CN2879426Y - 一种模块化led及其封装结构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种将LED结构模块化以方便拆装，并同时具有高散热效率的模块化LED及其封装结构。本实用新型的模块化LED封装结构，包括：一导热基板，该导热基板在预定封装处设置有一穿孔；以及一LED模块，该LED模块包括一LED晶粒与一导热柱，该LED晶粒与该导热柱间通过一连接层相连接，该LED模块通过将其所设的导热柱***并紧贴在该导热基板所设的穿孔中，从而使该LED模块所产生的热量可直接传导至该导热基板进行散热，并可以单独对LED模块进行替换。

Description

一种模块化LED及其封装结构
技术领域
本实用新型涉及一种LED封装结构，尤其是关于一种将LED结构模块化以方便拆装，并同时具有高散热效率的模块化LED及其封装结构。
背景技术
LED光源由于具有体积小、耗电量低、使用寿命长等特性，在可预见的未来，将可以取代目前灯泡或日光灯源等照明设备或其他显示装置的发光源，而成为最重要的发光元件。然而，为提高发光源的整体亮度，势必要提高发光功率或增加LED设置的数目或密度，但如此设置将大幅增加LED光源的产热量，若这些热量无法尽快导出，将严重影响LED的发光亮度，同时加速LED的劣化状况而缩短使用寿命。
参见图1，该图是现有LED封装结构的示意图。图中，LED 10是直接装设于一印刷电路板20上，其并设有一个第一电极11与一个第二电极12，而分别通过一传导线24与印刷电路板20上所设打线垫23电性连接。由于印刷电路板20导热效果并不佳，因此现有技术中在印刷电路板20上LED 10封装处开设一穿孔21，并在穿孔21中装填以高导热介质22，使由LED 10所产生的热量可以通过高导热介质22的传导，散逸到印刷电路板20与空气中以增加散热效率。然而，由于印刷电路板20上需留有LED 10黏着的空间，因此穿孔21能够开设的口径有限，使得高导热介质22与LED 10相接触的面积亦受到限制，因而无法有效提升其导热效率。此外，高导热介质22因是后来加以填充或黏着接触，其导热效果并不如一般金属，所以其散热效果也是有限。
另一方面，现有LED晶粒封装时通常是直接黏着于封装基板上，或先黏着在一杯座上再整个黏着固定于封装基板上，因此当该LED发生故障时，无法轻易将其取下更换，因而有时必须更换整个基板的LED光源，使其在维修、使用成本上相当高，而当其利用于一般家庭照明用的光源时，对于使用者而言，也相当不经济而且不便于维修。
发明内容
为改善现有LED封装结构散热不佳的缺点，同时使发生故障的LED能够单独更换，本实用新型将提供一种将LED模块化的模块化LED结构，使该LED晶粒在接设封装时更为方便，而且在必须进行更换时也可以由使用者以类似灯泡更换的方式轻易将LED拔下置换，而使该LED光源设备的维修成本大幅降低。另一方面，通过本实用新型模块化LED配合导热基板的封装结构，更可使LED晶粒所产生的高热，迅速透过低热阻抗的共晶层(eutecticlayer)，由导热柱传导至导热基板上，而大幅提升LED的散热效率，同时延长其使用寿命并长久维持其应有的亮度。
本实用新型的模块化LED结构，包括：一LED晶粒；一导热柱，该导热柱的上表面是一接合部；以及一连接层，该连接层将该LED晶粒与该导热柱相连接而构成一LED模组。其中，该连接层可为一共晶层或一黏着层，或其他可将该LED晶粒与该导热柱相连接的任何材料。该导热柱的接合部面积至少等于该LED晶粒底部的面积，而其一侧接部上则可设有一螺纹。该导热柱同时可通过其一底部内凹的镂空，而增加与空气接触的面积，从而提升散热效率，镂空的结构可内凹形成一柱体空间，但并不以此为限。此外，该导热柱是由铝或铜金属制成，但并不仅限于此，任何具有较高导热系数的材料都可以。
另一方面，本实用新型的模块化LED封装结构，包括：一导热基板，该导热基板在预定封装处设置有一穿孔；以及一如前述的LED模块，该LED模块借助其所设该导热柱插设并紧贴于该导热基板所设该穿孔中，使该LED模块所产生的热量可直接传导至该导热基板进行散热，并可以单独对LED模块进行替换。其中，该导热基板可为铝板、铜板或其他较高导热系数的基板，在此并未作特别的限制。
以下将配合附图进一步说明本实用新型的实施方式，下述所列举的实施例是用来阐明本实用新型，并不是用来限定本实用新型的范围，任何熟悉本技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出一些变化或者润饰，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求的保护范围为准。
附图说明
图1是现有技术的示意图；
图2是本实用新型实施例LED模块的示意图；
图3是本实用新型实施例LED模块的接合示意图；
图4是本实用新型实施例另一LED模块接合的示意图；
图5是本实用新型实施例模块化LED封装结构的示意图；
图6是本实用新型模块化LED封装结构第二实施例的示意图；
图7是本实用新型LED模块第二实施例的示意图；
图8是本实用新型LED模块第三实施例的示意图；
图9是本实用新型LED模块第四实施例的示意图。
具体实施方式
参见图2，该图是本实用新型实施例LED模块的示意图。本实用新型的模块化LED结构，包括：一LED晶粒31、一共晶层32与一导热柱33。共晶层32形成于LED晶粒31与导热柱33之间，是将前述二者相连接以组构成一LED模块30的连接层。
请继续参见图2，LED晶粒31包括一第一电极311与一第二电极312。在一般氮化镓(GaN)LED晶粒上，第一电极311可与P型氮化镓(P-GaN)层电性连接而成为P型电极，而第二电极312则可与N型氮化镓(n+GaN)层电性连接而成为N型电极，电极设置方式在此仅作为示范，并不是仅限于上述的方式。
导热柱33，呈柱状结构，包括一接合部331、一底部332与一侧接部333。导热柱33通过其接合部331与LED晶粒31共晶接合，导热柱33外径或接合部331面积的大小并无特别的限制，其可小于、等于或大于LED晶粒31底部的面积，但以等于或大于者(请参见图8)为较佳，才能将LED晶粒31的产热以最大面积传导，从而增加其导热效率。侧接部333在本实施例中设有螺纹334，其也可以是光滑平面，或其他可以插设于穿孔41(请参见图5)的构造形状。导热柱33可由高导热系数的铝(231W/m×K)或铜(385W/m×K)金属制成，但并不仅限于此，任何其他具有较高导热系数的材料皆可。此外，导热柱33同时可由其底部332内凹有一镂空34(请参见图7)，以此来增加与空气接触的面积，而提升散热效率，镂空34的结构可内凹形成一柱体空间，但并不以此为限。
请同时参见图3，4，是本实用新型实施例LED模块的接合示意图。LED晶粒31与导热柱33接合前，可在导热柱33接合部331表面镀上一层镀金层321，而后再与LED晶粒31在适当温度下进行共晶接合，形成一LED模块30。其也可以准备一与接合部331或LED晶粒31底部面积相仿的金片322，夹设于LED晶粒31与接合部331后进行共晶接合，共晶接合后即可形成LED模块30中所谓的共晶层32(请参见图2)。
LED晶粒31与导热柱33的接合方式，除前述的共晶结合方式外，亦可以通过具有高导热系数的黏胶进行接合。也就是说，前述的共晶层32亦可由黏着层35所取代(请先参见图9)。黏着层35可为铜胶、银胶或焊锡，或为前述材料的任何混合，但并不仅限于此。无论是以共晶结合方式或黏胶黏着方式进行接合，该连接层皆是以较高导热系数者为较佳。
请参见图5，6，是本实用新型实施例模块化LED封装结构的示意图。本实用新型实施例中利用于LED模块30封装的基板，并非一般现有的印刷电路基板，而是一具较高导热系数的导热基板40，其可为高导热系数的铝板、铜板或氮化铝(320W/m×K)板，但并不以此为限，其中以导热系数于室温下可达100W/m×K)以上者为较佳。
导热基板40设置时，是在每一LED模块30预定装设处设置有一穿孔41。穿孔41所开设的尺寸规格是依照LED模块30中的导热柱33的构形相配合设置，使将来LED模块30插设后，其导热柱33侧接部333能与穿孔41有最佳的结合紧密度。在本实施例中，为配合设有螺纹334的导热柱33构形，穿孔41亦设有与该螺纹334相对应的螺纹42，使LED模块30能利用螺接的方式锁螺紧密结合于穿孔41中。如果将来该LED晶粒31有所损坏，则可单独将LED模块30直接旋出而加以更换，而无须连同整个基板一同置换，不但可增加LED光源维修的方便性，也可以同时降低设备维修与使用的成本。另一方面，由于导热柱33与LED晶粒31是共晶接合，故有较低的热阻抗，因此LED晶粒31所产生的热量可迅速经由共晶层32传导至导热柱33，再由导热柱33传导至紧密接合的导热基板40上，故在整体导热效率上也得到大幅有效地提升。
导热柱33除前述利用传导方式进行散热外，其亦可同时通过与空气的接触，利用辐射或对流的方式进行散热。此时，可如前述于导热柱33底部332处内凹形成镂空34，其也可以增加导热柱33的长度，突出于所接设的导热基板40外，则外露与空气接触部分，亦得同时进行散热，而能进一步提升整体的散热速率。除增加导热柱33的长度外，亦可使导热柱33短于导热基板40的厚度，导热柱33虽减少其散热面积，但与导热柱33相接触的导热基板40附近，而增加其与空气接触的面积，亦具有增加散热效率的功效。前述导热柱33的长度并未设有特别的限制，可依导热柱33、导热基板40材料的导热系数，以及导热柱33的截面积或导热基板40的厚度配合调整，使有最佳的散热效果。
此外，如果导热基板40具导电性，则需在该导热基板40表面预定区域形成一绝缘层43，再于绝缘层43上形成一打线垫44。待LED模块30插设于穿孔41后，再分别由LED晶粒31的第一电极311与第二电极312，以传导线45结合至打线垫44上，以完成电性连接，但导热基板40上与LED晶粒31电性连接的设置方式并不仅限于前述。

Claims (10)

1.一种模块化LED结构，其特征在于包括：
一LED晶粒；
一导热柱，该导热柱的上表面是一接合部；以及
一连接层，该连接层是将该LED晶粒与该导热柱相连接而组构成一LED模块。
2.如权利要求1所述的模块化LED结构，其特征在于，所述连接层是一共晶层。
3.如权利要求1所述的模块化LED结构，其特征在于，所述连接层是一黏着层。
4.如权利要求3所述的模块化LED结构，其特征在于，所述黏着层是一银胶层。
5.如权利要求1所述的模块化LED结构，其特征在于，所述导热柱在其侧表面上进一步设有螺纹。
6.如权利要求1所述的模块化LED结构，其特征在于，所述导热柱的接合部面积至少等于所述LED晶粒底部的面积。
7.如权利要求1、2或3所述的模块化LED结构，其特征在于，所述导热柱由铝金属制成。
8.一种模块化LED封装结构，其特征在于包括：
一导热基板，该导热基板于预定封装处设置有一穿孔；以及
一如权利要求1所述的LED模块，该LED模块通过其所设的导热柱***并紧贴在该导热基板所设的所述穿孔中。
9.如权利要求8所述的模块化LED封装结构，其特征在于，所述穿孔内设有螺纹，而所述导热柱的侧表面亦设有相对应的螺纹，通过螺纹使所述导热柱螺接插设在所述穿孔中。
10.如权利要求8所述的模块化LED封装结构，其特征在于，所述导热基板是一铝板。
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