CN100435362C - 发光二极管 - Google Patents

Abstract

LED包括：有高热导率的基底，它有芯片焊接的安装面；基底上安装的印刷电路板，它有暴露部分基底安装面的开孔，并有沿水平方向向外延伸到基底外部边缘上的突出部分；基底安装面上安装的LED单元，它暴露在印刷电路板的开孔中；从上面密封LED单元的树脂材料；其中电路连接到LED单元的通孔形成在突出部分的外部边缘，而外接电极配置在通孔的上表面和下表面。这种LED可以增强热耗散效应，它能产生高亮度的光，而且还可以安装在母板的上表面或下表面。

Description

发光二极管

技术领域

本发明涉及具有热耗散功能的高亮度型发光二极管(LED)。

背景技术

发光二极管(LED)用作蜂窝式电话和其他器件中液晶面板的背光源，其特征是光源的尺寸小和寿命长。近年来，各种类型的LED已经商品化，其中包括发射彩色光的LED和有高输出的LED，它以高亮度照明相对宽的面积。这种彩色光照明LED和高输出型LED消耗大量电能，因此，热耗散成为一个重大的问题。

一般地说，在预定的工作范围内，LED的驱动电流与发射光亮度之间有近似的正比关系。因此，为了产生高亮度，只需要增大驱动电流。然而，增大驱动电流导致LED单元中的功率损耗按比例增大。这种功率损耗的绝大部分转变成热能，从而提高LED单元本身的温度。由于LED单元有这样的特性，它的发光效率(电流-光转换效率)随温度下降而升高，出现的问题是，产生的光亮度随LED单元内温度的升高而减小。当LED单元的温度升高时，LED的工作寿命也变得较短。另一个问题是，密封LED单元的透光树脂材料的热诱发变色也使它的透明度降低。这些问题使得LED实现商品化变得较困难，LED需要满足高输出和高可靠性的要求，例如，长的工作寿命。

为了解决这些问题，重要的是给LED单元提供热耗散装置。对这种热耗散提出过一些建议。一个例子是图8所示(Japanese PatentDisclosure No.11-307820)。这种LED 1包括：一对具有热导率的导热元件2a，2b；固定到导热元件2a，2b并与它互相电隔离的绝缘件3；导热元件2a，2b上安装的LED单元4，它是在凹进部分3a的绝缘件3内，其中暴露导热元件2a，2b；和密封LED单元4的透光密封件5。LED单元4安装成跨接凹进部分3a内暴露的这对导热元件2a，2b，其中导热元件2a，2b分别焊接到印刷电路板7上形成的电极图形6a，6b的一端，例如，母板。

Japanese Patent Disclosure No.2002-252373公开一种采用其他热耗散装置的LED。在这种LED中，安装LED单元的基片和作为端电极的引线架是由相同的材料制成，与引线架底面大致相等高度的基片直接安装在电子器件的印刷电路板上，例如，LED是用在电子器件中的情况下。

然而，在图8所示的LED 1中，由于LED单元4产生的热量是通过这对导热元件2a，2b和电极图形6a，6b耗散到印刷电路板7，热耗散性能取决于印刷电路板7的热导率。例如，若具有优良热导率的金属芯基片用于印刷电路板7，则可以预期有良好的热耗散性能，而利用低成本材料制成的普通印刷电路板不可能产生很好的热耗散效应，例如，玻璃环氧材料。这是因为玻璃环氧材料的热导率是金属材料热导率的几百分之一，例如，铜合金，很大的热阻妨碍有效地释放热量。因此，为了实现有效的热耗散，重要的是，金属芯基片用于印刷电路板7。然而，金属芯基片存在这样的问题，其成本增大和金属芯基片很难布线在高密度集成的两侧。此外，由于金属芯基片是导电材料，必须利用绝缘层覆盖它表面进行绝缘，这又使它热传导和热耗散效应下降。

Japanese Patent Disclosure No.2002-252373中公开的LED也存在类似的问题。即，由于基片安装成与印刷电路板紧密接触，从基片到印刷电路板的热传导是相当地好。但是，若印刷电路板是由玻璃环氧材料制成，则它的低热导率使热耗散性能下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种高亮度型LED，它可以减小热形式的功率损耗并能产生明亮的光，此外，利用LED印刷电路板的上表面或下表面可以安装这种类型的LED。

从一个方面考虑，本发明提供的LED包括：有高热导率的基底，它有芯片焊接的安装面；基底上安装的印刷电路板，它有暴露部分基底安装面的开孔并有沿水平方向向外延伸到基底外部边缘的突出部分；至少一个安装在基底安装面上的LED单元，它暴露在电路板的开孔中；和从上面密封LED单元的透光树脂材料；其中至少两个电路连接到LED单元的通孔形成在突出部分的外部边缘，而在与通孔相邻的上表面和下表面中至少一个面上至少配置两个外部电路连接的连接电极，这些电极分别连接到通孔。

有高热导率的基底是由诸如铜和铝的金属，诸如铜合金和铝合金的金属合金，或铝基陶瓷材料制成。

由于按照本发明的LED有直接安装在高导热耗散基底上的LED单元，LED单元中产生的热量可以有效地释放到外部，允许产生明亮的光，与此同时使功率消耗减至最小。

此外，由于安装的LED单元没有与印刷电路板的直接接触，LED单元产生的热量不会传递到印刷电路板。当LED用于电子器件和LED的印刷电路板安装在该电子器件的印刷电路板上时，这就不需要考虑LED单元中产生的热效应。为了区分本发明LED中包含的印刷电路板与电子器件的印刷电路板，我们把后者称之为母板。

此外，在与通孔相邻的上表面和下表面配置连接电极，而通孔形成在印刷电路板的突出部分，利用LED印刷电路板的上表面或下表面，可以安装LED到母板上。

附图说明

图1是本发明第一个实施例的LED透视图。

图2是图1所示LED的垂直剖面图。

图3是第一个例子中电子设备框架上安装LED的剖面图。

图4是第二个例子中电子设备框架上安装LED的剖面图。

图5是本发明第二个实施例的LED剖面图。

图6是本发明第三个实施例的LED剖面图。

图7是本发明第四个实施例的LED透视图。

图8是具有普通热耗散功能的LED透视图。

具体实施方式

现在，参照附图详细描述本发明的优选实施例。

图1和图2是本发明第一个实施例的LED。这种LED 21包括：有高热导率的基底22；在基底22近似中心部分固定的至少一个LED单元23；安装在基底22上表面并围绕LED单元23的LED印刷电路板24；和密封LED单元23的透光树脂材料25。

基底22是由高热导率的材料制成，例如，包括铜，铜合金，铝和铝合金的金属材料，可以增强热耗散效应。基底22有表面22a，芯片焊接LED单元23到该表面上。基底22的下侧形成热耗散面22b，通过与使用LED的另一个电子器件框架的接触可以释放热量。为了增强热耗散效应，最好是加宽热耗散面22b。所以，按照这样的方式形成基底22是有效的，它的表面积和厚度是尽可能大。基底22不限于长方形柱状，它可以是圆盘形，平头锥台形，或平头圆锥形。

LED单元23的上表面和侧面作为发光面，以及在它的上表面上还有一对单元电极部分。借助于粘合剂等材料，LED单元23是从它的下侧芯片焊接到基片22安装面22a的近似中心部分，其中单元电极部分通过焊接线26连接到以下描述的LED印刷电路板24。

印刷电路板24是由绝缘材料制成，例如，玻璃环氧树脂或BT(三嗪双马来酰亚胺)树脂。印刷电路板24在它的中心部分有开孔27，可以暴露基底22上安装的LED单元23。至少一对电极图形34形成在电路板的表面上，而LED的单元电极部分通过焊接线26分别连接到电极图形。印刷电路板24有沿水平方向延伸的突出部分29，并向外延伸到基片22的边缘。至少一对通孔28形成在突出部分29的两个端面，例如，它的左端和右端。电极图形34分别连接到通孔28。连接到通孔28的外接电极28a，28b形成在围绕通孔28的突出部分29的上表面和下表面。

密封LED单元23的树脂材料25是由透明或半透明的材料制成；在印刷电路板24上的密封框架30中填充树脂材料25。若蓝色LED单元用作LED单元23，则钇铝石榴石(YAG)磷可以与树脂材料25混合，或可以放置在树脂材料的表面上使LED产生白光。如以下参照图7所描述的，可以组合两个或多个LED单元。此外，各种磷材料可以与树脂材料25混合，或可以组合磷制剂和染料。上述的这些组合物能够制造有所需彩色再现性质的LED，它可以产生各种范围的颜色和亮度，当然包括轻淡色彩。密封框架30是借助于粘合剂固定到印刷电路板24的上表面，为的是封闭LED单元23。密封框架30的内圆周面可以作镜面抛光或配置反光件，例如，金属薄膜，可以增大密封框架30的反射效率和沿预定方向聚焦从LED单元23发射的光，例如，通过改变密封框架30的形状以提高光亮度。

以下解释上述结构的LED 21如何固定到安装各种电子器件的印刷电路板上。电子器件中安装的印刷电路板称之为母板32，以便把它与LED印刷电路板进行区别。例如，如图3和图4所示，在待安装LED 21的母板32上制成开孔33，通过开孔33插入基底22或密封框架30。然后，LED印刷电路板24突出部分29上的一个外接电极28a，28b焊接到LED 21的开孔33圆周边缘，LED 21固定在母板32上。由于这个实施例中的LED 21有直接芯片焊接到基底22的LED单元23，LED单元23在发光期间产生的热量通过基底22耗散到空气中。与此同时，若基底22放置成与电子器件的外壳或框架接触，则热量是通过电子器件的外壳或框架释放到外部，从而增强热耗散效应。

现在更详细地解释安装LED 21的过程。图3表示LED安装到电子器件母板上的第一个例子。基底22是从上面插入到母板32的开孔33中。由于印刷电路板24的突出部分29大于开孔33，突出部分29的下侧与母板32的接触是在开孔33的边缘。此时，安装LED可以使基底22的热耗散面22b与电子器件的外壳31表面接触。在开孔33的边缘部分，与通孔28相邻的印刷电路板24下侧形成的外接电极28b焊接到母板32的上表面。

图4表示LED安装过程的第二个例子。在这个例子中，密封框架30是从下面插入到母板32的开孔33中，突出部分29的上表面在开孔33边缘处与母板32的下侧接触，而基底22的热耗散面22b与电子器件的外壳31面接触。通孔28上表面形成的外接电极28a在开孔33的边缘处焊接到母板32的下侧。

如在以上所描述的，使基底22的热耗散面22b与电子器件的外壳31接触可以改进热耗散效应。由于这个实施例中的LED 21有形成在突出部分29的通孔28，利用与通孔28相邻的上表面和下表面配置的外接电极28a或28b，可以从它的顶部或底部连接LED 21。因此，如图3和图4所示，可以按照相对于外壳31的母板32位置选取LED21的安装方向。若我们事先知道母板32的安装位置，则可以按照母板32的位置设定基底22的厚度，可以产生最佳的热耗散效应。

虽然在以上的实施例中描述一对外接电极28a，28b如何形成在与通孔28相邻的LED电路基片的上表面和下表面，若我们事先知道LED插入到母板32中开孔33的方向，则要求外接电极形成在LED电路基片的上表面或下表面，它取决于插入的方向。

以下，参照图3和图4解释LED 21的发光和热耗散动作。当预定的驱动电压加到LED单元23上时，LED单元23消耗的功率等于所加驱动电压与驱动电流的乘积，而部分的消耗功率转换成通过树脂材料25向外发射的光。没有转换成光的消耗功率作为热量从整个LED单元23辐射。此处，由于LED单元23的下侧与基底22接触，产生的热量首先释放到基底22，由此可以有效地通过热耗散面22b释放到外壳31中。若与热耗散面22b接触的外壳31是由高热导率的金属材料制成，则可以产生更有效的热耗散动作。

此外，由于形成的印刷电路板24有开孔27，而且它不与作为热源的LED单元23接触，所以不受到来自LED单元23热量的直接影响。这种安排可以防止热量从LED印刷电路板24扩散到母板32中，从而有效地使电子电路的退化和断裂减至最小。

图5表示本发明第二个实施例的另一种LED。在LED 41中，LED单元43在LED单元43上表面和下表面中每个面分别有形成的一对单元电极。辅助安装基片44放置在基底22的安装面22a上，而LED单元43下侧的单元电极是芯片焊接到这个辅助安装基片44的上表面。焊接线26a用于连接LED单元43上表面的单元电极与印刷电路板24上形成的电极图形。例如，辅助安装基片44是由铝基陶瓷或硅基片构成，可以增强热耗散效应。在辅助安装基片44的表面上形成两个图形。一个图形是芯片焊接图形，LED单元43下侧的单元电极表面安装到该图形上；而另一个图形是从芯片焊接图形延伸的引出图形，它通过焊接线26b连接到印刷电路板24上的其他电极图形。在这种结构的LED 41中，LED单元43产生的热量首先扩散到辅助安装基片44上，然后进入基底22，由此通过热耗散面22b再释放到外部空间。

图6表示本发明第三个实施例的另一种LED。LED 51的特征是，基底52是由非金属材料制成。优选的非金属材料包括：例如，具有绝缘性质和高热导率的铝基陶瓷材料。使用这种陶瓷材料允许电极图形(未画出)直接形成在基底52的安装面52a，LED单元43直接安装到电极图形上，因此省略使用第二个实施例中LED 41所示的辅助安装基片44。在这种情况下，由于整个基底52是由陶瓷材料制成，可以获得足够的热耗散效应。

虽然以上实施例中的LED 21，41，51是利用单个LED单元23，43构成，但是通过增大印刷电路板24中开孔27的尺寸，可以安装多个LED单元，从而在基底22，52上形成较大的安装面。

图7表示本发明第四个实施例的另一种LED。LED 61在基底62安装面62a上有安装的LED单元63a，63b，63c，它们分别发射光的三基色，红，蓝和绿。由阳极电极(A1-A3)和阴极电极(B1-B3)构成的通孔形成在两个端面上，例如，印刷电路板64中突出部分69的左端和右端，这些阳极电极和阴极电极分配给LED单元63a，63b，63c。印刷电路板64有暴露LED单元63a，63b，63c的圆形孔67，而形成的密封框架70围绕LED单元63a，63b，63c。通过调整加到阳极电极(A1-A3)和阴极电极(B1-B3)上的电压，这种LED 61可以制作成发射各种颜色的光。可以有效地通过基底62耗散多个LED单元产生的大量热量。

Claims (11)

1.一种发光二极管，其特征在于具有：

热传导率高的基底；和

直接安装在该基底的上表面、具有露出所述基底上表面的一部分的开孔及电极图形的印刷电路板；和

安装在所述印刷电路板的开孔中露出的所述基底的平坦的上表面上、与印刷电路板上表面的电极图形电连接的至少一个发光二极管单元；和

安装在基底上、密封与印刷电路板的电极图形电连接的所述发光二极管单元的树脂材料；其中，

安装在所述基底上表面的所述印刷电路板具有从基底的外周边缘水平突出的突出部，俯视下，基底的下表面比树脂材料大。

2.按照权利要求1的发光二极管，还具有在所述印刷电路板的突出部与所述电极图形电连接的至少一对外部连接电极。

3.按照权利要求1述的发光二极管，其中基底是由金属、金属合金或陶瓷材料制成。

4.按照权利要求1的发光二极管，其中基底是由铜、铜合金、铝、铝合金或铝基陶瓷材料制成。

5.按照权利要求1的发光二极管，具有设置在所述基底上表面的辅助安装基片，通过该辅助安装基片安装所述发光二极管单元。

6.按照权利要求5的发光二极管，其中辅助安装基片是由铝基陶瓷或硅基片构成。

7.按照权利要求1的发光二极管，还具有设置在所述树脂材料周围的框架，所述框架是在内圆周面上具有反射面的框架。

8.按照权利要求1的发光二极管，多个所述发光二极管单元被安装在从设置在所述印刷电路板的开孔露出的基底的上表面上。

9.按照权利要求2的发光二极管，所述至少一对突出部含有相对着的基片边缘，外部连接电极具有设置在相对着的基片边缘上的通孔和设置在印刷电路板的突出部的上下表面上的电极，各个通孔与设置在对应的上表面及下表面上的电极电连接。

10.一种电子机器，具有：

电子机器的主板；和

安装在所述主板上的权利要求1所述的发光二极管；其中，

所述主板具有比含有突出部的发光二极管的印刷电路板小的开口部，基底被安装在开口部的内侧、设置在所述印刷电路板的突出部上的外部连接电极被焊锡固定在开口部的周边部分。

11.按照权利要求10的电子机器，还具有固定在所述主板上、内部含有权利要求1所述的发光二极管的筐体，

发光二极管的基底下表面与筐体接触。

Images