具硅基座的发光二极管及发光二极管灯具的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及具硅基座的发光二极管及发光二极管灯具，其中具硅基座的发光二极管包含一硅基座及一发光二极管芯片，所述硅基座包括一形成于内部的电源控制集成电路、一形成于底面的P电极、一形成于底面的N电极，及一形成于底面的散热接地部，所述电源控制集成电路与所述P电极和所述N电极电连接，所述发光二极管芯片共晶贴合于所述硅基座顶面，所述发光二极管芯片与所述P电极和所述N电极电连接，其中，定义一散热通道，是由所述发光二极管芯片经所述硅基座内部至所述散热接地部，所述电源控制集成电路取代以往的电源控制器，提供了更加优化的发光二极管。
【专利说明】具硅基座的发光二极管及发光二极管灯具
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及照明设备【技术领域】，具体的说，是一种具硅基座的发光二极管及发光二极管灯具。
【背景技术】
[0002]无论是在商办、学校、居家、汽车、路灯等等，一直以来都对高亮度的照明设备有所需求，常见的卤素灯由于高电费与会造成被照射物品变质等等缺点，而不再受到市场的喜爱，渐渐地，发光二极管灯具以高亮度但低电费，改善了卤素灯的诸多缺点并成为目前照明设备的主流。
[0003]而以往的发光二极管灯具是由发光二极管、电路板、电源控制器、散热座所构成，除了发光二极管会产生废热之外，电源控制器也会产生大量废热，若无快速有效的散热设计，将会使得发光二极管无法密集排列、电源控制器也须与发光二极管保持一定距离，分别造成了亮度无法提高以及发光二极管灯具的体积无法下降的缺点，此外，而由于以往的电源控制器本身的体积就已相当庞大，远远大于发光二极管与电路板，造成发光二极管灯具的体积也无法下降，因此发光二极管灯具的使用无法灵活便利，例如作为橱柜灯需占据一定的安装厚度与深度等。
[0004]而在 申请人:先前的台湾实用新型专利第1418736号所揭示，提供了一种有绝佳散热设计的发光二极管灯具，现有技术所揭示的散热设计的概念之下，如何进一步提升发光二极管灯具的商品竞争力为目前相关业界的研发重点。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于，提供一种更加优化的具矽基座的发光二极管。
[0006]本实用新型的另一目的在于，提供一种可以大幅度缩减体积且更加优化的发光二极管灯具。
[0007]为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案。
[0008]本实用新型具硅基座的发光二极管，包含:一硅基座，及至少一发光二极管芯片，所述硅基座包括一形成于内部的电源控制集成电路、一形成于底面的P电极、一形成于底面的N电极，及一形成于底面的散热接地部，所述电源控制集成电路与所述P电极和所述N电极电连接，所述发光二极管芯片共晶贴合于所述硅基座顶面，所述发光二极管芯片与所述P电极和所述N电极电连接，其中，定义一散热通道，是由所述发光二极管芯片经所述硅基座内部至所述散热接地部。
[0009]而本实用新型发光二极管灯具包含一散热座、一电路板、至少一发光二极管，及一对电线，所述散热座包括一平坦的基面，及多个自所述基面凸起的散热高台，所述电路板包括一对应接触所述散热座基面的散热底面，及多个对应所述散热高台开设的槽道，所述多个散热高台位于所述多个槽道中，所述发光二极管设置于所述电路板槽道上且位于所述散热座的散热高台顶面，所述发光二极管包括一硅基座及至少一发光二极管芯片，所述硅基座包括一形成于内部的电源控制集成电路、一形成于底面的P电极、一形成于底面的N电极，及一形成于底面的散热接地部，所述电源控制集成电路与所述P电极和所述N电极电连接，所述发光二极管芯片共晶贴合于所述硅基座顶面，所述发光二极管芯片与所述P电极和所述N电极电连接，其中，定义一散热通道，是由所述发光二极管芯片经所述硅基座内部至所述散热接地部，所述一对电线用于连接所述电路板于外部电源。
[0010]本实用新型的优点在于，由于所述发光二极管灯具有绝佳的散热设计，而能将所述电源控制集成电路直接设计于所述硅基座内部，取代以往的电源控制器，提供了更加优化的发光二极管，也能因此而大幅缩减发光二极管灯具的体积，确实达成本实用新型的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]本实用新型的其它的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中:
[0012]图1是一个立体分解示意图，说明本实用新型具硅基座的发光二极管及发光二极管灯具的第一较佳实施例；
[0013]图2是一个立体不意图，说明本第一较佳实施例的一散热座、一电路板、多个发光二极管，及一对电线；
[0014]图3是一个剖面示意图，说明本第一较佳实施例发光二极管的一硅基座及多个发光二极管芯片；
[0015]图4是一个俯视示意图，说明本第一较佳实施例发光二极管的所述硅基座及多个发光二极管芯片；
[0016]图5是一个仰视不意图，说明本第一较佳实施例的一 P电极、一 N电极及一散热接地部；及
[0017]图6是一个仰视示意图，说明本新型具硅基座的发光二极管及发光二极管灯具的第二较佳实施例。
[0018]图中的标号分别表不:
[0019]1、散热座；11、基面；12、散热高台；
[0020]2、电路板；21、散热底面；22、槽道；
[0021]3、发光二极管；31、硅基座；
[0022]311、电源控制集成电路；
[0023]312、P 电极;313、N 电极；
[0024]314、散热接地部；315、散热通道；
[0025]32、发光二极管芯片；
[0026]4、电线；5、界面合金层；
[0027]61、高熔点焊锡；62、低熔点焊锡。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本实用新型提供的具硅基座的发光二极管及发光二极管灯具的【具体实施方式】做详细说明。
[0029]在本实用新型被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表不。
[0030]参阅图1、图2与图3，本实用新型具硅基座的发光二极管及发光二极管灯具的第一较佳实施例，所述发光二极管灯具包含一散热座1、一电路板2、多个发光二极管3、一对电线4，及一界面合金层5。
[0031]所述散热座I包括一平坦的基面11，及多个自所述基面11凸起的散热高台12，所述散热座I可以是具有380 ff/m.K的热传系数的铜所制成，或是具有237W/m.K的热传系数的铝所制成，都可以快速排热。
[0032]所述电路板2包括一对应接触所述散热座I基面11的散热底面21，及多个对应所述散热高台12开设的槽道22，所述多个散热高台12分别对应位于所述电路板2的所述多个槽道22中。
[0033]所述多个发光二极管3设置于所述电路板2的槽道22上且位于所述散热座I的散热高台12顶面。所述多个发光二极管3分别包括一硅基座31及多个发光二极管芯片32。
[0034]配合参阅图4与图5，所述硅基座31的材质为硅，硅具有170W/m.K的热传系数，所述硅基座31包括一形成于内部的电源控制集成电路311、一形成于底面的P电极312、一形成于底面的N电极313，及一形成于底面的散热接地部314，所述电源控制集成电路311与所述P电极312和所述N电极313电连接，其中，定义一散热通道315，是由所述多个发光二极管芯片32经所述硅基座31内部至所述散热接地部314，所述散热通道315为垂直向下。
[0035]所述电源控制集成电路311是利用半导体磊晶成长成集成电路的技术，来将电容、电感、电阻等等设计为集成电路之后形成于所述硅基座31的内部。
[0036]所述散热接地部314的其中一功能为接地功能，根据国际电工委员会所订定的灯具照明标准，具有接地功能的发光二极管灯具耐压下限值为500VAC，而本第一较佳实施例中，所述多个发光二极管3的耐压高达700 VACo
[0037]所述散热接地部314的另一功能为散热，能够将所述电源控制集成电路311以及所述多个发光二极管芯片32的热由此处传导向外，而由于所述散热接地部314与所述散热座I的散热高台12相接，使所述散热座I有效地带走所述硅基座31中的废热。
[0038]也就是说，在本第一较佳实施例中，所述散热信道315与接地功能共享了所述散热接地部314，更进一步说明的是，所述电源控制集成电路311绕所述散热通道315设置，此设计的考虑在于，相较于所述电源控制集成电路311来说，所述多个发光二极管芯片32更需要绝佳的散热效果，因此将所述散热通道315上的空间单纯作为散热用，在上述的所述散热通道315的空间不会去设置或形成有所述电源控制集成电路311，就能够将所述多个发光二极管芯片32的热更快地传导向外。
[0039]所述硅基座31的所述电源控制集成电路311都可以因应不同的外部电源而设计，而让外部电源可以适用于20W的发光二极管3或是30W的发光二极管3等等，让电压电流可以互相匹配，控制单一一个发光二极管3所分配到的电压值，能避免发光二极管3烧坏，此外，所述电源控制集成电路311可以控制所述多个发光二极管3的亮度。
[0040]而由于所述硅基座31内部的电源控制集成电路311以取代了以往发光二极管灯具中的电源控制器，就能省略以往发光二极管灯具为电源控制器所做的散热座，而以往受限于散热设计未能将所述电源控制集成电路311与所述多个发光二极管芯片32做在一起，但经由 申请人:先前的台湾实用新型专利第1418736号，而能突破以往的技术瓶颈。
[0041]在以往，所述多个发光二极管3的基座可以是氧化铝或氮化铝等其它的材质制成，例如飞利浦公司就以氧化铝包围氮化铝的方式作为基座，而虽然氮化铝相较于硅有较高的热传系数，但基本上只有传热与绝缘的效果，因此仍以硅为最佳的半导体磊晶成长所述电源控制集成电路311的材料。
[0042]值得一提的是，本第一较佳实施例中，所述硅基座31还可以设计有包括一温度控制集成电路、一变色控制集成电路(或称为控制LED变色的集成电路)等等，所述温度控制集成电路与所述变色控制集成电路都可以利用与所述电源控制集成电路311相同的半导体磊晶技术形成于所述硅基座31的内部(图未示)。
[0043]所述多个发光二极管芯片32共晶贴合于所述硅基座31顶面，所述多个发光二极管芯片32分别与所述P电极312和所述N电极313电连接，在本第一较佳实施例中，所述多个发光二极管芯片32材质为氮化镓，由于氮化镓与硅之间的晶格不匹配，所以不能直接由所述硅基座31上以半导体磊晶技术直接成长所述多个发光二极管芯片32，因此使用共晶贴合的方式来解决安装问题，且共晶贴合的良率高，散热效率也高于银胶贴合的设计。
[0044]所述一对电线4用于连接所述电路板2于外部电源，例如直流电或交流电，直流电可以是来自太阳能或电池等等，直流电规格可以为12V或24V等等，交流电的规格可以是IlOV或210V等等。
[0045]所述界面合金层5位于所述多个发光二极管3的硅基座31的散热接地部314与所述多个散热座I的散热高台12顶面间。
[0046]所述散热座I与所述电路板2使用高熔点焊锡61焊固，所述多个发光二极管3与所述散热座I和电路板2分别皆使用低熔点焊锡62焊固，高熔点焊锡61熔点为260°C，低熔点焊锡62熔点为150°C。
[0047]焊接的顺序为，先将所述电路板2和所述散热座I使用高熔点焊锡61焊固之后，再将所述多个发光二极管3与所述散热座I和所述电路板2使用低熔点焊锡62焊固，而由于低熔点焊锡62熔点较高熔点焊锡61低，因此，在后续焊接所述多个发光二极管3与所述散热座I和所述电路板2时，不会将所述电路板2和所述散热座I间的高熔点焊锡61焊锡融熔。
[0048]所述散热座I的散热高台12顶面加上所述界面合金层5的高度高于所述电路板2，所述界面合金层5的厚度为小于0.03mm，以避免所述多个发光二极管3因距离所述电路板2过远而造成空焊等接触不良的现象，所述硅基座31的散热接地部314与所述散热座I的散热高台12顶面皆形成有金锡合金层，使所述散热座I在焊接前后都保持无氧纯铜、无氧纯铝的高热传系数，金锡合金层焊接后则形成界面合金层5，所述硅基座31的散热接地部314与所述散热座I的散热高台12顶面间可以利用低熔点焊锡62填补空气缝隙，所述多个发光二极管3与所述散热座I连结的更紧密，且焊接完成后所留下的低熔点焊锡62非常薄，透过低熔点焊锡62填补空气缝隙而避免空气降低散热效果，能有效提高所述多个发光二极管3与所述散热座I的接触面积，进而提升散热效果，此外，在焊接前，金锡合金层的金属成分金可以利用本身惰性避免所述散热座I氧化，焊接时则利用金锡合金层的金属成分锡来降低熔点，避免高熔点焊锡61焊锡融熔。
[0049]更进一步说明的是，由于所述散热座I的散热高台12顶面高度不低于所述电路板2，在焊接时使用预定压力施压使所述多个发光二极管3与所述散热座I的界面合金层5厚度薄且均匀。
[0050]参阅图6，本实用新型具硅基座的发光二极管及发光二极管灯具的第二较佳实施例与第一较佳实施例大致相同，不同之处在于，所述P电极312、所述N电极313与所述散热接地部314的位置配置不同于第一较佳实施例，本第二较佳实施例中，所述P电极312与所述N电极313并列于一侧，而所述散热接地部314位于另一侧。
[0051]综上所述，本实用新型的功效在于:由于所述发光二极管灯具有绝佳的散热设计，而能将所述电源控制集成电路311直接设计于所述硅基座31内部，取代以往的电源控制器，提供了更加优化的发光二极管3，本实用新型在功率20.425W之下，就能够有1916.960Lm的光通量，大幅提升产品性能，也能因此而大幅缩减发光二极管灯具的体积，确实达成本新型之目的。
[0052]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种具硅基座的发光二极管，其特征在于，包含: 一硅基座，包括形成于内部的一电源控制集成电路、形成于底面的一 P电极、形成于底面的一 N电极，及形成于底面的一散热接地部，所述电源控制集成电路与所述P电极和所述N电极电连接；及 至少一发光二极管芯片，共晶贴合于所述硅基座顶面，所述发光二极管芯片与所述P电极和所述N电极电连接， 其中，所述硅基座定义一散热通道，是由所述发光二极管芯片经所述硅基座内部至所述散热接地部。
2.根据权利要求1所述的具硅基座的发光二极管，其特征在于，所述电源控制集成电路绕所述散热通道设置。
3.根据权利要求2所述的具硅基座的发光二极管，其特征在于，所述电源控制集成电路设置于该P电极和该N电极之上。
4.根据权利要求1所述的具硅基座的发光二极管，其特征在于，所述散热通道为垂直向下。
5.根据权利要求4所述的具硅基座的发光二极管，其特征在于，所述散热通道连接于所述散热接地部。
6.根据权利要求1所述的具硅基座的发光二极管，其特征在于，所述硅基座还包括一温度控制集成电路。
7.根据权利要求1所述的具硅基座的发光二极管，其特征在于，所述硅基座还包括一变色控制集成电路。
8.一种发光二极管灯具，其特征在于，包含: 一散热座，包括一平坦的基面，及多个自所述基面凸起的散热高台； 一电路板，包括一对应接触所述散热座的基面的散热底面，及多个对应所述散热高台开设的槽道，所述多个散热高台位于所述多个槽道中；及 至少一发光二极管，设置于所述电路板槽道上且位于所述散热座的散热高台顶面，每一发光二极管包括一娃基座及至少一发光二极管芯片，所述娃基座包括形成于内部的一电源控制集成电路、形成于底面的一 P电极、形成于底面的一 N电极，及形成于底面的一散热接地部，所述电源控制集成电路与所述P电极和所述N电极电连接，所述发光二极管芯片共晶贴合于所述硅基座顶面，所述发光二极管芯片与所述P电极和所述N电极电连接，其中，所述硅基座定义一散热通道，是由所述发光二极管芯片经所述硅基座内部至所述散热接地部。
9.根据权利要求8所述的发光二极管灯具，其特征在于，所述散热通道透过所述散热接地部连接所述散热高台。
10.根据权利要求9所述的发光二极管灯具，其特征在于，所述发光二极管灯具还包含一层位于所述发光二极管的硅基座的散热接地部与所述散热座的散热高台顶面间的一界面合金层O
11.根据权利要求10所述的发光二极管灯具，其特征在于，所述散热座的散热高台顶面加上所述界面合金层的高度高于所述电路板，所述界面合金层的厚度为小于0.03mm。
12.根据权利要求10所述的发光二极管灯具，其特征在于，所述硅基座的散热接地部与所述散热座的散热高台顶面皆形成有金锡合金层，并共同形成所述界面合金层。
13.根据权利要求10所述的发光二极管灯具，其特征在于，所述硅基座的散热接地部与所述散热座的散热高台顶面间利用焊锡填补空气缝隙。
14.根据权利要求8所述的发光二极管灯具，其特征在于，所述散热座与所述电路板使用高熔点焊锡焊固，所述发光二极管与所述散热座、所述发光二极管与电路板分别皆使用低熔点焊锡焊固。
15.一种灯具，其特征在于，包含至少一权利要求1所述的具硅基座的发光二极管。
【文档编号】F21S2/00GK204204908SQ201420664095
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月10日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】陈桂芳 申请人:贺喜能源股份有限公司