專(zhuān)利名稱(chēng)：低熱阻抗的固態(tài)光源封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種固態(tài)光源封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，特別是指一種低熱阻抗的
固態(tài)光源封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
圖1A為現(xiàn)有技術(shù)固態(tài)光源芯片直接封裝(COB， chip onbroad)技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意 圖；如圖所示，系將一固態(tài)光源芯片18，以銀膠、絕緣膠或共晶形式16結(jié)合于金屬基板12 上方，且基板12為金屬散熱基板(MCPCB)，其上方設(shè)置有一絕緣材料14。然而，固態(tài)光源芯 片18直接設(shè)置于絕緣材料14上方，絕緣材料14為導(dǎo)熱不易的介電材料，因此導(dǎo)致擴(kuò)散熱 阻抗高，固態(tài)光源芯片18產(chǎn)生的熱不易傳導(dǎo)，大量熱累積在芯片端，而影響固態(tài)光源芯片 18的發(fā)光效率與其使用壽命。 參閱圖1B，其系為固態(tài)光源的另一封裝結(jié)構(gòu)示意圖；如圖所示，一固態(tài)光源芯片 28設(shè)置于氮化鋁26上方，氮化鋁26 (A1N)設(shè)置于一基板22上方，基板22為金屬基板，基板 22與氮化鋁26之間以一散熱膏24作接觸。此類(lèi)封裝結(jié)構(gòu)不包含高熱阻值的絕緣材料，但 由于散熱膏24的導(dǎo)熱系數(shù)不高，且須對(duì)A1N加壓才能降低接面熱阻，因此使用散熱膏24與 下方的基板22結(jié)合的方式，無(wú)法有效降低整體封裝結(jié)構(gòu)的熱阻值。 倘若能降低固態(tài)光源芯片直接封裝結(jié)構(gòu)的熱阻值，則于固態(tài)光源芯片使用時(shí)，可 改善芯片的發(fā)光效率與使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一，在于提供一種低熱阻抗的固態(tài)光源封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，
其通過(guò)由一連接層結(jié)合一散熱基板與一高導(dǎo)熱電路基板，可使低熱阻抗的固態(tài)光源封裝結(jié)
構(gòu)的熱阻值較一般封裝結(jié)構(gòu)低，如此可改善芯片的發(fā)光效率與使用壽命。 本發(fā)明的目的之二，是通過(guò)由連接層緩沖散熱基板與高導(dǎo)熱電路基板因熱產(chǎn)生的
熱應(yīng)力，如此可增加低熱阻抗的固態(tài)光源封裝結(jié)構(gòu)的可靠度。 為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明是提供一種低熱阻抗的固態(tài)光源封裝結(jié)構(gòu)，其包 含 —散熱基板； —連接層，設(shè)于該散熱基板上方； —高導(dǎo)熱電路基板，設(shè)于該連接層上方；以及 —固態(tài)光源，設(shè)于該高導(dǎo)熱電路基板上方； 其中，該散熱基板與該連接層之間設(shè)有一第一附著層，該第一附著層包含一第一 金屬層與一第二金屬層，該連接層與該高導(dǎo)熱電路基板之間設(shè)有一第二附著層，該第二附 著層包含一第三金屬層與一第四金屬層。 本發(fā)明中，其中該第一金屬層設(shè)于該散熱基板上方，該第二金屬層設(shè)于該第一金 屬層上方，該連接層設(shè)于該第二金屬層上方，該第三金屬層設(shè)于該高導(dǎo)熱電路基板下方，第四金屬層設(shè)于該第三金屬層下方，該連接層設(shè)于該第四金屬層下方。 本發(fā)明中，其中該第一金屬層的材料包含鈦。 本發(fā)明中，其中該第二金屬層的材料包含銀或金。 本發(fā)明中，其中該第三金屬層的材料包含鈦。 本發(fā)明中，其中該第四金屬層的材料包含銀或金。 本發(fā)明中，其中該散熱基板的材料包含金屬。 本發(fā)明中，其中上述該金屬包含鋁、銅。
本發(fā)明中，其中該連接層的材料包含金屬、合金或金屬?gòu)?fù)合材料，該金屬包含銦。 本發(fā)明中，其中該連接層的材料的該合金包含錫銀銅合金、銦合金。 本發(fā)明中，其中該高導(dǎo)熱電路基板的材料包含陶瓷、硅。 本發(fā)明中，其中上述該陶瓷包含氮化鋁、氧化鋁。
本發(fā)明中，其中該散熱基板上方設(shè)有一凹槽，該連接層設(shè)于該凹槽，該凹槽與該連 接層的間設(shè)有一第一附著層。
本發(fā)明中，其中該凹槽之外的散熱基板上方設(shè)有一絕緣層與一電路層。 本發(fā)明中，其中該第一附著層包含 一第一金屬層，設(shè)于該凹槽上方；以及
一第二金屬層，設(shè)于該第一金屬層上方，該連接層設(shè)于該第二金屬層上方。 本發(fā)明中，其中該第一金屬層的材料包含鈦。 本發(fā)明中，其中該第二金屬層的材料包含銀或金。
本發(fā)明還同時(shí)公開(kāi)了一種低熱阻抗的固態(tài)光源封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，包含下列步 驟 提供一散熱基板； 設(shè)置一第一附著層于該散熱基板上方；
設(shè)置一第二附著層于一高導(dǎo)熱電路基板下方；
設(shè)置一固態(tài)光源于該高導(dǎo)熱電路基板；
設(shè)置一連接層于該散熱基板上方； 其中，連接層為高散熱、低熱膨脹系數(shù)的金屬或金屬?gòu)?fù)合材料。 設(shè)置該高導(dǎo)熱電路基板于該連接層；以及熱壓合該散熱基板與該高導(dǎo)熱電路基 板。
本發(fā)明中，其設(shè)置一第一附著層于該散熱基板上方的步驟更包含
設(shè)置一第一金屬層于該散熱基板上方；以及
設(shè)置一第二金屬層于該第一金屬層上方。
本發(fā)明中，其設(shè)置第二附著層于該高導(dǎo)熱電路基板下方的步驟更包含
設(shè)置一第三金屬層于該高導(dǎo)熱電路基板下方；以及
設(shè)置一第四金屬層于該第三金屬層下方。
本發(fā)明具有以下有益效果 本發(fā)明的低熱阻抗的固態(tài)光源封裝結(jié)構(gòu)，包含一散熱基板，一連接層設(shè)于散熱基 板上方；一高導(dǎo)熱電路基板設(shè)于連接層上方；一固態(tài)光源設(shè)于高導(dǎo)熱電路基板上方。通過(guò) 由連接層但使低熱阻抗的固態(tài)光源封裝結(jié)構(gòu)的熱阻值降低，并可緩沖散熱基板與高導(dǎo)熱電
5路基板因熱產(chǎn)生的應(yīng)力，避免散熱基板與高導(dǎo)熱電路基板因受熱產(chǎn)生相互脫離的問(wèn)題。


圖1A為現(xiàn)有技術(shù)直接封裝芯片的固態(tài)光源的結(jié)構(gòu)示意圖IB為另一現(xiàn)有技術(shù)直接封裝芯片的固態(tài)光源的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2A為本發(fā)明較佳實(shí)施例的立體圖2B為本發(fā)明較佳實(shí)施例的分解圖3A本發(fā)明另一-較佳實(shí)施例的立體圖；圖3B本發(fā)明另一-較佳實(shí)施例的分解圖；圖4為本發(fā)明較佳實(shí)施例的流程圖；以及
圖5為本發(fā)明另-一較佳實(shí)施例的流程圖。圖號(hào)簡(jiǎn)單說(shuō)明12基板14絕緣材料16銀膠18固態(tài)光源芯片22基板24散熱膏26氮化鋁28固態(tài)光源芯片30散熱基板302絕緣層303電路層32凹槽40第一附著層401第一金屬層402第二金屬層50連接層60第二附著層601第三金屬層602第四金屬層70高導(dǎo)熱電路基板80固態(tài)光源
具體實(shí)施例方式
為使對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征及所達(dá)成的功效有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)，用以較佳的 實(shí)施例及附圖配合詳細(xì)的說(shuō)明，說(shuō)明如下 請(qǐng)參閱圖2A與圖2B，其為本發(fā)明較佳實(shí)施例的立體圖與分解圖，其為本發(fā)明較佳 實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本發(fā)明的低熱阻抗的固態(tài)光源封裝結(jié)構(gòu)包含一散熱基板 30、一連接層50、一高導(dǎo)熱電路基板70與一固態(tài)光源80(Solid State Lighting, SSL)，連 接層50設(shè)于散熱基板30上方；高導(dǎo)熱電路基板70設(shè)于連接層50上方，高導(dǎo)熱電路基板70 上可做布線及串并聯(lián)設(shè)計(jì)的電路層；固態(tài)光源80則設(shè)于高導(dǎo)熱電路基板70上方，經(jīng)由固晶 銀膠、絕緣膠或金屬共晶等形式直接固晶在高導(dǎo)熱電路基板70所形成的電路層之上。
散熱基板30的材料包含金屬，金屬包含鋁或銅。連接層50的材料包含金屬、合金 或金屬?gòu)?fù)合材料。金屬包含銦(In)。連接層50的熱膨脹系數(shù)小于30(10e-6廣C)，熱傳導(dǎo) 系數(shù)大于50W/mk。高導(dǎo)熱電路基板70的材料包含陶瓷或硅(Si)。陶瓷材料包含氮化鋁 (A1N)或氧化鋁(A1203)等。此實(shí)施例的散熱基板30以鋁、連接層50以銦、高導(dǎo)熱電路基 板70以氮化鋁作為范例說(shuō)明。固態(tài)光源80的硅半導(dǎo)體熱膨脹系數(shù)為4. 2(10e-6/°C )，氮 化鋁熱膨脹系數(shù)為4. 5(10e-6/°C )，此二層熱膨脹系數(shù)相近，因此可增加固態(tài)光源80與高導(dǎo)熱電路基板70之間的可靠度，且散熱基板30與高導(dǎo)熱電路基板70所產(chǎn)生的熱應(yīng)力可通 過(guò)由連接層50吸收。 此外，氮化鋁熱傳導(dǎo)系數(shù)大于140W/mk，銦熱傳導(dǎo)系數(shù)約86W/mk，鋁的熱傳導(dǎo)系數(shù) 約180W/mk，各層熱傳導(dǎo)系數(shù)皆互相匹配，有較佳的導(dǎo)熱路徑。在直接封裝制程中避免傳統(tǒng) 鋁基板直接往下遭遇絕緣層的狀況，有效降低其擴(kuò)散熱阻值(spreadingresistance)，其熱 阻實(shí)驗(yàn)值可降至5t: /W以下。 由于散熱基板30與連接層50為不同材質(zhì)，為增加散熱基板30與連接層50的結(jié) 合性，于散熱基板30與連接層50之間設(shè)置一第一附著層40。而第一附著層40包含一第一 金屬層401與一第二金屬層402，第一金屬層401設(shè)于散熱基板30上方，以電鍍或是蒸鍍等 方式，使第一金屬層401附著于散熱基板30上方，第一金屬層401的材料包含鈦(Ti);并且 于第一金屬層401上方設(shè)置第二金屬層402，同樣以電鍍或是蒸鍍等方式使第二金屬層402 附著于第一金屬層401上方，第二金屬層402的材料包含銀(Ag)或金(Au)，再將連接層50 設(shè)于第二金屬層402上方。 同樣的，于連接層50與高導(dǎo)熱電路基板70之間設(shè)有一第二附著層60，第二附著層 60包含一第三金屬層601與一第四金屬層602，第三金屬層601設(shè)于高導(dǎo)熱電路基板50下 方，第三金屬層601的材料包含鈦(Ti);第四金屬層602設(shè)于第三金屬層601下方，第四金 屬層602的材料包含銀(Ag)或金(Au)，再將高導(dǎo)熱電路基板70設(shè)于連接層50上方，使連 接層50位于第四金屬層602下方。 通過(guò)由第一附著層40與第二附著層60的設(shè)置，以增加散熱基板30、連接層50與 高導(dǎo)熱電路基板70之間的結(jié)合性，并減少散熱基板30與高導(dǎo)熱電路基板70因受熱產(chǎn)生相 互脫離的問(wèn)題。且通過(guò)由第二金屬層402與第四金屬層602的金(Au)或銀(Ag)材料與銦 (In)作較佳的結(jié)合，增加本發(fā)明結(jié)構(gòu)的可靠度。 圖3A與圖3B，為本發(fā)明的延伸結(jié)構(gòu)與較佳的實(shí)施例。如圖3A所示，為提高電性 連結(jié)的方便性與減少絕緣層302產(chǎn)生的高擴(kuò)散熱阻抗，因此在制作金屬電路板(MCPCB)時(shí)， 可設(shè)置一凹槽32，使金屬電路板產(chǎn)生兩個(gè)區(qū)域，區(qū)域一為凹槽32之外，其可保持金屬電路 板的原有結(jié)構(gòu)，以保持原有的絕緣層302與電路層303 ;而區(qū)域二為凹槽32內(nèi)，其為不包含 絕緣層302與電路層303的Cu或Al基材的散熱基板30，用來(lái)直接以連接層50與高導(dǎo)熱 電路基板70連結(jié)。凹槽32的散熱基板30上方先鍍上Ti/Ag或Ti/Au的第一附著層40， 增加散熱基板30與連接層50的結(jié)合能力。之后再于高導(dǎo)熱電路基板70下方鍍上Ti/Ag 或Ti/Au的第二附著層60，增加高導(dǎo)熱電路基板70與連接層50的結(jié)合能力。此延伸結(jié)構(gòu) 的優(yōu)點(diǎn)在于保留金屬電路板的電路層303，但亦整合圖2A結(jié)構(gòu)的低熱阻抗優(yōu)點(diǎn)。此結(jié)構(gòu)的 高導(dǎo)熱電路基板70上方設(shè)置的固態(tài)光源80可以多晶，而且包含串并聯(lián)電路，高導(dǎo)熱電路基 板70上的電路可與金屬電路板的電路層303連接，再連結(jié)外部電路；或者可以亦可為單晶， 直接由金屬電路板作電路設(shè)計(jì)。以金屬電路板連結(jié)外部電路，易于外接電線或外接連接器 (connector)設(shè)計(jì)，并可保護(hù)固態(tài)光源80端不易受到外力的拉扯與破壞，可增加固態(tài)光源 80在應(yīng)用上的可靠性。 請(qǐng)參閱圖4，其為本發(fā)明較佳實(shí)施例的流程圖；如圖所示，本發(fā)明低熱阻抗的固態(tài) 光源80封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，包含下列步驟，首先，進(jìn)行步驟Sl，提供一散熱基板30 ;之后， 進(jìn)行步驟S2，設(shè)置一固態(tài)光源80于高導(dǎo)熱電路基板70。接著，進(jìn)行步驟S3，將一連接層50
7設(shè)置于散熱基板30上方；最后，進(jìn)行步驟S4，設(shè)置一高導(dǎo)熱電路基板70于連接層50上方。 于步驟Sl的步驟后更包含一步驟S12，其設(shè)置一第一附著層40于散熱基板30上方。而于 步驟S2的步驟前更包含一步驟S14，其設(shè)置一第二附著層60于高導(dǎo)熱電路基板70下方。
請(qǐng)參閱圖5，其為本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的流程圖；如圖所示，于步驟S12步驟中， 包含步驟S121與步驟S122，進(jìn)行步驟S121時(shí)，設(shè)置一第一金屬層401于散熱基板30上方； 接著，進(jìn)行步驟S122，設(shè)置一第二金屬層402于該第一金屬層401上方。而步驟S14步驟 中，包含步驟S141與步驟S142，于進(jìn)行步驟S141時(shí)，設(shè)置一第三金屬層601于高導(dǎo)熱電路 基板70下方；接著，進(jìn)行步驟S142，設(shè)置一第四金屬層602于第三金屬層601下方。
綜上所述，本發(fā)明的低熱阻抗的固態(tài)光源封裝結(jié)構(gòu)，包含一散熱基板，一連接層設(shè) 于散熱基板上方；一高導(dǎo)熱電路基板設(shè)于連接層上方；一固態(tài)光源設(shè)于高導(dǎo)熱電路基板上 方。通過(guò)由連接層但使低熱阻抗的固態(tài)光源封裝結(jié)構(gòu)的熱阻值降低，并可緩沖散熱基板與 高導(dǎo)熱電路基板因熱產(chǎn)生的應(yīng)力，避免散熱基板與高導(dǎo)熱電路基板因受熱產(chǎn)生相互脫離的 問(wèn)題。 綜上所述，僅為本發(fā)明的一較佳實(shí)施例而已，并非用來(lái)限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，凡 依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所述的形狀、構(gòu)造、特征及精神所為之均等變化與修飾，均應(yīng)包括于 本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種低熱阻抗的固態(tài)光源封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其包含一散熱基板；一連接層，設(shè)于該散熱基板上方；一高導(dǎo)熱電路基板，設(shè)于該連接層上方；以及一固態(tài)光源，設(shè)于該高導(dǎo)熱電路基板上方；其中，該散熱基板與該連接層之間設(shè)有一第一附著層，該第一附著層包含一第一金屬層與一第二金屬層，該連接層與該高導(dǎo)熱電路基板之間設(shè)有一第二附著層，該第二附著層包含一第三金屬層與一第四金屬層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱阻抗的LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該第一金屬層設(shè) 于該散熱基板上方，該第二金屬層設(shè)于該第一金屬層上方，該連接層設(shè)于該第二金屬層上 方，該第三金屬層設(shè)于該高導(dǎo)熱電路基板下方，第四金屬層設(shè)于該第三金屬層下方，該連接 層設(shè)于該第四金屬層下方。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低熱阻抗的LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該第一金屬層的 材料包含鈦。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低熱阻抗的LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該第二金屬層的 材料包含銀或金。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低熱阻抗的LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該第三金屬層的 材料包含鈦。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低熱阻抗的LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該第四金屬層的 材料包含銀或金。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱阻抗的LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該散熱基板的材 料包含金屬。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的低熱阻抗的LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該金屬包含鋁、銅。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱阻抗的LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該連接層的材料 包含金屬、合金或金屬?gòu)?fù)合材料，該金屬包含銦。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱阻抗的LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該連接層的材 料的該合金包含錫銀銅合金、銦合金。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱阻抗的LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該高導(dǎo)熱電路 基板的材料包含陶瓷、硅。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的低熱阻抗的LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該陶瓷包含氮 化鋁、氧化鋁。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱阻抗的LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該散熱基板上 方設(shè)有一凹槽，該連接層設(shè)于該凹槽，該凹槽與該連接層的間設(shè)有一第一附著層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的低熱阻抗的LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該凹槽之外的 散熱基板上方設(shè)有一絕緣層與一 電路層。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的低熱阻抗的LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該第一附著層包含一第一金屬層，設(shè)于該凹槽上方；以及一第二金屬層，設(shè)于該第一金屬層上方，該連接層設(shè)于該第二金屬層上方。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的低熱阻抗的LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該第一金屬層 的材料包含鈦。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的低熱阻抗的LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該第二金屬層 的材料包含銀或金。
18. —種低熱阻抗的固態(tài)光源封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包含下列步驟 提供一散熱基板；設(shè)置一第一附著層于該散熱基板上方； 設(shè)置一第二附著層于一高導(dǎo)熱電路基板下方； 設(shè)置一固態(tài)光源于該高導(dǎo)熱電路基板； 設(shè)置一連接層于該散熱基板上方；其中，連接層為高散熱、低熱膨脹系數(shù)的金屬或金屬?gòu)?fù)合材料。設(shè)置該高導(dǎo)熱電路基板于該連接層；以及熱壓合該散熱基板與該高導(dǎo)熱電路基板。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的低熱阻抗的固態(tài)光源封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于， 其設(shè)置一第一附著層于該散熱基板上方的步驟更包含設(shè)置一第一金屬層于該散熱基板上方；以及 設(shè)置一第二金屬層于該第一金屬層上方。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的低熱阻抗的固態(tài)光源封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于， 其設(shè)置第二附著層于該高導(dǎo)熱電路基板下方的步驟更包含設(shè)置一第三金屬層于該高導(dǎo)熱電路基板下方；以及 設(shè)置一第四金屬層于該第三金屬層下方。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種低熱阻抗的固態(tài)光源封裝結(jié)構(gòu)，包含一散熱基板、一連接層、一高導(dǎo)熱電路基板與一固態(tài)光源。固態(tài)光源設(shè)于高導(dǎo)熱電路基板上方，而高導(dǎo)熱電路基板與散熱基板之間，以連接層作結(jié)合。散熱基板與連接層之間設(shè)有一第一附著層，連接層與高導(dǎo)熱電路基板之間設(shè)有一第二附著層。此連接層為高導(dǎo)熱、低熱膨脹系數(shù)的金屬或金屬?gòu)?fù)合材料，因此，可使本發(fā)明的熱阻值較一般結(jié)構(gòu)低，且散熱基板與高導(dǎo)熱電路基板因受熱產(chǎn)生熱應(yīng)力，可通過(guò)由連接層來(lái)緩沖，以增加本發(fā)明封裝結(jié)構(gòu)的使用壽命。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101794847SQ200910006210
公開(kāi)日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2009年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月3日
發(fā)明者李承士, 林神江, 殷壽志, 謝馨儀 申請(qǐng)人:佰鴻工業(yè)股份有限公司