CN102155634A - Led发光模块及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种LED发光模块，包含一金属导热板、一电路板、一热接合层及多数个LED晶粒，金属导热板包括一承载面，承载面形成有多数个承载区；电路板包括一板本体、一形成于板本体底面的底面电路、一形成于板本体顶面的顶面电路以及多数个贯通板本体的通孔；热接合层具有一与承载面连接的下表面，以及一与底面电路连接的上表面；LED晶粒分别位于各通孔内并且贴靠于各承载区，LED晶粒与顶面电路电连接。

Description

LED发光模块及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种发光模块，特别是涉及一种散热性佳的LED发光模块。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有省能、反应快、寿命长及体积小等等特性，并且将多数个LED设置于电路板上而组装成LED模块能替代传统光源。近年来，随着LED的亮度及功率的提升，LED模块的散热问题已悄然浮现。

由于目前LED在使用时，只有20％左右转换成光，而其余的80％则转换成热能，所以如果LED模块无法适时的将LED所产生的废热排出，将导致光衰的问题，并且过热的LED模块也会使其应用受到限制，因此，对于LED模块的散热问题仍有进一步改善的必要。

参阅图1，如台湾专利公开编号第200722840号所示的显示器的散热结构，此散热结构即是在解决发光二极管所产生的废热问题。散热结构包含一背板10、一电路板11以及一发光组件13，电路板11是设置于背板10上且具有一铜箔层111及一耐热塑料层112，电路板11设有一供背板10的突出部穿伸的开孔113，发光组件13具有一金属座体131、一发光二极管芯片132及一绝缘封装件133，金属座体131的下承载面1311透过开孔113与背板10的突出部接触连接，绝缘封装件133环绕包覆金属座体131，于是，借由将发光二极管芯片132设置于金属座体131上，使其废热将能由金属座体131直接传导至背板10，达到散热的功效。

然而，此散热结构是增加设置金属座体131来导热，以致于整体的厚度增加，而且此结构中的绝缘封装件133在长期使用下会有老化、变色造成光衰的问题，长期使用下将会造成电连接的问题而影响到发光二极管芯片132寿命，所以对于发光二极管的散热问题还具有进一步改善的空间。

参阅图2，如申请人之前申请的台湾专利公开编号第200941758号所示的一种发光二极管面光源装置，其包含一金属基板15、一设置于该金属基板15上的电路板16以及多数个设置于电路板16上的发光二极管芯片17，在此专利中借由调整金属基板15厚度，以及控制发光二极管芯片17面积与发光二极管芯片17间的间距，来达到较佳散热效果，然而，由于金属基板15的厚度必须大于1mm，如此一来，金属基板15则难以具有可挠性；若将金属基板15的厚度减少，则势必影响整体的散热性，所以本发明将对于发光二极管装置的散热性与可挠性进行改良研发。

发明内容

本发明的目的，即在提供一种散热性佳的LED发光模块。

本发明的另一目的，在于提供一种轻、薄的LED发光模块。

本发明的另一目的，在于提供一种具有可挠性的LED发光模块。

于是，本发明LED发光模块，包含一金属导热板、一电路板、一金属材质的热接合层及多数个LED晶粒，金属导热板包括一承载面，承载面形成有多数个承载区；电路板包括一板本体、一形成于板本体底面的底面电路、一形成于板本体顶面的顶面电路以及多数个贯通板本体的通孔；热接合层具有一与承载面连接的下表面，以及一与底面电路连接的上表面；LED晶粒分别位于各通孔内并且贴靠于各承载区，LED晶粒与顶面电路电连接。

较佳地，该热接合层为一金属镀层附着于该底面电路，且该热接合层与该金属导热板的承载面为热熔接。

较佳地，该热接合层为焊料，该电路板还包括一附着于该底面电路的金属镀层，该金属镀层借该热接合层与该导热金属板的承载面焊接。

较佳地，该电路板的金属镀层的材质为铜或铁，而金属导热板的承载面的材质为锡或银或镍其中之一，焊料是焊锡。

较佳地，该电路板的金属镀层的材质为铝，而金属导热板的承载面的材质为镍，焊料是焊锡。

较佳地，承载面为一金属镀层界定出。

较佳地，电路板为软性电路板且金属导热板具有可挠性。

较佳地，金属导热板呈片状且承载面冲压形成有多数个分别连通各通孔的凹穴，承载区分别位于凹穴的内底壁。

较佳地，金属导热板呈片状且还包括一相反于承载面的底面，底面冲压形成有多数个凸伸于电路板的各通孔的凸部，承载区是位于凸部顶端。

较佳地，金属导热板呈片状，承载面为一平坦表面，承载区分别为承载面的局部区域。

较佳地，电路板的厚度为0.15公厘～1.6公厘间。

较佳地，金属导热板的厚度为0.4公厘～1公厘间。

较佳地，电路板邻近各通孔处形成有多数个设置于顶面电路上的电路焊垫，LED发光模块还包含多数个分别电连接电路焊垫与LED晶粒的导接件。

较佳地，LED发光模块还包含多数个分别包覆LED晶粒与导接件的封装胶体。

较佳地，LED发光模块还包含多数个设置于顶面电路上且围绕通孔而用以挡止封装胶体的挡缘。

较佳地，LED发光模块还包含多数个上下贯穿电路板、金属导热板与热接合层的贯孔，借由连续排列的贯孔，使得LED发光模块具有可挠性。

本发明的另一目的，即在提供一种上述LED发光模块的制造方法。

于是，本发明LED发光模块的制造方法包含下列步骤：

步骤A：制备一电路板及一金属导热板，该电路板包括一顶面电路、一底面电路及多数个贯穿的通孔，该金属导热板包括一承载面，该承载面形成有多数个承载区；

步骤B：布设一热接合层，使该热接合层的下表面与该金属导热板的承载面连接、该热接合层的上表面与该电路板的底面电路连接；

步骤C：将多数个LED晶粒分别贴靠在所述承载区；以及

步骤D：将所述LED晶粒与该电路板的顶面电路电连接。

较佳地，该步骤C是于该步骤B之后进行，且于该步骤C中，通过所述LED晶粒分别贴靠在所述承载区，是分别位在所述通孔内。

较佳地，于该步骤B中，该热接合层为金属材质电镀于该电路板的底面电路形成，且该热接合层的下表面与该承载面是施以热熔接连接。

较佳地，LED发光模块的制造方法还包含一步骤E：电镀一金属镀层附着于该电路板的底面电路，且于该步骤B中，是使用焊料作为该热接合层焊接该电路板与该金属导热板，该热接合层是透过该金属镀层与该底面电路连接。

较佳地，于该步骤A中，所述承载区是于该金属导热板冲压形成。

较佳地，于该步骤A中，该承载面是金属材质电镀形成。

本发明的有益效果在于：LED发光模块借由热接合层上下接合电路板与金属导热板的结构，并且将LED晶粒设置于金属导热板且电连接电路板，以达成电热分离的效果，如此一来，LED晶粒的热能由金属导热板直接导出，使得LED发光模块具有良好的散热性。本发明LED发光模块不论是在电路板22与金属导热板的厚度或是两相邻LED晶粒的间隔距离，都是采取省材、省空间的设计，使得LED发光模块合乎电子产品轻薄化的趋势。再者，本发明LED发光模块的电路板与金属导热板可为软性电路板与薄型金属板，即具有可挠性而能广泛地应用于电子产品上。并且，在LED发光模块的制造方法方面，本发明借由热接合层使电路板与金属导热相接合，因此，提出一种便于使两者紧密接合的方式。

附图说明

图1是一剖面示意图，说明以往的散热结构；

图2是一剖面示意图，说明以往的发光二极管面光源装置；

图3是一剖面示意图，说明本发明的第一较佳实施例的LED发光模块；

图4是一步骤流程图，说明该LED发光模块的制造方法的一个较佳实施例；

图5是一剖面示意图，说明该LED发光模块的电路板；

图6是一剖面示意图，说明该LED发光模块的金属导热板；

图7是一剖面示意图，说明该金属导热板与该电路板相接合的状态；

图8是一剖面示意图，说明封胶体封盖的另一种变化态样；

图9是一剖面示意图，说明该第一较佳实施例的一种变化态样；

图10是一剖面示意图，说明该第一较佳实施例的再一种变化态样；

图11是一剖面示意图，说明该第一较佳实施例的又一种变化态样；

图12是一剖面示意图，说明该第一较佳实施例的金属导热板与电路板设有多数个贯孔的态样；

图13是一剖面示意图，说明本发明的第二较佳实施例。

具体实施方式

为了便于本领域一般技术人员理解和实现本发明，下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

参阅图3，为本发明LED发光模块的第一较佳实施例，LED发光模块201包含一金属导热板21、一电路板22、多数个LED晶粒23、多数个封装胶体25及一金属材质的热接合层5，电路板22与金属导热板21借热接合层5上下接合，而LED晶粒23设置于金属导热板21上且外露于电路板22，并且LED晶粒23与电路板22电连接。

参阅图3、图6，更详细地说，金属导热板21包括一底面210、一承载面211及多数个凹穴212，且承载面211形成有多数个承载区213。在本实施例中，底面210与承载面211为金属导热板21的两相反面，所述凹穴212彼此相间隔地由承载面211向下凹陷形成，凹穴212形成方式可以是冲压形成，且往下凹陷的凹穴212并没有往下突出金属导热板21的底面210，换句话说，金属导热板21的底面210仍为平坦表面。在本实施例中，所指的承载区213为各该凹穴212的内底面，所以承载区213的位置会低于承载面211，承载区213是可供设置LED晶粒23。

较佳者，凹穴212的内侧壁可借由涂布反光材料或利用材料本身的反光特性而形成反射面以作为反射杯，将有助于承载区213上的LED晶粒23产生更佳的发光效果。在本实施例中，金属导热板21可选择厚度在0.4公厘～1公厘之间，使其具有挠性。

参阅图3、图5，电路板22包括一板本体221、一形成于板本体221顶面的顶面电路222、一形成于板本体221底面的底面电路225、一电镀形成在底面电路225底面的金属镀层220、多数个贯穿板本体221的通孔223及多数个反光层224，当然，顶面电路222、底面电路225及金属镀层220并不会分布在通孔223。在本实施例中，电路板22为软性电路板，其厚度为0.15公厘～1.6公厘间。反光层224是设置于所述通孔223的孔壁，反光层224可以是例如透过电镀银的方式形成于所述通孔223的孔壁。

如图4所示，本发明LED发光模块201的制造方法的一个较佳实施例包含以下步骤：

步骤901，制备一电路板及一金属导热板。配合参阅图5、图6，在本实施例中，是制备如上述结构的电路板22与金属导热板21。

步骤902，布设一热接合层，使热接合层的下表面与金属导热板的承载面连接、热接合层的上表面与电路板的底面电路连接。配合参阅图7，热接合层5是用以接合金属导热板21与电路板22，在本实施例中，所使用的热接合层5为焊料(例如焊锡)，也即，电路板22与金属导热板21之间是借由焊锡焊接接合，使得热接合层(即焊锡)5的上表面与电路板22下方的金属镀层220连接，而热接合层(即焊锡)5的下表面则与金属导热板21的承载面211连接。且通过金属导热板21与电路板22接合，电路板22上的各个通孔223会分别对应于金属导热板21的各个凹穴212而相连通。再者，电路板22与金属导热板21接合后，还可进行回焊作业，使两者的结合更加牢固。

须注意的是，由于电路板22是透过焊锡连接金属导热片21，考虑到材料的特性，通过电路板22下方的金属镀层220材质为铜或铁，则金属导热板21的承载面211较佳的材质可为锡或银或镍其中之一，通过电路板22下方的金属镀层220材质为铝，则金属导热板21的承载面211较佳的材质可为镍。前述所谓的承载面211在本实施例中为金属导热板21本身的表面，也即，金属导热板21的材质即为锡或银或镍其中之一，但是，通过金属导热板21的材质非上述三种，则所指的承载面211也可以是由另外镀上的一层上述材质的金属镀层界定出，换句话说，此时所谓的金属导热板21是包含该金属镀层。

步骤903，将多数个LED晶粒分别贴靠在各承载区。配合参阅图3，在本实施例中，LED晶粒23是利用银胶贴靠固定于承载区213，但并不以此为限，其它如利用环氧树脂、硅树脂等材料，能将该LED晶粒23黏固于该承载面211上的方式皆可应用于本发明中。

步骤904，将LED晶粒与电路板的顶面电路电连接。配合参阅图3，本实施例是以打线方式将金属导线两端分别打接在LED晶粒23的正、负极与电路板22顶面电路221的电路焊垫226。

步骤905，将封装胶体包覆LED晶粒。配合参阅图3，在本实施例中，是使用点胶机或灌注方式将呈液态的封装胶体25灌入通孔223，使封装胶体25填满通孔223与凹穴212，并且封装胶体25溢满出通孔223且包覆导接线24，接着，等待封装胶体25固化即完成模封程序。封装胶体25可以是环氧树脂或其它透光的绝缘材质，例如：硅树脂(silicone)、UV胶等等。

较佳者，在步骤905中，为避免封装胶体25在灌胶时随意流动而影响外观，电路板22也可以利用例如油印的方式设置标记线条而形成往上突出并且围绕通孔223的挡缘26，借此可挡止住液态状的封装胶体25，使封装胶体25可聚合成型而避免其往外扩散。

如上所述，借由LED晶粒23直接贴靠固定在金属导热板21并且与电路板22的顶面电路222电连接，并且配合电路板22与金属导热板21之间透过热接合层5的接合方式，因而达成热电分离的效果，并且使LED晶粒23运作的热能可直接往下传导至金属导热板21而由金属导热板21散出，对于LED晶粒23在散热效能上便有较佳的帮助。

此外，这样的结构设计也可直接利用金属导热板21的凹穴212的内壁面作为反射杯，其好处在于，由于反射杯结构是形成在金属导热板21内，所以较不容易因为长期受到LED晶粒23的光线照射而容易产生材料老化而造成光线衰弱的问题。

再者，由于金属导热板21与电路板22均具有可挠性，所以该LED发光模块201可供弯曲设置在各种不规则的表面上而扩大其应用范围，且如图12所示，为了增加整个LED发光模块201的可挠性，电路板22与金属导热板21也可以分别设置相对应并且呈多数排列的贯孔6，使得通过电路板22与金属导热板21相接合，所述贯孔6相对应连通而形同贯穿整个LED发光模块201，借此也可以使LED发光模块201更具有可挠性。

此外，由于LED晶粒23是设置于相对较低位置的承载区213，使得LED发光模块201的整体厚度相对缩减，并且，金属导热板21与电路板22的厚度只有4公厘及两相邻LED晶粒23的间隔距离为16公厘，进而使得LED发光模块201除了厚度外，在面积上也能有效充分利用或缩减，于是，LED发光模块201合乎电子产品轻薄化的趋势，并配合其可挠性的特点，将可作为可挠性发光二极管灯板。

参阅图8，在该第一较佳实施例的另一种变化态样中，封装胶体25也可以是覆盖整个电路板22顶面，以保护整个电路板22不受污染或破坏。

再者，如图3所示，在本实施例中，往下凹陷的所述凹穴212并不突出金属导热板21底面210，但如图9所示，往下凹陷的凹穴212也可以是突出金属导热板21的底面210而于底面210形成凸块214。

参阅图10，为本发明LED发光模块的第一较佳实施例的再一变化态样，与前述不同之处主要在于金属导热板31的结构。

金属导热板31包含一底面310、一承载面311及多数个凸部312，承载面311形成有多数个承载区313，底面310与承载面311为金属导热板31的两相反面，所述凸部312间隔地由承载面311向上***形成，所指的所述承载区313分别为各该凸部312的顶端面，可供设置LED晶粒23，所述凸部312可为金属导热板31由底面310往上冲压所形成，因而底面310形成多数个往上凹陷的凹槽314。

由于凸部312是凸出于承载面311，所以电路板22设置于金属导热板31的承载面311时，金属导热板31的凸部312是穿伸通过电路板22的通孔223而使得承载区313外露于电路板22，而LED晶粒23设置于承载区313且电连接电路板22的顶面电路222，如此的结构，同样可以达成电热分离的功效，且借由底面310凹槽314的形成，可增加金属导热板31的散热面积。

参阅图11，为本发明的第一较佳实施例的又一种变化态样，其差异仍然是在于金属导热板41。

其中，金属导热板41的底面410与承载面411分别为金属导热板41的两相反表面，且底面410与承载面411均为平坦表面，换句话说，所指的承载区411即为平坦的承载面411的局部区域，如此的结构同样可以达成电热分离的功效，使得LED发光模块203具有良好的散热性。

参阅图13，为本发明LED发光模块的第二较佳实施例，LED发光模块204包含一金属导热板21、一电路板22、多数个LED晶粒23及一热接合层5，电路板22与金属导热板21借热接合层5上下接合，而LED晶粒23设置于金属导热板21上且外露于电路板22，并且LED晶粒23与电路板22电连接。

然而，第二较佳实施例与第一较佳实施例的差异在于，在第二较佳实施中，热接合层5即为电镀附着在电路板22底面电路225的金属镀层，而电路板22与金属导热板21之间的接合是借由直接将热接合层5以热熔接的方式与金属导热板21的承载面211熔融接合，使得热接合层(即金属镀层)5的上表面与电路板22底面电路225连接，而热接合层(即金属镀层)5的下表面则与金属导热板21的承载面211连接。

综上所述，本发明LED发光模块201、202、203、204借达成电路板22与金属导热板21、31、41上下接合的结构，并且将LED晶粒23设置于金属导热板21、31、41且电连接电路板22，达成电热分离的效果，如此一来，LED晶粒23的废热能直接往下传导并且借由金属导热板21、31、41直接散出，使得LED发光模块201、202、203具有良好的散热性，所以不只对于LED发光模块201、202、203的产品性能能有所提升，且电路设计上也可更具有弹性。

附带说明的是，本发明LED发光模块201、202、203不论是在电路板22与金属导热板21、31、41的厚度或是两相邻LED晶粒23的间隔距离，都是采取省材、省空间的设计，使得LED发光模块201、202、203合乎电子产品轻薄化的趋势。再者，本发明LED发光模块201、202、203的电路板22与金属导热板21、31、41可为软性电路板与薄型金属板，即具有可挠性而能广泛地应用于电子产品上。并且，在LED发光模块的制造方法方面，本发明借由热接合层5使电路板22与金属导热板21、31、41相接合，因此，提出一种便于使两者紧密接合的方式，所以确实能达成本发明的目的。

虽然通过实施例描绘了本发明，但本领域普通技术人员知道，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，就可使本发明有许多变形和变化，本发明的范围由所附的权利要求来限定。

Claims (22)

1.一种LED发光模块，其特征在于：该LED发光模块包含：

一金属导热板，包括一承载面，该承载面形成有多数个承载区；

一电路板，包括一板本体、一形成于该板本体底面的底面电路、一形成于该板本体顶面的顶面电路以及多数个贯通该板本体的通孔；

一热接合层，为金属材质并且具有一与该承载面连接的下表面，以及一与该底面电路连接的上表面；及

多数个LED晶粒，分别位于所述通孔内并且贴靠于各该承载区，所述LED晶粒与该顶面电路电连接。

2.如权利要求1所述的LED发光模块，其特征在于：该热接合层为一金属镀层附着于该底面电路，且该热接合层与该金属导热板的承载面为热熔接。

3.如权利要求1所述的LED发光模块，其特征在于：该热接合层为焊料，该电路板还包括一附着于该底面电路的金属镀层，该金属镀层借该热接合层与该导热金属板的承载面焊接。

4.如权利要求3所述的LED发光模块，其特征在于：该金属镀层的材质为铜或铁，而该金属导热板的承载面的材质为锡或银或镍其中之一，该焊料为焊锡。

5.如权利要求3所述的LED发光模块，其特征在于：该金属镀层的材质为铝，而该金属导热板的承载面的材质为镍，该焊料是焊锡。

6.如权利要求1至5其中一所述的LED发光模块，其特征在于：该承载面为一金属镀层界定出。

7.如权利要求6所述的LED发光模块，其特征在于：该电路板为软性电路板且该金属导热板具有可挠性。

8.如权利要求6所述的LED发光模块，其特征在于：该金属导热板呈片状且该承载面冲压形成有多数个分别连通各该通孔的凹穴，所述承载区分别位于所述凹穴的内底壁。

9.如权利要求6所述的LED发光模块，其特征在于：该金属导热板呈片状且还包括一相反于该承载面的底面，该底面冲压形成有多数个凸伸于该电路板的各该通孔的凸部，所述承载区是位于所述凸部顶端。

10.如权利要求6所述的LED发光模块，其特征在于：该金属导热板呈片状，该承载面为一平坦表面，所述承载区分别为该承载面的局部区域。

11.如权利要求7所述的LED发光模块，其特征在于：该电路板的厚度为0.15公厘～1.6公厘间。

12.如权利要求11所述的LED发光模块，其特征在于：该金属导热板的厚度为0.4公厘～1公厘间。

13.如权利要求12所述的LED发光模块，其特征在于：该电路板邻近各该通孔处形成有多数个设置于该顶面电路上的电路焊垫，该LED发光模块还包含多数个分别电连接所述电路焊垫与所述LED晶粒的导接件。

14.如权利要求13所述的LED发光模块，其特征在于：该LED发光模块还包含多数个分别包覆所述LED晶粒与所述导接件的封装胶体。

15.如权利要求14所述的LED发光模块，其特征在于：该LED发光模块还包含多数个由该电路板往上突出并且围绕所述通孔而用以挡止所述封装胶体的挡缘。

16.如权利要求6所述的LED发光模块，其特征在于：LED发光模块还包含多数个上下贯穿该电路板、该金属导热板与该热接合层的贯孔，借由连续排列的所述贯孔，使得LED发光模块具有可挠性。

17.一种LED发光模块的制造方法，包含下列步骤：

步骤A：制备一电路板及一金属导热板，该电路板包括一顶面电路、一底面电路及多数个贯穿的通孔，该金属导热板包括一承载面，该承载面形成有多数个承载区；

步骤B：布设一热接合层，使该热接合层的下表面与该金属导热板的承载面连接、该热接合层的上表面与该电路板的底面电路连接；

步骤C：将多数个LED晶粒分别贴靠在所述承载区；以及

步骤D：将所述LED晶粒与该电路板的顶面电路电连接。

18.如权利要求17所述的LED发光模块的制造方法，其特征在于：该步骤C是于该步骤B之后进行，且于该步骤C中，通过所述LED晶粒分别贴靠在所述承载区，是分别位在所述通孔内。

19.如权利要求17所述的LED发光模块的制造方法，其特征在于：于该步骤B中，该热接合层为金属材质电镀于该电路板的底面电路而形成，且该热接合层的下表面与该承载面是施以热熔接连接。

20.如权利要求17所述的LED发光模块的制造方法，其特征在于：LED发光模块的制造方法还包含一步骤E：电镀一金属镀层附着于该电路板的底面电路，且于该步骤B中，是使用焊料作为该热接合层焊接该电路板与该金属导热板，该热接合层是透过该金属镀层与该底面电路连接。

21.如权利要求19或20所述的LED发光模块的制造方法，其特征在于：于该步骤A中，所述承载区是于该金属导热板冲压形成。

22.如权利要求19或20所述的LED发光模块的制造方法，其特征在于：于该步骤A中，该承载面是金属材质电镀形成。

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