CN102368532A

CN102368532A - 一种带金属散热片的led封装结构

Info

Publication number: CN102368532A
Application number: CN2011101569603A
Authority: CN
Inventors: 郑琼娜; 王双喜; 欧阳雪琼
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2012-03-07

Abstract

本发明公开了一种带金属散热片的LED陶瓷基板封装结构，属于LED散热封装领域。该封装结构的散热通道主要包括两个部分：1)通过低温共烧陶瓷的多层结构，自身形成一个多层金属散热器，将通过LED金线导出来的热量散发出去；2)通过金属柱直接将LED芯片底部的热量传导到金属散热基板上。所述封装基板采用低温共烧陶瓷技术制备，带有多层金属形成的散热层，可以具备很大的散热面积，有效提高散热效率，相关金属层之间通过导热金属柱实现互联，形成良好的散热通道。

Description

一种带金属散热片的LED封装结构

技术领域

本发明属于LED散热封装领域，具体涉及应用低温共烧陶瓷工艺制备的具备多层陶瓷和金属的、可实现导电和较好导热功能的大功率LED散热封装结构。

技术背景

随着LED制造工艺的不断进步和新型材料的开发，使得LED逐步向普通照明领域迈进。LED一般靠环氧树脂封装，环氧树脂的导热能力低下，热量只能靠芯片下面的引脚散出。传统的LED功率小(功率为mW级)，发热问题并不严重。对于大功率器件，输入功率在1W以上，而芯片尺寸仅为几个mm²，芯片功率密度大，基于目前的半导体制造技术，对大功率LED而言，光电转换效率仅为10％～15％，其余的全部转化为热能，芯片的热量难以导出。

功率型LED主要是通过传导方式将光源工作产生的热量从芯片结到外延层、外延层到封装基板、封装基板到外部冷却装置这三个环节散发出去，因此，功率型LED的封装基板是这个散热通道的重要组成部分。大功率LED封装的重点在于如何在不降低其它性能的情况下，尽可能地增大基板的散热性能。

低温共烧陶瓷基板是目前大功率LED封装可供选择的基板之一。LTCC技术由于可以堆叠多层，每层可以布线或植入无源元件，拥有复杂电路或有若干分立电路的器件可以封装在一个较小的体积内。在封装尺寸方面的优越性使得LTCC技术及其材料受到了广泛的关注。LTCC技术为陶瓷层与金属层相结合的结构，LTCC的金属层导热系数较高，可以很快把热传导出去。所以，如何通过封装结构设计，使得LED封装具备较好的导热通道和较大的散热面积就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服传统封装结构不易解决的大功率LED散热问题，提供一种带金属散热片的LED封装结构。采用LTCC技术的多层结构，形成一个多层金属散热器，多层金属可以具备很大的散热面积，能有效提高散热效率，各金属层之间通过对陶瓷通孔填充金属实现互联，形成良好的散热通通。

为了实现上述目的，本发明按以下技术方案实施：

一种带金属散热片的LED封装结构，包括发光芯片、陶瓷基板和金属散热基板。该封装结构由金属浆料填充陶瓷通孔形成的金属柱，联结低温共烧陶瓷基板的金属层，形成一个大面积的金属散热器，将通过LED金线导出来的热量快速散发出去。

所述低温共烧陶瓷基板包括2层或2层以上的金属层，相关金属层之间通过导热金属柱实现互联。

上述陶瓷基板中第一层金属层为电路层，兼具导电和导热功能；其它金属层均为散热层。电路层与金属散热层之间通过1个导热金属柱实现互联。

上述带金属散热片的LED陶瓷基板的各个金属散热层分别只与一个LED电极相连。

上述陶瓷基板中，连接相关金属散热层的导热金属柱的数量在一个或一个以上，视具体散热需要和基板的面积而定。

上述一种带金属散热片的LED封装结构，其特征在于：陶瓷基板下面的一层金属作为与金属散热基板焊接的焊接层，不属于上述散热层，亦不与上面的金属散热层连通。

上述带金属散热片的LED封装结构，芯片底部与金属散热基板由芯片导热柱直接连接，芯片导热柱的数量在一个或一个以上。

附图说明

图1是本发明的LED封装结构示意图。51、52a、53共同形成多层金属散热器。

图2是实施例1的各层示意图。其中：(a)～(i)分别对应图1从下往上各层。

图3是实施例2的整体LED封装结构示意图。

图4是实施例2的各层示意图。其中：(a)～(k)分别对应图3从下往上各层。

图5是实施例3的整体LED封装结构示意图。

图6是实施例3的各层示意图。其中：(a)～(k)分别对应图5从下往上各层。

图中符号说明：

1-金线，即芯片的电极引脚

2-芯片

3-固晶胶

4-陶瓷层

51-金属电路层

51a-芯片焊接处

51b-金线焊接处

51c-外接电源处

52a-散热片导热金属柱，连接各金属散热层

52b-芯片导热柱，连接芯片和金属散热基板

53-金属散热层，即散热片

54-金属焊接层

6-金属散热基板，实施例中采用铝板

具体实施方式

实施例一

如图1，选择单个芯片，金属散热层53的层数为2，连接的金属柱52a、52b数量各为1的结构。

成型：将经过流延成型的低温共烧陶瓷生带4，裁成所需的尺寸，在对应的位置打通孔，用银浆填充通孔(如图2(c)(e)(g)(i))。每一层生带用银浆印刷上对应的图案(如图2(b)(d)(f)(h))，依次叠片后，在50℃和20Mpa的压力下，保温保压20min热压成型。

排胶：从室温开始以1℃/min的升温速度升到550℃，保温250min进行排胶，随炉冷却。

烧结：从室温开始以3℃/min的升温速度升到920℃，保温180min进行烧结，随炉冷却。

焊接：将烧结好的LTCC基板通过钎焊的方式与厚度1mm的铝基板6结合，将芯片2底部及电极引脚1焊接在对应的位置上即可投入使用。

实施例二

如图3，选择2个芯片并联(图3未画出两个芯片)，金属散热层53的层数为3，连接相关金属层的导热金属柱52a数量为1，连接每个芯片2和金属散热基板6的芯片导热柱52b数量为3的结构。

成型：将经过流延成型的低温共烧陶瓷生带4，裁成所需的尺寸，在对应的位置打通孔，再用银浆填充通孔(如图4(c)(e)(g)(i)(k))，每一层生带用银浆印刷上对应的图案(如图2(b)(d)(f)(h)(j))，依次叠片后，在50℃和20Mpa的压力下，保温保压20min热压成型。

排胶：从室温开始以1℃/min的升温速度升到550℃，保温250mm进行排胶，随炉冷却。

实施例3：

如图5，选择单个芯片，金属散热层53的层数为3，连接相关金属散热层53的导热金属柱52a数量为2，连接电路层51与金属散热层53的导热金属柱52a数量为1，连接芯片2和金属散热基板6的芯片导热柱52b数量为3的结构。

上述实例仅是本发明的部分实施，本发明并不局限于上述具体实施例，本领域技术人员在现有技术的基础上还可做多种修改和变化，例如，在多芯片组装结构中，有的需要设置复杂的电路来实现对多芯片LED器件功能的控制，这个复杂的电路可以分为多层，但多层电路与金属散热片仍保持单一金属柱连接；也可将LTCC基板外形改变、芯片组合形式改变等，在不脱离本发明的精神下，都在本发明所要求保护范围。

Claims

1.一种带金属散热片的LED封装结构，包括发光芯片、陶瓷基板和金属散热基板，其特征在于：由金属浆料填充陶瓷通孔形成的金属柱，联结低温共烧陶瓷基板的金属层，构成一个大面积的金属散热器。

2.根据权利要求1所述的一种带金属散热片的LED封装结构，其特征在于：所述低温共烧陶瓷基板包括2层或2层以上的金属层，相关金属层之间通过导热金属柱实现互联。

3.根据权利要求2所述的一种陶瓷基板，其特征在于：所述多层金属的第一层为电路层，兼具导电和导热功能，与其他散热金属层只有一个导热金属柱连通；其它金属层均为散热层。

4.根据权利要求2所述的一种陶瓷基板，其特征在于：所述各个金属散热层分别只与一个LED电极相连。

5.根据权利要求2所述的一种陶瓷基板，其特征在于：连接相关金属散热层的导热金属柱的数量在一个或一个以上，视具体散热需要和基板的面积而定。

6.根据权利要求1所述的一种带金属散热片的LED封装结构，其特征在于：陶瓷基板下面的一层金属作为与金属散热基板焊接的焊接层，不属于上述散热层，亦不与上面的金属散热层连通。

7.根据权利要求1所述的一种带金属散热片的LED封装结构，其特征在于：芯片底部与金属散热基板由芯片导热柱直接连接，芯片导热柱的数量在一个或一个以上。