CN103875084B - 制造外壳封装型光学设备的方法和利用该方法制造的光学设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制造光学设备的方法和利用该方法制造的光学设备，其包括将基板本身用作散热板，并且采用具有在其上形成的垂直绝缘层的基板，使得电极端子不需要从密封空间突出，从而能够简化光学设备的整体结构和制造工艺。根据本发明，一种用于制造外壳封装型光学设备的方法，包括以下步骤：（a）制备具有垂直绝缘层的金属基板，包括金属板和从所述基板的上表面到下表面贯穿所述基板的至少一个垂直绝缘层；（b）将所述金属板结合到具有垂直绝缘层的所述金属基板的上表面；（c）穿过由金属板和结合形成的与经过步骤（b）的中间产物有关的粘结层，在具有垂直绝缘层的金属基板中形成预定深度的凹陷狭槽形式的空腔，所述空腔在其底壁中包含所述垂直绝缘层；（e）将电连接到所述光学设备和所述光学设备的电极的导线分别连接到所述空腔的垂直绝缘层的底壁的表面的任一侧；以及（g）通过由透光材料制造的保护板和按照相框形成的外壳盖来密封所述空腔，所述外壳盖的顶部中心部分和所述底部是开放的并且包围所述保护板的周边。

Description

制造外壳封装型光学设备的方法和利用该方法制造的光学 设备
技术领域
本发明涉及一种制造外壳（can）封装型光学设备的方法并涉及利用该方法制造的光学设备，更具体地，涉及一种制造外壳封装型光学设备的方法和利用该方法制造的光学设备，从而能够简化外壳封装型光学设备的结构。
背景技术
通常，半导体发光二极管（LED）作为环保光源在各个领域中都引起了人们的注意。最近，随着LED的应用已经扩展到各个领域，例如，室内和室外照明、汽车头灯以及显示设备的背光单元（BLU），对高光学效率和良好的热辐射性能存在需求。对于高效LED来说，应该首先改进LED 的材料或者结构，然而，也需要改进LED封装的结构及其使用的材料。
在这种高效LED中，产生了高温热量，因此，该热量必需被有效地发散，否则LED升高的温度会导致性能的老化，从而缩短寿命。在高效LED 的封装中，有效地对LED产生的热量进行发散的研究正取得进展。
在下文中，将发出光的包括LED的任何类型的设备都称作“光学设备”，并且将包括超过两个光学设备的任何产品称作“光学设备”。
同时，将紫外LED发光二极管或者短波可见发光激光二极管等制造成外壳封装型，其中，密封了惰性气体等，例如，氮气；图1是根据现有技术的外壳封装型的例子的光学设备的剖视图，其在韩国专利No.1021210 中公开。
如图1所示，在光学设备1中，在由金属杆8和外壳盖9形成的气密空间中密封惰性气体，并且半导体发光元件4设置在该气密空间中并通过基板2固定到金属杆8。
陶瓷块13装配到金属杆8的开口中，其中，一对电极端子10a和10b 通过陶瓷块13伸出到气密空间外，并且所述电极端子10a和10b以及半导体发光元件4通过导线互相电耦接。
在外壳盖9的上表面中心形成开口11，并且利用密封在外壳盖9内部的透明板12对开口11进行密封。在开口11中形成有荧光体层7。
通过焊接或者类似的方式将金属杆8和外壳盖9的周边部分粘合，从而形成气密空间。
优选地，金属杆8和外壳盖9由同样的材料制造，举例来说，诸如铝或钴的单一金属材料，然而，也可使用诸如钴或者铜-钨的合金。在气密空间中，金属杆8支撑半导体发光元件4并且将半导体发光元件4产生的热量发散到气密空间外。因此，优选地，金属杆8由具有高热传导性能的材料制造。
密封到气密空间中的惰性气体例如为氮气、氦气或者氩气中的至少一种惰性气体，以防止半导体发光元件4退化。
陶瓷块13是非导电部件，例如，举例来说，氧化铝或者氮化铝，其装配并固定到形成在金属杆8中的开口，从而将电极端子10a和10b与金属杆8电绝缘。半导体发光元件4通过钎焊或者类似的方式固定到基板2，并且基板2通过钎焊或者类似的方式固定到金属杆8。
电极端子10a和10b由导电材料组成，例如，它们可以通过金属板的冲压加工形成。透明板12是由诸如玻璃和树脂的透明材料形成的薄片形组件，并且可以呈凸状或者凹状，以提供透镜效应。
根据前述的现有技术的外壳封装型光学设备，因为金属杆只支撑半导体发光元件，为了为半导体发光元件供电，所以需要穿透所述气密空间的两个电端子和陶瓷块13，从而产生了结构复杂以及制造工艺难的问题。另外，还存在反射效率和散热性能退化的问题。
发明内容
技术问题
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种用于制造光学设备的方法和利用该方法制造的光学设备，其包括利用基板本身作为散热板，并采用具有形成在其上的垂直绝缘层的基板，使得电极端子不需要从密封空间突出，从而能够简化光学设备的整体结构和制造工艺。
技术方案
根据本发明的第一特征，提供了一种用于制造外壳封装型光学设备的基板的方法，所述方法包括以下步骤：（a）制备金属板和具有垂直绝缘层的金属基板，其中，形成从所述基板的上表面到下表面贯穿所述基板的超过一个垂直绝缘层；（b）将所述金属板结合到具有垂直绝缘层的所述金属基板的上表面；（c）在已经经过步骤（b）的中间产品上形成圆柱形凹陷形式的空腔，所述空腔具有预定深度，该预定深度通过穿过所述金属板和由所述结合形成的粘结层到达具有垂直绝缘层的所述金属基板的表面，其中，所述空腔在其底壁中包含所述垂直绝缘层。
在上述的第一特征中，所述步骤（b）可包括插入到其中的粘合膜。所述方法可以进一步包括步骤（d）：至少在所述空腔的不包括经过所述步骤（c）的所述中间产品的所述粘结层的主壁和上表面上形成金属镀层。
根据本发明的第二特征，提供了一种用于根据上述第一特征制造的外壳封装型光学设备的基板。
根据本发明的第三特征，提供了一种用于制造外壳封装型光学设备的方法，所述方法包括以下步骤：（a）制备金属板和具有垂直绝缘层的金属基板，其中，形成从所述基板的上表面到下表面贯穿所述基板的超过一个垂直绝缘层；（b）将所述金属板结合到具有垂直绝缘层的所述金属基板的上表面；（c）在已经经过步骤（b）的中间产品上形成圆柱形凹陷形式的空腔，所述空腔具有预定深度，该预定深度通过穿过所述金属板和由所述结合形成的粘结层到达具有垂直绝缘层的所述金属基板的表面，其中，所述空腔在其底壁中包含所述垂直绝缘层；（e）将电连接到所述光学设备和所述光学设备的电极的导线分别连接到相对于所述空腔的底壁的所述垂直绝缘层来说的一侧和另一侧；以及（g）通过由透光材料制造的保护板和按照相框形成的外壳盖来密封所述空腔，所述外壳盖的顶部中心部分和底部是开放的并包围所述保护板的周边。根据上述的第三特征，所述步骤（b）包括插入到其中的粘合膜。所述方法可以进一步包括步骤（d）：至少在所述空腔的不包括经过所述步骤（c）的所述中间产品的所述粘结层的主壁和上表面上形成金属镀层。所述方法可以进一步包括用于在所述步骤（g）之前或者之后将惰性气体充入到所述空腔内部的步骤。
根据本发明的第四特征，提供了根据前述第三特征制造的外壳封装型光学设备。
根据本发明的第五特征，提供了一种用于制造外壳封装型光学设备的基板的方法，所述方法包括以下步骤：（h）制备具有超过一个孔的金属板和具有垂直绝缘层的金属基板，所述孔将会用作空腔，其中形成从所述基板的上表面到下表面贯穿所述基板的超过一个垂直绝缘层；以及（i）将所述金属板和具有垂直绝缘层的所述金属基板结合，其中，所述空腔的底壁包括所述垂直绝缘层。
在上述的第五特征中，所述步骤（i）可以包括插入到其中的粘合膜。
所述方法可以进一步包括步骤（j）：至少在所述空腔的不包括经过所述步骤（i）的所述中间产品的所述粘结层的主壁和上表面上形成金属镀层。
根据本发明的第六特征，提供了用于根据上述第五特征制造的光学设备的基板。
根据本发明的第七特征，提供给了一种用于制造外壳封装型光学设备的方法，所述方法包括以下步骤：（h）制备具有超过一个孔的金属板和具有垂直绝缘层的金属基板，所述孔将会用作空腔，其中形成从所述基板的上表面到下表面贯穿所述基板的超过一个垂直绝缘层；（i）将所述金属板和具有垂直绝缘层的所述金属基板结合，其中，所述空腔的底壁包括所述垂直绝缘层；（k）将电连接到所述光学设备和所述光学设备的电极的导线分别连接到相对于所述空腔的底壁的所述垂直绝缘层来说的一侧和另一侧；以及（g）通过由透光材料制造的保护板和按照相框形成的外壳盖来密封所述空腔，所述外壳盖的顶部中心部分和底部是开放的并包围所述保护板的周边。
在上述的第七特征中，所述步骤（i）包括插入到其中的粘合膜。
所述方法可以进一步包括步骤（j）：至少在所述空腔的不包括经过所述步骤（i）的所述中间产品的所述粘结层的主壁和上表面上形成金属镀层。所述方法可以进一步包括用于在所述步骤（m）之前或者之后将惰性气体充入到所述空腔内部的步骤。
根据本发明的第八方面，提供了一种根据上述第七特征制造的外壳封装型光学设备。
技术效果
根据用于制造光学设备的方法和利用该方法制造的光学设备，利用基板本身作为散热板，并且通过采用具有形成在其上的垂直绝缘层的基板，电极端子不需要从密封空间突出，从而能够简化光学设备的整体结构和制造工艺。
附图说明
图1是根据现有技术的外壳封装类型的例子的光学设备的剖视图。
图2是描述根据本发明的示例性实施例的用于外壳封装型光学设备的制造方法的工艺流程图。
图3到图7是在图2的制造方法的每个对应步骤的透视图或者剖视图。
图8是描述根据本发明的另外一个示例性实施例的用于外壳封装型光学设备的制造方法的工艺流程图。
图9到12是在图8的每个步骤处的透视图或者剖视图。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施例的、用于外壳封装型光学设备的制造方法和利用该方法制造的光学设备。
图2是描述用于本发明的外壳封装型光学设备的制造方法的工艺流程图，图3到图7是用于描述本发明的用于外壳封装型光学设备的制造方法的透视图或者剖视图，以及图6和图7是图5中的沿线A-A的剖视图。
首先，在图2的步骤S10，如图3所示，制备具有垂直绝缘层的金属基板100，其中，形成从基板的上表面到下表面贯穿基板的超过一个垂直绝缘层110；并且制备后来结合到这种具有垂直绝缘层的金属基板100的金属板300。
在此，例如，可通过交替地堆叠（或者形成）金属基板和绝缘层并以预设的长度（宽度）从顶部到底部地切割来形成具有垂直绝缘层的金属基板100，并且没有制造这种具有垂直绝缘层的金属基板100的限制。
作为用于这种具有垂直绝缘层的金属基板100的材料，可使用铝或铜，或者包含超过它们中一种的具有良好的导热性和导电性的材料的合金。
可通过阳极氧化铝基板的表面来形成该铝基板的垂直绝缘层110，或者与此不同，可利用由合成树脂制成的绝缘膜来实现。对于金属板300的材料，可使用焊接性良好的金属材料，例如，铝、铜或铁，或者包含超过它们中的一种的合金。
接下来，在步骤S20，如图4所示，利用液体粘合剂210将金属板300 结合到具有垂直绝缘层的金属基板100的上表面，并且可利用由合成树脂制成的插入粘合膜200来进行所述结合，以增强结合强度。
此时，为了进一步增强结合强度，可以在能够保持高于正常温度和压力的温度和压力的高温高压腔（室）中执行结合处理；除此之外，可以在对具有垂直绝缘层的金属基板100的结合面（即，上表面）和金属板300 的结合面（即，下表面）上机械或者化学地产生粗糙之后，执行所述结合处理。
当具有垂直绝缘层的金属基板100和金属板300特别地由铝基材料制成时，可以在结合步骤之前对它们的每个结合面进行阳极化处理，以增强结合强度，并且可以在这种经过阳极化处理后的表面上加入前面描述的粗糙。
接下来，在步骤S30，在这种中间产品中，圆柱形凹陷形式的空腔400 具有预定深度，其通过穿过如图5所示的金属板300以及粘结层200和210 到达具有垂直绝缘层的金属基板100，并且应当形成这种空腔400以容纳垂直绝缘层110。
在这种情况下，有利的是，空腔400形成为具有向下变窄的锥度以增强光的反射性能，并且有利的是，相对于位于中心的垂直绝缘层110的较大区域130应当形成为与较小区域120相比具有相对较大的区域，其中光学设备600将安装在较大区域130，导线将连接在较小区域120（下文中，将用于导线连接的区域称作“相对较小区域120”，并将用于安装光学设备的区域称作“相对较大区域130”）。可通过机械加工（例如，削切）或者化学加工（例如，蚀刻）来形成空腔400。
接下来，在步骤S40，如图6所示，为了增强光学设备600生成的光的反射性能或者结合特性，在空腔400的主壁和上壁或者包括空腔400的主壁和上壁的整个所述中间产品上进行金属镀，例如，银（Ag）镀500，并且可通过电镀等方式来形成这种金属镀层500。在这种情况下，如所示出的，在粘结层200和210中不形成金属镀层500，以使得与粘结层200 和210有关的上侧和下侧彼此之间电绝缘。
接下来，在步骤S50和步骤S60，如图6所示，光学设备600安装在空腔400的相对较大区域130，并且对于光学设备600的两个电极，即，分别为阳极和阴极中的一个电极，例如，阳极电极连接到相对较大区域 130，而阴极电极通过导线610连接到相对较小区域120。由于阳极端子（或者阴极端子）形成为暴露在光学设备600的底表面，所以当通过使用能够保持导电性的结合方法（例如，钎焊等）将光学设备600和相对较大区域 130结合到一起时，将当然仅需要一根导线，例如，用于连接光学设备600 的阴极端子与相对较小区域120的导线。
接下来，在步骤S70，如图7所示，利用保护板700和外壳盖800封装空腔400的内部空间，并且在其内部注入惰性气体；此时，通过使用电弧焊810等将具有预先附接的保护板700的外壳盖800和空腔的上表面焊接在一起，能够密封空腔400的内部空间。
与之不同，在向空腔400的内部注入惰性气体之后，可以通过使用保护板700来密封空腔400的内部空间，并且随后可以使用焊接等方式来结合外壳盖；可在惰性气体环境中执行该步骤。
在此，保护板700可由透明玻璃、合成树脂材料、或者包含荧光体层的合成树脂材料或者类似的材料制造；与之不同，分离的荧光体层可附加地置于由透明玻璃或者合成树脂材料制造的保护板700的内部或者外部。
外壳盖800防止保护板700分离，并且它能够形成为盖状，它的上表面的中心区域以及整个底表面都是开放的，例如，相框形状。
同时，使用上述方法制造的外壳封装型光学设备本身可以作为单个个体使用，或者可以在将其分离为一个或者多个行或列之后使用，或者可以在将其分离为单独一个之后使用。
在这种情况下，当按行（水平线）排列的光学设备串联连接时，按列（垂直线）排列的光学设备并联连接。
根据按照图2的示例性实施例制造的光学设备，因为具有垂直绝缘层的金属基板100本身可以用作散热板，并且外部电源可以通过金属基板向光学设备600供电，所以不仅可以简化结构，还可以简化工艺。
图8是描述根据本发明的另外一个示例性实施例的用于外壳封装型光学设备的制造方法的工艺流程图；图9到12是在图8的每个步骤的透视图或者剖视图；同样的附图标记被指定给图3到7的相应元件，并且省略了对它们的详细描述。图10到12是沿着图9的线B-B的剖视图。
图8的示例性实施例与图2的示例性实施例的区别在于：当金属板300 正结合到具有垂直绝缘层的金属基板100时，没有机械加工空腔400，相反，将预先形成有空腔400’的金属板300’结合到具有垂直绝缘层的金属基板100’的上表面。
尽管在步骤S10’制备具有垂直绝缘层的金属基板100’与图2的步骤S10制备金属基板相同（厚度能够调整），但是，步骤S10’与步骤S10的不同之处在于：制备预先形成有空腔400’的金属板300’。
在此，可以使用前述的方法来形成空腔400’，并且形状也可以按照前面的描述来形成。此时，优选地确定空腔400’的位置，以将空腔400’划分成相对于具有垂直绝缘层的金属基板100’来说相对较小区域120和相对较大区域130，其中，当金属基板结合到垂直绝缘层110’时，所述垂直绝缘层110’位于中心。
接下来，在步骤S20’，如图10所示，具有垂直绝缘层的金属基板100’和具有预先形成有空腔400’的金属板300’结合到一起，并且用于结合的液体粘合剂210’或者粘合膜200’可以与图2的示例性实施例的相同。
然而，将会形成粘合膜200’，以使得朝向金属板300’的空腔400’的底部的区域是敞开的。由于接下来的处理与图2的示例性实施例的那些处理相同，因此省略了进一步的详细描述。
本发明的用于制造外壳封装型光学设备的方法和利用该方法制造的光学设备并不限于前述的示例性实施例，在不背离本发明的范围和精神的情况下，可以作出各种修改。例如，在前述的示例性实施例中，剖视图示出为圆形，但是，它也可以实现为椭圆形、矩形、正方形等。
符号说明：
100,100’：具有垂直绝缘层的金属基板， 110：垂直绝缘层，
120’：相对较小区域， 130：相对较大区域，
200,200’：粘合膜， 210,210’：液体粘合剂，
300,300’：金属板， 400,400’：空腔，
500,500’：金属镀层， 600：光学设备，
610：导线， 700：保护板，
800：外壳盖， 810：焊接区域。

Claims (10)

1.一种用于制造外壳封装型光学设备的基板的方法，包括以下步骤：
(a)制备金属板和表面被阳极氧化并具有垂直绝缘层的金属基板，其中，形成从所述基板的上表面到下表面贯穿所述基板的多个垂直绝缘层，其中通过交替地堆叠金属基板和绝缘层并以预设的长度从顶部到底部地切割来形成具有垂直绝缘层的金属基板；
(b)利用液体粘合剂将所述金属板结合到具有垂直绝缘层的所述金属基板的上表面上，其中粘合膜插入在所述液体粘合剂之间；
(c)在已经经过步骤(b)的中间产品上形成圆柱形凹陷形式的多个空腔，所述空腔具有预定深度，该预定深度通过穿过所述金属板和由所述结合形成的粘结层到达具有垂直绝缘层的所述金属基板的表面，其中，所述空腔中的每一个在所述圆柱形凹陷的底壁处暴露有所述垂直绝缘层中的一个。
2.根据权利要求1所述的用于制造外壳封装型光学设备的基板的方法，其特征在于，所述方法进一步包括步骤(d)：至少在所述空腔的不包括经过所述步骤(c)的所述中间产品的所述粘结层的主壁和上表面上形成金属镀层。
3.一种用于制造外壳封装型光学设备的方法，包括以下步骤：
(a)制备金属板和表面被阳极氧化并具有垂直绝缘层的金属基板，其中，形成从所述基板的上表面到下表面贯穿所述基板的多个垂直绝缘层，其中通过交替地堆叠金属基板和绝缘层并以预设的长度从顶部到底部地切割来形成具有垂直绝缘层的金属基板；
(b)利用液体粘合剂将所述金属板结合到具有垂直绝缘层的所述金属基板的上表面上，其中粘合膜插入在所述液体粘合剂之间；
(c)在已经经过步骤(b)的中间产品上形成圆柱形凹陷形式的多个空腔，所述空腔具有预定深度，该预定深度通过穿过所述金属板和由所述结合形成的粘结层到达具有垂直绝缘层的所述金属基板的表面，其中，所述空腔中的每一个在所述圆柱形凹陷的底壁处暴露有所述垂直绝缘层中的一个；
(e)将电连接到所述光学设备和所述光学设备的电极的导线分别连接到相对于在所述空腔的底壁处暴露的所述垂直绝缘层来说的一侧和另一侧；以及
(g)通过由透光材料制造的保护板和按照相框形成的外壳盖来密封所述空腔，所述外壳盖的顶部中心部分和底部是开放的并且包围所述保护板的周边。
4.根据权利要求3所述的用于制造外壳封装型光学设备的方法，其特征在于，所述方法进一步包括步骤(d)：至少在所述空腔的不包括经过所述步骤(c)的所述中间产品的所述粘结层的主壁和上表面上形成金属镀层。
5.根据权利要求3所述的用于制造外壳封装型光学设备的方法，其特征在于，所述方法进一步包括用于在所述步骤(g)之前或者之后将惰性气体充入到所述空腔内部的步骤。
6.一种用于制造外壳封装型光学设备的基板的方法，包括以下步骤：
(h)制备具有多个孔的金属板和表面被阳极氧化并具有垂直绝缘层的金属基板，所述孔将会用作空腔，其中形成从所述基板的上表面到下表面贯穿所述基板的多个垂直绝缘层，其中通过交替地堆叠金属基板和绝缘层并以预设的长度从顶部到底部地切割来形成具有垂直绝缘层的金属基板；以及
(i)利用液体粘合剂将所述金属板结合在具有垂直绝缘层的所述金属基板的所述上表面上，其中粘合膜插入在所述液体粘合剂之间，其中，所述垂直绝缘层中的一个在所述空腔中的每一个的底壁处被暴露。
7.根据权利要求6所述的用于制造外壳封装型光学设备的基板的方法，其特征在于，所述方法进一步包括步骤(j)：至少在所述空腔的不包括经过所述步骤(i)的中间产品的由所述结合形成的粘结层的主壁和上表面上形成金属镀层。
8.一种用于制造外壳封装型光学设备的方法，包括以下步骤：
(h)制备具有多个孔的金属板和表面被阳极氧化并具有垂直绝缘层的金属基板，所述孔将会用作空腔，其中形成从所述基板的上表面到下表面贯穿所述基板的多个垂直绝缘层，其中通过交替地堆叠金属基板和绝缘层并以预设的长度从顶部到底部地切割来形成具有垂直绝缘层的金属基板；
(i)利用液体粘合剂将所述金属板结合在具有垂直绝缘层的所述金属基板的所述上表面上，其中粘合膜插入在所述液体粘合剂之间，其中，所述垂直绝缘层中的一个在所述空腔中的每一个的底壁处被暴露；
(k)将电连接到所述光学设备和所述光学设备的电极的导线分别连接到相对于在所述空腔中的每一个的底壁处暴露的所述垂直绝缘层来说的一侧和另一侧；以及
(m)通过由透光材料制造的保护板和按照相框形成的外壳盖来密封所述空腔，所述外壳盖的顶部中心部分和底部是开放的并且包围所述保护板的周边。
9.根据权利要求8所述的用于制造外壳封装型光学设备的方法，其特征在于，所述方法进一步包括步骤(j)：至少在所述空腔的不包括经过所述步骤(i)的中间产品的由所述结合形成的粘结层的主壁和上表面上形成金属镀层。
10.根据权利要求8所述的用于制造外壳封装型光学设备的方法，其特征在于，所述方法进一步包括用于在所述步骤(m)之前或者之后将惰性气体充入到所述空腔内部的步骤。
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