CN1317776C - 发光二极管灯 - Google Patents

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Abstract

一种LED灯，具有：封装；以及多个发光元件，与设置在所述封装中的多个电极板电连接，并以透明材料密封。沿所述封装的长度方向，丝焊所述多个发光元件中的红光发光元件，倒装芯片地焊接绿光发光元件和蓝光发光元件，使其电极朝下，并在嵌入在所述封装中的同时，将所述电极延伸到与所述LED灯的发光表面相对的表面。

Description

发光二极管灯
本申请基于日本专利申请No.2003-078267和2003-288294，其全部内容这里一并作为参考。
技术领域
本发明涉及一种发光二极管灯(此后称为LED灯)，特别涉及这样一种LED灯：在诸如陶瓷材料的封装中安放有多个发光元件、用于和这些发光元件电连接的电极板和导线，以及使用透明环氧树脂进行封装。
此外，本发明涉及一种在与配线图案连接时具有稳定焊接连接性的LED灯。
以及，一LED芯片自身被称为发光元件或发光二极管(LED)，具有多个LED芯片的整体结构被称为发光二极管灯或LED灯。
背景技术
传统上，将SMD封装型LED灯用作背光光源。SMD封装型LED灯由以下部件组成：通过注模形成的合成树脂封装；在该封装内形成的多条金属引线；安装在多条引线之一上的多个LED；导线，提供了另一条引线与LED电极之间的电连接；以及如透明环氧树脂等密封材料，密封整个LED。
图1A是示出了传统SMD封装型LED灯的一个示例的平面图。图1B是沿图1A中的线Y-Y切割而得的横截面视图。
如图1A所示，构造LED灯11，从而使合成树脂封装12中的开口12a的上半部区域具有在夹在封装12中的同时从其左端向右端延伸的单片金属引线13。在引线13上，在保持较窄间隔的同时，排成一行地安装5个LED——2个红光LED R1、R2，2个蓝光LED B1、B2和绿光LED G。
另一方面，开口12a的下半部具有几乎位于中心的引线凸起，并在与引线13相分离的同时，在封装12中夹住5条引线14a、14b、14c、14d和14e。通过将引线13、14a、…、14e设置在封装12的注模中并对封装12进行注模，整体形成这些引线13、14a、…、14e和封装12。
在LED灯11中，沿封装12的下表面向前或向后折叠在封装下面延伸的引线14a、…、14e。例如，向前折叠引线14b、14d，而向后折叠引线14a、14c和14e。将折叠面焊接到安装板18上。从而，通过焊料1 7，将LED灯11安装在安装板18上。
近来，对用作便携式电话的LCD的背光的LED灯的需求大幅度增加，尤其是随着要求便携式电话具有更小的厚度，要求场序型全彩LED灯在光发射表面侧具有当前高度的一半或更小的高度。在如图1A所示的LED灯11中，将5个LED芯片焊接在发光表面(开口12a)的上半部区域中，并将其丝焊到下半部区域中的引线14a、…、14e上，不可能进一步缩减发光表面侧的高度。
另一方面，随着LED灯尺寸的缩减，LED灯的安装可操作性变得严重。即，由于随着LED灯尺寸的缩减，安装区域减小，难以稳定地确保电连接，同时确保足够的焊接强度。
日本专利申请未审公开No.2000-244022公开了一种LED灯(此后称为现有技术1)，在其底部表面处设置有容纳隆起焊盘、焊球的凹陷，从而在使用凹陷的底部表面和侧表面作为焊接表面的同时，增强焊接强度。
图2是示出了现有技术1中所描述的LED灯的横截面视图。LED灯30由绝缘板31和通过粘性膜40与绝缘板31接合的薄板50。
绝缘板31具有通孔31A以容纳LED芯片32，而且通孔31A在其底部表面上具有第一和第二电镀层54a、54a。将LED芯片32安装在第一电镀层54a上，而且LED芯片32的上表面电极通过导线33与具有不同极性的第二电镀层54a电连接。
通过以绝缘树脂53覆盖金属板51、52的下表面而使其在绝缘部分53A电绝缘来形成薄板50。薄板50在其底部表面还具有附着隆起焊盘55的凹陷50A。以电镀层54b、54b覆盖凹陷50，并将隆起焊盘55附着在其中。在这种结构中，当熔化隆起焊盘55以进行焊接时，以第二电镀层54b覆盖的凹陷50A的底面和侧面用作接合表面。因此，可以增强焊接特性。
但是，在现有技术公开的LED灯中，由于LED灯的焊接特性取决于焊料的形状，需要保持一致的隆起焊盘形状以获得稳定的焊接特性。因此，必然使制造方法复杂化。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种LED灯，在其发光表面侧具有极大缩减了的高度。
本发明的另一目的是提供一种LED灯，可以容易地获得稳定的焊接特性。
根据本发明，提出了一种LED灯，包括：封装；以及多个发光元件，与设置在所述封装中的多个电极板电连接，并以透明材料密封；其中，所述多个发光元件包括红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件，所述红光发光元件沿所述封装的长度方向被丝焊，绿光发光元件和蓝光发光元件被倒装芯片地焊接，其电极朝下，所述红光发光元件、所述绿光发光元件和所述蓝光发光元件成直线排列，以定义所述长度方向；以及电极板中的每一个包括延伸到所述封装后表面的部分和嵌入在封装中的部分。
(1)按照本发明的第一方面，一种LED灯，包括：
封装；以及
多个发光元件，与设置在所述封装中的多个电极板电连接，并以透明材料密封；
其中，沿所述封装的长度方向，丝焊所述多个发光元件中的红光发光元件，倒装芯片地焊接绿光发光元件和蓝光发光元件，使其电极朝下，并在嵌入在所述封装中的同时，将所述电极延伸到与所述LED灯的发光表面相对的表面。
在这种结构中，在使双电极形成表面朝下的同时，通过金(Au)隆起焊盘等将绿光发光元件和蓝光发光元件倒装芯片地焊接到电极板上，而无需进行芯片焊接。在丝焊红光发光元件上端电极的同时，芯片焊接红光发光元件。但是，并不像传统LED灯11中那样，将电极板设置在光发射表面的下半部。即，在本发明中，沿其上排成一行地设置了多个LED的直线设置电极板，并沿封装的长度方向进行丝焊。此外，在嵌入在封装中的同时，将电极板延伸到背侧，并进行焊接以与电源相连。
从而，发光表面(开口)只需具有能够容纳多个LED的高度，并且与多个LED相连的电极板并不彼此接触。结果，可以省略传统LED灯11的下半部分。
因此，通过最少化丝焊并将电极板嵌入封装中而无需延伸电极板作为引线，可以将发光表面侧的封装高度缩减为小于目前高度的一半。
(2)在LED灯(1)中，所述红光发光元件可以是多个红光发光元件，而且可以串联所述多个红光发光元件中的每两个。
红光发光元件具有大约为绿光发光元件G和蓝光发光元件的一半的标准电压Vf。因此，当两个串联的红光发光元件与绿光发光元件和蓝光发光元件并联时，施加到每个红光发光元件上的电压可以相等。因此，各个发光元件可以稳定地发光。
因此，在将发光表面侧的封装高度缩减为小于目前高度的一半的同时，各个发光元件可以在标准电压Vf附近稳定地发光。
(3)在LED灯(1)中，所述封装可以是具有良好导热性的陶瓷材料。
具有良好导热性的陶瓷材料包括氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)。通过使用具有良好导热性的陶瓷材料作为封装材料，与合成树脂的传统封装12相比，可以极大地增强热辐射特性。因此，即使连续操作很长时间，仍然不会降低发射特性。
因此，在将发光表面侧的封装高度缩减为小于目前高度的一半的同时，各个发光元件可以长时间操作。
(4)按照本发明的第二方面，一种LED灯，包括：
电路板，其上形成有配线图案；以及
封装，容纳发光元件，将所述封装安装在所述电路板上；
其中，所述封装具有通过使用焊料与所述配线图案电连接的接线端，而且部分所述接线端和/或所述配线图案具有能够保持流入其中的焊料的切口区域。
在这种结构中，利用切口区域，可以向封装的接线端与电路板的配线图案的连接部分提供适当量的焊料。因此，可以容易地获得焊接特性的提高。
(5)按照本发明的第三方面，一种制造LED灯的方法，包括以下步骤：
准备具有开口的第一薄板、其上形成有第一配线图案的第二薄板、以及其上形成有第二配线图案的第三薄板；
按照顺序堆叠所述第一薄板、所述第二薄板和所述第三薄板；
烘烤所述已堆叠第一薄板、第二薄板和第三薄板，以提供使所述第一到第三薄板成为一体的组件；
将LED安装在所述开口中，并将所述第一配线图案与所述LED电连接；以及
按照预定的图案切割所述组件。
附图说明
下面，将参照附图，对本发明的优选实施例进行描述，其中：
图1A是示出了传统SMD封装型LED灯的一个示例的平面图；
图1B是沿图1A中的线Y-Y切割而得的横截面视图；
图2是示出了现有技术1中所描述的LED灯的横截面视图；
图3A是示出了本发明第一实施例中的LED灯1的平面图；
图3B是示出了图3A中的LED灯1的侧视图；
图3C是沿图3A中的线X-X切割而得的横截面视图；
图4是图3A中的LED灯1的底视图；
图5是示出了发光元件R1、R2、B1、B2和G的电路组成的电路图；
图6是示出了作为第一实施例的LED灯1的应用的LCD(液晶显示器)的分解透视图；
图7是示出了本发明第二优选实施例中的LED灯101的正视图；
图8是示出了第二实施例的LED灯101的透视图；
图9是沿图7中的线A-A切割而得的横截面视图；
图10A是示出了在重熔(reflowing)时流入了图8中的切口区域107A中的焊料109a的状态的放大透视图；
图10B是示出了在切口区域107A中凝固的焊料109a的状态的放大透视图；
图11A到11C是示出了制造第二实施例的LED灯101的方法的透视图；
图12是示出了制造第二实施例的LED灯101的方法的流程图；
图13A是示出了本发明第三优选实施例中的LED灯101的透视图；
图13B是示出了图13A中的切口区域107A的放大透视图；
图14A是示出了本发明第四优选实施例中的LED灯101的透视图；以及
图14B是示出了图14A中的凹槽109A的放大透视图。
具体实施方式
[第一实施例]
图3A是示出了本发明第一实施例中的LED灯1的平面图。图3B是示出了图3A中的LED灯1的侧视图。图3C是沿图3A中的线X-X切割而得的横截面视图。
如图3A所示，LED灯1在氧化铝(Al2O3)封装2中的开口2a的底部表面上具有彼此绝缘而且其中部分穿透到封装2的底部表面(后表面)的电极板3a、3b、3c、3d、4和8。在两端，将红光发光元件R1、R2芯片焊接在电极板4、3a上。通过导线5，将红光发光元件R1的上表面电极(未示出)焊接在电极板3a的左端。通过导线5，将红光发光元件R2的上表面电极(未示出)焊接在电极板8上。此外，导电线路(未示出)在封装2中从左端电极板3a穿透到右端电极板3a。从而，串联红光发光元件R1、R2。
通过Au(金)隆起焊盘(未示出)，将蓝光发光元件B1的向下电极(未示出)倒装芯片地连接到电极板3b、4上。通过Au隆起焊盘(未示出)，将蓝光发光元件B2的向下电极(未示出)倒装芯片地连接到电极板3d、4上。通过Au隆起焊盘(未示出)，将绿光发光元件G的向下电极(未示出)倒装芯片地连接到电极板3c、4上。
通过使用切片机切割通孔板形成氧化铝封装2，并使其具有其形状类似四分之一圆的镀金部分4、8。延伸镀金部分4、8，通过如图3B所示的侧面到达如图4所示的底部。
如图3C所示，通过将封装2挖去大约一半的厚度，形成封装2的开口2a，并利用透明环氧树脂6密封电极板3a、3b、3c、3d、4和8、发光元件R1、R2、B1、B2和G以及两条导线5，作为填充在开口2a中的发光材料。尽管由于热固化中的收缩，透明树脂6的表面6a轻微凹陷，如果考虑到这种收缩，在热固化中，表面6a可以是平坦的。优选的是，使表面6a平坦，由于在将LED灯1用作背光时，其能够与光导板紧密接触，从而可以降低反射损耗。
图4是图3A中的LED灯1的底视图。如图所示，在LED灯1的底部表面上设置有用于焊接的四个镀金图案。这些镀金图案与电极板3a、3b、3c、3d、4和8中的一部分电连接，并延伸至封装2的底部。通过将镀金图案与电源电连接，可以将电能提供给与电极板3a、3b、3c、3d、4和8相邻的发光元件R1、R2、B和G。
图5是示出了发光元件R1、R2、B1、B2和G的电路组成的电路图。如图所示，LED灯1的电路是将电极板4用作阳极接线端的共阳极电路。两个红光发光元件R1、R2串联。红光发光元件具有大约为绿光发光元件G和蓝光发光元件B1、B2一半的标准电压Vf。因此，当两个串联的红光发光元件R1、R2与绿光发光元件G和蓝光发光元件B1、B2并联时，施加于每个红光发光元件上的电压可以相等。因此，发光元件R1、R2、B1、B2和G可以稳定地发光。
图6是示出了作为第一实施例的LED灯1的应用的LCD(液晶显示器)的分解透视图。如图所示，使用了两个LED灯1，并将其发光表面紧贴在光导板23的端面上。LED灯1的发光表面侧的高度为大约1mm，如图3A所示，而且发光表面自身(开口2a)的高度为大约0.7mm。因此，光导板23的端面的高度也为大约0.7mm。此外，光导板23的末端具有楔形部分，以使其主体更薄。
在光导板23的下面设置有反射片24。其用于反射在光导板23下面辐射的LED光，以将其会聚到LCD20侧。此外，在光导板23上堆叠了漫射片22，并在漫射片22上堆叠了两个BEF片21、21。这些片21、22用于增强从光导板23向上辐射的LED光的均匀性，以增加LCD 20的亮度。
通过将这些板和片安装在外壳25中，可以对其进行精确地对准，并能够确保两个LED灯1与外部电源的电连接。
从而，将发光表面侧的高度从传统LED灯11的大约2.15mm极大地缩减到大约1mm，小于前述高度的一半。因此，可以将LED灯1用作需要进一步缩减厚度的便携式电话的LCD的白色背光，或者用作甚至在单色LCD上也能实现彩色显示的场序型全彩LED灯。
由于本实施例的LED灯1使用了两个蓝光发光元件B1、B2和一个绿光发光元件G，可以产生整体偏蓝的白光。此外，由于蓝光发光元件具有比绿光发光元件更好的发射效率，可以节约电能。当需要偏绿的白光时，可以使用两个绿光发光元件G1、G2和一个蓝光发光元件。
尽管本实施例使用了与光的三原色相对应的红光、绿光和蓝光LED来提供白光LED灯或场序型LED灯，对于具有其他用途的LED灯，可以使用其他颜色的发光元件。此外，可以使用具有四个颜色或更多的发光元件，或者可以使用具有两个颜色或一个颜色的多个发光元件。
在本实施例中，封装2是氧化铝(Al2O3)的，一种陶瓷材料。可选地，封装2可以是如氮化铝(AlN)等其他陶瓷的，或者除了陶瓷以外的其他多种材料的。
在本实施例中，将透明环氧树脂用作密封材料。可选地，可以使用透明硅树脂，而且如果满足固化前的流动性、填充特性、固化后的透明性、强度等，则可以使用任何透明材料。
[第二实施例]
图7是示出了本发明第二优选实施例中的LED灯101的正视图。LED灯101由以下部件组成：封装102，通过堆叠薄板件形成；LED103R1、103R2、103G、103B1和103B2，容纳在封装102的开口2a中；配线图案104，形成在随后描述的板上，以提供对LED的电连接；透明环氧树脂的密封材料102B，填充在开口102A中，以保护LED。
通过堆叠多个陶瓷薄板件形成封装2，并将LED 103R1、103R2、103G、103B1和103B2排列在椭圆形开口2A中，以组成LED灯。封装102具有形状类似倒弧的角102a。
LED 103R1、103R2在其顶部和底部表面上具有电极，而且通过导线105，将顶部电极与配线图案104电连接。LED 103G(绿)、103B1和103B2(蓝)在其底部具有电极，并通过Au隆起焊盘，将底部电极与配线图案104电连接。尽管LED灯101具有红绿蓝LED，其也可以具有单色或双色LED。
通过在钨层上层压Au层形成配线图案104，并包括配线区域104A、104B、104C、104D、104E和104F。在第二实施例中，配线区域104A是阳极，而配线区域104C、104D、104E和104G是阴极。通过设置在板内的配线层(未示出)，将配线区域104B与配线区域104F电连接。
图8是示出了第二实施例的LED灯101的透视图。从与安装在外部板108上的LED灯的发光表面相对的底侧观察此透视图。在LED灯101的底侧设置有具有层压薄陶瓷板的板106，并在板106的表面上设置有配线图案107。同时，图8示出了在配线图案107和形成外部板108上的配线图案109之间提供焊接之前的状态。
通过在钨层上层压Au层来形成配线图案107。其具有多个区域170、171、172、173、174和175以及通孔107a，以便在穿透板106的同时，提供对配线图案104的电连接。区域172、173和174具有矩形切口区域107A，在与配线图案109的边界部分处与板106一起切除。沿角102a的倒弧形端面焊接区域170。
外部板108由玻璃环氧树脂板和形成在玻璃环氧树脂板的表面上的导电膜的配线图案109组成。在本实施例中，配线图案109是铜箔。沿与LED灯101的配线图案107相垂直的方向形成配线图案109，而且其表面上具有焊料(未示出)。
图9是沿图7中的线A-A切割而得的横截面视图。通过堆叠三个薄板120、121和122形成封装102，并通过接合面110与板106接合。
薄板121在其与薄板120的界面处以及在其对开口102A的暴露面上具有钨层121A，而且暴露面上的钨层121A具有银(Ag)层121B，以反射光。
薄板122具有沿开口120A的深度方向倾斜的平面。
通过层压薄陶瓷板106A和106B形成板106，并在薄板106A和106B之间形成配线图案(未示出)。薄板106B具有切口区域107A，以便通过与配线图案107一起进行刻蚀而切除。
图10A是示出了在重熔时流入了图8中的切口区域107A中的焊料109a的状态的放大透视图。图10B是示出了在切口区域107A中凝固的焊料109a的状态的放大透视图。
如图10A所示，当将配线图案109和区域172彼此正交设置的同时进行重熔时，熔融的焊料109a由于毛细作用沿箭头B的方向流动，并流入到切口区域107A中。如图10B所示，焊料109a凝固，类似于配线图案109和区域172之间的斜坡，从而，可以实现二者之间的电连接。切口区域107A的上端防止了熔融焊料109a的进一步上升，从而可以防止其扩散到区域172上。
图11A到11C是示出了制造第二实施例的LED灯101的方法的透视图。图12是示出了制造第二实施例的LED灯101的方法的流程图。
下面，将参照图11A到11C和图12，对制造LED灯101的方法进行描述。
(1)薄板准备步骤
首先，如图11A所示，准备：薄板120、121和122；其上形成有配线图案104的薄板106A；以及其上形成有配线图案107的薄板106B。
薄板120、121和122具有在单独的过程中形成的预定椭圆孔图案，以限定开口102A。这里，省略了对单独过程的解释。
薄板106B的配线图案107形成表面具有预定的矩形凹陷图案。此凹陷对应于在下述切割过程中切割LED灯101时要在LED灯101的配线图案107形成表面中形成的切口区域107A。
同时，在图11A到11C中，并未示出参照图7和图8的LED灯101的倒弧形角102a。
在通过单独的过程设置开口102A之后，通过公知的薄膜形成方法，为薄板121设置形成在其上面和对开口102A的暴露面上的钨薄膜。
(2)薄板组装步骤
然后，如图11B所示，将薄板120、121和122堆叠在薄板106A和106B上。此时，通过定位形成在薄板120、121和122上的各个椭圆孔，进行薄板120、121和122的堆叠。在此步骤，整体对准多个LED灯。
(3)烘烤步骤
然后，对此组件进行烘烤处理，以烘烤陶瓷材料，从而，可以使薄板120、121和122与薄板106A和106B成为一体。
(4)LED安装步骤
然后，在如图11B所示的组件中，在配线图案104和107的暴露表面上形成Au层。然后，将5个LED安装在一个开口102A中，并将其中的一部分丝焊到配线图案104上。
(5)切割步骤
然后如图11C所示，通过切割等来切割组件。从而，可以获得LED灯101。
第二实施例的效果如下。
(i)由于将设置在配线图案107形成表面中的切口区域107A放置在与外部板108的配线图案109相接触的位置，在重熔中熔融的焊料109a能够沿切口区域107A的边缘快速地上升。因此，可以增强焊接特性。
(ii)由于切口区域107A的形状类似于切除板106而获得的凹陷，熔融焊料109a保持在该凹陷中，从而可以防止焊料109a的上升超越切口区域107A。如果焊料109a沿配线图案107上升过多，则整个LED灯101在重量上不再平衡，并可能沿配线图案107形成表面面向配线图案109的方向倒下去。在本实施例中，由于焊料109a不可能上升超过切口区域107A，可以防止LED灯101的不平衡。
(iii)利用形成在配线图案107中的切口区域107A，当通过切割等切割LED灯101时，在配线图案107的末端不太可能产生毛边。结果，可以防止润湿性的下降或如图案分离等有缺陷的产品。
(iv)由于通过切口区域107A增强了焊接特性，通过焊接部分，可以向配线图案109等有效地辐射在LED 103R1、103R2、103G、103B1和103B2的操作中所产生的热量。从而，可以增强热辐射特性。
(v)由于在定位LED灯101的安装表面和外部板108的同时，在配线图案107和109之间进行焊接，可以精确地定位LED灯101。
尽管在第二实施例中，填充透明环氧树脂，作为开口102A中的密封材料，但也可以使用另外的密封材料。例如，可以使用其中掺有荧光体的环氧树脂，从而由LED发出的光激活荧光体以产生波长转换后的光。
[第三实施例]
图13A是示出了本发明第三优选实施例中的LED灯101的透视图。图13B是示出了图13A中的切口区域107A的放大透视图。从与安装在外部板108上的LED灯101的发光表面相对的底侧观察此透视图。相似的部件以第二实施例中所使用的相同的参考数字来表示。
在第三实施例中，配线图案109具有与切口区域107A相对应的凹槽109A。如图13B所示，设置凹槽109A，从而使其与切口区域107A之间存在偏差1。通过如刻蚀等局部去除配线图案109A和外部板108获得109A。
第三实施例的效果如下。
(i)利用设置在与切口区域107A相对应的配线图案109中的凹槽109A，促使焊料流动的边数增加，并能够增强焊接特性。
(ii)由于不仅在切口区域107A中而且在凹槽109A中保持熔融焊料，能够在增强焊接特性的同时，有效地防止焊料上升超过切口区域107A。
尽管，在第三实施例中，设置凹槽109A，从而使其与切口区域107A之间存在偏差1，也可以将其设置在与切口区域107A相同的位置。
[第四实施例]
图14A是示出了本发明第四优选实施例中的LED灯101的透视图。图14B是示出了图14A中的凹槽109A的放大透视图。从与安装在外部板108上的LED灯101的发光表面相对的底侧观察此透视图。相似的部件以第二实施例中所使用的相同的参考数字来表示。
在第四实施例中，配线图案109具有凹槽109A，而提供了不具有切口区域107A的配线图案107。同样，在这样的结构中，可以防止焊料的上升。
尽管为了完整和清楚的公开，针对特定的实施例，对本发明进行了描述，所附权利要求并不能因此而受到局限，而应当被理解为体现了属于这里所述的基本教义的、本领域的技术人员所能进行所有修改和可选构成。

Claims (3)

1、一种LED灯，包括：
封装；以及
多个发光元件，与设置在所述封装中的多个电极板电连接，并以透明材料密封；
其中，所述多个发光元件包括红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件，所述红光发光元件沿所述封装的长度方向被丝焊，绿光发光元件和蓝光发光元件被倒装芯片地焊接，其电极朝下，
所述红光发光元件、所述绿光发光元件和所述蓝光发光元件成直线排列，以定义所述长度方向；以及
电极板中的每一个包括延伸到所述封装后表面的部分和嵌入在封装中的部分。
2、按照权利要求1所述的LED灯，其特征在于：
所述红光发光元件是多个红光发光元件，而且所述多个红光发光元件中的每两个串联。
3、按照权利要求1所述的LED灯，其特征在于：
所述封装是陶瓷材料。
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