專利名稱：發(fā)光二極管燈具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是關(guān)于一發(fā)光二極管燈具，尤其是一種使用鋁載板的發(fā)光二極 管燈具。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light Emitted Diode， LED)是一種可將電能轉(zhuǎn)換為光能的 高效率冷光發(fā)光元件，也是一種微小的固態(tài)光源(solid state illuminator)。 發(fā)光二極管的主要構(gòu)成部分是一半導(dǎo)體P-n接面結(jié)構(gòu)。在此p-n接面的兩端施 加電壓以通入電流后，隨即產(chǎn)生電子與電洞往此p-n接面流動(dòng)，并結(jié)合而釋放 出光子。
圖l是一傳統(tǒng)使用銅載板的發(fā)光二極管燈具的剖面示意圖。如圖中所示， 此發(fā)光二極管燈具10具有一發(fā)光二極管芯片14、 一銅載板12與一散熱片20。 其中，銅載板12上具有一杯狀凹槽12a。發(fā)光二極管芯片14設(shè)置于此杯狀凹 槽12a的底面。此杯狀凹槽12a內(nèi)填充有透明膠結(jié)構(gòu)16完全覆蓋發(fā)光二極管芯 片14，以避免外部微?；蛩畾馇忠u發(fā)光二極管芯片14。散熱片20透過焊料層 30焊接至銅載板12的下表面，以排除發(fā)光二極管芯片14發(fā)光所產(chǎn)生的熱量。
此發(fā)光二極管燈具10具有以下缺點(diǎn)。首先，此發(fā)光二極管燈具10的發(fā)光 二極管芯片14直接設(shè)置于銅載板12上，由于銅金屬與發(fā)光二極管芯片14的熱 膨脹系數(shù)有明顯差異(一般而言，銅金屬的熱膨脹系數(shù)大于發(fā)光二極管芯片材 料的熱膨脹系數(shù))，在發(fā)光二極管芯片14發(fā)光而導(dǎo)致發(fā)光二極管芯片14與銅 載板12升溫的過程中，銅金屬的膨脹可能會(huì)對(duì)于發(fā)光二極管芯片14施加拉力， 甚至造成發(fā)光二極管芯片14的破損。
其次，銅金屬雖然是一理想的導(dǎo)熱材料，但是，銅金屬的光反射系數(shù)不佳。制作于銅載板12上的杯狀凹槽12a無法有效反射發(fā)光二極管芯片14所產(chǎn)生的 光線，而造成整體發(fā)光效率不彰。相較之下，鋁金屬具有較佳的反射系數(shù)，應(yīng) 可適用于制作載板。但是，鋁金屬無法與焊料層形成理想的界面反應(yīng)物，鋁載 板無法有效地以焊接方式連接散熱片。其它可以采用的接合方式，例如鎖合或 是膠合的方式，往往無法有效降低載板與散熱片間的界面熱阻，并且也無法提 供一穩(wěn)固的接合面。
在當(dāng)前強(qiáng)調(diào)高亮度發(fā)光二極管燈具的發(fā)展脈絡(luò)下，釆用多芯片或大電流的 設(shè)計(jì)已經(jīng)是一個(gè)趨勢。不過，多芯片與大電流的采用將產(chǎn)生更多的熱量。若是 無法有效排除熱量，將導(dǎo)致電路毀損而影響發(fā)光二極管燈具的正常運(yùn)作。
因此，如何兼顧載板的光反射率與散熱的需求，乃是發(fā)光二極管燈具產(chǎn)業(yè) 亟欲追求的目標(biāo)。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種發(fā)光二極管燈具，使用鋁載板以 提升發(fā)光效率，同時(shí)可以使用焊接方式連接鋁載板與散熱片，以提升散熱效果。
為此，本實(shí)用新型提出了一種發(fā)光二極管燈具，此發(fā)光二極管燈具包括一 鋁載板、 一緩沖基板(buffer substrate)、至少一發(fā)光二極管芯片、 一金屬 層結(jié)構(gòu)與一散熱片。其中，緩沖基板設(shè)置于鋁載板上，發(fā)光二極管芯片設(shè)置于 緩沖基板上，金屬層結(jié)構(gòu)形成于鋁載板的下表面，此金屬層結(jié)構(gòu)由可焊接材料 (solderable material).所構(gòu)成，散熱片透過一焊料(solder material)層 連接至此金屬層結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選，更包括一透明膠結(jié)構(gòu)，覆蓋該發(fā)光二極管芯片。
優(yōu)選，該金屬層結(jié)構(gòu)是以電鍍方式形成于該鋁載板的下表面。
優(yōu)選，該金屬層結(jié)構(gòu)是由多個(gè)金屬層堆疊而成。
優(yōu)選，該金屬層結(jié)構(gòu)的厚度大于0.08微米。
優(yōu)選，該鋁載板的下表面是一經(jīng)過噴砂處理的粗糙表面。優(yōu)選，該散熱片連接至該金屬層結(jié)構(gòu)的表面是一經(jīng)過噴砂處理的粗糙表面。 優(yōu)選，該可焊接材料是由金、錫、鎳、鈦、銀或銅其中之一所構(gòu)成。 優(yōu)選，該發(fā)光二極管芯片的數(shù)量大于二。
優(yōu)選，該鋁載板上具有一凹杯，該緩沖基板設(shè)置于該凹杯底面。 因此，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是使用鋁載板以提升發(fā)光效率，同時(shí)可以使用 焊接方式連接鋁載板與散熱片，以提升散熱效果。


圖1是一傳統(tǒng)發(fā)光二極管燈具的剖面示意圖2是本實(shí)用新型發(fā)光二極管燈具第一較佳實(shí)施例的剖面示意圖3是圖2的金屬層結(jié)構(gòu)一較佳實(shí)施例的剖面示意圖4是本實(shí)用新型發(fā)光二極管燈具第二較佳實(shí)施例的剖面示意圖5是本實(shí)用新型發(fā)光二極管燈具第三較佳實(shí)施例的剖面示意圖6是本實(shí)用新型發(fā)光二極管燈具第四較佳實(shí)施例的剖面示意圖；以及
圖7是本實(shí)用新型發(fā)光二極管燈具第五較佳實(shí)施例的剖面示意圖。
附圖標(biāo)記說明
發(fā)光二極管燈具10
銅載板12
杯狀凹槽12a
發(fā)光二極管芯片14
透明膠結(jié)構(gòu)16
散熱片20， 20，
焊料層30
發(fā)光二極管燈具40
鋁載板42， 52， 62， 72
凹杯62a緩沖基板43， 63， 73 發(fā)光二極管芯片44， 64， 74 透明膠結(jié)構(gòu)46， 66， 76 金屬層結(jié)構(gòu)48， 58 鎳鍍層481 金鍍層482 粗糙表面52a 粗糙表面20a
具體實(shí)施方式
請參照圖2所示，是本實(shí)用新型發(fā)光二極管燈具40第一較佳實(shí)施例的剖面 示意圖及其局部放大圖。如圖中所示，此發(fā)光二極管燈具40具有一鋁載板42、 一緩沖基板43、至少一發(fā)光二極管芯片44 (圖中是以二個(gè)發(fā)光二極管芯片44 為例)、 一金屬層結(jié)構(gòu)48與一散熱片20。其中，緩沖基板43設(shè)置于鋁載板42 上。此緩沖基板43的線膨脹系數(shù)(CTE)小于20X10—7K。 二個(gè)發(fā)光二極管芯 片44設(shè)置于緩沖基板43上。此二個(gè)發(fā)光二極管芯片44可透過導(dǎo)線或是以覆晶 的方式(未圖示)電連接至設(shè)置于鋁載板42上的電極。在緩沖基板43與發(fā)光 二極管芯片44外覆蓋有透明膠結(jié)構(gòu)46,以避免外部微?；蛩畾馇忠u發(fā)光二極 管芯片44。
金屬層結(jié)構(gòu)48是以電鍍(electroplating)的方式形成于鋁載板42的下 表面。此金屬層結(jié)構(gòu)48由可焊接材料(solderable material)，例如由金、 錫、鎳、鈦、銀或銅所構(gòu)成。前述鋁載板42、緩沖基板43、發(fā)光二極管芯片 44與金屬層結(jié)構(gòu)48構(gòu)成一完整的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)。此發(fā)光二極管封裝結(jié) 構(gòu)可進(jìn)一步連接散熱片20，以提升散熱效率。
如圖中所示，散熱片20以焊接的方式連接至金屬層結(jié)構(gòu)48的下表面。因 此，在散熱片20與金屬層結(jié)構(gòu)48間形成有一焊接結(jié)構(gòu)(solder joint)，例如一焊料(solder material)層30，又，為了確保散熱片20可以穩(wěn)固的接合 至鋁載板42，此金屬層結(jié)構(gòu)48的厚度必須大于0. 08微米，又，介于0.2至10 微米是一較佳實(shí)施例。
請參照圖3所示，是圖2中的金屬層結(jié)構(gòu)48 —較佳實(shí)施例的示意圖。如圖 中所示，為了制作上的簡便，此金屬層結(jié)構(gòu)48由多個(gè)金屬層(圖中是以二金屬 層為例)依序以電鍍方式形成于鋁載板42的下表面所構(gòu)成。此二金屬層可由鎳、 鎳銀合金、鎳銅合金、金或錫等材料所構(gòu)成，圖中是以一鎳鍍層481與一金鍍 層482為例。
請參照圖4所示，是本實(shí)用新型發(fā)光二極管燈具第二較佳實(shí)施例的剖面示 意圖。相較于圖2的實(shí)施例，本實(shí)施例是在鋁載板52的下表面以噴砂處理制作 一粗糙表面52a。此粗糙表面52a可以增加鋁載板52與金屬層結(jié)構(gòu)58以及金 屬層結(jié)構(gòu)58與焊料層30的接合面積，以提升鋁載板52與散熱片20間接合的 穩(wěn)定度，同時(shí)，結(jié)合面積的增加也有助于降低界面熱阻。
請參照圖5所示，是本實(shí)用新型發(fā)光二極管燈具第三較佳實(shí)施例的剖面示 意圖。相較于圖4的實(shí)施例于鋁載板52的下表面制作粗糙表面52a，本實(shí)施例 是在散熱片20'接合至金屬層結(jié)構(gòu)的表面以噴砂處理制作一粗糙表面20a。此 粗糙表面的存在亦有助于提升鋁載板與散熱片間接合的穩(wěn)定度。
請參照圖6所示，是本實(shí)用新型發(fā)光二極管燈具第四較佳實(shí)施例的剖面示 意圖。本實(shí)施例于鋁載板62上制作有一開口朝上的凹杯62a，緩沖基板63設(shè) 置于此凹杯62a的底面，緩沖基板63上可設(shè)置至少一發(fā)光二極管芯片64 (圖 中是以一發(fā)光二極管芯片64為例)。此杯狀凹槽62a內(nèi)填充有透明膠結(jié)構(gòu)66 完全覆蓋發(fā)光二極管芯片64，以避免外部微?；蛩畾馇忠u發(fā)光二極管芯片64。
請參照圖7所示，是本實(shí)用新型發(fā)光二極管燈具第五較佳實(shí)施例的剖面示 意圖。相較于圖2的實(shí)施例僅具有一緩沖基板43設(shè)置于鋁載板42上，本實(shí)施 例具有三個(gè)緩沖基板73設(shè)置于鋁載板72上，各個(gè)緩沖基板73上可設(shè)置至少一 發(fā)光二極管芯片74 (圖中是以一發(fā)光二極管芯片74為例)。透明膠結(jié)構(gòu)76完全覆蓋各個(gè)緩沖基板73與發(fā)光二極管芯片74。
相較于圖1的傳統(tǒng)發(fā)光二極管燈具10使用銅載板12所面臨光反射率不佳 的問題，本實(shí)用新型使用鋁載板可以提供較佳的光反射率，以提升整體發(fā)光效 率。其次，針對(duì)鋁載板無法有效地以焊接方式連接散熱片的問題，本實(shí)用新型 制作一金屬層結(jié)構(gòu)于鋁載板的下表面，并以焊接方式接合此金屬層結(jié)構(gòu)與散熱 片，使散熱片得以穩(wěn)固地焊接接合于鋁載板的下表面，同時(shí)使發(fā)光二極管芯片 發(fā)光所產(chǎn)生的熱量得以順利傳遞至散熱片而向外排除。
至于此金屬鍍層結(jié)構(gòu)與鋁載板的接合強(qiáng)度的問題，本實(shí)用新型的一實(shí)施例 中是在鋁載板的下表面制作以噴砂的方式制作一粗糙表面，以提高金屬鍍層結(jié) 構(gòu)與鋁載板的接合面積。此粗糙表面同時(shí)亦會(huì)提高金屬鍍層結(jié)構(gòu)與焊料層的接 合面積，而達(dá)到提升鋁載板與散熱片的接合強(qiáng)度的目的。
以上所述是利用較佳實(shí)施例詳細(xì)說明本實(shí)用新型，而非限制本實(shí)用新型的 范圍，而且熟知此類技藝人士皆能明了，適當(dāng)而作些微的改變及調(diào)整，仍將不 失本實(shí)用新型的要義所在，亦不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。
權(quán)利要求1.一種發(fā)光二極管燈具，其特征是，包括一鋁載板；一緩沖基板，設(shè)置于該鋁載板上，該緩沖基板的線膨脹系數(shù)小于20×10-6/K；至少一發(fā)光二極管芯片，設(shè)置于該緩沖基板上；一金屬層結(jié)構(gòu)，形成于該鋁載板的下表面，該金屬層結(jié)構(gòu)由可焊接材料所構(gòu)成；以及一散熱片，透過一焊料層而連接至該金屬層結(jié)構(gòu)。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈具，其特征是，更包括一透明膠結(jié)構(gòu), 覆蓋該發(fā)光二極管芯片。
3. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈具，其特征是，該金屬層結(jié)構(gòu)是以電 鍍方式形成于該鋁載板的下表面。
4. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈具，其特征是，該金屬層結(jié)構(gòu)是由多 個(gè)金屬層堆疊而成。
5. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈具，其特征是，該金屬層結(jié)構(gòu)的厚度 大于0.08微米。
6. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈具，其特征是，該鋁載板的下表面是 一經(jīng)過噴砂處理的粗糙表面。
7. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈具，其特征是，該散熱片連接至該金 屬層結(jié)構(gòu)的表面是一經(jīng)過噴砂處理的粗糙表面。
8. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈具，其特征是，該可焊接材料是由金、 錫、鎳、鈦、銀或銅其中之一所構(gòu)成。
9. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈具，其特征是，該發(fā)光二極管芯片的 數(shù)量大于二。
10.如權(quán)利要求i所述的發(fā)光二極管燈具，其特征是，該鋁載板上具有一凹杯，該緩沖基板設(shè)置于該凹杯底面。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種發(fā)光二極管燈具，所述發(fā)光二極管燈具具有一鋁載板、一緩沖基板、至少一發(fā)光二極管芯片、一金屬層結(jié)構(gòu)與一散熱片。其中，鋁載板上具有一凹杯。緩沖基板設(shè)置于此凹杯的底面。發(fā)光二極管芯片設(shè)置于緩沖基板上。金屬層結(jié)構(gòu)形成于鋁載板的下表面。此金屬層結(jié)構(gòu)由可焊接材料(solderable material)所構(gòu)成。散熱片透過一焊料(solder material)層連接至此金屬層結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)F21V19/00GK201152507SQ20072018359
公開日2008年11月19日 申請日期2007年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月26日
發(fā)明者劉家齊, 蔡文貴 申請人:齊瀚光電股份有限公司;崇越電通股份有限公司