CN100382340C - 芯片发光二极管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有宽视角的芯片发光二极管及其制造方法。该芯片发光二极管具有密封发光芯片的树脂封装，该发光芯片具有至少一个弧形突起部分。该弧形突起部分具有一横截面，该横截面基本上是半圆形，或基本上或部分地椭圆形或抛物线形。该弧形突起部分最好有这样一个横截面，该横截面包括许多直线，在相邻直线间形成一角度。该横截面被延长以形成一树脂封装的圆柱形外表面。

Description

芯片发光二极管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种芯片发光二极管(chip light emitting diode)及其制造方法。
背景技术
芯片发光二极管(LEDs)一般被用作显示设备和用于背光照明。最近，它们的使用范围已经提高到包括各种应用设备譬如用于移动电话和个人数字助理(PDAs)的光源。
参照图1，传统的LED芯片50在印刷电路板(PCB)51上具有一金属衬垫52和一引线(lead)55。安装在金属衬垫52上的发光芯片53通过导线54(wire)与引线55连接。树脂封装56由一种热固性塑胶(EMC)组成，同时密封芯片53。
因为树脂封装56具有一矩形横截面，因而传统的LED芯片50具有发出的光射线光程有限，使得LED芯片视角狭窄的缺点。进一步讲，发射光的强度分布集中在芯片的位置。因此，许多LED芯片被要求照亮一定的区域，结果导致在一些应用设备上产生很高的制造成本譬如用于背光照明。
此外，在操作过程中自传统的LED芯片50产生的热量集中在边缘，导致二极管热力的或机械的变形。
当用于传统的LED芯片的总密度的树脂封装厚度减少，用于边缘的树脂封装的金属衬垫应该更精确地构成，这也许导致很高的制造成本。此外，当树脂封装的厚度碰巧不均匀，压力可能集中在薄的部分，从而粘合强度恶化导致LED芯片可靠性变差。
发明内容
考虑到上述的现有技术，本发明的一个目的是提供一种具有宽视角的芯片发光二极管(LED)及其制造方法。
本发明的另一个目的是提供一种LED芯片，其中在任何一边光亮度基本上是均匀的目的是为了以很高的亮度照亮一个大的区域。
本发明的另一个目的是提供一种LED芯片，其中产生的热量被均匀地散布以避免热力的和机械的变形同时防止压力集中在一边。
本发明的另一个目的是提供一种LED芯片的制造方法，其中采用一简单的金属铸模(metal mold)以减少制造成本。
为了获得这些和其他的目的，如这里被具体化的和广泛描述的，一种芯片发光二极管包括：
在一印刷电路板上的一金属衬垫及彼此间隔开的引线；
安装在金属衬垫上的发光芯片；
将发光芯片与引线联接起来的导线；及
密封发光芯片的树脂封装和至少金属衬垫，引线，及导线的一部分，树脂封装具有至少一个弧形突起部分。
该弧形突起部分具有一横截面，其基本上为半圆形，或基本上或部分地为椭圆形或抛物线形。该弧形突起部分最好有一个横截面，其包括许多直线，相邻直线之间形成一角度。
根据本发明的另一个观点，一种芯片发光二极管的制造方法包括下列步骤：
在构成在印刷电路板上的金属衬垫上安装发光芯片；
将发光芯片与构成在印刷电路板上的引线相连接；
在具有一空腔的铸模内装备印刷电路板，该空腔与芯片发光二极管的至少一个突起部分相应；及
通过在铸模的空腔内注入树脂材料形成密封发光芯片的树脂封装和至少金属衬垫及引线的一部分，树脂封装具有至少一个弧形突起部分。
前面的综述和后面的详细描述都是典型的并且是意于提供对所主张的本发明的进一步解释。
附图说明
附图提供了对本发明的进一步理解，并且其与后面的详细描述一起解释本发明的原理。在附图中；
图1为传统的芯片发光二极管的透视图；
图2为根据第一个优选实施例的芯片发光二极管的透视图；
图3为沿着图2中的A-A线的放大的剖视图；
图4a和4b表示分别根据图2和图1的芯片的视角特性；
图5到图7表示根据第一个优选实施例，在芯片发光二极管中的树脂封装的另一个范例；
图8为根据第二个优选实施例的芯片发光二极管的透视图；
图9为沿着图8中的A-A线的剖视图；
图10和图11表示根据第二个优选实施例，在芯片发光二极管中的树脂封装的其它范例；及
图12表示根据本发明的芯片发光二极管的制造方法的流程图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行详细描述。
参照图2和图3，根据本发明的第一个优选实施例的芯片发光二极管(LED)100具有在印刷电路板(PCB)110上装备的金属衬垫120和引线150，及安装在金属衬垫120上的发光芯片130。金属衬垫120由一导电材料制成，同时芯片130可以适宜地在波长范围从红外光到紫外光的发光芯片中选择。导线140将发光芯片130与引线150连接起来，并且树脂封装从PCB110上突起地形成以密封芯片130和部分的引线150和金属衬垫120。
树脂封装160具有弧形突起部分161，该弧形突起部分161具有基本上是半圆形的横截面。该横截面被延长以形成树脂封装160的圆柱形外表面。利用具有弧形空腔的金属铸模适当的环氧树脂可以注入并浇铸到树脂封装160中。
由芯片130发射的光线R在具有不同的折射角的平滑曲面上被折射。这使得光强度分布变得均匀并且视角变宽了。
如图3中放大的剖视图所示的，树脂封装160的表面可以具有细条纹以散射从芯片130发出的光。该条纹可以形成三角形，正弦波形，或另外的适当的形状。条纹的周期p最好在大约0.5μm到1.0μm之间变动。在树脂封装160的表面上折射的过程中条纹可以散射由芯片130发出的光以进一步扩展视角。
如图4a和4b所示，其中分别表示根据本发明的LED芯片100和传统的LED芯片50的视角，在同样的试验条件下，LED芯片100具有变化范围在以粗线表示的从H(a)到H(b)大约160°的视角，而传统的LED芯片50具有从H(a′)到H(b′)大约120°的视角。因此，这表明根据本发明的LED芯片100的视角相对传统的LED芯片50的视角提高了大约40°。
LED芯片100的树脂封装160没有锐利的边缘，相反其具有平滑的曲面没有光路的限制。这使得光效率被提高了，正如表1中发明人通过多次实验获得的实验结果所证实的。表1仅仅表示根据LED芯片100和传统的LED芯片50的光强度和亮度的平均值。
表1
  平均光强度(mcd)   平均亮度(cd/m<sup>2</sup>)
  根据第一个优选实施例的LED芯片   26   980
  传统的LED芯片   20   700
表1的实验结果是在发光芯片100和发光芯片50具有相同尺寸，即宽304μm，深304μm，及高100μm，并且在光强度测量时输入电流为5mA，在光亮度测量时输入电流为15mA的条件下测得的。
参照表1，根据本发明的LED芯片100与传统的LED芯片50相比平均来讲在光强度方面被提高了6mcd并且在光亮度方面提高了280cd/m2。因此，可以注意到LED芯片100与传统的LED芯片相比具有更高的光效率。
参照图2和图3所描述的树脂封装160的弧形突起部分161具有一半圆形横截面，而且不仅仅局限于此。该弧形突起部分161的横截面可以进行不定地修改。图5到图7表示具有各种横截面的树脂封装LEDs芯片的范例。
现在参照图5，LED芯片200具有树脂封装260。与图2或图3相似，树脂封装260具有弧形突起部分261，该弧形突起部分261具有一基本上半圆形的横截面。此外，该弧形突起部分261的横截面包括许多直线，相邻的直线间形成角θ。该角度θ在整个弯曲部分上可以是相同的，或根据位置而不同。该横截面被延长以形成树脂封装260的圆柱形外表面。该树脂封装260可以与根据本发明第一个实施例的树脂封装160具有相似的功能。
参照图6，LED芯片300的树脂封装360沿着延长边的边缘具有梯状部分390。该树脂封装360具有弧形突起部分361以提供与根据第一个优选实施例的树脂封装160相似的功能。虽然在图6中在每一边(side)上都形成一梯状部分，需要的话在每一边上可能提供两个或更多个梯状部分。
如图7所示，也可能提供一具有树脂封装460的LED芯片400，其上表面是弯曲的而其侧面是平的。
本发明并不局限于上述的实施例。树脂封装的弧形突起部分可以具有一横截面，该横截面部分地椭圆形，抛物线形或圆形，或它的任何变型。树脂封装的表面可以具有细条纹以散光，结果进一步拓宽了视角范围。
根据本发明的树脂封装可以很容易地应用到具有两个极点(two-top)结构的LEDs芯片。
下面参照图8和图9，下面对根据本发明第二个优选实施例的LED芯片600进行描述。除了树脂封装660的外形之外，LED芯片600与根据本发明第一个优选实施例的LED芯片100是相似的。
LED芯片600的树脂封装660具有两个弧形突起部分661，662。两个弧形突起部分661，662被具有间隔1的隔板(spacer)663隔开。间隔1可以从横截面的底部长度b的0.1到0.4倍的范围内选择。
根据第二个优选实施例的LED芯片600，由芯片130发出的光线被发射并且在突起部分661和662的两个弧形表面上被折射。然后，折射光线发散以提供一个大的视角。这可以在一定的区域内提高两侧面(sides)的光效率。
虽然根据第二个优选实施例的LED芯片600的树脂封装660被描述具有两个突起部分661，662，但是也可能在树脂封装内形成多于两个突起部分。
图10和图11表示树脂封装的另外的范例。图10的LED芯片700具有一树脂封装760，其带有两个突起部分761，762，该突起部分彼此相邻形成没有任何隔板。具有树脂封装860的LED芯片800被表示在图11中。具有两个隔板864，865的三个突起部分861，862，863被形成。
在LED芯片700或800中由芯片130发出的光线被发射并在突起部分661上被折射，同时它们以一个大的视角发散。与图1中传统的LED芯片50相比这可以提高光效率。
同样可能的是根据第二个优选实施例的树脂封装的表面可以有细条纹以散光，从而进一步拓宽视角范围。
下面结合图2参照图12，描述LED芯片的制造方法。首先，在PCB 110上装备金属衬垫120与引线150(S1)。该芯片130安装在该金属衬垫120上，然后用导线140将该芯片130连接到该引线150上(S2-S3)。该芯片130可以适宜的从期望波长的发光芯片中选择。
然后该PCB 110被安装到具有空腔的铸模上(S4)。根据第一个优选实施例与第二个优选实施例之一该空腔与突起部分相对应。
其次，一固体热固性塑胶被加热到170-180℃并被注入到铸模中。具有在第一个或第二个优选实施例中描述的形状的树脂封装160形成在该PCB 110上(S5)。该树脂封装被构成用以密封发光芯片。也可能该树脂封装被构成以密封或者金属衬垫和引线的一部分或者金属衬垫和引线的整个表面。
实际上，许多LEDs芯片形成在一个PCB上，譬如具有大约80mm×50mm尺寸的PCB。因此，在PCB上的每一个LED芯片被单独地切开(S6)。
如上所述，根据本发明在LED芯片中从发光芯片发出的光线呈放射状并且均匀的发散，以拓宽视角。LED芯片的发光效率也被提高了，从而在背光照明以照亮一定区域的应用中LEDs芯片的数量减少了。
根据本发明从LED芯片产生的热量也均匀分布在表面上，以防止LED芯片热力或机械变形。此外，压力没有集中在一边上，从而提高了树脂封装与PCB之间的粘合特性，特别是在紧凑的LEDs芯片中。
由于具有弧形突起部分的铸模很容易制造，与具有矩形横截面的树脂封装相比，用于树脂封装的相对简单的铸模结构减少了制造成本。
很显然对于本领域的技术人员来说在不脱离本发明宗旨和范畴的情况下可以对本发明的设备和方法作出各种修改和改变。本发明涵盖在从属权利要求和与其等价的范围内提供的本发明的修改和变动。

Claims (8)

1.一种芯片发光二极管，通过切割具有排列在其上的多个发光芯片和密封所述多个发光芯片的树脂封装的印刷电路板，形成一单体装置，所述芯片发光二极管包括：
切割的印刷电路板；
在该印刷电路板上的金属衬垫和彼此间隔开的引线；
安装在金属衬垫上的发光芯片；
连接发光芯片与引线的导线；及
密封发光芯片的树脂封装及在该印刷电路板上的至少金属衬垫、引线及导线的各自部分，树脂封装具有至少一个弧形突起部分，该弧形突起部分具有弧形的横截面并且该横截面沿着该印刷电路板延长。
2.如权利要求1所述的芯片发光二极管，其中该弧形突起部分的横截面是半圆形、椭圆形或抛物线形，或者是部分的椭圆形或抛物线形。
3.如权利要求1所述的芯片发光二极管，其中该弧形突起部分的横截面包括许多直线，在相邻直线间具有一角度。
4.如权利要求1所述的芯片发光二极管，其中至少一个梯状部分形成在该树脂封装的外边缘。
5.如权利要求1所述的芯片发光二极管，其中该树脂封装的表面具有细条纹以分散从发光芯片发出的光。
6.如权利要求1所述的芯片发光二极管，其中该树脂封装包括一个突起部分。
7.如权利要求1所述的芯片发光二极管，其中该树脂封装具有两个突起部分，该两个突起部分彼此隔开一定的间隔，
其中该一定的间隔在树脂封装底部长度的0.1到0.4倍的范围内变动。
8.一种芯片发光二极管的制造方法，包括下列步骤：
将多个发光芯片安装于在印刷电路板上形成的金属衬垫上；
将发光芯片连接到形成在印刷电路板上的引线上；
在具有多个空腔且每一空腔对应要形成的弧形突起部分的铸模内装备该印刷电路板；
通过在铸模的空腔内注入树脂材料来形成密封多个发光芯片的树脂封装和至少金属衬垫及引线的各自部分，每一树脂封装具有至少一个弧形突起部分，该弧形突起部分具有弧形的横截面并且该横截面沿着该印刷电路板延长；及
切割该印刷电路板和树脂封装以形成单体装置，该每一单体装置具有在切割的印刷电路板上的树脂封装，该树脂封装具有至少一个弧形突起部分，该弧形突起部分具有弧形的横截面并且该横截面沿着该印刷电路板延长。
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