TWI726087B - 多ｌｅｄ系統 - Google Patents

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Abstract

一種具有載體(2)及多個設置在該載體(2)上之發光二極體(3、3’、3”)的多LED系統。該載體(2)包括其中嵌裝多個電子元件(11、11’、11”、12)的基體(4)。該基體(4)為樹脂及/或聚合物材料製成。該多LED系統(1)尤其可以涉及到一種四LED快閃模組。

Description

多LED系統
本發明係關於一種多LED系統，例如作為用來產生閃光的系統。這種多LED系統對於行動應用，例如對於智慧型手機或數位相機是為必需的。
多LED系統為人所知是一種由基板及裝有被動元件以及多個發光二極體(LED)所組成的混合結構。以轉光膜覆蓋LED，以產生一種暖白光及冷白光組合。
為避免LED受到靜電放電(ESD、Electrostatic Discharge)的損害，可以安裝具有壓敏電阻功能，但會造成結構尺寸較大的分散元件。文件DE 10 2014 101 092 A1說明一種可以裝在LED上，具有壓敏電阻功能的晶片。
本發明的任務是說明一種具改良特性之多LED系統。
依據發明的多LED系統有一個載體，在其上安裝多個發光二極體。載體有一個基體，在其中嵌裝多個電子元件。
多LED系統特別是可以安裝作為行動應用方面的閃光模組。在一個實施型式中，多LED系統有四個發光二極體。這涉及到一種四個LED的閃光模組。將LED安裝在四方形，例如象限的角點。
藉由將元件嵌裝在載體中，可以明顯地縮小模組尺寸，或是可以在相同的模組尺寸下整合安裝更多個LED。除此之外，經由元件的整合安裝以避免在側面照射時因元件上的反射，造成燈光顏色及強度有變。因此當應用在行動攝影時會明顯改善照片的光視效能及顏色品質。例如除發光二極體以外在載體上沒有安裝任何其他的電子元件。
嵌裝的電子元件是指一個或多個感應器及/或保護元件。元件可以為陶瓷材料製成。例如ESD-保護元件是用來防止靜電放電(ESD)。因此可以是一種壓敏電阻，尤其是一種多層壓敏電阻、或一種TVS-二極體。可以替代性地或額外地使用一種用來防止過載的元件，例如一種PTC-元件、及/或一種防止高溫的元件，如NTC-元件。
基體為一種樹脂材料及/或一種聚合物材料製成。樹脂材料及/或聚合物材料可以為填充材料。經由添加填充材料，可以影響基體的硬度、熱膨脹係數及/或導熱性。基體的熱膨脹係數是配合LED的熱膨脹係數。例如基體為一種玻璃纖維-樹脂材料製成。可以額外地或取代玻璃纖維-樹脂材料，使用樹脂材料及/或聚合物材料，例如陶瓷填充材料。
基體可以為多層結構。所有的基體層都可以為樹脂材料及/或聚合物材料製。基體有上、中及下層，中層位於上及下層之間。可以將元件嵌裝在中層中。尤其元件可以單獨安裝在中層，並由上及下層覆蓋。
載體可以有多個位於基體的正面或底面上的上或下金屬化。
在基體的正面上可以安裝用來電路接通LED的第一上金屬化。LED是裝在第一上金屬化上及藉由焊接固定在第一上金屬化上。每個LED都與兩個第一上金屬化連接，因此作出一個用於電路接通兩個LED的金屬化。這樣兩個LED分佔一個第一上金屬化。對於一種四個LED-系統，有六個第一上金屬化。
也可以將一個或多個嵌裝元件與第一上金屬化連接。例如藉由層間電路接通(Via導孔)連接嵌裝元件與第一上金屬化。例如一個或多個ESD-保護元件。
在正面上可以安裝第二上金屬化，用來轉接接觸一個或多個嵌裝元件。在第二上金屬化上面不安裝任何元件。嵌裝元件是藉由層間電路接通與金屬化連接。第二上金屬化是作為印刷電路板使用。兩個第二上金屬化以不中斷的條狀型式從多LED系統的一個邊緣延伸到多LED系統的對面邊緣。第二上金屬化是安裝在第一上金屬化之間。
在一個實施型式中，多LED系統具有與第二上金屬化電氣連接的溫度感應器。在視圖中，溫度感應 器是安裝在多LED系統的中央區塊中。
還可以在基體的底面上安裝下金屬化來電氣連接多LED系統，尤其是LED及/或嵌裝元件。
例如在底面上安裝用來電氣連接LED的第一下金屬化。每個LED與第二下金屬化連接，金屬化的其中一者可以用來接觸所有的LED。對於一種四LED-系統，有五個第一下金屬化。
第一下金屬化是經由層間電路接通與第一上金屬化電氣連接。這會涉及到突顯熱導性的熱導孔。第一層間電路接通不中斷地從第一上金屬化延伸到第一下金屬化。
還可以在底面安裝第二下金屬化，用來電氣連接一個或多個嵌裝元件。第二下金屬化僅是安裝在載體的底面上側緣區域。一個第一下金屬化安裝在兩個第二下金屬化之間。
第二下金屬化是經由第四層間電路接通與第二上金屬化連接。第四層間電路接通從第二上金屬化通往第二下金屬化。第四層間電路接通可以無中斷地從第二上金屬化通往第二下金屬化。
在一個實施型式中，第二下金屬化是用來電氣接通一個溫度感應器。
在一個實際型式中，至少有一個嵌裝元件經由一個層間電路接通與一個上金屬化連接，並且上金屬化經由層間電路接通與下金屬化連接。嵌裝元件可以經由 當時的層間電路接通與兩個上金屬化連接，而兩個上金屬化可以經由當時的層間電路接通與兩個下金屬化接通。嵌裝元件僅經由上金屬化與下金屬化接通，並未直接與下金屬化連接。這種連接結構可以有效率且節省空間地連接底面的嵌裝元件。
在一個實施型式中，在基體中嵌裝一個或多個金屬結構來降低熱電阻。涉及到金屬塊或金屬條。金屬結構為銅製。層間電路接通可以經由金屬結構中斷或是穿透金屬結構。
依據本發明另一個觀點說明一種LED系統。與上述之多LED系統不同之處是，LED系統也只是一個發光二極體。也只有一個嵌裝元件。此外LED系統有多個發光二極體及/或多個嵌裝元件。所有上述與多LED系統有關的特性-只要是合理的-也適用於LED系統。
載體至少有一個用來連接嵌裝元件之一的上金屬化、及至少一個用來連接嵌裝元件的下金屬化，嵌裝元件是經由一種層間電路接通與上金屬化連接，上金屬化則是經由一種層間電路接通與下金屬化連接。嵌裝元件可以經由兩個層間電路接通與兩個上金屬化連接，兩個上金屬化是經由兩個層間電路接通與兩個下金屬化連接。
依據本發明另一個觀點說明一種多LED系統的載體。可依上述製作載體。載體有一個基體，在其中嵌裝多個電子元件。載體是用來安裝多個LED。基體中嵌裝多個ESD-保護元件及至少一個溫度感應器。基體為樹脂 材料或聚合物材料製成。
在本公開說明書中說明一種發明的多個觀點。在討論其他觀點並沒有明確提到各個特性時，也會依據所涉及到其他的觀點來說明所有被提到與多LED系統，載體及LED系統有關的特性。還有，對於這裡所述之標的說明並不侷限於一些特殊的實施型式。其實各個實施型式的特徵，只要在技術方面是合理時，皆可彼此組合應用。
1:多-LED系統
2:載體
3、3’、3”:發光二極體、LED
4:基體
5、5’:第一上金屬化
6、6’:第二上金屬化
7、7’:第一下金屬化
8、8’:第二下金屬化
9、10:間隙
11、11’、11”:ESD-保護元件
12:溫度感應器
13、13’:第一層間電路接通
14、14’:第二層間電路接通
15、15’:第三層間電路接通
16、16’:第四層間電路接通
17、17’、17”:金屬結構
18、18’:第一層間電路接通
依據圖示實施例對於在此所述之標的物詳述如下。
第1A圖係一種多LED系統一個實施型式的俯視圖，第1B圖係依據第1A圖之多LED系統實施型式的透視圖，第1C圖係依據第1A圖之多LED系統實施型式的橫切圖，第1D圖係依據第1A圖之多LED系統實施型式的橫切面透視圖，第2A圖係一種多LED系統之另一個實施型式的透視圖，以及第2B圖係依據第2A圖之多LED系統實施型式的橫切面透視圖。
在以下的圖示中，不同的實施型式在功能或結構方面是為對應的元件皆使用相同的標示符號。
第1A圖係一種多LED系統1的俯視圖。第1B圖係多LED系統1的透視圖。
多LED系統1有一個載體2，在其上安裝有多個發光二極體3、3’、3”。為了能更清楚地說明，所以沒有繪入系統1的右下四分之一部份。該四分之一部份是軸向反射左下四分之一部份形成的。
以虛線邊緣簡示發光二極體3、3’、3”。發光二極體3、3’、3”可以被光學結構(例如濾鏡及/或轉光膜)及/或保護結構覆蓋。多LED系統1有四個發光二極體。
多LED系統1是用來產生閃光。在一個實施型式中，LED-系統1在載體2上除LED 3、3’、3”以外沒有設置任何其他的分散元件。這讓多LED系統1可以更小型化。因此可以改善發出之光線的光效率及均勻性。尤其是透過其他表面安裝的元件不致於產生陰影及顏色改變。
載體2有一個基體4(第1B圖)，現為便於說明，以透視描繪。基體4可以為多層結構，如三層。基體4為樹脂材料、尤其是玻璃纖維-樹脂材料製成。可額外地或代替玻璃纖維材料，樹脂材料可含陶瓷填充材料。基體4也可以為聚合物材料製，尤其是一種填充聚合物材料。
基體4一般是由一種由樹脂(尤其是雙馬來 醯亞胺-三氮雜苯樹脂(BT-樹脂))、聚合物、玻璃(尤其是玻璃纖維)、預浸-材料(Prepreg-Material)、聚酰胺(Polyimid)、液晶高分子(Flüssigkristall-Polymer)、氰酸酯(Cyanatester)、環氧樹脂基的線路層、FR4材料、陶瓷、及金屬氧化物組成的材料製成。基體4除一種基本材料之外，還可以含有像是樹脂或一種聚合物，其他填充材料。FR4是一種環氧樹脂(Epoxidharz)及玻璃纖維組織組成的複合材料等級。樹脂-玻璃纖維層的特色是高耐壓強度及高機械強度。
基體4選用的材料是可以在較高的溫度進行焊接程序。例如在載體2上焊接LED 3、3’、3”。基體4的材料要適合在320℃進行焊接程序，例如用金-鋅焊膏回焊。金-鋅焊膏是80%金及20%鋅組成。還可以用SnAgCu-焊膏，在約260℃的溫度進行焊接。
在基體4的正面裝有多個上金屬化5、5’、6、6’。在基體4的底面上安裝多個下金屬化7、7’、8、8’(第1C圖)。上金屬化5、5’、6、6’是藉由間隙9將彼此分開。下金屬化7、7’、8、8’則是藉由間隙10將彼此分開。
第一上金屬化5、5’是作為接觸LED 3、3’、3”的接觸表面。第二上金屬化6、6’是作為嵌裝元件12的轉接接觸。下金屬化7、7’是作為多LED系統，尤其LED 3、3’、3”及嵌裝元件的電氣連接的連接表面。
在第1A及1B圖中，經由熱模擬測到的局部熱電阻(以K/W為單位)在1K/W至12K/W的範圍內，顯 示在第一上金屬化5、5’之間間隙9附近的熱電阻是最大的。
第1C圖為第1A及1B圖之多LED系統1的橫切透視圖。第1D圖為多LED系統1的橫切透視圖。
在基體4中，尤其是在基體4的中間層中，嵌裝多個電子元件11、11’、11”、12。元件11、11’、11”、12完全被嵌裝在載體2中。元件11、11’、11”、12完全被嵌裝在基體4的中間層中及安裝在基體4的上和下層之間。
電子元件11、11’、11”、12做得超薄的。結構高度小於等於0.33mm。
在本實施型式中，在載體中嵌裝多個ESD-保護元件11、11’、11”及一個溫度感應器12。
就每個LED 3、3’、3”各有一個ESD-保護元件11、11’、11”。在透視圖中可以看到兩個相鄰的LED 3、3’、3”之間各裝有兩個ESD-保護元件11、11’、11”。
ESD-保護元件11、11’、11”為陶瓷製。陶瓷為一種壓敏陶瓷，例如摻有ZnO、SrTiO2或SiC。
溫度感應器12是作為NTC-元件。溫度感應器12為陶瓷製成。在透視圖中溫度感應器12是裝在多LED系統1的中心。
LED 3、3’、3”是裝在第一上金屬化5、5’上，並與其電氣連接。第一上金屬化5、5’是經由第一層間電路接通13、13’與第一下金屬化7、7’連接。每個LED 3、3’、3”有四個第一層間電路接通13、13’。第一層間電路接通13、13’無中斷地從第一上金屬化5、5’延伸到第一下金屬化7、7’。
兩個LED 3、3’、3”分佔一個第一上金屬化5’。在顯示的例子中，有六個第一上金屬化5、5’。所有LED 3、3’、3”分佔一個第一下金屬化7’。在顯示的例子中，有五個第一下金屬化7、7’。
第一層間電路接通13、13’的直徑在100及200μm之間，尤其介於130及170μm之間。直徑可以為150μm。第一層間電路接通13、13’例如為降低載體2的電阻的熱導孔。層間電路接通13、13’為銅製。層間電路接通13、13’為完全被充填的熱銅導孔。
壓敏電阻11、11’、11”是經由第二層間電路接通14、14’(第1D圖)與第一上及第一下金屬化5、5’、7、7’連接。層間電路接通14、14’從壓敏電阻11、11’、11”延伸到第一上金屬化5、5’，或從一個壓敏電阻11、11’、11”延伸到第一下金屬化7、7’。
溫度感應器12是經由第三層間電路接通15、15’與第二上金屬化6、6’連接。第三層間電路接通15、15’從溫度感應器12的正面延伸到第二上金屬化6、6’。
第二上金屬化6、6’是經由第四層間電路接通16、16’與第二下金屬化8、8’連接。第四層間電路接通16、16’從第二上金屬化6、6’延伸到第二下金屬化8、8’。在透視圖中，第四層間電路接通16、16’是裝在載體2的 邊緣區塊中。
第二上金屬化6、6’為穿過間隙不中斷的條狀，從載體2的一邊緣延伸到載體2的對面邊緣。第二下金屬化8、8’各裝在載體2的邊緣區域中。在第二下金屬化8、8’之間裝有一個第一下金屬化7’。
第二、第三及第四層間電路接通14、14’、15、15’、16、16’為銅或銀製。第二、第三及第四層間電路接通14、14’、15、15’、16、16’的直徑可以比第一層間電路接通13、13’的直徑小，例如直徑在40和100μm之間，尤其是在40和70μm之間。
LED-系統1尺寸為2.6×2.6mm2。LED-系統1的厚度在不裝LED時為300μm。壓敏電阻11、11’、11”及溫度感應器12的厚度各為100μm。
第2A及2B圖為多LED系統1另一個實施型式的透視圖及橫切面透視圖。
與第1A至1D圖之實施型式的差異是，在載體2中嵌裝金屬結構17、17’、17”來降低熱電阻。金屬結構17、17’、17”是以塊狀或條狀製作而成。金屬結構17、17’為銅製。
金屬結構17、17’、17”是嵌裝在基體4的中間層。金屬結構17、17’、17”並未穿透基體4的上層和下層。金屬結構17、17’、17”是經由第一層間電路接通18、18’與第一上金屬化及第一下金屬化5、5’、7、7’連接。層間電路接通18、18’可以穿透金屬結構17、17’、17”，或 是被金屬結構17、17’、17”中斷。層間電路接通18、18’可以與金屬結構17、17’、17”一起，也可以單件式製作而成。
第一層間電路接通18、18’配合第1A至1D圖之實施型式的第一層間電路接通13、13’製作而成。然而在這裡不同的地方是，就每個LED 3、3’、3”從第一上金屬化5、5’僅延伸導出兩個層間電路接通18、18’。每個層間電路接通18、18’與一個嵌裝的金屬結構17、17’、17”連接。兩個層間電路接通18’分佔一個金屬結構17。在所示的例子中總共有六個金屬結構17、17’、17”。
LED-系統還可以只有一個單一LED。尤其LED的接觸及電路接通，依第1A至2B圖之實施型式可以安裝一個或多個嵌裝元件。
1:多-LED系統
2:載體
3、3’、3”:發光二極體LED
4:基體
7、7’:第一下金屬化
8、8’:第二下金屬化
10:間隙
11、11’、11”:ESD-保護元件
12:溫度感應器
13:第一層間電路接通
13’:第一層間電路接通

Claims (16)

  1. 一種多LED系統，包含：載體(2)及多個設置在該載體(2)上的發光二極體(3、3’、3”)，該載體(2)具有基體(4)，在該基體(4)中設置有多個電子元件(11、11’、11”、12)，該載體(2)包含設置在該基體(4)的正面上的上金屬化(5、5’、6、6’)，該上金屬化(5、5’、6、6’)包括用於接觸LED(3、3’、3”)的第一上金屬化(5、5’)及用於轉接接觸嵌裝元件(12)的第二上金屬化(6、6’)，該載體(2)包含用來連接嵌裝的元件(11、11’、11”、12)的下金屬化(7、7’、8、8’)，該下金屬化(7、7’、8、8’)安裝在該基體(4)的底面上，該嵌裝元件(12)是經由層間電路接通(15、15’)與該上金屬化(5、5’、6、6’)連接，而該上金屬化(5、5’、6、6’)則是經由其他層間電路接通(16、16’)與該下金屬化(7、7’、8、8’)連接，其中，該其他層間電路接通(16、16’)自該嵌裝元件(12)至經由該層間電路接通與該上金屬化連接之各該其他層間電路接通的側向間隔設置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的多LED系統，其中，該基體(4)為樹脂及/或聚合物材料製成。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述的多LED系統，其中，在該基體(4)中裝有用來降低熱電阻之塊狀或條狀的金屬結構(17、17’、17”)。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的多LED系統，其中，第一LED(3)與第一層間電路接通(18’)，及第二 LED(3”)與第二層間電路接通(18’)連接，該層間電路接通(18’)分佔一個金屬結構(17)。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述的多LED系統，其中，有四個該發光二極體(3、3’、3”)。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述的多LED系統，其中，該嵌裝的電子元件(11、11’、11”、12)包括溫度感應器(12)。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述的多LED系統，其中，該嵌裝的電子元件(11、11’、11”、12)圍著ESD-保護元件(11、11’、11”)。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述的多LED系統，其中，該第二上金屬化(6、6’)在該第一上金屬化(5、5’)之間為條狀分佈。
  9. 如申請專利範圍第1或2項所述的多LED系統，其中，該第二上金屬化(6、6’)是用來轉接接觸溫度感應器(12)。
  10. 如申請專利範圍第1或2項所述的多LED系統，其中，該下金屬化(7、7’、8、8’)包括用於連接LED(3、3’、3”)的其他下金屬化(7、7’)。
  11. 如申請專利範圍第1或2項所述的多LED系統，其中，用於轉接接觸該嵌裝元件(12)的該下金屬化(6、6’)僅設置在該載體(2)的底面上的側緣區域中。
  12. 如申請專利範圍第1或2項所述的多LED系統，其中，該嵌裝元件(12)是安裝在該多LED系統(1)的中央 區域中。
  13. 如申請專利範圍第1或2項所述的多LED系統，其中，與該第二上金屬化(6、6’)連接的該嵌裝元件(12)為溫度感應器。
  14. 如申請專利範圍第10項所述的多LED系統，其中，該第一上金屬化(5、5’)與該其他下金屬化(7、7’)是經由第一層間電路接通(5、5’、13、13’、18、18’)連接。
  15. 一種多LED系統的載體，包含用來安裝多個LED(3、3’、3”)的載體(2)，以及由樹脂及/或聚合物材料製成的基體(4)，該基體(4)中有嵌裝多個ESD-保護元件(11、11’、11”)及至少一個溫度感應器(12)，該載體(2)包含設置在該基體(4)的正面上的上金屬化(5、5’、6、6’)，該上金屬化(5、5’、6、6’)包括用於接觸LED(3、3’、3”)的第一上金屬化(5、5’)及用於轉接接觸嵌裝元件(12)的第二上金屬化(6、6’)，該載體(2)包含用來連接該嵌裝元件(12)的下金屬化(7、7’、8、8’)，該下金屬化(7、7’、8、8’)安裝在該基體(4)的底面上，該嵌裝元件(12)是經由層間電路接通(15、15’)與該上金屬化(5、5’、6、6’)連接，而該上金屬化(5、5’、6、6’)則是經由其他層間電路接通(16、16’)與該下金屬化(7、7’、8、8’)連接，其中，該其他層間電路接通(16、16’)自該嵌裝元件(12)至經由該層間電路接通與該上金屬化連接之各該其他層間電路接通的側向間隔設置。
  16. 一種LED系統，包含：載體(2)及一個或多個安裝在該載體(2)上的發光二極體(3、3’、3”)，該載體(2)具有基體(4)，在該基體(4)中嵌裝有一個或多個電子元件(11、11’、11”、12)，該載體(2)具有設置在該基體(4)的正面上的上金屬化(5、5’、6、6’)，該上金屬化(5、5’、6、6’)包括用於接觸該LED(3、3’、3”)的第一上金屬化(5、5’)及用於轉接接觸嵌裝元件(12)的第二上金屬化(6、6’)，該載體(2)具有用於連接該嵌裝元件(12)的至少一個下金屬化(7、7’、8、8’)，該下金屬化(7、7’、8、8’)設置在該基體(4)的底面，該嵌裝元件(12)是經由層間電路接通(15、15’)與該第二上金屬化(6、6’)連接，而該第二上金屬化(6、6’)則是經由其他層間電路接通(16、16’)與該下金屬化(7、7’、8、8’)連接，其中，該其他層間電路接通(16、16’)在該嵌裝元件(12)的側向間隔設置。
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