CN1298059C - 一种镶嵌式功率型led光源的封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有高发光通量、高可靠性及低热阻的功率型LED光源的封装结构。包括T形基座；安装于基座顶端的LED芯片；包含塑料体和引线的管壳；基座从管壳下方嵌入并粘结固定；连接LED芯片电极和引线的金丝；用于密封LED芯片的柔性胶体；基座的边缘为多阶状。基座的材料选用高导热率的金属或非金属，其顶端为锥形凹坑，LED芯片固定于该凹坑的底部，LED芯片的数量可为一个或多个。基座底部的圆面有一缺口，用于与管壳之间的定位。在LED芯片所在的锥形反射腔内加入柔性胶体。可选地在LED芯片所在的锥形反射腔内加入含有YAG粉的胶体。本发明还提供一种利用该结构来制备功率型LED光源的方法。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术，具体涉及光发射二极管为主要元件的一种照明光源；本发明还涉及该照明光源的封装结构，利用该结构来制备照明光源的方法。
技术背景
可见光的光发射二极管(LED)起源于20世纪90年代，是超高亮度LED应用领域的拓展，1991年，红、橙、黄色AlGaInN类高亮度LED的实用化揭开了LED发展的新篇目，使LED的应用从室内走向室外，成功的应用于各种交通信号灯、汽车尾灯、方向灯以及户外信息显示屏。蓝色、绿色AlGaInN类超高亮度LED的相继研制成功，实现了LED的超高亮度全色化。然而用于照明则是超高亮度LED拓展的又一全新领域，用LED半导体固体照明光源取代白炽灯和荧光灯等传统玻壳照明灯已成为新世纪的发展目标。
由此可见，功率型半导体固体照明光源的研发和产业化将成为今后发展的另一重要方向，其技术关键是不断提高发光效率(1m/W)和每一器件(组件)的发光通量。功率型LED所用的外延材料采用MOCVD的外延生长技术或SiC和多量子阱结构，虽然其内量子效率还需进一步提高，但获得高发光通量的最大障碍仍是芯片取光效率很低。由于半导体与封装环氧的折射率相差较大，致使内部的全反射临界角很小，有源层产生的光只有小部分被取出，大部分在芯片内部经多次反射而被吸收，成为超高亮度LED芯片取光效率很低的根本原因。
目前由于沿用了传统的指示灯型LED制造工艺和封装结构，工作电流小，封装热阻高，不能满足充分散热的要求，致使LED芯片的温度升高，造成器件光衰减加快。此外环氧树脂变黄也将使光输出降低。按照这种常规理念设计和制作的功率型LED根本无法达到高效率和高通量的要求，从而不能达到照明光源的要求。
功率型LED在大电流下产生比φ5mm白光LED大10-20倍的光通量，因此必须通过使用有效的散热和采用不劣化的封装材料来解决光衰减问题，管壳及封装已成为研制功率型LED的关键技术之一，全新的LED功率型封装设计理念主要归纳为两类：一是单芯片功率型封装；另一是多芯片功率型封装。
有关LED的专利文献很多，例如较早的JP8-102550，没有具体叙述用于照明光源的封装。同样还有CN1296296，叙述了倒装焊接的LED器件。CN1215503和1315057公开了LED器件及其制备，其中在电极上制作一些微型凸柱以便减少电极尺寸并且完善连接，它们都使用树脂封装。JP10-200186使用抛物线反光面，但它是垂直安装。JP2001-156330在蓝宝石衬底中掺杂铬以便在550nm处有吸收，并且有炮弹型外壳聚光罩。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高发光通量、高可靠性及低热阻的功率型LED光源的封装结构。
本发明另一个目的是提供一种利用该结构来制备功率型LED光源的方法。
本发明镶嵌式功率型LED光源包括T形基座1；安装于T形基座顶端的LED芯片2；包含塑料体31和引线32的管壳3；基座从管壳下方嵌入并粘结固定；连接LED芯片电极和引线的金丝5；用于密封LED芯片的柔性胶体4；所述T形基座的边缘为多阶状。
T形基座1的材料可以选用铜、铝、AlN(氮化铝)、BN(氮化硼)、SiCAl(碳化硅铝)、陶瓷等高导热率的金属或非金属，形状为多阶状，其顶端(即直径小的一端)为锥形凹坑11，该凹坑的直径和深度根据需要确定，没有严格限制；LED芯片2固定于该凹坑11的底部，LED芯片的数量可为一个或多个。
管壳3由塑料体31与正负极引线32组成，固定成一个整体。引线的一端嵌入塑料体内，并有部分表面露出，用于焊线，与LED芯片的电极连接；另一端伸出塑料体，并根据需要弯折成一定的形状，用于与LED的电源连接。管壳的外形和正负极引线的位置分布根据需要确定。
基座底部的圆面有一缺口12，用于与管壳3之间的定位，基座1嵌入管壳3中并粘合固定，LED芯片2就处于塑料体31形成的一个锥形反射腔33内。而同时基座的底部(即直径大的一端)略微凸出塑料体。
在LED芯片2所在的锥形反射腔内加入柔性胶体5，优选使用光学透过率高的胶体，保护LED芯片及其电路结构。可选地，在LED芯片所在的锥形反射腔内加入含有YAG粉的胶体，来改变光的颜色或色温。
本发明镶嵌式功率型LED光源的封装结构的制造方法包括如下步骤：
用冲压方法制备T形基座，基座边缘为多阶状；
用注塑法使塑料体和引线成为整体，形成管壳；
将基座从管壳下部嵌入管壳并粘合固定；
用金丝焊接LED芯片电极和引线；
用柔性胶体密封LED芯片。
可选地，在柔性胶体中含有YAG粉。
基座的材料没有严格限制，优选使用铜、铝、AlN(氮化铝)、BN(氮化硼)、SiCAl(碳化硅铝)、陶瓷等高导热率的金属或非金属，有利于LED芯片的散热，一般使用金属，便于加工。锥形凹坑表面有较高光洁度，以便增强反光；底部平面方便固定LED芯片。基座的底部面积较大，并略微凸出塑料体，便于LED光源安装在散热表面上并有助于热量的传导。可通过粘接方式固定芯片，优选使用高导热性能的胶粘接固定，这样可有效的降低结构的热阻。管壳的塑料体形成的锥形反射腔表面有较高光洁度，其锥角和形状可根据实际光学需要设计。在LED芯片所在的锥形反射腔内加入柔性胶体，可保护LED芯片及其电路结构，优选使用光学透过率高的柔性胶，能够减少光损失并吸收压力；可选地在LED芯片所在的锥形反射腔内加入含有YAG粉的胶体，通过发出特定波长的光的芯片来激发YAG可以获得不同颜色的光。当然，不同添加剂改变不同色泽或其他性能。
附图说明
图1是本发明中基座的立体图；
图2是本发明中基座的剖面图；
图3是本发明中管壳的立体图；
图4是本发明中管壳的底部视图；
图5是本发明中管壳的剖面图；
图6是本发明功率型LED照明光源的封装结构的立体图。
图7是本发明功率型LED照明光源的封装结构的剖面图。
图8是本发明功率型LED照明光源的封装结构的俯视图。
具体实施方式
下面参照附图结合实施例进一步详述本发明。
实施例一
请参阅图1和图2，基座1为多阶状的T形，材料为铜，用冲压或其他方法加工。其顶部有一锥形凹坑11，该凹坑表面有较高光洁度，形成一光滑的反射面。基座底部的圆面有一缺口12，用于与管壳3之间的定位。
请参阅图3、图4和图5，用注塑的方法使塑料体31与引线32成为整体，形成管壳3。引线的一端嵌入塑料体内，并有部分表面露出，用于焊线，与LED芯片的电极连接；另一端伸出塑料体，并根据需要弯折成一定的形状，用于与LED的电源连接。正负极引线分布在管壳两侧。管壳内，上部是一锥形反射腔33，表面有较高光洁度，用于反射LED芯片发出的光线并容纳填充胶体；下部形成台阶，与基座的尺寸相配合。
基座1从管壳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体，便于LED光源安装在散热表面上并有助于热量的传导。
将LED芯片2用高导热性能的胶直接固定在基座1的锥形凹坑11底部的平面上，使得芯片2产生的热量能够通过基座1迅速传出。
LED芯片2的电极与管壳3内的引线露出部分通过金丝5焊接。
向LED芯片所在的锥形反射腔内加入光学透过率高的柔性胶体4，保护LED芯片及其电路结构，吸收压力，并尽量减少光损失。
封装完成的功率型LED光源结构如图7和图8所示。
实施例二
基本按照与实施例一相同的步骤，不同的是向LED芯片所在的锥形反射腔内填充含有一定比例的YAG粉的胶体，通过发出特定波长的光的芯片来激发YAG粉，以获得所需颜色的光。
实施例三
基本按照与实施例一相同的步骤，不同的是基座的材料为AlN(氮化铝)。
实施例四
基本按照与实施例一相同的步骤，不同的是基座的材料为BN(氮化硼)。
实施例五
基本按照与实施例一相同的步骤，不同的是基座的材料为SiCAl(碳化硅铝)。
实施例六
基本按照与实施例一相同的步骤，不同的是基座的材料为导热陶瓷。
实施例七
基本按照与实施例一相同的步骤，不同的是使用3个LED芯片封装，混合成白色光。
本发明具有如下优点：
1)封装结构简单，且封装工艺简便易实现；
2)由于采用基座，而且芯片直接以高导热性能的胶固定于该基座凹坑的底部，使芯片产生的热量能够迅速传出；
3)芯片置于反射腔内，芯片发出的光线损失很少，提高取光效率；
4)可改变反射腔来满足不同的光学需要。
从上可知，本发明了提供一种热阻低，可靠性高，发光通量高的功率型LED光源封装结构，并且提供了一种利用该结构来制备功率型LED光源的方法。以上详细叙述了本发明的封装结构，显然，本领域技术人员可作许多改良和变换，例如封装的结构和尺寸以及材料的变化等，均落入本发明的精神范围。
Claims (9)
1.一种镶嵌式功率型LED光源的封装结构，其包括：
T形基座；
安装于T形基座顶端的LED芯片；
包含塑料体和引线的管壳；
基座从管壳下方嵌入并粘结固定；
连接LED芯片电极和引线的金丝；
用于密封LED芯片的柔性胶体；
其特征在于：所述T形基座的边缘为多阶状。
2.根据权利要求1的封装结构，其特征在于基座的材料选自铜、铝、氮化铝、氮化硼、碳化硅铝、陶瓷。
3.根据权利要求1的封装结构，其特征在于基座顶端为锥形凹坑，LED芯片固定于凹坑底部。
4.根据权利要求1的封装结构，其特征在于所述LED芯片可以为一个或多个。
5.根据权利要求1的封装结构，其特征在于基座底部的圆面有缺口，用于与管壳之间的定位。
6.根据权利要求1的封装结构，其特征在于所述柔性胶体为透光率高的胶体。
7.根据权利要求1的封装结构，其特征在于柔性胶体中含有YAG粉。
8.一种封装结构的制造方法，包括如下步骤：
用冲压方法制备T形基座，基座边缘为多阶状；
用注塑法使塑料体和引线成为整体，形成管壳；
将基座从管壳下部嵌入管壳并粘合固定；
用金丝焊接LED芯片电极和引线；
用柔性胶体密封LED芯片。
9.根据权利要求8的封装结构的制造方法，其特征在于柔性胶体中含有YAG粉。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHENZHEN CITY ZHONGDIAN MIAOHAO SOLID LIGHTING CO Free format text: FORMER OWNER: MIAOHAN HIGH AND NEW TECH DEVELOPMENT CO., LTD., SHENZHEN CITY Effective date: 20080111 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20080111 Address after: No. 1 R & D center, science and Technology Innovation Park, Baoan the Peach Garden, Shenzhen, Baoan District, Guangdong Patentee after: Shenzhen Ce-Mawhoy Solid-lighting Co.,Ltd. Address before: 0# research and development center, science and Technology Innovation Park, Baoan, Baoan District, Shenzhen, Guangdong, China Patentee before: Shenzhen Miaohao Tigh-tech Development Co.,Ltd. |
|
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHANGZHI HIGH-TECH INDUSTRY INVESTMENT CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: SHENZHEN ECE MIAOHAO SOLIDITY ILLUMINANT CO., LTD. Effective date: 20100108 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20100108 Address after: No. 121 middle Changxin Road, Changzhi City, Shanxi Patentee after: CHANGZHI HI TECH IND INVEST Co.,Ltd. Address before: No. 1 R & D center, science and Technology Innovation Park, Baoan the Peach Garden, Shenzhen, Baoan District, Guangdong Patentee before: Shenzhen Ce-Mawhoy Solid-lighting Co.,Ltd. |
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| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Li Mingyuan Document name: Notification of Passing Examination on Formalities |
|
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHANGZHI HUAGUANG SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY CO., LT Free format text: FORMER OWNER: CHANGZHI HI-TECH. INDUSTRY INVESTMENT CO., LTD. Effective date: 20140623 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20140623 Address after: 046000, No. 36, west section, Huifeng street, Changzhi, Shanxi Patentee after: CHANGZHI HUAGUANG SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 046000 No. 121 middle Changxin Road, Changzhi City, Shanxi Province Patentee before: CHANGZHI HI TECH IND INVEST Co.,Ltd. |
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| DD01 | Delivery of document by public notice | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Qiao Juhong Document name: Notice of Termination of Patent Rights |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20070131 |