TWI296447B - - Google Patents

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1296447 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種發光二極體之光源模組，特別指一種 應用高功率、高亮度發光二極體作為光源所設 製成的燈具。 '【先前技術】 發光一極體技術的成熟，已引發照明方面的一場革命。 H 不僅是紅綠燈，大型螢幕的顯示、室内照明、汽車車燈、廣 告軚痣等所有需要光亮的地方’發光二極體都將取代傳統的 照明設備。發光二極體供照明使用時，有一個相當大的障礙 需要解決，所須之亮度愈高時，就須採用功率愈高的發光二 極體，而所產生的熱源愈大，例如作為路燈使用時，須採用 複數發光二極體所形成的陣列，所產生的熱源極高，如果没 有-做好的健結構’將魏發光二極體壽命大幅縮短， 並影響整個產品的可靠度。 請參照第-圖，先前技術中發光二極體路燈1〇的結構示 思、圖’所使用的印刷電路板11為一般泛用之FR4印刷電路 板或是以散熱為考量之金屬純或銅等雜㈣路板。由於 此類印刷電路主要材料為FR4、FR5或其他導熱性較差之纖 維材質，使得發光二極體12發亮時所產生之熱能量仍大多 累和在印刷電路板Η之介面上而無法大幅降低整體散熱效 5 1296447 率，雖其背面有增設一金屬的散熱基座13，但乃無法將將 印刷電路板11上之熱源有效率地經燈座外殼14傳導至大 氣。 【發明内容】 本發明之目的為提供一種高散熱型發光二極體光源模 組，其係在發光二極體下方之印刷電路板上製作一個或數個貫 穿的孔，並在孔的侧壁上形成金履導熱層或是以導熱材料將該 孔填滿，藉此結構將熱快速地傳遞至大氣環境中。 為了達到上述目的，本發明提供一種發光二極體光源模 組’主要是在一印刷電路板處設有由發光二極體陣列，而於印 刷電路板上每一個發光二極體設置處設有至少為一個貫穿的 孔，孔侧壁上形成有金屬導熱層，該印刷電路板之厚度小於 400/zm，另外於印刷電路板處設有複數個金屬區塊，該金屬區 塊為該發光二極體的設置位置，該金屬區塊並與該孔之導熱層 相連接，且該金屬區塊不與印刷電路板上作為電性連通的金屬 電路相連通。 另外，運用本發明之發光二極體光源模組亦可製成一燈 具，其包括：一燈座外殼；一發光二極體陣列，安裝於該印 刷電路板上面；一印刷電路板，於發光二極體設置處設有至少 1296447 為一個貫穿的孔，孔壁上形成有金屬導熱層，該印刷電路板之 厚度小於400//m，另外於印刷電路板處設有複數個金屬區 塊，該金屬區塊為該發光二極體的設置位置，該金屬區塊並與 該孔之導熱層相連接，且該金屬區塊不與印刷電路板上作為電 性連通的金屬電路相連通；一燈罩，係與該燈座外殼相密合； 其中’该印刷電路板之相對於連接該發光二極體陣列的另一面 與該燈座外殼之内側係緊密結合。 為使番查委員清楚了解本發明之詳細流程及技術内容，本 t月人將配ό以下之圖式及詳細之解說，以求審查委員清楚了 解本發明之精神所在： 【實施方式】 如第-、二Α圖所示，為本發明之發光二極體光源模組之 一體圖及局I彳視圖，主要包括―_電路板2及複數個發光 二極體30所形成的發光二極體陣歹，卜如第三A圖所示，該印 爾路板2於每-個發光二極體3Q設置處的下緣有至少為 ，貫穿的孔21，（亦可如第三B _示，其紗二個貫穿的 可i )孔侧土上域有金屬導熱層22，該金屬導熱層22是 二由銅、銀等其他高熱導率材料所構成，在本實施例中該孔 尸^中空狀’僅在孔壁形成—金屬導熱層22，但也可以使金 U 22直接填滿該孔21内（如第四圖所示），藉此增加熱 1296447 傳導速率。如第五圖所^另外也可以另—導熱材料23填滿 於金屬導制22内部’形成另—種實心的導熱結構，該導熱 材，23可由散熱貧等其他高熱導率材料所構成。此方式為生 產容易’例如以銅形轉鋪，而以散熱膏為導熱材料。 該發光二極體3G為高功率、高亮之發光二極體，設置於 印刷電路板2處’並以導線31與該印刷電板雜連接。而該 發光二極體30的設置錄、數目及所纽的光醜色則依使 用者的須求而定’可自由變化，轉得所須之絲顏色、亮度 及色溫。 為了使發光二極體30的散熱效果更佳，如第三A圖所示， 於該發光二極體30與印刷電路板2之間設有一導熱介質層 4 ’其材質為散熱嘗、導熱片，或其他能使發光二極體本身熱 源快速傳遞至印刷電路板的材料與方法。由於發光二極體3〇 與印刷電路板2相接處不可避免的會出現一些間隙，從而影響 發光二極|| 30力熱傳導，本實施利用散熱膏作為導熱介質4 塗布在發光二極體30底部，一方面填補空隙，一方面使導熱 性更佳。 再者，於印刷電路板2上可設有金屬區塊5，供發光二極 體30設置其上’材質可為金或銅…等等，並與該孔a之金屬 1296447 導熱層22相連接，此處的金屬區塊5僅為導熱之用，不同於 與印刷電路板2上作為電性連通的金屬電路24，也不與之相 通’兩者之間並利用防焊層25隔開，避免短路。另外也可於 印刷電路板2另-面設有辅助^_熱屬6，該辅助導熱層6可為 金或銅或銀等，並與該孔21之金屬導熱層22相連接，此輔助 導熱層可為小面積狀，即每一層僅與一孔21之金屬導熱層四 相連接’但也可為大面積狀，即該辅助導熱層6即與印刷電路 板上每-孔21之金屬導歸22相連接，該金輕塊5、金屬 導熱層22及辅助導熱層6能在印刷電路板2製造時即成型於 表面或孔内，以方便廠商使用。藉此發光二極體30在使用時 所產生的熱源可經導熱介質層4及金屬區塊5、快速傳遞至印 刷電路板紹處’而本發明利用金屬導熱層22、辅助導熱層6 :離熱快速魏於其另—側’而賴快速散熱之目的。另外如 果配合其他構件結合於印刷電路板另一侧，例如散熱座或後段 所述之燈座外殼，則能其整體的散熱效果更佳。 本發明亦可將印·輪的厚纽為更薄，例如厚度係小 於400/zm ’較佳小於2〇〇//m，使其具有可撓性彎曲的特性， 方利用其極薄厚度的特性能使熱傳遞路徑更短，散熱效果更 佺’另-方面利用其可彎曲的撓性，使製成的發光二極體光源 核組能f曲成各麵弧曲線，廣泛地應賴現有各種燈座及其 1296447 他非平面幾何外型之產品上’在使用上更為方便。 本發明之印職路板的製造枝可_祕而獲得一個 或數個貫穿孔’其中雷射鑽孔機的激光器主要有RF激發的⑽ 氣體激光器、或UV固態Nd : YAG激光器。然後利用鑛通孔技 術（Plated-Th簡gh-Hole technology)經由除膠渣、整孔、 U钱、預活化、活化、加速、無電鍍銅（又稱為化學銅）等步 驟，將鑽錄的非導體印刷電路板之貫穿孔壁上沈積一層密實 導熱性_(亦為金屬導歸），其巾無電鍍銅就是在 不需要通電的條件下，使用含有_和__鍍液而形成銅 印的方法而無龟鑛銅之鑛液主要是銅鹽（例如硫酸銅）與還 原劑（例如乙酸酸），另含有錯合劑（例如乙二胺四乙酸，、即 EDTA)、pH值調整劑、安定劑與界面活性劑等。其中還原劑是 扮演自發反絲生最重要的肖色，其自身魏絲提供電子給 岭液中之金屬離子作為還原之用。舉例^言，於鑛液中，銅離 子的濃度為0. 035M，乙路酸的濃度為〇. 〇6M，而乙二胺四乙酸 的濃度為0. 087M。在攝氏6 〇度的溫度下，以該鍍液進行無 電電鑛’而於被活化之貫穿孔側壁上成長銅Μ。然後於此孔内 填入-種具有例如2 χ 1〇-3 cal/cm sec.之高導熱係數的黏 稠性散熱膏（即為導熱材料），並將此貫穿孔填滿。散熱膏例 如為石夕酮裏加入氧化銀顆粒的膏狀物。金屬導熱層除了銅以 外，還可為銀等。 1296447 第四圖所示為一種孔内填滿導熱層的截面示意圖。其製造 方式可在第三A圖中之金屬導熱層22的銅層，進行電解電鍍 而將銅導熱材料成長於該銅層上，並填滿該孔，形成銅導熱 柱°亥龟解電鍍之鍍液配方包括銅離子源（例如硫酸銅）、電 解質（例如硫酸、鹽酸）、潤濕劑（例如聚乙烯二醇）以及具 有選擇性抑制梯度之平整劑。舉例而言，於鑛液中，銅離子的 濃度為52 g / 1，硫酸的濃度為5〇〇 g /丨，氯離的濃度為9 〇 ppm ’聚乙烯二醇的濃度為25〇卿，而平整劑的濃度為⑽ 娜。將侧壁上形成有金屬導熱層22之貫穿孔21填滿用之導 熱材料除了銅以外，還可為銀、鑽石、散熱膏等。 如第六圖所示’運用本發明之結構所設計的之發光二極 體路燈的截©圖。本發明之發光二鋪路燈7()储複數個發 光二極體鱗财式形成發光二極體物3安裝於印刷電路 板2的上面，並以導線與該印刷電路板2電性連接，而該發光 -極體陣列3可根據燈罩71及發光均勻度採特殊排列，接 著’將該印刷電路板2及其上之發光二極體陣列3安裝於該 燈座外殼72之内部，並利用該印刷電路板2使其背面貼合二 燈座外殼72，讓該燈座外殼72直接成為一散熱襄置，因此該 燈座外殼72最好以散熱效果佳的材料製成，例如為銘、銅等 11 1296447 之金屬。該印刷電路板2與該燈座外殼72之間可設有一導熱 介質層8，其材質為一散熱膏、導熱片，或其他能將印刷電路 板熱1快速傳遞至燈座外殼的材料與方法，以確保彼此緊密結 a並具有良好的散熱效果。如此一來，本發明之發光二極 體路燈70，其利用印刷電路板之孔21及金屬導熱層22，能 迅速將熱量傳導至燈座外殼72處，利用以外界空氣散熱， 故整體的散熱效果佳。 如第七圖所示，如果印刷電路板2厚度較薄（厚度小於 400//m)時’即具有可撓性，可配合所使用之燈座外殼8的 形狀’例如波浪型，而使該印刷電路板2彎曲成相對應之型 體’並與该燈座外殼8之内侧輪廓緊密結合，此時也可讓該燈 座外殼8直接成為一散熱裝置。 對所有熟習此技藝者而言，本發明明顯地可以作出多種 修改及變化而不脫離本發明的精神和範圍。因此，本發明包 括該些修改及變化，且其皆被包括在下附之申請專利範圍及 其均等者中。 【圖式簡單說明】 第一圖為習用發光二極體路燈之結構示意圖； 第二圖為本發明之立體圖； 12 1296447 第三A圖為本發明之剖面示意圖； 第三B圖為本發明第二種實施例之剖面示意圖； 第四圖為本發明第三種實施例之剖面示意圖； 第五圖為本發明第四種實施例之剖面示意圖； 第六圖為本發明運用於發光二極體路燈的第一種實施例 之截面圖； 第七圖為本發明運用於發光二極體路燈的第二種實施例 之截面圖。 11印刷電路板 13散熱基座 22金屬導熱層 24金屬電路 31導線 【主要元件符號說明】 10發光二極體路燈 12發光二極體 14燈座外殼 2 印刷電路板 21孔 23導熱材料 30發光二極體 4導熱介質層 5金屬區塊 6 輔助導熱層 70發光二極體路燈 71燈罩 13 1296447 72燈座外殼 8導熱介質層

Claims (1)

1296447 十、申請專利範圍： L —種散熱型發光二極體光源模組，其包括： 發光二極體陣列，由複數高功率發光二極體所構成； 一印刷電路板，前述之發光二極體陣列設置其上，該印刷 電路板於發光二極體設置處設有至少為一個貫穿的 孔’孔壁上形成有金屬導熱層，且該印刷電路板之厚 度小於400//m，另外於印刷電路板處設有複數個金屬 區塊，該金屬區塊為該發光二極體的設置位置，該金 屬區塊並與該孔之金屬導熱層相連接，且該金屬區塊 不與印刷電路板上作為電性連通的金屬電路相連通。 2·如t料職_ 1項所述之散熱型發光二極體光源模 組’其巾該孔為巾空狀，僅孔壁上職有導熱層。 3·如申4專樣圍第1項所述之散熱型發光二極體光源模 組’其中’該導熱層為鋼。 4·申請專職圍第1項所述之散熱型發光二極體光源模組， 其中，該導熱層為銀。 5·如申請專概圍第1項_之雜着光二極體光源模 組’其中麵巾另填滿—導熱材料。 6·如申請專利範圍第5項所述之散熱型發光二極體光源模 組，其中，該導熱材料為散熱膏。 7.如申請補額第1項所述之散熱型發光二極體光源模 組’其中該印刷電路板與發光二極體之間财—高導熱介 1296447 質的導熱介質層。 申月專1項所述之散熱型發光二極體光源模 、、、-中於印刷f路板於未設有發光二極體的另一側面設 有$熱辅助層’該導熱辅助層並與該孔之導熱層相連接。 如申明專利範圍第1項所述之散熱型發光二極體光源模 組’其中，該印刷電路板之厚度較佳小於200//m。 1〇·一種散熱型發光二極體光源模組之燈具，包括： 一燈座外殼； 一發光二極體陣列，料光源，安裝於該印刷電路板上 面，並以導線與該印刷電路板電性連接； 一印刷電路板，前述之發光二極體陣列設置其上，該印刷 電路板於發光二極體設置處設有至少為一個貫穿的 孔’孔壁上形成有金屬導熱層，且該印刷電路板之厚 度小於400//m，另外於印刷電路板處設有複數個金屬 區塊，該金屬區塊為該發光二極體的設置位置，該金 屬區塊並與該孔之金屬導熱層相連接，且該金屬區塊 不與印刷電路板上作為電性連通的金屬電路相連通； 以及 一燈罩，係與該燈座外殼相密合， 其中，該印刷電路板之相對於連接該發光二極體陣列的另 一面與該燈座外殼之内侧係緊密結合。 1296447 π·如申研專利範圍第10項所述之散熱型發光二極體光源模 組之燈具，其巾，卩刷魏板之相躲連麟發光二極 體陣列的另-賴該燈座外殼之間設有_高導熱介質的 導熱層。 I2·如申π專利關帛1Q項所述之散熱型發光二極體光源模 組之k具’其巾，雜料殼之材料可為金屬或其他 熱/散熱材質。 1296447 七、 指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（三A)圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 2印刷電路板 22金屬導熱層 24金屬電路 31導線 21孔 23導熱材料 25防焊層 30發光二極體 4導熱介質層 5金屬區塊 6輔助導熱層 八、 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：