CN201100973Y

CN201100973Y - 散热模组

Info

Publication number: CN201100973Y
Application number: CN 200720173692
Authority: CN
Inventors: 秦文隆; 许德庆
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-10-18
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2017-10-18

Abstract

本实用新型有关一种散热模组，其主要由金属导热层与非金属散热层所结合而成，其中，该金属导热层与非金属散热层间具有中空容间，且该非金属散热层具有多孔隙结构，使中空容间内的空气能借该非金属散热层具有的孔隙对流，如此当在金属导热层上设置热源时，热源产生的热量可迅速地被传导，且平均地分布于金属导热层，形成均热的效果，再借中空容间内的热对流将金属导热层的热量迅速地传导至另一端的非金属散热层而散热，如此达成快速散热的功效。

Description

散热模组

技术领域

本实用新型属于电子元件散热技术领域，特别指一种散热模组。

背景技术

目前，随着资讯半导体业的发展，半导体晶片不断朝向高频化发展，近年来例如中央处理器(CPU)等电子装置的处理速度一日千里，发光二极管(LED)也朝向高功率照明的应用，然而伴随而来的是产生的高温，如何有效地将电子装置热源(如会发热的电子主、被动元件，例如：中央处理器、LED、集成电路(IC)、整流器、电阻、电容、电感等)产生的高温排出，使电子装置能在适当的工作温度下运转，实为本领域技术人员争相开发的重点。

以LED为例，LED是发光二极体(Light-emitting Diode)的缩写，是半导体材料制成的固态发光元件，材料使用III-V族化学元素(如：磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)等)，发光原理是将电能转换为光，也就是对化合物半导体施加电流，通过电子与电洞的结合，过剩的能量会以光的形式释出，达成发光的效果，属于冷性发光，寿命长达十万小时以上。LED最大的特点在于：无须暖灯时间(idling time)、反应速度快、体积小、用电省、耐震、污染低、适合大量生产，具高可靠度，容易配合应用上的需要制成极小或阵列式的元件。但因为LED是固态照明，即是利用晶片通电，量子激态回复发出能量(光)，但在发光的过程，晶片内的光能量并不能完全传至外界，不能出光的能量，在晶片内部及封装体内便会被吸收，形成热量。LED一般的转换效率约只有10％～30％，所以1W的电，只有不到0.2W变成可以看见的光，其它都是热量，若不散热，这些热量累积会对晶片效率及寿命造成损伤。故要以高效率LED运用于照明设备首先要解决散热的问题。以LED散热专利为例，实用新型M314505号“高功率LED灯泡散热结构”中国台湾专利(2007年06月21日专利公告资料参照)，主要在灯头上固定有底基板，该底基板的顶面支撑固定有至少一支热导管，热导管套设固定有复数散热片及顶基板，顶基板的顶面设有对应热导管数量的高功率LED，该高功率LED的底面粘结支撑于热导管的顶端。实用新型第M314433号“发光二极体封装之散热模组”中国台湾专利(2007年06月21日专利公告资料参照)，该散热模组包含：LED电路板；散热块，包括复数个散热片；以及散热胶材，借以直接固定该LED电路板于该散热块上；其中在该LED电路板与该散热块之间，不具有金属基板。发明第I260798号“高散热发光二极体”中国台湾专利(2006年08月21日专利公告资料参照)，至少包括：多孔隙材料层；热传导层，设于该多孔隙材料层表面；以及晶片，设于该热传导层，由该热传导层将该晶片所发出的热量传导至该多孔隙材料层，并由该多孔隙材料层将该热量对流至外部。

由以上在先申请可知公用LED散热大都采用金属散热片，或结合热导管、致冷晶片、均热板、散热风扇等方式，普遍具有散热效果不佳、散热速度不够迅速、散热模组结构复杂、成本高等缺点。此即为现行公用技术存有的最大缺点，此缺点成为业界亟待克服的难题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在提供一种提高散热能力的散热模组。

为达到上述目的，本实用新型采用以下方案实现：

一种散热模组，其主要由金属导热层与非金属散热层所结合而成，其中，该金属导热层与非金属散热层间具有中空容间，且该非金属散热层具有多孔隙结构，使中空容间内的空气能借该非金属散热层具有的孔隙对流，如此当在金属导热层上设置热源时，热源产生的热量可迅速地被传导，且平均地分布于金属导热层，形成均热的效果，再借中空容间内的热对流将金属导热层的热量迅速地传导至另一端的非金属散热层而散热。

其中，该金属导热层上具有绝缘层，该层绝缘层上设有预定数量的LED晶体及预先设计的电路，LED晶体并与电路以导线连接，该层绝缘层上于LED晶体与电路间设有反射层。

其中，该热源为构装LED基板，该构装LED基板包括有金属基板，该金属基板的一侧设有绝缘层，该层绝缘层上设有预定数量的LED晶体及预先设计的电路，LED晶体并与电路以导线连接，该层绝缘层上于LED晶体与电路间设有反射层。

其中，该非金属散热层可利用不同粒径的高热导率非金属粉粒，以滚压捏合、真空挤出、再压延成型的方式，或滚压捏合后直接以模具加压成型的方式结合，再烧结成具有多孔隙结构的非金属散热层，也可添加高热导率的金属粉粒来提高散热能力。

本实用新型金属导热层利用金属具有高结构密度以及高比容热的特性，所以具有较高的导热能力(如：铜金属的热传导率为382W/(m·℃))，并利用一端面中空容间的对流空气来达成均热效果。而该非金属散热层利用不同粒径的高热导率非金属粉粒(如：碳化硅SiC热传导率为270W/(m·℃))，非金属具有较低的比容热，是一种相当好的散热材料，而结合非金属粉粒及金属粉粒的复合散热层更能提高其散热能力。

附图说明

图1为本实用新型实施例组合剖面图；

图2为本实用新型另一实施例组合剖面图；

图3为本实用新型再一实施例组合剖面图；

图4为本实用新型矩阵型实施例组合剖面图；

图5为本实用新型另一矩阵型实施例组合剖面图；

图6为本实用新型不规则排列的点矩阵型实施例组合剖面图；

图7为本实用新型另一不规则排列的点矩阵型实施例组合剖面图；

图8为本实用新型规则排列的点矩阵型实施例组合剖面图；

图9为本实用新型另一规则排列的点矩阵型实施例组合剖面图；

图10为本实用新型三维实施例组合剖面图；

图11为本实用新型三维非金属散热层部分剖面图；

图12为本实用新型运用于LED散热实施例组合剖面图；

图13为本实用新型另一运用于LED散热实施例组合剖面图；

图14为本实用新型再一运用于LED散热实施例组合剖面图；

图15为本实用新型构装LED基板运用实施例组合剖面图；

图16为本实用新型另一构装LED基板运用实施例组合剖面图。

附图标记说明

A热源 1金属导热层

10通孔 2非金属散热层

20立体散热面 21立体点矩阵散热层

22立体点矩阵散热层 3非金属散热层

30高热导率的非金属骨架 31孔道

4中空容间 5封装架

6绝缘层 60LED晶体

61电路 62导线

63反射层 7构装LED基板

70金属基板 71绝缘层

72LED晶体 73电路

74导线 75反射层

具体实施方式

为达成本实用新型前述目的，列举实施例，并配合附图说明如后。

首先，请参阅图1、图2所示，由图1及图2可知，本实用新型主要由金属导热层1(金属导热层1由导热良好的金属制成，导热良好的金属如金、银、铜、铁、铝、钴、镍、锌、钛、锰等)与非金属散热层2(非金属散热层2由热导率高的非金属粉体制成，热导率高的非金属粉体诸如：氧化铝Al₂O₃、氧化锆Zr₂O、氮化铝AlN、氮化硅SiN、氮化硼BN、碳化钨WC、碳化硅SiC、石墨C、结晶碳化硅、再结晶碳化硅ReSiC等，而以氮化铝及碳化硅为佳)所结合而成，本实用新型的改良在于：该金属导热层1与非金属散热层2间具有中空容间4，且该非金属散热层2具有多孔隙结构。

前述中空容间4可由金属导热层1、非金属散热层2或封装架5构成，请参阅图1所示，其由金属导热层1构成，在金属导热层1与非金属散热层2结合端的金属导热层1上构成具有中空容间4，该中空容间4一端具有开口，开口端则借非金属散热层2封闭；请再参阅图2所示，其也可由非金属散热层2构成，在非金属散热层2与金属导热层1结合端的非金属散热层2上构成具有中空容间4，同样的，该中空容间4一端具有开口，开口端则借金属导热层1封闭；再请参阅图3所示，其也可由封装架5构成，即以封装架5将上方的金属导热层1与下方的非金属散热层2封闭，金属导热层1与非金属散热层2间形成中空容间4。本实用新型前述非金属散热层2具有多孔隙结构，使中空容间4内的空气能借该非金属散热层2具有的孔隙对流，如此当在金属导热层1上设置热源A时，热源A产生的热量可迅速地被传导，且平均地分布于金属导热层1，形成均热的效果，再借中空容间4内的热对流将金属导热层1的热量迅速地传导至另一端的非金属散热层2而散热，如此达成快速散热的功效。

本实用新型前述非金属散热层2可由以下步骤制成：

原料制备：取适当比例不同粉体粒径(粉体粒径在75-830μm之间)的热导率高的非金属粉体(热导率高的非金属粉体诸如：氧化铝Al₂O₃、氧化锆Zr₂O、氮化铝AlN、氮化硅SiN、氮化硼BN、碳化钨WC、碳化硅SiC、石墨C、结晶碳化硅、再结晶碳化硅ReSiC等，而以氮化铝及碳化硅为佳)添加适当比例的结合剂(例如：硅溶胶、铝溶胶、锆溶胶、聚合氯化铝(PAC)等)与塑型剂(例如：淀粉、木质素、木质素璜酸钠、木质素璜酸钙、羧甲基纤维素、甲基纤维素等)；也可视需求加入高热导率的金属粉粒(热导率高的金属粉粒诸如：金、银、铜、铁、铝、钴、镍、锌、钛、锰等)，混合非金属粉粒与金属粉粒的复合粉体粒径在25-270μm之间，来提高散热能力；

滚压捏合造粒：将不同粉体粒径的热导率高的非金属粉体(或非金属粉粒与金属粉粒)与结合剂及塑型剂滚压捏合，使各粉体表面具有一层均匀的结合剂与塑型剂；

挤出成型：以真空挤出成型的方式将前述材料挤出成片状；

压延成型：以压延方式结合各粉体(各粉体间的结合剂量最小)，使结构密度平均；

干燥：将压延成型的散热片初步烘干。

本实用新型前述挤出成型及压延成型两步骤可以模具加压成型取代(如冲压成型、等均压成型、震动加压成型等)，其配合模具加压成型成预定形状(如平板型、矩阵型等)以及直接成型中空容间4，再经干燥即可烧结成具有多孔隙结构的非金属散热层2，该非金属散热层2孔隙率在20％至80％之间。

请参阅图4、图5所示，本实用新型非金属散热层2可具有预定形状矩阵排列的立体散热面20，由于非金属散热层2具有预定形状矩阵排列的立体散热面20，其散热表面积增大，散热效果更佳。

本实用新型非金属散热层2可再经：

调浆：取与前述非金属散热层相同材料，混合搅拌成浆料；

加热：将前述非金属散热层(经烧结完成后)加热；

喷浆：将浆料平均喷于已预热的非金属散热层表面上；

烧结：将喷有浆料的非金属散热层烧结，结合浆料中的颗粒于非金属散热层上，也即该非金属散热层2表面具有颗粒状(大小颗粒不同，且为不规则排列)的立体点矩阵散热层21(请参阅图6、图7)，用以增加散热比表面积，提升散热效果。

前述以喷浆的方式，于非金属散热层2形成的立体点矩阵散热层21，也可以印刷或冲压等方式，再烧结成大小颗粒相近且呈较规则排列的立体点矩阵散热层22(请参阅图8、图9)。

本实用新型非金属散热层3也可由以下方式制成：

调浆：取与前述非金属散热层相同材料，混合搅拌成浆料；

载具沾浆：取定型载具沾附浆料，该定型载具为有机物材质，由骨架及相通多孔道构成(例如海绵)，浸压沾浆令定型载具骨架平均沾附有浆料，且维持孔道的贯通；

烧结：将沾附浆料的定型载具，将定型载具原有机物材质骨架烧除，形成具有三维散热结构的非金属散热层3，请参阅图10、图11所示，该具有三维散热结构的非金属散热层3具有高热导率的非金属骨架30，且各骨架间具有相互贯通的孔道31，用为增加散热表面积，提升散热效果。本实用新型具有三维散热结构的非金属散热层3在实施时，可设置于金属导热层1内的中空容间4内，借本身大的孔道31来达成对流兼散热效果，而该非金属散热层3的底端可再设有非金属散热层2，以达到更佳的散热效果。

并且，本实用新型视需求加入高热导率的金属粉粒，在烧结时可加入气氛气体(如氮气、氢气、二氧化碳等)，使该金属粉粒烧结后成氮化或碳化金属，以提高散热效果(例如若以铝粉加入非金属粉粒，添加氮气烧结时，铝将会转变成氮化铝，而氮化铝的散热效果非常良好)。

请参阅图12、图13、图14所示，图示本实用新型运用于LED散热技术领域，本实用新型前述金属导热层1上设有一层绝缘层6，该层绝缘层6上设有预定数量的LED晶体60及预先设计的电路61，LED晶体60并与电路61以导线62连接，该层绝缘层6上在LED晶体60与电路61间设有反射层63。由于本实用新型前述非金属散热层2具有多孔隙结构，使中空容间4内的空气能借该非金属散热层2具有的孔隙对流，如此当在金属导热层1上设置LED晶体60时，LED晶体60产生的热量可迅速地被传导，且平均地分布于金属导热层1，形成均热的效果，再借中空容间4内的热对流将金属导热层1的热量迅速地传导至另一端的非金属散热层2而散热，如此达成快速散热的功效，而LED晶体60产生的光能借反射层63的反射使效率更高。

请再参阅图15所示，本实用新型运用于构装LED基板的散热，其主要在前述金属导热层1上设置构装LED基板7，该构装LED基板7包括有金属基板70，该金属基板70的一侧设有绝缘层71，该层绝缘层71上设有预定数量的LED晶体72及预先设计的电路73，LED晶体72并与电路73以导线74连接，该层绝缘层71上于LED晶体72与电路73间设有反射层75。由于本实用新型前述非金属散热层2具有多孔隙结构，使中空容间4内的空气能借该非金属散热层2具有的孔隙对流，如此当在金属导热层1上设置LED晶体72时，LED晶体72产生的热量可迅速地被传导，且平均地分布于金属导热层1，形成均热的效果，再借中空容间4内的热对流将金属导热层1的热量迅速地传导至另一端的非金属散热层2而散热，如此达成快速散热的功效，而LED晶体72产生的光能借反射层75的反射使效率更高。再请参阅图16，该金属导热层1上具有通孔10，以连通金属基板70与中空容间4，使散热效率更高。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。

Claims

1、一种散热模组，主要由金属导热层与非金属散热层所结合而成，其特征在于，所述金属导热层与非金属散热层间具有中空容间，且该非金属散热层具有多孔隙结构。

2、如权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述中空容间由金属导热层构成，在金属导热层与非金属散热层结合端的金属导热层上构成具有中空容间，该中空容间一端具有开口，开口端由非金属散热层封闭。

3、如权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述中空容间由非金属散热层构成，在非金属散热层与金属导热层结合端的非金属散热层上构成具有中空容间，该中空容间一端具有开口，开口端由金属导热层封闭。

4、如权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述中空容间由封装架构成，其由上方的金属导热层与下方的非金属散热层将封装架封闭，使金属导热层与非金属散热层间形成中空容间。

5、如权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述非金属散热层主要利用不同粒径的高热导率非金属粉粒，烧结成具有高孔隙结构的非金属散热层，该非金属散热层孔隙率在20％至80％之间，粉体粒径在75μm至830μm之间。

6、如权利要求5所述的散热模组，其特征在于，所述不同粒径的高热导率非金属粉粒内混合有高热导率金属粉体，再烧结成具有高孔隙结构的非金属散热层，该非金属散热层孔隙率在20％至80％之间，粉体粒径在25μm至270μm之间。

7、如权利要求5或6所述的散热模组，其特征在于，所述非金属散热层具有矩阵排列的立体散热面。

8、如权利要求5或6所述的散热模组，其特征在于，所述非金属散热层表面结合有一层与其相同材质，且为不规则排列的立体点矩阵散热层。

9、如权利要求5或6所述的散热模组，其特征在于，所述非金属散热层表面结合有一层与其相同材质，且为规则排列的立体点矩阵散热层。

10、如权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述金属导热层内端面的中空容间内设有由高热导率的非金属骨架构成，且高热导率的非金属骨架间具有相互贯通孔道所形成的具有三维散热结构的非金属散热层。

11、如权利要求10所述的散热模组，其特征在于，所述高热导率的非金属骨架内含有高热导率的金属粉体。

12、如权利要求10或11所述的散热模组，其特征在于，所述具有三维散热结构的非金属散热层底端再设有非金属散热层。

13、如权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述金属导热层上设有绝缘层，该层绝缘层上设有发光二极管晶体及预先设计的电路，发光二极管晶体并与电路以导线连接。

14、如权利要求13所述的散热模组，其特征在于，所述绝缘层在发光二极管晶体与电路间设有反射层。

15、如权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述金属导热层上设置有构装发光二极管基板，该构装发光二极管基板包括有金属基板，该金属基板的一侧设有绝缘层，该层绝缘层上设有发光二极管晶体及预先设计的电路，LED晶体并与电路以导线连接。

16、如权利要求15所述的散热模组，其特征在于，所述绝缘层在发光二极管晶体与电路间设有反射层。

17、如权利要求15所述的散热模组，其特征在于，所述金属导热层上具有连通金属基板与中空容间的通孔。