CN201152507Y - 发光二极管灯具 - Google Patents

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刘家齐
蔡文贵
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Abstract

本实用新型公开了一种发光二极管灯具，所述发光二极管灯具具有一铝载板、一缓冲基板、至少一发光二极管芯片、一金属层结构与一散热片。其中，铝载板上具有一凹杯。缓冲基板设置于此凹杯的底面。发光二极管芯片设置于缓冲基板上。金属层结构形成于铝载板的下表面。此金属层结构由可焊接材料(solderable material)所构成。散热片透过一焊料(solder material)层连接至此金属层结构。

Description

发光二极管灯具
技术领域
本实用新型是关于一发光二极管灯具，尤其是一种使用铝载板的发光二极管灯具。
背景技术
发光二极管(Light Emitted Diode，LED)是一种可将电能转换为光能的高效率冷光发光元件，也是一种微小的固态光源(solid state illuminator)。发光二极管的主要构成部分是一半导体p-n接面结构。在此p-n接面的两端施加电压以通入电流后，随即产生电子与电洞往此p-n接面流动，并结合而释放出光子。
图1是一传统使用铜载板的发光二极管灯具的剖面示意图。如图中所示，此发光二极管灯具10具有一发光二极管芯片14、一铜载板12与一散热片20。其中，铜载板12上具有一杯状凹槽12a。发光二极管芯片14设置于此杯状凹槽12a的底面。此杯状凹槽12a内填充有透明胶结构16完全覆盖发光二极管芯片14，以避免外部微粒或水气侵袭发光二极管芯片14。散热片20透过焊料层30焊接至铜载板12的下表面，以排除发光二极管芯片14发光所产生的热量。
此发光二极管灯具10具有以下缺点。首先，此发光二极管灯具10的发光二极管芯片14直接设置于铜载板12上，由于铜金属与发光二极管芯片14的热膨胀系数有明显差异(一般而言，铜金属的热膨胀系数大于发光二极管芯片材料的热膨胀系数)，在发光二极管芯片14发光而导致发光二极管芯片14与铜载板12升温的过程中，铜金属的膨胀可能会对于发光二极管芯片14施加拉力，甚至造成发光二极管芯片14的破损。
其次，铜金属虽然是一理想的导热材料，但是，铜金属的光反射系数不佳。制作于铜载板12上的杯状凹槽12a无法有效反射发光二极管芯片14所产生的光线，而造成整体发光效率不彰。相较之下，铝金属具有较佳的反射系数，应可适用于制作载板。但是，铝金属无法与焊料层形成理想的界面反应物，铝载板无法有效地以焊接方式连接散热片。其它可以采用的接合方式，例如锁合或是胶合的方式，往往无法有效降低载板与散热片间的界面热阻，并且也无法提供一稳固的接合面。
在当前强调高亮度发光二极管灯具的发展脉络下，采用多芯片或大电流的设计已经是一个趋势。不过，多芯片与大电流的采用将产生更多的热量。若是无法有效排除热量，将导致电路毁损而影响发光二极管灯具的正常运作。
因此，如何兼顾载板的光反射率与散热的需求，乃是发光二极管灯具产业亟欲追求的目标。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种发光二极管灯具，使用铝载板以提升发光效率，同时可以使用焊接方式连接铝载板与散热片，以提升散热效果。
为此，本实用新型提出了一种发光二极管灯具，此发光二极管灯具包括一铝载板、一缓冲基板(buffer substrate)、至少一发光二极管芯片、一金属层结构与一散热片。其中，缓冲基板设置于铝载板上，发光二极管芯片设置于缓冲基板上，金属层结构形成于铝载板的下表面，此金属层结构由可焊接材料(solderable material)所构成，散热片透过一焊料(solder material)层连接至此金属层结构。
优选，更包括一透明胶结构，覆盖该发光二极管芯片。
优选，该金属层结构是以电镀方式形成于该铝载板的下表面。
优选，该金属层结构是由多个金属层堆叠而成。
优选，该金属层结构的厚度大于0.08微米。
优选，该铝载板的下表面是一经过喷砂处理的粗糙表面。
优选，该散热片连接至该金属层结构的表面是一经过喷砂处理的粗糙表面。
优选，该可焊接材料是由金、锡、镍、钛、银或铜其中之一所构成。
优选，该发光二极管芯片的数量大于二。
优选，该铝载板上具有一凹杯，该缓冲基板设置于该凹杯底面。
因此，本实用新型的优点是：使用铝载板以提升发光效率，同时可以使用焊接方式连接铝载板与散热片，以提升散热效果。
附图说明
图1是一传统发光二极管灯具的剖面示意图；
图2是本实用新型发光二极管灯具第一较佳实施例的剖面示意图；
图3是图2的金属层结构一较佳实施例的剖面示意图；
图4是本实用新型发光二极管灯具第二较佳实施例的剖面示意图；
图5是本实用新型发光二极管灯具第三较佳实施例的剖面示意图；
图6是本实用新型发光二极管灯具第四较佳实施例的剖面示意图；以及
图7是本实用新型发光二极管灯具第五较佳实施例的剖面示意图。
附图标记说明：
发光二极管灯具10
铜载板12
杯状凹槽12a
发光二极管芯片14
透明胶结构16
散热片20，20’
焊料层30
发光二极管灯具40
铝载板42，52，62，72
凹杯62a
缓冲基板43，63，73
发光二极管芯片44，64，74
透明胶结构46，66，76
金属层结构48，58
镍镀层481
金镀层482
粗糙表面52a
粗糙表面20a
具体实施方式
请参照图2所示，是本实用新型发光二极管灯具40第一较佳实施例的剖面示意图及其局部放大图。如图中所示，此发光二极管灯具40具有一铝载板42、一缓冲基板43、至少一发光二极管芯片44(图中是以二个发光二极管芯片44为例)、一金属层结构48与一散热片20。其中，缓冲基板43设置于铝载板42上。此缓冲基板43的线膨胀系数(CTE)小于20×10-6/K。二个发光二极管芯片44设置于缓冲基板43上。此二个发光二极管芯片44可透过导线或是以覆晶的方式(未图示)电连接至设置于铝载板42上的电极。在缓冲基板43与发光二极管芯片44外覆盖有透明胶结构46，以避免外部微粒或水气侵袭发光二极管芯片44。
金属层结构48是以电镀(electroplating)的方式形成于铝载板42的下表面。此金属层结构48由可焊接材料(solderable material)，例如由金、锡、镍、钛、银或铜所构成。前述铝载板42、缓冲基板43、发光二极管芯片44与金属层结构48构成一完整的发光二极管封装结构。此发光二极管封装结构可进一步连接散热片20，以提升散热效率。
如图中所示，散热片20以焊接的方式连接至金属层结构48的下表面。因此，在散热片20与金属层结构48间形成有一焊接结构(solder joint)，例如一焊料(solder material)层30，又，为了确保散热片20可以稳固的接合至铝载板42，此金属层结构48的厚度必须大于0.08微米，又，介于0.2至10微米是一较佳实施例。
请参照图3所示，是图2中的金属层结构48一较佳实施例的示意图。如图中所示，为了制作上的简便，此金属层结构48由多个金属层(图中是以二金属层为例)依序以电镀方式形成于铝载板42的下表面所构成。此二金属层可由镍、镍银合金、镍铜合金、金或锡等材料所构成，图中是以一镍镀层481与一金镀层482为例。
请参照图4所示，是本实用新型发光二极管灯具第二较佳实施例的剖面示意图。相较于图2的实施例，本实施例是在铝载板52的下表面以喷砂处理制作一粗糙表面52a。此粗糙表面52a可以增加铝载板52与金属层结构58以及金属层结构58与焊料层30的接合面积，以提升铝载板52与散热片20间接合的稳定度，同时，结合面积的增加也有助于降低界面热阻。
请参照图5所示，是本实用新型发光二极管灯具第三较佳实施例的剖面示意图。相较于图4的实施例于铝载板52的下表面制作粗糙表面52a，本实施例是在散热片20’接合至金属层结构的表面以喷砂处理制作一粗糙表面20a。此粗糙表面的存在亦有助于提升铝载板与散热片间接合的稳定度。
请参照图6所示，是本实用新型发光二极管灯具第四较佳实施例的剖面示意图。本实施例于铝载板62上制作有一开口朝上的凹杯62a，缓冲基板63设置于此凹杯62a的底面，缓冲基板63上可设置至少一发光二极管芯片64(图中是以一发光二极管芯片64为例)。此杯状凹槽62a内填充有透明胶结构66完全覆盖发光二极管芯片64，以避免外部微粒或水气侵袭发光二极管芯片64。
请参照图7所示，是本实用新型发光二极管灯具第五较佳实施例的剖面示意图。相较于图2的实施例仅具有一缓冲基板43设置于铝载板42上，本实施例具有三个缓冲基板73设置于铝载板72上，各个缓冲基板73上可设置至少一发光二极管芯片74(图中是以一发光二极管芯片74为例)。透明胶结构76完全覆盖各个缓冲基板73与发光二极管芯片74。
相较于图1的传统发光二极管灯具10使用铜载板12所面临光反射率不佳的问题，本实用新型使用铝载板可以提供较佳的光反射率，以提升整体发光效率。其次，针对铝载板无法有效地以焊接方式连接散热片的问题，本实用新型制作一金属层结构于铝载板的下表面，并以焊接方式接合此金属层结构与散热片，使散热片得以稳固地焊接接合于铝载板的下表面，同时使发光二极管芯片发光所产生的热量得以顺利传递至散热片而向外排除。
至于此金属镀层结构与铝载板的接合强度的问题，本实用新型的一实施例中是在铝载板的下表面制作以喷砂的方式制作一粗糙表面，以提高金属镀层结构与铝载板的接合面积。此粗糙表面同时亦会提高金属镀层结构与焊料层的接合面积，而达到提升铝载板与散热片的接合强度的目的。
以上所述是利用较佳实施例详细说明本实用新型，而非限制本实用新型的范围，而且熟知此类技艺人士皆能明了，适当而作些微的改变及调整，仍将不失本实用新型的要义所在，亦不脱离本实用新型的精神和范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管灯具，其特征是，包括：
一铝载板；
一缓冲基板，设置于该铝载板上，该缓冲基板的线膨胀系数小于20×10-6/K；
至少一发光二极管芯片，设置于该缓冲基板上；
一金属层结构，形成于该铝载板的下表面，该金属层结构由可焊接材料所构成；以及
一散热片，透过一焊料层而连接至该金属层结构。
2.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其特征是，更包括一透明胶结构，覆盖该发光二极管芯片。
3.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其特征是，该金属层结构是以电镀方式形成于该铝载板的下表面。
4.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其特征是，该金属层结构是由多个金属层堆叠而成。
5.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其特征是，该金属层结构的厚度大于0.08微米。
6.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其特征是，该铝载板的下表面是一经过喷砂处理的粗糙表面。
7.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其特征是，该散热片连接至该金属层结构的表面是一经过喷砂处理的粗糙表面。
8.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其特征是，该可焊接材料是由金、锡、镍、钛、银或铜其中之一所构成。
9.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其特征是，该发光二极管芯片的数量大于二。
10.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其特征是，该铝载板上具有一凹杯，该缓冲基板设置于该凹杯底面。
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