專利名稱：一種模塊化led及其封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種LED封裝結(jié)構(gòu)，尤其是關(guān)于一種將LED結(jié)構(gòu)模塊化以方便拆裝，并同時(shí)具有高散熱效率的模塊化LED及其封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
LED光源由于具有體積小、耗電量低、使用壽命長(zhǎng)等特性，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，將可以取代目前燈泡或日光燈源等照明設(shè)備或其他顯示裝置的發(fā)光源，而成為最重要的發(fā)光元件。然而，為提高發(fā)光源的整體亮度，勢(shì)必要提高發(fā)光功率或增加LED設(shè)置的數(shù)目或密度，但如此設(shè)置將大幅增加LED光源的產(chǎn)熱量，若這些熱量無(wú)法盡快導(dǎo)出，將嚴(yán)重影響LED的發(fā)光亮度，同時(shí)加速LED的劣化狀況而縮短使用壽命。
參見(jiàn)圖1，該圖是現(xiàn)有LED封裝結(jié)構(gòu)的示意圖。圖中，LED 10是直接裝設(shè)于一印刷電路板20上，其并設(shè)有一個(gè)第一電極11與一個(gè)第二電極12，而分別通過(guò)一傳導(dǎo)線24與印刷電路板20上所設(shè)打線墊23電性連接。由于印刷電路板20導(dǎo)熱效果并不佳，因此現(xiàn)有技術(shù)中在印刷電路板20上LED 10封裝處開(kāi)設(shè)一穿孔21，并在穿孔21中裝填以高導(dǎo)熱介質(zhì)22，使由LED 10所產(chǎn)生的熱量可以通過(guò)高導(dǎo)熱介質(zhì)22的傳導(dǎo)，散逸到印刷電路板20與空氣中以增加散熱效率。然而，由于印刷電路板20上需留有LED 10黏著的空間，因此穿孔21能夠開(kāi)設(shè)的口徑有限，使得高導(dǎo)熱介質(zhì)22與LED 10相接觸的面積亦受到限制，因而無(wú)法有效提升其導(dǎo)熱效率。此外，高導(dǎo)熱介質(zhì)22因是后來(lái)加以填充或黏著接觸，其導(dǎo)熱效果并不如一般金屬，所以其散熱效果也是有限。
另一方面，現(xiàn)有LED晶粒封裝時(shí)通常是直接黏著于封裝基板上，或先黏著在一杯座上再整個(gè)黏著固定于封裝基板上，因此當(dāng)該LED發(fā)生故障時(shí)，無(wú)法輕易將其取下更換，因而有時(shí)必須更換整個(gè)基板的LED光源，使其在維修、使用成本上相當(dāng)高，而當(dāng)其利用于一般家庭照明用的光源時(shí)，對(duì)于使用者而言，也相當(dāng)不經(jīng)濟(jì)而且不便于維修。

發(fā)明內(nèi)容
為改善現(xiàn)有LED封裝結(jié)構(gòu)散熱不佳的缺點(diǎn)，同時(shí)使發(fā)生故障的LED能夠單獨(dú)更換，本實(shí)用新型將提供一種將LED模塊化的模塊化LED結(jié)構(gòu)，使該LED晶粒在接設(shè)封裝時(shí)更為方便，而且在必須進(jìn)行更換時(shí)也可以由使用者以類似燈泡更換的方式輕易將LED拔下置換，而使該LED光源設(shè)備的維修成本大幅降低。另一方面，通過(guò)本實(shí)用新型模塊化LED配合導(dǎo)熱基板的封裝結(jié)構(gòu)，更可使LED晶粒所產(chǎn)生的高熱，迅速透過(guò)低熱阻抗的共晶層(eutecticlayer)，由導(dǎo)熱柱傳導(dǎo)至導(dǎo)熱基板上，而大幅提升LED的散熱效率，同時(shí)延長(zhǎng)其使用壽命并長(zhǎng)久維持其應(yīng)有的亮度。
本實(shí)用新型的模塊化LED結(jié)構(gòu)，包括一LED晶粒；一導(dǎo)熱柱，該導(dǎo)熱柱的上表面是一接合部；以及一連接層，該連接層將該LED晶粒與該導(dǎo)熱柱相連接而構(gòu)成一LED模組。其中，該連接層可為一共晶層或一黏著層，或其他可將該LED晶粒與該導(dǎo)熱柱相連接的任何材料。該導(dǎo)熱柱的接合部面積至少等于該LED晶粒底部的面積，而其一側(cè)接部上則可設(shè)有一螺紋。該導(dǎo)熱柱同時(shí)可通過(guò)其一底部?jī)?nèi)凹的鏤空，而增加與空氣接觸的面積，從而提升散熱效率，鏤空的結(jié)構(gòu)可內(nèi)凹形成一柱體空間，但并不以此為限。此外，該導(dǎo)熱柱是由鋁或銅金屬制成，但并不僅限于此，任何具有較高導(dǎo)熱系數(shù)的材料都可以。
另一方面，本實(shí)用新型的模塊化LED封裝結(jié)構(gòu)，包括一導(dǎo)熱基板，該導(dǎo)熱基板在預(yù)定封裝處設(shè)置有一穿孔；以及一如前述的LED模塊，該LED模塊借助其所設(shè)該導(dǎo)熱柱插設(shè)并緊貼于該導(dǎo)熱基板所設(shè)該穿孔中，使該LED模塊所產(chǎn)生的熱量可直接傳導(dǎo)至該導(dǎo)熱基板進(jìn)行散熱，并可以單獨(dú)對(duì)LED模塊進(jìn)行替換。其中，該導(dǎo)熱基板可為鋁板、銅板或其他較高導(dǎo)熱系數(shù)的基板，在此并未作特別的限制。
以下將配合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，下述所列舉的實(shí)施例是用來(lái)闡明本實(shí)用新型，并不是用來(lái)限定本實(shí)用新型的范圍，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以做出一些變化或者潤(rùn)飾，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例LED模塊的示意圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例LED模塊的接合示意圖；圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例另一LED模塊接合的示意圖；圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例模塊化LED封裝結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6是本實(shí)用新型模塊化LED封裝結(jié)構(gòu)第二實(shí)施例的示意圖；圖7是本實(shí)用新型LED模塊第二實(shí)施例的示意圖；圖8是本實(shí)用新型LED模塊第三實(shí)施例的示意圖；圖9是本實(shí)用新型LED模塊第四實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖2，該圖是本實(shí)用新型實(shí)施例LED模塊的示意圖。本實(shí)用新型的模塊化LED結(jié)構(gòu)，包括一LED晶粒31、一共晶層32與一導(dǎo)熱柱33。共晶層32形成于LED晶粒31與導(dǎo)熱柱33之間，是將前述二者相連接以組構(gòu)成一LED模塊30的連接層。
請(qǐng)繼續(xù)參見(jiàn)圖2，LED晶粒31包括一第一電極311與一第二電極312。在一般氮化鎵(GaN)LED晶粒上，第一電極311可與P型氮化鎵(P-GaN)層電性連接而成為P型電極，而第二電極312則可與N型氮化鎵(n+GaN)層電性連接而成為N型電極，電極設(shè)置方式在此僅作為示范，并不是僅限于上述的方式。
導(dǎo)熱柱33，呈柱狀結(jié)構(gòu)，包括一接合部331、一底部332與一側(cè)接部333。導(dǎo)熱柱33通過(guò)其接合部331與LED晶粒31共晶接合，導(dǎo)熱柱33外徑或接合部331面積的大小并無(wú)特別的限制，其可小于、等于或大于LED晶粒31底部的面積，但以等于或大于者(請(qǐng)參見(jiàn)圖8)為較佳，才能將LED晶粒31的產(chǎn)熱以最大面積傳導(dǎo)，從而增加其導(dǎo)熱效率。側(cè)接部333在本實(shí)施例中設(shè)有螺紋334，其也可以是光滑平面，或其他可以插設(shè)于穿孔41(請(qǐng)參見(jiàn)圖5)的構(gòu)造形狀。導(dǎo)熱柱33可由高導(dǎo)熱系數(shù)的鋁(231W/m×K)或銅(385W/m×K)金屬制成，但并不僅限于此，任何其他具有較高導(dǎo)熱系數(shù)的材料皆可。此外，導(dǎo)熱柱33同時(shí)可由其底部332內(nèi)凹有一鏤空34(請(qǐng)參見(jiàn)圖7)，以此來(lái)增加與空氣接觸的面積，而提升散熱效率，鏤空34的結(jié)構(gòu)可內(nèi)凹形成一柱體空間，但并不以此為限。
請(qǐng)同時(shí)參見(jiàn)圖3，4，是本實(shí)用新型實(shí)施例LED模塊的接合示意圖。LED晶粒31與導(dǎo)熱柱33接合前，可在導(dǎo)熱柱33接合部331表面鍍上一層鍍金層321，而后再與LED晶粒31在適當(dāng)溫度下進(jìn)行共晶接合，形成一LED模塊30。其也可以準(zhǔn)備一與接合部331或LED晶粒31底部面積相仿的金片322，夾設(shè)于LED晶粒31與接合部331后進(jìn)行共晶接合，共晶接合后即可形成LED模塊30中所謂的共晶層32(請(qǐng)參見(jiàn)圖2)。
LED晶粒31與導(dǎo)熱柱33的接合方式，除前述的共晶結(jié)合方式外，亦可以通過(guò)具有高導(dǎo)熱系數(shù)的黏膠進(jìn)行接合。也就是說(shuō)，前述的共晶層32亦可由黏著層35所取代(請(qǐng)先參見(jiàn)圖9)。黏著層35可為銅膠、銀膠或焊錫，或?yàn)榍笆霾牧系娜魏位旌?，但并不僅限于此。無(wú)論是以共晶結(jié)合方式或黏膠黏著方式進(jìn)行接合，該連接層皆是以較高導(dǎo)熱系數(shù)者為較佳。
請(qǐng)參見(jiàn)圖5，6，是本實(shí)用新型實(shí)施例模塊化LED封裝結(jié)構(gòu)的示意圖。本實(shí)用新型實(shí)施例中利用于LED模塊30封裝的基板，并非一般現(xiàn)有的印刷電路基板，而是一具較高導(dǎo)熱系數(shù)的導(dǎo)熱基板40，其可為高導(dǎo)熱系數(shù)的鋁板、銅板或氮化鋁(320W/m×K)板，但并不以此為限，其中以導(dǎo)熱系數(shù)于室溫下可達(dá)100W/m×K)以上者為較佳。
導(dǎo)熱基板40設(shè)置時(shí)，是在每一LED模塊30預(yù)定裝設(shè)處設(shè)置有一穿孔41。穿孔41所開(kāi)設(shè)的尺寸規(guī)格是依照LED模塊30中的導(dǎo)熱柱33的構(gòu)形相配合設(shè)置，使將來(lái)LED模塊30插設(shè)后，其導(dǎo)熱柱33側(cè)接部333能與穿孔41有最佳的結(jié)合緊密度。在本實(shí)施例中，為配合設(shè)有螺紋334的導(dǎo)熱柱33構(gòu)形，穿孔41亦設(shè)有與該螺紋334相對(duì)應(yīng)的螺紋42，使LED模塊30能利用螺接的方式鎖螺緊密結(jié)合于穿孔41中。如果將來(lái)該LED晶粒31有所損壞，則可單獨(dú)將LED模塊30直接旋出而加以更換，而無(wú)須連同整個(gè)基板一同置換，不但可增加LED光源維修的方便性，也可以同時(shí)降低設(shè)備維修與使用的成本。另一方面，由于導(dǎo)熱柱33與LED晶粒31是共晶接合，故有較低的熱阻抗，因此LED晶粒31所產(chǎn)生的熱量可迅速經(jīng)由共晶層32傳導(dǎo)至導(dǎo)熱柱33，再由導(dǎo)熱柱33傳導(dǎo)至緊密接合的導(dǎo)熱基板40上，故在整體導(dǎo)熱效率上也得到大幅有效地提升。
導(dǎo)熱柱33除前述利用傳導(dǎo)方式進(jìn)行散熱外，其亦可同時(shí)通過(guò)與空氣的接觸，利用輻射或?qū)α鞯姆绞竭M(jìn)行散熱。此時(shí)，可如前述于導(dǎo)熱柱33底部332處內(nèi)凹形成鏤空34，其也可以增加導(dǎo)熱柱33的長(zhǎng)度，突出于所接設(shè)的導(dǎo)熱基板40外，則外露與空氣接觸部分，亦得同時(shí)進(jìn)行散熱，而能進(jìn)一步提升整體的散熱速率。除增加導(dǎo)熱柱33的長(zhǎng)度外，亦可使導(dǎo)熱柱33短于導(dǎo)熱基板40的厚度，導(dǎo)熱柱33雖減少其散熱面積，但與導(dǎo)熱柱33相接觸的導(dǎo)熱基板40附近，而增加其與空氣接觸的面積，亦具有增加散熱效率的功效。前述導(dǎo)熱柱33的長(zhǎng)度并未設(shè)有特別的限制，可依導(dǎo)熱柱33、導(dǎo)熱基板40材料的導(dǎo)熱系數(shù)，以及導(dǎo)熱柱33的截面積或?qū)峄?0的厚度配合調(diào)整，使有最佳的散熱效果。
此外，如果導(dǎo)熱基板40具導(dǎo)電性，則需在該導(dǎo)熱基板40表面預(yù)定區(qū)域形成一絕緣層43，再于絕緣層43上形成一打線墊44。待LED模塊30插設(shè)于穿孔41后，再分別由LED晶粒31的第一電極311與第二電極312，以傳導(dǎo)線45結(jié)合至打線墊44上，以完成電性連接，但導(dǎo)熱基板40上與LED晶粒31電性連接的設(shè)置方式并不僅限于前述。
權(quán)利要求1.一種模塊化LED結(jié)構(gòu)，其特征在于包括一LED晶粒；一導(dǎo)熱柱，該導(dǎo)熱柱的上表面是一接合部；以及一連接層，該連接層是將該LED晶粒與該導(dǎo)熱柱相連接而組構(gòu)成一LED模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的模塊化LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述連接層是一共晶層。
3.如權(quán)利要求1所述的模塊化LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述連接層是一黏著層。
4.如權(quán)利要求3所述的模塊化LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述黏著層是一銀膠層。
5.如權(quán)利要求1所述的模塊化LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)熱柱在其側(cè)表面上進(jìn)一步設(shè)有螺紋。
6.如權(quán)利要求1所述的模塊化LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)熱柱的接合部面積至少等于所述LED晶粒底部的面積。
7.如權(quán)利要求1、2或3所述的模塊化LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)熱柱由鋁金屬制成。
8.一種模塊化LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于包括一導(dǎo)熱基板，該導(dǎo)熱基板于預(yù)定封裝處設(shè)置有一穿孔；以及一如權(quán)利要求1所述的LED模塊，該LED模塊通過(guò)其所設(shè)的導(dǎo)熱柱插入并緊貼在該導(dǎo)熱基板所設(shè)的所述穿孔中。
9.如權(quán)利要求8所述的模塊化LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述穿孔內(nèi)設(shè)有螺紋，而所述導(dǎo)熱柱的側(cè)表面亦設(shè)有相對(duì)應(yīng)的螺紋，通過(guò)螺紋使所述導(dǎo)熱柱螺接插設(shè)在所述穿孔中。
10.如權(quán)利要求8所述的模塊化LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)熱基板是一鋁板。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種將LED結(jié)構(gòu)模塊化以方便拆裝，并同時(shí)具有高散熱效率的模塊化LED及其封裝結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的模塊化LED封裝結(jié)構(gòu)，包括一導(dǎo)熱基板，該導(dǎo)熱基板在預(yù)定封裝處設(shè)置有一穿孔；以及一LED模塊，該LED模塊包括一LED晶粒與一導(dǎo)熱柱，該LED晶粒與該導(dǎo)熱柱間通過(guò)一連接層相連接，該LED模塊通過(guò)將其所設(shè)的導(dǎo)熱柱插入并緊貼在該導(dǎo)熱基板所設(shè)的穿孔中，從而使該LED模塊所產(chǎn)生的熱量可直接傳導(dǎo)至該導(dǎo)熱基板進(jìn)行散熱，并可以單獨(dú)對(duì)LED模塊進(jìn)行替換。
文檔編號(hào)H01L23/34GK2879426SQ20062000416
公開(kāi)日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月3日
發(fā)明者董經(jīng)文 申請(qǐng)人:廣鎵光電股份有限公司