CN1722481A - 半导体发光元件的封装和半导体发光器件 - Google Patents

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Abstract

介绍了一种半导体发光元件的封装。该封装包括：具有杯状凹部的第一金属基板；具有第一杯状开口、设置在第一金属基板上的绝缘部件；和具有第二杯状开口、设置在绝缘部件上并且与第一金属基板电绝缘、在内表面中具有空腔的第二金属基板。

Description

半导体发光元件的封装和半导体发光器件
相关申请的交叉参考
本申请基于并且要求2004年6月22日递交的在先日本专利申请No.2004-183156的优先权；这里引入其全部内容作为参考。
发明背景
半导体发光元件、尤其是发光二极管(LED)用于各种用途，例如全色显示器、交通信号和车灯。这些应用要求高的光输出。
由超过几百毫安的大电流驱动的高光通量LED引起人们的热切关注。由于由大电流驱动，因此这些LED产生了大量的热。单独的半导体发光器件不能很好地辐射热。
图1示出了具有热辐射结构的半导体发光器件的常规封装，其相关的描述公开于日本专利特开No.2004-22802中，与美国专利No.6,480,389对应。
在该日本特开专利公开中示出的半导体发光器件的封装具有杯状金属基板。在顶表面上设置氧化的金属。在底表面上设置金属焊料淀积层。在杯状金属基板的内表面上形成一个电极；在金属基板的外侧表面上形成另一个电极。
发光元件的电极的一端安装在金属表面的内表面上。发光元件的另一端利用引线键合到杯状部分的外表面。
用电绝缘冷却剂填充杯状部分。由透镜密封该电绝缘冷却剂。
但是在日本专利特开No.2004-22802中所示的常规封装中，键合球和键合线从杯状金属基板的顶表面向外突出。这是因为用于来自发光元件的引线的键合焊盘设置在金属基板的顶表面上。
在将多个发光器件设置成阵列并且彼此连接的情况下，当它们的电极设置在顶表面上时，难以连接这些电极。因此，需要用于连接它们的其它焊盘。
通过氧化的金属形成在金属基板顶表面上的电极层具有高的电阻。当由高电流(例如几百毫安)驱动时，这种高的电阻使常规的半导体发光器件温度上升。
发明内容
本发明的技术方案解决上述一个或者多个问题，从而提供一种改进的LED。
附图简述
图1A是根据本发明第一实施例的半导体发光元件的封装平面图，图1B是根据本发明第一实施例的半导体发光元件的封装沿图1A中的A-A线截取的截面图；
图2A、2B、2C是根据本发明方法的第一实施例制造的半导体发光元件的封装的截面图；
图3A、3B是根据本发明方法的第一实施例制造的半导体发光元件的封装的截面图；
图4A是根据本发明第一实施例的半导体发光器件的平面图，图4B是根据本发明第一实施例的半导体发光器件沿图4A中的B-B线截取的截面图；
图5是根据本发明第一实施例的半导体发光器件的电路图；
图6A是根据本发明第二实施例的半导体发光元件的封装的平面图，图6B是根据本发明第二实施例的半导体发光元件的封装的截面图；
图7是根据本发明第二实施例的发光器件的截面图；
图8A、8B是根据本发明另一个实施例的半导体器件的封装的平面图。
详细描述
下面提供本发明的一些技术方案的简要概述。
本发明的一个技术方案可以具有半导体发光元件的封装，包括：具有杯状凹部的第一金属基板；具有第一杯状开口、设置在第一金属基板上的绝缘部件；和具有第二杯状开口、设置在绝缘部件上并且与第一金属基板电绝缘、在内表面中具有空腔的第二金属基板。
本发明的另一个技术方案可以具有半导体发光器件，包括：具有杯状凹部的第一金属基板；具有第一杯状开口、设置在第一金属基板上的绝缘部件；具有第二杯状凹部、设置在绝缘部件上并且与第一金属基板电绝缘、在内表面中具有空腔的第二金属基板；安装在第一金属基板上的发光元件，该发光元件的第一电极电连接到第一金属基板；连接该发光元件和第二基板的引线，该引线的一端连接到发光元件的第二电极，该引线的另一端连接到第二金属基板。
注意在下面的描述中在元件之间提出了各种连接。注意除非具体指出，否则这些连接总的来说可以是直接的或者间接的，并且本说明书不是要在这方面加以限制。
下面参考如下附图说明本发明的实施例。
第一实施例
下面将参考图1A至图5说明本发明的第一实施例。图1A是根据本发明第一实施例的半导体发光元件封装的平面图。图1B是沿着A-A线截取并且向根据本发明第一实施例的半导体发光元件封装的图1A中的箭头看去得到的截面图。
如图1A和1B所示，根据本实施例的半导体发光元件10的封装具有基板14、形成在基板14中的杯状部分15、以及形成在基板14的内表面22中的空腔16。
杯状部分15具有比底部区大的开口。使内表面22倾斜。
通过依次层叠第一金属基板11、绝缘部件13和第二金属基板12形成基板14。第一金属基板11和第二金属基板12通过绝缘部件13结合。它们彼此绝缘。绝缘部件13在面对第一金属基板11的上表面(图1B中向上的表面)上和面对第二金属基板12的底表面(图1B中向下的表面)上具有接合材料。
例如，第一金属基板部分11和12的材料可以包含可通过镍(Ni)和银(Ag)镀覆的铜(Cu)。例如，绝缘部件13的材料是氧化铝(Al2O3)，并且上和底表面由硬焊料涂覆。
在本实施例中，第一金属基板部分11和第二金属基板部分12通过涂覆在绝缘部件13的上和底表面上的硬焊料结合。
第一金属基板11具有杯状凹部11a，该杯状凹部11a向其上表面以大于底部区域的面积开口。绝缘部件13具有杯状开口13a，该杯状开口13a向着其上表面以大于其底部区域的面积开口，并且开口13a贯穿绝缘部件13。第二金属基板12具有杯状开口12a，该杯状开口12a向着其上表面以大于其底部区域的面积开口，并且开口12a贯穿第二金属基板12。
形成第一金属基板11、绝缘部件13和第二金属基板12，使得杯状凹部11a、杯状开口1 3a和杯状开口12a的内表面形成为平坦表面。该平坦表面形成了内表面22。
在基板14的底部表面17上安装发光元件18。发光元件18的第一电极(阳极)通过导电粘合剂或者共熔接合连接到第一基板11。这样发光元件18的第一电极(阳极)电连接到基板14的第一基板11。
引线19的一端连接到发光元件18的第二电极(阴极)；引线19的另一端连接到空腔16的底部20。这样发光元件18的第二电极(阴极)电连接到基板14的第二基板12。
内表面22用作反射镜，其反射从发光元件18发射的光。
透明树脂21密封在基板14的杯状部分15中。可以用透明树脂21密封荧光灯，以便从半导体发光器件输出一种或者多种预定波长的光。
下面将说明空腔16的结构和位置。设置空腔16，使得从发光元件18的第二电极延伸的引线19键合到第二金属基板12上。
空腔16的底部20是平的。空腔16是为引线19设置的，引线19没有从杯状部分15的最上部向外突出。底部20远离杯状部分15的最上部。可以将绝缘部件13设置在发光元件18的顶部之下或者之上。
第一金属基板11用作通过电连接装置从发光元件18的第一电极到外部的引线，该电连接装置例如是引线架(图1A和图1B中未示出)。可以从第一金属基板11的背面11b或者外侧表面11c连接该电连接装置。
第二金属基板12用作通过电连接装置从发光元件18的第二电极到外部的引线，该电连接装置例如是引线架(图1A和图1B中未示出)。可以从第二金属基板12的顶部表面12b或者外侧表面12c连接该电连接装置。
改善发光元件18的封装的热辐射。
下面将参考图2和图3说明半导体发光元件的封装的制造方法。图2和图3是根据本发明的方法的第一实施例制造的半导体发光元件的封装的截面图。
如图2A所示，第一基板31、绝缘部件33和第二基板32依次层叠。绝缘部件33的上和底表面由硬焊料涂覆。
第一基板31具有多个杯状凹部31a。杯状凹部31a向着其上表面以大于其底部区域的面积开口。
绝缘部件33具有多个杯状开口33a。杯状开口33a向着其上表面以大于其底部区域的面积开口，并且贯穿绝缘部件33。
第二基板32具有多个杯状开口32a。杯状开口32a向着其上表面以大于其底部区域的面积开口，并且贯穿第二基板32。
形成第一基板31、绝缘部件33和第二基板32，使得杯状凹部31a、杯状开口33a和杯状开口32a的内表面形成为平坦的内表面。
如图2B所示，将层叠的第一基板31、绝缘部件33和第二基板32放到炉35中，并且通过加热器36在没有氧化的情况下加热到硬焊料的熔融温度(例如700摄氏度)，所述硬焊料涂覆在绝缘部件33的上和底部表面上。接着逐渐冷却加热的部件。
如图2C所示，基板34具有通过硬焊料结合的第一基板31、绝缘部件33和第二基板32。在与第一基板31和第二基板32结合之前将硬焊料加到绝缘部件33的两侧。
如图3A和图3B所示，将基板34粘附到支撑板(图3A和图3B中未示出)例如玻璃板上。在第二金属基板32上形成保护层(图3A和图3B中未示出)，例如抗蚀层。接着，由划片机(图3A和图3B中未示出)的刀片38切割基板34。
通过酸性蚀刻剂来蚀刻由刀片38切割的表面，以便使该表面平滑。接着，从基板34去除抗蚀层和支撑板。
用非电解镀法通过镀覆金属例如镍(Ni)和银(Ag)来镀覆基板34。由此在除了绝缘部件33之外的基板34的表面上形成镀覆金属。镀覆金属的厚度可以大约为1-5微米。
形成半导体发光元件的封装，其具有第一金属基板11、绝缘部件13、第二金属基板12以及杯状部分15和空腔16。
下面参考图4A和4B说明半导体发光器件。图4A是根据本发明第一实施例的半导体发光器件的平面图。图4B是根据本发明第一实施例的半导体发光器件沿图4A中的B-B线截取的截面图。
如图4A和4B所示，形成半导体发光器件40，以预定间隔排列多个半导体发光器件的封装10，并且彼此固定。具有多个孔42的第二金属板43固定在半导体发光器件的封装10上。孔42基本上与杯状部分15一致。
在第一金属基板11的底部17上安装发光元件18。发光元件18的第一电极电连接到第一金属基板11。发光元件18的第二电极和第二金属基板通过键合线电连接。
将键合线键合到空腔16的底部20。
半导体发光元件18的每个第一电极共同地连接到第一金属板41。半导体发光元件18的第二电极共同地连接到第二金属板43。
从发光元件18发射的光波长能够透过的树脂44密封在杯状部分15中。在半导体发光元件的封装10上设置透镜45。将透镜45放入(插入)孔42中并固定。透镜起到将光聚焦到总方向(generaldirection)的作用。
第一金属板和第二金属板不仅作为阴极和阳极的公用电导线，而且还起热辐射板的作用。提高了半导体发光器件的热辐射效率。
在半导体发光元件的常规封装中，键合来自发光元件的引线的位置是基板的顶表面。因此难以在基板的顶表面上设置连接部件。
然而，在本发明的方案中，可以由绝缘密封部件46覆盖第一金属板41和第二金属板43的表面。向相邻的基板44、第一金属板41和第二金属板43之间的空间100供应冷却气体或者水。由此进一步提高半导体发光器件的热辐射效率。
图5是根据本发明第一实施例的半导体发光器件的电路图。半导体发光元件18的每个阴极K连接到作为公用阴极导线的第一金属板41上。半导体发光元件18的每个阳极A连接到作为公用阳极导线的第二金属板43上。并联连接半导体发光元件18。
通过电阻47将半导体发光器件40连接到电源48。可以串联或者并联多个半导体发光器件40，以形成更大的半导体发光器件。
如上所述，根据本实施例的半导体发光元件的封装具有在基板14的杯状部分15中的空腔16。由此引线不会从杯状部分15的最上部向外突出。
可以在基板的顶表面上设置电连接部件，以连接相邻的半导体发光器件。因此可以通过高电流驱动半导体发光器件。
在本实施例中，绝缘部件13的材料是氧化铝，并且绝缘部件13在其上表面和底表面上具有硬焊料。但是绝缘粘合剂例如环氧树脂可以适用于有机绝缘部件。由于有机绝缘粘合剂的熔点高于硬焊料，因此可以缩短制造时间。
第二实施例
下面将参考图6A至图7说明本发明的第二实施例。图6A是根据本发明第二实施例的半导体发光器件的封装的平面图，图6B是根据本发明第二实施例的半导体发光元件的封装的截面图。
关于该第二实施例的每个部分，用相同的附图标记表示与图1A至图5所示的第一实施例的半导体发光器件的封装相同的部分，并且省略其说明。
下面将参考图6A和图7说明本实施例的结构。根据本实施例的半导体发光器件的封装在其基板的顶表面上具有突起。
如图6B所示，半导体发光器件的封装50在基板12的顶表面上具有突起51。形成突起51，以便环绕杯状部分15。突起51起到将透镜插入到半导体发光器件的封装50中的导向板的作用。在本实施例中，在基板14的顶表面12b的最外面的部分设置突起51。
或者，可以从杯状部分15的中心每120度在基板的顶部(即，在基板的顶表面上从杯状部分15的中心均匀地隔开的三个点处)分开地形成突起51。
从底部17到绝缘部件13的高度比第一实施例中所述的高度小。因此第二金属基板的外侧表面的面积更大。
这可以改善半导体发光器件的封装的热辐射。
图7是根据本发明第二实施例的发光器件的截面图。
如图7所示，半导体发光器件60具有半导体发光器件的封装50和插座66。封装50插入到插座66中并且固定。
通过树脂65模制的插座66具有第一引线架61、第二引线架63、引线架的岛状区62和板簧电极64。
第一引线架61和引线架的岛状区62电连接。第二引线架63和板簧电极64电连接。
封装50的背面与岛状区62接触。外侧表面与板簧电极64接触。
半导体发光元件18的第一电极通过第一金属基板11连接到岛状部分62。岛状部分62连接到第一引线架61。
半导体发光元件18的第二电极通过引线和第二金属基板12连接到板簧电极64。板簧电极64连接到第二引线架63。
将能够透过来自发光器件的光的树脂67模制到杯状部分15中。透镜52插入到突起51中并固定。
封装60可以自由地放入插座66中和从插座66中取出。
如上所述，封装的形状在平面图中是正方形，并且平面图中的杯状部分是圆形。但是平面图中的封装形状和杯状部分可以是如图8A所示的正方形。平面图中的封装形状和杯状部分可以是如图8B所示的圆形。
由于容易对准，因此很容易将封装插入到插座66中。
通过思考这里公开的本发明的说明书和实例，本发明的其它实施例对于本领域技术人员来说是显而易见的。说明书和实例应认为仅仅是示例性的，并且本发明的真实范围和精神由下面的权利要求指出。

Claims (19)

1、一种半导体发光元件的封装，包括：
具有杯状凹部的第一金属基板；
具有第一杯状开口的绝缘部件，所述绝缘部件设置在第一金属基板上；和
具有第二杯状开口的第二金属基板，该第二金属基板设置在该绝缘部件上并且与第一金属基板电绝缘，所述第二金属基板在所述第二金属基板的内表面中具有空腔。
2、如权利要求1所述的半导体发光元件的封装，其中该空腔的底部基本上是平坦的。
3、如权利要求1所述的半导体发光元件的封装，其中该第二金属基板的顶表面具有平坦的部分。
4、如权利要求1所述的半导体发光元件的封装，进一步包括在该第二金属基板的顶表面上的突起。
5、如权利要求1所述的半导体发光元件的封装，其中除了该空腔之外，该第一金属基板的内表面、该绝缘部件的内表面和该第二金属基板的内表面基本上是平坦的。
6、如权利要求1所述的半导体发光元件的封装，其中在平面图中，该第一金属基板、该第二金属基板和该绝缘部件的外部形状基本上是正方形。
7、如权利要求1所述的半导体发光元件的封装，其中在平面图中，该第一凹部、该第一开口和该第二开口的形状基本上是圆形。
8、一种半导体发光器件，包括：
具有杯状凹部的第一金属基板；
具有第一杯状开口的绝缘部件，该绝缘部件设置在该第一金属基板上；
具有第二杯状凹部的第二金属基板，所述第二金属基板设置在该绝缘部件上并且与该第一金属基板电绝缘，所述第二金属基板在所述第二金属基板的内表面中具有空腔；
安装在该第一金属基板上的发光元件，该发光元件的第一电极电连接到该第一金属基板；
连接该发光元件和该第二基板的引线，该引线的一端连接到该发光元件的第二电极，该引线的另一端连接到该第二金属基板。
9、如权利要求8所述的半导体发光器件，其中该引线的最高部分在该第二基板的顶表面以下。
10、如权利要求8所述的半导体发光器件，其中该空腔的底部基本上是平坦的。
11、如权利要求8所述的半导体发光器件，其中该第二金属基板的顶表面具有平坦的部分。
12、如权利要求8所述的半导体发光器件，进一步包括在该第二金属基板的顶表面上的突起。
13、如权利要求12所述的半导体发光器件，进一步包括设置在该第二金属基板上的透镜，该透镜合适地插入在该突起中。
14、如权利要求8所述的半导体发光器件，进一步包括电连接到该第一金属基板的第一引线架、电连接到该第二金属基板的第二引线架。
15、如权利要求8所述的半导体发光器件，其中该绝缘部件设置在该发光元件的顶部之上。
16、如权利要求8所述的半导体发光器件，其中该绝缘部件设置在该发光元件的顶部之下。
17、如权利要求8所述的半导体发光器件，其中除了该空腔之外，该第一金属基板的内表面、该绝缘部件的内表面和该第二金属基板的内表面基本上是平坦的。
18、如权利要求8所述的半导体发光器件，其中在平面图中，该第一金属基板、该第二金属基板和该绝缘部件的外部形状基本上是正方形。
19、如权利要求8所述的半导体发光器件，其中在平面图中，该第一凹部、该第一开口和该第二开口的形状基本上是圆形。
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