TWI552395B - 高照度表面黏著型led的散熱結構 - Google Patents

高照度表面黏著型led的散熱結構 Download PDF

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TWI552395B TW103102192A TW103102192A TWI552395B TW I552395 B TWI552395 B TW I552395B TW 103102192 A TW103102192 A TW 103102192A TW 103102192 A TW103102192 A TW 103102192A TW I552395 B TWI552395 B TW I552395B
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    • H01L33/64—Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/641—Heat extraction or cooling elements characterized by the materials

Description

高照度表面黏著型LED的散熱結構
本發明關於一種LED燈泡的散熱結構，特別是關於一種具高散熱效率的高照度表面黏著型(SMD)LED模組。
作為高照度之發光二極體（LED）照明（照度LUX大於60-100W鎢絲燈泡），LED業者大都採用高流明晶片之大功率LED（例如Lumileds公司所生產的K2系列LED）作為光源。圖1顯示一種習用K2系列LED 10，其中底座12的內部具有一導熱銅柱14用以提供LED晶片15承載，使得高流明晶片15產生之高熱可經由導熱銅柱14的導熱底部16來作大面積的導熱，且該K2系列LED 10具有2-4個焊接端子18，此些端子18可用來導電並協助導熱及散熱。
由於內部封裝有晶片的表面黏著型(SMD) LED的製作機器、模組及造價成本，相較於K2系列LED相對便宜，且終端使用易於加工，因此，SMD業者無不朝小尺寸、高電流及高流明晶片之SMDLED發展，以求瓜分具高散熱效率的高照度LED市場。圖2與圖3顯示一種習用LED 20，其中金屬基板22的上端面設有一可導熱的纖維絕緣層24，該纖維絕緣層24的外端面設有分隔的複數導電銅箔25、25-1，而SMD LED 26的封裝體底面設有正、負極之二導電導熱電極28、28-1，該二電極28、28-1個別固接在分隔的二導電銅箔25、25-1上以構成導電通路。該纖維絕緣層24雖然可以導熱，但由於其導熱係數與金屬材料之導熱係數相差甚大，因此會降低該導電銅箔傳遞至該金屬基板22的導熱。更因SMD LED 26固設在金屬基板22後，只能藉由二電極28、28-1（正、負極金屬焊點）來導電和導熱，所以散熱效率遠不如圖1之K2系列LED 10；此外，該導電銅箔的上端面通常會覆以披覆（如白漆）以防止氧化，造成散熱效果更為不良。
在SMD LED的終端使用要取得進展，首要條件須先將流明及照度進階達到各種傳統燈泡之流明或照度，才能在高照度照明這一區塊取得發展。再者，因各種燈具配合使用之燈泡均有其尺寸的局限，因此，作為要取代傳統燈泡型之SMD LED燈泡均需限縮在原有傳統燈泡的尺寸內。從而，唯有在符合原有傳統燈泡尺寸之下先提高SMD LED的流明與照度，接著必需使SMD LED結構能有效地散熱以達到LED光衰之標準。否則將會限縮SMD LED終端使用的遠景。
緣此，研發一種適用於高照度SMD LED的高散熱結構，實是LED業者即需努力的目標。
有鑑於上述課題，本發明目的即在提供一種高照度SMD LED的散熱結構，其包含一基板、至少一SMD LED及至少一鉚釘。該基板包含在一厚度方向相對的上端面與下端面，該基板的上端面設有分隔的複數導電銅箔。該SMD LED的底面設有正、負極之二導電導熱電極，該二電極個別固接在該基板的二導電銅箔上以構成導電通路。至少一結合孔設在鄰近該SMD LED的其中一導電銅箔上，該結合孔沿著該厚度方向貫穿該導電銅箔及該基板的上、下端面。該鉚釘為高導熱的金屬材料製成且鉚入該結合孔中將該導電銅箔及該基板鉚接。據此，固接在該導電銅箔上的該SMD LED的晶片所產生的熱度將可透過該鉚釘傳導至該金屬基板的下端面，而藉由該基板來直接導熱及由基板裸露的下端面來增加散熱。
在一較佳實施例中，該基板為金屬基板，該基板的上端面設有一可導熱的纖維絕緣層，該結合孔沿著該厚度方向貫穿該導電銅箔、該纖維絕緣層及該基板的上、下端面。該基板的下端面懸設一金屬件，該鉚釘的下端與該金屬件鉚合，該金屬件的上表面與該基板的下端面平貼，並在該金屬件與該基板的間隙填充導熱膏，該金屬件的下端設有散熱管。
在另一較佳實施例中，該基板為纖維基板且上、下端面設有分隔且對應的複數導電銅箔區塊，該數銅箔區塊之間形成間隙且互不導通，該結合孔的內壁披覆有可導熱的金屬層，該金屬層讓對應在該基板之上、下端面的銅箔得以互為導熱，且藉由下端面的銅箔來加強散熱。
關於本發明之其它目的、優點及特徵，將可由以下較佳實施例的詳細說明並參照所附圖式來了解。
〔習知〕
10‧‧‧LED
12‧‧‧底座
14‧‧‧導熱銅柱
15‧‧‧LED晶片
16‧‧‧導熱底部
18‧‧‧端子
20‧‧‧LED
22‧‧‧金屬基板
24‧‧‧纖維絕緣層
25、25-1‧‧‧銅箔
26‧‧‧SMD LED
28、28-1‧‧‧電極
〔本創作〕
30‧‧‧SMD LED模組
32、32A‧‧‧基板
34‧‧‧SMD LED
36‧‧‧鉚釘
38‧‧‧上端面
40‧‧‧下端面
42‧‧‧纖維絕緣層
44、44A、44B‧‧‧銅箔
46‧‧‧電極
48‧‧‧結合孔
50‧‧‧上端
52‧‧‧下端
54‧‧‧金屬板
56、56-1‧‧‧金屬件
57‧‧‧上表面
58‧‧‧導熱膏
59‧‧‧結合部
60‧‧‧外散熱管
62‧‧‧內散熱管
64‧‧‧LED燈泡
66‧‧‧燈頭座
68‧‧‧透光殼
70‧‧‧燈座
72‧‧‧燈頭
74‧‧‧驅動器
76‧‧‧電路板
78‧‧‧金屬層
79‧‧‧固定襯座
80‧‧‧支撐板
82‧‧‧鉚釘
圖1為一習用K2系列LED的示意圖。
圖2顯示一種習用SMD LED的示意圖。
圖3顯示圖2之SMD LED的上視圖。
圖4顯示本發明第一實施例之SMD LED模組的示意圖。
圖5顯示本發明第二實施例之SMD LED模組的示意圖。
圖6顯示本發明第三實施例之SMD LED模組的示意圖。
圖7顯示本發明第四實施例之SMD LED模組的示意圖。
圖8顯示本發明第五實施例之SMD LED模組的示意圖。
圖8a顯示圖8之SMD LED模組的上視示意圖。
圖8b顯示圖8之SMD LED模組的底視示意圖。
圖9顯示本發明第六實施例之SMD LED模組的示意圖。
圖10a與10b顯示依據本發明第一實施例的SMD LED模組應用在一高照度LED燈泡中的示意圖。
圖11a與11b顯示依據本發明第二實施例的SMD LED模組應用在一高照度LED燈泡中的示意圖。
圖12a與12b顯示依據本發明第三實施例的SMD LED模組應用在一高照度LED燈泡中的示意圖。
圖13a與13b顯示依據本發明第四實施例的SMD LED模組應用在一高照度LED燈泡中的示意圖。
圖14a與14b顯示依據本發明第五實施例的SMD LED模組應用在一高照度LED燈泡中的示意圖。
圖15a與15b顯示依據本發明第六實施例的SMD LED模組應用在一高照度LED燈泡中的示意圖。
圖16至20係顯示在一LED燈泡中包含本發明第一至第六實施例的SMD LED模組中的任意兩個的五種實施例的示意圖。
圖21顯示本發明第七實施例之SMD LED模組的示意圖。
圖22顯示本發明第八實施例之SMD LED模組的示意圖。
圖23顯示本發明第九實施例之SMD LED模組的示意圖。
圖24a與24b顯示依據本發明第七實施例的SMD LED模組應用在一高照度LED燈泡中的示意圖。
圖25a與25b顯示依據本發明第八實施例的SMD LED模組應用在一高照度LED燈泡中的示意圖。
圖26a與26b顯示依據本發明第九實施例的SMD LED模組應用在一高照度LED燈泡中的示意圖。
圖27與28顯示在一LED燈泡中包含本發明第七至第九實施例的SMD LED模組中的任意兩個的二種實施例的示意圖。
圖29顯示依據本發明第十實施例的SMD LED模組應用在一LED晝行燈中的示意圖。
圖29a顯示圖29之晝行燈的上視示意圖。
現將僅為例子但非用以限制的具體實施例，並參照所附圖式就本發明之技術內容說明如下：
圖4顯示本發明第一實施例之表面黏著型（SMD）發光二極體(LED) 模組30及其散熱結構。該SMD LED模組30包含一基板32、至少一SMD LED 34（該SMD LED 34的內部封裝有LED晶片）以及至少一鉚釘36。在本實施例中，該基板32為金屬基板且包含在一厚度方向相對的上端面38與下端面40，該上端面38設有一可導熱的纖維絕緣層42，使得該SMD LED 34的正、負極和該基板32不會導電，該纖維絕緣層42的外端面設有分隔的複數導電銅箔44。該SMD LED 34的底面設有構成正、負極之二導電導熱電極46，該二電極46個別固接在其中二分隔的導電銅箔44上以構成導電通路。再者，在鄰近該SMD LED 34的其中一導電銅箔44上設有一結合孔48，該結合孔48沿著該厚度方向貫穿該導電銅箔44、該纖維絕緣層42及該基板32的上、下端面38、40。
該鉚釘36為高導熱的金屬材料製成且可為空心或是實心，在本實施例中，該鉚釘36為空心體且鉚入該結合孔48中將該導電銅箔44、該纖維絕緣層42及該基板32鉚接。具體而論，該鉚釘36的上端50與下端52個別形成擴大的凸緣型態且個別結合在該導電銅箔44的上端面與該基板32的下端面40。據此，固接在該導電銅箔44上的該SMD LED 34所產生的熱度將可跳過低導熱的纖維絕緣層42，而直接藉由該鉚釘36傳導至該金屬基板32的下端面40（此下端面40無披覆），允許該金屬基板32的裸露下端面40來增加散熱，因而，可避免SMD LED 34的晶片熱度累積在該銅箔44與該金屬基板32中導致LED的光衰。再者，該正負極銅箔44與該鉚釘36的接觸地方可以形成良好接觸，無須再覆以披覆。
圖5顯示本發明第二實施例之SMD LED 模組30及其散熱結構。在本實施例中，該基板32為金屬基板且該基板32的上、下端面38、40個別設有一可導熱的纖維絕緣層42，各纖維絕緣層42的外端面設有分隔的複數導電銅箔44，其中位在下端面40的導電銅箔44為全面裸露（不覆蓋任何披覆）；再者，在鄰近該SMD LED 34的其中一處或是數處（單極處）導電銅箔44上設置結合孔48，該結合孔48沿著該厚度方向貫穿該基板32、該二纖維絕緣層42及位在上、下端面38、40的導電銅箔44，且利用該鉚釘36鉚入該結合孔48中將該導電銅箔44、該二纖維絕緣層42及該基板32鉚接。據此，該SMD LED 34的晶片所產生的熱度將可直接藉由該鉚釘36由上端面38的導電銅箔44傳導至該下端面40的導電銅箔44（此下端面40之銅箔44為整面裸露），以加速導熱來得到大面積的散熱效果。
圖6顯示本發明第三實施例之SMD LED模組30及其散熱結構，在本實施例中，係在第一實施例之基板32的下端面40懸設一金屬板54（例如銅板），且該鉚釘36的下端52與該金屬板54鉚合，因而，利用該金屬板54曝露於空氣中的上、下表面可增加快速導熱及增大散熱面積。圖7顯示本發明第四實施例之SMD LED模組30及散熱結構，在本實施例中，係在第二實施例之基板32的下端面40懸設一金屬板54（例如銅板），且該鉚釘36的下端52與該金屬板54鉚合。利用該金屬板54曝露於空氣中的上、下表面可增加快速導熱及增大散熱面積。具體而論，該SMD LED 34所產生的熱度可藉由導電銅箔44導熱至該鉚釘36的上端50凸緣，且沿著位於該結合孔48中的鉚釘部位導熱至懸設於該基板32的該金屬板54來散熱。由於該金屬板54係懸設於該基板32（亦即該金屬板54的上端面與該基板32的下端面之間形成一空間以利散熱），因此該金屬板54的上、下端面可以做大面積的散熱。
圖8、8a、8b顯示本發明第五實施例之SMD LED模組30及其散熱結構。在本實施例中，係在第一實施例之基板32的下端面40平設一金屬件56（例如銅件），該纖維絕緣層42的外端面設有分隔的複數導電銅箔44A、44B，且以複數鉚釘36將導電銅箔、纖維絕緣層42、基板32及金屬件56鉚接，使得該金屬件56的上表面57與該基板32的下端面40平貼，並在該金屬件56與該基板32的間隙填充導熱膏58；此外，該金屬件56的下端具有凸出的結合部59用以提供散熱管安裝，在本實施例中，該金屬件56的下端以嵌入方式套設不同管徑的外散熱管60與內散熱管62（或者，散熱管可以一體方式形成在該金屬件56的下端），其中外散熱管60與內散熱管62之間形成有間隙。據此，可增加快速導熱及增大散熱面積。圖9顯示本發明第六實施例之SMD LED模組30及其散熱結構。在本實施例中，係在第二實施例之基板32的下端面40懸設一金屬件56（例如銅件），且以複數鉚釘36的下端52與該金屬件56鉚合；此外，該金屬件56下端套設外散熱管60與內散熱管62，據此，可增加快速導熱及增大散熱面積。
圖10a、10b顯示依據本發明第一實施例的SMD LED模組30應用在高照度LED燈泡64中，該LED燈泡64包含一燈頭座66、一透光殼68及位在該燈頭座66與該透光殼68之間的一燈座70。該燈頭座66的下端安裝一燈頭72且該燈頭座66內安裝一驅動器74與一電路板76，該SMD LED模組30安裝在燈座70內以構成一發光單元，該發光單元與該驅動器74電性連接，使得該SMD LED模組30可受驅動而朝該透光殼68方向（見圖10a）或是該燈頭72方向（見圖10b）投射光線。再者，該發光單元產生的熱能會直接藉由該鉚釘36傳導至該金屬基板32的下端面40，達成高散熱效果。
圖11a與11b、圖12a與12b、圖13a與13b、圖14a與14b及圖15a與15b係個別顯示依據本發明第二、第三、第四、第五及第六實施例的SMD LED模組30個別應用在高照度LED燈泡64中且個別朝該透光殼68方向或是該燈頭72方向投射光線。
圖16、圖17、圖18、圖19及圖20係個別顯示在高照度LED燈泡64中包含本發明第一至第六實施例的SMD LED模組30中的任意兩個，其中一個SMD LED模組30朝該透光殼68方向投射光線，而另一個SMD LED模組30朝該燈頭72方向投射光線。
圖21顯示本發明第七實施例之SMD LED模組30及其散熱結構。在本實施例中，該SMD LED模組30包含一基板32A、一個或數個SMD LED 34以及複數鉚釘36。該基板32A為纖維基板且包含在一厚度方向相對的上端面38與下端面40，該上端面38設有分隔的複數導電銅箔44區塊，銅箔44區塊之間形成間隙且互不導通。各SMD LED 34的底面設有正、負極之二導電導熱電極46，該二電極46個別固接在其中二分隔的導電銅箔44上以構成導電通路，且該數SMD LED 34之間以串聯電路連結；再者，在鄰近各SMD LED 34的其中一導電銅箔44上設有一結合孔48，該結合孔48沿著該厚度方向貫穿該導電銅箔44及該基板32A的上、下端面38、40，且該結合孔48的內壁披覆有可導熱的金屬層78。該鉚釘36為高導熱的金屬材料製成且鉚入該結合孔48中將該導電銅箔44與該基板32A鉚接。再者，各鉚釘36的下端52鉚合一與各銅箔44區塊大小略相同的導熱金屬板54（例如銅板），使得該基板32A的下端懸設數個金屬板54。據此，該SMD LED 34所產生的熱度將可藉由該鉚釘36傳導至該數個金屬板54，以作大面積的散熱。
圖22顯示本發明第八實施例之SMD LED模組30及其散熱結構。在本實施例中，該SMD LED模組30包含一基板32A及一個或數個SMD LED 34。該基板32A為纖維基板且上、下端面38、40設有分隔且對應的複數導電銅箔44區塊，銅箔44區塊之間形成間隙且互不導通。該SMD LED 34的底面設有正、負極之二導電導熱電極46，該二電極46個別固接在其中二分隔的導電銅箔44上以構成導電通路。再者，在鄰近該SMD LED 34的其中一導電銅箔44上設有一結合孔48，該結合孔48沿著該厚度方向貫穿該導電銅箔44及該基板32A的上、下端面38、40，且該結合孔48的內壁披覆有可導熱的金屬層78，該金屬層78讓對應在該基板32A之上、下端面38、40的銅箔44得以相互電性導通。據此，該SMD LED 34所產生的熱度將可藉由上、下端面38、40的銅箔44來作急速導熱及大面積散熱。
圖23顯示本發明第九實施例之SMD LED模組30及其散熱結構。在本實施例中，係在圖22的實施例結構中更包含複數鉚釘36，各鉚釘36鉚入一對應的結合孔48中將該導電銅箔44與該基板32A鉚接。再者，各鉚釘36的下端52鉚合一與各銅箔44區塊大小略相同的導熱金屬板54，使得該基板32A的下端懸設數個金屬板54，該數金屬板54可使該SMD LED 34的晶片熱度作大面積的散熱。
圖24a與24b、圖25a與25b及圖26a與26b係個別顯示依據本發明第七、第八及第九實施例的SMD LED模組30個別應用在高照度LED燈泡64中且個別朝該透光殼68方向或是該燈頭72方向投射光線。
圖27及圖28係個別顯示在高照度LED燈泡64中包含本發明第七至第九實施例的SMD LED模組30中的任意兩個，其中一個SMD LED模組30朝該透光殼68方向投射光線，而另一個SMD LED模組30朝該燈頭72方向投射光線。
圖29、29a顯示本發明第十實施例的SMD LED模組30應用在一做為晝行燈的LED燈泡64中。其中在燈座70內的電路板76上方設有一支撐板80，二概呈L狀且相對的支撐金屬件56-1利用鉚釘82平設在支撐板80上，該二金屬件56-1之間設有固定襯座79，各金屬件56-1的外表面提供基板32的一端面安裝。圖29中的左側SMD LED 34面向車子的行進方向且發出直射光以利對向駕駛觀視，右側SMD LED 34朝向駕駛座且發出的光可以經由反射（左右約35度）而朝向車子的行進方向以利駕駛看清左右範圍（例如行駛於車道外側的機車或行人）。藉由該二金屬件56-1平設在一對應基板32的一端面來提供支撐與散熱，有利SMD LED 34的晶片熱度的導熱且作大面積的散熱。
在前述說明書中，本發明僅是就特定實施例做描述，而依本發明的特徵仍可有多種變化或修改。是以，對於熟悉此項技藝人士可作之明顯替換與修改，仍將併入於本發明所主張的專利範圍之內。
 
30‧‧‧SMD LED模組
32‧‧‧基板
34‧‧‧SMD LED
36‧‧‧鉚釘
38‧‧‧上端面
40‧‧‧下端面
42‧‧‧纖維絕緣層
44‧‧‧銅箔
46‧‧‧電極
48‧‧‧結合孔
50‧‧‧上端
52‧‧‧下端

Claims (5)

  1. 一種高照度表面黏著型(SMD)LED的散熱結構，包含：一基板，其包含在一厚度方向相對的上端面與下端面，該基板的上端面設有分隔的複數導電銅箔；至少一SMD LED，該SMD LED的底面設有構成正、負極之二導電導熱電極，該二電極個別固接在該基板的二導電銅箔上以構成導電通路；至少一結合孔，其設在鄰近該SMD LED的其中一導電銅箔上，該結合孔沿著該厚度方向貫穿該導電銅箔及該基板的上、下端面；以及至少一鉚釘，其為高導熱的金屬材料製成且鉚入該結合孔中，將該導電銅箔及該基板鉚接，其中該鉚釘為空心或實心，該鉚釘的上端與下端個別形成擴大的凸緣型態且個別結合在該導電銅箔的上端面與該基板的下端面。
  2. 依據申請專利範圍第1項之高照度SMD LED的散熱結構，其中該基板的下端面懸設或平設一金屬板，該鉚釘的下端與該金屬板鉚合。
  3. 依據申請專利範圍第1項之高照度SMD LED的散熱結構，其中該基板的下端面平設一金屬件，該鉚釘的下端與該金屬件鉚合，該金屬件的上表面與該基板的下端面平貼，在該金屬件與該基板的間隙填充有導熱膏，該金屬件的下端設有散熱管。
  4. 一種高照度表面黏著型(SMD)LED的散熱結構，包含：一纖維基板，其包含在一厚度方向相對的上端面與下端面，該纖維基板的上端面設有分隔的複數導電銅箔區塊，該數銅箔區塊間形成間隙且互不導通；至少一SMD LED，該SMD LED的底面設有正、負極之二導電導熱電極，該二電極個別固接在分隔的二導電銅箔上以構成導電通路； 至少一結合孔，其設在鄰近該SMD LED的其中一導電銅箔上，該結合孔沿著該厚度方向貫穿該導電銅箔及該纖維基板的上、下端面，該結合孔的內壁披覆有可導熱的金屬層；至少一鉚釘，其為高導熱的金屬材料製成鉚入該結合孔中，該纖維基板的上、下端面設有對應的複數導電銅箔區塊，該鉚釘將該纖維基板的雙面銅箔鉚接，其中該鉚釘的下端鉚合一與各銅箔區塊大小略相同的導熱金屬板，使得該纖維基板的下端懸設該數個金屬板。
  5. 一種高照度表面黏著型(SMD)LED的散熱結構，包含：一纖維基板，其包含在一厚度方向相對的上端面與下端面，該纖維基板的上端面設有分隔的複數導電銅箔區塊，該數銅箔區塊間形成間隙且互不導通；至少一SMD LED，該SMD LED的底面設有正、負極之二導電導熱電極，該二電極個別固接在分隔的二導電銅箔上以構成導電通路；及至少一結合孔，其設在鄰近該SMD LED的其中一導電銅箔上，該結合孔沿著該厚度方向貫穿該導電銅箔及該纖維基板的上、下端面，該結合孔的內壁披覆有可導熱的金屬層，其中該纖維基板的上、下端面設有分隔且對應的複數導電銅箔區塊，該數銅箔區塊之間形成間隙且互不導通，該至少一SMD LED包含複數SMD LED，該數SMD LED之間以串聯電路連結，在鄰近各SMD LED的其中一導電銅箔上設有一結合孔，該結合孔的內壁披覆可導熱的金屬層，該金屬層讓對應在該纖維基板之上、下端面的銅箔得以互為導熱，且藉由在該纖維基板之下端面的銅箔來加強散熱。
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