高功率發光二極體的製作方法
2023-06-15 01:02:31 1
專利名稱：高功率發光二極體的製作方法
技術領域：
本實用新型是關於一種高功率發光二極體，且特別是關於一種高功率發光二極體的導熱組件結合導電組件，成為一種具有整合結構的高功率發光二極體。
背景技術：
目前的高功率發光二極體(high power light emitting diodehigh powerLED)其發光效果的測量取決於光度效能(photometric efficiency)，例如，將輸入的電能轉換成可見光的效能。高功率LED的光度效能與接合溫度(junction temperature)成反比，而目前高功率LED在設計上的主要課題就是使晶片保持低溫狀態以發揮其最佳的發光效能，因此散熱效果成為左右高功率發光二極體效能的重要因素之一。目前在處理高功率LED的散熱上將散熱結構與電性結構分開處理，也就是將散熱金屬塊與電極引腳分開，這讓高功率LED在結構上更具應用性與整合性，但也造成組成組件增加，同時也增加高功率LED運作的可靠度的風險。
請參考圖1，其是繪製一種現有的高功率發光二極體的剖面示意圖，此現有的高功率發光二極體100包含發光晶粒110、散熱基座120、第一電極引腳130、第二電極引腳140、導電金屬線150、光學透鏡160、固合材料170與充填材料180。
此現有的高功率發光二極體100的主要結構組合為將發光晶粒110置於散熱基座120上，而散熱基座120分別連接導線架上成雙對應分布的兩個電極引腳，分別為第一電極引腳130與第二電極引腳140。其中，第一電極引腳130及第二電極引腳140的對應位置交錯並分別與散熱基座120連接組成，其與散熱基座120連接方式，例如，其中一側的電極引腳(可為第一電極引腳130或是第二電極引腳140)可利用壓接、膠接、和焊接，或是在一側未接觸散熱塊，之後以射出成型方式，形成另一電極引腳(可為第二電極引腳140或是第一電極引腳130)。
上述的技術缺點在於散熱基座120與第一電極引腳130及第二電極引腳的連接方式為焊接、融接，而焊接、融接方式會造成應力集中的現象；若其焊接方式為熱壓焊接，其焊縫及其周圍有燒焦變形、熱裂紋及焊後表面需拋光處理，因此也容易在接合材料上產生殘留應力。
一般高功率發光二極體100在發光晶粒110通入電流運作後所產生的熱能(高溫)與散熱基座120的散熱作用(低溫)，會在此高功率發光二極體裝置100上形成溫度變化循環(高低溫的變化)。
另外，由於散熱基座120與第一電極引腳130及第二電極引腳140，為了使高功率LED組件能分別在功能上發揮最大效益，一般都會選用不同的金屬材料，例如，散熱基座120為銅合金(散熱較果好)，第一電極引腳130與第二電極引腳140為銅(導電性佳)，但是這種組合會由於材料間的熱膨脹係數不同，加上在散熱基座120與第一電極引腳130與第二電極引腳140的接合處在接合時所產生的應力集中與殘留應力的現象；當一般高功率發光二極體裝置100在經歷操作上的溫度循環時，而且在固合材料170固接後與充填材料180充填後，也由於組件材料間的熱膨脹係數不同，以及接合處的殘留應力與應力集中的影響下，當運作時所產生的高溫的溫度變化，在組件材料接合處，會使得高功率LED組件的可靠度(Reliability)大幅降低。
如前所述，其中，若散熱基座120與第一電極引腳130與第二電極引腳140的接合處的接合方式為膠接方式，其接合處的缺陷檢驗方式並無完善可靠的非破壞性檢驗方式，因此使得此高功率發光二極體100在可靠度和穩定性受環境因素的影響增加，並徒增製程上的複雜性及提高組件成本等因素。
請再參照圖1，在現有技術的另一實施例中，此高功率發光二極體100的發光晶粒110接合於散熱基座120上，散熱基座120分別連接導線架上的第一電極引腳130與第二電極引腳140，其接合方式使用埋入射出的方式結合，利用導電金屬線150將晶片電極分別連接至第一電極引腳130與第二電極引腳140，此方式增加組件材料的組成，加上組件材料彼此間物理特性上的差異，例如熱膨脹係數，使得發光晶粒110在通入高電壓/高電流後所產生的熱能與散熱基座的散熱作用後，在高功率發光二極體100內形成溫度變化循環後，使高功率發光二極體100產品的穩定性受到材料的物理特性影響，因而降低產品可靠度上的表現，並且同時增加物料成本與製程上的複雜性與不穩定性。
發明內容
因此本實用新型的主要目的就是在提供一種高功率發光二極體，可避免因組件材料間的熱膨脹係數的不同所產生的熱應力的作用外，同時增加高功率發光二極體組件在測試上與運作上的可靠度(Reliability)，因而提高產品運作的穩定性。
本實用新型的另一目的是在提供一種散熱良好的高功率發光二極體，可避免組件材料在散熱時因熱傳係數的差異，造成散熱時所產生的熱阻效應，如此可有效降低高功率發光二極體的熱阻效應且因而提高發光效能，進而提高發光亮度。
本實用新型的又一目的是在提供一種結構簡單的高功率發光二極體，使得組件減少且構造變得簡單且穩固，另外由於製程上的組件減少，可降低製造流程中在組件組合上製程的風險，因而相對增加生產效率與良率，如此可降低生產成本。
根據本實用新型的上述目的，提出一種高功率發光二極體，其散熱基座底部可裸露於固合材料外，在高功率發光二極體的底部形成一凸出的底部，由散熱基座底部所形成的凸出的底部可附著散熱層，以增加散熱基座的散熱能力，另外也可通過此凸出的底部再與基材固接，成為固定性佳與散熱效果良好的高功率發光二極體。
依照本實用新型的一較佳實施例，當本實用新型的高功率發光二極體在通入高額定電流與功率不斷提升的狀況下，發光晶粒運作時一方面因溫度提升，另一方面因散熱基座同時散熱降溫，形成此高功率發光二極體整體裝置的升降溫循環，利用本實用新型的一體成型的構造組件設計，可避免材料彼此間在接合面上的熱阻效應與材料間因熱膨脹係數的差異產生可靠度降低的風險，此一體成型的結構可大幅降低高功率發光極體在製程上因構成組件複雜所產生的製造風險，相對地可使製造效益提升，如此可有效降低生產成本。
為讓本實用新型的上述和其它目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，附圖的詳細說明如下圖1是繪示依照一種現有的高功率發光二極體的剖面示意圖。
圖2是繪示依照本實用新型的一較佳實施例的一種高功率發光二極體的剖面圖。
圖3是繪示依照本實用新型的另一實施例的一種高功率發光二極體與基材的組合圖。
附圖標記說明100高功率發光二極體120散熱基座140第二電極引腳160光學透鏡180充填材料210發光晶粒221凹坑223第二電極引腳230固合材料250導電金屬線270充填材料310基材凹坑110發光晶粒130第一電極引腳150導電金屬線170固合材料200高功率發光二極體220散熱基座222散熱基座底部240第一電極引腳
260光學透鏡280散熱層300基材具體實施方式
請參考圖2，其繪示依照本實用新型的一較佳實施例的一種高功率發光二極體的剖面圖。此高功率發光二極體200包括發光晶粒210、散熱基座220、固合材料230、第一電極引腳240、導電金屬線250、光學透鏡260與充填材料270。
本實用新型的高功率發光二極體200的發光晶粒210可固接在散熱基座220的凹坑221內，此固接方法為先將散熱基座220使用固合材料230與導線架上的第一電極引腳240固接結合，再將發光晶粒210固接在散熱基座220的凹坑221內，之後使用導電金屬線250將發光晶粒210分別連接散熱基座220與第一電極引腳240形成一電性通路，之後，將光學透鏡260覆蓋在發光晶粒210的上方，最後再利用充填材料270將光學透鏡260下方的空間填充。
如前所述的散熱基座220可由金屬材料所組成，同時散熱基座220可延伸出一第二電極引腳223與第一電極引腳240成對應分布，以及此散熱基座220具有散熱基座底部222，而散熱基座底部222露於固合材料230外，通過上述組件的組合，形成本實用新型的高功率發光二極體200；而散熱基座220的金屬材料可為銀、鋁、銅，或是由上述材料中所組合而成的合金金屬材料。
請再參考圖2，在本實用新型的一較佳實施例中，如前所述的本實用新型的高功率發光二極體200的組合，發光晶粒210放置在散熱基座220的凹坑221內，利用導電金屬線230連接第一電極引腳240與第二電極引腳223，如此形成一電性通路，將此通路引入高電流後，在高功率運作的狀態下，同時也不斷產生熱能，因而造成高功率發光二極體200內部組件的溫度逐漸提升，此時可通過金屬材料所組成的散熱基座220的散熱能力，將運作時產生的熱能逐漸散去，使得此高功率發光二極體200內部組件的溫度得以逐漸降低，在上述的運作過程中，此高功率發光二極體200內形成溫度升降的現象。
本實用新型的高功率發光二極體200由於第二電極引腳223為散熱基座220的延伸，也就是散熱基座220與第二電極引腳223為一體成型的結構，因此在此溫度升降的現象中，不會有因為散熱基座220與第二電極引腳223在焊接過程所產生的應力集中(殘留應力)的現象；也不會有散熱基座220與第二電極引腳223的組成組件材料不同導致熱膨脹係數的不同所產生的熱阻效應；綜上所述，本實用新型可大幅提高高功率發光二極體200內部組件在測試時與運作時，在高溫環境下組件運作的可靠度(Reliability)，進一步提升產品的使用壽命，同時降低熱阻效應，提高散熱基座220的散熱效果，使得發光晶粒210的溫度得以維持，因此可產生穩定的發光效能，相對地有效提高發光亮度。
請參考圖3，其繪示依照本實用新型的另一實施例的一種高功率發光二極體與基材的組合圖，其中，如前所述本實用新型的高功率發光二極體200的組件與組合方式，其中散熱基座底部222可裸露於固合材料230外，且使此高功率發光二極體200具有可凸露的底部，而此凸露的底部為散熱基座底部222，且此散熱基座底部222可另外附著散熱層280，此散熱層280可為具有高熱傳能力的散熱材料，例如，此散熱材料含有鑽石粉末，如此可加強散熱基座220的散熱能力。另外，更可利用此凸露的散熱基座底部222，將本實用新型的高功率發光二極體200固接在基材300的基材凹坑310上，產生更穩固的散熱或固合效果。
由本實用新型的上述的一較佳實施例可知，應用本實用新型的高功率發光二極體200，將散熱基座220與第二電極引腳223的組件整合，不會有焊接結合時所殘留的應力集中的現象，使本實用新型的高功率發光二極體200得以提升運作時組件材料的可靠度。
根據本實用新型的實施例可知，本實用新型的高功率發光二極體200的散熱基座220與第二電極引腳223不會產生熱阻效應，使得本實用新型的高功率發光二極體200的散熱效果可以提升，進而提高發光效能。
通過本實用新型的另一實施例可知，本實用新型的高功率發光二極體200的散熱基座底部222凸露於高功率發光二極體200的底部，因此可另外附著散熱層280提升散熱基座220的散熱能力，並同時利用凸露的散熱基座底部222使高功率發光二極體200能更穩固的與其它材料(如基材)結合。
雖然本實用新型已以一較佳實施例揭露如上，然而它並不是用來限定本實用新型，任何熟悉此項技術的人，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本實用新型的保護範圍當視權利要求書所界定的為準。
權利要求1.一種高功率發光二極體，其特徵在於，包含一發光晶粒，用以產生光源；一導線架，該導線架有一第一電極引腳；一散熱基座，具有一凹坑與一散熱基座底部，且該發光晶粒固接於該凹坑，其中該散熱基座另外延伸出一引腳成為一第二電極引腳，且該第一電極引腳與該第二電極引腳成對應分布；以及一導電金屬線，分別連接該發光晶粒與該散熱基座及該第一電極引腳。
2.一種高功率發光二極體，其特徵在於，包含一發光晶粒，用以產生光源；一導線架，該導線架具有一第一電極引腳；一散熱基座，具有一凹坑與一散熱基座底部，且該發光晶粒固接該凹坑，其中該散熱基座另外延伸出一引腳成為一第二電極引腳，且該第一電極引腳與該第二電極引腳成對應分布；一導電金屬線，分別連接該發光晶粒與該散熱基座及該第一電極引腳；一透鏡，該透鏡為一光學透鏡，並覆蓋在該發光晶粒上；一固合材料，該固合材料固接該散熱基座與該導線架及該光學透鏡；以及一充填材料，該充填材料充填該光學透鏡下的空間，同時穩固該發光晶粒與該導電金屬線；其中，該散熱基座底部可外露於該固合材料。
3.如權利要求1或2所述的高功率發光二極體，其特徵在於，所述的散熱基座為一金屬材料。
4.如權利要求1或2所述的高功率發光二極體，其特徵在於，所述的散熱基座為一金屬材料，且該金屬材料為銀、鋁、銅或上述的組合。
5.如權利要求1或2所述的高功率發光二極體，其特徵在於，所述的散熱基座的凹坑固接多個發光晶粒。
6.如權利要求1或2所述的高功率發光二極體，其特徵在於，所述的散熱基座底部包含一凸塊，該凸塊位於該高功率發光二極體的底部。
7.如權利要求1或2所述的高功率發光二極體，其特徵在於，所述的散熱基座底部附著一散熱層，且該散熱層為一散熱材料，該散熱材料包含鑽石粉末。
8.如權利要求1或2所述的高功率發光二極體，其特徵在於，所述的散熱基座底部包含一凸塊，該凸塊附著一散熱層，且該散熱層為一散熱材料，而該散熱材料包含鑽石粉末。
9.如權利要求1或2所述的高功率發光二極體，其特徵在於，所述的散熱基座底部包含一凸塊，該凸塊位於該高功率發光二極體的底部，而該凸塊固接在一基板上。
10.如權利要求1或2所述的高功率發光二極體，其特徵在於，所述的散熱基座底部包含一凸塊，該凸塊附著一散熱層，且該凸塊固接在一基板上。
11.如權利要求2所述的高功率發光二極體，其特徵在於，所述的固合材料為一樹酯材料。
12.如權利要求2所述的高功率發光二極體，其特徵在於，所述的充填材料為一樹酯材料。
專利摘要一種高功率發光二極體，包含發光晶粒、散熱基座、電極引腳、導電金屬線、光學透鏡、固合材料與充填材料。其中散熱基座可延伸出一電極引腳，使得散熱基座與此電極引腳為一體成型的結構，另外，此散熱基座底部可外露於固合材料，且使高功率發光二極體形成凸狀底部。
文檔編號H01L33/00GK2874777SQ20062000294
公開日2007年2月28日 申請日期2006年2月6日 優先權日2006年2月6日
發明者劉邦言, 莊世任, 徐志宏 申請人:億光電子工業股份有限公司