專利名稱：高導熱基板及l(fā)ed器件及l(fā)ed組件的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種LED封裝技術領域，尤其涉及一種高導熱基板及LED器件及 LED細件。
背景技術：
LED作為一種新型光源，由于具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、啟動速度快、能控制發(fā)光光譜和禁止帶幅的大小使彩度更高等傳統(tǒng)光源無可比擬的優(yōu)勢而得到了空前發(fā)展。近年來， 伴隨著LED電流強度和發(fā)光量的增加，LED芯片的發(fā)熱量也隨之上升。對于高功率LED而言，輸入能源的80%都以熱的形式消耗掉；如果這些熱量不及時排出外界，就會導致芯片溫度過高，LED的壽命和光輸出都會大打折扣。早期的LED器件，采用符合FR4等級的PCB 板作為封裝基板，基板主體采用有機環(huán)氧樹脂制成，基板熱傳導率約為0. 36W/mK，其散熱性能遠達不到功率LED的散熱要求，另外，由于熱膨脹系數(shù)差異很大，當溫度變化很大時很容易導致熱歪斜等可靠性問題。為此，人們提出了使用導熱系數(shù)相對較高的陶瓷作為封裝基板。如圖1所示，此為一種LED封裝用陶瓷散熱基板，其包括陶瓷基板主體1，設置在陶瓷基板主體1上的電極 2和散熱孔3，散熱孔3內(nèi)填充有散熱材料。目前，一些大的LED封裝企業(yè)，如CREE公司、 Lumileds公司等都采用陶瓷基板進行功率LED封裝。然而，陶瓷基板存在制作工藝復雜、制造成本相對較高的問題，這大大制約了功率LED的推廣應用；此外，陶瓷基板還存在這樣的問題材質(zhì)相對較脆，不利于應用在一些處于震動狀態(tài)的物體上，如汽車等，且陶瓷基板價格較昂貴，進一步限制了功率LED的應用范圍?；谏鲜鰡栴}，有研究人員開發(fā)出一種基于金屬的高導熱基板，即MCPCB。MCPCB 是指金屬基印刷電路板，即是將原有的印刷電路板附貼在另外一種熱傳導效果更好的金屬上，可改善電路板層面的散熱。不過，由于介電層的特性限制，其抗擊穿能力非常有限，而且 MCPCB在電路系統(tǒng)運作時不能超過140°C ；此外，在制造過程中也不得超過250°C 300°C。 MCPCB雖然比FR4PCB散熱效果佳，但MCPCB的介電層卻沒有太好的熱傳導率，僅l_3W/m. K， 成為散熱塊與金屬核心板間的傳導瓶頸。因此，又有人在此基礎上提出改進。如圖2所示， 一種帶有散熱板的發(fā)光二極管裝置，其散熱板包括由金屬制成的基板主體1，設置在基主體板1上的絕緣材料4和位于絕緣材料4上的導電層5。該結構與普通MCPCB的區(qū)別在于基板上具有貫穿導電層和絕緣層至金屬基板的凹槽，芯片置于凹槽內(nèi)與金屬基板直接接觸，消除了介電層導熱性能不良帶來的負面影響。盡管如此，該改進型MCPCB存在以下不足第一、整個基板以金屬為主，成本很難降下來；第二、MCPCB抗電擊穿能力弱的缺點也沒有得到解決；第三、由于MCPCB整個基板采用金屬材料制成，很難實現(xiàn)LED的表面貼裝型封裝結構；第四、在金屬上銑一個凹槽且要保證足夠的平整性，制造工藝難度很大；第五、為控制制造成本，市場上現(xiàn)有的MCPCB都采用鋁基，鋁基線路板與散熱器之間采用導熱硅膠粘結，通常導熱硅膠的散熱系數(shù)只有IW/(mK)至3W/(mK)，散熱效果更不理想。最早出現(xiàn)的基于PCB的高導熱基板只是直接在基板上開孔，并在孔內(nèi)填充熱沉，形成散熱通道。后來，考慮到熱沉與散熱器接觸面積太小，通常會在PCB基板的下表面壓合一層銅箔，提高散熱效率。如圖3、圖4所示的一種基于PCB基板的高導熱基板結構，其包括 FR4PCB基板主體1，設置在基板主體1上的電極2，嵌在基板主體1上的熱沉6和壓合在基板底部的金屬箔-散熱片7。這種在線路板上開孔形成散熱通道的方式可有效提高PCB基板的散熱性能，但存在的一個問題是在熱沉與散熱片之間往往受工藝影響而存在縫隙，工藝要求較高，制造成本大。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的目的是提供一種高導熱基板，提高熱沉與散熱片連接的緊密性?；诖耍緦嵱眯滦瓦€提供一種利用此高導熱基板制成的LED器件及LED組件。為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是一種高導熱基板，包括基板主體、在基板主體上設置的電極以及貫通所述基板主體的熱沉、設置在熱沉旁的散熱片，在熱沉及散熱片之間還設有一導熱的連接層。優(yōu)選地，所述基板主體上設置通孔，形成熱沉孔，所述熱沉設置在所述熱沉孔中。優(yōu)選地，所述散熱片設置在基板主體的底部，并與熱沉隔開設置，所述連接層填充在散熱片與熱沉之間的空隙中。優(yōu)選地，所述熱沉的底面低于散熱片底面，形成一凹槽，所述連接層填充在凹槽內(nèi)并滲透至熱沉與散熱片之間的空隙中。優(yōu)選地，所述熱沉的上表面設有一高反射材料層。優(yōu)選地，在所述熱沉孔的內(nèi)壁上還設有金屬層。優(yōu)選地，基板主體可為耐燃性積層板材4級(flame resistant laminates Grade-4，簡稱“FR4，，)基板、雙馬來酰亞胺三嗪樹脂(bismaleimide triazine resin，簡稱 “BT料”)基板、復合環(huán)氧(composit epoxy material，簡稱“CEM”)基板或陶瓷基板中的一種或多種的混合。本實用新型的一種LED器件，包括高導熱基板、設置在所述高導熱基板上的LED芯片、連接LED芯片與高導熱基板的金線以及覆蓋所述LED芯片及金線的封裝膠體，所述高導熱基板包括基板主體、在基板主體上設置的電極以及貫通所述基板主體的熱沉、設置在熱沉旁的散熱片，在熱沉及散熱片之間還設有一導熱的連接層。本實用新型的一種LED組件，包括高導熱基板、設置在所述高導熱基板上的電子元件、設置在所述高導熱基板上的LED燈，所述高導熱基板包括基板主體、在基板主體上設置的電極以及貫通所述基板主體的熱沉、設置在熱沉旁的散熱片，在熱沉及散熱片之間還設有一導熱的連接層。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的高導熱基板具有以下優(yōu)點第一、通過在基板主體底部設置散熱片，在基板主體上設置熱沉形成散熱通道，使得熱量的垂直散發(fā)速度快；第二、熱沉和散熱片之間設置一導熱的連接層，使得熱沉和散熱片之間實現(xiàn)無縫連接，致密性好、熱阻值低，保證了熱量的水平散發(fā)速度；第三、在基板期望提高散熱的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)定向高導熱的設計，這是其它普通線路板無法實現(xiàn)的。

[0018]圖1為現(xiàn)有陶瓷基板的結構示意圖；圖2為現(xiàn)有金屬基板的結構示意圖；圖3為現(xiàn)有壓合板的結構示意圖；圖4為圖3中的A處放大圖；圖5為本實用新型提供的一種高導熱基板實施例一的剖視圖；圖6是圖5中的B處放大圖；圖7為本實用新型提供的一種高導熱基板實施例二的剖視圖；圖8為本實用新型提供的一種高導熱基板實施例二的仰視圖；圖9為本實用新型提供的一種高導熱基板實施例三的剖視圖；圖10為圖9中的C處放大圖；圖11為本實用新型提供的一種高導熱基板實施例三的仰視圖；圖12為本實用新型提供的一種高導熱基板實施例四的剖視圖；圖13為本實用新型提供的一種高導熱基板實施例四的俯視圖；圖14為圖12中的D處放大圖；圖15為本實用新型提供的一種基于高導熱基板的LED器件實施例的剖視圖；圖16為圖15中的E處放大圖；圖17為本實用新型提供的一種基于高導熱基板的LED組件實施例的剖視圖。
具體實施方式
為了使本領域的技術人員更好地理解本實用新型的技術方案，
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。高導熱基板實施例一如圖5、圖6所示，本實施例提供的一種高導熱LED基板，包括基板主體1、設置在基板主體1兩側的通孔，形成電極孔，所述電極孔中設有電極2、貫通所述基板主體的熱沉孔3、設置在熱沉孔3內(nèi)的熱沉6，附在基板主體1下表面并環(huán)繞在熱沉孔3周圍的散熱片 7以及填充在熱沉6與散熱片7之間的連接層8。其中，基板主體1可為耐燃性積層板材4級(flame resistant laminates Grade-4，簡稱“FR4，，)基板、雙馬來酰亞胺三嗪樹脂(bismaleimide triazine resin，簡稱 “BT料”)基板、復合環(huán)氧(composit epoxy material，簡稱“CEM”)基板或陶瓷基板中的一種或多種的混合，優(yōu)選FR4PCB基板；其中，散熱片7為金屬散熱片，與基板主體的下表面壓合，散熱片7的材質(zhì)優(yōu)選為銅箔。散熱片7還可以通過電鍍的方式成型在基板主體1的下表面，不限于本實施例。其中，電極2包括設置在基板主體1上表面的電引線連接部，設置在基板主體1下表面的電極焊墊以及填充在電極孔21內(nèi)連接電引線連接部和電極焊墊的導電材料。在其他實施方式中，也可以不設置電極通孔，而由設置在基板側表面的導電層實現(xiàn)電引線連接部和電極焊墊之間的電連結，不限于本實施例。其中，熱沉6由金屬制成；熱沉的形狀可為臺狀、柱狀或臺階狀，熱沉優(yōu)選為圓柱狀銅質(zhì)熱沉。熱沉6與基板主體1的結合面設置有滾花結構，不限于本實施例。本實施例中，熱沉6與基板主體1之間采用擠壓膨脹的方式實現(xiàn)過盈配合。受機械加工工藝限制，熱沉6和散熱片7之間總存在縫隙，為保證熱沉和散熱片間連接的致密性， 本實施例中，在縫隙內(nèi)設置連接層，該連接層由高導熱的銅油或銀油燒結形成，銅油或銀油的主要成分包括銅顆粒和固化劑，或者銀顆粒和固化劑。在其他實施方式中，連接層8也可以是電鍍一層金屬銅或銀。此外，為提高熱沉上表面的光潔度，在其他實施例中，熱沉上表面還鍍有一層高反射材料，不限于本實施例。本實施例提供的高導熱LED基板，以FR4作為PCB基板主材，加工制造成本低。為保證基板的散熱效率，通過在基板主體底部設置銅箔作為散熱片，在基板主體和銅箔上開設通孔，通孔內(nèi)填充銅柱的方式形成散熱通道，使得熱量的垂直散發(fā)速度快；同時，銅質(zhì)熱沉和底部銅箔之間的縫隙采用燒結銅油的方式填充，使得熱沉和銅箔之間實現(xiàn)無縫連接， 致密性好、熱阻值低，保證了熱量的水平散發(fā)速度。另外，PCB板的介電電壓一般在40KV以上，與傳統(tǒng)鋁基板相比，介電性能更加優(yōu)越，可靠性好。高導熱基板實施例二如圖7 圖8所示，本實施例的高導熱LED基板，包括基板主體1，設置在基板主體 1兩側的通孔，形成電極孔，該電極孔中設有電極2，基板主體1上還設有貫通基板主體1的熱沉孔3，熱沉孔3內(nèi)埋有熱沉6，基板主體1的下表面上熱沉孔3周圍附有散熱片7，一連接層8填充在熱沉6與散熱片7之間的空隙內(nèi)。其中，基板主體1為雙面覆銅PCB板。電極孔周圍有腐蝕形成的表面電路，電極孔內(nèi)填充有導電材料，該表面電路和導電材料組合形成正負電極2。熱沉孔3周圍有腐蝕形成的散熱片7，散熱片7環(huán)繞在熱沉孔3周圍并與熱沉孔3之間存在一定的距離隔開設置，如圖7所示。熱沉孔3為通孔，熱沉為圓柱形熱沉。熱沉的裝配方式為熱沉孔與熱沉過盈配合，熱沉底部露在PCB板外面，熱沉底部與散熱片之間圍成一縫隙，所述縫隙內(nèi)填充連接層 8。本實施例的高導熱LED基板結構與實施例一的結構基本一致，其區(qū)別在于一、基板主體采用雙面覆銅板，通過機械加工、化學腐蝕，形成電極和散熱片，勿需在基板主體底部重新壓合散熱片，加工制造相對簡單。二、散熱片和熱沉孔壁間存在一定的距離，人為擴大了熱沉和散熱片間的間隙；這種間隙結構設計，有利于在縫隙內(nèi)加工連接層8，保證熱沉和散熱片間的致密連接。高導熱基板實施例三如圖9 圖11所示，本實施例的高導熱LED基板，包括基板主體1，設置在基板主體1兩側的通孔，形成電極孔，該電極孔中設有電極2，在基板主體上還設有貫通所述基板主體的熱沉孔3，在熱沉孔3內(nèi)壁電鍍有金屬層31，在熱沉孔3內(nèi)埋有熱沉6，在基板主體下表面設有散熱片7，該換熱片環(huán)繞熱沉孔3周圍設置，設置在熱沉6與散熱片7之間設有連接層8。本實施例提供的一種高導熱LED基板結構，與實施例一基本一致，其區(qū)別在于一、所述熱沉孔孔壁上設置有金屬層31，金屬層材質(zhì)優(yōu)選為銅，設置金屬層的方法優(yōu)選為電鍍。金屬層31的設置可有效防止熱沉過盈時造成基板變形，有利于提高基板的可靠性。在其他實施方式中，金屬層也可以通過沉積的方式形成在熱沉孔內(nèi)壁上，不限于本實
6施例。二、埋在熱沉孔內(nèi)的熱沉6的底面低于散熱片底面設置，形成一凹槽，連接層8填充在凹槽內(nèi)并滲透至熱沉與金屬層之間的空隙中，如圖9所示。高導熱基板實施例四如圖12 圖14所示，本實施例提供的一種高導熱LED基板，包括基板主體1，設置在基板主體1上表面的電極2，貫通基板主體1的熱沉孔3，熱沉孔3內(nèi)埋有熱沉6，基板主體1的下表面熱沉孔周圍附有散熱片7，一連接層8填充在熱沉6與散熱片7之間的縫隙內(nèi)。本實施例提供的一種高導熱LED基板結構，與實施例二基本一致，其區(qū)別在于一、基板主體為圓形，基板主體上陣列排布有2X3個熱沉孔；每個熱沉孔孔壁鍍有金屬層31。二、電極2設置在基板主體上表面。本實施例提供的一種高導熱基板優(yōu)選的是雙面PCB板；在其他實施方式中，所述基板主體也可采用單面板或多層板，不限于本實施例。本實施例提供的一種高導熱基板，設置成膜組結構，具有集成度高、散熱性能好的特點。另外，整個基板下表面都采用銅質(zhì)材料，容易實現(xiàn)基板與鋁制散熱器的焊接，特別適合做LED下游安裝使用基板。LED器件實施例如圖15 16所示，本實施例中的LED器件，利用前述的高導熱基板制作而成，其包括高導熱基板1、設置在高導熱基板1上的LED芯片11，電連結芯片和高導熱基板的金線 12和覆蓋住芯片和金線的封裝膠體13。其中，所述高導熱基板1包括基板主體1、設置在基板主體1下表面的金屬層，作為散熱片7，設置在基板主體1上表面的電路層21 ；多個通孔貫穿所述基板主體，形成熱沉孔3，熱沉孔3的內(nèi)壁鍍有金屬層31，熱沉孔3內(nèi)埋有熱沉6，金屬層31和熱沉6之間的縫隙內(nèi)填充有連接層8。其中，LED芯片11為紫外光芯片、藍光芯片、綠光芯片或紅光芯片中的一種或幾種，優(yōu)選為氮化鎵基藍光芯片。所述封裝膠體為環(huán)氧樹脂或硅膠，所述封裝膠體中混有紅色熒光粉、綠色熒光粉、黃色熒光粉或散射顆粒的一種或幾種；優(yōu)選的是混有黃色熒光粉和散射顆粒的硅膠進行封裝。在其他實施方式中，根據(jù)不同的需要，所述LED芯片11可為多種顏色芯片組合，所述熒光粉可為多色熒光粉細合，不限于本實施例。本實施例的基于高導熱基板制造的LED器件，通過在熱沉和金屬層之間的縫隙內(nèi)填充高導熱連接層，排出縫隙內(nèi)的空氣，有效提高了器件的散熱性能，保證了 LED器件的使用壽命。LED組件實施例如圖17所示，本實施例中的利用前述高導熱基板制造的LED組件，包括高導熱基板，設置在高導熱基板上的LED器件14和電子元器件15。其中，所述LED器件14為功率LED。所述電子元器件15可為電阻、晶體管、晶閘管或電容器等。本實施例中優(yōu)選為電阻和電容。[0073]在其他實施方式中，可在基板上集成驅(qū)動控制器，為提高控制器的散熱效果，在安裝控制器的基板對應位置設置散熱通道，不限于本實施例。本實施例的利用前述高導熱基板制造的LED組件，在功率LED和功率電子元器件下都設有散熱通道(即熱沉)，在保證LED使用壽命的同時盡量降低熱給電子元器件帶來的損傷，有利于提高組件的整體使用壽命，降低維護成本。其中高導熱基板的結構如前述實施例所述，此處不再贅述。以上對本實用新型進行了詳細介紹，文中應用具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下， 還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權利要求的保護范圍內(nèi)。
權利要求1.一種高導熱基板，其特征在于，包括基板主體、在基板主體上設置的電極以及貫通所述基板主體的熱沉、設置在熱沉旁的散熱片，在熱沉及散熱片之間還設有一導熱的連接層。
2.如權利要求1所述的高導熱基板，其特征在于，所述基板主體上設置通孔，形成熱沉孔，所述熱沉設置在所述熱沉孔中。
3.如權利要求1所述的高導熱基板，其特征在于，所述散熱片設置在基板主體的底部， 并與熱沉隔開設置，所述連接層填充在散熱片與熱沉之間的空隙中。
4.如權利要求1所述的高導熱基板，其特征在于，所述熱沉的底面低于散熱片底面，形成一凹槽，所述連接層填充在凹槽內(nèi)并滲透至熱沉與散熱片之間的空隙中。
5.如權利要求1所述的高導熱基板，其特征在于，所述熱沉的上表面設有一高反射材料層。
6.如權利要求2所述的高導熱基板，其特征在于，在所述熱沉孔的內(nèi)壁上還設有金屬層。
7.如權利要求1所述的高導熱基板，其特征在于，基板主體為耐燃性積層板材4級基板、雙馬來酰亞胺三嗪樹脂基板、復合環(huán)氧基板或陶瓷基板中的一種或多種的混合。
8.—種LED器件，包括高導熱基板、設置在所述高導熱基板上的LED芯片、連接LED芯片與高導熱基板的金線以及覆蓋所述LED芯片及金線的封裝膠體，其特征在于，所述高導熱基板包括基板主體、在基板主體上設置的電極以及貫通所述基板主體的熱沉、設置在熱沉旁的散熱片，在熱沉及散熱片之間還設有一導熱的連接層。
9.一種LED組件，包括高導熱基板、設置在所述高導熱基板上的電子元件、設置在所述高導熱基板上的LED燈，其特征在于，所述高導熱基板包括基板主體、在基板主體上設置的電極以及貫通所述基板主體的熱沉、設置在熱沉旁的散熱片，在熱沉及散熱片之間還設有一導熱的連接層。
專利摘要本實用新型公開一種高導熱基板，包括基板主體、在基板主體上設置的電極以及貫通所述基板主體的熱沉、設置在熱沉旁的散熱片，在熱沉及散熱片之間還設有一導熱的連接層。本實用新型的高導熱基板，通過在基板主體底部設置散熱片，在基板主體上設置熱沉形成散熱通道，使得熱量的垂直散發(fā)速度快；同時，熱沉和散熱片之間設置一導熱的連接層，使得熱沉和散熱片之間實現(xiàn)無縫連接，致密性好、熱阻值低，保證了熱量的水平散發(fā)速度。本實用新型還公開了一種利用此高導熱基板制作的LED器件及LED組件。
文檔編號H01L33/00GK202196815SQ201120307298
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權日2011年8月22日
發(fā)明者余彬海, 夏勛力, 孫百榮, 李偉平, 李程, 梁麗芳, 龍孟華 申請人:佛山市國星光電股份有限公司, 珠海市榮盈電子科技有限公司