TWI420714B - The thermally conductive structure of light - emitting diodes - Google Patents

Description

發光二極體之導熱結構

　　本發明係有關一種導熱結構，尤指一種發光二極體之導熱結構。

　　一般習知的燈體結構通常係以高壓鈉燈作為發光的元件，而隨著科技的進步，發光二極體（Light Emitting Diode，LED）技術已漸趨成熟。多組LED所組成之燈具的亮度已經能夠達到一般燈具所需之照明水準，且具有省電及使用壽命長的優點。並且在部份LED燈損壞的狀況下，對整座燈照明功能影響有限，而一般傳統燈具使用時，若燈泡損壞，整座燈具就會完全失去作用，造成使用者的困擾。

　　請參閱圖1及圖2所示，圖1係習知技術之燈具設置示意圖，圖2係習知技術之燈具局部放大剖面示意圖。於此，其係以路燈1作為說明，如圖所示，路燈1為了增加其有效照射面積以及照射角度，因而使得路燈1會與道路2形成一傾斜角度。而在LED燈中，發光二極體3的散熱問題為設計LED燈的重要考量，一般來說，發光二極體3會設置於一基板4上，而該基板4會藉由一導熱片5將熱量傳導至一散熱片6上，該散熱片6之體積遠大於該導熱片5之大小，藉由該散熱片6之表面積大量與空氣接觸，因而達到快速散熱之目的。而為了有效將熱量由該基板4傳導該散熱片6，該基板4與該導熱片5，及該導熱片5與該散熱片6之間通常會塗上一層導熱膏7，藉此避免該基板4與該導熱片5，及該導熱片5與該散熱片6之間，因為無法完全貼附造成空隙，因而產生熱傳導不良的問題。

　　除此之外，已知的LED燈具亦利用各種不同的方式加強其導熱及散熱的能力，如中華民國專利公告第M348901號之「LED燈具導熱之結構」，其利用彎折薄度較薄之導熱組件，當熱能由LED傳導致該導熱組件後，由該導熱組件把熱能傳送至燈殼，藉此達到散熱之目的。另如中華民國專利公告第I296447號之「散熱型發光二極體光源模組」，其主要是在一印刷電路板處設有由複數個發光二極體所形成的發光二極體陣列，而於印刷電路板之發光二極體設置處設有至少一個貫穿的孔，孔側壁上形成有金屬導熱層，藉由該金屬導熱層與該發光二極體之直接接觸達到導熱的目的。上述之結構中，LED基板與散熱結構之連接仍然需要透過導熱膏之設置，才能達到良好的熱傳遞效果。但導熱膏在高溫狀態時容易變成液狀，並且就如上說明所述，路燈放置通常會與地面形成一傾斜角度，因而容易讓導熱膏往低的一邊流動，產生導熱膏無法均勻分布於金屬導熱層與該發光二極體基板或金屬導熱層與金屬散熱層的現象，而使得LED無法均勻的藉由該導熱膏將熱量傳遞至該導熱片，造成LED無法有效散熱導致光照度衰減，使用壽命降低。

　　本發明之主要目的，在於解決習知技術中因為燈具傾斜設置，使得導熱膏往低的方向流動，因而造成導熱膏無法平均的散佈於該基板與導熱片，導致散熱效率不佳，因而影響了LED的光效率及使用壽命的問題。

　　為達上述目的，本發明提供一種發光二極體之導熱結構，其係與一裝設有一發光二極體之基板連接，該發光二極體之導熱結構包含有：一固定金屬層、一傳遞該基板之熱量的傳熱件、一導熱金屬層及一散熱件。該傳熱件設置在該基板遠離該發光二極體之一側。該固定金屬層設置於該基板與該傳熱件之間，填補該傳熱件與該基板之間的空隙。該散熱件設置於該傳熱件遠離該基板的一側，藉由該傳熱件吸收該發光二極體產生之熱量。而該導熱金屬層設置於該傳熱件與該散熱件之間，其用以填補該傳熱件與該散熱件之間的空隙。

　　需特別說明的是，配合該固定金屬層與該導熱金屬層之熔點溫度，於該固定金屬層於熔融狀態時，該基板藉由該固定金屬層黏附於該傳熱件，並於該導熱金屬層於熔融狀態時，將該傳熱件黏附於該散熱件表面，藉此達到填補該基板與該傳熱件及該傳熱件與該散熱件之間空隙的目的。而該固定金屬層及該導熱金屬層之熔點溫度大於該發光二極體於發光時所產生之溫度，因而不會有像導熱膏因高溫而液化造成流動的現象。

　　由上述說明可知，本發明藉由該固定金屬層與該導熱金屬層取代習知技術中的導熱膏，不僅可以達到導熱膏填補空隙增加導熱的功用，並且因為該固定金屬層與該導熱金屬層之熔點溫度大於導熱膏，不會因該發光二極體發光時產生高溫而液化造成流動的現象。因此，亦不會有導熱不均勻造成散熱效率不佳，而減少該發光二極體光效率與壽命的問題。

　　有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：
　　請參閱圖3所示，其係本發明一較佳實施例之外觀結構示意圖，如圖所示：本發明係為一種發光二極體11之導熱結構，其係與一裝設有一發光二極體11之基板10連接，該發光二極體之導熱結構包含有：一傳遞該基板10之熱量的傳熱件20、一固定金屬層30、一散熱件40及一導熱金屬層50。該傳熱件20設置在該基板10遠離該發光二極體11之一側。該固定金屬層30設置於該基板10與該傳熱件20之間，填補該傳熱件20與該基板10之間的空隙。該散熱件40設置於該傳熱件20遠離該基板10的一側，藉由該傳熱件20吸收該發光二極體11產生之熱量。而該導熱金屬層50設置於該傳熱件20與該散熱件40之間，其用以填補該傳熱件20與該散熱件40之間的空隙。
　　其中該固定金屬層30與該導熱金屬層50為相同材料所製成，且該固定金屬層30與該導熱金屬層50之材料係選自於由銅、錫、銀、鉑、金及其組合所組成之群組。並且於本實施例中，該傳熱件20係具有兩貼附層21、21a及一液氣態導熱層22，該兩貼附層21、21a係分別與該固定金屬層30及該導熱金屬層50連接，而該液氣態導熱層22係設置於該兩貼附層21、21a之間，且該液氣態導熱層22為真空環境並填充有一導熱液體，該發光二極體11產生之熱量藉由該貼附層21傳送至該液氣態導熱層22，而該液氣態導熱層22內之導熱液體吸收熱量並因為真空關係而非常容易的蒸發為一氣體，該氣體接觸到另一貼附層21a，藉由該另一貼附層21a將熱量傳送至該散熱件40進行散熱，而該散熱件40具有複數散熱鰭片41，其與空氣間以大面積接觸，迅速帶走複數該散熱鰭片41之熱量。該氣體於放出熱量後還原為該導熱液體，重新進行吸熱循環的過程。
　　除此之外，請參閱圖4，本發明亦可藉由複數熱管24來將該貼附層21之熱量傳遞至另一該貼附層21a，藉此將該固定金屬層30之熱量傳遞至該導熱金屬層50。而該熱管24為高導熱係數之材料所製成，因而可以進行快速導熱，將熱由該貼附層21傳至另一貼附層21a，並且於傳熱的同時，亦可藉由該熱管24與空氣之接觸進行部分的散熱。再者，於本實施例中，一風扇23與複數該散熱鰭片41連接，該風扇23藉由氣流之流動帶走複數該散熱鰭片41之熱量。
　　需特別說明的是，配合該固定金屬層30與該導熱金屬層50之熔點溫度，於該固定金屬層30於熔融狀態時，該基板10藉由該固定金屬層30黏附於該傳熱件20，並於該導熱金屬層50於熔融狀態時，將該傳熱件20黏附於該散熱件40表面，藉此達到填補該基板10與該傳熱件20及該傳熱件20與該散熱件40之間空隙的目的。而該固定金屬層30及該導熱金屬層50之熔點溫度大於該發光二極體11於發光時所產生之溫度，因而不會有像導熱膏因高溫而液化造成流動的現象。
　　於上述說明中，該固定金屬層30與該導熱金屬層50係藉由直接銲連的方式使該基板10、該傳熱件20及該散熱件40相互貼附。除此之外，本發明亦可藉由類似表面黏著技術（Surface Mount Technology, SMT）方法進行該固定金屬層30與該導熱金屬層50塗佈於該傳熱件20及該散熱件40之組合與黏著貼附的製程作業，SMT製程係為工業界常使用之技術，在此便不詳細說明。但須特別說明的是，SMT製程中會經過一道迴流銲（Reflow）的程序，其係用以將錫膏融化，讓表面黏著裝置（Surface Mount Device, SMD）或表面黏著元件（Surface Mount Component, SMC）固定在基板10上。於本發明中，其係將該固定金屬層30與該導熱金屬層50融化，讓該基板10、該傳熱件20及該散熱件40相互黏附。
　　如果限於工件整體體積過於龐大，或發光二極體11溫度耐受性等因素考量，因而必須有兩道迴流銲手續。而於第一次迴流銲中，經過預熱、升溫、焊接和冷卻四個步驟讓該基板10能夠藉由該固定金屬層30緊密的貼附於該傳熱件20上，而於第二次迴流銲中，讓該傳熱件20藉由該導熱金屬層50緊密的貼附於該散熱件40上。但於第二次迴流銲中，重新預熱、升溫、回焊的步驟會讓該固定金屬層30重新融化，因而使得原本已經定位完成的該基板10與該傳熱件20產生滑移現象，而造成製程後之LED位置與原先設計不同，甚至會造成LED無法正常工作的狀況。
　　而於本實施例中，為了解決上述問題，該固定金屬層30與該導熱金屬層50為不同材料所製成，且該固定金屬層30與該導熱金屬層50之材料係選自於由銅、錫、銀、鉑、金及其組合所組成之群組。藉此，該固定金屬層30與該導熱金屬層50具有不同的熔點溫度，因此，於第一次迴流銲時，可以先針對熔點溫度較高的金屬進行，而後在於第二次迴流銲時，再對熔點溫度較低的金屬進行製程。如此一來，利用迴流銲自動化製程，而避免該固定金屬層30在製程完成後因該導熱金屬層50的製程造成重新融化的問題發生。在此仍須說明的是，以上列舉第一迴流銲為該固定金屬層30之製程，而第二迴流銲為該導熱金屬層50之製程，但實際上並不限制該固定金屬層30與該導熱金屬層50之迴流銲順序。
　　綜上所述，由於本發明藉由該固定金屬層30與該導熱金屬層50取代習知技術中的導熱膏，不僅可以達到導熱膏填補空隙增加導熱的功用，並且因為該固定金屬層30與該導熱金屬層50之熔點溫度大於導熱膏，不會因該發光二極體11發光時產生高溫而液化造成流動的現象。因此，亦不會有導熱不均勻造成散熱效率不佳，而減少該發光二極體11壽命的問題。除此之外，本發明更可利用表面黏著技術進行製程，準確的進行發光二極體11燈具的製造，並且利用該固定金屬層30與該導熱金屬層50為不同材料而有不同熔點溫度的特性，避免兩次迴流銲造成金屬重新融化所造成的位移問題。因此本發明極具進步性及符合申請發明專利之要件，爰依法提出申請，祈 鈞局早日賜准專利，實感德便。
　　以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明之一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施之範圍。在此需說明的是，該固定金屬層30與該導熱金屬層50不必須同時存在於本發明之導熱結構中，只要存在一金屬層於導熱結構之空隙內，皆為本發明所欲保護之內容。即凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。

習知技術

1‧‧‧路燈

2‧‧‧道路

3‧‧‧發光二極體

4‧‧‧基板

5‧‧‧導熱片

6‧‧‧散熱片

7‧‧‧導熱膏

本發明

10‧‧‧基板

11‧‧‧發光二極體

20‧‧‧傳熱件

21、21a‧‧‧貼附層

22‧‧‧液氣態導熱層

23‧‧‧風扇

24‧‧‧熱管

30‧‧‧固定金屬層

40‧‧‧散熱件

41‧‧‧散熱鰭片

50‧‧‧導熱金屬層

圖1，係習知技術之燈具設置示意圖。
圖2，係習知技術之燈具局部放大剖面示意圖。
圖3，係本發明一較佳實施例之外觀結構示意圖。
圖4，係本發明另一較佳實施例之外觀結構示意圖。

10‧‧‧基板

11‧‧‧發光二極體

20‧‧‧傳熱件

21、21a‧‧‧貼附層

22‧‧‧液氣態導熱層

30‧‧‧固定金屬層

40‧‧‧散熱件

41‧‧‧散熱鰭片

50‧‧‧導熱金屬層

Claims (12)

1. 一種發光二極體之導熱結構，其係與一裝設有一發光二極體之基板連接，該發光二極體之導熱結構包含有：
   　　一傳遞該基板之熱量的傳熱件，其設置在該基板遠離該發光二極體之一側；
   　　一填補該傳熱件與該基板之間空隙的固定金屬層，其設置於該基板與該傳熱件之間；及
   　　一藉由該傳熱件吸收該發光二極體產生之熱量的散熱件，其設置於該傳熱件遠離該基板的一側。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之導熱結構，其中具有一填補該傳熱件與該散熱件之間空隙的導熱金屬層，其設置於該傳熱件與該散熱件之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體之導熱結構，其中該傳熱件係具有兩貼附層及複數熱管，該兩貼附層係分別與該固定金屬層及該導熱金屬層連接，而複數該熱管係設置於該兩貼附層之間。
4. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體之導熱結構，其中該傳熱件係具有兩貼附層及一液氣態導熱層，該兩貼附層係分別與該固定金屬層及該導熱金屬層連接，而液氣態導熱層係設置於該兩貼附層之間，且該液氣態導熱層為真空環境並填充有一導熱液體。
5. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體之導熱結構，其中該固定金屬層與該導熱金屬層係利用表面黏著技術，分別設置於該基板與該傳熱件及該傳熱件與該散熱件之間。
6. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體之導熱結構，其中該固定金屬層與該導熱金屬層為不同材料所製成，且該固定金屬層與該導熱金屬層之材料係選自於由銅、錫、銀、鉑、金及其組合所組成之群組。
7. 一種發光二極體之導熱結構，其係與一裝設有一發光二極體之基板連接，該發光二極體之導熱結構包含有：
   　　一傳遞該基板之熱量的傳熱件，其設置在該基板遠離該發光二極體之一側；
   　　一藉由該傳熱件吸收該發光二極體產生之熱量的散熱件，其設置於該傳熱件遠離該基板的一側；
   　　一填補該傳熱件與該散熱件之間空隙的導熱金屬層，其設置於該傳熱件與該散熱件之間。
8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體之導熱結構，其中具有一填補該傳熱件與該基板之間空隙的固定金屬層，其設置於該基板與該傳熱件之間。
9. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體之導熱結構，其中該傳熱件係具有兩貼附層及複數熱管，該兩貼附層係分別與該固定金屬層及該導熱金屬層連接，而複數該熱管係設置於該兩貼附層之間。
10. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體之導熱結構，其中該傳熱件係具有兩貼附層及一液氣態導熱層，該兩貼附層係分別與該固定金屬層及該導熱金屬層連接，而液氣態導熱層係設置於該兩貼附層之間，且該液氣態導熱層為真空環境並填充有一導熱液體。
11. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體之導熱結構，其中該固定金屬層與該導熱金屬層係利用表面黏著技術，分別設置於該基板與該傳熱件及該傳熱件與該散熱件之間。
12. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體之導熱結構，其中該固定金屬層與該導熱金屬層為不同材料所製成，且該固定金屬層與該導熱金屬層之材料係選自於由銅、錫、銀、鉑、金及其組合所組成之群組。