Led模塊結構的製作方法
2023-10-04 06:41:34
專利名稱：Led模塊結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種LED結構，特別是涉及一種將LED結構模塊化以方便拆裝，並同時具有高亮度與高散熱效率的LED模塊結構。
背景技術：
LED光源由於具有體積小、耗電量低、使用壽命長等特性，在可預見的未來，將可取代目前燈泡或日光燈源等照明設備或其它顯示裝置的發光源，而成為最重要的發光組件。然而，為提高發光源的整體亮度，勢必要提高LED發光功率或增加LED裝設的數目或密度，但如此設置將大幅增加LED光源的產熱量，若該些熱量無法儘速導出，則將嚴重影響LED的發光亮度，並同時加速LED的劣化狀況而減短使用壽命。此外，若其出射光線無法有效出射或集中，對於發光效率也有相當的減損。
現有LED結構，其LED晶粒封裝時通常直接黏著於封裝基板上，或先黏著於一個圓弧杯座上再整個黏著固定於封裝基板上，因此當該LED發生故障時，並無法輕易將其取下更換，因而有時必須更換整個基板的LED光源，使其在維修、使用成本上相當高，特別是當其利用於一般家庭作為照明光源之用時，對於使用者而言，更是不經濟且不便於維修。為改善此種缺失，曾有將LED模塊化以方便拆裝的LED模塊實用新型產生。
現有LED模塊結構如圖1所示，該LED模塊10包括一個LED晶粒11、一個接合層12與一個導熱柱13。LED晶粒11與導熱柱13通過接合層12的接合，形成一個模塊化的LED結構。該模塊化的LED結構可利用鎖螺的方式安裝於基板上，所以可以輕易取下，因此對於該LED模塊的更換相當方便。然而，現有LED模塊10其LED晶粒11所出射的光線是以相當大的出射角散射，特別是在經過封膠(例如環氧樹脂)封裝後，更因全內反射的現象，使相當部分的出射光線無法從封膠中散射出來，反而在封膠內的不斷反射中散逸，使得現有LED模塊無法達到較佳的發光效率，而有著較低的發光亮度。
實用新型內容為改善現有LED模塊發光效率不佳的缺點，同時維持最佳的散熱性，並使出現故障的LED可以單獨更換，本實用新型將提供一種將LED模塊化的LED模塊結構，通過導熱柱所設的內凹杯座增加LED出射光的反射效果，使整體亮度增加，並通過LED晶粒與導熱柱的接設，使LED晶粒所產生的高熱，可透過導熱柱迅速傳導至導熱基板上，而大幅提升LED的散熱效率，同時延長其使用壽命並長久維持其應有的亮度。
本實用新型LED模塊結構，包括一個LED晶粒；一個導熱柱，該導熱柱的一端頂部形成有一內凹杯座；以及一層接合層，該接合層將該LED晶粒接設於該內凹杯座中。其中，該接合層可為共晶層或黏著層，從而將LED晶粒固晶於該導熱柱上，並同時將該LED晶粒的產熱傳導至該導熱柱進行散熱。該導熱柱的柱體表面可設有螺紋，使該LED模塊可以通過鎖螺的方式，輕易地螺接於基板上。該導熱柱同時可由其底部內凹有一鏤空，從而增加與空氣接觸的面積，而提升散熱效率，鏤空結構可內凹形成一個柱體空間，但並不僅限於此。此外，該導熱柱是由鋁或銅金屬所製成，但並不以此為限，任何具有較高導熱係數的材質皆可。
另一方面，為使本實用新型LED模塊結構裝設於基板上時，無需另外進行打線的步驟，可在本實用新型LED模塊結構的導熱柱頂部進一步接設一層絕緣層，並於該絕緣層表面接設一個接觸電極，則將來本實用新型LED模塊裝設於基板後，即可通過接觸電極與導熱柱形成電性導通狀態，因而可省卻後續工序與成本。
本實用新型LED模塊裝設於基板後，可以增加LED晶粒光源的反射效果，使整體亮度獲得提升，同時具有極佳的散熱效率。
以下將結合附圖進一步說明本實用新型的實施方式，下述所列舉的實施例是用來闡明本實用新型，並非用來限定本實用新型的範圍，對本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。
圖1為現有實用新型的示意圖。
圖2為本實用新型實施例LED模塊的示意圖。
圖3為本實用新型實施例LED模塊封裝結構的示意圖。
圖4為本實用新型LED模塊第二實施例的示意圖。
圖5為本實用新型LED模塊第三實施例的示意圖。
主要組件符號說明10 LED模塊11 LED晶粒 12 接合層13 導熱柱20 LED模塊21 LED晶粒 211 第一電極212 第二電極 22 接合層23 導熱柱 231 頂部232 內凹杯座 233 螺紋234 底部 235 鏤空24 絕緣層 25 接觸電極30 導熱基板31 穿孔 32 螺紋33 絕緣層 34 打線墊35 第一傳導線 36 第二傳導線
40 封膠具體實施方式
請參照圖2，該圖為本實用新型實施例LED模塊的示意圖。本實用新型LED模塊20結構，包括一個LED晶粒21、一個接合層22與一個導熱柱23。接合層22形成於LED晶粒21與導熱柱23之間，而將前述二者相連接以組構成LED模塊20。
請繼續參照圖2，LED晶粒21包括一個第一電極211與一個第二電極212。在一般氮化鎵(GaN)LED晶粒上，第一電極211可與P型氮化鎵(P-GaN)層電性相連結接而為P型電極，而第二電極212則可與N型氮化鎵(n+GaN)層電性相連結接而為N型電極，電極設置方式於此僅為例示，並不限於前述。
導熱柱23，其呈柱狀體構形，包括頂部231、內凹杯座232、螺紋233與底部234。導熱柱23可為圓筒狀或多邊柱形等柱狀體結構，但其構形並不僅限於此，而其柱體外徑可為一致，或由頂部231向底部234逐漸縮小，或類似火把狀於頂部231形成一個較寬大的頭部(圖中未示)。
頂部231處，內凹形成一個內凹杯座232，LED晶粒21即固晶其中。內凹杯座232所設構形並未設有特別的限制，其內凹外緣形狀可為圓形、橢圓形、四邊形或多邊形，而其內凹面則可為圓弧內凹狀或是斜面內凹狀。內凹杯座232的表面同時可覆蓋沉積有一層反射層(圖中未示)，從而增加內凹杯座232的反射效果。該反射層可為金、或銀等材質，但並不以此為限。因此，由LED晶粒21所散射出的光線，即可以通過內凹杯座232的反射，使散射角度較大的光線往中央集中，使所欲照射面的亮度得以提高。特別的是，LED晶粒21經封膠封裝後，因封膠所產生的全內反射現象，更可因此減少內反射光線損逸的情況，而增加LED整體的亮度。
此外，於本實施例中，導熱柱23表面設有螺紋233，但其表面構形並不僅限於此，其也可為光滑平面，或其它形狀，使將來可以鎖螺、緊配合、旋接、榫接或卡接等方式插設於基板上相對應的孔洞中。導熱柱23可由高導熱係數的鋁(231W/m·K)或銅(385W/m·K)金屬所製成，但並不僅限於此，任何其它具有較高導熱係數的材質皆可。此外，導熱柱23的長度並未設有特別的限制，其可依導熱柱23與所欲安裝基板的導熱係數，以及導熱柱23的截面積或基板的厚度加以調整設置，故其長度可短於、等於或長於基板的厚度。
LED晶粒21與導熱柱23是通過接合層22而相接合。接合層22，其可利用共晶接合方式於前述二者間形成一共晶層(eutectic layer)而相連接，亦可利用黏膠進行加工黏合，但其接合方式並不僅限於此。形成共晶層時，可於導熱柱23內凹杯座232上所欲接合處鍍上一層鍍金層，而後再與LED晶粒21於適當溫度下進行共晶接合；其亦可準備一個與LED晶粒21底部面積相近的金片，夾設於LED晶粒21與內凹杯座232間後進行共晶接合。共晶接合方式於此僅為例示，並不以此為限。
除前述以共晶方式結合外，亦可通過具有高導熱係數的黏膠進行接合，而形成一層黏著層。黏著層可為銅膠、銀膠或焊錫，或為前述材質的任何混合，但並不僅限於此。無論是以共晶結合方式或黏膠黏著方式進行接合，該連接層都以較高導熱係數者為較佳。
請參照圖3，該圖為本實用新型實施例LED模塊封裝結構的示意圖。本實用新型實施例中用於LED模塊20封裝的基板，為具較高導熱係數的導熱基板30，其可為鋁板、銅板或氮化鋁(320W/m·K)板，但並不以此為限，其中以導熱係數於室溫下可達100W/m·K以上者為較佳。
導熱基板30，其於LED模塊20預定裝設處設置有一個穿孔31。穿孔31所開設的尺寸規格依LED模塊20中的導熱柱23的構形相配合設置，使將來LED模塊20插設後，其導熱柱23能與穿孔31有最佳的密接度。於本實施例中，為配合設有螺紋233的導熱柱23構形，穿孔31亦設有與該螺紋233相對應的螺紋32，使LED模塊20能利用螺接方式鎖螺密接於穿孔31中。如果將來該LED晶粒21有所損壞，則可單獨將LED模塊20直接旋出而加以更換，而無須連同整個基板一同置換，不但可增加LED光源維修的方便性，並可同時降低設備維修與使用成本。另一方面，由於導熱柱23與LED晶粒21間接合有一層具有高導熱係數的接合層22，故有較低的熱阻抗，因此LED晶粒21所產生的熱量可迅速經由接合層22傳導至導熱柱23，再由導熱柱23傳導至緊密相接合的導熱基板30上進行散熱，因具有極佳的導熱、散熱效率。
此外，導熱基板30於本實施例中是一個具導電性的基板，因此於打線前，需在其表面預定區域形成一層絕緣層33，再於絕緣層33上形成一個打線墊34，再開始進行後續步驟。LED晶粒21的第二電極212是先以第二傳導線36打線連接至內凹杯座232上，在LED模塊20插設於導熱基板30所設穿孔31後，再由LED晶粒21的第一電極211，以第一傳導線35接設至打線墊34上，即可形成電性導通。前述電性導通的打線方式僅為例示，並不以此為限。
請參照圖4，該圖是本實用新型LED模塊第二實施例的示意圖。為配合基板上電極結構的設置，並使本實用新型的LED模塊結構裝設於基板上時，無需另外進行打線的步驟，可於本實用新型LED模塊導熱柱23的頂部231進一步接設一層絕緣層24，並於絕緣層24表面再接設一個接觸電極25，而後將第一傳導線35打線於第一電極211與接觸電極25間，同時將第二傳導線36打線於第二電極212與內凹背座232間，最後再用封膠40封裝。則將來本實用新型LED模塊裝設於基板後，即可通過接觸電極25、導熱柱23，分別與基板上電極以及基板形成電性導通狀態，因而可省卻後續的工序與封裝成本。
請參照圖5，該圖是本實用新型LED模塊第三實施例的示意圖。導熱柱23除前述利用傳導方式進行散熱外，也可同時通過與空氣的接觸，利用輻射或對流的方式進行散熱。此時，可由導熱柱23底部234內凹形成一鏤空235，從而增加與空氣接觸的面積，而提升散熱效率。鏤空235的結構可內凹形成一柱體空間，但並不以此為限。
權利要求1.一種LED模塊結構，其特徵在於，包括一個LED晶粒；一個導熱柱，該導熱柱的一端頂部形成有一內凹杯座；以及一層接合層，該接合層將該LED晶粒接設於該內凹杯座中。
2.如權利要求1所述的LED模塊結構，其特徵在於，其中該內凹杯座表面進一步覆蓋有一層反射層。
3.如權利要求1所述的LED模塊結構，其特徵在於，其中該接合層為一層共晶層。
4.如權利要求1所述的LED模塊結構，其特徵在於，其中該接合層為一層黏著層。
5.如權利要求3所述的LED模塊結構，其特徵在於，其中該黏著層為一層銀膠層。
6.如權利要求1所述的LED模塊結構，其特徵在於，其中該導熱柱在其側表面上進一步設有一個螺紋。
7.如權利要求1所述的LED模塊結構，其特徵在於，其中該導熱柱是由鋁金屬所製成。
8.如權利要求1所述的LED模塊結構，其特徵在於，其中該導熱柱是由銅金屬所製成。
9.如權利要求1所述的LED模塊結構，其特徵在於，其中該導熱柱的該頂部進一步接設一層絕緣層，該絕緣層表面並進一步接設一個接觸電極。
10.如權利要求1或9所述的LED模塊結構，其特徵在於，其中該導熱柱由其一端底部進一步內凹有一鏤空。
專利摘要本實用新型是關於一種將LED結構模塊化以方便拆裝，並同時具有高亮度與高散熱效率的LED模塊結構。本實用新型的LED模塊結構，包括一個LED晶粒；一個導熱柱，該導熱柱的一端頂部形成有一內凹杯座；以及一層接合層，該接合層將該LED晶粒接設於該內凹杯座中。通過該導熱柱所設的內凹杯座，可增加該LED晶粒光源的反射效果，使整體亮度獲得提升，而該導熱柱也可以將該LED模塊所產生的熱量直接傳導散熱，而同時具有極佳的散熱效率。
文檔編號F21Y101/02GK2881341SQ20062000838
公開日2007年3月21日 申請日期2006年3月21日 優先權日2006年3月21日
發明者董經文 申請人:廣鎵光電股份有限公司