CN102042568A - 具有复合结构基板的发光二极管封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其包含有：一高导热金属基板，其顶面凸设有复数反射罩杯，各反射罩杯内凹形成有呈外扩锥形的一容室；一印刷电路板，叠设在所述高导热金属基板的顶面且形成有开槽容置对应的反射罩杯；至少一灯串，在反射罩杯的容室内设置有至少一所述的灯串，灯串具有至少一发光二极管晶片，且灯串由打线接合与印刷电路板连接；一封装胶体，其涂布在高导热金属基板以及印刷电路板的顶面且包覆灯串；由于灯串的发光二极管晶片直接设置在高导热金属基板上，因此运作时的热量可直接传导至高导热金属基板进而有效的散发。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管的封装结构，特指发光二极管晶片直接设置在一金属导热基板上者。
背景技术
发光二极管是一种可发光的半导体元件，随着材料或制程技术上的进步，如今发光二极管能够高效率地将电能转化为光能，并且拥有使用寿命长、耗电量低、亮度高、体积小、反应速度快等优点，因此发光二极管可望取代白炽灯、萤光灯等，发展成新一代光源。
目前发光二极管的封装，主要采多层次封装的方式，参见图12所示，所述的多层次封装方式即是将已完成第一层封装的后的发光二极管结构71电连接于金属底的印刷电路板(PCB)或金属核心印刷电路板(MCPCB)72上，随后在印刷电路板的另一面上设置金属制散热装置73，又或者是将完成第一层封装之后的发光二极管结构电连接于具有薄介电层与导电层的铝基板上，如此，发光二极管运作时所产生的热可经过印刷电路板传导至散热装置，或经过介电层传导至铝基板从而散发。
然而，由于所述的印刷电路板或金属核心印刷电路板72主要由高分子材料制成，而介电层是由高分子材料与陶瓷材料所制成的复合材料层，其热传导系数均相当的低而非属于热的良导体，因此现有技术所使用的多层次封装方式，热量将会蓄积在印刷电路板或金属核心印刷电路板72或介电层，而难以传导至散热装置73或铝基板，是以无法有效的对发光二极管进行散热。
再者，前述封装方式中，当发光二极管结构71电连接于金属核心印刷电路板72时，由于所述的金属核心印刷电路板72的绝缘层太薄，所以无法耐高电压，为能耐高电压而必须加厚其绝缘层，但如此则造成热阻变大，进一步降低散热效果，是以现有技术的多层次封装方式不适用于交流发光二极管(AC LED)的封装。
此外，参见图13A所示，现有技术中晶片直接封装(chip on board，COB)的技术，其是使用一个凹形容室81，并在容室81内排列(array)有复数个直流发光二极管(DC LED)晶片82，进行封装时，必须进行打线接合在晶片82与晶片82间(chip to chip)拉金线83，此时若晶片82数量过多，则容易造成晶片82与晶片82的对位失准，并且由于晶片82上电极尺寸微小，同样也容易造成拉金线时对位失准而造成不良品。因此，现有技术中是以机械或光学方式划出网格，再以光学对位，以提高拉金线时的合格率，尽管如此，由于晶片82的电极尺寸甚小，致使良品率依然无法有效提升。此外，由于晶片82与晶片之间缺乏反射面，是以晶片82的侧向光无法有效反射出光。
请再参照图13B以及图13C所示，是采用交流发光二极管晶片84时的串接示意图，由于受限到家用驱动电压仅有110V或220V两种，所以采用交流发光二极管晶片84时，最多仅能在220V驱动电压下串接两颗晶片84，无法如图13A所示使用三颗以上的晶片相互串联的串接方式。
发明内容
有鉴于上述现有技术的多层次封装方式，存在有散热效果不良以及拉金线时易有对位不准的缺点，本发明是凭借改良其封装结构据以解决。
本发明的一主要目的在于提供一种具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其可提供晶片良好散热效果。
本发明的另一主要目的在于提供一种具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其中晶片间拉金线时可准确对位。
本发明的再一主要目的在于提供一种具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其可具有多个交流发光二极管晶片，其中晶片间可呈相互并联且满足高溃电压测试需求，或者是可将二个交流发光二极管晶片串连后再及其他交流发光二极管晶片并联。
为达成上述发明目的，本发明所提供的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其包含有：
一高导热金属基板，其顶面凸设有复数反射罩杯，各反射罩杯自顶面内凹形成有一容室，容室具有底壁与侧壁，所述的侧壁是朝向容室的开口方向呈外扩倾斜状；
一印刷电路板，其形成有配合反射罩杯数量以及位置的开槽，印刷电路板上设有复数电流线路导电区域，在各开槽的周边至少设有两电流线路导电区域，且两相邻开槽之间设有一电流线路导电区域，印刷电路板叠设在所述高导热金属基板的顶面，且高导热金属基板上的反射罩杯进入印刷电路板上对应的开槽内；
至少一灯串，在所述反射罩杯的容室底壁上设置有至少一灯串，所述的灯串具有至少一发光二极管晶片，且由打线接合与印刷电路板上的电流线路导电区域连接；
一环体，环体贯穿形成有一收容空间，环体设置在印刷电路板顶面；
一含萤光粉的封装胶体，其涂布在所述环体的收容空间内且包覆所述灯串。
本发明所提供的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其另可包含有：
一高导热金属基板，其顶面凹设有复数容室，各容室具有底壁与侧壁，所述的侧壁是朝向容室的开口方向呈外扩倾斜状；
一印刷电路板，其形成有配合容室数量以及位置的开槽，印刷电路板上设有复数电流线路导电区域，在各开槽的周边至少设有一电流线路导电区域，且两相邻开槽之间设有一电流线路导电区域，印刷电路板叠设在所述高导热金属基板的顶面，且其各开槽分别相对于高导热金属基板上对应的容室；
至少一灯串，在所述容室底壁上设置有至少一灯串，所述的灯串具有至少一发光二极管晶片，且由打线接合与印刷电路板上的电流线路导电区域连接；
一环体，其贯穿形成有一收容空间，环体设置在印刷电路板顶面；
一含萤光粉的封装胶体，其涂布在所述环体的收容空间内且包覆所述灯串。
本发明所提供的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其尚可包含有：
一高导热金属基板；
一印刷电路板，其形成有复数开槽，且印刷电路板上设有复数电流线路导电区域，在各开槽的周边至少设有一电流线路导电区域，且两相邻开槽之间设有一电流线路导电区域，印刷电路板叠设在所述高导热金属基板的顶面；
至少一灯串，设在所述开槽内且位于所述的高导热金属基板上，所述的灯串具有至少一发光二极管晶片，且由打线接合与印刷电路板上的电流线路导电区域连接；
一环体，其贯穿形成有一收容空间，环体设置在印刷电路板顶面；
一含萤光粉的封装胶体，其涂布在所述环体的收容空间内且包覆所述灯串。
本发明的次要目的在于提供所述高导热金属基板的制造方法：
所述高导热金属基板，其材料可选自于铜或铜合金，并以热锻、冷锻或金属射出成形法加工成形；
所述高导热金属基板，其材料可选自于铝或铝合金，并以热锻或冷锻方式加工成形，也或是以挤出或铸造方式配合机械加工成形。
与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：
由上述可知，本发明的发光二极管封装结构中，各灯串的发光二极管晶片是直接设置在高导热金属基板的反射罩杯内，发光二极管晶片运作时，射向反射罩杯侧壁上的金属反射层的光线可反射而集中射出反射罩杯外，提升照明效果，并且运作时所产生的热量是直接传导至所述的高导热金属基板进而散发，可有效解决发光二极管采用现有的封装方式时所遭遇的散热不良的问题，并且印刷电路板上电流线路导电区域的设计不仅可辅助晶片对位，也提升拉金线时的合格率；
此外，当发光二极管晶片是选用交流发光二极管晶片时，由于所述的交流发光二极管晶片的驱动电压为110V或220V，故各灯串间可采用并联连接，而本发明由于在印刷电路板上位于各反射罩杯周边处设有电流线路导电区域，是以可便于各灯串作并联连接的设计，另外，本实用新型可凭借提高印刷电路板的厚度而达成交流高电压(3KVA)的穿透测试，且由于晶片是直接设置在高导热金属基板上，是以增加印刷电路板的厚度并不影响散热效果。
附图说明
图1A为本发明第一实施例的剖视图；
图1B为本发明第五实施例的剖视图；
图1C为本发明第六实施例的剖视图；
图2为本发明第一实施例的上视图；
图3A以及图3B为本发明第二实施例的上视图；
图4为本发明第三实施例的剖视图；
图5为本发明第三实施例的上视图；
图6为本发明第四实施例的上视图；
图7为本发明第七实施例的剖视图；
图8为本发明第八实施例的剖视图；
图9为本发明第九实施例的剖视图；
图10为本发明第十实施例的剖视图；
图11为现有封装结构与本发明的具有复合结构基板的发光二极管封装结构在结合有一散热装置时所测得的发光二极管晶片的温度对时间曲线比较图；
图12为现有技术的多层次封装方式的示意图；
图13A为以晶片直接封装(chip on board)技术封装直流发光二极管的封装结构的上视图；
图13B为采用晶片直接封装(chip on board)技术封装交流发光二极管的封装结构的上视图；
图13C为采用晶片直接封装(chip on board)技术封装交流发光二极管的封装结构的上视图。
附图标记说明：10、10′、10″、10A、10B、10C、10D-高导热金属基板；11、11A、11B-反射罩杯；111、111′、111A、111B-容室；1111-底壁；1112-侧壁；12C-鳍片；12D-鳍片；20、20A-印刷电路板；21-开槽；22-电流线路导电区域；30、30A-灯串；31-发光二极管晶片；40-环体；50-封装胶体；60-散热鳍片；71-发光二极管结构；72-金属核心印刷电路板；73-散热装置；81-容室；82-晶片；83-金线；84-晶片。
具体实施方式
参见图1A以及图2所示，本发明的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，在第一实施例中包含有：
一高导热金属基板10，其底面可为平面，而顶面凸设有复数反射罩杯11，所述的些反射罩杯11可呈几何图形的规则性配置，如图所示在本实施例中是凸设有16个反射罩杯11呈4×4的矩阵配置，各反射罩杯11自顶面内凹形成有一容室111，所述的容室111具有底壁1111与侧壁1112，在本实施例中容室111是呈圆锥形(Truncated Cylindrical Cone)，容室111的侧壁1112是朝向容室111的开口方向呈外扩倾斜状，所述的侧壁1112上可另外镀有金属反射层图中未示，所述的金属反射层的材料可选自于镍、铝或者银；
一印刷电路板20，其形成有配合反射罩杯11数量以及位置的开槽21，印刷电路板20上设有复数电流线路导电区域22，所述的电流线路导电区域22为导电层，在各开槽21的周边至少设有两电流线路导电区域22，且两相邻开槽21之间设有一电流线路导电区域22，印刷电路板20叠设在所述高导热金属基板10的顶面，且高导热金属基板10上的反射罩杯11是进入印刷电路板20上对应的开槽21内；
至少一灯串30，在所述反射罩杯11的容室111底壁1111上设置有至少一所述的灯串30，所述的灯串30具有至少一发光二极管晶片31，且由打线接合与反射罩杯11周围的印刷电路板20的电流线路导电区域22连接，由于印刷电路板20上在各反射罩杯11周边设有至少两电流线路导电区域22，因此可依据需求将各灯串30进行各种形式的串联或并联的连接，如图1以及图2所示第一实施例即为将复数灯串30串联后再并联的设计，或者参见图3A以及图3B所示的第二实施例，当使用的发光二极管晶片31选用交流发光二极管晶片时，可将各灯串30间设计为并联连接，此外，所述的电流线路导电区域22可设计为具有一较大的尺寸，以利打线接合时可有较高的合格率，在第一以及第二实施例中各包含有16个灯串30，各灯串30分别对应设置在一反射罩杯11的容室111内，且灯串30各具有一发光二极管晶片31；
一环体40，其可材质可为金属、陶瓷或塑胶，环体40贯穿形成有一收容空间41，环体40设置在印刷电路板20顶面；
一封装胶体50，其涂布在所述环体40的收容空间41内且包覆所述灯串30。
请参见图4以及图5所示，即为本发明的第三实施例，本发明的二极管封装结构，在各反射罩杯11A中也可配置有复数灯串30A，且各灯串30A具有复数发光二极管晶片31，每一灯串30A各发光二极管晶片31间相互串接，而位于灯串30A两端的发光二极管晶片31再打线接合与印刷电路板20A上的电流线路导电区域22连接，在本实施例中，所述高导热金属基板10A上是凸设有四个反射罩杯11A，各反射罩杯11A的容室111A内是设置有两灯串30A，各灯串30A具有两发光二极管晶片31，每一灯串30A的两发光二极管晶片31是相互串接，灯串30A再打线接合与反射罩杯11A周围的印刷电路板20A的电流线路导电区域22连接，此外，配合参见图6所示本发明第四实施例，其中反射罩杯11B的容室111B也可呈方锥形(Truncated Cubic Cone)。
参见图1B所示，为本发明的第五实施例，其中所述高导热金属基板10′的顶面也可直接凹设有复数所述容室111′，而所述灯串30是设置在所述的些容室111′内；
参见图1C所示，为本发明的第六实施例，其中所述高导热金属基板10″的顶面也可为一平面，而所述灯串30是直接设在所述印刷电路板20的开槽21内且位于所述的高导热金属基板10″上，高导热金属基板10″顶面上相对于开槽21处且可进一步镀有金属反射层。
参见图7所示，为本发明的第七实施例，其中高导热金属基板10B的顶面是内凹形成有一定位槽101，而印刷电路板20A是嵌设在所述的定位槽101内，如此可进一步提升印刷电路板20A与高导热金属基板10B间的定位效果。
请参见图8所示的本发明第八实施例，其是在高导热金属基板10的下方进一步设置有一散热鳍片60，或者请配合参见图9以及图10所示，分别为本发明第九以及第十实施例，其中高导热金属基板10C的底面是延伸形成有纵向平行排列的复数鳍片12C，而高导热金属基板10D底面是延伸形成有横向平行排列的复数鳍片12D，据此可增加高导热金属基板10C、10D的散热效果。
参见图11所示，其显示本发明的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，在结合有一散热装置可如图8所示的实施例中结合有一散热鳍片60或者如第九以及十图所示的实施例中直接形成有鳍片12C、12D的情况下，所测得的时间对温度的曲线图，并与现有的晶片直接封装chip on board技术的封装结构进行比较，由此图可知，在相同的发热功率以及散热装置的条件下，在测试开始后，本发明的封装结构中的晶片温度相对低于现有技术的封装结构的晶片温度，可得知本发明的具有复合结构基板的发光二极管封装结构确实具有较佳的散热效果。
以下说明所述各实施例中的高导热金属基板10、10′、10″、10A、10B、10C、10D的制造方法：
首先，高导热金属基板10、10′、10″、10A、10B、10C、10D的材料可选自于铜或铜合金，并以热锻、冷锻或金属射出成形法(Metal Powder Injection Molding)加工成形；
此外，所述高导热金属基板10、10′、10″、10A、10B、10C、10D，其材料另可选自于铝或铝合金，并以热锻或冷锻方式加工成形为成品，也或是以挤出或铸造方式制作粗胚后再进行机械加工成形为成品。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (35)
1.一种具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于，包含有：
一高导热金属基板，其顶面凸设有复数反射罩杯，各反射罩杯自顶面内凹形成有一容室，容室具有底壁与侧壁，所述的侧壁朝向容室的开口方向呈外扩倾斜状；
一印刷电路板，其形成有配合反射罩杯数量以及位置的开槽，印刷电路板上设有复数电流线路导电区域，在各开槽的周边至少设有两电流线路导电区域，且两相邻开槽之间设有一电流线路导电区域，印刷电路板叠设在所述高导热金属基板的顶面，高导热金属基板上凸设的反射罩杯进入印刷电路板上对应的开槽；
至少一灯串，在所述反射罩杯的容室底壁上设置有至少一灯串，所述的灯串具有至少一发光二极管晶片，且由打线接合与印刷电路板上的电流线路导电区域连接；
一环体，其贯穿形成有一收容空间，环体设置在印刷电路板顶面；
一含萤光粉的封装胶体，其涂布在所述环体的收容空间内且包覆所述灯串。
2.如权利要求1所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述容室侧壁上镀有金属反射层。
3.如权利要求2所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述容室侧壁上的金属反射层的材料选自于银、铝或镍。
4.如权利要求1所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述高导热金属基板的顶面凸设有呈矩阵配置的复数反射罩杯。
5.如权利要求1所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述高导热金属基板的顶面凸设有呈任何几何图形配置的复数反射罩杯。
6.如权利要求1所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述灯串具有复数发光二极管晶片，各发光二极管晶片之间是相互串接，位于灯串两端的发光二极管晶片再打线接合与印刷电路板上的线路层连接。
7.如权利要求1所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述容室是呈圆锥形。
8.如权利要求1所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述容室是呈方锥形。
9.如权利要求1至8中任一项所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述高导热金属基板，其底面延伸有复数鳍片。
10.如权利要求1至8中任一项所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述高导热金属基板，其底面是一平面。
11.如权利要求1所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述高导热金属基板的顶面内凹形成有一定位槽，而印刷电路板嵌设在所述的定位槽内。
12.一种具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于，包含有：
一高导热金属基板，其顶面凹设有复数容室，各容室具有底壁与侧壁，所述的侧壁朝向容室的开口方向呈外扩倾斜状；
一印刷电路板，其形成有配合容室数量以及位置的开槽，印刷电路板上设有复数电流线路导电区域，在各开槽的周边至少设有一电流线路导电区域，且两相邻开槽之间设有一电流线路导电区域，印刷电路板叠设在所述高导热金属基板的顶面，且其各开槽分别相对于高导热金属基板上对应的容室；
至少一灯串，在所述容室底壁上设置有至少一灯串，所述的灯串具有至少一发光二极管晶片，且由打线接合与印刷电路板上的电流线路导电区域连接；
一环体，其贯穿形成有一收容空间，环体设置在印刷电路板顶面；
一含萤光粉的封装胶体，其涂布在所述环体的收容空间内且包覆所述灯串。
13.如权利要求12所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述容室侧壁上镀有金属反射层。
14.如权利要求13所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述容室侧壁上的金属反射层的材料选自于银、铝或镍。
15.如权利要求12所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述高导热金属基板的顶面凹设有呈矩阵配置的复数容室。
16.如权利要求12所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述高导热金属基板的顶面凹设有呈任何几何图形配置的复数容室。
17.如权利要求12所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述灯串具有复数发光二极管晶片，各发光二极管晶片之间是相互串接，位于灯串两端的发光二极管晶片再打线接合与印刷电路板上的线路层连接。
18.如权利要求12所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述容室呈圆锥形。
19.如权利要求12所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述容室呈方锥形。
20.如权利要求12至19中任一项所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述高导热金属基板，其底面延伸有复数鳍片。
21.如权利要求12至19中任一项所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述高导热金属基板，其底面是一平面。
22.如权利要求12所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述高导热金属基板的顶面内凹形成有一定位槽，而印刷电路板嵌设在所述的定位槽内。
23.一种具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于，包含有：
一高导热金属基板；
一印刷电路板，其形成有复数开槽，且印刷电路板上设有复数电流线路导电区域，在各开槽的周边至少设有一电流线路导电区域，且两相邻开槽之间设有一电流线路导电区域，印刷电路板叠设在所述高导热金属基板的顶面；
至少一灯串，设在所述开槽内且位于所述的高导热金属基板上，所述的灯串具有至少一发光二极管晶片，且由打线接合与印刷电路板上的电流线路导电区域连接；
一环体，其贯穿形成有一收容空间，环体设置在印刷电路板顶面；
一含萤光粉的封装胶体，其涂布在所述环体的收容空间内且包覆所述灯串。
24.如权利要求23所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述高导热金属基板顶面上相对于开槽处镀有金属反射层。
25.如权利要求24所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述金属反射层的材料选自于银、铝或镍。
26.如权利要求23所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述印刷电路板上的开槽呈矩阵配置。
27.如权利要求23所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述印刷电路板上的开槽呈任何几何图形的配置。
28.如权利要求23所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述灯串具有复数发光二极管晶片，各发光二极管晶片之间是相互串接，位于灯串两端的发光二极管晶片再打线接合与印刷电路板上的线路层连接。
29.如权利要求23至28中任一项所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述高导热金属基板，其底面延伸有复数鳍片。
30.如权利要求23至28中任一项所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述高导热金属基板，其底面是一平面。
31.如权利要求23所述的具有复合结构基板的发光二极管封装结构，其特征在于：所述高导热金属基板的顶面内凹形成有一定位槽，而印刷电路板是嵌设在所述的定位槽内。
32.一种制造如权利要求1至31中任一项所述具有复合结构基板的发光二极管封装结构中的高导热金属基板的方法，其特征在于：高导热金属基板的材料选自于铜或铜合金。
33.如权利要求32所述制造具有复合结构基板的发光二极管封装结构中的高导热金属基板的方法，其特征在于：高导热金属基板是以热锻、冷锻或金属射出成形法加工成形。
34.一种制造如权利要求1至31中任一项所述具有复合结构基板的发光二极管封装结构中的高导热金属基板的方法，其特征在于：所述高导热金属基板，其材料选自于铝或铝合金其中之一。
35.如权利要求34所述制造具有复合结构基板的发光二极管封装结构中的高导热金属基板的方法，其特征在于：高导热金属基板是以热锻、冷锻、挤出配合机械加工或铸造配合机械加工方式加工成形。
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