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CN101060159A - 具有多阶梯反射表面结构的发光二极管封装及其制造方法 - Google Patents

具有多阶梯反射表面结构的发光二极管封装及其制造方法 Download PDF

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CN101060159A CN200710104419.1A CN200710104419A CN101060159A CN 101060159 A CN101060159 A CN 101060159A CN 200710104419 A CN200710104419 A CN 200710104419A CN 101060159 A CN101060159 A CN 101060159A
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Abstract

本发明公开了一种使用LED作为光源的高亮度和高输出的LED封装及其制造方法。该LED封装包括：Al基底，具有形成在其中的凹进的多阶梯反射表面；光源，由安装在反射表面上并与图案化电极电连接的LED构成。该LED封装还包括形成在图案化电极和基底之间的阳极化绝缘层和覆盖在基底的光源上方的密封剂。该LED封装还包括形成在LED下方的Al散热器以提高散热性能。根据本发明，基底由Al材料制成并被阳极化，以在其上形成绝缘层，使得LED的散热效果优良，从而显著地提高了LED封装的寿命和发光效率。

Description

具有多阶梯反射表面结构的发光二极管封装及其制造方法
本申请要求于2006年4月21日在韩国知识产权局提交的第2006-0036099号韩国专利申请的权益，该申请的公开通过引用包含于此。
                 技术领域
本发明涉及一种使用发光二极管(LED)作为光源的高亮度和高输出的LED封装。更具体地讲，本发明涉及一种具有多阶梯反射表面结构的LED封装及其制造方法，在该LED封装中，光源被安装在铝(Al)基底上并且在光源周围一体地形成多阶梯反射表面，以提高LED在发光操作过程中的光效率和散热效果，从而在保持LED封装的高亮度和高输出的同时延长LED的寿命。
                   背景技术
如图1所示，在使用LED作为光源的传统LED封装300中，LED 315被安装在基底310上并与电力供应(power)电连接以发光。
在这种LED封装300中，LED 315根据其特性同时产生光和热。因此，应该将产生的热有效地释放到外部，以防止过热，从而保持长久的寿命和良好的输出效率。
在传统的LED封装300中，将LED 315作为光源安装在具有固定的电极图案305的基底310上，并且用环氧树脂等将反射元件320一体地固定在基底的上面，该反射元件320具有与基底310的外形尺寸大略相同的尺寸并具有在其内部形成的径向反射表面322。
这种传统的LED封装300具有穿透反射元件320的倾斜的反射表面322，来自LED 315的光被反射表面322向前反射。
然而，传统的LED封装300并没有使用用于基底的具有优良的散热性能的高导热材料(即，金属材料)，例如Al，因而，在LED 315的发光操作过程中没有发生优良的散热效果。
此外，传统的LED封装300具有通过单独的工艺被固定到基底310的反射元件320，从而阻碍了制造工艺的简化并增加了装配成本。
                 发明内容
本发明已经解决了现有技术中的上述问题，因此，本发明的一方面是提供了一种LED封装及其制造方法，该LED封装具有一体地形成在基底中的多阶梯反射表面，从而简化制造工艺并降低了制造成本。
本发明的另一方面提供了一种LED封装及其制造方法，该LED封装具有多阶梯反射表面结构，以通过基底实现优良的散热效果，允许应用低功率(low power)和高功率(high power)的LED芯片，从而显著地提高寿命和发光效率。
根据本发明的一方面，本发明提供了一种发光二极管封装，该发光二极管封装包括：Al基底，具有在其一侧形成的凹进的多阶梯反射表面；图案化电极，形成在所述Al基底上；光源，包括安装在所述反射表面上并与所述图案化电极电连接的发光二极管；阳极化绝缘层，形成在所述图案化电极和所述基底之间；密封剂，覆盖在所述基底的所述光源的上方；Al散热器，形成在所述光源的所述发光二极管下方以提高散热能力。
优选地，所述多阶梯反射表面涂覆有高反射的Ag。
另外，优选地，所述反射表面由Al基底中的凹进空间限定，并包括所述光源被安放在其上的平坦的中心反射表面部分和围绕所述中心反射表面部分的倾斜的反射表面部分。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种制造具有多阶梯反射表面结构的LED封装的方法。所述方法包括：
蚀刻基底的表面以一体地形成反射表面；
将所述基底的表面阳极化以形成绝缘层；
在所述反射表面上涂覆高反射金属材料；
在所述基底的所述绝缘层上形成图案化电极；
在所述基底上安装光源，并将所述光源与所述图案化电极电连接；
在所述基底的所述光源上方形成密封剂。
优选地，所述蚀刻步骤包括：在所述基底的表面上形成第一光致抗蚀剂层，并选择性地蚀刻所述基底的表面以形成第一倾斜反射表面部分；在所述第一倾斜反射表面部分的内侧上形成第二光致抗蚀剂层，并选择性地蚀刻所述基底的内侧表面，以形成第二倾斜反射表面部分和在其上安放所述光源的中心反射表面部分。
优选地，所述密封剂形成步骤包括：将从由硅树脂、环氧树脂、环氧模塑料及其混合物组成的组中选择的透明材料分散并固化在所述基底的所述反射表面的凹进空间中。
优选地，根据本发明的所述方法还包括将母基底切割以生产多个LED封装。
                       附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其他方面、特点和其它优点将会被更清楚地理解，在附图中：
图1是示出传统LED封装的透视图；
图2是示出根据本发明的具有多阶梯反射表面的LED封装的外形的透视图；
图3是示出根据本发明的具有多阶梯反射表面结构的LED封装的平面图，图3中的(a)是LED封装的上部的平面图，图3中的(b)是LED封装的下部的平面图；
图4是示出根据本发明的具有多阶梯反射表面结构的LED封装的侧面剖视图，图4中的(a)是沿图3中的线A-A截取的剖视图，图4中的(b)是沿图3中的线B-B截取的剖视图；
图5是示出根据本发明的具有多阶梯反射表面结构的LED封装的几个实施例的侧视图，图5中的(a)是具有半球形上表面的密封剂覆盖在多阶梯反射表面部分上的侧视图，图5中的(b)是具有半球形上表面的密封剂仅覆盖在单个反射表面部分上的侧视图，图5中的(c)是具有平坦的上表面的密封剂覆盖在多阶梯反射表面部分上的侧视图；
图6是示出根据本发明的具有多阶梯反射表面结构的LED封装的逐步的制造方法的示意图；
图7是示出根据本发明的通过将母基底分割来同时生产多个各具有多阶梯反射表面结构的步骤的示意图。
                  具体实施方式
现在，将参照附图来详细描述本发明的示例性实施例。
根据本发明的具有多阶梯反射表面结构的LED封装1包括由Al材料制成的基底10，如图2所示。该基底10由成本相对低并且易于制造的Al材料制成。
该基底10具有在其中心形成的反射表面30。反射表面30由通过蚀刻基底10而形成的凹进限定，并且包括：平坦的中心反射表面部分32，后面将要描述的光源20被安放在该中心反射表面部分32，即，芯片键合(die bonding)反射表面部分上；倾斜的反射表面部分34a和34b，围绕中心反射表面部分32并以多阶梯形成。
另外，将高反射的Ag材料涂覆在倾斜的反射表面部分34a和34b上，以进一步提高光效率。
另外，在基底10上形成图案化电极12a、12b、13a和13b，以对光源20供电(power)。图案化电极12a和13a形成在基底10的形成有反射表面30的一侧的表面上，以与构成光源20的LED电连接，而形成在相对侧(下表面)上的图案化电极12b和13b用作作为表面安装器件(SMD)的安装在另一基底(未示出)上的LED封装1的电连接焊盘。
形成在基底的相对侧上的图案化电极12a、12b、13a和13b通过多个穿过基底10的通孔16电连接。
通过使用激光进行钻孔、蚀刻等来形成通孔16，并且可用Ni、Cu、Au和Ag对通孔16的表面进行电镀(plate)，从而将基底10的图案化电极12a、12b、13a和13b电连接。通孔16可具有例如圆形、矩形和三角形的剖面形状。
另外，根据本发明的具有多阶梯反射表面结构的LED封装1包括阳极化绝缘层35，该阳极化绝缘层35形成在图案化电极12a、12b、13a和13b与基底10之间。
通过将Al基底10阳极化或阳极氧化来将基底10局部或者部分处理成具有Al2O3，并以大约10μm至100μm的厚度来形成用于使图案化电极12a、12b、13a和13b与基底10绝缘的阳极化绝缘层35。
具有多孔结构的阳极化绝缘层35的导热性能稍低，但却具有优良的电绝缘性能，因此被用作绝缘层。阳极化绝缘层35形成在图案化电极12a、12b、13a和13b与基底10之间，以使图案化电极12a、12b、13a和13b提供光源20的发光操作所需的能量。在通孔16中也形成阳极化绝缘层35，以使得基底10与电极电绝缘。
在如图3和图4所示的根据本发明的LED封装的情况下，上图案化电极12a从基底10的上部延伸到多阶梯反射表面30的中间阶梯34c，并且通过通孔16的电镀层与下图案化电极12b电连接，提供负(-)电极。图案化电极12a通过阳极化绝缘层35与基底电绝缘，并且通过导线40与光源电连接。
另一方面，在形成在上表面上的阳极化绝缘层35上形成图案化电极13a，从而提供正(+)电极。另外，下图案化电极13b直接形成在基底10的下表面上，以提供从外部电源(未示出)到基底10的正(+)电极。因此，基底10形成了在固定在反射表面30的中心的光源20的下端上的正(+)电极的电连接。
在图3和图4中示例的图案化电极12a和12b、13a和13b仅仅是本发明的示例性结构，并不限制本发明。可以应用其它各种布置的电极图案和阳极化绝缘层来形成光源的电连接。
此外，根据本发明，光源可由蓝色、红色和绿色LED组成，以产生白光。这些LED中的每个可通过导线40连接到由基底和图案化电极提供的正(+)电端或负(-)电端。
如上所述，设计各种形式的图案化电极12a、12b、13a和13b，使得图案化电极12a、12b、13a和13b对光源20供电的同时通过阳极化绝缘层35与基底10绝缘。
另外，根据本发明的具有多阶梯表面结构的LED封装1包括覆盖在基底10的光源20上方的密封剂70。如图5所示，通过将从由硅树脂、环氧树脂和环氧模塑料(EMC，Epoxy Molding Compound)及其混合物组成的组中选择的透明材料分散在基底10的反射表面30的空间中来形成密封剂70。
如图5中的(a)所示，具有半球形上表面的密封剂70可覆盖反射表面部分34a和34b的第一、第二或更多台阶，或者如图5中的(b)所示，具有半球形上表面的密封剂70可仅覆盖第二倾斜的反射表面部分34b。
另外，如图5中的(c)所示，密封剂70可用平坦的上表面覆盖反射表面部分34a和34b的第一、第二或更多台阶。
根据本发明的具有多阶梯反射表面结构的LED封装1还包括在光源20下面的由Al材料制成的散热器(散热区域)60，从而具有优良的散热性能。
根据本发明的制造具有多阶梯反射表面结构的LED封装的方法需要下列步骤。
首先，如图6所示，蚀刻基底10的表面以形成多阶梯反射表面30。
反射表面30包括：平坦的中心反射表面部分32，光源20被安装在其上；倾斜反射表面部分34a和34b，围绕中心反射表面部分32。如图6中的(a)至(d)所示，通过在Al基底10的表面上形成第一光致抗蚀剂层11并选择性地蚀刻Al基底10的表面以形成第一倾斜反射表面部分34a，来形成反射表面。
然后，为了在第一倾斜反射表面部分34a的内侧形成第二倾斜反射表面部分34b，在基底10的表面上形成第二光致抗蚀剂层14，选择性地蚀刻该表面以形成第二倾斜反射表面部分34b和光源被安放在其上的中心反射表面部分32。
重复这些工序以形成期望的反射表面30，然后将基底10阳极化以形成绝缘层35。即，如图6中的(e)和(f)所示，将基底的表面阳极化以形成Al2O3的绝缘层35。
在这种情况下，如果光源20是垂直型(vertical type)，即，LED具有与导线连接的上电极和与基底电连接的下电极，则为了安放光源20并将光源20与基底10电连接，对中心反射表面部分32的某些区域不应该进行阳极化。
接下来，根据本发明的方法还可以包括在反射表面30上涂覆高反射金属材料。可用高反射金属Ag涂覆反射表面30。
可以涂覆多阶梯反射表面部分34a和34b，但在阳极化绝缘层35上将要形成图案化电极的部分除外，并且该多阶梯反射表面部分34a和34b应该与形成在阳极化绝缘层35上的图案化电极12a和13a电绝缘。
然后，在基底10上形成图案化电极12a、12b、13a和13b。如图6中的(g)所示，这个步骤需要在阳极化绝缘层35上形成各种形式的图案化电极。
根据LED的类型，即，是水平型(horizontal type)(即，LED具有两个均与导线连接的电极)还是垂直型(即，LED具有与导线40连接的上电极和位于LED下面的以与下面的基底10电连接的下电极)，并根据安装的LED的数量，可以以各种图案在基底10上形成图案化电极12a、12b、13a和13b。
在形成图案化电极12a、12b、13a和13b之后，光源20被安装在基底10上并与图案化电极12a和12b电连接。
这个步骤是通过导线40建立电连接，如图6中的(h)所示。
图6中的(h)以垂直型为示例，即，光源20具有安装在基底10上以被提供有正(+)电极的下表面和通过与基底10电绝缘的上图案化电极12a与负(-)电极电连接的下表面。
此外，在电源20与图案化电极12a、12b、13a和13b电连接之后，在基底10上形成密封剂70。如图6中的(i)所示，这个步骤需要将从由硅树脂、环氧树脂、环氧模塑料(EMC)及其混合物中选择的透明材料分散并固化在基底10的反射表面30的凹进空间中。
该密封剂70形成半球形上表面，并覆盖反射表面部分34a和34b的第一、第二或更多台阶，或者可仅覆盖单个倾斜的反射表面部分34b。
另外，密封剂70可以以平坦的上表面覆盖反射表面部分34a和34b的第一、第二或更多台阶。
在通过上述工艺制造的具有多阶梯反射表面结构的LED封装1中，将Al材料的基底10设置在光源20的LED下方，从而得到优良的散热性能。
同时，根据本发明，可以一步一步地单独地制造LED封装1，但是可选择地，如图7所示，可以将大的母基底80切成单独的封装1。
即，对设置在单个大的母基底80中的封装的每个执行上述制造步骤，然后切割大的母基底80以获得多个根据本发明的LED封装1。
利用母基底80来生产多个LED封装1的工艺在本领域内是公知的，因此将不会提供进一步详细的解释。
在通过上述工艺制造的具有多阶梯反射表面结构的LED封装中，基底10由Al材料制成，并且该Al基底10用作在光源20下面的高导热性的散热器(散热区域)60，从而实现从光源20的发光操作中产生的热的优良的散热效果。
而且，反射表面30一体地形成在基底10上，通过在由反射表面限定的空间中注入密封材料来容易地形成密封剂70，从而实现简化的制造工艺，以实现低成本且高性能的LED封装。
根据上述提出的本发明，基底由Al材料制成并被阳极化，以在其上形成绝缘层，实现LED的优良的散热效果，从而显著地提高LED封装的寿命和发光效率。
另外，根据本发明，以凹进的形状将反射表面一体地形成在基底中并在反射表面的上方形成有密封剂，从而不需要结合传统的反射元件等。这样使得制造工艺简化并降低制造成本。
尽管已经结合示例性实施例示出和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该清楚，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出修改和变换。

Claims (7)

1、一种发光二极管封装，包括：
Al基底，具有在其一侧形成的凹进的多阶梯反射表面；
图案化电极，形成在所述Al基底上；
光源，包括安装在所述反射表面上并与所述图案化电极电连接的发光二极管；
阳极化绝缘层，形成在所述图案化电极和所述基底之间；
密封剂，覆盖在所述基底的所述光源的上方；
Al散热器，形成在所述光源的所述发光二极管下方以提高散热性能。
2、根据权利要求1所述的发光二极管封装，其中，所述多阶梯反射表面涂覆有高反射的Ag。
3、根据权利要求1所述的发光二极管封装，其中，所述反射表面由Al基底中的凹进空间限定，并包括所述光源被安放在其上的平坦的中心反射表面部分和围绕所述中心反射表面部分的倾斜反射表面部分。
4、一种制造具有多阶梯反射表面结构的发光二极管封装的方法，包括：
蚀刻基底的表面以一体地形成反射表面；
将所述基底的表面阳极化以形成绝缘层；
在所述反射表面上涂覆高反射金属材料；
在所述基底的所述绝缘层上形成图案化电极；
在所述基底上安装光源，并将所述光源与所述图案化电极电连接；
在所述基底的所述光源上方形成密封剂。
5、根据权利要求4所述的方法，其中，所述蚀刻步骤包括：
在所述基底的表面上形成第一光致抗蚀剂层，并选择性地蚀刻所述基底的表面以形成第一倾斜反射表面部分；
在所述第一倾斜反射表面部分的内侧形成第二光致抗蚀剂层，并选择性地蚀刻所述基底的内侧表面，以形成第二倾斜反射表面部分和在其上安放所述光源的中心反射表面部分。
6、根据权利要求4所述的方法，其中，所述密封剂形成步骤包括：将从由硅树脂、环氧树脂、环氧模塑料及其混合物组成的组中选择的透明材料分散并固化在所述基底的所述反射表面的凹进空间中。
7、根据权利要求4所述的方法，还包括将母基底切割以生产多个发光二极管封装。
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