專(zhuān)利名稱(chēng):一種鑲嵌式功率型led光源的封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù),具體涉及光發(fā)射二極管為主要元件的一種照明光源;本發(fā)明還涉及該照明光源的封裝結(jié)構(gòu),利用該結(jié)構(gòu)來(lái)制備照明光源的方法。
背景技術(shù):
可見(jiàn)光的光發(fā)射二極管(LED)起源于20世紀(jì)90年代,是超高亮度LED應(yīng)用領(lǐng)域的拓展,1991年,紅、橙、黃色AlGaInN類(lèi)高亮度LED的實(shí)用化揭開(kāi)了LED發(fā)展的新篇目,使LED的應(yīng)用從室內(nèi)走向室外,成功的應(yīng)用于各種交通信號(hào)燈、汽車(chē)尾燈、方向燈以及戶(hù)外信息顯示屏。藍(lán)色、綠色AlGaInN類(lèi)超高亮度LED的相繼研制成功,實(shí)現(xiàn)了LED的超高亮度全色化。然而用于照明則是超高亮度LED拓展的又一全新領(lǐng)域,用LED半導(dǎo)體固體照明光源取代白熾燈和熒光燈等傳統(tǒng)玻殼照明燈已成為新世紀(jì)的發(fā)展目標(biāo)。
由此可見(jiàn),功率型半導(dǎo)體固體照明光源的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化將成為今后發(fā)展的另一重要方向,其技術(shù)關(guān)鍵是不斷提高發(fā)光效率(lm/W)和每一器件(組件)的發(fā)光通量。功率型LED所用的外延材料采用MOCVD的外延生長(zhǎng)技術(shù)或SiC和多量子阱結(jié)構(gòu),雖然其內(nèi)量子效率還需進(jìn)一步提高,但獲得高發(fā)光通量的最大障礙仍是芯片取光效率很低。由于半導(dǎo)體與封裝環(huán)氧的折射率相差較大,致使內(nèi)部的全反射臨界角很小,有源層產(chǎn)生的光只有小部分被取出,大部分在芯片內(nèi)部經(jīng)多次反射而被吸收,成為超高亮度LED芯片取光效率很低的根本原因。
目前由于沿用了傳統(tǒng)的指示燈型LED制造工藝和封裝結(jié)構(gòu),工作電流小,封裝熱阻高,不能滿(mǎn)足充分散熱的要求,致使LED芯片的溫度升高,造成器件光衰減加快。此外環(huán)氧樹(shù)脂變黃也將使光輸出降低。按照這種常規(guī)理念設(shè)計(jì)和制作的功率型LED根本無(wú)法達(dá)到高效率和高通量的要求,從而不能達(dá)到照明光源的要求。
功率型LED在大電流下產(chǎn)生比φ5mm白光LED大10-20倍的光通量,因此必須通過(guò)使用有效的散熱和采用不劣化的封裝材料來(lái)解決光衰減問(wèn)題,管殼及封裝已成為研制功率型LED的關(guān)鍵技術(shù)之一,全新的LED功率型封裝設(shè)計(jì)理念主要?dú)w納為兩類(lèi)一是單芯片功率型封裝;另一是多芯片功率型封裝。
有關(guān)LED的專(zhuān)利文獻(xiàn)很多,例如較早的JP8-102550,沒(méi)有具體敘述用于照明光源的封裝。同樣還有CN1296296,敘述了倒裝焊接的LED器件。CN1215503和1315057公開(kāi)了LED器件及其制備,其中在電極上制作一些微型凸柱以便減少電極尺寸并且完善連接,它們都使用樹(shù)脂封裝。JP10-200186使用拋物線(xiàn)反光面,但它是垂直安裝。JP2001-156330在藍(lán)寶石襯底中摻雜鉻以便在550nm處有吸收,并且有炮彈型外殼聚光罩。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高發(fā)光通量、高可靠性及低熱阻的功率型LED光源的封裝結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明另一個(gè)目的是提供一種利用該結(jié)構(gòu)來(lái)制備功率型LED光源的方法。
本發(fā)明鑲嵌式功率型LED光源包括基座1,LED芯片2,管殼3,填充膠體4和金絲5。
基座1的材料可以選用銅、鋁、AlN(氮化鋁)、BN(氮化硼)、SiCAl(碳化硅鋁)、陶瓷等高導(dǎo)熱率的金屬或非金屬,形狀為T(mén)形旋轉(zhuǎn)體,其頂部(即直徑小的一端)有一倒錐形凹坑11,該凹坑的直徑和深度根據(jù)需要確定,沒(méi)有嚴(yán)格限制;LED芯片2固定于該凹坑11的底部平面上,LED芯片的數(shù)量可為一個(gè)或多個(gè)。
管殼3由塑料體31與正負(fù)極引線(xiàn)32組成,固定成一個(gè)整體。引線(xiàn)的一端嵌入塑料體內(nèi),并有部分表面露出,用于焊線(xiàn),與LED芯片的電極連接;另一端伸出塑料體,并根據(jù)需要彎折成一定的形狀,用于與LED的電源連接。管殼的外形和正負(fù)極引線(xiàn)的位置分布根據(jù)需要確定。
基座1嵌入管殼3中并粘合固定,LED芯片2就處于塑料體31形成的一個(gè)錐形反射腔33內(nèi)。而同時(shí)基座的底部(即直徑大的一端)略微凸出塑料體。
在LED芯片2所在的錐形反射腔內(nèi)加入填充膠體5,優(yōu)選使用光學(xué)透過(guò)率高的柔性膠體,保護(hù)LED芯片及其電路結(jié)構(gòu)。可選地,在LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)加入含有YAG粉的膠體,來(lái)改變光的顏色或色溫。
本發(fā)明鑲嵌式功率型LED光源的封裝制備方法包括步驟1.用沖壓或其他方法制備基座,基座頂部有一倒錐形凹坑,該凹坑的直徑和深度根據(jù)需要確定,凹坑底部平面的大小可容納LED芯片;2.用沖壓或其他方法制備引線(xiàn),并用注塑的方法使塑料體與引線(xiàn)成為整體,形成管殼;3.將基座嵌入管殼中并粘合固定;4.用粘合劑或其他方法將LED芯片固定在基座頂部的凹坑內(nèi);5.用金絲焊接LED芯片的電極和正負(fù)引線(xiàn);6.在LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)加入填充膠體;7.可選地在LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)加入含有YAG粉的膠體。
基座的材料沒(méi)有嚴(yán)格限制,優(yōu)選使用銅、鋁、AlN(氮化鋁)、BN(氮化硼)、SiCAl(碳化硅鋁)、陶瓷等高導(dǎo)熱率的金屬或非金屬,有利于LED芯片的散熱,一般使用金屬,便于加工。倒錐形凹坑表面有較高光潔度,以便增強(qiáng)反光;底部平面方便固定LED芯片。基座的底部面積較大,并略微凸出塑料體,便于LED光源安裝在散熱表面上并有助于熱量的傳導(dǎo)??赏ㄟ^(guò)粘接方式固定芯片,優(yōu)選使用高導(dǎo)熱性能的膠粘接固定,這樣可有效的降低結(jié)構(gòu)的熱阻。管殼的塑料體形成的錐形反射腔表面有較高光潔度,其錐角和形狀可根據(jù)實(shí)際光學(xué)需要設(shè)計(jì)。在LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)加入填充膠體,可保護(hù)LED芯片及其電路結(jié)構(gòu),優(yōu)選使用光學(xué)透過(guò)率高的柔性膠,能夠減少光損失并吸收壓力;可選地在LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)加入含有YAG粉的膠體,通過(guò)發(fā)出特定波長(zhǎng)的光的芯片來(lái)激發(fā)YAG,可以獲得不同顏色的光。當(dāng)然,不同添加劑改變不同色澤或其他性能。
圖1是本發(fā)明中基座的立體圖;圖2是本發(fā)明中基座的剖面圖;圖3是本發(fā)明中管殼的立體圖;圖4是本發(fā)明中管殼的底部視圖;圖5是本發(fā)明中管殼的剖面圖;圖6是本發(fā)明功率型LED照明光源的封裝結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖7是本發(fā)明功率型LED照明光源的封裝結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖8是本發(fā)明功率型LED照明光源的封裝結(jié)構(gòu)的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步詳述本發(fā)明。
實(shí)施例一請(qǐng)參閱圖1和圖2,基座1為T(mén)形旋轉(zhuǎn)體,材料為銅,用沖壓或其他方法加工。其頂部有一倒錐形凹坑11,該凹坑表面有較高光潔度,形成一光滑的反射面?;撞康膱A面有一缺口12,用于與管殼3之間的定位。
請(qǐng)參閱圖3、圖4和圖5,用注塑的方法使塑料體31與引線(xiàn)32成為整體,形成管殼3。引線(xiàn)的一端嵌入塑料體內(nèi),并有部分表面露出,用于焊線(xiàn),與LED芯片的電極連接;另一端伸出塑料體,并根據(jù)需要彎折成一定的形狀,用于與LED的電源連接。正負(fù)極引線(xiàn)分布在管殼兩側(cè)。管殼內(nèi),上部是一錐形反射腔33,表面有較高光潔度,用于反射LED芯片發(fā)出的光線(xiàn)并容納填充膠體;下部形成臺(tái)階,與基座的尺寸相配合。
基座1從管殼3下方嵌入其中并粘合固定。嵌入后基座的底部略微凸出塑料體,便于LED光源安裝在散熱表面上并有助于熱量的傳導(dǎo)。
將LED芯片2用高導(dǎo)熱性能的膠直接固定在基座1的倒錐形凹坑11底部的平面上,使得芯片2產(chǎn)生的熱量能夠通過(guò)基座1迅速傳出。
LED芯片2的電極與管殼3內(nèi)的引線(xiàn)露出部分通過(guò)金絲5焊接。
向LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)加入光學(xué)透過(guò)率高的柔性膠體4,保護(hù)LED芯片及其電路結(jié)構(gòu),吸收壓力,并盡量減少光損失。
封裝完成的功率型LED光源結(jié)構(gòu)如圖7和圖8所示。
實(shí)施例二基本按照與實(shí)施例一相同的步驟,不同的是向LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)填充含有一定比例的YAG粉的膠體,通過(guò)發(fā)出特定波長(zhǎng)的光的芯片來(lái)激發(fā)YAG粉,以獲得所需顏色的光。
實(shí)施例三基本按照與實(shí)施例一相同的步驟,不同的是基座的材料為AlN(氮化鋁)。
實(shí)施例五基本按照與實(shí)施例一相同的步驟,不同的是基座的材料為SiCAl(碳化硅鋁)。
實(shí)施例六基本按照與實(shí)施例一相同的步驟,不同的是基座的材料為導(dǎo)熱陶瓷。
實(shí)施例七基本按照與實(shí)施例一相同的步驟,不同的是使用3個(gè)LED芯片封裝,混合成白色光。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1)封裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,且封裝工藝簡(jiǎn)便易實(shí)現(xiàn);2)由于采用基座,而且芯片直接以高導(dǎo)熱性能的膠固定于該基座凹坑的底部,使芯片產(chǎn)生的熱量能夠迅速傳出;3)芯片置于反射腔內(nèi),芯片發(fā)出的光線(xiàn)損失很少,提高取光效率;4)可改變反射腔來(lái)滿(mǎn)足不同的光學(xué)需要。
從上可知,本發(fā)明了提供一種熱阻低,可靠性高,發(fā)光通量高的功率型LED光源封裝結(jié)構(gòu),并且提供了一種利用該結(jié)構(gòu)來(lái)制備功率型LED光源的方法。
以上詳細(xì)敘述了本發(fā)明的封裝結(jié)構(gòu),顯然,本領(lǐng)域技術(shù)人員可作許多改良和變換,例如封裝的結(jié)構(gòu)和尺寸以及材料的變化等,均落入本發(fā)明的精神范圍。
權(quán)利要求
1.一種鑲嵌式功率型LED光源的封裝結(jié)構(gòu),包括基座,LED芯片,管殼,填充膠體和金絲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述封裝結(jié)構(gòu),其特征在于基座的材料可以選用銅、鋁、AlN(氮化鋁)、BN(氮化硼)、SiCAl(碳化硅鋁)、陶瓷等高導(dǎo)熱率的金屬或非金屬,形狀為T(mén)形旋轉(zhuǎn)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述封裝結(jié)構(gòu),其特征在于基座頂部(即直徑小的一端)有一倒錐形凹坑,該凹坑的直徑和深度根據(jù)需要確定,沒(méi)有嚴(yán)格限制,LED芯片固定于該凹坑的底部平面上,LED芯片的數(shù)量可為一個(gè)或多個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述封裝結(jié)構(gòu),其特征在于管殼由塑料體與正負(fù)極引線(xiàn)組成,固定成一個(gè)整體。引線(xiàn)的一端嵌入塑料體內(nèi),并有部分表面露出,用于焊線(xiàn),與LED芯片的電極連接;另一端伸出塑料體,并根據(jù)需要彎折成一定的形狀,用于與LED的電源連接。管殼的外形和正負(fù)極引線(xiàn)的位置分布根據(jù)需要確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述封裝結(jié)構(gòu),其特征在于基座嵌入管殼中并粘合固定后,LED芯片處于塑料體形成的一個(gè)錐形反射腔內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述封裝結(jié)構(gòu),其特征在于基座嵌入管殼中并粘合固定后,基座的底部(即直徑大的一端)略微凸出塑料體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述封裝結(jié)構(gòu),其特征在于在LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)加入填充膠體,優(yōu)選使用光學(xué)透過(guò)率高的柔性膠體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述封裝結(jié)構(gòu),其特征在于可選地在LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)加入含有YAG粉的膠體,來(lái)改變光的顏色或色溫。
9.一種功率型LED光源的封裝制備方法,包括步驟用沖壓或其他方法制備基座,基座頂部有一倒錐形凹坑,該凹坑的直徑和深度根據(jù)需要確定,凹坑底部平面的大小可容納LED芯片;用沖壓或其他方法制備引線(xiàn),并用注塑的方法使塑料體與引線(xiàn)成為整體,形成管殼;將基座嵌入管殼中并粘合固定;用粘合劑或其他方法將LED芯片固定在基座頂部的凹坑內(nèi);用金絲焊接LED芯片的電極和正負(fù)引線(xiàn);在LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)加入填充膠體;
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法,進(jìn)一步包括可選地在LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)加入含有YAG粉的膠體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有高發(fā)光通量、高可靠性及低熱阻的功率型LED光源的封裝結(jié)構(gòu)。包括基座,LED芯片,管殼,填充膠體和金絲?;牟牧线x用高導(dǎo)熱率的金屬或非金屬,形狀為T(mén)形旋轉(zhuǎn)體,頂部有一倒錐形凹坑,LED芯片固定于凹坑的底部平面上。管殼由塑料體與正負(fù)極引線(xiàn)組成,固定成一個(gè)整體。引線(xiàn)的一端嵌入塑料體內(nèi),并有部分表面露出;另一端伸出塑料體?;度牍軞ぶ胁⒄澈瞎潭?,芯片就處于塑料體形成的一個(gè)錐形反射腔內(nèi)。同時(shí)基座的底部略微凸出塑料體。在反射腔內(nèi)加入填充膠體,保護(hù)芯片及其電路結(jié)構(gòu)??蛇x地,在該反射腔內(nèi)加入含有YAG粉的膠體,改變光的顏色或色溫。本發(fā)明還提供一種利用該結(jié)構(gòu)來(lái)制備功率型LED光源的方法。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1619851SQ20041009606
公開(kāi)日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2004年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月29日
發(fā)明者李明遠(yuǎn), 陳迎春, 肖俊 申請(qǐng)人:深圳市淼浩高新科技開(kāi)發(fā)有限公司