TWI464929B - 提昇散熱效率之光源模組及其嵌入式封裝結構 - Google Patents

Description

提昇散熱效率之光源模組及其嵌入式封裝結構

本發明是有關於一種光源模組，且特別是有關於一種提昇散熱效率之光源模組及其嵌入式封裝結構。

一般而言，發光元件之底部係以散熱片來導熱，但是發光元件所產生的熱必須經過電路基板上的錫膏、絕緣膠(例如PP膠)以及背膠，才能到達散熱片。這三層材料中，絕緣膠的熱阻最大，應設法盡量減少絕緣膠的使用。但是，在熱電分離的封裝結構中，傳統上還是以導熱不導電的絕緣膠來電性隔離發光元件與散熱片，因此傳統的熱電分離的封裝結構仍無法解決散熱不佳的問題。另外，組裝在散熱片上的封裝結構，常會發生組裝人員的手指觸碰到封裝膠體，使其表面受力而造成內部的金線發生斷裂或損壞，因此應設法避免封裝結構在組裝時被觸碰到的機會。

本發明係有關於一種提昇散熱效率之光源模組及其嵌入式封裝結構，可將發光元件所產生的熱直接傳導至下方的散熱片，以減少熱阻。此外，嵌入式封裝結構可內埋於散熱片的凹槽中，進而有效減少封裝結構在組裝時被觸碰到的機會。

根據本發明之一方面，提出一種提昇散熱效率之光源模組。此光源模組包括一發光元件、一電路層、一導線架、一導熱材料層以及一散熱片。導線架電性連接於發光元件與電路層之間。導熱材料層連接於導線架的底部，且導熱材料層與導線架電性絕緣。散熱片具有一凹槽，用以容納發光元件與導線架，其中導熱材料層位於凹槽的底部，以使散熱片藉由導熱材料層與導線架的底部熱接觸。

根據本發明之另一方面，提出一種嵌入式封裝結構，配置於一凹槽中，凹槽的外側設有一接墊。嵌入式封裝結構包括一發光元件、一導線架以及一封膠。導線架電性連接於發光元件。凹槽用以容納發光元件與導線架，導線架上端延伸至凹槽的外側，並與接墊電性連接。封膠包覆發光元件以及部分導線架，其中導線架下端延伸至封膠內，並與發光元件電性連接。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

本實施例之提昇散熱效率之光源模組及其嵌入式封裝結構，係於散熱片(例如鋁板)上加工以形成一口字形的凹槽，並在此凹槽的下表面做表面處理，以形成一導熱材料層於凹槽中。藉由導熱材料層，發光元件所產生的熱可以直接傳導至散熱片，不需經過絕緣層，以減少熱阻的產生。此外，嵌入式封裝結構係採用向上彎折之導線架，使得導線架可內埋於散熱片的凹槽中，並可藉由上錫焊接而電性連接於發光元件與電路層之間。因此，嵌入式封裝結構可受到適當的保護，以減少在組裝時被觸碰到的機會。

請參照第1A～1E圖，其繪示依照一實施例之光源模組的散熱片之加工流程示意圖。加工流程包括下列步驟(1)～(4)。在第1A圖中，步驟(1)係形成一電路層112以及一絕緣層114於散熱片116的上表面。絕緣層114位於電路層112與散熱片116之間，以電性隔離電路層112與散熱片116。在第1B圖中，步驟(2)係以機械加工或蝕刻等方式移除部分絕緣層114以及部分散熱片116而形成一凹槽116a。電路層112的接墊112a、112b係位於凹槽116a的外側。在第1C圖中，步驟(3)係形成一金屬層118(例如銅或鎳)於凹槽116a的底部。在第1D圖中，步驟(4)係形成一導熱材料層120於金屬層118上，而部分導熱材料層122係可形成於電路層112的接墊112a、112b上。在一實施例中，導熱材料層120例如以塗佈的方式形成於凹槽116a的底部。導熱材料層120的材質包括錫，例如是低熔點的錫鉛合金或錫銀銅合金等。此外，當導熱材料層120以網版塗佈在凹槽116a的底部時，部分導熱材料層122可同時塗佈於接墊112a、112b上，以作為一焊接材料層。另外，當散熱片116的材質為鋁時，由於銅(金屬層118)與錫(導熱材料層120)的接合能力大於鋁(散熱片116)與錫(導熱材料層120)的接合能力，因此本實施例可藉由銅(金屬層118)接合於導熱材料層120與散熱片116之間，來增加散熱片116與導熱材料層120的接合能力。

另外，請參考第1E圖，上述之加工流程中，於步驟(4)之後，更可包括塗佈一防銲層124於絕緣層114上。防銲層124覆蓋絕緣層114，並顯露出位於接墊112a、112b上的部分導熱材料層122(焊接材料層)以及位於凹槽116a的底部的導熱材料層120，如第2A圖所示。

接著，請參照第2A及2B圖，其分別繪示依照一實施例之嵌入式封裝結構102的組裝示意圖。嵌入式封裝結構102可藉由組裝至散熱片116之凹槽116a中而組成一光源模組100。此光源模組100之散熱片116上形成有接墊112a、112b、一絕緣層114、一金屬層118以及一導熱材料層120，其可經由第1A～1D圖之加工流程製作，在此不再贅述。嵌入式封裝結構102包括一發光元件110、一導線架130以及一封膠140。導線架130電性連接於發光元件110與接墊112a、112b之間。此外，散熱片116具有一凹槽116a，此凹槽116a用以容納發光元件110與導線架130，其中導熱材料層120位於凹槽116a的底部，以使散熱片116藉由導熱材料層120與導線架130的底部熱接觸。另外，嵌入式封裝結構102更包括至少一導線142，導線142電性連接於發光元件110與導線架130之間，以傳遞訊號。

在上述實施例中，嵌入式封裝結構102因採用向上彎折之導線架130，使得導線架下端130c及導線架中端130b可內埋於散熱片116的凹槽116a中。導線架上端130a延伸至凹槽116a的外側，並可藉由焊接材料層與接墊112a、112b接合而電性連接。此外，封膠140包覆發光元件110以及部分導線架130，以使導線架下端130c延伸至封膠140內，並位於發光元件110之周圍。在一實施例中，發光元件110係以一對導線142與導線架下端130c電性連接，以使發光元件110電致而發光。

在上述實施例中，導線架130的底部例如具有一晶片座134，發光元件110配置於晶片座134上，而導線架上端130a由晶片座134之一側呈L形延伸出封膠140之外，並顯露於封膠140之頂面。如第2B圖所示，當嵌入式封裝結構102內埋於凹槽116a內時，位於底部的晶片座134直接與導熱材料層120接觸，導熱材料層120例如為錫膏或其他金屬，因此可將發光元件110所產生的熱直接傳導至散熱片116，不需經過絕緣層114，以減少熱阻的產生。此外，嵌入式封裝結構102的封膠140不會凸出於散熱片116外，而是內埋於凹槽116a內，在組裝時不易觸碰，故能保護內部的導線142不被按壓，以避免發生斷裂或損壞。

雖然上述實施例中，封膠140係於組裝前預先包覆發光元件110以及部分導線架130，以形成一嵌入式封裝結構102，再將嵌入式封裝結構102組裝至凹槽116a中，以組成一體化的光源模組100。但在另一實施例中，封膠140亦可於組裝成光源模組100之後再填入於凹槽116a內，並經由固化而包覆發光元件110以及部分導線架130，以形成嵌入式封裝結構102。此外，封膠140可具有透鏡的形狀及功能，例如具有凸面、凹面或其組合，藉以改變由發光元件110發射之光的出光角度。

本發明上述實施例所揭露之提昇散熱效率之光源模組及其嵌入式封裝結構，係採用向上彎折之導線架，使得導線架可內埋於散熱片的凹槽中，並可藉由上錫焊接而電性連接於發光元件與電路層之間。因此，嵌入式封裝結構可受到適當的保護，以減少在組裝時被觸碰到的機會。此外，發光元件內埋之後，光源模組的整體厚度明顯地減少，更能符合薄形化的需求。相對於傳統電路基板的絕緣層熱阻過高的問題，本實施例之發光元件(例如為高功率之發光二極體元件)所產生的熱可直接傳導至下方的導熱材料層以及散熱片，不需經過絕緣層，因此可有效減少熱阻的產生，以提昇光源模組的散熱效率。

綜上所述，雖然本發明已以諸實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．光源模組

102．．．嵌入式封裝結構

110．．．發光元件

112．．．電路層

112a、112b．．．接墊

114．．．絕緣層

116．．．散熱片

116a．．．凹槽

118．．．金屬層

120．．．導熱材料層

122．．．部分導熱材料層(焊接材料層)

124．．．防銲層

130．．．導線架

130a．．．導線架上端

130b．．．導線架中端

130c．．．導線架下端

134．．．晶片座

140．．．封膠

142．．．導線

第1A～1E圖繪示依照一實施例之光源模組的散熱片之加工流程示意圖。

第2A及2B圖分別繪示依照一實施例之嵌入式封裝結構的組裝示意圖。

100．．．光源模組

102．．．嵌入式封裝結構

110．．．發光元件

112a、112b．．．接墊

114．．．絕緣層

116．．．散熱片

116a．．．凹槽

118．．．金屬層

120．．．導熱材料層

122．．．部分導熱材料層(焊接材料層)

124．．．防銲層

130．．．導線架

130a．．．導線架上端

130b．．．導線架中端

130c．．．導線架下端

134．．．晶片座

140．．．封膠

142．．．導線

Claims (11)

1. 一種提昇散熱效率之光源模組，該光源模組包括：一散熱片，具有一凹槽；一電路層，配置於該凹槽的外側；一嵌入式封裝結構，配置於該凹槽中，該嵌入式封裝結構包括：一發光元件；一導線架，對應該凹槽之外形設置於該嵌入式封裝結構中且電性連接於該發光元件與該電路層之間，該凹槽用以容納該發光元件與該導線架，該導線架上端延伸至該凹槽的外側，並與該電路層電性連接；一封膠，包覆該發光元件以及部分該導線架，其中該導線架下端延伸至該封膠內，並與該發光元件電性連接；以及一晶片座，位於該導線架的底部，該發光元件配置於該晶片座上；一導熱材料層，位於該凹槽的底部並連接於該晶片座，以使該散熱片藉由該導熱材料層與該晶片座熱接觸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，更包括一絕緣層，位於該電路層與該散熱片之間，該絕緣層位於該凹槽的外側。
3. 如申請利範圍第2項所述之光源模組，更包括一防銲層，塗佈於該絕緣層上，並顯露於該凹槽的外側。
4. 如申請專利範圍第2項所述之光源模組，其中該電路層包括至少一接墊，配置於該凹槽的外側，該導線架 上端延伸至該凹槽的外側，並與該接墊電性連接。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，更包括一金屬層，位於該凹槽的底部，且接合於該導熱材料層與該散熱片之間，其中該金屬層與該導熱材料層的接合能力大於該散熱片與該導熱材料層的接合能力。
6. 如申請專利範圍第5項所述之光源模組，其中該金屬層的材質為銅，該散熱片的材質為鋁。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該導熱材料層以塗佈的方式形成於該凹槽的底部。
8. 如申請專利範圍第7項所述之光源模組，其中該導熱材料層的材質包括錫。
9. 一種嵌入式封裝結構，配置於一凹槽中，該凹槽的外側設有一接墊，該嵌入式封裝結構包括：一發光元件；一導線架，對應該凹槽之外形設置於該嵌入式封裝結構中且電性連接於該發光元件，該凹槽用以容納該發光元件與該導線架，該導線架上端延伸至該凹槽的外側，並與該接墊電性連接；一封膠，包覆該發光元件以及部分該導線架，其中該導線架下端延伸至該封膠內，並與該發光元件電性連接；以及一晶片座，位於該導線架的底部，該發光元件配置於該晶片座上。
10. 如申請專利範圍第9項所述之嵌入式封裝結構，其中該導線架上端由該晶片座之一側呈L形延伸出該 封膠之外。
11. 如申請專利範圍第9項所述之嵌入式封裝結構，更包括至少一導線，該發光元件以該導線與該導線架下端電性連接。