TWI320975B - - Google Patents

Description

1320975 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】 叙南功率發光一極體雖具有尚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 昇之外，伴隨著散熱的問題也是業者亟欲突破之瓶頸。 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％，電路板基材 91上設置有-正電極區92及一負電極區％，發光晶粒％ 是設置於散熱導體94的-凸塊碗杯95 β，而散熱導體94 再結合於電路板基材91下方，發光晶粒％上的導電電極 97、98與電路板基材91上的正 '負電極區92、93再以導 線相接4種發光二極體封裝結# 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，且為避免兩電極區92、93 與散熱導體94接觸而造成短踗 攻短路必須採用電路板基材91 為導熱性較差之絕緣材質。 但散熱問題除了材料本身的熱傳係 熱材料與外界接觸之面積大旦"思之外，散 大小亦為影響因素之一》回頭顴 祭此種封裝結構9之設計，雖然散熱導雜^下方二 5 外界接觸而進行熱交換，但散熱導體94上方卻受到電路板 土材91覆盍，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％％ 方能散出，相較於散熱導體94下方可直接與外界進行熱交 T，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 要疋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的阻礙，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。 八 【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 貝進订封裝以提昇散熱效率，且亦不致發生短路現象的高 散熱性發光二極體裝置。 於是，本發明高散熱性發光二極體裝置是包含至+ 一發 散熱座及至少一導電端子。散熱座包括均：金屬 材貝製成的一第一座體、至少一第二座體，且第二座體是爲 置於該第-座體上並.具有一貫穿凹穴；導電端子： 該兩座體之間並伸入該貫穿凹穴内與該發光晶粒導接.且兮 導電端子部份表面外包覆有一電性絕緣層，藉以使該導電端 子與该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 於各導電料與散熱座翻之處均包覆有電性絕緣 金屬材質之散熱座不致影響各導電端子與發光晶救之間的正 承电路導it ’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 从下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可 凊楚的呈現。 在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說 月内4中，類似的元件是以相同的編號來表示。 參閱圖2與圖3，本發明高散熱性發光二極體裝置1的 :-較佳實施例包含一發光晶粒n、一散熱座12、二導電 端子13以及一透光材料14。 在本實施例中，散熱座ί2包括概呈矩形錢狀的一第 —座體121、一第二_ 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，亦可或其 他熱傳係數較高的金屬材f。第二座冑122是疊置於第」 座體上方，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 一座體122之間導熱性良好的黏合用膠，該接合層123塗 佈於第-、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IB亦 可以事先成型的膠片之方式實施，例如德國阳八公司生產 的HAF薄#，同樣設置於第—、第二座H 121 ' 122之間後 ，再經由壓合烘烤步驟以結合固定。利用該接合層丨23除 可用以接合兩座體121、122之外，亦具有增加第一 '第二 1320975 座體 121 、 122 之間接觸的有效傳熱面積、輔助散熱之功效

設有二電極導接點（P極導接點及W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盘 發光晶粒U的接著力’在第一座體121放置發光晶粒u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11是採打線接 合（_ 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。

發光晶粒u是設置於第_座冑121上表面，並且位於 第二座體m的貫穿凹部124區域内，（圓2僅示出一個發 光晶粒u的態樣，但熟知該項技藝者當知，發光晶粒u亦 可同時設置多數個發光晶粒u)，且該發光晶粒n上表面 仍參閱圖2、圖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U 可以在第一座體丨22尚未放置在第一座體121時，先行放 置在第-座體121[每一導電端子13包括一由接合層 123上方穿入兩座體〗21、122之間的第—水平段13〗、_ 垂直段132及-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12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n，並各以至少一金屬導線υ 8 1320975 與發光晶粒11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-水平段 131穿人第-、第二座體121、122之間的部份是完全被 —電性絕緣層〗36所包覆’因此使得第—水平段13】對應 到第-、第二座體121、122的部份藉由電性絕緣層136的一 包覆而相隔開’且對應於每一導電端子13第一水平段i3i 頂面前端處設有-打線區1311及銲塾刚，該打線區ΐ3ιι 上表面沒有電性絕緣層136包覆’以供金屬導線Η可與導 電端子13之打線銲墊刚導接。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12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。 藉此，既可藉由位於發光晶粒u上、下，且均為金屬 材質的第一、第二座體121、122提昇散熱效果，同時，借 助該電性絕緣層136的包覆，也可使兩導電端子13在不與 第、第一座體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 内的環氧樹脂（其材質亦可為矽膠或玻璃）而概呈圓頂凸 狀（或呈平頂狀），且第二座體122的貫穿凹穴124内壁面 更可進一步塗佈一反射層（圖未示），用以增加光線的反射 並集中二極體發光晶粒11之光線。 歸納上述，由於第一座體121及第二座體122均為金 屬村質製成’其熱傳係數較高，於是便可使發光晶粒丨丨產 9 U20975 生的熱能更迅速地擴散到兩座體121、122,且兩座體121 、122均直接與空氣接觸’使得由兩座體m、122導出的 熱能可直接與外界空氣進行熱交換而迅速帶走熱量。所以 ，相較於以往導熱材質被塑膠材質或陶瓷材質包覆而使熱 旎無法迅速散出的做法，本發明案的確具有明顯的散熱效 果改善。此外，先前發光二極體晶粒由於長期悶處於高溫 狀態而縮短使用壽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I〕！、122外 亦可增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，利用螺絲與其他散 熱益結合’達到更大的散熱效果。 參閲圖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$，除上述使用電性 '邑緣層136包覆於導電端子13表面，以使導電端子η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。_ 4中’電性絕緣層I%， 是直接包覆於各導電端子13，第一水平段131，外，並使第— 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’之材質可為塑勝，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！3’外。且如圖4所示，電性絕緣層136，包覆範 圍也可涵蓋垂直段13 2，。 ★參閱圖5，且在此實施態樣中，為使導電端子13，存在 第-、第二座體121，、122’間時，兩座體121，、122,仍可緊 10 1320975 密接合而不至於必須增加黏合兩座體⑵，、i22，的接合層 123’的厚度’第—座體121，頂面於兩導電端子η，之第一^ 平段um置處更設置二凹# 1()1，以容納導電端子 13’之第-水平段131’的厚度，當兩受電性絕緣層⑶，包覆 的導電端子嵌置於内時’恰可與第一座體12】，頂面切齊 。在此實施態樣中，接合層123可以是㈣點合金，例如 金（Au)錫（Sn)共晶合金（Eutectic AU〇y)，或是銅硬鲜合金（a Brazing Alk)y)。以電鐘或塗覆製程將上述低熔點合金覆蓋 在第二座H 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放置在第一座冑12】上，並且 置入溫度略高於上述低溶點合金熔點的爐中達到接合作 用’當接合層123採低炫點合金時，本發明案的散熱功能 會更佳。當然，凹槽101也可同時設置於第一座體⑵，項 面或第二座體122,底面而上下相對應，且基於加工及組裝 方便考里’第—座H 122’亦可以兩件或兩件以上的金屬件 構成。 參閱圖6,另外，本發明案也可適用於目前有些二極體 發光晶粒U’的兩電極導接點是分別位於二極體發光晶粒 11’上 '下表面的型式’該種發光晶粒u’位於上表面的一電 極導接點m同樣以導線導接至其中一導電端子13，，的一打 線區1311’’’而位於發光晶粒n’下表面的另一電極導接點 U2則是先透過銲錫或銀膠與—上下電性絕緣的㈣基板 上的導㈣2〇1導接’再以導線由導電區2〇1另一端的打 線區202導接至另—導電端子13，，的打線區1311，，。 11 且當本案之散熱座與此種發光晶粒u，配合實施時，基 於熱傳考置，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（A1N)或上層有電路 導通的矽材基板，除此之外，以覆晶（Flip 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 佳實施例，第二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結合兩座體丨Η，， 、122，，.連接件125可為—根或多根螺絲，圖7是以散熱 座12，，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 進订螺鎖或兩座體121’，、122，，内絲㈣母形成内螺紋後 ，再以螺絲鎖固，或者，連接件125也 12Γ’、122’’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！ 3，，均為 單層電路板（PCB)，其頂面舖設有—銅猪電路，且其外型 構造僅沿用第-較佳實施例中第一水平段的部分，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i36，，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，，前端伸人 12 13.20975 第二座體122，’貫穿凹穴124的銅羯電路則外露並設有一 可供打線的銲塾1〇〇’銲塾100下的銅羯電路則延伸：兩座 體m，，、122，，外。也就是說，導電端子13，，表層的銅落電 路對應於第二座體122，，接觸的部份先塗佈電性絕緣層136，’ 而露出兩座H 121’’、122’’外的部份則保留銅羯電路外露 形成一銲錫區103，以供與外部電源輸入線銲接。 為防止熱氣及濕氣破壞，兩座體121’，、122，，接觸面四 周亦可設置一防水膠圈（圖未示），使兩座體12i，，、122，， 確實達到密封效果。 又，第二實施例中的兩片導電端子13，，亦可將其銅羯電 路隔離集中在-片印刷電路板（PCB)上，而形成整體僅有 一導電端子之型式。 綜上所述，本發明高散熱性發光二極體裝置丨藉由均 為金屬材質製成的第一、第二座體121、122，再配合包覆 電性絕緣層136的至少一導電端子13進行發光晶粒u的 封裝，既不會因為兩座體121、122的金屬材質而影響兩導 電端子13與發光晶粒n的正常導通，利用金屬材質本身 的高熱傳係數，亦可迅速將發光晶粒u所產生的熱能迅速 導出，且兩座體121、122均直接與外界空氣大面積的接觸 ，使得由兩座體12〗、122導出的熱能更有效的與外界空氣 進行熱交換而迅速帶走熱能，以提昇整個發光二極體裝置i 的散熱效能，進而延長發光晶粒丨丨的使用壽命。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本發明實施之範園，即大凡依本發明旁請專利 13 1420975 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裘 置的第一較佳實施例包含一散熱座，且該散熱座包括一第 一座體、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 子位於該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； ' 圖5說明該第一座體亦可設置凹槽以供該包覆有電性 絕緣層之導電端子嵌置於内； 圖6是一局部放大圖，說明本發明之散熱座亦適用於 二電極導接點是位於上下表面之發光晶粒；以及 圖7是一立體圖，說明本發明高散熱性發光二極體裝 置的第二較佳實施例，該兩座體是以螺絲鎖固連接。 14 1320975 【主要元件符號說明】

1 —· ---發光二極體裝置 1311- ---打線區 11 — -發光晶粒 1311’--打線區 100- Sr 1311，， ----打線區 101 - 凹槽 132 — ——垂直段 103- —――一要 區 132’一 -直^ •^免 111、 112—電極導接點 133—— -第二水平段 12"—· ------^熱座 1 3 3 5 — -―·第二水平段 121 ------第一座體 136 — -------電性絕緣層 122- --第二座體 136’ — --電性絕緣層 123- MW—W·.··_.. 13 6’’ *"*·* -----電性絕緣層 124- ______穿凹穴 14— ——透光材料 125- 1 »>··»>>»<»»»<·< -------導線 128- ----------散熱膏 2〇 丨.,, —·陶竟基板 13 -·- ------------導電端子 201 "*—.*** —導電區 131 - ---------第一水平段 202---------打線區 131， —一*™—第-平· 15

Claims (1)

1. 第0951 33826號專利申請案說明書替換頁（修正日期：98 申請專利範園： 一-------- -種高散熱性發光二極體裝置，包含：f年’月鉍日修正替換: —散熱座， 至少—第二座體 有''貫穿凹穴， $貫穿凹穴内； 匕任岣田贫屬材質製成的—第—座體、 ’該第二座體疊置於該第一座體上並且 該發光晶粒設置於該兩座體之間並位於 面並且 至少一發光晶粒，設置於該第一座體的上表 位於該貫穿凹穴内；以及 至少-導電端子，設於該兩座體之間；該 :端穿伸人該第二座體之貫穿凹穴内以金屬導線與該發 先晶粒導接，另—端外露出㈣— 又 導電端子與該第-、第二座體接觸之區域外 性絕緣層，以避免久該莫咖山2 ^ 题兄合子與該兩座體接觸。 2·依據中請㈣範圍第丨項所述之高散熱性發光二極 置’其中，該第-座體與㈣：座體的接合以導熱 好的黏合用膠塗佈，再經壓合烘烤結合固定。 又 3·依據中請專利範㈣丨項所述之高散熱性發光二極體裝 置，其中，該第-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. 依據巾請㈣範圍第1項所収高散錢發光二極體裝 置’其中’該第-座體與該第二座體之接合以低炫點入 金設置於該兩座體間，再經高溫溶合固σ 5. 依射請專利範圍第4項所述之高散熱性發光二極 置，其中’該低熔點合金為金錫共晶合金。 、 16 1320975 6. 7. 8. 9. ra 第095133826號專利中靖奎勺姐办社 ，案忒明書替換頁（修正曰期：9S丨丨pr年丨丨月扣日贫兑替换頁 依據申請專利範圍第4頂张.+、★ > “^ '… 項所述之兩散熱性發光二極體裝 置，其中，該低熔點合金為銅硬銲合金。 依據申請專利範圍篦1 jg &，+. ^ 項所4_之兩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。 依據U利feu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。 依據申凊專利fe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.依據申請專利範圍第7項至第9項其中任一項所述之高 散熱性發光二極體裝置’更包含—塗佈於該第—座體與 該第二座體之間的散熱膏。 " H.依射請專利範圍第丨項所述之高散熱性發光二極體裝 置，其中’該貫穿凹穴之孔徑由上而下漸縮而概呈倒錐 狀0 12·依據申請專利範圍第丨項所述之高散熱性發光二極體裝 置，更包含一填充於該貫穿凹穴内的透光材料。 13.依據申明專利範圍第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先為該電性絕緣層所包覆 14.依據申請專利範圍第13項所述之高散熱性發光二極體裝 置，其中，該電性絕緣層為塑膠，以射出成型包覆於該 金屬片。 15·依據申請專利範圍第13項所述之高散熱性發光二極體裝 t 、 17 I32Uy/) 弟以以6號專利 时年〖丨月扣日修正替換頁 置，立中，哕畲# ”說明書替換頁（修正日期：98」評·，月必 置 ” τ 電性絕缞Μ 。 L 片。 緣層為樹脂，以模壓包覆於該金屬 16. 依據申請專利範圍笛,κ 1項所述之高散熱性發光二極體裝 置，其中，該導電端+性筱珉 电鳊子為電路板構成。 17. 依據申請專利範圍笛〗 項所述之高散熱性發光二極體 置’其中，該導電端子估 、 电挪于伸入該貫穿凹穴内之一端卜类而 設有至少-可供與該金料線電連接之打線區；而該導 電端子外露出該第一、黛_ 乐 弟一座體外之一端設有至少一銲 錫區。 18. 依據申請專利範圍第〗項所述之高散熱性發光二極體裝 置其中，6玄第一座體由兩件以上之金屬件組合構成。 19. 依據申請專利範圍第丨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。 18