專利名稱：高散熱絕緣之發(fā)光二極管封裝材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高散熱絕緣之發(fā)光二極管的封裝材料，為一種金剛石的絕緣散熱體結(jié)構(gòu)，此絕緣散熱封裝結(jié)構(gòu)可提高發(fā)光二極管大功率的使用條件。屬于國際專利分類H01L23/36技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
LED由于其工作壽命長，省電節(jié)能，工作電壓低，所以是一種非常好的光源。但是傳統(tǒng)的LED存在功率小、亮度低的缺點，難以勝任某些應(yīng)用場合。因此，選用大功率LED器件就成為必然的選擇，但是這種大功率LED器件與一般的功率器件一樣，需要解決散熱問題。由經(jīng)LED廣泛的經(jīng)驗值推導(dǎo)，較知名的是Arhenias公式可用于預(yù)測LED的壽命。
該公式D＝tekTD＝劣化程度t＝時間因素e＝自然基本對數(shù)k＝反應(yīng)常數(shù)T＝絕對溫度(K)因此LED在溫度升高時，明顯降低使用壽命及發(fā)光量。
研究LED的散熱問題，明顯的最大因素在于，發(fā)光芯片的熱量在排放時，熱量堵塞堆積在絕緣層部位，因此本案目的主要在于解決絕緣層的導(dǎo)熱問題?，F(xiàn)有技術(shù)中的解決方法是以金屬粉末加金剛石粉末及樹脂等成型為散熱體來封裝芯片，該封裝材料添加金屬粉末容易發(fā)生電泄漏、短路而損壞芯片。目前的芯片封裝大多以環(huán)氧樹脂為封裝材料，因高分子導(dǎo)熱不良大幅度影響芯片工作能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于克服以往技術(shù)的不足，提供一種含金剛石的高散熱絕緣之發(fā)光二極管的封裝材料，具有絕緣與高散熱之功能。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下。
采用一種高散熱絕緣之發(fā)光二極管的封裝材料，為一種金剛石絕緣散熱體。該散熱體中金剛石部分的比例為75％-100％。此導(dǎo)熱材料應(yīng)用于芯片的封裝，可解決大功率芯片的散熱問題。
對于金剛石成分比例為75％至95％之發(fā)光二極管封裝的散熱體材料，所述散熱體是由金剛石粉末和高分子結(jié)合劑混合填充聚合而成，其粒徑分布系依據(jù)理論上的最佳集配比例形成較高的金剛石比例封裝材料。
對于金剛石成分比例為100％之發(fā)光二極管封裝的散熱體材料，所述散熱體為金剛石膜，該金剛石膜是依化學(xué)氣相沉積的方式形成的高純度、良好結(jié)晶之連續(xù)膜的散熱體。
所述的化學(xué)氣相沉積CVD方式，是將金剛石膜成長于陰極板材上，經(jīng)切割后封裝而成。
所述的含金剛石粉末的散熱體，應(yīng)用于發(fā)光二極管的絕緣導(dǎo)熱部件。
該大功率型發(fā)光二極管包括發(fā)光芯片及絕緣散熱封裝體等。發(fā)光芯片發(fā)出的熱量可由金剛石或金剛石復(fù)合材料封裝散熱層接引排出，或由芯片陰極導(dǎo)熱承載體，連接絕緣之金剛石或金剛石復(fù)合材料散熱層連接外部之散熱器接引排出。如此形成一散熱效率高及具有簡易封裝結(jié)構(gòu)的大功率型發(fā)光二極管。


圖1是本導(dǎo)熱絕緣封裝體之結(jié)構(gòu)圖；圖2是本導(dǎo)熱絕緣封裝體使用于雙引腳式發(fā)光二極管的剖面圖；圖3是本導(dǎo)熱絕緣封裝體使用于粘貼式發(fā)光二極管的剖面圖；圖4是CVD金剛石熱絕緣封裝體使用于粘貼式發(fā)光二極管的剖面圖。
圖中11-金剛石顆粒，12-高分子結(jié)合劑，21-金剛石絕緣導(dǎo)熱封裝材料，22-環(huán)氧樹脂封裝光學(xué)透鏡，23-發(fā)光芯片，24-陰極引腳，25-陽極引腳，26-陽極引線，27-金屬散熱片，31-金剛石絕緣導(dǎo)熱封裝材料，32-環(huán)氧樹脂封裝光學(xué)透鏡，33-發(fā)光芯片，34-陰極引腳，35-陽極引腳，36-陽極引線，37-金屬散熱片，41-CVD金剛石絕緣導(dǎo)熱封裝材料，42-環(huán)氧樹脂封裝光學(xué)透鏡，43-發(fā)光芯片，44-陰極引腳，45-陽極引腳，46-陽極引線，47-金屬散熱片(1)，48-金屬散熱片(2)。
具體實施例方式
為了可達(dá)到提高熱轉(zhuǎn)導(dǎo)系數(shù)的目的，本發(fā)明所運(yùn)用的技術(shù)手段是在于提供一種含金剛石最佳集配比率的金剛石粉末的復(fù)合材料，其金剛石粉末與非金剛石部分比例7∶3至87∶13。由于本材料具高絕緣性，可防止電泄漏及短路，保護(hù)發(fā)光芯片。所述的含金剛石粉末的散熱體，其非金剛石的部分為高分子材料。所述的含鉆石粉末的散熱體，其用于發(fā)光二極管的導(dǎo)熱絕緣封裝。因此本發(fā)明內(nèi)容可應(yīng)用于接點貼合式發(fā)光二極管及雙引線式發(fā)光二極管，底部與陰極部分導(dǎo)熱絕緣封裝。
隨著發(fā)光二極管發(fā)光效率的逐步提高，將發(fā)光二極管應(yīng)用在照明的可能性也越來越大，但是很明顯地，發(fā)光二極管其驅(qū)動電源均偏低，目前主要的解決方法為幾個高亮度發(fā)光二極管制造商所使用的方法，即是使用所謂的大晶粒制程，例如將使用傳統(tǒng)晶粒的大小(0.3mm2)，提高晶粒制程為更大的尺寸(0.6mm2～1mm2)，并使用高驅(qū)動電流來驅(qū)動這樣的發(fā)光組件(一般為150～350mA，目前更可高至500mA以上)。但因為發(fā)光二極管需使用高透明效果的環(huán)氧樹脂材料包覆，然而目前的環(huán)氧樹脂幾乎都是不導(dǎo)熱材料，因此對于目前的發(fā)光二極管封裝技術(shù)而言，其主要的散熱只能利用其發(fā)光二極管晶粒下方的金屬腳座以散發(fā)熱量。
因為必須在極小的發(fā)光二極管封裝中處理極高的熱量，若組件無法散去這些高熱，除了各種封裝材料會因為彼此間膨脹系數(shù)的不同而有產(chǎn)品可靠度的問題，晶粒的發(fā)光效率更會隨著溫度的上升而有明顯地下降，并造成其受明顯地縮短壽命。
綜上所述，本發(fā)明將含金剛石的散熱體21，依集配原理的將金剛石11粉末比率的散熱效果，以本發(fā)明的含金剛石粉末的散熱體作下部散熱封裝發(fā)光二極管芯片23(LED)，可解決目前高功率LED所遇到的散熱瓶頸，大幅提高其發(fā)光效率。本發(fā)明在實施時，參看圖2，可將次散熱材料21封置發(fā)光芯片23之下部，這樣就會達(dá)到高散熱的封裝實體。
參見圖1——本導(dǎo)熱絕緣封裝體之結(jié)構(gòu)圖，將含金剛石的散熱體21，依集配原理將金剛石11粉末比率的散熱效果，以本發(fā)明的含金剛石散熱體對發(fā)光二極管芯片23，33，43(LED)作下部散熱封裝，可解決目前高功率LED所遇到的散熱瓶頸，大幅提高其發(fā)光效率。
本發(fā)明在實施時，參看圖2，3，4所示的高散熱的封裝實體。
圖2是本導(dǎo)熱絕緣封裝體使用于雙引腳式發(fā)光二極管的剖面圖。隨著發(fā)光二極管發(fā)光效率的逐步提高，本絕緣導(dǎo)熱封裝材料制作解決大功率發(fā)光二極管發(fā)光導(dǎo)熱的問題，如圖2所示，在陰極27上設(shè)有發(fā)光芯片23，發(fā)光芯片23連接陽極引線26，陽極引線26再外接陽極接腳25；陰極27外接陰極接腳24。陰極27下接高導(dǎo)熱絕緣層21，高導(dǎo)熱絕緣層21依高密度集配原理，將金剛石11粉末及樹脂12等成型為散熱體來封裝發(fā)光芯片，發(fā)光芯片23由陽極引線26外接陽極，發(fā)光芯片上部以環(huán)氧樹脂封裝22。本發(fā)明的金剛石散熱體作下部散熱封裝發(fā)光二極管芯片，可解決目前高功率LED所遇到的散熱瓶頸，大幅提高其發(fā)光效率。
圖3是本導(dǎo)熱絕緣封裝體使用于粘貼式發(fā)光二極管的剖面圖。如圖3所示，在陰極37上設(shè)有發(fā)光芯片33，發(fā)光芯片33連接陽極引線36，陽極引線36再外接陽極接腳35；陰極37外接陰極接腳34。陰極37下接高導(dǎo)熱絕緣層31，高導(dǎo)熱絕緣層31依高密度集配原理，將金剛石31粉末及樹脂32等成型為散熱體來封裝發(fā)光芯片，發(fā)光芯片33由陽極引線36外接陽極，發(fā)光芯片上部以環(huán)氧樹脂封裝32。本發(fā)明的的金剛石的散熱體作下部散熱封裝發(fā)光二極管芯片。
圖4是CVD金剛石熱絕緣封裝體使用于粘貼式發(fā)光二極管的剖面圖。如圖4所示，在陰極47上設(shè)有發(fā)光芯片43，發(fā)光芯片43連接陽極引線46，陽極引線46再外接陽極接腳45；陰極47外接陰極接腳44。陰極47下接高導(dǎo)熱絕緣層41，高導(dǎo)熱絕緣層41依高密度集配原理，將金剛石膜41及金屬襯底48等為散熱體來封裝發(fā)光芯片，發(fā)光芯片43由陽極引線46外接陽極，發(fā)光芯片上部以環(huán)氧樹脂封裝42。本案的金剛石的散熱體作下部散熱封裝發(fā)光二極管芯片。
權(quán)利要求
1.一種高散熱絕緣之發(fā)光二極管封裝材料，其特征在于為一種金剛石絕緣散熱體，該散熱體中金剛石部分的比例為75％-100％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高散熱絕緣之發(fā)光二極管封裝材料，其特征在于對于金剛石成分比例為75％至95％之發(fā)光二極管封裝的散熱體材料，所述散熱體是由金剛石粉末和高分子結(jié)合劑混合填充聚合而成，其粒徑分布系依據(jù)理論上的最佳集配比例形成較高的金剛石比例封裝材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高散熱絕緣之發(fā)光二極管封裝材料，其特征在于對于金剛石成分比例為100％之發(fā)光二極管封裝的散熱體材料，該散熱體為金剛石膜，該金剛石膜是依化學(xué)氣相沉積的方式形成的高純度、良好結(jié)晶之連續(xù)膜的散熱體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高散熱絕緣之發(fā)光二極管封裝材料，其特征在于所述的含金剛石粉末的散熱體，其非金剛石的部分為高分子有機(jī)物或高熱導(dǎo)率之高分子材料的結(jié)合劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1及要求3所述的高散熱絕緣之發(fā)光二極管封裝材料，其特征在于所述的化學(xué)氣相沉積CVD方式，是將金剛石膜成長于陰極板材上，經(jīng)切割后封裝而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高散熱絕緣之發(fā)光二極管封裝材料，其特征在于所述的含金剛石粉末的散熱體，應(yīng)用于發(fā)光二極管的絕緣導(dǎo)熱部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高散熱絕緣之發(fā)光二極管封裝材料，為一種金剛石的絕緣散熱體結(jié)構(gòu)，此絕緣散熱封裝結(jié)構(gòu)可提高發(fā)光二極管大功率的使用條件。該大功率型發(fā)光二極管包括發(fā)光芯片及絕緣散熱封裝體等。發(fā)光芯片的發(fā)熱可由金剛石或金剛石復(fù)合材料封裝散熱層接引排出；或由芯片陰極導(dǎo)熱承載體連接絕緣的金剛石或金剛石復(fù)合材料散熱層，再連接外部散熱器接引而排出。如此，形成一散熱效率高并具有簡易封裝結(jié)構(gòu)的大功率型發(fā)光二極管。
文檔編號H01L33/00GK1773697SQ200510112670
公開日2006年5月17日 申請日期2005年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月14日
發(fā)明者陳鴻文 申請人:陳鴻文