專利名稱：：發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)及其方法發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)及其方法發(fā)明所屬的
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)及其方法，尤其是指一種可大幅降低發(fā)光二極管的封裝熱阻的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)及其方法。先前技術(shù)現(xiàn)在照明用發(fā)光二極管(LightEmittingDiode,簡稱LED)幾乎都是用大功率LED(其功率大于0.5W以上)，而大功率LED封裝都致力于往低熱阻(高散熱)封裝的方向發(fā)展，因LED的發(fā)光效率與溫度息息相關(guān)，溫度越高、LED發(fā)光效率就越低，因此大功率LED封裝均朝向散熱快，即低熱阻的方向發(fā)展。請參照圖1,其繪示了現(xiàn)今大功率LED的封裝結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖所示，其熱阻可以分為四個部分，第一部份為LED發(fā)光層(InGaN)100;第二部份為LED基底120，其通常為藍寶石(入1203)，以上兩個部分合為LED晶?；蛐酒?；第三部份為將LED晶粒和LED支架結(jié)合的銀膠層130;第四部份為LED支架的導熱層140，其一般使用銅合金C194,此層又稱為熱沉，此四個部分合起來即為LED封裝的整體封裝熱阻。圖1中各組件的熱阻的計算公式如下R=1/(S*A0，其中1為距離，S為截面積，X為材料的熱傳導系數(shù)(W/m。C),以上四個部分的熱阻計算所得結(jié)果如表一所示表一<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>R=0.029+2.38+4+0.21=6.62由表一可以看出LED封裝結(jié)構(gòu)的熱阻中銀膠層130所占的比率非常高，因此如果可以找到代替銀膠且熱傳導系數(shù)高的材料，將可大幅改善LED封裝結(jié)構(gòu)的熱阻。現(xiàn)今有一種方法就是使用共晶法，所謂的共晶法是在LED支架上或者是LED晶粒上先鍍上一層共晶材料AuSn，然后使LED晶粒接觸LED支架后，將LED晶粒用超音波的頻率來回摩擦LED支架，利用摩擦生熱的原理將AuSn加熱到融化的溫度，然后瞬間停止使AuSn冷卻，如此就可以將LED晶粒附著(或者說結(jié)合)在LED支架上，此法所使用的AuSn的熱傳導系數(shù)為58W/m°C，厚度僅為0.01mm,因此，此層的熱阻僅為0.17°C/W,雖然可以有效降低整體封裝的熱阻，可是此法必須加裝共晶的設(shè)備，增加生產(chǎn)成本，且必須先對LED晶?；騆ED支架先鍍上一層共晶材料，并使用超音波的頻率且大面積來摩擦LED晶粒，對LED晶粒造成何種潛在的危險因子，并沒有人探討，因此使用者并不多，誠屬美中不足之處。因此，有必要設(shè)計一種發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)及其方法，以克服上述缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其可大幅降低發(fā)光二極管的封裝熱阻。本發(fā)明的另一目的在于提供一種發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其以錫膏層取代銀膠層，除可減少加熱所需時間外，還可降低生產(chǎn)成本。為了達到上述目的，本發(fā)明的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)包括一晶粒，其可供發(fā)出電致發(fā)光；一錫膏層，其系置于該晶粒底部及四周，可供將該晶粒與至少一支架結(jié)合；以及一導熱層，其系置于該錫膏層的底部，可提供該晶粒的導熱途徑。為了達到上述目的，本發(fā)明的發(fā)光二極管的封裝方法包括下列步驟提供一晶粒，其可供發(fā)出電致發(fā)光；將一錫膏層置于該晶粒底部及四周，以供該晶粒與至少一支架結(jié)合；以及將一導熱層置于該錫膏層的底部，以提供該晶粒的導熱途徑。為使貴審査員能進一步了解本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特征及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例的詳細說明如后。附圖簡述圖1是現(xiàn)有大功率LED的封裝結(jié)構(gòu)的示意圖，其中LED發(fā)光層100，LED基底120，銀膠層130，導熱層140。圖2是本發(fā)明的一較佳實施例的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)的示意圖，其中晶粒10，發(fā)光層11，基底12，錫膏層20，導熱層30，支架40。圖3是本發(fā)明的另一實施例的發(fā)光二極管的封裝方法的流程示意圖。實施方式請參閱圖2，其繪示了本發(fā)明一較佳實施例的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖所示，本發(fā)明的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)包括一晶粒10;—錫膏層20;以及一導熱層30。其中，該晶粒10可供發(fā)出電致發(fā)光，其進一步包括一發(fā)光層ll;以及一基底12。其中，該發(fā)光層ll例如但不限于為一氮化銦鎵(InGaN)晶粒，在本實施例中以氮化銦鎵晶粒為例加以說明，但并不以此為限；該基底12系置于該發(fā)光層11之下，可提供該晶粒10與該錫膏層20的結(jié)合，其例如但不限于為一藍寶石(Al203)結(jié)構(gòu)、銅合金或單晶硅。該錫膏層20的厚度可為該晶粒10高度的一半，例如但不限于為0.02mm。該錫膏層20系置于該芯片10底部及四周，可供將該芯片10與至少一支架40結(jié)合，其中該支架40例如但不限于為該發(fā)光二極管的正、負極接腳。該導熱層30也稱為熱沉，其系置于該錫膏層20的底部，可提供該晶粒10的導熱途徑。本發(fā)明選用印刷電路板加工時常用的錫膏(不管是有鉛或無鉛錫膏，效果是一樣的，若考慮到環(huán)保因素則可選用無鉛錫膏)來取代已知封裝結(jié)構(gòu)中用的銀膠層，這是一個非常創(chuàng)新的想法及應用，如此使用有兩個優(yōu)點第一個優(yōu)點是傳統(tǒng)使用銀膠層(如圖1中所示的130)，必須放入烤箱中110。C以上，放置90120分鐘以上，使銀膠固化，如此才能將LED晶粒10固定在LED支架上，現(xiàn)使用錫膏，則只要瞬間加熱至170240。C(約515秒)，錫膏即可將LED晶粒固定在LED支架40上，如此可以縮短LED的封裝制程時間；第二個優(yōu)點是錫膏層20的熱傳導系數(shù)約為45W/m。C,厚度約為0.02mm,則此層的熱阻僅為0.44。C/W，可大幅改善LED的封裝熱阻，以達到大幅降低封裝熱阻的目的，如表二所示<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>_R=0,029+2.38+0.44+0.21=3.06_LED封裝的整體封裝熱阻降低到3.06。C/W,因此，可有效降低LED整體封裝熱阻一半以上。此外，由表一可以了解，LED晶粒10使用藍寶石作為基底12，其熱阻依然不小，雖然藍寶石對于可見光而言是透明的，可以增加藍光LED晶粒10的藍光取出效率，但因其熱阻不小，依然會在使用過程中因溫度上升造成發(fā)光效率降低現(xiàn)象，因此有些LED晶粒制造商使用一些高熱傳導系數(shù)的材料作為藍光LED晶粒10的基底12，如銅合金或者是單晶硅，雖然高熱傳導系數(shù)的材料對于藍光而言可能是不透明(無法穿透)的，但LED晶粒制造商會在發(fā)光層底下加一層反射層(圖中未示)，將所產(chǎn)生的光線全部往正面(上方)導引，以大幅降低基底不透光所產(chǎn)生的影響，如此一來，所使用的LED晶粒10的基底12材料，如銅合金(熱傳導系數(shù)為264W/mt:)、單晶硅(熱傳導系數(shù)為146W/m°C)，其熱傳導系數(shù)均比藍寶石12(熱傳導系數(shù)為45W/mt:)大很多，因此可進一步有效降低LED封裝的封裝熱阻，詳情如表三及表四所示表三<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>以銅合金作為LED晶粒10的基底12,貝'jLED封裝的整體封裝熱阻降低到1.06。C/W。表四<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>以單晶硅作為LED晶粒10的基底12,則LED封裝的整體封裝熱阻可降低到1.36。C/W。由表三及表四可以看出，如果LED晶粒10的基底12使用高熱傳導系數(shù)的材料，貝l」LED封裝的整體熱阻中，使用錫膏層20為LED晶粒10和LED支架40的結(jié)合層時，其對熱阻的貢獻又不可忽視了，此時，可以增加錫膏層20的使用量，最多可加到LED晶粒厚度的90%，如圖2所示。現(xiàn)假設(shè)于LED封裝時，錫膏層20使用量增加到LED晶粒10厚度的一半，貝IJLED晶粒10在工作時所產(chǎn)生的熱，其散熱途徑變成兩個，其中一個遵循原來的途徑，另一個則往增加出來的錫膏層20路徑來散熱，則熱阻的計算如表五及表六所示(其中，LED晶粒10厚度的上半部是共同路徑，此外路徑一是經(jīng)過LED晶粒10的下半部及LED晶粒10下方的錫膏層20，另一路徑是多出來的錫膏層20部分)。表五<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>以銅合金作為LED晶粒10的基底12,則LED封裝的整體封裝熱阻降低到0.6TC/W。表六<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>R=0.029+0.34+0.2+0.21=0.78以單晶硅作為LED晶粒10的基底12，則LED封裝的整體封裝熱阻降低到0.78°C/W。由表五及表六可以看出，將錫膏層20的使用量增加到LED晶粒10厚度的一半時，可有效降低LED封裝的整體封裝熱阻的30~40%以上，這是一個降低LED封裝的整體封裝熱阻非常有效的設(shè)計，也是新的一種封裝型態(tài)。因此，本發(fā)明的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)確可改善已知發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)的缺點o此外，本發(fā)明還提供一種發(fā)光二極管的封裝方法。請參照圖3，其繪示了本發(fā)明另一實施例的發(fā)光二極管的封裝方法的流程示意圖。如圖所示，本發(fā)明的發(fā)光二極管的封裝方法包括下列步驟提供一芯片IO，其可供發(fā)出電致發(fā)光(步驟l);將一錫膏層20置于該芯片10底部及四周，以供該芯片10與至少—支架40結(jié)合(步驟2);以及將一導熱層30置于該錫膏層20的底部，以提供該芯片10的導熱途徑(步驟3)。于該步驟l中，提供一芯片IO，其可供發(fā)出電致發(fā)光；其中，該晶粒10可供發(fā)出電致發(fā)光，其進一步包括一發(fā)光層ll;以及一基底12。其中，該發(fā)光層ll例如但不限于為一氮化銦鎵(InGaN)晶粒；該基底12系置于該發(fā)光層11之下，可提供該晶粒10與該錫膏層20的結(jié)合，其例如但不限于為一藍寶石(Al203)結(jié)構(gòu)、銅合金或單晶硅。于該步驟2中，將一錫膏層20置于該芯片10底部及四周，以供該芯片10與至少一支架40結(jié)合；其中，該錫膏層20的厚度可為該晶粒10高度的一半，例如但不限于為0.02mm,且該支架40例如但不限于為該發(fā)光二極管的正、負極接腳。于該步驟3中，將一導熱層30置于該錫膏層20的底部，以提供該芯片10的導熱途徑；其中，該導熱層30也稱為熱沉，其系置于該錫膏層20的底部，可提供該晶粒10的導熱途徑。因此，經(jīng)由本發(fā)明的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)的實施，可大幅降低發(fā)光二極管的封裝熱阻；以及以錫膏層取代銀膠層，除可減少加熱所需時間外，還可降低生產(chǎn)成本，因此，確可改善已知發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)的缺點。權(quán)利要求1.一種發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其包括一晶粒，其可供發(fā)出電致發(fā)光；一錫膏層，其系置于該晶粒底部及四周，可供將該晶粒與至少一支架結(jié)合；以及一導熱層，其系置于該錫膏層的底部，可提供該晶粒的導熱途徑。2.如權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其中該晶粒進一步包括一發(fā)光層，其可供發(fā)出電致發(fā)光；以及一基底，其系置于該發(fā)光層之下，可提供該晶粒與該錫膏層的結(jié)合。3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu),其中該發(fā)光層為一氮化銦鎵晶粒。4.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu),其中該基底為一藍寶石結(jié)構(gòu)、銅合金或單晶硅。5.如權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其中該錫膏層的厚度為該晶粒高度的一半，最多可達芯片厚度的90%。6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其中該錫膏層的厚度為0.02mm。7.—種發(fā)光二極管的封裝方法，其包括下列步驟提供一晶粒，其可供發(fā)出電致發(fā)光；將一錫膏層置于該晶粒底部及四周，以供該晶粒與至少一支架結(jié)合；以及將一導熱層置于該錫膏層的底部，以提供該晶粒的導熱途徑。8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管的封裝方法，其中該晶粒進一步包括一發(fā)光層，其可供發(fā)出電致發(fā)光；以及一基底，其系置于該發(fā)光層之下，可提供該晶粒與該錫膏層的結(jié)合。9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管的封裝方法，其中該發(fā)光層為一氮化銦鎵晶粒。10.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管的封裝方法，其中該基底為一藍寶石結(jié)構(gòu)、銅合金或單晶硅。11.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管的封裝方法，其中該錫膏層的厚度為該晶粒高度的一半，最多可達芯片厚度的90%。12.如權(quán)利要求11所述的發(fā)光二極管的封裝方法，其中該錫膏層的厚度為0.02mm。全文摘要本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其包括一晶粒，其可供發(fā)出電致發(fā)光；一錫膏層，其系置于該晶粒底部及四周，可供將該晶粒與至少一支架結(jié)合；以及一導熱層，其系置于該錫膏層的底部，可提供該晶粒的導熱途徑；借助于上述結(jié)構(gòu)可大幅降低發(fā)光二極管的封裝熱阻。此外，本發(fā)明還提供一種發(fā)光二極管的封裝方法，其可大幅降低發(fā)光二極管的封裝熱阻。文檔編號H01L33/00GK101350393SQ20081021217公開日2009年1月21日申請日期2008年9月10日優(yōu)先權(quán)日2008年9月10日發(fā)明者索辛納姆,羅維鴻,蔡綺睿申請人:羅維鴻