺寸之下先提高SMD LED的流明与照度，接着必需使SMD LED结构能有效地散热以达到LED光衰之标准。否则将会限缩SMD LED终端使用的远景。
缘此，研发一种适用于高照度SMD LED的高散热结构，实是LED业者即需努力的目标。
发明内容
有鉴于上述课题，本发明目的即在提供一和高照度SMD LED的散热结构，其包含一基板、至少一SMD LED及至少一铆钉。该基板包含在一厚度方向相对的上端面与下端面，该基板的上端面设有分隔的复数导电铜箔。该SMD LED的底面设有正、负极之二导电导热电极，该二电极个别固接在该基板的二导电铜箔上以构成导电通路。至少一结合孔设在邻近该SMD LED的其中一导电铜箔上，该结合孔沿着该厚度方向贯穿该导电铜箔及该基板的上、下端面。该铆钉为高导热的金属材料制制成且铆入该结合孔中将该导电铜箔及该基板铆接。据此，固接在该导电铜箔上的该SMD LED的芯片所产生的热度将可透过该铆钉传导至该金属基板的下端面，而藉由该基板来直接导热及由基板裸露的下端面来增加散热。
在一较佳实施例中，该基板为金属基板，该基板的上端面设有一可导热的纤维绝缘层，该结合孔沿着该厚度方向贯穿该导电铜箔、该纤维绝缘层及该基板的上、下端面。该基板的下端面悬设一金属件，该铆钉的下端与该金属件铆合，该金属件的上表面与该基板的下端面平贴，并在该金属件与该基板的间隙填充导热膏，该金属件的下端设有散热管。
在另一较佳实施例中，该基板为纤维基板且上、下端面设有分隔且对应的复数导电铜箔区块，该复数导电铜箔区块之间形成间隙且互不导通，该结合孔的内壁披覆有可导热的金属层，该金属层让对应在该基板之上、下端面的铜箔得以互为导热。
关于本发明之其它目的、优点及特征，将可由以下较佳实施例的详细记明并参照所附图式来了解。
附图说明：
图1为一惯用K2系列LED的示意图。
图2显示一种惯用SMD LED的示意图。
图3显示图2之SMD LED的上视图。
图4显示本发明第一实施例之SMD LED模块的示意图。
图5显示本发明第二实施例之SMD LED模块的示意图。
图6显示本发明第三实施例之SMD LED模块的示意图。
图7显示本发明第四实施例之SMD LED模块的示意图。
图8显示本发明第五实施例之SMD LED模块的示意图。
图8a显示图8之SMD LED模块的上视示意图。
图8b显示图8之SMD LED模块的底视示意图。
图9显示本发明第六实施例之SMD LED模块的示意图。
图10a与10b显示依据本发明第一实施例的SMD LED模块应用在一高照度LED灯泡中的示意图。
图11a与11b显示依据本发明第二实施例的SMD LED模块应用在一高照度LED灯泡中的示意图。
图12a与12b显示依据本发明第三实施例的SMD LED模块应用在一高照度LED灯泡中的示意图。
图13a与13b显示依据本发明第四实施例的SMD LED模块应用在一高照度LED灯泡中的示意图。
图14a与14b显示依据本发明第五实施例的SMD LED模块应用在一高照度LE灯泡中的示意图。
图15a与15b显示依据本发明第六实施例的SMD LED模应用在一高照度LED灯泡中的示意图。
图16至20系显示在一LED灯泡中包含本发明第一至第六实施例的SMD LED模块中的任意两个的五种实施例的示意图。
图21显示本发明第七实施例之SMD LED模块的示意图。
图22显示本发明第八实施例之SMD LED模块的示意图。
图23显示本发明第九实施例之SMD LED模块的示意图。
图24a与24b显示依据本发明第七实施例的SMD LED模块应用在一高照度LED灯泡中的示意图。
图25a与25b显示依据本发明第八实施例的SMD LED模块应用在一高照度LED灯泡中的示意图。
图26a与26b显示依据本发明第九实施例的SMD LED模块应用在一高照度LED灯泡中的示意图。
图27与28显示在一LED灯泡中包含本发明第七至第九实施例的SMD LED模块中的任意两个的二种实施例的示意图。
图29显示依据本发明第十实施例的SMD LED模块应用在一LED画行灯中的示意图。
图29a显示图29之画行灯的上视示意图。
具体实施方式：
现将仅为例子但非用以限制的具体实施例，并参照所附图式就本发明之技术内容说明如下：
图4显示本发明第一实施例之表面粘着型（SMD）发光二极管(LED)模块30及其散热结构。该SMD LED模块30包含一基板32、至少一SMD LED 34（该SMD LED 34的内部封装有LED芯片）以及至少一铆钉36。在本实施例中，该基板32为金属基板且包含在一厚度方向相对的上端面38与下端面40，该上端面38设有一可导热的纤维绝缘层42，使得该SMD LED 34的正、负极和该基板32不会导电，该纤维绝缘层42的外端面设有分隔的复数导电铜箔44。该SMDLED 34的底面设有构成正、负极之二导电导热电极46，该二电极46个别固接在其中二分隔的导电铜箔44上以构成导电通路。再者，在邻近该SMD LED 34的其中一导电铜箔44上设有一结合孔48，该结合孔48沿着该厚度方向贯穿该导电铜箔44、该纤维绝缘层42该基板32的上、下端面38、40。
该铆钉36为高导热的金属材料制成且可为空心或是实心，在本实施例中，该铆钉36为空心体且铆入该结合孔48中将该导电铜箔44、该纤维绝缘层42及该基板32铆接。具体而论，该铆钉36的上端50与下端52个别形成扩大的凸缘型态且个别结合在该导电铜箔44的上端面与该基板32的下端面40。据此，固接在该导电铜箔44上的该SMD LED34所产生的热度将可跳过低导热的纤维绝缘层42，而直接藉由该铆钉36传导至该金属基板32的下端面40（此下端面40无披覆），允许该金属基板32的裸露下端面40来增加散热，因而，可避免SMDLED 34的芯片热度累积在该铜箔44与该金属基板32中导致LED的光衰。再者，该正负极铜箔44与该铆针36的接触地方可以形成良好接触，无须再覆以披覆。
图5显示本发明第二实施例之SMD LED 模块30及其散热结构。在本实施例中，该基板32为金属基板且该基板32的上、下端面38、40个别设有一可导热的纤维绝缘层42，各纤维绝缘层42的外端面设有分隔的复数导电铜箔44，其中位在下端面40的导电铜箔44为全面裸露（不覆盖任何披覆）；再者，在邻近该SMD LED 34的其中一处或是数处（单极处）导电铜箔44上设置结合孔48，该结合孔48沿着该厚度方向贯穿该基板32该二纤维绝缘层42及位在上、下端面38、40导电铜箔44，且利用该铆钉36铆入该结合孔48中将该导电铜箔44、该二纤维绝缘层42及该基板32铆接。据此，该SMD LED 34的芯片所产生的热度将可直接藉由该铆钉36由上端面38的导电铜箔44传导至该下端面40的导电铜箔44（此下端面40之铜箔44为整面裸露），以加速导热来得到大面积的散热效果。
图6显示本发明第三实施例之SMD LED模块30及其散热结构，在本实施例中，系在第一实施例之基板32的下端面40悬设一金属板54（例如铜板），且该铆钉36的下端52与该金属板54铆合，因而，利用该金属板54暴露于空气中的上、下表面可增加快速导热及增大散热面积。图7显示本发明第四实施例之SMD LED模块30及散热结构，在本实施例中，系在第二实施例之基板32的下端面40悬设一金属板54（例如铜板），且该铆钉36的下端52与该金属板54铆合。利用该金属板54暴露于空气中的上、下表面可增加快速导热及增大散热面积。具体而论，该SMD LED 34所产生热度可藉由导电铜箔44导热至该铆钉36的上端50凸缘，且沿着位于该结合孔48中的铆钉部位导热至悬设于该基板32的该金属板54来散热。由于该金属板54系悬设于该基板32（亦即该金属板54的上端面与该基板32的下端面之间形成一空间以利散热），因此该金属板54的上、下端面可以做大面积的散热。
图8、8a、8b显示本发明第五实施例之SMD LED模块30及其散热结构。在本实施例中，系在第一实施例之基板32的下端面40平设一金属件56（例如铜件），该纤维绝缘层42的外端面设有分隔的复数导电铜箔44A、44B，且以复数铆钉36将导电铜箔、纤维绝缘层42、基板32及金属件56铆接，使得该金属件56的上表面57与该基板32的下端面40平贴，并在该金属件56与该基板32的间隙填充导热膏58；此外，该金属件56的下端具有凸出的结合部59用以提供散热管安装，在本实施例中，该金属件56的下端以嵌入方式套设不同管径的外散热管60与内散热管62（或者，散热管可以一体方式形成在该金属件56的下端），其中外散热管60与内散热管62之间形成有间隙。据此，可增加快速导热及增大散热面积。图9显示本发明第六实施例之SMD LED模块30及其散热结构。在本实施例中，系在第二实施例之基板32的下端面40悬设一金属件56（例如铜件），且以复数铆钉36的下端52与该金属件56铆合；此外，该金属件56下端套设外散热管60与内散热管62，据此，可增加快速导热及增大散热面积。
图10a、10b显示依据本发明第一实施例的SMD LED模块30应用在高照度LED灯泡64中，该LED灯泡64包含一灯头座66、一透光壳68及位在该灯头座66与该透光壳68之间的一灯座70。该灯头座66的下端安装一灯头72且该灯头座66内安装一驱动器74与一电路板76，该SMD LED模块30安装在灯座70内以构成一发光单元，该发光单元与该驱动器74电性连接，使得该SMD LED模块30可受驱动而朝该透光壳68方向（见图10a）或是该灯头72方向（见图10b）投射光线。再者，该发光单元产生热能会直接藉由该铆钉36传导至该金属基板32的下端面40，达成高散热效果。
图11a与11b、图12a与12b、图13a与 13b、图14a与14b及图15a与15b系个别显示依据本发明第二、第三、第四、第五及第六实施例的SMD LED模块30个别应用在高照度LED灯泡64中且个别朝该透光壳68方向或是该灯头72方向投射光线。
图16、图17、图18、图19及图20系个别显示在高照度LED灯泡64中包含本发明第一至第六实施例的SMD LED模块30中的任意两个，其中一个SMD LED模块30朝该透光壳68方向投射光线，而另一个SMD LED模块30朝该灯头72方向投射光线。
图21显示本发明第七实施例之SMD LED模块30及其散热结构。在本实施例中，该SMD LED模块30包含一基板32A、一个或数个SMD LED 34以及复数铆钉36。该基板32A为纤维基板且包含在一厚度方向相对的上端面38与下端面40，该上端面38设有分隔的复数导电铜箔44区块，铜箔44区块之间形成间隙且互不导通。各SMD LED 34的底面设有正、负极之二导电导热电极46，该二电极46个别固接在其中二分隔的导电铜箔44上以构成导电通路，且该数SMD LED 34之间以串联电路连结；再者，在邻近各SMD LED 34的其中一导电铜箔44上设有一结合孔48，该结合孔48沿着该厚度方向贯穿该导电铜箔44及该基板32A的上、下端面38、40，且该结合孔48的内壁披覆有可导热的金属层78。该铆钉36为高导热的金属材料制成且铆入该结合孔48中将该导电铜箔44与该基板32A铆接。再者，各铆钉36的下端52铆合一与各铜箔44区块大小略相同的导热金属板54（例如铜板），使得该基板32A的下端悬设数个金属板54。据此，该SMD LED 34所产生的热度将可藉由该铆针36传导至该数个金属板54，以作大面积的散热。
图22显示本发明第八实施例之SMD LED模块30及其散热结构。在本实施例中，该SMD LED模块30包含一基板32A及一个或数个SMD LED 34。该基板32A为纤维基板且上、下端面38、40设有分隔且对应的复数导电铜箔44区块，铜箔44区块之间形成间隙且互不导通。该SMD LED 34的底面设有正、负极之二导电导热电极46，该二电极46个别固接在其中二分隔的导电铜箔44上以构成导电通路。再者，在邻近该SMD LED 34的其中一导电铜箔44上设有一结合孔48，该结合孔48沿着该厚度方向贯穿该导电铜箔44及该基板32A的上、下端面38、40，且该结合孔48的内壁披覆有可导热的金属层78，该金属层78让对应在该基板32A之上、下端面38、40的铜箔44得以相互电性导通。据此，该SMD LED 34所产生的热度将可藉由上、下端面38、40的铜箔44来作急速导热及大面积散热。
图23显示本发明第九实施例之SMD LED模块30及其热结构。在本实施例中，系在图22的实施例结构中更包含复数铆钉36，各铆钉36铆入一对应的结合孔48中将该导电铜箔44与该基板32A铆接。再者，各铆钉36的下端52铆合一与各铜箔44区块大小略相同导热金属板54，使得该基板32A的下端悬设数个金属板54，该数金属板54可使该SMD LED34的芯片热度作大面积的散热。
图24a与24b、图25a与25b及图26a与26b系个别显示依据本发明第七、第八及第九实施例的SMD LED模块30个别应用在高照度LED灯泡64中且个别朝该透光壳68方向或是该灯头72方向投射光线。
图27及图28系个别显示在高照度LED灯泡64中包含本发明第七至第九实施例的SMD LED模块30中的任意两个，其中一个SMD LED模块30朝该透光壳68方向投射光线，而另一个SMD LED模块30朝该灯头72方向投射光线。
图29、29a显示本发明第十实施例的SMD LED模块30应用在一做为画行灯的LED灯泡64中。其中灯座70内的电路板76上方设有一支撑板80，二概呈L状且相对的支撑金属件56-1利用铆钉82平设在支撑板80上，该二金属件56-1之间设有固定衬座79，各金属件56-1的外表面提供基板32的一端面安装。图29中的左侧SMD LED 34面向车子的行进方向且发出直射光以利对向驾驶观视，右侧SMD LED 34朝向驾驶座且发出的光可以经由反射（左右约35度）而朝向车子的行进方向以利驾驶看清左右范围（例如行驶于车道外侧的机车或行人）。藉由该二金属件56-1平没在一对应基板32的一端面来提供支撑与散热，有利SMD LED34的芯片热度的导热且作大面积的散热。
在前述说明书中，本发明仅是就特定实施例做描述，而依本发明的特征仍可有多种变化或修改。是以，对于熟悉此项技艺人士可作之明显替换与修改，仍将并入于本发明所主张的专利范围之内。
符号说明：
10. LED 12.底座
14. 导热铜柱 15.LED芯片
16. 导热底部 18.端子
20. LED 22.金属基板
24. 纤维绝缘层 25、25-1. 铜箔
26.SMD LED 28、28-1. 电极
30.SMD LED模块 32、32A.基板
34.SMD LED 36. 铆钉
38.上端面 40.下端面
42. 纤维绝缘层 44、44A、44B. 铜箔
46. 电极 48.结合孔
50.上端 52.下端
54.金属板 56、56-1.金属件
57.上表面 58. 导热膏
59.结合部 60.外散热管
62.内散热管 64.LED灯泡
66. 灯头座 68.透光壳
70. 灯座 72. 灯头
74驱动器 76. 电路板
78.金属层 79.固定衬座
80.支撑板 82. 铆钉。
Claims (5)
1.一种高照度SMD LED的散热结构，其特征在于：
包含：
一基板，其包含在一厚度方向相对的上端面与下端面，该基板的上端面设有分隔的数个导电铜箔，该基板的下端面悬设一金属板；
至少一SMD LED，该SMD LED的底面设有构成正、负极之二导电导热电极，该二导电导热电极分别固接在该基板的二导电铜箔上以构成导电通路；
至少一结合孔，其设在邻近该SMD LED的其中一导电铜箔上，该结合孔沿着该厚度方向贯穿该导电铜箔及该基板的上、下端面；以及至少一铆钉，其为高导热的金属材料制成且铆入该结合孔中，将该导电铜箔及该基板铆接，且该铆钉下端与金属板铆合，
其中该金属板的一部分结合在该铆钉的下端与该基板的下端面之间，且该金属板不与该铆钉下端铆合的部分与该基板的下端面分隔开而形成一散热空间。
2.根据权利要求1所述的一种高照度SMD LED的散热结构，其特征在于：其中该铆钉为空心或实心，该铆钉的上端与下端分别形成扩大的凸缘型态且该铆钉的上端结合在该导电铜箔的上端面。
3.一种高照度SMD LED的散热结构，其特征在于：包含：
一纤维基板，其包含在一厚度方向相对的上端面与下端面，该纤维基板的上端面设有分隔的数个导电铜箔区块，该数个导电铜箔区块间形成间隙且互不导通，该纤维基板的下端面悬设一金属板；
至少一SMD LED，该SMD LED的底面设有正、负极之二导电导热电极，该二导电导热电极分别固接在分隔的二导电铜箔上以构成导电通路；
至少一结合孔，其设在邻近该SMD LED的其中一导电铜箔上，该结合孔沿着该厚度方向贯穿该导电铜箔及该纤维基板的上、下端面，该结合孔的内壁披覆有可导热的金属层；以及
至少一铆钉，其为高导热的金属材料制成且铆入该结合孔中，将该纤维基板与该导电铜箔铆接，且该铆钉下端与金属板铆合，
其中该金属板的一部分结合在该铆钉的下端与该纤维基板的下端面之间，且该金属板不与该铆钉下端铆合的部分与该纤维基板的下端面分隔开而形成一散热空间。
4.根据权利要求3所述的一种高照度SMD LED的散热结构，其特征在于：其中该至少一铆钉包含数个铆钉，各铆钉的下端铆合一与各铜箔区块大小略相同的导热金属板，使该纤维基板的下端悬设数个该金属板。
5.根据权利要求3所述的一种高照度SMD LED的散热结构，其特征在于：其中该纤维基板的上、下端面设有分隔且对应的数个导电铜箔区块，该数个导电铜箔区块之间形成间隙且互不导通，该至少一SMD LED包含数个SMD LED，该数个SMD LED之间以串联电路连结，在邻近各SMD LED的其中一导电铜箔上设有一个该结合孔，该结合孔的内壁披覆可导热的金属层，该金属层让对应在该纤维基板之上、下端面的导电铜箔得以互为导热，且藉由在该纤维基板之下端面的导电铜箔来加强散热。
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