CN1707823A - 大功率led封装 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的是大功率LED封装，包括LED；LED倒装接合的硅底座；形成在硅底座上并被电连接到LED的反射薄膜；连接到反射薄膜的电线；形成在硅底座下的绝缘体；形成在绝缘体下的散热片；形成在散热片上的绝缘基片；和形成在绝缘基片上并连接到电线的金属线路。在该LED封装中，硅底座被直接连接至散热片，LED工作时产生的热量被有效地散发。大功率LED可以应用于LCD的背光单元或普通照明设备，也可应用于传统PCS电话的背光单元或键座的LED装置，提高了LED的光特性。尤其是，该LED封装结构简单且有两个或多个各自具有LED倒装接合其上的底座的阵列，因此，可以应用于LCD的背光单元模块，极大地减小制造成本。

Description

大功率LED封装
技术领域
本发明一般地涉及大功率LED封装，并且尤其是，涉及一种有效散发LED操作中产生的热量的封装结构。
背景技术
LED(发光二极管)，因为其显示出优于传统光源的节能效果并且可以被半永久地使用而具有其优势，在光学半导体引领化合物半导体进入21世纪的时期，作为下一代光源而受到关注。目前，由于LED的亮度问题被极大地改善，LED被广泛地应用于所有工业领域，包括背光单元、汽车、电信号、交通信号灯、照明装置等。
尤其是，用于背光单元中的具有小尺寸和高亮度的LED替代了用作传统背光单元的光源的CCFL灯，因此，可以想象LED的生产数量的增加与移动设备生产数量的增加成比例。
进一步，由于大功率LED随着应用于其中的电流的增加散发大量热量，大功率LED必须有效地散发在其操作过程中产生的热量，以达到高可靠性。
图1为说明目前由‘L’公司上市的用于发光的LED封装的立体图。
如图1所示，用于发光的LED封装包括：LED1、硅底座2、铝片4、具有金属线路的PCB(印刷电路板)3和铝散热片5。
为详细说明，上述LED封装的截面图如图2所示。
在图2中所示的LED封装中，LED201被倒装接合到包括用于在LED201和底座202之间电连接的金属线路(未显示)，及焊料(未显示)和用于倒装接合LED201的焊料坝(solder dam)(未显示)的平面硅底座202。此外，具有倒装接合其上的LED201的底座202被使用粘合剂203连接到具有镜面的铝片204上。
进一步，LED封装包括各自被塑料体205夹持的引线206a和206b，其分别通过引入导线212a和212b电连接到硅底座202的电极金属上。这样，引线206a和206b通过焊接部件208a和208b被连接到PCB210的金属线路209a和209b上，其中PCB210通过粘合剂207a和207b被连接到塑料体205上。同时，用于散热的铝散热片211被包括其中。
在上述LED封装中，LED操作中产生的热量不直接被传输到表面出极好散热性能的铝散热片211中，而是通过具有低热传导率的塑料体205和PCB210被传输到铝散热片211中，从而降低了散热效率，导致LED发光性能的降低。
尤其是，尽管更大量的热产生在应用于LCD的背光单元和普通照明设备的大功率LED的操作中，LED显示出不显著的散热性能，因此进一步降低LED的发光性能。
发明内容
因而，本发明针对上述产生在现有技术中的问题，并且本发明的一个目的是提供一种用于LCD的背光单元和普通照明设备中的大功率LED封装，其中具有LED连接其上的硅底座被直接连接到散热片上以形成LED封装，因而提高了LED的散热性能。
本发明的另一目的是提供一种可应用于移动设备，如PCS电话的背光单元的大功率LED封装，或用于键座的LED封装。
本发明进一步的目的是提供一种包括两个或多个各自具有LED倒装接合其上的底座的阵列的大功率LED封装。
根据本发明的一个方面，提供一种的大功率LED封装，包括LED，LED倒装接合的硅底座，形成在硅底座上并被电连接到LED以增加LED发光效率的反射薄膜，连接到反射薄膜以将LED连接到外部电路的电线，形成在硅底座下的绝缘体，设置在绝缘体下的散热片，形成在散热片上的绝缘基片，和形成在绝缘基片上并被连接到电线的金属线路。
根据本发明的另一方面，提供一种大功率LED封装，包括LED，LED倒装接合的硅底座，形成在硅底座上并被电连接到LED以增加LED发光效率的反射薄膜，连接到反射薄膜以将LED连接到外部电路的电线，由非导体制成并位于硅底座下的散热片和形成在散热片上并被连接到电线的金属线路。
根据本发明进一步的方面，提供一种大功率LED封装，包括至少一个元件单元，该元件单元包括LED、LED倒装接合的硅底座、形成在硅底座上并被电连接到LED以增加LED发光效率的反射薄膜、连接到反射薄膜以将LED连接到外部电路的电线和形成在硅底座下的绝缘体，形成在绝缘体下的散热片，形成在散热片上的绝缘基片，和形成在绝缘基片上的金属线路，其中该至少一个元件单元的电线被连接到在散热片上形成的绝缘基片上的金属线路。
此外，根据本发明的又一方面，提供一种大功率LED封装，包括至少一个元件单元，该至少一个元件单元包括LED、LED倒装接合的硅底座、形成在硅底座上并被电连接到LED以增加LED发光效率的反射薄膜和连接到反射薄膜以将LED连接到外部电路的电线，由非导体制成并位于底座下的散热片，及形成在散热片上的金属线路，其中该至少一个元件单元的电线被连接到形成在散热片上的金属线路。
LED封装可以进一步包括覆盖LED以提高LED光发射效率的透镜，并且散热片优选由导体或非导体形成。
各个金属线路可以包括P-金属线路或N-金属线路，并且硅底座优选其上表面具有凹槽以容纳倒装接合的LED。
底座凹槽可以通过使用氢氧化钾溶液的湿蚀刻形成，并且底座可以进一步包括齐纳二极管以防止LED的静电损坏。同时，散热片可以由具有优良的热传导性能和与底座相似的热膨胀系数的材料制成，优选自包括碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)、铝氧化物(AlOx)、铝(Al)、铜(Cu)及其混合物的组。
LED和底座可以使用粘合剂直接连接到散热片的上表面。因而，粘合剂选自包括铝粉浆、银粉浆及其混合物的组。
附图说明
本发明的上述和其他目的、特性和优点将从下列与附图相联系的详细描述中更清楚地被理解，其中：
图1为说明传统光源的LED封装的立体图；
图2为说明传统光源的LED封装的截面图；
图3为根据本发明第一实施例的LED封装的截面图；
图4为根据本发明第二实施例的LED封装的截面图；
图5为根据本发明阵列结构中的LED封装的立体图。
具体实施方式
以下，本发明的优选实施例将参照附图被说明。参考附图，尽可能在全部附图中使用相同的参考数字指代相同或相似的部分。同时，认为对本发明的关键点非必要的已知功能和结构的详细说明将被省略。
图3为根据本发明第一实施例的大功率LED封装的截面图。
根据第一实施例，大功率LED封装包括LED401、硅底座402、绝缘层403、粘合剂404a、金属线路406a和406b、绝缘基片407a和407b、散热片409、电线412a和412b、透镜413、焊料414a和414b，和焊料坝415a和415b。
在该大功率LED封装中，具有倒装接合的LED401的硅底座402被使用粘合剂404a直接连接到散热片409的上表面。因而，粘合剂404a包括具有极好导热性和具有与底座402相似的热膨胀系数的材料，其例子有铝粉浆和银粉浆。进一步，散热片409可以由导体或非导体制成。
参照图3，硅底座402具有凹槽以在其中容纳LED401。底座402的凹槽通过使主要用于制造底座的硅晶片经历使用氢氧化钾溶液的湿蚀刻而形成。形成底座402的凹槽的方法不仅限于上述过程，已知的任何能够形成凹槽的方法可以被应用。
在LED封装中，设置电连接LED401到外部电路的电线412a和412b，提高LED401的发光效率的反射薄膜(未显示)，使LED401倒装接合的焊料414a和414b和焊料坝415a和415b，及形成与散热片409的绝缘的绝缘层403。因此，LED401被倒装接合到硅底座402的LED封装具有与传统LED封装相同的功能，在传统LED封装中，LED被倒装接合到没有凹槽的平面硅底座，然后被连接到具有镜面的铝片。
当具有P-金属和N-金属形成其上的LED401被倒装接合到硅底座402上时，P-金属形成其上的LED401的表面被结合到硅底座402，由此LED401的P-金属(未显示)可以形成具有高反射率的厚金属。因此，高电流时通过降低的阻抗实现低Vf性能，同样，由于散热路径短，显示出极好的散热性能。
此外，由于使用了以电子束(E-beam)沉积方法沉积的金属焊料，例如金锡(AuSn)，底座402具有硅的高导热性和提高了高温下的可靠性。同时，底座402进一步包括安装其上的齐纳二极管，因此LED401可以防止由于释放静电而造成的致命的损坏。
散热片409的功能是通过使用具有极好导热性和与底座402相似的热膨胀系数的材料，例如SiC、AlN、AlOx、Al、Cu等扩大其表面积，从而充分释放在LED401操作过程中产生的热量。
为外部电连接LED401，包括绝缘基片407a和407b和形成其上的导电金属线路406a和406b，即P-金属线路406a和N-金属线路406b，的金属线路基板，例如PCB，以P-金属线路406a和N-金属线路406b彼此不相连接也不相重合的方式被连接到散热片409上，以防止电短路的发生。同样，与用于硅底座402连接的粘合剂404a相同的粘合剂404b和404c被用于连接金属线路基板到散热片409上。当底座402连接其上时，上述金属线路基板可以同时被连接到散热片409的上表面。
LED401被倒装接合并被电连接的硅底座402使用引入导线如Au或Al被连接到金属线路406a和406b上。此外，透镜413设置于金属线路基板的绝缘基片407a和407b上或散热片409上，以提高LED401的发光效率。
图4为根据本发明第二实施例，说明大功率LED封装的截面图。在上述LED封装中，具有LED401倒装接合其上的硅底座402被直接连接到包括由AlN、AlOx等制成的绝缘薄膜的非导体构成的散热片409的上表面。另外，LED401通过如图3所示的LED封装中包括在PCB的绝缘基片407a和407b上设置的导电金属线路406a和406b的预定金属线路，或直接结合到散热片409的上表面而没有绝缘基片407a和407b的导电金属线路406a和406b，被电连接到外部。
粘合剂404a、404b和404c，导线412a和412b，和透镜413与图3中所示本发明第一实施例相同。
现参照图5，显示根据本发明的阵列结构的LED封装的立体图。
如图5明显示出的，分别具有倒装接合其上的LED501a和501b的硅底座502a和502b被直接结合到散热片504上。从而，LED操作中产生的热量通过散热片504被直接释放而不通过具有低热传输率的PCB，因此提高了散热性能。
在图5中，当两个或多个分别具有倒装接合其上的LED501a和501b的底座502a和502b被排列形成LED封装时，底座502a和502b被直接结合到散热片504，并且仅一个P-金属线路503a和仅一个N-金属线路503b被使用以至彼此不相连和不重叠。
LED501a和501b分别倒装接合和电连接的硅底座502a和502b使用引入导线505被连接到设置在散热片504上的P-金属线路503a和N-金属线路503b。因此，当外部电流被应用于P-金属线路503a和N-金属线路503b中时，电流通过电连接的P-金属线路503a和N-金属线路503b流经全部底座的LED501a和501b。用于连接底座502a和502b和金属线路503a和503b的粘合剂(未显示)、导线505和透镜(未显示)与图3所示的本发明第一实施例中相同。
此外，使用图4中所示的LED封装，可以形成包括散热片504和金属线路503a和503b的另一阵列结构的LED封装。图3或4的截面图为沿图5的线B-B′的截面图。
如上所述，本发明提供大功率LED封装。在本发明中，由于具有LED接合其上的硅底座被直接结合到散热片，LED操作产生的热量被有效地散发，LED封装结构被简化，因此极大减少制造成本。
本发明的大功率LED封装可以被应用于LCD的背光单元或普通发光设备，也可以应用于传统PCS电话的背光单元或键座LED封装，因此提高LED的发光性能。
尤其是，通过排列2个或多个各具有LED倒装接合其上的底座获得的LED封装可以被应用于LCD的背光单元的模块，因此极大地减小制造成本。
尽管本发明的优选实施例为照明的目的而公开，本领域的技术人员可以理解，在不脱离在所附权利要求公开的本发明的范围和实质的情况下，对其进行多样的变更、添加和替代是可能的。

Claims (12)

1、大功率LED封装，包括：
LED；
LED倒装接合的硅底座；
形成在硅底座上并被电连接到LED以增加LED发光效率的反射薄膜；
连接到反射薄膜的电线，以将LED连接到外部电路；
形成在硅底座下的绝缘体；
设置在绝缘体下的散热片；
形成在散热片上的绝缘基片；和
形成在绝缘基片上并连接到电线的金属线路。
2、大功率LED封装，包括：
LED；
LED倒装接合的硅底座；
形成在硅底座上并被电连接到LED以增加LED发光效率的反射薄膜；
连接到反射薄膜的电线，将LED连接到外部电路；
由非导体制成并位于硅底座下的散热片；和
形成在散热片上并被连接到电线的金属线路。
3、大功率LED封装，包括：
至少一个元件单元，其包括：
LED，
LED倒装接合的硅底座，
形成在硅底座上并被电连接到LED以增加LED发光效率的反射薄膜，
连接到反射薄膜的电线，将LED连接到外部电路，和
形成在硅底座下的绝缘体；
设置在绝缘体下的散热片；
形成在散热片上的绝缘基片；和
形成在绝缘基片上的金属线路，
其中该至少一个元件单元的电线被连接到在散热片上形成的绝缘基片上的金属线路。
4、大功率LED封装，包括：
至少一个元件单元，其包括：
LED，
LED倒装接合的硅底座，
形成在硅底座上并被电连接到LED以增加LED发光效率的反射薄膜，和
连接到反射薄膜的电线，将LED连接到外部电路；
由非导体制成并位于硅底座下的散热片；和
形成在散热片上的金属线路，
其中该至少一个元件单元的电线被连接到形成在散热片上的金属线路。
5、如权利要求1到4其中之一所述的封装，进一步包括覆盖LED的透镜以提高LED的光发射效率。
6、如权利要求1到4其中之一所述的封装，其特征在于，各金属线路包括P-金属线路或N-金属线路。
7、如权利要求1到4其中之一所述的封装，其特征在于硅底座在其上表面具有凹槽以在其中容纳倒装接合的LED。
8、如权利要求7所述的封装，其特征在于，硅底座的凹槽通过使用氢氧化钾溶液的湿蚀刻形成。
9、如权利要求1到4其中之一所述的封装，其特征在于，硅底座进一步包括齐纳二极管以防止LED的静电损坏。
10、如权利要求1到4其中之一所述的封装，其特征在于，散热片由具有极好的导热性和与硅底座相似的热膨胀系数的材料制成，并选自包括碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)、铝氧化物(AlOx)、铝(Al)、铜(Cu)及其混合物的组。
11、如权利要求1到4其中之一所述的封装，其特征在于LED和硅底座使用粘合剂被直接连接到散热片上。
12、如权利要求11所述的封装，其特征在于粘合剂选自包括铝粉浆、银粉浆及其混合物的组。
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