TWM542737U - 用於裝設發光二極體的基板及包含此基板的發光二極體裝置 - Google Patents

Description

用於裝設發光二極體的基板及包含此基板的發光二極體裝置

本創作係關於一種用於裝設發光二極體的基板及包含此基板的發光二極體裝置，尤其是具備良好的散熱能力及較低的熱應力的基板。

從發光二極體問世以來，其所應用的層面已經越來越廣泛，且隨著應用發光二極體的裝置的蓬勃發展，各種需求亦與時俱增。具體而言，由於發光二極體裝置朝向高功率及小型密集化的方向發展，對於裝設發光二極體的基板而言，如何提高散熱能力及降低熱應力對發光二極體的影響成為了相當重要的議題。

為了提高裝設發光二極體的基板的散熱能力，如圖1所示，已知一種發光二極體結構9，其包括發光二極體99、設置在發光二極體99下方並經由焊墊91與發光二極體99的正極和負極連接的銅導線架92、以及支撐銅導線架92與發光二極體99的基底95。在此結構中，藉由與發光二極體99接觸的銅導線架92，發光二極 體99所產生的熱能夠被傳導出去，進而達到散熱的效果。然而，在此結構中，由於銅導線架92中存在有用於使發光二極體99的正極和負極相互絕緣的間隙93，且銅導線架92的熱膨脹係數與發光二極體99之間存在有較大的差異，將會造成發光二極體99本身所承受的熱應力為高的，進而造成發光二極體99有損壞的風險。

另外，習知還有一種藉由陶瓷基板來作為裝設發光二極體的基板的發光二極體結構，其中，陶瓷基板不但具有良好的導熱能力且其熱膨脹係數與發光二極體的熱膨脹係數相近，因此，其可有效地降低發光二極體所承受的熱應力。然而，對於需要大量製造的發光二極體結構而言，此種陶瓷基板具有成本過高的缺點。

有鑑於此，發明人苦思改善並研究出可同時提高散熱能力並降低熱應力對發光二極體的影響之用於裝設發光二極體的基板。

本創作的目的之一在於提供一種用於裝設發光二極體的基板。此基板包括板體、導熱材料以及金屬佈線層。板體由BT樹脂材料所製成，且具有供發光二極體裝設之頂表面、相對於頂表面的底表面、以及從頂表面貫穿到底表面的至少一通孔。通孔的位置配置為對應於要裝設發光二極體的位置。導熱材料填滿通孔，且配置來將發光二極體所產生的熱傳導出去。金屬佈線層設置在板體的 頂表面，且配置為分別與發光二極體的正極和負極電性連接。當基板上裝設有發光二極體時，通孔的面積大於或等於其所對應之發光二極體的面積的50%。

本創作的另一目的在於提供一種發光二極體裝置。此發光二極體裝置包括基板及至少一個發光二極體。基板包括板體、導熱材料及金屬佈線層。板體由BT樹脂材料所製成，且具有頂表面、相對於頂表面的底表面、以及從頂表面貫穿到底表面的至少一通孔。導熱材料填滿通孔。金屬佈線層設置在板體的頂表面。發光二極體裝設在板體的頂表面上且位於與通孔對應的位置處。發光二極體的正極和負極分別與金屬佈線層電性連接，且正極與負極係相互絕緣。通孔的面積大於或等於其所對應之發光二極體的面積的50%。

本創作的又一目的在於提供一種發光二極體裝置。此發光二極體裝置包括基板、至少一個發光二極體以及光感元件。基板包括板體、導熱材料及金屬佈線層。板體由BT樹脂材料所製成，且具有頂表面、相對於頂表面的底表面、以及從頂表面貫穿到底表面的複數個通孔。導熱材料填滿複數個通孔。金屬佈線層設置在板體的頂表面。發光二極體裝設在板體的頂表面上且位於與複數個通孔的至少一個第一通孔對應的位置處。發光二極體的正極和負極分別與金屬佈線層電性連接，且正極與負極係相互絕緣。發光二極體配置來朝向待測物體發射光。光感元件裝設在板體的頂表面上且位於與複數個通孔的至少一個第 二通孔對應的位置處。光感元件配置來接收從待測物體反射之來自發光二極體的光。對應於至少一個發光二極體的至少一個第一通孔的面積大於或等於至少一個發光二極體的面積的50%。

關於本創作更詳細之說明與優點，請參照以下的實施方式及圖式。

〔本創作〕

4、5、6、7‧‧‧發光二極體裝置

10、10A、10B‧‧‧基板

12、12A、12B‧‧‧導熱材料

12、12A、12B‧‧‧導熱材料

15‧‧‧絕緣層

16、16A、16B、17‧‧‧金屬佈線層

18‧‧‧金屬層

100、100A、100B‧‧‧板體

101、101A、101B‧‧‧頂表面

102、102A、102B‧‧‧底表面

105、105A、105B‧‧‧通孔

20、20A、20B‧‧‧發光二極體

201A、201B‧‧‧導線

30、30A、30B‧‧‧接合材料

41‧‧‧透鏡

51‧‧‧透鏡

55‧‧‧電子控制元件

58‧‧‧電力元件

60‧‧‧印刷電路板

66‧‧‧焊墊

71‧‧‧光感元件

72‧‧‧導線

75‧‧‧阻隔件

710‧‧‧接合材料

〔先前技術〕

9‧‧‧發光二極體結構

91‧‧‧焊墊

92‧‧‧銅導線架

93‧‧‧間隙

95‧‧‧基底

99‧‧‧發光二極體

圖1為先前技術之發光二極體結構之剖面示意圖；圖2為根據本創作的第一實施例之用於裝設發光二極體的基板之剖面示意圖，其中，基板上裝設有發光二極體；圖3為圖2之仰視示意圖；圖4為包含根據本創作的第一實施例之用於裝設發光二極體的基板之發光二極體裝置的剖面示意圖；圖5為包含根據本創作的第一實施例之用於裝設發光二極體的基板之另一種發光二極體裝置的剖面示意圖；圖6為包含根據本創作的第一實施例之用於裝設發光二極體的基板之又一種發光二極體裝置的剖面示意圖；圖7為根據本創作的第二實施例之用於裝設發光二極體的基板之剖面示意圖，其中，基板上裝設有發光二極體；圖8為圖7之仰視示意圖； 圖9為根據本創作的第三實施例之用於裝設發光二極體的基板之剖面示意圖，其中，基板上裝設有發光二極體；以及圖10為包含根據本創作的第三實施例之用於裝設發光二極體的基板之發光二極體裝置的剖面示意圖。

圖2及圖3顯示根據本創作之第一實施例之用於裝設發光二極體的基板10，其中，基板10上裝設有發光二極體20。

如圖2所示，基板10包括板體100、導熱材料12以及金屬佈線層16。板體100由BT樹脂材料所製成，且具有頂表面101、相對於頂表面101的底表面102、以及從頂表面101貫穿到底表面102的複數個通孔105。發光二極體20設置在板體100的頂表面101上，且其位置對應於通孔105的位置。導熱材料12配置為填滿通孔105，用於將發光二極體20所產生的熱傳導出去。金屬佈線層16設置在板體100的頂表面101。發光二極體20的正極和負極分別經由接合材料30與金屬佈線層16電性連接，且發光二極體20的正極和負極係相互絕緣。較佳地，接合材料30可能為透明固晶膠、銀膠和焊錫中的其中之一，除了用於使發光二極體20的正極和負極電性連接到金屬佈線層16外，也用於將發光二極體20所產生的熱傳導到金屬佈線層16。

在本實施例中，導熱材料12與金屬佈線層16均為銅，且因此，發光二極體20可經由金屬佈線層16及通孔105中的導熱材料12電性連接到設置在板體100的底表面102側的其他電路板或電子裝置(圖中未示)等。換言之，在本實施例中，除了用於將發光二極體20所產生的熱傳導出去之外，通孔105中的導熱材料12係成為發光二極體20電性連接到其他電路板或電子裝置的導電路徑的一部分。

接著，從圖3可看出，當發光二極體20裝設在基板1上時，對應於此發光二極體20的六個通孔105的總面積大於或等於發光二極體20所佔據的面積的50%，以藉由填充在通孔105中的導熱材料12達到較佳的散熱效果。如以下表1所示，當通孔105的總面積等於或大於發光二極體20的面積的50%時，熱阻能夠被降低到10.422K/W或更低。

注意，雖然在本實施例中，通孔105的數量設定為六個，但事實上並不以此為限，通孔105的數量可視發光二極體20的大小及使用上的需求來決定。

綜上，本創作乃是藉由填充在板體(由BT樹脂所製成)的通孔中的銅來取代先前技術所採用之銅導線架的方式以達到散熱效果，因此，由於BT樹脂的熱膨脹係數與發光二極體較為相近，且不具有如圖1所示之先前技術的銅導線架92的間隙93，能夠降低由於聚積在此間隙93中的熱所造成的熱應力，進而防止發光二極體經過長期的使用而受到熱應力的影響而損壞。

圖4至圖6包含根據本創作的第一實施例的基板10之多種不同的發光二極體裝置。

圖4顯示包含根據本創作的第一實施例的基板10之發光二極體裝置4。發光二極體裝置4為一種可 作為平面光源使用的發光二極體裝置，其包括基板10及複數個發光二極體20。基板10包括由BT樹脂材料所製成的板體100、填充在板體100的複數個通孔105中的導熱材料12、以及設置在板體100的頂表面101上的金屬佈線層16。複數個發光二極體20設置在板體100的頂表面101上，且其位置可分別與複數個通孔105的位置相對應。每一個發光二極體20的正極和負極分別經由接合材料30與金屬佈線層16和通孔105中的導熱材料12電性連接。因此，發光二極體20可經由金屬佈線層16及通孔105中的導熱材料12電性連接到設置在板體100的底表面102側的其他電路板或電子裝置(圖中未示)等。此外，雖然在圖4中所顯示的發光二極體20為覆晶式的發光二極體，但其可能為其他類型的發光二極體，例如，打線式的發光二極體。

較佳地，發光二極體裝置4還可包括對應地圍繞複數個發光二極體20的複數個透鏡41，其係作用來控制從發光二極體20所發出的光的光型。此外，基板10較佳地還包括設置在板體100的底表面102的金屬層18，依據發光二極體裝置4的應用，金屬層18配置為可與設置在基板10的底側的印刷電路板或散熱板(未示)接觸。

此外，複數個發光二極體20較佳地可選用UV發光二極體，使得此發光二極體裝置4可作為UV面光源被使用。在此情況下，此發光二極體裝置4還可包括 其他已知的相關電子元件，例如，鋁殼或鍍鋁表面等。

圖5顯示包含根據本創作的第一實施例的基板10的另一種發光二極體裝置5。發光二極體裝置5亦為一種可作為平面光源使用的發光二極體裝置，其包括基板10及複數個發光二極體20。同樣地，基板10包括由BT樹脂材料所製成的板體100、填充在板體100的複數個通孔105中的導熱材料12、以及設置在板體100的頂表面101上的金屬佈線層16。複數個發光二極體20設置在板體100的頂表面101上，且其位置可分別與複數個通孔105的位置相對應。每一個發光二極體20的正極和負極分別經由接合材料30與金屬佈線層16和通孔105中的導熱材料12電性連接。因此，發光二極體20可經由金屬佈線層16及通孔105中的導熱材料12電性連接到設置在板體100的底表面102側的其他電路板或電子裝置(圖中未示)等。注意，雖然在圖5中所顯示的發光二極體20為覆晶式的發光二極體，但其可能為其他類型的發光二極體，例如，打線式的發光二極體。

圖5所顯示的發光二極體裝置5與圖4所顯示之發光二極體裝置4不同的地方在於，圖5所顯示的發光二極體裝置5還包括複數個電子控制元件55、圍繞複數個發光二極體20及電子控制元件55的透鏡51、以及配置來對複數個發光二極體20及/或電子控制元件55供電的電力元件58。電子控制元件55較佳地可為光感元件或可控IC元件，其配置來與複數個發光二極體20相互配 合。

此外，類似於圖4所顯示之發光二極體裝置4，圖5所顯示的發光二極體裝置5的基板10較佳地還包括設置在板體100的底表面102的金屬層18，依據發光二極體裝置5的應用，金屬層18配置為可與設置在基板10的底側的印刷電路板或散熱板(未示)接觸。

圖6顯示包含根據本創作的第一實施例的基板10的另一種發光二極體裝置6。發光二極體裝置6為一種晶片尺寸封裝(CSP)的發光二極體裝置，其包括基板10、裝設在基板10上的發光二極體20(覆晶式的發光二極體)、以及設置在基板10的底側之印刷電路板60。基板10包括由BT樹脂材料所製成的板體100、填充在板體100的複數個通孔105中的導熱材料12、以及設置在板體100的頂表面101上的金屬佈線層16。發光二極體20設置在板體100的頂表面101上，且其位置可與通孔105的位置相對應。每一個發光二極體20的正極和負極分別經由接合材料30與金屬佈線層16和通孔105中的導熱材料12電性連接。發光二極體20經由金屬佈線層16、通孔105中的導熱材料12、以及設置在通孔105中的導熱材料12的底部與印刷電路板60之間的焊墊66而與印刷電路板60電性連接。

有關這個部分，由於傳統晶片尺寸封裝的發光二極體裝置是將覆晶式的發光二極體直接接合到印刷電路板上，其接合點的面積較小而容易使熱不斷地累積在此 接合點處。相較之下，本創作之發光二極體裝置6係藉由可能具有較大的面積的焊墊66來使發光二極體20及其基板10與印刷電路板60連接，因此，本創作的發光二極體裝置6可降低將發光二極體20連同其基板10裝設到印刷電路板60時的打件精度要求，並且可以分散集中在接合處的熱，降低熱應力對發光二極體的影響。

圖7及圖8顯示根據本創作之第二實施例之用於裝設發光二極體的基板10A，其中，基板10A上裝設有發光二極體20A。

如圖7所示，基板10A包括板體100A、導熱材料12A、絕緣層15以及金屬佈線層16A。板體100A由BT樹脂材料所製成，且具有頂表面101A、相對於頂表面101A的底表面102A、以及從頂表面101A貫穿到底表面102A的通孔105A。發光二極體20A經由接合材料30A設置在板體100A的頂表面101A上，且其位置對應於通孔105A的位置。導熱材料12A配置為填滿通孔105A，用於將發光二極體20A所產生的熱傳導出去。較佳地，導熱材料12A為銅，其具有較佳的散熱能力。絕緣層15設置在板體100A的頂表面101A。金屬佈線層16A設置在絕緣層15上，且藉由絕緣層15與通孔105A中的導熱材料12A相互絕緣。發光二極體20A的正極和負極分別經由導線201A與金屬佈線層16A電性連接。因此，在本實施例中，導熱材料12A僅作用來將發光二極體20A所產生的熱傳導出去，而不作用為導電路徑的一部分。

接著，從圖8可看出，當發光二極體20A裝設在基板10A上時，類似於本創作的第一實施例之基板10，對應於此發光二極體20A的一個通孔105A的面積大於或等於發光二極體20A所佔據的面積的50%，以藉由填充在通孔105A中的導熱材料12A達到較佳的散熱效果。

圖9顯示根據本創作之第三實施例之用於裝設發光二極體的基板10B，其中，基板10B上裝設有發光二極體20B。

如圖9所示，基板10B包括板體100B、導熱材料12B以及金屬佈線層16B。板體100B由BT樹脂材料所製成，且具有頂表面101B、相對於頂表面101B的底表面102B、以及從頂表面101B貫穿到底表面102B的複數個通孔105B。導熱材料12B較佳地為銅，且配置為填滿複數個通孔105B。金屬佈線層16B設置在板體100B的頂表面101B上，且分別與複數個通孔105B中的導熱材料12B電性連接。發光二極體20B經由接合材料30B而設置在金屬佈線層16B上，且其位置對應於其中一個通孔105B的位置。發光二極體20B的正極和負極分別經由導線201B與金屬佈線層16B電性連接，並與兩通孔105B中的導熱材料12B電性連接。注意，雖然在本實施例中發光二極體20B的正極和負極是分別經由兩導線201B與金屬佈線層16B電性連接(亦即，雙打線的連接方式)，但熟知本領域技術人士將能夠輕易地以其他的連接方式來替換此種連接方式，例如，以單打線的連接方式等。

在本實施例中，導熱材料12B與金屬佈線層16B均為銅，且因此，發光二極體20B可透過金屬佈線層16B及通孔105B中的導熱材料12B而電性連接到設置在板體100B的底表面102B側的其他電路板或電子裝置(圖中未示)等。

圖10顯示包含根據本創作的第三實施例的基板10B的一種發光二極體裝置7。發光二極體裝置7包括基板10B、設置在基板10B上的複數個發光二極體20B、設置在基板10B上的光感元件71、以及將複數個發光二極體20B與光感元件71阻隔開並使複數個發光二極體20B與光感元件71相互絕緣的阻隔件75。基板10B包括由BT樹脂材料所製成的板體100B、填滿板體100B的複數個通孔105B的導熱材料12B、以及設置在板體100B的頂表面101B的金屬佈線層16B、17。複數個發光二極體20B藉由接合材料30B設置在板體100B的頂表面101B上，且每一個發光二極體20B位於與至少一個通孔(第一通孔)105B的位置對應的位置處。每一個發光二極體20B的正極和負極分別藉由導線201B與金屬佈線層16B電性連接。複數個發光二極體20B配置來朝向待測物體發射光。光感元件71藉由接合材料710及導線72與金屬佈線層17電性連接，且位於與至少一個通孔(第二通孔)105B’對應的位置處。光感元件71配置來接收從待測物體所反射之來自發光二極體20B的光。同樣地，對應於一個發光二極體20B的至少一個通孔105B的面積大於或等於 一個發光二極體20B的面積的50%。

據此，根據本創作的發光二極體裝置7藉由板體100B及設置在其中的通孔105B而能夠達到良好的散熱效果，且能夠降低發光二極體20B所受到之熱應力的影響。

以上說明僅用於說明本創作的較佳實施例，然而，在本創作的精神之內，熟知本領域的技術人士將可設想到各種其它的變化和修改，且這種的變化和修改亦被包含在本創作的範疇內。

10‧‧‧基板

20‧‧‧發光二極體

30‧‧‧接合材料

12‧‧‧導熱材料

16‧‧‧金屬佈線層

100‧‧‧板體

101‧‧‧頂表面

102‧‧‧底表面

105‧‧‧通孔

Claims (10)

1. 一種用於裝設發光二極體的基板，包括：板體，其由BT樹脂材料所製成，該板體具有頂表面、底表面以及從該頂表面貫穿到該底表面的至少一通孔，該頂表面配置為供該發光二極體裝設，該通孔的位置配置為對應於要裝設該發光二極體的位置；導熱材料，其填滿該板體的該通孔，且配置來將該發光二極體所產生的熱傳導出去；以及金屬佈線層，其設置在該板體的該頂表面，該金屬佈線層配置為分別與該發光二極體的正極和負極電性連接，其中，當該基板上裝設有該發光二極體時，該板體的該通孔的面積大於或等於其所對應之該發光二極體的面積的50%。
2. 如申請專利範圍第1項之用於裝設發光二極體的基板，其中，該板體包括複數個通孔，該導熱材料填滿該複數個通孔，且該複數個通孔的總面積係大於或等於其所對應之該發光二極體的面積的50%。
3. 如申請專利範圍第2項之用於裝設發光二極體的基板，其中，該導熱材料為銅，該複數個通孔被佈置成相互間隔的兩排通孔，該兩排通孔中的一排通孔中的該導熱材料經由該金屬佈線層與該發光二極體的該正極電性連接，該兩排通孔中的另一排通孔中的該導熱材料經由該金屬佈線層與該發光二極體的負極電性連接。
4. 如申請專利範圍第1項之用於裝設發光二極體的 基板，其中，該導熱材料為銅，且該導熱材料經由該金屬佈線層與該發光二極體的該正極或該負極電性連接。
5. 一種發光二極體裝置，包括：基板，其包括：板體，其由BT樹脂材料所製成，該板體具有頂表面、底表面以及從該頂表面貫穿到該底表面的至少一通孔；導熱材料，其填滿該板體的該通孔；金屬佈線層，其設置在該板體的該頂表面；以及至少一個發光二極體，其裝設在該板體的該頂表面上且位於與該通孔對應的位置處，該發光二極體的正極和負極分別與該金屬佈線層電性連接，且該正極與該負極係相互絕緣，其中，該通孔的面積大於或等於其所對應之該發光二極體的面積的50%。
6. 如申請專利範圍第5項之發光二極體裝置，其中，該板體包括從該頂表面貫穿到該底表面且與該金屬佈線層電性連接的複數個通孔，該發光二極體裝置包括設置在該板體的該頂表面上且對應地位於該複數個通孔的位置處的複數個發光二極體、以及對應地圍繞該複數個發光二極體的複數個透鏡，該基板還包括設置在該板體的該底表面的金屬層，該金屬層配置來與印刷電路板或散熱板接觸。
7. 如申請專利範圍第5項之發光二極體裝置，其 中，該板體包括從該頂表面貫穿到該底表面的複數個通孔，該發光二極體裝置包括複數個發光二極體、至少一個電子控制元件、圍繞該複數個發光二極體及該電子控制元件的透鏡、以及配置來對該複數個發光二極體及/或該電子控制元件供電的電力元件，該複數個發光二極體設置在該板體的該頂表面上且對應地位於該複數個通孔的位置處並與該金屬佈線層電性連接，該基板還包括設置在該板體的該底表面的金屬層，該金屬層配置來與印刷電路板或散熱板接觸。
8. 如申請專利範圍第5項之發光二極體裝置，其中，該發光二極體為覆晶式發光二極體，該板體包括從該頂表面貫穿到該底表面的至少兩通孔，該導熱材料為銅且填滿該板體的該兩通孔，該發光二極體裝置還包括設置在該板體的該底表面之側的印刷電路板、以及在該印刷電路板與該板體之間的兩焊墊，該印刷電路板經由該兩焊墊、該兩通孔內的該導熱材料以及該金屬佈線層而分別與該發光二極體的該正極和該負極電性連接。
9. 一種發光二極體裝置，包括：基板，其包括：板體，其由BT樹脂材料所製成，該板體具有頂表面、底表面以及從該頂表面貫穿到該底表面的複數個通孔；導熱材料，其填滿該板體的該複數個通孔；金屬佈線層，其設置在該板體的該頂表面； 至少一個發光二極體，其裝設在該板體的該頂表面上且位於與該複數個通孔的至少一個第一通孔對應的位置處，該發光二極體的正極和負極分別與該金屬佈線層電性連接，且該正極與該負極係相互絕緣，該發光二極體配置來朝向待測物體發射光；以及光感元件，其裝設在該板體的該頂表面上且位於與該複數個通孔的至少一個第二通孔對應的位置處，該光感元件配置來接收從該待測物體反射之來自該發光二極體的光，其中，對應於該至少一個發光二極體的該至少一個第一通孔的面積大於或等於該至少一個發光二極體的面積的50%。
10. 如申請專利範圍第5至7及9項任一項之發光二極體裝置，其中，該導熱材料為銅，且該導熱材料經由該金屬佈線層與該發光二極體的該正極或該負極電性連接。