專利名稱：高功率led封裝的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二級管(LED)封裝，更具體地，是涉及一種高功率LED封裝，其構(gòu)造可以提高熱輻射效率，從而減小了其尺寸和厚度。
背景技術(shù)：
LEDs是一種半導體，當被施加電壓的時候可以產(chǎn)生各種色彩的光。每個LED產(chǎn)生的光的色彩通常取決于LED的化學成分。LEDs的需求量持續(xù)增長，因為與使用燈絲的發(fā)光設備相比，它有多種優(yōu)點，比如它對頻繁的電源切換具有高的容限，抗振性能高，壽命長，驅(qū)動電壓低，優(yōu)良的啟動特性。
但是，LEDs也不是100％把電能轉(zhuǎn)換為光，從而產(chǎn)生相當多的熱量。所以，LEDs采用金屬引線架以把熱量輻射到外面，因為如果熱量輻射不充分，LEDs的內(nèi)部元件就會由于它們的熱膨脹系數(shù)的差異產(chǎn)生應力。
特別是，一些LEDs，比如高功率LEDs，近來被運用于大型液晶顯示器(LCDs)的照明系統(tǒng)和背光元件中。因為這些系統(tǒng)或者元件需要更大的功率，就要求這樣的高功率LEDs具有優(yōu)良的熱輻射性能。
圖1為現(xiàn)有的高功率LED封裝的透視剖視圖。參見圖1，LED封裝1包括一個比如用InGaN半導體制成的LED芯片2，一個用于在其上固定LED芯片2并且同時具有散熱功能的熱輻射組件或者金屬塊3，一個用于容納金屬塊3的殼體4，一個用于密封LED芯片2以及金屬塊3頂部的硅樹脂密封5，一個用于覆蓋硅樹脂密封5和一對導線7(只畫出一個)的塑料透鏡6，該導線7用于給LED芯片2提供電壓。同時，導線7和接線端7電氣連接。LED芯片2通過焊料和一個基板(未畫出)相連接，該基板把LED芯片2固定在金屬塊3上。
參見圖2，圖1中的LED封裝1被安裝在母板10上，導熱板9(比如一塊焊料)插在LED封裝1的金屬塊3和母板10之間，以利于它們之間的熱傳導。
圖1和2中所示的LED封裝1及其母板10上的支架結(jié)構(gòu)主要的目的是有效地把熱量輻射到外面。也就是說，把LED封裝1設計為把作為散熱器的金屬塊3直接或者通過導熱板9安裝在母板10上，目的是吸收LED芯片2產(chǎn)生的熱量，并把熱量輻射到外面。這樣，來自于LED芯片2的大部分熱量通過金屬塊3傳導到母板10上，只有小部分熱量通過包括殼體4和透鏡6的LED封裝1的表面輻射到空氣中。
由于這些原因，上述結(jié)構(gòu)的LED封裝在LED領域被廣泛采用。
但是，上述的現(xiàn)有LED封裝的熱輻射結(jié)構(gòu)體積太大，從而限制了照明系統(tǒng)的微型化。而且這種結(jié)構(gòu)比較復雜，阻礙了LED封裝的自動化生產(chǎn)，并且需要把大量的元件組裝在一起，這樣就提高了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是用來解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，所以本發(fā)明的一個目的就是提供一種可以提高熱輻射效率以便減小其尺寸和厚度的高功率LED封裝。
本發(fā)明的另一個目的是，為了避免在最后的封裝切割過程當中引線框的形變直接轉(zhuǎn)移到芯片上，在引線框和上述LED封裝的LED芯片之間插入一塊硅樹脂基板。
根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)上述目的的一個方面，提供了一種發(fā)光二級管(LED)封裝，它包括由高反射率金屬制成的基本上為平面的第一和第二引線框，它們彼此間隔預定的間隙；固定在至少一個引線框上的LED芯片，各自具有接線端和引線框電氣連接；以及由樹脂制成的封裝體，用來將LED芯片密封到其中，同時用來牢靠地固定其底部的引線框。
在本發(fā)明的LED封裝中，優(yōu)選的是，樹脂填充在第一和第二引線框之間的間隙里面。
優(yōu)選的是，該封裝體可以包括第一樹脂，用來覆蓋LED芯片以及與LED芯片相鄰的引線框的預定部分；以及第二樹脂，用來覆蓋第一樹脂和引線框的其余部分。
另外，本發(fā)明的LED封裝還可以進一步包括一個放在第一和第二引線框上的硅樹脂基板，用來將LED芯片固定到其上。


圖1是現(xiàn)有高功率LED封裝的剖視透視圖；圖2是圖1中的高功率LED封裝安裝在母板上的剖視圖；圖3是本發(fā)明的第一個個實施例的高功率LED封裝的平面圖；圖4是圖3中的高功率LED封裝的剖視圖；圖5表示本發(fā)明的第一個實施例中的高功率LED封裝安裝在印刷電路板時的熱傳導過程的剖視圖；圖6是本發(fā)明的第二個實施例的高功率LED封裝的平面圖；
圖7是圖6中的高功率LED封裝的剖視圖；圖8是本發(fā)明的第三個實施例的高功率LED封裝的平面圖；圖9是圖8中的高功率LED封裝的剖視圖；圖10本發(fā)明的第四個實施例的高功率LED封裝的平面圖；圖11是圖10中的高功率LED封裝的剖視圖；圖12是本發(fā)明的第五個實施例的高功率LED封裝的平面圖；圖13是圖12中的高功率LED封裝的剖視圖；圖14是本發(fā)明的第六個實施例的高功率LED封裝的平面圖；圖15是圖14中的高功率LED封裝的剖視圖；圖16是本發(fā)明的第七個實施例的高功率LED封裝的平面圖；圖17至20表示生產(chǎn)如圖14和15所示的本發(fā)明的第六個實施例中的LED封裝的制造方法的分步驟剖視圖；圖21至23表示生產(chǎn)如圖16所示的本發(fā)明的第七個實施例中的LED封裝的制造方法的分步驟剖視圖；和圖24是本發(fā)明的第八個實施例的LED封裝的剖視圖。
優(yōu)選實施例從下面結(jié)合附圖的詳細說明中，將使得本發(fā)明的上述和其它目的，特點以及其它的優(yōu)點更加清楚。
圖3是本發(fā)明的第一個實施例的高功率LED封裝的平面圖，圖4為圖3中的高功率LED封裝的剖視圖。
參見圖3和4，本發(fā)明的第一個實施例中的高功率LED封裝100包括一個LED芯片102，它被固定在基本上為平面并且彼此間隔預定間隙G的第一和第二引線框104和106之上。樹脂制成的封裝體110牢靠地將引線框104和106固定在其底部，同時將LED芯片102密封到其中。
第一引線框104由兩部分組成，它們和第二引線框106的兩側(cè)相鄰并且間隔開間隙G。第一和第二引線框104和106都由高反射率金屬制成，以有效地向上反射來自于LED芯片2的光。優(yōu)選的是，第一和第二引線框104和106由Ag制成，或者用Ag電鍍或者覆涂。
LED102的一個電極，比如正極通過一組焊接凸起108和第一引線框104電氣連接，LED102的另外一個電極，比如負極通過另一組焊接凸起108和第二引線框106電氣連接。
同時，第一和第二引線框104和106被附在樹脂制成的封裝體110上面，并牢靠地固定在其上。也就是，很明顯第一和第二引線框104和106保持在主要基于和封裝體110的連接的位置上，因為第一和第二引線框104和106只是通過焊接凸起108分別和LED芯片102電氣連接，但是彼此間隔開間隙G。
這樣，封裝體110最好由具有高粘著力的樹脂制成，目的是牢靠地固定其底部的第一和第二引線框104和106，并且同時密封其中的LED芯片2。同時，封裝體110的樹脂也填充在第一和第二引線框104和106之間的間隙G，使得LED封裝100的整個下側(cè)基本為平面。封裝體110通過在LED芯片102以及引線框104和106上施加樹脂形成，優(yōu)選地是，可以用一個模型通過傳遞模塑法使其形成均勻的凸起外形。
封裝體110的樹脂可以有各種選擇，最好是選擇那些可以承受來自于LED芯片102的熱量，同時有效地把來自于LED的光傳送到外面的樹脂。并且，樹脂最好含有防止紫外線從LED芯片102輻射到外面的紫外線吸收劑和/或用來調(diào)整色彩的熒光劑。進一步，樹脂最好具有至少可以阻礙外部化學或者物理影響的化學和物理特性。
圖5是本發(fā)明的第一個實施例中的高功率LED封裝100安裝在印刷電路板(PCB)120上時的剖視圖。如圖5所示，當本發(fā)明的LED封裝100安裝在PCB120上時，LED封裝100通過加在PCB120表面的焊接劑(未畫出)安裝在PCB120上面。這樣，LED封裝100的引線框104和106與PCB120的接觸面積比現(xiàn)有的LED封裝更大。
這種結(jié)構(gòu)有一個優(yōu)點就是，大面積的引線框104和106直接和PCB120接觸， 就形成了一個相對較大的熱傳導面積。參考圖5加以描述，當LED芯片102發(fā)出產(chǎn)生熱量的光時，這些熱量按照如圖5中箭頭所示的方向通過引線框104和106傳送到PCB120。也就是，引線框104和106既起反射體的作用，又起散熱和/或?qū)岚宓淖饔谩Ｔ谶@種情況下，基本上LED芯片102的整個面積和引線框104和106接觸，基本上引線框104和106的整個面積也和PCB120接觸，從而獲得一個大的導熱面積，這樣LED芯片102產(chǎn)生的熱量就可以有效地通過引線框104和106輻射到PCB120。
圖6是本發(fā)明的第二個實施例的高功率LED封裝的平面圖，圖7是圖6中的高功率LED封裝的剖視圖。參見圖6和7，除了LED芯片202以及第一和第二引線框204和206的方向不同外，本發(fā)明的第二個實施例的LED封裝200和第一個實施例中的LED封裝100具有基本上相同的結(jié)構(gòu)。這樣，具有實質(zhì)上同樣功能的部件標以同樣的標號，每個標號加100，其說明也將用第一個實施例的說明予以代替，將其省略。
圖8是本發(fā)明的第三個實施例的高功率LED封裝的平面圖，圖9是圖8中的高功率LED封裝的剖視圖。參考圖8和9，基于與第一和第二個實施例中的倒裝晶片型的LED封裝100和200不同的引線結(jié)合方式，形成第三個實施例的LED封裝300。
也就是，固定在反射體306上的LED芯片302具有第一和第二電極(未畫出)，它們通過導線308(最好由Au制成)與第一和第二引線框304a和304b電氣連接，第一和第二引線框304a和304b與反射體306間隔開預定間隙G。
第一和第二引線框304a和304b以及反射體306由高反射率的金屬制成，以便有效地向上反射來自于LED芯片302的光。優(yōu)選的是，第一和第二引線框304a和304b以及反射體306由Ag制成，或者用Ag電鍍或者覆涂。
樹脂制成的封裝體310牢靠地將第一和第二引線框304a和304b以及反射體306固定在其底部，同時密封其中的LED芯片302。這種結(jié)構(gòu)使得LED芯片302被密封并且固定在封裝體310和反射體306之間。這樣，封裝體310最好用具有強粘著力的樹脂制成，目的是牢靠地將第一和第二引線框304a和304b以及反射體306固定在其底部，同時密封其中的LED芯片302。同時，樹脂的其它性能和第一個實施例中的樹脂基本上相同。
圖10是本發(fā)明的第四個實施例的高功率LED封裝的平面圖，圖11是圖10中的高功率LED封裝的剖視圖。參見圖10和11，除了第二引線框406是能夠單獨固定其上的LED芯片402之外，本發(fā)明的第四個實施例中的LED封裝400和第三個實施例中的LED封裝300結(jié)構(gòu)基本相同。這樣，具有基本上相同功能的部件標以和第三個實施例相同的標號，但每個標號加100，其說明將用第三個實施例連同前面的第一和第二個實施例的說明予以代替，將其省略。
圖12是本發(fā)明的第五個個實施例的高功率LED封裝的平面圖，圖13是圖12中的高功率LED封裝的剖視圖。參考圖12和圖13，和第一個實施例的LED100的技術(shù)特征不同的是，第五個實施例的LED封裝500具有一個擋板514，該擋板具有傾斜的內(nèi)側(cè)壁514a，所述內(nèi)側(cè)壁514a位于第一和第二引線框504和506以及樹脂制成的封裝體510的周圍。這樣，其它的結(jié)構(gòu)和LED封裝100的結(jié)構(gòu)基本上相同，具有基本相同功能的部件標以相同的標號，但其首位為5。
圖14是本發(fā)明的第六個實施例的高功率LED封裝的平面圖，圖15是圖14中的高功率LED封裝的剖視圖。參見圖14和15，本發(fā)明的第六個實施例的高功率LED封裝600包括基本上為平面且彼此間隔預定間隙G的第一和第二引線框604和606，以及固定在引線框604和606上的LED芯片602。每個第一引線框604具有用來在其上固定LED芯片602的固定區(qū)604a、外部區(qū)604b、以及在固定區(qū)604a和外部區(qū)604b之間形成的臺階604c。第二引線框606具有固定區(qū)606a、外部區(qū)606b以及在固定區(qū)606a和外部區(qū)606b之間形成的臺階(未畫出)，它和臺階604c的形狀相同。優(yōu)選的是，外部區(qū)604b與固定在焊接凸起608之上的LED芯片602齊平或者高出。
LED芯片602被包在密封610里面，該密封610用來牢靠地固定其底部的固定區(qū)604a和606a。密封610通過施加樹脂，比如硅樹脂形成，最好是用模具通過傳遞模塑法形成均勻的凸起外形。優(yōu)選的是，密封610的樹脂含有用來防止紫外線從LED芯片向外輻射的紫外線吸收劑和/或用來調(diào)節(jié)色彩的熒光劑。在這種情況下，密封610的樹脂也填充在第一和第二引線框604和606之間的間隙G之中，使得LED封裝的整個下側(cè)表面基本為平面。
第一引線框604由兩部分組成，它們和第二引線框606的兩側(cè)相鄰，并隔開預定間隙G。第一和第二引線框604和606由高反射率的金屬制成，以有效地向上反射來自于LED芯片602的光。優(yōu)選的是，引線框604和606可以由Ag制成，或者用Ag電鍍或者覆涂。第一引線框604的臺階604c和第二引線框606的臺階(未畫出)共同把通過LED602的側(cè)面發(fā)出的光引導到向上的方向。
同時，LED芯片602的一個電極，比如正極，通過一組焊接凸起608和第一引線框604電氣連接，另外一個電極，比如負極，通過另外一組焊接凸起608和第二引線框606電氣連接。
透鏡612形成于硅樹脂密封610的上部，由透明的樹脂比如環(huán)氧樹脂制成。透鏡612和密封610共同牢靠地固定第一和第二引線框604和606，同時保護密封610不受外部環(huán)境的影響。也就是，因為第一和第二引線框604和606只是通過焊接凸起608和LED芯片602電氣連接，但是彼此間隔開間隙G，它們主要是通過與形成封裝體以及透鏡612的密封610的連接來保持在位。
這樣，形成封裝體的密封610和透鏡612最好是由具有強粘著力的樹脂制成，目的是牢靠地將其下面的第一和第二引線框604和606固定在其底部，同時將LED芯片602密封到其中。
密封610和透鏡612的樹脂可以有各種選擇，最好選擇可以承受來自于LED芯片602的熱量，同時有效地把來自于LED芯片602的光透射到外面的樹脂。并且，透鏡612的樹脂最好具有至少可以阻礙外部化學或者物理影響的化學和物理特性。
圖16是本發(fā)明的第七個實施例的高功率LED封裝的平面圖。如圖16所示，除了帶有傾斜內(nèi)側(cè)壁714a的擋板714直接位于第一引線框臺階704c和第二引線框706的臺階(未畫出)之上，以及樹脂制成的密封材料710在擋板714之中形成之外，第七個實施例的LED封裝700和第六個實施例的LED封裝600具有相同的結(jié)構(gòu)。這樣，LED封裝700的其余說明將用LED封裝600的說明代替，將其省略，具有相同功能的部件標以相同的標號，但首位為7。
下面參見圖17到20，描述制造如圖14和15所示的第六個實施例中的LED封裝600的方法。
首先，準備若干LED芯片602，然后如圖17所示把焊接凸起附在電極上。
把帶有焊接凸起608的LED芯片602翻轉(zhuǎn)過來，并且固定在引線框片604、606的固定區(qū)604a和606a上，若干第一和第二引線框如圖18所示依次連接。
下一步，密封樹脂，比如硅樹脂被施加到LED芯片602和固定區(qū)604a與606a的上面并形成如圖19所示的密封610?？梢赃x擇的是，可以用模型進行傳遞塑模塑使得密封610形成均勻的凸起外形。
在圖20中，在包括密封610和引線框片604、606的整個結(jié)構(gòu)上施加希望的樹脂，然后干燥形成帶有連接透鏡612的LED片狀結(jié)構(gòu)。這樣，修整LED片狀結(jié)構(gòu)，并通過沖壓等方法，沿著點線L切割，就生產(chǎn)出若干LED封裝600。
下面參見圖21到23，描述獲得第七個實施例中的LED封裝700的另外一種LED封裝方法。
除了帶有傾斜內(nèi)側(cè)壁714a的擋板714直接放置在第一引線框臺階704a和第二引線框706的臺階(未畫出)之上，并且有一個樹脂制成的密封材料710在擋板714里面形成不同之外，圖21到23所示的LED封裝制造方法和圖17到20所示的LED封裝的制造方法基本相同。這樣，其余的說明將用上述的說明并結(jié)合圖17到20予以代替，相應的元件標以同樣的標號，但首位數(shù)字為7。
圖24是本發(fā)明的第八個實施例的高功率LED封裝的剖視圖。參見圖24，本發(fā)明的第八個實施例的LED封裝800具有基本上為平面的第一和第二引線框804和806，它們彼此間隔預定的間隙G，一個固定在第一和第二引線框804和806上面的硅樹脂基板820，以及固定在硅樹脂基板820上面的LED芯片802。
第一和第二引線框804和806由高反射率的金屬制成，目的是有效地向上反射來自于LED芯片802的光。優(yōu)選的是，引線框804和806由Ag制成，或者用Ag電鍍或者覆涂。
硅樹脂基板820上面印刷有金屬圖案(未畫出)，它和LED芯片802的焊接凸起808連接，以便分別通過導線816(最好為Au制成)和引線框804和806電氣連接。結(jié)果，LED芯片802的一個電極，比如正極通過焊接凸起808、硅樹脂基板820的某些金屬圖案以及導線816和第一引線框804電氣連接。LED芯片802的另外一個電極，比如負極以同樣的方式和第二引線框806電氣連接。
硅樹脂基板820的水平和垂直尺寸大于固定在其上的LED芯片802約300到500μm，最好是400μm。另外，硅樹脂基板820具有高的導熱率，可以有效地把來自于LED芯片802的熱量透射到下面的引線框804和806。優(yōu)選的導熱率為100W/m.K，更優(yōu)選的是200W/m.K。作為參考，引線框的典型導熱率約為300W/m.K。
當如圖20和23所示的透鏡片狀結(jié)構(gòu)被沖壓成分立的LED封裝600和700，引線框的形變有可能直接轉(zhuǎn)移到LED芯片并損壞它。硅樹脂基板820避免了這種形變直接轉(zhuǎn)移到LED芯片802，從而提高了最后的LED封裝800的可靠性。
LED芯片802被密封材料810所密封，密封材料810牢靠地將其下面的硅樹脂基板820固定在引線框804和806上。密封材料810在一個擋板814之內(nèi)形成，擋板具有位于第一和第二引線框804和806周圍的傾斜的內(nèi)側(cè)壁814a。擋板814由高反射率的金屬制成，最好是Ag?？蛇x擇的是，傾斜的內(nèi)側(cè)壁814a可以用Ag電鍍或者覆涂。密封材料通過施加樹脂比如硅樹脂形成，并可以通過傳遞模塑法形成，目的是具有均勻的凸起外形。下面，密封材料810的詳細特征可用前面敘述的第一到第七個實施例的特征予以代替，將其省略。
由透明樹脂比如環(huán)氧樹脂制成的透鏡812形成在硅樹脂密封材料810之上，透鏡812的詳細特征也可引述前面敘述的第一到第七個實施例的特征，將其省略。
上述的第八個實施例的LED封裝800具有平坦的第一和第二引線框804和806，第一和第二引線框也可以象第六個和第七個實施例那樣形成臺階狀，把LED芯片放置在其上形成的固定區(qū)。
如上所述，本發(fā)明可以提高高功率LED封裝的導熱效率并且減小其尺寸和厚度。所以，它可以簡化制造工藝，從而提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
進一步，硅樹脂基板位于引線框和LED芯片之間，目的是避免在最后的切割步驟中引線框的形變直接轉(zhuǎn)移到芯片，從而提高了LED封裝的可靠性。
結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，對本領域的技術(shù)人員顯而易見的是，在不背離權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以作改進和變化。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二級管(LED)封裝包括基本上為平面的由高反射率的金屬制成的第一和第二引線框，它們彼此間隔開預定的間隙；固定在至少一個引線框上的LED芯片，它具有接線端分別和引線框電氣連接；和一個由樹脂制成的封裝體，它用來將LED芯片密封到其中，同時牢靠地固定其底部的引線框。
2.權(quán)利要求1所述的LED封裝，其特征在于，所述的樹脂填充在第一和第二引線框之間的間隙。
3.權(quán)利要求1所述的LED封裝，其特征在于，所述的引線框從LED封裝的中心向LED封裝的外圍形成臺階，所述的LED封裝上固定有LED芯片。
4.權(quán)利要求1所述的LED封裝，其特征在于，所述的封裝體具有凸起的上表面。
5.權(quán)利要求1所述的LED封裝，其特征在于，所述的封裝體包括用來覆蓋LED芯片和與LED芯片相鄰的引線框的預定部分的第一樹脂；和用來覆蓋第一樹脂和引線框其余部分的第二樹脂。
6.權(quán)利要求1所述的LED封裝，其特征在于，所述的第一樹脂具有凸起的上表面。
7.權(quán)利要求5所述的LED封裝，其特征在于，所述的第一樹脂至少含有紫外線吸收劑和熒光劑中的一種。
8.權(quán)利要求5所述的LED封裝，其特征在于，所述的第二樹脂至少含有紫外線吸收劑和熒光劑中的一種。
9.權(quán)利要求5所述的LED封裝，其特征在于，所述的第一樹脂為硅樹脂。
10.權(quán)利要求5所述的LED封裝，其特征在于，所述的第二樹脂為環(huán)氧樹脂。
11.權(quán)利要求1所述的LED封裝，其特征在于，封裝體樹脂至少含有紫外線吸收劑和熒光劑中的一種。
12.權(quán)利要求1所述的LED封裝，進一步包括位于LED芯片周圍的引線框上面的擋板，并且所述擋板和LED芯片間隔開預定的間隙。
13.權(quán)利要求12所述的LED封裝，其特征在于，所述的擋板由高反射率的金屬制成。
14.權(quán)利要求12所述的LED封裝，其特征在于，所述的擋板由Ag制成。
15.權(quán)利要求1所述的LED封裝，進一步包括一個位于第一和第二引線框上面的硅樹脂基板，該硅樹脂基板用來將LED芯片固定在其上。
全文摘要
一種高功率LED封裝，其中由高反射率的金屬制成的基本上為平面的第一和第二引線框彼此間隔預定的間隙。一個LED芯片被固定在至少一個引線框上面，并具有接線端分別和引線框電氣連接。樹脂制成的封裝體將LED芯片密封在其中，并同時牢靠地將引線框固定在其底部。優(yōu)選的是，密封材料填充到第一和第二引線框之間的間隙里面。該LED封裝的結(jié)構(gòu)可以有效地提高熱輻射效率，從而減小其尺寸和厚度。
文檔編號H01L27/15GK1670973SQ20041007133
公開日2005年9月21日 申請日期2004年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月15日
發(fā)明者李善九, 樸承模, 樸贊旺, 樸正圭 申請人:三星電機株式會社