专利名称：具有水平热扩散件的发光二极管座体结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管座体结构，特别是涉及一种用以承载一发 光二极管，可提高发光二极管导热效率座体结构的具有水平热扩散件的发 光二极管座体结构，
背景技术：
请参阅图1所示，是现有技术的发光二极管座体结构10的剖视图。为 了使发光二极管14的应用层面更为广泛，进而可应用于日常生活中，所以 提高发光二极管14的发光效率为现今业界努力的主要目标。因为目前发光 二极管14的输入功率大部分皆转换成热能，而未能有效的转换成光能，所 以若能改善发光二极管座体结构10的导热散热速度，使发光二极管14输 入功率转换成光能的比例提高，将可提升发光二极管14的发光效率。
美国专利公告第7, 098， 483号，揭露了一种可操作于高温下的发光二 极管座体结构10，其包括一金属基板13、 一低温共烧多层陶资基板11以 及一发光二极管14。 一热连接板及一对电极，分别设置于金属基板13的下 方。在金属基板13上，设有低温共烧多层陶瓷基板11。发光二极管14的 晶片可固晶于低温共烧多层陶瓷基板11或金属基板13上。发光二极管14 的热能可藉由金属基板13耦合至热连接板，再加上发光二极管座体结构10 内设置有纵向的导热体12,其可将发光二极管14的热快速的传导至金属基 板13下方的热连接板，使热可加速传导出，而令发光二极管14可操作于 高温下。
在如图l所示的结构中，在低温共烧多层陶资基板ll中设置有纵向复 数条导热体12，藉以提供纵向的导热途径，但是因为纵向的导热体12将热 传导至金属基板13之后，会造成热容易集中于金属基板13的单点，使得 热在金属基板13上分布不均，因为热源过度集中，从而严重影响了发光二极 管座体结构10的导热、散热速度。
上述的现有技术，因为发光二极管座体结构10的座体内只有纵向导热 体12的设置，使得热源在水平方向的传导不佳，因此也无法提升散热的速 度。由于发光二极管14的瓦数不断提升，以致于发光二极管14产生的热 能不断增加，尔后发光二极管座体结构10皆要求必须能够承载更高瓦数的 发光二极管14，所以若使用现有习知的发光二极管座体结构10势必将无法 承载更高瓦数的发光二极管14。由此可见，上述现有的发光二极管座体结构在结构与使用上，显然仍 存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题,相 关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被 发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关 业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的具有水平热扩散件的发光 二极管座体结构，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进 的目标。
有鉴于上述现有的发光二极管座体结构存在的缺陷，本发明人基于从 事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及其专业知识，并配合学理的运 用，积极加以研究创新，以期创设一种新的具有水平热扩散件的发光二极管 座体结构，能改进一般现有的发光二极管座体结构，使其更具有实用性。经 过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用 价值的本发明。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的发光二极管座体结构存在的缺陷，而提 供一种新的具有水平热扩散件的发光二极管座体结构，所要解决的技术问
导系数，、x、 yfz为直角、i标系的三个轴向)的特性，而可以增加热的水平 传导能力，进而能够提高发光二极管的导热、散热速度，非常适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是釆用以下的技术方案来实现的。依 据本发明提出的 一种具有水平热扩散件的发光二极管座体结构，用以承载 一发光二极管，其包括 一座体，其为一共烧多层陶瓷的基材，该座体具有 一第一表面及一第二表面，该第一表面及该第二表面上分别有一第一导热 层及一第二导热层，该座体内设有纵向及横向相互交错连接的复数条导热 体，且该些导热体分别与该第一导热层及一第二导热层导热结合；以及一水 平热扩散件，其具有一第一接触面及一第二接触面，该第一接触面是与该第 二表面导热结合，又该水平热扩散件的热膨胀系数是介于2 ~ 15ppm/。C。 本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 前述的具有水平热扩散件的发光二极管座体结构，其中所述的座体是 为一板体结构。
前述的具有水平热扩散件的发光二极管座体结构，其中所述的座体是 为一凹型结构。
前述的具有水平热扩散件的发光二极管座体结构，其中所述的座体是 为一低温共烧多层陶瓷。
前述的具有水平热扩散件的发光二极管座体结构，其中所述的座体是为一高温共烧多层陶瓷。
前述的具有水平热扩散件的发光二极管座体结构，其中所述的水平热 扩散件是为 一金属/氮化铝/金属或一金属/碳化硅/金属的三明治结构。
前述的具有水平热扩散件的发光二极管座体结构，其中所述的水平热 扩散件是为 一铜/钼/铜或一钨/铜的复合材料所制成。
前述的具有水平热扩散件的发光二极管座体结构，其中所述的第一接 触面与该第二表面是藉由 一锡/锑的焊接材为结合材料，且其中锑占重量百
分比为0. 5%至30%。
前述的具有水平热扩散件的发光二极管座体结构，其中所述的第一接 触面与该第二表面是藉由 一锡/铅的焊接材为结合材料，且其中铅占重量百 分比为0. 5%至30%。
前述的具有水平热扩散件的发光二极管座体结构，其中所述的第 一接 触面与该第二表面是藉由一锡/铋的焊接材为结合材料，且其中铋占重量百 分比为0. 5%至30%。
前述的具有水平热扩散件的发光二极管座体结构，其中所述的第一接 触面与该第二表面是藉由 一锡/银/铜的焊接材为结合材料。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达 到上述目的，本发明提供一种具有水平热扩散件的发光二极管座体结构，其 包括 一座体，其为一共烧多层陶资的基材，其具有一第一表面及一第二 表面，第一表面及第二表面上分别有一第一导热层及一第二导热层。座体 内设有纵向及横向相互交错连接的复数条导热体，且导热体分别与第 一导 热层及一第二导热层导热结合；以及一水平热扩散件，其具有一第一接触 面及一第二接触面，第一接触面是与第二表面导热结合，又水平热扩散件 的热膨胀系数是介于2 ~ 15ppm/°C。
本发明的座体，其结构可为一板体结构或一凹型结构。又座体的共烧 多层陶瓷基材，可以为一低温共烧多层陶瓷(Low-Temperature Cofired Ceramics, LTCC)或 一 高温共烧多层陶瓷(High-Temperature Cofired Ceramics, HTCC)。
本发明水平热扩散件的结构可为 一 金属/氮化铝/金属 (Metal-AIN-Metal)或一金属/碳化硅/金属(Metal -SiC- Metal)的三明治 结构。水平热扩散件的材质可以为一铜/钼/铜(Cu-Mo-Cu)或一钨/铜(W/Cu) 的复合材料。
本发明中座体的第二表面与水平热扩散件的第 一接触面的结合方式可 以为焊接方式，且所使用的焊接材料可以为一锡/锑(Sn/Sb)、 一锡/铅 (Sn/Pb)或一锡/铋(Sn/Bi)的焊接材作为结合材料，且其中锑、铅、铋分别 占总重量的比例为0. 5%至30%,或可以使用锡/银/铜(Sn/Ag/Cu)的焊接材为结合材料。
借由上述技术方案，本发明具有水平热扩散件的发光二极管座体结构
至少具有下列优点及有益效果
1、 本发明在座体内设置纵向及横向的导热体，可以增加发光二极管座 体水平导热的途径，而可提高座体导热的效果。
2、 本发明的座体底面与水平热扩散件结合，利用水平热扩散件可以将 热快速横向传导的特性，使发光二极管的热能够在水平方向上均勻分布。
3、 本发明可以提高发光二极管座体的散热速度，使得座体可承载高瓦 数的发光二极管，而能够提高发光二极管的发光效率。
综上所述，本发明具有水平热扩散件的发光二极管座体结构，藉由座 体内纵向及橫向导热体的设置，可使得发光二极管产生的热能加速传导至 水平热扩散件，又利用水平热扩散件将热导出发光二极管座体。座体与水 平热扩散件结合的发光二极管座体结构，可使座体结构具有更佳的导热效 能。因此，本发明藉由座体内的横向导热体及水平热扩散件具有kx， ky〉kz (k 为热传导系数，x、 y、 z为直角座标系的三个轴向)的特性，而可增加热的 水平传导能力，进而能提高发光二极管的导热、散热速度。本发明具有上 述诸多优点及实用价值，其不论在产品结构或功能上皆有较大改进，在技术 上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的发光二极管座 体结构具有增进的突出功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用 的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的 技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和 其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附 图，详细说明如下。
图l是现有习知的技术发光二极管座体结构的剖视图。 图2是本发明的一种具有水平热扩散件的发光二极管座体结构实施例 的立体示意图。
图3A是本发明的一种发光二极管座体结构的座体实施例的仰视图。 图3B是本发明的 一种发光二极管座体结构的水平扩散件实施例的俯视图。
图4是本发明的一种具有水平热扩散件的发光二极管座体结构实施例 的立体图。
图5A是图4中沿A-A剖线的实施例剖视图。
图5B是本发明的一种发光二极管座体结构态样一实施例的剖视图。
6图5C是本发明的一种发光二极管座体结构态样二实施例的剖视图。
10:现有习知的发光二极管座体结构11:低温共烧多层陶资基板
12:现有习知的纵向复数条导热体13:金属基板
14:发光二极管15:散热装置
20:本发明的发光二极管座体结构21:座体
211:第一表面212:第二表面
213:第一导热层214:第二导热层
215:本发明纵向及横向的导热体216:第一金属层
22:水平热扩散件221:第一接触面
222:第二接触面223:
具体实施例方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功 效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的具有水平热扩散件的 发光二极管座体结构其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式 的较佳实施例的详细说明中将可清楚的呈现。
请参阅图2至图5C所示，图2是本发明的一种具有水平热扩散件的发 光二极管座体结构20实施例的立体示意图。图3A是本发明的一种发光二 极管座体结构20的座体实施例的仰视图。图3B是本发明的一种发光二极 管座体结构20的水平扩散件实施例的俯视图。图4是本发明的一种具有水 平热扩散件的发光二极管座体结构20实施例的立体图。图5A是图4中沿 A-A剖线的实施例剖视图。图5B是本发明的一种发光二极管座体结构20态 样一实施例的剖视图。图5C是本发明的一种发光二极管座体结构20另态 样二实施例的剖视图。
请参阅图2、图4所示，本发明较佳实施例的一种具有水平热扩散件的 发光二极管座体结构20，其包括 一座体21以及一水平热扩散件22。
上述的座体21，请结合参阅图5A、图5B、图5C所示，其具有一第一表 面211及一第二表面212，该第一表面211及第二表面212上分别设有一第 一导热层213及一第二导热层214,座体21内设有纵向及横向相互交错连 接的复数条导热体215，可增加纵向及横向导热的途径，且导热体215分别 与第一导热层213及第二导热层214导热结合。
请参阅图2所示，上述的座体21为一板体结构。本实施例使用的基材 是为共烧多层陶瓷，在共烧多层陶瓷内层可设置多层电路配线设计，使其 具有高密度的电路设计，藉以便于与发光二极管14做电性连接。因为共烧多层陶瓷基材的热传导性高，且其热膨胀系数为7ppm/。C,而发光二极管 14晶片材质硅的热膨胀系数约为6ppm/。C，两者的热膨胀系数相接近，因此 可以避免产生热应力的机会，进而能够避免发光二极管14与座体21之间 产生裂缝而降低导热效果。本实施例使用的共烧多层陶瓷，其可为低温共 烧多层陶瓷或高温共烧多层陶瓷。
该第一导热层213及第二导热层214,其使用的材质是与导热体215相 同，制作时可以印刷的方式将第一导热层213及第二导热层214分别设置于 第一表面211及第二表面212上。
该导热体215设置的方式，是为在共烧多层陶瓷基板制程时，在每一层 陶瓷基板上以钻孔方式钻孔，然后再将纵向的导热体215设置于其中。完 成纵向导热体215设置后，再在每一层陶资基板上以印刷的方式将横向的 导热体215设置于共烧多层陶资基板上，完成纵向及横向导热体215的设 置及导热结合。
第一导热层213将发光二极管14所产生的热传导至导热体215，再由 在共烧多层陶资基板内的纵向及横向导热体215，以相互交错连接的导热途 径，将热再次传递至第二导热层214。
上述的水平热扩散件22，具有一第一接触面221以及一第二接触面 222。水平热扩散件22,具有kx，ky〉kz(k为热传导系数，x、 y、 z为直角座 标系的三个轴向)的特性，因此可以利用其水平高热传导特性，使得热可以 均匀的分布于水平热扩散件22上，避免热集中于单点上，并可增加其散热 面积，而可以增加发光二极管座体结构20的导热速度。水平热扩散件22 的膨胀系数是介于2 ~ 15ppm/。C，因此水平热扩散件22能与座体21具有良 好的匹配性。又上述的水平热扩散件22可以由一铜/钼/铜或一鴒/铜的复 合材料制成。
以铜/钼/铜的复合材质作为导热基材的材质为例，其纵向的热传导系 数为170k(W/m-°C)，而横向的热传导系数为210k(W/m-°C)，横向的热传导 系数大于纵向的热传导系数，使得横向热传导速度大于纵向热传导速度，所 以热可在横向上快速地均匀分布，同时纵向的热传递，可将热能传导至水 平热扩散件22的第二表面212，再藉由第二表面212与其他散热装置15例 如散热鳍片……等相结合，而可增加发光二极管座体结构20的散热效果。
上述的水平热扩散件22的结构，亦可以为一金属/氮化铝/金属或一金 属/碳化硅/金属的三明治结构。以金属/氮化铝/金属的三明治结构为例，氮 化铝的垂直导热速率与水平导热速率的比率为1:0.8，水平的导热速率较 慢，因此在氮化铝上、下分别加上金属，作成一种三明治结构，可利用金属 的高导热性，而可以提高水平扩散件22的水平导热速率。
请参阅图3A及图3B所示，上述的座体21与水平热扩散件22，是以第二表面212与第一接触面221导热结合，其结合位置是可在第二表面212 上镀上一第一金属层216，并在第一接触面221上相对于第一金属层216的 位置镀上一第二金属层223。将第一金属层216与第二金属层223以焊接技 术作为结合的方法，其结合的材料可使用锡/锑、锡/铅、锡/铋或锡/银/铜 的焊接材，且其中锑、铅、铋分别占其重量百分比为0. 5°/。至30%。
请参阅图5A所示，座体结构20为一凹型结构，其用以承载发光二极 管14,且座体21内纵向及横向的导热体215是以数量约略相等的方式均匀 的分布，并与第二导热层214导热结合，使得发光二极管14所发出的热可 藉由多个纵向及横向的导热体215传导。本实施例亦可同时将多个具有水 平热扩散件的发光二极管座体结构20与一散热装置15如散热鳍片......等结合。
请参阅图5B所示，座体21内纵向导热体215的数量，由座体21的第 一表面211向第二表面212的方向递增，因为导热体215的纵向数量与第 二表面212接触点较多，所以可以同时将热能均匀传导至水平热扩散件22 上，用以增加水平热扩散件22导热的面积，并加速发光二极管座体结构20 导热的速度。
请参阅图5C所示，座体21内纵向导热体215的数量，由座体21的第 一表面211向第二表面212的方向递减，此态样可以将发光二极管14所产 生的热能，先经由复数个纵向导热体215，使热快速传导远离发光二极管 14,并经由下层的导热体215将热传导至水平热扩散件22,再借由水平热扩 散件22与散热装置15的结合，而将热能散至环境中。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式 上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发 明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利 用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但 凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例 所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围 内。
9
权利要求
1、 一种具有水平热扩散件的发光二极管座体结构，用以承载一发光二极管，其特征在于其包括一座体，其为一共烧多层陶瓷的基材，该座体具有一第一表面及一第二 表面，该第一表面及该第二表面上分别有一第一导热层及一第二导热层，该 座体内设有纵向及横向相互交错连接的复数条导热体，且该些导热体分别 与该第一导热层及一第二导热层导热结合；以及一水平热扩散件，其具有一第一接触面及一第二接触面，该第一接触 面是与该第二表面导热结合，又，该水平热扩散件的热膨胀系数是为介于2~ 15ppm/°C。
2、 根据权利要求1 所述的具有水平热扩散件的发光二极管座体结 构，其特征在于其中所述的座体是为一板体结构。
3、 根据权利要求1 所述的具有水平热扩散件的发光二极管座体结构，其特征在于其中所述的座体是为 一 凹型结构。
4、 根据权利要求1 所述的具有水平热扩散件的发光二极管座体结 构，其特征在于其中所述的座体是为 一低温共烧多层陶瓷。
5、 根据权利要求1 所述的具有水平热扩散件的发光二极管座体结构，其特征在于其中所述的座体是为一高温共烧多层陶瓷。
6、 根据权利要求1 所述的具有水平热扩散件的发光二极管座体结 构，其特征在于其中所述的水平热扩散件是为一金属/氮化铝/金属或一金 属/碳化硅/金属的三明治结构。
7、 根据权利要求1 所述的具有水平热扩散件的发光二极管座体结 构，其特征在于其中所述的水平热扩散件是为 一铜/钼/铜或一钨/铜的复合材料所制成。
8、 根据权利要求1 所述的具有水平热扩散件的发光二极管座体结 构，其特征在于其中所述的第 一接触面与该第二表面是藉由 一锡/锑的焊接 材为结合材料，且其中锑占重量百分比为0. 5°/ 至30%。
9、 根据权利要求1 所述的具有水平热扩散件的发光二极管座体结 构，其特征在于其中所述的第 一接触面与该第二表面是藉由 一锡/铅的焊接 材为结合材料，且其中铅占重量百分比为0. 5%至30°/。。
10、 根据权利要求1 所述的具有水平热扩散件的发光二极管座体结 构，其特征在于其中所述的第 一接触面与该第二表面是藉由 一锡/铋的焊接 材为结合材料，且其中铋占重量百分比为0. 5%至30°/。。
11、 根据权利要求1 所述的具有水平热扩散件的发光二极管座体结 构，其特征在于其中所述的第 一接触面与该第二表面是藉由一锡/银/铜的 焊接材为结合材料。
全文摘要
本发明是有关于一种具有水平热扩散件的发光二极管座体结构，其包括座体及水平热扩散件。座体为一共烧多层陶瓷的基材，其具有第一表面及第二表面，第一表面及第二表面上分别有第一导热层及第二导热层。座体内部设有纵向及横向相互交错连接的导热体，且导热体分别与第一导热层及第二导热层导热结合。水平热扩散件具有一第一接触面及一第二接触面，其中第一接触面是与第二表面导热结合。藉由座体内纵向及横向导热体的设置，可使得发光二极管产生的热能加速传导至水平热扩散件，又利用水平热扩散件将热导出发光二极管座体。座体与水平热扩散件结合的发光二极管座体结构，可使座体结构具有更佳的导热效能。
文档编号H01L23/367GK101312226SQ20071010614
公开日2008年11月26日 申请日期2007年5月24日 优先权日2007年5月24日
发明者杨富宝, 陈明鸿 申请人:钜亨电子材料元件有限公司