TW200814362A - Light-emitting diode device with high heat dissipation property - Google Patents

Description

200814362 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種發光二極體裝置，特別是指一種 高散熱性發光二極體裝置。 【先前技術】 一般高功率發光二極體雖具有高亮度而具有可取代一 般燈泡之優勢，但在提高流通電流以增加亮度的同時，卻

也產生了大量的熱能。故高功率發光二極體除了亮度的提 幵之外，伴p过著散熱的問題也是業者亟欲突破之甑頸。 圖1為中華民國申請案號第093107060號的一種高功 率發光二極體封裝結構9，其包含一電路板基材91、一散 熱導體94、一發光晶粒96及一透光材料99，電路板基材 91上設置有一正電極區92及一負電極區93，發光晶粒％ 是設置於散熱導體94的一凸塊碗杯95内，而散熱導體94 再結合於電路板基材91下方，發光晶粒96上的導電電極 97、98與電路板基材91上的正、負電極區92、％再以導 線相接。此種發光二極體封裝結構9主要是利用將發光晶 粒96直接設置於導熱性較佳的散熱導體94之内，以期將 發光晶粒96的熱能迅速導出，且為避免兩電_ %、％ 與散熱導體94接觸㈣成短路，必須㈣電路板基材Μ 為導熱性較差之絕緣材質。 熱材料與外界接觸之面積大小亦為影響因素之—。回 察此種封裝結構9之設計’雖然散熱導體94下方可直接與 200814362 外界接觸而進行熱交換，但散熱導體94上方卻受到電路板 基材91覆蓋，所以，由散熱導體94上方導出的熱能勢必 要再經過導熱性較差的電路板基材91以及兩電極區％、％ 方能=出，相較於散熱導體94下方可直接與外界進行熱交 換，電路板基材91確實成為散熱導體94上方熱量散出之 P早礙，影響了整體的散熱效率，尤其是靜態下的熱交換主 要是藉由熱氣上升以達到散熱功效，而此種封裝結構9由 於文到電路板基材91的祖礙，使得熱量無法往上傳導，也 使得其熱交換功效較小，故此種封裝結構9之設計仍有其 美中不足之處。 【發明内容】 所因此，本發明之目的，即在提供一種完全使用金屬材 質進行封裝以提昇散熱效率，且亦不致發生短路現象的高 散熱性弩光二極體裝置。 於疋，本發明高散熱性發光二極體裝置是包含至少一發 光晶粒、-散熱座及至少-導電端子。散熱座包括均由金屬 材質製成的-第一座體、至少一第二座體，且第二座體是聶 置於該第-座體上並具有一貫穿凹穴；導電端子以一端伸： 該兩座體之間並伸入該貫穿凹穴内與該發光晶粒導接；且該 導電端子部份表面外包覆有—電性絕緣層，藉以使該導電端 子與該兩座體直接接觸之區域保持電性絕緣。 本發明採用金屬材質之散熱座進行發光晶粒之封震，由 於各導電端子與散熱座接觸之處均包覆有電性絕緣材料，使 金屬材質之散熱座不致影響各導電端子與發光晶粒之間的正 200814362 導逍’並可增加對發光晶粒的散熱效果。 【實施方式】 、有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 、下配。參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可 清楚的呈現。 “發明被詳細描述之前’要注意的是，在以下的說 明内容中，類似的元件是以相同的編號來表示。 —> 2與圖3，本發明高散熱性發光二極體裝置1的 7車又心·貝細例包含-發光晶粒11、-散熱座12、二導電 端子13以及一透光材料14。 在本g施例中，政熱座i 2包括概呈矩形方塊狀的一第 一座體121、一第二座體122及一黏合用的接合層123，兩 座體121、122材質均為銅，但非以此為限，亦可為銘或其 他熱傳係數較高的金屬材質。第二座體122是疊置於第一 座體121上方，且第二座體122中央設置有一貫穿凹穴124 ，該貫穿凹穴124的孔徑由上而下漸縮而概呈倒錐型。而 本實施例所使用的接合層123為塗佈於第一座體121與第 二座體122之間導熱性良好的黏合用膠，該接合層123塗 佈於第一、第二座體121、122之間後，經由壓合使其厚度 降到最低，再經烘烤步驟以結合固定。且該接合層123亦 可以事先成型的膠片之方式實施，例如德國TESA公司生產 的H AF薄片，同樣設置於第一、第二座體Hi、122之間後 ’再經由壓合烘烤步驟以結合固定。利用該接合層〗23除 可用以接合兩座體121、122之外，亦具有增加第一、第二 7 200814362 座體121、m之間接觸的有效傳熱面積、輔助散熱之功效 〇 發光晶粒11是設置於第一座體121上表面，並且位於 第-座體122的貫穿凹部124區域内，（圖2僅示出一個發 光晶粒11的態樣，但熟知該項技藝者#知，發光晶粒u亦 可同時設置多數個發光晶粒⑴，且該發光晶粒u上表面 設有二電極導接點（P極導接點及N極導接點）。使發光晶 粒11固定在第一座體121上是採用習知的固晶技術，例如 銀膠或透明膠或共晶合金等。為了增加光的反射率以及與 發光晶粒11的接著力，在第一座體121放置發光晶粒^的 位置，可以先施予鍍銀層或鍍金層。 本實施例中，兩導電端子13與發光晶粒u是採打線接 合（Wire Bonding)方式，但兩導電端子13與發光晶粒u 亦可採覆晶接合（Flip Chip)方式。

仍參閱目2、ffi 3,其中兩導電端+ 13均為高導電性 之金屬板片，分別由散熱座12兩側穿入。該導電端子η 可以在第二座體122尚未放置在第一座體121時，先行放 置在第一座體121上。每一導電端子13包括一由接Z層 123上方穿入兩座體121、122之間的第一水平段m、一 垂直段132及一第二水平段133，垂直段132由第一水平段 131外露出散熱座12的後端往下垂直延伸且與散熱座η間 隔，第二水平段133由垂直段132底端往遠離散熱座12的 方向延伸，兩導電端子13第一水平段131的前端位於貫穿 凹穴124内而朝向發光晶粒u，並各以至少一金屬導線U 200814362 與發光晶粒1 1對應的兩電極導接點導接。 值得注意的是，本實施例中，導電端子13第―水平尸

131穿入第一、第二座體121、122之間的部份，是完全: 一電性絕緣層136所包覆，因此使得第-水平& 131對應 到第一、第二座體121、122的部份藉由電性絕緣層136: 包覆而相隔開’謂應於每_導電端子13第—水平段⑶ 頂面前端處設有-打線區1311及銲墊⑽，該打線區又⑶】 上表面沒有電性絕緣層136包覆’以供金屬導線15可盡導 電端子"之打線銲墊100導接。另外，本實施例中，將垂 直段132與散熱座12相間隔也是避免與散熱座η輕易接 觸而造成短路。必要時，該垂纽132的表層也可以使包 覆電性絕緣層136。 併藉此既可藉由位於發光晶粒i工上、下，且均為金屬 材貝的弟-、第二座體121、122提昇散熱效果，同時，借 助“电I、巴緣層136的包覆，也可使兩導電端子13在不與 第一、第一 a鱗 一座體121、122接觸而導致短路的情況下與發光 晶粒11導接。 而透光材料14則是填充於第二座體122貫穿凹穴124 、的裏氧树知（其材質亦可為矽膠或玻璃）而概呈圓頂凸 狀（或王平頂狀），且第二座體122的貫穿凹穴124内壁面 更可進_ —牛/士 乂主怖一反射層（圖未示），用以增加光線的反射 並集：二極體發光晶粒11之光線。 華内上述’由於第一座體121及第二座體122均為金 、‘成其熱傳係數較高，於是便可使發光晶粒11產 200814362 生的熱能更迅速地擴散到兩座體i2i'i22，且兩座體i2i 句直接與空氣接觸，使得由兩座體121 '122導出的 …、月匕可直接與外界空氣進行熱交換而迅速帶走熱量。所以 处相#乂於以往導熱材質被塑膠材質或陶兗材質包覆而使熱 能無法迅速散出的做法，本發明案的確具有明顯的散熱效 "此外，先則發光二極體晶粒由於長期悶處於高溫 狀U縮短使用哥命的問題亦可獲更大幅改善。當然，為 使兩座體121、122的散熱效果更佳，兩座體121、122外

亦可f加其他型式的散熱設計如散熱鰭片或散熱器等。其 中，第一座體121兩旁可成形螺絲孔，利㈣絲與其他散 熱器結合，達到更大的散熱效果。 參閱圖4、圖5，而關於避免兩導電端子13與第一、 第二座體121、122接觸導致短路之方式，除上述使用電性 絕緣層136包覆於導電端子13表面，以使導電端子13在 兩座體121、122之間，可完全被電性絕緣層136包覆的方 法外，亦可以圖4之方法實施。圖4中，電性絕緣層136, 疋直接包覆於各導電端子13,第一水平段131，外，並使第一 水平段131’前端頂面的打線區1311，外露而不受電性絕緣層 136’之包覆，電性絕緣層136，之材質可為塑膠，並利用射出 成形方式包覆於導電端子13，外，或以樹脂模壓之方式包覆 於導電端子13’外。且如圖4所示，電性絕緣層136，包覆範 圍也可涵蓋垂直段132,。 參閱圖5，且在此實施態樣中，為使導電端子丨3，存在 第一、第二座體121，、122’間時，兩座體121，、122,仍可緊 10 200814362 密接合而不至於必須增加黏合兩座體121，、122,的接合層 123’的厚度，第一座體121，頂面於兩導電端子之第一水 平段^Γ預定位置處更設置二凹槽⑼，以容納導電端子 13’之第-水平段131，的厚度，#兩受電性絕緣層⑼，包覆 的導電端子U，嵌置於内時，恰可與第—座體i2i，頂面切齊 。在此實施態樣中，接合層123彳以是低溶點合金，例如 金(Au)錫（Sn)共晶合金a·)，或是銅硬銲合金⑽ Br贿g A11〇y)e以電鍍或塗覆製程將上述低炫點合金覆蓋 在第二座體122底面或第一座冑121頂面兩者欲相接合之 區域，隨後將第二座體122放置在第—座豸ΐ2ι上，並且 置入溫度略高於上述低熔點合金溶點的爐中，達到接合作 用’當接合層123採低溶點合金時，本發明案的散熱功能 會更佳。當然’凹槽1〇1也可同時設置於 面或第一2’底面而上下相對應，且基於加工及組】 更考s第—座體！22’亦可以兩件或兩件以上的金屬件 構成。 >閱圖6’另外，本發明案也可適用於目前有些二極體 光曰曰粒11的兩私極導接點是分別位於二極體發光晶粒 上下表面的型式，該種發光晶粒11，位於上表面的一電 極導接點⑴同樣以導線導接至其中—導電端子η，，的一打 、品 而位於發光晶粒11，下表面的另一電極導接點 12則疋先透過銲錫或銀膠與—上下電性絕緣的陶1基板μ 上的'區201導接’再以導線由導電區另一端的打 線區202導接至另—導電端子13，，的打線區1311”。 200814362 且當本案之散熱座與此種發光晶粒1 r配合實施時，基 於熱傳考里，陶瓷基板2〇的厚度要越薄越好，而其材質則 可選擇熱傳性較佳之材質，如氮化鋁（Α1Ν)或上層有電路 導通的矽材基板，除此之外，以覆晶（FHp chip)接合方式 配合兩端有隔離的打線區的陶瓷基板亦適用於本案。 參閱圖7,為本發明高散熱性發光二極體裝置的第二較 仫實施例，第一較佳實施例與第一較佳實施例不同之處在 於兩座體121，，、122，，的結合方式，如前述，第一較佳實施 例之兩座體121、122是透過導熱良好的黏合用膠123相結 合，而在本實施例中，則是以連接件125結合兩座體121，， 、122’’ ：連接件125可為一根或多根螺絲，圖7是以散熱 座I2’’對角各鎖一根，也就是說，兩座體121，，、122，，是以 螺絲直接穿伸螺鎖而相結合，而螺鎖之態樣可以自攻螺絲 進行螺鎖或兩座體121，，、122，，心預設螺母形成内螺紋後 ，再以螺絲鎖固，或者，連接件125也可採用鉚釘。且兩 座體12「、122”之間塗佈有散歸128,藉以增加兩座體 121 、i22’’接觸面間的有效散熱效能。 除此之外，在第二較佳實施例中，兩導電端子，，均為 單層電路板（PCB)，其頂面舖設有_㈣電路，且其外型 構造僅沿用第-較佳實施例中第_水平段的部分，且由於 兩座體121 ”、122”之間塗佈散熱f 128，為避免導電端子 13”與兩座體121”、122”接觸而形成短路，本實施例將電 性絕緣層136，’塗佈於兩導電端子13，，頂面，而覆蓋住銅箱 電路對應於第二座體122，，的區域，導電端子13，，前端伸入 12 200814362 ::座體，貫穿凹穴124的銅落電路則外露 =㈣的銲墊_，鲜墊刚下的㈣電路則延伸到兩座 體121，’、122，，外。也就是說，導電端子13 恭 路對應於第二座體122，，接觸的部份先塗佈電性絕^ = ，而露出兩座體⑵”、122，，外的部份則保留鋼箱電曰路外露 形成-鮮錫區103 ’以供與外部電源輸人線鲜接。 為防止熱氣及濕氣破壞，兩座體121，，、以^，， 周亦可設置-防水膠圈（圖未示），使兩座體Up，、I四， 確實達到密封效果。 又，第二實施例中的兩片導電端子13,，亦可將其銅箱電 路隔離集中在一片印刷雷路杯f 、 1 ^ ^路扳（PCB)上，而形成整體僅有 一導電端子之型式。 综上所述，本發明高散熱性發光二極體裝i 1藉由均 為金屬材質製成的第—、第二座體121、122，再配合包覆 電性絕緣I 136的至少一導電端子13進行發光晶粒U的 封裝，既不會因為兩座豸121、122的金屬材質而影響兩導 電端子13與發光晶粒u的正常導通，利用金屬材質本身 的局熱傳係數，亦可迅速將發光晶粒U所產生的熱能迅速 士出’且兩座體⑵、122均直接與外界空氣大面積的接觸 ，使得由兩座體121 ' 122冑出的熱能更有效的與外界空氣 進行熱父換而迅速帶走熱能，以提昇整個發光二極體裝置^ 的散熱效能，進而延長發光晶粒i丨的使用壽命。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 月匕以此限疋本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利 13 200814362 範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是一立體分解圖，說明一種高功率發光二極體封 裝結構’包含一電路板基材、一結合於該電路板基材下方 的散熱導體及一設置於該散熱導體的發光晶粒； 圖2是一立體圖，說明本發明高散熱性發光二極體裝 _ 置的第一較佳實施例包含一散熱座，且該散熱座包括一第 座體、一第二座體以及一塗佈於該兩座體之間的導熱性 良好的黏合用膠； 圖3是一剖視圖，說明該發光二極體裝置的二導電端 子位於该兩座體間之部份受一電性絕緣層包覆； 圖4疋一立體圖，說明該電性絕緣層亦可直接包覆於 該導電端子外； 刀圖5說明該第一座體亦可設置凹槽以供該包覆有電性 φ 、”緣層之導電端子嵌置於内； 圖 6 9 〇 二带、疋一局°卩放大圖，說明本發明之散熱座亦適用於

兒極導接點是位於上下表面之發光晶粒；以及 圖 7 B 置的第—^一立體圖，說明本發明高散熱性發光二極體裝 一較佳實施例，該兩座體是以螺絲鎖固連接。 14 200814362 【主要元件符號說明】

1 — 一發光二極體裝置 1311 *™ *™Ήτ線區 1 1 ·»*»» 應 一發光晶粒 1311，一 —Hr線區 1 *#**·***«»·<***< t*.*p***tjic 5^ *3^Ti 1311，、 «—打線區 1 1 ***^***^*******^* —* 凹 13 2 ™—垂直段 ^ »*4-***<^»»******i 一銲錫區 132’ 一_ 一一垂直段 m、112. 一電極導接點 13 3 —— ——第二水平段 P9Wn**9***9*e**·**** 一^熱座 1 3 3 5 — ―，第二水平段 —第一座體 —_電性絕緣層 ^ «<^Λ*9*Λ*»***9** —第二座體 一―電性絕緣層 i*,v^m*** Τ^-Ρ* /ge7 授口 /w 136，，一 —一電性絕緣層 1 9Α*99*ΐα99Λ*99*.ίΛ —**貫穿凹穴 1 ***t**«^»»*^**«· 一連接件 1 9****€-f*»*****-***4 ——導線 1 *994ifWA^9^**99· 一散熱膏 —陶兗基板 1 *9^^*Z0*^9^**9^e-t99^Hi9· 一導電端子 一一導電區 1 3 1 9f^9S^^St^9%Hi! —第一冰平段 202 一《«^打、線區 1 1 5 1^1 ，》»·〇··*你 一《第一水平段 15

Claims (1)

1. 200814362 十、申請專利範圍： 1· 一種咼散熱性發光二極體裝置，包含： 至少一發光晶粒； 一散熱座，包括均由金屬材質製成的一第一座體、 至少一第二座體，該第二座體疊置於該第一座體上並具 有貝牙凹八’該發光晶粒設置於該兩座體之間並位於 該貫穿凹穴内； 至少一導電端子，設於該兩座體之間；該導電端子 端穿伸人該第二座體之貫穿凹穴内以金屬導線與該發 光晶粒導接，另一端外露出該第一、第二座體外，且該 導電端子與該第一、第二座體接觸之區域外包覆有一電 、、、巴緣層，以避免各該導電端子與該兩座體接觸。 2·依據中請專職圍第1項所述之高散熱性發光二極體裝 置，其中，該第一座體與該第二座體的接合以導熱性良 好的黏合用膠塗佈，再經壓合烘烤結合固定。 ⑩3·依射請專利範圍第i項所述之高散熱性發光二極體裝 置，其中，該第一座體與該第二座體的接合以預先成形 的黏合用膠片，再經烘烤結合固定。 4·依據申請專利範圍第！項所述之高散熱性發光二極體裝 置，、中1¾第-座體與該第二座體之接合 金設置於該兩座體間，再經高溫溶合固定。* 5. 依據申請專利範圍第4項所述之高散熱性發光二極體裝 置，其中，該低熔點合金為金錫共晶合金。 6. 依據巾請專利範圍第4項所述之高散熱性發光二極體裝 16 200814362 置，其中，該低熔點合金為銅硬銲合金。 7·依據申明I專利目第丨項所述之高散熱性發光二極體裝 置’更包含一用以結合該兩座體的連接件。 8·依據巾明專利|&圍第7項所述之高散熱性發光二極體裝 置’其中’該連接件為螺絲。 9·依據申明專利範圍第7項所述之高散熱性發光二極體裝 置，其中·，該連接件為鉚釘。 10·依據中請專利範圍第！項所述之高散熱性發光二極體裝 置其中，Θ貝穿EJ穴之孔徑由上而下漸縮而概呈倒錐 狀。 11. 依據中請專利範圍第丨項所述之高散熱性發光二極體装 置，更包含-填充於該貫穿凹穴内的透光材料。 12. 依射請專·圍第1項所述之高散熱性發光二極體裝 置’其中，該導電端子為具導電性之金屬片，其與該第 -座體及第二座體接觸區域預Μ該電性絕緣層所包覆 〇 13•依射請專利範圍第12項所述之高散熱性發光二極體事 置，其中，該電性絕緣層為塑膠，以射出成型包覆於該 金屬片。 14_依射請專利範圍第12項所述之高散熱性發光二極„ 置’其中’該電性絕緣層為樹脂，以模壓包覆於該金屬 15 ·依據申請專利範 置，其中，該導 圍第1項所述之高散熱性發光二極體裝 電端子為電路板構成。 17 200814362 16·依據申請專利範圍第1項所述之高散熱性發光二極體裝 置’其中，該導電端子伸入該貫穿凹穴内之一端上表面 設有至少一可供與該金屬導線電連接之打線區；而該導 電端子外露出該第一、第二座體外之一端設有至少一銲 錫區。 17. 依據申請專利範圍第1項所述之高散熱性發光二極體裝 置’其中，該第二座體由兩件以上之金屬件組合播 18. 依撼由&由 成。 φ 康申靖專利範圍第1項所述之高散熱性發光二極體裝 置，更包含一圈繞於該兩座體接合處四周的防水膠圈。"

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