CN101818888A - 散热块与发光装置 - Google Patents

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Abstract

一种散热块与发光装置，该散热块包括一金属底板以及一高熔点粘着体，金属底板具有一表面，高熔点粘着体配置于金属底板的表面上，其中高熔点粘着体的熔点介于275℃至400℃之间；该发光装置，包括：发光元件，具有一主动面与一相对于该主动面的背面；所述散热块，配置于该发光元件的该背面上，该散热块包括：金属底板，具有一表面；以及高熔点粘着体，配置于该金属底板的该表面与该发光元件的该背面之间；承载器，电性连接至该发光元件，具有一下表面；以及焊料块，配置于该承载器的该下表面上，其中该焊料块的熔点低于该高熔点粘着体的熔点。本发明的散热块适于对具有焊料块的发热装置进行散热。

Description

散热块与发光装置
【技术领域】
本发明是关于一种散热块(heat slug)与发光装置(light emitting device)，特别是关于一种具有一高熔点粘着体的散热块以及应用此散热块的发光装置。
【背景技术】
随着制造技术的精进，发光二极管(LED，Light Emitting Diode)经由不断的研发改善，逐渐地加强其发光的效率，使其发光亮度能够进一步的提升，借以扩大并适应于各种产品上的需求。换言之，为了提高发光二极管的亮度，除了借由解决其外在的封装问题外，亦需要设计使发光二极管具有较高的电功率及更强的工作电流，以期待能生产出具有高亮度的发光二极管。然而，由于在提高发光二极管电功率及工作电流之下，发光二极管将会相对产生较多的热量，使得发光二极管容易因过热而影响其性能的表现，甚至造成发光二极管的故障。
现有发光二极管封装(LED package)结构是由散热块、第一导脚(lead)、第二导脚、粘着层(adhesive layer)、发光二极管晶片(LED chip)以及封装胶体(molding compound)所组成。其中散热块配置于第一导脚与第二导脚之间，粘着层是配置于散热块与发光二极管晶片之间，且封装胶体覆盖发光二极管晶片。此外，发光二极管晶片是透过粘着层与散热块而电性连接至第一导脚，并透过一焊线(bonding wire)而电性连接至第二导脚。另外，粘着层的材料为银胶(silver epoxy)。
于现有发光二极管封装结构中，发光二极管晶片所产生的热是经由粘着层而传递至散热块以进行散热。当选用银胶作为粘着层的材料时，由于银胶的导热率差(小于20W/mK)、膨胀系数高(大于30ppm/K)且粘着强度较差，所以发光二极管晶片所产生的热经由粘着层传递至散热块时，粘着层会造成热阻(thermal resistance)增加，进而导致散热不易，且在热应力(thermal stress)产生时易导致粘着层的强度降低，甚至遭到破坏。
此外，将发光二极管晶片配置于粘着层(银胶)上后，需对粘着层(银胶)进行固化(curing)制程，以使粘着层(银胶)、发光二极管晶片及散热块结合。然而，固化制程需耗费许多时间，导致生产效率低落，且粘着层(银胶)的粘度会随着制程时间的不同而产生变化，因此固化后的粘着层(银胶)品质较不稳定。
【发明内容】
本发明提供一种散热块，可帮助发热装置进行散热。
本发明提供一种发光装置，其具有散热块，可延长发光装置的寿命。
本发明提出一种散热块，其包括金属底板以及高熔点粘着体。金属底板具有表面。高熔点粘着体配置于金属底板的表面上，其中高熔点粘着体的熔点介于275℃至400℃之间。
所述的散热块，上述的金属底板更具有位于表面的凹槽，且高熔点粘着体配置于凹槽内。
所述的散热块，上述的金属底板的材料包括铜、银或铝。
所述的散热块，上述的高熔点粘着体的材料选自于由锡、银、铜、金、铜锡合金、金锡合金、银锡合金以及上述的组合所组成的群组。
所述的散热块，适于对具有焊料块的发热装置进行散热，且焊料块的熔点低于高熔点粘着体的熔点。
本发明提出一种发光装置，其包括发光元件、散热块、承载器以及焊料块。发光元件具有主动面与相对于主动面的背面。散热块配置于发光元件的背面上，其中散热块包括金属底板以及高熔点粘着体。金属底板具有表面。高熔点粘着体配置于金属底板的表面与发光元件的背面之间，且高熔点粘着体的熔点温度介于275℃至400℃之间。承载器电性连接至发光元件，且承载器具有下表面。焊料块配置于承载器的下表面上，其中焊料块的熔点低于高熔点粘着体的熔点。
所述的散热装置，上述的金属底板更具有位于表面的凹槽，且高熔点粘着体配置于凹槽内。
所述的散热装置，上述的金属底板的材料包括铜、银或铝。
所述的散热装置，上述的高熔点粘着体的材料选自于由锡、银、铜、金、铜锡合金、金锡合金、银锡合金以及上述的组合所组成的群组。
所述的散热装置，上述的发光装置更包括封装胶体。封装胶体包覆发光元件以及部分承载器，其中部分承载器暴露于封装胶体外。
所述的散热装置，上述的封装胶体可为透光胶体。
所述的散热装置，上述的承载器包括多个引脚，其中每一引脚具有内引脚以及外引脚，内引脚被封装胶体包覆并与发光元件电性连接，而外引脚暴露于封装胶体外。
所述的散热装置，上述的发光装置更包括焊线。发光元件透过焊线与承载器的内引脚电性连接。
所述的散热装置，上述的焊线的材料包括金。
所述的散热装置，上述的发光装置更包括具有上表面的基板，其中焊料块配置于基板的上表面与承载器的下表面之间。
所述的散热装置，上述的基板可为印刷电路板或硅基板。
所述的散热装置，上述的发光元件可为发光二极管晶片。
所述的散热装置，上述的焊料块为锡铅合金。
综上所述，由于本发明的散热块具有一高熔点粘着体，其熔点介于275℃至400℃之间，可帮助发热装置进行散热。
【附图说明】
图1A为本发明的一实施例的一种散热块的剖面示意图。
图1B为本发明的另一实施例的一种散热块的剖面示意图。
图2为本发明的一实施例的一种发光装置的剖面示意图。
100a、100b：散热块
110a、110b：金属底板
112：表面
114：凹槽
120：高熔点粘着体
200：发光装置
210：发光元件
210a：主动面
210b：背面
220：承载器
222a、222b：内引脚
224a、224b：外引脚
226：下表面
230：焊料块
240：基板
242：上表面
250：封装胶体
260a、260b：焊线
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
【具体实施方式】
现有采用银胶固晶技术容易发生散热不佳的问题。有鉴于此，本发明的实施例揭示了一种散热块，其具有高熔点粘着体。高熔点粘着体的熔点介于275℃至400℃之间。当进行第一次回焊(reflow)制程以使发光元件借由高熔点粘着体与金属底材电性及结构性连接时，可降低热传递时在高熔点粘着体所产生的热阻，以提高散热效率，进而可延长发光元件的寿命。此外，高熔点粘着体的熔点高于焊料块的熔点，因此当进行第二次回焊制程以使承载器焊接于基板上时，发光元件不会因第二次回焊制程而产生位移，可提高生产良率。
图1A为本发明的一实施例的一种散热块的剖面示意图。请参考图1A，本实施例的散热块100a包括金属底板110a以及高熔点粘着体120。金属底板110a具有表面112，且金属底板110a的材料包括铜、银或铝。举例而言，在本实施例中，金属底板110a例如是热传导性较佳的铜基板、铜合金基板、铝基板或铝合金基板。导热性愈佳，愈能快速传导发光元件(未绘示)所产生的热能，以降低发光元件的工作温度。
高熔点粘着体120配置于金属底板110a的表面112上，其中高熔点粘着体120的熔点介于275℃至400℃之间。在本实施例中，高熔点粘着体120的材料选自于由锡、银、铜、金、铜锡合金、金锡合金、银锡合金以及上述的组合所组成的群组。
详细而言，由于本实施例的散热块100a具有高熔点粘着体120，因此当散热块100a应用于发光元件(未绘示)时，只需将发光元件放置于散热块100a的高熔点粘着体120的表面，并同时将发光元件与散热块100a放入回焊炉(即锡炉)中以进行第一次回焊制程，使高熔点粘着体120加热后形成液态状的高熔点粘着体120，当高熔点粘着体120冷却凝固后，发光元件即可焊接至散热块100a上。因此，将发光元件焊接于散热块100a的过程较为方便，且发光元件与散热块100a之间的定位较为简单，可提高生产效率。
值得一提的是，在本实施例中，当发光元件(未绘示)焊接至散热块100a上时，散热块100a的金属底板110a可传导发光元件所产生的热量，来降低发光元件的工作温度，其中散热块100a与金属底板110a的温度差可小于或等于1℃，但本发明并不以此为限。另外，于其他实施例中，发光元件亦可以是借由机器压合的方式与散热块100a相接合。因此，上述借由第一次回焊制程而使发光元件与散热块100a焊接的方式，仅为举例说明，本发明并不以此为限。
图1B为本发明的另一实施例的一种散热块的剖面示意图。请同时参考图1B与图1A，在本实施例中，图1B的散热块100b与图1A的散热块100a相似，二者主要差异之处在于：图1B的散热块100b中的金属底板110b具有一位于表面112的凹槽114，且高熔点粘着体120配置于凹槽114内。
简言之，由于本实施例的散热块100a、100b具有高熔点粘着体120，其中高熔点粘着体120的熔点介于275℃至400℃之间，因此当进行第一次回焊制程以使发光元件(未绘示)借由高熔点粘着体120与金属底材110a、110b电性及结构性连接时，可降低热传递时在高熔点粘着体120所产生的热阻，以提高散热效率，进而可延长发光元件的寿命。此外，金属底板110a、110b可用以传导发光元件所产生的热量，以降低发光元件的工作温度，因此本实施的散热块100a、100b的结构不但可应用于低功率的发光元件的发热装置(未绘示)中，而且还可应用在高功率的发光元件的发热装置中，以扩大发光元件所能应用的产品的范围。
以下将以一实施例来说明图1A的散热块100a应用于一发热装置。图2为本发明的一实施例的一种发光装置的剖面示意图。请参考图2，本实施例的发光装置200包括发光元件210、散热块100a、承载器220以及焊料块230。在本实施例中，发光装置200例如是发光二极管封装。
发光元件210具有主动面210a与相对于主动面210a的背面210b，其中发光元件210例如是发光二极管晶片。散热块100a配置于发光元件210的背面210b上，其中散热块100a包括金属底板110a以及高熔点粘着体120。金属底板110a具有表面112。高熔点粘着体120配置于金属底板110a的表面112与发光元件120的背面210b之间，且高熔点粘着体120的熔点温度介于275℃至400℃之间。承载器220电性连接至发光元件210，且承载器220具有下表面226。焊料块230配置于承载器220的下表面226上，其中焊料块230的熔点低于高熔点粘着体120的熔点。在本实施例中，金属底板110a的材料包括铜、银或铝。高熔点粘着体120的材料选自于由锡、银、铜、金、铜锡合金、金锡合金、银锡合金以及上述的组合所组成的群组。焊料块230例如是锡铅合金。
此外，在本实施例中，发光装置200更包括基板240以及封装胶体250。基板240具有上表面242，且焊料块230配置于基板240的上表面242与承载器220的下表面226之间，其中基板240例如是印刷电路板或硅基板。封装胶体250包覆发光元件210以及部分承载器220，其中部分承载器220暴露于封装胶体250外。在本实施例中，封装胶体250例如是透光胶体，且封装胶体250的材料例如是环氧树脂。
具体而言，在本实施例中，承载器220包括多个引脚，其中每一引脚具有内引脚222a(或222b)以及外引脚224a(或224b)。这些内引脚222a、222b分别被封装胶体250包覆并分别与发光元件210电性连接，而这些外引脚224a、224b分别暴露于封装胶体250外。换言之，本实施例的承载器220为导线架(lead frame)。进一步而言，发光装置200更包括二焊线260a、260b，其中发光元件210透过焊线260a与承载器220的内引脚222a电性连接，且发光元件210透过散热块100a的高熔点粘着体120与金属底板110a以及焊线260b而电性连接至承载器220的内引脚222b。在本实施例中，焊线260的材料包括金。
详细而言，由于本实施例的散热块100a具有高熔点粘着体120，因此当发光元件210与散热块100a焊接时，只需将发光元件210放置于散热块100a的高熔点粘着体120的表面，并同时将发光元件210与散热块100a放入回焊炉(即锡炉)中以进行第一次回焊制程，使高熔点粘着体120加热而形成液态状的高熔点粘着体120，当高熔点粘着体120冷却凝固后，发光元件210即可焊接至散热块100a上。
接着，再将承载器220与基板240放入回焊炉(即锡炉)中以进行第二次回焊制程，使位于承载器220的下表面226与基板240的上表面242之间的焊料块230加热而形成液态状的焊料块230，当焊料块230冷却凝固后，承载器220即可焊接于基板240上。由于焊料块230的熔点低于高熔点粘着体120的熔点，也就是说，当焊料块230加热呈现液态状时，高熔点粘着体120仍然呈现固态，因此发光元件210不会因第二次回焊制程而产生位移，可避免焊线发生断裂的情形，进而可提高生产良率。
在此必须说明的是，本发明并不限定承载器220的形态，虽然此处所提及的承载器220具体化为导线架，但于其他实施例中，承载器220亦可以是电路板(circuit board)。因此，图2所示的承载器220的形态仅为举例说明，本发明并不以此为限。
另外，于其他实施例中，发光装置200内的散热块100a亦可同图1B的散热块100b，也就是说，散热块100b的金属底板110b更具有一位于表面112的凹槽114，且高熔点粘着体120配置于凹槽114内。因此，图2所示的散热块100a的形态仅为举例说明，并非限定本发明。
综上所述，由于本发明的散热块具有高熔点粘着体，其熔点介于275℃至400℃之间，可帮助发光元件进行散热。此外，本发明的实施例还具有下述优点。当进行第一次回焊制程以使发光元件借由高熔点粘着体与金属底材电性及结构性连接时，可降低热传递时在高熔点粘着体所产生的热阻，以提高散热效率，进而可延长发光元件的寿命。另外，高熔点粘着体的熔点高于焊料块的熔点，因此当进行第二次回焊制程以使承载器焊接于基板上时，发光元件不会因第二次回焊制程而产生位移，可提高生产良率。再者，金属底板可用以传导发光元件所产生的热量，以降低发光元件的工作温度，因此本实施的散热块的结构可应用在高功率的发光元件的发光装置中，以扩大发光元件所能应用的产品的范围。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视申请专利范围所界定者为准。

Claims (18)

1.一种散热块，包括：
一金属底板，具有一表面；以及
一高熔点粘着体，配置于该金属底板的该表面上，其中该高熔点粘着体的熔点介于275℃至400℃之间。
2.如权利要求1所述的散热块，其特征在于：该金属底板还具有一位于该表面的凹槽，且该高熔点粘着体配置于该凹槽内。
3.如权利要求1所述的散热块，其特征在于：该金属底板的材料包括铜、银或铝。
4.如权利要求1所述的散热块，其特征在于：该高熔点粘着体的材料选自于由锡、银、铜、金、铜锡合金、金锡合金、银锡合金以及上述的组合所组成的群组。
5.如权利要求1所述的散热块，其特征在于：该散热块适于对具有一焊料块的一发热装置进行散热，且该焊料块的熔点低于该高熔点粘着体的熔点。
6.一种发光装置，包括：
一发光元件，具有一主动面与一相对于该主动面的背面；
一散热块，配置于该发光元件的该背面上，该散热块包括：
一金属底板，具有一表面；以及
一高熔点粘着体，配置于该金属底板的该表面与该发光元件的该背面之间，且该高熔点粘着体的熔点温度介于275℃至400℃之间；
一承载器，电性连接至该发光元件，具有一下表面；以及
一焊料块，配置于该承载器的该下表面上，其中该焊料块的熔点低于该高熔点粘着体的熔点。
7.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于：该金属底板还具有一位于该表面的凹槽，且该高熔点粘着体配置于该凹槽内。
8.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于：该金属底板的材料包括铜、银或铝。
9.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于：该高熔点粘着体的材料选自于由锡、银、铜、金、铜锡合金、金锡合金、银锡合金以及上述的组合所组成的群组。
10.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于：还包括一封装胶体，包覆该发光元件以及部分该承载器，其中部分该承载器暴露于该封装胶体外。
11.如权利要求10所述的发光装置，其特征在于：该封装胶体为一透光胶体。
12.如权利要求10所述的发光装置，其特征在于：该承载器包括多个引脚，其中各该引脚具有一内引脚以及一外引脚，该内引脚被该封装胶体包覆并与该发光元件电性连接，而该外引脚暴露于该封装胶体外。
13.如权利要求12所述的发光装置，其特征在于：还包括一焊线，该发光元件透过该焊线与该承载器的该内引脚电性连接。
14.如权利要求13所述的发光装置，其特征在于：该焊线的材料包括金。
15.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于：还包括一具有一上表面的基板，其中该焊料块配置于该基板的该上表面与该承载器的该下表面之间。
16.如权利要求15所述的发光装置，其特征在于：该基板为一印刷电路板或一硅基板。
17.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于：该发光元件为一发光二极管晶片。
18.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于：该焊料块为锡铅合金。
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CN101969090A (zh) * 2010-09-03 2011-02-09 苏州中泽光电科技有限公司 一种新型液体金属固晶工艺
CN101980390A (zh) * 2010-09-03 2011-02-23 苏州中泽光电科技有限公司 一种利用液体金属导热的led封装工艺

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