专利名称：固态发光装置封装的散热构件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管(LED)的散热构件，尤其是可在极高的驱动电流情况下操作的LED，因此在需要极高的亮度的应用中，将可稳定地发出所需的亮度。
然而，由于近来LED技术的进步，LED也已更亮及具有更多色彩，包含深蓝至超出可见光等。因此，可见光的LED的应用已远远超出前人预期的范围，如户外的彩色显示器、交通灯号、汽车灯号等。在这些应用中，是利用丛集的LED灯泡以获得足够的亮度。然而丛集的构造不仅需以极高劳力密集才得以组装，更产生其封装将极庞大，而引起相关的光学设计及其散热效果将难以两全其美的问题。
因此，目前具有一芯片或一数组的芯片嵌入在一密集的结构中而能发出高亮度光线的LED组件为相关产业的主要关键。
本发明的另一目的是提供一种发光装置的封装，依据此封装的构造，其可使所发出的光线聚集成一适用于特定应用的光束，同时将其中所产生的热量极其容易地消散。
依据本发明的一种实施方案，提供一种发光装置封装的散热构件，包含一金属基板，具有一上表面及一下表面，该上表面形成为一杯状部，及相对于上表面的下表面具有一金属焊料层形成于其上，其中杯状部具有一内表面及一外表面，而外表面具有一金属氧化物层形成于其上、金属氧化物层与杯状部的内表面均具有一电极层形成于其上、且电极层具有分开的两电极，一电极形成在杯状部的内表面之上，另一电极则形成在杯状部的外表面之上；一电性绝缘的冷却液，充填在杯状部之中，而被杯状部的内表面所局限；及一透明的盖部，密接于金属基板，将充填在杯状部之中的电性绝缘的冷却液密封于杯状部之中，而透明的盖部具有一内表面，其形成为面向着发光装置的一凸面。
较佳地，金属基板由一导热材料所构成。
较佳地，金属氧化物层由该导热材料的一氧化物所构成。
而且，发光装置封装的散热构件还包含一印刷电路板，其中印刷电路板至少由该导热材料所构成；印刷电路板的一表面上形成有至少一电极；及利用接合至少一电极至金属焊料层、及接合另一至少一电极至各杯状部的外表面的底部的另一电极，而使发光装置封装电连至印刷电路板。
较佳地，电极层由一反光的金属所构成。
较佳地，透明的盖部具有一外表面，而该外表面则形成为与其内表面的凸面相对的另一凸面。
依据本发明的另一种实施方案，提供一种发光装置封装的散热构件的制造方法，包含以下步骤一制备步骤，制备一金属基板，其中，金属基板将具有一上表面，其上并形成有多个的杯状部，并使该上表面经一表面抛光处理；一电镀步骤，在该金属基板的一下表面之上电镀一金属焊料层；一充墨步骤，充填一绝缘油墨至多个的杯状部之中，从而使绝缘油墨的一上缘与各杯状部的一上缘实质上切齐；一阳极氧化步骤，在除了各杯状部的内表面的外的金属基板的上表面之上形成一金属氧化物层，且各杯状部的内表面则由绝缘油墨保护而免于形成金属氧化物层；一除墨步骤，去除绝缘油墨；一电镀步骤，在金属氧化物层及各杯状部的内表面之上电镀一电极层；一电极分离步骤，去除各杯状部的上缘的内侧，也同时去除各杯状部的上缘的内侧之上局部的金属氧化物层及电极层，从而将电极层区分成位于各杯状部的内表面之上的一电极，及位于各杯状部的外表面之上的另一电极；一安装步骤，将发光装置的一电极安装至各杯状部的内表面的底侧的电极之上，并利用一打线接合法将发光装置的另一电极连接至各杯状部的外表面之上的另一电极；一填充步骤，将一电性绝缘的冷却液填充至多个的杯状部之中，从而使该冷却液的一上缘与各杯状部的一上缘实质上切齐；一涂布步骤，将一胶材涂布于各杯状部的外表面的底部的一周缘之上；一覆盖步骤，用一透明的盖部覆盖住各杯状部，并利用该胶材而使透明的盖部的前周缘与各杯状部的外表面的底部的周缘密接在一起；及一切割步骤，切割该金属基板，以形成该发光装置封装。
较佳地，在制备步骤之中，金属基板由一导热材料所构成。
较佳地，在阳极氧化步骤之中，金属氧化物层由该导热材料的一氧化物所构成。
而且，发光装置封装的散热构件的制造方法，还包含以下步骤一安装步骤，将发光装置封装安装至一印刷电路板之上，其中，该印刷电路板至少由该导热材料所构成；该印刷电路板的一表面上形成有至少一电极；及利用接合至少一电极至金属焊料层、及接合另一至少一电极至各杯状部的外表面的底部的另一电极，而使发光装置封装电连至印刷电路板。
较佳地，在电镀电极层于金属氧化物层及各杯状部的内表面之上的电镀步骤之中，该电极层由一反光的金属所构成。
较佳地，在覆盖步骤之中，透明的盖部的一内表面形成为一凸面，而透明的盖部的一外表面则形成为与该凸面相对的另一凸面。
图2A至图2L是依据本发明的第二实施例的发光装置封装的散热构件的制造方法的示意图。
图3是依据本发明的第一实施例的一个变化的构造图。
图4是依据本发明的第一实施例的另一个变化的构造图。
固态发光装置封装1包含金属基板10、至少一LED芯片20、电性绝缘的冷却液30、透明的盖部40、及印刷电路板(PCB)50。
较佳地由如铝、铜等具有极佳的热传导性的材料所构成的金属基板10在其一表面上形成有竖立的壁部16，因而金属基板10的该表面将形成为杯状部11。而且，在相对于杯状部11的金属基板10的另一表面之上则具有如铜、银、或金的金属焊料层12，用以连接至PCB50的电极51，且较佳地，PCB50是铝基的PCB。举例而言，可使用表面黏着技术(SMT)而将金属焊料层12电性连接至电极51。而且，其作为绝缘层的功能且较佳地为氧化铝层(氧化铝)的金属氧化物层14首先形成在杯状部11的外表面之上，但不形成在杯状部11的内表面之上。接着，较佳地为如银、金、或铝等反光的金属的电极层15形成在氧化铝层14及杯状部11的内表面两者之上，从而能将其覆盖。
详细地说，电极层15形成在氧化铝层14及杯状部11的整个内表面之上。于此情况下，用适当的处理，将杯状部11的上缘的内侧去除，并同时去除杯状部的该上缘的内侧的上局部的氧化铝层14及局部的电极层15，从而能将电极层15区分成两部分，其一称为电极15b，位于杯状部的内表面之上并实质上连接至金属基板10，另一称为电极15a，位于杯状部的外表面的绝缘功能的氧化铝层14之上，而作为金属基板10的个别的外部电极之用。较佳地，为了形成电极15a及电极15b而采取的适当的处理，如机械式研磨方法。
金属基板10在具备上述的构造的情况下，至少一LED芯片20安装在电极15b的一区域之上，而该区域则位于杯状部11的内表面的底侧，从而能使该至少一LED芯片20的一侧与电极15b呈电性连接。又，该至少一LED芯片20的另一侧则电性连接至电极15a的至少一区域之上，而电极15a的至少一区域位于杯状部11的外表面的上缘。在此情况下，局限在杯状部11之中的电性绝缘的冷却液30，较佳地，如纯水、液态硅氧树脂等电性绝缘的流体充填至杯状部11的预定的高度，接着，其内表面与杯状部11的外表面呈紧密配合状态的透明的盖部40利用胶材而使透明的盖部40的前周缘与相对的金属基板10的局部密接在一起，从而能使盖部40固设在杯状部11之上。为了避免由于不足的充填而引起的残余气泡31残留在杯状部11之内，而导致LED芯片20所发出的光线穿过残余气泡31而造成不利的散射现象，所以将与电性绝缘的冷却液30接触的透明的盖部40的内表面系设计成一凸面，较佳地，设计成乳头状表面，从而能利用浮力效应而使残余气泡31不会残留在LED芯片20所发出的光线通过的路径上。
在电极15a与PCB50的电极52呈适当的电性连接之后，依据本发明的第一实施例所提供的具有散热构件的固态发光装置封装1可安装至外部基板60之上，其固有地具备当作极大的外部散热器的功能。因此，依据本发明的散热构件，由发光的至少一LED芯片20所产生的焦耳热可迅速地经由散热的电性绝缘冷却液30而扩散至竖立的杯状部11，并沿着杯状部11而向下扩散至金属基板10，而金属基板10则经由PCB50而与用以散热的外部基板60接合，从而可避免发光的LED芯片20的温度升高。
而且，可选择其个别的折射率非常接近的电性绝缘的冷却液30与透明的盖部40，从而能使两构成材料所引起的折射效应降至最小。此外，透明的盖部40的外表面可选择性地成形为光学的外形，从而能使至少一LED所发出的光线聚集而形成特定用途的光束。
以下参照图2A至图2L，来说明依据本发明的第二实施例的固态发光装置封装1的散热构件的制造方法。
首先，如图2A所示，制备一金属基板10，其中，金属基板10的一表面上将形成有多个的杯状部11，并对该表面施以一表面抛光处理。
接着，如图2B所示，将一金属焊料层12电镀在该金属基板的另一表面之上，较佳地，金属焊料层12为铜、银、或金所构成。
接着，如图2C所示，将一绝缘油墨13充填至该多个的杯状部11之中，来使绝缘油墨13的上缘与各杯状部11的上缘实质上切齐。
接着，如图2D所示，进行阳极氧化处理，用以在除了各杯状部11的内表面之外的金属基板10的表面之上形成一金属氧化物层14，且各杯状部11的内表面则由绝缘油墨13保护而免于形成金属氧化物层14。较佳地，金属氧化物层14为氧化铝层(氧化铝)。
接着，如图2E所示，去除该绝缘油墨13。
接着，如图2F所示，电镀一电极层15于金属氧化物层14及各杯状部11的内表面的上，较佳地，电极层15是如银、金、或铝等反光的金属所构成。
接着，如图2G所示，用旋转的钻头17去除各杯状部11的上缘的内侧，也同时去除各杯状部11的上缘的内侧之上局部的金属氧化物层14及电极层15，从而能将电极层15区分成位于各杯状部11的内表面之上的一电极15b，及位于各杯状部的外表面之上的另一电极15a。
接着，如图2H所示，安装至少一LED芯片20的一电极至各杯状部11的内表面的底侧的电极15b之上，并用一打线接合法而将至少一LED芯片20的另一电极连接至各杯状部的外表面之上的另一电极15a。
接着，如图2I所示，填充一电性绝缘的冷却液30至多个的杯状部11之中，从而使冷却液30的一上缘与各杯状部11的一上缘实质上切齐。较佳地，冷却液30是纯水、液态硅氧树脂等电性绝缘的流体。
接着，如图2J所示，将一胶材41涂布在各杯状部11的外表面的底部的一周缘之上，较佳地，胶材41为受紫外光硬化的胶材。
接着，如图2K所示，使用一透明的盖部40覆盖盖住各杯状部11，并用胶材41而使透明的盖部40的前周缘与各杯状部11的外表面的底部的周缘密接在一起，其中，透明的盖部40的内表面与杯状部11的外表面呈紧密配合状态。
最后，如图2L所示，切割该金属基板10，以形成该发光装置封装1。
以上所述，仅为了用于方便说明本发明的较佳实施例，而并非将本发明狭义地限制于该较佳实施例，举例而言，如一数组的固态发光装置封装1(图3)，其中充填任意的电性绝缘的冷却液30。
再者，以上所述，仅为了用于方便说明本发明的较佳实施例，而并非将本发明狭义地限制于该较佳实施例，举例而言，如激光二极管(LD)封装1’(图4)，其中充填任意的电性绝缘的冷却液30。而当本发明的散热构件应用于LD的封装1’时，其散热效果将更加显著，由于不论低功率或高功率的LD而言，相较于LED，其均为易受温升影响的装置。而本发明的散热构件将使操作的激光二极管冷却，进而提高光学的放大率性能、可靠度、及更重要的，即提高在某些情况下的波长稳定性。
还有，以上所述，仅为了用于方便说明本发明的较佳实施例，而并非将本发明狭义地限制于该较佳实施例，举例而言，如有机发光二极管(OLED)封装，其中充填任意的电性绝缘的冷却液30。
以上所述，仅为了用于方便说明本发明的较佳实施例，而并非将本发明狭义地限制于该较佳实施例。凡依照本发明所做的任何变更，均属本发明专利保护的范围。
权利要求
1.一种发光装置封装的散热构件，其特征在于包含一金属基板，具有一上表面及一下表面，上表面形成一杯状部，相对于上表面的下表面上形成有一金属焊料层，其中杯状部具有一内表面及一外表面，而外表面上形成有一金属氧化物层、金属氧化物层与杯状部的内表面均形成有一电极层、且电极层具有分开的两电极，一电极形成在杯状部的内表面之上，另一电极形成在杯状部的外表面之上；一电性绝缘的冷却液，充填在杯状部之中，而被杯状部的内表面所局限；及一透明的盖部，密接于金属基板，该透明的盖部具有一内表面，其形成为面向着发光装置的一凸面。
2.如权利要求1所述的发光装置封装的散热构件，其特征在于金属基板由一导热材料所构成。
3.如权利要求2所述的发光装置封装的散热构件，其特征在于金属氧化物层由该导热材料的一氧化物所构成。
4.如权利要求2所述的发光装置封装的散热构件，其特征在于还包含一印刷电路板，其中印刷电路板至少由导热材料所构成；印刷电路板的一表面上形成有至少一电极；及由接合该至少一电极至该金属焊料层、及由接合另一至少一电极至各杯状部的外表面的底部的另一电极，发光装置封装电连至印刷电路板。
5.如权利要求1所述的发光装置封装的散热构件，其特征在于电极层由一反光的金属所构成。
6.如权利要求1所述的发光装置封装的散热构件，其特征在于透明的盖部具有一外表面，该外表面形成为与其内表面的凸面相对的另一凸面。
7.一种发光装置封装的散热构件的制造方法，其特征在于包含以下步骤一制备步骤，制备一金属基板，其中，该金属基板将具有一上表面，其上还形成有多个杯状部，并使该上表面经一表面抛光处理；一电镀步骤，将一金属焊料层电镀在该金属基板的一下表面之上；一充墨步骤，将一绝缘油墨充填至多个杯状部之中，使该绝缘油墨的一上缘与各杯状部的一上缘实质上切齐；一阳极氧化步骤，在除了各杯状部的内表面之外的金属基板的上表面之上形成一金属氧化物层，且各杯状部的内表面则由该绝缘油墨保护而免于形成金属氧化物层；一除墨步骤，去除该绝缘油墨；一电镀步骤，将一电极层电镀在该金属氧化物层及各杯状部的内表面之上；一电极分离步骤，去除各杯状部的上缘的内侧，也同时去除各杯状部的上缘的内侧之上局部的金属氧化物层及电极层，将电极层区分成位于各杯状部的内表面之上的一电极，及位于各杯状部的外表面之上的另一电极；一安装步骤，将发光装置的一电极安装至各杯状部的内表面的底侧的电极之上，并用一打线接合法将该发光装置的另一电极连接至各杯状部的外表面之上的另一电极；一填充步骤，将一电性绝缘的冷却液填充至多个的杯状部之中，使该冷却液的一上缘与各杯状部的一上缘实质上切齐；一涂布步骤，将一胶材涂布在各杯状部的外表面的底部的一周缘之上；一覆盖步骤，用一透明的盖部覆盖住各杯状部，并用该胶材而使该透明的盖部的前周缘与各杯状部的外表面的底部的周缘密接在一起；及一切割步骤，切割该金属基板，形成该发光装置封装。
8.如权利要求7所述的发光装置封装的散热构件的制造方法，其特征在于在制备步骤之中，金属基板由一导热材料所构成。
9.如权利要求8所述的发光装置封装的散热构件的制造方法，其特征在于在阳极氧化步骤之中，金属氧化物层由该导热材料的一氧化物所构成。
10.如权利要求8所述的发光装置封装的散热构件的制造方法，其特征在于还包含以下步骤一安装步骤，将发光装置封装安装至一印刷电路板之上，其中，印刷电路板至少由导热材料所构成；印刷电路板的一表面上形成有至少一电极；及用接合该至少一电极至金属焊料层、及接合另一至少一电极至各杯状部的外表面的底部的另一电极，而使发光装置封装电连至印刷电路板。
11.如权利要求7所述的发光装置封装的散热构件的制造方法，其特征在于在电镀电极层于金属氧化物层及各杯状部的内表面之上的电镀步骤之中，电极层由一反光的金属所构成。
12.如权利要求7所述的发光装置封装的散热构件的制造方法，其特征在于在覆盖步骤之中，透明的盖部的一内表面形成为一凸面，而该透明的盖部的一外表面则形成为与该凸面相对的另一凸面。
全文摘要
具有散热构造的发光二极管(LED)及其制造方法，其特征为散热的一电性绝缘冷却液充填在安装有至少一LED芯片在其上的金属基板所在的一密闭容室之内。散热构造形成为竖立在该金属基板之上的一金属壁部，用以在适当的位置上支撑该密闭容室之上的一透明的盖部。而且，该竖立的壁部近接地围绕至少一LED芯片，从而能使其中所产生的焦耳热迅速地经由散热的电性绝缘冷却液扩散至竖立的壁部，并接着沿着壁部而向下扩散至金属基板，而金属基板则经由一印刷电路板而接合至一用以散热的极大的外部散热器，以避免LED产生过热现象。本发明还可避免气泡对LED所发出的光线产生不利的散射效应。
文档编号H05K7/20GK1444271SQ02107140
公开日2003年9月24日 申请日期2002年3月11日 优先权日2002年3月11日
发明者谢正雄, 颜志远, 洪建成, 彭美雪 申请人:光磊科技股份有限公司