CN102165589A - 表面贴装陶瓷led封装的生产方法、使用该生产方法生产的表面贴装陶瓷led封装以及用于生产该封装的模具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及表面贴装陶瓷LED封装(138)和用于其生产的方法，所述方法包括：将具有孔(106)的陶瓷生片(102)与第二陶瓷生片(104)叠放；插入带有凹槽(128)的模具(114)以在所述陶瓷生片基板(112)的底部形成隔片(136)；以及烧结所述陶瓷生片基板。

Description

表面贴装陶瓷LED封装的生产方法、使用该生产方法生产的表面贴装陶瓷LED封装以及用于生产该封装的模具
本专利申请要求于2008年10月3日提交的、当前未决的美国专利申请12/244,799的优先权。
技术领域
本发明涉及用于表面贴装陶瓷发光二极管(LED)封装的生产方法、由该生产方法生产的表面贴装陶瓷LED封装以及用于生产该封装的模具。
背景技术
LED的应用十分广泛，如用作显示器背光源以及通用照明光源等等。LED封装可大致分为圆顶封装和表面贴装封装。就圆顶LED封装而言，LED芯片被安装到导线架上，而其周边则使用树脂模制成圆顶状。将树脂模制成圆顶状的原因是为了通过折射将芯片发出的光向前聚焦，从而增加发光量。就表面贴装封装而言，LED芯片被布置在凹板的凹槽底部，并用树脂密封。由于表面贴装类型的安装高度更低，尺寸更小，重量更轻，因而拥有广阔的应用范围和光明的发展前景。就表面贴装类型而言，并不使用圆顶形式的模塑树脂来折射光线，而是通过将凹面部分的壁朝上(朝凹面部分的开口方向)并倾斜以将其展开从而增加发光量。
由于LED芯片能够发出多种颜色的光，因而通过组合LED芯片就可获得发出各种颜色光的LED装置。然而，当将多个LED芯片布置在同一凹面部分中时会出现这样的问题，即某个LED芯片发出的光会被邻近LED芯片发出的光干涉。例如，当需要得到白光时，一种方法是将红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)进行组合。普通的LED芯片为平面直角形式，由此发出的光缺乏方向性，几乎会从其整个表面发出。由于从芯片侧面发出的光会干扰邻近芯片发出的光，因此不同波长的发射光的干涉作用会使得光相互削弱。这会导致发光量减少的问题，而且还会出现发光量不均匀的现象。为了克服光干涉带来的问题，可在表面贴装LED装置的凹面部分的底部设置隔片以尽量减少发生在LED芯片间的光学干涉。
根据WO 2002/017401所述，整个LED装置发光量减少的问题可以通过下述方法来克服：在塑料LED装置凹面部分底部的多个LED芯片之间设置隔片，以防止从一个LED芯片发出的光与从另一LED芯片发出的光发生干涉。
然而，在WO 2002/017401中，将塑料用于封装基板。由于塑料在LED芯片发出光所含的紫外线的作用下可能会劣化，因此它不是最适用于LED封装。此外，虽然高输出的LED芯片能发出高亮度的光，但待散热量也相应增加。由于塑料封装缺乏耐热性，因而热劣化问题不容忽视，由此带来封装本身使用寿命缩短的问题。
在另一方面，虽然陶瓷封装具有优异的耐热性，但是在制作倾斜或弯曲的发射光反射表面或芯片之间的隔片等精细结构方面，它们存在可塑性不如塑料制品的问题。基于上述原因，陶瓷封装在将LED芯片发射的光导向所需的方向时存在困难，最终将造成发光量损失。因此，陶瓷封装在精细结构方面可塑性不佳的缺点可通过有效利用热塑性塑料生片的特性来克服。
本发明通过提供一种制造陶瓷LED封装的生产方法解决了许多此类问题，所述方法能够轻松可靠地形成隔片，并可制造具有隔片的陶瓷LED封装，而且还能制造用于模制陶瓷LED封装的模具。
发明概述
本发明的用于表面贴装陶瓷LED封装的生产方法包括以下步骤：(i)制备第一陶瓷生片和第二陶瓷生片，并在第一陶瓷生片中形成通孔；(ii)在第一和/或第二陶瓷生片上形成LED连接电极；(iii)将第一陶瓷生片和第二陶瓷生片叠放以形成具有凸面部分的陶瓷生片基板；(iv)将模具插入陶瓷生片基板的凹面部分中，所述模具包括基座部分和插入部分，其基座部分挤压除陶瓷生片基板的第一陶瓷生片的凹面部分之外的其他部分；其插入部分具有从基座部分突出并挤压陶瓷生片基板的凹面部分内部的凸面部分。插入操作使得凸面部分的远端表面与陶瓷生片基板凹面部分的底部接触。模具凸面部分的远端表面设有凹槽以在陶瓷生片基板的凹面部分底部形成隔片；(v)通过将模具压到陶瓷生片基板上使陶瓷生片卷曲，同时通过挤压形成适当的形状，其中在陶瓷生片基板的凹面部分的底部形成隔片，并使凹面部分的侧表面倾斜以朝开口的方向展开；以及(vi)烧结卷曲和挤压成形的陶瓷生片基板以形成陶瓷基板。
在本发明的另一个实施方案中，步骤(ii)是这样的一个步骤(本文中称为ii′)：其中在第二陶瓷生片中设置通孔，向通孔中填充导电浆料，并且在与第一陶瓷生片接触的第二陶瓷生片的表面上形成用于实现与LED芯片电连接的电极以覆盖通孔；并且步骤(iii)为步骤(iii′)，其中将第一陶瓷生片叠放到第二陶瓷生片形成有电极的一例上以形成具有凹面部分的陶瓷生片基板。
本发明的另一个实施方案提供了包括以下步骤的陶瓷LED封装生产方法：(I)制备陶瓷生片，并使用导电浆料在陶瓷生片上形成LED连接电极；(II)使模具与陶瓷生片的一侧接触，通过挤压形成凹面部分，所述模具包括插入部分和基座部分，所述插入部分具有凸面部分，所述基座部分具有容纳插入部分的插入部分外壳部分，所述插入部分具有形状，其中凸面部分的顶部小于凸面部分的底部，并且凸面部分的远端表面中具有凹槽，凹面部分的形成使得在模具的凹槽的底部形成隔片并使凹面部分朝其开口方向展开；以及(III)烧结其中形成了导体层的陶瓷生片。
另一个实施方案提供了包括以下步骤的制造陶瓷LED封装的生产方法：(A)制备第一陶瓷生片和第二陶瓷生片并在第一陶瓷生片中形成通孔；(B)在第一陶瓷生片和/或第二陶瓷生片上形成LED连接电极；(C)将第一模具插入并挤压到第一陶瓷生片的通孔中，第一模具包括插入部分和基座部分，所述插入部分具有凸面部分，所述基座部分具有容纳插入部分的插入部分外壳部分，插入部分具有形状，其中凸面部分的顶部小于凸面部分的底部，凸面部分从基座部分突出并被挤压以使通孔的壁倾斜，而基座部分则挤压除通孔之外的其他部分；(D)将第二模具压到第二陶瓷生片的一侧上，第二模具具有凹槽以在第二陶瓷生片的一侧上形成隔片，通过挤压模具在第二陶瓷生片的一侧的表面上形成隔片；(E)将第一陶瓷生片与第二陶瓷生片叠放，使得第二陶瓷生片的隔片被第一陶瓷生片的通孔内壁包围；(F)热压粘合第一和第二陶瓷生片以形成具有凹面部分的陶瓷生片基板；以及(G)烧结挤压成形和热压粘合的陶瓷生片基板以形成陶瓷基板。
本发明的另一个方面为表面贴装陶瓷LED封装。此封装具有陶瓷基板，所述陶瓷基板具有：凹面部分、LED连接电极以及位于凹面部分底部以用于将凹面部分分隔成两个或更多个区域的隔片。
本发明的另一方面为用于生产表面贴装陶瓷LED封装的模具。所述模具包括插入部分和基座部分，所述插入部分具有凸面部分，所述基座部分具有容纳插入部分的插入部分外壳部分。模具具有形状，其中凸面部分的顶部小于凸面部分的底部，并且凸面部分的远端表面具有凹槽。
通过本说明书的详细描述，如上所述的本发明的其他特征将显而易见。
根据本发明的陶瓷LED封装的生产方法，可轻松地以高产率生产陶瓷LED封装，在该封装中，因光学干涉而造成的发光量减少可得以避免，即便在具有多个LED芯片的情况下亦是如此。
附图简述
图1A至图1H大体描述了表面贴装陶瓷LED封装的生产方法。
图2(a)和图2(b)示出了第二实施方案，其中制备了第一陶瓷生片和第二陶瓷生片，并在第一陶瓷生片中形成通孔。
图2C示出了在第二陶瓷生片104中形成的通孔202和204。图2D示出了第一陶瓷生片叠放在第二陶瓷生片之上，其中电极在第二陶瓷生片上形成，随后图2E-H示出了如步骤1A-AH中执行表面贴装陶瓷LED封装的生产方法的进一步的步骤。
图3(a)至图3(f)示出了陶瓷生片的制备、电极的形成以及获得陶瓷LED封装的烧结方法。
图4(a)至图4(k)描述了表面贴装陶瓷LED封装的生产方法，其中分别制备第一陶瓷生片和第二陶瓷生片，并卷曲所得产品以得到基板，然后烧结。
图5示出了LED封装和LED装置的不同视图。
图6为陶瓷LED封装的各种视图。
图7示出了另一种电极排列方式的各种视图。
图8示出了另一种排列的视图。
图9示出了LED封装的顶视图和其他视图。
图10A和图10B示出了电极形状的实例。
图11示出了具有成型隔片的实施方案。
图12示出了在由隔片分开的区域中设置电极的情况。
图13为本发明的模具的透视图。
图14A至图14C描述了本发明的各种视图。
图15A至图15F为从不同角度观察基板的视图，示出了用于LED封装的插入部分。
发明详述
(I)表面贴装陶瓷LED封装的生产方法
<第一实施方案>
本发明的第一方面为表面贴装陶瓷LED封装的生产方法，该生产方法的第一实施方案包括以下步骤：
(i)制备第一陶瓷生片和第二陶瓷生片，并在第一陶瓷生片中形成通孔；
(ii)在第一和/或第二陶瓷生片上形成LED连接电极；
(iii)将第一陶瓷生片和第二陶瓷生片叠放以形成具有凸面部分的陶瓷生片基板；
(iv)将模具插入陶瓷生片基板的凹面部分中，所述模具包括基座部分和插入部分，所述基座部分挤压除陶瓷生片基板的第一陶瓷生片的凹面部分之外的其他部分，所述插入部分具有从基座部分突出并挤压陶瓷生片基板的凹面部分内部的凸面部分。插入操作使得凸面部分的远端表面与陶瓷生片基板凹面部分的底部接触。模具凸面部分的远端表面设有凹槽以用于在陶瓷生片基板的凹面部分底部形成隔片；
(v)通过将模具压到陶瓷生片基板上使陶瓷生片卷曲，同时通过挤压形成适当的形状，其中在陶瓷生片基板的凹面部分的底部形成隔片，并使凹面部分的侧表面倾斜以朝开口的方向展开；以及
(vi)烧结卷曲和挤压成形的陶瓷生片基板以形成陶瓷基板。
尽管下面参照附图对第一实施方案的各步骤进行了阐述，但这些附图仅为示例性的，本发明并不局限于此。此外，必要时在本专利申请的附图中使用相同的参考符号来表示相同的组件。
本发明的表面贴装陶瓷LED封装生产方法的第一实施方案参照图1来进行阐述。图1A至1H为阐述本发明的上述步骤(i)至(vi)的附图。
在步骤(i)中，如图1A所示，首先制备第一陶瓷生片102和第二陶瓷生片104。然后，如图1B中所示，使用冲床等设备在第一陶瓷生片102中形成通孔106。根据LED装置的具体应用，通孔106可具有任何形状。例如，在从第一生片102的第一表面108观察通孔106时，开口的形状可以是圆形、椭圆形或矩形等，而在使用冲床等设备形成通孔106时，通孔106的侧表面108成为面向LED光线发射方向的垂直侧表面，即由第一生片102的第二表面110朝向第一表面108。
通孔106的大小需要根据安装在LED封装中的LED芯片的尺寸或根据安装的LED芯片的数量进行调整。通孔106的大小有必要根据安装在LED封装中的LED芯片的尺寸或根据安装的LED芯片的数量以及流经此处的电流值进行适当调整。例如，在安装四个0.3W的LED芯片时，通孔直径为3至5mm。低温共烧陶瓷(LTCC)生片或高温共烧陶瓷(HTCC)生片可用作能够用于本发明的第一陶瓷生片或第二陶瓷生片的材料。LTCC通过例如以下方法制成：混合和涂覆由硼硅酸盐玻璃粉末和氧化铝粉末的混合物构成的陶瓷原材料粉末、由热塑性丙烯酸类树脂等构成的粘合剂、有机溶剂和水，随后进行模制。HTCC生片的主要组分包括氧化铝、氮化铝、莫来石、堇青石、氧化锆、氧化镁或碳化硅，材料在1000℃或更高的温度下烧结，随后加入有机粘合剂和增塑剂。可商购获得的LTCC或HTCC生片可用于本发明。第一陶瓷生片的厚度优选为0.5至1.0mm，更优选为0.6mm，可通过例如将两张0.3mm厚的生片叠放在一起制得。第二陶瓷生片可制造为具有类似的厚度。
然后，在步骤(ii)中，用于实现与LED芯片电连接的电极111预先在第一陶瓷生片和/或第二陶瓷生片上形成。
图1C示出了在第二陶瓷生片上形成电极的两极的情况。此外，在图1C的实例中，针对安装LED芯片的各区域形成电极。各电极的形成可通过例如使用如丝网印刷等常规方法印刷导电浆料来完成。
例如，布线图可通过如下方法印制：在生片上布置印网掩模，掩模中形成有印刷图案，用以从安装LED的位置到通向外部的接线端子之间印制布线图，接着向印网掩模提供导电浆料，然后使用刮板在印网掩模的上表面上滑过(未示出)。
对于导电浆料没有特殊的限制，只要是用于连接LED，它由导电性金属粉、树脂和溶剂构成。导电浆料中使用的树脂是纤维素基树脂或丙烯酸类树脂。树脂和溶剂的含量为5至25重量％。加入溶剂以调节所用树脂的粘度。例如，加入如萜品醇的较高级的醇，或其酯。导电性金属粉的实例包括金、铂、银、钯、铜、镍、铑、铝及其合金。由于烧结温度根据陶瓷的类型(LTCC或HTCC)而变化，因此导电性金属粉的类型也需要相应地进行选择。在本发明中，例如，可商购获得的与LTCC配合使用的含银导电浆料(LT133，Dupont)、与HTCC配合使用的含钨或钼导电浆料，或同时包含两种类型金属粉(混合有纤维素基树脂和溶剂)的混合物的导电浆料，可用于本文所用的导电浆料。此外，就在第二生片上同时形成两个电极而言，将电极布置在第一陶瓷生片102和第二陶瓷生片104之间的连接处以提供与外部的连接。
此外，在另一个实施方案中，如随后将在表面贴装陶瓷LED封装(作为本发明的第二方面)部分中详细阐述的，其中一个电极(例如阴极)可以在第一生片上形成，而另一个电极(例如阳极)可以在第二生片上形成。在这种情况下，其中一个电极(例如阴极)可在第一陶瓷生片的第一表面108的一侧形成，而与LED芯片的电连接则可由线路连接来实现。此外，在本发明中，电极可同时布置在第一陶瓷生片和第二陶瓷生片上。
然后，在步骤(iii)中，如图1D所示，将其中形成有通孔106的第一陶瓷生片102与第二陶瓷生片104叠放以形成具有凹面部分的陶瓷生片基板112。
在步骤(ii)中，如果一个电极已经印刷在第一陶瓷生片102上，则将第一和第二陶瓷生片接合使得此电极位于第一陶瓷生片的第一表面108的一侧。此外，如果两个电极都已布置在第二陶瓷生片上，则将第一和第二陶瓷生片接合使得两个电极位于第一陶瓷生片和第二陶瓷生片的接合侧。
有必要很据所需强度和散热特性来调整陶瓷生片基板112的厚度。如果基板过薄，陶瓷基板经烧结后强度会下降，但若过厚，则会产生LED芯片散热困难的问题。陶瓷生片基板的厚度可以通过第一和第二陶瓷生片的厚度和数量的组合来调整。根据LED芯片的功率(输出)对陶瓷生片基板112的厚度进行适当调整。在芯片发热的情况下，从散热的角度考虑，薄的基板为优选的。例如，当在大小为3至5mm的通孔中安装四个0.3W的LED芯片时，陶瓷生片基板112的厚度优选为1.0至2.0mm。
接着，如图1E所示，步骤(iv)为这样的步骤，其中将模具114插入陶瓷生片基板112的通孔106。如随后将在本发明的第三方面部分中所描述的那样，该模具114包括插入部分118和基座部分122，插入部分具有凸面部分116，基座部分具有容纳插入部分118的插入部分外壳部分120。插入部分的形状为锥形，其中凸面部分116的顶部(远端表面)124小于凸面部分的底部126，并且在凸面部分的远端表面形成凹槽128。模具的基座部分122和插入部分118之间具有间隙，使得插入部分118相对于基座部分122以垂直方向滑动。此外，可能会在模具的侧表面和/或凹槽的内周向表面上形成表面不平度，并且可能会在下述步骤(v)的挤压成形过程中，在凹面部分的侧表面和/或隔片上形成表面不平度。不会在挤压成形中发生变形的金属材料、木材、耐热树脂等均可用作模具的材料。
叠放这种模具114，使得模具的凸面部分116插入陶瓷生片基板的凹面部分106中。
然后，在步骤(v)中，如图1F所示，挤压上述陶瓷生片基板和模具。经过此挤压，多个叠放的陶瓷生片彼此卷曲，从而将多个陶瓷生片整合成单一单元(图1G)。
尽管挤压条件要根据陶瓷生片的数量进行调整，但挤压期间的温度范围优选为50至110℃，而压力134则优选设定到5至50MPa。
在本发明中，模具插入部分118的凸面部分116的侧表面具有倾斜形状(锥形)，并且由于陶瓷生片具有一定程度的塑性，因而通过将模具的凸面部分116压入第一陶瓷生片的通孔106中，使得通孔106的内周向表面获得了模具凸面部分的倾斜(锥形)侧表面所具有的形状。以此方式，在通过步骤(iv)获得的陶瓷生片基板中，尽管在使用冲床形成通孔的情况下，凹面部分的内周向表面(内壁)130垂直于第一陶瓷生片的第一表面108，但是，例如在经过模具挤压后，凹面部分的内周向表面130是倾斜的，它从凹面部分的底部132朝第一陶瓷生片通孔的第一表面侧(在本说明书中也称为开口侧或开口方向)展开。这样，陶瓷生片通孔的内周向表面被模制成与稍后要介绍的模具凸面部分的形状相对应的形状。凹面部分侧表面130的倾斜角度θ1(参见图1G)优选为10至89度。由于陶瓷基板具有热塑性，因而在挤压期间进行加热时，它们会变软并与模具的形状相吻合。当完成挤压后冷却至接近室温时，陶瓷基板的刚度会得以恢复，从而使它们可以保持所形成的形状。此外，尽管以上阐述是针对模具凸面部分116的侧表面为倾斜的情况作出的，但是本发明并不局限于此，凸面部分的侧表面还可以为非倾斜的。此外，模具的倾斜部分可以具有直线或曲线形式的倾斜方向。发光状态可通过调整LED发出的光线的反射角进行控制。
在本发明中，凹槽128可以设置在模具114插入部分118的凸面部分的远端表面124上。当以这种方式设置凹槽128时，会在挤压成形期间(图1G)在凹面部分的底部形成与凹槽形状相对应的隔片136的形状。隔片的形状等随后将在陶瓷LED封装(本发明的第二方面)部分中进行详细描述。
在过去，当使用具有多个凸面部分的常规集成式凸面部分型模具来压制陶瓷生片时，由于在陶瓷生片的表面中存在突起，致使在单个陶瓷生片基板中形成的各凸面部分的底部受力不均。换句话讲，虽然某些凹面部分的底面可得到充分的挤压从而形成平坦表面，但在其他凹面部分的底部，模具凸面部分的远端表面却并未进行充分挤压，从而使得陶瓷生片的表面上仍然可能存有突起。如果凹面部分的底部不平坦，那么LED芯片最终会倾斜，从而导致发光量减少，并降低LED封装生产过程的产率。在本专利申请的发明中，因为使用了将在随后描述的模具，插入部分118能够独立于基座部分122进行移动，从而使得多个凹面部分的底部能够被均匀地挤压并获得平坦的底部。
在本步骤中，优选使用水压机或液压机。水压机或液压机是指使用流体将压力施加到水或油等流体中的受压制品上的设备，可将压力均匀地施加到整个受压制品上。这时，虽然将陶瓷生片基板和模具放入不渗水的袋中，但仍必须将袋子抽成真空以防止气泡进入袋中。
此外，当使用水压机或液压机时，优选将基座板装入袋中以支承陶瓷生片基板、模具和生片基板。当将袋中的陶瓷生片基板、模具和基座板放入水压机中，并且陶瓷生片基板被夹在模具和基座板之间时，均匀的压力可从陶瓷生片基板的背面施加，从而使得背面具有更佳的光洁度。
由于基座板需要具有足够的强度以承受高压，因此其优选为由铁、不锈钢或铜制成的金属板，或由在施加高压的挤压过程中不会发生明显变形的木材或耐热树脂等材料制成。此外，在挤压前于模具和基座板的表面上施用少量如硅油的剥离剂以方便挤压后与生片分离。
在本发明的生产方法中，如果第二生片的电极111印刷了导电浆料，挤压成形要在导电浆料干燥后进行。由于导电浆料是导电性金属粉的混合物，并含有树脂和溶剂，因此即使在干燥后其仍具有一定程度的柔韧性和塑性。因此，即使将模具从上面压到印刷的导电浆料上，导电浆料也不会发生破损。例如，即使在将厚度为1.2mm、其上印刷有10到15μm厚导电浆料的陶瓷生片基板与模具挤压以使插入部分的凸面部分的顶部压入距第二陶瓷生片的表面50μm深时，导电浆料层也不会发生破损。此外，导电浆料也可以印刷到形成隔片136的位置上。在这种情况下，出于如上所述的相同原因，电极也不会因挤压而发生破损。
然后，在步骤(vi)中，对挤压成形的陶瓷生片基板进行烧结。烧结陶瓷生片基板以获得陶瓷LED封装(参见图1H)。有必要根据生片的类型以及陶瓷生片和印刷到生片上的导电浆料中金属粉的烧结温度和时间来调整烧结条件。如果使用银粉作为导电浆料，就LTCC生片而言，烧结条件中的温度优选为600至920℃，更优选为800至900℃，持续30分钟至1.5小时，总时间为4至16小时；而对于HTCC生片而言，烧结条件中的温度优选为1200至1600℃，更优选为1300至1500℃，持续50分钟至1小时。烧结过程在适用于LED封装的普通带式烘炉或箱式烘炉等设备中进行。
<第二实施方案>
本发明的生产方法的第二实施方案为上述第一实施方案，其中步骤(ii)为步骤(ii′)，其中将通孔设置在第二陶瓷生片中，向通孔中填充导电浆料，而用于实现与LED芯片电连接的电极则在与第一陶瓷生片接触的第二陶瓷生片的表面上形成以覆盖通孔；并且步骤(iii)为步骤(iii′)，其中将第一陶瓷生片叠放到第二陶瓷生片形成有电极的一侧上以形成具有凹面部分的陶瓷生片基板。
尽管下面参照附图对第二实施方案进行了阐述，但附图仅为示例性的，本发明并不局限于此。图2为用于阐述第二实施方案的陶瓷LED封装的生产方法的附图。除步骤(ii′)和步骤(iii′)之外的步骤或者使用了与上述第一实施方案相似的方法，或者可由本领域的普通技术人员对例如挤压过程中使用的压力或烧结步骤中使用的烧结条件作出已知更改而进行。
在第二实施方案中，按照与上述步骤(i)相同的方式制备第一陶瓷生片和第二陶瓷生片，并在第一陶瓷生片中形成通孔106(参见图2A和2B)。
在步骤(ii′)中，在第二陶瓷生片中形成通孔202和204，并在其中填充导电浆料206以及在第二陶瓷生片中形成用于实现与LED芯片电连接的电极208(参见图2C)。
通孔202和204可通过例如在第二陶瓷生片104的预定位置打孔的方法来形成。
尽管对通孔的大小没有特殊限制，但在保证腔体强度的前提下其横截面积优选地应足够大以提高散热效率。更具体地讲，在腔体底部的表面积为7.0mm2的情况下，第二陶瓷生片优选具有8至11个直径为200至400μm的通孔。
然后，将导电浆料填充到形成的通孔202和204中以形成用以实现与LED电连接的电极208。导电浆料的填充和电极的形成通常通过诸如丝网印刷的方法来完成。此外，还可以进行布线以实现与外部的电连接。从降低生产成本的角度考虑，第二陶瓷生片104的通孔202和204的填充以及电极208的形成可同时进行。
然后，在步骤(iii′)中，将第一陶瓷生片102叠放到第二陶瓷生片104形成有电极208的一侧上以形成具有凹面部分的陶瓷生片基板112(参见图2D)。
在上述步骤(ii′)和(iii′)中，用于第一陶瓷生片、第二陶瓷生片、导电浆料等的各种条件与第一实施方案所述一致。
然后，在完成上述步骤后执行第一实施方案中所述的步骤(IV)至(VI)(参见图2E至2H)。
根据如上所述的本发明的生产方法，可生产出具有电极、隔片和凹面部分(具有预定角度的侧表面(θ1＝10至89度))等的表面贴装陶瓷LED封装。
<第三实施方案>
在本发明的生产方法的第三实施方案中，具有隔片的凹面部分直接在陶瓷生片上形成。更具体地讲，此方法包括以下步骤：
(I)制备陶瓷生片，并使用导电浆料在陶瓷生片上形成LED连接电极；
(II)将模具与陶瓷生片的一侧接触，通过挤压形成凹面部分，所述模具包括插入部分和基座部分，所述插入部分具有凸面部分，所述基座部分具有容纳插入部分的插入部分外壳部分。插入部分具有这样的形状，其中凸面部分的顶部小于凸面部分的底部，并且凸面部分的远端表面中具有凹槽，凹面部分被成形使得通过模具的凹槽在底部形成隔片，并使凹面部分朝其开口方向展开；以及
(III)烧结其中形成了导体层的陶瓷生片。
尽管下面参照附图对第三实施方案的每个步骤进行了阐述，但是这些附图仅为示例性的，本发明并不局限于此。
本发明表面贴装陶瓷LED封装生产方法的第三实施方案参照图3进行阐述。图3A至3F为阐述本发明的上述步骤(I)至(III)的附图。
首先，在步骤(I)中，如图3A所示，制备陶瓷生片102。陶瓷生片可由叠放和挤压在一起的多个陶瓷生片构成以确保实现所需的膜厚度。
然后，预先在制备好的陶瓷生片上形成用于实现与LED芯片电连接的电极。如图3B所示，电极的形成可通过使用导电浆料形成电极208然后通过通孔206实现电连接来实施。同时向通孔206中填充导电浆料。虽然图3B的实例示出了电极208和通孔206的形成，但在前述第一实施方案中可能只形成电极。
在本发明的生产方法中，导电浆料可通过印刷形成。导电浆料与第一实施方案中所述的一致。可使用诸如丝网印刷等现有技术中已知的方法进行印刷。形成电极和通孔的条件与前述第一和第二实施方案中所述的一致。
接着，如图3C所示，使模具114与陶瓷生片102接触。该模具与第一实施方案的生产方法中所述的相同。将模具114叠放到陶瓷生片102上，使得模具的凸面部分116与陶瓷生片102的一侧接触。
然后，如图3D所示，将模具以如上所述的状态压到陶瓷生片上。经过挤压后，在陶瓷生片中形成了底部具有隔片136的凹面部分106(图3E)。
尽管挤压条件要根据陶瓷生片基板的数量进行调整，但温度范围优选为50至110℃，并且压力134的设置优选为5至50MPa。
在本发明中，如前所述，模具的插入部分118的凸面部分116的侧表面具有倾斜(锥形)形状，并且由于陶瓷生片具有一定程度的塑性，因此在陶瓷生片中形成凹面部分，其具有形状与模具凸面部分的倾斜(锥形)侧表面相吻合的内壁。这样，在该步骤所得的陶瓷生片基板中，经过模具挤压后，凹面部分的内周向表面(内壁)130具有倾斜的形状，其从凹面部分的底部132朝陶瓷生片的开口方向展开。以此方式，陶瓷生片壁的内周向表面被模制成与稍后要描述的模具的凸面部分相对应的形状。凹面部分侧表面130的倾斜角度θ1(参见图3E)优选为10至89度。由于陶瓷生片具有热塑性，因而在挤压期间进行加热时，它们会变软并与模具的形状相吻合。当完成挤压后冷却至接近室温时，陶瓷生片的刚度会得以恢复，从而使得它们能够保持已形成的形状。此外，尽管以上阐述是针对模具凸面部分116的侧表面为倾斜的情况作出的，但是本发明并不局限于此，凸面部分的侧表面还可以为非倾斜的。此外，模具的倾斜部分可以具有直线或曲线形式的倾斜方向。发光状态可通过调整LED发出的光线的反射角进行控制。
在本发明中，凹槽128可以设置在模具114插入部分118的凸面部分的远端表面124上。当以这种方式设置凹槽128时，会在挤压成形(图3E)期间在凹面部分的底部形成与凹槽形状相对应的隔片136的形状。隔片的形状等随后将在陶瓷LED封装(本发明的第二方面)部分中进行详细描述。
在该第三实施方案中，在挤压陶瓷生片时也优选使用水压机或液压机。
此外，当使用水压机或液压机时，优选将基座板装入袋中以支承陶瓷生片基板、模具和生片基板。当将袋中的陶瓷生片基板、模具和基座板放入水压机中，并且陶瓷生片基板被夹在模具和基座板之间时，均匀的压力可从陶瓷生片基板的背面施加，从而使得背面具有更佳的光洁度。
基座板与第一实施方案中所述的一致。
然后，在步骤(III)中，烧结其上形成了导体层的陶瓷生片。在此步骤中，烧结陶瓷生片，得到陶瓷LED封装(参见图3F)。有必要根据生片的类型、印刷到生片上的导电浆料中包含的金属粉等因素，考虑陶瓷生片的烧结温度和时间，据此调整烧结条件。如果将银粉用作导电浆料，就LTCC生片而言，烧结条件中的温度优选为600至920℃，更优选为800至900C，持续30分钟至1.5小时，总时间为4至16小时；而对于HTCC生片而言，烧结条件中的温度优选为1200至1600℃，更优选为1300至1500℃，持续50分钟至1小时。烧结过程在适用于LED封装的普通带式烘炉或箱式烘炉等设备中进行。
本发明的生产方法的第四实施方案与用于生产第一实施方案的表面贴装陶瓷LED封装的方法类似，其中分别加工第一陶瓷生片和第二陶瓷生片，并卷曲所得的加工产品，得到陶瓷生片基板，然后烧结所得的陶瓷生片基板。更具体地讲，此方法包括以下步骤：
(A)制备第一陶瓷生片和第二陶瓷生片，并在第一陶瓷生片中形成通孔；
(B)在第一陶瓷生片和/或第二陶瓷生片上形成LED连接电极；
(C)将第一模具插入并挤压到第一陶瓷生片的通孔中，第一模具包括插入部分和基座部分，所述插入部分具有凸面部分，所述基座部分具有容纳插入部分的插入部分外壳部分。插入部分具有这样的形状，其中凸面部分的顶部小于凸面部分的底部。凸面部分从基座部分突出并被挤压以使通孔的壁倾斜，而基座部分则挤压除通孔之外的其他部分；
(D)将第二模具压到第二陶瓷生片的一侧上，第二模具具有凸面部分，并在凸面部分的远端表面上具有凹槽以在第二陶瓷生片的一侧形成隔片，通过挤压模具在第二陶瓷生片一侧的表面形成隔片；
(E)将第一陶瓷生片与第二陶瓷生片叠放，使得第二陶瓷生片的隔片被第一陶瓷生片的通孔内壁包围；
(F)热压粘合第一和第二陶瓷生片以形成具有凹面部分的陶瓷生片基板；以及(G)烧结挤压成形和热压粘合的陶瓷生片基板以形成陶瓷基板。
在步骤(A)中，如图4A所示，首先制备第一陶瓷生片102和第二陶瓷生片104。第一和第二陶瓷生片的所用材料和其他条件与前面在第一实施方案中所述的一致。接着，如图4B所示，使用冲床等设备在第一陶瓷生片102中形成通孔106。通孔106的形状、尺寸以及其他条件与第一实施方案中的相同。
然后，在步骤(B)中，如图4C所示，在第一陶瓷生片和/或第二陶瓷生片上形成电极。使用导电浆料形成电极。在图4C中，示出了在第二陶瓷生片被模具挤压的一侧上形成电极208的实例。例如，如图4C所示，电极的形成可通过使用导电浆料形成电极208然后通过通孔206实现电连接来实施。同时向通孔206中填充导电浆料。虽然图4C示出了形成电极208和通孔206的实例，但在第一实施方案中可能只形成电极208。此外，在本发明中，电极既可以只布置在第一陶瓷生片上，也可以只布置在第二陶瓷生片上，还可以同时布置在两者上。
在本发明的生产方法中，导电浆料的成分、其组成、导电浆料的涂覆方法以及涂覆后的膜厚度等条件与第一实施方案中所述的一致。
接着，如图4D所示，在步骤(C)中，将第一模具114插入第一陶瓷生片102的通孔106中。如随后将在本发明的第三方面中所描述的那样，该模具包括：插入部分118，其具有凸面部分116；以及基座部分122，其具有容纳插入部分118的插入部分外壳部分120。凸面部分116的形状为锥形，使得凸面部分的顶部(远端表面)124小于凸面部分的底部126。在本实施方案中，与第一到第三实施方案不同的是，不必在模具凸面部分的顶部中形成凹槽。然而，可以使用与第一到第三实施方案中所用的模具相类似模具。模具114除不在凸面部分的顶部形成凹槽外，其结构和组成(包括材料)都与第一实施方案中所述的一样。
叠放模具114，使得模具的凸面部分116插入到陶瓷生片基板的通孔106中。
然后，如图4E所示，挤压第一陶瓷生片和模具。挤压后，第一陶瓷生片102的通孔106的壁形成斜面(图4F)。
尽管挤压条件要根据第一陶瓷生片的类型进行调整，但温度范围优选为50至110℃，压力134优选地设定到5至50MPa。
在本发明中，如前所述，由于模具插入部分118的凸面部分116的侧表面具有倾斜(锥形)形状，并且陶瓷生片具有一定程度的塑性，因此将模具凸面部分116压入第一陶瓷生片的通孔106中并施加压力后，通孔106的内周向表面将获得与模具凸面部分的倾斜(锥形)侧表面相对应的形状。这样，在步骤(C)得到的第一陶瓷生片中，虽然在使用冲床形成通孔的情况下，通孔106的内周向表面(内壁)130垂直于第一陶瓷生片的第一表面108，但是例如在使用模具进行挤压后，在凹面部分的侧表面130中将形成预定角度的斜度。此倾斜角度θ1(参见图4F)优选为10至89度。由于陶瓷基板具有热塑性，因而在挤压期间进行加热时，它们会变软并与模具的形状相吻合。当完成挤压后冷却至接近室温时，陶瓷基板的刚度会得以恢复，从而使它们能够保持已形成的形状。此外，尽管以上阐述是针对模具凸面部分116的侧表面为倾斜的情况作出的，但是本发明并不局限于此，凸面部分的侧表面还可以为非倾斜的。此外，模具的倾斜部分可以具有直线或曲线形式的倾斜方向。发光状态可通过调整LED发出的光线的反射角进行控制。
然后，在步骤(D)中，将第二模具压到先前制备的第二陶瓷生片的一侧上。作为结果，第二陶瓷生片的一侧将获得预定结构，例如隔片(图4G至4K)。
如图4G所示，此步骤中使用的模具114′在其一侧上具有多个凹槽128。模具114′形式的常规模具也可用于此步骤的挤压过程。不会在挤压成形中发生变形的金属材料、木材、耐热树脂等均可用作模具的材料。
叠放模具114′，使得模具具有多个凹槽128的一侧与第二陶瓷生片的一侧接触，然后进行挤压(图4H)。挤压条件中的压力为5至50MPa。经过此步骤的挤压后，模具114′在第二陶瓷生片的一侧上挤压形成隔片136(图4I)。
然后，在步骤(E)和(F)中，将第一陶瓷生片和第二陶瓷生片叠加并粘合(图4J)。可优选在第一和第二陶瓷生片之间使用诸如溶剂或树脂介质的粘合剂来粘结两者。或者，可优选使用例如水压机、液压机或仅仅是平压机来使其卷曲。如果使用水压机、液压机，在将陶瓷生片放入袋中前，优选将其滑入两块板之间，使得形成的隔片不会因抽真空而损坏。在此叠加过程中，使得第二陶瓷生片的隔片被第一陶瓷生片的通孔106的内壁包围。
然后，在步骤(G)中，将在步骤(F)中得到的陶瓷生片基板进行烧结。烧结方法和条件与第一实施方案中所述的一样。
(II)陶瓷LED封装
本发明的第二方面为陶瓷LED封装。
本发明的陶瓷LED封装为表面贴装陶瓷LED封装，该封装具有陶瓷基板，陶瓷基板具有凹面部分、LED连接电极和位于凹面部分底部的隔片，隔片用于将凹面部分分隔成两个或更多个区域。
在本发明中，凹面部分的底部可以设置一个或多个隔片。隔片可以从凹面部分底部的一个点沿直线延伸到另一个点，或者可以从凹面部分底部的一个点呈放射状延伸，从而将凹面部分的底部分隔成两个或更多个区域。此外，从凹面部分的开口到与凹面部分底部接触的位点，隔片的厚度优选地逐渐增加。
在本发明中，陶瓷基板凹面部分的内周向表面和隔片的表面优选具有表面不平度。
尽管下面参照图5至图12对本发明的陶瓷LED封装的优选实施方案进行了阐述，但这些附图仅仅是示例性的，本发明并不局限于此。
参照图5至图8对第一实施方案的陶瓷LED封装的实例进行了阐述。图5A为陶瓷LED封装300的顶视图，而图5B为沿图5A的线条5B截取的剖面图。此外，图5C示出了安装有LED芯片的陶瓷LED封装(陶瓷LED装置)。图6至图8示出了第一实施方案的陶瓷LED封装的电极形状的实例。此外，在图5中省去了对电极的描绘。
在此实施方案中，陶瓷LED封装300具有陶瓷基板138、在其大致中心形成的凹面部分304以及在凹面部分304的底部306中形成的隔片308。凹面部分304的侧表面310具有倾斜的形状，其从凹面部分的底部306朝凹面部分的开口方向展开。由于具有此斜度，LED装置的发光效率可得以改善。此倾斜角度θ1(参见图5B)优选为10至89度。此外，倾斜的壁可以具有弯曲形式的倾斜方向，而非直线形式的倾斜方向。由于本发明的陶瓷LED封装使用陶瓷作为基板，因而能够抗紫外线劣化，同时还具有优异的散热性能。
凹面部分底部设有的隔片308可防止在安装有多个彩色LED芯片的LED装置中各LED芯片发出的光线相互干涉。对于隔片的形状没有特殊限制，只要其能够将凹面部分分隔成多个区域即可。例如，图5示出了矩形隔片(在本说明书中称为I或I形隔片)的实例，它从凹面部分底部的一个点316沿直线延伸至另一个点318。
在本发明中，正如将在第二和第三实施方案中所述，隔片可以具有例如从凹面部分底部的一个点呈放射状延伸至多个其他点的形状。尽管在第一实施方案的I形隔片的情况下优选安装两个LED芯片(参见图5C)，但在需要时也可以安装更多的LED芯片。如图5C所示，通过在LED芯片(如蓝光LED芯片)312和LED芯片(如红光LED芯片)314之间设置隔片308，从各芯片分别发出的蓝光和红光将被导向开口侧，而不会发生相互干涉。
在本专利申请的说明书中，陶瓷LED封装是指未安装LED芯片的器件，如图5A和图5B所示，而陶瓷LED装置是指安装了LED芯片的器件，如图5C所示。
接着，参照图6至图8对本发明的陶瓷LED封装的电极进行了阐述。图6A为顶视图，而图6B和6C为沿图6A的线条6B截取的剖面图。此外，图6C所示的实例中，在陶瓷基板的底部设置电极以实现与外部的电连接。
本发明的第一实施方案的陶瓷LED封装具有I形隔片。在该实施方案中，如图6A和6B所示，由阴极402和阳极404以及阴极402′和阳极404′组成的电极分别设置在由隔片308分隔的两个区域。在图6中，虽然所形成的电极几乎完全占据了每个区域，但本发明并非局限于此，相反，只需将电极至少形成在能够使用LED芯片实现电连接的那些部分处。在图6B和6C中，尽管展示的实例中是通过在陶瓷基板中形成含有导体的通孔202和204来实现与外界的电连接的，但在本发明中，也可以通过在陶瓷基板内对电极进行布线以代替形成通孔的方式，来实现与外界的电连接。此外，电极408还可以设置在陶瓷基板的底部406上。
接着，参照图7对另一种电极排列方式进行了阐述。图7A为顶视图，而图7B为沿图7A的线条7B截取的剖面图。如图7所示，含有导体的通孔202和204设置在陶瓷基板138中，并设置了阴极502和阳极504以与通孔的导体连接。在此实例中，对电极进行布线以覆盖隔片并在多个区域上延伸。此外，如在先前所述的本发明的生产方法中所阐述，尽管在本发明中是先印刷电极后再通过挤压模具形成隔片，但在此实例中例如电极是在基板烧结后再形成以覆盖隔片，如图7B所示，而不会被模具的凹槽切断。
接着，参照图8对又一种电极排列方式进行了阐述。图8A为顶视图，而图8B为沿图8A的线条8B截取的剖面图。图8C是将LED芯片608和610安装到图8A的封装上的实例的剖面图。
如图8所示，包含导体的通孔202和204设置在陶瓷基板138中，并设置阳极604以与通孔的导体连接。此外，将阴极602和602′设置在陶瓷基板凹面部分306的开口侧。在该实例中，LED芯片以及阴极602和602′通过线材612连接。该实例的阳极604被布置在整个表面上方以在覆盖隔片的同时延伸穿过多个区域。此外，在此实例中，例如也在基板烧结后形成阳极604以覆盖隔片，如图8B所示，而不被隔片切断。
<第二实施方案>
下文参照图9和图10对陶瓷LED封装的第二实施方案的实例进行了阐述。图9A为陶瓷LED封装700的顶视图，而图9B为沿图9A的线条9B截取的剖面图。此外，图9C示出了安装有LED芯片的陶瓷LED封装(陶瓷LED装置)。图10A和图10B示出了第二实施方案的陶瓷LED封装的电极形状的实例。此外，在图9中，省去了对电极的描绘。
在此实施方案中，陶瓷LED封装700具有陶瓷基板138，在其大致中心处形成了凹面部分304，并在凹面部分的底部306设置了隔片702。凹面部分304的侧表面310的形状、倾斜角度(θ1)及其他特征与第一实施方案中的相同。
对设置在凹面部分底部的隔片702的形状没有特殊限制，只要其能够将凹面部分分隔成多个区域即可。例如，图9示出了在凹面部分底部的中心设置Y(或Y形)隔片的实例。
在本专利申请的说明书中，隔片从凹面部分底部的特定点以多条直线或曲线的形式向凹面部分的侧表面延伸的情形被定义为“呈放射状延伸”。例如，在图9A所示的实例中，隔片702从凹面部分底部的点316，呈线性放射状地向凹面部分的侧表面310延伸，即向多个其他点(在此实例中为3个点)318、318′和318″延伸。
该隔片以与第一实施方案中相同的方式，防止安装有多个彩色LED芯片的LED装置中各LED芯片发出的光发生相互干涉。
在第二实施方案的Y形隔片的情况下，尽管优选地安装了三个LED芯片(参见图9C)，但在需要时也可以安装更多的LED芯片。如图9C所示，由于在LED芯片(如蓝光LED芯片)704、LED芯片(如红光LED芯片)706以及LED芯片(如绿光LED芯片)708之间设置了隔片702，抑制了从各芯片分别发出的蓝光、红光和绿光的亮度降低，不会发生相互干涉。
接着，参照图10对本发明的陶瓷LED封装的电极进行了阐述。图10A示出了分别在由隔片分隔的区域中设置电极的情况，而图10B示出了不考虑隔片时在整个凹面部分上形成电极的情况。
本发明的第二实施方案的陶瓷LED封装具有Y形隔片。在该实施方案中，如图10A所示，电极以阴极710和阳极712的形式分别设置在由隔片702分隔的三个区域中。同时在本发明的实施方案中，每个电极无需形成在由隔片分隔的每个整个区域的上方，而是只需至少形成在可使用LED芯片实现电连接的那些区域处。
然后，参照图10B阐述另一种电极排列方式(不考虑隔片，而在整个凹面部分上形成电极的情况)。如图10B所示，分别在陶瓷基板138的凹面部分的中心区域设置阴极710，在该区域的凹面部分的侧表面310侧上设置阳极712，两电极之间具有绝缘部分714。在此实例中，电极的排列也覆盖隔片以在多个区域上延伸。此外，亦如前述本发明的生产方法中所述，虽然在本实施方案中也在印刷电极后通过挤压模具形成隔片，但这次形成的电极覆盖了隔片，不会被模具的凹槽切断。
<第三实施方案>
下文参照图11和图12对第三实施方案的陶瓷LED封装的实例进行了阐述。图11A为陶瓷LED封装900的顶视图，而图11B为沿图11A的线条11B截取的剖面图。此外，图11C示出了安装有LED芯片的陶瓷LED封装(陶瓷LED装置)。图12A和图12B示出了第三实施方案的陶瓷LED封装的电极形状的实例。此外，在图11中，省去了对电极的描绘。
在此实施方案中，陶瓷LED封装900具有陶瓷基板138，在其大致中心处形成了凹面部分304，并在凹面部分的底部306设置了隔片902和904。凹面部分304的侧表面310的形状、倾斜角度(θ1)及其他特征与第一实施方案中的相同。
对设置在凹面部分底部的隔片902和904的形状没有特殊限制，只要其能够将凹面部分分隔成多个区域即可。例如，图11示出了在凹面部分底部的中心设置+(加号)(或+形)隔片的实例。如图11A所示，隔片902和904从凹面部分底部的一个点316向凹面部分的侧表面310呈放射状延伸，即向多个其他点(在此实例中为4个其他点)318、318′、318″和318″′延伸。
该隔片以与第一和第二实施方案中相同的方式，防止安装有多个彩色LED芯片的LED装置中各LED芯片发出的光发生相互干涉。
在第三实施方案的+形隔片的情况中，尽管优选地安装了四个LED芯片(参见图11C)，但在需要时也可以安装更多的LED芯片。如图11C所示，由于在LED芯片(如蓝光LED芯片)906、LED芯片(如绿光LED芯片)908、LED芯片(如红光LED芯片)910和LED芯片(如绿光LED芯片)912之间设置了隔片902和904，抑制了从各芯片分别发出的蓝光、绿光和红光的亮度降低，不会发生相互干涉。
接着，参照图12对本发明的陶瓷LED封装的电极进行了阐述。图12A示出了分别在由隔片分隔的区域中设置电极的情况，而图12B示出了不考虑隔片时在整个凹面部分上形成电极的情况。
本发明的第三实施方案的陶瓷LED封装具有+形隔片。在此实施方案中，如图12A所示，在由隔片902和904隔开的四个区域中以阴极1002和阳极1004的方式分别设置电极。
然后，参照图12B阐述另一种电极排列方式(不考虑隔片，在整个凹面部分上形成电极的情形)。如图12B所示，分别在陶瓷基板138的凹面部分的中心区域设置阴极1002，在该区域的凹面部分的侧表面310侧设置阳极1004，两电极之间具有绝缘部分1006。在此实例中，电极的排列也覆盖隔片以在多个区域上延伸。此外，亦如在前述本发明的生产方法中所述，虽然在本实施方案中也在印刷电极后通过挤压模具形成隔片，但这次形成的电极覆盖了隔片，不会被模具的凹槽切断。
尽管前面的说明对本发明的陶瓷LED封装的具体实施方案进行了阐述，但本发明并不局限于此，相反，例如，隔片不必是如上所述的I形、Y形或+形，而可以是从凹面部分底部的一点出发以直线或曲线的方式向多个其他点延伸，从而将凹面部分的底部分隔成多个区域的任何形状。此外，尽管上述实例中的情况描述的隔片与凹面部分的侧表面之间具有约例如0.5mm未成形的微小间隙以与凹面部分的侧表面接触，但本发明并不局限于此，相反也可将隔片形成为使得与凹面部分的侧表面接触以将凹面部分分隔成两个或更多个区域。隔片的长度长于LED芯片。此外，如果安装了LED芯片，本发明的LED封装不仅适用于同时点亮所有LED芯片的情形，也适用于分别点亮各个LED芯片的情形。电极的形状不局限于上述各实施方案，它们还可以具有适合同时点亮所有LED芯片或分别点亮各LED芯片的任何形状。
(III)模具
本发明的第三个方面为用于生产本发明的陶瓷LED封装的模具。本发明的模具包括插入部分和基座部分，所述插入部分具有凸面部分，所述基座部分具有容纳插入部分的插入部分外壳部分。模具具有这样的形状(锥形)：其中凸面部分的顶部小于凸面部分的底部，并且凸面部分的远端表面具有凹槽。凹槽的侧壁可以是倾斜的，使得凹槽的开口较其底部更宽。在插入部分和基座部分之间设有间隙。以这样的方式设计可使得凸面部分能够垂直于基座部分滑动。凸面部分和/或凹槽的侧表面在其表面上可具有细微的表面不平度。此外，模具的材料为在挤压中不会发生显著变形的金属、木材或耐热树脂。
在另一个实施方案中，本发明的模具在其凸面部分的顶部无凹槽。在又一个实施方案中，本发明的模具的凸面部分不是锥形，而凸面部分的远端表面具有凹槽。
尽管下面参照图13和图14阐述了本发明的模具，但它们仅是本发明的示例，本发明并不局限于此。图13A为本发明模具的透视图，图13B为图13A的分解透视图，图13C为凹槽128的局部放大视图。此外，图14A为图13A模具的顶视图，图14B为沿图14A的线条14B截取的剖面图，图14C示出了图14B中插入部分滑动后的状态。
如图13A至13C以及图14A至14C所示，模具1100包括：插入部分118，其具有凸面部分116；和基座部分122，其具有容纳插入部分118的插入部分外壳部分120。凸面部分116具有圆形截锥形状，其中凸面部分的顶部(远端表面)124小于凸面部分的底部126(即，其横截面为锥形)。此外，该模具在凸面部分的远端表面124上具有凹槽128。
此外，除凸面部分远端表面124的凹槽128之外的其他部分都位于一个平面上，该平面与基座部分122具有凸面部分一侧的表面(也称为基座部分前表面)1106平行。
在本发明的一个优选实施方案中，模具凸面部分的侧表面1104可以不是平滑的，而是具有表面不平度。因为这些突起，陶瓷基板凹面部分的内周向表面也将成为不光滑的，而是具有表面不平度。这些表面不平度对散射从LED芯片发出的光具有一定影响，从而使得光线在由隔片分开的整个区域上均匀传播。
本发明的模具在凸面部分的远端表面上具有凹槽128。在将凸面部分压入生片的凹面部分中时，因具有该凹槽，可以使得生片凹面部分底部的生片进入凹槽中，从而形成隔片。此凹槽的形状优选为从凸面部分远端表面124上的一点以直线或曲线方式延伸到远端表面上的另一点，或者是从凸面部分远端表面124上的一点以直线或曲线方式延伸到远端表面上的多个其他点。例如，凹槽的第一形状的实例为I形凹槽，而凹槽的第二形状的实例为Y形凹槽。凹槽的第三形状的实例为+形凹槽(参见图13和图14)。在本发明中，凹槽的形状并不局限于上述第一至第三形状，而是可以具有各种形状。
如图13C所示，凹槽内壁1108可以优选为被倾斜，使得凹槽的宽度朝着凹槽的开口方向逐渐增加，从而使隔片的壁倾斜。由凹槽的侧表面1108形成的倾斜角度θ2(参见图13C)优选为50至70度。与此凹槽倾斜的侧表面1108相对应，隔片的壁也为倾斜的。此倾斜的隔片壁对反射从LED芯片发出的光线具有一定的影响，并将其导向开口。此外，可能至少会在凹槽128的侧表面1108上形成表面不平度。因此以这种方式进行布置，可能会在本发明前述的生产方法(第一实施方案)的步骤(v)的挤压期间在隔片上形成表面不平度。
在本发明的生产方法的第四实施方案中，就挤压第一陶瓷基板的模具而言，不需要在凸面部分的顶部设置凹槽128，如在图4D的模具114中所示。
模具在基座部分122和插入部分118之间设有间隙1102，而插入部分118能够在垂直于基座部分122的方向上滑动(参见图14C)。此间隙1102优选为1至100μm，更优选为10至50μm。这样便可以使得插入部分118在正常条件下不会从基座部分122中滑出，但能够在将相当大的压力施加到插入部分118的背部时滑动。此外，如果此间隙过大，生片会停止推入间隙，从而无法获得所需陶瓷基板形状，而如果间隙过小，则需要相当大的压力以使插入部分滑动。使用本发明的模具，插入部分118可独立于基座部分122受压，从而使各凹面部分受到均匀的挤压。因此，在本发明所述生产方法的步骤(v)的挤压过程中，不论生片表面上具有任何突起，凹面部分的底部306在挤压后也可变得平坦。以此方式，为将模具的凸面部分116充分压入生片基板的凹面部分中，在向模具的背部施加压力时，借助间隙1102，可有效地使凸面部分116独立于基座部分122沿施加压力的方向滑动。
此外，如果使用的模具允许插入部分118能够独立于基座部分122滑动，那么当凸面部分的远端表面124上具有凹槽128时，生片的一部分就能够可靠地填充到凹槽中，从而可靠地形成隔片。
尽管图13和图14示出了具有截圆锥形状(即远端表面124的形状为圆形)的模具凸面部分的实例，但本发明并不局限于此。凸面部分的形状可以为能够获得陶瓷LED封装的所需凹面部分304的任何形状。例如，当从凸面部分的远端表面124观察时，远端表面124的形状可以是椭圆形、矩形等等。
在本发明的模具中，凸面部分的侧表面1104优选地以预定角度(θ1)倾斜。在本发明中，由凸面部分的侧表面1104与从凸面部分(在图14B中以虚线标明的部分)的远端表面124沿直线延伸的平面所成的夹角(θ1)优选为10至89度。此外，即使在远端表面具有除如上所述的圆形之外的其他形状，侧表面仍优选地以上述角度(θ1)倾斜。
此外，本发明的模具可在一个基座部分上具有多个插入部分。包括一个基座部分和多个插入部分的组合结构如前所述。具体地讲，由于在各插入部分和插入部分外壳部分之间存在间隙，各插入部分能够垂直于基座部分滑动。这样，因施加到模具背部的压力的变化，或陶瓷生片基板凹面部分形状的微小变化，而导致的所有凹面部分受压不均的问题可得以解决。如果所有的凹面部分受压不均，则可能出现某些问题，例如在某些凹面部分中后部隆起，或在其他凹面部分中未形成隔片，从而影响产率。
当将模具压入生片中时，模具插入部分的远端表面粘附到生片的表面，空气进入模具的插入部分远端表面的凹槽中，最终被捕集在凹槽中。然而，这些空气可因模具的挤压而受压收缩。因此，生片进入凹槽中形成隔片的过程不会受到不良影响。然而，由于此时存在压缩空气而在凹槽的后部和生片的表面之间形成了空隙，因此隔片的形状不会与凹槽的形状完全吻合，而是与凹槽的形状存在一定的差异。因此，应当适当设置模具的凹槽和挤压模具的条件，使得获得的隔片高度足以实现阻挡从LED芯片发出的光线的功能。
如果应用水压机，可以克服上述模具凹槽中截留有空气的问题，因为在挤压前将模具和生片置于不渗水的袋中，并对袋子进行抽真空处理。
在本发明的生产方法的第四实施方案中，使用如图4G或图4H所示的模具114′来挤压第二陶瓷生片(第二模具)。模具114′为平板，并在一侧上具有多个凹槽，这些凹槽用于在第二陶瓷生片的一侧形成隔片。凹槽128亦如前所述。
接着，参照图15对本发明模具的生产方法进行了阐述。图15A和15B为用作基座部分的基板的透视图和顶视图，图15E和15F为基板的透视图和顶视图，其中已在基板中形成了插入部分外壳部分，图15E为示出了插入部分的顶视图，图15F为示出了插入部分和基座部分的分解图。
如图15A和15B所示，基座部分122通过以下方式制得：以诸如打孔之类的一般方式(参见图15C和15D)在一个基板1302(厚度：3-5mm)内设置插入部分外壳部分120。然后，按照制造模具的标准方法加工插入部分118，使得插入部分118的最大直径为约20μm，其小于插入部分外壳部分120的直径(参见图15E)。然后将所得的插入部分插入基座部分的插入部分外壳部分中。当同时挤压成形具有多个凹面部分的陶瓷生片时，该模具也具有与凹面部分数量相对应的多个插入部分118。因此，可在铁板上制造多个插入部分外壳部分，并将插入部分分别插入到插入部分外壳部分中。在基座部分的插入部分外壳部分的内周向表面和基座部分所容纳的插入部分的外周向表面1304之间留有1至200μm的间隙。当存在此等大小的间隙时，正常条件下插入部分118不会从基座部分122中滑出。在施加诸如1至50MPa的压力后，插入部分可垂直于基座部分滑动。本发明的模具材料需要具有一定的刚度以防止因受压而变形，并且至少要在10至150℃的温度和1至50MPa的压力下不发生形变。更具体地讲，基座部分和插入部分使用的材料的实例包括铁、铝、铜、黄铜、不锈钢及其合金。
实施例
陶瓷生片基板层压步骤
使用四块75mm长、75mm宽、0.3mm厚的LTCC陶瓷生片作为陶瓷生片基板。两块基板用做陶瓷生片基板的上层，另两块基板则用作下层。将作为陶瓷生片基板上层的两块生片叠加，使用冲床在其中形成四个直径为5.2mm的圆形通孔。然后，叠加两块无通孔的陶瓷生片，在对应于要安装LED芯片的所需位置上印刷导电浆料，待其干燥。然后将具有通孔的两块陶瓷生片叠加在如上所述无通孔但印有导电浆料的两块陶瓷生片上。上层陶瓷生片的通孔用作陶瓷基板的凹面部分。
生片特性：片密度：约2g/cm3，拉伸强度：约100至140g/mm2，表面粗糙度(Ra)：＜1μm，最小弯曲半径：＞2mm(20℃以下)，1至2mm(20至30℃以下)，＜1mm(30至50℃以下)。
烧结后陶瓷特性：氧化铝/氧化钛粉末含量，密度：约2.9g/cm3，表面粗糙度(Ra)：＜1μm，可见光反射率：＞90％，抗弯强度：厚度0.3mm时为约200MPa。
挤压成形步骤
将具有3mm厚度的铁板放到陶瓷生片基板的后部，将黄铜模具插入陶瓷生片基板的前部，然后将夹置在基座板和模具之间的陶瓷生片基板放入不渗水的袋(PTS袋，250mm长×175mm宽，Mitsubishi Gas ChemicalCo.，Inc.)中。模具插入部分的形状为圆形截锥，其中基座部分底部和插入部分侧表面之间形成的夹角θ1为60度，而插入部分的远端表面为直径为5.2mm的圆形，插入部分的基座为直径为6.0mm的圆形，并且倾斜部分的长度为0.55mm。由两条穿过远端表面中心的长度测量值为5.2mm的直线构成的+形凹槽设置在插入部分远端表面的0.4mm深度处。此外，插入部分和基座部分之间留有15μm的间隙。然后，使用真空包装机(V-280，ToseiElectric Corp.)将袋抽成真空。接下来，使用水压机(热水层压机，NikkisoCo.，Ltd.)对陶瓷生片基板和模具进行挤压，其间仍将它们留在不渗水的袋中。此时的挤压条件为在70℃、10MPa下维持10分钟。此外，将完成挤压的陶瓷生片基板和模具静置冷却至室温，然后将生片层压件与模具分离。另外，在挤压前，将少量如硅油等形式的剥离剂涂覆到模具和基座板的表面上以便于挤压后与生片分离。
陶瓷生片基板烧结步骤
在使用水压机卷曲生片的同时，陶瓷基板凹面部分的侧表面因模具的挤压变得倾斜，并在凹面部分的底部形成了+形隔片。然后，将卷曲的陶瓷生片在箱式烘炉中烧结，升温速率为100℃/hr，并在870℃的温度下维持1小时。
在完成上述步骤后，即可形成具有+形隔片(具有约4.5mm的长度和约0.35mm的高度)的陶瓷LED封装。提供了多张附图以阐述本生产方法。

Claims (22)

1.一种用于制造表面贴装陶瓷LED封装的生产方法，所述方法包括以下步骤：
(i)制备第一陶瓷生片和第二陶瓷生片，并在所述第一陶瓷生片中形成通孔；
(ii)在所述第一陶瓷生片和/或第二陶瓷生片上形成LED连接电极；
(iii)将所述第一陶瓷生片和所述第二陶瓷生片叠放以形成具有凹面部分的陶瓷生片基板；
(iv)将模具插入所述陶瓷生片基板的凹面部分，所述模具包括基座部分和插入部分，所述基座部分挤压除所述陶瓷生片基板的第一陶瓷生片的凹面部分之外的其他部分，所述插入部分具有从所述基座部分突出并挤压所述陶瓷生片基板的凹面部分内部的凸面部分，所述插入操作使得所述插入部分的远端表面与所述陶瓷生片基板的凹面部分的底部接触，所述模具的插入部分的远端表面具有凹槽以在所述陶瓷生片基板的凹面部分的底部中形成隔片；
(v)通过将所述模具压到所述陶瓷生片基板上来使所述陶瓷生片卷曲，同时通过挤压形成一定的形状以在所述陶瓷生片基板的凹面部分的底部形成隔片，并使所述凹面部分的侧表面倾斜以朝开口方向展开；以及
(vi)烧结所述卷曲的和挤压成形的陶瓷生片基板以形成陶瓷基板。
2.根据权利要求1的表面贴装陶瓷LED封装的生产方法，其中所述步骤(ii)为步骤(ii′)，其中在所述第二陶瓷生片中设置通孔，向所述通孔中填充导电浆料，在与所述第一陶瓷生片接触的所述第二陶瓷生片的表面上形成用于实现与LED芯片电连接的电极以覆盖所述通孔，并且
所述步骤(iii)为步骤(iii′)，其中将所述第一陶瓷生片叠放到所述第二陶瓷生片形成有所述电极的一侧上以形成具有凹面部分的陶瓷生片基板。
3.用于制造陶瓷LED封装的生产方法，所述方法包括以下步骤：
(I)制备陶瓷生片并使用导电浆料在所述陶瓷生片上形成LED连接电极；
(II)使模具与所述陶瓷生片的一侧接触以通过挤压形成凹面部分，所述模具包括插入部分和基座部分，所述插入部分具有凸面部分，所述基座部分具有容纳所述插入部分的插入部分外壳部分，所述插入部分具有形状，其中所述凸面部分的顶部小于所述凸面部分的底部，并且所述凸面部分的远端表面中具有凹槽，并且所述凹面部分被形成为使得通过所述模具的凹槽在底部形成隔片并使得朝其开口方向展开；以及
(III)烧结其中形成了导体层的所述陶瓷生片。
4.根据权利要求1至3中任一项的表面贴装陶瓷LED封装的生产方法，其中所述模具的凸面部分的远端表面中的凹槽从所述凸面部分的远端表面上的一点沿直线延伸到所述远端表面上的另一点，或者多个凹槽从所述凸面部分的远端表面的一点呈放射状延伸。
5.根据权利要求1至3中任一项的表面贴装陶瓷LED封装的生产方法，其中所述凹槽的侧表面是倾斜的以便从所述凹槽的底部朝开口方向展开以使所述隔片的侧表面倾斜。
6.根据权利要求1至3中任一项的表面贴装陶瓷LED封装的生产方法，其中所述凹槽的侧表面具有表面不平度，从而使得形成的所述隔片的表面具有表面不平度。
7.根据权利要求1至3中任一项的表面贴装陶瓷LED封装的生产方法，其中所述模具在所述基座部分和所述插入部分之间设有间隙，并且所述插入部分在垂直于所述基座部分的方向上滑动。
8.根据权利要求1的表面贴装陶瓷LED封装的生产方法，其中所述挤压成形步骤包括以下步骤：将所述陶瓷生片和所述模具放入不渗水的袋中并将所述袋子抽成真空；并且通过静水压或液压来挤压已抽真空的所述袋子。
9.一种用于制造表面贴装陶瓷LED封装的生产方法，所述方法包括以下步骤：
(A)制备第一陶瓷生片和第二陶瓷生片并在所述第一陶瓷生片中形成通孔；
(B)在所述第一陶瓷生片和/或所述第二陶瓷生片上形成LED连接电极；
(C)将第一模具插入并挤压到所述第一陶瓷生片的通孔中，所述第一模具包括插入部分和基座部分，所述插入部分具有凸面部分，所述基座部分具有容纳所述插入部分的插入部分外壳部分，所述插入部分具有形状，其中所述凸面部分的顶部小于所述凸面部分的底部，所述凸面部分从所述基座部分突出并被挤压以使所述通孔的壁倾斜，而所述基座部分则挤压除所述通孔之外的其他部分；
(D)将第二模具压到所述第二陶瓷生片的一侧上，所述第二模具具有凹槽以在所述第二陶瓷生片的一侧上形成隔片，通过挤压所述模具在所述第二陶瓷生片的一侧的表面上形成隔片；
(E)将所述第一陶瓷生片与所述第二陶瓷生片叠放，以便所述第二陶瓷生片的隔片被所述第一陶瓷生片的通孔的内壁包围；
(F)将所述第一陶瓷生片和所述第二陶瓷生片粘合以形成具有凹面部分的陶瓷生片基板；以及
(G)烧结所述粘合的陶瓷生片基板以形成陶瓷基板。
10.根据权利要求9的表面贴装陶瓷LED封装的生产方法，其中所述第二模具的凹槽从一点沿直线延伸到另一点，或者多个凹槽从一点起呈放射状延伸。
11.根据权利要求9的表面贴装陶瓷LED封装的生产方法，其中将所述凹槽的侧表面是倾斜的以便从所述凹槽的底部朝开口展开以使所述隔片的侧表面倾斜。
12.根据权利要求9的表面贴装陶瓷LED封装的生产方法，其中所述凹槽的侧表面具有表面不平度，从而使得形成的所述隔片的表面具有表面不平度。
13.根据权利要求9的表面贴装陶瓷LED封装的生产方法，其中所述第一模具在所述基座部分和所述插入部分之间设有间隙，并且所述插入部分在垂直于所述基座部分的方向上滑动。
14.根据权利要求9的表面贴装陶瓷LED封装的生产方法，其中使用所述第一模具挤压所述第一生片的所述挤压步骤(B)包括以下步骤：将所述陶瓷生片和所述模具放入不渗水的袋中，并将所述袋子抽成真空；通过静水压或液压来挤压已抽真空的所述袋子。
15.一种表面贴装陶瓷LED封装，所述表面贴装陶瓷LED封装包括：
具有凹面部分的陶瓷基板；
LED连接电极；以及
设在所述凹面部分底部的隔片，其用以将所述凹面部分分成两个或更多个区域。
16.根据权利要求15的表面贴装陶瓷LED封装，其中在所述凹面部分的底部设有一个或多个隔片，所述隔片从所述凹面部分底部的一点沿直线延伸到另一点，或从所述凹面部分底部的一点呈放射状延伸，从而将所述凹面部分的底部分成两个或更多个区域。
17.根据权利要求15的表面贴装陶瓷LED封装，其中所述隔片的厚度从所述凹面部分的开口向与所述凹面部分的底部接触的位点逐渐增加。
18.根据权利要求15的表面贴装陶瓷LED封装，其中所述陶瓷基板的凹面部分的内周向表面和所述隔片的表面均具有表面不平度。
19.一种用于制造表面贴装陶瓷LED封装的模具，所述模具包括：
插入部分，其具有凸面部分；和
基座部分，其具有容纳所述插入部分的插入部分外壳部分，所述插入部分具有形状，其中所述凸面部分的顶部小于所述凸面部分的底部，并且所述凸面部分的远端表面具有凹槽。
20.根据权利要求19的用于形成表面贴装陶瓷LED封装的模具，其中所述凸面部分的远端表面中的凹槽的侧表面是倾斜的以便从所述凹槽的底部朝所述凹槽的开口展开。
21.根据权利要求19的用于形成表面贴装陶瓷LED封装的模具，其中通过在所述插入部分和所述基座部分之间设置间隙，所述插入部分沿垂直于所述基座部分的方向滑动。
22.根据权利要求19的用于形成表面贴装陶瓷LED封装的模具，其中所述插入部分和/或所述凹槽在其表面中具有细微的表面不平度。
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