TWI753673B - 高功率光源封裝結構及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於半導體光源技術領域，其提供一種高功率光源封裝結構及其製造方法，高功率光源封裝結構包含基板、金屬塊裝置、發光晶片及封裝罩；金屬塊裝置具有主體塊及安裝塊，安裝塊的周側設置有複數個安裝面，各發光晶片固定於各安裝面上，各發光晶片的出光方向相同；封裝罩設置於基板上並罩住金屬塊裝置及複數個發光晶片，封裝罩具有透光件，透光件位於各發光晶片的出光路徑上，基板的下表面間隔設置有第一導電片及第二導電片，第一導電片及第二導電片均與金屬塊裝置電性連接。透過在基板上設置具有複數個安裝面的金屬塊裝置，從而能同時設置複數個發光晶片以提高功率，且金屬塊裝置還能提高散熱效果，使得高功率光源封裝結構具有功率大，散熱效果好的優點。
Description
本發明係關於半導體光源技術領域，特別是一種關於高功率光源封裝結構及其製造方法。
發光二極體(light emitting diode，簡稱LED)是一種能夠將電能轉化為可見光的固態半導體裝置，LED光源具有使用低壓電源、耗能少、使用壽命長及穩定性高等優點而被廣泛使用。例如，在微型投影器或微型車燈等微型產品中，使用了高功率的LED光源或高功率的雷射光源，其中，高功率的LED光源需要採用大尺寸發光晶片，且輻射功率只能達到5W到8W，且在微型產品內，空間小，對於高功率的LED光源散熱處理不便及成本高或者散熱處理效果不好而影響微型產品的使用壽命，其中雷射光源採用的是功率為3W到5W的TO-CAN封裝體，一方面功率較小，另一方面TO-CAN封裝體是插件裝置，其散熱方式僅能透過正負極焊腳插接在電路板上後加錫散熱，散熱面積小，同時焊腳在插接時如對接不准容易造成彎曲等現象而影響組裝效率。
本發明實施例的目的在於提供一種高功率光源封裝結構，以解決先前技術中在微型產品上，光源封裝體存在散熱效果差及功率小的技術問題。
為實現上述目的，本發明採用的技術方案是：提供一種高功率光源封裝結構，包含：基板；
設置於基板上表面的金屬塊裝置，金屬塊裝置具有主體塊及安裝塊，安裝塊固定於主體塊的一側上，且安裝塊的周側設置有複數個安裝面；複數個發光晶片，各發光晶片固定於各安裝面上且電性連接金屬塊裝置，各發光晶片的出光方向相同；以及設置於基板上並罩住金屬塊裝置及複數個發光晶片的封裝罩，封裝罩具有透光件，透光件位於各發光晶片的出光路徑上，基板的下表面間隔設置有第一導電片及第二導電片，第一導電片及第二導電片均與金屬塊裝置電性連接。
在一個實施例中，金屬塊裝置為銅塊裝置。
在一個實施例中，主體塊設置於基板上，基板為陶瓷基板。
在一個實施例中，安裝塊為正棱柱。
在一個實施例中，封裝罩為金屬罩或玻璃罩。
在一個實施例中，封裝罩為矩形體罩，封裝罩包含相互連接並圍成空腔的四塊側板及一塊頂板，透光件為四塊側板的其中之一。
在一個實施例中，透光件包含凸透鏡，凸透鏡位於各發光晶片的出光路徑上。
在一個實施例中，金屬塊裝置上具有金屬極片，複數個發光晶片電性連接金屬極片，金屬極片延伸至主體塊的底面上，基板的上表面設置有均與金屬極片電性連接的第三導電片及第四導電片，第三導電片與第一導電片電性連接，第四導電片與第二導電片電性連接。
在一個實施例中，基板的上表面設置有一圈用於安裝封裝罩的安裝槽。
本發明的另一目的在於提供一種高功率光源封裝結構的製造方法，其包含以下步驟：S1、製作封裝罩、基板及金屬塊裝置；封裝罩上設置有透光件，基板上設置有第一導電片及第二導電片，金屬塊裝置上設置有複數個安裝面；S2、將複數個發光晶片分別固定於各安裝面上且電性連接金屬塊裝置，並使各發光晶片的出光方向相同；S3、將金屬塊裝置固定於基板上，並使金屬塊裝置均與第一導電片及第二導電片電性連接；S4、將封裝罩固定在基板上並罩住金屬塊裝置及複數個發光晶片，並使透光件位於各發光晶片的出光路徑上。
本發明提供的一種高功率光源封裝結構及其製造方法的有益效果在於：透過在基板上設置金屬塊裝置，金屬塊裝置的安裝塊上設置有複數個安裝面，從而能同時設置出光方向相同的複數個發光晶片以提高功率，同時金屬塊裝置還能提高散熱效果，基板下表面設置的第一導電片及第二導電片能透過表面貼裝技術製程實現高功率光源封裝結構的自動貼合焊接在電路板上，提高了組裝質量及生產效率。
1:基板
11:第一導電片
12:第二導電片
13:第三導電片
14:第四導電片
15:安裝槽
2:金屬塊裝置
21:主體塊
22:安裝塊
221:安裝面
23:金屬極片
3:發光晶片
31:出光面
4:封裝罩
41:透光件
42:側板
43:頂板
S1~S4:步驟
為了更清楚地說明本發明請實施例中的技術方案，下面將對實施例或先前技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於所屬技術領域中具有通常知識者而言，在不付出創造性勞動性的前提下，還可根據這些附圖獲得其它的附圖。
圖1為本發明實施例提供的高功率光源封裝結構的斜俯視爆炸結構示意圖；
圖2為本發明實施例提供的高功率光源封裝結構的斜仰視爆炸結構示意圖；圖3為本發明實施例提供的高功率光源封裝結構中金屬塊裝置、發光晶片及基板的結構示意圖；圖4為本發明實施例提供的高功率光源封裝結構中安裝塊為正三角形的側視結構示意圖；圖5為本發明實施例提供的高功率光源封裝結構中安裝塊為正四邊形的側視結構示意圖；圖6為本發明實施例提供的高功率光源封裝結構中安裝塊為正五邊形的側視結構示意圖；圖7為本發明實施例提供的高功率光源封裝結構的製造方法的流程示意圖。
為了使本發明所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
需要說明的是，當元件被稱為「固定於」或「設置於」另一個元件，它可直接在另一個元件上或者間接在該另一個元件上。當一個元件被稱為是「連接於」另一個元件，它可為直接連接到另一個元件或間接連接至該另一個元件上。
需要理解的是，術語「長度」、「寬度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了
便於描述本發明及簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造及操作，因此不能理解為對本發明的限制。
此外，用語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可明示或者隱含地包含一個或者更複數個該特徵。在本發明的描述中，「複數個」的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的定義。
如圖1至圖3所示，現對本發明實施例提供的一種高功率光源封裝結構進行說明。高功率光源封裝結構包含基板1、金屬塊裝置2、複數個發光晶片3及封裝罩4。其中，金屬塊裝置2設置在基板1的上表面，具體地，金屬塊裝置2包含主體塊21及安裝塊22，主體塊21設置於基板1上，安裝塊22設置於主體塊21的一側，安裝塊22的周側設置有複數個安裝面221。其中，主體塊21及安裝塊22一體成型或焊接，主體塊21焊接在基板1上。
其中，基板1的下表面間隔設置有均與金屬塊裝置2電性連接的第一導電片11及第二導電片12，第一導電片11及第二導電片12分別用於與電路板上的正極焊盤及負極焊盤焊接，安裝塊22上的複數個安裝面221的數量與複數個發光晶片3的數量相同，每個安裝面221上電性連接固定設置有一個發光晶片3，各發光晶片3與金屬塊裝置2電性連接，各個發光晶片3的出光面31位於金屬塊裝置2的同一側以使各個發光晶片3的出光方向相同，發光晶片3可為LED光源或雷射光源。
其中，封裝罩4固定在基板1的上表面並用於罩住金屬塊裝置2及複數個發光晶片3，以對金屬塊裝置2及發光晶片3起保護作用，封裝罩4具有透
光件41，透光件41位於各發光晶片3的出光路徑上，透光件41用於供發光晶片3的光線射出封裝罩4以起到照明作用。
本發明實施例提供的高功率光源封裝結構，透過在基板1上設置金屬塊裝置2，金屬塊裝置2的安裝塊22具備複數個安裝面221，從而能同時設置複數個出光方向相同的發光晶片3以提高光源封裝結構的功率，同時金屬塊裝置2還能提高散熱效果，使得高功率光源封裝結構具有功率大、散熱效果好的優點。基板1下表面設置的第一導電片11及第二導電片12能透過表面貼裝技術(Surface Mounted Technology，SMT)製程實該高功率光源封裝結構自動貼合焊接在電路板上，實現高功率封裝結構的自動化組裝，從而提高了生產效率及組裝質量。
在本實施例中，金屬塊裝置2為銅塊裝置，銅塊裝置具有導電性能好及散熱性好的優點。在其它實施例中，金屬塊裝置2為鋁塊裝置。如圖1至圖3所示，在金屬塊裝置2上配置有金屬極片23，各發光晶片3電性連接固定於金屬極片23上，金屬極片23從安裝面221上延伸至主體塊21的底面上，位於主體塊21底面的金屬極片23用於與第一導電片11及第二導電片12電性連接，因此，金屬極片23的作用是將各發光晶片3與第一導電片11、第二導電片12電性連接，金屬極片23為銅片，保證導電性能。
如圖4至圖6所示，在本實施例中，安裝塊22為正棱柱，正棱柱的側面為安裝面221。如圖4所示，安裝塊22為正三棱柱，正三棱柱具有三個側面，三個側面為三個安裝面221，此時複數個發光晶片3具有三個。如圖5所示，安裝塊22為正四棱柱，正四棱柱具有四個安裝面221，此時複數個發光晶片3具有四個。如圖6所示，安裝塊22為正五棱柱，正五棱柱具有五個安裝面221，此時複
數個發光晶片3具有五個。當然，正棱柱還可為正六棱柱、正八棱柱等，具有結構可根據發光晶片3的使用量來進行選擇。在本實施例中，發光晶片3可為邊射型雷射發光晶片、紅光發光晶片、綠光發光晶片、藍光發光晶片或紅外光發光晶片中的一種或多種結合，以使該高功率光源封裝結構能發出各種顏色或功能的光線。發光晶片3貼合在安裝面221上的一側設置有正極，發光晶片3遠離正極的一側設置有負極，發光晶片3靠近透光件41的端面為出光面31，負極透過金線與金屬極片23電性連接，正極透過導電膠黏接、錫焊接或共晶的方式實現與金屬極片23的電性連接。
如圖1至圖3所示，在本實施例中，封裝罩4為金屬罩，金屬罩具有散熱效果好及結構強度高的優點，能對金屬塊裝置2及發光晶片3具有良好的保護及散熱作用。其中，金屬罩採用鋁材料或鋼材料製成。在其它實施例中，封裝罩4為玻璃罩，玻璃罩採用K7玻璃材料或K9玻璃材料製成。
具體地，封裝罩4為矩形體罩，這樣具有製造簡單的優點，封裝罩4包含相互連接並圍成空腔的四塊側板42及一塊頂板43，四塊側板42及一塊頂板43透過衝壓或焊接或黏接的方式固定連接。
在一個實施例中，透光件為四塊側板42的其中之一，此作為整塊側板42的透光件，例如為透光的玻璃材質，與相鄰側板42及頂板43接合，進一步地，此作為側板的透光件包含透鏡，透鏡一體成形於透光件上，透鏡位於各發光晶片3的出光路徑上，用以調整發光晶片3發出的光線的光形。
如圖2所示，在一個實施例中，透光件41是裝設置於側板42上，透光件41為透鏡，透鏡可為凸透鏡、凹透鏡或涅菲爾透鏡。透鏡位於各發光晶片3的出光路徑上，透鏡的作用是調整發光晶片3發出的光線的光形，從而使高
功率光源封裝結構所發出的光線能達到不同的使用效果。在本實施例中，透光件41採用玻璃材料製成，具體採用石英玻璃材料製成。在本實施例中，透光件41用於與側板42連接的表面處設置有銅層或錫層，這樣可使透光件41及側板42進行共晶固定，或者透光件41透過膠黏的方式固定在側板42上，側板42上設置有用於安裝透光件41的安裝孔。
如圖1至圖3所示，在本實施例中，基板1的上表面設置有均與金屬塊裝置2電性連接的第三導電片13及第四導電片14，第三導電片13與第一導電片11電性連接，第四導電片14與第二導電片12電性連接。具體地，第三導電片13及第四導電片14分別與金屬極片23電性連接，其中，第一導電片11、第二導電片12、第三導電片13及第四導電片14均在基板1形成時鑲嵌在基板1內。
如圖1及圖3所示，在基板1的上表面設置有一圈用於安裝封裝罩4的安裝槽15，封裝罩4的一端插接在安裝槽15內後透過金屬焊接或點膠黏接的方式及基板1固定連接。
在本實施例中，基板1為陶瓷基板、碳化矽基板或石墨烯基板中的任意一種。
如圖7所示，本實施例還提供一種高功率光源封裝結構的製造方法，此製造方法用於製造上文所陳述的高功率光源封裝結構，該製造方法具體包含以下步驟：S1、製作封裝罩4、基板1及金屬塊裝置2；其中，封裝罩4上設置有透光件41，基板1上設置有第一導電片11及第二導電片12，金屬塊裝置2上設置有複數個安裝面221；
S2、將複數個發光晶片3分別固定設置於金屬塊裝置2的各個安裝面221上且電性連接金屬塊裝置2，並使各個發光晶片3的出光方向相同；S3、將金屬塊裝置2固定設置於基板1上，並使金屬塊裝置2均與第一導電片11及第二導電片12電性連接；S4、將封裝罩4固定在基板1上並罩住金屬塊裝置2及複數個發光晶片3，並使透光件41位於各個發光晶片3的出光路徑上。
在上述步驟S1中，封裝罩4及透光件41採用共晶或膠黏的方式固定，透光件41為透鏡結構，第一導電片11及第二金屬導電片位於基板1的下表面，在基板1的上表面設置有第三導電片13及第四導電片14，金屬塊裝置2上配置有金屬極片23。金屬塊裝置2包含主體塊21及一體成型於主體塊21一側的安裝塊22，各安裝面221為安裝塊22的周側面。
在上述步驟S2中，發光晶片3的正極透過導電膠黏接、錫焊接或共晶的方式與金屬塊裝置2電性連接，發光晶片3的負極透過焊接金線的方式與金屬塊裝置2電性連接。發光晶片3的出光側位於金屬塊裝置2的同一側，確保出光方向相同。
在上述步驟S3中，金屬塊裝置2透過焊接的方式固定在基板1上，以使第三導電片13及第四導電片14分別與金屬塊裝置2上的金屬極片23電性連接，其焊接製程包含共晶製程、焊錫膏及助溶劑共晶製程。
在上述步驟S4中，基板1在製作過程中，在基板1的上表面形成一圈安裝槽15，封裝罩4的一端插接在安裝槽15內後透過金屬焊接或點膠黏接的方式固定在基板1上。
本發明實施例的高功率光源封裝結構具有散熱效果好、功率高的優點，同時還可透過SMT製程自動貼合焊接在電路板上，實現了自動化，提高了組裝質量及生產效率。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神及原則之內所作的任何修改、等同替換及改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
1:基板
13:第三導電片
14:第四導電片
15:安裝槽
2:金屬塊裝置
21:主體塊
22:安裝塊
221:安裝面
23:金屬極片
3:發光晶片
31:出光面
4:封裝罩
41:透光件
42:側板
43:頂板
Claims (9)
- 一種高功率光源封裝結構，其包含：一基板；設置於該基板上表面的一金屬塊裝置，該金屬塊裝置具有一主體塊及一安裝塊，該安裝塊固定於該主體塊的一側上，且該安裝塊的周側設置有複數個安裝面；複數個發光晶片，該複數個發光晶片中的每一個固定於該複數個安裝面中的每一個上且電性連接該金屬塊裝置，該複數個發光晶片中的每一個的出光方向相同；以及設置於該基板上並罩住該金屬塊裝置及該複數個發光晶片的一封裝罩，該封裝罩具有一透光件，該透光件位於該複數個發光晶片中的每一個的出光路徑上，該基板的下表面間隔設置有一第一導電片及一第二導電片，該第一導電片及該第二導電片均與該金屬塊裝置電性連接；其中該金屬塊裝置上具有一金屬極片，該複數個發光晶片電性連接該金屬極片，該金屬極片延伸至該主體塊的底面上，該基板的上表面設置有均與該金屬極片電性連接的一第三導電片及一第四導電片，該第三導電片與該第一導電片電性連接，該第四導電片與該第二導電片電性連接。
- 如請求項1所述之高功率光源封裝結構，其中該金屬塊裝置為一銅塊裝置。
- 如請求項1所述之高功率光源封裝結構，其中該主體塊設置於該基板上，該基板為一陶瓷基板。
- 如請求項1所述之高功率光源封裝結構，其中該安裝塊為一正棱柱。
- 如請求項1所述之高功率光源封裝結構，其中該封裝罩為一金屬罩或一玻璃罩。
- 如請求項5所述之高功率光源封裝結構，其中該封裝罩為一矩形體罩，該封裝罩包含相互連接並圍成空腔的四塊側板及一塊頂板，該透光件為四塊側板的其中之一。
- 如請求項1所述之高功率光源封裝結構，其中該透光件包含一凸透鏡，該凸透鏡位於該複數個發光晶片中的每一個的出光路徑上。
- 如請求項1所述之高功率光源封裝結構，其中該基板的上表面設置有一圈用於安裝該封裝罩的一安裝槽。
- 一種高功率光源封裝結構的製造方法，其包含以下步驟：S1、製作一封裝罩、一基板及一金屬塊裝置；該封裝罩上設置有一透光件，該基板的下表面間隔設置有一第一導電片及一第二導電片，該金屬塊裝置具有一主體塊及一安裝塊，該安裝塊固定於該主體塊的一側上，且該安裝塊的周側設置有複數個安裝面，其中該金屬塊裝置上具有一金屬極片，該金屬極片延伸至該主體塊的底面上，該基板的上表面設置有一第三導電片及一第四導電片，該第三導電片與該第一導電片電性連接，該第四導電片與該第二導電片電性連接；S2、將複數個發光晶片中的每一個分別固定於該複數個安裝面中的每一個上且電性連接該金屬塊裝置的該金屬極片， 並使該複數個發光晶片中的每一個的出光方向相同；S3、將該金屬塊裝置固定於該基板上，並使該金屬塊裝置的該金屬極片均與該第三導電片及該第四導電片電性連接；S4、將該封裝罩固定在該基板上並罩住該金屬塊裝置及該複數個發光晶片，並使該透光件位於該複數個發光晶片中的每一個的出光路徑上。
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