集成熱傳遞構件的方法及led裝置的製作方法

2023-05-25 16:23:11

專利名稱：集成熱傳遞構件的方法及led裝置的製作方法
集成熱傳遞構件的方法及LED裝置本發明涉及集成熱傳遞構件以通過注塑導熱樹脂來提供集成複合構件的方法。
背景技術：
從高強度和更長工作壽命的角度來看，將發光二極體(LED)作為光源使用是值得 考慮的。US 62116 公開了一種LED發光模塊，它具有熱傳遞構件和LED系統以及包括導 熱樹脂的熱連接。液晶顯示器(LCD)用光源以及室內或室外照明用光源被視為是這種模塊 的具體應用。JP 2007-109656公開了使用LED作為LCD背光源的發明。當將此類LED用於照明 時，通過組合多種顏色(例如紅色、藍色和綠色)得到LED陣列以便發射白光。將LED成形 為設置在金屬芯印刷電路板(MCPCB)上的LED陣列。通常，使用熱界面材料(TIM)，例如導 熱片和油脂，將MCPCB接合到金屬底座上以減小介於MCPCB和底座之間的熱阻。LED會散發 大量的熱。如果LED周邊散熱不充分，則會降低LED的發光強度。因此，已使用多種方法來 管理和控制來自LED的熱輻射。例如，在使用LED作為光源的常規IXD中，熱量通過以下順 序從LED散發出從LED晶片散發至MCPCB、導熱油脂、鋁塊、導熱薄板、鋁製底座和導熱油 脂，最後從散熱器散發出去。在此類裝置中，構件的連接，即將MCPCB連接至鋁製底座以及 將鋁製底座連接至散熱器，都是通過機械方式(例如螺釘夾緊)進行的。然而，通過機械方式連接構件增加了組裝所需的時間，從而降低了大規模生產的 能力。此外，導熱薄板或導熱油脂通常成本高昂，會削弱產品的成本競爭力。因此，需要一 種以無需機械製造各種構件的方式來集成熱傳遞構件和LED的方法。發明概述本發明的一個方面是集成至少兩個熱傳遞構件以提供集成複合構件的方法，該方 法包括a)將至少兩個熱傳遞構件設置在模具腔體中，使得所述熱傳遞構件各自具有至少 一個暴露表面，從而形成樹脂注射腔體的表面；和b)將導熱樹脂注入到樹脂注射腔體中以接觸至少兩個熱傳遞構件的暴露表面，從 而形成集成複合構件；其中，導熱樹脂具有至少0. 7ff/mK或更高的熱導率。另一個實施方案是由本發明的方法的各種實施方案提供的集成複合構件。另一個實施方案是具有發光二極體的照明裝置，該發光二極體與由本發明的各種 實施方案的方法提供的集成複合構件熱接觸。


圖1至圖4示出了由本發明的各種實施方案提供的集成複合構件。圖5示出了具有MCPCB的照明裝置，其中MCPCB包括由本發明的實施方案提供的 LED陣列。發明詳述本發明方法中可用的熱傳遞構件可以是任意的導熱製品，這些導熱製品具有通常與插入注塑腔體相容的尺寸並具有至少10. OW/mK和更優選至少100W/mK的熱導率。熱傳 遞構件優選具有比所述方法中使用的最高溫度高至少100°C的軟化點或熔點。熱傳遞構件 可由金屬、導熱複合材料(例如包含高導熱填料的那些)以及碳複合材料和薄板構成。具 體的熱傳遞構件包括選自MCPCB ；金屬管、平板、塊、框架、底座和外殼；石墨薄板；導熱複合 材料管、平板、塊、框架、底座和外殼；以及它們的任意組合。本發明中可用的熱傳遞構件包括在功能裝置中充當熱輻射器和/或散熱器的導 熱製品。熱輻射器通常為熱傳遞構件，此類熱傳遞構件具有受熱表面和散熱表面，其中，受 熱表面接受來自發熱源(例如LED)的熱量，散熱表面將熱量傳遞到另一種介質上，例如外 部大氣或導熱樹脂等。在將熱傳遞構件組裝成集成複合構件之前，無法確定其表面是散熱 表面還是受熱表面，因為具體的功能將取決於熱傳遞構件與發熱源之間的關係。熱輻射器 的實例包括導熱底座、導熱外殼和導熱框架；它們可單獨存在或與具有一系列翅片的高表 面輻射器組合，以便增加介於構件與大氣或另一種介質間的表面積。當在本發明的方法中使用高表面輻射器時，可使用水或油在其中流動以充當熱傳 遞介質的管將熱傳遞單元(例如MCPCB或鋁塊)和高表面輻射器彼此連接，水或油循環流 動從而將發熱源(例如LED)生成的熱量輻射出去。可通過插入成型導熱樹脂將此循環管 與熱傳遞構件集成和/或將循環管與輻射器集成。本發明中可用的熱傳遞構件還可以是散熱器，散熱器通常採用金屬塊的形式，其 能夠貯存大量的熱量，並在一段時間內將熱量輻射出去。散熱器具有受熱表面和散熱表面， 其中受熱表面接受來自發熱源(例如LED)的熱量，散熱表面將熱量傳遞至另一種介質，如 同熱輻射器一樣。散熱器與輻射器之間的限定差異在於散熱器具有顯著的熱貯存能力，這 種能力是基於散熱器中所含材料的質量或材料的特定物理屬性。例如，在一個實施方案中 的方法使用的熱傳遞構件為散熱器，該散熱器包括導熱介質和在吸收熱量時能夠發生相變 (例如熔融)的介質。當熱傳遞構件為金屬時，對所用的金屬無具體的限制，金屬類型的實例包括鋼、 鎳、鉻、銅、鋅、鈦、鋁、鎂和它們的任意組合。優選銅和鋁，更優選鋁。鋁板或鋁塊尤其適合 作為熱傳遞構件。作為熱傳遞構件的優選金屬框架、底座和外殼由鋁或鎂製成；最優選鋁。當熱傳遞構件為導熱複合材料時，對所用的複合材料沒有具體的限制，只要具有 期望的熱導率即可。導熱複合材料的實例包括陶瓷複合材料、碳纖維複合材料、具有導熱填 料的導熱樹脂以及它們的任意組合。一個具體的實施方案為其中至少一個熱傳遞構件為MCPCB的方法。另一個實施方 案為其中至少一個熱傳遞構件為其上安裝了 LED或和LED陣列的MCPCB的方法。其他實施 方案是由這兩個具體實施方案提供的製品。本發明的方法需要適於接納至少兩個或更多個熱傳遞構件的注塑腔體；以此方 式，在將各個熱傳遞構件置入模具腔體中時，各構件具有至少一個暴露表面，從而形成樹脂 注射腔體的表面。當模具處於關閉位置時，即形成了樹脂注射腔體，這在插入注塑領域是眾 所周知的。置於模具腔體中的兩個或更多個熱傳遞構件可以相同，也可以不同。所述兩個或 更多個熱傳遞構件各自具有至少一個暴露表面，從而形成樹脂注射腔體的表面。「至少一個 暴露表面」可具有技術人員所需的任意輪廓，包括平坦表面、傾斜表面、曲面，以及具有多個平面、角度和彎曲的表面；或它們的任意組合。術語「至少」表示一個熱傳遞構件中可以 具有一個以上、兩個以上、三個以上或更多的暴露表面，並且它們可以是同一表面的多個部 分。在將熱傳遞構件插入模具腔體並使模具關閉以形成樹脂注射腔體後，將導熱樹脂 注入到樹脂注射腔體中以接觸至少兩個熱傳遞構件的暴露表面，從而形成集成複合構件。 本發明中可用的導熱樹脂具有至少0. 7W/mK、更優選lW/mK或更高的熱導率；其中熱導率根 據日本工業標準(JIS)Rieil在23°C下通過雷射閃光法測得，該標準是一種使用雷射閃光 法測量細陶瓷熱導率的方法。在一個實施方案中，根據ISO 178進行測量，在80°C下導熱樹 脂的彎曲模量優選為300MPa，更優選為IGpa或更高。導熱樹脂用於將兩個或更多個熱傳遞構件彼此相連。可使用具有所需熱導率的任 何導熱樹脂。例如，導熱樹脂可包含分散在熱塑性樹脂基質中的導熱填料。可作為基質使 用的熱塑性樹脂的實例包括聚烯烴樹脂，例如聚乙烯和聚丙烯；改性聚烯烴樹脂，例如離 聚物；聚醯胺樹脂(PA)，例如PA6、PA66、PAlU PA12以及半芳香聚醯胺樹脂；聚酯樹脂，例 如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯和聚對苯二甲酸環己烷二甲醇酯；聚醚 酯共聚物；ABS樹脂；聚碳酸酯樹脂；改性聚亞苯基醚樹脂；聚縮醛樹脂；聚苯硫醚樹脂；全 芳香聚酯樹脂；聚醚酮醚樹脂；聚醚碸樹脂；聚碸樹脂；聚醯胺-醯亞胺樹脂等。此外，可使 用對構成這些樹脂的組分進行組合而得到的共聚物。此外，這些熱塑性樹脂可獨立地使用， 或可將其中的兩種或更多種組合起來使用。優選地，導熱樹脂選自聚醯胺樹脂、聚酯樹脂、 聚苯硫醚樹脂和液晶聚合物(LCP)。優選地，導熱樹脂包括具有50°C或更高、更優選80°C或 更高的玻璃化轉變溫度(Tg)的熱塑性樹脂。在其中至少一個熱傳遞構件為MCPCB或在其上安裝了 LED或和LED陣列的MCPCB 的實施方案中，導熱樹脂優選具有低於220°C的熔點；並且更優選低於200°C的熔點。在 一個實施方案中，熱傳遞構件的至少一個為MCPCB，或在其上安裝了 LED或和LED陣列的 MCPCB ；並且導熱樹脂選自PA612、PA610、PA1010、PAlU PA612、聚醚酯嵌段共聚物和離聚 物。對分散在熱塑性樹脂基質中的導熱填料沒有具體的限制。可用的導熱填料選自由 氧化鋁(礬土)、氧化鋅、氧化鎂和二氧化矽組成的氧化物粉末、薄片和纖維；由氮化硼、氮 化鋁和氮化矽組成的氮化物粉末、薄片和纖維；由金、銀、鋁、鐵、銅、錫和用作無鉛焊料的錫 基合金組成的金屬和金屬合金粉末、薄片和纖維；碳纖維、石墨薄片或纖維；碳化矽粉末； 以及氟化鈣粉末等等。這些填料可獨立地使用，也可將其中的兩種或更多種組合起來使用。導熱填料的表面可以使用偶聯劑進行處理以達到增強填料表面與基質樹脂之間 的界面粘合的目的。偶聯劑的實例包括矽烷系列、鈦酸酯系列、鋯酸酯系列、鋁酸酯系列和 鋁鋯系列偶聯劑。可用的偶聯劑包括金屬氫氧化物和金屬醇鹽，包括元素周期表上第三主族至第八 主族、第一副族、第二副族、第三副族、第四副族的元素和鑭系元素。具體的偶聯劑為選自 鈦、鋯、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鋁和硼的金屬的氫氧化物和醇鹽。優選的金屬氫氧化物和金屬 醇鹽中的金屬為鈦和鋯。具體的金屬醇鹽偶聯劑為鈦酸鹽和鋯酸鹽原酸酯和螯合物，包括 具有式(I)、(II)和(III)的化合物
權利要求
1.集成至少兩個熱傳遞構件以提供集成複合構件的方法，所述方法包括c)將所述至少兩個熱傳遞構件設置在模具腔體中，使得所述熱傳遞構件各自具有至少 一個暴露表面，從而形成樹脂注射腔體的表面；和d)將導熱樹脂注入到所述樹脂注射腔體中以接觸所述至少兩個熱傳遞構件的暴露表 面，從而形成所述集成複合構件；其中所述導熱樹脂具有至少0. 7ff/mK或更高的熱導率。
2.權利要求1的方法，其中所述至少一個熱傳遞構件的至少一個暴露表面具有至少兩 個表面部分；所述至少兩個表面部分具有彼此呈限定角度的表平面。
3.權利要求1的方法，其中所述至少一個熱傳遞構件的至少一個暴露表面具有兩個表 面部分；所述至少兩個表面部分具有彼此平行的表平面。
4.權利要求1的方法，其中所述熱傳遞構件選自MCPCB；金屬管、平板、塊、框架、底座和 外殼；石墨薄板；導熱複合材料管、平板、塊、框架、底座和外殼；以及它們的任意組合。
5.權利要求1的方法，其中所述模具腔體中所述至少兩個熱傳遞構件的至少一個為 MCPCB，在MCPCB上安裝了 LED或和LED陣列。
6.權利要求1的方法，其中所述至少一個熱傳遞構件的至少一個暴露表面為凹狀、凸 狀、鋸齒狀、帶淺凹的、不連續的以形成狹縫；或它們的組合。
7.權利要求1的方法，其中所述導熱樹脂在80°C下具有300MI^或更高的彎曲模量。
8.具有發光二極體的照明裝置，所述發光二極體與由權利要求1的方法提供的集成復 合構件熱接觸。
9.具有權利要求8的照明裝置作為背光源的液晶顯示裝置。
全文摘要
本發明公開了集成至少兩個熱傳遞構件以提供集成複合構件的方法，所述方法包括a)將所述至少兩個熱傳遞構件設置在模具腔體中，使得所述熱傳遞構件各自具有至少一個暴露表面，從而形成樹脂注射腔體的表面；以及b)將導熱樹脂注入到所述樹脂注射腔體中以接觸所述至少兩個熱傳遞構件的暴露表面，從而形成所述集成複合構件；其中所述導熱樹脂具有至少0.7W/mK或更高的熱導率。
文檔編號H01L23/373GK102132401SQ200980111833
公開日2011年7月20日 申請日期2009年4月2日 優先權日2008年4月3日
發明者N·烏內, Y·烏基達, Y·薩加 申請人:納幕爾杜邦公司