CN1864276A - 多层表面安装发光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种表面安装器件发光二极管封装。该封装包括附接到印刷电路板上的电路板外壳。所述电路板外壳支持第一发光二极管和第二发光二极管。然后将所述发光二极管耦合到所述印刷电路板上。

Description

多层表面安装发光二极管
技术领域
本发明一般地涉及提高安装在印刷电路板上的发光二极管(LED)的利用率。更具体而言，本发明涉及允许多层(multi-stack)表面安装LED，以及减少LED所需的板空间。
背景技术
在传统计算机系统中，印刷电路板(PCB)被用于安装半导体芯片和其它电子元件。计算机一般使用包括母板和各种扩展卡在内的多种PCB。母板通常包含计算机的中央处理单元(CPU)、存储器和控制器。扩展卡的例子包括图形、视频和磁盘驱动卡，以及局域网(LAN)卡。
LED是当电流通过时发光的电子器件。LED的用途极广，因而在各种电子领域中使用。例如，因为LED较小并且不会烧尽，所以它们可以很好地用于显示图像。对于计算机，LED被安装在PCB上，以起到指示器的作用。例如，安装在扩展卡上的LED可以发出不同颜色的光以指示该卡的状态。绿光一般指示好的状态，而红光一般指示有问题。
图1A是安装在PCB 12上的一般的多层通孔安装(Through HoleMount，THM)LED模块10的前视图，而图1B是其侧视图。LED封装10包括耦合到THM外壳(housing)20上的三个LED 14、16和18。THM外壳20通常离开PCB 12大约半个毫米安装。LED 14、16和18中的每一个都包括延伸到20之外的阴极和阳极线，用于将其与PCB 12相连接。因为这些线被弯曲以允许LED 14、16和18沿与PCB 12相同的平面发光，所以这些LED也被称为直角LED。
尽管LED封装10已普遍成为计算机系统中容纳LED的合适装置，但它有许多局限。如图1A和1B所示，LED封装10的结构不十分结实。因为PCB仍常被用手操作，也因为LED封装10在安装时从PCB 12的表面伸出，所以它脆弱且易意外折断。THM-LED封装还经常被测试装置所折断。此外，随着计算机技术的继续进步，PCB上的芯片和其它元件变得越来越密，增加了这一困难。已开发出的一种形式的更结实的LED封装称为表面安装器件(Surface Mount Device，SMD)LED封装。
图2A是典型的SMD-LED封装22的顶视图，而图2B是其后视图。与THM-LED封装10不同，SMD-LED封装22被直接安装到PCB 24上，仅稍微高出板表面。SMD-LED封装22还包括嵌入SMD外壳28中的LED管芯(die)26，SMD外壳28包括一层环氧树脂30，使LED管芯26能透过其发光。另外，SMD外壳28的底部也是一种形式的电路板材料，并且包括阴极表面32、加固非电极销34和阳极表面36，这三者都被焊接到PCB 24上。在图2B中，为清楚起见，未示出实际的焊接材料。
如图2A和2B所示，SMD-LED封装有很多超越传统THM-LED封装的优点。相比之下，SMD-LED封装结实得多而且小得多。因此，除了使折断可能性最小以外，SMD-LED封装使用的空间小得多，使得可以更有效地利用PCB。此外，制造SMD-LED封装容易得多。自动化机器能以极快的速度“拾取和放置”(pick and place)表面安装器件。
但是，SMD-LED封装的一个严重问题是，与图1A和1B所示的THM-LED封装不同，其无法容纳及利用多个LED。为了显示多个信号，必须使用多个SMD-LED封装而非单个多层THM-LED封装，需要PCB上过多的宝贵空间。另外，因为在许多应用中PCB需要发送多个信号以便将信息发送给技术人员或最终用户，所以无法使用多个LED是一个严重缺陷。
考虑到上述问题，希望有一种方法和装置，其提供多层SMD-LED封装以降低折断的风险。还希望有一种多层SMD-LED封装来显示多个状态信号，使得可以更有效地利用PCB上的空间。
附图说明
通过以下详细描述与附图的结合，将会更容易理解本发明。为有利于此描述，相同的标号指定相同的结构元件。
图1A是典型的安装在PCB上的多层THM-LED模块的前视图，而图1B是其侧视图。
图2A是典型的安装在PCB上的SMD-LED封装的顶视图，而图2B是其后视图。
图3示出了用于制造图2A和2B所示的标准SMD-LED封装的圆形LED晶片。
图4示出了根据本发明几个实施例，用于制造多层SMD-LED封装的圆形LED晶片38。
图5A是根据本发明一个实施例的2层高SMD-LED封装的前视图，而图5B是其侧视图。
图6是根据本发明一个实施例的2层高SMD-LED封装的后视图。
图7是根据本发明一个实施例的方法72的流程图，该方法用于提供多层SMD-LED封装。
具体实施方式
本发明提供了一种多层SMD-LED封装的方法和装置。所述多层SMD-LED封装比多层THM-LED封装更有效地使用空间，并且也避免并抵抗折断。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了许多具体细节。但是，本领域技术人员将会理解到，没有这些细节中的一些或全部也可以实施本发明。在其它情况下，没有详细描述公知的处理操作，以免不必要地模糊了本发明。
图3示出了用于制造图2A和2B所示的标准SMD-LED封装的圆形LED晶片38。将LED晶片38制造为包括大量SMD-LED封装22。为了有效地从LED晶片38上释放各个SMD-LED封装22，许多LED晶片38彼此层叠起来。LED晶片38的圆形形状允许更容易地掌握和操纵。然后沿多余晶片材料将LED晶片38切分(dice)，所述多余材料例如是垂直晶片线40和水平晶片线42。这产生了大量独立的SMD-LED封装22，以后可以将其安装在PCB上。
尽管将LED晶片38用于制造标准SMD-LED封装，但也可以根据本发明，将其用于制造多层SMD-LED封装。LED晶片38具有两个用于制造本发明的特征。首先，因为SMD-LED封装的外壳包括分层电路板材料，所以它与任何一般的晶片一样，可以蚀刻出不同的线宽(feature)和连接。其次，将这些封装分开的水平晶片线40和垂直晶片线42围绕着每个SMD-LED封装。
图4示出了根据本发明几个实施例，用于制造多层SMD-LED封装44、46和48的圆形LED晶片38。多层SMD-LED封装44、46和48中的每一个都表示本发明的不同实施例，这些实施例是取决于如何切分晶片以及需要何种实施例而可以由LED晶片38形成的。
例如，在多层SMD-LED封装44中，一个水平晶片线40留在LED 1和LED 2之间，以形成一个2层高的SMD-LED封装。在多层SMD-LED封装46中，两个水平晶片线40留在LED 1、LED 2和LED 3之间，以形成一个3层高的SMD-LED封装。最后，在多层SMD-LED封装48中，一个水平晶片线40和一个垂直晶片线42留在四个LED之间，以形成一个2×2阵列SMD-LED封装。
以上例子表明，取决于需要何种类型的封装，可以从LED晶片上切分出各种大小和形状的多层SMD-LED封装。对于新产品而言，能够用标准LED晶片来制造本发明是一个显著优点，因为这些晶片已被用于大量生产单级SMD-LED封装。改变切割晶片的方式以及蚀刻到电路板中的图案和线宽，这种修改不会很昂贵。
图5A是根据本发明一个实施例的2层高SMD-LED封装44的前视图，而图5B是其侧视图。2层高SMD-LED封装包括安装在电路板外壳54上的两个LED 50和52，所述电路板外壳54将2层高SMD-LED封装44与PCB 55电连接。LED 50和52中的每一个都包括嵌入环氧树脂层58中的LED管芯56。电路板外壳54在LED 50和52之间的电路板材料是标号60所示的LED之间的多余晶片材料所形成的。如关于图4中的水平晶片线40和垂直晶片线42所描述的那样，此材料是从原来的圆形LED晶片上留下的。
图6是根据本发明一个实施例的2层高SMD-LED封装44的后视图。SMD-LED封装44的电路板外壳54的底部包括LED 50的阴极62和阳极64。LED 52的阴极66和阳极68整齐地配合装入阴极62和阳极64下方的电路板外壳54中。阴极62和66以及阳极64和68被非电极加固销70所分开。当2层高SMD-LED封装44被焊接到PCB上时，阴极62和66以及阳极64和68对LED管芯56供电。所述连接因而允许LED 50和52透过环氧树脂层58发光。
从图6可以清楚地看出，可以将底部的LED晶片38图案化成适当的电路迹线，以将多层SMD-LED封装(其例子在图4中示出)的所有不同实施例连接到计算机系统的PCB上。如上所述，用标准LED晶片来制造本发明的能力使得可以容易地生产能容纳多个LED的表面安装器件。在计算机系统中，全部LED封装中的大约60％都需要能够发射多个信号。
根据本发明的多层SMD-LED封装具有许多超越现有技术的优点。一个优点在于，本发明显著减少了现有技术中所需的宝贵的PCB空间的量。多层SMD-LED封装比标准多层通孔安装LED封装小得多，允许PCB具有更多的空闲空间来支持其它计算机芯片和元件，以获得更好的系统整体性能。
多层SMD-LED封装的更小尺寸不仅降低了制造成本(需要更少的材料)，而且大大降低了意外折断的可能性。从图1A和1B中清楚可见，现有技术的多层THM-LED封装非常容易断裂，因为其在安装时从PCB伸出得长得多。因此，多层THM-LED封装比多层SMD-LED封装脆弱得多，因为PCB常常被用手操纵，或者与其它计算机元件接触。另外，多层SMD-LED封装比任何THM-LED封装都具有更结实的结构，并能够容许更多的接触。
本发明的另一个优点在于，多层SMD-LED封装比任何多层THM-LED封装更容易制造，因为不涉及手工装配。表面安装器件是由自动化设备安装到PCB上的。自动化处理比THM-LED封装的装配处理快得多也方便得多，这导致更短的吞吐时间和更高的生产率(beat rate)。制造多层SMD-LED封装时在其任何元件中都没有引线(lead)，这符合许多高科技公司无引线的初衷。现有技术的THM-LED封装在其阴极和阳极引线中需要引线以帮助焊接。
图7是根据本发明一个实施例的方法72的流程图，该方法用于提供多层SMD-LED封装。方法72在方框74中开始，其提供所希望类型的多层SMD-LED封装的预先定义的电路板布局。例如，为了制造2层高的SMD-LED封装，所述电路板布局将会与图6所示的电路板一致，以便为LED管芯提供合适的阴极和阳极连接。如上所述，可以容易地配置电路板布局，以制造本发明的其它实施例。
然后在方框76中，用预先定义的电路板布局将LED晶片图案化，所述LED晶片例如是图4所示的圆形LED晶片。在图案化之后，LED晶片将会包含所选择的多层SMD-LED封装的合适的连接。然后在方框78中，根据所选择的多层SMD-LED封装的类型而将LED晶片切分。例如，如果需要2×2阵列SMD-LED封装，则将会在垂直和水平两个方向上都每隔两个SMD-LED封装切分LED晶片。最后在方框80中，将多层SMD-LED封装波峰焊接(wave solder)到PCB上，准备好操作并发射状态信号。
通过考虑本说明书并实施本发明，本发明的其它实施例对本领域技术人员来说将会是很清楚的。此外，使用某些术语是为了描述清楚，并非要限制本发明。上述实施例和优选特征应被认为是示例性的，并且本发明由所附权利要求来限定。

Claims (20)

1.一种表面安装器件发光二极管封装，包括：
附接到印刷电路板上的电路板外壳；
由所述电路板外壳支持的第一发光二极管和第二发光二极管，其中所述第一发光二极管和所述第二发光二极管耦合到所述印刷电路板上。
2.如权利要求1所述的表面安装器件发光二极管封装，其中，所述第一和第二发光二极管中的每一个都通过阴极和阳极耦合到所述印刷电路板。
3.如权利要求2所述的表面安装器件发光二极管封装，其中，所述阴极和阳极被图案化到所述电路板外壳中。
4.如权利要求3所述的表面安装器件发光二极管封装，其中，所述电路板外壳被焊接到所述印刷电路板上。
5.如权利要求4所述的表面安装器件发光二极管封装，其中，所述第一和第二发光二极管中的每一个都包括由环氧树脂层所包围的发光二极管管芯。
6.如权利要求4所述的表面安装器件发光二极管封装，其中，所述电路板外壳包括加固销。
7.一种表面安装器件发光二极管封装，包括：
附接到印刷电路板上的电路板外壳；
由所述电路板外壳支持的第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管，其中所述第一发光二极管、所述第二发光二极管和所述第三发光二极管耦合到所述印刷电路板上。
8.如权利要求7所述的表面安装器件发光二极管封装，其中，所述第一发光二极管、第二发光二极管和第三发光二极管中的每一个都通过阴极和阳极耦合到所述印刷电路板上。
9.如权利要求8所述的表面安装器件发光二极管封装，其中，所述阴极和阳极被图案化到所述电路板外壳中。
10.如权利要求9所述的表面安装器件发光二极管封装，还包括第四发光二极管，其中，所述第四发光二极管耦合到所述印刷电路板上。
11.如权利要求10所述的表面安装器件发光二极管封装，其中，所述第四发光二极管通过阴极和阳极耦合到所述印刷电路板上，所述阴极和阳极被图案化到所述电路板外壳中。
12.如权利要求11所述的表面安装器件发光二极管封装，其中，所述第一发光二极管、第二发光二极管、第三发光二极管和第四发光二极管形成二乘二矩阵。
13.一种提供发光二极管封装的方法，包括：
提供电路板布局，其中所述电路板布局是预先定义的；
使用所述电路板布局来将发光二极管晶片图案化；并且
切分所述发光二极管晶片以形成所述发光二极管封装，其中所述发光二极管封装包括第一发光二极管和第二发光二极管。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述电路板布局包括将所述第一发光二极管和第二发光二极管耦合到印刷电路板上的图案。
15.如权利要求14所述的方法，还包括将所述发光二极管封装焊接到印刷电路板上。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述发光二极管封装包括第三发光二极管。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述电路板布局包括将所述第三发光二极管耦合到印刷电路板上的图案。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述发光二极管封装包括第四发光二极管。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述电路板布局包括将所述第四发光二极管耦合到印刷电路板上的图案。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述发光二极管封装形成二乘二矩阵。
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