CN202189832U - Led元件成型结构及其模组 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种LED元件成型结构及其模组。本实用新型的LED元件成型结构包含有一晶粒座金属导线支架、一阳极与一阴极金属导线支架，以及一成形胶体。晶粒座金属导线架上贴设有至少一LED晶粒，侧边分别设有阳极与阴极金属导线架。成形胶体包含有一顶面、一第一侧壁与一第二侧壁。顶面设置于晶粒座金属导线架上且形成有一开口，以显露LED晶粒，开口周围形成有一反射墙。第一侧壁位于晶粒座金属导线架与阳极金属导线架间，以接合两者。第二侧壁是位于晶粒座金属导线架与阴极金属导线架间，以接合两者。

Description

LED元件成型结构及其模组
技术领域
本实用新型有关一种LED元件成型结构及其模组，特别是指一种光电热采分流式传导通道的LED元件成型结构及其模组。 
背景技术
LED是藉由打线或覆晶的半导体封装技术将LED晶粒连结于基板上，而封装形成LED个体元件，应用时将LED个体元件焊接于系统电路板上通电流而形成灯源。在此LED的电能转换成光能的过程中，将近80％的能量转变成热能，这对近来逐渐提升功率瓦数的LED单颗晶粒来说，当功率瓦数逐年提升至目前的1～3瓦(Watt)，未来当功率到达5瓦或甚至往10瓦迈进时，对于晶粒基板及系统电路板的散热要求将会更加严苛。 
没有适当散热考量设计的LED封装结构会使得高功率LED本身逐渐发热，以致于LED的出光效率降低，导致亮度衰弱(光衰)或者光色改变。目前有以陶瓷基板(ceramics circuit board)作为高功率LED封装的散热基板材料的趋势，如第1图所示。陶瓷基板10是以氧化铝或氮化铝作为热导材料并于基板上钻孔布建形成上下连结的金属薄膜线路12。此材料虽然具有架构稳定、金属线路精准与适用于高功率LED封装等优点，但高导热氮化铝(其热传导系数为240W/mK)材料价格是一般氧化铝(其热传导系数为25W/mK)的10倍以上，成本昂贵，应用于LED照明普及化有其困难。 
有鉴于此，本实用新型遂针对上述现有技术的缺失，提出一种LED元件成型结构及其模组，以有效克服上述的实用性及高效率散热等问题。 
发明内容
本实用新型的主要目的在提供一种LED成型结构及其模组，其应用半导体封装压模成型的精密先进技术，建造出光、电、热分流式通道的LED元件成型或模组新结构体。 
本实用新型的另一目的在提供一种LED元件成型结构及其模组，其能有效地解决LED晶粒运作时的升温效应，提高LED晶粒的发光效率与延长LED晶粒的寿命。 
为达上述的目的，本实用新型提出一种LED元件成型结构，其包含有一晶粒座金属导线支架、一阳极与一阴极金属导线支架、一成形胶体与多个导线。晶粒座金属导线架上贴设有至少一LED晶粒，晶粒座金属导线架侧边分别设有阳极与阴极金属导线架。成形胶体包含有一顶面、一第一侧壁与一第二侧壁。顶面设置于晶粒座金属导线架上，顶面形成有一开口，以显露LED晶粒，开口周围形成有一反射墙。第一侧壁位于晶粒座金属导线架与阳极金属导线架间，以接合晶粒座金属导线架与阳极金属导线架。第二侧壁是位于晶粒座金属导线架与阴极金属导线架间，以接合晶粒座金属导线架与该阴极金属导线架。导线将LED晶粒电气连接至阳极与阴极金属导线架。 
实施时，该反射墙的内侧面为斜面。 
实施时，该斜面上镀有一反射膜。 
实施时，本实用新型所述的LED元件成型结构，更包含有一透镜，其罩设该LED晶粒与该导线。 
实施时，该阳极金属导线架与该阴极金属导线架底面各设有一绝缘底板。 
实施时，该绝缘底板与该成形胶体为一体成型。 
实施时，该绝缘底板与该成形胶体的材质皆为热固型环氧化物。 
实施时，本实用新型所述的LED元件成型结构，更包含有一软性导热胶，其设置于该LED晶粒与该晶粒座金属导线架间，以将该LED晶粒贴设于该晶粒座金属导线架上。 
实施时，该晶粒座金属导线架的材质为铜，该软性导热胶的材质为软性环氧导热胶。 
实施时，该晶粒座金属导线架更形成有一凹槽，以填充该软性导热胶。 
实施时，该成形胶体的材质为热固型环氧化物。 
实施时，该晶粒座金属导线架、该阳极金属导线架与该阴极金属导线架的材质为铜。 
实施时，本实用新型所述的LED元件成型结构，其接合于一散热片上或电路板的地线上。 
本实用新型尚提出一种LED模组，其包含有一散热鳍片，其表面上贴设有多个上述的LED元件成型结构。 
本实用新型还提供了一种LED模组，其包含有一散热鳍片和多个LED元件成型结构；其中，每一该LED元件成型结构包含有：一晶粒座金属导线架、一阳极金属导线架、一阴极金属导线架、一成形胶体和多个导线； 
所述多个LED元件成型结构，其贴设于该散热鳍片上； 
所述晶粒座金属导线架，其上贴设有至少一LED晶粒； 
所述阳极金属导线架与所述阴极金属导线架，其分设于该晶粒座金属导线架侧边； 
所述成形胶体，其包含有一顶面、一第一侧壁和一第二侧壁： 
所述顶面，其设置于该晶粒座金属导线架上，该顶面形成有一开口，以显露该LED晶粒，该开口周围形成有一反射墙： 
所述第一侧壁，其位于该晶粒座金属导线架与该阳极金属导线架间，以接合该晶粒座金属导线架与该阳极金属导线架；以及 
所述第二侧壁，其位于该晶粒座金属导线架与该阴极金属导线架间，以接合该晶粒座金属导线架与该阴极金属导线架；以及 
所述多个导线，其将该LED晶粒电气连接至该阳极金属导线架与该阴极金属导线架。 
实施时，该反射墙的内侧面为斜面。 
实施时，该斜面上镀有一反射膜。 
实施时，本实用新型所述的LED模组，更包含有一透镜，其罩设该LED晶粒与该导线。 
实施时，该阳极金属导线架与该阴极金属导线架底面各设有一绝缘底板。 
实施时，该绝缘底板与该成形胶体为一体成型。 
实施时，该绝缘底板与该成形胶体的材质皆为热固型环氧化物。 
实施时，本实用新型所述的LED模组，更包含有一软性导热胶，其设置于该LED晶粒与该晶粒座金属导线架间，以将该LED晶粒贴设于该晶粒座金属导线架上。 
实施时，该晶粒座金属导线架的材质为铜，该软性导热胶的材质为软性环氧导热胶。 
实施时，该晶粒座金属导线架更形成有一凹槽，以填充该软性导热胶。 
实施时，该成形胶体的材质为热固型环氧化物。 
实施时，该晶粒座金属导线架、该阳极金属导线架与该阴极金属导线架的材质 为铜。 
实施时，该散热鳍片与该LED元件成型结构间设置设有一导热接着层。 
与现有技术相比，本实用新型所述的LED成型结构及其模组，其应用半导体封装压模成型的精密先进技术，建造出光、电、热分流式通道的LED元件成型或模组新结构体。 
兹为使贵审查委员对本实用新型的结构特征及所达成的功效更有进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例图及配合详细的说明，说明如后： 
附图说明
图1为现有LED封装结构的剖视图。 
图2为本实用新型的LED元件成型结构的第一实施例立体图。 
图3为本实用新型的LED元件成型结构的第一实施例的部分元件分解图。 
图4为本实用新型的LED元件成型结构的第一实施例的俯视图。 
图5为本实用新型的LED元件成型结构的第一实施例的AA’线段的剖视图。 
图6为本实用新型的LED元件成型结构的第一实施例的仰视图。 
图7为本实用新型的LED元件成型结构架构成LED模组的侧视图。 
图8为本实用新型的LED元件成型结构架构成LED模组的俯视图。 
图9为本实用新型的LED元件成型结构的第二实施例侧视图。 
附图标记说明：10-陶瓷基板；12-金属薄膜线路；14-LED元件成型结构；16-晶粒座金属导线架；18-阳极金属导线架；20-阴极金属导线架；22-成形胶体；221-顶面；222-第一侧壁；223-第二侧壁；224-开口；225-反射墙；226-绝缘底板；227-绝缘底板；24-导线；26-LED晶粒；28-透镜；30-软性导热胶；32-凹槽；34-LED模组；36-散热鳍片；38-导热接着层；40-阳极接点；42-阴极接点。 
具体实施方式
请一并参阅图2、图3、图4、图5、图6，其各为本实用新型的LED元件成型结构的第一实施例的立体图、部分元件分解图、俯视图、AA’线段的剖视图与仰视图。 
如图所示，本实用新型的LED元件成型结构14主要包含有一晶粒座金属导线架16、一阳极金属导线架18与一阴极金属导线架20、一成形胶体22与多个导线 24。晶粒座金属导线架16上贴设有至少一LED晶粒26，晶粒座金属导线架16侧边设有阳极金属导线架18与阴极金属导线架20。 
成形胶体22是一热固型环氧化物应用半导体封装压模成型的精密先进技术一体成型的。成形胶体22主要包含有一顶面221、一第一侧壁222与一第二侧壁223。顶面221设置于晶粒座金属导线架16上，顶面221形成有一开口224，以显露LED晶粒26，开口224周围形成有一反射墙225，反射墙225的内侧面为斜面且斜面上可镀有一反射膜。第一侧壁222位于晶粒座金属导线架16与阳极金属导线架18间，以接合晶粒座金属导线架16与阳极金属导线架18。第二侧壁223是位于晶粒座金属导线架16与阴极金属导线架20间，以接合晶粒座金属导线架16与该阴极金属导线架20。 
成形胶体22的第一侧壁222与第二侧壁223底端向外延伸，以分别在阳极金属导线架18与阴极金属导线架20底部形成绝缘底板226、227，以电气隔离未来粘置的系统电路板或散热片。 
上述的晶粒座金属导线架16、阳极金属导线架18与阴极金属导线架20的材质可以为铜或钢合金42(Alloy 42)基板。Alloy 42基板的温度膨胀系数为4.3ppm/c0与LED晶粒底材(蓝宝石Al2O3)相近，不会有温差造成热应力问题，导热功能也不差(27W/mK)。 
上述的晶粒座金属导线架16、阳极金属导线架18、阴极金属导线架20与成形胶体22建构成一崭新的高导热金属基板架构。当然LED晶粒底材为硅(Silicon)或铜时，本结构所选用的金属基板亦相随变换因应，以兼顾热导及热膨胀因素。 
再者，上述的热固型环氧化物内更混掺有高热导粉末填充物以增强其导热性。举例来说，环氧树脂热导系数0.2W/mK可以氮化铝(240W/mK)或铝金属(260W/mK)高热导粉末为填充物(Filler)以提升热传导系数至2W/mK。此环氧化物可耐400℃高温，不因高功率LED操作温度升高而衰败。 
导线24是用以将LED晶粒26电气连接至阳极金属导线架226与阴极金属导线架227。本实用新型的LED元件成型结构更包含有一透镜28，以罩设LED晶粒26与导线24。此透镜28是以透明硅树脂二次封胶成型，硅胶宜考虑透光率达99％，折射率1.6为佳，透镜24的形状为半圆形，以达到最佳光线的聚光效果。 
本实用新型的LED元件成型结构更包含有一软性导热胶30，其材质为环氧系接合剂充填银的环氧树脂，此软性导热胶30设置于LED晶粒26与晶粒座金属导线架16间，以将LED晶粒26贴设于晶粒座金属导线架16上。此外，晶粒座金属导 线架16更可形成有一凹槽32，以填充上述的软性导热胶30。环氧系接合剂充填银的环氧树脂具高热导系数30W/mK，能降低LED晶粒至铜基板的热阻。 
高功率LED运作时的升温是不可避免的，而热涨冷缩效应也是必要的考量，否则本元件成型结构将面临使用上可靠性的问题，LED晶粒底材(蓝宝石Al2O3)的温度膨胀系数CTE(Coefficient of Temperature Expansion)为6ppm/c0，而导热性佳的铜CTE是16ppm/c0，因温差造成晶粒与晶粒座金属导线架介面膨胀差异，将导致LED晶粒受应力(Stress)而产生裂痕，因此介于其间的接合剂采用软性环氧接合剂以疏解其热应力，并于晶粒座金属导线架以化学蚀刻或机械冲压出一凹槽32以填充此软性接合剂，来缓冲LED晶粒的热应力。 
如图5所示，晶粒座金属导线架16是作为无电气热导区，其除承载LED晶粒26的任务外，LED晶粒26产生的热量由此热导区往下传导，因此承载LED晶粒26的晶粒座金属导线架16面积要大，以扩散热导。本实用新型采用铜作为晶粒座金属导线架16时，铜具优良的热导能力外亦有良好的机械性能与强度，又具有良好的遮罩(Shielding)性能，由上至下建立一最佳化热通道(Thermal Path)，通道架构长度最短(0.20mm)或更薄，散热面积可以最大，而其间介面环节最少，热阻(Thermal resistance)可低至1℃/W，适用于未来5瓦至10瓦高功率LED。而一般以陶瓷基板为架构的LED热阻值为6℃/W，本实用新型的金属基板架构仅其1/6，热导效率当然更佳。 
本实用新型利用精密的压模成型技术，建构出崭新的高导热金属基板架构，同时分别建构晶粒座金属导线架16作为热传通道，阳极金属导线架18、阴极金属导线架20作为导电通道，反射壁225作为导光通道，各通道呈分流式结构于基板上下左右四方。架构中成形胶体22的第一侧壁222与第二侧壁223、反射墙225及绝缘底板226、227各具功能： 
成形胶体22的第一侧壁222与第二侧壁223将晶粒座金属导线架16、阳极金属导线架18、阴极金属导线架20间做电气绝缘，因而建立导电通道。 
反射墙225为一斜面墙，当LED晶粒26发光光线射至反射墙225，会将光线反射导向正前方，凝聚发光角度。反射墙225表面为光净亮面并可镀一层银金属或光学薄膜作为反射膜(反射率98％)，以强化光源的导光(Redirection)效果，增加光量度。此环状反射墙225可视为一聚光罩杯。因反射墙225导光效果，发光角度可以缩至90度内的导光通道。 
绝缘底板226、227的形成，致使整体结构体底面无电极的存在，可直接接合 至散热片上或接地到电路板上。建立绝佳的导热通道。 
本实用新型为达到高热传导效果，LED元件成型结构14底面不存在任何电极，为无电性(Neutral)，向下可直接接合到散热片。打破过往系统电路电子元件走下缘连结的方式，本实用新型的导线24电气连接至阳极金属导线架18与阴极金属导线架20的表面，因此电路元件走上缘连结至其他电路元件，导电与导热是分开的。 
再者，请参阅图7和图8，其是本实用新型的LED元件成型结构架构成LED模组的侧视图与俯视图。如图所示，此LED模组34包含有一散热鳍片36，其上设置有一导热接着层38，以接合多个上述的LED元件成型结构14。上述的LED元件成型结构14可以串联或并联方式电气连接。LED模组34上方两端各有一阳极与一阴极接点40、42以连结系统电路，达到上缘走电路，下缘走散热的新观念。本实用新型的LED模组34含散热鳍片36可以直接固定在灯具或相关照明系统的机壳上。 
请参阅图9，其是本实用新型的LED元件成型结构的第二实施例侧视图。此实施例与第一实施例的差异在于阳极金属导线架18与阴极金属导线架20底部没有绝缘底板226、227。以利电路板连结变化的多用途功能。 
但是以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围。故即凡依本实用新型申请范围所述的特征及精神所为的均等变化或修饰，均应包括于本实用新型的申请专利范围内。 

Claims (26)

1.一种LED元件成型结构，其特征在于，其包含有一晶粒座金属导线架、一阳极金属导线架、一阴极金属导线架、一成形胶体和多个导线，其中：
所述晶粒座金属导线架，其上贴设有至少一LED晶粒；
所述阳极金属导线架与所述阴极金属导线架，分设于该晶粒座金属导线架侧边；
所述成形胶体，其包含有一顶面、一第一侧壁和一第二侧壁：
所述顶面，其设置于该晶粒座金属导线架上，该顶面形成有一开口，以显露该LED晶粒，该开口周围形成有一反射墙：
所述第一侧壁，其位于该晶粒座金属导线架与该阳极金属导线架间，以接合该晶粒座金属导线架与该阳极金属导线架；以及
所述第二侧壁，其位于该晶粒座金属导线架与该阴极金属导线架间，以接合该晶粒座金属导线架与该阴极金属导线架；以及
所述多个导线，其将该LED晶粒电气连接至该阳极金属导线架与该阴极金属导线架。
2.如权利要求1所述的LED元件成型结构，其特征在于，该反射墙的内侧面为斜面。
3.如权利要求2所述的LED元件成型结构，其特征在于，该斜面上镀有一反射膜。
4.如权利要求1所述的LED元件成型结构，更包含有一透镜，其罩设该LED晶粒与该导线。
5.如权利要求1所述的LED元件成型结构，其特征在于，其特征在于，该阳极金属导线架与该阴极金属导线架底面各设有一绝缘底板。
6.如权利要求5所述的LED元件成型结构，其特征在于，该绝缘底板与该成形胶体为一体成型。
7.如权利要求5所述的LED元件成型结构，其特征在于，该绝缘底板与该成形胶体的材质皆为热固型环氧化物。
8.如权利要求1所述的LED元件成型结构，其特征在于，更包含有一软性导热胶，其设置于该LED晶粒与该晶粒座金属导线架间，以将该LED晶粒贴设于该晶粒座金属导线架上。 
9.如权利要求8所述的LED元件成型结构，其特征在于，该晶粒座金属导线架的材质为铜，该软性导热胶的材质为软性环氧导热胶。
10.如权利要求8所述的LED元件成型结构，其特征在于，该晶粒座金属导线架更形成有一凹槽，以填充该软性导热胶。
11.如权利要求1所述的LED元件成型结构，其特征在于，该成形胶体的材质为热固型环氧化物。
12.如权利要求1所述的LED元件成型结构，其特征在于，该晶粒座金属导线架、该阳极金属导线架与该阴极金属导线架的材质为铜。
13.如权利要求5所述的LED元件成型结构，其特征在于，其接合于一散热片上或电路板的地线上。
14.一种LED模组，其特征在于，其包含有一散热鳍片和多个LED元件成型结构；其中，每一该LED元件成型结构包含有：一晶粒座金属导线架、一阳极金属导线架、一阴极金属导线架、一成形胶体和多个导线；
所述多个LED元件成型结构，其贴设于该散热鳍片上；
所述晶粒座金属导线架，其上贴设有至少一LED晶粒；
所述阳极金属导线架与所述阴极金属导线架，其分设于该晶粒座金属导线架侧边；
所述成形胶体，其包含有一顶面、一第一侧壁和一第二侧壁：
所述顶面，其设置于该晶粒座金属导线架上，该顶面形成有一开口，以显露该LED晶粒，该开口周围形成有一反射墙：
所述第一侧壁，其位于该晶粒座金属导线架与该阳极金属导线架间，以接合该晶粒座金属导线架与该阳极金属导线架；以及
所述第二侧壁，其位于该晶粒座金属导线架与该阴极金属导线架间，以接合该晶粒座金属导线架与该阴极金属导线架；以及
所述多个导线，其将该LED晶粒电气连接至该阳极金属导线架与该阴极金属导线架。
15.如权利要求14所述的LED模组，其特征在于，该反射墙的内侧面为斜面。
16.如权利要求15所述的LED模组，其特征在于，该斜面上镀有一反射膜。
17.如权利要求14所述的LED模组，其特征在于，更包含有一透镜，其罩设该LED晶粒与该导线。
18.如权利要求14所述的LED模组，其特征在于，该阳极金属导线架与该阴 极金属导线架底面各设有一绝缘底板。
19.如权利要求18所述的LED模组，其特征在于，该绝缘底板与该成形胶体为一体成型。
20.如权利要求18所述的LED模组，其特征在于，该绝缘底板与该成形胶体的材质皆为热固型环氧化物。
21.如权利要求14所述的LED模组，其特征在于，更包含有一软性导热胶，其设置于该LED晶粒与该晶粒座金属导线架间，以将该LED晶粒贴设于该晶粒座金属导线架上。
22.如权利要求21所述的LED模组，其特征在于，该晶粒座金属导线架的材质为铜，该软性导热胶的材质为软性环氧导热胶。
23.如权利要求21所述的LED模组，其特征在于，该晶粒座金属导线架更形成有一凹槽，以填充该软性导热胶。
24.如权利要求14所述的LED模组，其特征在于，该成形胶体的材质为热固型环氧化物。
25.如权利要求14所述的LED模组，其特征在于，该晶粒座金属导线架、该阳极金属导线架与该阴极金属导线架的材质为铜。
26.如权利要求14所述的LED模组，其特征在于，该散热鳍片与该LED元件成型结构间设置设有一导热接着层。 
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