TWM575254U - 陶瓷散熱裝置及其燈具 - Google Patents

Abstract

本新型提供一種陶瓷散熱裝置，其實質上是由以下元件所組成：一散熱單元，及一線路膜層結構。散熱單元包括一具有一電路設置側及一相反於電路設置側的片狀散熱側的陶瓷散熱鰭片。線路膜層結構直接形成於且接觸陶瓷散熱鰭片的電路設置側上，並包括一第一金屬線路層。本新型亦提供一種具有前述陶瓷散熱裝置的燈具。

Description

陶瓷散熱裝置及其燈具

本新型是有關於一種散熱裝置，特別是指一種陶瓷散熱裝置及其燈具。

參閱圖1，中華民國第I538574證書號發明專利案(以下稱前案)公開一種接合有電子元件101的具散熱功能的電子元件基座1，其包括一具有一電路設置面111的鋁散熱鰭片11、一透過電子塗裝(electrophoretic deposition，簡稱ED)製程形成於鋁散熱鰭片11上且是由環氧樹脂(epoxy)所構成的絕緣層12，及一形成於絕緣層12上且對應位於電路設置面111側的電路圖案層13；其中，電路圖案層13具有複數對彼此間隔設置於絕緣層12上的焊墊131，且複數如發光二極體(LED)的電子元件101是透過表面著裝技術(SMT)對應接合於各對焊墊131。

前案主要是透過絕緣層12來使電路圖案層13與鋁散熱鰭片11兩者間形成電氣絕緣(electrical isolation)，以避免電連接於電路圖案層13上的電子元件101在電性導通時產生短路。雖然電子元件101在運作過程中所產生的熱能可經由電路圖案層13依序傳導至絕緣層12與鋁散熱鰭片11。然而，由環氧樹脂所構成的絕緣層12卻因熱傳導係數(thermal conductivity)低而成為了熱傳導途徑上的熱阻，難以有效地帶走電子元件101於運作過程中所產生的熱能。

經上述說明可知，改良散熱裝置的結構以有效地帶走電連接至電路圖案層上的電子元件在運作過程中所產生的熱能，是本新型之技術領域中的技術人員當前所應克服的課題。

因此，本新型的第一目的，即在提供一種省略掉習知所述的熱傳導係數低的環氧樹脂電子塗裝層的陶瓷散熱裝置。

於是，本新型陶瓷散熱裝置，其實質上是由以下元件所組成：一散熱單元，及一線路膜層結構。該散熱單元包括一具有一電路設置側及一相反於該電路設置側的片狀散熱側的陶瓷散熱鰭片。該線路膜層結構直接形成於且接觸該陶瓷散熱鰭片的電路設置側上，並包括一第一金屬線路層。

此外，本新型的第二目的，即在提供一種具有上述陶瓷散熱裝置的燈具。

於是，本新型具有陶瓷散熱裝置的燈具，其包括一陶瓷散熱裝置，及一發光電子組件。該陶瓷散熱裝置實質上是由以下元件所組成：一散熱單元，及一線路膜層結構。該散熱單元具有一具有一電路設置側，及一相反於該電路設置側的片狀散熱側的陶瓷散熱鰭片。該線路膜層結構直接形成於且接觸該陶瓷散熱鰭片的電路設置側上，並具有一第一金屬線路層。該發光電子組件電連接於該線路膜層結構的第一金屬線路層。

本新型的功效在於：省略掉習知所述的熱傳導係數低的環氧樹脂電子塗裝層，以令發光電子組件於運作過程中所產生的熱能可直接依序傳導至彼此接觸的線路膜層結構與陶瓷散熱鰭片，使熱能從陶瓷散熱鰭片的片狀散熱側被帶走。

在本新型被詳細描述的前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖2與圖3，本新型陶瓷散熱裝置2的一第一實施例是適用於車用頭燈的燈座，且第一實施例的燈具是適用於車用車頭燈。在本新型的第一實施例中，是以高功率貨/卡車的車頭燈為例做說明。然而，舉凡操作中會發熱而具有散熱需求的電子零組件皆適用於本新型，並不限於燈具之應用。本新型第一實施例包括一陶瓷散熱裝置2，及一發光電子組件3。

陶瓷散熱裝置2實質上是由以下元件所組成：一散熱單元21，及一線路膜層結構22。

散熱單元21具有一陶瓷散熱鰭片211，其具有一電路設置側2111，及一相反於該電路設置側2111的片狀散熱側2112。本新型第一實施例之陶瓷散熱鰭片211是先將有機溶劑、氧化鋁、陶瓷粉末與黏結劑經混煉(compounding)成一陶瓷膏狀體(paste)後，再將陶瓷膏狀體填充至一模具的一模穴內以經過粉壓成形法(pressing)形成一具有散熱鰭片外觀的陶瓷生坯(green)，最後燒結(sintering)陶瓷生坯以藉此移除陶瓷生坯中的溶劑且使陶瓷粉末中的原子經高溫交互擴散而互相結合，並製得第一實施例的陶瓷散熱鰭片211。此處需補充說明的是，本新型第一實施例之陶瓷散熱鰭片211是陶瓷粉末經粉壓成形並燒結而成，陶瓷散熱鰭片211的表面便自然成形出多孔性的表面。因此，陶瓷散熱鰭片211的片狀散熱側2112具有一多孔性表面。

線路膜層結構22是直接形成於且接觸陶瓷散熱鰭片211的電路設置側2111上，並具有一第一金屬線路層221，及一含有催化性金屬源並夾置於陶瓷散熱鰭片211的電路設置側2111與第一金屬線路層221間的第二金屬線路層222。第一金屬線路層221是經電鍍(electroplating)或化鍍(chemical plating)以自第二金屬線路層222沉積而得。第二金屬線路層222係呈一油墨形態，其含有催化性金屬源、一有機溶劑及一黏著劑，且催化性金屬源是一選自下列所構成之群組：鈀(Pd)、鉑(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)，及前述催化性金屬源的一組合。本新型之第一實施例中構成第二金屬線路層222的油墨是藉由網版印刷法(screen printing)選擇性附著於陶瓷散熱鰭片211的電路設置側2111上，含有催化性金屬源之第二金屬線路層222的油墨亦可透過例如噴塗、轉印或其他適當製程塗佈於陶瓷散熱鰭片211的電路設置側2111上。再者，於其他實施例中，第二金屬線路層222亦可以其他型態及製程所形成，例如含有催化性金屬源之材料以粉體塗裝方式附著於陶瓷散熱鰭片211的電路設置側2111上，或是將陶瓷散熱鰭片211的電路設置側2111浸入一含有催化性金屬源的溶液中預定時間後取出，而於陶瓷散熱鰭片211的電路設置側2111上形成一整面的催化性金屬材料層後，再以雷射選擇性燒除法形成第二金屬線路層222。

本新型第一實施例雖然是以線路膜層結構22具有第一、二金屬線路層221、222為例作說明，但其也可以是僅通過濺鍍法(sputtering)或蒸鍍法(evaporation)直接沉積第一金屬線路層221在陶瓷散熱鰭片211的電路設置側2111上，而省略第二金屬線路層222的形成程序。前述第一、二金屬線路層221、222是沿用中華民國第I534347證書號發明專利案內所陳的製法，其並非本新型的技術重點，於此不再多加贅述。

發光電子組件3是通過表面著裝技術(SMT)電連接於線路膜層結構22的第一金屬線路層221。在本新型第一實施例中，發光電子組件3是採用高功率發光二極體。

本新型主要是利用電氣絕緣的陶瓷材料作為散熱鰭片，以省略掉先前技術為了在鋁散熱鰭片11上設置電路圖案層13，尚須經由電子塗裝製成來形成環氧樹脂所構成的絕緣層12，以解決接合在電路圖案層13上的電子元件101的短路(short circuit)問題。雖然陶瓷散熱鰭片211屬於多孔性材質，其內部因存在有微孔洞而導致其熱傳導係數低於先前技術的鋁散熱鰭片11。然而，先前技術也基於電子元件101的短路問題而必須形成熱傳導係數更低於陶瓷散熱鰭片211的環氧樹脂絕緣層12。

詳細地來說，本新型的線路膜層結構22是直接與陶瓷散熱鰭片211的電路設置側2111接觸，發光電子組件3於運作過程中所產生的熱能可直接經由彼此接觸的線路膜層結構22與陶瓷散熱鰭片211自線路膜層結構22傳導至陶瓷散熱鰭片211，無須再經由先前技術所提的環氧樹脂絕緣層12此一熱阻。再者，陶瓷散熱鰭片211的片狀散熱側2112的多孔性表面更可作為熱對流之熱傳途徑，有利於改善散熱問題。

參閱圖4，本新型陶瓷散熱裝置及其燈具的一第二實施例，大致上是相同於第一實施例，其不同處是在於，第二實施例的散熱單元21還包括一風扇212，且風扇212是面向陶瓷散熱鰭片211之片狀散熱側2112設置。本新型第二實施例的散熱單元21進一步包括風扇212的用意在於，經由面向陶瓷散熱鰭片211之片狀散熱側2112設置的風扇212來提供熱對流的熱傳途徑，以加速發光電子組件3於運作過程中所產生的熱能被帶走的速率。

為證實本新型陶瓷散熱裝置及其燈具的散熱效果，申請人以ANSYS Steady-State Thermal的模擬軟體來模擬本新型第一實施例的散熱效果，並模擬出前案所載之接合有電子元件101的具散熱功能的電子元件基座1的散熱效果；其中，第一實施例與前案兩者的模擬基準參數皆相同(見以下所彙整的表1.)，不同處僅在於，第一實施例的散熱鰭片為陶瓷，前案的散熱鰭片為鋁，且前案於鋁散熱鰭片11與電路圖案層13間還形成有環氧樹脂之絕緣層12。

表1. 第一實施例前案鰭片陶瓷鋁熱傳導係數(W/m∙K)30144發光電子組件功率(W)1.71.7對流係數(W/m 2∙K) 2020熱輻射發射率11絕緣層-環氧樹脂最高溫度(˚C)64.969.2

經上述表1.顯示可知，雖然本新型第一實施例之陶瓷散熱鰭片211的熱傳導係數(30 W/m∙K)低於前案的鋁散熱鰭片11的熱傳導係數(144 W/m∙K)，但是本新型第一實施例確實因為省略掉前案的絕緣層12而取得其最高溫度為64.9 ˚C，已相對低於前案的最高溫度為69.2 ˚C，足以證明本新型第一實施例的散熱效果優於前案。

綜上所述，本新型陶瓷散熱裝置2及其燈具因省略掉前案所述的絕緣層12，以令發光電子組件3於運作過程中所產生的熱能可直接依序傳導至彼此接觸的線路膜層結構22與陶瓷散熱鰭片211，使熱能從陶瓷散熱鰭片211的片狀散熱側2112被帶走，故確實能達成本新型的目的。

惟以上所述者，僅為本新型的實施例而已，當不能以此限定本新型實施的範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋的範圍內。

2‧‧‧陶瓷散熱裝置

212‧‧‧風扇

21‧‧‧散熱單元

22‧‧‧線路膜層結構

211‧‧‧陶瓷散熱鰭片

221‧‧‧第一金屬線路層

2111‧‧‧電路設置側

222‧‧‧第二金屬線路層

2112‧‧‧片狀散熱側

3‧‧‧發光電子組件

本新型的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 　圖1是一立體示意圖，說明中華民國第I538574證書號發明專利案所公開的接合有電子零件的具散熱功能的電子元件基座； 　圖2是一立體組合圖，說明本新型具有陶瓷散熱裝置的燈具的一第一實施例； 　圖3是圖2的一立體分解圖，說明本新型第一實施例的具有陶瓷散熱裝置的燈具的細部結構；及 　圖4是一立體組合圖，說明本新型具有陶瓷散熱裝置的燈具的一第二實施例。

Claims (8)

1. 一種陶瓷散熱裝置，實質上是由以下元件所組成： 一散熱單元，包括一具有一電路設置側及一相反於該電路設置側的片狀散熱側的陶瓷散熱鰭片；及 一線路膜層結構，直接形成於且接觸該陶瓷散熱鰭片的電路設置側上，並包括一第一金屬線路層。
2. 如請求項1所述的陶瓷散熱裝置，其中，該陶瓷散熱鰭片的片狀散熱側具有一多孔性表面。
3. 如請求項1所述的陶瓷散熱裝置，其中，該散熱單元還包括一風扇，該風扇是面向該陶瓷散熱鰭片之片狀散熱側設置。
4. 如請求項1所述的陶瓷散熱裝置，其中，該線路膜層結構還包括一含有催化性金屬源的第二金屬線路層，該第二金屬線路層是夾置於該陶瓷散熱鰭片的電路設置側與該第一金屬線路層間。
5. 一種燈具，包含： 一陶瓷散熱裝置，其實質上是由以下元件所組成： 一散熱單元，具有一陶瓷散熱鰭片，該陶瓷散熱鰭片具有一電路設置側，及一相反於該電路設置側的片狀散熱側，及 一線路膜層結構，直接形成於且接觸該陶瓷散熱鰭片的電路設置側上，並具有一第一金屬線路層；及 一發光電子組件，電連接於該線路膜層結構的第一金屬線路層。
6. 如請求項5所述的燈具，其中，該陶瓷散熱鰭片的片狀散熱側具有一多孔性表面。
7. 如請求項5所述的燈具，其中，該散熱單元還具有一風扇，該風扇是面向該陶瓷散熱鰭片之片狀散熱側設置。
8. 如請求項5所述的燈具，其中，該線路膜層結構還具有一含有催化性金屬源的第二金屬線路層，該第二金屬線路層是夾置於該陶瓷散熱鰭片的電路設置側與該第一金屬線路層間。