TWI385343B - 一種光源及其被動散熱裝置 - Google Patents

Description

一種光源及其被動散熱裝置

本發明係關於一種光源及其被動散熱裝置，特別是關於一種發光二極體(Light Emitting Diode；LED)光源及其被動散熱裝置。

近幾年來，由於LED之照明應用需求，使LED之亮度、功率被積極地提昇。可是，日增之功率且密集之排列，使LED之散熱成為LED應用之一主要問題。若不解決散熱問題而讓LED的熱無法排除，進而使LED的工作溫度上升，會造成發光亮度減弱及使用壽命衰減，因此LED散熱問題不容小覤。

一般習知之LED光源之散熱係以具複數鰭片之散熱器、熱管等手段來達成，部份甚至加入風扇，這樣多種元件之組合會造成高昂的成本以及加重LED光源之重量。此外，複雜的散熱構造，對維修保養上也是一大負擔。美國專利公開號第US20070215328號揭示一種散熱裝置，該散熱裝置係以熱管、鋁擠型鰭片、銅製導熱座及鋁製導熱座等組件所組成，其過多之組件不僅加重其重量也增加其物料成本。而且多組合件之結合關係也會造成熱阻累加之效應，並進而降低散熱之效果。美國專利公開號第US2003024693號揭示一種將銅與鋁密合後，再加工成具複數鰭片之散熱器。此專利揭示之散熱器需較複雜之加工方法，因此會使其加工成本高，且因其使用材料多，故重量較重。又因其配合風扇運作，而一般風扇之壽命 約為15至30千小時，所以運用在LED冷卻的場合時，會因其壽命較LED燈短而產生使用上之不便。

另外，美國專利公開號第US7133284號揭示一種三件分離之鋁擠型鰭片及穿設於其間之熱管等所組合之散熱器。此專利揭示之散熱器由於構件數量多，因此於製作時，需較多之製造模具。且由於構件多，因此使用材料多且重量較重。更因為熱傳導需經由熱管，增加熱傳連結介面，故其熱阻高而對散熱有負面效果。美國專利公開號第US5421406號之散熱器係於一基板上排列一列梳子狀之針狀散熱柱。由於散熱器是兩金屬元件共組而成，因此重量偏重。且因針狀散熱柱面積較小，造成其熱交換效率較低。梳子狀之針狀散熱柱與基板之連接製程不易控制，容易影響量產速度。

綜觀上述，除LED散熱效率之要求外，隨著LED的普及化，其成本要求必日益嚴苛，因此每個LED燈具構件之成本必須加以錙銖必較，故構件本身之成本、構件的製造成本必須加以嚴加控管，方能滿足日後市場之要求。再者，為達一定水準之散熱功效而使用沉重之散熱器，將使燈具之支撐設計複雜化與厚實化，除使成本上升外，更會造成且使用上之不便。此外，如鋁擠型等之散熱鰭片，會因為使用大小之不同而需製作不同之製造模具，而因不同應用而製作大量之模具，對成本的影響甚鉅。由此亦顯示使用鋁擠型等之散熱鰭片之習知技術缺乏彈性。因此，LED照明產業急需一種具高散熱效率、輕量化及低成本的解決方案。

本發明提供一種光源及其被動散熱裝置，係為一散熱鰭片以一固接部貼著熱源之方式進行散熱，此可減少熱源與散熱鰭片間之串聯熱阻，從而提昇散熱效率。另一方面，藉由本發明之被動散熱裝置設計，可使該被動散熱裝置具重量輕、元件數量少、簡易且使用具極大之彈性、具擴充性、使用材料少使得相對成本較低等之優點。

本發明一實施例之光源之被動散熱裝置包含一散熱鰭片及至少一固接部。該固接部和該散熱鰭片之一側邊垂直相接，其中該固接部係用於貼著於該發光二極體之一散熱表面，該固接部與該散熱表面大小相當。

本發明另一實施例之光源之被動散熱裝置包含兩散熱鰭片及至少一固接部。兩散熱鰭片係以平行方式排列。固接部係與該等散熱鰭片同側之兩側邊相連接，其中該固接部係用於貼著於該發光二極體之一散熱表面，該固接部與該散熱表面大小相當。

本發明一實施例之光源包含一二極體發光模組及一被動散熱裝置。二極體發光模組包含一電路板及至少一發光二極體，其中該發光二極體係設置於該電路板上，且該發光二極體包含一散熱表面。被動散熱裝置包含一散熱鰭片及至少一於該散熱鰭片之一側邊垂直相接之固接部，其中該固接部係貼著於該散熱表面，該固接部與該散熱表面大小相當。

本發明另一實施例之光源包含包含一前述之二極體發光模組及一被動散熱裝置。被動散熱裝置包含兩平行排列 之散熱鰭片及與該等散熱鰭片同側之兩側邊相連接之至少一固接部，其中該固接部係貼著於發光二極體之散熱表面，該固接部與該散熱表面大小相當。

參照圖1，LED光源100包含二極體發光模組110及複數片散熱鰭片106，而該二極體發光模組110包含電路板102及複數個LED 104。LED 104嵌設於電路板102上，且以兩排並列的方式沿電路板102長邊方向規則地表面黏著(或可以其他預定之方式表面黏著)。散熱鰭片106亦依LED 104於電路板102長邊方向排列，形成一散熱鰭片106陣列，其中兩個並列之LED 104共用相同之散熱鰭片106以進行散熱。

參照圖2及圖3，電路板102上具複數個較LED 104稍大之孔洞202，此可使相對應之LED 104嵌設於其中，並讓LED 104背面204(與發光面相對)上之一散熱表面204a可裸露出電路板102之上(如圖3所示)，而有利於本發明散熱結構之施行。LED 104之複數個接腳206電性連接於電路板102之導線層208上，因此可自電路板102獲得驅動之電能。一實施例中，電路板102可為金屬核心印刷電路板(Metal Core Printed Circuit Board；MCPCB)。一實施例中，LED 104之封裝結構係將晶粒焊接於一散熱基板(sub mount)或散熱片(heat sink)上，然後再把晶粒以環氧樹脂或高分子保護材料包覆。

參照圖4，LED 104之散熱係利用設於其上之單一散熱鰭 片106來提昇其散熱之能力，使LED 104得避免發光亮度減弱及使用壽命衰減。於此一實施例中，被動散熱裝置108包含一四邊形之散熱鰭片106及於該散熱鰭片106之一側邊上設置之至少一固接部402。固接部402係和散熱鰭片106垂直相接，故可使散熱鰭片106安置於LED 104上時可呈矗立之狀態。一實施例中，該固接部402與該散熱鰭片106可為金屬沖壓一體成型製成，而該固接部402可為彎折加工而成。固接部402係以貼著之方式固定於LED 104之散熱表面204a，藉此達到最大的熱傳遞效果。固接部402可與該散熱表面204a大小相當，然可依實際散熱設計而不以此為限。一實施例中，固接部402係以焊接方式貼著於該散熱表面204a，其中焊接使用之材料係金、銀、鎳/金、鎳/鈀/金、錫、錫/銀、錫/銅、及錫/銀/銅之其中一者。以焊接之方式固著，可使接觸表面間之熱傳效率達到最佳之狀態。

參照圖1，為節省加工成本，可將散熱鰭片106設計具有兩個固接部402，使得兩並列之LED 104可共同利用同一散熱鰭片106來提高各自之散熱能力。從此例可得知，只要能符合散熱之要求，散熱鰭片106可共接於多個LED 104。亦即，本發明揭示之被動散熱裝置108可彈性設計並應用於各種形式排列之LED光源100。

綜上所述，本發明所揭示之技術係分別利用散熱鰭片106與LED 104之散熱表面204a直接連接，使LED 104可直接利用個別散熱鰭片106散熱，因此可減少熱源與散熱鰭片106間之串聯熱阻。本發明揭示之技術係利用散熱鰭片 106以自然熱對流、熱輻射等被動方式散熱，無需使用主動方式(強制對流)即可達到散熱之目的；而本發明揭示之技術相較於以強制對流來達到熱傳者，具使用上之經濟性及輕便性。舉例言，本發明揭示之技術免用熱管、風扇等主動散熱元件，故可較鋁擠型散熱器等使用主動散熱元件者降低重量約50%。除此之外，使用上的彈性亦是本發明所具之最大優勢，亦即傳統鋁擠型散熱器受限於製作模具而無法彈性改變尺寸以因應不同形式排列發光二極體之光源。本發明所揭示之技術不因使用外型、大小之改變而必須因應加開額外之模具，其可以簡單裁切之方式來滿足所有之要求，故可彈性地滿足各種需求。

參照圖5，上述之立設於散熱鰭片106一側邊之固接部402係往散熱鰭片106之單一側表面延伸。除此之外，固接部402’亦可往散熱鰭片106’之兩邊側表面來延伸(如箭頭方向所示)，使其呈倒T型。如此之設計可縮短固接部402兩端熱傳距離，而增進熱傳效率。

參照圖6，於大功率LED 104’的應用下，單一散熱鰭片106可能不敷使用，此時可設兩立置之散熱鰭片(106”和106’’’)之方式達到加大散熱面積、提高散熱量之效果。兩立置之散熱鰭片(106”和106’’’)之同側之兩側邊係以一固接部402”相連，而藉由該固接部402”貼著於其相對應之LED 104’上，使該LED 104’得藉散熱鰭片(106”和106’’’)將產生之熱量散出。

參照圖7，單一列(行)排列之LED 104可設計以每個 LED 104均具其各自之散熱鰭片106’’’’來提高散熱效率。

參照圖8，從一環狀光源100’之散熱技術之配置方式，可看出此技術應用之彈性及擴充性。本發明揭示之技術因為直接將散熱鰭片106直接設置於LED 104，因此無論LED 104之排列方式如何均可將散熱鰭片106彈性地設置於其上，達到散熱的效果，由此可知本發明揭示之技術極具彈性與擴充性。環狀光源100’之LED 104係以環型方式排列於電路板102’，因此使接著於其上之散熱鰭片106亦呈現與其相對應之環型排列方式。

綜言之，本發明所揭露之技術較習知技術具有散熱較使用鋁擠型之散熱器為佳、元件數量少、簡易且使用具極大之彈性、具擴充性、使用材料少使得相對成本較低等之優點。

本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

100‧‧‧LED光源

100’‧‧‧環狀光源

102、102’‧‧‧電路板

104、104’‧‧‧LED

106、106’、106”、106’’’、106’’’’‧‧‧散熱鰭片

108‧‧‧被動散熱裝置

110‧‧‧二極體發光模組

202‧‧‧孔洞

204‧‧‧背面

204a‧‧‧散熱表面

206‧‧‧接腳

208‧‧‧導線層

402、402’、402”‧‧‧固接部

圖1係本發明一實施例之LED光源之立體示意圖。

圖2係圖1之局部俯視圖。

圖3係圖1之局部側視圖。

圖4係本發明一實施例之散熱鰭片示意圖。

圖5係本發明另一實施例之散熱鰭片示意圖。

圖6係本發明又一實施例之散熱鰭片示意圖。

圖7係本發明另一實施例之LED光源之立體示意圖。

圖8係本發明一實施例之環狀光源之立體示意圖。

100‧‧‧LED光源

102‧‧‧電路板

104‧‧‧LED

106‧‧‧散熱鰭片

108‧‧‧被動散熱裝置

110‧‧‧二極體發光模組

402‧‧‧固接部

Claims (20)

1. 一種光源之被動散熱裝置，係用於一發光二極體散熱，該被動散熱裝置包含：一散熱鰭片；以及至少一固接部，和該散熱鰭片之一側邊垂直相接，其中該固接部係用於貼著於該發光二極體之一散熱表面，該固接部與該散熱表面大小相當。
2. 根據請求項1之被動散熱裝置，其中該固接部係以焊接方式貼著於該散熱表面。
3. 根據請求項2之被動散熱裝置，其中該焊接使用之材料係金、銀、鎳/金、鎳/鈀/金、錫、錫/銀、錫/銅、及錫/銀/銅之其中一者。
4. 根據請求項1之被動散熱裝置，其中該散熱鰭片及該固接部係以金屬沖壓一體成型製成。
5. 根據請求項1之被動散熱裝置，其中該固接部係往該散熱鰭片之單一側表面延伸或兩邊側表面來延伸。
6. 一種光源之被動散熱裝置，係用於一發光二極體散熱，該被動散熱裝置包含：兩散熱鰭片，係以平行方式排列；以及至少一固接部，係與該等散熱鰭片同側之兩側邊相連接，其中該固接部係用於貼著於該發光二極體之一散熱表面，該固接部與該散熱表面大小相當。
7. 根據請求項6之被動散熱裝置，其中該固接部係以焊接方式貼著於該散熱表面。
8. 根據請求項7之被動散熱裝置，該焊接使用之材料係金、 銀、鎳/金、鎳/鈀/金、錫、錫/銀、錫/銅、及錫/銀/銅之其中一者。
9. 根據請求項6之被動散熱裝置，其中該散熱鰭片及該固接部係以金屬沖壓一體成型製成。
10. 一種光源，包含：一二極體發光模組，包含一電路板及至少一發光二極體，其中該發光二極體係設置於該電路板上，且該發光二極體包含一散熱表面；以及一被動散熱裝置，包含一散熱鰭片及至少一於該散熱鰭片之一側邊垂直相接之固接部，其中該固接部係貼著於該散熱表面，該固接部與該散熱表面大小相當。
11. 根據請求項10之光源，其中該固接部係以焊接方式貼著於該散熱表面。
12. 根據請求項11之光源，其中該焊接使用之材料係金、銀、鎳/金、鎳/鈀/金、錫、錫/銀、錫/銅、及錫/銀/銅之其中一者。
13. 根據請求項10之光源，其中該散熱鰭片及該固接部係以金屬沖壓一體成型製成。
14. 根據請求項10之光源，其中該電路板係金屬核心印刷電路板。
15. 根據請求項10之光源，其中該固接部係往該散熱鰭片之單一側表面延伸或兩邊側表面來延伸。
16. 一種光源，包含：一二極體發光模組，包含一電路板及至少一發光二極體，其中該發光二極體係設置於該電路板上，且該發光二極體包含一散熱表面；以及 一被動散熱裝置，包含兩平行排列之散熱鰭片及與該等散熱鰭片同側之兩側邊相連接之至少一固接部，其中該固接部係貼著於該散熱表面，該固接部與該散熱表面大小相當。
17. 根據請求項16之光源，其中該固接部係以焊接方式貼著於該散熱表面。
18. 根據請求項17之光源，其中該焊接使用之材料係金、銀、鎳/金、鎳/鈀/金、錫、錫/銀、錫/銅、及錫/銀/銅之其中一者。
19. 根據請求項16之光源，其中該散熱鰭片及該固接部係以金屬沖壓一體成型製成。
20. 根據請求項16之光源，其中該電路板係金屬核心印刷電路板。