DE102004034536A1 - Hochleistungs-LED-Anordnung - Google Patents

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led
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DE102004034536A
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Seon Goo Gunpo Lee
Seung Mo Park
Chan Wang Sungnam Park
Jung Kyu Suwon Park
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Samsung Electro Mechanics Co Ltd
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Abstract

Es wird eine Hochleistungs-LED-Anordnung beschrieben, bei der im Wesentlichen ebene erste und zweite Halterahmen, die aus einem Metall mit hoher Reflektivität hergestellt sind, voneinander durch einen festgelegten Spalt beabstandet sind. Ein LED-Chip ist auf wenigstens einem der Halterahmen aufgesetzt und besitzt Anschlüsse, die jeweils elektrisch mit den Halterahmen verbunden sind. Der LED-Chip ist in einen aus Harz hergestellten Gehäusekörper eingebettet und hält den Halterahmen an seiner Unterseite fest. Die Einkapselung füllt vorzugsweise den Spalt zwischen den ersten und zweiten Halterahmen aus. Die LED-Anordnung ist so aufgebaut, dass die thermische Strahlungs- und Wärmeableitungswirksamkeit erhöht ist, wodurch deren Größe und Dicke verringert wird.

Description

  • Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 2004-17442, die am 15.03.2004 beim Koreanischen Amt für geistiges Eigentum eingereicht wurde und deren Offenbarung durch Bezugnahme in dieser Anmeldung enthalten ist.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtdiodenanordnung (LED), insbesondere betrifft sie eine Hochleistungs-LED-Anordnung, die so aufgebaut ist, dass die thermische Wärmeabstrahlung und -leitung verbessert ist und ihre Größe und Dicke gleichzeitig verringert ist.
  • Leuchtdioden (LEDs) zählen zu den Halbleitern und erzeugen unterschiedlich farbiges Licht, wenn eine Spannung angelegt wird. Die von einer Leuchtdiode erzeugte Lichtfarbe wird im Allgemeinen durch die chemischen Bestandteile der Leuchtdiode festgelegt. Leuchtdioden werden kontinuierlich in steigendem Maße nachgefragt, da sie eine Reihe von Vorteilen aufweisen wie eine lange Einsatzdauer, eine geringe Antriebsspannung, hervorragende Einschalteigenschaften, eine große Widerstandsfähigkeit gegen Vibrationen und eine hohe Toleranz in Bezug auf wiederholtes Einschalten, verglichen mit Leuchtkörpern, die Glühfäden benutzen.
  • Allerdings sind Leuchtdioden nicht in der Lage, Elektrizität zu 100 % in Licht umzuwandeln, sodass eine beträchtliche Wärmemenge entsteht. Konsequenterweise werden bei Leuchtdioden Metallrahmen eingesetzt, um Wärme nach außen abzu strahlen oder abzuleiten, da die inneren Komponenten der Leuchtdioden mechanischen Spannungen ausgesetzt sind wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, falls die Wärme nicht ordnungsgemäß abgestrahlt oder abgeleitet wird.
  • Insbesondere sind bestimmte Leuchtdioden wie Hochleistungsleuchtdioden in jüngster Zeit bei Beleuchtungssystemen und Hintergrundbeleuchtungen für große Flüssigkeitskristallanzeigen (LCDs) eingesetzt worden. Derartige Hochleistungs-LEDs erfordern eine hohe thermische Strahlungsleistung, da diese Systeme oder Einrichtungen größere Leistungen erfordern.
  • 1 ist eine perspektivische geschnittene Ansicht einer herkömmlichen Hochleistungs-LED-Anordnung. Bezug nehmend auf 1 umfasst die LED-Anordnung 1 einen LED-Chip 2, der beispielsweise aus einem InGaN-Halbleiter hergestellt ist, einen thermischen Strahlungskörper oder einen Metallblock 3 um den LED-Chip 2 darauf zu setzen, wobei der Metallblock 3 als Wärmeableiter dient, ein Gehäuse 4 um den Metallblock 3 aufzunehmen, eine Silikoneinkapselung 5 um den LED-Chip 2 und die Oberseite des Metallblocks 3 zu verschließen, eine Plastiklinse 6 um die Silikoneinkapselung 5 und ein Paar von Drähten 7 (nur einer ist gezeigt) zum Zuführen einer Spannung zu dem LED-Chip 2 abzudecken. Die Drähte 7 sind elektrisch mit den Anschlüssen 8 verbunden. Der LED-Chip 2 ist mit einem Unterbau (nicht gezeigt) über Lötanschlüsse verbunden, und der LED-Chip 2 sitzt über den Unterbau auf dem Metallblock 3.
  • Bezug nehmend auf 2 ist die LED-Anordnung 1 von 1 auf einem Motherboard 10 befestigt, und eine thermisch leitfähige Unterlage 9 wie eine Platte aus Lötzinn ist zwischen dem Metallblock 3 der LED-Anordnung 1 und dem Motherboard 10 angeordnet, um die Wärmeübertragung zwischen diesen Bauteilen vorzunehmen.
  • Die LED-Anordnung 1 und ihre Befestigungsstruktur auf dem Motherboard, die in den 1 und 2 gezeigt sind, sind im Hinblick auf die Wärmestrahlung und -leitung optimiert, damit sie Wärme wirksam nach außen abstrahlen und ableiten. Die LED-Anordnung 1 ist so aufgebaut, dass der Metallblock 3, der als Wärmesenke dient, direkt oder über die thermisch leitfähige Unterlage 9 auf dem Motherboard 10 befestigt ist, um von dem LED-Chip erzeugte Wärme zu absorbieren und die Wärme nach außen zu strahlen. Ein großer Anteil der Wärme von dem LED-Chip 2 wird durch den Metallblock 3 an das Motherboard 10 geleitet und lediglich ein kleiner Teil der Wärme wird über die Oberfläche der LED-Anordnung 1 einschließlich des Gehäuses 4 und der Linse 6 abgestrahlt.
  • Aus diesen Gründen werden LED-Anordnungen mit der oben erwähnten Struktur auf dem Gebiet der Leuchtdioden oft verwendet.
  • Allerdings ist die oben erwähnte herkömmliche Wärmeabstrahlungsstruktur der LED-Anordnung groß, sodass sie einer Miniaturisierung eines Beleuchtungssystems entgegensteht. Diese Struktur ist daneben auch kompliziert und verhindert die Automatisierung der Produktion der LED-Anordnung, daneben erfordert sie eine große Anzahl von Bauteilen, die zusammengebaut werden müssen, was zu beträchtlichen Herstellungskosten führt.
    •
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben erwähnten Probleme des Standes der Technik gemacht und es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Hochleistungs-LED-Anordnung zu schaffen, die in der Lage ist, die Wirksamkeit der Wärmeabstrahlung zu erhöhen, um die Größe und die Dicke der LED-Anordnung zu verringern.
  • Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung einen Silikonunterbau zwischen einem Drahtrahmen und einem LED-Chip der oben erwähnten LED-Anordnung anzuordnen, um die Verformung der Rahmen zu vermeiden, die bei dem letzten Schneidevorgang der Anordnung während der Herstellung direkt auf den Chip übertragen wird, wodurch die Zuverlässigkeit der LED-Anordnung verbessert wird.
  • Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung zur Umsetzung dieses Ziels wird eine Leuchtdioden-Anordnung (LED) geschaffen, umfassend: im Wesentlichen ebene erste und zweite Halterahmen (Lead Frames), die aus einem stark reflektierenden Metall hergestellt und voneinander mit einem festgelegten Spalt beabstandet sind; ein LED-Chip, der auf wenigstens einem der Halterahmen positioniert ist und Anschlüsse aufweist, die elektrisch an die Halterahmen angeschlossen sind; und einen aus Harz hergestellten Gehäusekörper um den LED-Chip darin einzuschließen, wobei der Halterahmen fest an der Unterseite des Gehäusekörpers fixiert ist.
  • Bei der erfindungsgemäßen LED-Anordnung füllt das Harz vorzugsweise den Spalt zwischen dem ersten und dem zweiten Halterahmen aus.
  • Vorzugsweise kann der Körper ein erstes Harz umfassen, das den LED-Chip und festgelegte Abschnitte der Halterahmen bedeckt, benachbart zu dem LED-Chip; und ein zweites Harz, das das erste Harz und die verbleibenden Abschnitte der Halterahmen bedeckt.
    •
  • Zusätzlich kann die LED-Anordnung gemäß der Erfindung einen Silikonunterbau umfassen, der auf dem ersten und zweiten Halterahmen angeordnet ist, wobei der LED-Chip aufgesetzt ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Die Figuren zeigen:
  • 1 ist eine geschnittene perspektivische Ansicht und stellt eine herkömmliche Hochleistungs-LED-Anordnung dar;
  • 2 ist eine geschnittene Ansicht und zeigt die Hochleistungs-LED-Anordnung von 1 auf einem Motherboard befestigt;
  • 3 ist eine Draufsicht und zeigt eine Hochleistungs-LED-Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 4 ist eine geschnittene Ansicht und zeigt die Hochleistungs-LED-Anordnung von 3 in einer Seitenansicht;
  • 5 ist eine geschnittene Ansicht und zeigt den Vorgang der Wärmeübertragung wenn die Hochleistungs-LED-Anordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung auf einer gedruckten Leiterplatte befestigt ist;
  • 6 ist eine Draufsicht und zeigt eine Hochleistungs-LED-Anordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 7 ist eine geschnittene Ansicht und zeigt die Hochleistungs-LED-Anordnung von 6 in einer Seitenansicht;
  • 8 ist eine Draufsicht und zeigt eine Hochleistungs-LED-Anordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 9 ist eine geschnittene Ansicht und zeigt die Hochleistungs-LED-Anordnung von 8 in einer Seitenansicht;
  • 10 ist eine Draufsicht und zeigt eine Hochleistungs-LED-Anordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 11 ist eine geschnittene Ansicht und zeigt die Hochleistungs-LED-Anordnung von 10 in einer Seitenansicht;
  • 12 ist eine Draufsicht und zeigt eine Hochleistungs-LED-Anordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 13 ist eine geschnittene Ansicht und zeigt die Hochleistungs-LED-Anordnung von 12 in einer Seitenansicht;
  • 14 ist eine Draufsicht und zeigt eine Hochleistungs-LED-Anordnung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 15 ist eine geschnittene Ansicht und zeigt die Hochleistungs-LED-Anordnung von 14 in einer Seitenansicht;
  • 16 ist eine Draufsicht und zeigt die Hochleistungs-LED-Anordnung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 17 bis 20 sind geschnittene Ansichten und zeigen ein Herstellungsverfahren für die LED-Anordnung gemäß der Erfindung zur Herstellung von LED-Anordnungen gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in den 14 und 15 gezeigt ist;
  • 21 bis 23 sind geschnittene Ansichten und zeigen ein Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße LED-Anordnung zur Herstellung von LED-Anordnungen gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in 16 gezeigt ist; und
  • 24 ist eine geschnittene Ansicht und zeigt eine LED-Anordnung gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Nachfolgend werden die oben erwähnten und weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren im Detail erläutert.
  • 3 ist eine Draufsicht und zeigt eine Hochleistungs-LED-Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 4 ist eine geschnittene Ansicht und zeigt die Hochleistungs-LED-Anordnung von 3.
  • Bezug nehmend auf die 3 und 4 umfasst eine Hochleistungs-LED-Anordnung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung einen LED-Chip 102 der auf im Wesentlichen ebenen ersten und zweiten Halterahmen 104 und 106 (lead frames) aufgesetzt ist, die voneinander durch festgelegte Spalte G beabstandet sind. Ein Körper oder Gehäusekörper 110, der aus Harz hergestellt ist, hält die unten liegenden Halterahmen 104 und 106 fest an seiner Unterseite, wobei der Gehäusekörper 110 den LED-Chip 102 in seinem Inneren enthält und verschließt.
  • Die ersten Halterahmen 104 bestehen aus zwei Teilen, die benachbart zu beiden Seiten des zweiten Halterahmens 106 platziert sind und voneinander um den Spalt G beabstandet sind. Sowohl der erste als auch der zweite Halterahmen 104 und 106 sind aus einem Metall mit hoher Reflektivität hergestellt, um wirksam Licht von dem LED-Chip 102 aufwärts zu reflektieren. Die ersten und zweiten Halterahmen 104 und 106 sind vorzugsweise aus Silber (Ag) hergestellt oder versilbert oder mit einem Überzug aus Silber versehen.
  • Eine Elektrode, beispielsweise der Pluspol der LED 102 ist elektrisch mit dem ersten Halterahmen 104 über eine Gruppe von Punkten 108 aus Lötzinn verbunden, und die andere Elektrode, beispielsweise der Minuspol der LED 102 ist elektrisch mit dem zweiten Halterahmen 106 über eine weitere Gruppe der Punkte 108 aus Lötzinn verbunden:
    Die ersten und zweiten Halterahmen 104 und 106 sind auf dem Gehäusekörper 110 aus Harz befestigt und dadurch sicher gehalten. Es ist ersichtlich, dass die ersten und zweiten Halterahmen 104 und 106 im Wesentlichen durch die Kopplung mit dem Gehäusekörper 110 in ihrer Position gehalten werden, da die ersten und zweiten Halterahmen 104 und 106 lediglich elektrisch mit dem LED-Chip 102 über die Punkte 108 aus Lötzinn verbunden sind, aber voneinander durch den Spalt G beabstandet sind.
  • Daraus folgt, dass der Gehäusekörper 110 vorzugsweise aus einem Harz hergestellt wird, das eine starke Klebekraft besitzt, um die darunter liegenden ersten und zweiten Halterahmen 104 und 106 fest an der Unterseite des Gehäusekörpers 110 zu befestigen, wodurch der LED-Chip 102 im Inneren eingeschlossen wird. Das Harz des Gehäusekörpers 110 füllt auch die Spalte G zwischen den ersten und zweiten Halterahmen 104 und 106 auf, um der gesamten Unterseite der LED-Anordnung 100 eine im Wesentlichen ebene Oberfläche zu verleihen.
  • Der Gehäusekörper 110 wird ausgebildet durch Aufbringen von Harz auf den LED-Chip 102 und die Halterahmen 104 und 106, und er kann vorzugsweise durch Transferformen (transfer molding) mit einer Form ausgebildet werden, um eine gleichförmige konvexe Form zu besitzen.
  • Das Harz des Gehäusekörpers 110 kann aus unterschiedlichen Harzen ausgewählt werden, vorzugsweise wird ein Harz gewählt, das die von dem LED-Chip 102 abgegebene Wärme aushält und das gleichzeitig effizient Licht von der LED nach außen überträgt. Vorzugsweise umfasst das Harz ein Absorptionsmittel für ultraviolette Strahlung, um die Ausstrahlung ultravioletter Strahlung von dem LED-Chip 102 nach außen zu verhindern und/oder eine fluoreszierende Substanz, um die Farbe einzustellen. Daneben besitzt das Harz vorzugsweise chemische und physikalische Eigenschaften, die in der Lage sind, zumindest äußere chemische oder physikalische Einflüsse zu blockieren.
  • 5 ist eine geschnittene Ansicht und zeigt den Wärmeleitungsprozess, wenn die Hochleistungs-LED-Anordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung auf einer gedruckten Leiterplatte (Printed Circuit Board PCB) 120 befestigt ist. Wenn die erfindungsgemäße LED-Anordnung 100 auf der Leiterplatte 120 wie in 5 gezeigt befestigt ist, ist die LED-Anordnung 100 auf der Leiterplatte 120 mittels einer Lötpaste (nicht gezeigt), die auf die Oberfläche der Leiterplatte 120 aufgetragen ist, befestigt. Daraus folgt, dass die Halterahmen 104 und 106 der LED-Anordnung 100 die Leiterplatte 120 auf einer größeren Fläche im Vergleich zu einer herkömmlichen LED-Anordnung berühren.
  • Dieser Aufbau weist den Vorteil auf, dass die Halterahmen 104 und 106, die größere Flächen aufweisen, direkt die Leiterplatte 120 berühren und eine relativ große Wärmeleitungsfläche bilden. Wie aus 5 hervorgeht, wird die Wärme, die von dem LED-Chip 102 beim Emittieren von Licht erzeugt wird, zu der gedruckten Leiterplatte 120 über die Halterahmen 104 und 106 übertragen, was durch die Pfeile in 5 angedeutet wird. Somit dienen die Halterahmen 104 und 106 nicht nur als Reflektor sondern auch als Wärmesenke oder Kühlkörper und/oder als thermisch wärmeleitende Unterlage. In diesem Fall berührt im Wesentlichen die gesamte Fläche des LED-Chips 102 die Halterahmen 104 und 106. Daneben berührt im Wesentlichen die gesamte Fläche der Halterahmen 104 und 106 auch die gedruckte Leiterplatte 120 um eine große Wärme leitende Fläche zu ergeben, sodass die von dem LED-Chip 102 erzeugte Wärme über die Halterahmen 104 und 106 wirksam an die gedruckte Leiterplatte 120 geleitet oder gestrahlt wird.
  • 6 ist eine Draufsicht und zeigt eine Hochleistungs-LED-Anordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 7 ist eine geschnittene Ansicht der Hochleistungs-LED-Anordnung von 6. Bezug nehmend auf 6 und 7 weist die LED-Anordnung 200 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Wesentlichen denselben Aufbau wie die LED-Anordnung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf, abgesehen von der Orientierung und Ausrichtung des LED-Chips 202 und der ersten und zweiten Halterahmen 204 und 206. Daher sind diejenigen Bauteile, die im Wesentlichen dieselbe Funktion haben, mit denselben um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen, deren Beschreibung durch die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels ersetzt wird.
  • 8 ist eine Draufsicht und zeigt eine Hochleistungs-LED-Anordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 9 ist eine geschnittene Ansicht und zeigt die Hochleistungs-LED-Anordnung von 8. Bezug nehmend auf die 8 und 9 wird eine LED-Anordnung 300 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung durch Drahtbonding hergestellt, wodurch sich die LED-Anordnung 300 von den LED-Anordnungen 100 und 200 vom Flip-Chip-Typ gemäß den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen unterscheidet.
  • Der LED-Chip 302, der auf einen Reflektor 306 gesetzt ist, besitzt erste und zweite (nicht gezeigte) Elektroden, die elektrisch an erste und zweite Halterahmen 304a und 304b über Drähte 308, die vorzugsweise aus Gold (Au) hergestellt sind, angeschlossen sind, und die ersten und zweiten Halterahmen 304a und 304b sind von dem Reflektor 306 durch einen festgelegten Spalt G beabstandet.
  • Die ersten und zweiten Halterahmen 304a und 304b und der Reflektor 306 sind aus einem hochreflektiven Metall hergestellt, um Licht von dem LED-Chip 302 wirksam nach oben zu reflektieren. Vorzugsweise sind die ersten und zweiten Halterahmen 304a und 304b und der Reflektor 306 aus Silber (Ag) hergestellt, oder galvanisch versilbert oder mit Silber beschichtet.
  • Ein Gehäuse oder Körper 310 der Anordnung ist aus Harz hergestellt und fixiert die ersten und zweiten Halterahmen 304a und 304b und den Reflektor 306 fest an seiner Unterseite wobei der LED-Chip darin eingeschlossen wird. Dieser Aufbau ermöglicht es, dass der LED-Chip 302 zwischen dem Gehäusekörper 310 und dem Reflektor 306 eingeschlossen und fixiert ist. Konsequenterweise ist der Gehäusekörper 310 vorzugsweise aus einem Harz hergestellt, das eine große Klebekraft aufweist um die ersten und zweiten Halterahmen 304a und 304b und den Reflektor 306 an der Unterseite des Gehäusekörpers 310 zu halten und zu befestigen, wobei der LED-Chip 302 darin eingeschlossen und versiegelt wird. Die weiteren Merkmale des Harzes sind im Wesentlichen dieselben wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • 10 ist eine Draufsicht und zeigt eine Hochleistungs-LED-Anordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 11 ist eine geschnittene Ansicht und zeigt die Hochleistungs-LED-Anordnung von 10. Bezug nehmend auf die 10 und 11 weist eine LED-Anordnung 400 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Wesentlichen denselben Aufbau wie die LED-Anordnung 300 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel auf, abgesehen davon, dass ein zweiter Halterahmen 406 verwendet wird, um einen LED-Chip 402 ausschließlich darauf zu setzen. Dementsprechend sind diejenigen Bauteile, die im Wesentlichen dieselbe Funktion haben mit denselben Bezugszeichen wie in dem dritten Ausführungsbeispiel versehen, wobei die Bezugszeichen um 100 erhöht sind, und deren Beschreibung wird durch die Beschreibung des dritten Ausführungsbeispiels ersetzt, gemeinsam mit der Beschreibung der ersten und zweiten Ausführungsbeispiele.
  • 12 ist eine Draufsicht und zeigt eine Hochleistungs-LED-Anordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 13 ist eine geschnittene Ansicht und zeigt die Hochleistungs-LED-Anordnung von 12. Bezug nehmend auf die 12 und 13 besitzt eine LED-Anordnung 500 des fünften Ausführungsbeispiels einen Damm 514 als technisches Merkmal, durch das sich die LED-Anordnung 500 von der LED 100 des ersten Ausführungsbeispiels unterscheidet. Der Damm 514 besitzt eine geneigte Innenwand 514a an der Peripherie der ersten und zweiten Halterahmen 504 und 506 und einen Körper 512, der aus Harz hergestellt ist und sich innerhalb des Damms 514 befindet. Dementsprechend ist der verbleibende Aufbau im Wesentlichen derselbe wie bei der LED-Anordnung 100, und diejenigen Teile, die im Wesentlichen dieselbe Funktion besitzen sind mit denselben Bezugszeichen, beginnend ab 500, versehen.
  • 14 ist eine Draufsicht und zeigt eine Hochleistungs-LED-Anordnung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 15 ist eine geschnittene Ansicht und zeigt die Hochleistungs-LED-Anordnung von 14. Bezug nehmend auf die 14 und 15 umfasst eine Hochleistungs-LED-Anordnung 600 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Wesentlichen ebene erste und zweite Halterahmen 604 und 606 die voneinander in einem festgelegten Abstand G beabstandet sind und einen LED-Chip 602, der auf die Halterahmen 604 und 606 aufgesetzt ist. Jeder der ersten Halterahmen 604 besitzt einen Aufnahmeabschnitt 604a um einen LED-Chip 602 darauf aufzusetzen, einen äußeren Abschnitt 604b und eine Stufe 604c, die zwischen dem Aufnahmeabschnitt 604a und dem äußeren Abschnitt 604b ausgebildet ist. Der zweite Rahmen 604 besitzt einen Aufnahmeabschnitt 606a, einen äußeren Abschnitt 606b und (nicht gezeig te) Stufen, die zwischen dem Aufnahmeabschnitt 606a und dem äußeren Abschnitt 606b in derselben Geometrie wie die Stufen 604 ausgebildet sind. Vorzugsweise fluchten die äußeren Abschnitte 606b mit dem LED-Chip 606 oder sind höher als der LED-Chip 602, der auf die Lötpunkte 608 gesetzt ist.
  • Der LED-Chip 602 ist von einer Einkapselung 610 umgeben, die die darunter liegenden Aufnahmeabschnitte 604a und 606a an ihrer Unterseite festhält. Die Einkapselung 610 wird gebildet durch Aufbringen eines Harzes wie Silikonharz und kann vorzugsweise durch Transferformen (transfer molding) mit einer Form ausgebildet werden, um eine gleichförmige konvexe Form zu schaffen. Das Harz der Einkapselung 610 umfasst vorzugsweise ein Absorptionsmittel für ultraviolette Strahlung um die Abstrahlung ultravioletten Lichts von dem LED-Chip 602 nach außen zu verhindern, das Harz kann alternativ oder gleichzeitig auch eine fluoreszierende Substanz zum Einstellen der Farbe enthalten. In diesem Fall füllt das Harz der Einkapselung 610 auch die Spalte G zwischen den ersten und zweiten Halterahmen 604 und 606 aus, um der gesamten Unterseite der LED-Anordnung 600 eine im Wesentlichen ebene Oberfläche zu verleihen.
  • Die ersten Halterahmen 604 bestehen aus zwei Teilen, die benachbart zu beiden Seiten des zweiten Halterahmens 606 mit einem festgelegten Spalt G angeordnet sind. Die ersten und zweiten Halterahmen 604 und 606 bestehen aus einem Metall mit hoher Reflektivität, um Licht von dem LED-Chip 602 effizient aufwärts zu reflektieren. Vorzugsweise können die Halterahmen 604 und 606 aus Silber (Ag) hergestellt oder galvanisch mit Silber überzogen oder mit Silber beschichtet sein. Die Stufen 604c der ersten Halterahmen 604 entsprechen den (nicht gezeigten) Stufen des zweiten Halterahmens 606, um Licht aufwärts umzulenken, das durch die Flanke der LED 602 emittiert wird.
  • Eine Elektrode, beispielsweise die Pluselektrode des LED-Chips 602, ist elektrisch mit den ersten Halterahmen 604 über eine Gruppe der Lötpunkte 608 verbunden, und die andere Elektrode, beispielsweise die negative Elektrode des LED-Chips 602, ist elektrisch mit dem zweiten Halterahmen 606 über eine weitere Gruppe der Lötpunkte 608 verbunden.
  • Eine Linse 612 ist auf der Oberseite der Silikon-Einkapselung 610 ausgebildet und aus einem transparenten Harz wie Epoxidharz hergestellt. Die Linse 612 wirkt mit der Einkapselung 610 zusammen, um die ersten und zweiten Halterahmen 604 und 606 festzuhalten, wobei die Einkapselung 610 vor der äußeren Umgebung geschützt wird. Da die ersten und zweiten Halterahmen 604 und 606 kaum elektrisch mit dem LED-Chip 602 über die Lötpunkte 608 verbunden sind, sondern voneinander durch den Spalt G getrennt sind, bleiben sie im Wesentlichen an ihrer Position durch die Kopplung mit der Einkapselung 610, die einen Gehäusekörper und die Linse 612 bildet.
  • Dementsprechend sind die Einkapselung 610, die den Gehäusekörper bildet, und die Linse 612 aus Harzen hergestellt, die vorzugsweise eine große Klebkraft besitzen, um die darunter liegenden ersten und zweiten Halterahmen 604 und 606 an der Unterseite sicher zu befestigen, wobei der LED-Chip 602 darin eingeschlossen wird.
  • Die Harze der Einkapselung 610 und der Linse 612 können aus unterschiedlichen Harzen ausgewählt werden, beispielsweise eignen sich solche Harze, die die Wärme von dem LED-Chip 602 aushalten, wobei Licht von dem LED-Chip 602 effizient nach außen übertragen wird. Daneben hat das Harz der Linse 612 vorzugsweise chemische und physikalische Eigenschaften, die in der Lage sind wenigstens äußere chemische oder physikalische Einflüsse zu blockieren.
  • 16 ist eine Draufsicht und zeigt eine Hochleistungs-LED-Anordnung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie in 16 gezeigt ist, besitzt die LED-Anordnung 700 des siebten Ausführungsbeispiels denselben Aufbau wie die LED 600 des sechsten Ausführungsbeispiels, abgesehen davon, dass ein Damm 714 mit einer geneigten Innenwand 714a direkt oberhalb der ersten Rahmenstufen 704c und (nicht gezeigten) Stufen eines zweiten Rahmens 706 platziert ist, und eine aus Harz bestehende Einkapselung 710 ist innerhalb des Damms 714 ausgebildet. Daher kann die übrige Beschreibung der LED-Anordnung 700 durch diejenige der LED-Anordnung 600 ersetzt werden, und die entsprechenden Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen, beginnend ab 700.
  • Nachfolgend wird das Herstellungsverfahren für die LED-Anordnung gemäß der Erfindung, um LED-Anordnungen 600 des sechsten Ausführungsbeispiels, das in den 14 und 15 gezeigt ist, unter Bezugnahme auf die 17 bis 20 beschrieben.
  • Zuerst wird eine Anzahl von LED-Chips 602 hergestellt, und Lötpunkte 608 werden an den Elektroden angebracht, wie in 17 gezeigt ist.
  • Die LED-Chips 602 mit den Lötpunkten 608 werden mit der Unterseite nach oben gedreht und auf Aufnahmeabschnitte 604a und 606a eines Halterahmenblatts (lead frame sheet) 604, 606 gesetzt, bei dem eine Anzahl von ersten und zweiten Halterahmen nacheinander verbunden sind, wie in 18 gezeigt ist.
  • Anschließend wird ein Einkapselungsharz oder Vergussharz wie Silikonharz auf die LED-Chips 602 und die Aufnahmeabschnitte 604a und 606a aufgebracht, um Einkapselungen 610 zu bilden, wie in 19 gezeigt ist. Optional kann ein Transfermoldingverfahren mit einer Form durchgeführt werden, sodass die Einkapselungen 610 eine gleichförmige konvexe Geometrie aufweisen.
  • In 20 wird das gewünschte Harz auf die gesamte Struktur aufgetragen, einschließlich der Einkapselungen 610 und der Halterahmenbögen 604, 606 und anschließend getrocknet, um eine LED-Blatt-Struktur (LED sheet structure) mit verbundenen Linsen 612 zu schaffen. Anschließend wird die LED-Blatt-Struktur entlang der gestrichelten Linien L getrennt, beispielsweise durch Ausstanzen, um eine Vielzahl von LED-Anordnungen 600 zu schaffen, wie in den 14 und 15 gezeigt ist.
  • Nachfolgend wird ein weiteres erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren für die LED-Anordnung beschrieben, durch das LED-Anordnungen 700 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel erhalten werden, das in 16 gezeigt ist, unter Bezugnahme auf die 21 bis 23 beschrieben.
  • Das Herstellungsverfahren für LED-Anordnungen, das in den 21 bis 23 gezeigt ist, stimmt im Wesentlichen mit dem in den 17 bis 20 gezeigten Herstellungsverfahren für LED-Anordnungen überein, abgesehen davon, dass ein Damm 714 mit einer geneigten Innenwand 714a direkt oberhalb erster Rahmenstufen 704c und (nicht gezeigter) Stufen eines zweiten Rahmens 706 platziert wird und eine aus Harz hergestellte Einkapselung 710 wird innerhalb des Damms 714 ausgebildet. Daher kann die verbleibende Beschreibung des Verfahrens durch die obige Beschreibung zu den 17 bis 20 ersetzt werden, und die entsprechenden Bauteile sind mit denselben Bezugszahlen versehen, beginnend ab 700.
  • 24 ist eine geschnittene Ansicht und zeigt eine LED-Anordnung gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bezug nehmend auf 24 besitzt eine LED-Anordnung 800 des achten Ausführungsbeispiels der Erfindung im Wesentlichen ebene erste und zweite Halterahmen 804 und 806, die durch einen festgelegten Spalt G voneinander beabstandet sind, einen Silikonunterbau 820, der auf die ersten und zweiten Halterahmen 804 und 806 aufgesetzt ist und einen LED-Chip 802, der auf den Silikonunterbau 820 aufgesetzt ist.
  • Die ersten und zweiten Halterahmen 804 und 806 sind aus einem Metall mit hoher Reflektivität gemacht, um Licht effizient von dem LED-Chip 802 aufwärts zu reflektieren. Vorzugsweise sind die Halterahmen 804 und 806 aus Silber (Ag) hergestellt oder galvanisch versilbert oder mit Silber beschichtet.
  • Der Silikonunterbau 820 besitzt (nicht gezeigte) Metallmuster (Schaltkreismuster), die aufgedruckt sind und die mit Lötpunkten 808 des LED-Chips 802 gekoppelt sind, um elektrisch mit den Halterahmen 804 und 806 über Drähte 816 verbunden zu werden. Die Drähte sind vorzugsweise aus Gold hergestellt. Konsequenterweise ist eine Elektrode, beispielsweise eine positive Elektrode des LED-Chips 802 elektrisch an den ersten Halterahmen 804 über die Lötpunkte 808 angeschlossen, sowie über einige der Metallmuster des Silikonunterbaus 820 und die Drähte 816.
  • Die andere Elektrode, beispielsweise die negative Elektrode des LED-Chips 802 ist elektrisch an den zweiten Halterahmen 806 auf dieselbe Weise angeschlossen.
  • Der Silikonunterbau 820 ist in horizontaler und vertikaler Richtung größer als der LED-Chip 802, der darauf aufgesetzt ist, der Silikonunterbau ist etwa 300 bis 500 μm, vorzugsweise etwa 400 μm größer. Darüber hinaus hat der Silikonunterbau 820 auch eine hohe thermische Leitfähigkeit um Wärme effizient von dem LED-Chip 802 zu den darunter liegenden Halterahmen 804 und 806 zu übertragen. Die thermische Leitfähigkeit beträgt vorzugsweise 100 W/m·K oder mehr und weiter vorzugsweise 200 W/m·K. Beispielsweise haben die Halterahmen typischerweise eine thermische Leitfähigkeit von etwa 300 W/m·K.
  • Wenn die Linsen-Blatt-Struktur, die in den 20 und 23 gezeigt ist, in einzelne LED-Anordnungen 600 und 700 durch Ausstanzen zerteilt wird, kann die Verdrehung oder Verzerrung von Halterahmen direkt auf die LED-Chips übertragen werden, wodurch diese möglicherweise beschädigt werden. Der Silikonunterbau 820 verhindert, dass die Verdrehung oder Verzerrung direkt auf den LED-Chip 802 übertragen wird, wodurch die Zuverlässigkeit der schließlich hergestellten LED-Anordnungen 800 verbessert wird.
  • Der LED-Chip 802 wird durch eine Einkapselung 810 verschlossen, die den darunter liegenden Silikonunterbau 820 fest auf den Halterahmen 804 und 806 fixiert. Die Einkapselung 810 ist innerhalb eines Damms 814 gebildet, der eine geneigte Innenwand 814a an der Peripherie der ersten und zweiten Halterahmen 804 und 806 aufweist. Der Damm 814 ist aus einem Metall mit hoher Reflektivität hergestellt, vorzugsweise besteht er aus Silber (Ag). Alternativ kann die geneigte Innenwand 814a galvanisch versilbert oder mit Silber beschichtet sein. Die Einkapselung wird durch Auftragen von Harz ausgebildet, beispielsweise mit einem Silikonharz, und kann durch Transferformen (transfer molding) ausgebildet werden, damit eine gleichförmige konvexe Geometrie entsteht. Die genauen Eigenschaften der Einkapselung 810 entsprechen denjenigen der ersten bis siebten Ausführungsbeispiele, die zuvor beschrieben worden sind.
  • Eine Linse 812, die aus einem transparenten Harz wie ein Epoxidharz hergestellt ist, wird auf der Einkapselung 810 aus Silikon ausgebildet, und Detailmerkmale der Linse 812 werden ebenso durch die Beschreibung der ersten bis siebten Ausführungsbeispiele ersetzt, die zuvor beschrieben wurden.
  • Obwohl die LED-Anordnung des achten Ausführungsbeispiels flache erste und zweite Halterahmen 804 und 806 aufweist, können die ersten und zweiten Halterahmen stufenweise ausgebildet sein, um den LED-Chip auf Aufnahmeabschnitten aufzusetzen, die darauf wie bei dem sechsten und siebten Ausführungsbeispiel ausgebildet sind.
  • Wie zuvor erläutert wurde, kann durch die Erfindung die thermische Strahlungs- und Wärmeleitungswirksamkeit der Hochleistungs-LED-Anordnung verbessert werden, um die Größe und Dicke der LED-Anordnung zu reduzieren. Dementsprechend kann dadurch der Herstellungsvorgang vereinfacht werden, wodurch die Produktivität verbessert und die Herstellungskosten eingespart werden können.
  • Ein Silikonunterbau wird zwischen dem Halterahmen und dem LED-Chip platziert, um zu verhindern, dass eine mögliche Verdrehung, die bei dem Zerteilungsvorgang auftreten könnte, direkt auf den Chip übertragen wird, wodurch die Zuverlässigkeit der LED-Anordnung verbessert wird.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist es für einen Fachmann auf diesem Gebiet klar, dass Modifikationen und Abweichungen möglich sind, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, der durch die Patentansprüche definiert wird.

Claims (15)

  1. Leuchtdioden-Anordnung (100-800), umfassend: im Wesentlichen ebene erste und zweite Halterahmen (104-804, 106-806), die aus einem Metall mit hoher Reflektivität hergestellt sind und voneinander durch einen festgelegten Spalt beabstandet sind; einen LED-Chip (102-802), der auf wenigstens einen der Halterahmen (104-804, 106-806) aufgesetzt ist und Anschlüsse aufweist, die jeweils elektrisch mit den Halterahmen (104-804, 106-806) verbunden sind; und einen aus Harz hergestellten Gehäusekörper (110-810) um den LED-Chip (102-802) darin einzubetten und die Halterahmen (104-804, 106-806) stabil an der Unterseite zu fixieren.
  2. Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz die Lücken zwischen den ersten und zweiten Halterahmen (104-804, 106-806) auffüllt.
  3. Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterahmen (604, 704) von der Mitte der Leuchtdioden-Anordnung (600, 700), auf der der LED-Chip (602, 702) aufgesetzt ist, in Richtung der äußeren Peripherie der Leuchtdioden-Anordnung (602, 702) mit ansteigenden Stufen (604c, 704c) versehen ist.
  4. Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper (110-810) eine konvexe obere Fläche aufweist.
  5. Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper (610-810) umfasst: ein erstes Harz, das den LED-Chip (602-802) und festgelegte Abschnitte der Halterahmen (604-804, 606-806) benachbart zu dem LED-Chip (602-802) bedeckt; und ein zweites Harz, das das erste Harz und die verbleibenden Abschnitte der Halterahmen (604-804, 606-806) bedeckt.
  6. Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Harz eine konvexe obere Fläche aufweist.
  7. Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Harz ein Absorptionsmittel für ultraviolette Strahlung und/oder eine fluoreszierende Substanz enthält.
  8. Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Harz ein Absorptionsmittel für ultraviolette Strahlung und/oder eine fluoreszierende Substanz enthält.
  9. Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Harz ein Silikonharz ist.
  10. Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Harz ein Epoxidharz ist.
  11. Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz des Gehäusekörpers (110-810) ein Absorptionsmittel für ultraviolette Strahlung und/oder eine fluoreszierende Substanz enthält.
  12. Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen Damm (514-814) aufweist, der auf den Halterahmen (504-804, 506-806) um den LED-Chip (502-802) herum angeordnet ist und von dem LED-Chip (502-802) durch einen festgelegten Spalt beabstandet ist.
  13. Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Damm (514-814) aus einem Metall mit hoher Reflektivität hergestellt ist.
  14. Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Damm (514-814) aus Silber hergestellt ist.
  15. Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Silikonunterbau (820) umfasst, der auf den ersten und zweiten Halterahmen (804, 806) platziert ist, wobei der LED-Chip (802) auf den Silikonunterbau (820) aufgesetzt ist.
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