CN106931318B - 发光组件及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光电领域，本发明提供一种发光组件及其制作方法，发光组件包含一个金属散热件、一层绝缘层、一层电路图案层，及至少一个发光二极体晶粒。其中，绝缘层形成于金属散热件的至少部份表面，电路图案层形成于绝缘层上，发光二极体晶粒以覆晶方式与电路图案层电连接。另外，本发明还提供了发光组件的另一态样。此外，本发明还提供包含前述发光组件的制作方法。经由导热介质层或电路图案层直接将发光二极体晶粒的热能传导至金属散热件，以提高导热效率并加速元件散热。

Description

发光组件及其制作方法
技术领域
本发明涉及光电领域，具体地，本发明涉及一种发光组件及其制作方法，特别是涉及一种散热效果佳的发光组件及其制作方法。
背景技术
参阅图1，美国专利US 7,683,474B2公告号(LED assembly with LED positiontemplate and method of making an LED assembly using LED position template，以下称前案1)揭示一种发光二极体(light emitting diode，LED)组件30，其包含有容器32、第一导体40、第二导体42、一个或多个发光二极体晶粒44、导线48、密封剂54，及底座64。
前述第一导体40和第二导体42是分别透过第一衬垫50和第二衬垫52与发光二极体晶粒44形成电连接。由前案1所载内容可知，其发光二极体组件30的第一导体40及第二导体42除了用于提供电能至发光二极体晶粒44外，发光二极体晶粒44于运作时所产生的热能，也是透过第一导体40进行传导以进行散热。
然而，前案1所提供的发光二极体组件30，其存在的缺点在于，所述第一导体40是兼具导电及导热的功效，但由于第一导体40与底座64间需通过由黏合剂或其它黏合层始能稳固结合，因此，会影响第一导体40向下散热的效率，也就是说，于实际运作时，第一导体40于传递电能的同时，仍持续会有热能的累积，因而导致发光二极体晶粒44以第一导体40进行导热的程度有限，以致于前案1所述的发光二极体组件30其散热效果仍有大幅改善的空间。
由上述的说明可知，进一步开发或设计一种能有效地提升散热效果的发光组件，是为本发明研究改良的重要目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种散热效果佳的发光组件及其制作方法。
本发明发光组件包含一个金属散热件、一层绝缘层、一层电路图案层、至少一层导热介质层，及至少一个发光二极体晶粒。
该绝缘层形成于该金属散热件的至少部份表面。
该电路图案层形成于该绝缘层上且具有一个预定图案，该电路图案层包括一层形成于该绝缘层上且含有活性金属的活化层，与至少一层形成于该活化层上的非电镀金属层。
该导热介质层形成于该金属散热件未形成有该绝缘层的表面。
每一个该发光二极体晶粒包括一底部、一与该底部相对的顶部，与自该顶部延伸的至少一条导线，每一个该发光二极体晶粒位于每一层该导热介质层上，并透过该导热介质层固设于该金属散热件上，且经由该至少一条导线以打线方式与该电路图案层电连接。
本发明的发光组件，该金属散热件为散热鳍片。
本发明的发光组件，该金属散热件的表面具有一曲面。
本发明的发光组件，每一层该导热介质层为导热膏。
本发明的发光组件，每一个该发光二极体晶粒的底部接合于该导热介质层，该顶部经由二导线以打线方式与该电路图案层电连接。
本发明的发光组件，每一个该发光二极体晶粒的部份底部与该电路图案层形成电连接，该顶部经由一条导线以打线方式与该电路图案层电连接。
此外，本发明的发光组件的另一实施例中是包含一个金属散热件、一层绝缘层、一层电路图案层，及至少一个发光二极体晶粒。
该绝缘层形成于该金属散热件的至少部份表面。
该电路图案层形成于该绝缘层上且具有一个预定图案，该电路图案层包括一层形成于该绝缘层上且含有活性金属的活化层，与至少一层形成于该活化层上的非电镀金属层。
每一个该发光二极体晶粒以覆晶方式与该电路图案层电连接。
本发明的发光组件，该金属散热件为散热鳍片。
本发明的发光组件，该金属散热件的表面具有一曲面。
本发明的发光组件，每一层该导热介质层为导热膏。
此外，本发明的另一目的在于提供一种发光组件的制作方法包含一步骤(a)、一步骤(b)、一步骤(c)、一步骤(d)，及一步骤(e)。
该步骤(a)在一个金属散热件的部份表面形成一层绝缘层。
该步骤(b)在该绝缘层上形成一层具有一个预定图案的电路图案层。
该步骤(c)在该金属散热件未形成有该绝缘层的表面形成至少一层导热介质层。
该步骤(d)透过该至少一层导热介质层接合至少一个发光二极体晶粒。
该步骤(e)将该至少一个发光二极体晶粒与该电路图案层形成电连接，以制得该发光组件。
本发明的发光组件的制作方法，该步骤(b)是先在该绝缘层上形成一层含有活性金属的活化层，再于该活化层上形成至少一层非电镀金属层，该活化层及该至少一层非电镀金属层共同构成该电路图案层。
本发明的发光组件的制作方法，该步骤(b)是先在该绝缘层上形成具有一层预定图案的活化层，再于该活化层上形成该至少一层非电镀金属层，而得到该电路图案层。
本发明的发光组件的制作方法，该步骤(b)是先在该绝缘层上形成一层完整的活化层，再于该活化层的表面形成至少一层非电镀金属层，而后自该至少一层非电镀金属层向下将该至少一层非电镀金属层及该活化层的预定部份移除，以令残留的该至少一层非电镀金属层及该活化层共同构成该电路图案层。
本发明的发光组件的制作方法，该步骤(d)的每一个发光二极体晶粒包括一底部、一与该底部相对的顶部，与自该顶部延伸的至少一条导线，该底部接合于该导热介质层，并透过该导热介质层固设于该金属散热件上；且于该步骤(e)中，每一个该发光二极体晶粒经由该至少一条导线以打线方式与该电路图案层电连接。
本发明的发光组件的制作方法，每一个该发光二极体晶粒的底部接合于该导热介质层，该顶部经由二导线以打线方式与该电路图案层形成电连接。
本发明的发光组件的制作方法，每一个该发光二极体晶粒的底部与该电路图案层形成电连接，该顶部经由一条导线以打线方式与该电路图案层形成电连接。
此外，本发明的又一目的在于提供一种发光组件的制作方法包含一步骤(a)、一步骤(b)，及一步骤(c)。
该步骤(a)在一个金属散热件的部份表面形成一层绝缘层。
该步骤(b)在该绝缘层上形成一层具有一个预定图案的电路图案层。
该步骤(c)将该至少一个发光二极体晶粒以覆晶方式与该电路图案层形成电连接，以制得该发光组件。
本发明的发光组件的制作方法，该步骤(b)是先在该绝缘层上形成一层含有活性金属的活化层，再于该活化层上形成至少一层非电镀金属层，该活化层及该至少一层非电镀金属层共同构成该电路图案层。
本发明的发光组件的制作方法，该步骤(b)是先在该绝缘层上形成具有一个预定图案的活化层，再于该活化层上形成该至少一层非电镀金属层，而得到该电路图案层。
本发明的有益效果在于：提供一种将发光二极体晶粒设置于金属散热件上的发光组件及其制作方法，而可经由导热介质层或电路图案层直接将发光二极体晶粒的热能传导至金属散热件，以提高导热效率并加速元件散热。
附图说明
图1是一剖视图，说明现有的发光二极体组件；
图2是一侧视图，说明本发明发光组件的一第一实施例；
图3是一侧视图，说明本发明发光组件的一第二实施例；
图4是一侧视图，说明本发明发光组件的一第三实施例；
图5是一侧视图，说明本发明发光组件的一第四实施例。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：
参阅图2，本发明发光组件的一第一实施例包含一个金属散热件2、一层绝缘层3、一层电路图案层4、至少一层导热介质层5，及至少一个发光二极体晶粒(die)6。
金属散热件2可为一如图2所示的铝挤型的散热鳍片，且其鳍片直接接触外界空气或其它流体，也可为其它现有的金属散热元件，或是多种散热元件的组合，而不以单一种类为限。此外，金属散热件2的表面也可含有一层保护漆、耐候漆、绝缘漆或其它适当的现有涂装，于此不再多加赘述。于第一实施例中，金属散热件2的材料可为铝合金、铜合金，或是其它导热性佳的金属材料，并无需特别限制。于此要说明的是，金属散热件2的表面型态不拘，例如可具有一曲面而可应用于车用头灯，或是可依实际应用而调整其结构态样，以令本发明发光组件可更加广泛地应用于各领域。
绝缘层3形成于金属散热件2的至少部份表面，且其材料可选自环氧树脂(epoxy)及压克力树脂等绝缘材料，或为其它绝缘材料。此外，尤其重要的是，由于本实施例中的绝缘层3主要作用是在金属散热件2的表面形成一绝缘面，所以其厚度应尽可能地减少，以降低对热传导的影响。因此，较佳地，绝缘层3的厚度是介于20μm至40μm。
电路图案层4形成于绝缘层3上且具有一预定图案，所述的预定图案可依不同需求而进行调整与设计，于此并无限制。详细地说，电路图案层4包括一层形成于绝缘层3上且含有活性金属的活化层41，与至少一层形成于活化层41上的非电镀金属层42。于第一实施例中，是以二层非电镀金属层42为例来做说明，但不以此为限。
较佳地，活化层41的活性金属材料是选自钯、铑、锇、铱、铂、金、银、铜、镍、铁，或此等一组合的催化性金属；第一层非电镀金属层42的材料可选自铜或镍等金属材料，而第二层非电镀金属层42则可选自铂、银、锡、金、铑、钯，或此等一组合具导电性的材料，并用于保护第一层非电镀金属层42以防止其氧化并可同时对外进行电连接。
至少一层导热介质层5是形成于金属散热件2未形成有绝缘层3的表面。于第一实施例中，所述导热介质层5是可选用导热膏(thermal grease)、导热垫片(thermal pad)、导热胶带(thermal adhesive)，或其它良好热介面材料(thermal interface material，TIM)。
至少一个发光二极体晶粒6位于至少一层导热介质层5上，且透过至少一层导热介质层5固设于金属散热件2上，以透过导热介质层5将发光二极体晶粒6于运作中所产生的热量传导至金属散热件2。也就是说，所述导热介质层5的数量是与发光二极体晶粒6的数量相配合，第一实施例是以一个发光二极体晶粒6为例来做说明，但不以此为限。
具体地说，第一实施例的每一个发光二极体晶粒6是包括一底部61、一与底部61相对的顶部62，及二条自顶部62延伸的导线63。每一个发光二极体晶粒6便是透过二条导线63以打线(wire bonding)方式与电路图案层4形成电连接，且二条导线63是分别连接到电路图案层4中不同正、负极性且相互隔离的二电路。由于所述发光二极体晶粒6的详细结构或是其所适用的材料是为所属技术领域者所周知，因此不再多加赘述。
参阅图3，本发明发光组件的一第二实施例与第一实施例大致相同，其不同处在于，每一个发光二极体晶粒6为现有垂直导通式结构的发光二极体，其底部61为可对外电连接的底电极，因此，每一个发光二极体晶粒6仅包括一条自顶部62延伸的导线63。于第二实施例中，每一个发光二极体晶粒6的部份底部61是接合于每一层导热介质层5以传导热能至金属散热件2，而未接合于导热介质层5的部份底部61则是与电路图案层4中一对应极性的电路接触而形成电连接，顶部62经由导线63以打线方式与电路图案层4形成电连接。
参阅图4，本发明发光组件的一第三实施例与第一实施例大致相同，其不同处在于，每一个发光二极体晶粒6是直接以覆晶(flip chip)方式与电路图案层4形成电连接。也就是说，于第三实施例中，每一个发光二极体晶粒6的顶部62是经由二焊块(solder bump)64与电路图案层4接触而形成电连接，而非透过导热介质层5固设于金属散热件2上。
参阅图5，本发明发光组件的一第四实施例与第三实施例大致相同，每一个发光二极体晶粒6同样是以覆晶方式与电路图案层4形成电连接，其不同处在于，每一个发光二极体晶粒6的顶部62具有一第一电极621、一第二电极622，及一设置于第一电极621与第二电极622间的绝缘体623。于第四实施例中，是将部份的第一电极621及第二电极622透过其下的焊块64与电路图案层4对应极性的电路接触而与电路图案层4形成电连接。
本发明发光组件的发光二极体晶粒6可透过电路图案层4或是金属散热件2进行热传导，而于第一实施例与第二实施例中，可进一步透过具有高热传导能力的导热介质层5将热能直接传导至直接与外界空气或其它流体接触的金属散热件2以进行散热，因此，与现有的发光二极体组件30相较，更能有效地加速散热并具有优异的散热效果。
兹将本发明发光组件的制作方法说明如下，本发明发光组件的制作方法的一第一实施例是用于制作出如图2或图3所示的发光组件，其包含一步骤(a)、一步骤(b)、一步骤(c)、一步骤(d)，及一步骤(e)。
步骤(a)是在金属散热件2的部份表面形成绝缘层3。本实施例中，金属散热件2为散热鳍片并以电著涂装(electro-deposition coating，ED)制程于其部份表面形成由环氧树脂构成的绝缘层3，然，并非以此制程及材料为限。于此先说明的是，金属散热件2未形成有绝缘层3的表面，为后续用于设置发光二极体晶粒6处。
步骤(b)是在绝缘层3上形成具有预定图案的电路图案层4，所述电路图案层4包括一层形成于绝缘层3上的活化层41，与至少一层形成于活化层41上的非电镀金属层42。本实施例中，是以二层非电镀金属层42为例来做说明。
具体地说，本实施例的步骤(b)是先在绝缘层3上以网印方式形成一层具有预定图案的活化层41，且活化层41含有选自钯、铑、锇、铱、铂、金、银、铜、镍、铁，或此等一组合的催化性金属源。
此处要说明的是，前述绝缘层3与活化层41也可透过数位印刷、喷涂技术、移印、转印、浸镀、涂布技术，或粉体涂装等方式形成，并不以所公开的电著涂装制程与网印方式为限。
而后，透过一化学镀(electroless plating)程序，将已形成有绝缘层3及活化层41的金属散热件2浸入一含有金属离子的化学镀液中，化学镀液中的金属离子会在活化层41的催化性金属源上被还原成金属晶核，而被还原的金属晶核本身又成为化学镀液中金属离子的催化层，从而使还原反应继续在新的晶核表面上进行，经一预定时间后，第一层非电镀金属层42形成于活化层41上，且具有与活化层41相同的预定图案。又，第二层非电镀金属层42同样是以化学镀技术形成于第一层非电镀金属层42上，化学镀程序如前所述，于此不再多加赘述。
本实施例中，于形成第一层非电镀金属层42时是选用含有硫酸铜的化学镀液，因此，经还原而得的第一层非电镀金属层42为铜金属；于形成第二层非电镀金属层42时则是选用含有硝酸银的化学镀液，因此，经还原而得的第二层非电镀金属层42则为银金属。由于化学镀的相关制程参数及所选用的材料皆为所属技术领域者所周知，不再多加赘述。此外，前述非电镀金属层42也适用溅镀、浸镀，或蒸镀等加工方式形成，并不以所公开的化学镀技术为限。
于此须特别指出的是，前述步骤(b)的电路图案层4的形成方式有二，其中一种是于绝缘层3上形成具有预定图案的活化层41，后续的非电镀金属层42则随选择性地形成于活化层41的预定图案上，以共同构成具有预定图案的电路图案层4。另一方式则是活化层41可先不形成该预定图案，而是先在绝缘层3上形成一完整的活化层41，待非电镀金属层42随整面地形成于活化层41上后，再以雷射或其它适当方式自非电镀金属层42向下将非电镀金属层42与活化层41的预定部份移除，也就是去除电路图案层4的预定图案以外的部份，以令残留的非电镀金属层42及活化层41共同构成电路图案层4。
步骤(c)是在金属散热件2未形成有绝缘层3的表面依据所欲设置的发光二极体晶粒6的数量与位置对应形成导热介质层5。
步骤(d)则是将发光二极体晶粒6设置于导热介质层5上，以透过导热介质层5接合发光二极体晶粒6并将发光二极体晶粒6固设于金属散热件2上。
步骤(e)是将所述发光二极体晶粒6通过由打线方式与电路图案层4形成电连接，以制得前述该第一实施例与第二实施例所述的发光组件。由于打线的电连接方式是为所属技术领域者所熟知，不再多加赘述。
此外，本发明发光组件的制作方法的一第二实施例是用于制作出如图4或图5所示的发光组件，其包含一步骤(a)、一步骤(b)，及一步骤(c)。
其中，步骤(a)及步骤(b)与前述发光组件的制作方法的第一实施例相同，于此不再赘述，步骤(c)则是将发光二极体晶粒6以覆晶方式与电路图案层4形成电连接，以制得前述该第三实施例与第四实施例所述的发光组件。由于覆晶的电连接方式是为所属技术领域者所周知，不再多加说明。
综上所述，本发明发光组件除了可将发光二极体晶粒6所产生的热能透过电路图案层4传导至直接与外界接触的金属散热件2上，还可透过导热介质层5而提供另一导热途径，因此，可有效地提升元件整体的散热效果，进而可提升发光组件的操作稳定性与发光效率，并延长使用寿命。此外，本发明发光组件的制作方法更具有制程简易与制程弹性度高等优点。因此，确实能达到本发明的目的。

Claims (9)

1.一种发光组件，包含：一个金属散热件、一层绝缘层、一层电路图案层、至少一层导热介质层，及至少一个发光二极体晶粒；其特征在于：该绝缘层形成于该金属散热件的至少部份表面，该电路图案层形成于该绝缘层上且具有一个预定图案，该电路图案层包括一层形成于该绝缘层上且含有活性金属的活化层，与至少一层形成于该活化层上的非电镀金属层，该导热介质层形成于该金属散热件未形成有该绝缘层的表面，每一个该发光二极体晶粒包括一底部、一与该底部相对的顶部，与自该顶部延伸的一条导线，每一个该发光二极体晶粒位于每一层该导热介质层上，并透过该导热介质层固设于该金属散热件上，每一个该发光二极体晶粒的部份底部与该电路图案层直接接触而电连接，该顶部经由该导线以打线方式与该电路图案层电连接。
2.如权利要求1所述的发光组件，其特征在于：该金属散热件为散热鳍片。
3.如权利要求1所述的发光组件，其特征在于：该金属散热件的表面具有一曲面。
4.如权利要求1所述的发光组件，其特征在于：每一层该导热介质层为导热膏。
5.一种发光组件的制作方法，其特征在于，包含：一步骤(a)在一个金属散热件的部份表面形成一层绝缘层，一步骤(b)在该绝缘层上形成一层具有一个预定图案的电路图案层，一步骤(c)在该金属散热件未形成有该绝缘层的表面形成至少一层导热介质层，一步骤(d)透过该至少一层导热介质层接合至少一个发光二极体晶粒，及一步骤(e)将该至少一个发光二极体晶粒与该电路图案层形成电连接，以制得该发光组件，该步骤(d)的该至少一个发光二极体晶粒包括一底部、一与该底部相对的顶部，与自该顶部延伸的至少一条导线，该底部接合于该导热介质层并与该电路图案层直接接触而电连接，并透过该导热介质层固设于该金属散热件上；且于该步骤(e)中，每一个该发光二极体晶粒的该顶部经由该至少一条导线以打线方式与该电路图案层电连接。
6.如权利要求5所述的发光组件的制作方法，其特征在于：该步骤(b)是先在该绝缘层上形成一层含有活性金属的活化层，再于该活化层上形成至少一层非电镀金属层，该活化层及该至少一层非电镀金属层共同构成该电路图案层。
7.如权利要求6所述的发光组件的制作方法，其特征在于：该步骤(b)是先在该绝缘层上形成具有一层预定图案的活化层，再于该活化层上形成该至少一层非电镀金属层，而得到该电路图案层。
8.如权利要求6所述的发光组件的制作方法，其特征在于：该步骤(b)是先在该绝缘层上形成一层完整的活化层，再于该活化层的表面形成至少一层非电镀金属层，而后自该至少一层非电镀金属层向下将该至少一层非电镀金属层及该活化层的预定部份移除，以令残留的该至少一层非电镀金属层及该活化层共同构成该电路图案层。
9.如权利要求5所述的发光组件的制作方法，其特征在于：每一个该发光二极体晶粒的底部接合于该导热介质层，该顶部经由二导线以打线方式与该电路图案层形成电连接。
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