专利名称：低热阻抗的固态光源封装结构及其制造方法
技术领域：
本发明是有关于一种固态光源封装结构及其制造方法，特别是指一种低热阻抗的
固态光源封装结构及其制造方法。
背景技术：
图1A为现有技术固态光源芯片直接封装(COB， chip onbroad)技术的结构示意 图；如图所示，系将一固态光源芯片18，以银胶、绝缘胶或共晶形式16结合于金属基板12 上方，且基板12为金属散热基板(MCPCB)，其上方设置有一绝缘材料14。然而，固态光源芯 片18直接设置于绝缘材料14上方，绝缘材料14为导热不易的介电材料，因此导致扩散热 阻抗高，固态光源芯片18产生的热不易传导，大量热累积在芯片端，而影响固态光源芯片 18的发光效率与其使用寿命。 参阅图1B，其系为固态光源的另一封装结构示意图；如图所示，一固态光源芯片 28设置于氮化铝26上方，氮化铝26 (A1N)设置于一基板22上方，基板22为金属基板，基板 22与氮化铝26之间以一散热膏24作接触。此类封装结构不包含高热阻值的绝缘材料，但 由于散热膏24的导热系数不高，且须对A1N加压才能降低接面热阻，因此使用散热膏24与 下方的基板22结合的方式，无法有效降低整体封装结构的热阻值。 倘若能降低固态光源芯片直接封装结构的热阻值，则于固态光源芯片使用时，可 改善芯片的发光效率与使用寿命。
发明内容
本发明的目的之一，在于提供一种低热阻抗的固态光源封装结构及其制造方法，
其通过由一连接层结合一散热基板与一高导热电路基板，可使低热阻抗的固态光源封装结
构的热阻值较一般封装结构低，如此可改善芯片的发光效率与使用寿命。 本发明的目的之二，是通过由连接层缓冲散热基板与高导热电路基板因热产生的
热应力，如此可增加低热阻抗的固态光源封装结构的可靠度。 为了达到上述的目的，本发明是提供一种低热阻抗的固态光源封装结构，其包 含 —散热基板； —连接层，设于该散热基板上方； —高导热电路基板，设于该连接层上方；以及 —固态光源，设于该高导热电路基板上方； 其中，该散热基板与该连接层之间设有一第一附着层，该第一附着层包含一第一 金属层与一第二金属层，该连接层与该高导热电路基板之间设有一第二附着层，该第二附 着层包含一第三金属层与一第四金属层。 本发明中，其中该第一金属层设于该散热基板上方，该第二金属层设于该第一金 属层上方，该连接层设于该第二金属层上方，该第三金属层设于该高导热电路基板下方，第四金属层设于该第三金属层下方，该连接层设于该第四金属层下方。 本发明中，其中该第一金属层的材料包含钛。 本发明中，其中该第二金属层的材料包含银或金。 本发明中，其中该第三金属层的材料包含钛。 本发明中，其中该第四金属层的材料包含银或金。 本发明中，其中该散热基板的材料包含金属。 本发明中，其中上述该金属包含铝、铜。
本发明中，其中该连接层的材料包含金属、合金或金属复合材料，该金属包含铟。 本发明中，其中该连接层的材料的该合金包含锡银铜合金、铟合金。 本发明中，其中该高导热电路基板的材料包含陶瓷、硅。 本发明中，其中上述该陶瓷包含氮化铝、氧化铝。
本发明中，其中该散热基板上方设有一凹槽，该连接层设于该凹槽，该凹槽与该连 接层的间设有一第一附着层。
本发明中，其中该凹槽之外的散热基板上方设有一绝缘层与一电路层。 本发明中，其中该第一附着层包含 一第一金属层，设于该凹槽上方；以及
一第二金属层，设于该第一金属层上方，该连接层设于该第二金属层上方。 本发明中，其中该第一金属层的材料包含钛。 本发明中，其中该第二金属层的材料包含银或金。
本发明还同时公开了一种低热阻抗的固态光源封装结构的制造方法，包含下列步 骤 提供一散热基板； 设置一第一附着层于该散热基板上方；
设置一第二附着层于一高导热电路基板下方；
设置一固态光源于该高导热电路基板；
设置一连接层于该散热基板上方； 其中，连接层为高散热、低热膨胀系数的金属或金属复合材料。 设置该高导热电路基板于该连接层；以及热压合该散热基板与该高导热电路基 板。
本发明中，其设置一第一附着层于该散热基板上方的步骤更包含
设置一第一金属层于该散热基板上方；以及
设置一第二金属层于该第一金属层上方。
本发明中，其设置第二附着层于该高导热电路基板下方的步骤更包含
设置一第三金属层于该高导热电路基板下方；以及
设置一第四金属层于该第三金属层下方。
本发明具有以下有益效果 本发明的低热阻抗的固态光源封装结构，包含一散热基板，一连接层设于散热基 板上方；一高导热电路基板设于连接层上方；一固态光源设于高导热电路基板上方。通过 由连接层但使低热阻抗的固态光源封装结构的热阻值降低，并可缓冲散热基板与高导热电
5路基板因热产生的应力，避免散热基板与高导热电路基板因受热产生相互脱离的问题。
图1A为现有技术直接封装芯片的固态光源的结构示意图IB为另一现有技术直接封装芯片的固态光源的结构示意图
图2A为本发明较佳实施例的立体图2B为本发明较佳实施例的分解图3A本发明另一-较佳实施例的立体图；图3B本发明另一-较佳实施例的分解图；图4为本发明较佳实施例的流程图；以及
图5为本发明另-一较佳实施例的流程图。图号简单说明12基板14绝缘材料16银胶18固态光源芯片22基板24散热膏26氮化铝28固态光源芯片30散热基板302绝缘层303电路层32凹槽40第一附着层401第一金属层402第二金属层50连接层60第二附着层601第三金属层602第四金属层70高导热电路基板80固态光源
具体实施例方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的 实施例及附图配合详细的说明，说明如下 请参阅图2A与图2B，其为本发明较佳实施例的立体图与分解图，其为本发明较佳 实施例的结构示意图，如图所示，本发明的低热阻抗的固态光源封装结构包含一散热基板 30、一连接层50、一高导热电路基板70与一固态光源80(Solid State Lighting, SSL)，连 接层50设于散热基板30上方；高导热电路基板70设于连接层50上方，高导热电路基板70 上可做布线及串并联设计的电路层；固态光源80则设于高导热电路基板70上方，经由固晶 银胶、绝缘胶或金属共晶等形式直接固晶在高导热电路基板70所形成的电路层之上。
散热基板30的材料包含金属，金属包含铝或铜。连接层50的材料包含金属、合金 或金属复合材料。金属包含铟(In)。连接层50的热膨胀系数小于30(10e-6广C)，热传导 系数大于50W/mk。高导热电路基板70的材料包含陶瓷或硅(Si)。陶瓷材料包含氮化铝 (A1N)或氧化铝(A1203)等。此实施例的散热基板30以铝、连接层50以铟、高导热电路基 板70以氮化铝作为范例说明。固态光源80的硅半导体热膨胀系数为4. 2(10e-6/°C )，氮 化铝热膨胀系数为4. 5(10e-6/°C )，此二层热膨胀系数相近，因此可增加固态光源80与高导热电路基板70之间的可靠度，且散热基板30与高导热电路基板70所产生的热应力可通 过由连接层50吸收。 此外，氮化铝热传导系数大于140W/mk，铟热传导系数约86W/mk，铝的热传导系数 约180W/mk，各层热传导系数皆互相匹配，有较佳的导热路径。在直接封装制程中避免传统 铝基板直接往下遭遇绝缘层的状况，有效降低其扩散热阻值(spreadingresistance)，其热 阻实验值可降至5t: /W以下。 由于散热基板30与连接层50为不同材质，为增加散热基板30与连接层50的结 合性，于散热基板30与连接层50之间设置一第一附着层40。而第一附着层40包含一第一 金属层401与一第二金属层402，第一金属层401设于散热基板30上方，以电镀或是蒸镀等 方式，使第一金属层401附着于散热基板30上方，第一金属层401的材料包含钛(Ti);并且 于第一金属层401上方设置第二金属层402，同样以电镀或是蒸镀等方式使第二金属层402 附着于第一金属层401上方，第二金属层402的材料包含银(Ag)或金(Au)，再将连接层50 设于第二金属层402上方。 同样的，于连接层50与高导热电路基板70之间设有一第二附着层60，第二附着层 60包含一第三金属层601与一第四金属层602，第三金属层601设于高导热电路基板50下 方，第三金属层601的材料包含钛(Ti);第四金属层602设于第三金属层601下方，第四金 属层602的材料包含银(Ag)或金(Au)，再将高导热电路基板70设于连接层50上方，使连 接层50位于第四金属层602下方。 通过由第一附着层40与第二附着层60的设置，以增加散热基板30、连接层50与 高导热电路基板70之间的结合性，并减少散热基板30与高导热电路基板70因受热产生相 互脱离的问题。且通过由第二金属层402与第四金属层602的金(Au)或银(Ag)材料与铟 (In)作较佳的结合，增加本发明结构的可靠度。 图3A与图3B，为本发明的延伸结构与较佳的实施例。如图3A所示，为提高电性 连结的方便性与减少绝缘层302产生的高扩散热阻抗，因此在制作金属电路板(MCPCB)时， 可设置一凹槽32，使金属电路板产生两个区域，区域一为凹槽32之外，其可保持金属电路 板的原有结构，以保持原有的绝缘层302与电路层303 ;而区域二为凹槽32内，其为不包含 绝缘层302与电路层303的Cu或Al基材的散热基板30，用来直接以连接层50与高导热 电路基板70连结。凹槽32的散热基板30上方先镀上Ti/Ag或Ti/Au的第一附着层40， 增加散热基板30与连接层50的结合能力。之后再于高导热电路基板70下方镀上Ti/Ag 或Ti/Au的第二附着层60，增加高导热电路基板70与连接层50的结合能力。此延伸结构 的优点在于保留金属电路板的电路层303，但亦整合图2A结构的低热阻抗优点。此结构的 高导热电路基板70上方设置的固态光源80可以多晶，而且包含串并联电路，高导热电路基 板70上的电路可与金属电路板的电路层303连接，再连结外部电路；或者可以亦可为单晶， 直接由金属电路板作电路设计。以金属电路板连结外部电路，易于外接电线或外接连接器 (connector)设计，并可保护固态光源80端不易受到外力的拉扯与破坏，可增加固态光源 80在应用上的可靠性。 请参阅图4，其为本发明较佳实施例的流程图；如图所示，本发明低热阻抗的固态 光源80封装结构的制造方法，包含下列步骤，首先，进行步骤Sl，提供一散热基板30 ;之后， 进行步骤S2，设置一固态光源80于高导热电路基板70。接着，进行步骤S3，将一连接层50
7设置于散热基板30上方；最后，进行步骤S4，设置一高导热电路基板70于连接层50上方。 于步骤Sl的步骤后更包含一步骤S12，其设置一第一附着层40于散热基板30上方。而于 步骤S2的步骤前更包含一步骤S14，其设置一第二附着层60于高导热电路基板70下方。
请参阅图5，其为本发明另一较佳实施例的流程图；如图所示，于步骤S12步骤中， 包含步骤S121与步骤S122，进行步骤S121时，设置一第一金属层401于散热基板30上方； 接着，进行步骤S122，设置一第二金属层402于该第一金属层401上方。而步骤S14步骤 中，包含步骤S141与步骤S142，于进行步骤S141时，设置一第三金属层601于高导热电路 基板70下方；接着，进行步骤S142，设置一第四金属层602于第三金属层601下方。
综上所述，本发明的低热阻抗的固态光源封装结构，包含一散热基板，一连接层设 于散热基板上方；一高导热电路基板设于连接层上方；一固态光源设于高导热电路基板上 方。通过由连接层但使低热阻抗的固态光源封装结构的热阻值降低，并可缓冲散热基板与 高导热电路基板因热产生的应力，避免散热基板与高导热电路基板因受热产生相互脱离的 问题。 综上所述，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡 依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为之均等变化与修饰，均应包括于 本发明的权利要求范围内。
权利要求
一种低热阻抗的固态光源封装结构，其特征在于，其包含一散热基板；一连接层，设于该散热基板上方；一高导热电路基板，设于该连接层上方；以及一固态光源，设于该高导热电路基板上方；其中，该散热基板与该连接层之间设有一第一附着层，该第一附着层包含一第一金属层与一第二金属层，该连接层与该高导热电路基板之间设有一第二附着层，该第二附着层包含一第三金属层与一第四金属层。
2. 根据权利要求1所述的低热阻抗的LED封装结构，其特征在于，其中该第一金属层设 于该散热基板上方，该第二金属层设于该第一金属层上方，该连接层设于该第二金属层上 方，该第三金属层设于该高导热电路基板下方，第四金属层设于该第三金属层下方，该连接 层设于该第四金属层下方。
3. 根据权利要求2所述的低热阻抗的LED封装结构，其特征在于，其中该第一金属层的 材料包含钛。
4. 根据权利要求2所述的低热阻抗的LED封装结构，其特征在于，其中该第二金属层的 材料包含银或金。
5. 根据权利要求2所述的低热阻抗的LED封装结构，其特征在于，其中该第三金属层的 材料包含钛。
6. 根据权利要求2所述的低热阻抗的LED封装结构，其特征在于，其中该第四金属层的 材料包含银或金。
7. 根据权利要求1所述的低热阻抗的LED封装结构，其特征在于，其中该散热基板的材 料包含金属。
8. 根据权利要求7所述的低热阻抗的LED封装结构，其特征在于，其中该金属包含铝、铜。
9. 根据权利要求1所述的低热阻抗的LED封装结构，其特征在于，其中该连接层的材料 包含金属、合金或金属复合材料，该金属包含铟。
10. 根据权利要求1所述的低热阻抗的LED封装结构，其特征在于，其中该连接层的材 料的该合金包含锡银铜合金、铟合金。
11. 根据权利要求1所述的低热阻抗的LED封装结构，其特征在于，其中该高导热电路 基板的材料包含陶瓷、硅。
12. 根据权利要求11所述的低热阻抗的LED封装结构，其特征在于，其中该陶瓷包含氮 化铝、氧化铝。
13. 根据权利要求1所述的低热阻抗的LED封装结构，其特征在于，其中该散热基板上 方设有一凹槽，该连接层设于该凹槽，该凹槽与该连接层的间设有一第一附着层。
14. 根据权利要求13所述的低热阻抗的LED封装结构，其特征在于，其中该凹槽之外的 散热基板上方设有一绝缘层与一 电路层。
15. 根据权利要求13所述的低热阻抗的LED封装结构，其特征在于，其中该第一附着层包含一第一金属层，设于该凹槽上方；以及一第二金属层，设于该第一金属层上方，该连接层设于该第二金属层上方。
16. 根据权利要求15所述的低热阻抗的LED封装结构，其特征在于，其中该第一金属层 的材料包含钛。
17. 根据权利要求15所述的低热阻抗的LED封装结构，其特征在于，其中该第二金属层 的材料包含银或金。
18. —种低热阻抗的固态光源封装结构的制造方法，其特征在于，包含下列步骤 提供一散热基板；设置一第一附着层于该散热基板上方； 设置一第二附着层于一高导热电路基板下方； 设置一固态光源于该高导热电路基板； 设置一连接层于该散热基板上方；其中，连接层为高散热、低热膨胀系数的金属或金属复合材料。设置该高导热电路基板于该连接层；以及热压合该散热基板与该高导热电路基板。
19. 根据权利要求18所述的低热阻抗的固态光源封装结构的制造方法，其特征在于， 其设置一第一附着层于该散热基板上方的步骤更包含设置一第一金属层于该散热基板上方；以及 设置一第二金属层于该第一金属层上方。
20. 根据权利要求18所述的低热阻抗的固态光源封装结构的制造方法，其特征在于， 其设置第二附着层于该高导热电路基板下方的步骤更包含设置一第三金属层于该高导热电路基板下方；以及 设置一第四金属层于该第三金属层下方。
全文摘要
本发明是关于一种低热阻抗的固态光源封装结构，包含一散热基板、一连接层、一高导热电路基板与一固态光源。固态光源设于高导热电路基板上方，而高导热电路基板与散热基板之间，以连接层作结合。散热基板与连接层之间设有一第一附着层，连接层与高导热电路基板之间设有一第二附着层。此连接层为高导热、低热膨胀系数的金属或金属复合材料，因此，可使本发明的热阻值较一般结构低，且散热基板与高导热电路基板因受热产生热应力，可通过由连接层来缓冲，以增加本发明封装结构的使用寿命。
文档编号H01L33/00GK101794847SQ200910006210
公开日2010年8月4日 申请日期2009年2月3日 优先权日2009年2月3日
发明者李承士, 林神江, 殷寿志, 谢馨仪 申请人:佰鸿工业股份有限公司