CN101202270A - 发光二极管模组及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管模组，包括一散热装置及设置于该散热装置上的至少一发光二极管，该散热装置包括与所述至少一发光二极管接触的一安装面，该安装面上直接形成有与所述至少一发光二极管电连接的线路，该至少一发光二极管与所述线路电连接并通过该散热装置进行散热。其制造方法包括以下步骤：首先提供一具有用于安装发光二极管的安装面的散热装置；其次对该散热装置的安装面进行绝缘处理；然后在该经绝缘处理的安装面上铺铜线路；最后将发光二极管电连接至上述铜线路即形成上述发光二极管模组。本发明发光二极管模组于散热装置上一体形成线路，避免了线路与散热装置之间接触热阻的产生，保证了二极管热量的快速散发，提升其使用性能及使用寿命。

Description

发光二极管模组及其制造方法

技术领域

本发明涉及发光源模组，特别是关于一种具有散热装置以对发光源进行散热的发光二极管模组及其制造方法。

背景技术

发光二极管(LED，Light-emitting Diode)的寿命比一般灯泡要高出50～100倍，而LED本身耗费的电量仅为一般灯泡的1/3～1/5，可望在二十一世纪取代钨丝灯和水银灯，成为兼具省电和环保概念的新照明光源。

作为固体光源本身的一个特点，LED发光源在工作时也将发出热量，目前所使用的LED模组大都将多个LED以高密度阵列的型式连接于一印刷电路板(PCB)上，并将该PCB置于一金属散热器上对其进行散热，散热器与PCB之间一般填充有导热胶等热界面材料以弥补二者之间的空隙而减小两者之间的接触热阻。但是PCB的材料一般为FR-4(由环氧树脂与玻璃纤维含浸压覆而成)，其热传导性能不佳，而PCB与散热器之间虽然填充有导热胶，但导热胶的导热系数远远小于金属，因而PCB与散热器之间仍然会产生较大的接触热阻，使LED所产生的热量无法有效的经由PCB传导至散热器予以散发而导致其温度的升高，致使芯片本身及封装树脂性能的恶化，引起LED发光效率的下降，严重影响其发光亮度及缩短其使用寿命，因此如何将LED光源所产生的热量快速有效的导出或散发出去，已成为影响LED发光品质与寿命的关键因素。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种具有高散热效率的发光二极管模组及其制造方法。

一种发光二极管模组，包括一散热装置及设置于该散热装置上的至少一发光二极管，该散热装置包括与所述至少一发光二极管接触的一安装面，该安装面上直接形成有与所述至少一发光二极管电连接的线路，该至少一发光二极管与至所述线路电连接并通过该散热装置进行散热。

该发光二极管模组的制造方法，包括以下步骤：首先提供一散热装置，该散热装置具有一用于安装发光二极管的安装面；其次对对该散热装置的安装面进行绝缘处理；然后在该经绝缘处理的安装面上铺铜线路；最后将发光二极管电连接至上述铜线路。

与传统的发光二极管模组相比，本发明发光二极管模组于散热装置上直接形成线路，发光二极管直接与散热装置上的线路相连接，省去了传统的PCB板，避免了PCB板与散热装置之间接触热阻的产生，发光二极管所产生的热量可直接由高导热性能的散热装置予以快速散发，保证发光二极管模组的正常工作，提升其使用性能及使用寿命。

附图说明

图1为本发明发光二极管模组第一实施例立体分解示意图。

图2为本发明发光二极管模组沿散热装置纵长方向的组装剖视示意图。

图3为图1中散热装置上所形成的线路示意图。

图4为本发明发光二极管模组的第二实施例分解示意图。

图5为图4沿横向的组装剖视示意图。

图6为本发明发光二极管模组的第三实施例组装示意图。

图7为本发明发光二极管模组的第四实施例组装示意图。

图8为本发明发光二极管模组的第五实施例组装剖视示意图。

图9为本发明发光二极管模组的第六实施例立体分解示意图。

图10为本发明发光二极管模组制造方法流程图。

具体实施方式

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步说明。

如图1至2所示为本发明发光二极管模组第一实施例，其包括若干发光二极管10(LED)及一用于对所述LED10散热的散热装置。该实施例中散热装置为一鳍片式散热器30，包括一基座31及自该基座31的底面一体向上延伸形成的若干散热鳍片32，所述散热鳍片32为多行多列排布的若干细柱。显然，所述散热鳍片32是为增加散热器30的散热面积，亦可呈相互平行排列的薄片状结构，而所述散热鳍片32与基座31亦可分别成型，然后通过焊接等方式组接而成。

请同时参阅图3，基座31的底面形成一安装面33，该安装面33上形成有与LED10电性连接的正负极线路20。此线路20可随发光源的样式及数量而改变，并不限于图中所示形式。每一LED10包括一与所述正负极线路20连结的LED芯片14及一将LED芯片14罩设于其内的透光封装层12(图2)。所述LED芯片14通过打线方式(wire bonding)或者覆晶方式(flip chip)与线路20实现电性连接，本实施例揭示为使用打线方式进行连接，即利用金线16将LED芯片14连接至线路20的导电接点22上，以形成导电连接。该透光封装层12一般采用硅胶或者环氧树脂，用以保护LED芯片14不受外界影响及破坏，同时亦具有将该LED芯片14稳固连接至散热器30上的功效。据此，每一LED芯片14在工作时产生的热量可直接经由散热器30的基座31吸收，并进一步通过散热鳍片32散布至环境中，此种散热方式中，线路20一体形成于散热器30上，LED芯片14产生的热量可直接传导至散热器30上，从而避免了线路20与散热器30之间接触热阻的产生而导致LED芯片14所产生的热量无法有效地传递至散热器30散发的问题，大大提升了LED芯片14与散热器30之间热量的传导效率，从而能快速的将LED芯片14所产生的热量散布至环境中，保证发光二极管模组的正常工作，提升其使用性能及使用寿命。

如第4图及图5所示为本发明发光二极管模组第二实施例示意图，与上述第一实施例的不同之处在于：该散热装置还包括一扁平状热管40，其为一呈真空状的封闭腔体，腔体的一侧形成一安装LED10的平面状的安装面43，同样该安装面43上直接设有与LED10电性连接的线路20(请参图3)。该热管40的腔体内填充有低沸点的工作液体。据此，当LED10在工作时产生的热量可直接经由该热管40的腔体吸收，热管40内的工作液体吸热达到其沸点后快速汽化产生蒸汽，由于蒸气在腔内的传播阻力几乎可以忽略，产生的蒸气将迅速充满整个腔体，而当碰到热管40的冷却面(即热管40与散热器30a的接触面)时将再次冷却成液体，为促使冷却后的工作液体回流，腔体的内壁设有用以产生毛细作用力毛细结构42，从而通过工作液体的相变化而快速的将LED10所产生的热量均布于整个热管40，为加强热管40热量的散发，散热器30a可通过焊接或导热介质直接连接于热管40的冷却面上。为增加热管40与散热器30a之间的传热面积，所述散热器30a于基座31a上形成凹槽311而将热管40收容于其内。实际上，该散热器30a的基座31a可设置多个凹槽311而同时收容多根热管40，从而可供更多LED10同时使用。

相变传热具有快速输送大量热能、温度分布均匀、低热阻、远距传输等特性，可达到快速且充分传导热量的目的，从而可更一步确保这些LED芯片14正常工作并维持最大发光亮度。

如图6及图7所示为本发明第三及第四实施例，该两实施例中散热装置均包括一热管40c、40d及连接于该热管的散热器30c、30d，与前述实施例的不同之处在于：该两实施例中散热器30c、30d由若干散热鳍片32c、32d堆叠设置而成，而热管40c、40d的两侧均形成平面状的安装面43c、43d。如图6所示，散热器30c的每一散热鳍片32c于其中一侧边的中央位置处形成凹槽37，所述凹槽37共同构成一空间用于收容热管40c，热管40c的两端分别形成蒸发端41与冷凝端42，并于蒸发端41的上下两侧分别形成安装LED10的安装面43c，每一安装面43c上直接形成线路20(请参图3)与LED10电性相连。从而通过热管40c的快速导热的特性以将分别置于蒸发端41两侧的LED10所产生的热量有效地导出，并进一步通过设置于热管40c的冷凝端的42的散热器30c散发。如图7所示为本发明第四实施例，与上述第三实施例相同，该实施例中热管40d同样为扁平热管，热管40d两端分别形成蒸发端41与冷凝端42，所述散热鳍片32d穿设于热管40的冷凝端42上。热管40d的蒸发端41的上、下两侧面均形成安装LED10的平面状的安装面43d，每一安装面43d上直接形成线路20(请参图3)与LED10电性相连。其不同之处在于，该实施例中散热器30d的每一散热鳍片32d于其大致中央位置处形成穿孔38供热管40d的冷凝端42穿设其中，从而可将热管40d自LED10所吸收的热量更为均匀地分布至散热鳍片32d，更有利于热量的散发。

如图8所示，为本发明的第五实施例，其同样利用工作流体的相变传热达到快速传热的目的，该实施例中散热装置为一蒸发腔式散热器30b，其基座31b为一填充有工作液体的蒸发腔(vapor chamber)，同样该蒸发腔31b的一侧形成一平面状的安装面313，该安装面313上直接形成线路20(请参图3)与LED10电性相连。蒸发腔31b的另一侧设有若干散热鳍片32b以辅助散热。与热管40、40c、40d不同的是，该蒸发腔31b具有更大的接触面积，蒸发腔31b内的工作液体吸收LED10产生的热量并蒸发产生蒸汽，并通过设于蒸发腔31b上的散热鳍片32而将热量及时散发出去。该蒸发腔31b具有比上述热管40、40c、40d更大的裸露表面，可提供更多的芯片安装空间，图中揭示为三排LED10并列设置于一个蒸发腔31b的安装面313上。

图9揭示为本发明发光二极管封装结构的第六实施例，为达均热及移除热量之目的，本实施例利用工作流体直接流经一冷却板70的液冷方式对LED10所产生的热量进行移除，该冷却板70包括一腔体71及与该腔体71密闭的一盖体73，该冷却板70的盖板73的顶面72形成线路20(请参图3)直接与LED10电性连接，该冷却板70的腔体71内开设有弯曲迂回流道201，供冷却工作液通过，从而，LED10工作时产生的热量即可通过该冷却板70直接传递至冷却板70内的工作液体，并通过工作液体在流道内201的循环流动而均布于该冷却板70上，然后，吸收热量后的高温液体在外界泵体210的驱动下在液冷系统中作热交换，比如经由设置在外界管道220上、由若干散热鳍片组成的热交换器230将热量带走，冷却后的液体即再次进入冷却板内70，如此使工作流体在液冷系统中循环流动，达到移除LED10热量的目的。

本发明的上述实施例中，于散热器30的基座31、热管40(40c、40d)、蒸发腔30b及冷却板70等散热装置上直接形成线路20，而将LED10直接连接于散热装置的线路20上，无需设置额外的PCB板，避免了PCB板与散热装置之间由于接触热阻而导致LED10产生的热量无法有效地传递至散热装置上，有效地提升了散热效率，同时省去了PCB板，节省了材料，降低了成本。另外，本发明第二至六实施例中，所述散热装置形成有腔体，并通过腔体内工作流体的相变化或者循环流动而达到迅速将LED10所产生的热量均布于所述均热装置上，并随之通过外部设置的散热鳍片或者热交换器而将热量从均热装置上移除，还达到防止局部热点(hot spot)的出现，有效解决高发热量发光源的散热问题。

如上所述，本发明发光二极管模组通过于散热装置上形成线路而直接与LED10电性连接，以降低接触热阻而达到提升散热效率的目的。下面参阅第10图，介绍本发明发光二极管模组的制造方法。

首先提供一散热装置，该散热装置可为一鳍片式散热器，或为热管、蒸发腔、冷却板等具有工作液体的散热装置。以下以散热器30为例，说明本发明发光二极管模组的制造方法，该散热器30可通过清洗、碱洗(causticscrubbing)、去毛刺(burring)等方式形成较光滑平整的安装面33。然后对该安装面33进行绝缘处理，于该安装面33形成一绝缘层。所述绝缘处理可通过真空溅镀、蒸镀或阳极处理等方式实现，于该安装面形成一层非常薄的绝缘层，上述绝缘处理方式均为现有技艺而于此不赘述。

然后于该散热器30的绝缘层上铺铜箔，即于该绝缘层上形成一铜箔层，可通过溅镀(sputtering)、高热热压上铜箔、化学镀铜、电镀等方式形成。

其中溅镀是利用辉光放电(glowdis-charge)将氩气(Ar)离子撞击靶(tar-get)表面，靶材的原子被弹出而堆积在基板表面形成薄膜。新型的溅镀设备一般通过强力磁铁将电子成螺旋状运动以加速靶材周围的氩气离子化，造成靶与氩气离子间的撞击机率增加，提高溅镀速率。铜溅镀大都采用直流溅镀，即在真空中利用辉光放电(glowdis-charge)将氩气(Ar)离子撞击靶材(tar-get)表面，电浆中的阳离子会加速冲向作为被溅镀材的负电极表面，这个冲击将使靶材的物质(即为铜)飞出而沉积在基板(即散热器30的基座31的安装面33)上形成铜薄膜。

实际上由于绝缘层的表面不容易附着其它物质，在通过高热热压或电镀等方式铺铜箔之前可先通过表面活化处理(如表面喷银、表面喷沙、表面粗化、表面活化等)、去皮膜处理活化散热装置的安装面。然后通过化学镀铜或电镀的方式于绝缘层表面均匀覆盖一铜箔层。电镀指借助外界直流电的作用，在溶液中进行电解反应，使基材的表面沉积一金属或合金层。电镀常用的工艺种类有碱性氰化物镀铜、硫酸盐镀铜、焦磷酸盐镀铜、柠檬酸盐镀铜等。例如硫酸盐镀铜，其镀液主要含有硫酸铜、硫酸和水，甚至也有其它添加剂。硫酸铜是铜离子(Cu²⁺)的来源，当溶解于水中会离解出铜离子，铜离子会在阴极(即散热装置的安装面)还原沈积成金属铜。此过程会受镀浴的状况如铜离子浓度、酸碱度(pH)、温度、搅拌、电流、添加剂等影响。在电镀过程浴中，可通过在浴中添加硫酸铜或用铜作阳极来避免铜离子浓度因消耗而下降。化学铜析镀则无需外加电缘，其是利用溶液中的离子进行氧化还原反应，由甲醛氧化释放电子，供给周围铜离子，使其发生还原而析镀在具有催化活性钯活性点上，而此析镀出的铜，又继续进行催化反映，使反应持续进行。另外也可于绝缘层上首先形成一环氧树脂层，然后通过玻璃纤维含浸压覆而形成一层FR-4，再进行高热热压上铜箔。

然后即形成铜线路20，该步骤中通过上光阻、曝光、蚀刻的方式形成铜线路20，另外也可通过图案转移、曝光显影等方式形成线路20。特别的，在铜箔层厚度较大的情况下，可通过冲压直接形成铜线路20。

最后是将LED10电连接至散热装置安装面所形成的线路20上。其中一种方式是将已经封装好的LED10的导电接脚通过打线方式或者以覆晶安装方式连接至线路20上，另外也可将LED芯片14首先置于散热装置安装面33的相应位置上，然后通过打金属线的方式或者以覆晶安装方式将LED芯片14与线路20电连接，最后通过封装将LED芯片14密封设置于透光封装层12内，用以保护LED芯片14不受外界影响及破坏。

Claims (16)

1.一种发光二极管模组，包括一散热装置及设置于该散热装置上的至少一发光二极管，其特征在于：该散热装置包括与所述至少一发光二极管接触的一安装面，该安装面上直接形成有与所述至少一发光二极管电连接的线路，该至少一发光二极管与所述线路电连接并通过该散热装置进行散热。

2.如权利要求1所述的发光二极管模组，其特征在于：该散热装置包括一中空的腔体，该腔体的一外表面形成所述安装面，该腔体内设有工作流体以吸收所述至少一发光二极管工作时所产生的热量。

3.如权利要求2所述的发光二极管模组，其特征在于：该腔体为一蒸发腔，所述至少一发光二极管工作时所产生的热量通过所述工作流体的相变化而均布于该蒸发腔。

4.如权利要求2所述的发光二极管模组，其特征在于：该腔体为一内设有流道的冷却板，所述至少一发光二极管工作时所产生的热量通过所述工作流体在该流道内的循环流动而带走。

5.如权利要求2所述的发光二极管模组，其特征在于：该腔体为一扁平热管，所述至少一发光二极管工作时所产生的热量通过所述工作流体的相变化而均布于该热管。

6.如权利要求2至5中任意一项所述的发光二极管模组，其特征在于：该腔体热性连接有若干散热鳍片并通过所述散热鳍片散发工作流体所吸收的热量。

7.如权利要求5所述的发光二极管模组，其特征在于：该热管包括一蒸发端及一冷凝端，所述蒸发端的外表面上形成所述安装面，该热管的冷凝端连接若干散热鳍片。

8.如权利要求5所述的发光二极管模组，其特征在于：该散热装置包括一基座及自该基座上延伸形成的若干散热鳍片，该基座上形成收容该热管的一凹槽。

9.如权利要求1所述的发光二极管模组，其特征在于：该散热装置包括一基座及自该基座上延伸形成的若干散热鳍片，该基座的一外表面形成所述安装面。

10.一种发光二极管模组的制造方法，包括以下步骤：

提供一散热装置，该散热装置具有用于安装发光二极管的一安装面；

对该散热装置的安装面进行绝缘处理；

在该经绝缘处理的安装面上铺铜线路；以及

将发光二极管电连接至上述铜线路。

11.如权利要求10所述的发光二极管模组的制造方法，其特征在于：所述绝缘处理的步骤是通过真空溅镀、蒸镀或阳极处理的方式在安装面上形成一层绝缘层。

12.如权利要求10所述的发光二极管模组的制造方法，其特征在于：所述铺铜线路的步骤是通过溅镀、高热热压、化学镀铜或电镀的方式于绝缘处理后的安装面上形成均匀的铜箔层，然后通过上光阻、曝光、蚀刻的方式对铜箔层加工形成所述铜线路。

13.如权利要求12所述的发光二极管模组的制造方法，其特征在于：在形成铜箔层之前，还包括对进行绝缘处理后的安装面进行表面喷银、表面喷沙、表面粗化或者表面活化处理。

14.如权利要求10所述的发光二极管模组的制造方法，其特征在于：所述发光二极管是封装完成后通过打线方式或者覆晶方式与形成的铜线路电连接。

15.如权利要求10所述的发光二极管模组的制造方法，其特征在于：所述发光二极管是首先将其芯片置于形成的铜线路上，然后通过打线方式或者覆晶方式实现芯片与线路的电连接，最后通过封装将芯片密封设置于一透光封装层内。

16.如权利要求10所述的发光二极管模组的制造方法，其特征在于：该散热装置为鳍片式散热器、热管、蒸发腔以及冷却板其中之一或散热元件与热管、蒸发腔或冷却板的结合。

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