專利名稱：一種具有電熱分離結構的發光器件及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種發光器件，尤其涉及一種具有熱電分離結構的發光器件。
背景技術：
LED是一種節能光源。隨著發光二極管(LED)發光效率的不斷提高，LED已經逐漸能夠取代白熾燈的地位。LED集高光效、低能耗、低維護成本等優良性能于一身，理論上預計，半導體LED照明燈的發光效率可以達到甚至超過白熾燈的10倍、日光燈的2倍。目前 LED已廣泛應用于手機背光、LCD顯示屏背光、信號、建筑景觀、指示、特殊照明等，并日益向普通照明、汽車照明等領域拓展。隨著LED照明產品功率與光效的提高，LED對器件可靠性與壽命的要求也越來越高，封裝技術也需要不斷提高才能滿足上述需求。目前，常用的一種SMD的LED發光器件，其在基板上做外接電極，LED固晶在基板中央，LED芯片電極通過金線與外接電極相連。然而，由于基板厚度一般比較厚，而且采用的是低熱導材料，譬如氧化鋁或者樹脂，這樣會對芯片的散熱產生影響，從而影響了整個發光器件的可靠性和穩定性。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的上述不足，提供一種具有熱電分離結構的發光器件，其散熱性強，結構簡單，易于實現，提高了 LED的可靠性與使用壽命。為達到上述目的，通過以下技術方案實現—種具有熱電分離結構的發光器件，包括LED芯片、基板,所述LED芯片安裝在基板上表面，芯片電極連接外接電路，所述基板底部包含至少一個非貫穿孔，通過刻蝕或者機械加工方式制成，孔內設有高導熱性金屬，用于芯片的散熱。所述基板上表面設有金屬布線，基板下表面設有金屬焊盤，所述金屬焊盤不與高導熱性金屬接觸，基板上設有通孔引線，所述通孔引線不與非貫穿孔相交，該金屬布線與金屬焊盤通過通孔引線連接，所述LED芯片上的電極通過金線與基板上的金屬布線相連，使得電極通過布線與外接電路連接，同時實現了熱電分離效果。所述基板下表面還設有散熱焊盤，所述散熱焊盤覆蓋高導熱性金屬表面，且不與金屬焊盤接觸，增大了散熱面積，有利于散熱。它還包括反射塊，所述反射塊的軸向上設有通孔I，且反射塊下端面的孔小，上端面的孔大，所述反射塊的下端面與基板粘合固定，通孔I內設有至少一個LED芯片以及金屬布線，便于聚光。它還包括光學透鏡，所述光學透鏡與反射塊通孔I內壁粘合，并覆蓋LED芯片以及金屬布線表面，光學透鏡為LED芯片通過固晶膠固晶于基板的反射塊內從而形成的透明體，固晶膠可以為熒光粉與硅膠的混合物，其保護了反射塊內的芯片與金屬布線的連接結構。所述LED芯片設在非貫穿孔正上方的基板上表面，有利于LED芯片的散熱，所述非貫穿孔的深度大于基板厚度的四分之三，使得LED芯片能更快速的將熱能傳給高導熱性金屬。所述的高導熱性金屬為銀、鋁、銅、鎳或由這些元素所組成的合金，所述的反射塊通孔I內壁表面鍍有銀、鋁、鎳或鋅層，所述的基板為陶瓷、樹脂或塑料絕緣基板。本發明還公開了一種具有熱電分離結構的發光器件的制造方法，包括以下步驟步驟I :提供一基板，在基板下表面制作至少一個非貫穿孔，用于承裝散熱物質；步驟2 :在孔內填充高導熱性金屬，用于基板散熱；步驟3 :制作散熱焊盤；在基板下表面固定一塊金屬塊作為散熱焊盤，用于覆蓋高導熱性金屬的外露面，且不接觸金屬焊盤；步驟4:在基板上表面固定至少一個LED芯片，作為發光源，其電極連接外接電路。本發明還可做以下改進所述步驟I的非貫穿孔具體通過激光燒蝕、刻蝕或機械鉆孔方式制作而成，且其厚度控制在基板厚度的四分之三以上，用于快速傳熱、散熱；所述步驟2中的高導熱性金屬具體通過淀積或蒸發方式填充而成；所述步驟4中的LED芯片具體通過銀膠或硅膠固定安裝在非貫穿孔的正上方，用于縮短傳熱路徑；所述步驟4中的電極連接外接電路，通過以下步驟實現(a)制作通孔引線；在基板上貫穿至少2個通孔，所述通孔沒有與非貫穿孔的相交點，具體可采用激光燒蝕的方式貫穿通孔，再在通孔內填充導電材料，如導電銀膠、金錫焊料，制作成通孔引線，用于連接基板上下面的導電物質；(b)制作金屬布線與金屬焊盤；在LED芯片周圍且位于基板的上表面制作金屬布線，又在基板下表面制作金屬焊盤，具體通過淀積、濺射或光刻技術制作，所述金屬焊盤不接觸散熱焊盤，金屬布線與金屬焊盤都用于覆蓋通孔引線外露端；(C)LED打線；通過超聲焊接將金線連接LED芯片電極與金屬布線，用于LED芯片電極與金屬焊盤實現電路通路，金屬焊盤連接外接電路。在所述步驟4之后，還包括以下步驟步驟5 :制作反射塊；在LED芯片與金屬布線連接的結構周圍基板上固定反射塊， 具體通過粘合劑固定粘合，用于聚光；步驟6 :器件封裝；在反射塊通孔I內填充固晶膠，如熒光粉與硅膠的混合物，制作成光學透鏡，形成具有電熱分離結構的發光器件。與現有技術相比，本發明具有以下優點I.采用熱電分離結構把導電層與熱沉相隔離，消除了 LED向散熱基板熱傳導的瓶頸，降低了結溫，而LED的結溫越低，其壽命越長，因此提高了器件的可靠性與使用壽命。2.通過增開非貫穿孔，在孔內填充有高導熱性金屬，作用明顯，結構簡單，易于實現。3.孔的厚度大于基板厚度的四分之三，使得孔內的高導熱性金屬能更好的發揮散熱功能。
圖I是本發明實施例I的一種具有熱電分離結構的發光器件的剖面結構示意圖。圖2是本發明實施例2的一種具有熱電分離結構的發光器件的剖面結構示意圖。圖3是本發明實施例3的一種具有熱電分離結構的發光器件的剖面結構示意圖。圖4a至圖4i是實施例I的一種具有熱電分離結構的發光器件的制造方法的各主要步驟的剖面結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進一步的說明。實施例I :如圖I所示結構是本發明一種具有熱電分離結構的發光器件的一個實施例，包括 LED芯片100、基板200，所述LED芯片100安裝在基板200上表面，芯片電極連接外接電路， 在基板200底部包含一個非貫穿孔，通過刻蝕或者機械加工方式制成，在孔內設有高導熱性金屬203,用于芯片的散熱；所述基板200上表面設有金屬布線201,基板200下表面設有金屬焊盤204，所述金屬焊盤204不與高導熱性金屬203接觸，基板200上設有通孔引線 202，所述通孔引線202不與非貫穿孔相交，該金屬布線201與金屬焊盤204通過通孔引線 202連接，所述LED芯片100上的電極通過金線101與基板200上的金屬布線201相連，使得電極通過布線與外接電路連接，同時實現了熱電分離效果；所述基板200下表面還設有散熱焊盤205，所述散熱焊盤205覆蓋高導熱性金屬203表面，增大了金屬與空氣的接觸面積，有利于散熱，且不與金屬焊盤204接觸；它還包括反射塊206，所述反射塊206的軸向上設有通孔I，且反射塊206下端面的孔小，上端面的孔大，所述反射塊206的下端面與基板 200粘合固定，通孔I內設有至少一個LED芯片100以及金屬布線201，便于聚光；它還包括光學透鏡207，所述光學透鏡207與反射塊206通孔I內壁粘合，并覆蓋LED芯片100以及金屬布線201表面，光學透鏡207為LED芯片100通過熒光粉與硅膠固晶于基板200的反射塊206內從而形成的透明體，其保護了反射塊206內的芯片100與金屬布線201的連接結構；所述LED芯片100設在非貫穿孔正上方的基板200上表面，所述非貫穿孔的深度為基板厚度的五分之四，有利于LED芯片100的散熱。實施例2 如圖2所示，與實施例I相比，本實施例的不同之處在于所述基板200上的反射塊 206通孔I內設有二個LED芯片100，該2個LED芯片100通過金線101串聯，并與金屬布線201相連。實施例3 如圖3所示，與實施例I相比，本實施例的不同之處在于基板200上設置了三個非貫穿孔和三個反射塊206，在反射塊206通孔I內設有一個LED芯片100，芯片電極通過金線101連接金屬布線201，相鄰兩芯片的基板200下表面金屬焊盤204連接在一起，形成了三個LED芯片100串聯一體的結構。實施例4 以下說明本發明實施例I 一種具有熱電分離結構的發光器件的制造方法，包括以下步驟如圖4a所示，提供一基板200，在基板200下表面通過激光燒蝕制作一個非貫穿孔，并將非貫穿孔的厚度制成基板200厚度的五分之四，用于承裝散熱物質；如圖4b所示，在非貫穿孔內通過淀積的方式填充高導熱性金屬203，由于金屬的傳熱和散熱功能強，用于基板散熱；如圖4c所示，在基板200上通過激光燒蝕的方式貫穿2個通孔，所述通孔沒有與非貫穿孔的相交點，再在通孔內填充導電銀膠，制成通孔引線202，用于連接基板200上下面的導電物質；如圖4d所示，在LED芯片100周圍且位于基板200的上表面通過淀積技術制作金屬布線201，又在基板200下表面通過淀積技術制作金屬焊盤204，所述金屬焊盤204不接觸高導熱性金屬203，金屬布線201與金屬焊盤204都用于覆蓋通孔引線202外露端；如圖4e所不,在基板200下表面固定一塊金屬塊作為散熱焊盤205,用于覆蓋高導熱性金屬203的外露面，且不接觸金屬焊盤204，由于與外界接觸面積增大，使得散熱性能更好；如圖4f所示，在非貫穿孔正上方的基板200上表面通過銀膠固定一個LED芯片 100,作為發光源；如圖4g所示，LED芯片100電極通過超聲焊接將金線101與金屬布線201連接， 用于LED芯片100電極與金屬焊盤204實現電路通路，金屬焊盤204連接外接電路；如圖4h所示，在LED芯片100與金屬布線201連接的結構周圍基板200上通過粘合劑固定反射塊206,用于聚光；如圖4i所示，在反射塊206通孔I內填充熒光粉與硅膠的混合物，制作成光學透鏡206，用于保護反射塊206內的芯片與金屬布線201的連接結構，最終形成具有電熱分離結構的發光器件。本發明一種具有熱電分離結構的發光器件并不限于以上實施方式，可以將多個 LED芯片100放置在一個反射塊206內，也可以放在多個反射塊206內，且芯片可以通過串聯、并聯或者混聯，形成超大功率的熱電分離結構發光器件，只要是本說明書及權利要求書中提及的方案均是可以實施的。
權利要求
1.一種具有熱電分離結構的發光器件，包括LED芯片(100)、基板(200)，所述LED芯片 (100)安裝在基板(200)上表面，芯片電極連接外接電路，其特征在于，所述基板(200)底部包含至少一個非貫穿孔，孔內設有高導熱性金屬(203)。
2.根據權利要求I所述的一種具有熱電分離結構的發光器件，其特征在于，所述基板 (200)上表面設有金屬布線(201)，基板(200)下表面設有金屬焊盤(204)，所述金屬焊盤(204)不與高導熱性金屬(203)接觸，基板(200)上設有通孔引線(202)，所述通孔引線 (202)不與非貫穿孔相交，該金屬布線(201)與金屬焊盤(204)通過通孔引線(202)連接， 所述LED芯片(100)上的電極通過金線(101)與基板(200)上的金屬布線(201)相連。
3.根據權利要求2所述的一種具有熱電分離結構的發光器件，其特征在于，所述基板 (200)下表面還設有散熱焊盤(205)，所述散熱焊盤(205)覆蓋高導熱性金屬(203)表面， 且不與金屬焊盤(204)接觸。
4.根據權利要求3所述的一種具有熱電分離結構的發光器件，其特征在于，它還包括反射塊(206)，所述反射塊(206)的軸向上設有通孔I，且反射塊(206)下端面的孔小，上端面的孔大，所述反射塊(206)的下端面與基板(200)粘合固定，通孔I內設有至少一個LED 芯片(100)以及金屬布線(201)。
5.根據權利要求4所述的一種具有熱電分離結構的發光器件，其特征在于，它還包括光學透鏡(207)，所述光學透鏡(207)與反射塊(206)通孔I內壁粘合，并覆蓋LED芯片 (100)以及金屬布線(201)表面。
6.根據權利要求5所述的一種具有熱電分離結構的發光器件,其特征在于,所述LED芯片(100)設在非貫穿孔正上方的基板(200)上表面，所述非貫穿孔的深度大于基板(200) 厚度的四分之三。
7.根據權利要求3或5或6所述的一種具有熱電分離結構的發光器件，其特征在于，所述的高導熱性金屬(203)為銀、鋁、銅、鎳或由這些元素所組成的合金，所述的反射塊(206) 通孔I內壁表面鍍有銀、鋁、鎳或鋅層，所述的基板(200)為陶瓷、樹脂或塑料絕緣基板。
8.一種具有熱電分離結構的發光器件的制造方法，其特征在于，包括以下步驟步驟I :提供一基板(200)，在基板(200)下表面制作至少一個非貫穿孔，用于承裝散熱物質；步驟2 :在孔內填充高導熱性金屬(203)，用于基板散熱；步驟3:制作散熱焊盤(205);在基板(200)下表面固定一塊金屬塊作為散熱焊盤(205)，用于覆蓋高導熱性金屬(203)的外露面，且不接觸金屬焊盤(204)；步驟4 :在基板(200)上表面固定至少一個LED芯片(100)，作為發光源，其電極連接外接電路。
9.根據權利要求8所述的一種具有熱電分離結構的發光器件的制造方法，其特征在于所述步驟I中的非貫穿孔具體通過激光燒蝕、刻蝕或機械鉆孔方式制作而成，且其厚度控制在基板(200)厚度的四分之三以上，用于快速傳熱、散熱；所述步驟2中的高導熱性金屬(203)具體通過淀積或蒸發方式填充而成；所述步驟4中的LED芯片(100)具體通過銀膠或硅膠固定安裝在非貫穿孔的正上方， 用于縮短傳熱路徑；所述步驟4中的電極連接外接電路，通過以下步驟實現(a)制作通孔引線(202);在基板(200)上貫穿至少2個通孔，所述通孔沒有與非貫穿孔的相交點，具體可采用激光燒蝕的方式貫穿通孔，再在通孔內填充導電材料，如導電銀膠、金錫焊料，制作成通孔引線(202)，用于連接基板(200)上下面的導電物質；(b)制作金屬布線(201)與金屬焊盤(204);在1^0芯片(100)周圍且位于基板(200) 的上表面制作金屬布線(201)，又在基板(200)下表面制作金屬焊盤(204)，具體通過淀積、 濺射或光刻技術制作，所述金屬焊盤(204)不接觸散熱焊盤(205)，金屬布線(201)與金屬焊盤(204)都用于覆蓋通孔引線(202)外露端；(c)LED打線；通過超聲焊接將金線(101)連接LED芯片(100)電極與金屬布線(201)， 用于LED芯片(100)電極與金屬焊盤(204)實現電路通路，金屬焊盤(204)連接外接電路。
10.根據權利要求8所述的一種具有熱電分離結構的發光器件的制造方法，其特征在于在所述步驟4之后，還包括以下步驟步驟5 :制作反射塊(206);在1^0芯片(100)與金屬布線(201)連接的結構周圍基板 (200)上固定反射塊(206)，具體通過粘合劑固定粘合，用于聚光；步驟6 :器件封裝；在反射塊(206)通孔I內填充固晶膠，如熒光粉與硅膠的混合物，制作成光學透鏡(206)，形成具有電熱分離結構的發光器件。
全文摘要
本發明公開了一種發光器件，特指一種具有熱電分離結構的發光器件，包括LED芯片和基板，所述LED芯片安裝在基板上表面，芯片電極連接外接電路，所述基板底部包含至少一個非貫穿孔，孔內設有高導熱性金屬。本發明采用了熱電分離結構，非貫穿孔內的高導熱性金屬能夠有效傳導LED的熱量，且與電極沒有進行電路連接，達到了電極與熱傳導途徑分離的效果，從而增強散熱性能，并且其結構簡單，易于實現，最終提高了LED的可靠性與使用壽命。
文檔編號H01L33/48GK102610735SQ20121009650
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月1日 優先權日2012年4月1日
發明者王瑞珍, 郭康賢 申請人:廣州大學