TWI790671B - 光源模組 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種光源模組。光源模組包含金屬基板、陶瓷基板、導熱件及發光單元。金屬基板具有一表面。陶瓷基板設置於金屬基板之表面上，且陶瓷基板具有上表面。導熱件局部覆蓋於陶瓷基板之上表面及金屬基板之表面。發光單元設置於陶瓷基板之上表面。當該發光單元發光時，發光單元所產生之熱部分自陶瓷基板經由導熱件傳導至金屬基板。

Description

光源模組
本發明係關於一種光源模組。具體而言，本發明之光源模組具有局部覆蓋於陶瓷基板及金屬基板之導熱件。
發光二極體（light-emitting diode；LED）具有省電、發光效率高、壽命長、及反應速度快等優點，越來越普及地應用於各種光源模組。在車用照明方面，隨著近年來電動車的發展，如何提升所有電氣設備(尤其是車用照明燈具)的用電效率或減少其電力損耗，更是電動車發展的重要課題。
然而，發光二極體在使用時溫度會急遽升高，若為了使燈具達到一定的亮度而使用功率較大的LED，將伴隨著產生高溫並需要散熱的問題。就整個燈具而言，在愈靠近LED處的溫度越高，若局部的高溫無法有效地逸散，除了會影響LED的發光效率，亦會使LED損壞，而減少其使用壽命。以另外一個角度來看，若僅仰賴後端的散熱元件(如鰭片、風扇等)，因為高溫主要仍累積在LED處，不見得能有效解決散熱問題，且該些散熱元件佔據較大體積亦消耗電力，不易得到一個較佳的散熱架構。換言之，為了提升燈具亮度而使用高功率的LED，高溫將累積在LED模組處，常見的解決方式不外乎是降低LED的驅動功率、或者嘗試增加後端散熱元件的規模等，然而以上方式均顯然不是好的解決方案。
一種習知的LED光源模組是將LED晶粒設置在陶瓷基板上，再將陶瓷基板設置於一金屬基板上，透過其上的銅軌走線、基板穿孔(through hole)等配置來驅動陶瓷基板頂面的LED發光，而LED所產生的熱能部分是透過陶瓷基板下表面傳遞至金屬基板，再向後端散熱(金屬基板下方可再配置鰭片、風扇等散熱元件)。然而，此一單向式的散熱路徑並非均是高導熱係數材質，中間更不可避免會遇到絕緣層，導致整體的散熱效果不夠理想，高溫仍然常見累積在LED晶粒周邊。
本發明之目的在於提供一種光源模組，其包含金屬基板、陶瓷基板、導熱件及發光單元。陶瓷基板設置於金屬基板之上表面，發光單元設置於陶瓷基板之上表面，且導熱件局部覆蓋於陶瓷基板之上表面及金屬基板之上表面。當發光單元發光時，發光單元所產生之熱會有一部分自陶瓷基板的上表面經由導熱件傳導至金屬基板的上表面。據此，本發明之光源模組在使用時，除了既有的散熱路徑之外，再另外建立一個新的散熱路徑，即是將熱從陶瓷基板的上表面直接傳導至金屬基板，此散熱路徑的起點更靠近發光單元的高溫集中處，故可增加散熱效果，避免熱能累積在發光單元，並提升光源模組的工作效率及使用壽命。
為達上述目的，本發明揭露一種光源模組，其包含一金屬基板、一陶瓷基板、一導熱件以及一發光單元。該金屬基板具有一第一表面。該陶瓷基板設置於該金屬基板之該第一表面上，該陶瓷基板具有一上表面。該導熱件局部覆蓋於該陶瓷基板之該上表面及該金屬基板之該第一表面。該發光單元設置於該陶瓷基板之該上表面。當該發光單元發光時，該發光單元所產生之熱部分自該陶瓷基板經由該導熱件傳導至該金屬基板。
該陶瓷基板之該上表面具有一中央區域及圍繞該中央區域之一周邊區域，該發光單元設置於該中央區域。
該導熱件具有一中央穿孔，以顯露該陶瓷基板之該中央區域及該發光單元。
該導熱件具有一第一區域及環繞該第一區域之一第二區域，該第一區域覆蓋於該陶瓷基板之該上表面之該周邊區域，該第二區域覆蓋於該金屬基板之該第一表面。
該導熱件更包含一連接區域，連接於該第一區域與該第二區域之間。
該連接區域局部形成一段差，用以閃避該金屬基板上的一銅軌。
該導熱件由金屬材質或非金屬材質製成。
於其他實施例中，光源模組更包含一散熱座，該金屬基板具有與該第一表面相對之一第二表面，該散熱座設置於該第二表面，該發光單元所產生之熱部分自該陶瓷基板直接透過該金屬基板傳導至該散熱座。
於一實施例中，光源模組更包含一第一絕緣層，設置於該陶瓷基板與該導熱件之間及該金屬基板與該導熱件之間。
於一實施例中，光源模組更包含一第二絕緣層，設置於該金屬基板之該第二表面。
於一實施例中，光源模組更包含一第三絕緣層，設置於散熱座相對該金屬基板之一表面。
於一實施例中，該陶瓷基板更包含一金屬層，形成於該陶瓷基板之該周邊區域，用以與該導熱件之該第一區域接觸。
在參閱圖式及隨後描述之實施方式後，此技術領域具有通常知識者便可瞭解本發明之其他目的，以及本發明之技術手段及實施態樣。
以下將透過實施例來解釋本發明內容，本發明的實施例並非用以限制本發明須在如實施例所述之任何特定的環境、應用或特殊方式方能實施。因此，關於實施例之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以限制本發明。需說明者，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件已省略而未繪示，且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，並非用以限制實際比例。
請參考圖1及圖2。圖1為本發明光源模組100之示意圖，以及圖2為本發明光源模組100之截面圖。光源模組100包含一金屬基板1、一陶瓷基板2、一導熱件3及一發光單元4。金屬基板1具有第一表面11，陶瓷基板2設置於金屬基板1之第一表面11上，且陶瓷基板2具有一上表面21。請參考圖3及圖4，其為本發明光源模組100之爆炸圖。陶瓷基板2之上表面21具有一中央區域211及圍繞中央區域211之一周邊區域213，於一較佳實施例中，陶瓷基板2更包含一金屬層23，發光單元4設置於陶瓷基板2之上表面21之中央區域211，金屬層23形成於陶瓷基板2之上表面21之周邊區域213，金屬層23用以將陶瓷基板2之上表面21的熱快速傳導至導熱件3。
導熱件3局部覆蓋於陶瓷基板2之上表面21及金屬基板1之第一表面11。具體而言，導熱件3具有一中央穿孔31、一第一區域33、一第二區域35及一連接區域37。中央穿孔31之尺寸小於陶瓷基板2之上表面21的面積，且大於或等於上表面21之中央區域211的面積。第二區域35環繞第一區域33，且第一區域33與第二區域35部分地重疊，連接區域37連接於第一區域33與第二區域35之間。
於本實施例中，第一區域33、連接區域37及第二區域35剖面大致上呈階梯狀(如圖5所示)，以同時覆蓋於陶瓷基板2的周邊區域213及金屬基板1的第一表面11。詳言之，當導熱件3覆蓋於陶瓷基板2時，導熱件3之第一區域33覆蓋於陶瓷基板2之上表面21之周邊區域213，因此陶瓷基板2之金屬層23會與導熱件3之第一區域33接觸。導熱件3之第二區域35覆蓋於金屬基板1之第一表面11，而中央穿孔31可顯露陶瓷基板2之中央區域211及發光單元4，使發光單元4的所產生的光線可以經由中央穿孔31向外投射。發光單元4可為發光二極體（light-emitting diode；LED）模組，但不限於此。當發光單元4發光時，發光單元4所產生之熱部分自陶瓷基板2之上表面21的周邊區域21、金屬層23、再經由導熱件3再傳導至金屬基板1。此外，導熱件3可採用具有高導熱係數之金屬材質（例如：銅、鋁）製成或非金屬材質（例如：高導熱陶瓷），以盡可能在靠近發光單元4的位置就快速的分散熱，避免發光單元4的溫度過高。
於其他實施例中，請參考圖5，光源模組100更包含一散熱座5，金屬基板1具有與第一表面11相對之一第二表面13，散熱座5設置於第二表面13，前述發光單元4所產生之熱自陶瓷基板2之金屬層23經由導熱件3再傳導至金屬基板1後，金屬基板1會再將熱傳導至散熱座5。此外，發光單元4所產生之熱另一部分則維持自陶瓷基板2的下表面直接透過金屬基板1傳導至散熱座5。
於其他實施例中，光源模組100更包含至少一絕緣層，用以避免短路的情況或將光源模組100與其組裝之其他零件隔絕開來。具體而言，請參考圖6，光源模組100包含設置於陶瓷基板2與導熱件3之間及金屬基板1與導熱件3之間之第一絕緣層6，用以避免短路的情況。此外，請參考圖7，光源模組100更包含設置於金屬基板1之第二表面13之第二絕緣層7，用以避免短路的情況。於圖8中，光源模組100更包含設置於散熱座5相對金屬基板1之表面的第三絕緣層8，當光源模組與其他燈具等零件或配件組裝時，第三絕緣層8可保護光源模組100，避免其他組裝的零件或配件損壞時，光源模組一併受到影響。
本發明之另一實施例請參圖9。本實施例中，金屬基板1更具有一凸銅15，供陶瓷基板2設置，凸銅15直接接觸陶瓷基板2的下表面，以確保能將陶瓷基板2的熱傳導至金屬基板1。此外，金屬基板1上局部形成有銅軌17及對應的絕緣層19，經由陶瓷基板2的通孔25連接至上表面21，進而與發光單元4電性連接，用以供電點亮發光單元4。如圖所示，導熱件3的連接區域37局部形成一段差371，用以閃避金屬基板1上的銅軌17。於又一實施例中，如圖10所示，金屬基板1也可以形成有一凹陷區，用以容置陶瓷基板2，讓陶瓷基板2的上表面21與金屬基板1的上表面實質上共平面，在此狀況下，導熱件3可以不為階梯狀，而是設計為平板狀，即第一區域33於最內側接觸陶瓷基板2之上表面21的周邊區域213，連接區域37環繞第一區域33，然後第二區域35在最外圍環繞連接區域37並與金屬基板1的第一表面11接觸。
綜上所述，本發明之光源模組透過將導熱件局部覆蓋於陶瓷基板之上表面及金屬基板之上表面，建立一個額外的導熱路徑，直接從陶瓷基板之上表面(最鄰近發光單元而容易累積熱能的位置)將熱傳導至金屬基板以便向後端逸散，增加發光單元在發光時的散熱效果，避免熱能累積在發光單元，並提升光源模組的工作效率及使用壽命，以及藉由在不同位置設置絕緣層，可確保發光單元不會被短路，亦不會受到其他外部零件的影響。
上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。
100：光源模組 1：金屬基板 11：第一表面 13：第二表面 15：凸銅 17：銅軌 19：絕緣層 2：陶瓷基板 21：上表面 211：中央區域 213：周邊區域 23：金屬層 25：通孔 3：導熱件 31：中央穿孔 33：第一區域 35：第二區域 37：連接區域 371：段差 4：發光單元 5：散熱座 6：第一絕緣層 7：第二絕緣層 8：第三絕緣層
圖1為本發明光源模組之示意圖； 圖2為本發明光源模組之截面示意圖； 圖3為本發明光源模組之爆炸圖； 圖4為本發明光源模組之爆炸圖； 圖5為本發明光源模組之截面示意圖； 圖6為本發明具有第一絕緣層之光源模組之截面示意圖； 圖7為本發明具有第一絕緣層之光源模組之截面示意圖； 圖8為本發明具有第一絕緣層之光源模組之截面示意圖； 圖9為本發明另一實施例之光源模組之截面示意圖；以及 圖10為本發明又一實施例之光源模組之截面示意圖。
1：金屬基板 11：第一表面 2：陶瓷基板 21：上表面 3：導熱件 4：發光單元

Claims (12)

  1. 一種光源模組，包含：一金屬基板，具有一第一表面；一陶瓷基板，設置於該金屬基板之該第一表面上，該陶瓷基板具有一上表面；一導熱件，局部覆蓋於該陶瓷基板之該上表面及該金屬基板之該第一表面，以建立一導熱路徑；以及一發光單元，設置於該陶瓷基板之該上表面；其中，當該發光單元發光時，該發光單元所產生之熱部分透過該導熱路徑，自該陶瓷基板之該上表面經由該導熱件傳導至該金屬基板。
  2. 如請求項1所述之光源模組，其中該陶瓷基板之該上表面具有一中央區域及圍繞該中央區域之一周邊區域，該發光單元設置於該中央區域。
  3. 如請求項2所述之光源模組，其中該導熱件具有一中央穿孔，以顯露該陶瓷基板之該中央區域及該發光單元。
  4. 如請求項3所述之光源模組，其中該導熱件具有一第一區域及環繞該第一區域之一第二區域，該第一區域覆蓋於該陶瓷基板之該上表面之該周邊區域，該第二區域覆蓋於該金屬基板之該第一表面。
  5. 如請求項4所述之光源模組，其中該導熱件更包含一連接區域，連接於該第一區域與該第二區域之間。
  6. 如請求項5所述之光源模組，其中該連接區域局部形成一段差，用以閃避該金屬基板上的一銅軌。
  7. 如請求項4所述之光源模組，其中該導熱件由金屬材質或非金屬材質製成。
  8. 如請求項4所述之光源模組，更包含一散熱座，該金屬基板具有與該第一表面相對之一第二表面，該散熱座設置於該第二表面，該發光單元所產生之熱部分自該陶瓷基板直接透過該金屬基板傳導至該散熱座。
  9. 如請求項8所述之光源模組，更包含一第一絕緣層，設置於該陶瓷基板與該導熱件之間及該金屬基板與該導熱件之間。
  10. 如請求項8所述之光源模組，更包含一第二絕緣層，設置於該金屬基板之該第二表面。
  11. 如請求項8所述之光源模組，更包含一第三絕緣層，設置於該散熱座相對該金屬基板之一表面。
  12. 如請求項4所述之光源模組，其中該陶瓷基板更包含一金屬層，形成於該陶瓷基板之該周邊區域，用以與該導熱件之該第一區域接觸。
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