专利名称：具有散热功能的电子装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关一种电子装置，尤指一种具有主动式散热模块的电子装置。
背景技术：
按半导体元件，例如LED芯片(LED chip)、CPU(中央处理器)或GPU(图形处理器)已广泛用于LED灯具、计算机或显示卡等电子装置。其中，CPU或GPU在高速运算下， 往往会产生高热，目前常见的技术是以风扇式散热模块所产生的气流将CPU或GPU所生成的热能带出电子装置之外，以避免半导体元件超过额定工作温度，以获致散热的功能。同样地，LED芯片在电能转换成光能的过程中，亦会产生高热，由于LED芯片的发光效率与工作温度成反比的特性，例如LED芯片每升高10°C，将导致光衰5-8%，并造成使用寿命减半。因此，就LED灯具言，其散热效果的优劣，往往影响着LED灯具的亮度与使用寿命ο即以目前现有的白炽灯泡造形的LED灯具为例，为了能够顺利地将LED芯片所散发的热能导出，通常在玻璃灯罩至螺旋状金属灯头之间设有一被动式散热模块，散热模块是由金属，例如铝合金制成一锥形罩壳，罩壳表面环设多个鳍片，以增大散热面积，由于罩壳为提供较大的散热效率，以致占用LED灯具大部分的面积，除在视觉上无法与现有的白炽灯泡产生联想外，且最显着的缺点在于，罩壳的重量太重，以及被动式散热模块只能处理亮度约400流明所产生的热能，因此无法适用于高亮度LED灯具。基于前述被动式散热模块的缺点，亦有业者在白炽灯泡造形的LED灯具内部设有一主动式散热模块，装置是为一微型散热风扇，例如滚珠式或磁浮式风扇，而LED灯具表面则开设进气通道与散热通道。当LED灯具的LED芯片点亮后，散热风扇亦启动运转，使空气从进气通道进入，而由散热通道排出的过程中，是以气流将LED芯片所产生的热能带出LED 灯具之外，故能获致较佳的散热效果。惟前述微型散热风扇的缺点在于成本较高，灰尘容易累积在扇面上，而影响使用寿命。尤其是，传统的LED灯具是藉由电路板的电压转换单元将一般交流电降压及整流成直流电后，输出至LED芯片的驱动元件。由于一般交流电压与驱动直流电压差距颇大，而无法获得较佳的转换效率。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种具有散热功能的电子装置，电子装置内部设有一主动式散热模块，散热模块直接接收一交流电压，因此，散热模块可以提供散热与降压双重功能，降压后的交流电压再由电路板进一步降压与整流成直流电，以提供半导体元件的驱动元件使用，由此提高转换效率。为达成前述的目的，本发明所采取的技术手段是提供一种具有散热功能的电子装置，电子装置包括至少一半导体元件、一支撑元件、一散热模块以及一电压转换单元，前述散热模块进一步包括一弹性膜与一驱动装置，驱动装置由磁性变换驱动弹性膜移动或振动，以便于推压空气或作为阀门导引空气，由此产生气流，气流是用以对半导体元件进行散热。并且，前述驱动装置接收一第一交流电压，驱动装置具有一压降以便对第一交流电压进行降压，驱动装置的一输出端输出一第二交流电压。另外，上述的电压转换单元是耦接于驱动装置以接收上述第二交流电压，电压转换单元对第二交流电压进一步降压及整流成直流，电压转换单元的一输出端输出直流电至半导体元件的驱动元件。
为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中图IA是根据本发明的第一实施例，弹性膜向下方移动，膜面维持平整，以便向下推压空气；图IB是根据本发明的第一实施例，弹性膜向上方移动且造成膜外侧向下振动，以作为阀门导引空气向下流动；图2A是根据本发明的第一实施例，弹性膜向上方移动，膜面维持平整，以便向上推压空气；图2B是根据本发明的第一实施例，弹性膜往向下移动且造成膜外侧向上振动，以作为阀门导引空气向上流动；图3A是根据本发明的第一实施例，弹性膜结合于框架下表面，由活动件带动框架向下移动，造成弹性膜整体紧贴框架，以推压空气向下流动；图;3B是根据本发明的第一实施例，弹性膜结合于框架下表面，由活动件带动框架向上移动，造成弹性膜周围部分离开框架，以作为阀门导引空气向下流动；图4A是根据本发明的第一实施例，一种支撑元件的设计；图4B是根据本发明的第一实施例，另一种支撑元件的设计；图5是根据本发明的第二实施例LED灯具的立体分解图；图6是根据本发明的第二实施例电压转换单元的示意图；图7是根据本发明的第二实施例散热模块的立体分解图；图8是根据本发明的第二实施例LED灯具组立后的立体图；图9是根据本发明的第二实施例LED灯具组立后的剖面图；以及图IOa至图IOc是根据本发明的第二实施例散热模块进行鼓风动作的示意图。
具体实施例方式本发明的第一实施例揭露一种具有散热功能的电子装置，包括至少一半导体元件“例如LED芯片(chip)、CPU(中央处理器)或GPU(图形处理器)”、一支撑元件、一散热模块以及一电压转换单元，上述散热模块包括一弹性膜以及一驱动装置，驱动装置由磁性变换以驱动弹性膜移动或振动(moving or vibrating)，以便推压空气或作为阀门导引空气，由此产生气流对半导体元件进行散热。并且，前述驱动装置接收一第一交流电压，驱动装置具有一压降以便对第一交流电压进行降压，驱动装置的一输出端输出一第二交流电压。另外，上述的电压转换单元是耦接于驱动装置以接收上述第二交流电压，电压转换单元对第二交流电压进一步降压及整流成直流，电压转换单元的一输出端输出直流电至半导体元件的驱动元件。于一较佳实施例中，弹性膜623可以向下方移动或是向上方移动，但弹性膜623只会在某一个特定方向产生振动。请参阅图IA与图1B，箭头A代表弹性膜623移动方向，箭头B代表空气流动方向，图IA显示弹性膜623向下移动，膜面维持平整，以便向下推压空气，图IB显示弹性膜623向上移动且造成膜外侧向下振动，以作为阀门导引空气向下流动。 相对地，图2A与图2B的情形恰好与图IA与图IB相反，弹性膜623向下移动时造成膜外侧向上振动，因此，气体流动的方向也与图IA与图IB相反。于本实施例中，上述的驱动装置包括一固定件与一活动件，由磁性变换驱动活动件相对于固定件进行运动，且弹性膜是结合于活动件上。上述的固定件与活动件两者之中，其一具有一永久磁性元件，另一具有一电磁元件，电磁元件接收第一交流电压，以使得电磁元件与永久磁性元件产生相斥或相吸的机械能。另外，第一交流电压的电压变化频率控制驱动装置的电磁元件的磁性变换频率。于另一较佳实施例中，请参考图3A与图;3B所示，活动件进一步包括一框架 (frame) 621，其是用以结合弹性膜623，框架621具有相对的一第一表面与一第二表面，例如上表面与下表面，框架621具有穿孔(throughhole)622供气流通过。上述的弹性膜623 贴附于框架621的下表面，覆盖部份或全部的穿孔，弹性膜623的中央部分结合于框架621 上，其周围部分未固定；由活动件带动上述框架621往下表面或上表面方向移动，造成弹性膜623整体紧贴框架621、或者弹性膜623周围部分离开框架621，以推压空气向下流动或作为阀门导引空气向下流动，从而产生气流；较佳的是，为单向流动的气流。 于又一较佳实施例中，上述的固定件与活动件两者之中，固定件具有电磁元件，活动件具有永久磁性元件，且活动件进一步连接一弹性元件，活动件与固定件的相斥或相吸运动造成弹性元件的变形，由弹性元件的弹性恢复力，以带动活动件进行对应的反向运动。本实施例中，支撑元件可以分为两大类第一类支撑元件提供散热功能，可以使用金属材质，其设计原则是尽量增加与半导体元件接触面积，例如面接触，以快速移除半导体元件所产生热量，再由冷却方式移除支撑元件累积的热量；第二类支撑元件不提供散热功能，可以使用塑料材质，其设计原则是尽量暴露半导体元件，以方便直接冷却半导体元件。对第一类支撑元件举例说明，请参考图4A所示，支撑元件2可为一散热基座(heat sink)，允许冷却气流接触散热基座。较佳的是，散热基座为凸台设计，半导体元件1是固定于凸台顶面，且冷却气流接触凸台底面。对第二类支撑元件举例说明，请参考图4B所示，支撑元件2部分接触半导体元件 1，例如环形接触，以暴露半导体元件1的大部分面积，气流直接接触半导体元件1的表面。 当半导体元件1为LED芯片时，其具有一发光面与一基板面，支撑元件2部分接触LED芯片， 以暴露发光面及/或基板面的大部分面积，气流直接接触半导体元件的发光面及/或基板上述LED芯片的基板面材质包含下列族群中的一种蓝宝石(sapphire)、硅与金属例如铝、铜…，由于具有不同基板材质的LED芯片是为已知技术，在此不拟赘述。本发明的第二实施例揭露一种具有散热模块的LED灯具，如图5至图9所示，包含至少一 LED芯片1，一支撑元件2，一间隔元件3，一罩壳4，一灯罩5，一散热模块6，及一灯头7所组合而成。LED芯片1是连接于一铝挤基板11上，以便于LED芯片1与铝挤基板11上的电路相连接。支撑元件2是用以固定LED芯片1。如图5所示，LED芯片1是连接于铝挤基板11 上，然后再固设于支撑元件2顶面，以形成面接触关系，支撑元件2选用导热系数高的金属， 例如铝合金所制成，以便可快速传导LED芯片1点亮后所产生的热能。其中，支撑元件2可为圆锥造形的散热基座，其顶面开设二或以上的通孔21，且为提供支撑元件2可与后叙一间隔元件3相结合，支撑元件2盘面周缘纵向开设二或以上的扣槽22。间隔元件3是由绝缘材料，例如塑料射出成型为圆锥体，其顶面开设一通气孔31， 间隔元件3盘面对应于通孔21与扣槽22位置分别突设立柱32与扣勾33，且间隔元件3径向周缘环设多个进气孔34。组立时，将间隔元件3的至少两立柱32套设于支撑元件2的通孔21，且扣勾33扣接于扣槽22，使间隔元件3与支撑元件2结合为一体，且令支撑元件2底缘搭接于间隔元件3周缘，而将间隔元件3与支撑元件2间形成一与等进气孔34相通的进气通道35 (显示于图9)，使外界的冷空气经由进气孔34进入进气通道35内，并与支撑元件 2进行热交换后，使热空气由间隔元件3顶部的通气孔31向下移动。支撑元件2与间隔元件3设计成圆锥形的优点在于，使两者间形成一较长路径的进气通道35，以增加散热面积。间隔元件3下方设有一电路板36。如图6所示，电路板36进一步具有一电压转换单元361，其输入端的一端耦接至后叙灯头7的第一接点71，另一端则耦接至一电磁元件 741，电磁元件741耦接灯头7的第二接点72，其本身具有一阻抗，当交流电流过时，电磁元件741产生一压降，以便对交流电进行初步降压。然后，电压转换单元361接收由电磁元件 741压降后的交流电压并予以再次降压及整流成一直流电，电路板36的输出端以二或以上的导电线362通过立柱32并耦接于LED芯片1，以提供LED芯片1点亮时所需的直流电源。罩壳4是由绝缘材料，例如塑料射出成型的圆锥体，其顶面周缘对应各进气孔34 位置相对凹设导气槽41，以加大进气空间，罩壳4接装，例如粘着于间隔元件3底部，且罩壳4内部相对设有一对夹槽42，其是供电路板36插入定位。而罩壳4底部环设多个散热孔 43，以形成一散热通道，所述散热孔43可将通过后叙的散热模块6及灯头7的热空气排出。再者，罩壳4底部固接一隔离环44，其是作为气流隔离之用，使气流仅能通过隔离环44，以进入后叙散热模块6。其中，隔离环44纵向开设两线槽，以便供灯头7与电磁元件 741的一对导电线73穿越，并耦接于电路板36。灯罩5是由玻璃或塑料制成的透明或半透明的球体，其底部开口接装，例如粘着于间隔元件3顶部周缘，从而将LED芯片1与支撑元件2包覆于灯罩5内部。前已述及，支撑元件2特殊的圆锥形的凸台设计，使其得以伸入灯罩5内部，例如约略中心位置。散热模块6是装设于罩壳4内，其具有一定位套环61，其同心的内、外环体611、 612顶部连接于罩壳4与隔离环44底部，且由外环体612底部的衔接部613，例如螺纹与灯头7相连接。内环体611接装一可伸缩的活动件62，活动件62造形如同蛇腹管，而得以伸展及压缩。活动件62底部套设一具有穿孔622的框架621 ；其中，框架621具有相对的一第一表面与一第二表面，而弹性膜623贴附于框架的第一表面，覆盖所有或至少部份的穿孔622，弹性膜623中央部分是由一永久磁性元件63的凸榫631穿越，并枢接于框架621的轴心位置，使弹性膜周围部分未固定；由活动件62带动框架621往第一表面或第二表面方向移动，造成弹性膜623整体紧贴框架621、或弹性膜623周围部分离开框架621，以推压空气或作为阀门导引空气，从而产生气流。以图7为例，弹性膜623贴附于框架621的下表面，当框架621往下表面方向移动，造成弹性膜623整体紧贴框架621，因此，空气被弹性膜623往下表面方向推压，产生往下表面方向移动的气流。当框架621往上表面方向移动，造成弹性膜623周围部分受到空气阻力作用，而远离框架621 (当弹性膜623结合在框架621底面时，膜周围的重量或外加配重的惯性力会帮助膜周围远离框架621 ；当弹性膜623结合在框架621顶面时，膜周围的重量会抵销部分向上空气阻力)，显露出原本被覆盖的穿孔622，因此，空气由上表面向下表面方向通过穿孔622，此时弹性膜623做为阀门导引空气向下表面方向流动。此外，为增加活动件62的伸缩能力，其外部，例如上、下端的凸缘间套接一弹性元件64，例如弹簧。灯头7采用现有的E27规格，其顶部开口接装于外环体612底部的衔接部613，灯头7的第一、第二接点71、72分别连接一导电线73及一电磁元件741，例如电磁铁，电磁元件741连接另一导电线73，并将两导电线73穿过内、外环体611、612之间的缝隙及隔离环 44后，而耦接于电路板36的电压转换单元361的输入端。灯头7底部设有一固定件74，其供电磁元件741，例如电磁铁的装设。其中电磁元件741、固定件74、灯头7与第二接点72实施时以埋入式射出成型为一体为佳。尤其是，电磁元件741本身即具有一压降，当电磁元件741接收一第一交流电压 (例如家用电源)，对第一交流电压进行降压后，输出一第二交流电压至电压转换单元 361。由于第二交流电压与所欲输出直流电压数值较为接近，因此，电压转换单元361可以获得较佳的转换效率。例如，第一交流电压为110V，所欲获得的直流电压为MV，当电磁元件741所产生的压降为40V时，电压转换单元361仅需将70V(110V_40V)的第二交流电压转换为MV的直流电压。而当电磁元件741所产生的压降为50V时，电压转换单元需将 60V(110V-50V)的交流电压转换为24V的直流电压。在这两种情形下，电压转换单元361皆可获得较佳的转换效率。另外，当第二交流电压越接近输出的直流电压时，其转换效率也越佳。上述第一交流电压例如但不限于110V，直流电压例如但不限于为3.8V-72V。在本实施例中直流电源是以MV为例加以说明，但并不以此为限。本发明LED灯具经由前述元件组立后，其立体图如图8所示，而组立后的剖面图如图9所示。由于灯头是采用现有规格，所以可直接安装于现有的灯座。如图IOA所示，当本发明LED灯具未点亮时，活动件62由自身与弹性元件64的伸展弹力，使活动件62底部的永久磁性元件63位于固定件74的电磁元件741之上。如图9及图IOB所示，当本发明LED灯具经由开关开启，使第一交流电压通过灯头 7与电磁元件741，对第一交流电压进行降压后，并输出一第二交流电压至电路板36的电压转换单元361，以进行进一步降压与整流成直流电压，以便给LED芯片1的驱动元件，使其点亮并产生热能，而电磁元件741产生与永久磁性元件63相同的磁极而形成相斥，进而推动活动件62上移，使弹性元件64被压缩，弹性膜623于上移过程中，其外侧边缘因惯性作用而向下张开，使得弹性膜623开启活动件62，以作为阀门导引空气向下，使冷空气由进气通道35吸入，并通过间隔元件3、活动件62，而进入灯头7内部。
如图9及图IOC所示，当电磁元件741产生与永久磁性元件63相反的磁极而形成相吸，进而吸引活动件62下移，使弹性膜623于下移过程中，其外侧边缘紧密地抵靠于活动件62的框架621边缘，使得弹性膜623封闭活动件62，以推压空气，使灯头7内部的热空气由散热孔43排出。当电磁元件接收一般家用电源，其为频率60Hz的交流电压，每个正弦波周期包含 1个正波形与1个负波形，因此，电磁元件741的磁性变换频率为每1/120秒交换一次磁极 (N、S 极)。尤其是，由改变弹性膜623枢设于框架621的位置，可以改变气流的行进方向。例如前述实施例的弹性膜623枢设于框架621底面，以致活动件62往复地纵向位移时，使得弹性膜623封闭或开启活动件62，以分别产生推压空气或作为阀门导引空气，使冷空气由进气通道35进入，而热空气则由散热孔43排出。反的，若将弹性膜623枢设于框架621顶面，则会改变气流的流动方向，亦即冷空气由散热孔进入，而热空气则由进气通道排出。本发明所揭示的，乃较佳实施例的一种，凡是局部的变更或修饰而源于本发明的技术思想而为熟习项技术的人所易于推知的，俱不脱本发明的权利要求范畴。
权利要求
1.一种具有散热功能的电子装置，该电子装置包括至少一半导体元件；一支撑元件，该支撑元件用以固定该半导体元件；一散热模块，该散热模块进一步包括一弹性膜；与一驱动装置，该驱动装置由磁性变换驱动该弹性膜移动或振动，以便于推压空气或作为阀门导引空气，由此产生气流，该气流是用以对该半导体元件进行散热；其中，该驱动装置接收一第一交流电压，该驱动装置具有一压降，以便对该第一交流电压进行降压，该驱动装置的一输出端输出一第二交流电压；以及一电压转换单元，其耦接于该驱动装置以接收该第二交流电压，该电压转换单元对该第二交流电压进一步降压及整流成直流电，该电压转换单元的一输出端输出该直流电至该半导体元件的驱动元件。
2.如权利要求1所述的具有散热功能的电子装置，其中该驱动装置包括一固定件与一活动件，由磁性变换驱动该活动件相对于该固定件进行运动，且该弹性膜结合于该活动件上。
3.如权利要求2所述的具有散热功能的电子装置，其中该固定件与该活动件两者之中，其一具有一永久磁性元件，另一具有一电磁元件，该电磁元件接收该第一交流电压，以使得该电磁元件与该永久磁性元件产生相斥或相吸的机械能。
4.如权利要求3所述的具有散热功能的电子装置，其中该第一交流电压的电压变化频率控制该驱动装置的电磁元件的磁性变换频率。
5.如权利要求2所述的具有散热功能的电子装置，其中该活动件进一步包括一框架， 其用以结合该弹性膜，该框架具有相对的一第一表面与一第二表面，该框架具有穿孔供气流通过。
6.如权利要求5所述的具有散热功能的电子装置，其中该弹性膜贴附于该框架的第一表面，覆盖至少部份的穿孔，该弹性膜的中央部分结合于该框架上，其周围部分未固定；由该活动件带动上述框架往第一表面或第二表面方向移动，造成该弹性膜整体紧贴该框架、 或者该弹性膜周围部分离开该框架，以推压空气或作为阀门导引空气，从而产生该气流。
7.如权利要求5所述的具有散热功能的电子装置，其中该弹性膜贴附于该框架的第一表面，并覆盖所有穿孔，该弹性膜的中央部分结合于该框架上，其周围部分未固定；由该活动件带动上述框架往第一表面或第二表面方向移动，造成该弹性膜整体紧贴该框架、或者该弹性膜周围部分离开该框架，以推压空气或作为阀门导引空气，从而产生该气流。
8.如权利要求1所述的具有散热功能的电子装置，其中该半导体元件是为LED芯片、中央处理器或图形处理器。
9.如权利要求1所述的具有散热功能的电子装置，其中该支撑元件是作为散热基座， 该气流直接接触该散热基座。
10.如权利要求9所述的具有散热功能的电子装置，其中该散热基座为凸台设计，且该半导体元件固定于该凸台顶面。
11.如权利要求1所述的具有散热功能的电子装置，其中该半导体元件具有一发光面与一基板面，该支撑元件部分接触该半导体元件，以暴露该发光面及/或该基板面的大部分面积，该气流直接接触该半导体元件的该发光面及/或该基板面。
12.如权利要求11所述的具有散热功能的电子装置，其中该支撑元件为塑料材料。
13.如权利要求3所述的具有散热功能的电子装置，其中该固定件具有该电磁元件，该活动件具有该永久磁性元件，且该活动件进一步连接一弹性元件，该活动件与该固定件的相斥或相吸运动造成该弹性元件的变形，由该弹性元件的弹性恢复力，以带动该活动件进行对应的反向运动。
14.如权利要求1所述的具有散热功能的电子装置，其中该气流为单向流动的气流。
全文摘要
本发明是一种具有散热功能的电子装置，包括至少一半导体元件、一支撑元件、一散热模块以及一电压转换单元，前述散热模块进一步包括一弹性膜与一驱动装置，驱动装置由磁性变换驱动弹性膜移动或振动，以便于推压空气或作为阀门导引空气，由此产生气流，气流是用以对半导体元件进行散热。并且，前述驱动装置接收一第一交流电压，驱动装置具有一压降，以便对第一交流电压进行降压，驱动装置的一输出端输出一第二交流电压。另外，上述的电压转换单元是耦接于驱动装置以接收第二交流电压，电压转换单元对第二交流电压进一步降压及整流成直流，电压转换单元的一输出端输出直流电至半导体元件的驱动元件。
文档编号F21V29/00GK102313265SQ20101022634
公开日2012年1月11日 申请日期2010年7月8日 优先权日2010年7月8日
发明者刘恒, 朱允元 申请人:绿种子能源科技股份有限公司