CN202189833U - 热电分离的发光二极管模块和相关的高反射性散热载板 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提出的热电分离的发光二极管模块之一，包含有一基板；一绝缘层，形成于该基板上，并只覆盖该基板的局部区域；一或多个发光二极管晶粒，直接与该基板接合；一钯触媒层，形成于该绝缘层上，并包含有粒径尺寸在10纳米到500纳米之间的多个钯粒子；一导电组件，形成于该钯触媒层上；以及多条导线，用以电性连接该导电组件与该一或多个发光二极管晶粒。由于发光二极管晶粒是直接接合在基板上，因此发光二极管晶粒产生的热能直接传导至基板，再透过基板的上表面和下表面迅速地发散到外界环境，达到热电分离的良好散热效果。

Description

热电分离的发光二极管模块和相关的高反射性散热载板
技术领域
本新型系有关发光二极管装置，尤指一种热电分离的发光二极管模块和相关的高反射性散热载板。
背景技术
发光二极管(LED)具有耗电低、不含汞、寿命长、二氧化碳排放量低等优点，再加上许多国家禁用汞的环保政策(如欧盟的WEEE与RoHS指令)，驱使各界更加投入发光二极管的研发与应用。
随着对发光二极管亮度要求的提升，单颗发光二极管晶粒的功耗瓦数也从数十微瓦发展至1瓦、5瓦，甚至10瓦以上。然而，目前高功率发光二极管的输入功率有很大比例会转变成为热。若这些热未能及时排出，会使发光二极管晶粒温度升高。温度升高不仅会造成发光二极管晶粒亮度下降，且容易加速晶粒本体及封装材料的劣化，因而降低发光效率及产品寿命。
一般而言，功率愈高的发光二极管晶粒所产生的废热愈多。因此，发光二极管封装结构的散热问题若无法获得有效解决，将会对更大功率的发光二极管晶粒的发展和应用造成严重阻碍。
实用新型内容
有鉴于此，如何改善发光二极管封装结构的散热效率，以满足高功率发光二极管晶粒的散热需求，实系业界有待解决的问题。
本实用新型提供了一种热电分离的发光二极管模块的实施例，其包含有：一基板；一绝缘层，形成于该基板上，并只覆盖该基板的局部区域；一或多个发光二极管晶粒，直接与该基板接合；一钯触媒层，形成于该绝缘层上，并包含有粒径尺寸在10纳米到500纳米之间的多个钯粒子；一导电组件，形成于该钯触媒层上；以及多条导线，用以电性连接该导电组件与该一或多个发光二极管晶粒。
另一种发光二极管模块的实施例包含有：一镜面铝板，其上表面包含有一反射区和一绝缘区，其中该绝缘区只占该上表面的局部区域，且该反射区在450纳米至650纳米的光波长范围内的反射率大于95％；一绝缘层，由软性陶瓷构成，形成于该绝缘区上，并只覆盖该反射区的局部区域；一或多个发光二极管晶粒，直接与该反射区接合；一钯触媒层，以喷印方式形成于该绝缘层上，且厚度在10纳米以上，并包含有粒径尺寸在10纳米到500纳米之间的多个钯粒子；一导电组件，形成于该钯触媒层上；以及多条导线，用以电性连接该导电组件与该一或多个发光二极管晶粒。
上述发光二极管模块的优点之一是，发光二极管晶粒是直接接合在基板上，因此发光二极管晶粒产生的热，能直接传导至基板，再透过基板的上表面和下表面迅速地发散到外界环境，达到热电分离的良好散热效果。
上述发光二极管模块的另一优点是，钯触媒层可利用网印或喷印制程来形成，不仅容易施作，且可提升钯触媒层的形状设计弹性、并缩短钯触媒层的制作时间。
上述发光二极管模块的另一优点是，钯触媒层中的多个钯粒子可促进后续导电组件制程的进行。
附图说明
图1为本实用新型之发光二极管模块的一实施例简化后的示意图。
图2为图1中之发光二极管模块的一实施例简化后的剖面图。
具体实施方式
以下将配合相关图式来说明本实用新型之实施例。在这些图式中，相同的标号系表示相同或类似的组件。在通篇说明书及后续的权利要求当中所提及的「组件」(element)一词，包含了构件(component)、层构造(layer)、或区域(region)的概念。
在绘示图式时，某些组件的尺寸及相对大小会被加以放大，以使图式的内容能清楚地表达。另外，某些组件的形状会被简化以方便绘示。因此，图式中所绘示的各组件的形状、尺寸及相对大小，除非申请人有特别指明，否则不应被用来限缩本新型的范围。此外，本新型可用许多不同的形式来体现，在解释本新型时，不应限缩在本说明书所提出的示例性实施例的态样。
在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域中具有通常知识者应可理解，同样的组件可能会用不同的名词来称呼。本说明书及后续的申请专利范围并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的基准。在通篇说明书及后续的权利要求当中所提及的「包含」系为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于...」。另外，「耦接」一词在此系包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述一第一组件耦接于一第二组件，则代表该第一组件可直接(包含透过电性连接或无线传输、光学传输等讯号连接方式)连接于该第二组件，或透过其它组件或连接手段间接地电性或讯号连接至该第二组件。
在此所使用的「及/或」的描述方式，包含所列举的其中之一或多个项目的任意组合。另外，除非特别指明，否则任何单数格的用语，在本说明书中都同时包含复数格的涵义。
在通篇说明书及后续的权利要求当中，若描述第一组件位于第二组件上、在第二组件上方、连接、接合、耦接于第二组件或与第二组件相接，则可表示第一组件直接位在第二组件上、直接连接、直接接合、直接耦接于第二组件，亦可表示第一组件与第二组件间有其它中介组件存在。相对之下，若描述第一组件直接位在第二组件上、直接连接、直接接合、直接耦接、或直接相接于第二组件，则代表第一组件与第二组件间没有其它中介组件存在。
请参考图1，其所绘示为本实用新型一实施例之发光二极管模块100简化后的示意图。发光二极管模块100包含有基板102以及设置于基板102上的复数个发光二极管晶粒122。如图所示，基板102包含一上表面104以及一下表面106。为了提升发光二极管模块100的散热效果，基板102可以用金属基板、陶瓷基板、或是石墨基板来实现。在本实施例中，基板102的上表面104包含有一绝缘区(Insulation Region)110以及一反射区120。绝缘区110只占基板102的上表面104的局部区域，而不会占据整个上表面104。绝缘区110上设有一或多个走线区(Wiring Region)130，而发光二极管晶粒122则直接接合在基板102的反射区120。
反射区120的反射率愈高，对发光二极管模块100的整体发光效率和辉度愈有帮助。实作上，基板102可以用镜面铝板(bright aluminum plate)或是表面粗糙度(surface roughness)小于30纳米(nm)的金属基板来实现，以使基板102的上表面104的反射率在450纳米(nm)至650纳米的光波长范围内能达到95％甚至更高的水平。此时，基板102的整个上表面104都可以用来做为反射区120，所以绝缘区110可以是反射区120中的部分区域。
在基板102的上表面104本身的反射率不如前述实施例来得高的情况下，可以将高反射性的铝(Al)、银(Ag)、铬(Cr)、金(Au)、钯(Pd)、镍(Ni)、镍磷(nickelphosphor)、硫酸钡(BaSO4)、碳化硅(Silicon Carbide)、氮化铝(AlN)、以及氧化铝(Al2O3)的其中之一，或是上述材料的组合批覆在上表面104上，以形成具有反射率的反射区120，以提升发光二极管模块100的整体辉度。
以下将搭配图2来进一步说明发光二极管模块100的实施方式。
图2为图1中的发光二极管模块100的沿A-A’方向简化后的一实施例剖面图。如图2所示，于基板102的上表面104的绝缘区110上设置有绝缘层210。由于绝缘区110只占基板102的上表面104的局部区域，所以绝缘层210也只会覆盖上表面104的局部区域。在前述基板102的整个上表面104都可以用来做为反射区120的实施例中，绝缘层210只会覆盖反射区120的局部区域。
实作上，可以将树脂涂布在基板102的上表面104的绝缘区110上以形成绝缘层210。当基板102是金属基板时，也可以对基板102的绝缘区110进行阳极处理，以形成金属氧化层(例如，氧化铝层)，来做为绝缘层210。
在另一实施例中，则是利用网印(screen printing)方式将软性陶瓷直接印刷在基板102的绝缘区110上以形成绝缘层210。由于软性陶瓷的绝缘效果佳、可塑性强、且网印方式容易施作和控制软性陶瓷的形状及厚度，故利用网印方式以软性陶瓷来制作绝缘层210可增加绝缘层210的形状设计弹性、缩短绝缘层210的制作时间、并降低绝缘层210的制作成本。
接着，再将粒径尺寸在10纳米到500纳米之间的钯粒子222与具黏着性的物质(例如，具黏着性的高分子材料)制成的混合物，利用涂布、网印或喷印(jet printing)的方式，直接设置在绝缘层210上以形成钯触媒层220。因此，钯触媒层220中会包含有多个钯粒子222，可用来促进后续导电组件230的制程进行。实作上，钯触媒层220的厚度只要达到10纳米以上，即可发挥促进导电组件230生成的效果。
纯金属钯粒子的黏着性不高，采用溅镀(sputtering)、物理蒸镀(PVD)或化学蒸镀(CVD)制程直接在绝缘层210上沉积金属钯粒子的方式，不仅成本高、耗时长、耗能多、制程控制较复杂，且仍然不易使金属钯粒子附着在绝缘层210上。此外，在进行溅镀或蒸镀制程前，还必需先在反射区120上形成保护层，才能避免反射区120的表面受到溅镀或蒸镀制程的破坏，这又增加了所需的制程工序和成本。再者，在溅镀或蒸镀制程中，绝缘层210也容易受到高温破坏或化学污染而劣化或降低绝缘效果。由以上说明可知，并不适合利用溅镀或蒸镀制程直接在绝缘层210上沉积生成金属钯粒子层。
基于节约能源以及环境保护的考虑，大量的传统光源正逐渐由发光二极管装置所取代。因此，为了满足社会对于发光二极管装置的大量需求，简化制造程序、缩短制造时间、降低制造成本与提升散热效果是非常重要的关键环节。相较于溅镀和蒸镀制程，利用网印或喷印制程来形成钯触媒层220的方式，不仅更容易施作，且更能控制钯触媒层220的形状、宽度及厚度，可提升钯触媒层220的形状设计弹性、并缩短钯触媒层220的制作时间。
对于某些少量多样的发光二极管封装制程或是小尺寸的发光二极管封装制程而言，采用喷印制程比网印制程具有更高的施作便利性、制作时间更短，因此，利用喷印方式来形成钯触媒层220更可有效提升发光二极管模块100的制造效率和降低制作成本。
如前所述，走线区130是设置于绝缘区110上。在一实施例中，走线区130包含有形成于绝缘层210上方的导电组件230。由于钯触媒层220中包含有多个钯粒子222，因此，可利用化镀(无电镀)方式在钯触媒层220上直接生成导电组件230。例如，可利用化镀方式将镍、铜等导电金属镀在钯触媒层220上，以形成导电组件230。也可以先以前述的化镀制程形成导电组件230的初步结构，再以电镀方式将金属铜镀到导电组件230上，以加快导电组件230的增厚速度。
之后，便可利用电子构件直接固晶接合(Chip on Board，COB)的方式，将发光二极管晶粒122直接接合于基板102的反射区120上，以提升发光二极管模块100的封装效率。
导电组件230可透过导线124与反射区120上的发光二极管晶粒122电性连接。在导电组件230外，则包覆有防焊油墨层240，以保护导电组件230。
由前述说明可知，发光二极管晶粒122是直接接合在基板102的反射区120上，且发光二极管晶粒122与基板102间并未以绝缘层210作为中介媒介。因此，发光二极管晶粒122产生的热能迅速透过反射区120直接传导至基板102，再透过基板102的上表面104和下表面106，迅速地发散到外界环境，达到热电分离的良好散热效果。采用前述的这种散热架构，绝缘层210就不再是发光二极管晶粒122的散热路径上的散热瓶颈。
实作上，为了达到更好的散热效果，亦可用机械加工成型方式、放电加工成型方式、或其它成型方式，将基板102的下表面106设计成立体状结构，以增加基板102的下表面106的散热面积，进而提升基板102的散热效能。
在某些实施例中，则可于基板102的下表面106上涂布一层碳化物层，如纳米碳管、纳米碳球、及/或碳化硅等，以进一步增加基板102的下表面106的散热效果，并同时提高对基板102之下表面106的保护或抗磨损能力。或者，亦可在基板102的下表面106上贴附一石墨散热膜，以增加基板102的散热效果。
所属领域中具有通常知识者应可理解，前述绝缘区110、反射区120以及走线区130的个数、形状、或位置，都可依实际电路设计的需要而调整，并不局限于前述实施例所绘示的态样。例如，基板102的上表面104可以有多个分开的、不同形状及大小的绝缘区110，也可以有多个分开的、不同形状及大小的走线区130。同样地，基板102的上表面104可以有多个分开的、不同形状及大小的反射区120。
前述不同实施例中的多项技术特征，可以互相组合，藉以改善基板102及发光二极管模块100的整体散热效果，和提升发光二极管模块100的整体发光效果。
以上所述仅为本实用新型之较佳实施例，凡依本新型申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本实用新型之涵盖范围。

Claims (15)

1.一种热电分离的发光二极管模块，其包含有：
一基板；
一绝缘层，形成于该基板上，并只覆盖该基板的局部区域；
一或多个发光二极管晶粒，直接与该基板接合；
一钯触媒层，形成于该绝缘层上，并包含有粒径尺寸在10纳米到500纳米之间的多个钯粒子；
一导电组件，形成于该钯触媒层上；以及
多条导线，用以电性连接该导电组件与该一或多个发光二极管晶粒。
2.如权利要求1所述的发光二极管模块，其中该基板具有一反射区，该反射区在450纳米至650纳米的光波长范围内的反射率大于95％，且该绝缘层只覆盖该反射区的局部区域。
3.如权利要求2所述的发光二极管模块，其中该基板是一镜面铝板。
4.如权利要求2所述的发光二极管模块，其中该基板是一金属基板，且其表面粗糙度小于30纳米。
5.如权利要求1所述的发光二极管模块，其中该绝缘层是由软性陶瓷构成。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的发光二极管模块，其中该钯触媒层是以喷印方式形成于该绝缘层上。
7.一种热电分离的发光二极管模块，其包含有：
一镜面铝板，其上表面包含有一反射区和一绝缘区，其中该绝缘区只占该上表面的局部区域，且该反射区在450纳米至650纳米的光波长范围内的反射率大于95％；
一绝缘层，由软性陶瓷构成，形成于该绝缘区上，并只覆盖该反射区的局部区域；
一或多个发光二极管晶粒，直接与该反射区接合；
一钯触媒层，以喷印方式形成于该绝缘层上，且厚度在10纳米以上，并包含有粒径尺寸在10纳米到500纳米之间的多个钯粒子；
一导电组件，形成于该钯触媒层上；以及
多条导线，用以电性连接该导电组件与该一或多个发光二极管晶粒。
8.一种散热载板，其包含有：
一基板；
一绝缘层，形成于该基板上，并只覆盖该基板的局部区域；
一钯触媒层，形成于该绝缘层上，并包含有粒径尺寸在10纳米到500纳米之间的多个钯粒子；以及
一导电组件，形成于该钯触媒层上。
9.如权利要求8所述的散热载板，其中该基板具有一反射区，该反射区在450纳米至650纳米的光波长范围内的反射率大于95％，且该绝缘层只覆盖该反射区的局部区域。
10.如权利要求9所述的散热载板，其中该基板是一镜面铝板。
11.如权利要求9所述的散热载板，其中该基板是一金属基板，且其表面粗糙度小于30纳米。
12.如权利要求8所述的散热载板，其中该绝缘层是由软性陶瓷构成。
13.如权利要求8、9、10、11或12所述的散热载板，其中该钯触媒层是以喷印方式形成于该绝缘层上。
14.一种高反射性散热载板，其包含有：
一镜面铝板，在450纳米至650纳米的光波长范围内的反射率大于95％；
一绝缘层，由软性陶瓷构成，并只覆盖该镜面铝板的局部区域；
一钯触媒层，形成于该绝缘层上，且厚度在10纳米以上，并包含有粒径尺寸在10纳米到500纳米之间的多个钯粒子；以及
一导电组件，形成于该钯触媒层上。
15.如权利要求14所述的散热载板，其中该钯触媒层是以喷印方式形成于该绝缘层上。
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