CN101060157A - 发光二极管封装件及其制造方法 - Google Patents

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韩盛渊
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金大渊
安皓植
朴英衫
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Abstract

本发明提供了一种LED封装件及其制造方法。该LED封装件包括由热和电导体制成的第一和第二引线框架，每个引线框架均包括平坦底座以及从该底座沿相反方向和朝上方向延伸的延伸部。该封装件还包括由树脂制成的封装件主体，并且该封装件主体被构造成环绕第一和第二引线框架的延伸部，以固定第一和第二引线框架，同时露出第一和第二引线框架的下侧表面。该LED封装件进一步包括：发光二极管芯片，设置在第一引线框架的底座的上表面上，且电连接于第一和第二引线框架的底座；以及透明的封装材料，用于封装发光二极管芯片。

Description

发光二极管封装件及其制造方法
优先权要求
本申请要求2006年4月17日向韩国知识产权局提交的第2006-0034706号韩国专利申请的权益，其公开内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种发光二极管(LED)(更具体地说，涉及一种具有优异热辐射效率的简单结构的LED封装件)及其制造方法。
背景技术
发光二极管(LED)是用于响应电流施加而产生各种颜色光的半导体器件。从LED中产生的颜色由构成LED的半导体的化学物质决定。与基于灯丝的发光器件相比，这种LED具有各种优点，诸如长使用寿命、低功耗、优良的初始驱动特性、对于震动的高抵抗力、以及对于频繁的电源开/关的高容许度，因此对于LED具有稳定增长的需求。
近来，LED用作需要大输出量的发光器件和大尺寸液晶显示器(LCD)的背光，因此所使用的LED需要特别优异的热辐射能力。
图1和图2示出了安装在电路板上的传统LED封装件。
首先，参照图1，LED封装件1具有散热块(heat slug)3，该散热块用于将LED芯片2安装在其上，同时起到热引导装置的作用。LED芯片2通过一对导线7和一对接线端8接收来自外部电源(未示出)的电力。散热块3的上部(包含LED芯片2)通过通常由硅树脂制成的封装材料5封装，并且透镜6附着在封装材料5上方。壳体4通过一般的模制形成在散热块3周围，以支撑散热块3和接线端8。
图1的这种LED封装件1安装在作为散热器的电路板10上，以构成如图2所示的LED组件。此时，诸如焊料的导热焊盘9介于LED封装件1的散热块3与电路板10的金属热辐射板(未示出)之间，有助于它们之间的热传导。此外，接线端8也通过焊料(未示出)更稳定地连接于电路板的电路图案(未示出)。
如上所述，图1和图2所示的LED封装件1以及具有安装于电路板10上的LED封装件1的LED组件致力于有效的散热(即热辐射)。也就是说，LED封装件1具有散热器，即，直接或通过导热焊盘9与电路板10的热辐射板连接的散热块3，以便吸收和排放由LED芯片2产生的热量。这使得由LED芯片2产生的热量大部分经由散热块3排放到电路板10中，而仅有少量的热量通过LED封装件1的表面(即，通过壳体4或透镜6)排放到空气中。
但是，这种传统的热辐射结构较复杂，且需要很多部件。因此，难以使通过很多部件的组装进行的LED封装件的制造工艺自动化，因此增加了制造时间和成本。
图3是示出了另一传统LED封装件的截面图。
在美国专利申请公布第2005/0057144号的“SEMICONDUCTORLIGHT-EMITTING DEVICE”(于2005年5月17日公开)中提出了图3中所示的LED封装件。在这种LED器件或LED封装件中，杯形的反射框架2安装在其上形成有电路图案3和6的基板1的表面上，并且LED芯片4安装在杯形部分中且电连接于电路图案3。与此同时，参考标号7表示磷光体，参考标号8表示散射体，而参考标号9表示树脂。
具有上述结构的LED封装件比图1中的LED封装件需要的部件数量少，并且可以有利地制造成相对简单的结构。但是，从LED芯片4中产生的热量经由热辐射路径H传递到电路板10(图3中未示出，见图2)，从而造成较低的热辐射效率。
发明内容
为了解决现有技术的上述问题，提出了本发明，因此，本发明的一方面在于提供一种可以以简单的结构实现优异热辐射效率的LED封装件。
本发明的另一方面在于提供一种制造可以实现优异热辐射效率的LED封装件的方法。
根据本发明的一方面，本发明提供了一种发光二极管封装件，其包括：第一和第二引线框架，由热和电导体制成，每个引线框架均包括平坦底座(planar base)以及从该底座沿相反方向和朝上方向延伸的延伸部，第二引线框架具有比第一框架小的宽度，且设置成与第一框架隔开预定的间隔；封装件主体，由树脂制成，且构造成环绕第一和第二引线框架的延伸部，以固定第一和第二引线框架，同时露出第一和第二引线框架的下侧表面；发光二极管芯片，设置在第一引线框架的底座的上表面上，且电连接于第一和第二引线框架的底座；以及透明的封装材料，用于封装发光二极管芯片。
在根据本发明的发光二极管封装件中，延伸部的端部位于封装件主体的侧部。
在根据本发明的发光二极管封装件中，第一引线框架的延伸部中的至少一个延伸到封装件主体之外，以形成接线端。
在根据本发明的发光二极管封装件中，封装件主体具有形成在发光二极管芯片周围的凹部，并且突出部以预定宽度形成在该凹部的上端上。在这种情况下，优选地，透明封装材料的一部分填充凹部，而透明封装材料的另一部分以预定曲率突出于突出部的上方。
在根据本发明的发光二极管封装件中，第一和第二引线框架的底座的下侧表面与封装件主体的下侧表面共面。
在根据本发明的发光二极管封装件中，第一和第二引线框架设置成彼此平行。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种制造发光二极管封装件的方法。该方法包括：
将预定厚度的热和电导体制成的板加工成框架结构，该框架结构包括第一和第二引线框架部，每个引线框架部均具有平坦底座以及从该底座沿相反方向延伸的延伸部，第二引线框架部以比第一引线框架部小的宽度形成，且设置成与第一引线框架部隔开预定的间隔；
以如下方式折弯第一和第二引线框架部的延伸部，即，使得底座定位成比延伸部低，从而延伸部从底座沿朝上方向延伸；
注塑模制(injection-molding)树脂，以形成封装件主体，该封装件主体环绕邻近于底座的第一和第二引线框架部的延伸部，并且从而以如下方式固定第一和第二引线框架部，即，使得第一和第二引线框架部的底座的上表面的至少一部分和底表面从封装件主体中露出，并且第一和第二引线框架部的延伸部的远端延伸到封装件主体的侧部之外；
将发光二极管芯片设置在第一引线框架部的底座的露出上表面上，并将发光二极管芯片与第一和第二引线框架部电连接；
用透明封装材料封装发光二极管芯片；以及
切割框架结构的延伸部，以获得发光二极管封装件。
在根据本发明的方法中，形成封装件主体的步骤包括在发光二极管芯片周围形成凹部以及在该凹部的上端上以预定宽度形成突出部。在这种情况下，优选地，封装步骤包括以如下方式分配透明封装材料，即，使得透明封装材料的一部分填充凹部，而透明封装材料的另一部分以预定曲率突出于突出部的上方。
在根据本发明的方法中，形成封装件主体的步骤包括以如下方式形成封装件主体，即，使得第一和第二引线框架的底座的下侧表面与封装件主体的下侧表面共面。
在根据本发明的方法中，形成框架结构的步骤包括以彼此平行的方式形成第一和第二引线框架部。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，本发明的上述和其它的方面、特征和其它优点将变得更容易理解，附图中：
图1是示出了传统LED封装件的截面透视图；
图2是示出了安装在电路板上的图1所示LED封装件的截面视图；
图3是示出了另一传统LED封装件的截面视图；
图4是示出了根据本发明第一实施例的LED封装件的截面视图；
图5是图4的LED封装件的平面图；
图6是图4的LED封装件的仰视图；
图7是沿图5的线A-A截取的截面视图；
图8是沿图5的线B-B截取的截面视图；
图9是对应于图7的截面视图，示出了具有也起到透镜作用的封装材料的LED封装件；
图10和图11是示出了安装在电路板上的图9的LED封装件的截面视图；
图12是对应于图7的截面视图，示出了具有封装材料和透镜的LED封装件；
图13是示出了根据本发明第二实施例的LED封装件的截面视图；
图14是示出了根据本发明第三实施例的LED封装件的截面视图；
图15至图19是示出了制造根据本发明的LED封装件的逐步式方法的剖视图；
图20是示出了制造根据本发明另一实施例的LED封装件的方法的第一步骤的透视图；
图21是示出了制造根据本发明再一实施例的LED封装件的方法的第一步骤的透视图；以及
图22是示出了根据本发明第四实施例的LED封装件的截面视图。
具体实施方式
现在将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。
根据本发明第一实施例的LED封装件在图4至图8中示出。
根据该实施例的LED封装件100包括一对金属引线框架110和120以及环绕引线框架110和120的绝缘(insular)封装件主体130。
第一引线框架110包括平坦底座112和从底座112的相对端部延伸的一对延伸部114。优选地，底座112设置在尽可能大的区域中，以使得底座具有与后面所描述的作为散热器的电路板(见图10)尽可能大的接触面积。延伸部114以比底座112小的宽度形成，并且延伸部被封装件主体130环绕，以将引线框架110固定于封装件主体130。当然，延伸部114可以以与底座112相同的宽度形成，当后面所描述的封装件主体130具有符合要求的强度等级时，这种情况是优选的。
第二引线框架120以平行于第一引线框架110且与之具有预定间隔的方式而形成，并且包括底座122和一对延伸部124。底座122和延伸部124以相同的宽度形成，但本发明不限于此。
这里，图中示出了延伸部114和124延伸到封装件主体130之外，但本发明不限于此。延伸部114和124的端表面可以与封装件主体130的侧表面共面。
可以参照图16更清楚地理解第一和第二引线框架110和120的结构。即，通过将图16中的框架结构102b的延伸部114b和124b以适当长度切割而获得第一和第二引线框架110和120。
封装件主体130被注塑模制在引线框架110和120周围，以环绕引线框架110和120。此时，封装件主体130具有形成于其中的凹部或或杯形部132，以露出引线框架110和120的底座112和122的中央部分。该杯形部132是用于安装LED芯片140的空间。环形突出部134形成在杯形部132的上部上，并且具有预定的宽度W。
封装件主体130以如下方式形成，即，使得第一和第二引线框架110和120的底座112和122的下侧表面被露出。即，如图6所示，底座112和122的下侧表面通过封装件主体130的下侧表面而露出。
LED芯片140位于第一引线框架110的底座112的上表面上，并且通过导线142电连接至第二引线框架120的底座122。
所示的LED芯片140是所谓的竖直结构LED芯片。关于这种LED芯片，正电极和负电极分别形成在上、下表面上。如图所示，在上表面为通过导线142连接于底座的正电极的情况下，LED芯片通过其下表面中的负电极电连接至第一引线框架110的底座112。可替换地，在其中两个电极均形成于其同一表面上的水平结构LED芯片的情况下，LED芯片可以使用另一导线(未示出)电连接至第一引线框架110的底座112。
当LED芯片140位于底座112上以电连接至底座112和122时，底座112起到将LED芯片140产生的热量传递给后面将描述的电路板160(见图10和图11)的作用以及用于向LED芯片140供应电力的电连接器的作用。
根据本发明的LED封装件100还包括图9所示的透明封装材料150。封装材料150通过将树脂注入杯形部132内而获得，以形成凸起的形状并固化树脂。即，封装材料150不仅封装LED芯片140和导线142，而且还用作将LED芯片140中发射出的光以所需的波束角导向外界的透镜。
此时，根据突出部134的宽度W以及制造封装材料150的树脂的粘度和量来确定用作透镜的封装材料150的部分的高度h。例如，可以调节突出部134的宽度W以及封装材料150的粘度和量，从而以预定曲率形成具有所需高度h的封装材料150。
封装材料150的树脂优选地是凝胶类型的透明弹性体，例如硅树脂。硅树脂不大容易由于短波长的光而招致变化(诸如变黄)，并且具有较高的折射率，从而具有优异的光学特性。此外，与环氧树脂不同，硅树脂即使在固化之后仍保持凝胶或弹性体状态，从而更稳定地保护LED芯片140不受热、震动和外界冲击造成的应力的影响。对于透明封装材料150，磷光体和/或散射体可以分散到弹性体中。
现在，将参照图10和图11分析LED封装件100的热辐射操作。
将LED封装件100安装在电路板160上，如图10和图11所示。所示的电路板160包括金属基板162、形成在金属基板162表面上的绝缘膜164、以及形成在绝缘膜164表面上的导电图案166。
当根据本发明的LED封装件100安装在此类电路板160上时，将LED封装件100定位成使得第一和第二引线框架110和120的底座112和122与导电图案166相接触，然后再进行焊料结合。这使得焊料170将第一和第二引线框架110和120的底座112和122与导电图案166结合在一起，进而将表面安装式LED封装件100安装在电路板160上。这里，引线框架110和120的底座112和122通过导电图案166连接至外部电源(未示出)，从而向LED芯片140提供电能。
然后，当施加电压时，LED芯片140产生光以及热量。参照图10，产生的热量H通过LED芯片140下方的引线框架底座112排放到金属基板162内。这种热辐射路径与图2和图3所示的现有技术中的热辐射路径相比在长度上变短了，从而提高了热辐射效率。
与此同时，参照图11，从LED芯片140中产生的热量通过引线框架底座112被扩散和辐射。即，一部分热量H1直接向下传递到电路板160，而另一部分热量H2沿底座112散布并被传递到电路板160。同时，其它部分热量H3沿底座112散布并被传递到延伸部114。由于底座112以相对较大的面积形成，所以从LED芯片140中产生的热量通过较大的面积被传递到电路板160。此外，可以理解，延伸部114还有助于提高热扩散效率。
除了用封装材料150-1和透镜154取代图10和图11中的封装材料150的这个特征之外，图12中所示的LED封装件100-1具有与图10和图11相同的结构。透镜154可以由各种透明材料制成，用于将从LED芯片140中发射出的光以所需的波束角导向外界。在图12中，单独制造透镜154，然后通过粘合层152将其粘附于封装材料150-1和突出部134。可替换地，透镜可以通过传递模塑法等形成在封装材料150-1和突出部134的上表面上。
图13以对应于图7的截面视图的方式示出了根据本发明另一实施例的LED封装件。除了第一和第二引线框架110-2和120-2的底座112-2和122-2的下侧表面的相对部位被斜切以形成倾斜表面113和123的这个特征之外，根据该实施例的LED封装件100-2具有与上述LED封装件100、100-1相同的结构。
这种倾斜表面113和123使得外部杂质和湿气可能最终到达芯片140所通过的路径加长和复杂。此外，倾斜表面113和123被封装件主体130的树脂环绕，提高了引线框架底座112-2和122-2与封装件主体130之间的结合和密封质量。
与此同时，倾斜表面113和123可以仅形成在第一和第二引线框架110-2和120-2的底座112-2和122-2的一个部位中，例如，仅形成在与LED芯片140相邻的部位中。
图14以对应于图7的截面视图的方式示出了根据本发明又一实施例的LED封装件。除了在第一和第二引线框架110-3和120-3的底座112-3和122-3的相对部位中形成有阶梯部115和125的这个特征之外，根据该实施例的LED封装件100-3具有与上述LED封装件100、100-1、100-2相同的结构。
与倾斜表面113和123相同，这些阶梯部115和125使得外部杂质和湿气可能最终到达芯片140所通过的路径加长和复杂。此外，阶梯部115和125被封装件主体130的树脂环绕，提高了引线框架底座112-3和122-3与封装件主体130之间的结合和密封质量。
与此同时，根据需要，阶梯部115和125可以仅形成在第一和第二引线框架110-3和120-3的底座112-3和122-3的一个部位中，例如，仅形成在与LED芯片140相邻的部位中。
现在，将参照图15至图19以逐步方式解释根据本发明的制造LED封装件100的方法。
首先，准备预定厚度的金属板或金属片，并通过冲裁或冲切将其制造成图15所示的初步的框架结构102a。该初步的框架结构102a包括周边部104以及形成在周边部104内侧中的第一引线框架部110a和第二引线框架部120a。在框架结构102a经历随后描述的制造步骤之后，第一引线框架部110a将成为上述的第一引线框架110，而第二引线框架部120a将成为上述的第二引线框架120。
第一引线框架部110a包括相对较大面积的底座112以及从底座112的相对端延伸到周边部104的一对延伸部114a。第二引线框架部120a以较窄的条带形状形成在与第一引线框架部110a具有预定间隔的位置处，并且具有连接于周边部104的相对端。
此外，在框架结构102a的角部中形成多个孔H。孔H用来固定或引导框架结构102a。
通过冲压等将图15所示的框架结构102a折弯，以获得图16所示的框架结构102b。
因此，第一引线框架部110b的延伸部114b被折弯成与图8中所示的形状相同的形状。唯一的区别在于图16所示的步骤中的延伸部114b仍旧连接于框架结构102b，而图8所示的延伸部114已独立地分开。
此外，将第二引线框架部120b以如下方式折弯，即，使底座122形成在中部，而延伸部124b形成在底座122的相对端处。
然后，如图17所示，将框架结构102b设置在模子M中，并将树脂注入到模子M内，以形成如图18所示的封装件主体130。封装件主体130的形状与图4至图8所示的形状相同。
之后，将LED芯片140设置在位于封装件主体130的凹部132内部的第一引线框架部110b的底座112上并与之电连接，同时通过导线142电连接于第二引线框架部120b的底座122。LED芯片140以竖直结构示出，但其也可以是水平结构。在这种情况下，LED芯片通过导线电连接于第一引线框架部110b的底座112。
然后，将树脂注入到凹部132内，以形成凸出的形状并固化，从而获得图9所示的封装材料150。然后，沿切割线LT切割延伸部114b和124b，以完成LED封装件100。当然，可以在形成封装材料150之前进行切割。
参照图15至图19所解释的方法是为了获得图9所示的LED封装件100，可以改进该方法，以获得图12所示的LED封装件100-1。即，可以将树脂注入到凹部132中，以形成平坦表面，进而获得平坦封装材料150-1，而透镜154粘接于封装材料150-1上，从而完成图12所示的LED封装件100-1。
此外，可以改进框架结构102b，以获得图13所示的封装件100-2或图14所示的封装件100-3。
例如，如图20所示，当准备框架结构102b时，在底座122-2的底表面的相对部位中沿长度方向形成倾斜表面123。可以在该框架结构102上进行图17至图19所示的步骤，以获得图13所示的封装件100-2。在图20中，为了方便起见，在图中省去了底座122-2的下侧表面中的相对倾斜表面，但倾斜表面的形状与图13所示的形状相同。
此外，取代倾斜表面123，可以形成如图14所示的阶梯部115和125，以获得图14所示的封装件100-3。
使用图21所示的框架阵列板1002可以同时制造多个LED封装件。
该框架阵列板1002通过冲裁或冲切预定厚度的金属板或金属片而获得。在框架阵列板1002中，形成有多个框架结构区域1102，其对应于多个图15所示的框架结构。因此，框架阵列板1002包括多个图15所示的框架结构102a。
分别由框架阵列板1002的周边部1004和中部1104限定框架结构区域1102，并且如果必要的话，可以省去框架阵列板1002中的中部1104。此外，在周边部1004和中部1104中形成孔H，以固定或引导框架阵列板1002。
使用框架阵列板1002可以同时制造多个LED封装件100。
现在将参照图22解释根据本发明又一实施例的LED封装件100-4。
在LED封装件100-4中，延伸部114-4可以延伸到封装件主体130之外，以形成如同图2所示的现有技术中的接线端8。在这种情况下，第一引线框架底座112可以仅起到传递热量的作用或者还可以与延伸部114-4(其为接线端)一起起到电连接的作用。与此同时，两个延伸部114-4均可以延伸到封装件主体130之外，以形成接线端。
通过图15至图19所示的方法也可以容易地制造具有这种结构的LED封装件100-4。
此外，尽管未示出，图4至图8所示的LED封装件100的延伸部124也可以延伸到封装件主体130之外，以形成接线端。
以上所述的本发明使得具有简单结构的LED封装件可以实现优异的热辐射效率。而且，本发明提供了一种方法，用于容易地制造可以实现优异热辐射效率的LED封装件。
虽然结合示例性实施例已经示出并描述了本发明，但对本领域技术人员来说很显然，在不背离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的前提下可以进行修改和变换。

Claims (12)

1.一种发光二极管封装件，包括：
第一和第二引线框架，由热和电导体制成，每个所述引线框架均包括平坦底座以及从所述底座沿相反方向和朝上方向延伸的延伸部，所述第二引线框架具有比所述第一框架小的宽度，且设置成与所述第一框架隔开预定的间隔；
封装件主体，由树脂制成，且构造成环绕所述第一和第二引线框架的所述延伸部，以固定所述第一和第二引线框架，同时露出所述第一和第二引线框架的下侧表面；
发光二极管芯片，设置在所述第一引线框架的所述底座的上表面上，且电连接于所述第一和第二引线框架的所述底座；以及
透明的封装材料，用于封装所述发光二极管芯片。
2.根据权利要求1所述的发光二极管封装件，其中，所述延伸部的端部位于所述封装件主体的侧部。
3.根据权利要求1所述的发光二极管封装件，其中，所述第一引线框架的所述延伸部中的至少一个延伸到所述封装件主体之外，以形成接线端。
4.根据权利要求1所述的发光二极管封装件，其中，所述封装件主体具有形成在所述发光二极管芯片周围的凹部，并且突出部以预定宽度形成在所述凹部的上端上。
5.根据权利要求4所述的发光二极管封装件，其中，所述透明封装材料的一部分填充所述凹部，而所述透明封装材料的另一部分以预定曲率突出于所述突出部的上方。
6.根据权利要求1所述的发光二极管封装件，其中，所述第一和第二引线框架的所述底座的所述下侧表面与所述封装件主体的下侧表面共面。
7.根据权利要求1所述的发光二极管封装件，其中，所述第一和第二引线框架设置成彼此平行。
8.一种制造发光二极管封装件的方法，包括以下步骤：
将预定厚度的热和电导体制成的板加工成框架结构，所述框架结构包括第一和第二引线框架部，每个所述引线框架部均包括平坦底座以及从所述底座沿相反方向延伸的延伸部，所述第二引线框架部以比所述第一引线框架部小的宽度形成，且设置成与所述第一引线框架部隔开预定的间隔；
以如下方式折弯所述第一和第二引线框架部的所述延伸部，即，使得所述底座定位成比所述延伸部低，从而所述延伸部从所述底座沿朝上方向延伸；
注塑模制树脂，以形成封装件主体，所述封装件主体环绕邻近于所述底座的所述第一和第二引线框架部的延伸部，并从而以如下方式固定所述第一和第二引线框架部，即，使得所述第一和第二引线框架部的所述底座的上表面的至少一部分和底表面从所述封装件主体中露出，并且所述第一和第二引线框架部的所述延伸部的远端延伸到所述封装件主体的侧部之外；
将发光二极管芯片设置在所述第一引线框架部的所述底座的所述露出上表面上，并将所述发光二极管芯片与所述第一和第二引线框架部电连接；
用透明封装材料封装所述发光二极管芯片；以及
切割所述框架结构的所述延伸部，以获得发光二极管封装件。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述形成封装件主体的步骤包括在所述发光二极管芯片周围形成凹部以及在所述凹部的上端上以预定宽度形成突出部。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述封装步骤包括以如下方式分配所述透明封装材料，即，使得所述透明封装材料的一部分填充所述凹部，而所述透明封装材料的另一部分以预定曲率突出于所述突出部的上方。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述形成封装件主体的步骤包括以如下方式形成所述封装件主体，即，使得所述第一和第二引线框架的所述底座的所述下侧表面与所述封装件主体的下侧表面共面。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述形成框架结构的步骤包括以彼此平行的方式形成所述第一和第二引线框架部。
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