CN1327536C - Led灯及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
在LED灯中，首先通过电镀在基片上形成铜薄膜。然后将保护层粘合到铜薄膜上，以使从LED灯整体看，其形状为环形。在铜薄膜未粘合保护层的部分上形成镍和金的薄膜。其次，将粘合剂涂布到灯罩的底部上面，以使该灯罩通过粘合剂粘合到基片上面。将透明环氧树脂填充进灯罩的框体中，并通过加热硬化来完成树脂的封装。因为将该保护层粘合到具有足以保证较大的接触面积和优异的粘附力的大量细微的不规则的铜的表面，所以可以防止由热应力所引起的剥离。
Description
本申请是基于日本专利申请2003-109279，在此引入作为参考。
技术领域
本发明涉及一种能够防止导电发光元件和导电部分的金属图案之间在电连接方面的故障的发光二极管(下文中也称为“LED”)灯。特别地，本发明涉及一种使用比如灯罩的树脂框体部件的LED灯。
顺便提及，在本说明书中，LED芯片本身被称为“发光元件”。将包括LED芯片，封装LED芯片的封装树脂和透镜系统的光学装置称为“发光二极管灯”或“LED灯”。
背景技术
[专利文件1]JP-A-8-330637
根据现有技术的表面固定型发光二极管具有下列缺点：当树脂封装部分形成时，因为在基片上的金属图案(导电部分)是由封装模夹住的，所以金属图案存在破裂的可能性。还有一种可能性，即金属图案和树脂封装部分可以彼此剥离，原因在于在回流焊炉等中的高温处理中，金属图案与树脂封装部分之间热膨胀系数的差异。所以，在专利文件1中所公开的发明中，在基片上的金属图案和树脂封装部分之间置入了保护层。该保护层是挠性的并且起缓冲介质的作用。因此，该挠性保护层会变形来吸收封装模的压力，由此防止金属图案的破裂。另外，在此高温处理中金属图案与树脂封装部分之间热膨胀系数的差异所引起的应力被保护层吸收，因而防止了金属图案与树脂封装部分的彼此剥离。
因为金有优异的焊接润湿性和腐蚀保护性，所以通常用金电镀金属图案的表面。但是，由于镀金的表面不粗糙反而光滑，所以其粘附力差。由此原因，即使依据专利文件1所公开的发明，也存在不能充分防止剥离的可能性。将参照图5A和5B来描述这种情形。图5A所示为现有技术中在发光元件的周围配备有灯罩的LED灯末端垂直剖面的垂直剖面图。图5B所示为相关技术中灯罩与金属图案之间配备有保护层的LED灯末端垂直剖面的垂直剖面图。顺便提及，虽未在图5A和5B每一个中显示出发光元件，但其固定在图5A和5B每一个的左边LED灯的中部发光元件。
如图5A中所示，在LED灯20中，在玻璃环氧基片2上通过电镀形成由铜14、镍15和金16三层组成的金属图案。金属图案由三层组成的理由如下：铜14与玻璃环氧基片2具有良好的粘附力。金16如上所述具有良好的焊接润湿性和优异的腐蚀保护性。因此优选提供金16作为此金属图案的外表面。但是，铜14和金16之间的粘附力差。所以，把对铜14和金16都有优异粘附力的镍15置入铜14与金16之间。
用粘合剂7将由白色的树脂制成的灯罩8粘合到金属图案上面。该灯罩8具有锥形表面8a，当锥形表面8a包围发光元件时，其将起反射镜的作用。然后将未显示出的发光元件安置在灯罩8中部的金属图案的表面(金)16上。在发光元件和金属图案通过丝焊彼此电连接后，将透明的环氧树脂9填充到灯罩8的框体中，并通过加热硬化。结果，发光元件被此树脂封装。按此方法制造了LED灯20。
如果在此时将此LED灯20暴露于浸焊或回流炉等高温处理中，金属图案(14、15、16)和树脂部分(7、8、9)仍然彼此剥离，原因在于金属图案和树脂部分之间热膨胀系数的差异引起的应力。如果剥离达到LED灯20的中部，由于封装有透明环氧树脂9的发光元件的导线与金属图案的表面(金)16剥离，产生了在电连接/照明方面的产品缺陷。因此，如图5B中所示，可以考虑按照与专利文件1中所描述技术的相同方法，将保护层3置于金属图案和树脂部分之间，以便保护层3起到缓冲介质的作用。还是在此情形下，因为金属图案的表面是用光滑但粘附力差的金16制成且因为保护层3是由环氧树脂制成，所以由热应力所引起的剥离问题仍然没有解决。
发明内容
本发明的一个目的是提供高度可靠的LED灯，其中提供了具有大量细微的不规则和优异粘附力的表面的铜-保护层粘合部分，以便防止即使在高温处理中由热应力所引起的剥离，和制造该LED灯的方法。
根据本发明，提供了一种LED灯，其具有：基片，所述的基片涂布有形成作为导电部分的金属图案，所述的导电部分包括按此顺序相继层压在基片上的铜(Cu)、镍(Ni)和金(Au)的薄膜；树脂框体部件，其通过粘合剂固定在所述的基片上；发光元件，其固定在所述的基片上树脂框体部件的框体中，以便与所述的金属图案电连接；保护层，其粘合到所述的金属图案的铜薄膜不含镍或不含金的表面上，以形成这样的结构，即所述的保护层至少部分地置入所述的基片和所述的树脂框体部件之间；和透光性树脂，其填充到所述的树脂框体部件的框体中，用所述的透光性树脂来封装所述的发光元件。
上面已描述了提供作为发光元件导电部分的金属图案作为具有相继层压的铜、镍和金的薄膜的三层结构的原因。因为铜薄膜可以具有大量细微的不规则的表面，即铜薄膜可以具有大的接触面积，所以就粘合表面而言，铜薄膜是相当优异的。因此，依据本发明，提供将要在其上粘合树脂框体的部分金属图案为不含镍或不含金的铜表面(即只有铜的表面)，以便能将保护层粘合到铜表面上。为了将保护层粘合到铜表面上，可以将保护层粘合部分中的镍和金的薄膜从有三层结构的金属图案中除去，或者可以在镍和金的薄膜层压之前，基片上只形成有铜薄膜的阶段中，将保护层粘合到铜薄膜上。然后，通过粘合剂将树脂框体部件粘合到基片上，以使保护层至少部分地置入基片和树脂框体部件之间。把透光性树脂填充进树脂框体部件的框体中并通过加热硬化，以便用透光性树脂封装与金属图案电连接的发光元件。
即使在如此配置的LED灯暴露于浸焊或回流炉等高温处理中的情形下，因为保护层被粘合到粘附力优异的铜表面以防止由于热膨胀系数的差异产生的应力所导致的剥离，并且还因为保护层缓和了施加到透光性树脂上的，或通过粘合剂而接触保护层的树脂框体部件上的热应力，所以可以防止自任何位置所产生的剥离。因此，可以防止发光元件在电连接/照明方面的故障。
如此，通过提供具有大量细微的不规则和优异的粘附力的表面的铜-保护层粘合部分，可以防止即使在高温处理中由热应力所引起的剥离。因此，可以制造高度可靠的LED灯。
根据本发明，还提供了一种制造LED灯的方法，该方法具有以下步骤：用铜薄膜涂布基片，所述的铜薄膜是作为与发光元件电连接的金属图案的最下层提供的；将保护层粘合到所述的铜薄膜上面，以使所述保护层环绕在将要固定所述发光元件的位置的周围；在所述铜薄膜上面形成镍薄膜，并进一步在所述的镍薄膜上面形成金薄膜，由此完成所述的金属图案；通过粘合剂层将树脂框体部件粘合到所述基片上面，以使所述的保护层至少部分地置入所述基片和所述树脂框体部件之间，同时所述树脂框体部件环绕在将安置所述发光元件的位置的周围；将所述的发光元件安置在所述的金属图案上，同时使所述的发光元件与所述的金属图案电连接；和将透光性树脂填充进所述树脂框体部件的框体中，以用所述的透光性树脂封装所述的发光元件。
如上所述，未使用这样的方法，即一次形成三层结构的金属图案，然后除去镍和金的薄膜来露出铜薄膜的表面。即，首先将具有预定形状的保护层粘合到只形成有铜薄膜的阶段中的预定位置。然后，在未粘合保护层的部分铜薄膜上形成镍和金的薄膜。如此，形成了三层结构的金属图案。因此，省去了用于除去镍和金的薄膜的耗时的过程，所以可以容易地将保护层粘合到粘附力优异的铜表面上。
如此，可以容易地提供具有大量细微的不规则和优异的粘附力的表面的铜-保护层粘合部分，所以可以防止即使在高温处理中由热应力所引起的剥离。因此，可以提供一种容易地制造高度可靠的LED灯的方法。
附图说明
图1所示为根据本发明的一个实施方案的LED灯末端垂直剖面的垂直剖面图；
图2所示为根据本发明的该实施方案的LED灯的整体结构的俯视图；
图3所示为根据本发明的另一个实施方案的LED灯末端垂直剖面的垂直剖面图；
图4所示为根据本发明的另一个实施方案的LED灯的整体结构的俯视图；和
图5A所示为根据现有技术在发光元件的周围配备有灯罩的LED灯的末端垂直剖面的垂直剖面图，和图5B所示为根据现有技术在灯罩与金属图案之间配备有保护层的LED灯的末端垂直剖面的垂直剖面图。
具体实施方式
下面将参考图1和2来描述根据本发明的一个实施方案的LED灯。图1所示为根据本发明的该实施方案LED灯的末端垂直剖面的垂直剖面图。图2所示为根据本发明的该实施方案LED灯的整体结构的俯视图。
图2显示，在根据该实施方案的LED灯1中，固定灯罩8作为树脂框体部件，其在外部尺寸上基本等于作为基片提供的玻璃环氧基片(以下简称为“基片”)2。灯罩8是由白色尼龙树脂制成的。在灯罩8的中间，提供有一个包括圆锥形表面8a的透孔。该锥形表面8a起反射镜的作用，通过它，来自发光元件11侧向发出的光向上反射。从灯罩8的透孔的边缘看，灯罩8和基片2之间保持的保护层3的内边缘是可见的。在保护层3内形成各自由铜、镍和金的三层所组成的金属图案10a和10b，以便与基片2其紧密接触。
将蓝色发光元件11固定在对应于灯罩8的透孔中心的金属图案部分10a的末端上面，同时发光元件11的两个电极正面朝上。两个电极分别通过金导线12a和12b丝焊到金属图案10a和10b。将作为透光性树脂的透明环氧树脂9填充到灯罩8的透孔中并通过加热硬化，以便用树脂9封装该蓝色发光元件11。
将参考图1，来描述根据此实施方案的具有上述外观的LED灯1的内部结构，和制造LED灯1的方法。如图1中所示，借助于电镀在基片2上形成金属图案中的铜薄膜4。该铜薄膜4是连续形成，一直到各个金属图案部分10a和10b最下层。现有技术中，在铜薄膜4上相继形成镍薄膜5和金薄膜6。但是在此实施方案中，把保护层3粘合到铜薄膜4和基片2的表面上，以便从LED灯1的整体来看，保护层3的形状为环形。
然后，把镍电镀到铜薄膜4的未粘合保护层3的部分(包括金属图案部分10a和10b)，然后电镀金，因而形成镍薄膜5和金薄膜6。通过采用这种制造方法，省去了除掉镍和金的薄膜的过程，所以可以容易地将保护层3粘合到铜薄膜4的表面上。下一步，将粘合剂7涂布到灯罩8的底部，使得可以通过此粘合剂7将灯罩8粘合到基片2的上面。如此，如图1中所示，通过粘合剂7将灯罩8交叉地粘合到保护层3和金属图案(4、5、6)。
图2显示，在蓝色发光元件11被固定和丝焊到金属图案部分10a的上面后，将透明环氧树脂9填充到灯罩8的框体中并通过加热硬化，以便用树脂9封装该蓝色的发光元件11。如此，完成了LED灯的生产。
即使在将具有根据本实施方案的这种内部结构的LED灯1暴露于浸焊或回流炉等高温处理中的情形下，也可以防止保护层3由于热膨胀系数的差异引起的应力所导致的剥离，因为保护层3被粘合到具有大量足以保证大的接触面积和优异的粘附力的细微的不规则的铜薄膜4的表面，。另外，因为该保护层3缓和了施加到透明环氧树脂9上的，或通过粘合剂7而接触保护层3的灯罩8上的热应力，可以防止自任何位置所产生的剥离。因此，可以防止蓝色发光元件11在电连接/照明方面的故障。
如此，在根据本实施方案的LED灯1中，因为提供了具有大量细微的不规则和优异的粘附力的表面的铜4-保护层3的粘合部分，可以防止即使在高温处理中由于热应力而产生的剥离。因此，可以制造出在电连接/照明方面没有任何故障的高度可靠的LED灯。
虽然此实施方案已经描述了将用作发光元件的蓝色发光元件11用正面朝上的电极固定并丝焊的情形，但本发明可以适用于将具有如红色、绿色、琥珀色等发光颜色的发光元件用作发光元件，或者当发光元件的电极正面朝下，使用倒装结构的电连接的情形。还可以将保护层3全部置入基片2和树脂框体部件3之间，如图3和4中所示。
虽然此实施方案已经描述了将透明环氧树脂用作透光性树脂的情形，但是可以使用任何其它的透明树脂，如透明的有机硅树脂，只要该透明树脂在热硬化之前有优异的流动性，在热硬化之后有优异的透明性，并且具有与透明环氧树脂热膨胀系数极大不同的热膨胀系数即可。
为了实施本发明，涉及到LED灯本身的其它部分，即LED灯的结构、形状、数量、材料、大小、连接关系等不限于本实施方案，而其它用于制造LED灯的方法也不限于本实施方案。
如上所述，根据本发明，提供一种LED灯，其具有：基片，所述的基片涂布有形成作为导电部分的金属图案，所述的导电部分包括按此顺序相继层压在基片上的铜(Cu)、镍(Ni)和金(Au)的薄膜；树脂框体部件，其通过粘合剂固定在所述的基片上；发光元件，其固定在所述的基片上树脂框体部件的框体中，以便与所述的金属图案电连接；保护层，其粘合到所述的金属图案的铜薄膜不含镍或不含金的表面上，以形成这样的结构，即所述的保护层至少部分地置入所述的基片和所述的树脂框体部件之间；和透光性树脂，其填充到所述的树脂框体部件的框体中，用所述的透光性树脂来封装所述的发光元件。
如上所述，提供树脂框体部件上将要粘合的金属图案的部分为不含镍或不含金的铜表面(即只有铜的表面)，所以可以将保护层粘合到铜表面。然后通过粘合剂将树脂框体部件粘合到基片上面，以便该保护层至少部分地保持在基片和树脂框体部件之间。将透光性树脂填充到树脂框体部件的框体中并通过加热硬化，以便用透光性树脂来封装电连接到金属图案的发光元件。
即使在如此构造的LED灯暴露于浸焊或回流炉等高温处理中的情形下，因为保护层被粘合到具有优异粘附力的铜的表面，以防止由于热膨胀系数的差异引起的应力所导致的剥离，还因为保护层缓和了施加到透光性树脂上的，或通过粘合剂而接触保护层的树脂框体部件上的热应力，所以可以防止自任何位置所产生的剥离。因此，可以防止发光元件在电连接/照明方面的故障。
如此，通过提供具有大量细微的不规则和优异粘附力的表面的铜-保护层粘合部分，可以防止即使在高温处理中由于热应力而引起的剥离，所以可以制造出高度可靠的LED灯。
根据本发明，还提供了一种制造LED灯的方法，该方法具有以下步骤：用铜薄膜涂布基片，所述的铜薄膜是作为与发光元件电连接的金属图案的最下层提供的；将保护层粘合到所述的铜薄膜上面，以使所述保护层环绕在将要固定所述发光元件的位置的周围；在所述铜薄膜上面形成镍薄膜，并进一步在所述的镍薄膜上面形成金薄膜，由此完成所述的金属图案；通过粘合剂层将树脂框体部件粘合到所述基片上面，以使所述的保护层至少部分地置入所述基片和所述树脂框体部件之间，同时所述树脂框体部件环绕在将安置所述发光元件的位置的周围；将所述的发光元件安置在所述的金属图案上，同时使所述的发光元件与所述的金属图案电连接；和将透光性树脂填充进所述树脂框体部件的框体中，以用所述的透光性树脂封装所述的发光元件。
如上所述，未使用这样的方法，即一次形成三层结构的金属图案，然后除去镍和金的薄膜来露出铜薄膜的表面。即，首先将具有预定形状的保护层粘合到只形成有铜薄膜的阶段中的预定位置。然后，在未粘合保护层的部分铜薄膜上形成镍和金的薄膜。如此，形成了三层结构的金属图案。因此，省去了用于除去镍和金的薄膜的耗时的过程，所以可以容易地将保护层粘合到粘附力优异的铜表面上。
如此，可以容易地提供具有大量细微的不规则和优异的粘附力的表面的铜-保护层粘合部分，所以可以防止即使在高温处理中由于热应力而引起的剥离。因此，可以提供一种容易地制造高度可靠的LED灯的方法。
Claims (5)
1.一种LED灯，其包含：
基片，其涂布有形成作为导电部分的金属图案，所述的导电部分包括按此顺序相继层压在基片上的铜(Cu)、镍(Ni)和金(Au)的薄膜；
树脂框体部件，其通过粘合剂固定在所述的基片上；
发光元件，其固定在所述的基片上树脂框体部件的框体中，以便与所述的金属图案电连接；
保护层，其粘合到所述的金属图案的铜薄膜不含镍且不含金的表面上，以形成这样的结构，即所述的保护层至少部分地置入所述的基片和所述的树脂框体部件之间；和
透光性树脂，其填充到所述的树脂框体部件的框体中，用所述的透光性树脂来封装所述的发光元件。
2.根据权利要求1所述的LED灯，其中从所述的树脂框体部件的透孔的边缘看，在所述树脂框体部件和所述基片之间保持的保护层的内边缘是可见的。
3.根据权利要求1所述的LED灯，其中使所述的保护层成形为环形。
4.一种制造LED灯的方法，该方法包括以下步骤：
用铜薄膜涂布基片，所述的铜薄膜是与发光元件电连接的金属图案的最下层；
将保护层粘合到所述的铜薄膜上面，以使所述保护层环绕在将要固定所述发光元件的位置的周围；
在所述铜薄膜上面形成镍薄膜，并进一步在所述的镍薄膜上面形成金薄膜，由此完成所述的金属图案；
通过粘合剂层将树脂框体部件粘合到所述基片上面，以使所述的保护层至少部分地置入所述基片和所述树脂框体部件之间，同时所述树脂框体部件环绕在将安置所述发光元件的位置的周围；
将所述的发光元件安置在所述的金属图案上，同时使所述的发光元件与所述的金属图案电连接；和
将透光性树脂填充进所述树脂框体部件的框体中，以用所述的透光性树脂封装所述的发光元件。
5.根据权利要求4所述的制造LED灯的方法，其中使所述的保护层成形为环形。
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