CN101457917A - 发光二极体之高散热光模组及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明系一发光二极体之高散热光模组及制作方法，包含散热基材、印刷电路板、电导体、电绝缘体、发光元件、金属导线及封装胶。该散热基材具有通孔；该电导体组设于该通孔中且周围包覆该电绝缘体，并将该电导体一端与印刷电路板相结合，即形成一发光二极体复合结构散热基板，嗣后再将发光元件贴合于此散热基材上，并以金属导线连接该发光元件及电导体，再以封装胶做封装，从而形成发光二极体之高散热光模组。亦可将发光元件、金属导线及封装胶结合成发光体；或以红光、蓝光、绿光之发光元件加以组合后藉由控制输入电讯号大小来调整该发光体之颜色。

Description

发光二极体之高散热光模组及制作方法

技术领域

本发明是有关于发光二极体之高散热光模组及制作方法，系一包含电子基板与散热模组功能之复合结构，具有独立管理导热与导电之特性，并且可以缩小整体发光二极体之高散热光模组之面积，增加其应用程度。该发光二极体之高散热光模组进而可与既有灯泡座嵌合，以形成照明用之灯泡。

背景技术

发光二极体具使用寿命长、亮度高、发光效率高及耗电量低之特性，且其抗冲击性高、反应速度快、色彩识别性高、演色性佳，具有取代传统照明光源，成为未来照明光源主流之潜能。但目前发光二极体灯泡的封装设计仍以多层次封装为基础，造成散热路径上有多个封装界面而产生的界面热阻，特别是累积于印刷电路板上而降低散热效率。因为散热效果不佳的问题影响，发光二极体的温度无法有效降低，会减少发光二极体的发光效率及使用寿命。

此外，为了提高亮度而增加发光二极体的数量时，同时也必须增加馈入电源之电极数量，不仅会产生前述散热不佳的问题外，亦会产生电极配置不易及整体面积扩大的问题。

另外，习知技术中亦有将发光二极体与散热基材相电性连接，藉以提供接地讯号。但如此一来，该散热基材同时兼具散热与接地之功能，但却容易因为散热基材与其他导体相接触时而造成电路短路效应，从而使得整个发光二极体损害、降低产品良率，因此让散热基材之形状、大小反而受限。

再者，发光二极体虽逐渐提供照明之用，但与目前所使用之灯具并不相容，不仅阻碍发光二极体使用于照明用途，更需花费大量成本来更换灯具设备以达发光二极体使用于照明用途，相当不经济也不环保。

发明内容

为了解决先前技术所提到的缺点，本发明主要目的藉由将发光元件(特别是发光二极体裸晶晶片)直接封装在散热基材结构上(chip onheat-dissipating board)，设计一种具有散热模组功能之复合结构及封装方式，制造导热性高及稳定性高之发光二极体之高散热光模组，从而避免热能蓄积于印刷电路板中并可延长发光元件的使用寿命。

本发明之次一目的系提供一种可提供发光二极体与印刷电路板相互直接电性导通之散热基材，从而缩小整体发光二极体之高散热光模组之面积，增加其应用程度。

本发明之再一目的系提供一发光二极体之高散热光模组，避免散热基材与其他导体相接触时而造成电路短路效应，从而提高产品良率。

本发明之又一目的系可将发光二极体之高散热光模组与既有之灯泡座直接嵌合，无需更换既有灯具设备即可将该发光二极体之高散热光模组直接运用于照明之优点。

本发光二极体之高散热光模组之制作方法，系先提供一个散热基材，该散热基材具有一个以上之通孔；提供一个以上***包覆电绝缘体之电导体并组设于该散热基材之通孔中，该电导体呈柱状结构且其两端蒸镀金属作为电极；提供一印刷电路板，该印刷电路板上具有一个以上之电极，并将电导体一端的电极与该印刷电路板上的电极相电性连接，从而该散热基材与该印刷电路板形成具导热与导电特性之发光二极体复合结构散热基板；嗣后提供发光元件并黏着于散热基材上；接着提供金属导线将发光元件的电极与电导体一端的电极以打线接合(wire bond)方式做电性连接，而形成一完整电回路，使电流能相互导通，最后再加入萤光粉，并使用封装胶做为封装的材料，以形成本发明之发光二极体之高散热光模组。

另，关于散热基材与电导体及电绝缘体之结合方式，可以先将电绝缘体包覆于该电导体之***后，再整体塞入该散热基材之通孔中。第二种方式则是将电导体与电绝缘体分别先后置入该散热基材之通孔中，该电绝缘体可以是粉末颗粒状并位于该电导体与该散热基材之间，之后再经过高温烧结让电导体、电绝缘体及散热基材紧密结合一体。第三种将散热基材与电导体及电绝缘体结合方式，系提供一个散热基材，该散热基材包括第一面、第二面；之后于该散热基材之第一面朝第二面凹设一环形槽，该环形槽之中央则成形该电导体；再将电绝缘体填充于该凹形槽间，再经过高温烧结让电导体、电绝缘体及散热基材紧密结合一体；嗣后再将该散热基材之第二面朝第一面藉由磨、刮或挖等方式减少厚度，从而让该电导体与电绝缘体显露于该第二面。

附图说明

图1为本发明之第一较佳实施例之结构分解图。

图2A为散热基材与***包覆电绝缘体之电导体的分解示意图。

图2B为***包覆电绝缘体之电导体的剖面图。

图3A为***包覆电绝缘体之电导体组设于散热基材后与印刷电路板之分解示意图。

图3B为散热基材与印刷电路板组设成发光二极体复合结构散热基板之剖面示意图。

图3C为第3B图之I部分的放大示意图。

图4为于发光二极体复合结构散热基板上加装发光元件并完成封装之剖面图。

图5A为本发明之第二较佳实施利分解图，于发光二极体复合结构散热基板上加装发光体。

图5B为第5A图中之发光体剖面图。

图6为本发明之发光二极体之高散热光模组组设于既有之灯泡座之剖面图。

图7为本发明之发光二极体之高散热光模组组设于另一种既有之灯泡座之部分剖面侧视图。

图8为图7在灯泡座之灯罩***加装散热片之示意图。

图9A为该散热基材凹设环形槽之剖面图。

图9B为图9A于环形槽中填充该电绝缘体之剖面图。

图9C为将图9B之散热基材的第二面经由磨、刮或挖后之散热基材剖面图。

具体实施方式

本发明的实施方式详细说明如下。然而，除了该详细描述之外，本发明还可以广泛地在其他的实施方式实行。亦即，本发明的范围不受已提出之实施方式的限制，而应以本发明提出之申请专利范围为准。再者，在以下的说明当中，各元件的不同部分并没有依照尺寸绘图，某些尺度与其他相关尺度相比已经被夸张，以提供更清楚的描述和本发明的理解。

请参见图1所示，为本发明发光二极体之高散热光模组1之第一较佳实施例的结构分解图，本发光二极体之高散热光模组1主要结构包含有：散热基材10、电导体21及包覆于其***之电绝缘体20、印刷电路板30、发光元件40、金属导线50及封装胶60。

请参见图2A、2B所示，该散热基材10为柱状之金属材质，形状可为圆柱形或方柱形，于第一较佳实施例中系以圆柱形为例。该散热基材10之材质可为纯铜或铜合金、纯铝或铝合金、或铜与铝金属所形成的复合材料，包括第一面11、第二面12及复数个贯穿第一面11及第二面12之通孔13。该电导体21系用于传导电力并呈柱状结构，其***包覆电绝缘体20，该电导体21的顶端211及底端212皆蒸镀一金属层，藉以做为电极25以导通电流；该电绝缘体20可为高分子材料、陶瓷材料或前述两者之复合材料。而蒸镀于该电导体21两端之金属可以为金或银。将该***包覆电绝缘体20之电导体21组设于该散热基材10之通孔13中从而结合成一体，并使得该电导体21之顶端211邻近该散热基材10之第一面11，且该电导体21之底端212邻近该散热基材10之第二面12。

请参见图3A、3B及3C所示，该散热基材10、***包覆电绝缘体20之电导体21及印刷电路板30可形成一发光二极体复合结构散热基板P，其中该印刷电路板30包括上板面31、复数个组设于该上板面31之电极32及第一输入电极33与第二输入电极34。该复数个电极32中，一部份与第一输入电极33相电性连接，其他之电极32则与第二输路电极34相电性连接，藉以将外部的电讯号透过第一、二输入电极33、34传导至电极32。该散热基材10之第二面12与该印刷电路板30之上板面31相对，从而让电导体21之底端212上之电极25与该印刷电路板30之上板面31之电极32相电性连接，并藉由螺丝锁合方式、树脂等黏性物质之对位黏合方式或在电导体21之底端212上之电极25与该印刷电路板30之上板面31之电极32间经焊锡焊接方式让散热基材10与印刷电路板30固定结合成一体，而形成一发光二极体复合结构散热基板P。请参考图3B，本较佳实施例即以螺丝S藉由锁合方式将散热基材10与印刷电路板30固定结合成一体，而形成一发光二极体复合结构散热基板P；且该第一、二输入电极33、34位于上板面31之对侧面，便于后续电路配装。

请参见图4所示，该发光元件40包括有电极41并将不具有电极41之部分黏贴固定于散热基材10之第一面11上，固定方式可使用锡膏、导电银胶黏着或是用锡焊的方式固定。该发光元件40可以是发光二极体裸晶晶片或是发光体8(详如后述)。接着使用金属导线50，将其一端电性连接于发光元件40的电极41，另一端电性连接于电导体21之顶端211的电极25，以形成一完整的电回路。在本较佳实施例中，每一个发光元件40均搭配两个电导体21，其中之一系提供电讯号，另一则是提供接地讯号，从而形成一个完整的电回路。此外，亦可以一个电导体21提供接地讯号给复数个发光元件40，从而该复数个发光元件40将形成并联结构。同理，亦可以一个电导体21提供电讯号给复数个发光元件40，从而该复数个发光元件40将形成并联结构。

为了避免金属导线50于大气中使用时所产生之氧化问题，则可使用封装胶60做为封装的材料，该封装胶60可为硅胶，而封装范围主要包含散热基材10的第一面11，最少应涵盖电导体21之顶端211的电极25、发光元件40、金属导线50，从而使得前述元件与大气隔绝，以形成本发明之发光二极体之高散热光模组1。另可加入萤光粉70于发光元件40之周边，该萤光粉70的添加目的是用于改变发光元件40所发出之光的颜色，因此萤光粉70为可添加或不添加，此外萤光粉70的添加顺序可于封装之前单独加入或与封装胶60混合后始进行封装。

除了上述使用发光元件40及金属导线50外，请参见图5A所示，亦可将发光元件40及金属导线50封装成发光体8，而直接锡焊或黏合于发光二极体复合结构散热基板P之散热基材10的第一面11上，而成为本发明之第二较佳实施例。请参考图5B，该发光体8包含基板81、散热座82、一个以上之发光元件40、复数个金属导线50、两个电极端子83、84及封装胶60。该基板81为一绝缘体，包含第一面811、通孔812及组设于第一面811之电路813；该散热座82为柱状体，组设于该基板81之通孔812中，包含顶面821及底面822；该发光元件40贴合于该散热座82之顶面821，并藉由金属导线50连接该发光元件40及基板81上之电路813；该电极端子83、84分别连接于基板81上之电路813，藉以提供电讯号输入，嗣后再以封装胶60将基板81之第一面811予以包覆封装。此外，该发光元件40可以同数目之不同颜色之红光、蓝光、绿光之发光元件40加以组合后贴合于该散热座82之顶面821，并藉由控制输入电讯号大小来调整该发光体8之颜色。

请再参见图5A，将该发光体8贴合于散热基材10之第一面11上，此时该散热座82之底面822将与散热基材10之第一面11相贴合，藉以将发光元件40所产生的热源传导出去，并使得该发光体8之电极端子83、84分别与电导体21之顶面211电性连接，形成一发光二极体之高散热光模组1。

请参见图6、7所示，可将发光二极体之高散热光模组1，加装在既有之灯泡座9上，直接做为照明用灯泡。

该灯泡座9包括金属材质且呈筒状之灯座91及固定于灯座91之一侧且呈杯状之灯罩92，该灯罩92包括内侧921及外侧922，并将该发光二极体之高散热光模组1组设于该灯罩92内侧所围成之空间中。该灯罩92系由陶瓷材料或高分子材料所形成之绝缘体、亦可为金属材质，该灯罩92之内侧921可镀铝、镍或银等金属而形成反光面，其目的是使发光二极体之高散热光模组1所发出来的光具有增加及聚光的效果。而该灯座91上包括第一电讯号输入端911及第二电讯号输入端912，皆经由导线913分别与发光二极体之高散热光模组1之印刷电路板30之第一、二输入电极33、34相电性连接，藉以提供电讯号使发光二极体之高散热光模组1得以发光。

请参见图8所示，可于灯泡座9之灯罩92外侧922贴合散热片93，该散热片93包含一座体931及复数个相互平行且分离并垂直连接于该座体931之鳍片932，藉以增加其散热的功能。

本发明之发光二极体之高散热光模组1之制作方法，其步骤包含提供一个散热基材10，该散热基材10包括第一面11、第二面12及复数个贯穿第一面11及第二面12之通孔13；提供复数个***包覆电绝缘体20之电导体21，并组设于该散热基材10之通孔13中，各该电导体21呈柱状结构；提供一印刷电路板30，该印刷电路板30包括上板面31及组设于该上板面31之复数个电极32；将该散热基材10之第二面12与该印刷电路板30之上板面31相对且电导体21之一端与该电极32电性连接；提供一个以上之发光元件40，其上包括电极41，并将该发光元件40黏贴固定于散热基材10之第一面11上；提供复数个金属导线50，其一端电性连接于该发光元件40之电极41，一端电性连接于电导体21未与印刷电路板30之电极32相连接之一端；提供封装胶60作封装。该封装胶60封装范围主要包含散热基材10的第一面11，最少应涵盖传电导体21之顶端211、发光元件40、金属导线50。另外可提供萤光粉70添加于发光元件40之周边或与封装胶60混合使用。

另，关于散热基材10与电导体21及电绝缘体20之结合方式，可以先将电绝缘体20包覆于该电导体21之***后，再整体塞入该散热基材10之通孔13中。第二种方式则是将电导体21与电绝缘体20分别先后置入该散热基材10之通孔13中，该电绝缘体20可为粉末颗粒状并位于该电导体21与该散热基材10之间，之后再经过高温烧结让电导体21、电绝缘体20及散热基材10紧密结合一体。

请参考图9A至9C，系第三种将散热基材10与电导体21及电绝缘体20结合方式，提供一个散热基材10，该散热基材10包括第一面11、第二面12；之后于该散热基材10之第一面11朝第二面12凹设一环形槽14，该环形槽14之中央则成形该电导体21；再将电绝缘体20填充于该环形槽14间，再经过高温烧结让电导体21、电绝缘体20及散热基材10紧密结合一体；嗣后再将该散热基材10之第二面12朝第一面11藉由磨、刮或挖等方式减少厚度，从而让该电导体21与电绝缘体20显露于该第二面12。

如上所述，本发明将发光元件40直接封装在散热基材10上，设计一种具有散热佳及稳定性高之发光二极体之高散热光模组1，从而成功达到本发明之主要目的。

又，将印刷电路板30上之电极32设计于散热基材10之下方，使得发光元件40上之电极41可藉由散热基材10中之电导体21与印刷电路板30上之电极32直接电性连接，从而缩小整体发光二极体之高散热光模组1之面积，增加其应用程度，成功达到本发明之次一目的。

又，发光二极体之高散热光模组1之每一个发光元件40均搭配两个电导体21，其中之一系提供电讯号，另一则是提供接地讯号，而不使用散热基材10来提供接地讯号，从而避免散热基材10与其他导体相接触时所造成的电路短路效应，成功达到本发明之再一目的。

又，发光二极体之高散热光模组1可与既有之灯泡座9直接嵌合，无需更换既有灯具设备即可将该发光二极体之高散热光模组1直接运用于照明，成功达到本发明之又一目的。

以上所述仅为本发明之较佳实施方式，并非用以限定本发明之申请专利范围。在不脱离本发明之实质内容的范畴内仍可予以变化而加以实施，此等变化应仍属于本发明之范围。因此，本发明之范畴系由下列申请专利范围所界定。

Claims (28)

1.一种发光二极体之高散热光模组，系提供照明、发光之用，其特征在于，包含：

散热基材，为柱状之金属材质，包括第一面、第二面及复数个贯穿第一面及第二面之通孔；

复数个组设于该散热基材之通孔中的电导体，各该电导体成柱状结构且其***包覆电绝缘体；

印刷电路板，包括上板面及组设于该上板面之复数个电极，该上板面与该散热基材之第二面相对且电导体之一端与该电极相电性连接；

一个以上之发光元件，组设于该散热基材之第一面上并包括电极；

复数个金属导线，一端电性连接于该发光元件电极，一端电性连接于电导体未与印刷电路板之电极相连接之一端；及

封装胶，覆盖散热基材之第一面。

2.如权利要求1所述之发光二极体之高散热光模组，其特征在于，该散热基材系纯铜或铜合金、纯铝或铝合金、或铜与铝金属所形成的复合材料。

3.如权利要求1所述之发光二极体之高散热光模组，其特征在于，该电导体之两端可镀金或银。

4.如权利要求1所述之发光二极体之高散热光模组，其特征在于，该电绝缘体包括高分子材料、陶瓷材料或前述两者之复合材料。

5.如权利要求1所述之发光二极体之高散热光模组，其特征在于，该散热基材与该印刷电路板间可藉由螺丝锁合、树脂黏着贴合或焊钖焊接的方式固接一体。

6.如权利要求1所述之发光二极体之高散热光模组，其特征在于，另可加入萤光粉于发光元件之周边。

7.如权利要求1所述之发光二极体之高散热光模组，其特征在于，该封装胶可另加入萤光粉与之混合。

8.如权利要求1所述之发光二极体之高散热光模组，其特征在于，该发光元件可用锡膏、导电银胶黏着或是用锡焊的方式固定于散热基材上。

9.如权利要求1所述之发光二极体之高散热光模组，其特征在于，另可组设于一灯泡座内，该灯泡座包括金属材质且呈筒状之灯座及固定于灯座之一侧且呈杯状之灯罩，该灯罩包括内侧及外侧，并将该发光二极体之高散热光模组组设于该灯罩内侧所围成之空间中。

10.如权利要求9所述之发光二极体之高散热光模组，其特征在于，该灯罩内侧可镀铝、镍或银以为反光层。

11.如权利要求9所述之发光二极体之高散热光模组，其特征在于，该灯罩的外侧可加装散热片，该散热片包含一座体及复数个相互平行且分离并垂直连接于该座体之鳍片。

12.一种发光二极体之高散热光模组，系提供照明、发光之用，其特征在于，包含：

散热基材，为柱状之金属材质，包括第一面、第二面及复数个贯穿第一面及第二面之通孔；

复数个组设于该散热基材之通孔中的电导体，各该电导体成柱状结构且其***包覆电绝缘体；

印刷电路板，包括上板面及组设于该上板面之复数个电极，该上板面与该散热基材之第二面相对且电导体之一端与该电极相电性连接；及

一个以上之发光体，组设于该散热基材之第一面，包含基板、散热座、一个以上之发光元件、复数个金属导线、两个电极端子及封装胶；该基板为一绝缘体，包含第一面、通孔及组设于第一面之电路；该散热座为柱状体，组设于该基板之通孔中，包含顶面及底面，该底面与散热基材之第一面相贴合；该发光元件贴合于该散热座之顶面，并藉由金属导线连接该发光元件及基板上之电路；该电极端子一端分别连接于基板上之电路，另一端连接于电导体未与印刷电路板之电极相电性连接之另一端；而该封装胶覆盖该基板之第一面。

13.如权利要求12所述之发光二极体之高散热光模组，其特征在于，该散热基材系纯铜或铜合金、纯铝或铝合金、或铜与铝金属所形成的复合材料。

14.如权利要求12所述之发光二极体之高散热光模组，其特征在于，该电导体之两端可镀金或银。

15.如权利要求12所述之发光二极体之高散热光模组，其特征在于，该电绝缘体包括高分子材料、陶瓷材料或前述两者之复合材料。

16.如权利要求12所述之发光二极体之高散热光模组，其特征在于，该散热基材与该印刷电路板间可藉由螺丝锁合、树脂黏着贴合或焊钖焊接的方式固接一体。

17.如权利要求12所述之发光二极体之高散热光模组，其特征在于，另可加入萤光粉于发光元件之周边。

18.如权利要求12所述之发光二极体之高散热光模组，其特征在于，该封装胶可另加入萤光粉与之混合。

19.如权利要求12所述之发光二极体之高散热光模组，其特征在于，该发光元件可用锡膏、导电银胶黏着或是用锡焊的方式固定于散热座上。

20.如权利要求12所述之发光二极体之高散热光模组，其特征在于，另可组设于一灯泡座内，该灯泡座包括金属材质且呈筒状之灯座及固定于灯座之一侧且呈杯状之灯罩，该灯罩包括内侧及外侧，并将该发光二极体之高散热光模组组设于该灯罩内侧所围成之空间中。

21.如权利要求20所述之发光二极体之高散热光模组，其特征在于，该灯罩内侧可镀铝、镍或银。

22.如权利要求20所述之发光二极体之高散热光模组，其特征在于，该灯罩的外侧可加装散热片，该散热片包含一座体及复数个相互平行且分离并垂直连接于该座体之鳍片。

23.一种发光二极体之高散热光模组之制作方法，其步骤包含：

提供一散热基材，该散热基材包括第一面、第二面及复数个贯穿第一面及第二面之通孔；

提供复数个呈柱状结构之电导体，组设于该散热基材之通孔中，各该电导体***包覆电绝缘体；

提供一印刷电路板，该印刷电路板包括上板面及组设于该上板面之复数个电极；

将该散热基材之第二面与该印刷电路板之上板面相对且电导体之一端与该电极相电性连接；

提供一个以上包括电极之发光元件，并将该发光元件黏贴固定于散热基材上；

提供复数个金属导线，其一端电性连接于该发光元件之电极，一端电性连接于电导体未与印刷电路板之电极相连接之一端；及

提供一封装胶作封装，并覆盖散热基材之第一面。

24.如权利要求23所述之发光二极体之高散热光模组制造方法，其特征在于，另可提供一萤光粉添加于发光元件之周边或与封装胶混合使用。

25.一种发光二极体之高散热光模组之制作方法，其步骤包含：

提供一散热基材，该散热基材包括第一面、第二面及复数个贯穿第一面及第二面之通孔；

提供复数个呈柱状结构之电导体，组设于该散热基材之通孔中；

提供电绝缘体，填充于该通孔中，并隔离该电导体与散热基板；

提供一高温烧结程序让电导体、电绝缘体及散热基材紧密结合一体；

提供一印刷电路板，该印刷电路板包括上板面及组设于该上板面之复数个电极；

将该散热基材之第二面与该印刷电路板之上板面相对且电导体之一端与该电极相电性连接；

提供一个以上包括电极之发光元件，并将该发光元件黏贴固定于散热基材上；

提供复数个金属导线，其一端电性连接于该发光元件之电极，一端电性连接于电导体未与印刷电路板之电极相连接之一端；及

提供一封装胶作封装，并覆盖散热基材之第一面。

26.如权利要求25所述之发光二极体之高散热光模组制造方法，其特征在于，另可提供一萤光粉添加于发光元件之周边或与封装胶混合使用。

27.一种发光二极体之高散热光模组之制作方法，其步骤包含：

提供一散热基材，该散热基材包括第一面、第二面，该第一面朝第二面具有一环形槽，该环形槽之中央则成形电导体；

提供一电绝缘体并填充于该环形槽中；

提供一高温烧结程序让电导体、电绝缘体及散热基材紧密结合一体；

将该散热基材之第二面朝第一面藉由磨、刮或挖等方式减少厚度，从而让该电导体与电绝缘体显露于该第二面；

提供一印刷电路板，该印刷电路板包括上板面及组设于该上板面之复数个电极；

将该散热基材之第二面与该印刷电路板之上板面相对且电导体之一端与该电极相电性连接；

提供一个以上包括电极之发光元件，并将该发光元件黏贴固定于散热基材上；

提供复数个金属导线，其一端电性连接于该发光元件之电极，一端电性连接于电导体未与印刷电路板之电极相连接之一端；及

提供一封装胶作封装，并覆盖散热基材之第一面。

28.如权利要求27所述之发光二极体之高散热光模组制造方法，其特征在于，另可提供一萤光粉添加于发光元件之周边或与封装胶混合使用。

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