TWI532953B - Cooling stent structure and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

散熱支架結構及其製造方法
本發明係關於散熱支架結構及其製造方法。
於發光二極體(LED)之封裝結構方面，已有一種支架型封裝，其係將大功率發光二極體晶粒放入基座封裝成型，再將封裝完成的高功率發光二極體焊接至鋁基板上作基本散熱，然後再將附有鋁基板的高功率發光二極體與散熱片作結合。其中，如此之支架型封裝係將發光二極體晶粒先封裝在大功率的基座上，透過導電膠與銅箔面接觸，再透過FR4(環氧樹脂玻璃纖維)鋁基板，以利用導電膠與散熱基板之結合而進行散熱。
如此之支架型封裝體積通常較小，故一般選用1~3瓦特進行封裝，再搭配鋁基板的設計，以運用於更高之瓦特數。若以7瓦特燈板為例，散熱座尺寸採50mm*30mm鋁擠型圓柱時，當散熱座溫度高達70℃時，發現發光二極體已有明顯衰竭，亮度偏暗，散熱效果不佳。
作為散熱效率更優良之技術，近年來已發展 出COB(Chip On Board)封裝，不同於傳統支架型封裝，COB封裝係於鋁基板上直接封裝一個以上之LED晶粒，再將鋁基板與散熱片作結合而進行散熱。
如此之COB封裝中，若以7瓦特燈板為例，散熱座尺寸採50mm*30mm鋁擠型圓柱時，溫度上限為75℃，仍有提升散熱效率之空間。
本發明之目的在於提供一種散熱支架結構及其製造方法，可將發熱體如高功率發光二極體工作時的熱能有效且迅速導出，使其效能更佳，壽命更長，體積小，進而提升用途廣度，且增加使用方便性。
為了達成如前述之目的，本發明的一態樣係一種散熱支架結構，包括：金屬片組件，其一部分與發熱體接觸；以及塑膠合成物，其與金屬片組件結合，以接受透過金屬片組件之來自發熱體的熱。
據此，透過金屬片組件與塑膠合成物兩者之熱導性的結合，除了散熱效果優異外，可反映出採用塑膠合成物在外觀、重量、價格、體積等方面所能達到之優點。另外，亦可視需求進一步結合其他散熱手段。
另外，本發明的一態樣之散熱支架結構所包括之金屬片組件與塑膠合成物之結合係藉至少埋入式射出成型而達成。
據此，可使金屬片組件與塑膠合成物緊密結 合，以使金屬片組件與塑膠合成物之間因未透過媒介進行導熱而達成完全接觸，使得導熱迅速，散熱達到最佳效果。
此外，於本發明的一態樣之散熱支架結構中，在具有固定手段之模具中進行埋入式射出成型。
據此，金屬片組件與塑膠合成物之結合在具有固定手段之模具中進行，因而可防止埋入射出時的壓力太大導致金屬片組件例如變形及移位，造成導熱不均，降低散熱效果。另外，亦可視需求於模具中追加其他手段如將熱予以導出的散熱手段。
再者，本發明的一態樣之散熱支架結構所包括之金屬片組件包括一部分與發熱體接觸之第一金屬片、及一部分與發熱體連接之第二金屬片。
據此，使金屬片組件包括至少兩個金屬片，使得可例如把正、負極性分開來防止短路，並可將發熱體如LED晶粒直接放置在金屬片上作熱導，更使得可直接當作外接電源的插頭，同時達成多種功能，增加用途之廣度。另外，亦可視需求針對散熱片之數目作變化。
另外，本發明的一態樣之散熱支架結構所包括之第一金屬片包括與發熱體接觸之部分、環繞部、及第一電極部。
據此，可僅以一金屬片達成多種功能，進一步縮小體積，使得散熱支架結構的用途之廣度獲得大幅提升。另外，第一金屬片並非限定於包括與發熱體接觸之部 分、環繞部、及第一電極部，可依需求形成為包括其他部分。
此外，本發明的一態樣之散熱支架結構所包括之第一金屬片之環繞部係將長條狀之金屬片折成長邊方向之兩端重疊，將重疊部分固定，而形成為從短邊方向所見時為環繞形者。
據此，使第一金屬片呈可均勻導熱之形狀；此外，將重疊部分加以固定，使得第一金屬片不易因受到被埋入射出時之過大的壓力之影響而變形。另外，只要可均勻導熱，則亦可視需求改變第一金屬片之形狀或固定方式。
再者，本發明的一態樣之散熱支架結構所包括之第二金屬片包括第二電極部及與第二電極部垂直之與發熱體連接之部分，使得第二金屬片呈L字形，第二金屬片的與發熱體連接之部分的面內方向係與第一金屬片之與發熱體接觸之部分的面內方向平行，第二金屬片的第二電極部係為第一金屬片的環繞部所圍繞。
據此，第二金屬片可例如作為產品應用時外接電源的插頭，同時輔助使來自發熱體的熱快速導至塑膠合成物。當然，亦可視需求改變第二金屬片之形狀，設計不同部分，以提供更多功能。
另外，本發明的一態樣之散熱支架結構所包括之塑膠合成物係形成為具有固定用溝槽或固定孔。
據此，可運用固定用溝槽或固定孔結合其他 手段，以進一步擴充功能。另外，可依需求就塑膠合成物之外形作設計，並非限定於形成固定用溝槽或固定孔。
1‧‧‧散熱支架結構
2‧‧‧金屬片組件
21‧‧‧第一金屬片
211‧‧‧第一金屬片之一部分
212‧‧‧環繞部
213‧‧‧第一電極部
22‧‧‧第二金屬片
221‧‧‧第二電極部
222‧‧‧第二電極部之一部分
3‧‧‧塑膠合成物
31‧‧‧固定用溝槽
32‧‧‧固定孔
4‧‧‧模具
41‧‧‧固定柱
圖1係本發明之一實施形態下的散熱支架結構之立體圖。
圖2係本發明之一實施形態下的散熱支架結構之仰視圖。
圖3A、圖3B、圖3C、及圖3D係於本發明之一實施形態下的散熱支架結構結合其他手段作散熱的示意圖。
圖4係圖1之A-A線剖面圖。
圖5係本發明之一實施形態下的金屬片組件之立體圖。
圖6係本發明之一實施形態下的複數個第一金屬片之折彎製程的俯視下之示意圖。
圖7係本發明之一實施形態下的單個第一金屬片之折彎製程的示意圖。
圖8係本發明之一實施形態下的散熱支架結構之製造流程圖。
圖9A及9B係示出本發明之一實施形態下的模具與金屬片組件之結合方式的俯視圖。
圖10係示出本發明之一實施形態下的進行埋入式射出成型之器具的剖面圖。
圖11係就本發明之一實施形態下的塑膠合成物與金屬片組件之結合情形作繪示的示意圖。
以下，參照圖式下說明本發明之一實施形態。
圖1係本發明之一實施形態下的散熱支架結構1之立體圖。
如圖1所示，散熱支架結構1包括金屬片組件2及包覆金屬片組件2之塑膠合成物3。此處，塑膠合成物3並非將金屬片組件2完全包覆，而是使金屬片組件2之上表面露出，以供與發熱體如LED晶粒(裸晶)直接接觸，從而迅速將來自發熱體如LED晶粒之熱傳導至整個金屬片組件。
金屬片組件2之材質可為導熱性優良之任何金屬，例如銀、銅、金、鋁、鎢等，亦可為含導熱性優良之金屬的合金。其中，銅的導熱性優於金、鋁、鎢等，且價格低於銀，故金屬片組件的材質為銅較佳。銅的情況下，熱導率為例如390~401W/mK程度。
塑膠合成物3可包含導熱率為例如11W/mK程度之在導熱方面優良之任何材料。於本發明之一實施形態下，塑膠合成物3包含例如聚碳酸酯塑膠及碳黑(黑鉛)複合材料等。
於本發明之一實施形態下，係透過金屬片組 件2與塑膠合成物3之結合，而對於發熱體如LED晶粒作散熱，此原因在於金屬片組件2之導熱效果加上塑膠合成物3，形成一個完整的散熱支架，而塑膠合成物3在外觀、重量、價格、體積的可變性方面優於金屬，故透過兩者之結合可在不損及散熱性下增加導熱支架結構1之用途的廣度。
另外，於同圖中，塑膠合成物3係形成為具有固定用溝槽31及固定孔32。固定用溝槽31除了透過與其他固定件之結合而發揮固定功能外，亦可被利用於透過如與其他金屬件接觸而進一步就來自發熱體如LED晶粒之熱作導熱，從而提升散熱效果。固定孔32係用作為例如光罩用固定孔，且如同固定用溝槽31，其亦可被利用於透過如與其他金屬件接觸而進一步就作來自發熱體如LED晶粒之熱作導熱，從而提升散熱效果。
以下，參照圖1、圖2、圖3A、圖3B、圖3C、及圖3D，說明有關於運用固定用溝槽31及固定孔32與其他手段之結合，從而進一步提升散熱效果者。
圖2係本發明之一實施形態下的散熱支架結構1之仰視圖。圖3A、圖3B、圖3C、及圖3D係於本發明之一實施形態下的散熱支架結構結合其他手段作散熱的示意圖。
如圖1及圖2所示，於散熱支架結構1設定數個溫度測試點T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7及T8。其中，溫度測試點T1係設定於導熱支架結構1之上表 面；溫度測試點T2、T3、T4及T5係設定於導熱支架結構1之側面，溫度測試點T2與T5對向，溫度測試點T3與T4對向；T6、T7及T8係設定於導熱支架結構1之與設有固定用溝槽31及固定孔32之表面對向之面。測試結果及參數如表一所示
如表一所示，消耗功率6.753瓦特，700毫安培時，溫度測試點T6測得之溫度為94.1℃，溫度測試點T1測得之溫度為85.2℃，溫度測試點T5測得之溫度為76.3℃。消耗功率7.92瓦特，800毫安培時，溫度測試點T6測得之溫度為111.2℃，溫度測試點T1測得之溫度為100.3℃，溫度測試點T5測得之溫度為88.4℃。消耗功率9.146瓦特，900毫安培時，溫度測試點T6測得之溫度為125℃，溫度測試點T1測得之溫度為111.6℃，溫度測試點T5測得之溫度為97.3℃。消耗功率10.597瓦特，1000毫安培時，溫度測試點T6測得之溫度為130.8℃，溫度測 試點T1測得之溫度為115.9℃，溫度測試點T5測得之溫度為100℃。
其次，如圖3A所示，將2支5mm*3.5mm*47mm方型鋁柱插入於固定用溝槽31後，消耗功率9.146瓦特，900毫安培下，溫度測試點T6測得之溫度為113.7℃，溫度測試點T1測得之溫度為106.7℃，溫度測試點T5測得之溫度為84.7℃，溫度明顯下降。
再者，如圖3B所示，將3支45mm*3mm圓型鋁柱插入於固定孔32後，消耗功率9.146瓦特，900毫安培下，溫度測試點T6測得之溫度為111.8℃，溫度測試點T1測得之溫度為97.3℃，溫度測試點T5測得之溫度為82.3℃，溫度亦明顯下降。
此外，如圖3C所示，將3支15mm*3mm圓型鋁柱插入於固定孔32後，消耗功率9.146瓦特，900毫安培下，溫度測試點T6測得之溫度為113.7℃，溫度測試點T1測得之溫度為106.1℃，溫度測試點T5測得之溫度為86.3℃，溫度亦明顯下降。
再者，如圖3D所示，將3支15mm*3mm圓型鋁柱插入於固定孔32，再加上60mm*60mm*0.2mm的鋁片後，消耗功率9.146瓦特，900毫安培下，溫度測試點T6測得之溫度為109.2℃，溫度測試點T1測得之溫度為99℃，溫度測試點T5測得之溫度為81℃，溫度明顯進一步下降。
如此，得知固定用溝槽31及固定孔32皆可 被利用於透過如與其他金屬件接觸而進一步就作來自發熱體如LED晶粒之熱作導熱，從而提升散熱效果。
於本發明之一實施形態下，塑膠合成物3係形成為具有固定用溝槽31及固定孔32，惟並非限定於此等，可依需求就塑膠合成物3之外形作設計。
以下，參照圖4及5進一步說明關於在本發明之一實施形態下的金屬片組件2。
圖4係圖1之A-A線剖面圖。圖5係本發明之一實施形態下的金屬片組件2之立體圖。
如圖4及5所示，本發明之一實施形態下的金屬片組件2包括第一金屬片21及第二金屬片22。第一金屬片21及第二金屬片22係分別形成為不同形狀，以分別依所需提供相同或不同功能。
具體而言，如圖4及5所示，第一金屬片21包括供以與發熱體如LED晶粒直接接觸用之部分211、供於均勻導熱用之環繞部212、及第一電極部213。另外，如圖5所示，環繞部212的兩端係分別形成為具有連接用孔H。關於連接用孔H，於後進一步說明。
另外，如圖4所示，第二金屬片22係呈L字形，包括第二電極部221及與第二電極部221垂直之與發熱體如LED晶粒連接之部分222。
如前所述，若使用單一金屬片則又回歸於傳統的使用方式，將其LED先製作成鋁基板，再鎖在單一金屬片上，且又需額外把正負極性焊線外接電源，因單一 金屬片上為導通，若接上正負電源即短路。
因此，在本發明之一實施型態下，係使金屬片組件2包括至少兩個金屬片，亦即第一金屬片21及第二金屬片22，使得可例如把正、負極性分開來防止短路，並可將發熱體如LED晶粒直接放置在第一金屬片21上作熱導，第二金屬片22可例如作為產品應用時外接電源的插頭，同時輔助使來自發熱體的熱快速導至塑膠合成物，因而同時達成多種功能，增加用途之廣度。
以下，參照圖6~10而說明關於散熱支架結構1之製程。圖6係本發明之一實施形態下的複數個第一金屬片21之折彎製程的俯視下之示意圖。圖7係本發明之一實施形態下的單個第一金屬片21之折彎製程的示意圖。圖8係本發明之一實施形態下的散熱支架結構1之製造流程圖。圖9A及9B係示出本發明之一實施形態下的模具4與金屬片組件2之結合方式的俯視圖。圖10係示出本發明之一實施形態下的進行埋入式射出成型之器具的剖面圖。
首先，複數個第一金屬片21係依序歷經治具完成、鍍鎳、局部鍍金、切割、沖壓而形成為如圖6及7最上面所示者。然後，依序如圖6及7之第2至4個所示者，進行一次折弧、二次折彎、三次折圓而形成為從短邊方向所見時屬大致環繞形者，且如圖6所示之兩個H孔重疊。最後，對於重疊部分之連接用孔H以鉚釘加以固定。
另外，第二金屬片22係依序歷經治具完成、 鍍鎳、鍍金、沖壓、切割、折彎等而形成為如圖4及5所示者。
然後，依示於圖9之流程，首先準備如圖10所示之具有固定手段的模具4(步驟S1)，其次將如前述製成之第一金屬片21與第二金屬片22固定埋入於模具4中(步驟S2)，接著加入塑膠合成物3而於如圖10所示者進行埋入式射出成型(步驟S3)，從而形成如圖1所示之散熱支架結構1。
在本發明之一實施形態下，如圖9A及9B所示，固定手段係於模具4中配合金屬片組件2而架設複數個固定柱41，以防止埋入射出時的壓力太大導致金屬片組件2變形及移位而造成導熱不均，以防止散熱效果之降低。然而，本發明之固定手段並非限於架設固定柱，只要可達成上述功效，則可採取各種方式。
另外，在本發明之一實施形態下，就第一金屬片21，係對於重疊部分之連接用孔H以鉚釘加以固定，固定方便且快速，亦不易受到被埋入射出時壓力過大而變形。然而，形成第一金屬片21之環繞部212的方式，只要可達成上述功效，則可採取各種方式。
例如，亦可設計成一體成形。如此，即不需要任何如前述使用鉚釘方式之固定方式，使得可讓受熱更快更均勻。
再者，在本發明之一實施形態下，就硬度須大於塑膠合成物方面及成品的精密度方面而言，模具4係 採用鋼模較佳。然而，只要可達成上述功效，則可採取其他材質之模具。
如前述形成散熱支架結構1後，返回圖5，第二金屬片22的與發熱體如LED晶粒連接之部分222的面內方向係與第一金屬片21之與發熱體如LED晶粒接觸之部分211的面內方向平行，且第二金屬片22的第二電極部221係為第一金屬片21的環繞部212所圍繞。
據此，第二金屬片22可例如作為產品應用時外接電源的插頭，同時輔助使來自發熱體的熱快速導至塑膠合成物。當然，亦可視需求改變第二金屬片22之形狀，設計不同部分，以提供更多功能。
圖11係就本發明之一實施形態下的塑膠合成物與金屬片組件之結合情形作繪示的示意圖。
如圖11所示，依上述方式形成散熱支架結構1，使得金屬片組件2能與塑膠合成物3無縫結合，發熱體如LED晶粒所產生的熱迅速經由金屬片組件2傳導至塑膠合成物3，散熱效果獲得提升。
一般而言，需要導熱或散熱的情況下，為了要使兩種物質接觸且提高兩者之間的接觸面積進而達到最佳的導熱效果，會運用例如導熱膏或導熱墊片等媒介。然而，無論運用何者，終究為透過媒介以導熱，並無法達到完全接觸的效果。因此，本實施型態下之散熱支架結構1透過埋入式射出成型使金屬片組件2與塑膠合成物3無須透過任何媒介以達到完全接觸，使導熱效果發揮至最大， 因而可將例如高功率發光二極體工作時的熱能有效且迅速導出，使其效能更佳，壽命更長，體積小，進而提升用途廣度，且增加使用方便性。
另外，如前述形成散熱支架結構1後，金屬片組件2能以不同金屬片，亦即第一金屬片21及第二金屬片22分別提供發熱體如LED晶粒例如直接放置之位置P1及焊線之位置P2。另外，如圖1及11所示，如前述形成散熱支架結構1後，並非塑膠合成物3將金屬片組件2完全包覆，而是使金屬片組件之上表面露出，以供與發熱體如LED晶粒直接接觸，以迅速將來自發熱體如LED晶粒之熱傳導至整個金屬片組件2。
依以上本發明之一實施形態，即可提供一種散熱支架結構及其製造方法，可將發熱體如高功率發光二極體工作時的熱能有效且迅速導出，使其效能更佳，壽命更長，體積小，進而提升用途廣度，且增加使用方便性。
以上，雖就本發明基於以上實施形態而具體說明，惟本發明係非限定於前述實施形態者，在不脫離其要旨之範圍可作各種修飾、變更。
1‧‧‧散熱支架結構
2‧‧‧金屬片組件
3‧‧‧塑膠合成物

Claims (8)

  1. 一種散熱支架結構，包括：金屬片組件，其一部分與發熱體接觸；以及塑膠合成物，其與該金屬片組件結合，以接受透過金屬片組件之來自該發熱體的熱；該金屬片組件包括第一金屬片與第二金屬片，該第一金屬片係包括與該發熱體直接接觸之部分、環繞部、及第一電極部，該第二金屬片係一部分與該發熱體電性連接。
  2. 如申請專利範圍第1項之散熱支架結構，其中，該金屬片組件與該塑膠合成物之結合係藉至少埋入式射出成型而達成。
  3. 如申請專利範圍第2項之散熱支架結構，其中，該埋入式射出成型係藉在具有固定手段之模具中進行。
  4. 如申請專利範圍第1項之散熱支架結構，其中，該第一金屬片之該環繞部係將長條狀之金屬片折成長邊方向之兩端重疊而形成從短邊方向所見時為圓形者，且該重疊部分加以固定。
  5. 如申請專利範圍第1項之散熱支架結構，其中，該第二金屬片係呈L字形，包括第二電極部及與第二電極部垂直之與該發熱體連接之部分，該第二金屬片的與該發熱體連接之部分的面內方向係與該第一金屬片之與該發熱體接觸之部分的面內方向平 行，該第二金屬片的該第二電極部係為該第一金屬片的環繞部所圍繞。
  6. 如申請專利範圍第1項之散熱支架結構，其中，該塑膠合成物係形成為具有固定用溝槽。
  7. 如申請專利範圍第1項之散熱支架結構，其中，該塑膠合成物係形成為具有固定孔。
  8. 一種散熱支架結構之製造方法，用於製造如申請專利範圍第1至7項中任一項之散熱支架結構。
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