JP2008270733A - 高熱伝導効率ｌｅｄのパッケージング方法とその構造 - Google Patents

高熱伝導効率ｌｅｄのパッケージング方法とその構造 Download PDF

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Abstract

【課題】高い冷却効率のＬＥＤのパッケージング方法とその構造を提供する。
【解決手段】高熱伝導効率ＬＥＤおよびその構造のパッケージング方法は、第１に、複数のくぼみを有する銅サブストレートを提供する。絶縁層は、サブストレートの表面およびくぼみの底に形成される。一方、一組の金属回路がサブストレートの絶縁層上に形成され、また、絶縁ラッカーの層は、電気的な接続およびケースのない、金属回路の表面に塗布する。スズの層は、絶縁ラッカーのないくぼみおよび金属回路の絶縁層上に塗布されている。さらにまた、一組の発光チップは、くぼみのスズの層上でダイボンドされる。次に、発光チップおよび金属回路は、一組の金線で電気的に接続されている。さらに、発光チップセット、金線および金属回路がその中に封入されるように、環状体がサブストレートの表面に配置される。
【選択図】図８

Description

本発明は一般にＬＥＤ、特に高熱伝導指揮効率ＬＥＤのパッケージング方法とその構造に関連する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）は固体の状態において半導体コンポーネントである電子とホールの相互組み合わせを適用し、光の形態においてエネルギーを放出する。ＬＥＤはルミネセンス照明に属し、小型、長命、低電力消費、迅速な反応スピード、および振動持続などの多くの長所を有する。基本的に、ＬＥＤは多様な器具、情報掲示板、および通信製品のための発光のコンポーネントである。
図１および図２(すなわち台湾特許第Ｍ２９２８７９号（特許文献１）)に例示するように、伝統的なＬＥＤを製造する場合、先ず金属板１００がリードフレーム１０１にスタンプされ、金属のベース１０３とともに金型に配置する。インジェクション成形後、リードフレーム１０１の電極足１０２およびベース１０３の部分面積の２つが接着座１０４によって封入され、固定され、ベース１０３および接着座１０４のくぼみ１０５に位置する２つの電極足１０２を形成する。次に、発光チップ１０６は銀の接着剤によってベース１０３の表面上にダイボンドされ、発光チップ１０６と２つの電極足１０２は金線１０７によって電気的に接続される。最後に、蛍光性の接着体１０８が発光チップに付着後、エポキシ樹脂１０９は接着座１０４のくぼみ１０５にさらに注入される。
しかし、上記のＬＥＤ製造工程は非常に冗長なため、あまりにも多くの作業時間および作業を消費し、製造のコストダウンが不可能である。ＬＥＤの従来の製造方法によると、発光チップ１０６は、第１に、銀の接着剤によってベース（またはリードフレーム）上に接着され、その後、金またはアルミニウムワイヤーのワイヤリング機械によって、発光チップ１０６の正と負の電極は、電極足１０２に接続される。最後に、エポキシ樹脂１０９を塗布し、パッケージング手順が完了する。しかし、電極足１０２、ベース１０３とエポキシ樹脂１０９は熱伝導に関し、劣悪な物理的な特徴から、熱抵抗は従来のパッケージの形状では、２５０℃／Ｗ〜３００℃／Ｗにまで達する。したがって、ＬＥＤの温度は劣悪な熱放散のために上昇し、結果的にエポキシ樹脂１０９の劣化および老化を引き起こす。長期的に、ＬＥＤの発光効率は低下し、温度上昇は熱蓄積のため加速される。劣悪な信頼性現象は、温度上昇から発生する構造ストレスに起因する。
台湾特許第Ｍ２９２８７９号
したがって、前記の欠点を解決する意図の下で、かなり献身的な研究の後、比較的アカデミックな原則の適用と協同し、発明者は、先行技術を改善する適正な能力を備えるように考案された現在の発明をついに提案した。
本発明は主にＬＥＤの製造に関し従来の方法の欠点を解決するための簡素な構造と製造方法を提供し、したがって、その製造コストは低減する。発明によると、第一に、銅の金属はサブストレートとして準備される。そのスズの厚みはダイボンドとして適用するように４〜５μに制御され、熱伝導の熱抵抗を低減し、冷却効果を促進し、発光チップの耐用寿命を増加し、材料の劣化を防ぐことを意図している。
次に、本発明は、高い冷却効率のＬＥＤのパッケージング方法とその構造を提供することである。先ず、複数のくぼみのある銅サブストレートを準備する。それから、絶縁層が銅サブストレートの表面およびくぼみの底に形成される。さらに、金属回路セットが銅サブストレートの絶縁層上に成形される。再び、絶縁ラッカーの層を、電気的な接続およびケースのない回路セットの表面上に塗布する。その間、すずの層をくぼみの絶縁層と絶縁ラッカーのない金属の回路セットの表面上に塗布する。次に、発光チップセットは、くぼみのスズの層上に、ダイボンドされる。その後、発光チップセットの表面と金属回路セットは一組の金線で電気的に接続され、発光チップセットが直列に電気接続を形成する。さらに、発光チップセット、金線および回路が環状体に封入されるように、中空の環状体が銅サブストレートの表面に配置される。その後、蛍光層が形成されるように、蛍光接着剤が発光チップ、金線および金属回路に付着される。最後に、エポキシ樹脂が蛍光層を封入するために、環状体の内部に注入される。エポキシ樹脂の乾燥後、エポキシ樹脂層が形成される。このように、ＬＥＤのパッケージ製造は、完了する。
発明の斬新性の特徴は、補足の請求項で特殊性と共に説明する。しかし、発明自身は発明の以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解することができ、添付図面と一緒に発明の多くの典型的な実施例を説明する。
添付図と協同して、その実行範囲を制限しないように使用して、技術内容と本発明の詳細な説明を多くの望ましい実施例により以下で説明する。補足の請求項によって実施された同等の変化と修正は、現在の発明で請求される請求項によってカバーされる。
本発明によるＬＥＤの製造フローチャートとサブストレートの外観図示する図３および図４をそれぞれ参照されたい。これらの数値に例示するように、本発明のＬＥＤが工程１００中でまずパッケージングされ、製造される場合、銅サブストレート１が提供され、その上に複数のくぼみ１１、ガイド孔１２、および「Ｕ」形開口部１３が準備される。
工程１０２中で、一緒に図４を参照されたい。熱伝導効果がある絶縁層１４は銅サブストレート１の表面と複数のくぼみ１１の底に形成される。
工程１０４中で、一緒に図５を参照されたい。金属回路１５のセットは絶縁層１４上に成形される。
工程１０６中で、一緒に図６を参照されたい。絶縁ラッカー層１６は金属回路セット１５の表面に塗布されている、そこでは、電気的に接続されず、封入されず、また、絶縁ラッカー層１６は白いため、金属回路１５は酸化を防ぐことができる。
工程１０８中で、一緒に図６を参照されたい。熱伝導の熱抵抗が小さく、優れた熱伝達効率が得られるように、厚み４〜５μのスズの層１７は、絶縁ラッカー１６が薄いくぼみ１１の絶縁層１４および金属回路１５の表面に散布される。
工程１１０中で、一緒に図７を参照されたい。一組の発光チップ２は複数のくぼみ１１のすずの層１７上にダイボンドされる。
工程１１２中で、一緒に図６を参照されたい。発光チップ２の間で接続が直列に形成されるように、発光チップセット２の表面と金属回路セット１５のスズの層１７はいわば一組の金線３で接続される。
工程１１４中で、一緒に図７、８、９を参照されたい。中空の環状体４は、銅サブストレート１の表面上の位置決め孔１２に配置され、発光チップ２、金線３ならびに金属回路１５のセットを封入する。
工程１１６中で、一緒に図１０を参照されたい。若干の蛍光接着剤が、絶縁ラッカー１６が塗布されていない、環状体４内で発光チップ２、金線３および金属回路１５のセットに付着する。
工程１１８中で、一緒に図１１を参照されたい。多少のエポキシ樹脂６が環状体４の内部に注入され、蛍光層５を封入する。エポキシ樹脂層６の乾燥後、保護層が従って形成される。最後に、ＬＥＤの形成は、直列に複数の発光チップを接続することによって完了する。
再び図７および図８を参照されたい。本発明のＬＥＤ構造は主に以下を含む：サブストレート１、発光チップ２のセット、金線３のセット、環状体４、蛍光性の層５、およびエポキシ樹脂層６。本発明の好ましい実施例によると、銅サブストレート１は円形の本体で、その上に、複数のくぼみ１１が準備されている。複数の「Ｕ」形開口１３が銅サブストレート１の円周の端に配置される一方、複数の位置決め孔１２がくぼみ１１を囲むことによって準備される。さらに、絶縁層１４は銅材１の表面とくぼみ１１の底に形成される。一組の金属回路１５は、絶縁層１４上で準備され、以下を含む：第一の回路部１５１、第２の回路部１５２、第３の回路部１５３および第４の回路部１５４。絶縁ラッカー１６の層は電気的に接続されず、また、蛍光層５によって封入されていない金属回路セット１５の表面に塗布されている。さらにまた、４〜５μの厚みのスズの層１７は絶縁層１６のないくぼみ１１の絶縁表面１４および金属回路１５の表面に塗布されている。
発光チップセット２は第１、第２、第３の発光チップ２１、２２、２３を含み、複数のくぼみ１１のスズの層１７上にダイボンドされる。
金線セット３は第１の金線３１、第２の金線３２、第３の金線３３、第４の金線３４、第５の金線３５と第６の金線３６を含み、そこにおいて、第１の回路部１５１および第１の発光チップ２１の陽極は第１の金線３１、第２の回路部１５２、によって電気的に接続されている、また、第１の発光チップ２１の陰極は、第２の金線３２、第２の回路部１５２によって電気的に接続されている、また、第２の発光チップ２２の陽極は、第３の金線３３、第３の回路部１５３によって電気的に接続されている、また、第２の発光チップ２２の陰極は、第４の金線３４、第３の回路部１５３によって電気的に接続されている、また、第３の発光チップ２３の陽極は、第５の金線３５、最後に、第４の回路部１５４によって電気的に接続されている、また、第３の発光チップ２３の陰極は、第６の金線３６によって電気的に接続されている。それによって、第１、第２、および第３の発光チップ２１、２２、および２３は、電気的直列に接続されている。
図９を参照されたい。この場合、環状体４は、金属製またはプラスチック材料で作られている中空リング本体４１である。位置決め部４２部はリング本体４１の底から突き出し、位置決め孔１２に配置されている。更に、リング本体４１の内壁は反射面４３を形成する傾向があり、また、それは発光チップ２から発生する光線を焦束して、外向きに反射して、放射させることができる。
図１０を参照されたい。この場合、蛍光層５は、一組の発光チップ２、金線３および金属回路１５の表面を封入する、蛍光接着剤の材料でできている、そこは絶縁ラッカー１６が塗布されていないため、従って、蛍光層５が形成される。
図１１を参照されたい。この場合、エポキシ樹脂層６は、蛍光層５および発光チップ２のセット、金線３および金属回路１５を保護することができるエポキシ樹脂層６を形成するように、エポキシ樹脂で作られ、リング本体３１の範囲内で蛍光層５をパッケージングする。
ＬＥＤ構造が使用される場合、負の電源が第４の回路部１５４に接続する一方、正の電源は最初の回路部１５１に接続しているため、第１、第２および第３の発光チップ２１、２２、および２３は点灯する。第１、第２および第３の発光チップ２１、２２、および２３が４〜５μの厚みのスズの層１７を通してくぼみ１１の底にダイボンドされているため、光線は焦束され、外側に放射される。厚みがわずか４〜５μであるため、その熱抵抗は一般に使われる銀の接着剤のそれより小さい。さらに、熱が下方へ伝導されるとき、銅サブストレート１の熱抵抗がサファイヤおよびアルミナのそれより少ないため支持サブストレートとして使われる場合、第１、第２および第３の発光チップ２１、２２、および２３から発生する熱源を冷却手順で急速に銅サブストレート１へ移転することができる。そのような取り決めの下で、発光チップ２の耐用寿命は、それによって長くすることができる。
現在の発明によるそれぞれ透視分解図およびＬＥＤの別の好ましい実施例の組み立て平面図である図１２および図１３を参照されたい。これらの図に示すように、この実施例の構造は、図４から図１１を通じて記述されている上記の実施例と、ほぼ同じである。唯一の違いは発光チップ２Ａがより多くあるということあり、それは金線セット３Ａおよび金属回路１５Ａによって円形直列に電気的に接続されている。この場合、外側に放射される光線は、一層明るくなる。
前記の説明をまとめると、本発明は、先行技術の欠点を解決するため期待される使用目標を明らかに達することができ、また、完全に新しいタイプの特許に適用されるメリットを果たすために、発明がそれによって適用される、革新と漸進性を極めて所有している、本当にＬＥＤのための新しい構造である。慎重にアプリケーションを調べ、発明者の権利を保護するための正式な特許として、付与してほしい。
しかし、前記の説明は現在の発明によるいくつかの好ましい実施例のみであり、本発明の特許範囲を制限するために用いられていないため、現在の発明、例えば説明および図面、の内容に為される同等の構造変化はすべて後に主張する請求項によってカバーされる。
伝統的なＬＥＤのリードフレームと接着座の外観図示である。 図１中の完全にパッケージングされたＬＥＤの図示である。 本発明によるＬＥＤの製造工程を説明するためのフローチャートである。 本発明によるサブストレートの外観図示である。 本発明によるサブストレートの表面上に成形された回路の図示である。 本発明によるサブストレートの表面上の回路のダイボンディングの図示である。 本発明による金線付の回路と発光チップを有する環状体とサブストレート表面の分解図示である。 本発明による中空の環状体を配置したサブストレートの表面の外観の透視図示である。 図８の側面の断面図である。 蛍光性の接着剤が図９中で示された構造上に付着していることを示している図示である。 エポキシ樹脂が図１０中で示された構造上に付着していることを示している図示である。 本発明によるＬＥＤの別の望ましい実施例を分解的に図示する透視図である。 本発明によるＬＥＤの別の望ましい実施例の組み立てを図示する平面図である。

Claims (18)

  1. 高冷却効率のＬＥＤのパッケージング方法であって、
    ａ)銅サブストレート(１)を準備し、そこに、複数のくぼみ(１１)を形成する;
    ｂ)前記銅サブストレート(１)の表面および前記くぼみ(１１)の底に絶縁層(１４)を塗布する;
    ｃ)前記絶縁層(１４)に金属回路セット(１５)を塗布する；
    ｄ)電気的な接続とケースのない前記金属回路セット(１５)の前記表面に絶縁ラッカー(１６)を塗布する;
    ｅ)前記絶縁ラッカー(１６)のが塗布されていない前記くぼみ(１１)の前記絶縁層(１４)の表面および前記金属回路セット(１５)の前記表面にすずの層(１７)を塗布する;
    ｆ)前記くぼみ(１１)の前記スズの層(１７)上に一組の発光チップ(２)をダイボンドする;
    ｇ)電気的に前記発光チップ(２)セットを、複数の金線(３)によって、前記金属回路セット(１５)に電気的に接続し、前記発光チップ（２１、２２、２３）を直列に接続する;
    ｈ)前記銅サブストレート(１)の表面に中空の環状体(４)を形成し、前記発光チップ(２)のセット、前記金線(３)および前記金属回路(１５)を前記環状体(４)中に封入する;
    i) 蛍光層(５)を形成するために、一組の発光チップ(２)、前記金線(３)および前記金属回路(１５)の前記スズの層（１７）の前記表面に蛍光接着剤を付着する;および、
    ｊ)前記蛍光層(５)封入するために前記環状体(４)の内部にエポキシ樹脂を注入し、エポキシ樹脂層(６)を形成する、
    工程を含む、高冷却効率のＬＥＤのパッケージング方法。
  2. 工程ａ)の前記銅サブストレート(１)が円形体であり、複数の位置決め孔(１２)が前記くぼみ(１１)を囲むよう準備され、また、複数の「Ｕ」形開口部（１３）が円周端に設けられている、請求項１記載の高冷却効率のＬＥＤのパッケージング方法。
  3. 工程ｃ)の前記金属回路セット(１５)が複数の回路部（１５１、１５２、１５３、１５４）から成る、請求項１記載の高冷却効率のＬＥＤのパッケージング方法。
  4. 工程ｄ)の前記絶縁ラッカー(１６)が白い、請求項１記載の高冷却効率のＬＥＤのパッケージング方法。
  5. 工程ｅ)の前記スズの層(１７)の厚みが４〜５μある、請求項１記載の高冷却効率のＬＥＤのパッケージング方法。
  6. 工程ｆ)の前記発光チップセット(２)が複数の発光チップ（２１、２２、２３）から成る、請求項１記載の高冷却効率のＬＥＤのパッケージング方法。
  7. 工程ｈ)の前記環状体(４)が金属またはプラスチックの１種類材料から成る、請求項１記載の高冷却効率のＬＥＤのパッケージング方法。
  8. 前記環状体(４)がリング本体（４１）を有し、底部に位置決め部(４２)を有し、またその反射面（４３）を形成するために内壁が傾斜した、請求項７記載の高冷却効率のＬＥＤのパッケージング方法。
  9. 工程ｉ)の前記蛍光層(５)が蛍光接着剤によって作成される、請求項１記載の高冷却効率のＬＥＤのパッケージング方法。
  10. 前記工程ｊ)によってエポキシ樹脂層(６)を形成するため前記環状体の内部にエポキシ樹脂を注入する、請求項１記載の高冷却効率のＬＥＤのパッケージング方法。
  11. 高冷却効率ＬＥＤの構造であって、
    複数のくぼみ(１１)がその上に設けられている銅サブストレート(１)、前記銅サブストレート(１)の表面および前記くぼみ(１１)の底に設けられている絶縁層(１４)、前記銅サブストレート(１)の前記絶縁層(１４)上に配置されている一組の金属回路（１５）、電気的接続もケースもない、前記金属回路セット(１５)の表面に塗布されている絶縁ラッカー(１６)、絶縁ラッカーが塗布されていない前記くぼみ(１１)の前記絶縁層(１４)の表面および前記金属回路セット(１５)の表面に準備されているすずの層(１７)；
    前記くぼみ（１１)の前記スズの層(１７)上にダイボンドされている一組の発光チップ(２);
    前記金属回路セット(１５)および前記発光チップセット(２)が電気的に接続されている一組の金線(３);
    前記金属回路セット(１５)、前記発光チップセット(２)および前記金線(３)をその中に封入するために前記サブストレート(１)上に準備される環状体(４);
    前記環状体(４)の中、および前記金属回路セット(１５)、前記発光チップセット(２)および前記金線(３)の前記表面に設けられた蛍光層(５); および、前記環状体(４)の中、および、前記蛍光層(５)の前記表面上に準備されたエポキシ樹脂層(６)、
    を含む高冷却効率ＬＥＤの構造。
  12. 複数の位置決め孔(１２)が前記くぼみ(１１)を囲むように準備された円形体の、複数の「Ｕ」形の開口部（１３）が設けられた円周端に、前記銅サブストレート(１)がある、請求項１１記載の高冷却効率ＬＥＤの構造。
  13. 前記金属回路セット（１５）が複数の回路部（１５１、１５２、１５３、１５４）から成る請求項１２記載の高冷却効率ＬＥＤの構造。
  14. 前記発光チップセット(２)が複数の発光チップ（２１、２２、２３）から成る請求項１１記載の高冷却効率ＬＥＤの構造。
  15. 前記絶縁ラッカー(１６)が白い請求項１１記載の高冷却効率ＬＥＤの構造。
  16. 前記環状体(４)が金属またはプラスチックのいずれか１種類の材料から作られる請求項１１記載の高冷却効率ＬＥＤの構造。
  17. 前記リング本体（４１）の底に外側に突き出た位置決め部(４２)を有し、前記銅サブストレート(１)の位置決め孔(１２)に配置され、また、前記リング本体(４)の内壁が傾斜して反射面（４３）を形成する、請求項１６記載の高冷却効率ＬＥＤの構造。
  18. 前記スズの層(１７)の厚みが約４〜５μある、請求項１１記載の高冷却効率ＬＥＤの構造。
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