Led外壳及其制造方法

专利名称：Led外壳及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管(LED)外壳，更具体地讲，涉及一种具有简单的装配结构的LED外壳及其制造方法，这种简单的装配结构使得能以容易的方式进行大量生产。
背景技术：
发光二极管(LED)是一种响应电流被激发以产生各种颜色的光的半导体器件。由LED产生的光的颜色主要由LED半导体的化学成分确定。这种LED与利用灯丝的传统发光器件相比具有若干的优点，如更长的使用寿命、更低的驱动电压、更好的初始激发特性、更高的抗振动性和更高的耐反复的电源切换性，因此，对于这种LED的需求日益增长。
具体地讲，近来，在发光系统和大尺寸液晶显示器(LCD)的背光单元中采用了一些LED，如大功率LED。因为这些系统或单元需要较大的功率，所以这种大功率LED要求具有更好的散热性能。
图1和图2示出了典型的大功率LED封装，其中，图1是大功率LED的透视剖视图，图2是安装在电路板上的大功率LED的剖视图。
首先参照图1，LED封装10包括热连接构件14(所谓的散热块)，LED芯片12位于热连接构件14上。热连接构件14还用作导热工具。通过一对导线16和一对引线18由外部电源(未显示)对LED芯片12提供电源。密封材料20密封热连接构件14的包括LED芯片12的顶部，透镜22盖在密封材料20上。外壳24通常通过模制工艺(molding)形成，外壳24围绕热连接构件14以支撑热连接构件14和引线18。
图1中示出的LED封装10安装在图2所示的作为热沉(heat sink)的主板30上，以组成LED组件40。导热垫36如焊块(solder)位于LED封装10的热连接构件14和主板30的金属部分32之间，以促进导热构件14和金属部分32之间的热传导。另外，引线18也牢固地连接到主板30的电路图案34上。
如图1所示的LED封装10及其在主板30上的安装结构的关注点在于有效地将热量散发到外部的散热问题。即，设计LED封装10使得作为热沉的热连接构件14直接安装或通过导热垫36安装在主板30上，以将从LED芯片12吸收的热散发到外部。来自LED芯片12的大部分热通过热连接构件14被传导至主板30，而只有小部分热通过包括外壳24和透镜22的LED封装10的表面散发到空气中。
然而，不利的是这种结构复杂，从而阻碍了LED封装制造的自动化，还要求大量的组件组装在一起，从而加重了制造成本。

发明内容
本发明已经解决了以上现有技术中的问题，因此本发明的目标是提供一种LED外壳及其制造方法，该LED外壳可通过使电连接部分与导热部分绝缘来克服限制应用的问题。
本发明的另一目标是提供一种LED外壳以及制造方法，该LED外壳可由框架制造以简化制造工艺并提高效率，该框架具有电连接部分和用于导热部分的固定件。
为了实现以上目标，本发明提供的LED外壳包括导热部分，具有将被安装有发光二极管芯片的芯片安装区域、与芯片安装区域相对的热连接区域、邻近于热连接区域形成的槽；电连接部分，具有位于邻近导热部分的芯片安装区域的位置的布线区域和通向布线区域的外部电源连接区域；壳体，由模制树脂制成，并且一体地夹持导热部分和电连接部分，同时使电连接部分与导热部分绝缘，其中，壳体设置有从导热部分的槽延伸到壳体的侧面的凹进。
优选地，电连接部分可包括一对引线，所述一对引线分别通过导线与发光二极管芯片连接。
优选地，导热部分电连接到发光二极管芯片。
优选地，芯片安装区域具有外围部分，所述外围部分在发光方向上延伸形成为反射体。
优选地，壳体被构造为暴露导热部分的芯片安装区域和热连接区域以及电连接部分的布线区域，其中，壳体具有围绕导热部分的芯片安装区域和电连接部分的布线区域并延伸超过导热部分的芯片安装区域和电连接部分的布线区域形成的外围部分，从而在其中形成腔体。
在本发明的LED外壳中，导热部分可还包括沿芯片安装区域和槽之间的外围部分形成的颈部。
本发明还提供了一种LED外壳的制造方法，包括的步骤有(a)制备导热部分，导热部分具有芯片安装区域、与芯片安装区域相对的热连接区域和邻近于热连接区域形成的槽；(b)加工金属片来制备框架，框架具有外围、至少一个电连接部分、多个固定件和形成在外围中的孔，至少一个电连接部分和多个固定件从外围向框架的中心延伸；(c)将固定件的远端插入到槽，并将具有布线区域的电连接部分的远端邻近于导热部分的芯片安装区域放置，以将导热部分装配到框架上；(d)将导热部分和框架的所得结构安装到模具；(e)将树脂注射到模具中，形成一体地夹持导热部分、电连接部分和固定件的壳体，电连接部分和固定件的部分被部分地暴露，同时使导热部分与电连接部分绝缘；(f)从框架切割电连接部分并将固定件从导热部分分离。
此外，本发明提供了一种LED外壳的制造方法，包括的步骤有(a)制备多个导热部分，每个导热部分具有芯片安装区域、与芯片安装区域相对的热连接区域和邻近于热连接区域形成的槽；(b)加工金属片来制备框架阵列片，每个框架阵列片具有外围、至少一个电连接部分、多个固定件和在外围中形成的孔，至少一个电连接部分和多个固定件从外围向框架的中心延伸；(c)将固定件的远端插入到槽，并将具有布线区域的电连接部分的远端邻近于导热部分的芯片安装区域放置，以将导热部分装配到框架阵列片上；(d)将导热部分和框架阵列片的所得结构安装到模具上；(e)将树脂注射到模具中，以形成多个壳体，每个壳体一体地夹持导热部分、电连接部分和固定件，电连接部分和固定件的部分被部分地暴露，同时使导热部分与电连接部分绝缘；(f)从框架阵列片切割电连接部分并将固定件从导热部分分离。
在以上的制造方法中，加工步骤(b)可包括冲压，其中，电连接部分可弯曲。
在以上的制造方法中，加工步骤(b)包括使固定件弯曲，该方法还包括步骤(g)在切割步骤(f)后使电连接部分弯曲。
优选地，插入步骤(c)可包括将固定件的远端彼此相对地布置并将远端插入到导热部分的槽中。
在以上的制造方法中，安装步骤(d)包括使用框架的孔作为导孔。
优选地，在树脂注射步骤(e)中形成的壳体被构造为暴露导热部分的芯片安装区域和热连接区域、电连接部分的远端的侧面、固定件邻近于导热部分的远端的侧面。
在以上的制造方法中，固定件分离步骤(f)可形成凹进，每个凹进从导热部分的槽沿壳体的底部延伸到壳体的侧面。


通过结合附图进行下面的描述，本发明以上和其他目标、特征和其他优点将会变得更易于理解，其中图1是示出传统大功率LED封装的剖视透视图；图2是示出安装在电路板上的图1中示出的LED封装的剖视图；图3是示出根据本发明的LED外壳的第一实施例的透视图；图4是在图3中示出的LED外壳的平面图；图5是沿图4中的线V-V截取的剖视图；图6是沿图4中的线VI-VI截取的剖视图；图7是图3中的LED外壳的底部透视图；图8是示出图3中示出的LED外壳盖有盖的透视图；图9是在图8中示出的LED外壳的剖视图；图10是根据本发明的LED外壳的第二实施例的剖视图，以与图5对应的剖面示出；图11是根据本发明的LED外壳的第三实施例的剖视图，以与图5对应的剖面示出；图12是根据本发明的LED外壳的第四实施例的剖视图，以与图5对应的剖面示出；
图13是示出图12中示出的LED外壳盖有盖的透视图；图14A至图22是示出根据本发明按分步的方式的LED外壳的制造工艺的视图；图23是示出通过使用根据本发明的框架阵列片的LED外壳的制造工艺的平面图。
具体实施例方式
现在，将参照附图来详细描述本发明的优选实施例。
首先参照图3至图7，本发明的LED外壳100包括导热部分110、一对电连接部分120和壳体130。
导热部分110优选地由具有高导热性的金属件制成。导热部分110具有芯片安装区域112，安装有LED芯片102；热连接区域114，与芯片安装区域112相对；槽118，邻近于热连接区域114形成；颈部116，其为在槽118和芯片安装区域112之间宽度减小的部分。
每个电连接部分120由用于电连接的条形引线制成，并具有邻近于导热部分110的芯片安装区域112的布线区域120a和连接到布线区域120a的外部电源连接区域120b。
LED芯片102通过例如粘合剂固定到芯片安装区域112上，并通过导线104连接到电连接部分120的布线区域120a上。
壳体130由模塑料(molding compound)制成，并围绕导热部分110和电连接部分120一体地形成。壳体130使导热部分110和电连接部分120绝缘。另外，设置圆形开口132以露出导热部分110的芯片安装区域112和电连接部分120的布线区域120a。
壳体130部分填充导热部分110的槽118，并具有凹进134，该凹进134从槽118延伸到壳体130的侧面并暴露部分槽118。在将LED外壳100焊接到主板的随后工艺过程中，凹进134可容纳焊料，从而提高LED外壳100和主板之间的结合力。
参照图8和图9，透明盖140盖在本发明的LED外壳100上以提供LED封装。盖140通过例如透明塑料的注射模塑(injection molding)制成，并具有用于反射LED芯片102产生的光的反射表面142、用于将反射的光辐射到外面的上辐射表面144和用于将从LED芯片102直接入射的光辐射到外面的下辐射表面146。盖140关于轴A对称成型或旋转对称地对称成型。
优选地由弹性树脂制成的透明的密封材料150设置在盖140和LED外壳100之间。弹性树脂可包括凝胶型物质，如硅树脂(silicone)，硅树脂不仅由于其大折射率而具有优良的光学性能，而且还具有优良的抗变黄(yellowing)性能，即，抵抗由单一波长的光导致的质量改变的性能。此外，即使硬化后，硅树脂也保持胶态或弹性状态，因此可稳定地保护LED芯片102免受应力、振动和外部冲击。
当然，盖140的形状仅是示例性的，可使用各种形状的透镜和盖来替代。例如，可使用如图1所示的穹形透镜22。另外，由弹性材料制成的透明的密封材料150可选择性地被省略。
图10示出了根据本发明的LED外壳的第二实施例。检查本实施例的LED外壳200，LED芯片202通过导线204分别电连接到电连接部分220和导热部分210。因此，导热部分210本身的功能为电连接部分。然后，用虚线表示的引线222可省略。本实施例的LED外壳200的其他结构与第一实施例的LED外壳100的结构基本相同。相同或相似的元件用相同标号表示，将省略对它们的描述。
图11示出了根据本发明的LED外壳的第三实施例。检查本实施例的LED外壳300，在导热部分310中，芯片安装区域312在外围向上突出以包围LED芯片302，从而形成反射体312a。反射体312a的内部形状为凹面镜，以将由LED芯片302产生的光在向上的方向上反射。本实施例的LED外壳300的其他结构与上述的LED外壳100的结构基本相同。相同或相似的元件用相同标号表示，将省略对它们的描述。
图12示出了根据本发明的LED外壳的第四实施例。检查本实施例的LED外壳400，壳体430通过其外围延伸并超过导热部分410的芯片安装区域412和LED芯片402，从而形成包围芯片安装区域412和LED芯片402的腔体432。壳体430具有围绕腔体432形成的内部斜坡434和弯曲的外部表面436。
可选地，壳体430由高反射率的聚合物制成。在这种情况下，通过利用斜坡434作为反射表面可以将由LED芯片402产生的光在向上的方向上反射。
至于高反射率的聚合物，可使用NM114WA和NM04WA，NM114WA和NM04WA是Otsuka化学有限公司的产品名称。具体地讲，NM114WA对于波长为470nm的光，初始反射率为88.3％，两个小时后反射率保持在78.0％。NM04WA对于波长为470nm的光，初始反射率为89.0％，两个小时后反射率保持在89.0％。对于优良反射性的模塑料，它们包含TiO2在本领域内是公知的。
可选择地，壳体430可由低反射率的金属或聚合物制成，高反射率的材料可以以膜的形式设置在斜坡434上。可使用高反射率的金属或如上所述的高反射率的聚合物来实现这种膜。
图13示出了通过将透明盖440盖在如12所示的LED外壳400上来实施的LED封装。
详细地说，由透明树脂制成的透明的密封材料450设置在LED外壳400的腔体432内，透明盖440与LED外壳400的顶部结合。透明的密封材料450可由环氧树脂制成，并且优选地由前面所述的弹性树脂制成。
透明盖440具有反射表面442和用于将反射的光辐射到外面的辐射表面444。盖440关于轴A对称成型或旋转对称地对称成型。
壳体430可由透明的树脂制成。然后，壳体430的弯曲的表面436用作将来自LED芯片402的光辐射到横向方向的下辐射表面。从LED封装获得的光辐射图案与以上参照图8和图9描述的LED封装的光辐射图案基本相同。
现在，以下将参照图14A至图22来描述本发明的LED外壳100的制造工艺。
制备导热部分和框架参照图3和图7所述的导热部分110由金属件制备，如图14A、图14B和图14C所示的框架128优选地通过挤压(pressing)或冲压(punching)由金属片或金属板制备。框架128具有一对电连接部分120和一对固定件124，该固定件124从外围126向中心延伸。开口区域形成在电连接部分120、固定件124和外围126之间。
如图14B所示，每个电连接部分120弯曲并从框架128延伸。外部电源连接区域120b设置在邻近于框架128的第一端，布线区域120a设置在与第一端相对的第二端。可选择地，电连接部分120可为如图16中的虚线表示的从框架128延伸的板。
每个固定件124的近端124b为从框架128延伸的板，与近端124b相对的远端124a插入导热部分110的槽118，作为用于使导热部分110保持其位置的固定件。固定件的远端124a的形状与导热部分110的槽118的形状匹配。可选择地，固定件124可弯曲并从框架128延伸，如图17中的虚线所示。
此外，在框架128的角上打穿孔H，用于定位框架128并保持其位置。当然，在下面的工艺中，当框架128被安装到模具上时，孔H用于容纳固定件(未显示)的导销(guide pin)。
将导热部分装配到框架然后，如图15至图17所示，导热部分110被安装或装配到框架128上。具体地说，固定件124的远端124a插入到导热部分的槽中，电连接部分120的布线区域120a位于邻近于导热部分110的芯片安装区域112的位置，其中，电连接部分120与导热部分110保持预定的间隔。这使得固定件124牢固地夹持导热部分110，从而导热部分可在下面的模具安装和树脂注射工艺中保持其位置。
模具安装和树脂注射接下来，与导热部分110装配在一起的框架128通过将模具(未显示)的导销插入到框架128的孔H中被安装到模具上。然后，模制树脂被注射到模具中，以将导热部分110和框架128邻近导热部分110的部分一体地模塑，从而形成具有开口132的壳体130，该开口132暴露导热部分110的芯片安装区域112和电连接部分120的布线区域120a。
更详细地描述，壳体130一体地夹持电连接部分120邻近于布线区域120a的部分和固定件124邻近于远端124a的部分。随后，除了芯片安装区域112和热连接区域114之外，壳体130夹持或密封导热部分110。另外，电连接部分120的布线区域120a暴露于外，电连接部分120的外部电源连接部分120b突出到壳体130外。
切割电连接部分和固定件分离如图22所示，沿切割线Lc从框架128切割电连接部分120的外部电源连接区域120b，固定件124从导热部分110的槽118拉出。拉出固定件124的操作在壳体130中留有凹进134(见图6)，在下面的将LED外壳100焊接到主板(例如，金属PCB)的工艺中，凹进134接着用于容纳焊料，从而加强LED外壳100和主板之间的结合力。
如果如虚线所示电连接部分120是平的，则它们弯曲成实线表示的构造。
随后，LED芯片102通过例如粘合剂附于芯片安装区域112上，并且通过导线104电连接到电连接部分120。
安装透明盖图22中示出的LED外壳100可盖有如图8和图9所示的透明盖140。在这种情况下，将盖140翻过来，例如硅树脂的透明的密封材料150填充到盖140的中空的空间中，然后将LED外壳100翻过来并放置LED在盖140上，而芯片102是面向下的。当透明的密封材料150在这种状态下凝固时，可制得如图8和图9所示的LED封装。
对框架阵列片进行处理图23示出了在其中排列有多个框架区域128′的框架阵列片160。每个框架区域128′的形状与前述的框架128的形状基本相同。
因此，框架阵列片160可用于根据以上所述的相同工艺在多个框架区域128′中生产大量的LED壳体130，在框架阵列片160的周边形成的孔H用作导孔或定位孔。
在根据上述工艺形成LED外壳100后，沿切割线Lc切割框架阵列片160，固定件124从壳体130和导热部分110的凹进中拉出，以完成多个LED外壳100。
在这种模式中，上述工艺使得通过使用一个框架阵列片160能够自动地生产多个LED外壳100。
LED外壳的上述工艺制造和具有该LED外壳的LED封装可同等地应用于第一实施例的LED外壳100的制造以及第二和第三实施例的LED外壳200和300的制造。
在第四实施例的情况下，这种制造工艺同等地应用于LED外壳400的制造，但是不同之处在于盖440与LED外壳400的结合。在第四实施例的LED外壳400中，如图13所示，透明的密封材料450预先填充在腔体中，随后将透明盖440结合到密封材料450的顶部。
如上所述，本发明的LED外壳及其制造方法可通过电连接部分与导热部分绝缘来克服限制应用的问题。另外，通过采用具有电连接部分和导热部分的固定件的框架来制造LED外壳，可简化工艺并提高效率。
尽管已经结合优选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，可对本发明做出修改和变换。
权利要求
1.一种发光二极管外壳，包括导热部分，具有将安装有发光二极管芯片的芯片安装区域、与所述芯片安装区域相对的热连接区域、邻近于所述热连接区域形成的槽；电连接部分，具有布线区域和外部电源连接区域，所述布线区域位于邻近所述导热部分的所述芯片安装区域的位置，所述外部电源连接区域通向所述布线区域；壳体，由模制树脂制成，并且一体地夹持所述导热部分和所述电连接部分，同时使所述电连接部分与所述导热部分绝缘，其中，所述壳体设置有从所述导热部分的所述槽延伸到所述壳体的侧面的凹进。
2.根据权利要求1所述的发光二极管外壳，其中，所述电连接部分包括一对引线，所述一对引线将分别通过导线与所述发光二极管芯片连接。
3.根据权利要求1所述的发光二极管外壳，其中，所述导热部分电连接到所述发光二极管芯片。
4.根据权利要求1所述的发光二极管外壳，其中，所述芯片安装区域具有外围部分，所述外围部分在发光方向上延伸形成为反射体。
5.根据权利要求1所述的发光二极管外壳，其中，所述壳体被构造为暴露所述导热部分的所述芯片安装区域和所述热连接部分以及所述电连接部分的所述布线区域。
6.根据权利要求5所述的发光二极管外壳，其中，所述壳体具有围绕所述导热部分的所述芯片安装区域和所述电连接部分的所述布线区域并延伸超过所述导热部分的所述芯片安装区域和所述电连接部分的所述布线区域形成的外围部分，从而在其中形成腔体。
7.根据权利要求1所述的发光二极管外壳，其中，所述导热部分还包括沿所述芯片安装区域和所述槽之间的外围部分形成的颈部。
8.一种发光二极管外壳的制造方法，包括的步骤有(a)制备导热部分，所述导热部分具有芯片安装区域、与所述芯片安装区域相对的热连接区域和邻近于所述热连接区域形成的槽；(b)加工金属片来制备框架，所述框架具有外围、至少一个电连接部分、多个固定件和形成在所述外围中的孔，所述至少一个电连接部分和所述多个固定件从所述外围向所述框架的中心延伸；(c)将所述固定件的远端插入到所述槽，并将具有所述布线区域的所述电连接部分的远端邻近于所述导热部分的所述芯片安装区域放置，以将所述导热部分装配到所述框架上；(d)将所述导热部分和所述框架的所得结构安装到模具；(e)将树脂注射到所述模具中，以形成多个壳体，每个壳体一体地夹持所述导热部分、所述电连接部分和所述固定件，所述电连接部分和所述固定件的部分被部分地暴露，同时使所述导热部分与所述电连接部分绝缘；(f)从所述框架切割所述电连接部分并将所述固定件从所述导热部分分离。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其中，所述加工步骤(b)包括冲压。
10.根据权利要求8所述的制造方法，其中，所述加工步骤(b)包括使所述电连接部分弯曲。
11.根据权利要求8所述的制造方法，其中，所述加工步骤(b)包括使所述固定件弯曲，所述制造方法还包括步骤(g)在切割步骤(f)后使所述电连接部分弯曲。
12.根据权利要求8所述的制造方法，其中，所述插入步骤(c)包括将所述固定件的所述远端彼此相对地布置并将所述远端插入到所述导热部分的所述槽中。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述安装步骤(d)包括使用所述框架的所述孔作为导孔。
14.根据权利要求8所述的制造方法，其中，在所述树脂注射步骤(e)中形成的所述壳体被构造为暴露所述导热部分的所述芯片安装区域和所述热连接区域、所述电连接部分的所述远端的侧面、所述固定件邻近于所述导热部分的所述远端的侧面。
15.根据权利要求8所述的制造方法，其中，所述固定件分离步骤(f)形成凹进，每个凹进从所述导热部分的所述槽沿所述壳体的底部延伸到所述壳体的侧面。
16.一种发光二极管外壳的制造方法，包括的步骤有(a)制备多个导热部分，每个导热部分具有芯片安装区域、与所述芯片安装区域相对的热连接区域和邻近于所述热连接区域形成的槽；(b)加工金属片来制备框架阵列片，每个框架阵列片具有外围、至少一个电连接部分、多个固定件和在所述外围中形成的孔，所述至少一个电连接部分和所述多个固定件从所述外围向所述框架的中心延伸；(c)将所述固定件的远端插入到所述槽，并将具有所述布线区域的所述电连接部分的远端邻近于所述导热部分的所述芯片安装区域放置，以将所述导热部分装配到所述框架阵列片上；(d)将所述导热部分和所述框架阵列片的所得结构安装到模具上；(e)将树脂注射到所述模具中，以形成多个壳体，每个壳体一体地夹持所述导热部分、所述电连接部分和所述固定件，所述电连接部分和所述固定件的部分被部分地暴露，同时使所述导热部分与所述电连接部分绝缘；(f)从所述框架阵列片切割所述电连接部分并将所述固定件从所述导热部分分离。
17.根据权利要求16所述的制造方法，其中，所述加工步骤(b)包括冲压。
18.根据权利要求16所述的制造方法，其中，所述加工步骤(b)包括使所述电连接部分弯曲。
19.根据权利要求16所述的制造方法，其中，所述加工步骤(b)包括使所述固定件弯曲，所述制造方法还包括步骤(g)在切割步骤(f)后使所述电连接部分弯曲。
20.根据权利要求16所述的制造方法，其中，所述插入步骤(c)包括将所述固定件的所述远端彼此相对地布置并将所述远端插入到所述导热部分的所述槽中。
21.根据权利要求16所述的制造方法，其中，所述安装步骤(d)包括使用所述框架阵列片的所述孔作为导孔。
22.根据权利要求16所述的制造方法，其中，在所述树脂注射步骤(e)中形成的每个所述壳体被构造为暴露所述导热部分的所述芯片安装区域和所述热连接区域、所述电连接部分的所述远端的侧面、所述固定件邻近于所述导热部分的所述远端的侧面。
23.根据权利要求16所述的制造方法，其中，所述固定件分离步骤(f)形成凹进，每个凹进从所述导热部分的所述槽沿所述壳体的底部延伸到所述壳体的侧面。
全文摘要
本发明提供了一种LED外壳及其制造方法。在该LED外壳中，导热部分具有芯片安装区域、与所述芯片安装区域相对的热连接区域和邻近于所述热连接区域形成的槽。电连接部分具有位于邻近于芯片安装区域的位置上的布线区域和通向布线区域的外部电源连接区域。壳体由模制树脂制成，并一体地夹持导热部分和电连接部分，同时使电连接部分与导热部分绝缘。壳体设置有凹进，该凹进从导热部分的槽的部分延伸至壳体的侧面。在这种方式中，本发明可以通过使电连接部分与导热部分绝缘来克服应用受限的问题。
文档编号H01L23/02GK1825645SQ20061000300
公开日2006年8月30日 申请日期2006年1月24日 优先权日2005年2月17日
发明者李善九, 阵范俊, 韩庚泽, 金昶煜 申请人:三星电机株式会社