TW201240170A - Light source module with enhanced heat dissipation efficiency and assembly method thereof - Google Patents

Description

201240170 1 νν/η/^,Γ/Λ 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種光源模組，且特別是有關於一種 提昇散熱效率之光源模組及其組裝方法。 【先前技術】 一般而言，發光單元之底部係以散熱片來導熱，但是 發光單元所產生的熱必須經過電路基板上的錫膏、絕緣膠 (例如ΡΡ膠）以及背膠，才能到達散熱片。這三層材料 中，絕緣膠的熱阻最大，應設法盡量減少絕緣膠的使用。 但是，在熱電分離的封裝結構中，傳統上還是以導熱不導 電的絕緣膠來電性隔離發光單元與散熱片，以致於熱仍會 囤積在絕緣膠中而無法將熱傳導至散熱片及外界，因此傳 統的光源模組及其組裝方法仍無法解決散熱不佳的問題。 為了改善此散熱問題，常於絕緣膠内添加導熱性較佳 的材質，然而此種方式對於整體散熱效率改善有限，且會 造成耐電壓性降低及成本上升的問題。 【發明内容】 本發明係有關於一種提昇散熱效率之光源模組及其 組裝方法，可將發光單元所產生的熱直接傳導至下方的散 熱片，以減少熱阻。 根據本發明之一方面，提出一種提昇散熱效率之光源 模組。光源模組包括一發光單元、一電路層、一導熱材料 層、一散熱片以及一絕緣層。電路層與發光單元之電極電 201240170 性連接。導熱材料層連接於發光單元的底部，且部分導熱 材料層與發光單元之電極電性連接。散熱片位於導熱材料 層的底部。絕緣層位於電路層與散熱片之間，絕緣層於發 光單元的底部設有一開口部，以使導熱材料層位於開口部 内，且散熱片藉由導熱材料層與發光單元的底部熱接觸。 根據本發明之另一方面，提出一種光源模組的組裝方 法，其包括下列步驟。配置一電路基板於一散熱片上。加 工電路基板，以形成一開口部。填入一導熱材料層於開口 部中。配置一發光單元於電路基板上，其中散熱片藉由導 熱材料層與發光單元的底部熱接觸。 為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文 特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下： 【實施方式】 本實施例之提昇散熱效率之光源模組及其組裝方 法，係利用蝕刻或精密機械加工的方式將電路基板的部分 電路層以及部分絕緣層去除，以形成一開口部，並填入高 導熱材料於開口部内。藉由導熱材料層，發光單元所產生 的熱可以直接傳導至散熱片，不需經過絕緣層，以減少熱 阻的產生。此外，散熱片（例如銘板）上可電鑛一層金屬 層（例如氣化銅），金屬層的上方再利用喷錫表面處理的 方法形成一導熱材料層，並控制喷錫之平整性，以利於後 續焊接發光單元。 請參照第1A〜1D圖，其繪示依照一實施例之提昇散 熱效率之光源模組及其組裝方法的示意圖。組裝方法包括 201240170 -.....——-- . 下列步驟S10〜S40。在第1A圖中，步驟Sl0係以名虫刻或 精密機械加工（沖壓或銑除）等方式移除部分電路層 以及部分絕緣層114而形成一開口部114a。接著，在第 1B圖中，步驟S20係配置電路基板110於一散熱片ιΐ6上。 電路基板110包括一電路層112以及一絕緣層114 ’絕緣 層114位於電路層112與散熱片116之間，以電性隔離電 路層112與散熱片116。此外，在形成開口部丨丨饴之前， 散熱片116之上表面可先形成一金屬層118，例如是銅或 鎳。壓合時，金屬層118位於絕緣層114與散熱片IK之 間，且部分金屬層Π8可顯露於開口部n4a中。在第1C 圖中，步驟S30係填入一導熱材料層12〇於開口部丨丨如 中，而部分導熱材料層122亦可形成於電路層112上。在 第1D圖中，步驟S40係配置一發光單元102於電路基板 U0上，散熱片116藉由導熱材料層120與發光單元1〇2 的底部熱接觸。 在一實施例中，導熱材料層12〇例如以塗佈的方式形 成於開口部114a中。導熱材料層丨2〇的材質包括錫，例 如疋低熔點的錫錯合金或錫銀銅合金等。此外，當導熱材 料層120以網版塗佈在開口部114a中時，部分導熱材料 層122可同時塗佈在位於開口部114a外側的電路層112 (例如接塾）上，以作為一焊接材料層。另外，當散熱片 116的材質為紹時，由於銅（金屬層〖Μ)與錫（導熱材 料層120)的接合能力大於鋁（散熱片116)與錫（導熱 材料層120)的接合能力，因此本實施例可藉由銅（金屬 層118)接合於導熱材料層12〇與散熱片116之間，來增 6 201240170 加散熱片116與導熱材料層12〇的介面接合能力。 在上述實施例中，導熱材料層12〇的材質除了錫之 夕亦可包括銅、類鑽石、石墨或陶莞等顆粒狀或粉末狀 的材質。摻雜上述高導熱材質之導熱材料層刚可使發光 早兀⑽所產生的熱可快速地傳導至散熱片ιΐ6 熱阻的產生。 另外，上述之組裝方法中，於步驟S3〇之後更可包 括塗佈-防鲜層m於電路層112上。防銲層124覆蓋部 分電路層112’並顯露出位於接塾上的部分導熱材料層122 (焊接材料層）以及位於開口部U4a中的導熱材料層 120，如第1C圖所示。此外，上述之組裝方法亦可先將未 圖案化的電路層112以及絕緣層114配置於散熱片丨16(如 步驟S2G)上’再進行侧或機密機械加工以形成一開口 部114a (如步驟S10)。因此，本實施例並未限制上述各 個步驟的順序。 凊參照第2圖，其繪示依照一實施例之提昇散熱效率 之光源模組之示意圖。光源模組100包括一發光單元1 、 一電路層112、一導熱材料層120、一金屬層118、一散熱 片116以及一絕緣層114。此光源模組1〇〇之電路層112\ 絕緣層114、金屬層118以及導熱材料層12〇，其^可經由 第1A〜1D圖之組裝流程配置於散熱片116上，在此不再 贅述。在一實施例中，電路層112可貼附於絕緣層ιΐ4之 表面，以形成一電路基板110。電路層112對應：於發光 單元102的底部，以使電路層ip與發光單元1〇2之一對 電極105a、105b電性連接。導熱材料層120連接於發光 201240170 I w , 單元102的底部，且部分導熱材料層122與發光單元i〇2 之此對電極105a、105b電性連接。散熱片116位於導执 材料層120的底部，且散熱片116與發光單元1〇2的電極 105電性絕緣。此外，絕緣層114於發光單幻⑽的底部 設有一開口部U4a，以使導熱材料層12(M立於開口部心 内，且政熱片116藉由導熱材料層12〇與發光單元的 底部熱接觸。 在一實施例中，發光單元102可為熱電分離之封裝結 構，其包括一晶片104、一對電極105a、1〇5b、一晶片座 106以及一封裝體1〇8。晶片1〇4配置於晶片座1〇6上， 晶片104可藉由導線（圖未繪示）與此對電極l〇5a、1〇北 電性連接，以使發光單元1〇2電致而發光。此對電極1〇5&、 l〇5b分別由晶片座i〇6之一側呈延伸出封裝體ι〇8之 外，並顯露其末端於封裝體1〇8之底面，如此發光單元1〇2 之此對電極l〇5a、105b可藉由焊接材料層與電路層112 電性連接。此外，位於底部的晶片座106直接與導熱材料 層120接觸，導熱材料層12〇例如為錫膏或其他金屬，因 此可將發光單元102所產生的熱直接傳導至散熱片116， 不需經過絕緣層114，以減少熱阻的產生。 此外，發光單元102更可包括一封膠126以及一透鏡 128。封膠126包覆於晶片104之周圍。透鏡eg覆蓋於 晶片104之上方，以使晶片104密封於發光單元1〇2内。 本發明上述實施例所揭露之提昇散熱效率之光源模 組及其組裝方法，係利用蚀刻或精密機械加工的方式將電 路基板的電路層以及絕緣層銑除，以形成一開口部，並填 201240170 入高導熱材料於開口部内。藉由導熱材料層，發光單元所 產生的熱可以直接傳導至散熱片，不需經過絕緣層，以減 少熱阻的產生。相對於傳統電路基板的絕緣層熱阻過高的 問題，本實施例之發光單元（例如為高功率之發光二極體 元件）所產生的熱可直接傳導至下方的導熱材料層以及散 熱片，不需經過絕緣層，因此可有效避免熱囤積的問題， 以提昇光源模組的散熱效率。 綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然 其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常 知識者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作各種之 更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專 利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1A〜1D圖繪示依照一實施例之提昇散熱效率之光 源模組及其組裝方法的示意圖。 第2圖繪示依照一實施例之提昇散熱效率之光源模 組之示意圖。 【主要元件符號說明】 100 :光源模組 102 :發光單元 104 :晶片 105a、105b :電極 106 :晶片座 9 201240170 108 封裝體 110 電路基板 112 電路層 114 絕緣層 114a :開口部 116 :散熱片 118 :金屬層 120 :導熱材料層 122:部分導熱材料層（焊接材料層） 124 :防銲層 126 :封膠 128 :透鏡

Claims (1)

1. 201240170 » » · » · I A %. 七、申請專利範圍： 1. 一種提昇散熱效率之光源模組，該光源模組包括： 一發光單元； 一電路層，與該發光單元之電極電性連接； 一導熱材料層，連接於該發光單元的底部，且部分該 導熱材料層與該發光單元之電極電性連接； 一散熱片，位於該導熱材料層的底部；以及 /一絕緣層，位於該電路層與該散熱片之間，該絕緣層 於4發光單70的底部設有一開口部，以使該導熱材料層位 於該開口部内，且該散熱片藉由該導熱材料層與該發光單 元的底部熱接觸。 2. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該 電路層貼附於該絕緣層之表面，以形成一電路基板。 —$.如申請專利範圍第1項所述之光源模組，更包括 防銲層，塗佈於該電路層上，該防銲層顯露出該開口部。 4·如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該 電路層藉由該絕緣層壓合於該散熱片上。 —5.如申請專利範圍第1項所述之光源模組，更包括 :金屬層，該金屬層位於該絕緣層與該散熱片之間，且部 分該金屬層顯露於該開口部中。 6. 如申請專利範圍第5項所述之光源模組其中該 ，屬層與該導熱材料層的接合能力大於該散熱片與該導 熱材料層的接合能力。 7. 如申請專利範圍第6項所述之光源模組，其中該 屬層的材質為銅，該散熱片的材質為鋁。 201240170 8. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該 導熱材料層以塗佈的方式形成於該開口部中。 9. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該 導熱材料層的材質包括銅、錫、類鑽石、石墨或陶瓷。/ 10. 如申請專利範圍第丨項所述之光源模組，其中該 發光單元包括一晶片、一對電極、一晶片座以及一封^ 體，該晶片配置於該晶片座上，並與該對電極電性連接， 該對電極延伸出該封裝體之外。 11. 如申請專利範圍第10項所述之光源模組，其中 該發光單元更包括一封膠以及一透鏡，該封膠包覆於該晶 片之周圍，該透鏡覆蓋於該晶片之上方，以使該晶片密封 於該發光單元内。 12. —種光源模組的組裝方法，該組裝方法包括： 配置一電路基板於一散熱片上； 加工該電路基板，以形成一開口部； 填入一導熱材料層於該開口部中；以及 配置一發光單元於該電路基板上，其中該散熱片藉由 該導熱材料層與該發光單元的底部熱接觸。 13. 如申請專利範圍第12項所述之組裝方法，其中 該導熱材料層以塗佈的方式形成於該開口部中。 14. 如申請專利範圍第12項所述之組裝方法，其中 該導熱材料層的材質包括銅、錫、類鑽石、石墨或陶究。 12