CN108206162B - 集成led设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有壳体(3)的集成LED设备，由此壳体包括‑多LED设备(4)，所述多LED设备(4)包括透明基底(5)和多个发光二极管(7)，LED，所述多个发光二极管被布置用于发光且被设置在所述透明基底上，‑集成电路(8)，所述集成电路与所述LED连接并被布置用于控制所述LED，‑基座，所述基座包括一个或多个基座延伸部(10)，至少所述多LED设备被安装在基座延伸部上，所述一个或多个基座延伸部被如此布置或如此成形使得第一开口(11)被创建以让由所述多个LED发射通过所述透明基底的LED光通过。

Description

集成LED设备
发明领域
本发明大致涉及发光设备的领域。更具体而言，本发明涉及用于在汽车应用中使用的发光设备的封装。
发明背景
现在，汽车应用中的环境照明通过提供位于汽车中各个位置的一个或多个彩色发光二极管(LED)来实现。LED中的每个LED通过集成电路(IC)经由通信接口被单独地控制强度和颜色。LED必须在使用之前借助于IC校准到给定的目标值。在操作期间必须执行对已连接的一个或多个彩色LED的诊断。
在今天的应用中，环境照明功能被组装在单个印刷电路板(PCB)上，这需要一定的空间量。对于一些应用，它需要太大的空间，特别是如果LED(和它们的控制单元)彼此非常靠近。因此，不断地需要通过进一步的集成来显著减少一个或多个彩色发光二极管所占用的空间。
预期在未来几年车辆中使用的发光二极管的数量将极大地增加。在不久的将来，已经给出了超过200个内部光源的预测。鉴于这种演变，显然存在将这种光源的成本保持得尽可能地低的主要关注。成本问题对于智能LED设备、控制IC以及所使用的封装是有效的。
已知作为光源的LED产生显著的热量。在传统的方法中，散热器和良好的热接触被应用于这些应用。显然地，对于该散热器需要一定的空间。在空间限制的情况下，这可能是有挑战性的。对于该散热器需要像铜或铝的材料。另一个解决热量问题的方法是在较大的矩阵中使用LED。LED通常以大矩阵配置被放在给定区域之上，使得对于全功率，热量不会生成在单个点上，而是分布在该区域之上。这导致LED更低的结温度以及更长的寿命。为了该目的，已提议所谓的微型LED(即，非常小的LED)的使用。节省空间也已是应用半导体技术用于互连LED的动机，因为接合(bond)微型LED将使用太多的空间。
微型LED技术来自显示器应用，然而显示器应用正在覆盖不同的功能范围。因此，在这种显示器和屏幕应用中使用的封装与汽车应用中所需的完全不同。
在当今的汽车环境光应用中，大多数三个或四个LED(红色、绿色、蓝色和白色)被一起封装在一个专用封装中，该专用封装包含散热器和/或与外部散热器的非常好的热接触。该封装用抵抗由LED产生/引起的相对较高的温度的材料构建。
图1图示本领域中已知的LED设备(16)。仅有一种或多种颜色(例如，红(1.1)、蓝(1.2)和绿(1.3))的发光二极管(1)(例如，微型LED)例如通过微转移技术被安装在玻璃或任何其他透明基底(5)上。在同一基底上，例如利用半导体技术(例如，层沉积、层结构化)也放置一个或多个金属化层(例如，铝或铜)和绝缘层(例如氧化硅、氮化硅或聚酰亚胺)。这些一个或多个金属化层将LED朝向连接焊盘(4)连接。在图1中，只示出具有4条布线迹线(2.1、2.2、2.3、2.4)的一个互连层。在堆叠的组件的情况下，额外的保护层(6)可以覆盖LED和布线。所描述的LED设备是公知的，例如，用于显示器的应用。
使用大量的微型LED替代传统的LED的优势在于，因为热量被分布在给定的表面上，所以它从约900℃到150℃显著地降低了结温度。因此，根据图1的LED设备与传统LED设备相比生成较少的自热，因为其由在基底上的大区域上散布的许多小的LED单元组成，其中热量可以容易地散开。
WO2008/002088公开一种具有散热器支撑部件的引线框架以及其中采用引线框架的发光二极管封装。引线框架包括围绕预定区的外框架。散热器支撑部件从外框架向内延伸以彼此面对。支撑部件中的每个支撑部件具有耦合到散热器的端部。进一步，引线端子从外框架向内延伸以彼此面对。引线端子与支撑部件间隔开。相应地，在散热器被耦合到支撑部件的端部之后，可以通过嵌入模塑技术形成封装主体，并且散热器和引线端子可以容易地被对齐。
鉴于相当严格的空间限制，需要发现用于包括大量发光源并且借助于集成电路控制器操控的这种LED设备的合适的封装。
发明内容
本发明的实施例的目的是提供一种用于包括由集成电路控制器控制的大量发光源的LED设备的封装，由此该封装至少满足空间约束。
上述目标通过根据本发明的解决方案来实现。
在第一方面，本发明涉及一种具有壳体的集成LED设备，由此壳体包括
-多LED设备，所述多LED设备包括透明基底和多个发光二极管，LED，所述多个发光二极管被布置用于发光且被设置在透明基底上，
-集成电路，所述集成电路与LED连接并被布置用于控制LED，
-基座，所述基座包括一个或多个基座延伸部，至少多LED设备被安装在基座延伸部上，所述一个或多个基座延伸部被如此布置或如此成形使得第一开口被创建以让由所述多个LED发射通过透明基底的LED光通过。
所提出的解决方案确实允许低成本、紧凑的封装，其也符合JEDEC标准。
在优选的实施例中，壳体具有在壳体中的对应于第一开口的第二开口，以让LED光传播出壳体。
在优选的实施例中，集成电路被并排安装到多LED设备。
在优选的实施例中，集成电路被堆叠在多LED设备上。然后保护层有利地被提供在多LED设备和集成电路之间。
在另一个实施例中，该一个或多个基座延伸部是基座的部分，所述基座是一片式的。
在优选的实施例中，该一个或多个基座延伸部被如此形成使得当被安装在印刷电路板上时，集成LED设备的光学窗口背对着印刷电路板。
在一个实施例中，如描述的集成LED设备被实施为四方扁平无引线(QFN)封装。
在另一个实施例中，集成LED设备被安装在提供有预定义的孔以让LED光通过的印刷电路板上。
在又另一个实施例中，集成LED设备包括光学透明保护层以填充所述第一开口。
在优选的实施例中，基座是金属引线框架或FR4或基于陶瓷的基座。
在另一个方面，本发明涉及用于制造如前所述的集成LED设备的方法。该方法包括以下步骤：布置或成形所述一个或多个基座延伸部，使得第一开口被创建以让由所述多个LED发射通过透明基底的LED光通过。
在某些实施例中，该方法包括在壳体中提供对应于第一开口的第二开口，以让LED光传播出壳体。
出于对本发明以及相对现有技术所实现的优势加以总结的目的，上文已描述了本发明的某些目的和优势。当然，应理解，不一定所有此类目的或优势都可根据本发明的任意特定实施例而实现。因此，例如，本领域的技术人员将认识到本发明可按实现或优化本文所教导的一个优势或一组优势的方式来具体化或执行，而不一定要实现本文可能教导或建议的其他目的或优势。
参考本文以下描述的实施例，本发明的上述和其他方面将是显而易见的和可阐明的。
附图说明
现在将作为示例参考附图进一步描述本发明，附图中相同的附图标记指代各附图中的相同元素。
图1图示了本领域中已知的LED设备。
图2图示了根据本发明的集成LED设备的实施例。
图3图示了在组装过程中的步骤。
图4图示了多LED设备和集成电路的安装和接合。
图5图示了已完成的集成LED设备的俯视图。
图6图示了其中多LED设备和控制IC被堆叠的集成LED设备的实施例。
图7图示了其中集成LED设备被安装在自身也具有使LED光通过的开口的印刷电路板上的实施例。
图8图示了实施为QFN封装的集成LED设备的实施例。
图9图示了具有非暴露的基座延伸部的实施例。
图10图示了没有印刷电路板的实施例。
具体实施方式
本发明将被关于特定的实施例并参考某些附图来描述，但本发明不限于此而仅通过权利要求书来限制。
此外，说明书和权利要求书中的术语第一、第二等被用于在相似的元件之间进行区分，而不一定用于在时间上、空间上、排序上或以任何其它方式描述序列。应该理解，如此使用的术语在适当情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以不同于本文描述或示出的其他顺序来操作。
应该注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限于其后列出的装置；它不排除其他元件或步骤。因此，被解释为指定所提及的特征、整体、步骤或组件的存在，但是并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤或组件或其组合的存在或添加。因此，“包括装置A和B的设备”的表述范围不应限于仅由部件A和B组成的设备。这表示关于本发明，设备的唯一相关部件是A和B。
在本说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用表示结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书中的各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指相同的实施例，而是可以指相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定的特征、结构或特性可以以任何合适的方式进行组合，如本领域普通技术人员将从本公开中显而易见的。
类似地，应当认识到，在本发明的示例性实施例的描述中，出于简化本公开并帮助理解本发明的一个或多个各种发明方面，本发明的各种特征有时被一起组合在单个实施例、附图或其说明书中。然而，这种公开方法不应被解释为反映要求保护的发明与各项权利要求中明确记载的相比需要更多的特征的意图。相反，如以下权利要求所反映，发明方面在于少于单个上述公开的实施例的全部特征。因此，在具体说明之后的权利要求由此明确地被并入本具体说明中，其中每个权利要求本身作为本发明的单独实施例。
此外，尽管本文描述的一些实施例包括在其他实施例中包括的一些特征但不是其他特征，但是不同实施例的特征的组合表明是在本发明的范围内，并且形成不同的实施例，如本领域技术人员将理解的那样。例如，在下面的权利要求中，任何要求保护的实施例可以以任何组合来使用。
应当注意的是，在描述本发明的某些特征或方面时，特定术语的使用不应当用来暗示该术语在本文中被重新定义以受限于包括与所述术语相关联的本发明的特征或方面的任何特定特性。
在本文提供的说明中，阐述了数个特定的细节。然而，应该理解，可以在没有这些特定细节的情况下实施本发明的实施例。在其他实例下，公知的方法、结构和技术已未被具体示出，以便不混淆对本说明的理解。
本发明旨在提出如图1中所示的包含多LED设备的集成LED设备。
图2图示在标准JEDEC封装中的图1的LED设备的组件的实施例，例如集成电路上的硅(SOIC)、收缩型小外形封装(SSOP)、四方扁平封装(QFP)、四方扁平无引线(QFN)。控制驱动器IC(8)与LED设备并排安装。LED设备和控制IC被安装在基座上，在这种情况下是金属引线框架。基座延伸部(10)，即引线，在图2的实施例中是引线框架的部分。对于LED设备和控制IC的安装，标准的组装步骤可以被使用，像管芯附接和线接合和模塑。连接LED和基座的管芯附接材料(20)可以是环氧树脂或硅树脂材料或焊料。它在围绕基座的孔的闭合环路中被应用，由此确保没有残留物留在光路中。可替代地，可以使用在晶片级上应用的透明管芯附接膜，只要该膜没有使LED的光学性能劣化太多。接合线(19)，例如Au、Al或Cu被用于在IC和LED以及I/O引脚之间进行互连。壳体(3)可以是基于热固性或热塑性的包封材料。在图2中，引线框架的引线以反向的方式形成，使得在最后应用中，在壳体被焊接在印刷电路板(PCB)上之后，光学窗口(15)将面朝上，即远离PCB(17)。
在LED设备和控制IC之间以及从LED设备到引线框架引脚以及从控制设备到引线框架引脚完成接合。可以观察到，智能LED设备被上下倒置地安装到引线框架，使得光可以传播通过LED设备的透明基底和在引线框架和在封装中的开口到达外部。可以观察到，透明基底自动地形成光学窗口(15)，使得不需要进一步的处理步骤。JEDEC封装和标准组装技术的使用允许紧凑和成本最佳的设备组件。
在一个实施例中，LED是微型LED，这意味着LED具有非常小的外形尺度。微型LED可具有5μm到500μm范围内的尺寸，优选地在10μm到100μm范围内的尺寸。
图3中示出了用于获得图2的封装解决方案的处理流程。首先，通过粘合剂将LED设备和驱动器IC放置在引线框架上。IC的互连通过使用例如金线或铜线的线接合来完成。接着借助于外模塑(overmolding)来包封设备。为了保持光学窗口清洁，可以或者使用膜辅助模塑或者在模塑后添加去毛边处理。标记是为保持良好的可追溯性。如果引线框架是预先预电镀的，则引线框架电镀是任选的。在引线形成和分离(singulation)之后，该设备准备好被使用。
在图4中，示出了对应于图2的引线框架布局(包括管芯焊盘)。注意引线框架中的开口(11)。该图进一步示出了LED设备和控制IC到引线框架的安装和接合。两个设备上的引脚的数量仅仅是示例。在例如汽车环境应用中，取决于完整光源的功能，可以有更少或更多的引脚。光被发射通过在引线框架中的开口。
图5示出了其中引线框架被暴露于模塑料(molding compound)且因此也形成封装单元的表面的实施例。该图还图示了引线框架的开口和LED设备的透明基底。任选的额外的光学透明保护层(21)(即，填补在玻璃基底的背侧的腔的光学涂层，即，光被发射的侧)可以在开口的应用使用期间避免引线框架中的灰尘或残留物的收集。
图6表示封装单元的实施例，其中LED设备和控制IC以堆叠的实现方式被安装。此处的LED设备需要附加的保护层(6)，使得控制IC可以使用常规的管芯附接技术被安装到智能LED设备。
图7示出了其中与前文讨论的实施例相比引线框架的引线以标准的相反方向被形成的实施例。在这种实现方式中，光被发射通过封装单元的底侧。因此PCB也具有开口(18)以释放光。
图8示出了具有所谓的QFN封装的无引线的实施例，其也是成本最优的JEDEC标准封装。这示出本发明的封装单元不仅仅覆盖合适于SOIC封装的实施方式。QFN封装的主要优点是通常存在附接到引线框架的底部的在模塑过程期间阻挡模塑料进入引线框架的背侧的条带，因此在引线框架上的孔内部也没有模塑料。所以，此处不需要膜辅助模塑或另外的去毛边处理。
在所有先前的实施例中，已经示出了“暴露的焊盘”的实现方式。这意味着引线框架始终在一个封装侧(封装的底部或顶部)上暴露。在图9的实施例中，使用了未暴露的引线框架。这意味着在其上安装LED设备和控制设备的管芯焊盘在模塑件的内部。多LED设备发射光通过引线框架中的第一开口(11)且通过壳体中的第二开口(12)。任选的额外的光学透明保护层(21)(即，填补在玻璃基底的背侧的腔的光学涂层)可以在应用使用期间避免在引线框架中和在壳体中的灰尘或残留物的收集。集成LED设备的光学窗口(15)背对着印刷电路板。
在图10的实施例中，引线仅被放置到封装的一侧。如果引线的数量非常小(例如，3引线或4引线，如例如“电源连接”、“接地连接”、“单线或双线的总线接口(例如LIN总线)”)，则可以实现少PCB的实施例。额外的测试引脚可以被提供在封装的另一侧，并且无源部件也可以被放置在壳体的内部，因为不再需要PCB。
可以做出上述实施例的更多组合。
也可以考虑白色包封材料。
所有部件以高压在一个步骤中被模塑在一起，其是低成本的但同时高可靠性的。在壳体内部没有气穴或封闭的腔，其可以是易受腐蚀、渗漏、污垢等的影响。
尽管已经在附图和前面的描述中具体地解说和描述了本发明，但是此类解说和描述被认为是解说性的或者示例性的而非限制性的。前面的描述具体说明了本发明的某些实施例。然而，应当理解，不管以上在文本中显得如何详细，本发明可以其他方式实现。本发明不限于所公开的实施例。
通过研究附图、公开和所附权利要求，本领域技术人员可在实践要求保护的发明时理解和实施所公开实施例的其他变体。在权利要求中，单词“包括”不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除复数。单个处理器或其他单元可履行权利要求书中所述的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可被存储/分布在合适的介质(诸如与其他硬件一起或作为其他硬件的一部分提供的光学存储介质或固态介质)上，但也可以其他形式(诸如经由因特网或者其他有线或无线电信系统)来分布。权利要求中的任何引用符号不应被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种具有壳体的集成LED设备，所述壳体包括：
多LED设备，所述多LED设备包括透明基底和多个发光二极管LED，所述多个发光二极管被布置用于发光且被设置在所述透明基底上；
集成电路，所述集成电路与所述多LED设备连接并被布置用于控制所述多LED设备；
基座，所述基座包括一个或多个基座延伸部，至少所述多LED设备被安装在所述基座延伸部上，所述一个或多个基座延伸部被如此布置或如此成形使得第一开口被创建以使由所述多个LED发射通过所述透明基底的LED光通过。
2.如权利要求1所述的集成LED设备，其中所述集成电路被并排安装到所述多LED设备。
3.如权利要求1所述的集成LED设备，其中所述集成电路被堆叠在所述多LED设备上。
4.如权利要求3所述的集成LED设备，其中保护层被提供在所述多LED设备和所述集成电路之间。
5.如权利要求1所述的集成LED设备，其中所述一个或多个基座延伸部是所述基座的部分，所述基座是一片式的。
6.如权利要求1所述的集成LED设备，其中所述一个或多个基座延伸部被如此形成，使得当被安装在印刷电路板上时，所述集成LED设备的光学窗口背对着所述印刷电路板。
7.如权利要求1所述的集成LED设备，被实施为四方扁平无引线封装。
8.如权利要求7所述的集成LED设备，被安装在提供有预定义的孔以使LED光通过的印刷电路板上。
9.如权利要求1所述的集成LED设备，其中所述一个或多个基座延伸部在所述壳体的一侧上被暴露。
10.如权利要求1所述的集成LED设备，其中所述壳体由热固性或热塑性材料制成。
11.如权利要求10所述的集成LED设备，其中所述基座延伸部被嵌入在模塑料中。
12.如权利要求1所述的集成LED设备，包括光学透明保护层以填充所述第一开口。
13.如权利要求1所述的集成LED设备，其中所述基座是金属引线框架或FR4或基于陶瓷的基座。
14.如权利要求1所述的集成LED设备，其中所述壳体具有在所述壳体中的对应于所述第一开口的第二开口，以使LED光传播出所述壳体。
15.一种用于制造具有壳体的集成LED设备的方法，所述壳体包括：
多LED设备，所述多LED设备包括透明基底和多个发光二极管LED，所述多个发光二极管被布置用于发光且被设置在所述透明基底上；以及
集成电路，所述集成电路与所述多LED设备连接并被布置用于控制所述多LED设备，所述方法包括：
提供基座，所述基座包括一个或多个基座延伸部；
将所述多LED设备安装到所述基座；以及
布置或成形所述一个或多个基座延伸部使得所述第一开口被创建以使由所述多个LED发射通过所述透明基底的LED光通过。
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