CN201741719U - 大功率的垂直结构led芯片的封装 - Google Patents
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Abstract
本实用新型揭示大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装,包括,封装支架、LED芯片、导电粘结材料、填充材料。其中,封装支架包括,绝缘部件、主金属部件、次金属部件,其特征在于,主金属部件的内部的顶部有至少一个向下的凹槽;导电粘结材料把至少一个LED芯片固定在一个凹槽中,使得热量的主要部分从LED芯片的导电支持衬底的底面向主金属部件的凹槽的底面传播,一部分热量从LED芯片的导电支持衬底的一部分(或全部)侧面向主金属部件的凹槽的侧面传播,因此,具有更好的热传导效率;绝缘部件把主金属部件和次金属部件固定在预定位置,使得主金属部件和次金属部件互相电绝缘;LED芯片通过导线与次金属部件形成电连接;填充材料覆盖LED芯片。
Description
技术领域
本实用新型揭示大功率的垂直结构LED芯片的封装,属于光电子技术领域。
背景技术
主流LED芯片的结构是垂直结构LED芯片,其基本结构如下:外延层键合在导电支持衬底上。向芯片输入大电流是快速降低芯片成本和减少巨额设备投资的重要方法,然而,大功率的垂直结构LED芯片产生较多的热量,需要散热较优良的封装,把LED芯片产生的热量散发。导电支持衬底的厚度在100微米至150微米之间,对于一个1×1毫米的芯片,其导电支持衬底的四边的侧面面积是4×100(或150)×1000微米=40%(或60%)的芯片底面的面积,但是,传统的封装结构只利用芯片的底面传导热量,而没有利用侧面面积。
本实用新型公开大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装。
实用新型内容
本实用新型揭示大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装,包括,封装支架、LED芯片、导电粘结材料、填充材料。其中,LED芯片包括导电支持衬底和键合在其上的外延层;封装支架包括,绝缘部件、主金属部件、次金属部件,其特征在于,主金属部件的内部的顶部有至少一个向下的凹槽;导电粘结材料把至少一个LED芯片固定在一个凹槽中,使得热量的主要部分从LED芯片的导电支持衬底的底面向主金属部件的凹槽的底面传播,一部分热量从LED芯片的导电支持衬底的侧面的一部分(或全部)向主金属部件的凹槽的侧面传播,因此,增大了热传导的面积,具有更好的热传导效率;绝缘部件把主金属部件 和次金属部件固定在预定位置,使得主金属部件和次金属部件互相电绝缘;LED芯片通过导线与次金属部件形成电连接;填充材料覆盖LED芯片;导电粘结材料包括,导电银胶(silver epoxy),焊膏(solder paste)。
一个优选实施例:绝缘部件形成碗杯形状,碗杯的底部是主金属部件的表面的带有凹槽的部分,碗杯中充满填充材料覆盖LED芯片。
一个优选实施例:封装支架的主金属部件的内部的顶部有至少一个向下的凹槽,每个凹槽中固定至少一个LED芯片。多个LED芯片是串联后与外界电源相连接(未在图中展示),或是以并联方式与外界电源相连接,或是以串联和并联组合的方式与外界电源相连接(未在图中展示);多个LED芯片可以通过导线分别与外界电源相连接,主金属部件和次金属部件与外界电源相连接。
一个优选实施例:封装支架的主金属部件的底部有多个向下的散热鳍片。
一个优选实施例:填充材料中混合荧光粉,使得LED封装发白光。
一个优选实施例:填充材料的上方设置透镜。
一个优选实施例:填充材料的表面具有粗化结构。粗化结构包括:从填充材料的出光表面向上突起的金字塔阵列结构、圆锥阵列结构、圆柱阵列结构、部分球体阵列结构、多面体锥型阵列结构、不规则尖型阵列结构,从填充材料的出光表面向下凹进去的金字塔阵列结构、圆锥阵列结构、圆柱阵列结构、部分球体阵列结构、多面体锥型阵列结构、不规则尖型阵列结构。粗化结构的顶部(或底部)或是圆弧面,或是平面。
一个优选实施例:填充材料具有多层结构。
一个优选实施例:具有两层结构的填充材料:其第一层是混有荧光粉的硅胶,覆盖LED芯片并覆盖部分或全部的凹槽底部;第二层是透明物质,覆盖在第一 层上,然后在其出光表面上形成粗化结构。对于打线的芯片,第一层填充材料已经把导线覆盖。
一个优选实施例:具有3层结构的填充材料:第一层是硅胶,覆盖多个LED芯片并覆盖部分或全部的凹槽底部;第二层是混有荧光粉的硅胶,覆盖在第一层上;第三层是透明物质,覆盖在第二层上,然后在其出光表面上形成粗化结构。对于打线的芯片,第一层填充材料或第一和第二层填充材料已经把导线覆盖。
一个优选实施例:填充材料具有3层结构:第一层是硅胶,覆盖LED芯片并覆盖部分或全部的凹槽底部;第二层是混有荧光粉的硅胶,覆盖在第一层上;第三层是透明物质的薄膜,预先在其表面上形成粗化结构,然后将其覆盖在第二层上。对于打导线的芯片,第一层填充材料或第一和第二层填充材料已经把导线覆盖。
一个优选实施例:填充材料具有2层结构:第1层是混有荧光粉的硅胶,覆盖LED芯片并覆盖部分或全部的凹槽底部;第2层是透明物质的薄膜,预先在其表面上形成粗化结构,然后将其覆盖在第1层上。对于打导线的芯片,第一层填充材料已经把导线覆盖。
本实用新型揭示大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装,本实用新型的目的和能达到的各项效果如下。
(1)本实用新型揭示的大功率的垂直结构LED芯片的封装,由于同时利用部分或全部的支持衬底的侧面散热,增大了散热面积,散热效率高。
(2)本实用新型揭示的大功率的垂直结构LED芯片的封装,由于封装表面粗化,光取出效率提高。
(3)本实用新型揭示的大功率的垂直结构LED芯片的封装,由于光取出效率提高,减少由于光在填充材料内被吸收所产生的热量,进一步提高散热效率。
本实用新型和它的特征及效益将在下面的详细描述中更好的展示。
附图说明
图1a展示大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装支架的一个实施例的截面图。
图1b展示采用图1a展示的封装支架的大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装的一个实施例的截面图。
图2a展示大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装支架的一个实施例的截面图。
图2b和图2c展示采用图2a展示的封装支架的大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装的一个实施例的截面图。
图2d展示采用图2a展示的封装支架的大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装的一个实施例的截面图。
图2e展示采用图2a展示的封装支架的大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装的一个实施例的截面图。
图3a展示大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装支架的一个实施例的截面图。
图3b和图3c展示采用图3a展示的封装支架的大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装的一个实施例的截面图。
图3d展示采用图3a展示的封装支架的大功率的垂直结构LED芯片的散热较 优良的封装的一个实施例的截面图。
图4a展示大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装支架的一个实施例的截面图。
图4b和图4c展示采用图4a展示的封装支架的大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装的一个实施例的截面图。
图4d展示采用图4a展示的封装支架的大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装的一个实施例的截面图。
具体实施方式
虽然本实用新型的具体化实施例将会在下面被描述,但下列各项描述只是说明本实用新型的原理,而不是局限本实用新型于下列各项描述。
注意,下列各项应用于本实用新型的所有具体实施例:
(1)附图中的各部分的尺寸不是按比例画的。
(2)本实用新型的大功率的垂直结构LED芯片的封装包括:封装支架、LED芯片、导电粘结材料、填充材料。
(3)封装支架包括,绝缘部件、主金属部件、次金属部件,其特征在于,主金属部件的内部的顶部有至少一个向下的凹槽;导电粘结材料把至少一个LED芯片固定在一个凹槽中,使得LED芯片的导电支持衬底的底面与主金属部件的凹槽的底面接触,LED芯片的导电支持衬底的侧面的一部分(或全部)与主金属部件的凹槽的侧面接触,因此,增大了热传导的面积,具有更好的热传导效率;绝缘部件把主金属部件和次金属部件固定在预定位置,使得主金属部件和次金属部件互相电绝缘。
(4)导电粘结材料包括,导电银胶(silver epoxy),焊膏(solder paste)。
(5)LED芯片包括导电支持衬底和键合在其上的外延层。
(6)LED芯片通过导线与次金属部件形成电连接。
(7)填充材料覆盖LED芯片。
(8)一个优选实施例:绝缘部件形成碗杯形状,碗杯的底部是主金属部件的表面的带有凹槽的部分,碗杯中充满填充材料覆盖LED芯片。
(9)一个优选实施例:封装支架的主金属部件的内部的顶部有至少一个向下的凹槽,每个凹槽中固定至少一个LED芯片。
(10)一个优选实施例:封装支架的主金属部件的底部有多个向下的散热鳍片。
(11)一个优选实施例:填充材料中混合荧光粉,使得LED封装发白光。
(12)一个优选实施例:填充材料的上方设置透镜。
(13)一个优选实施例:填充材料的表面具有粗化结构。粗化结构包括:从填充材料的出光表面向上突起的金字塔阵列结构、圆锥阵列结构、圆柱阵列结构、部分球体阵列结构、多面体锥型阵列结构、不规则尖型阵列结构,从填充材料的出光表面向下凹进去的金字塔阵列结构、圆锥阵列结构、圆柱阵列结构、部分球体阵列结构、多面体锥型阵列结构、不规则尖型阵列结构。粗化结构的顶部(或底部)或是圆弧面,或是平面。
(14)填充材料具有单层或多层结构。
(15)一个优选实施例:具有两层结构的填充材料:其第一层是混有荧光粉的硅胶,覆盖LED芯片并覆盖部分或全部的凹槽底部;第二层是透明物质,覆盖在第一层上,然后在其出光表面上形成粗化结构。对于打线的芯片,第一层填充材料已经把导线覆盖。
(16)一个优选实施例:具有3层结构的填充材料:第一层是硅胶,覆盖多个LED芯片并覆盖部分或全部的凹槽底部;第二层是混有荧光粉的硅胶, 覆盖在第一层上;第三层是透明物质,覆盖在第二层上,然后在其出光表面上形成粗化结构。对于打线的芯片,第一层填充材料或第一和第二层填充材料已经把导线覆盖。
(17)一个优选实施例:填充材料具有3层结构:第一层是硅胶,覆盖LED芯片并覆盖部分或全部的凹槽底部;第二层是混有荧光粉的硅胶,覆盖在第一层上;第三层是透明物质的薄膜,预先在其表面上形成粗化结构,然后将其覆盖在第二层上。对于打导线的芯片,第一层填充材料或第一和第二层填充材料已经把导线覆盖。
(18)一个优选实施例:填充材料具有2层结构:第1层是混有荧光粉的硅胶,覆盖LED芯片并覆盖部分或全部的凹槽底部;第2层是透明物质的薄膜,预先在其表面上形成粗化结构,然后将其覆盖在第1层上。对于打导线的芯片,第一层填充材料已经把导线覆盖。
(19)填充材料具有多层结构;填充材料的每一层的材料是从一组材料中选出,该组材料包括:透明物质和混有荧光粉的透明物质;填充材料的不同层的材料可以相同,也可以不同(一种透明物质和混有荧光粉的同一种透明物质被定义为不同材料);其中,透明物质是从一组材料中选出,该组材料包括,但不限于:硅胶(silicone)、树脂(epoxy)、氧化硅、氮化硅、玻璃上硅(SOG)、玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯酸(acrylic)、烯烃聚合物(Zeonor)、聚碳酸脂(PC)、聚苯乙烯(PS),等。
(20)在填充材料的出光表面上形成粗化结构有两种方法:第一种:首先,在一薄膜的表面上形成粗化结构,然后,再把所述的薄膜覆盖在填充材料的没有粗化的表面上从而形成带有粗化出光表面的封装,该薄膜形成填充 材料的表面的一层。第二种:在封装的填充材料的没有粗化的出光表面上直接形成粗化结构。如果是向上凸起的粗化结构,则形成在填充材料的表面的一层的透明物质上;如果是向下凹进去的粗化结构,则形成在填充材料的表面的一层的透明物质中。
(21)本实用新型的封装支架是从一组封装支架中选出,该组封装支架包括,但不限于:正发光(top view)封装支架、贴片(SMD)式封装支架、集成封装支架。正发光封装支架是在进行封装工艺后的产品为正发光封装(top view package)的支架,贴片式封装支架是在进行封装工艺后的产品为贴片式封装(SMD package)的支架。
(22)从驱动电流来划分,本实用新型的封装中采用的LED芯片是从一组LED芯片中选出,该组LED芯片的结构包括:直流电驱动LED芯片(DC drivingLED chip),交流电驱动LED芯片(AC driving LED chip)。
(23)从LED芯片的成分来划分,本实用新型的封装中采用的LED芯片是从一组LED芯片中选出,该组LED芯片包括,GaN基LED芯片、GaP基LED芯片、GaNP基LED芯片。
(24)本实用新型的封装中,多个LED芯片是串联后与外界电源相连接(未在图中展示),或是以并联方式与外界电源相连接,或是以串联和并联组合的方式与外界电源相连接(未在图中展示);多个LED芯片可以通过导线分别与外界电源相连接,主金属部件和次金属部件与外界电源相连接。
(25)本实用新型的封装包括至少一个次金属部件。
图1a展示大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装支架的一个实施例的截面图。封装支架100包括:主金属部件102、次金属部件104、绝缘部件 101,其特征在于,主金属部件102的内部的顶部有至少一个向下的凹槽103;凹槽103具有长方体形状,其长和宽的尺寸的选择使得LED芯片可以放入其中,其深度的选择使得LED芯片放入其中后,LED芯片的导电支持衬底的部分或全部在凹槽103中,LED芯片的外延层不在凹槽103中;凹槽103具有底面103a和四个侧面103b;绝缘部件101把主金属部件102和次金属部件104固定在预定位置形成封装支架100,使得主金属部件102和次金属部件104互相电绝缘。
图1b展示采用图1a展示的封装支架的大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装120的一个实施例的截面图。
封装120包括,封装支架、LED芯片、导电粘结材料105、填充材料110、透镜109。其中,LED芯片包括导电支持衬底106和键合在其上的外延层107。导电粘结材料105把至少一个LED芯片固定在一个凹槽中,使得LED芯片的导电支持衬底106的底面固定在主金属部件102的凹槽的底面上,LED芯片的导电支持衬底106的侧面的一部分(或全部)通过导电粘结材料105与主金属部件的凹槽的侧面相接触,因此,LED芯片产生的热量从导电支持衬底106的底面和侧面散发到主金属部件,增大了热传导的面积,具有更好的热传导效率。LED芯片外延层107通过导线108与次金属部件104电连接。透镜109设置在封装支架和LED芯片的上面,在透镜109和封装支架之间填满了填充材料110;或者,填充材料110和透镜109是相同的材料,并且是在同一工艺步骤中形成。
图2a展示的大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装支架的一个实施例的截面图。封装支架200包括:主金属部件202、次金属部件204、绝缘部件201,其特征在于,主金属部件202的内部的顶部有至少一个向下的凹槽203;凹槽203具有长方体形状,其长和宽的尺寸的选择使得LED芯片可以放入其中,其深度的选择使得LED芯片放入其中后,LED芯片的导电支持衬底的部分或全部 在凹槽203中,LED芯片的外延层不在凹槽203中;凹槽203具有底面203a和四个侧面203b;绝缘部件201把主金属部件202和次金属部件204固定在预定位置形成封装支架200,使得主金属部件202和次金属部件204互相电绝缘。绝缘部件201在主金属部件202的凹槽203的区域的外围,形成碗杯,碗杯的底部是主金属部件202的表面的带有凹槽203的部分,使得填充材料可以填充在碗杯中。
图2b和图2c展示采用图2a展示的封装支架的大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装220的制造工艺的一个实施例的截面图。
封装220包括,封装支架、LED芯片、导电粘结材料205、填充材料210。其中,LED芯片包括导电支持衬底206和键合在其上的外延层207。导电粘结材料205把至少一个LED芯片固定在一个凹槽中,使得LED芯片的导电支持衬底206的底面固定在主金属部件202的凹槽的底面上,LED芯片的导电支持衬底206的侧面的一部分(或全部)通过导电粘结材料205与主金属部件的凹槽的侧面相接触,因此,LED芯片产生的热量从导电支持衬底206的底面和侧面传播到主金属部件,增大了热传导的面积,具有更好的热传导效率。LED芯片外延层207通过导线208与次金属部件204电连接。图2c展示填充材料210填充在碗杯中,覆盖LED芯片。
图2d展示封装220的填充材料210的出光表面带有粗化结构211。
图2e展示封装220包括透镜。透镜212设置在填充材料210的上方。透镜212可以是与填充材料210不同的材料,或者是与填充材料210相同的材料。
图3a展示的大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装支架的一个实施例的截面图。封装支架300包括:主金属部件302、次金属部件304a和304b、绝缘部件301,其特征在于,主金属部件302的内部的顶部有两个向下的凹槽 303a和303b;凹槽303a和303b各自具有长方体形状,其长和宽的尺寸的选择使得一个LED芯片可以放入一个凹槽中,凹槽深度的选择使得LED芯片放入其中后,LED芯片的导电支持衬底的部分或全部在凹槽中,LED芯片的外延层不在凹槽中;凹槽303a和303b具有底面和四个侧面;绝缘部件301把主金属部件302和次金属部件304a和304b固定在预定位置形成封装支架300,使得主金属部件302和次金属部件304a和304b互相电绝缘。绝缘部件301在主金属部件302的凹槽303a和303b的区域的外围,形成碗杯,碗杯的底部是主金属部件302的表面的带有凹槽303a和303b的部分,使得填充材料可以填充在碗杯中。
图3b和图3c展示采用图3a展示的封装支架的大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装320的制造工艺的一个实施例的截面图。
封装320包括,封装支架、LED芯片、导电粘结材料305a和305b、填充材料310。其中,LED芯片包括导电支持衬底306a和306b及分别键合在其上的外延层307a和307b。导电粘结材料305a和305b分别把一个LED芯片固定在一个凹槽中,使得LED芯片的导电支持衬底306a和306b的底面分别固定在主金属部件302的两个凹槽的底面上,LED芯片的导电支持衬底306a和306b的侧面的一部分(或全部)通过导电粘结材料305a和305b分别与主金属部件的凹槽的侧面相接触,因此,LED芯片产生的热量从导电支持衬底306a和306b的底面和侧面传播到主金属部件,增大了热传导的面积,具有更好的热传导效率。LED芯片外延层307a和307b分别通过导线308a和308b与次金属部件304a和304b电连接。图3c展示填充材料310填充在由绝缘部件301形成的碗杯中,覆盖LED芯片。
图3d展示封装320的填充材料310的出光表面带有粗化结构311。
图4a展示的大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装支架的一个实施例的截面图。封装支架400包括:主金属部件402、次金属部件404a和404b、绝缘部件401,其特征在于,主金属部件402的内部的顶部有两个向下的凹槽403a和403b;凹槽403a和403b各自具有长方体形状,其长和宽的尺寸的选择使得一个LED芯片可以放入一个凹槽中,凹槽深度的选择使得LED芯片放入其中后,LED芯片的导电支持衬底的部分或全部在凹槽中,LED芯片的外延层不在凹槽中;凹槽403a和403b具有底面和四个侧面;绝缘部件401把主金属部件402和次金属部件404a和404b固定在预定位置形成封装支架400,使得主金属部件402和次金属部件404a和404b互相电绝缘。绝缘部件401在主金属部件402的凹槽403a和403b的区域的外围,形成碗杯,碗杯的底部是主金属部件402的表面的带有凹槽403a和403b的部分,使得填充材料可以填充在碗杯中。主金属部件402的底部上形成向下的散热鳍片413,增加主金属部件402的散热能力。
图4b和图4c展示采用图4a展示的封装支架的大功率的垂直结构LED芯片的散热较优良的封装420的制造工艺的一个实施例的截面图。
封装420包括,封装支架、LED芯片、导电粘结材料405a和405b、填充材料410。其中,LED芯片包括导电支持衬底406a和406b及分别键合在其上的外延层407a和407b。导电粘结材料405a和405b分别把一个LED芯片固定在一个凹槽中,使得LED芯片的导电支持衬底406a和406b的底面分别固定在主金属部件402的两个凹槽的底面上,LED芯片的导电支持衬底406a和406b的侧面的一部分(或全部)通过导电粘结材料405a和405b分别与主金属部件的凹槽的侧面相接触,因此,LED芯片产生的热量从导电支持衬底406a和406b的底面和侧面传播到主金属部件,增大了热传导的面积,具有更好的热传导效率。LED芯片 外延层407a和407b分别通过导线408a和408b与次金属部件404a和404b电连接。图4c展示填充材料310填充在由绝缘部件401形成的碗杯中,覆盖LED芯片。
图4d展示封装420的填充材料410的出光表面带有粗化结构411。
上面的具体的描述并不限制本实用新型的范围,而只是提供一些本实用新型的具体化的例证。因此本实用新型的涵盖范围应该由权力要求和它们的合法等同物决定,而不是由上述具体化的详细描述和具体实施例决定。
Claims (8)
1.一种大功率的垂直结构LED芯片的封装,包括,封装支架、LED芯片、导电粘结材料、填充材料;其中,所述的LED芯片包括,导电的支持衬底和外延层;所述的封装支架包括,绝缘部件、主金属部件、次金属部件,其特征在于,所述的主金属部件的内部的顶部有至少一个凹槽;所述的导电粘结材料把至少一个所述的LED芯片固定在一个所述的凹槽中;所述的绝缘部件把所述的主金属部件和所述的次金属部件固定在预定位置;所述的LED芯片的所述的外延层通过导线与所述的次金属部件形成电连接;所述的填充材料覆盖所述的LED芯片。
2.权利要求1的大功率的垂直结构LED芯片的封装,其特征在于,所述的封装支架的所述的主金属部件的底部有多个向下的散热鳍片。
3.权利要求1的大功率的垂直结构LED芯片的封装,其特征在于,所述的封装包括透镜;所述的透镜设置在所述的填充材料上。
4.权利要求1的大功率的垂直结构LED芯片的封装,其特征在于,所述的填充材料的出光表面的粗化结构是从一组粗化结构中选出,该组粗化结构包括:从填充材料的出光表面向上突起的金字塔阵列结构;从填充材料的出光表面向上突起的圆锥阵列结构;从填充材料的出光表面向上突起的圆柱阵列结构;从填充材料的出光表面向上突起的部分球体阵列结构;从填充材料的出光表面向上突起的多面体锥型阵列结构;从填充材料的出光表面向下凹进去的金字塔阵列结构;从填充材料的出光表面向下凹进去的圆锥阵列结构;从填充材料的出光表面向下凹进去的圆柱阵列结构;从填充材料的出光表面 向下凹进去的部分球体阵列结构;从填充材料的出光表面向下凹进去的多面体锥型阵列结构。
5.权利要求1的大功率的垂直结构LED芯片的封装,其特征在于,所述的封装支架是从一组封装支架中选出,该组封装支架包括,正发光封装支架、贴片式封装支架、集成封装支架。
6.权利要求1的大功率的垂直结构LED芯片的封装,其特征在于,所述LED芯片是从一组LED芯片中选出,该组LED芯片包括:直流电驱动LED芯片,交流电驱动LED芯片。
7.权利要求1的大功率的垂直结构LED芯片的封装,其特征在于,所述LED芯片是从一组LED芯片中选出,该组LED芯片包括,GaN基LED芯片,GaP基LED芯片,GaNP基LED芯片。
8.权利要求1的大功率的垂直结构LED芯片的封装,其特征在于,对于有多个LED芯片的封装,多个LED芯片可以是串联后与外界电源相连接,或是以并联方式与外界电源相连接,或是互相独立的与外界电源相连接。
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