TW201008474A - Thermally conductive mounting element for attachment of printed circuit board to heat sink - Google Patents

Description

201008474 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於一熱產生電組件之熱消散之配 置，該配置包括：一散熱座；一印刷電路板，其可設置在 該散熱座上，該印刷電路板包括一電介質基板，該基板在 背向該散熱座的一側面上具有一導熱層；一設置在該印刷 電路板上的熱產生電組件，該熱產生電組件與該導熱層熱 接觸。 【先前技術】 當在一電路板上設置一熱產生電組件時，其可能需要使 用某類型之散熱座消散產生的熱。一熱產生組件之實例係 發光二極體（LED)。 發光二極體（LED)對比諸如白熾燈及日光燈之習知的照 明設備，由於諸如效率及長使用壽命之原因對廣泛的照明 應用係很有吸引力的。然而，在很多應用中，由LED發展 的熱引起效率下降及影響LED裝置之長期可靠性。因此， LED之熱處理對正確操作及延長使用壽命係至關重要的。 一 LED通常被封裝在係較差熱導體的透明樹脂内。如 此，製造的大部分熱通過LED晶片之背部被傳導。因此， 為維持低接面溫度及保持LED之良好性能，LED裝置通常 具有一散熱座。圖1闡釋一典型的先前技術配置，其中一 LED 1被安裝在一印刷電路板（PCB)2上。該PCB 2包括銅 片3、4層壓在一電介質基板8之每一側上。通常，具有從 上面銅片3蝕刻（亦即該銅片面對LED)以提供適當的電路的 139331.doc 201008474 電路跡。設置在PCB 2之任一側之銅片3、4同樣用作導熱 層3、4。此等導熱層3、4藉由一連串熱通孔5被連接。該 LED 1被焊接至該PCB 2，其中LED 1之PN接面係電連接至 PCB之電路跡。錫焊同樣在pn接面與上面銅片3之上面導 熱層3之間提供熱接觸。該印刷電路板2通常係使用螺絲7 被安裝在一散熱座上。該配置可同樣被提供具有一熱膠以 改善散熱座6與面對散熱座之導熱層4之間的熱接觸。通過 此配置’在LED接面產生的熱通過印刷電路板2之導熱層 ❹ 3、4被傳導至散熱座6及然後至周圍環境。 然而’以上描述的多層PCB可能在低成本應用中太貴而 不能利用。此外，因為PCB用螺絲附著於散熱座，在peg 與散熱座之間熱膨脹之係數之不同可造成應力，引起印刷 電路板彎曲及LED傾斜。 【發明内容】 由於以上，本發明之一目標係解決或至少減少以上討論 的問題。特定言之，一目標係提供一能有效進行熱消散的 成本效益配置。 根據本發明之一態樣’提供一種配置，其用於一熱產生 電組件之熱消散，其包括：一散熱座；一印刷電路板，其 可設置在該散熱座上’該印刷電路板包括—電介質基板， 該基板在背向該散熱座的一側面上具有一導熱層.一熱產 生電組件，其設置在該印刷電路板上，該熱產生電組件與 該導熱層熱接觸，其中一導熱性安裝元件藉由錫焊之方式 被附著至該導熱層，該安裝元件具有一適於與該散熱座= 139331.doc 201008474 之凹槽接合的連接部分；從而能將該印刷電路板附著於 該散熱座上；其中提供一熱通道，從該熱產生電組件經由 該導熱層及該安裝元件至該散熱座。 藉由利用一導熱安裝元件，熱消散能用具有一單一導熱 層之一 PCB被實現，而不像在先前技術配置中需要的多層 PCB(在兩側具有導熱層與熱通孔連接）。該單一層PCB通 中比一多層PCB與較低成本相關。此外，在pcB與散熱座 之間不需要熱膠。因為沒有使用螺絲及/或黏合劑以將pCB 附著於散熱座，該PCB可容易地被移除，例如，若一故障❿ LED發生。此外，由熱膨脹之係數不同引起的ρ^Β之彎曲 之問題被克服。利用一單一層PCB可同樣有利的，因為其 能比一多層PCB薄（通常大約〇·4 mm，而不係丨6 mm)。 本發明係基於以下理解：藉由使用一導熱安裝元件，及 在安裝元件與導熱層之間和在安裝元件與散熱座之間經適 當地設計之介面，可藉由一單一層PCB而實現從熱產生電 組件至散熱座之足夠的熱消散。 該凹槽可係一溝，其出口在該散熱座之一周圍，其中一 _ 開口被形成在該散熱座中以允許該安裝元件被滑出該溝。 藉由此配置，可藉由平行於該溝移動PCB而將該Pcb從散 熱座移除（或附著此外，該設計易於製造，因為其可被 擠製’此係具有成本效益的。該設計同樣通常能因為溝之 縱向延伸而在安裝元件與散熱座之間促成一大接觸表面， 從而促成有效的熱消散。 連接部分可經調適使得接觸該凹槽之内部之兩個相對的 139331.doc • 6 - 201008474 側面，從而在安裝元件及散熱座之間的接觸表面能最大以 促成有效的熱消散。 該連接部分可經調適以在接合時被壓縮，從而該連接部 分能通過彈簧作用接合該凹槽。如此，藉由放置pCB在散 熱座上及簡單地將該安裝元件壓入該溝内，該PCB能被附 著於該散熱座。此可同樣促進連接部分對於凹槽之摩擦接 合。 該凹槽可具有一頸狀部，能使凹槽支撐該連接部分在合 • 適的位置，例如，藉由改善在連接部分與凹槽之間的摩擦 接合而達成。 該凹槽可具有一支承面適於與該連接部分之一相應的支 承面接合，從而能使得連接部分可靠地附著於該凹槽。 該印刷電路板可具有—開口，丨中該安裝元件通過該開 口延伸。此能使用一單一安裝元件使得一PCB可靠地附 於該散熱座。 • 根據-實施例，該安裝元件由銅製成，銅具有良好的導 熱性且能促成有效的熱消散。然而，該安裝元件亦可由一 些具有一尚導熱性的其他材料製成，例如碳或一鋁合金。 其他目標、特性及優點將從以下細節揭露、從所附請求 項及圖式中顯現》 【實施方式】 以上及本發明之其他目標、特性及優點將通過以下本發 明之較佳實施例之闌釋及非限制的細節描述更好的理解， 參考所附圖式，其t相同參考數字將被用於相似元件。 139331.doc 201008474 圖2闡釋一配置，其中一發光二極體（LED)10被安裝在一 印刷電路板（PCB)20上。該PCB 20被提供具有一安裝元件 40，其適於與在一散熱座30内之一凹槽31接合。此能使 PCB 20被安裝在該散熱座30上。 該LED 1〇通常包括一 LED本體11及在透明樹脂内之一透 鏡12。該PCB 20包括層壓在一電介質基板22上的一銅片 23。通常，有從上面銅片23蝕刻以提供適當電路的電路 跡，其中該電介質基板22在電路跡與散熱座30之間提供電 絕緣。該銅片23同樣形成一導熱層，其設置在PCB 20之頂 ® 部（亦即背向散熱座）。被導熱層覆蓋的PCB之區域可依賴 應用變化，只要有效熱接觸被提供在LED與安裝元件之 間》雖然這裏的導熱層係由銅片形成，其同樣可有一些高 導熱性的替代材料。通常導熱層之厚度係35微米或70微 米。 藉由錫焊之方式’該LED 10被附著於該PCB 20 ’其中 該LED 10之PN接面係電連接至PCB 20之電路跡以供應能 量給LED。此外，一單獨的焊接點13在PN接面與組成導熱 層23之銅片之部分之間提供熱接觸。 在這裏安裝元件40被設置在PCB 20之一開口 24内。此能 使用一單一安裝元件4〇使一 PCB穩定的附著於散熱座3 0 ’ 因為該安裝元件能被定位例如在PCB 20之中心附近。利用 一單一安裝元件同樣避免靜態的標注’從而減少原本在 PCB20安裝至散熱座3〇時可能發生在PCB20内的應力° 該安裝元件40通常由銅或諸如碳或一铭合金之具有一高 139331.doc -8 - 201008474 導熱性之其他材料製成。在此實施例中，該安裝元件4〇被 提供具有實質上平行於該導熱層23之一附著表面41，其中 在導熱層23及安裝元件4〇之間可實現有效的熱轉移。為了 進步提升熱轉移，該安裝牟件40藉由用焊接點44闡釋的 錫焊之方式被附著至導熱層23。該安裝元件通常與LEd同 時被焊接至PCB。此通常在PCB 2〇被設置在散熱座3〇之前 完成。 - 該安裝元件40具有一連接部分43，其在這裏從pcB 2〇垂 ♦ 4延伸。在圖2闡釋的實施例中，連接部分在橫截面觀察 到實質上係u形的。該u形設計能促成接觸凹槽3〗之内部 之兩個相對的侧面，從而在安裝元件4〇及散熱座3〇之間提 供一大接觸表面及良好的熱轉移。該U形設計通常允許一 固有的撓性，促進連接部分43至與凹槽31之内部接觸，從 而提升熱轉移。此同樣提升在連接部分43與凹槽31之間的 摩擦接合及在附著後支撐PCB 20至散熱座3〇。 暴該散熱座30通常由諸如鋁之金屬製成。其在面對pCB之 一表面（亦被稱為散熱座之上表面）内具有一凹槽31，這裏 呈一溝3 1之形式。在圖2闡釋的實施例中，該溝3丨沿著散 熱座30之上表面之一直線延伸，及具有一均勻的橫截面貫 穿其延伸範圍。該溝31有利地到達散熱座3〇之至少一邊 緣使彳于一開口被形成在散熱座，通過該開口安裝元件4〇 之連接部分43能被滑入及/或滑出該溝31。這裏的橫截面 實質上係矩形的以匹配安裝元件4〇之u形連接部分^在 此實施例中，溝31在散熱座3〇内係居中的。 139331.doc 201008474 在安裝元件4G與散熱座3G之間的熱轉移_由增加其等 之間的接觸表面被提高，例如，藉由在溝31之方向提供具 有一較長延伸範圍之一安裝元件4〇β 藉由以上描述的配置’該pCB 2〇能藉由設置pcB 2〇在 散熱座30上及簡單地將該安裝元件爾入該溝加而附著 於散熱座30。 由於此17形設計，安裝元件40之連接部分43將在其被引 入該溝時被稍微壓縮。如此，u形連接部分“之固有的 撓性促進連接部分43接觸散熱座3〇，在連接部分43摩擦地 與溝31接合時提供良好的熱接觸及支撐]?(；^ 2〇至散熱座 30。該凹槽31亦可具有一支承面34經調適以接合連接部分 43之一相應的支承面42以確保接合，正如藉由圖2闡釋的 實施例所例示的，從而提供一「扣接配合」。該pcB 2〇可 藉由平行於該溝移動PCB從而滑動連接部分43至溝31之外 部而從散熱座被移除。 該散熱座30亦可被提供具有沿著邊緣的凸出部分35以避 免PCB從散熱座30過分地抬高其本身。此等凸出部分通常 係配置在散熱座30平行於該溝31之側面。 在操作中，在LED 10之1>^^接面產生的熱經由焊接點-被 傳導至導熱層23，及進一步經由安裝元件4〇轉移至散熱座 3〇及周圍環境。在這襄典型的LED溫度係大㈣代，而 該散熱座通常能具有一高達8(TC的溫度。 根據另一實施例，多個安裝裝置4〇可被使用以附著該 PCB 20於散熱座30。此一實施例之一實例在圖3被闡釋。 139331.doc -10. 201008474 其中，PCB 20藉由設置在PCB 20之每—側之兩個安裝元件 40被附著於散熱座30。此實施例同樣闡釋安裝元件及凹 之支承面34、42之一替代設計之一實例。 根據本發明之更另一實施例，該溝亦可被提供具有—頤 狀部，或是朝著散熱座之上表面縮細。如此，在本文連接 部分被引入時，U形連接部分將被壓縮，其中一彈力促進 該安裝元件接觸該散熱座，及與該溝摩擦地接合。 - 以上已參考一些實施例大體上描述本發明。然而，正如 • 熟習此項技術者所瞭解的，以上揭露的實施例以外之其他 實施例在藉由所附請求項界定的本發明之範圍内也係^樣 可能的。 ^ 例如，雖然在這襄具有一U形連接部分之安裝元件已經 被描述，其可具有很多形狀。例如，連接部分可具有一錨 狀橫截面或一空心矩形橫截®。連接部分亦可係實心的， 正如在圖4及圖5中例示的。圖5也闡釋藉由提供在溝方向 φ 延伸的縱脊，安裝元件與凹槽之間的接觸表面如何能擴 大。此能增進熱轉移，且例如當很多數量的LED被安裝在 -有限的表面時係有利的。該縱脊亦可將安裝元件4〇之連 接部分43固定至該溝。 雖然以上描述的實施例係用—單一熱產生電組件描述’ 應理解本發明同樣適用於設置在一 PCB上之複數個熱產生 電組件。 此外，本發明不限於LED之冷卻，還能同樣用於例如 MOS-FET之其他熱產生電組件之熱消散。 139331.doc -11 · 201008474 【圖式簡單說明】 圖1係一先前技術配置之一橫斷面圖。 圖2係本發明之一實施例之一透視圖。 圖3係本發明之一替代實施例之一橫斷面圖。 圖4係本發明之一替代實施例之一橫斷面圖。 圖5係本發明之一替代實施例之一橫斷面圖。 【主要元件符號說明】 1 LED 2 PCB 3 銅片 4 銅片 5 熱通孔 6 散熱座 7 螺絲 8 電介質基板 10 熱產生電組件 11 LED本體 12 透鏡 13 焊接點 20 印刷電路板 22 電介質基板 23 導熱層 24 開口 30 散熱座 139331.doc -12- 201008474 31 凹槽 34 支承面 35 凸出部分 40 安裝元件 41 附著表面 42 支承面 43 連接部分 44 焊接點

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Claims (1)

1. 201008474 七、申請專利範圍： 1. 一種用於一熱產生電組件（10)之熱消散之配置，該配置 包括： 一散熱座（30); 一印刷電路板（20) ’其可設置在該散熱座（30)上，該 印刷電路板（20)包括一電介質基板（22)，該基板在背向 該散熱座（3〇)的一側面上具有一導熱層（23); 一熱產生電組件（10)，其設置在該印刷電路板p0) _ 上，該熱產生電組件（1〇)與該導熱層（23)熱接觸， 其特徵為 一導熱性安裝元件（40)藉由錫焊之方式附著至該導 熱層（23)，該安裝元件（40)具有一連接部分（43)經調適 以與該散熱座（30)内之一凹槽（31)接合； 從而能將該印刷電路板（20)附著於該散熱座（3〇) 上，使得提供一熱通道，從該熱產生電組件（1〇)經由 該導熱層（23)及該安裝元件（40)至該散熱座（30)。 9 2_如請求項1之配置，其中該熱產生電組件（10)係一 LED(l〇)。 3. 如明求項1或2之配置，其中該凹槽（31)係一溝（31)，其 ， 出口在該散熱座（3G)之-周圍，其中-開π被形成在該 散熱座（3 0)中以允許該安裝元件被滑入及/或滑出該溝 (31)。 4. 如請求項M2之配置，其中該連接部分（43)經調適以與 該凹槽㈤之-内部之兩個相對的側面發生接觸。 13933I.doc 201008474 5.如請求項1或2之配置，其中該連接部分（43)經調適以在 與該凹槽（31)接合時被壓縮，且藉由彈簧作用被支撐在 適當的位置》 6·如請求項1或2之配置，其中該凹槽（31)具有一適於與該 連接部分（43)之一相應的支承面（42)接合的支承面（34)。 7. 如請求項1或2之配置’其中該印刷電路板具有一開口 (24) ’其中該安裝元件（40)延伸通過該開口（24)。 8. 如請求項1或2之配置，其中該安裝元件（4〇)由銅製成。 9· 一種電組件裝配方法，其包括以下步驟： 龜 藉由錫焊之方式安裝一熱產生電組件（10)至一具有一、 導熱層（23)之印刷電路板（20); 藉由錫焊之方式附著一導熱安裝元件（4〇)於該導熱層 (23)； 藉由接合該安裝元件（40)之一連接部分（43)與一散熱 座（3 0)内之一凹槽（31)，而附著該印刷電路板（2〇)於該散 熱座（30); 從而附著該印刷電路板（20)於該散熱座（30)，使得提 © 供一熱通道，從該熱產生電組件（10)經由該導熱層（23) 及該安裝兀件（40)至該散熱座（3〇)。 139331.doc -2-