CN1302563C - 发光二极管的热传导及光度提升结构 - Google Patents

Abstract

一种提高发光二极管的热传导和光度结构，主要针对在支架的阴极脚架上端形成一碗杯结构，以供承置发光晶片；其特征在于该碗杯底部设置至少一直径或面积小于发光晶片底面的凹部，用以填入粘合剂来粘着一个或多个晶片，使得碗杯底面与晶片接触的其他部位不受粘合剂的阻隔，而具有良好的热传导散热效果；再者，上述阴极支架底部镂空位置至碗杯上凹部处可形成至少一孔柱，以利在制造过程中加热排出粘合剂，进而使该孔柱可形成与外界空气热对流的通道，以对晶片点亮时产生的热量进一步直接传导散热；籍由上述结构，可大幅提高发光二极管的散热效能，进而大幅提高发光二极管的亮度、品质、可靠度、与寿命，并达到节约能源的作用。

Description

发光二极管的热传导及光度提升结构

技术领域

本发明涉及一种发光二极管的热传导及光度提升结构，特别是设计发光二极管支架阴极脚架上的碗杯结构。

背景技术

目前有关发光二极管支架主要包括有：由一金属片形成阴极接脚，其上端包含一凹槽用于固定晶片，以及由另一金属片形成阳极接脚等部份组成，此为现有技术。例如，台湾专利公告第506626号《发光二极体之结构改良》、公告第488616号《发光二极体支架》、公告第486153号《发光二极体支架》与公告第441860号《发光二极体之支架改良结构》等新型专利，均相继提示具有上述典型的传统结构。

在上述专利案中，揭示了有关发光二极管支架在结构设计方面，或增进其功能，来增加工业上的利用价值，例如；

公告第506626号《发光二极体之结构改良》，其主要是在阴极接脚上端设有至少一个发光二极管晶片，且该发光二极管晶片是发一导线连接阳极接脚上端，并于该阴极接脚及阳极接脚上端封装有一胶体，其特征在于该胶体的形状为一圆柱体顶面凸，设有一凸弧面；

另如公告第488616号《发光二极体支架》，其是于导电的金属片上连续冲出复数等距的项链的支架单元，每一支架单元包含有对立的接合部和中央部，其中接合部供连接导线用，中央部朝接合部延伸一承座供固着晶片，该接合部和中央部二端进一步向外延伸，形成第一、第二接脚和第三、第四接脚，供连接电路用，使晶片工作时产生的热量能通过上述接脚迅速散发，以提高发光二极管的散热效率；

再如公告第486153号《发光二极体支架》，其主要是导电的金属片上连续冲出复数等距相连的支架单元，每一支架单元包含有对立的第一接脚和第二接脚，其中第一接脚上端形成第一接点，供连接第一导线用，第二接脚上端包含一凹槽用以固定晶片，其特征在于该凹槽外侧进一步向上延伸形成第二接点，供连接第二导线用，使第一和第二导线的另一端事分别连接至晶片；

又如公告第441860号《发光二极体之支架改良结构》，其支架是以铜、铁等金属材质一体成型，在其顶部形成有一碗杯的结构，其碗杯的碗底在平直的承置面以供承置发光晶片，而在承置面的边围则形成有斜向上延伸的斜壁面，以利于将发光晶片的光束反射向上射出，其特征在于该斜壁面高出于承置发光晶片后的高度之上，以垂直陡直形状向碗杯顶端收口而形成一集光区；

然而由上述种种先前引证案中，即可发现，在已知的所有传统发光二极管支架上端均封装有透明体，且在阴极碗杯的杯底所有面积范围中覆上厚约20um-100um左右的粘合剂(又分银胶、白胶、绝缘胶)来贴着发光二极管的晶片，但也因为这二者造成妨碍发光二极管发光余热传导散热的主要原因，因为无论大、小功率的发光二极管晶片，在导通点亮中皆因功率不同而生成各级不同的正比热源，且是否可迅速将该热源传导散热必将严格影响该发光二极管产生的发光效果或照明效果呢？但底部涂覆的粘合剂与上部、侧部封装的树脂(A、B胶)均将晶片紧密、细致包封成巨大的密封体(其比例高倍数于晶片材料的分子与原子)，导致发光二极管的亮度、品质、效率、寿命皆无法发挥应有的高效率功能；因此，如何进行一些改良，以改变它的空间或作用形态，以解决上述问题，在上述的专利案中均未被提示或揭露。

发明内容

本发明的目的是提供一种发光二极管热传导及光度提高结构。

本发明的上述目的是通过如下技术方案采实现的：在发光二极管支架的阴极脚架上端设置一碗杯结构，用以放置发光晶片；并于该碗杯最底部至少再设置一用以容纳粘合剂的凹部，该凹部朝向所放置的晶片，其开口面积小于晶片覆盖碗杯底部的面积，该凹部可以是圆形、方形、长方形、菱形等任何可行的造型，该凹部深约20um～100um，面积约晶片底面积的5％～95％之间，最佳约在15％～35％之间；

还可在上述碗杯底部的凹部处，设一柱孔，贯通至支架外部；或在凹部下方某厚度处，设成一柱形盲孔延伸至支架外部。

上述支架的阴极脚架上端设置的碗杯结构可设成多层阶梯状凹面。

上述阴极支架可设成多种空间造型结构，以进一步增加热传导散热面积。例如，有侧向散热翼支架或无侧向散热翼支架，或上述支架底部是全部平贴或部分平贴于电路板的金属膜上、或部分穿过电路板或部分悬空(镂空)、或柱孔(含贯通及盲孔)与凹部以及底部镂空的多型式配合等，以适应各种用途及使用环境。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：凹部的设置可缩小粘合剂涂覆于晶片与碗杯接触面的面积比例，晶片底面与碗杯底部形成非对应凹部处接触，进而可使发光晶片在导电点亮时，直接将产生的热能通过接触传导方式传给阴极脚架，从而提高散热效果；贯通柱孔可让低熔点的粘合剂在加工过程中、长烤制情况下，熔解成液态并从柱孔排出，于是，当晶片导电点亮时，透过该柱孔可形成对流式散热，更迅速的排除上述热能，并与外界环境(如地表大气环境)的低温空气形成强力热能交换的作用：盲孔的设置可使晶片所产生的热量以传导方式传递至阴极脚架及柱形盲孔，再增加空气进行对流散热，整体散热效果亦佳；多层阶梯状凹面的碗杯结构使具备了支层次聚集、多层次折射、光束面积倍增、及提升了光束照射长度的作用，可发挥高效率的光学物理作用；因此与现在技术相比，本发明能增加散热与聚光的功效，进而大幅提高发光二极管的亮度、品质、可靠度、与寿命等问题，从而达到节约能源的作用。

附图说明

图1是本发明中一层碗杯配合二散热翼型支架的立体图；

图2是本发明图1所示支架封装后的俯视图；

图3是本发明图1型支架另加设固定柱的立体图；

图4是本发明图1型支架其中的一种实施例的立体剖视图；

图5是本发明图1型支架内部设有柱孔构造的另一实施例的立体剖视图；

图6是本发明图5型支架而内部采用柱形盲孔构造的立体剖视图；

图7是本发明图1型支架内部兼具柱孔及内部镂空构造的又一实施例的立体剖视图；

图8是本发明图7型支架但凹部与柱孔镂空之间不贯穿结构的立体剖视图；

图9是本发明图1型支架兼具柱孔内部镂空及柱孔柱构造的再一实施例的立体剖视图；

图10是本发明图9型支架但内部采用柱形盲孔构造的立体剖视图；

图11是本发明的碗杯结构中设有同心凹槽构造的立体剖视图；

图12是本发明的内部孔柱形状的实施例的立体剖视图；

图13是本发明的图12型支架但内部采用柱形盲孔构造的立体剖视图；

图14是本发明的具有多柱孔及内部镂空的实施例的立体剖视图；

图15是本发明的图14型支架但内部采用镂空与凹部间不以柱孔贯穿的结构的立体剖视图；

图16是本发明的具有多柱及多柱孔柱、及内部镂空的实施例的立体剖视图；

图17是本发明的图16型支架但内部采用柱形自孔构造的立体剖视图；

图18是本发明的图2所示支架的A-A平面剖视图；

图19是本发明的图2所示支架当碗杯设为双层碗杯结构时的平面剖视图；

图20是本发明的图1所示支架当碗杯设为三层碗杯结构时的平面剖视图；

图21是本发明的图2所示支架当碗杯设为四层碗杯结构时的平面剖视图；

图22是本发明的一层碗杯配合四散热翼型支架的立体图；

图23是本发明的图22型支架、另加设固定柱支架的立体图；

图24是本发明的图22型支架封装后的俯视图；

图25是本发明的图24型支架的A-A平面剖视图；

图26是本发明的一层式碗杯配合无散热翼支架的立休图；

图27是本发明的图26型支架一种实施例的立体剖视图：

图28是本发明的图26型支架另一实施例，即具有柱孔结构的内部结构立体剖视图；

图29是本发明的图26型支架又一实施例内部结构立体剖视图；

图30是本发明的图26型支架再一实施例内部结构立体剖视图；

图31是本发明的图26型支架封装后形状俯视图；

图32是本发明的图31所示实施例的A-A平面剖视图；

图33是本发明的图31所示实施例中，当碗杯设为双层式时的A-A平面剖视图；

图34是本发明的图31所示实施例中，当碗杯设为三层式时的A-A平面剖视图；

图35是本发明的图31所示实施例中，当碗杯设为四层式时的A-A平面剖视图；

其中

101支架(二散热翼)；

102支架(四散热翼)；

103支架(无散热翼)；

11阴极脚架；

12凹部；

121一层式碗杯；

122二层式碗杯；

123三层式碗杯；

124四层式碗杯；

13散热翼；

14柱孔；

141柱孔柱；

142柱形盲孔；

15晶片；

16固定柱；

17凹槽；

18镂空结构。

具体实施方式

参照附图，将详细叙述本发明的具体实施方案。

参照图1至图21所示，可以明显看出，本发明提供的一种能提高发光二极管的热传导和光度结构，主要是针对支架101(双散热翼)、102(四散热翼)、103(无散热翼)(或其他可行的形状)上的阴极脚架11上端形成一碗杯结构121、122、123、124，以供承置发光晶片150在上述碗杯121、122、123、124最底部至少设置有一直径或面积相对小于发光晶片底面(最佳者为晶片底面面积的15％～35％之间，可行的实施范围约在5％～95％之间)的凹部12，且该凹部12的形状可为圆形、方形、长方形、菱形...等轮廓，断面深度可随需求而定，如此即可将贴合胶(如银胶、白胶、绝缘胶...等粘合剂制成一般善导热的金属粘合材料，如：铝、铜、银、锡...等，而采用的形态可为固态、液态、膏状…等，如此则能改善传统粘合剂散热不良的问题)注入于凹部12中，用以粘着一个或多个晶片15，使不产生松动位移，以及可抗衡焊线时产生的拉力。且尽可能的让晶片15底部除了对应凹部12外，其余底部面积直接与碗杯底部与无涂覆粘合胶的形式相接触，让晶片15底部直接与碗杯底部接触面积以超过50％为较佳，如此，乃可使发光晶片15在导电点亮时，透过该无粘合剂接触部分，直接将热能传导至支架101、102、103。

在图6、图8、图10、图13、图15、图17等图中，柱孔14设成朝底部形成柱形盲孔142形式，使得各碗杯与盲孔142间仍保留一薄薄的未穿透厚度，晶片15所产生的热量则先以传导方式传递至阴极脚架11及柱形盲孔142，再增加空气进行对流散热，整体散热效果亦佳。

参照图5、图7、图9、图12、图14、图16及图28、图30所示，在上述阴极脚架11的碗杯121、122、123、124的凹部12亦可以一柱孔14贯穿至支架11底部，使阴极脚架11成为具有空心柱孔14的支架。该柱孔14可让低熔点的粘合剂，在加工过程中的封装步骤之后进行长烤时，融溶成液体状态而自该柱孔14排出，整个凹部12即成对外开放状态，当发光晶片15导电点亮时可立即使空气形成对流，直接达到散解热能的作用，非使用状态亦可避免外界空气进入而带进杂质来影响晶片15，如此即形成高效率散热的支架碗杯设计结构。

再参照图18、图19、图20、图21所示，将阴极脚架11碗杯121、122、123、124设成具有多道同心凹槽17，有助于晶片对正外，更可依晶片大小，适度加入粘合剂，以增加其粘合度。可设置至少一层至多层阶梯状凹面，例如，图18为一层式碗杯121，图19为二层式碗杯122，图20为三层式碗杯123及图21为四层式碗杯124，藉此结构在碗杯处乃形成一兼备多层次聚集、多层次折射、光束面积倍增与倍增光束照射长度的作用，因此籍此二层式、三层式、…多层式碗杯设计，可发挥高效率的光学物理作用，以提高照明度。

参阅本案所呈的各立体图所示，可更明显看出，本发明的支架可依不同需求设置成双散热翼101、四散热翼102、无散热翼103。以及在支架的底面，更可设置二支以上可插串于电路板的固定柱16；当阴极脚架11无设置贯穿的柱孔14时，是为实心体支架，此种支架以其底面全部平贴接触于电路板上的导电金属薄膜上，其散热效果会较佳；另一种阴极脚架11设置有若干数量的贯穿柱孔14且配与适当的镂空结构18，是为空心体支架，其与电路板上导电金属膜的结合情形有多种，可以是部分平贴电路板的(如图5及图9)；也可以是部分平贴电路板配合部分悬空的(如图6及图10)；还可以是部分平贴电路板配合部分悬空且部分沿柱孔柱141穿过电路板的(如图7及图11)，而上述空心体支架型式是本发明中各实施例散热效果最佳的。

因此，在上述碗杯121、122、123、124之中设置至少一凹部12来容纳粘着发光晶片15的粘合剂(含金属与非金属)，以消除该粘合剂阻隔热传导，且利用凹部12下方的柱孔14或柱形盲孔142宋与外界导通，以形成空气对流散热的另一种散热效果；以及碗杯121、122、123、124的多层凹面设计和支架101(双散热翼式)、102(四散热翼式)、103(无散热翼式)以及内部穿孔或盲孔或镂空等多种空间改变，更可以有效促进散热功能，进而大幅度提高发光二极管的亮度、品质、可靠度与寿命等问题，确实能改善传统发光二极管散热不良而达成前所未有的功效。

Claims (25)

1.一种发光二极管的热传导及光度提升结构，其支架的阴极脚架上端设置一碗杯，用以放置发光晶片；其特征在于，该碗杯最底部至少再设置一用以容纳粘合剂的凹部，该凹部朝向上述晶片，设有小于晶片底面直径或面积的开口，以利在加工过程中，于该部分流入粘合剂提供对晶片的初步粘合。

2.根据权利要求1所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，凹部开口面积为晶片底面积的5％-95％。

3.根据权利要求1所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，阴极脚架碗杯底部的至少一凹部处，设一柱孔，贯通至支架外部。

4.根据权利要求1所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，阴极脚架碗杯底部的至少一凹部下方某厚度处，设一柱形盲孔延伸至脚架之外。

5.根据权利要求1所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，碗杯结构是由至少一层以上阶梯状凹面所构成。

6.根据权利要求1所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，碗杯底面凹部的外围设有同心凹槽。

7.根据权利要求1至6任何一项所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，支架的阴阳两极脚架至少其一设有散热翼。

8.根据权利要求1至6任何一项所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，支架底面全部平贴于电路板的导电金属薄膜上。

9.根据权利要求7所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，底面全部电路板的导电金属膜上。

10.根据权利要求1或2所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，支架底面局部平贴于电路板的导电金属薄膜上。

11.根据权利要求7所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，支架底面局部平贴于电路板的导电金属薄膜上。

12.根据权利要求1至6所述任何之一的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，支架底面局部平贴于电路板的导电金属薄膜上及局部悬空。

13.根据权利要求7所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，支架底面局部平贴于电路板的导电技术薄膜上及局部悬空。

14.根据权利要求1至6任何一项所述发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，支架底面局部平贴于电路板之导电金属薄膜、且局部穿过电路板及局部设成柱孔柱悬空。

15.根据权利要求7所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，支架底面局部平贴于电路板之导电金属薄膜、且局部设成柱孔柱穿过电路板及局部悬空。

16.根据权利要求1至6任何一项所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，支架底面设有至少二支以上可插串于电路板的固定柱。

17.根据权利要求7所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，支架底面设有至少二支以上可插串于电路板的固定柱。

18.根据权利要求8所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，支架底面设有至少二支以上可插串于电路板的固定柱。

19.根据权利要求9所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，支架底面设有至少二支以上可插串于电路板的固定柱。

20.根据权利要求10所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，支架底面设有至少二支以上可插串于电路板的固定柱。

21.根据权利要求11所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，支架底面设有至少二支以上可插串于电路板的固定柱。

22.根据权利要求12所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，支架底面设有至少二支以上可插串于电路板的固定柱。

23.根据权利要求13所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，支架底面设有至少二支以上可插串于电路板的固定柱。

24.根据权利要求14所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，支架底面设有至少二支以上可插串于电路板的固定柱。

25.根据权利要求15所述的发光二极管的热传导及光度提升结构，其特征在于，支架底面设有至少二支以上可插串于电路板的固定柱。

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