專利名稱：用于發(fā)光二極管模塊的冷卻裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于發(fā)光二極管(LED)的冷卻裝置及其制造方法，更 具體地講，涉及一種用于LED模塊的冷卻裝置及其制造方法，在所述冷卻裝 置中，整個模塊的厚度被減小，由于從熱源開始的最終熱釋放通道 (heat-releasing path)被縮短而使熱阻變小，這樣容易釋放熱，并且因為引線 框架(lead frame)的彎曲工藝被去除了，所以加工效率變高了并且制造成本 變j氐了。
背景技術(shù)：
當將電壓施加到LED上時，LED發(fā)光，并且由于優(yōu)點，例如壽命長、 環(huán)境友好性以及快速的響應速度，所以在照明裝置或者液晶顯示器(LCD) 的背光單元中經(jīng)常使用LED。因為LED本身發(fā)光使其產(chǎn)生熱，從而LED模 塊需要用于釋放產(chǎn)生的熱的冷卻裝置。圖1是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的LED模塊的冷卻裝置的截面圖。參照圖1,在LED模塊中產(chǎn)生的熱通過其上形成有電極圖案的金屬芯 (MC)印刷電路板(PCB)被釋放。具有焊料焊盤(solder pad) 121的MC PCB 120安裝在熱釋放基底110 上。熱釋放基底110和MC PCB 120利用熱焊盤(thermal pad)被結(jié)合。LED 封裝130安裝在MC PCB 120上。LED封裝130包括連接到MC PCB 120的焊料焊盤121上的引線框架132 以及布置在LED封裝130下部用于有效地釋放熱的散熱片(heat slug )131。 散熱片131和MC PCB 120通過焊接(soldering )或者熱潤滑脂(thermal grease ) 被結(jié)合。然而，圖1的LED模塊的冷卻裝置使用高價的MC PCB和熱焊盤，從
而其制造成本變高。由于LED封裝安裝在MC PCB上，所以整個模塊的厚度很厚。具體地 講，當LED模塊被用作LCD裝置的背光單元時，存在使光源和光學片之間 的距離最小化的問題。此外，在LED芯片被直接結(jié)合到LED上的板上芯片(COB)類型的情 況下，修復單個單元(single-unit) LED封裝不容易，并且由于MCPCB與散 熱片直接接觸，所以當LED被焊接安裝到PCB上時使會加速將熱傳導到芯 片上，從而芯片的可靠性變低。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種LED模塊的冷卻裝置及其制造方法，在冷卻 裝置中，通過減小整個模塊的厚度而獲得更有竟爭能力的厚度，通過縮短與 熱源的最終熱釋放通道而使熱阻變小，并容易釋放熱。本發(fā)明的另一目的在于提供一種LED模塊的冷卻裝置及其制造方法，在 所述冷卻裝置中，由于替換了高價的MCPCB和熱焊盤而使制造成本變低， 整個模塊的重量變輕，并且PCB的粘結(jié)平坦性優(yōu)良。本發(fā)明的另一目的在于提供一種LED模塊的冷卻裝置及其制造方法，在 所述冷卻裝置中，由于安裝LED封裝不需要LED封裝的引線框架的彎曲工 藝，所以提高了加工效率和生產(chǎn)率，簡化了制造過程，并且由于在高溫回流 工藝期間熱釋放基底不接觸PCB,所以防止了芯片的損壞。本發(fā)明的另一目的在于提供一種LED模塊的冷卻裝置及其制造方法，在 所述冷卻裝置中，當LED封裝不包括散熱片時，熱通過引線框架被傳遞到熱 釋放基底。本發(fā)明一方面在于提供一種LED模塊的冷卻裝置，該冷卻裝置包括熱 釋放基底，用于釋放熱；PCB，安裝在熱釋放基底上，并包括穿透部分和電 極焊盤；LED封裝，通過所述PCB的穿透部分插入以被安裝。本發(fā)明另 一方面在于提供一種LED模塊的冷卻裝置，該冷卻裝置包括 PCB，具有電極焊盤和穿透部分；LED封裝，在PCB ^^皮翻轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，LED 封裝通過所述穿透部分被插入；熱釋放基底，結(jié)合到安裝的PCB的底表面上。本發(fā)明 一方面在于提供一種用于制造LED模塊的冷卻裝置的方法，所述 方法包括以下步驟制造具有穿透部分和電極焊盤的PCB;通過所述穿透部
分插入LED封裝來安裝LED封裝；將PCB結(jié)合到熱釋放基底上。本發(fā)明的另 一方面在于提供一種用于制造LED模塊的冷卻裝置的方法， 包括以下步驟制造具有穿透部分和電極焊盤的PCB;通過將PCB翻轉(zhuǎn)并通 過所述穿透部分插入LED封裝來安裝LED封裝；將PCB結(jié)合到熱釋放基底 上。
以下，將參照附圖結(jié)合本發(fā)明的特定示例性實施例描述本發(fā)明的上述和 其它特點，其中，圖1是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的LED模塊的冷卻裝置的截面圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明 一個示例性實施例的LED模塊的冷卻裝置的截面圖；圖3是示出用于根據(jù)本發(fā)明的LED模塊的冷卻裝置的PCB的平面圖； 圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的另 一示例性實施例的LED模塊的冷卻裝置的截面圖；圖5A、圖5B和圖5C顯示了用于比較傳統(tǒng)LED模塊的冷卻裝置和本發(fā) 明的LED模塊的冷卻裝置之間熱釋放效果的裝置和溫度分布。
具體實施方式
現(xiàn)在，將詳細描述本發(fā)明的實施例，其示例在附圖中示出，其中，相同 的標號將始終指示相同的元件。以下，將參照附圖描述實施例以解釋本發(fā)明。 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明 一個示例性實施例的LED模塊的冷卻裝置的截面圖。參照圖2, LED模塊的冷卻裝置包括熱釋放基底210,用于釋放從LED 產(chǎn)生的熱；PCB基底230,安裝在熱釋放基底210上，并包括電極焊盤233 和將LED封裝240安裝在其中的穿透部分231; LED封裝240，穿過PCB 230 的穿透部分231安裝在熱釋放基底210上。LED封裝240包括LED芯片，用于發(fā)光；引線框架242，焊接到電極 焊盤233上，用于使其與LED芯片電接觸；散熱片241,安裝在LED封裝 240的下部，用于有效地釋放熱。散熱片241可由鋁(A1)、銅(Cu)或者鉬 (Mo)制成。
熱釋放基底210和PCB 230通過粘結(jié)裝置220被結(jié)合。對于粘結(jié)裝置220, 可以使用熱焊盤以獲得耐熱性，也可使用低價格的雙面熱阻帶(heatresistant double-sided tape )?；蛘?，對于粘結(jié)裝置220，可使用薄的絕緣粘結(jié)劑、焊接或者熱潤滑脂?？梢员挥米鳠後尫呕?10。PCB 230由用于釋放熱的材料制成。對于PCB 230，可以使用MC PCB, 但是為了降低制造成本，可以使用雙馬來酰亞胺三。秦(bismaleimide triazine, BT)或者FR4PCB。 FR4由于其撓性可提升粘結(jié)平坦性。圖3是示出用于根據(jù)本發(fā)明的LED模塊的冷卻裝置的PCB的平面圖參照圖3， PCB230的穿透部分231的形狀和大小依靠LED封裝240的 形狀和大小。PCB 230的穿透部分231可具有各種形狀，例如具有方形、圓 形和橢圓形以及各種尺寸。形成在PCB 230上的電極焊盤233的位置和數(shù)量依靠LED封裝240的 引線框架242的位置和數(shù)量。也就是說，形成在PCB 230上的電極焊盤233 (即，電極圖案)的位置和數(shù)量按照LED封裝240的引線框架242的位置 和數(shù)量而設計。凹槽232形成在PCB230的一部分上，電極焊盤233安裝在凹槽232上。 將凹槽232的深度設計成使安裝在凹槽232中的電極焊盤233的高度等 于穿過PCB 230的穿透部分231安裝的LED封裝240的引線框架242的高度。 這樣使LED封裝240的安裝不需要利用使引線框架242彎曲的工藝。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的另 一示例性實施例的LED模塊的冷卻裝置的截 面圖。圖4的LED模塊的冷卻裝置與圖2的LED模塊的冷卻裝置不同之處在 于，LED封裝不包括散熱片，并且電極焊盤333位于被翻轉(zhuǎn)的PCB 330的底表面上。在圖2的LED模塊的冷卻裝置中，LED封裝240的引線框架242被焊 接到PCB 230的頂表面上的電極焊盤233,而在圖4的LED^t塊的冷卻裝置 中，LED封裝340安裝在翻轉(zhuǎn)過來的PCB 330上，從而引線框架342被焊接 到PCB 330底表面上的電極焊盤333上，并且通過粘結(jié)裝置320與熱釋放基 底310接觸。因此，即使LED封裝340不包括散熱片，在LED封裝340中 產(chǎn)生的大部分熱也能通過引線框架342被傳遞到熱釋放基底310，從而提高 熱釋放效率。以下，將描述用于制造根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的LED模塊的冷 卻裝置的方法。首先，制造具有穿透部分231和電極焊盤233的PCB 230。根據(jù)LED封 裝240的形狀和尺寸，可通過利用打孔技術(shù)形成穿透部分231。在PCB 230的電極焊盤233將形成在其上的那部分上形成凹槽232。在 凹槽232上安裝電極焊盤233以形成電極圖案。按照將被安裝的LED封裝240的引線框架242的高度確定在PCB 230 中形成的凹槽232的深度。將安裝在凹槽232中的電極焊盤233的高度設計 成等于引線框架242的高度。然后，安裝LED封裝240，以使其通過PCB 230的穿透部分231被插入。 對于安裝LED封裝240的技術(shù)，可以使用表面安裝技術(shù)(SMT)。在LED封裝240包括散熱片241的情況下，散熱片241被直接結(jié)合到熱 釋放基底210上，從而提高熱釋放性能。對用于粘結(jié)散熱片241和熱釋放基 底210的粘結(jié)裝置，可以使用焊接或者熱潤滑劑。在LED封裝240不包括散熱片241的情況下，在PCB 230上形成電極 圖案，LED封裝240的底表面被直接結(jié)合到熱釋放基底210上，從而提高熱 釋放效率。由于將電極焊盤233設計并形成為與引線框架242的高度相同，所以當 安裝LED封裝240時，不需要用于將引線框架242連接到電極焊盤233上的 彎曲工藝，從而簡化了制造工藝。在用于安裝LED封裝240的焊接的高溫回流(reflow)工藝過程中，由 于PCB 230和散熱片241彼此直接接觸，所以LED芯片很少損壞，這導致了 高的熱可靠性。此后，安裝有LED封裝240的PCB 230被結(jié)合到熱釋放基底210上。 對于將PCB 230和熱釋放基底210結(jié)合的粘結(jié)裝置，可以使用雙面熱阻帶。接下來，將描述用于制造根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例的LED模塊的 冷卻裝置的方法。首先，制造具有穿透部分331和電極焊盤333的PCB 330,在穿透部分 331中，將安裝LED封裝340。
然后，安裝LED封裝340,以使其通過PCB 330的穿透部分331被插入。 對于安裝LED封裝340的技術(shù)，可以使用表面安裝技術(shù)(SMT)。這里，用于制造PCB 330的方法與如上所述本發(fā)明的一個示例性實施例 的PCB 230的制造方法相同，但是其與本發(fā)明所述一個示例性實施例的不同 之處在于，當安裝LED封裝340時使用翻轉(zhuǎn)后的PCB 330。因此，在PCB 330被翻轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，LED封裝340通過穿透部分331插 入，位于PCB 330底表面上的電極焊盤333被焊接到引線框架342。通過如上所述的LED封裝安裝工藝，在PCB 330的底表面上形成的電 極焊盤333之下形成引線框架342。此后，通過利用粘結(jié)裝置320，安裝有LED封裝340的PCB 330被結(jié)合 到熱釋放基底310上。此時，由于通過粘結(jié)裝置320將LED封裝340的引線 框架342和熱釋放基底310粘結(jié)，所以引線框架342將在LED芯片中產(chǎn)生的 熱傳遞到熱釋放基底310，從而即使不使用散熱片也提高了熱釋放效果。圖5A、圖5B和圖5C顯示了用于比較傳統(tǒng)LED模塊的冷卻裝置和本發(fā) 明的LED模塊的冷卻裝置之間的熱釋放效果的裝置和溫度分布。為了證實根據(jù)本發(fā)明的LED模塊的冷卻裝置的熱釋放效果，準備了圖 5A所示的覆蓋有光學片的密封空間。在所述的密封空間中分別安裝傳統(tǒng)的 LED模塊的冷卻裝置和本發(fā)明的LED模塊的冷卻裝置，然后當LED的電功 率是1瓦時測量LED封裝240周圍的溫度。如圖5B所示，在傳統(tǒng)的LED模塊的冷卻裝置周圍的溫度是83.8。C,而 如圖5C所示，在本發(fā)明的LED模塊的冷卻裝置周圍的溫度是65.8。C。也就 是說，可以看到本發(fā)明的LED模塊的冷卻裝置在熱釋放效果方面比傳統(tǒng)的 LED模塊的冷卻裝置更顯著。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的LED模塊的冷卻裝置及其制造方法，由于減小 了整個模塊的厚度，所以獲得了具有竟爭能力的厚度，并且由于縮短了到熱 源的最終熱釋放通道而使熱阻也變小，并容易釋放熱。此外，由于替換了高價的MCPCB和熱焊盤，所以制造成本變低了，由 于安裝LED封裝時不需要使用引線框架的彎曲工藝，所以提高了加工效率和 生產(chǎn)率，簡化了制造過程，并且由于在高溫回流工藝期間熱釋放基底不需要 接觸MCPCB，所以防止了芯片的損壞。雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的特定示例性實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的 技術(shù)人員應該理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明 進行各種修改和改變，本發(fā)明的精神和范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1、一種LED模塊的冷卻裝置，包括熱釋放基底，用于釋放熱；PCB，安裝在熱釋放基底上，并包括穿透部分和電極焊盤；LED封裝，通過所述PCB的穿透部分插入以被安裝。
2、 如權(quán)利要求1所述的LED模塊的冷卻裝置，其中，通過熱阻粘結(jié)劑、 焊接或者熱潤滑劑來結(jié)合所述熱釋放基底與LED封裝。
3、 如權(quán)利要求1所述的LED模塊的冷卻裝置，其中，所述LED封裝包括LED芯片，形成在所述封裝中；引線框架，焊接到在PCB上形成的電極焊盤上，用于電接觸LED芯片。
4、 如權(quán)利要求3所述的LED模塊的冷卻裝置，其中，所述LED封裝還 包括散熱片，安裝在LED芯片之下，用于將熱釋放到熱釋放基底。
5、 如權(quán)利要求1所述的LED模塊的冷卻裝置，其中，對應于所述LED 封裝的形狀和大小設計PCB的穿透部分的形狀和大小。
6、 如權(quán)利要求3所述的LED模塊的冷卻裝置，其中，對應于LED封裝 的引線框架的位置和數(shù)量設計形成在PCB上的電極焊盤的位置和數(shù)量。
7、 如權(quán)利要求1所述的LED模塊的冷卻裝置，其中，所述PCB包括凹 槽，所述凹槽形成在電極焊盤將被安裝在其上的那部分上，所述電極焊盤安 裝在所述凹槽中。
8、 如權(quán)利要求1所述的LED模塊的冷卻裝置，其中，通過雙面熱阻帶 將熱釋放基底與PCB結(jié)合。
9、 如權(quán)利要求1所述的LED模塊的冷卻裝置，其中，所述熱釋放基底 是熱沉或者熱板。
10、 如權(quán)利要求1所述的LED模塊的冷卻裝置，其中，所述PCB是雙 馬來酰亞胺三溱或者FR 4 PCB。
11、 一種LED模塊的冷卻裝置，包括 PCB,具有電極焊盤和穿透部分；LED封裝，在PCB被翻轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，LED封裝通過所述穿透部分被插入； 熱釋放基底，結(jié)合到安裝的PCB的底表面上。
12、 如權(quán)利要求11所述的LED模塊的冷卻裝置，其中，LED封裝包括 LED芯片，形成在所述封裝中；引線框架，焊接到在PCB的底表面上形成的電極焊盤上，用于電接觸 LED芯片以及通過粘結(jié)裝置和熱釋放基底接觸。
13、 如權(quán)利要求11所述的LED模塊的冷卻裝置，其中，對應于所述LED 封裝的形狀和大小設計PCB的穿透部分的形狀和大小。
14、 如權(quán)利要求12所述的LED模塊的冷卻裝置，其中，對應于LED封 裝的引線框架的位置和數(shù)量設計形成在PCB上的電極焊盤的位置和數(shù)量。
15、 如權(quán)利要求11所述的LED模塊的冷卻裝置，其中，所述PCB包括 凹槽，所述凹槽形成在電極焊盤將被安裝在其上的那部分上，所述電極焊盤 安裝在所述凹槽中。
16、 如權(quán)利要求15所述的LED模塊的冷卻裝置，其中，將所述凹槽的 深度形成為使安裝在所述凹槽中的電極焊盤的高度等于通過PCB的穿透部分 安裝的LED封裝的引線框架的高度。
17、 如權(quán)利要求11所述的LED模塊的冷卻裝置，其中，通過雙面熱阻 帶結(jié)合熱釋放基底與PCB。
18、 如權(quán)利要求11所述的LED模塊的冷卻裝置，其中，所述熱釋放基 底是熱沉或者熱板。
19、 如權(quán)利要求11所述的LED模塊的冷卻裝置，其中，PCB是雙馬來 酰亞胺三溱或者FR 4 PCB。
20、 一種用于制造LED模塊的冷卻裝置的方法，包括以下步驟 制造具有穿透部分和電極焊盤的PCB; 通過所述穿透部分插入LED封裝來安裝LED封裝；將PCB結(jié)合到熱釋放基底上。
21、 如權(quán)利要求20所述的方法，其中，安裝LED封裝的步驟還包括將 形成在PCB上的電極焊盤焊接到LED封裝的引線框架上，而不使用引線框 架的彎曲工藝。
22、 如權(quán)利要求20所述的方法，其中，制造所述PCB的步驟包括在PCB 的將安裝電極焊盤的那部分上形成凹槽。
23、 如權(quán)利要求20所述的方法，其中，制造所述PCB的步驟包括根據(jù) LED封裝的形狀確定所述穿透部分的形狀，根據(jù)所述引線框架的位置和數(shù)量 確定電極焊盤的位置和數(shù)量。
24、 如權(quán)利要求20所述的方法，其中，將所述凹槽的深度形成為使安裝 在所述凹槽中的電極焊盤的高度等于通過PCB的穿透部分安裝的LED封裝 的引線框架的高度。
25、 一種用于制造LED模塊的冷卻裝置的方法，包括以下步驟 制造具有穿透部分和電極焊盤的PCB;通過將PCB翻轉(zhuǎn)并通過所述穿透部分插入LED封裝來安裝LED封裝； 將PCB結(jié)合到熱釋放基底上。
26、 如權(quán)利要求25所述的方法，其中，安裝所述LED封裝的步驟還包 括將LED封裝的引線框架焊接到所述電極焊盤的底表面上。
27、 如權(quán)利要求25所述的方法，其中，結(jié)合PCB的步驟包括利用粘結(jié) 裝置將LED封裝的引線框架結(jié)合到熱釋放基底上。
28、 如權(quán)利要求25所述的方法，其中，制造PCB的步驟包括在PCB將 安裝電極焊盤的那部分上形成凹槽。
29、 如權(quán)利要求25所述的方法，其中，制造所述PCB的步驟包括根據(jù) LED封裝的形狀確定所述穿透部分的形狀，才艮據(jù)所述引線框架的位置和數(shù)量 確定電極焊盤的位置和數(shù)量。
30、 如權(quán)利要求28所述的方法，其中，將所述凹槽的深度形成為使安裝 在所述凹槽中的電極焊盤的高度等于通過PCB的穿透部分安裝的LED封裝 的引線框架的高度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管模塊的冷卻裝置及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明的用于發(fā)光二極管模塊的冷卻裝置，減小了整個模塊的厚度，由于縮短了從熱源開始的最終熱釋放通道而使熱阻變小，所以容易釋放熱，因為去除了引線框架的彎曲工藝，所以加工效率變高以及制造成本變低。
文檔編號F21Y101/02GK101109501SQ200710136148
公開日2008年1月23日 申請日期2007年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月19日
發(fā)明者金東秀 申請人:Alti電子株式會社