專利名稱：一種鑲嵌式功率型led光源的封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，具體涉及光發(fā)射二極管為主要元件的一種照明光源；本發(fā)明還涉及該照明光源的封裝結(jié)構(gòu)，利用該結(jié)構(gòu)來制備照明光源的方法。
背景技術(shù)：
可見光的光發(fā)射二極管(LED)起源于20世紀(jì)90年代，是超高亮度LED應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，1991年，紅、橙、黃色AlGaInN類高亮度LED的實用化揭開了LED發(fā)展的新篇目，使LED的應(yīng)用從室內(nèi)走向室外，成功的應(yīng)用于各種交通信號燈、汽車尾燈、方向燈以及戶外信息顯示屏。藍(lán)色、綠色AlGaInN類超高亮度LED的相繼研制成功，實現(xiàn)了LED的超高亮度全色化。然而用于照明則是超高亮度LED拓展的又一全新領(lǐng)域，用LED半導(dǎo)體固體照明光源取代白熾燈和熒光燈等傳統(tǒng)玻殼照明燈已成為新世紀(jì)的發(fā)展目標(biāo)。
由此可見，功率型半導(dǎo)體固體照明光源的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化將成為今后發(fā)展的另一重要方向，其技術(shù)關(guān)鍵是不斷提高發(fā)光效率(lm/W)和每一器件(組件)的發(fā)光通量。功率型LED所用的外延材料采用MOCVD的外延生長技術(shù)或SiC和多量子阱結(jié)構(gòu)，雖然其內(nèi)量子效率還需進(jìn)一步提高，但獲得高發(fā)光通量的最大障礙仍是芯片取光效率很低。由于半導(dǎo)體與封裝環(huán)氧的折射率相差較大，致使內(nèi)部的全反射臨界角很小，有源層產(chǎn)生的光只有小部分被取出，大部分在芯片內(nèi)部經(jīng)多次反射而被吸收，成為超高亮度LED芯片取光效率很低的根本原因。
目前由于沿用了傳統(tǒng)的指示燈型LED制造工藝和封裝結(jié)構(gòu)，工作電流小，封裝熱阻高，不能滿足充分散熱的要求，致使LED芯片的溫度升高，造成器件光衰減加快。此外環(huán)氧樹脂變黃也將使光輸出降低。按照這種常規(guī)理念設(shè)計和制作的功率型LED根本無法達(dá)到高效率和高通量的要求，從而不能達(dá)到照明光源的要求。
功率型LED在大電流下產(chǎn)生比φ5mm白光LED大10-20倍的光通量，因此必須通過使用有效的散熱和采用不劣化的封裝材料來解決光衰減問題，管殼及封裝已成為研制功率型LED的關(guān)鍵技術(shù)之一，全新的LED功率型封裝設(shè)計理念主要?dú)w納為兩類一是單芯片功率型封裝；另一是多芯片功率型封裝。
有關(guān)LED的專利文獻(xiàn)很多，例如較早的JP8-102550，沒有具體敘述用于照明光源的封裝。同樣還有CN1296296，敘述了倒裝焊接的LED器件。CN1215503和1315057公開了LED器件及其制備，其中在電極上制作一些微型凸柱以便減少電極尺寸并且完善連接，它們都使用樹脂封裝。JP10-200186使用拋物線反光面，但它是垂直安裝。JP2001-156330在藍(lán)寶石襯底中摻雜鉻以便在550nm處有吸收，并且有炮彈型外殼聚光罩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高發(fā)光通量、高可靠性及低熱阻的功率型LED光源的封裝結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明另一個目的是提供一種利用該結(jié)構(gòu)來制備功率型LED光源的方法。
本發(fā)明鑲嵌式功率型LED光源包括基座1，LED芯片2，管殼3，填充膠體4和金絲5。
基座1的材料可以選用銅、鋁、AlN(氮化鋁)、BN(氮化硼)、SiCAl(碳化硅鋁)、陶瓷等高導(dǎo)熱率的金屬或非金屬，形狀為T形旋轉(zhuǎn)體，其頂部(即直徑小的一端)有一倒錐形凹坑11，該凹坑的直徑和深度根據(jù)需要確定，沒有嚴(yán)格限制；LED芯片2固定于該凹坑11的底部平面上，LED芯片的數(shù)量可為一個或多個。
管殼3由塑料體31與正負(fù)極引線32組成，固定成一個整體。引線的一端嵌入塑料體內(nèi)，并有部分表面露出，用于焊線，與LED芯片的電極連接；另一端伸出塑料體，并根據(jù)需要彎折成一定的形狀，用于與LED的電源連接。管殼的外形和正負(fù)極引線的位置分布根據(jù)需要確定。
基座1嵌入管殼3中并粘合固定，LED芯片2就處于塑料體31形成的一個錐形反射腔33內(nèi)。而同時基座的底部(即直徑大的一端)略微凸出塑料體。
在LED芯片2所在的錐形反射腔內(nèi)加入填充膠體5，優(yōu)選使用光學(xué)透過率高的柔性膠體，保護(hù)LED芯片及其電路結(jié)構(gòu)?？蛇x地，在LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)加入含有YAG粉的膠體，來改變光的顏色或色溫。
本發(fā)明鑲嵌式功率型LED光源的封裝制備方法包括步驟1.用沖壓或其他方法制備基座，基座頂部有一倒錐形凹坑，該凹坑的直徑和深度根據(jù)需要確定，凹坑底部平面的大小可容納LED芯片；2.用沖壓或其他方法制備引線，并用注塑的方法使塑料體與引線成為整體，形成管殼；3.將基座嵌入管殼中并粘合固定；4.用粘合劑或其他方法將LED芯片固定在基座頂部的凹坑內(nèi)；5.用金絲焊接LED芯片的電極和正負(fù)引線；6.在LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)加入填充膠體；7.可選地在LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)加入含有YAG粉的膠體。
基座的材料沒有嚴(yán)格限制，優(yōu)選使用銅、鋁、AlN(氮化鋁)、BN(氮化硼)、SiCAl(碳化硅鋁)、陶瓷等高導(dǎo)熱率的金屬或非金屬，有利于LED芯片的散熱，一般使用金屬，便于加工。倒錐形凹坑表面有較高光潔度，以便增強(qiáng)反光；底部平面方便固定LED芯片?；牡撞棵娣e較大，并略微凸出塑料體，便于LED光源安裝在散熱表面上并有助于熱量的傳導(dǎo)?？赏ㄟ^粘接方式固定芯片，優(yōu)選使用高導(dǎo)熱性能的膠粘接固定，這樣可有效的降低結(jié)構(gòu)的熱阻。管殼的塑料體形成的錐形反射腔表面有較高光潔度，其錐角和形狀可根據(jù)實際光學(xué)需要設(shè)計。在LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)加入填充膠體，可保護(hù)LED芯片及其電路結(jié)構(gòu)，優(yōu)選使用光學(xué)透過率高的柔性膠，能夠減少光損失并吸收壓力；可選地在LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)加入含有YAG粉的膠體，通過發(fā)出特定波長的光的芯片來激發(fā)YAG，可以獲得不同顏色的光。當(dāng)然，不同添加劑改變不同色澤或其他性能。


圖1是本發(fā)明中基座的立體圖；圖2是本發(fā)明中基座的剖面圖；圖3是本發(fā)明中管殼的立體圖；圖4是本發(fā)明中管殼的底部視圖；圖5是本發(fā)明中管殼的剖面圖；圖6是本發(fā)明功率型LED照明光源的封裝結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖7是本發(fā)明功率型LED照明光源的封裝結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖8是本發(fā)明功率型LED照明光源的封裝結(jié)構(gòu)的俯視圖。
具體實施例方式
下面參照附圖結(jié)合實施例進(jìn)一步詳述本發(fā)明。
實施例一請參閱圖1和圖2，基座1為T形旋轉(zhuǎn)體，材料為銅，用沖壓或其他方法加工。其頂部有一倒錐形凹坑11，該凹坑表面有較高光潔度，形成一光滑的反射面?；撞康膱A面有一缺口12，用于與管殼3之間的定位。
請參閱圖3、圖4和圖5，用注塑的方法使塑料體31與引線32成為整體，形成管殼3。引線的一端嵌入塑料體內(nèi)，并有部分表面露出，用于焊線，與LED芯片的電極連接；另一端伸出塑料體，并根據(jù)需要彎折成一定的形狀，用于與LED的電源連接。正負(fù)極引線分布在管殼兩側(cè)。管殼內(nèi)，上部是一錐形反射腔33，表面有較高光潔度，用于反射LED芯片發(fā)出的光線并容納填充膠體；下部形成臺階，與基座的尺寸相配合。
基座1從管殼3下方嵌入其中并粘合固定。嵌入后基座的底部略微凸出塑料體，便于LED光源安裝在散熱表面上并有助于熱量的傳導(dǎo)。
將LED芯片2用高導(dǎo)熱性能的膠直接固定在基座1的倒錐形凹坑11底部的平面上，使得芯片2產(chǎn)生的熱量能夠通過基座1迅速傳出。
LED芯片2的電極與管殼3內(nèi)的引線露出部分通過金絲5焊接。
向LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)加入光學(xué)透過率高的柔性膠體4，保護(hù)LED芯片及其電路結(jié)構(gòu)，吸收壓力，并盡量減少光損失。
封裝完成的功率型LED光源結(jié)構(gòu)如圖7和圖8所示。
實施例二基本按照與實施例一相同的步驟，不同的是向LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)填充含有一定比例的YAG粉的膠體，通過發(fā)出特定波長的光的芯片來激發(fā)YAG粉，以獲得所需顏色的光。
實施例三基本按照與實施例一相同的步驟，不同的是基座的材料為AlN(氮化鋁)。
實施例五基本按照與實施例一相同的步驟，不同的是基座的材料為SiCAl(碳化硅鋁)。
實施例六基本按照與實施例一相同的步驟，不同的是基座的材料為導(dǎo)熱陶瓷。
實施例七基本按照與實施例一相同的步驟，不同的是使用3個LED芯片封裝，混合成白色光。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點1)封裝結(jié)構(gòu)簡單，且封裝工藝簡便易實現(xiàn)；2)由于采用基座，而且芯片直接以高導(dǎo)熱性能的膠固定于該基座凹坑的底部，使芯片產(chǎn)生的熱量能夠迅速傳出；3)芯片置于反射腔內(nèi)，芯片發(fā)出的光線損失很少，提高取光效率；4)可改變反射腔來滿足不同的光學(xué)需要。
從上可知，本發(fā)明了提供一種熱阻低，可靠性高，發(fā)光通量高的功率型LED光源封裝結(jié)構(gòu)，并且提供了一種利用該結(jié)構(gòu)來制備功率型LED光源的方法。
以上詳細(xì)敘述了本發(fā)明的封裝結(jié)構(gòu)，顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可作許多改良和變換，例如封裝的結(jié)構(gòu)和尺寸以及材料的變化等，均落入本發(fā)明的精神范圍。
權(quán)利要求
1.一種鑲嵌式功率型LED光源的封裝結(jié)構(gòu)，包括基座，LED芯片，管殼，填充膠體和金絲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于基座的材料可以選用銅、鋁、AlN(氮化鋁)、BN(氮化硼)、SiCAl(碳化硅鋁)、陶瓷等高導(dǎo)熱率的金屬或非金屬，形狀為T形旋轉(zhuǎn)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于基座頂部(即直徑小的一端)有一倒錐形凹坑，該凹坑的直徑和深度根據(jù)需要確定，沒有嚴(yán)格限制，LED芯片固定于該凹坑的底部平面上，LED芯片的數(shù)量可為一個或多個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于管殼由塑料體與正負(fù)極引線組成，固定成一個整體。引線的一端嵌入塑料體內(nèi)，并有部分表面露出，用于焊線，與LED芯片的電極連接；另一端伸出塑料體，并根據(jù)需要彎折成一定的形狀，用于與LED的電源連接。管殼的外形和正負(fù)極引線的位置分布根據(jù)需要確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于基座嵌入管殼中并粘合固定后，LED芯片處于塑料體形成的一個錐形反射腔內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于基座嵌入管殼中并粘合固定后，基座的底部(即直徑大的一端)略微凸出塑料體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于在LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)加入填充膠體，優(yōu)選使用光學(xué)透過率高的柔性膠體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于可選地在LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)加入含有YAG粉的膠體，來改變光的顏色或色溫。
9.一種功率型LED光源的封裝制備方法，包括步驟用沖壓或其他方法制備基座，基座頂部有一倒錐形凹坑，該凹坑的直徑和深度根據(jù)需要確定，凹坑底部平面的大小可容納LED芯片；用沖壓或其他方法制備引線，并用注塑的方法使塑料體與引線成為整體，形成管殼；將基座嵌入管殼中并粘合固定；用粘合劑或其他方法將LED芯片固定在基座頂部的凹坑內(nèi)；用金絲焊接LED芯片的電極和正負(fù)引線；在LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)加入填充膠體；
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，進(jìn)一步包括可選地在LED芯片所在的錐形反射腔內(nèi)加入含有YAG粉的膠體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有高發(fā)光通量、高可靠性及低熱阻的功率型LED光源的封裝結(jié)構(gòu)。包括基座，LED芯片，管殼，填充膠體和金絲?；牟牧线x用高導(dǎo)熱率的金屬或非金屬，形狀為T形旋轉(zhuǎn)體，頂部有一倒錐形凹坑，LED芯片固定于凹坑的底部平面上。管殼由塑料體與正負(fù)極引線組成，固定成一個整體。引線的一端嵌入塑料體內(nèi)，并有部分表面露出；另一端伸出塑料體。基座嵌入管殼中并粘合固定，芯片就處于塑料體形成的一個錐形反射腔內(nèi)。同時基座的底部略微凸出塑料體。在反射腔內(nèi)加入填充膠體，保護(hù)芯片及其電路結(jié)構(gòu)?？蛇x地，在該反射腔內(nèi)加入含有YAG粉的膠體，改變光的顏色或色溫。本發(fā)明還提供一種利用該結(jié)構(gòu)來制備功率型LED光源的方法。
文檔編號H01L33/00GK1619851SQ20041009606
公開日2005年5月25日 申請日期2004年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月29日
發(fā)明者李明遠(yuǎn), 陳迎春, 肖俊 申請人:深圳市淼浩高新科技開發(fā)有限公司