專利名稱：集成熱傳遞構(gòu)件的方法及l(fā)ed裝置的制作方法
集成熱傳遞構(gòu)件的方法及LED裝置本發(fā)明涉及集成熱傳遞構(gòu)件以通過注塑導(dǎo)熱樹脂來提供集成復(fù)合構(gòu)件的方法。
背景技術(shù)：
從高強(qiáng)度和更長(zhǎng)工作壽命的角度來看，將發(fā)光二極管(LED)作為光源使用是值得 考慮的。US 62116 公開了一種LED發(fā)光模塊，它具有熱傳遞構(gòu)件和LED系統(tǒng)以及包括導(dǎo) 熱樹脂的熱連接。液晶顯示器(LCD)用光源以及室內(nèi)或室外照明用光源被視為是這種模塊 的具體應(yīng)用。JP 2007-109656公開了使用LED作為L(zhǎng)CD背光源的發(fā)明。當(dāng)將此類LED用于照明 時(shí)，通過組合多種顏色(例如紅色、藍(lán)色和綠色)得到LED陣列以便發(fā)射白光。將LED成形 為設(shè)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(dǎo) 熱片和油脂，將MCPCB接合到金屬底座上以減小介于MCPCB和底座之間的熱阻。LED會(huì)散發(fā) 大量的熱。如果LED周邊散熱不充分，則會(huì)降低LED的發(fā)光強(qiáng)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(guī)IXD中，熱量通過以下順 序從LED散發(fā)出從LED芯片散發(fā)至MCPCB、導(dǎo)熱油脂、鋁塊、導(dǎo)熱薄板、鋁制底座和導(dǎo)熱油 脂，最后從散熱器散發(fā)出去。在此類裝置中，構(gòu)件的連接，即將MCPCB連接至鋁制底座以及 將鋁制底座連接至散熱器，都是通過機(jī)械方式(例如螺釘夾緊)進(jìn)行的。然而，通過機(jī)械方式連接構(gòu)件增加了組裝所需的時(shí)間，從而降低了大規(guī)模生產(chǎn)的 能力。此外，導(dǎo)熱薄板或?qū)嵊椭ǔ３杀靖甙海瑫?huì)削弱產(chǎn)品的成本競(jìng)爭(zhēng)力。因此，需要一 種以無需機(jī)械制造各種構(gòu)件的方式來集成熱傳遞構(gòu)件和LED的方法。發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)方面是集成至少兩個(gè)熱傳遞構(gòu)件以提供集成復(fù)合構(gòu)件的方法，該方 法包括a)將至少兩個(gè)熱傳遞構(gòu)件設(shè)置在模具腔體中，使得所述熱傳遞構(gòu)件各自具有至少 一個(gè)暴露表面，從而形成樹脂注射腔體的表面；和b)將導(dǎo)熱樹脂注入到樹脂注射腔體中以接觸至少兩個(gè)熱傳遞構(gòu)件的暴露表面，從 而形成集成復(fù)合構(gòu)件；其中，導(dǎo)熱樹脂具有至少0. 7ff/mK或更高的熱導(dǎo)率。另一個(gè)實(shí)施方案是由本發(fā)明的方法的各種實(shí)施方案提供的集成復(fù)合構(gòu)件。另一個(gè)實(shí)施方案是具有發(fā)光二極管的照明裝置，該發(fā)光二極管與由本發(fā)明的各種 實(shí)施方案的方法提供的集成復(fù)合構(gòu)件熱接觸。


圖1至圖4示出了由本發(fā)明的各種實(shí)施方案提供的集成復(fù)合構(gòu)件。圖5示出了具有MCPCB的照明裝置，其中MCPCB包括由本發(fā)明的實(shí)施方案提供的 LED陣列。發(fā)明詳述本發(fā)明方法中可用的熱傳遞構(gòu)件可以是任意的導(dǎo)熱制品，這些導(dǎo)熱制品具有通常與插入注塑腔體相容的尺寸并具有至少10. OW/mK和更優(yōu)選至少100W/mK的熱導(dǎo)率。熱傳 遞構(gòu)件優(yōu)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(diǎn)或熔點(diǎn)。熱傳遞構(gòu)件 可由金屬、導(dǎo)熱復(fù)合材料(例如包含高導(dǎo)熱填料的那些)以及碳復(fù)合材料和薄板構(gòu)成。具 體的熱傳遞構(gòu)件包括選自MCPCB ；金屬管、平板、塊、框架、底座和外殼；石墨薄板；導(dǎo)熱復(fù)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(fā)明中可用的熱傳遞構(gòu)件包括在功能裝置中充當(dāng)熱輻射器和/或散熱器的導(dǎo) 熱制品。熱輻射器通常為熱傳遞構(gòu)件，此類熱傳遞構(gòu)件具有受熱表面和散熱表面，其中，受 熱表面接受來自發(fā)熱源(例如LED)的熱量，散熱表面將熱量傳遞到另一種介質(zhì)上，例如外 部大氣或?qū)針渲?。在將熱傳遞構(gòu)件組裝成集成復(fù)合構(gòu)件之前，無法確定其表面是散熱 表面還是受熱表面，因?yàn)榫唧w的功能將取決于熱傳遞構(gòu)件與發(fā)熱源之間的關(guān)系。熱輻射器 的實(shí)例包括導(dǎo)熱底座、導(dǎo)熱外殼和導(dǎo)熱框架；它們可單獨(dú)存在或與具有一系列翅片的高表 面輻射器組合，以便增加介于構(gòu)件與大氣或另一種介質(zhì)間的表面積。當(dāng)在本發(fā)明的方法中使用高表面輻射器時(shí)，可使用水或油在其中流動(dòng)以充當(dāng)熱傳 遞介質(zhì)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(huán)流 動(dòng)從而將發(fā)熱源(例如LED)生成的熱量輻射出去?？赏ㄟ^插入成型導(dǎo)熱樹脂將此循環(huán)管 與熱傳遞構(gòu)件集成和/或?qū)⒀h(huán)管與輻射器集成。本發(fā)明中可用的熱傳遞構(gòu)件還可以是散熱器，散熱器通常采用金屬塊的形式，其 能夠貯存大量的熱量，并在一段時(shí)間內(nèi)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(fā)熱源(例如LED)的熱量，散熱表面將熱量傳遞至另一種介質(zhì)，如 同熱輻射器一樣。散熱器與輻射器之間的限定差異在于散熱器具有顯著的熱貯存能力，這 種能力是基于散熱器中所含材料的質(zhì)量或材料的特定物理屬性。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中 的方法使用的熱傳遞構(gòu)件為散熱器，該散熱器包括導(dǎo)熱介質(zhì)和在吸收熱量時(shí)能夠發(fā)生相變 (例如熔融)的介質(zhì)。當(dāng)熱傳遞構(gòu)件為金屬時(shí)，對(duì)所用的金屬無具體的限制，金屬類型的實(shí)例包括鋼、 鎳、鉻、銅、鋅、鈦、鋁、鎂和它們的任意組合。優(yōu)選銅和鋁，更優(yōu)選鋁。鋁板或鋁塊尤其適合 作為熱傳遞構(gòu)件。作為熱傳遞構(gòu)件的優(yōu)選金屬框架、底座和外殼由鋁或鎂制成；最優(yōu)選鋁。當(dāng)熱傳遞構(gòu)件為導(dǎo)熱復(fù)合材料時(shí)，對(duì)所用的復(fù)合材料沒有具體的限制，只要具有 期望的熱導(dǎo)率即可。導(dǎo)熱復(fù)合材料的實(shí)例包括陶瓷復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料、具有導(dǎo)熱填 料的導(dǎo)熱樹脂以及它們的任意組合。一個(gè)具體的實(shí)施方案為其中至少一個(gè)熱傳遞構(gòu)件為MCPCB的方法。另一個(gè)實(shí)施方 案為其中至少一個(gè)熱傳遞構(gòu)件為其上安裝了 LED或和LED陣列的MCPCB的方法。其他實(shí)施 方案是由這兩個(gè)具體實(shí)施方案提供的制品。本發(fā)明的方法需要適于接納至少兩個(gè)或更多個(gè)熱傳遞構(gòu)件的注塑腔體；以此方 式，在將各個(gè)熱傳遞構(gòu)件置入模具腔體中時(shí)，各構(gòu)件具有至少一個(gè)暴露表面，從而形成樹脂 注射腔體的表面。當(dāng)模具處于關(guān)閉位置時(shí)，即形成了樹脂注射腔體，這在插入注塑領(lǐng)域是眾 所周知的。置于模具腔體中的兩個(gè)或更多個(gè)熱傳遞構(gòu)件可以相同，也可以不同。所述兩個(gè)或 更多個(gè)熱傳遞構(gòu)件各自具有至少一個(gè)暴露表面，從而形成樹脂注射腔體的表面?！爸辽僖粋€(gè) 暴露表面”可具有技術(shù)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(gè)平面、角度和彎曲的表面；或它們的任意組合。術(shù)語“至少”表示一個(gè)熱傳遞構(gòu)件中可以 具有一個(gè)以上、兩個(gè)以上、三個(gè)以上或更多的暴露表面，并且它們可以是同一表面的多個(gè)部 分。在將熱傳遞構(gòu)件插入模具腔體并使模具關(guān)閉以形成樹脂注射腔體后，將導(dǎo)熱樹脂 注入到樹脂注射腔體中以接觸至少兩個(gè)熱傳遞構(gòu)件的暴露表面，從而形成集成復(fù)合構(gòu)件。 本發(fā)明中可用的導(dǎo)熱樹脂具有至少0. 7W/mK、更優(yōu)選lW/mK或更高的熱導(dǎo)率；其中熱導(dǎo)率根 據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)Rieil在23°C下通過激光閃光法測(cè)得，該標(biāo)準(zhǔn)是一種使用激光閃光 法測(cè)量細(xì)陶瓷熱導(dǎo)率的方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)ISO 178進(jìn)行測(cè)量，在80°C下導(dǎo)熱樹 脂的彎曲模量?jī)?yōu)選為300MPa，更優(yōu)選為IGpa或更高。導(dǎo)熱樹脂用于將兩個(gè)或更多個(gè)熱傳遞構(gòu)件彼此相連。可使用具有所需熱導(dǎo)率的任 何導(dǎo)熱樹脂。例如，導(dǎo)熱樹脂可包含分散在熱塑性樹脂基質(zhì)中的導(dǎo)熱填料?？勺鳛榛|(zhì)使 用的熱塑性樹脂的實(shí)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；聚酰胺樹脂(PA)，例如PA6、PA66、PAlU PA12以及半芳香聚酰胺樹脂；聚酯樹脂，例 如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯和聚對(duì)苯二甲酸環(huán)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；聚醚砜樹脂；聚砜樹脂；聚酰胺-酰亞胺樹脂等。此外，可使 用對(duì)構(gòu)成這些樹脂的組分進(jìn)行組合而得到的共聚物。此外，這些熱塑性樹脂可獨(dú)立地使用， 或可將其中的兩種或更多種組合起來使用。優(yōu)選地，導(dǎo)熱樹脂選自聚酰胺樹脂、聚酯樹脂、 聚苯硫醚樹脂和液晶聚合物(LCP)。優(yōu)選地，導(dǎo)熱樹脂包括具有50°C或更高、更優(yōu)選80°C或 更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的熱塑性樹脂。在其中至少一個(gè)熱傳遞構(gòu)件為MCPCB或在其上安裝了 LED或和LED陣列的MCPCB 的實(shí)施方案中，導(dǎo)熱樹脂優(yōu)選具有低于220°C的熔點(diǎn)；并且更優(yōu)選低于200°C的熔點(diǎn)。在 一個(gè)實(shí)施方案中，熱傳遞構(gòu)件的至少一個(gè)為MCPCB，或在其上安裝了 LED或和LED陣列的 MCPCB ；并且導(dǎo)熱樹脂選自PA612、PA610、PA1010、PAlU PA612、聚醚酯嵌段共聚物和離聚 物。對(duì)分散在熱塑性樹脂基質(zhì)中的導(dǎo)熱填料沒有具體的限制。可用的導(dǎo)熱填料選自由 氧化鋁(礬土)、氧化鋅、氧化鎂和二氧化硅組成的氧化物粉末、薄片和纖維；由氮化硼、氮 化鋁和氮化硅組成的氮化物粉末、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；碳化硅粉末； 以及氟化鈣粉末等等。這些填料可獨(dú)立地使用，也可將其中的兩種或更多種組合起來使用。導(dǎo)熱填料的表面可以使用偶聯(lián)劑進(jìn)行處理以達(dá)到增強(qiáng)填料表面與基質(zhì)樹脂之間 的界面粘合的目的。偶聯(lián)劑的實(shí)例包括硅烷系列、鈦酸酯系列、鋯酸酯系列、鋁酸酯系列和 鋁鋯系列偶聯(lián)劑。可用的偶聯(lián)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(lián)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(yōu)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(lián)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(quán)利要求
1.集成至少兩個(gè)熱傳遞構(gòu)件以提供集成復(fù)合構(gòu)件的方法，所述方法包括c)將所述至少兩個(gè)熱傳遞構(gòu)件設(shè)置在模具腔體中，使得所述熱傳遞構(gòu)件各自具有至少 一個(gè)暴露表面，從而形成樹脂注射腔體的表面；和d)將導(dǎo)熱樹脂注入到所述樹脂注射腔體中以接觸所述至少兩個(gè)熱傳遞構(gòu)件的暴露表 面，從而形成所述集成復(fù)合構(gòu)件；其中所述導(dǎo)熱樹脂具有至少0. 7ff/mK或更高的熱導(dǎo)率。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一個(gè)熱傳遞構(gòu)件的至少一個(gè)暴露表面具有至少兩 個(gè)表面部分；所述至少兩個(gè)表面部分具有彼此呈限定角度的表平面。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一個(gè)熱傳遞構(gòu)件的至少一個(gè)暴露表面具有兩個(gè)表 面部分；所述至少兩個(gè)表面部分具有彼此平行的表平面。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述熱傳遞構(gòu)件選自MCPCB；金屬管、平板、塊、框架、底座和 外殼；石墨薄板；導(dǎo)熱復(fù)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(quán)利要求1的方法，其中所述模具腔體中所述至少兩個(gè)熱傳遞構(gòu)件的至少一個(gè)為 MCPCB，在MCPCB上安裝了 LED或和LED陣列。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一個(gè)熱傳遞構(gòu)件的至少一個(gè)暴露表面為凹狀、凸 狀、鋸齒狀、帶淺凹的、不連續(xù)的以形成狹縫；或它們的組合。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述導(dǎo)熱樹脂在80°C下具有300MI^或更高的彎曲模量。
8.具有發(fā)光二極管的照明裝置，所述發(fā)光二極管與由權(quán)利要求1的方法提供的集成復(fù) 合構(gòu)件熱接觸。
9.具有權(quán)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(fā)明公開了集成至少兩個(gè)熱傳遞構(gòu)件以提供集成復(fù)合構(gòu)件的方法，所述方法包括a)將所述至少兩個(gè)熱傳遞構(gòu)件設(shè)置在模具腔體中，使得所述熱傳遞構(gòu)件各自具有至少一個(gè)暴露表面，從而形成樹脂注射腔體的表面；以及b)將導(dǎo)熱樹脂注入到所述樹脂注射腔體中以接觸所述至少兩個(gè)熱傳遞構(gòu)件的暴露表面，從而形成所述集成復(fù)合構(gòu)件；其中所述導(dǎo)熱樹脂具有至少0.7W/mK或更高的熱導(dǎo)率。
文檔編號(hào)H01L23/373GK102132401SQ200980111833
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2009年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者N·烏內(nèi), Y·烏基達(dá), Y·薩加 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司