专利名称：一种散热型发光二极管光源模块及其灯具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种散热型发光二极管光源模块及其灯具，特别涉及一种应用高功率、高亮度发光二极管作为光源所设计的结构及所制成的灯具。
背景技术：
发光二极管技术的成熟，已引发照明方面的一场革命。不仅是红绿灯，大型屏幕的显示、室内照明、汽车车灯、广告标志等所有需要光亮的地方，发光二极管都将取代传统的照明设备。发光二极管供照明使用时，有一个相当大的障碍需要解决，所需的亮度愈高时，就须采用功率愈高的发光二极管，而所产生的热量愈大，例如作为路灯使用时，须采用数个发光二极管所形成的数组，所产生的热量极高，如果没有一个良好的散热结构，将使该发光二极管寿命大幅缩短，并影响整个产品的可靠度。
请参照图1，现有技术中发光二极管路灯10的结构示意图，所使用的印刷电路板11为一般常用的FR4印刷电路板或是以散热为考虑的金属如铝或铜等散热型电路板。由于此类印刷电路主要材料为FR4、FR5或其它导热性较差的纤维材质，使得发光二极管12发亮时所产生的热能量仍大多累积在印刷电路板11的接口上而无法大幅降低整体散热效率，虽其背面有增设一金属的散热基座13，但乃无法将将印刷电路板11上的热量有效率地经灯座外壳14传导至大气。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种高散热型发光二极管光源模块，其在发光二极管下方的印刷电路板上制作一个或数个贯穿的孔，并在孔的侧壁上形成导热层或是以导热材料将该孔填满，借此结构将热快速地传递至大气环境中。
为了达到上述目的，本实用新型提供一种发光二极管光源模块，主要是在一印刷电路板处设有由发光二极管数组，而于印刷电路板上每一个发光二极管设置处设有至少为一个贯穿的孔，孔侧壁上形成有导热层。
运用本实用新型的发光二极管光源模块也可制成一灯具，其包括一灯座外壳；一发光二极管数组，安装于该印刷电路板上面；一印刷电路板，在发光二极管设置处设有至少为一个贯穿的孔，孔壁上形成有导热层；一灯罩，与该灯座外壳相密合；其中，该印刷电路板相对于连接该发光二极管数组的另一面与该灯座外壳的内侧紧密结合。
本实用新型在印刷电路板的发光二极管设置处设有至少为一个贯穿的孔，孔侧壁上形成有导热层，借此当高功率发光二极管发亮时所产生的热量，能迅速被传导出来，快速地传递至大气环境中。
为了更清楚了解本实用新型的详细流程及技术内容，以下将配合附图及详细的解说，以求清楚了解本实用新型的精神所在。
图1为现有发光二极管路灯的结构示意图；图2为本实用新型的立体图；图3A为本实用新型的剖面示意图；图3B为本实用新型第二种实施例的剖面示意图；图4为本实用新型第三种实施例的剖面示意图；图5为本实用新型第四种实施例的剖面示意图；图6为本实用新型运用于发光二极管路灯的第一种实施例的截面图；图7为本实用新型运用于发光二极管路灯的第二种实施例的截面图。
附图标记说明10发光二极管路灯11印刷电路板 12发光二极管13散热基座 14灯座外壳2 印刷电路板21孔22导热层 23导热材料24金属电路 30发光二极管 31导线4 导热介质层5 金属区块6 辅助导热层70发光二极管路灯71灯罩72灯座外壳8 导热介质层具体实施方式
将参考附图以更加详细的方式描述本实用新型的较佳实施例。
如图2、图3A所示，为本实用新型的发光二极管光源模块的立体图及局部剖视图，主要包括一印刷电路板2及数个发光二极管30所形成的发光二极管数组，如图3A所示，该印刷电路板2在每一个发光二极管30设置处的下方设有至少为一个贯穿的孔21(如图3B所示，其设有二个贯穿的孔21)，孔侧壁上形成有导热层22，该导热层22是可由铜、银、钻石薄膜、散热膏等其它高热导率材料所构成，在本实施例中该孔21为中空状，仅在孔壁形成一导热层22，但也可以使导热层22直接填满该孔21内(如图4所示)，借此增加热传导速率。如图5所示，另外也可以另一导热材料23填满于导热层22内部，形成另一种实心的导热结构，该导热材料23可由铜、银、钻石薄膜、散热膏等其它高热导率材料所构成。此方式生产容易，例如以铜形成导热层，而以散热膏为导热材料。
该发光二极管30为高功率、高亮的发光二极管，设置于印刷电路板2处，并以导线31与该印刷电板电连接。而该发光二极管30的设置位置、数目及所产生的光源颜色则依使用者的需求而定，可自由变化，以获得所需的光源颜色、亮度及色温。
为了使发光二极管30的散热效果更佳，如图3A所示，在该发光二极管30与印刷电路板2之间设有一导热介质层4，其材质为散热膏、导热片，或其它能使发光二极管本身热量快速传递至印刷电路板的材料与方法。由于发光二极管30与印刷电路板2相接处不可避免的会出现一些间隙，从而影响发光二极管30的热传导，本实施利用散热膏作为导热介质4涂布在发光二极管30底部，一方面填补空隙，一方面使导热性更佳。
另外，在印刷电路板2上可设有金属区块5，供发光二极管30设置其上，材质可为金或铜等等，并与该孔21的导热层22相连接，此处的金属区块5仅为导热之用，不同于与印刷电路板2上作为电性连通的金属电路24，也不与之相通，两者之间并利用防焊层25隔开，避免短路。另外也可于印刷电路2另一面设有辅助导热层6，该辅助导热层6可为金或铜或银等，并与该孔21的导热层22相连接，此辅助导热层可为小面积状，即每一层仅与一孔21的导热层22相连接，但也可为大面积状，即该辅助导热层6即与印刷电路板上每一孔21的导热层22相连接，该金属区块5、导热层22及辅助导热层6能在印刷电路板2制造时即成型于表面或孔内，以方便厂商使用。借此发光二极管30在使用时所产生的热源可经导热介质层4及金属区块5、快速传递至印刷电路板6处，而本实用新型利用导热层22、辅助导热层6能使热快速传递于其另一侧，而达到快速散热的目的。另外如果配合其它构件结合于印刷电路板另一侧，例如散热座或后段所述的灯座外壳，则能其整体的散热效果更佳。
本实用新型也可将印刷电路板的厚度改为更薄，例如厚度小于400μm，较佳小于200μm，使其具有可挠性弯曲的特性，一方利用其极薄厚度的特性能使热传递路径更短，散热效果更佳，另一方面利用其可弯曲的挠性，使制成的发光二极管光源模块能弯曲成各种圆弧曲线，广泛地应用到现有各种灯座及其它非平面几何外型的产品上，在使用上更为方便。
本实用新型的印刷电路板的制造方式可利用钻孔而获得一个或数个贯穿孔，其中雷射钻孔机的激光器主要有RF激发的CO2气体激光器、或UV固态Nd:YAG激光器。然后利用镀通孔技术(Plated-Through-Hole technology)经由除胶渣、整孔、微蚀、预活化、活化、加速、无电镀铜(又称为化学铜)等步骤，将钻孔后的非导体印刷电路板的贯穿孔壁上沉积一层密实牢固的导热性铜层(亦为导热层)，其中无电镀铜就是在不需要通电的条件下，使用含有铜盐和还原剂的镀液而形成铜层的方法，而无电镀铜的镀液主要是铜盐(例如硫酸铜)与还原剂(例如乙醛酸)，另含有错合剂(例如乙二胺四乙酸，即EDTA)、pH值调整剂、安定剂与界面活性剂等。其中还原剂是扮演自发反应发生最重要的角色，其自身被氧化而提供电子给溶液中的金属离子作为还原之用。举例而言，在镀液中，铜离子的浓度为0.035M，乙醛酸的浓度为0.06M，而乙二胺四乙酸的浓度为0.087M。在摄氏60度的温度下，以该镀液进行无电电镀，而在被活化的贯穿孔侧壁上成长铜层。然后于此孔内填入一种具有例如2×10-3cal/cm sec.℃的高导热系数的黏稠性散热膏(即为导热材料)，并将此贯穿孔填满。散热膏例如为硅酮里加入氧化银颗粒的膏状物。导热层除了铜以外，还可为银等。
图4所示为一种孔内填满导热层的截面示意图。其制造方式可在图3A中的导热层22的铜层，进行电解电镀而将铜导热材料成长于该铜层上，并填满该孔，形成铜导热柱。该电解电镀的镀液配方包括铜离子源(例如硫酸铜)、电解质(例如硫酸、盐酸)、润湿剂(例如聚乙烯二醇)以及具有选择性抑制梯度的平整剂。举例而言，在镀液中，铜离子的浓度为52g/l，硫酸的浓度为50Og/l，氯离的浓度为90ppm，聚乙烯二醇的浓度为25O ppm，而平整剂的浓度为160ppm。将侧壁上形成有导热性金属层12的贯穿孔11填满的导热材料除了铜以外，还可为银、钻石、散热膏等。
如图6所示，运用本实用新型的结构所设计的的发光二极管路灯的截面图。本实用新型的发光二极管路灯70将数个发光二极管以数组方式形成发光二极管数组3安装于印刷电路板2的上面，并以导线与该印刷电路板2电连接，而该发光二极管数组3可根据灯罩71及发光均匀度采特殊排列，接着，将该印刷电路板2及其上的发光二极管数组3安装于该灯座外壳72的内部，并利用该印刷电路板2使其背面贴合于灯座外壳72，让该灯座外壳72直接成为一散热装置，因此该灯座外壳72最好以散热效果佳的材料制成，例如为铝、铜等金属。该印刷电路板2与该灯座外壳72之间可设有一导热介质层8，其材质为一散热膏、导热片，或其它能将印刷电路板热量快速传递至灯座外壳的材料与方法，以确保彼此紧密结合，并具有良好的散热效果。如此一来，本实用新型的发光二极管路灯70，其利用印刷电路板的孔21及导热层22，能迅速将热量传导至灯座外壳72处，利用以外界空气散热，故整体的散热效果佳。
如图7所示，如果印刷电路板2厚度较薄时，则可配合所使用的灯座外壳72的形状，例如波浪形，而使该印刷电路板6弯曲成相对应的形体，并与该灯座外壳72的内侧轮廓紧密结合，此时也可让该灯座外壳72直接成为一散热装置。
对本领域技术人员而言，本实用新型明显地可以作出多种修改及变化而不脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型包括这些修改及变化，且其皆被包括在专利申请及其等同替换的范围中。
权利要求1.一种散热型发光二极管光源模块，其特征在于包括一发光二极管数组，由数个高功率发光二极管构成；一印刷电路，所述的发光二极管数组设置其上，该印刷电路板在发光二极管设置处设有至少为一个贯穿的孔，孔壁上形成有导热层。
2.根据权利要求1所述的散热型发光二极管光源模块，其特征在于，该孔为中空状，仅孔壁上形成有导热层。
3.根据权利要求1所述的散热型发光二极管光源模块，其特征在于，该孔为中空状，孔内布满导热层。
4. 根据权利要求1所述的散热型发光二极管光源模块，其特征在于，该导热层为铜或银或钻石薄膜。
5.根据权利要求1所述的散热型发光二极管光源模块，其特征在于，该孔中填满一导热材料。
6.根据权利要求5所述的散热型发光二极管光源模块，其特征在于，该导热材料为铜或银或散热膏。
7.根据权利要求1所述的散热型发光二极管光源模块，其特征在于，该印刷电路板与发光二极管之间设有一高导热介质的导热介质层。
8.根据权利要求1所述的散热型发光二极管光源模块，其特征在于，在印刷电路板处设有数个金属区块，该金属区块为该发光二极管的设置位置，该金属区块与该孔的导热层相连接。
9.根据权利要求1所述的散热型发光二极管光源模块，其特征在于，在印刷电路板未设有发光二极管的另一侧面设有导热辅助层，该导热辅助层与该孔的导热层相连接。
10.根据权利要求1项所述的散热型发光二极管光源模块，其特征在于，该印刷电路板的厚度小于400μm。
11.一种散热型发光二极管光源模块的灯具，其特征在于包括一灯座外壳；一作为光源的发光二极管数组，安装于该印刷电路板上面，并以导线与该印刷电路板电连接；一印刷电路板，所述的发光二极管数组设置其上，该印刷电路板在发光二极管设置处设有至少为一个贯穿的孔，孔壁上形成有导热层；以及一灯罩，与该灯座外壳相密合；其中，该印刷电路板相对于连接该发光二极管数组的另一面与该灯座外壳的内侧紧密结合。
12.根据权利要求11所述的散热型发光二极管光源模块的灯具，其特征在于，该印刷电路板的相对于连接该发光二极管数组的另一面与该灯座外壳之间设有一高导热介质的导热层。
13.根据权利要求11所述的散热型发光二极管光源模块的灯具，其特征在于，该灯座外壳的材料为金属材质。
14.根据权利要求11所述的散热型发光二极管光源模块的灯具，其特征在于，该灯座外壳的材料为高导热或散热材质。
15.根据权利要求11所述的散热型发光二极管光源模块的灯具，其特征在于，该灯具为发光二极管路灯。
专利摘要本实用新型为一种散热型发光二极管光源模块及其灯具，主要是在一印刷电路板处设有由数个发光二极管所形成的发光二极管数组，而在印刷电路板的发光二极管设置处设有至少为一个贯穿的孔，孔侧壁上形成有导热层，借此当高功率发光二极管发亮时所产生的热量，能迅速被传导出来，达到快速散热的目的。
文档编号H01L33/00GK2835786SQ200520122050
公开日2006年11月8日 申请日期2005年9月27日 优先权日2005年9月27日
发明者钟怀谷, 杨呈尉, 林建宏, 杜顺利, 王虹东 申请人:光磊科技股份有限公司