CN102683507A - 光源模块构造及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种光源模块制造方法及其构造，依序于一散热基材上贴覆一电路基板及至少一发光二极管晶粒，接着于发光二极管晶粒上形成一封装材。其中电路基板上具有至少一穿孔，发光二极管晶粒埋设于电路基板上的穿孔并直接与散热基材接触，以减少发光二极管晶粒与散热基材之间的热阻，进而有效地透过散热基材散去发光二极管晶粒的热能。

Description

光源模块构造及其制造方法
技术领域
本发明是关于一种光源模块制造方法及其构造，特别是一种以发光二极管作为光源模块的制造方法及其构造。
背景技术
近年来，发光二极管已从早期应用于小功率的产品(如信号指示灯及手机按键灯)演进到目前应用于高功率的产品(如灯管、灯泡及路灯)。而高功率的发光二极管所产生的单位面积的发热量(发热密度)非常高，甚至较一般的集成电路(Integrated Circuit，IC)元件更为严重，也使得发光二极管的结温度(JunctionTemperature)大为提升。若结温度(Junction Temperature)过高，则会使发光二极管发光效率降底(亮度减低)及内部线路提早氧化(寿命降低)。因此，发光二极管的散热问题成为发光二极管踏入大功率产品界的首要问题。
以发光二极管灯泡为例，已知发光二极管灯泡主要包括了电路板(铝基板)及散热灯座两个部分，电路板上设有印刷电路，预先将一颗颗的发光二极管安装于电路板上，再将电路板装设于散热灯座。如上所述，发光二极管散热问题一直以来都是大功率产品的首要问题，而解决散热问题最简单的方式不外乎是增大散热面积。就发光二极管灯泡而言，发光二极管灯泡仍需符合传统灯泡螺旋灯头的规格(E14、E27)才能够安装在传统的灯座上供应电能。发光二极管灯泡的散热灯座即受限于传统灯泡的规格而无法无限制的增加散热面积。为有效解决发光二极管灯泡散热问题，已知技术中进一步的在散热灯座中加装小型风扇，小型风扇可以提供强制对流以加速散热灯座与外界冷空气进行热交换。
然而，已知发光二极管灯泡的电路板即为发光二极管与散热灯座之间的热阻，而电路板与散热灯座之间是否紧密贴合亦会影响热传递。再者，已知发光二极管灯泡中所采用的发光二极管是由独立的工艺来制作，发光二极管与电路板之间亦形成热阻。无论是电路板与散热灯座之间或是发光二极管与电路板之间的热阻，都将使得发光二极管所产生的热能堆积而无法有效透过散热灯座散去。
发明内容
已知的发光二极管灯泡因电路板与散热灯座之间或是发光二极管与电路板之间的热阻，使发光二极管所产生的热能无法有效透过散发。鉴于以上的问题，本发明提供一种有效改善热阻问题的光源模块制造方法及其构造。
根据本发明提出的光源模块制造方法，首先，先提供一散热基材，散热基材具有多个散热鳍片，且散热基材与散热鳍片为一体成形。然后，将一电路基板贴覆于一散热基材上，电路基板上具有一穿孔及而电极，并于电路基板上直接进行发光二极管封装工艺。然后，将一发光二极管晶粒埋设于电路基板上的穿孔并直接与散热基材接触，将二导线电性连接电路基板的二电极及发光二极管晶粒。最后，形成一封装材于发光二极管晶粒上。
本发明提出的光源模块构造，其包括有一散热基材、一电路基板、一发光二极管晶粒及一封装材。其中，散热基材具有多个散热鳍片，且散热基材与散热鳍片为一体成形。电路基板设置于散热基材上，电路基板上具有至少一穿孔及至少二电极。发光二极管晶粒埋设于穿孔并接触散热基材，且至少二导线电性连接发光二极管晶粒及二电极。封装材包覆发光二极管晶粒。
根据本发明所提出的光源模块制造方法及其构造，是整合发光二极管封装工艺与发光二极管灯泡工艺，令产生热能的发光二极管晶粒可以直接的接触散热基材，以将发光二极管晶粒的热能直接地传递至散热基材上进行散热，有效地解决发光二极管的散热问题。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1A为根据本发明一实施例的光源模块的立体示意图。
图1B为图1A的放大示意图
图2为图1A的剖面示意图。
图3A至图3F为根据本发明一实施例的光源模块的封装工艺示意图。
图4为根据本发明一实施例的光源模块的封装工艺流程图。
主要元件符号说明：
100        光源模块
200        散热基材
210        接触面
220        散热鳍片
300        电路基板
310        穿孔
320        图案化线路
330        电极
400        发光二极管晶粒
410        导线
420        导热胶
500        封装材
510        垫圈
具体实施方式
根据本发明所描述的光源模块制造方法及其构造，其中光源模块是指以发光二极管作为光源，其具体型式可为灯泡型态、灯管型态等，在以下说明中，将以灯泡型态为例。
请参阅图1A、图1B与图2，图1A为根据本发明一实施例的光源模块100的立体示意图，图1B为图1A的放大示意图，图2为图1A的剖面示意图。以下仅先对结构进行说明，后续将补上制造步骤及实验数据。本实施例的光源模块100包括一散热基材200、一电路基板300、一发光二极管晶粒400及一封装材500。
散热基材200可以由铝合金或铜合金等高导热系数的散热金属制成，且散热基材200具有一接触面210及相对于接触面210的多个散热鳍片220。其中，散热鳍片220是为了增加散热基材200与外界接触的面积，且散热基材与散热鳍片为一体成型的结构。散热基材200的形状与尺寸通常配合光源模块100而设计，并不以本实施例为限。
电路基板300是贴覆于散热基材200的接触面210，电路基板300可由厚度小于0.15毫米的玻璃纤维板或软性电路板制成。且电路基板300为一绝缘体，用以使电路基板300上的线路不会直接接触到散热基材200而产生短路。电路基板300包括至少一穿孔310、至少一图案化电路320及至少二电极330。其中，穿孔310贯穿电路基板300，用以使散热基材200的接触面210裸露。图案化电路320设置于电路板300上，二电极330电性连接图案化电路320，并分布于穿孔310附近。
发光二极管晶粒400埋设于穿孔310内，并借由导热胶420直接与散热基材200接触。导热胶420可为银胶，主要作用为填补发光二极管晶粒400与散热基材200间的空隙，好让发光二极管晶粒400所产生的热能能顺利的传导至散热基材200上。
需注意的是，本实施例的图示中，电路基板300、电极330、发光二极管晶粒400及导热胶420的厚度是以阅读者能够清楚了解的方式来呈现，然而图示中的各元件比例非用以限定本发明。以实际为例，导热胶420是介于发光二极管晶粒400及散热基材200之间，其填补发光二极管晶粒400与散热基材200之间的微小间隙，以有效地进行热传递。如发光二极管晶粒400可以完全贴覆于散热基材200上，亦可无须导热胶420。
封装材500的材质为可透光的环氧树脂(Epoxy)，是包覆发光二极管晶粒400、二导线410及穿孔310。本实施例的封装材500更包括一萤光粉(未绘示)，为了让发光二极管晶粒400显示各种不同颜色的光线，封装材500可混入相对应的萤光粉(未绘示)。
本实施例更包括一垫圈510，设置于电路基板300并框住穿孔310及发光二极管晶粒400，用以使封装材500填入垫圈510内并包覆穿孔310、发光二极管晶粒400及二导线410。然而，垫圈510可以是塑胶垫片亦可以用点胶的型态设置于电路基板300上。
以下将针对光源模块100的封装工艺进行详述，为了方便说明，下述的光源模块100的数量为一组。请同时参阅图3A至图3F及图4，其中图3A至图3F为根据本发明一实施例的光源模块100的封装工艺的剖面示意图，图4为根据本发明一实施例的光源模块100的封装工艺流程图，是整合发光二极管封装工艺与发光二极管灯泡工艺。
首先，如图3A所示，提供一散热基材200，散热基材200具有一接触面210及相对于接触面210的多个散热鳍片220(S101)。
接着，如图3B所示，附着一电路基板300于散热基材200的接触面210，电路基板300至少具有一穿孔310及至少具有二电极330(S102)。而附着电路基板300于接触面210的部分可用多种方法完成。举例来说，其中一种方法为先于接触面210上作阳极处理，再将一图案化电路320及二电极330以电镀的方式形成于散热基材200上。其中图案化电路320及二电极330形成于散热基材200上的方法也可以是印刷、溅镀、激光、压合或是其他化学或是物理气相沉积法。另一种方法为将预先制作完成的电路基板300直接贴覆于散热基材200上，只是电路基板300需满足厚度小于0.15毫米的条件。另一种方法为以半导体工艺的方式形成一绝缘层(未绘示)，绝缘层(未绘示)上形成穿孔310及二电极330。
接着，如图3C与图3D所示，首先，先将导热胶420点胶注入穿孔310(如图3C所示)。然后，埋设一发光二极管晶粒400于穿孔310并接触散热基材200(S103)。这个步骤亦叫作固晶，固晶即为在完成发光二极管晶粒400的埋设后，可以选择进行另一高温烘烤工艺，其温度约为摄氏150度，将导热胶420固化。
接着，如图3E所示，提供至少二导线410电性连接发光二极管晶粒400及二电极330(S104)。一般称为打线步骤，可以选择由焊线机将导线410焊接于发光二极管晶粒400与电极330。
接着，如图3F所示，形成一封装材500于发光二极管晶粒400上(S105)。封装材500的材质为可透光的环氧树脂(Epoxy)，封装材500的特性应具备(1)粘着性要好，因通常封装材500是粘着玻璃介面及电路板(Printed Circuit Board，PCB)介面。(2)透氧性及透水性低，以防止发光二极管晶粒400氧化。(3)热膨胀系数小，使封装材500不易受热而导致变形。
其中形成封装材500于发光二极管晶粒400前更包括下述步骤，首先，提供一萤光粉(未绘示)混入封装材500。接着，提供一垫圈510框住穿孔310及发光二极管晶粒400，且垫圈510贴覆于电路基板300。
本实施例所描述的光学模块及其封装工艺所带来的实际效用，由下述表格证明。
表格本发明与已知发光二极管灯泡的温度比较表
  本发明的温度(℃)   已知技术的温度(℃)
  LED Top   82.0   90.3
  Al Center   80.9   74.4
  Heat Sink Top   78.6   72.9
  Heat Sink Bottom   76.5   72.2
由表格可清楚得知本发明发光二极管晶粒表面(LED Top)的温度比已知发光二极管晶粒表面低摄氏8度。而本发明散热基材(含Al Center、Heat Sink Top及Heat Sink Bottom)的温度约比已知发光二极管散热基材约高4至6度。由此可知，本发明发光二极管所产生的热能确实经由热传导而传递至散热基材，进而与外界冷空气进行热交换。
根据本发明所描述的光源模块制造方法及其构造，是整合发光二极管封装工艺与发光二极管灯泡工艺，令产生热能的发光二极管晶粒可以直接的接触散热基材，以将发光二极管的热能直接地传递至散热基材上进行散热，有效地解决发光二极管的散热问题。
虽然本发明的实施例描述如上所述，然并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，凡是依本发明权利要求书所述的形状、构造、特征及数量当可做些许的变更，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的权利要求书所界定的为准。

Claims (13)

1.一种光源模块制造方法，包括：
提供一散热基材，该散热基材具有多个散热鳍片，且该散热基材与该散热鳍片为一体成形；
附着一电路基板于该散热基材，该电路基板至少具有一穿孔，并且至少具有二电极；
埋设一发光二极管晶粒于该穿孔并接触该散热基材；
提供至少二导线电性连接该发光二极管晶粒及该二电极；及
形成一封装材于该发光二极管晶粒上。
2.如权利要求1所述的光源模块制造方法，其特征在于，附着该电路基板更包括贴覆该电路基板于该散热基材。
3.如权利要求1所述的光源模块制造方法，其特征在于，附着该电路基板更包括以半导体工艺的方式形成一绝缘层，该绝缘层上形成该穿孔，且该绝缘层上形成该二电极。
4.如权利要求1所述的光源模块制造方法，其特征在于，埋设该发光二极管晶粒的步骤更包括填入一导热胶于该发光二极管晶粒及该散热基材之间。
5.如权利要求1所述的光源模块制造方法，其特征在于，形成该封装材的步骤前，更包括提供一萤光粉混入该封装材。
6.如权利要求5所述的光源模块制造方法，其特征在于，形成该封装材的步骤前及提供该萤光粉的步骤后，更包括提供一垫圈框住该穿孔及该发光二极管晶粒，且该垫圈贴覆于该电路基板。
7.一种光源模块构造，包括：
一散热基材，该散热基材具有多个散热鳍片，且该散热基材与该散热鳍片为一体成形；
一电路基板，该电路基板设置于该散热基材上，该电路基板上具有至少一穿孔及至少二电极；
一发光二极管晶粒，该发光二极管晶粒埋设于该穿孔并接触该散热基材，至少二导线电性连接该发光二极管晶粒及该二电极；及
一封装材，该封装材包覆该发光二极管晶粒。
8.如权利要求7所述的光源模块构造，其特征在于，该散热基材是以铝合金或铜合金制成。
9.如权利要求7所述的光源模块构造，其特征在于，该电路基板可采用玻璃纤维板与软性电路板其中之一。
10.如权利要求7所述的光源模块构造，其特征在于，该电路基板的厚度小于0.15毫米。
11.如权利要求7所述的光源模块构造，其特征在于，该散热基材与该发光二极管晶粒间更包括一导热胶。
12.如权利要求7所述的光源模块构造，其特征在于，该封装材内更包括一萤光粉，使该发光二极管晶粒形成特定发光颜色。
13.如权利要求7所述的光源模块构造，其特征在于，更包括一垫圈，设置于该电路基板并框住该穿孔及该发光二极管晶粒，用以使该封装材填入该垫圈内及包覆该穿孔、该发光二极管晶粒及该些导线。
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