專利名稱:發(fā)光二極管元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二級管(light-,itting diode, LED)元件,尤其 是一種大功率的發(fā)光二極管元件。
背景技術(shù):
隨著發(fā)光二級管(light-emitting diode, LED)亮度的增加和制造成本 的降低,大功率LED在各種照明領(lǐng)域的使用越來越多。并且LED的使用,會(huì) 對國家的能源策略和環(huán)保策略產(chǎn)生積極的影響。目前不同的LED可以發(fā)出從 紅外到藍(lán)之間不同波長的光線,而且現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)出了紫色乃至紫外光的發(fā)光 二極管。并且還有在藍(lán)光LED上涂上焚光粉,將藍(lán)光轉(zhuǎn)化成白光的白光LED。
因?yàn)榇蠊β实腖ED體積很小,因此可以進(jìn)行平面封裝,或根據(jù)使用環(huán)境 或狀況使用多顆或進(jìn)行多種組合,并且具有發(fā)熱量低,發(fā)光壽命長(5萬個(gè) 小時(shí)以上)、不易破和耐震與耐沖擊的優(yōu)點(diǎn),所以可在惡劣的情況下進(jìn)行使 用。因?yàn)榘坠釲ED具有發(fā)光效率高、省電、無熱輻射、不含水銀等重金屬、 無污染及廢棄物處理問題等許多的優(yōu)點(diǎn),被視為"綠色照明光源",很可能 取代現(xiàn)在照明市場的主流白熾燈泡及焚(日)光燈。
大功率LED的技術(shù)關(guān)鍵是要解決好燈體的散熱問題,不同于白熾燈泡, LED的輸入功率散^^的大部分(50%至90% )轉(zhuǎn)化成為芯片上的熱能。不同 于白熾燈絲工作于數(shù)千攝氏度,LED芯片只能工作于較低的溫度(一4(TC至約 1"。C或小于200°C),因?yàn)殡姽廪D(zhuǎn)化效率和可靠性隨著工作溫度的升高而降 低,所以燈體和芯片的散熱降溫就成了制約大功率LED產(chǎn)品的最大瓶頸。
另一方面,大功率LED的芯片尺寸大(0. 5誦及3mm),導(dǎo)致了其封裝技
術(shù)在可靠性上的難度,特別是由于不同的熱脹系數(shù),使得大功率LED元件在
溫度循環(huán)及高溫,高溫度方面的可靠性很差。
如圖1所示,為種傳統(tǒng)的大功率LED元件,其封裝方法是LED芯片101 先置于一片基片102上,再通過導(dǎo)熱膠或焊錫103固定于金屬底座104上, 透鏡105則置于芯片之上,周圍則有塑料保護(hù)殼106和電極107及108。但是 這種結(jié)構(gòu)的體積大,制造過程復(fù)雜,成本高,而且散熱性很差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的LED元件的缺點(diǎn),提供一種LED元件,體積 小、成本低而且散熱性能好。
為實(shí)現(xiàn)上迷目的,本發(fā)明提供了一種發(fā)光二級管元件,包括 陶瓷基片;
第一導(dǎo)電金屬薄膜,位于所述陶瓷基片的上表面;
第二導(dǎo)電金屬薄膜,位于所述陶瓷基片的上表面,與所述第一導(dǎo)電金屬 薄膜絕緣;
一個(gè)或一個(gè)以上發(fā)光二級管芯片,發(fā)光二級管芯片的P極通過第一導(dǎo)電 部件連接到陶瓷基片上表面上的第一導(dǎo)電金屬薄膜上,發(fā)光二級管芯片的N 極通過第二導(dǎo)電部件連接到陶瓷基片上表面上的第二導(dǎo)電金屬薄膜上;
第一導(dǎo)電金屬層,位于所述陶瓷基片的表面,通過陶瓷基片內(nèi)的第一導(dǎo) 電金屬與第 一 導(dǎo)電薄膜相連接;
第二導(dǎo)電金屬層,位于所述陶乾基片的表面,通過陶乾基片內(nèi)的第二導(dǎo) 電金屬與第二導(dǎo)電薄膜相連接。
所述陶瓷基片為氧化鋁(A1203 )、氮化鋁(A1N)、碳化硅(SiC)、碳 硅化鋁(Al-SiC)、碳化鴒(WC)或氧化鈹(BeiO)之一或其任意組合。所述第一 導(dǎo)電部件和第二導(dǎo)電部件為金屬、導(dǎo)熱膠或者焊接金屬球。所述第一導(dǎo)電金 屬層和第二導(dǎo)電金屬層位于所述陶瓷基片的上表面。所述第一導(dǎo)電金屬層和
第二導(dǎo)電金屬層位于所述陶瓷基片的下表面。
還包括光提取部件,罩在所述發(fā)光二級管芯片、第一導(dǎo)電金屬薄膜和第 二導(dǎo)電金屬薄膜外側(cè)。還包括透鏡,罩在所述光提取部件外側(cè)。光提取部件 的材質(zhì)為環(huán)氧樹脂、硅膠、水玻璃或熒光米。
陶瓷基片的下表面具有第三導(dǎo)電金屬層。所述第三導(dǎo)電金屬層的材質(zhì)為 金或者銀。所述陶瓷基片為多層結(jié)構(gòu),形成空腔。所述空腔的內(nèi)壁為垂直內(nèi) 壁或者傾斜內(nèi)壁。所述空腔內(nèi)涂鍍有金屬膜。所述金屬膜的材質(zhì)為金、銀、 鋁或鈦。
因此本發(fā)明的LED元件具有良好的散熱性、可靠性并且制造過程簡單化, 成本低。
下面通過附圖和實(shí)施例,對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖1為現(xiàn)有的LED元件的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖2為本發(fā)明LED元件實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖3為本發(fā)明LED元件實(shí)施例2的截面示意圖之一 圖4為本發(fā)明LED元件實(shí)施例2的截面示意圖之二 圖5為本發(fā)明LED元件實(shí)施例2的截面示意圖之三 圖6為本發(fā)明LED元件實(shí)施例3的截面示意圖之一 圖7為本發(fā)明LED元件實(shí)施例3的截面示意圖之二 圖8為本發(fā)明LED元件實(shí)施例3的截面示意圖之三 圖9為本發(fā)明LED元件實(shí)施例3的截面示意圖之四 圖10為本發(fā)明LED元件實(shí)施例4的俯視圖之一; 圖11為本發(fā)明LED元件實(shí)施例4的俯視圖之二; 圖12為本發(fā)明LED元件實(shí)施例4的仰視圖之一; 圖13為本發(fā)明LED元件實(shí)施例4的仰枧圖之二。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的LED元件可以有效地提高大功率LED的散熱特性,并大幅提高 其使用壽命及可靠性。 實(shí)施例1
如圖2所示,為本發(fā)明LED元件的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖,包括陶資基 片200;第一導(dǎo)電金屬薄膜203,位于所述陶乾基片200的上表面;第二導(dǎo)電 金屬薄膜205,位于所述陶瓷基片200的上表面,與所述第一導(dǎo)電金屬薄膜 203絕緣; 一個(gè)或一個(gè)以上發(fā)光二級管芯片201,發(fā)光二級管芯片201的P極 通過第一導(dǎo)電部件202連接到陶瓷基片200上表面上的第一導(dǎo)電金屬薄膜203 上,發(fā)光二級管芯片201的N極通過第二導(dǎo)電部件204連接到陶瓷基片200 上表面上的第二導(dǎo)電金屬薄膜205上;第一導(dǎo)電金屬層209,位于所述陶瓷基 片200的表面,通過陶瓷基片200內(nèi)的第一導(dǎo)電金屬206與第一導(dǎo)電金屬薄 膜203相連接;第二導(dǎo)電金屬層208,位于所述陶資基片200的表面,通過陶 瓷基片200內(nèi)的第二導(dǎo)電金屬207與第二導(dǎo)電薄膜205相連接。
陶瓷基片200的材質(zhì)為氧化鋁(A1203 )、氮化鋁(A1N)、碳化硅(SiC)、 碳硅化鋁(A1-SiC)、碳化鴒(WC)或氧化鈹(BeO)等高導(dǎo)熱材料之一或其任意 組合。而第一導(dǎo)電部件202和第二導(dǎo)電部件204可以為焊接金屬、導(dǎo)熱膠或 者焊接金屬球。第一導(dǎo)電金屬層209和第二導(dǎo)電金屬層208可以位于陶瓷基 片200的下表面。還包括光提取部件211,罩在所述發(fā)光二級管芯片200、第 一導(dǎo)電金屬薄膜203和第二導(dǎo)電金屬薄膜205外側(cè);透鏡212,罩在所述光提 取部件211外側(cè)。光提取部件211的材質(zhì)為環(huán)氧樹脂、硅膠、水玻璃或焚光 米。陶瓷基片200的下表面具有第三導(dǎo)電金屬層210,該第三導(dǎo)電金屬層210 可以是金或銀,可用于金屬焊接。該金屬層可以與LED正負(fù)極均不電導(dǎo)通。
而第一導(dǎo)電金屬層209和第二導(dǎo)電金屬層208可以位于陶資基片200的 上表面。 實(shí)施例2
如圖3至圖5所示,為本發(fā)明LED元件的實(shí)施例2的三個(gè)截面示意圖, 圖3中,LED元件的陶瓷基片200為兩層以上,如第一層230,第二層240和 第三層250。多層的陶瓷基片200結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)多種功能,如每一層可以有不 同的形狀、材料、厚度,上附金屬薄膜圖型等。圖中的第二陶瓷層240和第 三陶瓷層250中空,形成空腔,內(nèi)置高光折射率(光折射率大于空氣)的材 質(zhì)300, LED芯片200和第一陶乾層230接設(shè),,頂部還可以另外加裝透鏡212。 透鏡212材料可以是玻璃、塑料、硅膠等。
如圖3所示,陶資基片200中所形成空腔為垂直內(nèi)壁270,如圖4和5所 示,為傾斜內(nèi)壁270。垂直內(nèi)壁270生產(chǎn)簡單,成本低,傾斜內(nèi)壁270可以更 好地反射,增加LED元件201的總光通量輸出。空腔底部和內(nèi)壁均可以鍍金 屬膜,如金、銀、鋁、鈦膜或不導(dǎo)電反光單層或多層薄膜以增加它們的光反 射率,以增加LED元件201的總光輸出。
陶瓷基片200還可以有更多層,如圖5所示,多加的一層260可以用于 形成凸起以固定透鏡的位置。
實(shí)施例3
如圖6至19所示,為本發(fā)明LED元件實(shí)施例3的四個(gè)截面示意圖。圖4 中,陶瓷基片200上可以加裝不同的材料281、 282和283,如塑料、金屬(如 銅鎢合金Cuw、鉛、銅、鈦、鐵),陶瓷碳素纖維等。此種材料可以直接隔合 在陶瓷基片200上,也可以用粘合材料280固定在陶瓷基片200上面。粘合 材料可以是粘合膠、環(huán)氧樹脂、硅膠或焊接金屬材料。
該種附著在陶瓷基片200上的材料283可以有不同的形狀,如圖7所示, 即有一凸起層可以4巴透鏡212固定住。如圖;6和圖7所示,內(nèi)壁270可以是 垂直壁,如圖8和圖9所示,內(nèi)壁270也可以是傾斜,如圖9中所示;其形
狀也可以是傾斜內(nèi)壁270加附著凸起層。
實(shí)施例3
如圖10和11所示為本發(fā)明LED元件實(shí)施例4的兩個(gè)俯視圖。圖10中, 陶瓷基片200的上可以有多層結(jié)構(gòu)形成內(nèi)腔,最上面一層可以在各個(gè)角部有 正、負(fù)的導(dǎo)電金屬曾209、 208。如圖10所示, 一個(gè)LED元件可以封裝單一 LED芯片201,或如圖ll所示, 一個(gè)LED元件可以封裝多個(gè)LED芯片201。
如圖12和13所示為本發(fā)明LED元件實(shí)施例4的兩個(gè)仰視圖。圖12中LED 陶瓷基片200下面可以有導(dǎo)熱,焊接用的第三導(dǎo)電金屬層210,位于LED芯片 的正下方用于高效散熱,另外第一和第二導(dǎo)電金屬層209、 208位于各個(gè)角部。 如圖12所示,LED的陶瓷基片200可以是正方形,如圖13所示,也可以是其 他形狀,例如長方形,其好處是可以有更大的空間以部署大電極金屬圖形, 如圖13中所示。正負(fù)導(dǎo)電金屬層209、 208可以在LED芯片的同一側(cè),也可 以在LED芯片的兩側(cè)。
因此本發(fā)明的LED元件具有良好的散熱性、可靠性并且制造過程簡單化, 成本^氐。
最后所應(yīng)說明的是,以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制, 盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解,可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明技 術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1、一種發(fā)光二級管元件,其特征在于包括陶瓷基片;第一導(dǎo)電金屬薄膜,位于所述陶瓷基片的上表面;第二導(dǎo)電金屬薄膜,位于所述陶瓷基片的上表面,與所述第一導(dǎo)電金屬薄膜絕緣;一個(gè)或一個(gè)以上發(fā)光二級管芯片,發(fā)光二級管芯片的P極通過第一導(dǎo)電部件連接到陶瓷基片上表面上的第一導(dǎo)電金屬薄膜上,發(fā)光二級管芯片的N極通過第二導(dǎo)電部件連接到陶瓷基片上表面上的第二導(dǎo)電金屬薄膜上;第一導(dǎo)電金屬層,位于所述陶瓷基片的表面,通過陶瓷基片內(nèi)的第一導(dǎo)電金屬與第一導(dǎo)電薄膜相連接;第二導(dǎo)電金屬層,位于所述陶瓷基片的表面,通過陶瓷基片內(nèi)的第二導(dǎo)電金屬與第二導(dǎo)電薄膜相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二級管,其特征在于所述陶瓷基片為氧 化鋁、氮化鋁、碳化硅、碳硅化鋁、碳化鉤或氧化鈹之一或其任意組合。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二級管,其特征在于所述第一導(dǎo)電部件 和第二導(dǎo)電部件為金屬、導(dǎo)熱膠或者焊接金屬球。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二級管,其特征在于所述第一導(dǎo)電金屬 層和第二導(dǎo)電金屬層位于所述陶資基片的上表面。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二級管,其特征在于所述第一導(dǎo)電金屬 層和第二導(dǎo)電金屬層位于所述陶覺基片的下表面。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二級管,其特征在于還包括光提取部件, 罩在所述發(fā)光二級管芯片、第一導(dǎo)電金屬薄膜和第二導(dǎo)電金屬薄膜外側(cè)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二級管,其特征在于還包括透鏡,罩在所 述光提取部件外側(cè)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的發(fā)光二級管,其特征在于所述光提取部件的材質(zhì)為環(huán)氧樹脂、硅膠、水玻璃或熒光米。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二級管,其特征在于所述陶梵基片的下 表面具有第三導(dǎo)電金屬層。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光二級管,其特征在于所述第三導(dǎo)電金 屬層的材質(zhì)為金或者銀。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二級管,其特征在于所述陶乾基片為多 層結(jié)構(gòu),形成空腔。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光二級管,其特征在于所述空腔的內(nèi)壁為 垂直內(nèi)壁或者傾斜內(nèi)壁。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的發(fā)光二級管,其特征在于所述空腔內(nèi) 涂鍍有金屬膜。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光二級管,其特征在于所述金屬膜的材質(zhì) 為金、銀、鋁或鈦。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管元件,包括陶瓷基片;第一導(dǎo)電金屬薄膜,位于所述陶瓷基片的上表面;第二導(dǎo)電金屬薄膜,位于所述陶瓷基片的上表面,與所述第一導(dǎo)電金屬薄膜絕緣;一個(gè)或一個(gè)以上發(fā)光二極管芯片,發(fā)光二極管芯片的P極通過第一導(dǎo)電部件連接到陶瓷材料上表面上的第一導(dǎo)電金屬薄膜上,發(fā)光二極管芯片的N極通過第二導(dǎo)電部件連接到陶瓷基片上表面上的第二導(dǎo)電金屬薄膜上;第一導(dǎo)電金屬層,位于所述陶瓷基片的表面,通過陶瓷基片內(nèi)的第一導(dǎo)電金屬與第一導(dǎo)電薄膜相連接;第二導(dǎo)電金屬層,位于陶瓷基片的表面,通過陶瓷基片內(nèi)的第二導(dǎo)電金屬與第二導(dǎo)電薄膜相連接。因此本發(fā)明的LED元件具有良好的散熱性、可靠性并且制造過程簡單,成本低。
文檔編號H01L33/00GK101192637SQ200610140329
公開日2008年6月4日 申請日期2006年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月27日
發(fā)明者伍永安, 閆向陽 申請人:山西樂百利特科技有限責(zé)任公司;晉城市環(huán)球利特光電技術(shù)有限公司;杰西科技股份有限公司