專利名稱：發光二極管燈具的制作方法
技術領域：
本實用新型是關于一發光二極管燈具，尤其是一種使用鋁載板的發光二極 管燈具。
背景技術：
發光二極管(Light Emitted Diode， LED)是一種可將電能轉換為光能的 高效率冷光發光元件，也是一種微小的固態光源(solid state illuminator)。 發光二極管的主要構成部分是一半導體P-n接面結構。在此p-n接面的兩端施 加電壓以通入電流后，隨即產生電子與電洞往此p-n接面流動，并結合而釋放 出光子。
圖l是一傳統使用銅載板的發光二極管燈具的剖面示意圖。如圖中所示， 此發光二極管燈具10具有一發光二極管芯片14、 一銅載板12與一散熱片20。 其中，銅載板12上具有一杯狀凹槽12a。發光二極管芯片14設置于此杯狀凹 槽12a的底面。此杯狀凹槽12a內填充有透明膠結構16完全覆蓋發光二極管芯 片14，以避免外部微粒或水氣侵襲發光二極管芯片14。散熱片20透過焊料層 30焊接至銅載板12的下表面，以排除發光二極管芯片14發光所產生的熱量。
此發光二極管燈具10具有以下缺點。首先，此發光二極管燈具10的發光 二極管芯片14直接設置于銅載板12上，由于銅金屬與發光二極管芯片14的熱 膨脹系數有明顯差異(一般而言，銅金屬的熱膨脹系數大于發光二極管芯片材 料的熱膨脹系數)，在發光二極管芯片14發光而導致發光二極管芯片14與銅 載板12升溫的過程中，銅金屬的膨脹可能會對于發光二極管芯片14施加拉力， 甚至造成發光二極管芯片14的破損。
其次，銅金屬雖然是一理想的導熱材料，但是，銅金屬的光反射系數不佳。制作于銅載板12上的杯狀凹槽12a無法有效反射發光二極管芯片14所產生的 光線，而造成整體發光效率不彰。相較之下，鋁金屬具有較佳的反射系數，應 可適用于制作載板。但是，鋁金屬無法與焊料層形成理想的界面反應物，鋁載 板無法有效地以焊接方式連接散熱片。其它可以采用的接合方式，例如鎖合或 是膠合的方式，往往無法有效降低載板與散熱片間的界面熱阻，并且也無法提 供一穩固的接合面。
在當前強調高亮度發光二極管燈具的發展脈絡下，釆用多芯片或大電流的 設計已經是一個趨勢。不過，多芯片與大電流的采用將產生更多的熱量。若是 無法有效排除熱量，將導致電路毀損而影響發光二極管燈具的正常運作。
因此，如何兼顧載板的光反射率與散熱的需求，乃是發光二極管燈具產業 亟欲追求的目標。
實用新型內容
本實用新型要解決的技術問題是提供一種發光二極管燈具，使用鋁載板以 提升發光效率，同時可以使用焊接方式連接鋁載板與散熱片，以提升散熱效果。
為此，本實用新型提出了一種發光二極管燈具，此發光二極管燈具包括一 鋁載板、 一緩沖基板(buffer substrate)、至少一發光二極管芯片、 一金屬 層結構與一散熱片。其中，緩沖基板設置于鋁載板上，發光二極管芯片設置于 緩沖基板上，金屬層結構形成于鋁載板的下表面，此金屬層結構由可焊接材料 (solderable material).所構成，散熱片透過一焊料(solder material)層 連接至此金屬層結構。
優選，更包括一透明膠結構，覆蓋該發光二極管芯片。
優選，該金屬層結構是以電鍍方式形成于該鋁載板的下表面。
優選，該金屬層結構是由多個金屬層堆疊而成。
優選，該金屬層結構的厚度大于0.08微米。
優選，該鋁載板的下表面是一經過噴砂處理的粗糙表面。優選，該散熱片連接至該金屬層結構的表面是一經過噴砂處理的粗糙表面。 優選，該可焊接材料是由金、錫、鎳、鈦、銀或銅其中之一所構成。 優選，該發光二極管芯片的數量大于二。
優選，該鋁載板上具有一凹杯，該緩沖基板設置于該凹杯底面。 因此，本實用新型的優點是使用鋁載板以提升發光效率，同時可以使用 焊接方式連接鋁載板與散熱片，以提升散熱效果。
圖1是一傳統發光二極管燈具的剖面示意圖2是本實用新型發光二極管燈具第一較佳實施例的剖面示意圖3是圖2的金屬層結構一較佳實施例的剖面示意圖4是本實用新型發光二極管燈具第二較佳實施例的剖面示意圖5是本實用新型發光二極管燈具第三較佳實施例的剖面示意圖6是本實用新型發光二極管燈具第四較佳實施例的剖面示意圖；以及
圖7是本實用新型發光二極管燈具第五較佳實施例的剖面示意圖。
附圖標記說明
發光二極管燈具10
銅載板12
杯狀凹槽12a
發光二極管芯片14
透明膠結構16
散熱片20， 20，
焊料層30
發光二極管燈具40
鋁載板42， 52， 62， 72
凹杯62a緩沖基板43， 63， 73 發光二極管芯片44， 64， 74 透明膠結構46， 66， 76 金屬層結構48， 58 鎳鍍層481 金鍍層482 粗糙表面52a 粗糙表面20a
具體實施方式
請參照圖2所示，是本實用新型發光二極管燈具40第一較佳實施例的剖面 示意圖及其局部放大圖。如圖中所示，此發光二極管燈具40具有一鋁載板42、 一緩沖基板43、至少一發光二極管芯片44 (圖中是以二個發光二極管芯片44 為例)、 一金屬層結構48與一散熱片20。其中，緩沖基板43設置于鋁載板42 上。此緩沖基板43的線膨脹系數(CTE)小于20X10—7K。 二個發光二極管芯 片44設置于緩沖基板43上。此二個發光二極管芯片44可透過導線或是以覆晶 的方式(未圖示)電連接至設置于鋁載板42上的電極。在緩沖基板43與發光 二極管芯片44外覆蓋有透明膠結構46,以避免外部微粒或水氣侵襲發光二極 管芯片44。
金屬層結構48是以電鍍(electroplating)的方式形成于鋁載板42的下 表面。此金屬層結構48由可焊接材料(solderable material)，例如由金、 錫、鎳、鈦、銀或銅所構成。前述鋁載板42、緩沖基板43、發光二極管芯片 44與金屬層結構48構成一完整的發光二極管封裝結構。此發光二極管封裝結 構可進一步連接散熱片20，以提升散熱效率。
如圖中所示，散熱片20以焊接的方式連接至金屬層結構48的下表面。因 此，在散熱片20與金屬層結構48間形成有一焊接結構(solder joint)，例如一焊料(solder material)層30，又，為了確保散熱片20可以穩固的接合 至鋁載板42，此金屬層結構48的厚度必須大于0. 08微米，又，介于0.2至10 微米是一較佳實施例。
請參照圖3所示，是圖2中的金屬層結構48 —較佳實施例的示意圖。如圖 中所示，為了制作上的簡便，此金屬層結構48由多個金屬層(圖中是以二金屬 層為例)依序以電鍍方式形成于鋁載板42的下表面所構成。此二金屬層可由鎳、 鎳銀合金、鎳銅合金、金或錫等材料所構成，圖中是以一鎳鍍層481與一金鍍 層482為例。
請參照圖4所示，是本實用新型發光二極管燈具第二較佳實施例的剖面示 意圖。相較于圖2的實施例，本實施例是在鋁載板52的下表面以噴砂處理制作 一粗糙表面52a。此粗糙表面52a可以增加鋁載板52與金屬層結構58以及金 屬層結構58與焊料層30的接合面積，以提升鋁載板52與散熱片20間接合的 穩定度，同時，結合面積的增加也有助于降低界面熱阻。
請參照圖5所示，是本實用新型發光二極管燈具第三較佳實施例的剖面示 意圖。相較于圖4的實施例于鋁載板52的下表面制作粗糙表面52a，本實施例 是在散熱片20'接合至金屬層結構的表面以噴砂處理制作一粗糙表面20a。此 粗糙表面的存在亦有助于提升鋁載板與散熱片間接合的穩定度。
請參照圖6所示，是本實用新型發光二極管燈具第四較佳實施例的剖面示 意圖。本實施例于鋁載板62上制作有一開口朝上的凹杯62a，緩沖基板63設 置于此凹杯62a的底面，緩沖基板63上可設置至少一發光二極管芯片64 (圖 中是以一發光二極管芯片64為例)。此杯狀凹槽62a內填充有透明膠結構66 完全覆蓋發光二極管芯片64，以避免外部微粒或水氣侵襲發光二極管芯片64。
請參照圖7所示，是本實用新型發光二極管燈具第五較佳實施例的剖面示 意圖。相較于圖2的實施例僅具有一緩沖基板43設置于鋁載板42上，本實施 例具有三個緩沖基板73設置于鋁載板72上，各個緩沖基板73上可設置至少一 發光二極管芯片74 (圖中是以一發光二極管芯片74為例)。透明膠結構76完全覆蓋各個緩沖基板73與發光二極管芯片74。
相較于圖1的傳統發光二極管燈具10使用銅載板12所面臨光反射率不佳 的問題，本實用新型使用鋁載板可以提供較佳的光反射率，以提升整體發光效 率。其次，針對鋁載板無法有效地以焊接方式連接散熱片的問題，本實用新型 制作一金屬層結構于鋁載板的下表面，并以焊接方式接合此金屬層結構與散熱 片，使散熱片得以穩固地焊接接合于鋁載板的下表面，同時使發光二極管芯片 發光所產生的熱量得以順利傳遞至散熱片而向外排除。
至于此金屬鍍層結構與鋁載板的接合強度的問題，本實用新型的一實施例 中是在鋁載板的下表面制作以噴砂的方式制作一粗糙表面，以提高金屬鍍層結 構與鋁載板的接合面積。此粗糙表面同時亦會提高金屬鍍層結構與焊料層的接 合面積，而達到提升鋁載板與散熱片的接合強度的目的。
以上所述是利用較佳實施例詳細說明本實用新型，而非限制本實用新型的 范圍，而且熟知此類技藝人士皆能明了，適當而作些微的改變及調整，仍將不 失本實用新型的要義所在，亦不脫離本實用新型的精神和范圍。
權利要求1.一種發光二極管燈具，其特征是，包括一鋁載板；一緩沖基板，設置于該鋁載板上，該緩沖基板的線膨脹系數小于20×10-6/K；至少一發光二極管芯片，設置于該緩沖基板上；一金屬層結構，形成于該鋁載板的下表面，該金屬層結構由可焊接材料所構成；以及一散熱片，透過一焊料層而連接至該金屬層結構。
2. 如權利要求1所述的發光二極管燈具，其特征是，更包括一透明膠結構, 覆蓋該發光二極管芯片。
3. 如權利要求1所述的發光二極管燈具，其特征是，該金屬層結構是以電 鍍方式形成于該鋁載板的下表面。
4. 如權利要求1所述的發光二極管燈具，其特征是，該金屬層結構是由多 個金屬層堆疊而成。
5. 如權利要求1所述的發光二極管燈具，其特征是，該金屬層結構的厚度 大于0.08微米。
6. 如權利要求1所述的發光二極管燈具，其特征是，該鋁載板的下表面是 一經過噴砂處理的粗糙表面。
7. 如權利要求1所述的發光二極管燈具，其特征是，該散熱片連接至該金 屬層結構的表面是一經過噴砂處理的粗糙表面。
8. 如權利要求1所述的發光二極管燈具，其特征是，該可焊接材料是由金、 錫、鎳、鈦、銀或銅其中之一所構成。
9. 如權利要求1所述的發光二極管燈具，其特征是，該發光二極管芯片的 數量大于二。
10.如權利要求i所述的發光二極管燈具，其特征是，該鋁載板上具有一凹杯，該緩沖基板設置于該凹杯底面。
專利摘要本實用新型公開了一種發光二極管燈具，所述發光二極管燈具具有一鋁載板、一緩沖基板、至少一發光二極管芯片、一金屬層結構與一散熱片。其中，鋁載板上具有一凹杯。緩沖基板設置于此凹杯的底面。發光二極管芯片設置于緩沖基板上。金屬層結構形成于鋁載板的下表面。此金屬層結構由可焊接材料(solderable material)所構成。散熱片透過一焊料(solder material)層連接至此金屬層結構。
文檔編號F21V19/00GK201152507SQ20072018359
公開日2008年11月19日 申請日期2007年10月26日 優先權日2007年10月26日
發明者劉家齊, 蔡文貴 申請人:齊瀚光電股份有限公司;崇越電通股份有限公司