專利名稱：一種模塊化led及其封裝結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種LED封裝結構，尤其是關于一種將LED結構模塊化以方便拆裝，并同時具有高散熱效率的模塊化LED及其封裝結構。
背景技術：
LED光源由于具有體積小、耗電量低、使用壽命長等特性，在可預見的未來，將可以取代目前燈泡或日光燈源等照明設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，勢必要提高發(fā)光功率或增加LED設置的數(shù)目或密度，但如此設置將大幅增加LED光源的產熱量，若這些熱量無法盡快導出，將嚴重影響LED的發(fā)光亮度，同時加速LED的劣化狀況而縮短使用壽命。
參見圖1，該圖是現(xiàn)有LED封裝結構的示意圖。圖中，LED 10是直接裝設于一印刷電路板20上，其并設有一個第一電極11與一個第二電極12，而分別通過一傳導線24與印刷電路板20上所設打線墊23電性連接。由于印刷電路板20導熱效果并不佳，因此現(xiàn)有技術中在印刷電路板20上LED 10封裝處開設一穿孔21，并在穿孔21中裝填以高導熱介質22，使由LED 10所產生的熱量可以通過高導熱介質22的傳導，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能夠開設的口徑有限，使得高導熱介質22與LED 10相接觸的面積亦受到限制，因而無法有效提升其導熱效率。此外，高導熱介質22因是后來加以填充或黏著接觸，其導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黏著固定于封裝基板上，因此當該LED發(fā)生故障時，無法輕易將其取下更換，因而有時必須更換整個基板的LED光源，使其在維修、使用成本上相當高，而當其利用于一般家庭照明用的光源時，對于使用者而言，也相當不經濟而且不便于維修。
發(fā)明內容
為改善現(xiàn)有LED封裝結構散熱不佳的缺點，同時使發(fā)生故障的LED能夠單獨更換，本實用新型將提供一種將LED模塊化的模塊化LED結構，使該LED晶粒在接設封裝時更為方便，而且在必須進行更換時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光源設備的維修成本大幅降低。另一方面，通過本實用新型模塊化LED配合導熱基板的封裝結構，更可使LED晶粒所產生的高熱，迅速透過低熱阻抗的共晶層(eutecticlayer)，由導熱柱傳導至導熱基板上，而大幅提升LED的散熱效率，同時延長其使用壽命并長久維持其應有的亮度。
本實用新型的模塊化LED結構，包括一LED晶粒；一導熱柱，該導熱柱的上表面是一接合部；以及一連接層，該連接層將該LED晶粒與該導熱柱相連接而構成一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晶粒與該導熱柱相連接的任何材料。該導熱柱的接合部面積至少等于該LED晶粒底部的面積，而其一側接部上則可設有一螺紋。該導熱柱同時可通過其一底部內凹的鏤空，而增加與空氣接觸的面積，從而提升散熱效率，鏤空的結構可內凹形成一柱體空間，但并不以此為限。此外，該導熱柱是由鋁或銅金屬制成，但并不僅限于此，任何具有較高導熱系數(shù)的材料都可以。
另一方面，本實用新型的模塊化LED封裝結構，包括一導熱基板，該導熱基板在預定封裝處設置有一穿孔；以及一如前述的LED模塊，該LED模塊借助其所設該導熱柱插設并緊貼于該導熱基板所設該穿孔中，使該LED模塊所產生的熱量可直接傳導至該導熱基板進行散熱，并可以單獨對LED模塊進行替換。其中，該導熱基板可為鋁板、銅板或其他較高導熱系數(shù)的基板，在此并未作特別的限制。
以下將配合附圖進一步說明本實用新型的實施方式，下述所列舉的實施例是用來闡明本實用新型，并不是用來限定本實用新型的范圍，任何熟悉本技術領域的技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內，都可以做出一些變化或者潤飾，因此本實用新型的保護范圍應當以權利要求的保護范圍為準。
圖1是現(xiàn)有技術的示意圖；圖2是本實用新型實施例LED模塊的示意圖；圖3是本實用新型實施例LED模塊的接合示意圖；圖4是本實用新型實施例另一LED模塊接合的示意圖；圖5是本實用新型實施例模塊化LED封裝結構的示意圖；圖6是本實用新型模塊化LED封裝結構第二實施例的示意圖；圖7是本實用新型LED模塊第二實施例的示意圖；圖8是本實用新型LED模塊第三實施例的示意圖；圖9是本實用新型LED模塊第四實施例的示意圖。
具體實施方式
參見圖2，該圖是本實用新型實施例LED模塊的示意圖。本實用新型的模塊化LED結構，包括一LED晶粒31、一共晶層32與一導熱柱33。共晶層32形成于LED晶粒31與導熱柱33之間，是將前述二者相連接以組構成一LED模塊30的連接層。
請繼續(xù)參見圖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，電極設置方式在此僅作為示范，并不是僅限于上述的方式。
導熱柱33，呈柱狀結構，包括一接合部331、一底部332與一側接部333。導熱柱33通過其接合部331與LED晶粒31共晶接合，導熱柱33外徑或接合部331面積的大小并無特別的限制，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(請參見圖8)為較佳，才能將LED晶粒31的產熱以最大面積傳導，從而增加其導熱效率。側接部333在本實施例中設有螺紋334，其也可以是光滑平面，或其他可以插設于穿孔41(請參見圖5)的構造形狀。導熱柱33可由高導熱系數(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熱系數(shù)的材料皆可。此外，導熱柱33同時可由其底部332內凹有一鏤空34(請參見圖7)，以此來增加與空氣接觸的面積，而提升散熱效率，鏤空34的結構可內凹形成一柱體空間，但并不以此為限。
請同時參見圖3，4，是本實用新型實施例LED模塊的接合示意圖。LED晶粒31與導熱柱33接合前，可在導熱柱33接合部331表面鍍上一層鍍金層321，而后再與LED晶粒31在適當溫度下進行共晶接合，形成一LED模塊30。其也可以準備一與接合部331或LED晶粒31底部面積相仿的金片322，夾設于LED晶粒31與接合部331后進行共晶接合，共晶接合后即可形成LED模塊30中所謂的共晶層32(請參見圖2)。
LED晶粒31與導熱柱33的接合方式，除前述的共晶結合方式外，亦可以通過具有高導熱系數(shù)的黏膠進行接合。也就是說，前述的共晶層32亦可由黏著層35所取代(請先參見圖9)。黏著層35可為銅膠、銀膠或焊錫，或為前述材料的任何混合，但并不僅限于此。無論是以共晶結合方式或黏膠黏著方式進行接合，該連接層皆是以較高導熱系數(shù)者為較佳。
請參見圖5，6，是本實用新型實施例模塊化LED封裝結構的示意圖。本實用新型實施例中利用于LED模塊30封裝的基板，并非一般現(xiàn)有的印刷電路基板，而是一具較高導熱系數(shù)的導熱基板40，其可為高導熱系數(shù)的鋁板、銅板或氮化鋁(320W/m×K)板，但并不以此為限，其中以導熱系數(shù)于室溫下可達100W/m×K)以上者為較佳。
導熱基板40設置時，是在每一LED模塊30預定裝設處設置有一穿孔41。穿孔41所開設的尺寸規(guī)格是依照LED模塊30中的導熱柱33的構形相配合設置，使將來LED模塊30插設后，其導熱柱33側接部333能與穿孔41有最佳的結合緊密度。在本實施例中，為配合設有螺紋334的導熱柱33構形，穿孔41亦設有與該螺紋334相對應的螺紋42，使LED模塊30能利用螺接的方式鎖螺緊密結合于穿孔41中。如果將來該LED晶粒31有所損壞，則可單獨將LED模塊30直接旋出而加以更換，而無須連同整個基板一同置換，不但可增加LED光源維修的方便性，也可以同時降低設備維修與使用的成本。另一方面，由于導熱柱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所產生的熱量可迅速經由共晶層32傳導至導熱柱33，再由導熱柱33傳導至緊密接合的導熱基板40上，故在整體導熱效率上也得到大幅有效地提升。
導熱柱33除前述利用傳導方式進行散熱外，其亦可同時通過與空氣的接觸，利用輻射或對流的方式進行散熱。此時，可如前述于導熱柱33底部332處內凹形成鏤空34，其也可以增加導熱柱33的長度，突出于所接設的導熱基板40外，則外露與空氣接觸部分，亦得同時進行散熱，而能進一步提升整體的散熱速率。除增加導熱柱33的長度外，亦可使導熱柱33短于導熱基板40的厚度，導熱柱33雖減少其散熱面積，但與導熱柱33相接觸的導熱基板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。前述導熱柱33的長度并未設有特別的限制，可依導熱柱33、導熱基板40材料的導熱系數(shù)，以及導熱柱33的截面積或導熱基板40的厚度配合調整，使有最佳的散熱效果。
此外，如果導熱基板40具導電性，則需在該導熱基板40表面預定區(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，以傳導線45結合至打線墊44上，以完成電性連接，但導熱基板40上與LED晶粒31電性連接的設置方式并不僅限于前述。
權利要求1.一種模塊化LED結構，其特征在于包括一LED晶粒；一導熱柱，該導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晶粒與該導熱柱相連接而組構成一LED模塊。
2.如權利要求1所述的模塊化LED結構，其特征在于，所述連接層是一共晶層。
3.如權利要求1所述的模塊化LED結構，其特征在于，所述連接層是一黏著層。
4.如權利要求3所述的模塊化LED結構，其特征在于，所述黏著層是一銀膠層。
5.如權利要求1所述的模塊化LED結構，其特征在于，所述導熱柱在其側表面上進一步設有螺紋。
6.如權利要求1所述的模塊化LED結構，其特征在于，所述導熱柱的接合部面積至少等于所述LED晶粒底部的面積。
7.如權利要求1、2或3所述的模塊化LED結構，其特征在于，所述導熱柱由鋁金屬制成。
8.一種模塊化LED封裝結構，其特征在于包括一導熱基板，該導熱基板于預定封裝處設置有一穿孔；以及一如權利要求1所述的LED模塊，該LED模塊通過其所設的導熱柱插入并緊貼在該導熱基板所設的所述穿孔中。
9.如權利要求8所述的模塊化LED封裝結構，其特征在于，所述穿孔內設有螺紋，而所述導熱柱的側表面亦設有相對應的螺紋，通過螺紋使所述導熱柱螺接插設在所述穿孔中。
10.如權利要求8所述的模塊化LED封裝結構，其特征在于，所述導熱基板是一鋁板。
專利摘要本實用新型公開了一種將LED結構模塊化以方便拆裝，并同時具有高散熱效率的模塊化LED及其封裝結構。本實用新型的模塊化LED封裝結構，包括一導熱基板，該導熱基板在預定封裝處設置有一穿孔；以及一LED模塊，該LED模塊包括一LED晶粒與一導熱柱，該LED晶粒與該導熱柱間通過一連接層相連接，該LED模塊通過將其所設的導熱柱插入并緊貼在該導熱基板所設的穿孔中，從而使該LED模塊所產生的熱量可直接傳導至該導熱基板進行散熱，并可以單獨對LED模塊進行替換。
文檔編號H01L23/34GK2879426SQ20062000416
公開日2007年3月14日 申請日期2006年3月3日 優(yōu)先權日2006年3月3日
發(fā)明者董經文 申請人:廣鎵光電股份有限公司