專利名稱：一種高反射及高導熱式電氣組件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種高反射及高導熱式電氣組件及其制造方法。
背景技術：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，LED)在電子流動的情況下，會產生大量的熱，而熱的產生會提升電阻，阻礙電子的流動，繼而再大幅產生熱量，嚴重影響發(fā)光二極管的功能。在發(fā)光二極管制造技術大幅提升的現(xiàn)況下，發(fā)光二極管中的線寬越來越小，線路密度越來越高，因而使得發(fā)光二極管所產生的熱量密度也快速增加。以高亮度發(fā)光二極管為例，其熱量密度即達lOOW/cm2以上。因此，與發(fā)光二極管接觸的基板是否具有快速的散熱能力，著實是主導發(fā)光二極管能否正常運轉的關鍵因素。一般功率元件，如固體繼電器，也是類似于電腦的中央處理器，在運作過程中皆會產生高熱。因此，功率元件亦利用與其接觸的基板將熱快速散去，方能正常運轉。目前發(fā)光二極管已應用在照明上，但在應用上的最大問題在于發(fā)光二極管不耐高熱，一般來說溫度不能超過90°C，若超過此溫度，則亮度將快速下降，故與LED接觸的散熱機構的快速散熱能力是發(fā)光二極管能否成為照明光源的最大挑戰(zhàn)，這也說明了散熱基板的開發(fā)對發(fā)光二極管于照明方面的應用，具有舉足輕重的關鍵地位。為同時兼顧現(xiàn)今發(fā)光二極管輕薄短小的設計要求，與發(fā)光二極管元件接觸的基板須同時符合以下三個基本要求1.熱方面的要求此材料須具有高熱傳導系數(shù)，以達快速散熱的要求。2.電方面的要求為避免發(fā)光二極管的P極與N極接觸而短路，此材料須具有高絕緣能力，即須具有高的電阻系數(shù)。3.光方面的要求在滿足以上兩個基本要求后，此基板應還要能將發(fā)光二極管所釋放出的光線，全部引導射向發(fā)光二極管的前方，增加發(fā)光二極管照明燈具前方的有效亮度。以發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,LED)為例，各種顏色的發(fā)光二極管在近幾年陸續(xù)被開發(fā)出來，其中又以白光發(fā)光二極管的開發(fā)成功最為重要，因白光發(fā)光二極管可作為照明燈具的光源。LED照明的技術瓶頸之一為散熱問題。若熱量不能被快速帶走，則 LED芯片的溫度就會過高，進而降低LED芯片的發(fā)光效率，并減少LED芯片的壽命。LED芯片會被安裝于散熱基板上，散熱基板的主要功能在于將熱快速帶往散熱鰭片或熱管，以達成散熱的目的。此外，因為LED芯片具有P-N 二極，故與LED芯片接觸的基板，亦需提供獨立與P 極與N極接通的導電線路。目前市面上所有的LED芯片的散熱基板，譬如FR4及MCPCB復合基板，皆可提供導電的需求。然而，這兩種散熱基板的散熱能力表現(xiàn)具有很大的差異。例如，以閃光法量測這兩種散熱基板，可以得到的熱傳導系數(shù)如表1所列。表1
目前市面上的所有LED芯片的散熱基板，除了在熱傳導系數(shù)仍有提升的空間以應付更高瓦數(shù)的LED芯片的散熱需求以外，并沒有去探討或處理光的反射問題。也就是說，目前市面上的LED芯片的散熱基板，并無同時處理光、電、熱的需求。LED芯片在P-N界面的電子與電洞反應后會釋放出光線，許多光線會因為散射、折射等而四處散逸。因此，僅有部分的光線才會射向LED芯片的前方，成為有用的光源。因此， 在封裝LED芯片或燈具時，常常需要將周圍的表面施以化學或物理批覆(如CVD (化學氣相沈積(Chemical vapor d印osition)、PVD (物理氣相沈積(Physical vapor d印osition)等技術)，以鍍上金屬反光層，增加有效光強度?；蛘?，可以在散熱基板上施加金屬層，增加散熱基板的反光能力，例如Wang等人在美國專利第US7550319號中提出一種以網(wǎng)版印刷的方式，在陶瓷基板上印上銀與玻璃混合的油墨，再以燒附的方式將銀及陶瓷基板結合在一起。 因金屬銀可以反光，故可提供反射的功能，但是這種方式增加極多的成本。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種高反射及高導熱式電氣組件及其制造方法， 其能同時處理光、電、熱的需求。為達上述目的，本發(fā)明提供一種高反射及高導熱式電氣組件，其包含一下金屬層、 一透光陶瓷層及一圖案化的上金屬層。下金屬層具有一下反射面。透光陶瓷層具有一上表面及一下表面。透光陶瓷層的下表面鍵結接合至下金屬層的下反射面上。上金屬層鍵結接合至透光陶瓷層的上表面上。下反射面使穿過透光陶瓷層的一第一光線反射穿過透光陶瓷層。本發(fā)明更提供一種高反射及高導熱式電氣組件的制造方法，包含以下步驟研磨并少量氧化一下金屬層，以使下金屬層具有一下反射面；提供一圖案化的上金屬層；將一透光陶瓷層夾置于上金屬層及下金屬層之間以形成一組合體；以及將組合體置放于一高溫環(huán)境中，以使透光陶瓷層鍵結接合至下金屬層及上金屬層。藉此，可以提高散熱能力，提高光反射能力，同時提供電氣連接的能力。為讓本發(fā)明的上述內容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合所附圖式， 作詳細說明如下。


圖1顯示依據(jù)本發(fā)明較佳實施例的高反射及高導熱式電氣組件的俯視圖；圖2顯示沿著圖1的線2-2的剖面圖；圖3顯示圖2的光反射示意圖；圖4與5顯示依據(jù)本發(fā)明的高反射及高導熱式電氣組件的其他實施方式；圖6顯示圖2的另一種變形例。
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主要元件符號說明
Ll--L6 光線
10下金屬層
12下反射面
12A 表面氧化層
15第一界面
20透光陶瓷層
22上表面
24下表面
25第二界面
30上金屬層
32上反射面
40電子元件
50導線
60封膠層
62邊界面
64,66 螢光顆粒
70導熱膠
70'焊錫
具體實施例方式本發(fā)明同時針對光、電、熱三個方面提供解決的方案，使高反射及高導熱式電氣組件具有整合性的功能。圖1顯示依據(jù)本發(fā)明較佳實施例的高反射及高導熱式電氣組件的俯視圖。圖2顯示沿著圖1的線2-2的剖面圖。圖3顯示圖2的光反射示意圖。如圖1至圖3所示，本發(fā)明的高反射及高導熱式電氣組件包含一下金屬層10、一透光陶瓷層20及一圖案化的上金屬層30。上金屬層30亦可被稱為金屬線路層。下金屬層10具有一下反射面12。透光陶瓷層20是由藍寶石、玻璃或氧化硅所構成。透光陶瓷層20具有一上表面22及一下表面對，透光陶瓷層20的下表面M鍵結接合至下金屬層10的下反射面12上。下金屬層10及上金屬層30可以是相同金屬材料(譬如是高導熱暨高導電材料)所構成，亦可以是由不同金屬材料所構成。舉例而言，下金屬層10 及上金屬層30是由銅所構成，且下金屬層10與透光陶瓷層20之間所鍵結接合的一第一界面15相同于透光陶瓷層20與上金屬層30之間所鍵結接合的一第二界面25。圖案化的上金屬層30是鍵結接合至透光陶瓷層20的上表面22上。下反射面12 使穿過透光陶瓷層20的一第一光線Ll反射穿過透光陶瓷層20。于此情況下，可能有些光線會被上金屬層30擋住。因此，上金屬層30可以更具有一上反射面32，上反射面32面對下反射面12。下反射面12使穿過透光陶瓷層20的一第二光線L2反射至上反射面32，且上反射面32使第二光線L2反射至下反射面12，最后使第二光線L2被反射穿過透光陶瓷層20。
以上的下金屬層10、透光陶瓷層20及上金屬層30可以被稱為是一散熱基板。散熱基板可以裝設有電子元件。因此，高反射及高導熱式電氣組件可以更包含一電子元件40、 多條導線50以及一封膠層60。譬如是發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode, LED)的電子元件40安裝于透光陶瓷層20的上表面22上，用以發(fā)出第一光線Li。此等導線50電連接至電子元件40及上金屬層30。值得注意的是，電子元件40亦可包含藍寶石層。為了提高散熱效率，電子元件40可以通過一導熱膠70而安裝于透光陶瓷層20的上表面22上。導熱膠70算是電子元件40與透光陶瓷層20的界面，其不同于第一界面15 及第二界面25。此導熱膠可為透明或半透明的粘膠。封膠層60包覆透光陶瓷層20、上金屬層30、電子元件40及此等導線50。于此情況下，電子元件40更可發(fā)出一第三光線L3。第三光線L3由封膠層60的一邊界面62反射回透光陶瓷層20，穿過透光陶瓷層20，并由下金屬層10反射穿過透光陶瓷層20及封膠層 60后，從封膠層60射出。此外，封膠層60可以包含多個螢光顆粒64、66，譬如是陶瓷螢光粉。螢光顆粒64、 66可以具有不同的直徑。在此情況下，電子元件40更發(fā)出一第四光線L4，各螢光顆粒64/66 接收第四光線L4后產生一第五光線L5。第五光線L5穿過透光陶瓷層20，并由上金屬層30 反射穿過透光陶瓷層20及封膠層60后，最后從封膠層60射出。以下說明高反射及高導熱式電氣組件的制造方法。首先，研磨并少量氧化下金屬層10，譬如是銅層，以使下金屬層10具有下反射面 12。施以研磨步驟是為了確保其表面粗糙度，施以氧化步驟是為了使銅片的下反射面12形成有一表面氧化層12A，表面氧化層12A的厚度小于或等于6微米，以確保后續(xù)的反光能力。接著，提供圖案化的上金屬層30。此上金屬層30可以電鍍、無電鍍、化學氣相沈積、物理氣相沈積等方法，配合蝕刻或其他移除步驟而形成于透光陶瓷層20上。然后，將透光陶瓷層20夾置于上金屬層30及下金屬層10之間以形成一組合體。 此時，透光陶瓷層20、上金屬層30及下金屬層10只是組合在一起，而非有鍵結接合的關系。接著，將組合體置放于一高溫環(huán)境中，以使透光陶瓷層20鍵結接合至下金屬層10 及上金屬層30。高溫環(huán)境的溫度介于1060°C與1080°C之間，且高溫環(huán)境具有低氧分壓?；蛘?，于另一例子中，可以將透光陶瓷層20與下金屬層10形成另一組合體。此時，透光陶瓷層20及下金屬層10只是組合在一起，而非有鍵結接合的關系。接著，將此組合體置放于一高溫環(huán)境中，以使透光陶瓷層20鍵結接合至下金屬層10。高溫環(huán)境的溫度介于1060°C與1080°C之間，且高溫環(huán)境具有低氧分壓。然后以電鍍、無電鍍、化學氣相沈積、 物理氣相沈積等方法制作此上金屬層30，并結合蝕刻或其他步驟形成線路。然后，可以輔以前述的高溫環(huán)境中進行鍵結接合，亦可以不執(zhí)行此步驟。因此，上金屬層30可以以鍵結接合或一般附著的方式設置于透光陶瓷層20上。因此，在前述例子中，高反射及高導熱式電氣組件的制造方法包含以下步驟。首先，研磨并氧化下金屬層10，以使下金屬層10具有下反射面12。然后，將透光陶瓷層20的下表面M夾置于下金屬層10的下反射面12以形成一組合體。接著，將組合體置放于一高溫環(huán)境中，以使透光陶瓷層20鍵結接合至下金屬層10。然后，于透光陶瓷層20的上表面 22上形成圖案化的上金屬層30。類似地，上金屬層30可通過電鍍、無電鍍、化學氣相沈積或物理氣相沈積，配合蝕刻步驟或其他移除步驟而形成于透光陶瓷層20的上表面22。
當所制造出來的復合基板/散熱基板的厚度是1. 2mm時，以閃光法(Flashmethod) 量測出的熱傳導系數(shù)大約等于90W/mK，也就是沿著下金屬層10至透光陶瓷層20至圖案化的上金屬層30的方向的熱傳導系數(shù)實質上等于90W/mK，這明顯高于表1所列的熱傳導系數(shù)。因此，這種銅/透明陶瓷/銅的復合基板，相當適合作為LED的散熱基板。
然后，可以將電子元件40，譬如是LED，安裝于透光陶瓷層20上。接著，提供多條導線50以將電子元件40電連接至上金屬層30。最后，以封膠層60包覆透光陶瓷層20、上金屬層30、電子元件40及此等導線50。 螢光顆粒64、66可以摻在封膠層60中，以將LED發(fā)出的色光加以改變，例如將藍光轉換成白光，以作為照明的光源。為了使上金屬層30也具有反光的效果，亦可研磨并氧化上金屬層30以形成上反射面32，上反射面32面對下反射面12。因此，LED的正極及負極可以分別連接到上金屬層30。LED朝前方所發(fā)出來的一第六光線L6可以直接射出封膠層60。其他光線Ll至L5可以通過上反射面32、下反射面12 及封膠層60反射或處理后，朝LED的前方射出，以使LED的發(fā)光效率更為提高，甚至達到全反光的效果。至于LED所散發(fā)出來的熱，可以通過導熱膠70而傳遞至透光陶瓷層20及下金屬層10，最后到達與下金屬層10接觸的散熱鰭片或熱管。圖4與5顯示依據(jù)本發(fā)明的高反射及高導熱式電氣組件的其他實施方式。如圖4 與5所示，下金屬層10上面可以有多個LED，這些LED通過上金屬層30而得以被通電，這些 LED可以被并聯(lián)(圖4)或串聯(lián)(圖5)。圖6顯示圖2的另一種變形例。如圖6所示，本變形例與圖2的差異在于電子元件40是安裝于上金屬層30上。于此例子中，電子元件40通過焊錫70'而安裝于上金屬層 30上。或者，電子元件40亦可直接通過導熱膠70而安裝于上金屬層30上。因此，本發(fā)明的高反射及高導熱式電氣組件可以提高散熱能力，提高光反射能力， 并同時提供電氣連接的能力，故非常適合應用于LED的領域，并改良LED產品的發(fā)光效率。在較佳實施例的詳細說明中所提出的具體實施例僅用以方便說明本發(fā)明的技術內容，而非將本發(fā)明狹義地限制于上述實施例，在不超出本發(fā)明的精神及權利要求范圍的情況，所做的種種變化實施，皆屬于本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種高反射及高導熱式電氣組件，其特征在于，所述的組件包含 一下金屬層，其具有一下反射面；一透光陶瓷層，其具有一上表面及一下表面，所述透光陶瓷層的所述下表面鍵結接合至所述下金屬層的所述下反射面上；及一圖案化的上金屬層，設置于所述透光陶瓷層的所述上表面上，其中所述下反射面使穿過所述透光陶瓷層的一第一光線反射穿過所述透光陶瓷層。
2.如權利要求1所述的高反射及高導熱式電氣組件，其特征在于，所述的上金屬層鍵結接合至所述透光陶瓷層的所述上表面。
3.如權利要求2所述的高反射及高導熱式電氣組件，其特征在于，所述的下金屬層及所述上金屬層是由銅所構成，且所述下金屬層與所述透光陶瓷層之間所鍵結接合的一第一界面相同于所述透光陶瓷層與所述上金屬層之間所鍵結接合的一第二界面。
4.如權利要求1所述的高反射及高導熱式電氣組件，其特征在于，所述的上金屬層具有一上反射面，所述上反射面面對所述下反射面，其中所述下反射面使穿過所述透光陶瓷層的一第二光線反射至所述上反射面，且所述上反射面使所述第二光線反射至所述下反射面，最后使所述第二光線被反射穿過所述透光陶瓷層。
5.如權利要求1所述的高反射及高導熱式電氣組件，其特征在于，所述組件還包含 一電子元件，安裝于所述透光陶瓷層的所述上表面或所述上金屬層上，并發(fā)出所述第一光線；以及多條導線，電連接至所述電子元件及所述上金屬層。
6.如權利要求5所述的高反射及高導熱式電氣組件，其特征在于，所述組件還包含 一封膠層，包覆所述透光陶瓷層、所述上金屬層、所述電子元件及所述的多條導線，其中所述電子元件更發(fā)出一第三光線，所述第三光線由所述封膠層的一邊界面反射回所述透光陶瓷層，穿過所述透光陶瓷層，并由所述下金屬層反射穿過所述透光陶瓷層及所述封膠層后，從所述封膠層射出。
7.如權利要求5所述的高反射及高導熱式電氣組件，其特征在于，所述組件還包含 一封膠層，包覆所述透光陶瓷層、所述上金屬層、所述電子元件及所述的多條導線，其中所述封膠層包含多個螢光顆粒。
8.如權利要求5所述的高反射及高導熱式電氣組件，其特征在于，所述電子元件更發(fā)出一第四光線，所述各個螢光顆粒接收所述第四光線后產生一第五光線，所述第五光線穿過所述透光陶瓷層，并由所述上金屬層反射穿過所述透光陶瓷層及所述封膠層后，最后從所述封膠層射出。
9.一種高反射及高導熱式電氣組件的制造方法，其特征在于，所述的方法包含以下步驟研磨并氧化一下金屬層，以使所述下金屬層具有一下反射面； 提供一圖案化的上金屬層；將一透光陶瓷層夾置于所述上金屬層及所述下金屬層之間以形成一組合體；以及將所述組合體置放于一高溫環(huán)境中，以使所述透光陶瓷層鍵結接合至所述下金屬層及所述上金屬層。
10.如權利要求9所述的制造方法，其特征在于，還包含以下步驟將一電子元件安裝于所述透光陶瓷層上；以及提供多條導線以將所述電子元件電連接至所述上金屬層。
11.如權利要求10所述的制造方法，其特征在于，還包含以下步驟以一封膠層包覆所述透光陶瓷層、所述上金屬層、所述電子元件及所述的多條導線。
12.如權利要求9所述的制造方法，其特征在于，其中提供所述上金屬層的步驟包含 研磨并氧化所述上金屬層以形成一上反射面，所述上反射面面對所述下反射面。
13.一種高反射及高導熱式電氣組件的制造方法，其特征在于，所述的方法包含以下步驟研磨并氧化一下金屬層，以使所述下金屬層具有一下反射面；將一透光陶瓷層的一下表面夾置于所述下金屬層的所述下反射面以形成一組合體；將所述組合體置放于一高溫環(huán)境中，以使所述透光陶瓷層鍵結接合至所述下金屬層；以及在所述透光陶瓷層的一上表面上形成一圖案化的上金屬層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高反射及高導熱式電氣組件，其包含一下金屬層、一透光陶瓷層及一圖案化的上金屬層。下金屬層具有一下反射面。透光陶瓷層具有一上表面及一下表面。透光陶瓷層的下表面鍵結接合至下金屬層的下反射面上。上金屬層鍵結接合至透光陶瓷層的上表面上。下反射面使穿過透光陶瓷層的一第一光線反射穿過透光陶瓷層。一種高反射及高導熱式電氣組件的制造方法亦一并揭露。
文檔編號H01L23/498GK102208392SQ201010145608
公開日2011年10月5日 申請日期2010年3月29日 優(yōu)先權日2010年3月29日
發(fā)明者段維新 申請人:段維新