发光装置及其散热模块的制作方法

专利名称：发光装置及其散热模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光装置及其散热模块，特别是涉及一种利用热管及散 热器进行散热的发光装置及散热模块。
背景技术：
由于科技的进步，各种电子产品对于功能的需求越来越大，然而随着产
品性能越来越强，所使用的电子元件的集成度(integration)越高，造成发热量 提高，故散热效能直接影响电子元件的可靠性与使用寿命。
以发光二极管(Light-Emitting Diode; LED )为例，由于具有体积小， 且类似点光源又环保的特性，因此，近年来成为背光模块的背光源设计的焦 点，然而以LED排成阵列方式的背光模块光源设计虽可大幅度提高光学设 计上可调制的维度，但随之而来的却是产生大量的热累积问题，所以若无适 当的散热方法将背光模块上的热排出，这些产生的热量将影响发光二极管背 光模块上的发光特性。如图1及图2所示，针对发光二极管91背光模块的 散热，现有的做法大多为在电路板(PCB)92的背面贴上散热器(Heatsink)93, 或者如图3所示，使用热管(Heatpipe)94埋在散热器93内以主动或被动式的 方法将热传递至空气中的散热机制，且由于热管94将无法明确的区分蒸发 端及冷凝端，因此，发光二极管所产生的热量也无法通过热管94快速的带 至散热器93进行散热，相对使得热管94的效能大打折扣。故现有技术仍有 以下缺失
1. 若以自然对流的方式进行散热，散热器93的散热鳍片的体积将会很 大，非常占空间且重量与成本均很高。
2. 由于自然对流是由于空气温度不同造成密度不同，热空气的密度较小， 使得下方的散热鳍片附近的空气因为吸热而往上流动，但流至最上方时，本 身已经吸收了很多的热量，使得空气温度升高，相对上方的散热鳍片附近的 散热效果会变得很差。因此，发光二极管91最上一排与最下一排的温度差， 经由模拟的结果，往往高达10度以上左右。
3.若增加风扇进行强制对流的散热，且会受到风扇马达的设计影响，使
散热器93的中心点没有风量通过，也使得发光二极管91的均温性无法得到 有效的控制。
职是之故，本发明鉴于现有技术的缺失，经悉心试验与研究并一本锲而 不舍的精神，终发明出本案"发光装置及其散热模块"。以下为本案的简要 说明。

发明内容
有鉴于上述课题，本发明的目的在于提供一种能够快速散热且散热均匀 的发光装置及其散热模块。
缘是，为达上述目的，依据本发明的一种发光装置包括一电路板、至少 一导热元件、多个发光元件、至少一散热元件及一电源元件，其中电路板的 表面上具有线路布局及多个与线路布局连结的接触垫，且多个接触垫可作为 发光元件与电路板上线路布局的连结。该电路板上的左、右两半部各自具有 多个平行排列设计的长条状沟槽，且每一沟槽可供装置一个导热元件；
此外，多个发光元件设置在导热元件上，散热元件设置在电路板上一侧 边，且与该导热元件连结，以及电源元件设置在该电路板上，且与该导热元 件相连结。
上述的发光元件更包括一导热金属部及多个设置于该导热金属部侧边 的接脚，其中导热金属部焊接在导热元件上，且该多个接脚则分别与电路板 上相对应的4妾触垫连结。
上述的导热元件为一热管组，包括一第一热管及一第二热管，其中第一 热管包括一蒸发段及自蒸发段一端往下且往外连续弯折形成的一冷凝段，以 及第二热管包括一蒸发段及自蒸发段一端往下且往内连续弯折形成的一冷 凝段；其中第一热管及第二热管的冷凝段与该散热元件连结，且该蒸发段则 与该电源元件连结。
上述的散热元件具有至少一嵌合槽，用以结合第 一热管及第二热管的冷 凝段，且散热元件上具有一凹槽，则用以容置一风扇。
本发明另揭示一种散热模块，包括一电路板、至少一导热元件、多个发 光元件及至少一散热元件，其中电路板的表面上具有线路布局及多个与线路 布局连结的接触垫，且该多个接触垫则可作为发光元件与电路板上线路布局
的连结。该电路板上的左、右两半部各自具有多个平行排列设计的长条状沟
槽，且该每一沟槽可供装置一个导热元件；此外，多个发光元件设置在导热 元件上；散热元件设置在该电路板上一侧边，且与该导热元件连结；以及电 源元件设置在该电路板上，且与该导热元件相连结。


图1为现有背光才莫块的剖^L图； 图2为现有背光模块的立体图； 图3为现有背光模块的另一实施例立体图； 图4为本发明散热模块的较佳实施例的立体组合图； 图5为图4所示的散热模块于另一方向所示的立体组合图； 图6为本发明热管的较佳实施例的立体示意图； 图7为本发明散热模块的较佳实施例的立体分解图； 图8为本发明散热模块的较佳实施例的剖视图； 图9为本发明散热模块的另一较佳实施例的剖视图； 图IO为本发明发光装置的较佳实施例的剖视图； 图11为本发明散热模块的较佳实施例的制作流程图。 主要元件符号说明
1电路板11沟槽
2热管组21第一热管
211蒸发段212冷凝段
22第二热管221蒸发段
222冷凝段23热管
231蒸发段232冷凝段
3散热器31嵌合槽
32风扇33凹槽
4发光二极管芯片41导热金属部
42接脚电源元件
91发光二极管92电路板
93散热器94热管
S101 --S103 步骤
具体实施例方式
本发明的技术内容与功效，将在以下配合附图的较佳实施例详细说明中 详述。
请参照图4及图5所示，其为本实施例的散热模块的结构组合图，其中 该散热模块主要包括一电路板1、多个导热元件、两个散热元件及多个发光 元件。
本实施例的电路板1可以为一般所使用的印刷电路板(PCB)或一低温 共烧陶瓷(LTCC)电路板，其中在该电路板1的一表面上具有线路布局及 多个与该线路布局连结的接触垫(Contact Pad)，其中上述的线路布局并无限 制，可为串联或并联，而该多个接触垫则可作为该发光元件与该电路板1上 线路布局的连结。如图7所示，该电路板l上的左、右两半部各自具有多个 平行排列设计的长条状沟槽11,且该每一沟槽11可供装置一个导热元件。
配合图6所示，本实施例的导热元件较佳地是为一热管组(Heatpipe) 2,例如一脉动热管(Pulsating Heat Pipe )或一回路热管(Loop Heat Pipe ), 其导热系数约为6000W/m'K以上。由于热管组2是一种利用相变过程中吸 收或散发热量的性质来进行冷却技术；详言之，该热管2为一真空体，并充 以适量易于蒸发的液体(蒸发温度与环境温度相近)，再加以密封。本发明 的每一热管组2包括第一热管21及第二热管22，其中第一热管21更包括一 蒸发段211及自该蒸发段211 —端往下且往外连续弯折形成的一冷凝段212, 以及第二热管22更包括一蒸发段221及自该蒸发段221 —端往下且往内连 续弯折形成的一冷凝段222，且当该热管21、 22的蒸发段211、 221受热时， 该液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端的冷凝段212、 222而放 出热量凝结成该液体，该液体再靠毛细作用流回蒸发段211、 221，如此就形 成一个周而复始的回路，达到持续散热的目的，故适用于任何功率的该发光 元件的散热，尤其适用于高功率的发光元件的散热。
本实施例的散热元件可为一具有多个散热鳍片的散热器(heat sink)3，而 该散热器3主要用以将自该热管组2所导入的热源散出；因此，每一散热器 3上配合该热管组2的数量及结合位置而相对应设有多个嵌合槽31，且该每 一嵌合槽31用以结合该第一热管21及第二热管22的冷凝段212、 222，且 在结合后，该第二热管22的蒸发段221贴设于该散热器3的表面，并与该
第一热管21的蒸发段211处于同一平面；再者，该每一散热器3上更可再 装载一风扇32，因此，在该散热器3的散热鳍片上相对应设置一凹槽33以 容纳该风扇32埋设于其中；至于该风扇32是否设置或其设置的数量可以依 据该发光元件所发出的热量来决定。
本实施例的发光元件为一发光二极管芯片(LED)4，例如高功率发光二极 管(High Power LED, HP LED )、发光二极管阵列(LED Array )、有机发光 二极管(OLED)或有机发光二极管阵列(OLEDArray)等，且该发光二极 管芯片4包括一导热金属部41(slug)及多个设置于该导热金属部41侧边的接 脚42。
请参阅图7及图8所示，为本发明散热模块较佳实施例的的分解图及剖 视图，其中最前端为电路板l,该电路板1上的左半部及右半部的每一个沟 槽11可分别供一个热管组2以镶埋、粘着或焊接等方式设置在内，且该第 一热管21及第二热管22的冷凝段212、 222则分别折弯至对应的电路板1 的背后；其中该多个热管组2的设置方式无论是设置在电路板1上的左半部 或右半部，采取第一热管21相对应在电路板1内侧及第二热管22相对应在 电路板1外侧的设置方式而设置在该沟槽11内，使该电路板1的左半部及 右半部所埋设的多个热管组2的方向呈反向。
配合图6所示，其中可选用适当的焊料及最佳的回焊程序(reflow process),以利用表面粘着技术(SMT)的方式在第一热管21及第二热管22的 蒸发段211、 221上焊接上多个的发光二极管芯片4,并通过打线(Wire Bonding)方式将每一发光二极管芯片4的接脚42与该电路板1上相对应的接 触垫连结，以作为电性传输，再通过该电路板1内的线路布局，使该每一发 光二极管芯片4可以并联、串联或并串联同时运用等任意方式连结在一起， 由于线路的布局为所属领域中的现有技术，也非本发明重点，故不赘述。最 后再填入一封装用的填充物而将该上述的发光二极管芯片4及该接触垫封装 在该电路板l上；封装后的该发光二极管芯片4可避免外部水气或灰尘侵入 而损坏，进而提升该发光装置及该电路板1的可靠度；其中该填充物并无限 制，可为塑胶、树脂，例如环氧树脂(epoxyresin)或硅胶(Silicagel)等。
此外，该散热模块两侧的冷凝段22可更分别连接一散热元件，其中第 一热管21及第二热管22的冷凝段211、 221可嵌入该散热器3上相对应的 嵌合槽31内，使设置有多个热管组2的电路板1两侧可各自装上一组散热
器3，且该每一组散热器3上并可再装入一颗风扇32以加强散热效果，而使 该电路板1两侧的散热器3上各自安装的风扇31可以产生的气流吹拂，以 提升散热功效。再者，上述将发光二极管芯片4直接设置在热管组2的方式， 其主要是当该发光二极管芯片4运作时，该发光二极管芯片4产生的热源会 直4妾#1热管组2所吸收并经由该热管组2将该热源自该发光二4l管芯片4导 引出并传送至该散热器3，以降低发光二极管芯片4与热管组2之间的热阻。
请参阅图9所示，为本发明散热模块的另一较佳实施例的剖视图，其中 该热管23的形式也可以如图9所示，该热管23同样包括一蒸发段231及自 该蒸发段231 —端往下且往内连续弯折形成的一冷凝段232，该蒸发段231 上可利用表面粘着技术(SMT)的方式在该蒸发段231上焊接上多个的发光二 极管芯片4，而该冷凝段232的部分也可结合一散热器3;上述散热模块的 设计，由于使用了较少的热管23组成(左、右各一根)，因此，其热管23的 长度相对于图8的第一热管21及第二热管22的组成较短，而可使用在一般 较小尺寸的发光装置内(如小尺寸的液晶电视等)。
请参阅图10所示，为本实施例发光装置的结构剖视图，其中该发光装 置包括一散热模块及一电源元件5，其中该电源元件5设置在电路板1两侧 散热器3之间的空间内，以提供该发光装置发光所需的动力，且如此设计并 可以有效节省使用的空间。
请参阅图ll所示，该每一热管组2的冷凝段212、 222与散热器3的散 热鳍片间也可以利用适当的焊料与温度进行接着，因此，在制程上的回焊程 序(reflow process)步骤包括
步骤S101:选用适当的焊料，例如锡铋焊料或其他焊料等焊料；
步骤S102:将该焊料涂布在散热模块的热管组2的冷凝,殳212、 222与 散热器3的散热鳍片上，并将热管组2的冷凝段212、 222与散热器3的散 热鳍片进行接着。
步骤S103:将该焊料涂布于发光二极管芯片4的导热金属部41(slug)与 脚位42，且将散热模块与发光二极管芯片4同时进行焊接，使发光二极管芯 片4的导热金属部可接着在热管组2上，及该发光二极管芯片4的脚位42 接着在电路板1上；
其中上述步骤S102及S103的执行顺序可以掉换，而并不以哪个步骤需 要先执行作为限制。
此外，关于发光二极管芯片4的导热金属部41与热管组2的接着，也 可以使用其他材料或方式进行接着，例如导热膏(thermal grease)、导热胶 带(thermal tape)、相变化胶(phase change paste)、填缝胶带(gap filler tape)等， 因此，不论以何种材料或方式进行接着，都应涵盖于发光二极管芯片4的导 热金属部41直接接着于热管组2表面的概念。又发光二极管芯片4的脚位 42焊接并不限定以表面粘着技术(SMT)方式、插件式或甚至是增加其他扣具 加以固定，且皆应涵盖于辅助发光二极管芯片4的导热金属部直接接着于热 管组2表面的概念。
综上所述，本发明将该发光元件直接与该导热元件接触，故当长时间使 用时，单一或多个发光元件散发的热源能够经由该导热元件同时、快速且均 匀地以同一方向自该导热元件与该发光元件相接触的蒸发段(热端)传送至 该导热元件的冷凝段(冷端)，再将热源传送至该散热元件上以将热源散出， 此种方式不仅能够在短时间内快速达到散热的功效，并使该电路板整体具有 均温性，而提升发光装置的可靠度及散热效能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，上述实施例仅用来说明而非用 以限定本发明的权利要求，本发明的范畴由以下的权利要求所界定。凡依本 发明权利要求所作的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1、一种发光装置，包括电路板，具有至少一沟槽；至少一导热元件，设置在该沟槽内；多个发光元件，设置在该导热元件上；至少一散热元件，设置在该电路板上，且与该导热元件连结；以及电源元件，设置在该电路板上，且与该发光元件相连结，用以提供该发光装置运作所需的动力。
2、 如权利要求1所述的发光装置，其中该电路板的表面上具有线路布 局及多个与该线路布局连结的接触垫，且该多个接触垫作为该发光元件与该 电路板上线路布局的连结。
3、 如权利要求2所述的发光装置，其中该发光元件更包括导热金属部 及多个设置于该导热金属部侧边的接脚，且该导热金属部与该导热元件连 结，及该多个接脚分别与该电路板上相对应的接触垫连结。
4、 如权利要求1所述的发光装置，其中该导热元件为热管组，包括第 一热管及第二热管，且该第一热管具有蒸发段及自该蒸发段一端往下且往外 连续弯折形成的冷凝段，而该第二热管具有蒸发段及自该蒸发段一端往下且 往内连续弯折形成的冷凝段，以及该第 一热管及该第二热管的冷凝段结合在 该散热元件上的相对应的嵌合槽内。
5、 如权利要求4所述的发光装置，其中该导热元件采取该第一热管相 对应在该电路板内侧及该第二热管相对应在该电路^反外侧的设置方式而设 置在该沟槽内。
6、 如权利要求1所述的发光装置，其中该导热元件为热管，且该热管 具有蒸发段及自该蒸发段一端往下且往内连续弯折形成的冷凝段，而该冷凝 段结合在该散热元件上的嵌合槽内。
7、 如权利要求1所述的发光装置，其中该散热元件上具有凹槽，用以 容置风扇。
8、 如权利要求1所述的发光装置，其中更包括一填充物，用以将该发 光元件封装在该电路板上。
9、 一种散热模块，包括 电路板，具有至少一沟槽； 至少一导热元件，设置在该沟槽内； 多个发光元件，设置在该导热元件上；以及 至少一散热元件，设置在该电路板上，且与该导热元件连结。
10、 如权利要求9所述的散热模块，其中该电路板的表面上具有线路布 局及多个与该线路布局连结的接触垫，且该多个接触垫作为该发光元件与该电路板上线路布局的连结。
11、 如权利要求10所述的散热模块，其中该发光元件更包括导热金属 部及多个设置于该导热金属部侧边的接脚，且该导热金属部与该导热元件连 结，及该多个接脚分别与该电路板上相对应的接触垫连结。
12、 如权利要求9所述的散热模块，其中该导热元件为热管组，包括第 一热管及第二热管，且该第一热管具有一蒸发段及自该蒸发段一端往下且往 外连续弯折形成的冷凝段，而该第二热管具有蒸发段及自该蒸发段一端往下 且往内连续弯折形成的冷凝段，以及该第 一热管及该第二热管的冷凝段结合 在该散热元件上的相对应的嵌合槽内。
13、 如权利要求12所述的散热模块，其中该导热元件采取该第一热管 相对应在该电路板内侧及该第二热管相对应在该电路板外侧的设置方式而 设置在该沟槽内。
14、 如权利要求9所述的散热模块，其中该导热元件为热管，且该热管 具有蒸发段及自该蒸发段一端往下且往内连续弯折形成的冷凝段，而该冷凝 段结合在该散热元件上的嵌合槽内。
15、 如权利要求9所述的散热模块，其中该散热元件上具有凹槽，用以 容置风扇。
16、 如权利要求9所述的散热模块，其中更包括填充物，用以将该发光 元件封装在该电路板上。
全文摘要
本发明公开一种发光装置是包括一电路板、至少一导热元件、多个发光元件、至少一散热元件及一电源元件。其中电路板上具有至少一个沟槽，且每一沟槽可供装置一个导热元件；再者，多个发光元件设置在导热元件上，散热元件设置在电路板上，以及电源元件设置在该电路板上，且与该导热元件相连结。本发明也揭露该发光装置的散热模块。
文档编号F21V23/00GK101363602SQ20071013999
公开日2009年2月11日 申请日期2007年8月7日 优先权日2007年8月7日
发明者李奕升, 谢俞枰, 郑钦铭 申请人:台达电子工业股份有限公司