CN2927324Y - 发光二极管封装结构 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管封装结构，包含导热基材、绝缘散热层、粘合层、金属垫、发光二极管组件与导电金属线；其中绝缘散热层设置在导热基材与发光二极管组件之间并具有大面积的高导热的特性，使得本实用新型的发光二极管封装结构可大幅提高整体的散热能力，同时提升发光二极管组件的发光效能，且增加发光二极管封装结构内的组件在长时间运作下的可靠度与稳定性。

Description

发光二极管封装结构
技术领域
本实用新型是关于一种发光二极管(LED：light emitting diode)封装结构，且特别是关于一种在导热基材与发光二极管组件间另外设有高导热能力的绝缘散热层的发光二极管封装结构。
背景技术
一般发光二极管(LED：light emitting diode)封装结构的主要的架构为PCB基板或金属支架，PCB基板的导热能力不佳，而金属支架受限于和发光二极管的接触面积小，散热效果不佳，因此，两者都不具备良好的散热特性。当一般发光二极管封装结构在长时间运作后或是高功率的操作下会产生相当多的热能，若是散热组件效果不佳，再加上一般发光二极管封装结构的组件在彼此接触面上的热阻效应，往往会在一般发光二极管封装体中累积太多的热能，因而降低一般发光二极管组件的发光效能。
目前解决这种一般发光二极管封装结构的散热问题的方法主要为利用大面积的金属材料作为基材，该金属基材可以作为散热器(heat sink)以增加一般发光二极管封装结构的散热能力。
以金属材料为基材，会使得基材具有良好的热传导能力与散热能力。但是，这种基材本身通常都具有良好的导电特性，因此，当使用这种基材作为一般发光二极管封装结构的散热组件时，便需要在基材上制作能与基材绝缘的极性线路，利用这个具有绝缘特性的极性线路与发光二极管组件形成电性通路，这样可避免发光二极管封装结构内的电性通路与基材因不当接触，造成这个电性通路发生电性失效的现象(如短路)。
制作具有绝缘特性的极性线路需在导线与基材之间设置绝缘层，会使得制造成本增加，同时增设的绝缘层会阻碍组件与组件间或是组件与基材的热传递，这样会产生热阻效应而降低金属基材的传热效果。此外，具绝缘特性的极性线路，会增加制造流程的复杂性，也会提高组件间在制程中的良率控管风险，例如在组件间产生隙缝的风险存在，该隙缝也会产生热阻效应而降低组件的传热效率。
综上所述，在金属材料的基材上制作具有绝缘特性的极性线路，除了会提高一般发光二极管封装结构的制造成本外，也会让该基材的良好散热能力无法受到充分的利用，反而降低了一般发光二极管封装结构使用金属材料的基材作为散热组件的散热效益，也会降低一般发光二极管封装结构的制程良率。
发明内容
因此本实用新型的目的就是提供一种发光二极管封装结构，加入热传导能力优异的绝缘散热层，增加热能在组件间的传递速度，进而提高散热能力，避免热能的累积。
本实用新型的另一个目的是提供一种具有大面积的绝缘散热层的发光二极管封装结构，藉由绝缘散热层的散热面积的增加，使得绝缘散热层与基材的接触面积也提高，因此增加散热效率。
本实用新型的又一个目的在于提供一种结构简单的高传热能力的绝缘散热层，此绝缘散热层因结构简单，因此可应用在不同之发光二极管封装结构上(如高功率发光二极管封装结构或激光二极管封装结构)，使不同的发光二极管封装结构，也同样可提高散热能力与散热效率。
本实用新型另一个目的为提供一种具有绝缘特性的高热传导材料的绝缘散热层，在此绝缘散热层上制作线路，不会增加制程的复杂性与成本风险，同时也能发挥散热的功能。
根据本实用新型的上述目的，本实用新型提供一种发光二极管封装结构，包含一导热基材、一绝缘散热层、一发光二极管组件及一组金属垫。绝缘散热层设在导热基材的上方，发光二极管组件及金属垫也设置在绝缘散热层的上方，其中，金属垫可分别电性连接该发光二极管组件的正负电极。就本实用新型所提供的发光二极管封装结构而言，将具有高热传导能力的绝缘散热层导入到发光二极管封装结构内，在发光二极管组件与基材间，另外设置有大面积且具有高热传能力的绝缘散热层，这种结构简单的绝缘散热层不会增加该发光二极管封装结构在制程上的复杂性，因此除了可有效提升此发光二极管封装结构的整体散热效率和发挥导热基材的散热能力外，更可将这种绝缘散热层广泛应用于其它发光二极管封装结构(如高功率发光二极管封装结构或激光二极管封装结构)。
依照本实用新型的一个较佳实施例中，在发光二极管封装结构内，在导热基材上加设一层具有高热传能力的绝缘散热层，以提高该发光二极管封装结构中的热传导速度，因此当发光二极管组件经过长时间的运作后，使发光二极管封装结构内的散热能力并不因长时间的运作而降低基材的散热能力。另外，当发光二极管组件设置在绝缘散热层之上，这时藉由该绝缘散热层的高热传能力，可更快速地将发光二极管所产生的热能传递至导热基材，加上绝缘散热层可具有与导热基材相当的接触面积(绝缘散热层设在该导热基材之上)，使得导热基材与绝缘散热层的接触面积增加，进而可充分发挥导热基材良好的散热能力与散热效率。
附图说明
为让本实用新型的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的详细说明如下：
图1绘示依照本实用新型的一个较佳实施例的发光二极管封装结构的剖面示意图。
图2绘示依照本实用新型的另一个实施例的发光二极管封装结构的剖面示意图。
图3绘示依照本实用新型的又一个实施例的发光二极管封装结构的组合剖面示意图。
附图标记说明：
100：发光二极管封装结构   110：导热基材
120：绝缘散热层           130：第一金属垫
140：第二金属垫           150：粘合层
160：发光二极管组件       170：导电金属线
200：发光二极管封装结构   210：导热基材
220：绝缘散热层           230：第一金属垫
240：第二金属垫           250：粘合层
260：发光二极管组件       270：导电金属线
具体实施方式
请参考图1，其绘示依照本实用新型的一个较佳实施例的发光二极管封装结构的剖面示意图。该发光二极管封装结构100包括导热基材110、绝缘散热层120、第一金属垫130、第二金属垫140、粘合层150、发光二极管组件160与导电金属线170。
在上述的发光二极管封装结构100中，导热基材110可以使用具有良好热传能力的导热材料，作为该发光二极管封装结构100的散热器(heatsink)。在导热基材110上方设有绝缘散热层120，该绝缘散热层120是具有大面积(该绝缘散热层120的面积大小可与导热基材110相当)且高热传导能力与电绝缘特性的导热材料，可增加热能传递至导热基材110的面积与速度。该绝缘散热层120上方设有一组金属垫，这组金属垫包括第一金属垫130与第二金属垫140，可用以导入电源。
请再参考图1，其中，粘合层150是具有导热与导电特性的粘合材料，可将第一金属垫130与发光二极管组件160的正负极(未画出)中的一个电极固接。该粘合层150是一种导电导热材质，故可传递其所固接的组件(如第一金属垫130与发光二极管组件160)的热能与电能。
如前所述的发光二极管封装结构100中，第一金属垫130与发光二极管组件160用粘合层150固合后，这时第二金属垫140可与发光二极管组件160的正负极中的另一个电极(并未图示)用导电金属线170(一种电性连接结构的方式)而形成电性通路，该电性通路可将由第一金属垫130或第二金属垫140导入的电能，通过发光二极管组件160并使其运作发出特定波长的光线，该特定波长的光线在产生光的同时也伴随热能产生。
请再参考图1，前述的电性连接结构的方式除了可为使用导电金属线170以打线方式(wire bond)将发光二极组件160上的正或负电极(并未图示)中的一个电极与第二金属垫140连接，这时第一金属垫130与发光二极管组件160上的负或正电极中的另一个电极结合，形成电性通路；另外，该电性连接结构的方式也可为利用覆晶方式(flip chip in package)将发光二极管组件160的正、负电极，分别与该组金属垫(如第一金属垫130以及第二金属垫140)直接结合，形成电性通路。
在上述的发光二极管封装结构100中，导热基材110可为导热材料，例如金属材料，如银、铜、铝或上述金属的合金物，另外在该金属材料上可镀有金或银或陶瓷材料，陶瓷材料如氧化铝或氮化铝。绝缘散热层120为具有高热传导能力且具备电绝缘特性的导热材料，该导热材料，可为例如陶瓷材料、复合材料或是钻石镀膜。陶瓷材料例如为氧化铝或氮化铝，复合材料可以是例如纳米碳管。
另外，如前所述的一组金属垫(如第一金属垫130与第二金属垫140)，该组金属垫可为金属材料，如金、银、铝、铂、铯或上述金属的合金物。而粘合层150是具有导热与导电特性的粘合材料，该粘合材料可为金属(如锡、金或上述金属的合金物)与高分子的混合物，例如银胶或纳米碳管。
此外，发光二极管组件160可为发光二极管(light emitting diode：LED)、高功率发光二极管(high power light emitting diode)或激光二极管(laser diode：LD)。而导电金属线170具有导电特性，可为金属材料，如金、银、铝或上述金属的合金。
除此之外，为增加发光效果，可在导热基材110上镀有高反射性镀层(并未在图中标示)，用以反射发光二极管组件160所产生的光源，使光源可反射集中射出，因此可进一步提高发光二极管封装结构100的发光效果，而该镀层可为金或银。
如前所述的发光二极管封装结构100中，大面积且具高热传能力与电绝缘特性的绝缘散热层120，可将热从其所接触的组件(例如第一金属垫130)快速传递至导热基材110，以发挥导热基材110的散热能力与散热效率，这样，可避免热能在该发光二极管封装结构100内产生热能的累积，防止造成内部温度过高，进而影响内部组件的运作；另外，当该发光二极管封装结构100在长时间或高功率状态下运作时，也可避免其内部温度增加过快，使得内部组件在较低的温度下运作的时间增加，减缓内部组件因温度提升过快与过高而影响组件运作(如发光二极管组件160因高温所产生的发光特性衰减的现象)，进而提高该发光二极管封装结构100的内部组件运作的稳定性。
此外，在导热基材110与发光二极管组件160中，所设置的绝缘散热层120结构简单(结构为薄层)，因此，可广泛地应用在其它类似的发光二极管封装结构上，例如，高功率发光二极管封装结构或激光二极管封装结构，以提供更高的散热效率与散热能力。
请参考图2，其绘示依照本实用新型的另一个实施例的发光二极管封装结构的剖面示意图。其中，该发光二极管封装结构200包括导热基材210、绝缘散热层220、第一金属垫230、第二金属垫240、粘合层250、发光二极管组件260与导电金属线270。
导热基材210使用具有良好热传能力的导热材料，作为该发光二极管封装结构200的散热器，在导热基材上方设有绝缘散热层220，该绝缘散热层220是具有大面积且高热传导能力以及具备电绝缘特性的导热材料(该绝缘散热层220的面积大小可与导热基材210相当)，可增加热能传递至导热基材210的面积与速度。该绝缘散热层220上方设有一组金属垫，该组金属垫包括第一金属垫230与第二金属垫240，可用以导入电源。
请再参考图2，其中，粘合层250是具有导热且绝缘的特性的粘合材料，可将第一金属垫230与发光二极管组件260的正负极(未图示)中的一个电极固接后，再利用导电金属线270(一种电性连接结构的方式)将发光二极管组件260的正负极(未图示)分别连接第一金属垫230、第二金属垫240而形成一电性通路。当电流经由第一金属垫230或第二金属垫240导入前述的电性通路，可使发光二极管组件260发出特定波长的光线，该特定波长的光线在产生光的同时也伴随热能产生。
其中，上述的电性连接结构的方式除了可为使用导电金属线270(请再参考图2)，以打线方式(wire bond)将发光二极组件260上的正或负电极分别与第一金属垫230及第二金属垫240连接形成电性通路；另外，该电性连接结构的方式也可以覆晶方式(flip chip in package)将发光二极管组件260上的正、负电极，分别与该组金属垫(如第一金属垫230及第二金属垫240)直接结合形成电性通路。
请同时参考图1与图2，该发光二极管封装结构200与前述的发光二极管封装结构100，差别在于发光二极管封装结构200中的粘合层250是具有热传能力及电绝缘能力的粘合材料，该粘合材料可为树酯材料(例如环氧树酯)。因此，当粘合层250将发光二极管组件260与第一金属垫230时，发光二极管组件260与其固合的金属垫(如第一金属垫230)不会形成电性通路，这时以电性连接结构的方式，例如打线方式，利用导电金属线270分别连接第一金属垫230、第二金属垫240与发光二极管组件260的正负极形成电性通路，该电性通路可将电能导入发光二极管组件260，而使其运作发光。
请参考图3，其绘示依照本实用新型的又一个实施例的发光二极管封装结构的组合剖面示意图。其中发光二极管封装结构200包括导热基材210、绝缘散热层220、第一金属垫230、第二金属垫240、粘合层250、发光二极管组件260与导电金属线270。
在本实施例的发光二极管封装结构200中，将导热基材210与绝缘散热层220结合后，在绝缘散热层上方设置一组金属垫(包括第一金属垫230与第二金属垫240)，另外再使用粘合层250将发光二极管组件260与绝缘散热层220直接固合，因此该绝缘散热层220设置在导热基材210与第一金属垫230与第二金属垫240以及发光二极管组件260之间，最后再使用导电金属线270(一种电性连接结构的方式)将第一金属垫230、第二金属垫240分别与发光二极管组件260的正负极连接。
其中，粘合层250将发光二极管组件260与绝缘散热层220直接固合，因此增加绝缘散热层与其接合的其它组件(如第一金属垫230、第二金属垫240及发光二极管组件260)的接触面积，有利于将其它组件所产生的热能，利用具有较大面积且高热传导能力绝缘散热层220，可以更直接而快速的将热能传递至导热基材210，使导热基材210的散热效果得以充份利用，提高该发光二极管封装结构200的散热效率与散热能力，这样，除了可减缓热能累积的速度，更可避免运作时产生的高温对内部组件造成不良的影响(如发光二极管组件260因高温所产生的发光特性衰减的现象)，因此更可增加该发光二极管封装结构200在长时间或高功率时，在散热稳定的状态运作下。
由上述本实用新型的较佳实施例可知，应用本实用新型具有下列优点。
由上述本实用新型的一个较佳实施例可知，应用本实用新型的发光二极管封装结构所增设的绝缘散热层，藉由绝缘散热层的高热传导能力的特性，使得热传导至导热基材的速度增加，使得导热基材得以发挥良好的散热能力，因此本实用新型的发光二极管封装结构具有散热效率高的特性，可避免过多的热能堆积所致的高温，因此可防止内部组件处在高温状态下运作所发生不稳定的情形，例如可以避免发光二极管组件在高温环境中运作下产生发光特性衰减的现象。
由上述本实用新型的一个较佳实施例可知，应用本实用新型中的具有大面积(可与导热基材面积相当)且高热传能力的绝缘散热层，可提高热能在发光二极管封装结构中的传递速度，将热能迅速传递至导热基材，并藉由绝缘散热层与导热基材结合的接触面积相当，使散热器良好的散热能力得以充分发挥。
在前述本实用新型的另一个实施例可知，本实用新型可将绝缘散热层设置在导热基材与发光二极管组件间，该绝缘散热层结构简单(为薄层)，因此可视需求应用在不同类型的发光二极管封装结构(如高功率发光二极管封装结构或激光二极管封装结构)，使得本实用新型更具广泛的实用性。
虽然本实用新型已以一个较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何熟习此技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，应当可作各种改动与润饰，因此本实用新型的保护范围应当视权利要求所界定的为准。

Claims (10)

1.一种发光二极管封装结构，其特征在于，包含：
一导热基材；
一绝缘散热层，设在该导热基材之上；
一组金属垫，设置在该绝缘散热层之上；以及
一发光二极管组件，具有正、负电极；
其中该组金属垫分别电性连接至该发光二极管组件的正、负电极。
2.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，还包含一粘合层，该粘合层设于该绝缘散热层与发光半导体组件之间。
3.如权利要求2所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述的粘合层为一树酯材料。
4.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，还包含一粘合层，该粘合层设于该金属垫与发光半导体组件的正、负电极中的一个电极之间。
5.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，导热基材为一金属材料或一陶瓷材料。
6.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述的导热基材上设有一镀层。
7.如权利要求6所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述的镀层为金、银或上述的组合物。
8.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述的绝缘散热层为一陶瓷材料、复合材料或是一钻石镀膜。
9.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述的发光二极管组件为发光二极管、高功率发光二极管或激光二极管。
10.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，还包含一导电金属线，且该导电金属线将该组金属垫与发光二极管组件的正、负电极连接。
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