TW200807774A - Cooling device for light emitting diode (LED) module and method for fabricating the same - Google Patents

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Dong-Soo Kim
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Description

200807774 九、發明說明： 【相關申請】 本申請案的優先權案為於2006年7月19日申請之韓國申請號第 10_2006·67250 號。 °月儿 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關-薇光二極體讀絲置與其製作方法，特別是 一種發光二極體模組之整體厚度減少之散熱裝置，因為縮短了從熱源 開始的最終散熱途徑，所以縮小了耐熱性，因而很容易散熱。因為省 略了導線架之彎折過程與製作，因此提高製作過程的效率，並降低製 作成本。 _ 【先前技術】 當應用電壓於一發光二極體時可使發光二極體發光，由於使用壽 命長、易與環境配合之特性以及快速的響應速度之優點，因此發光= 極體通常應用於發光裝置或是液晶顯示器的背光單元中。因為發光二 極體屬於自發光形式，因此發光時會產生熱，故發光二極體模組需要 散熱裝置(cooling device)以釋放所產生的熱。 第1圖為根據傳統之一發光二極體模組的散熱裝置之剖面示意 圖。 參考第1圖，具有電極圖案之金屬内層(metal core，MC)印刷電路 板釋放於發光二極體模組_所產生的熱。具有銲接墊121之金屬内層 印刷電路板120 ©定於一散熱絲11〇 ±。散熱基板11〇與金屬内層 印刷電路板120藉由導熱墊(thermaipad)接著。一發光二極體封裝I% 固定於金屬内層印刷電路板12〇上。 5 200807774 發光二極體封裝130包含一導線架132連接金屬内層印刷電路板 =〇上之銲接墊m，以及一散熱片slug)言免置於其較低的部 分以有效釋放熱能。散熱片131與金屬内層印刷電路板12〇可藉由銲 錫或散熱膏(thermal grease)接著。 曰、干 然而，第1 ®之發光二極體模組的散絲置制高價的金屬内層 印刷電路板與導熱墊，因此其製造成本高居不下。 θ 基於發光二極體封裝需固定於金屬内層印刷電路板上的因素，整 個=組^度是厚的。特別是當發光二極體模_以作為液晶顯示器 的月光單元時，存在縮短光源與光板(〇pticalsheet)之間之距離的問題。 此外，在直接將發光二極體晶片固定於發光二極體上之晶片直接 封裝(Chip On Board, COB)的形式中，欲修補單一單元之發光二極體 封裝是不容易的，且因為金勒層印刷電路板直無·熱片，當發 光二極體以銲錫固定於印刷電路板上時，會加速熱傳導至晶片上，因 而造成晶片的可靠度下降。 【發明内容】 本發明的目的之一在於提供一種發光二極體模組的散 熱U與其製作方法，藉由降低整個模組的厚度提高厚度的 競爭力。藉由縮短從熱源開始的最終散熱途徑，可以縮小了耐熱 性，且其可輕易地釋放熱。 … 本發明的目的之一在於提供一種發光二極體模組的散 熱I置與其製作方法，因為高價的金屬内層印刷電路板與導熱墊 被取代，減輕整個模組的重量，且增加印刷電路板的接著平坦性 (adhering flatness)。 本發明的目的之一在於提供一種發光二極體模組的散 熱裝置與其製作方法，因為無需使用發光二極體之導線架的彎 6 200807774 折步驟(bendingprocess)去固定發光二極體封裝，因此可以簡化製作過 程’且因為在高溫回流過程中，散熱基板(heat releasing substrate)不貼 附印刷電路板，因此可以避免基板的劣化(deterioration)。 再者，本發明之另一實施例提供一種發光二極體模組的 散熱裝置與其製作方法，當發光二極體封裝不包含散熱片時，熱 經由導線架傳送至散熱基板。 壯根據本發明之一概念提供一種發光二極體模組的散熱 =置，包含· 一散熱基板用以散熱；一印刷電路板固定於 散熱基板上且包含—穿透部分與—電極墊；及_發光二極體 ^插入印刷電路板的穿透部分中，藉以固m二極體封 裒0 很蘇本發明 ^ w .. —概念提供一種發光二極體模組的散熱 —印刷電路板具有-穿透部分與-電極塾；- 七先一極體封裝插入翻 一散熱基板_被gj/f κ路板的牙透部分中；及 板貼附被固&之印刷電路板的—下表面。 根據本發明之一概 製作發光二極體模組的散:^置―//光=體模組的一種 電路板具有-穿透部分愈二電方法，匕含：製作-印刷 裝’其藉由插入印刷電路°墊’固疋-發光二極體封 附印刷電路板至—散熱基^牙透部分中的方式固定；及貼 根據本於明$ _ 4 散熱裝置的方；，包；既供1製作發光二極體模組的 與-電極塾；固定1:印刷電路板具有-穿透部分 路板之穿透部分中“-封裳，其藉由插人該印刷電 基板。 疋’及貼附印刷電路板至一散埶 7 200807774 【實施方式】 為使本發明易於理解，以實施例並配合圖式說明本發明，圖中 相似的圖號代表相似的元件及特徵。參考圖式以說明本發明之示 範實施例，實施例係用以說明本發明的原理，非用以構成本 發明範圍之限制。 第2圖為根據本發明之一實施例說明一發光二極體模組之 散熱裝置的剖面示意圖。 參考第2圖，發光二極體模組之散熱裝置包含一散熱基板 210(heat releasing substrate)用以釋放由發光二極體產生的熱，一印刷 電路板基板230(PCB substrate)固定於散熱基板210上且包含一電極塾 233(electrode pad)與一發光二極體封裝240固定於其上之穿透部分 231(penetrated portion)。再者，藉由印刷電路板基板230之穿透部分 231 (如第3圖所示）將散熱基板210固定於發光二極體封裝240上。 發光二極體封裝240包含一用以發光的一發光二極體晶片，一 導線架242(lead frame)銲接於一電極墊233(electrode pad)用以作為發 光二極體晶片的電性連接，以及一散熱片241(heat slug)設置於一較低 的部分以進行有效的散熱。散熱片241的材料可以為銘 (aluminum)、銅（copper)或鉬（molybdenum)。 利用黏著裝置220(adhering means)接著散熱基板210與 印刷電路板基板230。利用一散熱墊作為黏著裝置220以獲 得而t熱性(heat endurance)，也可以利用較低價之具有耐熱作 用的雙面膠帶（double-sided tape)作為黏著裝置220。 其次，利用黏著裝置250接著發光二極體封裝240與散熱 基板210。可以利用薄絕緣黏著劑、銲錫或散熱膏作為黏著裝 置 250。 8 200807774 散熱基板210以可釋放來自發光二極體之熱的材料製作， 散熱器(heat sink)或散熱板(heat plate)可作為散熱基板21〇。 印刷電路板基板230以可散熱的材料製作。可利用金屬内層 印刷電路板作為印刷電路板基板230，但是爲了降低製造成本，雙馬 來醜亞胺二嗓(bismaleimide triazine，BT)或FR4印刷電路板也可作為 其材料，其中FR4因其彈性而可提升黏著平坦性。 弟3圖為一俯視圖，說明根據本發明之一作為發光二極體模組 之散熱裝置的印刷電路板。 參考第3圖，印刷電路板基板23〇之穿透部分231(penetrated portion)的形狀與大小視發光二極體封裝24〇(LED押士吨^的形狀與 大小而定。印刷電路板基板230之穿透部分231可以是各式各樣的形 狀，例如一四邊形、圓形或是橢圓形以及各種大小。 形成於印刷電路板基板23G上之電極墊233㈣ 量與位置視發光二極體封裝24()(第2圖所示)之導線架242_ fr_) 的數讀位置而^。也就是說，形成於印刷電路板基板23G上之電極 墊233的數量與位置(也就是電極圖案)的設計是按照發光二極體封裝 240之導線架242的數量與位置的。 於部分的印刷板基板23G上形成溝部232(gr_)，並且電 極墊233固定於溝部232上。 溝部232的深度設計滿足固定於溝部说中之電極# 233在高 度上等同於藉由印刷電路板基板23〇之穿透部分231固定之發光二極 體封裝240的導線架242。根據上述，在無需一彎折導線架⑽的步 驟之情況下便可固定發光二極體封裝24〇。
第4圖為-剖面圖’說明根據本發明之一實施例之發光二極 楔組的散熱裝置。 9 200807774 第4圖之發光二極體模組的散熱裝置與第2圖之發光二極體模 組的散熱裝置的相異之處在於其發光二極體封裝不包含散熱片，^且 電極墊333位於翻轉後之印刷電路板330的一下表面上。 在第2圖之發光二極體模、组的散熱裝置中，發光二極體封裝施 之導線架242銲接至印刷電路板基板230之上表面上的電極墊233， 而在第4圖之發光二極體模組的散熱裝置中，發光二極體封裝34〇固 定於翻轉後之印刷電路板330中，故導線架342(leadframe)銲接至印 刷電路板330的下表面上，並且藉由一黏著裝置 貼附一散熱基板310(heatreleasingsubstrate)。因此，即使發光二極體 封裝340不包含散熱片，在發光二極體封裝34〇中產生的大部分熱皆 可藉由導線架342傳送至散熱基板310以改善散熱效果。 根據本發明之一實施例之發光二極體模組的散熱裝置的製作方 法說明如下。 < 首先，製作具有穿透部分231的印刷電路板基板230及電極塾 233，根據發光二極體封裝240的數量與位置，電極墊233可藉由冲 壓技術(punching technique)形成。 在形成電極墊233之部分的印刷電路板基板230上形成溝部 232，電極墊233固定於溝部232上以形成一電極圖案。 按照要固定之發光二極體封裝240之導線架242的高度決定形 成於印刷電路板基板230中溝部232的深度。固定在溝部232中之電 極墊233的高度被設計成與導線架242的高度相等。 之後，發光二極體封裝240以插穿入印刷電路板基板230之穿 透部分231中的方式固定發光二極體封裝240，例如利用表面黏著技 術(Surface Mounted Technology，SMT)固定發光二極體封裝 240。 200807774 在具有散熱片241之發光二極體封裝240的例子中，散熱片241 直接貼附散熱基板210，藉以改善散熱效果。黏著裝置以黏著散熱片 241與散熱基板210，亦可使用銲錫或是散熱膏。 在不具有散熱片241之發光二極體封裝24〇的例子中，在印刷 電路板基板230上形成電極圖案，發光二極體封裝24〇的下表面直接 貼附散熱基板210，藉以改善散熱效果。 因為設計與形成電極墊233等高於導線架242，因此當固定發 光二極體封裝240時，可以省略爲了連接導線架242與電極墊233的 彎折步驟，藉以簡化製程。 在固定發光二極體封裝240之銲接的一高溫回銲製程(refl〇w process)中，因為印刷電路板基板230與散熱片241彼此直接貼附， 因此發光二極體晶片鮮少劣化，藉以得到較高的熱穩定性(thermal reliability) 〇 之後，固定發光二極體封裝240的印刷電路板基板230貼附於 散熱基板210，對於貼附印刷電路板基板230與散熱基板21〇之黏著 裝置而言，可以使用耐熱(heatresistant)的雙面膠帶。 根據本發明之另一實施例之發光二極體模組的散熱裝置的製作 方法說明如下。 首先，製作具有電極墊333的印刷電路板330及用以固定發光 二極體封裝340之穿透部分331。 之後，發光二極體封裝340以插穿入印刷電路板330之穿透部 分331中的方式固疋發光二極體封裝340，例如利用表面黏著技術固 定發光二極體封裝340。 在此，製作印刷電路板330的方法與之前的實施例相同，與之 前的實施例相異之處在於要固定發光二極體封裝34〇時使用翻轉後的 印刷電路板330。 η 200807774 因此’以插穿入翻轉後之印刷電路板mo白勺穿透部分s3i中的 方式固定的發光二才靖封裝340，且位於印刷電路板33〇下表面 極墊333銲接至導線架342上。 藉由上述LED封裝固定的步驟，導線架342形成於位於印刷電 路板330下表面的電極墊333之下方。 後藉由*占著衣置32〇將固定發光二極體封裝的印刷電 =!=熱基板31°。這，為藉由黏著裝置320貼附散 ϋ本/、x光—極體封裝340的導線架342，所以導線架342可 »先-極體晶片中產生的熱傳送至散熱基板31 用散熱片也可以增加散熱效率。 卩I又有使 第5A、5B與5C圖顯示一裝置與溫度的分布，用以比 發光二極賴_散„置與本發社發光二減模_散熱裝置。 第明^^發光二極體模'組的散熱裝置之散熱效果，如 _二:7 f—光學缚板52〇_CalSheet)遮蓋出—密閉空間。 鮮置散熱裝置與本個之發光二靖模組的散 發光二極體封裝·周_溫度t且――極體為1瓦特時測量 产是83穴^所^傳統之發光二極體池的賴裝置周圍的溫 裝置周圍的溫度是_，也先二f體模組的散熱 組的散的賴裝置是優於傳統之發光二極體模 方法，因細__厚度減少 ^、、衣置與絲作 耐熱性_ resistance)小。再者子又，、有柄的優勢，且 路徑，因此很容易散熱。 因為1 但短從熱源開始的一最終散熱 12 200807774 此外’因為金屬内層印刷電路板與高價的散熱墊已經被取代， 因此製造成本是較低的。再者，因為無彡H導線架的料縣就能夠固 定發光二極體封裝，因此簡化了製造過程，且因為在高溫回銲製程 中，因為散熱基板不直接接觸金屬内層印刷電路板，因此可避免晶片 劣化。 以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特 點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之内容 並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依 本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本 發明之專利範圍内。 【圖式簡單說明】 第1圖為一剖面示意圖，說明一傳統的發光二極體模組之 熱裝置。 、、月文 !兄昍一 叙光二極體模組之 第2圖為根據本發明之一實施例 放熱裝置的剖面示意圖。 第3圖為根據本發明之一實施例，說明一發光二極 散埶# $ 1 u粒杈組之 …、衣置的正面示意圖。 笛 Λ
圖為根據本發明之第二實施例之一發光二極體模組之 月“、、裝置的示意圖。 、C
第 5 A 與本^ 5B、5C圖為比較傳統的發光二極體模組之散熱裝置 ^ 發明之發光二極體模組之散熱裝置的溫度分布圖。衣 【主要元件符號說明】 散熱基板 12G金屬内層印刷電路板 13 200807774 121 銲接墊 130 131 散熱片 132 210 散熱基板 220 230 印刷電路板基板 232 233 電極塾 240 241 散熱片 242 231 穿透部分 233 250 黏著裝置 320 310 散熱基板 331 330 印刷電路板 333 340 發光二極體封裝 342 530 密閉空間 520 發光二極體封裝 導線架 黏者裝置 溝部 發光二極體封裝 導線架 電極塾 黏著裝置 穿透部分 電極墊 導線架 光學薄板 14

Claims (1)

  1. 200807774 十、申請專利範圍： 1· 一種發光二極體模組的散熱裝置，包含： 一散熱基板用以散熱； 一印刷電路板固定於該散熱基板上且包合_ & 與-電極墊；及 牙透部分 一發光二極體封裝插入該印刷電路板的該穿透 中，藉以固定該發光二極體封裝。 "刀 2·如請求項1所述之發光二極體模組的散熱裝置，盆中1 ^板貼附該發光二極體封裳係藉由一散熱黏膠、銲/錫或°是^熱 3·如請求項1所述之發光二極體模組的散熱裝置，苴中唁 二極體封裝包含： Λ χ 一發光二極體晶片形成於該發光二極體封裝中；及 一導線架銲接至形成於該印刷電路板上之該電極墊，藉 以作為該發光二極體晶片之電性連接。 曰 4·如请求項3所述之發光二極體模組的散熱裝置，其中該發光 —極體封裝更包含一散熱片固定於該發光二極體晶片下以 放熱至該散熱基板。 月求項1所述之發光二極體模組的散熱裝置，其中該印刷 電路板的該穿透部分之一形狀與大小是根據該發光二極體 封裝的一形狀與大小而設計。 6·如請求項1所述之發光二極體模組的散熱裝置，其中形成於 忒印刷電路板的該電極墊的一位置與數量是根據該發光二 Ί極，封裝的該導線架之一位置與數量而設計。 如睛求項1所述之發光二極體模組的散熱裝置，其中該 電路板包含： 一溝部形成固定該電極墊的一部份；及 該電極墊固定於該溝部中。 15 200807774 8. 如請求項m述之發光二極體触的散㈣置，其中該散熱 基板貼附該印刷電路板是藉由一散埶譬面跋槪 9. 如請求W所述之發光二極趙棋組二：其中該傲熱 基板為一散熱鰭片或一散熱板。 10·如請求項i所述之發光二極體模組的散熱裝置，其中 電路板為一雙馬來酰亞胺？_smalelmide _扯， 刷電路板。 < η· 一種發光二極體模組的散熱裝置，包含： 一印刷電路板具有一穿透部分與一電極墊； -發光二極體封裝插入翻轉後之該印刷電路板的 透部分中；及 一散熱基板貼附該被固定之印刷電路板的一下表面。 △如請求項η所述之發光二極體模組的散熱裳置 光二極體封裝包含： /、以’又 一發光二極體晶片形成於該發光二極體封裝中；及 一導線架銲接至形成於該印刷電路板的一下表面之 電極墊，藉以作為該發光二極體晶片之電性連接，： 一黏著裝置連接該散熱基板。 曰由 13. 如請求項11所述之發光二極體模組的散熱襄置，立中 的該穿透部分之-形狀與大小是根據該發光：極 月豆封衣的一形狀與大小而設計。 14. ^請求項11所述之發光二極體模組的散熱裝置，其中 “亥印刷電路板的該電極塾的—位置與 二極體封裝的該導線架之-位置與數量而設計。據4先 15. :請求項U所述之發光二極體模組 電路板包含： 且叩刷 一溝部形成固定該電極墊的一部份；及 該電極墊固定於該溝部中。 16 200807774 16. 如請求項15所述之發光二極體模組的散熱裝置，其中形成 該溝部的深度以使得固定於該溝部中的該電極墊在高度上 等於固定於該印刷電路板之該穿透部分中的該發光二極體 封裝的該導線架。 17. 如請求項11所述之發光二極體模組的散熱裝置，其中該散 熱基板貼附該印刷電路板是藉由一散熱雙面膠帶。 18. 如請求項11所述之發光二極體模組的散熱裝置，其中該散 熱基板為一散熱鰭片或一散熱板。 19. 如請求項11所述之發光二極體模組的散熱裝置，其中該印 刷電路板為一雙馬來S先亞胺三σ秦(bismaleimide triazine, BT)或FR4 印刷電路板。 20. —種製作發光二極體模組的散熱裝置的方法，包含： 製作一印刷電路板具有一穿透部分與一電極墊； 固定一發光二極體封裝，其藉由插入該印刷電路板之該 穿透部分中的方式固定；及 貼附該印刷電路板至一散熱基板。 21. 如請求項20所述之製作發光二極體模組的散熱裝置的方 法，其中固定該發光二極體封裝的步驟中更包含在未使用導 線架彎折步驟的情形下銲接形成於該印刷電路板上之該電 極墊於該發光二極體封裝的一導線架上。 22. 如請求項20所述之製作發光二極體模組的散熱裝置的方 法，其中製作該印刷電路板的步驟包含形成一溝部於成固定 該電極墊之該印刷電路板的一部份。 23. 如請求項20所述之製作發光二極體模組的散熱裝置的方 法，其中形成於該印刷電路板的步驟包含根據該發光二極體 封裝的一形狀決定該穿透部分的一形狀，以及根據該導線架 之一位置與數量決定該電極墊的一位置與數量。 17 200807774 24.如請求項22所述之製作發光二極體模組的散熱裝置的方 法，其中形成該溝部的深度以使得固定於該溝部中之該電極 墊在高度上等同於藉由該印刷電路板的該穿透部分固定的 該發光二極體封裝之該導線架。 25. 一種製作發光二極體模組的散熱裝置的方法，包含： 製作一印刷電路板具有一穿透部分與一電極墊； 固疋一發光二極體封裝，其藉由翻轉印刷電路板且將該 發光二極體封裝插入該穿透部分中的方式固定；及 貼附遠印刷電路板至一散熱基板。 26.如請求項25所述之製作發光二極體模㈣散熱裝置的方 其中固定該發光二極體封裝的步驟包含銲接該發光二極 體封裝之一導線架到該電極墊的一下表面。 項25所述之製作發光二極體模組的散熱裝置的方 伞貼附該印刷電路板的步驟包含藉由一黏著裝置黏著 光—極體封裝的一導線架至該散熱基板上。 去月盆^項25所述之製作發光二極體模組的散熱裝置的方 ΐ上V?作料刷電路板的步驟包含在該電極㈣定的位 j形成一溝部於部分的該印刷電路板中。 29· i睛/ϋ5所述之製作發光二極體模組的散熱裝置的方 的、中ι作該印刷電路板的步驟包含根據該發 峨部分的一形狀，以及根據該導線架之 3〇 &、/、數里決疋该電極墊的一位置與數量。 法，/中tn,製作發光二極體模組的散熱裝置的方 墊在高㈣深度以使㈣定於該溝料之該電極 該發先二體電路板的該穿透部分固定的 18
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