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CN102859731B - Led模块 - Google Patents

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CN102859731B
CN102859731B CN201180020869.7A CN201180020869A CN102859731B CN 102859731 B CN102859731 B CN 102859731B CN 201180020869 A CN201180020869 A CN 201180020869A CN 102859731 B CN102859731 B CN 102859731B
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Abstract

能够高效地将LED芯片（30）的热进行散热，并且能够有效利用从LED芯片（3）发出的光，根据以下结构实现：具备：引线（1），其具有形成有在厚度方向贯通的开口部（11a）的芯片接合部（11）；引线（2），其与引线（1）分开；LED单元（3），其具备具有与引线（1）导通的电极端子（31）和与引线（2）导通的电极端子（32）的LED芯片（30），并且以与开口部（11a）重叠的方式搭载于芯片接合部（11）的z方向一侧的面；导线（52），其连接引线（2）和电极端子（32）；和支承部件（4），其支承引线（1、2），与芯片接合部（11）的z方向另一侧的面接触。

Description

LED模块
技术领域
本发明涉及内置有LED芯片的LED模块。
背景技术
图12表示现有技术的LED模块的一例（参照例如专利文献1）。在图12所示的LED模块X中，LED单元92通过未图示的焊接材料安装在基板91表面的中央部。基板91是例如由氧化铝、氮化铝等陶瓷构成的绝缘性的基板。LED单元92通过导线（Wire）93连接引线94、95。而且，LED模块X具备由覆盖LED单元92和导线93的透明的环氧树脂构成的树脂盖96。LED单元92形成为例如透明。
在LED模块X中，使基板91的表面为白色、使通过LED单元92的背面朝向基板91的表面的光反射，从而能够高效率地利用从LED单元92发出的光。
但是，直接将LED单元92搭载于基板91的情况，与在例如金属制的配线图案搭载LED单元92的情况比较，有在LED单元92的发光时产生的热难以散热的问题。另一方面，虽然金属制的配线图案具有优良散热性，但是随着时间变化有可能表面变成黑暗色。在该情况下，有难以高效率地利用从LED单元92发出的光的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11－112025号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明是鉴于上述情况而做出的，课题是提供一种能够更高效地使内置的LED芯片的热进行散热、并且能够有效利用从LED芯片发出的光的LED模块。
用于解决课题的方法
由本发明的第一方面提供的LED模块，包括：第一引线，其具有形成有在厚度方向贯通的开口部的芯片接合部；第二引线，其与上述第一引线分开；LED单元，其具备具有与上述第一引线导通的第一电极端子和与上述第二引线导通的第二电极端子的LED芯片，以至少一部分与上述开口部重叠的方式搭载于上述芯片接合部的上述厚度方向一侧的面；导线，其连接上述第二引线和上述第二电极端子；和支承部件，其支承上述第一和第二引线，接触上述芯片接合部的上述厚度方向另一侧的面。
根据这样的结构，上述发光元件发光时产生的热快速传递到上述芯片接合部，在第一引线传递散出到外部。同时，从上述发光元件出射到上述厚度方向的上述芯片接合部一侧的光的一部分被填充在上述开口部的白色的上述支承部件反射。因此，在本发明的发光元件模块中，能够兼具散热性和高亮度。
根据本发明的第二方面提供的LED模块，在由本发明的第一方面提供的LED模块中，从上述厚度方向看，上述开口部的至少一部分与上述LED芯片的一部分重叠。
由本发明的第三方面提供的LED模块，在由本发明的第一或者第二方面提供的LED模块中，上述支承部件包含白色树脂而构成。
由本发明的第四方面提供的LED模块，在由本发明的第三方面提供的LED模块中，在上述开口部填充有上述支承部件的一部分。
由本发明的第五方面提供的LED模块，在由本发明的第二到第四方面的任一方面提供的LED模块中，在上述厚度方向看，上述开口部比上述LED芯片小，并且该开口部的整体被上述LED芯片包含。
由本发明的第六方面提供的LED模块，在由本发明的第二到第四方面中任一方面提供的LED模块中，上述开口部具有在上述厚度方向看不与上述LED芯片重叠的部分。
由本发明的第七方面提供的LED模块，在由本发明的第六方面中任一方面提供的LED模块中，上述第一和第二电极端子形成于上述LED芯片在上述厚度方向的一个端面，上述开口部形成为，在上述厚度方向看，与上述导线延伸的方向正交的方向的一个端部不与上述LED芯片重叠。
由本发明的第八方面提供的LED模块，在由本发明的第五或者第六方面中的任一方面提供的LED模块中，上述第二电极端子形成于上述LED芯片在上述厚度方向的一个端面，上述第一电极端子形成于上述LED芯片在上述厚度方向的另一端面。
本发明的其他特征和优点，根据参照添加附图以下进行的详细的说明，能够更加明确。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的LED模块的平面图。
图2是沿着图1的Ⅱ－Ⅱ线的截面图。
图3是表示图1所示的LED模块的性能与开口部的面积的关系的图。
图4是表示图1所示的LED模块的其他的实施例的主要部分放大平面图。
图5是表示本发明的第二实施方式的LED模块的平面图。
图6是表示本发明的第三实施方式的LED模块的平面图。
图7是表示本发明的第四实施方式的LED模块的平面图。
图8是沿着图7的Ⅷ－Ⅷ线的截面图。
图9是表示本发明的第五实施方式的LED模块的平面图。
图10是沿着图9的X－X线的截面图。
图11是表示本发明的第六实施方式的LED模块的截面图。
图12是表示现有技术的LED模块的一例的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图具体说明本发明优选的实施方式。
图1和图2表示本发明的第一实施方式的LED模块。本实施方式的LED模块A1包括引线（Lead）1、与引线1分开的引线2和分别与引线1、2电连接的LED单元3，是利用引线1、2与外部电路连接而使LED单元3发光的结构。LED单元3通过导线51连接引线1，通过导线52连接引线2。而且LED模块A1还具备固定引线1、2的支承部件6和保护LED单元3的保护部件7。其中，在图1中省略保护部件7。LED模块A1从z方向看形成为x方向为长边方向、y方向为短边方向的矩形。
引线1具备具有开口部11a的芯片接合（DieBonding）部11和从芯片接合部11延伸出的端子部12。引线1是例如在厚度为0.15～0.20mm的铜板进行形成开口部11a的冲孔加工之后对表面实施镀银而形成的。
芯片接合部11是搭载LED单元3的部分。开口部11a形成于芯片接合部11的y方向中央附近。该开口部11a的位置、形状和大小在进行冲孔加工时能够适合设定。本实施方式的开口部11a形成为x方向尺寸为0.3mm、y方向尺寸为0.2mm的矩形。在该开口部11a如图2所示填充有支承部件6。
端子部12是从支承部件6的x方向一端露出到外侧的部分，用于使引线1连接外部的电路。该端子部12是在形成支承部件6之后将从引线1的支承部件6突出的部分折弯而形成的。
如图1和图2所示，引线2具备在x方向从芯片接合部11分离的导线接合部21和从导线接合部21延伸出的端子部22。引线2是例如在厚度为0.15～0.20mm的铜板的表面实施镀银而形成的。端子部22是从支承部件6的x方向另一端露出到外侧的部分，用于使引线2连接外部的电路。该端子部22是在形成支承部件6之后将从引线2的支承部件6突出的部分折弯而形成的。
LED单元3由LED芯片30构成，上述LED芯片30是在由例如蓝宝石（Al2O3单晶）形成的基板的表面层叠氮化镓等半导体材料而形成的。该LED芯片30在被n型半导体层和p型半导体层夹着的活性层通过电子和空穴复合而发出蓝色光、绿色光、红色光等。在这样的LED单元3中，由于几乎没有吸收蓝宝石基板所发出的光，所以大致朝向全方位出射光。LED单元3形成为例如x方向尺寸为0.8mm、y方向尺寸为0.4mm的在z方向看的矩形。如图1所示，LED单元3以在z方向看与开口部11a重叠的方式使用焊接材料4固定于芯片接合部11。在本实施方式中，LED单元3为封锁开口部11a的配置。焊接材料4例如是透明的环氧树脂。
在将LED单元3固定在芯片接合部11时，首先，在设置芯片接合部11的LED单元3的预定的区域涂敷焊接材料4，之后以与焊接材料4重叠的方式设置LED单元3。
LED单元3在z方向上端面的x方向一端具备电极端子31，在另一端具备电极端子32。电极端子31连接n型半导体层，经由导线51与芯片接合部11导通连接。电极端子32连接p型半导体层，经由导线52与导线接合部21导通连接。导线51、52例如是金线。
支承部件6包含例如添加了氧化钛的白色的环氧树脂而构成，形成为如图1所示的平面看的大致矩形。支承部件6覆盖引线1、2的一部分使两者固定。支承部件6形成为中央部凹陷，如图2所示，具有越向z方向上方，在x方向上越向远离LED单元3的方向倾斜的反射面61。如图1所示，反射面61形成为在z方向看包围LED单元3的框状。该反射面61用于将从LED单元3向与z方向正交的方向出射的光朝向z方向上方反射。这样的支承部件6是通过使用了模具的所谓的嵌入（Insert）成形方法而形成的。具体而言，通过将引线1、2设置于模具、使液化状态的环氧树脂流入模具并且使其硬化来形成支承部件6。采用这样的形成方法时，由于在开口部11a流入液化的环氧树脂，所以成为在开口部11a填充有支承部件6的一部分的结构。而且，不使环氧树脂流入到开口部11a的整体，在仅在开口部11a的一部分填充有支承部件6的情况下，也可以使透明的焊接材料4流入开口部11a。
保护部件7形成为填埋被反射面61包围的区域，覆盖芯片接合部11、导线接合部21、LED单元3和导线51、52。该保护部件7是例如透明的环氧树脂制。
接着，说明LED模块A1的作用。
根据本实施方式，由于LED单元3搭载于金属制的引线1，所以在LED单元3发光时产生的热快速向引线1传递。引线1的端子部12露出到支承部件6的外侧，因此向引线1传递的热变得易于向大气散出。因此，LED模块A1在散热性方面优良，能够抑制由LED单元3的温度上升引起的劣化而实现可靠性。
进而根据本实施方式，从LED单元3向z方向下方出射的光的一部分被填充在开口部11a的白色的支承部件6反射，向z方向上方前进。这样在LED单元3的下侧配置白色的支承部件6时，能够得到比将LED单元3的下侧整体作为金属制的引线1的情况更高的反射率。因此，LED模块A1能够将朝向z方向下方的光改变为效率高的朝向z方向上方的光。因而，LED模块A1是使用金属制的引线1的具有高的散热性的结构，同时能够以与在将LED单元3装载在白色的非金属材料的情况相近的高效率来利用从LED单元3出射出的光。
图3表示开口部11a在z方向看的面积和LED模块A1的散热性以及从LED单元3出射的光的利用效率的关系。如图3所示，开口部11a的面积增加时，从LED单元3出射的光的利用效率上升，另一方面LED模块A1的散热性降低。根据LED模块A1的用途或者LED单元3的性能，决定开口部11a在z方向看的面积。开口部11a的面积为最小的情况，是开口部11a的在z方向看的形状成为一边的长度为引线1的厚度的长度的正方形的情况。相反，开口部11a的面积为最大的情况，是开口部11a在z方向上正好与LED单元3重叠的情况。
而且，开口部11a也可以以例如图4所示的方式分割。另外，也可以开口部11a不被单纯分割，而是多个贯通孔的组合。
以下，说明本发明的其他实施方式。其中，在这些图中，对与上述实施方式相同或者类似的要素附加与上述实施方式相同的符号，适当省略说明。
图5表示本发明的第二实施方式的LED模块A2。LED模块A2在芯片接合部11形成有比上述实施方式的开口部11a大的开口部11b，其他结构与LED模块A1相同。
开口部11b形成为其y方向尺寸比LED单元3的y方向尺寸长的矩形。如图5所示，LED单元3配置为在y方向上被开口部11b的y方向两侧端夹着。与开口部11a同样在开口部11b填充有支承部件6。
在本实施方式中，在LED单元3发光时产生的热从LED单元3的x方向两端部传递到芯片接合部11。因此，LED模块A2具有良好的散热性。
在LED单元3的x方向两端部配置有电极端子31、32，原本从该部分难以向z方向上方出射光。在本实施方式中，在除去该难以向z方向上方出射光的部分的大致全部区域中，LED单元3的z方向下侧成为白色。因此，在LED模块A2中，例如如现有技术的LED模块X那样，能够以与将LED单元92装载在白色的基板91的情况比较接近的效率，将从LED单元3向z方向下方出射的光改变为朝向z方向上方的光。因而LED模块A2能够保持良好的散热性并且以高效率利用从LED单元3出射的光。
图6表示本发明的第三实施方式的LED模块A3。LED模块A3在芯片接合部11形成有切割状的开口部11c，其他的结构与LED模块A1相同。
开口部11c形成为从芯片接合部11的图6中的y方向上端向下方延伸。在开口部11c也填充有白色的支承部件6。
LED模块A3也由于LED单元3的一部分接触金属制的芯片接合部11而具有高的散热性。同时，利用填充在开口部11c的白色的支承部件6，能够以高效率将从LED单元3向z方向下方出射的光改变为朝向z方向上方的光。
图7和图8表示本发明的第四实施方式的LED模块A4。LED模块A4包括引线1A、1B、1C、2A、2B、2C、LED单元3A、3B、3C、支承部件6、保护部件7和两个齐纳二极管8。LED模块A4构成为主要向z方向出射光的侧视型的LED模块。
引线1A、1B、1C、2A、2B、2C分别是铜制，例如是实施镀银后的部件。
引线1A包括芯片接合部11、端子部12和连接芯片接合部11与端子部12的细长状的带部13。在芯片接合部11形成有开口部11d，使用未图示的焊接材料搭载有LED单元3A。在开口部11d填充有支承部件6。
LED单元3A在图8的z方向一端面具有电极端子31，在z方向另一端面具有电极端子32。电极端子31通过与芯片接合部11接触而与引线1A导通。电极端子32通过导线53连接在引线2A的导线接合部21。
在本实施方式中，如图8所示，形成有开口部11d以回避电极端子31。
搭载于引线1B、1C的LED单元3B、3C是与LED模块A1的LED单元3相同的结构。LED单元3B经由导线51与引线1B连接，经由导线52与引线2B连接。LED单元3C经由导线51与引线1C连接，经由导线52与引线2C连接。
在引线1B、1C的各芯片接合部11形成有与例如LED模块A1中的开口部相同的开口部11a。
在本实施方式中，引线1A、1B、1C、2A、2B、2C的各端子部12、22全部从图7的y方向下侧延出到支承部件6的外侧。
两个齐纳二极管8分别搭载于引线2B、2C，经由导线54、55与引线1B、1C连接。各齐纳二极管8用于防止在LED单元3B、3C负荷过大的逆电压，仅在施加了规定电压以上的逆电压时，允许电流向逆电压方向流动。
在LED模块A4中，LED单元3A、3B、3C由于搭载于金属制的引线1A、1B、1C，所以有优良的散热性。同时，利用在形成于引线1A、1B、1C的开口部11a、11d填充的白色的支承部件6，从LED单元3A、3B、3C出射到图8的z方向一侧的光高效地反射到z方向另一侧。
图9和图10表示基于本发明的第五实施方式的LED模块。本实施方式的LED模块A5的LED单元3的结构与LED模块A1不同。在本实施方式中，LED单元3包括LED芯片30和支承其的辅助安装基板33。
LED芯片30是通过在例如由蓝宝石构成的基板的表面层叠氮化镓等半导体材料而形成的。LED芯片30通过在被n型半导体层和p型半导体层夹着的活性层中电子与空穴复合来发出蓝色光、绿色光、红色光等。在这样的LED芯片30中，由于没有吸收全部蓝宝石基板发出的光，所以朝向大致全方位出射光。LED芯片30包括与n型半导体层导通的电极端子31和与p型半导体层导通的电极端子32。如图9所示，从z方向看LED芯片30配置为内含开口部11a的整体。
辅助安装基板33是例如由Si构成的透明的基板，经由透明的焊接材料4搭载于引线1。在z方向上端面的靠x方向一端具备电极垫34，靠近另一端具备电极垫35。电极垫34、35如图9所示，形成为从z方向看与开口部11a不重叠。电极垫34经由导线51与芯片接合部11导通连接。电极垫35经由导线52与导线接合部21导通连接。
如图10所示，LED芯片30以电极端子31与电极垫34导通、电极端子32与电极垫35导通的方式搭载于辅助安装基板33。电极端子31、32和电极垫34、35例如通过共晶键合而接合。
辅助安装基板33搭载于金属制的引线1，因此LED芯片30在发光时产生的热容易向引线1传递。引线1的端子部12露出到支承部件6的外侧，因此向引线1传递的热容易向大气放出。因此，LED模块A5具有优良的散热性，能够抑制由LED芯片30的温度上升引起的劣化，实现可靠性的提高。
进而，根据本实施方式，从LED芯片30向z方向下方射出的光的一部分，穿过透明的辅助安装基板33被填充在开口部11a的白色的支承部件6反射，朝向z方向上方前进。因此，LED模块A5能够高效地将向z方向下方的光改为向z方向上方的光。因此，LED模块A5是使用金属制的引线1而具有高的散热性的结构，同时能够以与将LED单元3装载在白色的非金属原料的情况接近的高效率利用从LED芯片30出射的光。
图11表示基于本发明的第六实施方式的LED模块。本实施方式的LED模块A6，LED单元3的安装方法与LED模块A5不同，其他的结构与LED模块A5相同。另外，在本实施方式中，辅助安装基板33通过例如银糊那样的导电性的焊接材料41搭载于引线1。
在本实施方式的LED芯片30中，与p型半导体层导通的电极端子31设置于z方向下端面的x方向一端，与n型半导体层导通的电极端子32设置于z方向下端面的x方向另一端。
本实施方式的辅助安装基板33，代替具备电极垫34，具有填充有导电体36的通孔33a。导电体36经由焊接材料41与引线1导通。而且，根据该结构，在本实施方式中没有设置导线51。
本实施方式的LED芯片30以电极端子31与导电体36导通、电极端子32与电极垫35导通的方式搭载于辅助安装基板33。电极垫35和导线接合部21由导线52连接。
如图11所示，焊接材料41形成为不与开口部11a重叠。
在这样的LED模块A6中，从LED芯片30向z方向下方出射的光的一部，穿过透明的辅助安装基板33被填充在开口部11a的白色的支承部件6反射，朝向z方向上方前进。因此，LED模块A6能够高效地将向z方向下方的光改为向z方向上方的光。因此，LED模块A6是使用金属制的引线1具有高的散热性的结构，同时能够以与将LED单元3搭载于白色的非金属原料的情况接近的高效率利用从LED芯片30出射的光。
本发明的LED模块不限定于上述的实施方式。本发明的LED模块的各部分的具体的结构能够自由进行各种设计变更。例如，也可以在LED模块A1～A3的焊接材料4添加氮化铝等作为散热填充物。通过提高焊接材料4的热传导率，从LED单元3向引线1的热容易传递。
在上述实施方式中，开口部11a、11b、11d在z方向看的矩形也可以是圆形、椭圆形或者其他的多边形。
另外，在上述实施方式中，引线1、2、1A、1B、1C、2A、2B、2C是在铜制的材料上实施了镀银的部件，但是也可以使用其他的金属。
另外，在上述实施方式中，支承部件6是白色树脂，但是即使是与现有技术的LED模块X同样地使用白色陶瓷基板的结构的LED模块也能够得到本发明的效果。
另外，在LED模块A5、A6中设置有开口部11a，但是也可以设置与LED模块A2中的开口部11b、LED模块A3中的开口部11c相同的开口部。

Claims (8)

1.一种LED模块，其特征在于，包括：
第一引线，其具有形成有在厚度方向贯通的开口部的芯片接合部；
第二引线，其与所述第一引线分开；
LED芯片，其具有与所述第一引线导通的第一电极端子和与所述第二引线导通的第二电极端子；
导线，其连接所述第二引线和所述第二电极端子；
白色的支承部件，其支承所述第一和第二引线，接触所述芯片接合部的所述厚度方向另一侧的面，并且具有比所述第一引线高的反射率；和
焊接材料，其对于来自所述LED芯片的光为透明，并且用于将所述LED芯片接合于所述第一引线，
在所述开口部内配置有所述支承部件的一部分，
在所述厚度方向看时，配置在所述开口部内的所述支承部件的至少一部分与所述LED芯片重叠。
2.如权利要求1所述的LED模块，其特征在于：
在所述厚度方向看，所述开口部的至少一部分与所述LED芯片的一部分重叠。
3.如权利要求1所述的LED模块，其特征在于：
所述支承部件由树脂构成。
4.如权利要求3所述的LED模块，其特征在于：
在所述开口部填充有所述支承部件的一部分。
5.如权利要求2所述的LED模块，其特征在于：
在所述厚度方向看，所述开口部比所述LED芯片小，并且所述开口部的整体被所述LED芯片包含。
6.如权利要求2所述的LED模块，其特征在于：
所述开口部具有在所述厚度方向看不与所述LED芯片重叠的部分。
7.如权利要求6所述的LED模块，其特征在于：
所述第一和第二电极端子形成于所述LED芯片在所述厚度方向的一个端面，
所述开口部形成为在所述厚度方向看与所述导线延伸的方向正交的方向上的一个端部不与所述LED芯片重叠。
8.如权利要求5所述的LED模块，其特征在于：
所述第二电极端子形成于所述LED芯片在所述厚度方向的一个端面，所述第一电极端子形成于所述LED芯片在所述厚度方向的另一端面。
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