M3 3 0424 八、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作屬電子元件散熱技術領域，特別係指結合金屬導熱層及 非金屬散熱層之散熱模組嶄新設計，具有提高散熱能力之功效者。 【先前技術】 按，隨著資訊半導體業的發展，半導體晶片不斷朝向高頻化發 展’近年來例如中央處理器（CPU )等電子裝置之處理速度一日千 里，LED也朝向高功率照明的應用，然而伴隨而來的是產生之高 溫’如何有效的將電子裝置熱源(如會發熱的電子主、被動元件， 例如：中央處理器、LED、1C、整流器、電阻、電容、電感…等） 產生之高溫排出，使電子裝置能於適當的工作溫度下運轉，實為 各家業者爭相開發的重點。 以LED為例’ LED是發光一極體(Light- emitting Diode)的縮 寫，是半導體材料製成的固態發光元件，材料使用II族化學 元素（如：構化鎵(GaP)、神化鎵（GaAs)等），發光原理是將電能 轉換為光，也就是對化合物半導體施加電流，透過電子與電洞的 結合，過剩的能量會以光的形式釋出，達成發光的效果，屬於冷 性發光’壽命長達十萬小時以上。LED最大的特點在於：無須暖燈 時間（idling time)、反應速度快、體積小、用電省、耐震、污染 低、適合量產，具高可靠度，容易配合應用上的需要製成極小或 陣列式的元件。惟因為LED是固態照明，即是利用晶片通電，量 子激態回復發出能量（光），但在發光的過程，晶片内的光能量並 M330424 不能完全傳至外界，不能出光的能量，在晶片内部及封裝體内便 會被吸收，形成熱。LED —般的轉換效率約只有1〇%〜3〇%，所以iw 的電，只有不到0· 2W變成你可以看見的光，其它都是熱，若不散 熱，這些熱量累積會對晶片效率及壽命造成損傷。故要以高效率 LED運用於照明設備首先要解決散熱的問題。以LED散熱專利為 例，新型M314505號「高功率LED燈泡散熱結構」專利(2007年 06月21日專利公告資料參照），主要係於一燈頭上固定有一底基 板，該底基板的頂面支撐固定有至少一支熱導管，熱導管套設固 疋有複數散熱片及一頂基板，頂基板的頂面設有對應熱導管數量 的咼功率LED，該高功率LED的底面係黏結支撐於熱導管的頂 4。新型第M314433號「發光二極體封裝之散熱模組」專利⑽ 年06月21日專利公告資料參照），該散熱模組包含··一 Lm)電 路板；-散熱塊，包括複數個散熱片；以及_散熱膠材，藉以直 接固定該LED電路板於該散熱塊上；其中在該⑽電路板與該散 熱塊之間’不具有-金屬基板。發明第126〇798號「高散熱發光 一極體」專利（2006年08月21日專利公告資料參照），至少包括·· -多孔隙材料層；—熱傳導層，設於該多⑽材料層表面；以及 一晶片，設於該熱傳導層，由賴傳導層將該日日日片所發出之熱量 傳導至該纽赌料層，並由該纽_料層將賴量對流至外 部。 由以上諸前案可知習用LED散熱大都採用金屬散熱片，或結合 熱導管、致冷晶片、均熱板、散熱風扇等方式為之，普遍具有散 M3 3 0424 熱效果不佳、散熱速度不夠迅速、散熱模組結構複雜、成本高等 缺失。此即為現行習用技術存有最大之缺失，此缺失乃成業界亟 待克服之難題。 【新型内容】 本創作研創人鑒於習用技術之缺失，積其多年實際從事精密陶 瓷科技工業產品之設計製造專業知識，經不斷研究、改良後，終有 本創作之研創成功，公諸於世。 緣是，本創作之主要目的在提供一種「散熱模組」，其主要係由 金屬導熱層與一非金屬散熱層所結合而成，其特徵在於：該金 屬導熱層與非金屬散熱層間具有中空容間，且該非金屬散熱層具 有多孔隙結構，使中空容間内之空氣能藉該非金屬散熱層具有的 孔隙對流，如此當在金屬導熱層上設置熱源時，熱源產生的熱可 迅速的被傳導，且平均的分佈於金屬導熱層，形成均熱的效果， 再藉中空谷間内之熱對流將金屬導熱層之熱迅速的傳導至另端的 非金屬散熱層而散熱，如此達成快速散熱之功效者。 本創作之另一主要目的在提供一種「散熱模組」，其中，該金屬 導熱層上具有一層絕緣層，該層絕緣層上設有預定數量的Lf：D晶 體及預先餅的電路，LED晶體並與電路轉線賴，該層絕緣層 上於LED晶體與電路間設有反射層者。 本創作之又-主要目的在提供一種「散熱模組」，其中，該熱源 為-構裝LED基板，該構裝LED基板包括有—金屬基板，該金屬 基板之一侧設有一層絕緣層，該層絕緣層上設有預定數量的LED 晶體及預先設計的1：路，LED晶體並與電路以導線連結，該層絕緣 7 M330424 層上於led晶體與電關設有反射層者。 屬之另一主要目的在提供一種「散熱模組」’其中’該非金 吉^、、、θ係可糊獨錄的高熱導轉金屬粉粒 ，以滾壓捏合 工擠出再壓延成酬方式，或轉捏合後直接以模具加壓成型 古方式結合，再燒結成具多孔隙結構的非金屬散熱層 ，亦可添加 南熱導率的金屬粉粒來提高散熱能力者。
本創作金屬導熱層係湘金屬財高賴密度以及高比容熱之 。寺14所以具有較回之導熱能力(如：銅金屬之熱傳導率為綱/m C)，並_-端面中空糊之對流空氣來達成均熱效果。而該非 金屬散熱層刺用1同粒㈣高解轉金屬粉粒(如 :碳化矽 熱傳導率為27GW/mt)，非金屬具有較低的比容熱 ，是一種相 當好的散紐料’秘合非金屬粉喊金屬齡之複合散熱層更 能提高其散熱能力。 【實施方式】 8 1 為達成本創作前述目的之技術手段，茲列舉一實施例，並配合 圖式說明如後，貴審查委員可由之對本創作之結構、特徵及所達成 之功效，獲致更佳之瞭解。 首先’請參閱第-、二圖所示，由圖可知本創作主要係由一金 屬導熱層⑴【金屬導熱層⑴由導熱良好之金屬製成，導熱良好之 金屬如金、銀、銅、鐵、銘、鈷、鎳、辞、鈦、錳等】與一非金屬 散熱層（2)【非金屬散熱層（2)由熱導率高的非金屬粉體製成，熱導 率南的非金屬粉體諸如：氧化鋁AI2O3、氧化锆Zr2〇、氮化鋁A1N、 氮化矽SiN、氮化硼BN、碳化鎢WC、碳化矽siC、石墨C、結晶 M330424 碳化石夕、再結晶碳化矽ReSic等，而以氮化鋁及碳化矽為佳】所結 合而成，本創作之改良在於：該金屬導熱層（1)與非金屬散熱層（2) 間具有中空容間（4)，且該非金屬散熱層（2)具有多孔隙結構。 前述中空容間(4)可由金屬導熱層（1)、非金屬散熱層（2)盛封裝 架（5)構成，請參閱第一圖所示，其係由金屬導熱層（1)構成，在金 屬導熱層（1)與非金屬散熱層（2)結合端之金屬導熱層（1)上構成具 有中空容間（4)，該中空容間（4)一端具開口，開口端則藉非金屬散 • 熱層（2)封閉；請再參閱第二圖所示，其亦可由非金屬散熱層（2) 構成，在非金屬散熱層（2)與金屬導熱層（1)結合端之非金屬散熱層 (2)上構成具有中空容間（4)，同樣的，該中空容間（4)一端具開口， 開口端則藉金屬導熱層（1)封閉；再請參閱第三圖所示，其亦可由 封裝架（5)構成，即以封裝架（5)將上方之金屬導熱層（1)與下方之 非金屬散熱層（2)封閉，金屬導熱層（1)與非金屬散熱層（2)間形成 中空容間（4)。本創作前述非金屬散熱層（2)具有多孔隙結構，使中 鲁 空容間⑷内之空氣能藉該非金屬散熱層（2)具有的孔隙對流，如此 备在金屬導熱層（1)上設置熱源(A)時，熱源(a)產生的熱可迅速的 被傳導，且平均的分佈於金屬導熱層（1)，形成均熱的效果，再藉 中工谷間（4)内之熱對流將金屬導熱層（1)之熱迅速的傳導至另端 的非金屬散熱層（2)而散熱，如此達成快速散熱之功效者。 本創作前述非金屬散熱層（2)可由以下步驟製成： 原料製備：取適當比例不同粉體粒徑（粉體粒徑在2〇—2〇〇目之 間）的熱導率尚的非金屬粉體（熱導率高的非金屬粉體諸如：氧化 紹AI2O3、氧化錯Zr2〇、鼠化銘A1N、氮化石夕SiN、氮化硼BN、 M3 3 0424 碳化鎢WC、碳化矽SiC、石墨C、結晶碳化矽、再結晶碳化矽ReSic 等，而以氮化鋁及碳化矽為佳)添加適當比例的結合劑（例如：石夕溶 膠、鋁溶膠、锆溶膠、氯化鋁PAC···等）與塑型劑（例如：澱粉、 木質素、木質璜酸鈉、木質璜酸辦、羧甲基纖維素、甲基纖維素等）； 亦可視需求加入高熱導率的金屬粉粒（熱導率高的金屬粉粒諸如： 金、銀、銅、鐵、鋁、鈷、鎳、鋅、鈦、錳等），混合非金屬粉粒與 金屬粉粒之複合粉體粒徑在50-500目之間，來提高散熱能力； 馨滾壓捏合造粒：將不同粉體粒徑的熱導率高的非金屬粉體（或非 金屬粉粒與金屬粉粒）與結合劑及塑型劑滾壓捏合，使各粉體表面 具有一層均勻的結合劑與塑型劑； 擠出成型：以真空擠出成型的方式將前述材料擠出成片狀； 壓延成型：以壓延方式結合各粉體(各粉體間的結合劑量最小）， 使結構密度平均； 乾燥：將壓延成型的散熱片初步烘乾； _ 本創作前述擠出成型及壓延成型二步驟可以模具加壓成型取代 (如沖壓成型、等均壓成型、震動加壓成型等），其係配合模具加 壓成型成預定形狀（如平板型、矩陣型等）以及直接成型中空容間 ⑷’再、經乾燥可燒結成具有多孔隙結構的非金屬散熱層⑵。 清參閱第四、五圖所示，本創作非金屬散熱層（2)可具有預定形 狀矩陣排觸立體散熱面⑽），由神金屬散熱層⑵具有預定形 狀矩陣剩的域散熱面⑽），其散絲面積增大 ，散熱效果更佳。 本創作非金屬散熱層（2)可再經： 調漿·取與别述非金屬散熱層相同材料，混合攪拌成漿料； M33 0424 加熱：將前述非金屬散熱層(經燒結完 喷二將漿料平均她預熱之非金屬散纖面上； 金有敝·繼亀，結合謝之顆粒於非 不同，即該非金屬散熱層⑵表面具有顆粒狀（大小顆粒 七圖】用^^則排列）的立體點矩陣散熱層（21)【請參閱第六、 圖用柄加餘比表面積’提昇散熱效果。 釘」f 了聚的方式’於非金屬散熱層⑵形成的立體點矩陣散轨 亦可《印刷或沖壓等方式，再燒結成大小顆粒相近且呈較 規則排列之立體點矩陣散熱層⑽【請參閱第八、九圖】。 本創作非金屬散熱層⑶亦可由以下方式製成： 調漿：取與前述非金屬散熱層相同材料，混合勝成漿料； 載具/占漿.取定型載具摘轉，該定型載具為有機物材質，由 骨架及相通纽道構成（例如_)，浸壓㈣令定賴具骨架 沾附有漿料，且維持孔道的貫通。 編吉··將_漿料的定龍具，將定型載具原有機物材質骨架燒 除，形成具三維散熱結構之非金屬散熱層⑶，請參閱第十、十一圖 所示，該具三維散熱結構之非金屬散熱層⑶具有高熱率的非金屬骨 架（30)，且各骨架間具有相互貫通的孔道⑶），用為增加散熱表面 積提昇政熱效果。本創作具三維散熱結構之非金屬散熱層（3)在實 施時’可設置於金屬導熱層⑴内之中空容間（1〇)内，藉本身大的孔 道(31)來達成對流兼散熱效果，而該非金屬散熱層⑶之底端可再設 有一非金屬散熱層（2)，以達到更佳的散熱效果。 又，本創作視需求加入之高熱導率的金屬粉粒，於燒結時可加入 M330424 氣氛氣體（如氮氣、氫氣、二氧化碳等），使該金屬粉粒燒結後成氮 化或碳化金屬，以提高散熱效果（例如若以鋁粉加入非金屬粉粒， 添加氮氣燒結時，鋁將會轉變成氮化鋁，而氮化鋁的散熱效果非常 良好）。 請參閱第十二、十三、十四圖所示，圖示本創作運用於LED散 熱技術領域，本創作前述金屬導熱層（1)上設有一層絕緣層（6)， 該層絕緣層（6)上設有預定數量的LED晶體(60)及預先設計的電路 (61)’LED晶體(60)並與電路(61)以導線(62)連結，該層絕緣層（6) 上於LED晶體(60)與電路(61)間設有反射層（63)者。由於本創作 月’J述非金屬散熱層（2)具有多孔隙結構，使中空容間（4)内之空氣 能藉該非金屬散熱層（2)具有的孔隙對流，如此當在金屬導熱層（1) 上設置LED晶體(60)時，LE1D晶體(60)產生的熱可迅速的被傳導， 且平均的分佈於金屬導熱層（1)，形成均熱的效果，再藉中空容間 (4)内之熱對流將金屬導熱層（1)之熱迅速的傳導至另端的非金屬 散熱層（2)而散熱，如此達成快速散熱之功效，而LED晶體(6〇)產 生之光能精反射層（63)之反射使效率更高者。 請再參閱第十五圖所示，圖示本創作運用於構裝LED基板之散 熱，其主要係於前述金屬導熱層（1)上設置構裝LED基板(7)，該構 裝LED基板(7)包括有一金屬基板(7〇)，該金屬基板(7〇)之一侧設 有一層絕緣層（71)，該層絕緣層（71)上設有預定數量的LED晶體 (72)及預先設計的電路(73)，LE：D晶體(72)並與電路(73)以導線 (74)連結，該層絕緣層（71)上於·晶體(72)與電路(73)間設有反 射層（75)。由於本創作前述非金屬散熱層（2)具有多孔隙結構，使 12 M3 3 0424 中空容間（4)内之空氣能藉該非金屬散熱層（2)具有的孔隙對流，如 此當在金屬導熱層（1)上設置LE：D晶體(72)時，LE1D晶體(72)產生 的熱可迅速的被傳導，且平均的分佈於金屬導熱層（1)，形成均熱 的效果，再藉中空容間（4)内之熱對流將金屬導熱層（1)之熱迅速的 傳導至另端的非金屬散熱層（2)而散熱，如此達成快速散熱之功 效，而LED晶體(72)產生之光能藉反射層（75)之反射使效率更高 者。再請參閱第十六圖，該金屬導熱層（1)上具有通孔(1〇)，以連 通金屬基板(70)與中空容間（4)，使散熱效率更高。 如此而達本創作設計目的，堪稱一實用之創作者。 綜上所述，本創作所揭露之一種「散熱模組」為昔所無，亦未曾 見於國内外公開之刊物上，理已具新穎性之專利要件，又本創作碟 可摒除習用技術缺失，並達成設計目的，亦已充份符合新型專利之 「可供產業上利用之新型」專利要件，爰依法提出申請，謹請貴審 查委員惠予審查，並賜予本案專利，實感德便。 惟以上所述者，僅為本創作之一較佳可行實施例而已，並非用以 拘限本創作之範圍，舉凡熟悉此項技藝人士，運用本創作說明書及 申請專利細所狀等效結構變化，理應包括於本創作之專利 内0 【圖式簡單說明】 第一圖係本創作實施例組立剖面圖。 第二圖係本創作另一實施例組立剖面圖。 第二圖係本創作再一實施例組立剖面圖。 第四圖係本創作矩陣型實施例組立剖面圖。 13 M330424 作另—矩陣型實施例組立剖面圖。 第作點矩陣型實施例組立剖面圖（不規則排列）。 點矩陣型實施例組立剖面圖（規則排列)。 乍另—點矩陣型實施例組立剖面圖（規則排列）。 第十圖係本_三_實酬組立剖面圖。 第十-圖係本創作三_非金屬散歸部份剖面圖。 第十二圖係本創作運用於LED散熱實施例組立剖面圖。
第十二圖係本創作另一運用於LED散熱實施例組立剖面圖。 第十四圖係本創作再一運用於Lf：D散熱實施例組立剖面圖。 第十五圖係本創作構裝LED基板運用實施例組立剖面圖。 第十六圖係本創作另一構裝LED基板運用實施例組立剖面圖。 【主要元件符號說明】 (A)熱源 (1)金屬導熱層 (10)通孔 (2) 非金屬散熱層 (20) 立體散熱面 (21) 立體點矩陣散熱層（不規則排列) (22) 立體點矩陣散熱層（規則排列） (3) 非金屬散熱層 (30) 高熱率的非金屬骨架 (31) 孔道 M3 3 0424 (4) 中空容間 (5) 封裝架 (6) 絕緣層 (60)LED 晶體 (62)導線 (7) 構裝LED基板 (70)金屬基板 (72)LED 晶體 (74)導線 (61)電路 (63)反射層 (71)絕緣層 (73)電路 (75)反射層
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