发光二极管装置转让专利
申请号 : CN200710143240.7
文献号 : CN101364626B
文献日 : 2010-09-29
发明人 : 许晋源 , 张嘉显 , 黄思玮
申请人 : 亿光电子工业股份有限公司
摘要 :
一种发光二极管装置，包含一基座、一基板、一支架、一LED芯片、一第一混合胶体以及一第二混合胶体。其中第一混合胶体以及第二混合胶体包含胶材以及绝缘导热材料，绝缘导热材料包含钻石粉、类钻石粉或陶瓷粉。基板与支架设于基座上。第一混合胶体涂布于基板与LED芯片之间，用以黏着固定LED芯片并加强散热效果。第二混合胶体灌注于基座中用以包覆基板以及LED芯片，用以减少折射率差异，进而增加全反射角度与出光效率。
权利要求 :
1.一种发光二极管装置，包含一基座、一基板、一支架、一LED芯片、一第一混合胶体以及一第二混合胶体，其中该基板与该支架设于该基座上，且该LED芯片由该第一混合胶体固着于该基板上，该第二混合胶体灌注于该基座中并包覆该基板以及该LED芯片，其特征在于：该第一混合胶体以及第二混合胶体包含一胶材以及一绝缘导热材料，其中该绝缘导热材料包含钻石粉、类钻石粉或陶瓷粉。
2.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，该胶材为环氧树脂(Epoxy Resin)、硅树脂(Silicone Resin)或聚碳酸酯(Poly Carbonate)。
3.根据权利要求2所述的发光二极管装置，其特征在于，该陶瓷粉为氧化铝、氮化铝、氮化硼或碳化硅。
4.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，还包含一第三混合胶体，其与第一混合胶体以及第二混合胶体的组成材质相同，侧面包覆于该LED芯片以及该基板。
5.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，钻石粉、类钻石粉的热传导系数大于1000W/mK。
6.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，陶瓷粉的热传导系数高于200W/mK。
7.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，第一混合胶体以及第二混合胶体的折射率介于1.5至2.5之间。
8.一种发光二极管装置，包含一基座、一基板、一支架、一LED芯片、一第一混合胶体以及一第二混合胶体，其中该基板与该支架设于该基座上，且该LED芯片由芯片倒装焊封装方式连接至该基板上；该第一混合胶体设于该基板与该LED芯片之间，该第二混合胶体灌注于该基座中并包覆该基板以及该LED芯片，其特征在于：该第一混合胶体以及第二混合胶体包含一胶材以及一绝缘导热材料，其中该绝缘导热材料包含钻石粉、类钻石粉或陶瓷粉。
9.根据权利要求8所述的发光二极管装置，其特征在于，该胶材为环氧树脂、硅树脂或聚碳酸酯。
10.根据权利要求9所述的发光二极管装置，其特征在于，该陶瓷粉为氧化铝、氮化铝、氮化硼或碳化硅。
11.根据权利要求8所述的发光二极管装置，其特征在于，钻石粉、类钻石粉的热传导系数大于1000W/mK。
12.根据权利要求8所述的发光二极管装置，其特征在于，陶瓷粉的热传导系数高于200W/mK。
13.根据权利要求8所述的发光二极管装置，其特征在于，第一混合胶体以及第二混合胶体的折射率介于1.5至2.5之间。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种发光二极管封装结构，且特别涉及一种利用新混合胶体进行封装的发光二极管封装结构。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)由于其反应速度快、体积小、低耗电、低热量、使用寿命长等特点，已逐渐取代白炽灯泡以及卤素灯等传统照明灯具。因此，LED从一开始运用在电子装置的状态指示灯，发展应用到成为液晶显示的背光源，再扩展到电子照明甚至是投影机内的照明等，LED的应用仍随着技术的进步在持续地延伸当中。
随着LED亮度以及发光效率的逐渐提升，对于封装制程来说也面临了极大的双重挑战。在散热效能方面，高功率(High Power)LED中所产生的高热量若不能配高效率的散热，不仅会造成LED亮度减弱，也会缩短LED的使用寿命。而在光学性质方面，现有的LED封装胶体大部分采用环氧树脂，而环氧树脂的光学性质会受到温度和紫外线照射的影响。因此，在正常的操作条件下都会遭遇光学透明度随着时间衰减导致折射率降低的难题。
现有的封装形式为在固芯(Die Bond)、引线(Wire Bond)之后就直接点胶、封胶(Auto Encapsulate)或压模(Molding)。而传统固芯方式则是利用银胶或透明绝缘胶的方式将芯片(chip)固着于封装体的基板上；组件产生的热能则是由传导的方式从组件内部传至组件基板，再经由银胶或透明绝缘胶传递至封装体的基板或热接收器(heat sink)上。而随着发光功率的提升与使用温度的增加，银胶与透明绝缘胶已不能负荷如此大量的热传递了，以至于造成组件的光衰与热衰，进而使组件失效。
再者，发光二极管与雷射二极管的组成材料其折射率大于2.5，而一般封装用的胶材或树脂其折射率小于1.5，空气的折射率为1。由于芯片(chips)、组件(devices)与封装材料的折射率差异甚大，造成封装后发光组件的光输出因全反射角过小，而使得出光效率减少。
因此，对于LED封装结构中封装材料的要求，除了原有的强度与热性质的外，对于光学性质更是重视。
随着LED亮度以及发光效率的逐渐提升，对于封装制程来说也面临了极大的双重挑战。在散热效能方面，高功率(High Power)LED中所产生的高热量若不能配高效率的散热，不仅会造成LED亮度减弱，也会缩短LED的使用寿命。而在光学性质方面，现有的LED封装胶体大部分采用环氧树脂，而环氧树脂的光学性质会受到温度和紫外线照射的影响。因此，在正常的操作条件下都会遭遇光学透明度随着时间衰减导致折射率降低的难题。
现有的封装形式为在固芯(Die Bond)、引线(Wire Bond)之后就直接点胶、封胶(Auto Encapsulate)或压模(Molding)。而传统固芯方式则是利用银胶或透明绝缘胶的方式将芯片(chip)固着于封装体的基板上；组件产生的热能则是由传导的方式从组件内部传至组件基板，再经由银胶或透明绝缘胶传递至封装体的基板或热接收器(heat sink)上。而随着发光功率的提升与使用温度的增加，银胶与透明绝缘胶已不能负荷如此大量的热传递了，以至于造成组件的光衰与热衰，进而使组件失效。
再者，发光二极管与雷射二极管的组成材料其折射率大于2.5，而一般封装用的胶材或树脂其折射率小于1.5，空气的折射率为1。由于芯片(chips)、组件(devices)与封装材料的折射率差异甚大，造成封装后发光组件的光输出因全反射角过小，而使得出光效率减少。
因此，对于LED封装结构中封装材料的要求，除了原有的强度与热性质的外，对于光学性质更是重视。
发明内容
本发明的目的就是在于，提供一种发光二极管装置，由胶材以及绝缘导热材料所混合而成的混合胶体同时提供LED芯片黏着以及散热的功效。
本发明的另一目的是在于，提供一种发光二极管装置，利用比现有封装材料具有较高折射率的混合胶体进行封装，增加全反射角度并加强出光效率。
为了实现上述目的，本发明提出一种发光二极管装置，包含一基座、一基板、一支架、一LED芯片、一第一混合胶体以及一第二混合胶体。
基板与支架设于基座上，且第一混合胶体涂布于基板与LED芯片之间，用以将LED芯片固着于基板上。LED芯片上更设有一连接至支架的导线，用以导通LED芯片向上发光(Face Up)。第二混合胶体灌注于基座中用以包覆基板、LED芯片以及导线。
其中，第一混合胶体以及第二混合胶体由胶材与钻石粉(DiamondCarbon)、类钻石粉(Diamond-Like Carbon)或陶瓷粉(Ceramic)均匀混合而成。其中胶材为环氧树脂(Epoxy Resin)、硅树脂(Silicone Resin)或聚碳酸酯(PolyCarbonate)，而陶瓷粉为氧化铝、氮化铝、氮化硼或碳化硅。因此，混合后的胶材不仅具有黏着性，且相较于现有的封装胶体更具有较高的热导性以及绝缘性。
第一混合胶体设于基板与LED芯片之间，由其黏着性固定LED芯片于基板上，更利用热传导特性将LED芯片于发光时所散发的热量通过基板传至基座进行散热，相较于现有单纯进行黏着固定的银胶或透明绝缘胶，可获得更佳的散热效果。
此外，由于LED芯片向上发光，且折射率大于约2.5，而第二混合胶体的折射率介于约1.5至2.5之间，相较于现有封装胶材体约小于1.5的折射率，可减少LED芯片与封装材料之间折射率的差异，进而增加全反射角度与出光效率。
因此，相较于现有发光二极管装置，本发明的发光二极管装置可具有下列的功效：
1.本发明实施例中的混合胶体经由均匀混合绝缘导热材料以及胶材所形成，将其用来取代现有的银胶或透明绝缘胶，使LED芯片黏着固定于基板上，更由其热传导特性将LED芯片于发光时所散发的热量通过基板传至基座进行散热，用以获得更佳的散热效果。
2.本发明实施例中混合胶体的折射率介于约1.5至2.5之间，而LED芯片的折射率约大于2.5，因此相较于现有利用折射率约小于1.5的封装胶材体，LED芯片400与封装材料之间折射率的差异可被减少，进而增加全反射角度与出光效率。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
本发明的另一目的是在于，提供一种发光二极管装置，利用比现有封装材料具有较高折射率的混合胶体进行封装，增加全反射角度并加强出光效率。
为了实现上述目的，本发明提出一种发光二极管装置，包含一基座、一基板、一支架、一LED芯片、一第一混合胶体以及一第二混合胶体。
基板与支架设于基座上，且第一混合胶体涂布于基板与LED芯片之间，用以将LED芯片固着于基板上。LED芯片上更设有一连接至支架的导线，用以导通LED芯片向上发光(Face Up)。第二混合胶体灌注于基座中用以包覆基板、LED芯片以及导线。
其中，第一混合胶体以及第二混合胶体由胶材与钻石粉(DiamondCarbon)、类钻石粉(Diamond-Like Carbon)或陶瓷粉(Ceramic)均匀混合而成。其中胶材为环氧树脂(Epoxy Resin)、硅树脂(Silicone Resin)或聚碳酸酯(PolyCarbonate)，而陶瓷粉为氧化铝、氮化铝、氮化硼或碳化硅。因此，混合后的胶材不仅具有黏着性，且相较于现有的封装胶体更具有较高的热导性以及绝缘性。
第一混合胶体设于基板与LED芯片之间，由其黏着性固定LED芯片于基板上，更利用热传导特性将LED芯片于发光时所散发的热量通过基板传至基座进行散热，相较于现有单纯进行黏着固定的银胶或透明绝缘胶，可获得更佳的散热效果。
此外，由于LED芯片向上发光，且折射率大于约2.5，而第二混合胶体的折射率介于约1.5至2.5之间，相较于现有封装胶材体约小于1.5的折射率，可减少LED芯片与封装材料之间折射率的差异，进而增加全反射角度与出光效率。
因此，相较于现有发光二极管装置，本发明的发光二极管装置可具有下列的功效：
1.本发明实施例中的混合胶体经由均匀混合绝缘导热材料以及胶材所形成，将其用来取代现有的银胶或透明绝缘胶，使LED芯片黏着固定于基板上，更由其热传导特性将LED芯片于发光时所散发的热量通过基板传至基座进行散热，用以获得更佳的散热效果。
2.本发明实施例中混合胶体的折射率介于约1.5至2.5之间，而LED芯片的折射率约大于2.5，因此相较于现有利用折射率约小于1.5的封装胶材体，LED芯片400与封装材料之间折射率的差异可被减少，进而增加全反射角度与出光效率。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明第一实施例的发光二极管装置的结构示意图；
图2为本发明第二实施例的发光二极管装置的结构示意图；
图3为本发明第三实施例的发光二极管装置的结构示意图；
图4为本发明第四实施例的发光二极管装置的结构示意图；
图5为本发明第五实施例的发光二极管装置的结构示意图。
其中，附图标记
100：基座 200：基板
300：支架 400：LED芯片
510：第一混合胶体 520：第二混合胶体
530：第三混合胶体 540：第四混合胶体
550：第五混合胶体 800：封装胶材体
900：导线 950：金属凸块
960：焊垫组
图2为本发明第二实施例的发光二极管装置的结构示意图；
图3为本发明第三实施例的发光二极管装置的结构示意图；
图4为本发明第四实施例的发光二极管装置的结构示意图；
图5为本发明第五实施例的发光二极管装置的结构示意图。
其中，附图标记
100：基座 200：基板
300：支架 400：LED芯片
510：第一混合胶体 520：第二混合胶体
530：第三混合胶体 540：第四混合胶体
550：第五混合胶体 800：封装胶材体
900：导线 950：金属凸块
960：焊垫组
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
请参照图1，为本发明第一实施例的发光二极管装置的结构示意图。本实施例的发光二极管装置包含一基座100、一基板200、一支架300、一LED芯片400、一第一混合胶体510以及一封装胶材体800。
基板200与支架300设于基座100上，且第一混合胶体510涂布于基板200与LED芯片400之间，用以将LED芯片400固着于基板200上。LED芯片400上由导线900连接至支架300，用以导通电力至LED芯片400向上发光(FaceUp)。封装胶材体800灌注于基座100中用以包覆基板200、LED芯片400以及导线900。
第一混合胶体510由胶材与钻石粉(Diamond Carbon)、类钻石粉(Diamond-Like Carbon)或陶瓷粉(Ceramic)均匀混合而成。其中胶材为环氧树脂(Epoxy Resin)、硅树脂(Silicone Resin)或聚碳酸酯(Poly Carbonate)，而陶瓷粉为氧化铝、氮化铝、氮化硼或碳化硅。钻石粉与类钻石粉的热传导系数大于1000W/mK，而陶瓷粉的热传导系数亦高于200W/mK。因此，混合后的胶材不仅具有黏着性，且相较于现有的封装胶体更具有较高的热导性以及绝缘性(电阻系数约为1013Ω-cm)。在本实施例中，第一混合胶体510设于基板200与LED芯片400之间，由其黏着性固定LED芯片400于基板200上，更利用热传导特性将LED芯片400于发光时所散发的热量通过基板200传至基座100进行散热，相较于现有单纯进行黏着固定的银胶或透明绝缘胶，可获得更佳的散热效果。
请参照图2，为本发明第二实施例的发光二极管装置的结构示意图。本实施例与第一实施例不同之处在于更包含第二混合胶体520，第二混合胶体520侧面包覆该基板200以及该芯片400，相较于第一实施例中仅有第一混合胶体510用以散热，本实施例通过第二混合胶体520的设置，增加与LED芯片400的接触面积，用以加强其散热效率。
请参照图3，为本发明第三实施例的发光二极管装置的结构示意图。本实施例与第三实施例与第一实施例不同的处在于更包含第三混合胶体530。第三混合胶体530的组成材质与第一混合胶体510的组成材质相同。
第三混合胶体530取代封装胶材体800用以包覆基板200、LED芯片400以及导线900。由于LED芯片400向上发光，且折射率大于约2.5，而第三混合胶体530的折射率介于约1.5至2.5之间，相较于现有封装胶材体约小于1.5的折射率，可减少LED芯片400与封装材料之间折射率的差异，进而增加全反射角度与出光效率。
请参照图4，其为本发明第四实施例的发光二极管装置的结构示意图。本实施例与第一实施例不同之处在于第四混合胶体540。其中，第四混合胶体540的组成材质与第一实施例中的第一混合胶体510的组成材质相同。
在本实施例中的LED芯片400采用芯片倒装焊封装技术(Flip Chip)，由一组金属凸块950(Bump)连接至基板200上的一焊垫组960，再利用导线900电性连接焊垫组960与支架300用以导通该LED芯片400向下发光。
第四混合胶体540设于基板200与LED芯片400之间，由其黏着性固定LED芯片400于基板200上，更利用热传导特性将LED芯片400于发光时所散发的热量通过基板200传至基座100进行散热，相较于现有单纯进行黏着固定的银胶或透明绝缘胶，可获得更佳的散热效果。
请参照图5，其为本发明第五实施例的发光二极管装置的结构示意图。本实施例与第四实施例不同之处在于更包含第五混合胶体550。其中，第五混合胶体550的组成材质与第四混合胶体540的组成材质相同。
第五混合胶体550取代封装胶材体800用以包覆基板200、LED芯片400以及导线900。由于LED芯片400向下发光，且折射率大于约2.5，而第四混合胶体540与第五混合胶体550的折射率介于约1.5至2.5之间，相较于现有封装胶材体约小于1.5的折射率，可减少LED芯片400与封装材料之间折射率的差异，进而增加全反射角度与出光效率。
由上述实施例可知，本发明的发光二极管装置具有以下功效及优点：
1.本发明实施例中的混合胶体经由均匀混合绝缘导热材料以及胶材所形成，将其用来取代现有的银胶或透明绝缘胶，使LED芯片400黏着固定于基板200上，更由其热传导特性将LED芯片400于发光时所散发的热量通过基板200传至基座100进行散热，用以获得更佳的散热效果。
2.本发明实施例中混合胶体的折射率介于约1.5至2.5之间，而LED芯片400的折射率约大于2.5，因此相较于现有利用折射率约小于1.5的封装胶材体进行封装，本发明实施例的发光二极管装置，LED芯片400与封装材料之间折射率的差异可被减少，进而增加全反射角度与出光效率。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
请参照图1，为本发明第一实施例的发光二极管装置的结构示意图。本实施例的发光二极管装置包含一基座100、一基板200、一支架300、一LED芯片400、一第一混合胶体510以及一封装胶材体800。
基板200与支架300设于基座100上，且第一混合胶体510涂布于基板200与LED芯片400之间，用以将LED芯片400固着于基板200上。LED芯片400上由导线900连接至支架300，用以导通电力至LED芯片400向上发光(FaceUp)。封装胶材体800灌注于基座100中用以包覆基板200、LED芯片400以及导线900。
第一混合胶体510由胶材与钻石粉(Diamond Carbon)、类钻石粉(Diamond-Like Carbon)或陶瓷粉(Ceramic)均匀混合而成。其中胶材为环氧树脂(Epoxy Resin)、硅树脂(Silicone Resin)或聚碳酸酯(Poly Carbonate)，而陶瓷粉为氧化铝、氮化铝、氮化硼或碳化硅。钻石粉与类钻石粉的热传导系数大于1000W/mK，而陶瓷粉的热传导系数亦高于200W/mK。因此，混合后的胶材不仅具有黏着性，且相较于现有的封装胶体更具有较高的热导性以及绝缘性(电阻系数约为1013Ω-cm)。在本实施例中，第一混合胶体510设于基板200与LED芯片400之间，由其黏着性固定LED芯片400于基板200上，更利用热传导特性将LED芯片400于发光时所散发的热量通过基板200传至基座100进行散热，相较于现有单纯进行黏着固定的银胶或透明绝缘胶，可获得更佳的散热效果。
请参照图2，为本发明第二实施例的发光二极管装置的结构示意图。本实施例与第一实施例不同之处在于更包含第二混合胶体520，第二混合胶体520侧面包覆该基板200以及该芯片400，相较于第一实施例中仅有第一混合胶体510用以散热，本实施例通过第二混合胶体520的设置，增加与LED芯片400的接触面积，用以加强其散热效率。
请参照图3，为本发明第三实施例的发光二极管装置的结构示意图。本实施例与第三实施例与第一实施例不同的处在于更包含第三混合胶体530。第三混合胶体530的组成材质与第一混合胶体510的组成材质相同。
第三混合胶体530取代封装胶材体800用以包覆基板200、LED芯片400以及导线900。由于LED芯片400向上发光，且折射率大于约2.5，而第三混合胶体530的折射率介于约1.5至2.5之间，相较于现有封装胶材体约小于1.5的折射率，可减少LED芯片400与封装材料之间折射率的差异，进而增加全反射角度与出光效率。
请参照图4，其为本发明第四实施例的发光二极管装置的结构示意图。本实施例与第一实施例不同之处在于第四混合胶体540。其中，第四混合胶体540的组成材质与第一实施例中的第一混合胶体510的组成材质相同。
在本实施例中的LED芯片400采用芯片倒装焊封装技术(Flip Chip)，由一组金属凸块950(Bump)连接至基板200上的一焊垫组960，再利用导线900电性连接焊垫组960与支架300用以导通该LED芯片400向下发光。
第四混合胶体540设于基板200与LED芯片400之间，由其黏着性固定LED芯片400于基板200上，更利用热传导特性将LED芯片400于发光时所散发的热量通过基板200传至基座100进行散热，相较于现有单纯进行黏着固定的银胶或透明绝缘胶，可获得更佳的散热效果。
请参照图5，其为本发明第五实施例的发光二极管装置的结构示意图。本实施例与第四实施例不同之处在于更包含第五混合胶体550。其中，第五混合胶体550的组成材质与第四混合胶体540的组成材质相同。
第五混合胶体550取代封装胶材体800用以包覆基板200、LED芯片400以及导线900。由于LED芯片400向下发光，且折射率大于约2.5，而第四混合胶体540与第五混合胶体550的折射率介于约1.5至2.5之间，相较于现有封装胶材体约小于1.5的折射率，可减少LED芯片400与封装材料之间折射率的差异，进而增加全反射角度与出光效率。
由上述实施例可知，本发明的发光二极管装置具有以下功效及优点：
1.本发明实施例中的混合胶体经由均匀混合绝缘导热材料以及胶材所形成，将其用来取代现有的银胶或透明绝缘胶，使LED芯片400黏着固定于基板200上，更由其热传导特性将LED芯片400于发光时所散发的热量通过基板200传至基座100进行散热，用以获得更佳的散热效果。
2.本发明实施例中混合胶体的折射率介于约1.5至2.5之间，而LED芯片400的折射率约大于2.5，因此相较于现有利用折射率约小于1.5的封装胶材体进行封装，本发明实施例的发光二极管装置，LED芯片400与封装材料之间折射率的差异可被减少，进而增加全反射角度与出光效率。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。