CN102368532A - 一种带金属散热片的led封装结构 - Google Patents

一种带金属散热片的led封装结构 Download PDF

Info

Publication number
CN102368532A
CN102368532A CN2011101569603A CN201110156960A CN102368532A CN 102368532 A CN102368532 A CN 102368532A CN 2011101569603 A CN2011101569603 A CN 2011101569603A CN 201110156960 A CN201110156960 A CN 201110156960A CN 102368532 A CN102368532 A CN 102368532A
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal
layer
heat
led
radiating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011101569603A
Other languages
English (en)
Inventor
郑琼娜
王双喜
欧阳雪琼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN2011101569603A priority Critical patent/CN102368532A/zh
Publication of CN102368532A publication Critical patent/CN102368532A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144—Gold (Au) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors

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。
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。
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。
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 (7)

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。
CN2011101569603A 2011-06-03 2011-06-03 一种带金属散热片的led封装结构 Pending CN102368532A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011101569603A CN102368532A (zh) 2011-06-03 2011-06-03 一种带金属散热片的led封装结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011101569603A CN102368532A (zh) 2011-06-03 2011-06-03 一种带金属散热片的led封装结构

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102368532A true CN102368532A (zh) 2012-03-07

Family

ID=45761090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011101569603A Pending CN102368532A (zh) 2011-06-03 2011-06-03 一种带金属散热片的led封装结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102368532A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102637815A (zh) * 2012-04-16 2012-08-15 深圳市安培盛科技有限公司 一种高热导ltcc陶瓷基板
CN105374915A (zh) * 2014-08-06 2016-03-02 首尔伟傲世有限公司 高功率发光装置
CN106449402A (zh) * 2016-11-22 2017-02-22 南通沃特光电科技有限公司 一种具体石墨烯散热结构的功率器件的制造方法
CN106505051A (zh) * 2016-11-22 2017-03-15 南通沃特光电科技有限公司 一种具有石墨烯的功率器件
WO2017107399A1 (zh) * 2015-12-21 2017-06-29 福建中科芯源光电科技有限公司 一种集成led光源导热结构及其实现方法
CN111725428A (zh) * 2020-06-30 2020-09-29 上海天马微电子有限公司 一种显示面板及显示装置
CN114566337A (zh) * 2022-01-23 2022-05-31 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种热测试芯片

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1905223A (zh) * 2006-08-07 2007-01-31 陈盈君 一种使用热电分离设计的低温共烧陶瓷的led光源封装结构
US20080179618A1 (en) * 2007-01-26 2008-07-31 Ching-Tai Cheng Ceramic led package
US20090091020A1 (en) * 2007-10-05 2009-04-09 Delta Electronics, Inc. Co-fired ceramic module
CN201307606Y (zh) * 2008-12-10 2009-09-09 潮州三环（集团）股份有限公司 一种新型陶瓷封装基座
CN101980389A (zh) * 2010-09-03 2011-02-23 珠海粤科京华科技有限公司 一种大功率led用平板式陶瓷封装散热模组及其制造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1905223A (zh) * 2006-08-07 2007-01-31 陈盈君 一种使用热电分离设计的低温共烧陶瓷的led光源封装结构
US20080179618A1 (en) * 2007-01-26 2008-07-31 Ching-Tai Cheng Ceramic led package
US20090091020A1 (en) * 2007-10-05 2009-04-09 Delta Electronics, Inc. Co-fired ceramic module
CN201307606Y (zh) * 2008-12-10 2009-09-09 潮州三环（集团）股份有限公司 一种新型陶瓷封装基座
CN101980389A (zh) * 2010-09-03 2011-02-23 珠海粤科京华科技有限公司 一种大功率led用平板式陶瓷封装散热模组及其制造方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102637815A (zh) * 2012-04-16 2012-08-15 深圳市安培盛科技有限公司 一种高热导ltcc陶瓷基板
CN102637815B (zh) * 2012-04-16 2015-03-11 深圳市安培盛科技有限公司 一种高热导ltcc陶瓷基板
CN105374915A (zh) * 2014-08-06 2016-03-02 首尔伟傲世有限公司 高功率发光装置
WO2017107399A1 (zh) * 2015-12-21 2017-06-29 福建中科芯源光电科技有限公司 一种集成led光源导热结构及其实现方法
CN106449402A (zh) * 2016-11-22 2017-02-22 南通沃特光电科技有限公司 一种具体石墨烯散热结构的功率器件的制造方法
CN106505051A (zh) * 2016-11-22 2017-03-15 南通沃特光电科技有限公司 一种具有石墨烯的功率器件
CN106505051B (zh) * 2016-11-22 2019-02-05 南通壹选工业设计有限公司 一种具有石墨烯的功率器件
CN111725428A (zh) * 2020-06-30 2020-09-29 上海天马微电子有限公司 一种显示面板及显示装置
CN111725428B (zh) * 2020-06-30 2023-04-21 上海天马微电子有限公司 一种显示面板及显示装置
CN114566337A (zh) * 2022-01-23 2022-05-31 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种热测试芯片

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102368532A (zh) 一种带金属散热片的led封装结构
CN105188260B (zh) 印制电路板内嵌流道液冷换热装置
CN107170714A (zh) 一种低寄生电感功率模块及双面散热低寄生电感功率模块
CN201117676Y (zh) 集成微结构的大功率发光二极管封装结构
CN201412704Y (zh) 一种集成led芯片的光源
CN101980389B (zh) 一种大功率led用平板式陶瓷封装散热模组及其制造方法
CN102867793A (zh) 热界面材料及半导体封装结构
CN203481273U (zh) 一种基于AlSiC复合基板的LED光源模块
CN101532612A (zh) 一种集成led芯片光源的制造方法
CN102339945B (zh) 散热基板为金刚石粉-铜粉复合材料的大功率发光二极管
CN104180202A (zh) Led灯芯和包含其的led球泡灯
CN101369615B (zh) 低热阻大功率发光二极管的封装方法
CN101752354A (zh) 一种led用封装基板结构及其制作方法
CN105932019A (zh) 一种采用cob封装的大功率led结构
CN206864452U (zh) 一种低寄生电感功率模块及双面散热低寄生电感功率模块
CN201853747U (zh) Led的导热及散热结构
CN201373367Y (zh) 一种利用半导体制冷的大功率led光源模块
CN104681512A (zh) 一种倒装芯片封装散热结构及其制备方法
CN113517243A (zh) 一种非气密性陶瓷倒装焊封装散热结构
CN103295982A (zh) 一种用于电子封装模块的覆铜陶瓷散热器
CN203192859U (zh) 散热导线架结构
CN102487052A (zh) 芯片衬底、热沉及基板一体化的复合材料封装组件及其制造方法
CN105070808A (zh) 一种提高发光效率的多晶led支架及其固晶方法
CN204167364U (zh) 高导热氮化铝全瓷led封装外壳
CN202159709U (zh) 一种低温共烧陶瓷led基板结构

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20120307