專利名稱：發(fā)光二極管封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過直接連接發(fā)光二極管封裝與金屬板而具有改進(jìn)的散熱路徑的發(fā)光二極管封裝。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)是包括諸如GaAs、AlGaAs、GaN, InGaN, AlGaInP等化合物半導(dǎo)體材料的雙端二極管元件。當(dāng)將電力施加給陰極端子和陽極端子時(shí)，LED發(fā)出可見光，可見光具有根據(jù)電子和空穴的復(fù)合而產(chǎn)生的光能?？梢酝ㄟ^將紅光LED、綠光LED和藍(lán)光LED三色組合、或者將熒光物與藍(lán)光LED組合來實(shí)現(xiàn)發(fā)出白光的白光LED。白光LED的出現(xiàn)將LED的應(yīng)用領(lǐng)域從電子產(chǎn)品的指示器延伸到日用產(chǎn)品、廣告面板等，近來，由于LED芯片具有高效率，它們被用來替代一般的照明光源，例如街燈、車輛前照燈、熒光燈等。高功率、高亮度的LED正應(yīng)用于各種照明裝置。隨著LED的接合表面產(chǎn)生越來越多的熱，LED的效率和使用壽命受到影響。因此，對(duì)于高功率、高亮度的LED封裝，急需一種用于釋放或耗散LED芯片所產(chǎn)生的熱的設(shè)計(jì)。施加給LED封裝的能量中約15%的能量轉(zhuǎn)化為光，而約85%的能量以熱量的形式消耗。LED芯片溫度的增加使得LED封裝的故障率增加。對(duì)于樹脂注塑型LED封裝，塑料樹脂的低導(dǎo)熱率妨礙了在至少0. 2ff/mK的LED芯片中設(shè)置有效的散熱結(jié)構(gòu)(或熱沉結(jié)構(gòu))。為此，目前樹脂注塑型LED封裝用于低亮度或采用小于0. 1瓦的LED芯片的指示器。為了改善樹脂注塑型LED封裝的散熱結(jié)構(gòu)，已開發(fā)出具有位于LED芯片下方的、由銅(300至400W/mK的熱導(dǎo)率)或鋁(150至180W/mK的熱導(dǎo)率)制成的熱沉的封裝結(jié)構(gòu)。具有熱沉的樹脂注塑型LED封裝因經(jīng)由熱沉金屬直接釋放熱量而實(shí)現(xiàn)良好的散熱，因此它可以應(yīng)用于至少0. 1瓦的LED封裝。然而，這種樹脂注塑型LED在樹脂材料與熱沉的金屬核心之間可能因二者不同的熱膨脹系數(shù)而出現(xiàn)裂紋，因而造成可靠性的問題。為了改善散熱結(jié)構(gòu)，可以采用由金屬制成的LED封裝體。封裝體的材料可以是鋁、
銅等。這種結(jié)構(gòu)具有良好的散熱特性，但是可能會(huì)造成可靠性問題，諸如由濕氣或空氣的
滲透造成的電極氧化，這是由于與填充在發(fā)光部分中的透明硅或樹脂的熱膨脹系數(shù)上的差
異導(dǎo)致用于與LED芯片的電極表面連接的金線被切斷、或者金屬與硅或樹脂之間的界面破 m農(nóng)。對(duì)于采用陶瓷作為封裝體材料的LED封裝，陶瓷使LED封裝具有高的環(huán)境抵抗力、 低的熱膨脹系數(shù)、抗紫外線能力、與硅表面接合的性能，從而LED封裝可以用作需要高可靠性的LED封裝。陶瓷材料可以采用氧化鋁或低溫共燒結(jié)陶瓷(LTCC)材料。具有比金屬的熱導(dǎo)率低的、在15W/mK與20W/mK之間的氧化鋁適用于0. 2瓦至1瓦級(jí)別的LED封裝，而具有3W/mK的低熱導(dǎo)率的LTCC對(duì)于高功率LED封裝是不足的。為了改進(jìn)這一點(diǎn)，嘗試了通過在LED封裝中形成熱通孔、并用諸如銀(Ag)的金屬填充熱通孔來提高熱釋放效率。
對(duì)于由Laminar Ceramics Inc.公司(美國)開發(fā)的陣列型LED，共燒結(jié)具有相似熱膨脹系數(shù)的金屬和陶瓷，由此產(chǎn)生陶瓷層以實(shí)現(xiàn)電極間絕緣，并在陶瓷上設(shè)計(jì)電極和電路，以經(jīng)由金屬來釋放LED芯片所產(chǎn)生的熱，從而陣列型LED封裝實(shí)現(xiàn)較好的散熱性能。然而，為了同時(shí)燒結(jié)異質(zhì)的陶瓷和金屬，這種LED封裝需要選擇昂貴的特殊材料，且需要非常復(fù)雜的工藝管理，因而導(dǎo)致極高的制造成本。為了釋放LED封裝的熱，通常使用一種將LED封裝焊接在昂貴的金屬印刷電路板 (PCB)或熱復(fù)合板上的方法。在這種情況下，從LED封裝產(chǎn)生的熱經(jīng)由金屬PCB釋放。金屬PCB具有在鋁基板上層疊樹脂層、銅箔層、阻焊層的結(jié)構(gòu)。樹脂層用來提供銅箔層與銅箔層下方的金屬基板之間的電絕緣，并形成銅箔層與金屬基板之間的傳熱路徑。從LED封裝產(chǎn)生的熱經(jīng)受通過金屬PCB的銅箔層的第一次傳導(dǎo)，然后經(jīng)由樹脂層傳遞至下方的金屬基板。因此，為了使散熱結(jié)構(gòu)有效，樹脂層需要具有提高的熱導(dǎo)率。金屬PCB中使用的樹脂層的熱導(dǎo)率處在約1. OW/m至2. 2ff/mK的范圍內(nèi)。金屬PCB需要以下方法將鋁和銅箔彼此面對(duì)面耦合、并將樹脂置于它們之間、可靠地將具有不同熱膨脹系數(shù)的兩種金屬接合，以及降低在接合性能和熱膨脹中產(chǎn)生的兩種金屬之間的應(yīng)力。銅的熱膨脹系數(shù)約為17ppm/K，鋁的熱膨脹系數(shù)約為25ppm/K。為了滿足金屬PCB的樹脂層中所需的性能，金屬PCB中使用的樹脂層具有約0. 075mm至0. 30mm的相對(duì)較厚的厚度。樹脂層的這種厚度妨礙了金屬PCB中的銅箔層與金屬基板之間的熱流動(dòng)。關(guān)于金屬PCB中的熱傳遞，具體而言，從LED芯片產(chǎn)生的熱借助于LED封裝的封裝體、以及金屬PCB的焊接層、銅箔層、樹脂層以及鋁基板而沿著傳熱路徑釋放，在這種情況下，樹脂層具有低的熱傳導(dǎo)，由此在熱傳導(dǎo)流動(dòng)中造成熱釋放的瓶頸現(xiàn)象。當(dāng)以陣列形式在金屬PCB上安裝LED封裝時(shí)，僅具有金屬PCB的熱釋放效果低，因此可以在金屬PCB的下表面安裝熱沉以釋放熱，在這種情況下，可以在金屬PCB與熱沉之間施加熱油脂，以去除金屬PCB與熱沉之間的空氣層。然而，在這種情況下，熱油脂具有約2 至3W/mK的低熱導(dǎo)率，這妨礙了熱流動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明旨在提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)散熱結(jié)構(gòu)的LED封裝，以便以低成本提高LED效率并延長使用壽命。此外，本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種通過改進(jìn)LED封裝與金屬板(或熱沉)之間的接合方法來提高LED封裝的熱釋放效率的方法。技術(shù)方案在本發(fā)明的一個(gè)方面中，一種發(fā)光二極管(LED)封裝包括封裝體，所述封裝體包括LED ；底部傳熱金屬層，所述底部傳熱金屬層形成在封裝體的底部上；以及金屬板，所述金屬板與底部傳熱金屬層接合。底部傳熱金屬層通過諸如Ag環(huán)氧基樹脂的粘合劑或焊料而與金屬板接合，并且金屬板僅包括金屬而不包括樹脂層。在本發(fā)明的另一方面中，一種發(fā)光二極管(LED)封裝包括封裝體，所述封裝體包括LED和齊納二極管；傳熱金屬填充件，所述傳熱金屬填充件包括填充以穿通形式形成在封裝體中的通孔的金屬；以及金屬板，所述金屬板與傳熱金屬填充件接合，其中，傳熱金屬
5填充件通過諸如Ag環(huán)氧基樹脂的粘合劑或焊料而與金屬板接合，且金屬板僅包括金屬而不包括樹脂層。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，一種發(fā)光二極管(LED)封裝包括封裝體，所述封裝體包括LED和齊納二極管；傳熱金屬填充件，所述傳熱金屬填充件包括填充以穿通形式形成在封裝體中的通孔的金屬；底部傳熱金屬層，所述底部傳熱金屬層形成在封裝體的底部上； 以及金屬板，所述金屬板與底部傳熱金屬層接合。技術(shù)效果在本發(fā)明中，LED封裝被接合到不具有樹脂層的廉價(jià)金屬板。因此，可以防止由于形成在現(xiàn)有金屬PCB中的樹脂層而出現(xiàn)的熱量流動(dòng)的瓶頸現(xiàn)象，從而可以最大化熱釋放效果，并且，由于代替昂貴的金屬PCB而使用了廉價(jià)金屬板，因此可以提高各種照明器件的成本。


由以下對(duì)結(jié)合附圖給出的優(yōu)選實(shí)施例的描述，可以明顯獲知本發(fā)明的上述和其它目的和特征，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的LED封裝的剖視圖；圖2是圖1所示的LED封裝的平面圖；圖3是圖1所示的LED封裝的仰視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的LED封裝的剖視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的LED封裝的剖視圖；圖6是說明圖1、圖4和圖5所示的LED封裝與熱沉之間的接合的剖視圖；圖7和圖8是說明圖1、圖4和圖5所示的LED封裝的電路配置實(shí)例的圖；圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的LED封裝的外部的立體圖；圖10是圖9所示的LED封裝的剖視圖；圖11是嵌入在圖9所示的LED封裝中的LED芯片的等效電路圖；圖12是說明在LED封裝中當(dāng)LED封裝焊接到金屬板上時(shí)圖9中的LED封裝的陽極和陰極電極短路的實(shí)例的剖視圖；圖13是示出LED封裝的陽極和陰極電極被抬起以防止諸如圖12的短路的實(shí)例的剖視圖；圖14是說明與圖13的LED封裝接線連接的剖視圖；圖15是示出用絕緣帶或絕緣管包覆圖13的LED封裝的電極和接線的接合部分的實(shí)例的剖視圖；圖16是說明將絕緣焊盤或絕緣板附接至其上接合了圖13的LED的金屬板的實(shí)例的剖視圖；圖17是說明當(dāng)圖13的LED封裝共同附接至單個(gè)金屬板時(shí)所產(chǎn)生的LED短路缺陷的原因的等效電路圖；圖18是說明圖13的LED封裝以一對(duì)一的方式與分離的金屬板接合、且LED封裝串聯(lián)連接的實(shí)例的剖視圖；圖19是如圖18所示串聯(lián)連接的LED封裝的等效電路圖；以及
圖20是說明在單個(gè)金屬板上串聯(lián)連接多個(gè)LED封裝的實(shí)例的剖視圖。最佳實(shí)施方式本發(fā)明的發(fā)光二極管(LED)封裝，包括封裝體，所述封裝體包括LED ；底部傳熱金屬層，所述底部傳熱金屬層形成在所述封裝體的底部上；以及金屬板，所述金屬板與所述底部傳熱金屬層接合。
具體實(shí)施例方式在根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的LED封裝中，LED封裝的封裝體的整個(gè)底部包覆有可焊接的金屬，且LED封裝的底部直接焊接至廉價(jià)的金屬板(或熱沉)，以經(jīng)由焊接層和金屬板來釋放從LED芯片產(chǎn)生的熱量，從而增加熱釋放效率。這里，廉價(jià)的金屬板(或熱沉)僅包括金屬而不包括樹脂層。表面電鍍鎳以允許焊接的銅板或鋁板可以用作所述金屬板(熱沉)。焊接金屬可以包括96. 5%的錫(Sn)、3%的銀(Ag)和0.5%的銅(Cu)。根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，利用粘合劑(或接合件等)、諸如具有約3W/mK的熱導(dǎo)率的Ag環(huán)氧基樹脂等，將LED封裝與不包括樹脂層的廉價(jià)金屬板接合。Ag環(huán)氧基樹脂包括在其中所添加的Ag粉，從而它具有較高的熱導(dǎo)率。由于LED封裝的底部焊接到金屬板(或熱沉)、或者經(jīng)由薄的樹脂層接合至金屬板，因此將陽極電極和陰極電極形成在LED封裝的上部、或者彎向金屬板的上側(cè)，以防止 LED封裝的電極經(jīng)由金屬板短路。金屬板可以用作地線，在這種情況下，LED封裝的底部金屬層可以與陽極電極或陰極電極連接?？梢越?jīng)由引線將電能從外部電源提供給焊接到金屬板的LED封裝，或者經(jīng)由具有電路圖案的FR4(阻燃劑合成物4)PCB和與之相連的引線而將電能從外部電源提供給焊接到金屬板的LED封裝。將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。在本說明書中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。在描述本發(fā)明時(shí)，如果相關(guān)已知功能或構(gòu)造的詳細(xì)描述被認(rèn)為會(huì)不必要地對(duì)本發(fā)明的主旨造成歧義則省略這些解釋，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)可以理解這些解釋。考慮到對(duì)說明書描述的便利，可能選擇以下描述中所使用的元件名稱，但其可能與實(shí)際產(chǎn)品的部件名稱不同。參見圖1，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的LED封裝100包括封裝體20、LED芯片11、金線12和13、陽極電極15、陰極電極16、樹脂層14、頂部傳熱金屬層17、底部傳熱金屬層19 和傳熱金屬填充件18。封裝體20可以由樹脂或陶瓷材料制成。封裝體20的上表面形成有凹陷。在凹陷的底部上形成有頂部傳熱金屬層17，LED芯片11焊接在頂部傳熱金屬層17上。頂部傳熱金屬層17形成在陽極電極15與陰極電極16之間，并與電極15和16分隔開。封裝體20 的限定出所述凹陷的內(nèi)側(cè)壁包括用以增強(qiáng)光反射效率的斜面。陽極和陰極電極15和16形成在所述斜面上，即形成在封裝體20的上部上。陽極電極15可以經(jīng)由金線12與LED芯片 11的陽極連接。陰極電極16可以經(jīng)由金線13與LED芯片11的陰極連接。樹脂層14在封裝體20上側(cè)掩埋于凹陷中，以覆蓋LED芯片11、頂部傳熱金屬層17、金線12和13等，從而保護(hù)元件免受氧或潮氣的物理影響或滲透。樹脂層14可以具有曲面，以便起到透鏡的作用。
在上表面和下表面上形成有穿通凹陷的一個(gè)或更多個(gè)通孔，傳熱金屬填充件18 填充所述一個(gè)或更多個(gè)通孔。傳熱金屬填充件18可以包括鎳(Ni)、銀(Ag)或其合金。傳熱金屬填充件18連接頂部傳熱金屬層17與底部傳熱金屬層19。頂部傳熱金屬層17和底部傳熱金屬層19可以具有在銅(Cu)電極層或銀(Ag)電極層中的任何一個(gè)上電鍍鎳(Ni)、 銅(Cu)、銀(Ag)和錫(Sn)之中的任何一種金屬層的結(jié)構(gòu)。頂部傳熱金屬層17可以與LED 芯片11的接地端子連接。底部傳熱金屬層19可以經(jīng)由諸如Ag環(huán)氧基樹脂等的粘合劑或焊料而與熱沉接合。熱沉可以與接地電源連接。從LED芯片11產(chǎn)生的熱量沿著包括LED芯片11、頂部傳熱金屬層17、傳熱金屬填充件18和底部傳熱金屬層19的散熱路徑而釋放。圖2是LED封裝100的頂部平面圖。圖3是LED封裝100的底部平面圖。底部傳熱金屬層19形成在圖3所示的封裝體19的底部上，從而增加LED封裝100的熱釋放效率。圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的LED封裝的剖視圖。參見圖4，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的LED封裝100包括封裝體28、LED芯片21、金線32和33、陽極電極25、陰極電極沈、樹脂層M和底部傳熱金屬層27。陽極電極25和陰極電極26可以交換。封裝體觀可以由樹脂或陶瓷材料制成。封裝體觀的上表面形成有凹陷。在凹陷的底部上形成有陽極電極25和陰極電極沈，LED芯片21形成在陰極電極沈上。封裝體20 的限定出凹陷的內(nèi)側(cè)壁包括用以增強(qiáng)光反射效率的斜面。陽極電極25和陰極電極沈延伸至封裝體28的斜面和上表面。陽極電極25可以經(jīng)由金線22與LED芯片21的陽極連接。 陰極電極沈可以經(jīng)由金線23與LED芯片21的陰極連接。陰極電極沈延伸至LED芯片21 下方的部分。樹脂層M在封裝體28上側(cè)掩埋于凹陷中，以覆蓋LED芯片21、金線22和23 等，從而保護(hù)元件免受氧或潮氣的物理影響或滲透。與圖1的實(shí)施例不同，在圖4的實(shí)施例中，封裝體18的上部未形成有頂部傳熱金屬層，且未形成有穿通封裝體觀的通孔。底部傳熱金屬層27可以具有在銅(Cu)電極層和銀(Ag)電極層中的任何一個(gè)上電鍍鎳(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)和錫(Sn)之中的任何一種金屬層的結(jié)構(gòu)。底部傳熱金屬層 27可以經(jīng)由諸如Ag環(huán)氧基樹脂的粘合劑和焊料中的一種而附接至金屬板(或熱沉)。金屬板可以與接地電源連接。從LED芯片21產(chǎn)生的熱量沿著包括LED芯片21、陰極電極沈、封裝體28和底部傳熱金屬層27的散熱路徑而釋放。底部傳熱金屬層27形成在如圖3所示的封裝體觀的下表面，從而增加LED封裝100的熱釋放效率。圖4的LED封裝100經(jīng)由圖6所示的焊料51與金屬板52 (或熱沉)接合。圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的LED器件的剖視圖。參見圖5，LED封裝100包括封裝體38、LED芯片31、金線32和33、陽極電極35、 陰極電極36、樹脂層34、頂部傳熱金屬層40、底部傳熱金屬層37和傳熱金屬填充件39。陽極電極35和陰極電極36可以交換。封裝體38可以由樹脂或陶瓷材料制成。封裝體38的上表面形成有凹陷。在凹陷的底部上形成有陽極電極35、陰極電極36以及頂部傳熱金屬層40。LED芯片31形成在頂部傳熱金屬層40上。頂部傳熱金屬層40形成在陽極電極35與陰極電極36之間，并以預(yù)定間隔與電極35和36分隔開。封裝體38的限定出凹陷的內(nèi)側(cè)壁包括用以增強(qiáng)光反射效率的斜面。陽極電極35和陰極電極36延伸至封裝體38的斜面和上表面。陽極電極35可以經(jīng)由金線32與LED芯片31的陽極連接。陰極電極36可以經(jīng)由金線33與LED芯片31 的陰極連接。樹脂層34在封裝體38上側(cè)掩埋于凹陷中，以覆蓋LED芯片31、上部電極35 和36、金線32和33等，從而保護(hù)元件免受氧或潮氣的物理影響或滲透。在封裝體觀中形成了穿通上表面和下表面上的凹陷的單個(gè)通孔，單個(gè)傳熱金屬填充件39填充所述單個(gè)通孔。單個(gè)傳熱金屬填充件39的金屬可以包括鎳(Ni)、銀(Ag)或其合金中的一種。單個(gè)傳熱金屬填充件39連接頂部傳熱金屬層40與底部傳熱金屬層37。 頂部傳熱金屬層40和底部傳熱金屬層37可以具有在銅(Cu)電極層或銀(Ag)電極層中的任何一個(gè)上電鍍鎳(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)和錫(Sn)之中的任何一種金屬層的結(jié)構(gòu)。底部傳熱金屬層37可以經(jīng)由諸如Ag環(huán)氧基樹脂等的粘合劑或焊料而與金屬板(或熱沉)連接。 金屬板60可以與接地電源連接。底部傳熱金屬層37可以包括形成有鎳層的鋁?？梢栽陔婂冧X的鎳層上層疊金 (Au)、銀(Ag)和銅(Cu)中的一種或更多種。底部傳熱金屬層37可以經(jīng)由諸如Ag環(huán)氧基樹脂等的粘合劑、焊料等而與金屬板(或熱沉)連接。從LED芯片31產(chǎn)生的熱量沿著包括LED芯片31、頂部傳熱金屬層40、單個(gè)傳熱金屬填充件39和底部傳熱金屬層37的散熱路徑而釋放。底部傳熱金屬層37形成在如圖3 所示的封裝體38的下表面上，從而增加LED封裝100的熱釋放效率。圖5的LED封裝經(jīng)由圖6的焊料而與不包括樹脂層的廉價(jià)金屬板(或熱沉)52接合，且經(jīng)由引線53和M將電能從外部電源提供給圖5的LED封裝。不具有樹脂層的廉價(jià)金屬板(或熱沉)52可以經(jīng)由圖6的焊料51附接至形成在圖1至圖5所示的LED封裝100的下表面的底部傳熱金屬層19。金屬板52可以由電鍍有銅(Cu)、銀(Ag)、金(Cu)和鎳(Ni)中的任何金屬的鋁制成，以允許焊接底部傳熱金屬層19 和金屬板52。這是因?yàn)殂~(Cu)、銀(Ag)、金(Cu)和鎳(Ni)的表面可以被焊接，而鋁(Al) 不行?？梢越?jīng)由化學(xué)電鍍?cè)阡X上電鍍諸如銅(Cu)、銀(Ag)、金(Cu)和鎳(Ni)的金屬。圖 6中的LED封裝100的熱量沿著包括LED芯片11、頂部傳熱金屬層17、傳熱金屬填充件18、 底部傳熱金屬層19、焊接材料(一種材料)和金屬板(或熱沉)52的散熱路徑而釋放。在圖6中，附圖標(biāo)記53表示將LED封裝100的陽極電極15與印刷電路板(PCB) 電連接的正極引線，附圖標(biāo)記M表示將LED封裝100的陰極電極16與印刷電路板電連接的負(fù)極引線。外部電源經(jīng)由印刷電路板(PCB)、引線53和54、陽極電極15和陰極電極16、 以及金線12和13提供電流給LED芯片11。在圖6中，LED封裝100和熱沉52可以由諸如Ag環(huán)氧基樹脂等的粘合劑接合在一起，而取代焊料51，雖然這可能會(huì)稍微影響熱釋放效果。圖7圖示以陣列電路的形式連接上述實(shí)施例中的LED封裝的實(shí)例。對(duì)于將LED封裝100實(shí)現(xiàn)為100瓦的LED封裝的情況下的電路配置實(shí)例，藍(lán)光LED 的驅(qū)動(dòng)電壓約為3. 4V，且在大多數(shù)情況下，經(jīng)由將AC電能轉(zhuǎn)變?yōu)镈C電能的適配器來接收 12V或24V的DC電能。當(dāng)使用12V的DC電能且串聯(lián)連接三個(gè)LED封裝100時(shí)，利用電阻將電能調(diào)整為 10. 2V，并調(diào)整流經(jīng)LED芯片的過電流。由于電阻需要補(bǔ)償12V與10. 2V之間約1. 8V的差，因此會(huì)影響施加給LED芯片的電流的效率，且還會(huì)從電阻產(chǎn)生熱量，成為散熱系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。如果如圖7所示使用DC 24V且串聯(lián)連接7個(gè)LED封裝，則由于串聯(lián)電路所需的DC 電壓是23. 8V,因此電阻所消耗的電能電平低，從而減少了電阻所產(chǎn)生的熱量。圖7的LED陣列包括多個(gè)FR4 PCB 61和金屬板64，所述多個(gè)FR4 PCB 61具有用于串聯(lián)連接LED封裝100的電路，LED封裝100中的每個(gè)經(jīng)由焊料接合在金屬板64上。兩行LED與單個(gè)FR4 PCB 61連接。每行LED包括7個(gè)LED封裝100。LED封裝100經(jīng)由引線 53和54與FR4 PCB 61的端子62和63連接。FR4 PCB 61經(jīng)由連接器和纜線與24V的外部電源連接。圖7的LED陣列的每個(gè)LED封裝100中所包括的LED芯片被實(shí)現(xiàn)成2瓦的LED芯片。如果具有這種LED的LED封裝100的數(shù)量為49，則可以構(gòu)成現(xiàn)有的100瓦的熒光燈。金屬板64可以實(shí)現(xiàn)成允許焊接的銅板、以及電鍍有銀(Ag)、金(Au)、鎳(Ni)等金屬的鋁板。圖8圖示將LED封裝與外部電源連接的實(shí)例。參見圖8，金屬板71中形成有鉚接孔71a和71b，LED封裝100和FR4 PCB 74經(jīng)由焊料接合在一起。FR4 PCB 74設(shè)置有電路和端子72和73，用以將LED封裝100的引線53 和M與外部電源80的接線75和76連接。可以將金屬板71實(shí)現(xiàn)為允許焊接的銅板、或電鍍有諸如銀(Ag)、金(Au)、鎳(Ni)等金屬的鋁板。圖9是說明根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的LED封裝的外部的透視圖。圖10是圖9所示的LED封裝的剖視圖。圖11是圖9所示的LED封裝中所設(shè)置的LED芯片的等效電路圖。參見圖9至11，根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的LED封裝100包括封裝體50、陽極電極 45、陰極電極46、透鏡44和傳熱金屬填充件49。封裝體50可以由樹脂或陶瓷材料形成。封裝體50上形成有凹陷。凹陷中的LED 芯片(未示出)的陽極電極45和陰極電極46穿通封裝體50的側(cè)面而突出到外部。陽極電極45與LED芯片的陽極端子連接。陰極電極46與LED芯片的陰極端子連接。封裝體50 上形成有透鏡44，用以覆蓋LED芯片，由此保護(hù)LED芯片免受氧或潮氣的物理影響或滲透。封裝體50中形成有通孔，傳熱金屬填充件49的金屬填充通孔。傳熱金屬填充件 49的金屬包括鎳(Ni)、銀(Ag)或其合金。封裝體50的傳熱金屬填充件49可以經(jīng)由諸如Ag環(huán)氧基樹脂的粘合劑或焊料而直接接合在金屬板(或熱沉)上。在另一實(shí)施例中，單獨(dú)形成在封裝體50的底部上、以與傳熱金屬填充件49連接的底部傳熱金屬層(未示出)可以經(jīng)由諸如Ag環(huán)氧基樹脂的粘合劑或焊料而附接到金屬板(或熱沉)。金屬板(或熱沉)可以與接地電源連接。根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的LED封裝100的LED芯片經(jīng)由圖11的傳熱金屬填充件 49而與齊納Gener) 二極管42連接。在圖11中，附圖標(biāo)記41表示LED芯片的LED。LED 41和齊納二極管42經(jīng)由傳熱金屬填充件49連接在一起。LED 41的陽極端子經(jīng)由傳熱金屬填充件49與齊納二極管42的陰極端子連接，且LED 41的陰極端子與齊納二極管42的陽極端子連接。如果如圖12所示的根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的LED封裝100經(jīng)由焊料或經(jīng)由Ag環(huán)氧基樹脂原樣地接合到金屬板80，則LED封裝100的陽極電極45和陰極電極46與金屬板 80接觸，從而導(dǎo)致陽極電極45與陰極電極46之間短路。在這種情況下，陽極電壓和陰極電壓變得等電位，從而LED 41不發(fā)光。為此，如圖13所示那樣將LED封裝100的陽極電極45和陰極電極46抬起，以與金屬板80分隔開。為了將外部電能施加給LED封裝100、或?qū)ED封裝100與另一個(gè)LED連接，可以經(jīng)由圖14所示的焊料111將LED封裝的陽極電極45和陰極電極46與接線110連接。為了可靠地將LED封裝100的電極45和46與金屬板80絕緣，用圖15所示的絕緣帶或絕緣管(或熱收縮管)包覆LED封裝100的電極45和46與接線111的接合部分，或者可以如圖16所示那樣將絕緣焊盤或絕緣板120接合至金屬板80。在這種情況下，絕緣焊盤或絕緣板120必須附接至除了 LED封裝100的下表面與金屬板80之間的接合表面部分之外的表面部分。絕緣焊盤或絕緣板120可以僅附接至金屬板80面對(duì)電極45和46與接線110的接合部分的部分。絕緣焊盤或絕緣板120可以實(shí)現(xiàn)為反射板，以增加照明效率。在根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的LED封裝100的情況下，不能將多個(gè)LED封裝100與單個(gè)金屬板60接合。這是因?yàn)椋?dāng)圖17所示的第一和第二 LED封裝經(jīng)由諸如Ag環(huán)氧基樹脂的粘合劑或焊料與單個(gè)金屬板80接合時(shí)，LED 41和齊納二極管42可能經(jīng)由金屬填充件 49和金屬板80而被短路，故電極的電壓變得等電位。因此，在圖18所示的LED封裝100的情況下，LED封裝100必須以一對(duì)一的方式與分離的金屬板80接合。在圖18中，附圖標(biāo)記 90表示支撐金屬板80且電隔離金屬板80的絕緣框架，LED封裝100分別接合在金屬板80 上。優(yōu)選地，絕緣框架90由作為電絕緣體且具有高熱導(dǎo)率的材料制成。LED封裝100經(jīng)由接線110串聯(lián)連接。圖19是圖12中的串聯(lián)連接的LED封裝的等效電路圖。具有不經(jīng)由金屬填充件49連接LED和齊納二極管、且所述傳熱金屬填充件與LED 的陽極和陰極端子連接的結(jié)構(gòu)的LED封裝，可以共同接合在圖20所示的單個(gè)金屬板80上。 這是因?yàn)?，多個(gè)LED封裝100可以在沒有短路問題的情況下接合到金屬板80。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，將不具有樹脂層的金屬板與LED封裝100的下表面接合， 使得來自于LED封裝的熱量經(jīng)由金屬板而釋放。因此，可以防止因熱量導(dǎo)致的LED芯片的效率變差、以及其使用壽命縮短，由此增強(qiáng)可靠性。相比于現(xiàn)有技術(shù)，可以用相同的功耗獲得更多的光。這能允許減少LED封裝的數(shù)量、以及發(fā)光光源所需的熱沉的數(shù)量，并且降低產(chǎn)品的制造成本、細(xì)小度和緊湊度。另外，由于代替昂貴的金屬PCB而使用廉價(jià)金屬板和 FR4PCB,因此可以進(jìn)一步減少發(fā)光光源產(chǎn)品的制造成本。LED封裝100可以應(yīng)用于在現(xiàn)有技術(shù)中所描述的任何發(fā)光光源。在本發(fā)明的所有實(shí)施例中，可以防止由于形成在現(xiàn)有金屬PCB中的樹脂層而出現(xiàn)的熱量流動(dòng)的瓶頸現(xiàn)象，從而可以最大化熱釋放效果，并且，由于代替昂貴的金屬PCB而使用了廉價(jià)金屬板(或熱沉)，因此可以提高使用LED的各種照明器件的經(jīng)濟(jì)效率。盡管已經(jīng)結(jié)合數(shù)個(gè)說明性實(shí)施例描述了實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員設(shè)計(jì)其它各種修改和實(shí)施例，而所述修改和實(shí)施例將落入本發(fā)明原理的范圍內(nèi)。更具體而言，可以在說明書、附圖和權(quán)利要求的范圍之內(nèi)，對(duì)主題組合裝置的組成部件和/或裝置進(jìn)行各種變化和修改。除了對(duì)組成部件和/或裝置的變化和修改之外，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，替代用途也將是明顯的。工業(yè)應(yīng)用性在本發(fā)明中，可以防止由于形成在現(xiàn)有金屬PCB中的樹脂層而出現(xiàn)的熱量流動(dòng)的瓶頸現(xiàn)象，從而可以最大化熱釋放效果，并且，由于代替昂貴的金屬PCB而使用了廉價(jià)金屬板(或熱沉)，因此可以提高使用LED的各種照明器件的經(jīng)濟(jì)效率。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管LED封裝，包括 封裝體，所述封裝體包括LED ；底部傳熱金屬層，所述底部傳熱金屬層形成在所述封裝體的底部上；以及金屬板，所述金屬板與所述底部傳熱金屬層接合；其中，所述底部傳熱金屬層經(jīng)由諸如Ag環(huán)氧基樹脂的粘合劑或焊料而與所述金屬板接合，并且其中，所述金屬板僅包括金屬而不包括樹脂層。
2.如權(quán)利要求1所述的LED封裝，其中，所述底部傳熱金屬層具有在銅(Cu)電極層或銀(Ag)電極層上電鍍鎳(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)和錫(Sn)之中的任何一種金屬層的結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的LED封裝，還包括傳熱金屬填充件，所述傳熱金屬填充件包括填充以穿通形式形成在所述封裝體中的通孔的金屬。
4.如權(quán)利要求3所述的LED封裝，還包括頂部傳熱金屬層，所述頂部傳熱金屬層安裝在所述封裝體之內(nèi)，使得所述頂部傳熱金屬層形成在包括所述LED的LED芯片下方，其中，所述頂部傳熱金屬層經(jīng)由所述傳熱金屬填充件連接至所述底部傳熱金屬層。
5.如權(quán)利要求1所述的LED封裝，其中，所述封裝體還包括 陽極電極，所述陽極電極與所述LED的陽極端子連接；以及陰極電極，所述陰極電極與所述LED的陰極端子連接，其中，所述陽極電極和所述陰極電極形成在所述封裝體的上表面上。
6.如權(quán)利要求1所述的LED封裝，其中，所述LED封裝包括多個(gè)LED封裝，所述多個(gè)LED 封裝與單個(gè)金屬板接合且串聯(lián)連接。
7.一種發(fā)光二極管LED封裝，包括封裝體，所述封裝體包括LED和齊納二極管；傳熱金屬填充件，所述傳熱金屬填充件包括填充以穿通形式形成在所述封裝體中的通孔的金屬；以及金屬板，所述金屬板與所述傳熱金屬填充件接合，其中，所述傳熱金屬填充件通過諸如Ag環(huán)氧基樹脂的粘合劑或焊料而與所述金屬板接合，且其中，所述金屬板僅包括金屬而不包括樹脂層。
8.一種發(fā)光二極管LED封裝，包括封裝體，所述封裝體包括LED和齊納二極管；傳熱金屬填充件，所述傳熱金屬填充件包括填充以穿通形式形成在所述封裝體中的通孔的金屬；底部傳熱金屬層，所述底部傳熱金屬層形成在所述封裝體的底部上；以及金屬板，所述金屬板與所述底部傳熱金屬層接合，其中，所述底部傳熱金屬層通過諸如Ag環(huán)氧基樹脂的粘合劑或焊料而與所述金屬板接合，且其中，所述金屬板僅包括金屬而不包括樹脂層。
9.如權(quán)利要求7或8所述的LED封裝，其中，所述LED封裝以一對(duì)一的方式與金屬板接其中，多個(gè)LED封裝以一對(duì)一的方式所接合的多個(gè)金屬板分隔開以彼此絕緣，與所述金屬板分別接合的所述多個(gè)LED封裝串聯(lián)連接，并且其中，所述封裝體還包括與所述LED的陽極端子連接的陽極電極、以及與所述LED的陰極端子連接的陰極電極，并且其中，所述陰極電極和所述陽極電極從所述封裝體的側(cè)表面突出，且被彎曲以與所述金屬板分隔開。
10.如權(quán)利要求7或8所述的LED封裝，其中，所述封裝體還包括 陽極電極，所述陽極電極與所述LED的陽極端子連接；以及陰極電極，所述陰極電極與所述LED的陰極端子連接，其中，所述陰極電極和所述陽極電極從所述封裝體的側(cè)表面突出，且被彎曲以與所述金屬板分隔開，并且其中，所述電極和引線通過焊料接合且接合部分被絕緣體包覆，或者絕緣體附接至所述金屬板面向所述電極與所述導(dǎo)線的接合部分的部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管封裝，包括封裝體，所述封裝體包括LED；底部傳熱金屬層，所述底部傳熱金屬層形成在封裝體的底表面上；以及金屬板，所述金屬板與底部傳熱金屬層接合。底部傳熱金屬層經(jīng)由Ag環(huán)氧基樹脂粘合劑或焊料而接合至金屬板，且金屬板僅包括金屬而不包括樹脂層。
文檔編號(hào)H01L23/36GK102388473SQ201080013605
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月24日
發(fā)明者金江 申請(qǐng)人:金江