專利名稱：液冷式發(fā)光二極管及其封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)液冷式發(fā)光二極管及其封裝方法，尤其是指由透鏡圓頂(dome lens)與器壁結(jié)合并嵌覆于底座上形成可填充冷卻液的空間，充填冷卻液以取代部分常用發(fā)光二極管的包覆晶粒熱源的環(huán)氧樹脂(epoxy resin)，并含有前述冷卻液與前述晶粒及前述導(dǎo)電金屬支撐座/架接觸的表面絕緣的封裝裝置結(jié)構(gòu)體及/或外加的散熱器，使發(fā)光二極管在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量可由冷卻液的傳導(dǎo)至發(fā)光二極管外移除，發(fā)揮更高的功率。
一般商品化的高亮度發(fā)光二極管(如

圖1)，是使用環(huán)氧樹脂14(epoxyresin)包覆發(fā)光二極管晶粒11，其于工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量需透過金屬導(dǎo)電支架12傳導(dǎo)至空氣中，如此結(jié)構(gòu)，其操作電流很難超過100mA，反而易造成包覆發(fā)光二極管晶粒的環(huán)氧樹脂14受熱脹冷縮，嚴(yán)重時(shí)常使焊接點(diǎn)脫落，扯斷焊線13，輕則減短使用壽命等。
一般常用的發(fā)光二極管，其中晶粒11是光電半導(dǎo)體組件，由極性相反的P型半導(dǎo)體材料與N型半導(dǎo)體材料接合而成，形成P/N接合接口(PN Junction)，于此接口施以適量的正向電壓時(shí)會(huì)發(fā)生電子與空穴結(jié)合而發(fā)光。發(fā)光二極管晶粒的結(jié)構(gòu)以正、負(fù)電極焊墊(pad)的位置可分為二種，一為上、下相對(duì)的結(jié)構(gòu)，即類似方糖的六面體晶粒，頂面為正(或負(fù))電極時(shí)，其底部即為負(fù)(或正)電極；另一為位于同一表面的雙電極結(jié)構(gòu)(dipolar structure)，通常此種六面體晶粒的底部為絕緣的基板。
而導(dǎo)電支撐架12的功能是提供發(fā)光二極管晶粒11承接座17，以導(dǎo)電熱膠體(例如，銀膠(silver paste)、錫膏、純銦金屬)固接，并以金線或其它金屬導(dǎo)線作為焊線13將發(fā)光二極管晶粒11的另外一個(gè)電極以適當(dāng)?shù)暮附庸に囘B接至另外一個(gè)導(dǎo)電支撐架12的頂端，因而使得發(fā)光二極管晶?？膳c外部的電路銜接、工作。
導(dǎo)電支撐架12的材質(zhì)眾所皆知是導(dǎo)電及導(dǎo)熱性優(yōu)良的金屬，例如銅或銅合金、鋁合金、鐵合金(鐵-鈷-鎳)等，且其表面電鍍銀層以促進(jìn)焊線13焊接的黏著性、使錫焊制程順利。
發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)體的封裝需配合使用的情況而設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)體外型，接腳方式、接腳(pin)數(shù)、接腳間距(pitch)，發(fā)光角度，散熱方式，及封裝材料。
又，鐳射(laser)二極管(如圖2)為上述發(fā)光二極管的兄弟產(chǎn)品，但封裝的方式卻不相同，最大的差異在于此種鐳射二極管晶粒并不使用環(huán)氧樹脂包覆，而是予密封于氮?dú)饣蛘婵?6中，稱作TO方式封裝。由于鐳射二極管晶?；罨瘏^(qū)域(active junction area)的面積約為發(fā)光二極管晶粒的1/150，操作時(shí)的電流密度可高達(dá)發(fā)光二極管晶粒的50-75倍，其所產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)超過發(fā)光二極管，但透過金屬底座可將其晶粒產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)至空氣中，而使鐳射二極管可在常溫下正常工作，維持相當(dāng)長(zhǎng)的使用壽命。利用類似鐳射二極管的封裝技術(shù)，確可提升發(fā)光二極管的操作電流，得到更高的發(fā)光亮度，最成功的典型例如美國(guó)Lumiled公司的LuxeonTM鐳射發(fā)光二極管，其操作電流高達(dá)200-250mA的范圍，應(yīng)用在交通標(biāo)志上僅需18顆此種封裝結(jié)構(gòu)的鐳射發(fā)光二極管即可相當(dāng)于150顆傳統(tǒng)發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度。LuxeonTM鐳射發(fā)光二極管的主要特點(diǎn)在于具備高效率的散熱機(jī)制，例如，晶粒的基座變成更大，使用導(dǎo)熱速度較快的金屬基座，采取鋁質(zhì)電路板(IMSTM)作為散熱器(heat sink)，包覆晶粒時(shí)采用硅氧樹脂取代環(huán)氧樹脂，發(fā)光二極管的使用壽命可予改善。而根據(jù)LuxeonTM規(guī)范書所述，單一顆鐳射發(fā)光二極管的操作電氣功率為1W(瓦)，發(fā)光照度可達(dá)10-50lumn(流明)，換言之，發(fā)光效率最高可達(dá)50lumn/1W，顯已超過鎢絲燈泡的發(fā)光效率(約為1500lumn/100W)。但因單價(jià)過高仍未能為消費(fèi)者廣泛采用。若能再提高單顆鐳射發(fā)光二極管的發(fā)光效率，在使用更少的材料下達(dá)到更高的亮度，或可解決成本過高的問題，此為本發(fā)明亟待解決的一問題點(diǎn)。
一般常用的發(fā)光二極管的操作電流大約局限在20mA左右，產(chǎn)生的熱量集中于1×10-3cm2(約為一根頭發(fā)的截面積)的小區(qū)域內(nèi)，甚難有效的將此種熱量傳導(dǎo)出，而使發(fā)光二極管無法以更高的功率操作。有效移除此種熱量并使以更高的功率操作，即成為發(fā)光二極管亟待突破的課題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種液冷式發(fā)光二極管，由發(fā)光二極管晶粒、晶粒承接座、導(dǎo)電支撐架、金屬導(dǎo)線焊線及底座而成，其特征在于含有由透鏡圓頂與器壁結(jié)合并嵌覆于前述底座上形成可填充冷卻液的空間、前述冷卻液與前述晶粒及前述導(dǎo)電金屬支撐座/架接觸的表面絕緣的封裝裝置結(jié)構(gòu)體及/或外加的散熱器。
本發(fā)明提供的一種液冷式發(fā)光二極管的封裝方法，包括以下主要的步驟(1)以導(dǎo)電熱膠體固植發(fā)光二極管晶粒于底座中心部位的杯碗形底部，再以金屬導(dǎo)線分別連結(jié)前述發(fā)光二極管晶粒表面的正、負(fù)電極焊墊與導(dǎo)電支撐架的頂端，使前述發(fā)光二極管晶粒可經(jīng)由導(dǎo)電支撐架與外接的電路連接，或于已固植晶粒的表面上有金屬焊墊作為晶粒的第二接點(diǎn)，并由此金屬焊墊以前述金屬導(dǎo)線打線連結(jié)至另一導(dǎo)電支撐架的頂端；(2)將前述導(dǎo)電支撐架與底座予以一體成型成支撐座預(yù)成型體，以供作可填充冷卻液的空間；(3)接著，將此已預(yù)成型的透鏡圓頂與器壁結(jié)合，予以成型使形成鏤空且一端開口的容器，并嵌覆于底座上，供形成可填充冷卻液的空間；及(4)將上述(2)的支撐座預(yù)成型體與(3)的透鏡圓頂與器壁成型的鏤空且一端開口的容器于冷卻液中對(duì)準(zhǔn)，使冷卻液充滿且密封在透鏡圓頂與器壁成型的鏤空且一端開口的容器形成的可填充冷卻液的空間，保持透鏡圓頂與器壁結(jié)合的結(jié)合體在下方時(shí)，將前述已固植晶粒且打線的底座沿著由前述透鏡圓頂與器壁結(jié)合的結(jié)合體內(nèi)側(cè)周緣的螺紋旋轉(zhuǎn)螺合，直至緊迫壓實(shí)位于前述器壁與前述底座間置放的硅氧樹脂O形環(huán)后，取出整個(gè)結(jié)合體，或于該結(jié)合體的結(jié)合部份隙縫涂布接著劑予以膠合，使冷卻液不致外泄而成液冷式發(fā)光二極管。
本發(fā)明提供的一種液冷式鐳射二極管，由面射型鐳射二極管晶粒及/或邊射型鐳射二極管晶粒、晶粒承接座、導(dǎo)電支撐架、金屬導(dǎo)線焊線及底座而成，其特征在于含有由透鏡圓頂與器壁結(jié)合并嵌覆于前述底座上形成可填充冷卻液的空間、前述冷卻液與前述晶粒及前述導(dǎo)電金屬支撐座/架接觸的表面絕緣的封裝裝置結(jié)構(gòu)體及/或外加的散熱器。
本發(fā)明提供的一種液冷式鐳射二極管的封裝方法，包括以下主要的步驟(1)以導(dǎo)電熱膠體固植面射型鐳射二極管晶粒及/或邊射型鐳射二極管晶粒于底座中心部位的杯碗形底部，再以金屬導(dǎo)線分別連結(jié)前述面射型鐳射二極管晶粒及/或邊射型鐳射二極管晶粒表面的正(或負(fù))電極焊墊與導(dǎo)電支撐架的頂端，使前述面射型鐳射二極管晶粒及/或邊射型鐳射二極管晶粒可經(jīng)由導(dǎo)電支撐架與外接的電路連接；(2)將前述導(dǎo)電支撐架與底座予以一體成型成支撐座預(yù)成型體，以供作可填充冷卻液的空間；(3)接著，將此已預(yù)成型的透鏡圓頂與器壁結(jié)合，予以成型使形成鏤空且一端開口的容器，并嵌覆于底座上，供形成可填充冷卻液的空間；及(4)將上述(2)的支撐座預(yù)成型體與(3)的透鏡圓頂與器壁成型的鏤空且一端開口的容器于冷卻液中對(duì)準(zhǔn)，使冷卻液充滿且密封在透鏡圓頂與器壁成型的鏤空且一端開口的容器形成的可填充冷卻液的空間，保持透鏡圓頂與器壁結(jié)合的結(jié)合體在下方時(shí)，將前述已固植晶粒且打線的底座沿著由前述透鏡圓頂與器壁結(jié)合的結(jié)合體內(nèi)側(cè)周緣的螺紋旋轉(zhuǎn)螺合，直至緊迫壓實(shí)位于前述器壁與前述底座間置放的硅氧樹脂O形環(huán)后，取出整個(gè)結(jié)合體，或于該結(jié)合體的結(jié)合部份隙縫涂上接著劑予以膠合，使冷卻液不致外泄而成液冷式發(fā)光二極管。
本發(fā)明提供的一種液冷式高分子及/或小分子發(fā)光二極管，由高分子及/或小分子發(fā)光二極管晶粒而成的發(fā)光模塊、承接座、發(fā)光模塊的外接導(dǎo)電支架、金手指接點(diǎn)及底座而成，其特征在于含有由透鏡圓頂或平頂與器壁結(jié)合并嵌覆于前述底座上形成每單顆發(fā)光點(diǎn)獨(dú)立匹配冷卻液空間的柵欄式冷卻液的空間或單一冷卻液空間、前述冷卻液與前述晶粒及前述發(fā)光模塊的外接導(dǎo)電支架接觸的表面絕緣的封裝裝置結(jié)構(gòu)體及/或外加的散熱器。
本發(fā)明提供的一種液冷式高分子及/或小分子發(fā)光二極管的封裝方法，包括以下主要的步驟(1)將高分子及/或小分子發(fā)光二極管晶粒而成的發(fā)光模塊與控制電路板，以插件焊錫或表面黏貼貼合發(fā)光模塊與外接電路；(2)接著，將此已預(yù)成型的透鏡圓頂或平頂與器壁結(jié)合，予以成型使形成鏤空且一端開口的容器，并嵌覆于底座上，供形成可填充冷卻液的空間；及(3)將上述(2)的透鏡圓頂與器壁成型的鏤空且一端開口的容器于冷卻液中對(duì)準(zhǔn)，使冷卻液充滿且密封在透鏡圓頂與器壁成型的鏤空且一端開口的容器形成的可填充冷卻液的空間，保持透鏡圓頂與器壁結(jié)合的結(jié)合體在下方時(shí)，將前述發(fā)光模塊及底座結(jié)合后，取出整個(gè)結(jié)合體，并于該結(jié)合體的結(jié)合部份隙縫涂上接著劑予以膠合，使冷卻液不致外泄而成液冷式高分子及/或小分子發(fā)光二極管模塊。
圖2為常用的鐳射二極管TO封裝裝置的結(jié)剖視圖。
圖3為本發(fā)明的液冷式發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明的液冷式發(fā)光二極管的一實(shí)施型態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明的高功率液冷式發(fā)光二極的封裝組合圖。
圖6為本發(fā)明的液冷式發(fā)光二極管以單顆基版芯片焊接技術(shù)(COB)形成的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖7為本發(fā)明的液冷式發(fā)光二極管以基版芯片焊接技術(shù)(COB)形成的條狀液冷式發(fā)光二極管燈源模塊結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖8為本發(fā)明的液冷式發(fā)光二極管以基版芯片焊接技術(shù)(COB)形成的二維面型液冷式發(fā)光二極管燈源模塊結(jié)構(gòu)剖視圖。
為達(dá)更高亮度的需求，采用散熱機(jī)制的與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管在封裝時(shí)，前述支撐架12與底座15是利用射出成型等技術(shù)予以預(yù)成型(preform molding)，將支撐架12與底座15一體成型，以作為液冷式發(fā)光二極管充填冷卻液時(shí)的空間3(cavity)。
底座的材質(zhì)為銅或銅合金、鐵-鈷-鎳合金、鋁合金等金屬材料，或環(huán)氧樹脂、丙烯腈(ABS)、聚丙烯(PP)、玻璃、陶瓷等非金屬材料，以鑄造、擠壓、焊接、熔接、射出等方法與至少二支以上的導(dǎo)電支撐架一體成形，制成圓形、方形、或多邊形的底座15，該底座15的尺寸配合封裝裝置的尺寸而定，例如，5mmΨ液冷式發(fā)光二極管，其圓形底座的尺寸即可設(shè)為3.5mmΨ直徑、3.5mm厚度，而導(dǎo)電支撐架12的型態(tài)亦以封裝裝置的用途而區(qū)分為支架式及表面黏著式兩種。
若底座材質(zhì)為金屬材料時(shí)，導(dǎo)電支撐架與底座的接觸部分需介以高介電常數(shù)的絕緣材料25(例如，玻璃金屬封焊(glass-metal-seal))，此絕緣材料依照底座與支撐架預(yù)成型的制造方式而不同，可采用玻璃、環(huán)氧樹脂、塑料等。
其中可填充冷卻液的空間3可設(shè)成圓柱體、或圓球體、或液滴狀，或不規(guī)則體，以調(diào)節(jié)充填空間3(冷卻液)的外形、體積，并由冷卻液的特性，可決定液冷式發(fā)光二極管的發(fā)光方式；又前述封裝裝置結(jié)構(gòu)體，具有使冷卻液與一顆以上的發(fā)光二極管晶粒的表面直接接觸，且使冷卻液與晶粒及導(dǎo)電支撐座/架接觸的表面絕緣的結(jié)構(gòu)體，前述冷卻液將晶粒產(chǎn)生的熱量吸收，再以對(duì)流的方式傳導(dǎo)熱量至具高導(dǎo)熱系數(shù)的材料制成的封裝裝置外壁或外加的散熱器18，可使冷卻液的積熱迅速的傳導(dǎo)至空氣中；又前述外加的散熱器，與前述液冷式發(fā)光二極管之間可使用導(dǎo)電熱膠體(例如，銀膠、錫膏、純銦金屬)、焊接、搭接方式結(jié)合為一體。
本發(fā)明的液冷式發(fā)光二極管，由使冷卻液與晶粒直接接觸且吸收由發(fā)光二極管晶粒產(chǎn)生的熱量，再將熱量傳導(dǎo)至發(fā)光二極管器件外部，直接排放至空氣中，以降低發(fā)光二極管晶粒的溫度，使發(fā)光二極管可達(dá)到高電流驅(qū)動(dòng)。液冷式的發(fā)光二極管封裝裝置，其外型可為支架型，亦可為表面黏貼型(SMT)，更可為多顆晶粒一體的發(fā)光二極管、或組成條狀、或平面光源模塊，可適用于現(xiàn)有的發(fā)光二極管應(yīng)用制品，尤其需高亮度場(chǎng)合的制品。
又，本發(fā)明依據(jù)液冷式發(fā)光二極管封裝裝置的原理，亦可應(yīng)用于面射型或邊射型鐳射二極管封裝裝置。
與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管，是以液態(tài)冷卻液當(dāng)作媒介，使冷卻液與晶粒直接接觸且吸收由發(fā)光二極管晶粒產(chǎn)生的熱量，再將熱量傳導(dǎo)至發(fā)光二極管器件外部，直接排放至空氣中，以降低發(fā)光二極管晶粒的溫度，使發(fā)光二極管可達(dá)到高電流驅(qū)動(dòng)。與一般以環(huán)氧樹脂包覆晶粒的發(fā)光二極管相較，由于冷卻液的比熱遠(yuǎn)高于環(huán)氧樹脂、硅氧樹脂及氮?dú)猓依鋮s液直接與晶粒接觸，可迅速吸收晶粒所發(fā)出的熱量，后續(xù)的散熱亦因冷卻液與散熱路徑的接觸面積大為增加，使發(fā)光二極管晶粒產(chǎn)生的熱量可輕易的散逸其中，再經(jīng)由發(fā)光二極管器壁排出外界，因此晶粒的溫度不致急遽上升，形成更有利的散熱模式。
與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管，采用浸液冷卻機(jī)制，以冷卻液直接接觸一顆以上的發(fā)光二極管晶粒的表面，由于冷卻液與晶粒及導(dǎo)電支撐座/架的表面直接接觸，因此冷卻液可將晶粒產(chǎn)生的熱予以吸收，再以對(duì)流方式傳導(dǎo)熱量至封裝裝置外壁或外加的散熱器，由于此部份是由高導(dǎo)熱系數(shù)的材料所構(gòu)成，因而可使冷卻液的積熱迅速的傳導(dǎo)至空氣中，達(dá)到降低發(fā)光二極管晶粒的操作溫度。
如與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管所充填的冷卻液會(huì)使導(dǎo)電支撐架產(chǎn)生氧化還原的化學(xué)反應(yīng)時(shí)，晶粒及導(dǎo)電支撐架的表面需被一種絕緣的高介電薄膜(約0.1～50微米厚度)包覆，使得發(fā)光二極管反向通電時(shí)不會(huì)因而產(chǎn)生漏電流(例如施以10V反向電壓時(shí)漏電流低于至多50微安)，理想的介電薄膜材質(zhì)有氮化硅、氧化硅、氧化鋁、玻璃、硅氧樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、環(huán)氧樹脂、聚醯胺、聚酯樹脂等。
因此針對(duì)常用的發(fā)光二極管封裝裝置，與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管采用“浸液式冷卻”的機(jī)制時(shí)，其中所用的透鏡圓頂1與器壁2結(jié)合并嵌覆于底座上形成可填充冷卻液的空間3、冷卻液與晶粒1及導(dǎo)電支撐座/架12接觸的表面絕緣的封裝裝置結(jié)構(gòu)體，依透鏡圓頂1、器壁2及底座15的材質(zhì)的不同，可有不同組合的封裝裝置。例如透鏡圓頂1，可使用子彈形、平面形、圓球形、星形、水果形、動(dòng)物形等。例如器壁2，可有塑料器壁、金屬器壁；底座可有塑料/印刷電路板板(PCB)底座、金屬底座。有下列四種基本型式基本型一透鏡圓頂、塑料器壁、塑料/PCB板底座；基本型二透鏡圓頂、塑料器壁、金屬底座；基本型三透鏡圓頂、金屬器壁、塑料/PCB板底座；基本型四透鏡圓頂、金屬器壁、金屬底座。
以上四種封裝裝置結(jié)構(gòu)體，分別代表四種不同功率范圍的液冷式發(fā)光二極管。
又，封裝裝置結(jié)構(gòu)體外型可依用途而分為支架型、表面黏著型兩種。
至于與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管，其中另可外加的散熱器26，可以補(bǔ)救上述基本型液冷式發(fā)光二極管散熱能力不足的場(chǎng)合，其外型、材質(zhì)及散熱能力依照應(yīng)用的場(chǎng)合而設(shè)計(jì)、實(shí)施。外加的散熱器與液冷式發(fā)光二極管的間可以使用導(dǎo)電熱膠體(例如，銀膠、錫膏、純銦金屬)、焊接、搭接等方式結(jié)合為一體，或是與液冷式發(fā)光二極管的器壁經(jīng)一體成型而成。
至于與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管，其中冷卻液及充填冷卻液的空間3是指冷卻液于封裝裝置內(nèi)部所占有的空間，其體積、形狀除依散熱能力而設(shè)計(jì)，尚需顧及發(fā)光二極管的發(fā)光模式，例如發(fā)光二極管發(fā)光角度與強(qiáng)度。在仿真液冷式發(fā)光二極管的發(fā)光模式時(shí)，以冷卻液整體(例如圓柱體、或圓球體、或液滴狀，或不規(guī)則體等等)視作光源予以考慮，故需調(diào)整冷卻液(充填空間)的外形、體積及冷卻液的特性，以決定液冷式發(fā)光二極管的發(fā)光模式。
前述冷卻液的種類繁多，依液冷式發(fā)光二極管的使用場(chǎng)合而有不同的考量，例如在考量照明用途，選擇高比熱、透明清晰、高折射率時(shí)、以冷卻液的液態(tài)溫度范圍至少宜為需設(shè)在-20C～100℃之間，較適用作冷卻液。可適用于液冷式發(fā)光二極管的冷卻液，可例舉出純水、無機(jī)鹽水溶液類、水懸浮液、或膠體液(colloids)類、水與有機(jī)溶劑的混合溶液(solution)、乳液(emulsions)類、有機(jī)溶劑類、冷媒(例如，PFC、PFHC等)、冷卻油、甘油類、液態(tài)或流體狀的環(huán)氧樹脂、高分子預(yù)聚合物(prepolymer)、硅氧樹脂(silicone)類等。
接著說明與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管內(nèi)充填的冷卻液，如何使發(fā)光二極管在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，傳導(dǎo)至發(fā)光二極管器件外部并直接排放至空氣中，以降低發(fā)光二極管晶粒的溫度，使發(fā)光二極管可達(dá)到高電流驅(qū)動(dòng)而發(fā)揮更高的功率的作用原理。
參閱圖3，此圖是與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管的示意圖。其與一般的發(fā)光二極管大致相同，其不同的部份在于與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管開設(shè)有內(nèi)部空間3，可用以充滿冷卻液。此冷卻液可蓄積的熱量(Po)，可以下式表示Po＝C·m·ΔT/t其中C冷卻液比熱(水溶液的比熱約為～1.0cal s/g ℃)m冷卻液質(zhì)量(g)ΔT冷卻液溫度變化(℃)t時(shí)間(second)
假設(shè)以0.25cm^|3冷卻水充滿本發(fā)明的液冷式發(fā)光二極管內(nèi)部空間3，利用上列公式可計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)需0.25cal熱量以使冷卻水上升1℃，而1cal＝4.18W，亦即需消耗大約1W的功率，冷卻水始上升1℃。冷卻水因應(yīng)晶粒所產(chǎn)生的熱量，溫度會(huì)逐漸上升；其上升幅度及速度與傳統(tǒng)的發(fā)光二極管不同，常取決于冷卻水的比熱值、體積、及發(fā)光二極管的操作功率。
其相關(guān)的現(xiàn)象，如下述分析所示。發(fā)光二極管晶粒的操作功率相當(dāng)于散逸在冷卻水中的熱量，表示成Po＝If··VIf發(fā)光二極管正向驅(qū)動(dòng)電流(A)V發(fā)光二極管正向電壓(V)以1W操作發(fā)光二極管時(shí)(例如，250mA/4V的操作條件即為1W；一般發(fā)光二極管的操作功率約為1/25W～1/10W)，由前述可知0.25cm3冷卻水，約需消耗75W熱能，溫度始會(huì)由室溫25℃上升至100℃，且需費(fèi)時(shí)約75sec(如不考慮散熱)。而浸泡于冷卻水的晶粒亦隨著水溫會(huì)上升至100℃，但冷卻水的潛熱相當(dāng)高，冷卻水可有效移除晶粒所產(chǎn)生的熱量，晶粒的溫度呈漸進(jìn)、緩慢的變化，加上散逸在冷卻水中的熱量相當(dāng)于發(fā)光二極管晶粒的操作功率，可以更高的功率操作。此即為本發(fā)明的液冷式發(fā)光二極管的技術(shù)特征。
冷卻水中的“積熱”，因冷卻水的對(duì)流現(xiàn)象而使熱量經(jīng)由導(dǎo)電支撐架12(液固接口，浸泡于冷卻水的支撐架)，而將熱量傳至發(fā)光二極管的外部再散熱至空氣中，使冷卻水與晶粒的溫度因而隨著下降。若能透過適當(dāng)?shù)纳嵩O(shè)計(jì)，發(fā)光二極管晶粒及冷卻水的溫度可穩(wěn)定于室溫與冷卻水的沸點(diǎn)(100℃)之間，使液冷式發(fā)光二極管的發(fā)光效率與可靠度得以兼顧。
熱量由高溫區(qū)向低溫區(qū)流動(dòng)的現(xiàn)象，與傳導(dǎo)路徑的截面積、距離、材料的導(dǎo)熱系數(shù)等參數(shù)有關(guān)；圖3與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管，假設(shè)與一般5mmΨ發(fā)光二極管尺寸相當(dāng)，本發(fā)明的液冷式發(fā)光二極管內(nèi)的冷卻水的“積熱”以支撐架12為主要的散熱路徑，傳導(dǎo)路徑的距離假設(shè)為5mm(被環(huán)氧樹脂1所包覆的部份)，路徑的截面積為0.06cm2，支撐架12的導(dǎo)熱系數(shù)設(shè)為～380W/m/℃(銅合金)，根據(jù)下列熱傳導(dǎo)公式Pd＝(S·ΔT)·k/ΔX[式內(nèi)Pd(冷卻液排散至空氣中的)熱量(W)S熱傳導(dǎo)路徑(最窄處的)截面積(m2)ΔT(冷卻液與外界室溫的)溫度差(℃)ΔX(熱傳導(dǎo)路徑的)距離(m)k支撐架導(dǎo)熱系數(shù)(W/m/℃)]計(jì)算出冷卻水與外界空氣保持25℃溫差時(shí)，與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管的散熱能力(Pd)可達(dá)11.4W。以相同的分析，常用的發(fā)光二極管依導(dǎo)熱系數(shù)不同的銀膠(用于固晶)的選擇，其散熱能力約在0.4W～1.5W的范圍。由此可見與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管的散熱機(jī)制顯然具有相當(dāng)高的散熱效率。
與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管的冷卻液是予密封于內(nèi)部空間內(nèi)，除提供上述的高效率導(dǎo)熱路徑之外，為加速降低冷卻液的溫度以提高散熱速度，采用另一種于圖5顯示的本發(fā)明的液冷式發(fā)光二極管。此一變形是利用外部鰭片式的散熱器26(fin-type heat dissipater)所增加的表面積以提高散熱速度，進(jìn)而提高發(fā)光二極管晶粒的操作功率。利用不同的散熱能力的散熱器裝置，與液冷式發(fā)光二極管的電氣功率(瓦)有所區(qū)別，亦是本發(fā)明的液冷式發(fā)光二極管的另一特征，如同瓦數(shù)愈高的鎢絲燈泡亮度愈亮般。發(fā)光二極管的亮度，以散熱器的散熱能力作為規(guī)劃依據(jù)，是相當(dāng)科學(xué)而且可行的。
充填于液冷式發(fā)光二極管內(nèi)部空間的冷卻液，可例舉出純水，清透的無機(jī)水溶液，水的懸浮液、膠體液，水與有機(jī)溶劑混合的溶液，有機(jī)溶劑，冷媒(例如，PFC、PFHC等)，合成的溶膠，冷卻油、甘油，液態(tài)聚合物樹脂、液態(tài)硅氧樹脂等，其可適用與否端視液冷式發(fā)光二極管的使用場(chǎng)合而需考慮下列的要素，亦即透光性、介電常數(shù)、折射率、液態(tài)溫度區(qū)間、比熱值、導(dǎo)熱系數(shù)、化學(xué)性質(zhì)(氧化、還原反應(yīng)，相互溶解性)、使溶液變質(zhì)的有機(jī)物、微生物、氣體等雜質(zhì)、蒸發(fā)或揮發(fā)性質(zhì)、及熱膨脹系數(shù)等，其中比熱值宜為接近1cal/g/℃。
以下列出冷卻液用水的相關(guān)特性，以供參考折射率1.33 @室溫阻抗值1.0×1016Ω(需經(jīng)純化處理)比熱值1.0cal s/g/℃ @室溫蒸發(fā)潛熱540cal/g導(dǎo)熱系數(shù)k＝0.00134+0.00000367(t) W/m/℃液態(tài)溫度區(qū)間0℃-100℃介電常數(shù)78.48@25℃@電流頻率＝0.57×106cycles/s.
與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管，具備高效率的散熱機(jī)制，是一種高功率發(fā)光二極管，使發(fā)光二極管在高電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，發(fā)光二極管晶粒仍可維持較低的操作溫度，是目前常用的發(fā)光二極管封裝裝置無法達(dá)到的境界，而且液冷式發(fā)光二極管的封裝制程與傳統(tǒng)發(fā)光二極管相近，可低成本的量產(chǎn)，因此高功率、液冷式發(fā)光二極管將為“發(fā)光二極管照明”豎立起新的里程碑。
常用的發(fā)光二極管是為指示用途而設(shè)計(jì)的，并不適合大功率的使用狀況，而封裝發(fā)光二極管時(shí)，常需考慮諸如光學(xué)特性、機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電接腳設(shè)計(jì)、外型、尺寸…等等，其中照明用途的需求除利用發(fā)光二極管已有的例如壽命長(zhǎng)、低耗電、色澤多樣等特性外，為達(dá)照明的亮度要求，勢(shì)必以高功率操作，因此與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管在封裝設(shè)計(jì)時(shí)，須慎重考慮散熱機(jī)制，以達(dá)到更高亮度的需求。
與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管的封裝方法的封裝制程及相關(guān)零組件，除充填冷卻液的相關(guān)步驟外，大致可沿用常用發(fā)光二極管的設(shè)備，大量生產(chǎn)的可行性頗高。
與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管的封裝方法，其封裝制程包括以下主要的步驟(1)以導(dǎo)電熱膠體固植發(fā)光二極管晶粒于底座中心部位的晶粒承接座17，再以金線或鋁線13分別連結(jié)晶粒表面的正(或負(fù))電極焊墊與導(dǎo)電支撐架12的頂端，使發(fā)光二極管晶粒11可經(jīng)由導(dǎo)電支撐架12與外接的電路連接；另有于已固植晶粒的表面上有金屬焊墊作為晶粒的第二接點(diǎn)，并由此金屬焊墊以金線或鋁線打線連結(jié)至另一導(dǎo)電支撐架的頂端；(2)將導(dǎo)電支撐架12與底座15利用射出成型技術(shù)予以一體成型成支撐座預(yù)成型體，以供可填充冷卻液的空間用的封口蓋片，在底座15材質(zhì)為金屬材料時(shí)，導(dǎo)電支撐架12與底座15形成的支撐座的接觸部分需介以高介電常數(shù)的絕緣材料25(例如，玻璃金屬封焊)，絕緣材料依照導(dǎo)電支撐架與底座形成的支撐座的預(yù)成型的制造方式而不同，可為玻璃、環(huán)氧樹脂、塑料等。配合發(fā)光二極管的自動(dòng)化制程，可以設(shè)計(jì)成單排20/30/50顆的支撐座預(yù)成型體或平面矩陣式的支撐座預(yù)成型體的型態(tài)，對(duì)于下述固晶、打線作業(yè)而言，產(chǎn)量及品質(zhì)皆可兼顧；(3)接著，將此已預(yù)成型的透鏡圓頂1與器壁2結(jié)合，以射出成型或鑄模成型形成鏤空且一端開口的容器，并嵌覆于底座15上，供形成可填充冷卻液的空間；及(4)將上述(2)的支撐座預(yù)成型體與(3)的透鏡圓頂1與器壁2成型的鏤空且一端開口的容器于冷卻液中對(duì)準(zhǔn)，使冷卻液充滿且密封在透鏡圓頂1與器壁2成型的鏤空且一端開口的容器形成的可填充冷卻液的空間3，保持透鏡圓頂與器壁預(yù)成型在下方時(shí)，將上述已固植晶粒且打線的底座15沿著由透鏡圓頂1與器壁2結(jié)合的結(jié)合體內(nèi)側(cè)周緣的螺紋18(參閱圖4)旋轉(zhuǎn)螺合，直至緊迫壓實(shí)位于器壁2與底座15間置放的硅氧樹脂O形環(huán)19后，取出整個(gè)結(jié)合體，或于該結(jié)合體的結(jié)合部份隙縫涂布接著劑予以膠合，使冷卻液不致外泄而成液冷式發(fā)光二極管。
依以上制程，即可完成與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管的制作。基本上，此液冷式發(fā)光二極管是具有可充滿冷卻液的密封容器，因此容器的密封性、抗壓性即為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必要條件。于上列揭示的液冷式發(fā)光二極管的四種封裝裝置基本型態(tài)，自然亦可針對(duì)本發(fā)明的液冷式發(fā)光二極管的使用條件，設(shè)計(jì)出符合密封性、抗壓性需求的規(guī)格。
與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管的封裝方法，其中晶粒與導(dǎo)電支撐架的連接方式，亦可因發(fā)光二極管晶粒已具備粘著焊球(solder ball forLED flip chip)而直接焊接于緊鄰的導(dǎo)電支撐架頂端或印刷電路板(PCB)/支撐座緊鄰的焊著點(diǎn)。
與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管，在將發(fā)光二極管晶粒修正為面射型鐳射二極管晶粒及邊射型鐳射二極管晶粒后，本發(fā)明的“液冷式”散熱機(jī)制，當(dāng)然亦可適用于鐳射二極管。但冷卻液修正為選擇折射率大于1.0的冷卻液(空氣的折射率約等于1.0)，理論上鐳射二極管晶粒與冷卻液的光耦合(photo coupling)會(huì)更為有利于提高發(fā)光效率。至于鐳射光在冷卻液中因廷得耳效應(yīng)(Tyndall Effect)所產(chǎn)生的散射，則可利用光學(xué)組件予以修正，使鐳射光的光點(diǎn)能符合需求。例如以圓柱體冷卻液匹配拋物反射鏡面的晶粒座杯，并于透鏡圓頂與冷卻液接觸面設(shè)計(jì)成凹面使鐳射光聚焦于透鏡圓頂?shù)墓廨S焦點(diǎn)上，如此可以得到集束良好的正圓形鐳射光點(diǎn)。
與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管，在將發(fā)光二極管晶粒修正為高分子發(fā)光二極管或小分子發(fā)光二極管發(fā)光板或顯示器發(fā)光模塊(包括ITO玻璃基板，高分子或小分子發(fā)光層，高介電薄膜層，及連接線路)后，本發(fā)明的“液冷式”散熱機(jī)制，當(dāng)然亦可適用于高分子發(fā)光二極管或小分子發(fā)光二極管。但內(nèi)部充填冷卻液的空間修正為每單顆發(fā)光點(diǎn)獨(dú)立匹配冷卻液空間的柵欄式(grid type)冷卻液的空間或單一冷卻液空間兩種。至于本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管中采用的導(dǎo)電支撐架及導(dǎo)電接線修正為前述發(fā)光模塊的外接導(dǎo)電支架及金手指(gold finger)接點(diǎn)。
由于高分子發(fā)光二極管或小分子發(fā)光二極管一般均以平面的發(fā)光板或平面顯示器的應(yīng)用型態(tài)居多，因此制程較為不同(除上述內(nèi)部充填冷卻液的空間、導(dǎo)電支撐架及導(dǎo)電接線稍作變更外，發(fā)光模塊與控制電路板依發(fā)光模塊與外接電路的不同設(shè)計(jì)，有插件焊錫及表面黏貼方式板，而與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管的封裝方法中的主要技術(shù)特征的發(fā)光模塊透鏡圓頂與器壁的預(yù)成型、冷卻液填充、密封及一體成型是相同的)，即便如此，以與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管的“液冷式”散熱機(jī)制的高散熱特性配合散熱器的選擇，可使高/小分子發(fā)光二極管的工作溫度低于80℃，大大提升高/小分子發(fā)光二極管的使用壽命及制品可靠度，采用液冷式高分子平面發(fā)光板或平面顯示器，或液冷式小分子平面發(fā)光板或平面顯示器對(duì)于高/小分子發(fā)光二極管的實(shí)用化亦將有莫大的幫助。亦即高分子發(fā)光二極管或小分子發(fā)光二極管的封裝方法，包括以下主要的步驟(1)將高分子及/或小分子發(fā)光二極管晶粒而成的發(fā)光模塊與控制電路板，以插件焊錫及表面黏貼貼合發(fā)光模塊與外接電路；(2)接著，將此已預(yù)成型的透鏡圓頂與器壁結(jié)合，予以成型使形成鏤空且一端開口的容器，并嵌覆于底座上，供形成可填充冷卻液的空間；及(3)將上述(2)的透鏡圓頂與器壁成型的鏤空且一端開口的容器于冷卻液中對(duì)準(zhǔn)，使冷卻液充滿且密封在透鏡圓頂與器壁成型的鏤空且一端開口的容器形成的可填充冷卻液的空間，保持透鏡圓頂與器壁結(jié)合的結(jié)合體在下方時(shí)，將前述已固植晶粒且打線的底座沿著由前述透鏡圓頂與器壁結(jié)合的結(jié)合體內(nèi)側(cè)周緣的螺紋旋轉(zhuǎn)螺合，直至緊迫壓實(shí)位于前述器壁與前述底座間置放的硅氧樹脂O形環(huán)后，取出整個(gè)結(jié)合體，或于該結(jié)合體的結(jié)合部份隙縫涂上接著劑予以膠合，使冷卻液不致外泄而成液冷式發(fā)光二極管。
與本發(fā)明有關(guān)的液冷式發(fā)光二極管可以單顆基版芯片焊接技術(shù)(COB)形成如圖6結(jié)構(gòu)。亦可以單顆基版芯片焊接技術(shù)(COB)形成如圖7的條狀液冷式發(fā)光二極管燈源模塊結(jié)構(gòu)。亦可以單顆基版芯片焊接技術(shù)(COB)形成如圖8的二維面型液冷式發(fā)光二極管燈源模塊結(jié)構(gòu)。
以下進(jìn)一步配合附圖舉例說明液冷式發(fā)光二極管，但并不表示本發(fā)明只局限于實(shí)施例所敘的細(xì)節(jié)、或外型、或應(yīng)用制品而已，因熟習(xí)該項(xiàng)技術(shù)人士可容易稍作變更某部份的材料、尺寸、制作程序…等細(xì)節(jié)，而仍不脫離本發(fā)明所揭露的創(chuàng)意與精神。
實(shí)施例1(液冷式發(fā)光二極管)參閱圖4，發(fā)光二極管晶粒11以導(dǎo)電熱膠體固植于底座15中心部位的晶粒承接座17，再以金線或鋁線13分別連結(jié)晶粒11表面的正、負(fù)電極焊墊與導(dǎo)電支撐架12的頂端，使發(fā)光二極管晶粒11可經(jīng)由導(dǎo)電支撐架12與外接的電路連接(未予圖標(biāo))，但若晶粒為鋁銦鎵磷(AlInGaP)型的底部，則需另施以諸如硅芯片或AlN或BeO或藍(lán)寶石(Al2O3)等的高導(dǎo)熱絕緣裝置9(sub-mount)，于固晶表面上有金屬層作為晶粒的第二接點(diǎn)，并由此金屬層以金線或鋁線13打線連結(jié)至另一導(dǎo)電支撐架12的頂端。
接著，將液冷式發(fā)光二極管的透鏡圓頂1與器壁2結(jié)合并嵌覆于底座15上以形成可填充冷卻液的空間3并充滿冷卻液，再將上述固晶打線的底座15沿著由透鏡圓頂1與器壁2結(jié)合的結(jié)合體內(nèi)側(cè)周緣的螺紋18旋轉(zhuǎn)螺合，直至緊迫壓實(shí)位于器壁2與底座15間置放的硅氧樹脂O形環(huán)19，使冷卻液不致滲漏，而完全填滿、密封于內(nèi)部空間3，以至完成液冷式發(fā)光二極管。
實(shí)施例2(高功率液冷式發(fā)光二極管的封裝組合例)參閱圖5，說明與本發(fā)明有關(guān)的高功率液冷式發(fā)光二極管的封裝組合例。圖5為與本發(fā)明有關(guān)的高功率液冷式發(fā)光二極的封裝組合圖，其中有三個(gè)分別為透鏡圓頂1，燈座20(器壁與外加的散熱器18經(jīng)一體成型者)，及底座15的零組件，其組合步驟說明如下首先，于底座15上固植晶粒、打線，晶粒11以導(dǎo)電熱膠體(未示于第5圖)固定于底座15，再以金線或鋁線13分別連結(jié)晶粒表面的正、負(fù)電極焊墊與導(dǎo)電支撐架12的頂端，使晶粒經(jīng)由導(dǎo)電支撐架12與外接的電路連接(未示于圖5)，但導(dǎo)電支撐架12與底座15有絕緣裝置25(例如，玻璃金屬封焊)，一般采用玻璃，亦可利用不導(dǎo)電的樹脂；之后，再將燈座20以螺旋鎖入底座15，且緊迫壓實(shí)位于燈座20(器壁與外加的散熱器26經(jīng)一體成型)及底座15間置放的硅膠O形環(huán)19，此時(shí)形成的空間3可以充滿冷卻液，并將透鏡圓頂1蓋上，最后再以固定環(huán)21將透鏡圓頂1與燈座20鎖合，而得高功率液冷式發(fā)光二極管。
實(shí)施例3(基板芯片焊接技術(shù)(COB)形成的單顆液冷式發(fā)光二極管燈源、基板芯片焊接技術(shù)(COB)形成的條狀液冷式發(fā)光二極管燈源模塊、基板芯片焊接技術(shù)(COB)形成的面狀液冷式發(fā)光二極管光源模塊)參閱圖6，說明與本發(fā)明有關(guān)的基板芯片焊接技術(shù)(COB)形成的單顆液冷式發(fā)光二極管燈源的封裝組合例。圖6為單顆液冷式發(fā)光二極管與實(shí)施例2的高功率液冷式發(fā)光二極管相近，僅發(fā)光二極管底座15改為PCB板24，單顆COB液冷式發(fā)光二極管(圖6)可視為高功率液冷式發(fā)光二極管的另一種封裝組合例，用法與傳統(tǒng)表面黏著型組件(SMTdevices)相同，但需將燈體固定裝置64的鎖定螺絲隱埋于PCB板24中，使底部平坦，而且將PCB導(dǎo)電接觸點(diǎn)延伸至底部以因應(yīng)此用途(圖號(hào)比照?qǐng)D5)。
由于使用場(chǎng)合的不同，可將上述的基板芯片焊接技術(shù)(COB)形成的單顆液冷式發(fā)光二極管燈源多數(shù)個(gè)組合形成條狀液冷式發(fā)光二極管燈源模塊及面狀液冷式發(fā)光二極管光源模塊(參閱圖7及圖8)。每一個(gè)發(fā)光二極管皆與單顆COB液冷式發(fā)光二極管(圖6)的結(jié)構(gòu)相同，制作方法亦完全相同。而光源模塊的電路可依照實(shí)際所需設(shè)計(jì)成不同的工作電壓，雖然未于本實(shí)施例詳細(xì)說明，但由熟習(xí)發(fā)光二極管制品設(shè)計(jì)的技術(shù)者均可輕易的規(guī)劃出諸如直流(DC)12V，24V，48V等情況發(fā)光二極管的總顆數(shù)及串、并聯(lián)方式。
權(quán)利要求
1.一種液冷式發(fā)光二極管，由發(fā)光二極管晶粒、晶粒承接座、導(dǎo)電支撐架、金屬導(dǎo)線焊線及底座而成，其特征在于含有由透鏡圓頂與器壁結(jié)合并嵌覆于前述底座上形成可填充冷卻液的空間、前述冷卻液與前述晶粒及前述導(dǎo)電金屬支撐座/架接觸的表面絕緣的封裝裝置結(jié)構(gòu)體及/或外加的散熱器。
2.一種液冷式發(fā)光二極管的封裝方法，包括以下主要的步驟(1)以導(dǎo)電熱膠體固植發(fā)光二極管晶粒于底座中心部位的杯碗形底部，再以金屬導(dǎo)線分別連結(jié)前述發(fā)光二極管晶粒表面的正、負(fù)電極焊墊與導(dǎo)電支撐架的頂端，使前述發(fā)光二極管晶?？山?jīng)由導(dǎo)電支撐架與外接的電路連接，或于已固植晶粒的表面上有金屬焊墊作為晶粒的第二接點(diǎn)，并由此金屬焊墊以前述金屬導(dǎo)線打線連結(jié)至另一導(dǎo)電支撐架的頂端；(2)將前述導(dǎo)電支撐架與底座予以一體成型成支撐座預(yù)成型體，以供作可填充冷卻液的空間；(3)接著，將此已預(yù)成型的透鏡圓頂與器壁結(jié)合，予以成型使形成鏤空且一端開口的容器，并嵌覆于底座上，供形成可填充冷卻液的空間；及(4)將上述(2)的支撐座預(yù)成型體與(3)的透鏡圓頂與器壁成型的鏤空且一端開口的容器于冷卻液中對(duì)準(zhǔn)，使冷卻液充滿且密封在透鏡圓頂與器壁成型的鏤空且一端開口的容器形成的可填充冷卻液的空間，保持透鏡圓頂與器壁結(jié)合的結(jié)合體在下方時(shí)，將前述已固植晶粒且打線的底座沿著由前述透鏡圓頂與器壁結(jié)合的結(jié)合體內(nèi)側(cè)周緣的螺紋旋轉(zhuǎn)螺合，直至緊迫壓實(shí)位于前述器壁與前述底座間置放的硅氧樹脂O形環(huán)后，取出整個(gè)結(jié)合體，或于該結(jié)合體的結(jié)合部份隙縫涂布接著劑予以膠合，使冷卻液不致外泄而成液冷式發(fā)光二極管。
3.一種液冷式鐳射二極管，由面射型鐳射二極管晶粒及/或邊射型鐳射二極管晶粒、晶粒承接座、導(dǎo)電支撐架、金屬導(dǎo)線焊線及底座而成，其特征在于含有由透鏡圓頂與器壁結(jié)合并嵌覆于前述底座上形成可填充冷卻液的空間、前述冷卻液與前述晶粒及前述導(dǎo)電金屬支撐座/架接觸的表面絕緣的封裝裝置結(jié)構(gòu)體及/或外加的散熱器。
4.一種液冷式鐳射二極管的封裝方法，包括以下主要的步驟(1)以導(dǎo)電熱膠體固植面射型鐳射二極管晶粒及/或邊射型鐳射二極管晶粒于底座中心部位的杯碗形底部，再以金屬導(dǎo)線分別連結(jié)前述面射型鐳射二極管晶粒及/或邊射型鐳射二極管晶粒表面的正(或負(fù))電極焊墊與導(dǎo)電支撐架的頂端，使前述面射型鐳射二極管晶粒及/或邊射型鐳射二極管晶?？山?jīng)由導(dǎo)電支撐架與外接的電路連接；(2)將前述導(dǎo)電支撐架與底座予以一體成型成支撐座預(yù)成型體，以供作可填充冷卻液的空間；(3)接著，將此已預(yù)成型的透鏡圓頂與器壁結(jié)合，予以成型使形成鏤空且一端開口的容器，并嵌覆于底座上，供形成可填充冷卻液的空間；及(4)將上述(2)的支撐座預(yù)成型體與(3)的透鏡圓頂與器壁成型的鏤空且一端開口的容器于冷卻液中對(duì)準(zhǔn)，使冷卻液充滿且密封在透鏡圓頂與器壁成型的鏤空且一端開口的容器形成的可填充冷卻液的空間，保持透鏡圓頂與器壁結(jié)合的結(jié)合體在下方時(shí)，將前述已固植晶粒且打線的底座沿著由前述透鏡圓頂與器壁結(jié)合的結(jié)合體內(nèi)側(cè)周緣的螺紋旋轉(zhuǎn)螺合，直至緊迫壓實(shí)位于前述器壁與前述底座間置放的硅氧樹脂O形環(huán)后，取出整個(gè)結(jié)合體，或于該結(jié)合體的結(jié)合部份隙縫涂上接著劑予以膠合，使冷卻液不致外泄而成液冷式發(fā)光二極管。
5.一種液冷式高分子及/或小分子發(fā)光二極管，由高分子及/或小分子發(fā)光二極管晶粒而成的發(fā)光模塊、承接座、發(fā)光模塊的外接導(dǎo)電支架、金手指接點(diǎn)及底座而成，其特征在于含有由透鏡圓頂或平頂與器壁結(jié)合并嵌覆于前述底座上形成每單顆發(fā)光點(diǎn)獨(dú)立匹配冷卻液空間的柵欄式冷卻液的空間或單一冷卻液空間、前述冷卻液與前述晶粒及前述發(fā)光模塊的外接導(dǎo)電支架接觸的表面絕緣的封裝裝置結(jié)構(gòu)體及/或外加的散熱器。
6.一種液冷式高分子及/或小分子發(fā)光二極管的封裝方法，包括以下主要的步驟(1)將高分子及/或小分子發(fā)光二極管晶粒而成的發(fā)光模塊與控制電路板，以插件焊錫或表面黏貼貼合發(fā)光模塊與外接電路；(2)接著，將此已預(yù)成型的透鏡圓頂或平頂與器壁結(jié)合，予以成型使形成鏤空且一端開口的容器，并嵌覆于底座上，供形成可填充冷卻液的空間；及(3)將上述(2)的透鏡圓頂與器壁成型的鏤空且一端開口的容器于冷卻液中對(duì)準(zhǔn)，使冷卻液充滿且密封在透鏡圓頂與器壁成型的鏤空且一端開口的容器形成的可填充冷卻液的空間，保持透鏡圓頂與器壁結(jié)合的結(jié)合體在下方時(shí)，將前述發(fā)光模塊及底座結(jié)合后，取出整個(gè)結(jié)合體，并于該結(jié)合體的結(jié)合部份隙縫涂上接著劑予以膠合，使冷卻液不致外泄而成液冷式高分子及/或小分子發(fā)光二極管模塊。
全文摘要
一種液冷式發(fā)光二極管及其封裝方法，以充填冷卻液取代部分用以包覆熱源的常用發(fā)光二極管晶粒的環(huán)氧樹脂，使發(fā)光二極管在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，由使冷卻液與晶粒直接接觸且吸收由發(fā)光二極管晶粒產(chǎn)生的熱量，再將熱量傳導(dǎo)至發(fā)光體器件外部，直接排放至空氣中，以降低發(fā)光二極管晶粒的溫度，使發(fā)光二極管可達(dá)到高電流驅(qū)動(dòng)而發(fā)揮更高的功率。依據(jù)液冷式發(fā)光二極管封裝裝置的原理，本發(fā)明亦可應(yīng)用于面射型或邊射型鐳射二極管封裝裝置，及高分子或小分子發(fā)光二極管封裝裝置。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1442910SQ0210676
公開日2003年9月17日 申請(qǐng)日期2002年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月6日
發(fā)明者徐繼興 申請(qǐng)人:徐繼興