专利名称：Radiant heat structure for pin type power led的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于汽车、照明、广告牌等的针式大功率发光二极管散热结构，尤 其涉及一种以如下内容为特征的针式大功率发光二极管散热结构，其特征在于通过连接 到发光二极管芯片的导线架有效散发产生的热而延长部件及元件的使用寿命，最大限度减 少部件的特性变化，增强电流注入，提高发光效率，并史无前例地降低以往发光二极管制造 工程的成本。
背景技术：
发光二极管(lighting emitting diode, LED)是一种半导体p_n结合元件，也是 一种可以将电能转换为光能的发光半导体。通常发光二极管的动作原理如下电压注入到 端子之间时电流流动，且在p-n结合附近或者活化层结合电子和空穴而发光，从而根据半 导体特有特性能量带隙的变化呈现各种色彩(波长)。通常发光二极管的材料分成直接跃迁型(direct transition)和间接跃迁型 (indirect transition)半导体。间接跃迁型包括通过热和振动实施的横向跃迁，不适合实现有效的发光跃迁。可 是，所有的直接跃迁均通过发光实现，因此，以发光二极管(LED)材料广泛应用。发光二极管的初创时期，要发光的区域不存在直接跃迁型半导体结晶，因此，在间 接跃迁型半导体添加特殊的异物一定程度地改变发光波长而对准了发光区域。此时，要想 制造出高亮度发光二极管，直接跃迁型半导体的使用成了不可避免的选择。发光二极管(LED)领域的技术大体上分为光源源泉芯片(CHIP)的制造技术和按 照所愿用途使用该芯片的封装(PACKAGE)技术。由于发光二极管(LED)的短暂的发展历史和达不到所愿水平的功率(POWER)，期 间，技术开发的主要课题是开发出进一步提高将注入的电流最大限度转换成光的效率的芯 片(CHIP)制造技术。可是，由于最近该行业急剧发展和很多技术进步，通过芯片(CHIP)改 善性能的水平已经达到了一定水平。如今，正在积极开发通过改善封装(PACKAGE)来提高 发光效率的方法。发光二极管封装的功能包括与外部之间的电气接入、防护来自外部的机械、电气、 环境因素、增强散热及发热效率以及方向性的合理化等。而且，封装材料有金属阀杆、引线框(Lead Frame)、陶瓷(Ceramic)、印刷基板(PC 印刷)等，还分为涂布树脂的情况和没有涂布树脂的情况。通常发光二极管的芯片是很多情况下设置在镀银的导线架上，我们将此工序称为 芯片贴装(Die Bond)。此工序为了将发光二极管芯片或者晶片(Die)连接(Bonding)到底 座，使用混入银或者金的导电性树脂。通过上述方法固定发光二极管(LED)且接入下部电极。通常情况下，上部电极是 使用热压缩或者超声波接入用金制作的细金属丝(Wire)之后用树脂实施注塑(MOLDING) 而成。
如上所述，现有发光二极管封装(LED PACKAGE)产品可以分成以往使用过的嵌入 式(插入式或者通孔式，将LEAD插入到孔之后通过焊接完成设置)和最近广泛使用的表面 安装式(属于表面贴装设备模式，通常称为贴片模，它通过表面贴装完成安装)两种发光二极管。嵌入式发光二极管分成灯式和4-针式发光二极管(也称为水虎鱼式发光二极管) 等，该发光二极管由于方向性优秀且投资费用低，始终以表面安装式发光二极管的相应产 品使用。随着发光二极管显示屏的大型化和间接照明、广告牌的出现，发光二极管灯及 4-针式发光二极管的方向性也得到了改善。形成大型显示屏时，可以只改善横向方向性而 最大限度利用一个发光二极管的功率。此种模式同样广泛应用于汽车电场领域的刹车、转向灯、照明、标志等领域。上述发光二极管封装工序的核心技术有芯片级乃至结构设计、光学设计、热设计、 封装工程技术等，其中，最大限度增强散热性能的散热结构设计最重要。最近在大功率发光二极管封装中最显著的趋势是开发出散热方案以及通过散热 方案提高外部量子效率成了核心技术。变形导线架(Lead frame)来改善散热特性是散热技术开发的代表性形态。通常情况下，代表性发光二极管灯(LED lamp)的额定驱动电流是20mA。可如今已 经开发出了经改善更易于散热而电流量达到50Ma-60mA的产品和提高4-针式发光二极管 的散热性能而将输入驱动电流从以往的30-50mA提高到30-100mA的产品。另一种方法是设置热阻抗很低的金属块来提高散热特性或者在散热部位直接具 备散热器，以使直接从发热的芯片散热。此方法主要用于300mA以上的驱动电流。可是，上述方法需要开发出与现有手段不相同的新型手段，其主要趋势是开发出 主要用于大功率封装(HIGH POWER PKG.)产品。可是，由于制造成本的急剧上升引发的成 本问题，在某些方面阻碍着新型市场的创建。而且，部分机构为了有效散发发光二极管芯片产生的热开发出了使用铝基板的封 装结构。而且，已经开发完成或者正在开发采用在一个铝基板上形成若干个发光二极管灯 的阵列型封装技术等来缩短从芯片产生的热的散热渠道以注入更多电力的封装(PACKAGE) 技术。可是，要想与大部分现有产品形成兼容，需要进行再投资来改善生产设备和制造 工程。由于使用用途转换较多，很多时候要求按照每种用途配置形态不相同的产品。而且， 由于散热器的制造费用，发光二极管产品的价格比现有产品高出很多，经济实惠性低。由于 上述问题，即使很难实现实用化目标或者已经实现了实用化目标，也存在需求受限等弊端。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供一种以如下内容为特征的针式发光二极管(PIN TYPE LED)的散热器(HEAT SINK)，其特征在于最大限度解决由于点亮发光二极管时产生 的热不能注入一定量以上的电流而降低发光二极管芯片(LED CHIP)性能的可信度问题且 易于适用于各种所属领域且直接应用于现有封装产品，并通过最低投资和兼容性保证批量生产并提高经济实惠性。本发明的技术方案在于为了实现本发明的上述目的，本发明包括发光二极管元件1、与所述发光二极管元 件1电气连通且具备沿着基板3方向伸出的若干个导线5、5’以向所述发光二极管元件1 供应电源的第一导线架7、与所述第一导线架7面对着面且具备沿着所述基板3伸出的若干 个导线5、5’的第二导线架6、包含所述发光二极管元件1且将所述第一、二导线架7、6的上 部侧铸模成形为透明体的铸模成形部8以及使所述第一、二导线架7、6的各个导线5、5’穿 过所述铸模成形部8和基板3之间的空间与所述第一导线架7的导线5接触而接收所述发 光二极管元件1产生的热向外排放的散热器10。这里，散热器IOa延长一端穿过基板3而突出。所述散热器IOa设置在突出部14的一端且具备结合置于所述基板3的对面的条 形或者板形散热部件15的结合部19。而且，散热器IOb设置在分别接触所述第一、二导线架7、6的导线5、5’而接收热 的四个散热片16和各个散热片16之间且使用非传导性部件17连接各个散热片。另外，散热器IOc分离成两个以分别独立接触第一导线架7和第二导线架6，且所 述散热器IOc之间可以相隔一定间距。所述第一导线架7和第二导线架7分别从散热器IOc底面弯弯曲曲地伸出导线5、 5’而缠绕(taping)起来，并在基板上部实施表面贴装。而且，连续排列至少两个以上发光二极管封装9时，面对面地设置所述散热器10 而分离第一、二导线架7、6导线5、5’的电气之后，设置绝缘性部件18而互连接所述散热器 10的两端部。所述散热器10、10a、10b、IOc在铜或者铝、铁中选择任何一种制作。所述散热器10、10a、10b、10c在外部四周形成凹凸部13来扩大散热面积。
为了更好地理解本发明的本质和特征，下面将参考附图进行详细说明，其中图1为本发明分离斜视图。图2为本发明纵向截面图。图3是图2的平面图。图4为本发明第2实施例的纵向截面图。图5是图4的平面图。图6是摘取图5中散热器的平面图。图7是图6的侧面图。图8是图6的正面图。图9为本发明第3实施例的纵向截面图。图10是图9的平面图。图11是摘取图10中散热器的平面图。图12是图11的侧面图。图13是图11的正面图。
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图14为本发明第4实施例的纵向截面图。图15是图14的平面图。图16是摘取图15中散热器的斜视图。图17为本发明第5实施例的纵向截面图。图18是图17的纵向截面图。图19是图17的平面图。图20是摘取图19中散热器的斜视图。图21是本发明第6实施例的纵向截面图。图22是图21的平面图。
具体实施例方式以下参考附图详细说明本发明优选实施例。图1为本发明分离斜视图，图2为本发明纵向截面图，图3是图2的平面图。如图1至图3所示，本发明针式大功率发光二极管散热结构包括发光二极管元件 1、与所述发光二极管元件1电气连通且具备沿着基板3方向伸出的若干个导线5以向所述 发光二极管元件1供应电源的第一导线架7、与所述第一导线架7面对着面且具备沿着所述 基板3伸出的若干个导线5’的第二导线架6、包含所述发光二极管元件1且将所述第一、二 导线架7、6的上部侧铸模成形为透明体的铸模成形部8以及使所述第一、二导线架7、6的 各个导线5、5’穿过所述铸模成形部8和基板3之间的空间与所述第一导线架7的导线5 接触而接收所述发光二极管元件1产生的热向外排放的散热器10。所述发光二极管元件1设置在延长形成于第一导线架7的安装部，且通过第一导 线架7的导线5从外部供应电源。所述第一、二导线架7、6的导线5、5’的一端可以设置阻挡器4，也可以不设置阻挡器4。如果在所述第一、二导线架7、6的导线5、5’的一端形成阻挡器4，导线5、5’穿过 基板3时，阻挡器4置于基板上的同时，发光二极管的铸模成形部8和基板3之间形成空间。在此空间设置本发明散热器10将发光二极管元件1产生的热传达到第一导线架 7的导线5。该传达的热再次传达到与导线5接触的散热器10后向外排放。不在所述第一、二导线架7、6的导线5、5’的一端形成阻挡器4时，在基板和发光二 极管封装的铸模成形部8之间人为地形成空间，并采用与以上相同的方法设置散热器10。铸模成形为透明体，以包含所述发光二极管元件(1)，并使所述第一、二导线架7、 6上部的光量向外部照射，从而制作出发光二极管封装9。通常情况下，所述铸模成形工序主要使用环氧树脂。所述第一、二导线架7、6采用铜或者铝、铁材质制作而成，且形成两个以上若干个 导线5、5’而具备两个电极，即，正极(+极)和负极(_极)。如图2所示，所述散热器10在与导线5、5’相应的位置分别形成孔，以使第一、二 导线架7、6的导线5、5’分别穿过。考虑到导线宽度有所不同的因素，穿出长孔11来保证 所有的导线都可以穿过。对于插入到所述散热器10的长孔11的所述第一、二导线架7、6的导线5、5’，为了
6防止正极导线和负极导线相互接触而导致不通电，只允许第一、二导线架7、6中第一导线 架7的导线5接触所述散热器10，并形成给定大小的切开部12来防止另一侧的导线5’接 触到所述散热器10。而且，所述散热器10在侧面部四周，即，边沿形成凹凸部13来扩大散热面积并加 快散热速度。散热器10的材质使用了益于热传导的铜(Cu)和铝(Al)、铁(Fe)。可是，只要是 热传导性能高且加工容易的材质均可。例如，使用热传导性能优秀的金属材质、混合碳素的成型品、热传导性能优秀的陶 瓷材质等。散热器10的形状也同样根据用途可以采用可以扩大表面积的多边形、星形或者 利用多孔性材料的多孔形、穿孔、管形、光纤(FIBER)等形态。而且，所述散热器(10)的制造方法中，本发明采用了材质软而易于实施冲压的铜 (Cu)或者铝(Al)等。可是，考虑到材质的特性和批量生产等因素，还可以采用铸造、板金等 其它加工方法。与发光二极管封装9(LED PACKAGE)组装时，可以采用通过简单的手工操作 进行插入或者缠绕(TAPING)，采用焊接装备表面贴装到基板(PCB) 3之后将LED自动插入到 其上面的方法。因此，与现有产品相比，组装效率一点也不逊色。发光二极管元件1产生的热通过接触到散热器10的导线架的导线5传达到排放 面积宽的散热器10而迅速排放。如上所述，由于迅速排放发光二极管元件1产生的热，可以延长部件及元件的使 用寿命，且最大限度减少部件由于受热引起的特性变化。因此，与现有针式发光二极管相 比，可以增强电流注入且提高照射效率。以下参考附图详细说明本发明第2实施例。如图4至图8所示，所述散热器IOa伸出一端穿过基板3而突出，并在伸出的突出 部14的一端形成结合部19。形成在所述散热器IOa的突出部14的结合部19是在条形或者板形或者片形散热 部件15中选择任何一种结合而成。上述实施例的散热器IOa采用将热重新散发到更大的面积的方法，且为了达到防 水或者防腐目的，在基板(PCB) 3面涂布树脂。可是，为了进一步提高散热性能，使散热器 (IOa)穿过基板(PCB)的后面向外突出，且在突出部14形成易于插入传导性材质板形或者 片形、条形等散热部件15的结合部19，从而通过插入到所述结合部19的散热部件15迅速 散热。以下参考附图详细说明本发明第3实施例。如图9至图13所示，所述散热器IOb包含四个散热片16，以使所述第一、二导线架 7、6的端子独立散热，且通过非传导性部件17分离各个散热片。考虑到通常情况下热和电 气的传导特性是相同的因素，使各个导线(LEAD) 5、5’独立分离。为此，采用具有非导体特 性且热传导系数和热阻抗分为是6W/mK和50度左右的塑胶(PLASTIC)材质形成一体型结 构来防止电流连通。此时采用的塑胶塑胶(PLASTIC)材质不含金属，只依据其材质就可以将封装 (PACKAGE)内部的热降低7 20%，且制造工序简单方便。
可是，只采用塑胶(PLASTIC)材质时，由于热阻抗过高，不能达到显著效果。可是， 可以封装热传导性强的材料而予以固定，并分离所使用金属材料的电气，从而防止电流连 通且实现散热。对于其制造方法，本发明采用了 2段模具塑胶注塑方法，可是，也可以采用实现加 工金属后再实施热压法或者压铸等铸造方法。以下参考附图详细说明本发明第4实施例。如图14至图16所示，所述散热器分成两个部分，以使第一导线架7和第二导线架 6分别独立地与导线5、5’接触，而所述散热器IOc和散热器IOc之间可以相隔给定间距。在此过程中，将现有发光二极管封装产品组装到基板(PCB)上之后，防止电流连 通的前提下插入到四个端子导线架而进行组装，从而极其方便地采用于现有产品。以下参考附图详细说明本发明第5实施例。如图17至图20所示，所述第一导线架7和第二导线架6分别从散热器IOc底面 弯弯曲曲地伸出而缠绕起来，且表面贴装在基板3上部，这有助于为用户提供简单方便的 操作方法和灵活应对批量生产。以下参考附图详细说明本发明第6实施例。如图21至图22所示，连续排列至少两个以上发光二极管封装9时，面对面地设置 所述散热器10而分离各个导线5、5’的电气之后，在面对面地设置的散热器10上设置可以 实现热传导的绝缘性部件18。连续有规则地排列发光二极管(LED)时，在组装于基板(PCB) 上的散热器10上只粘贴热传导性能优秀的金属，从而实现连续性的散热。其组装方法可以通过简简单单的人工操作插入。可批量生产时，可以采用将散热 器10自动插入到基板(PCB) 3上之后其上再次自动插入发光二极管(LED)封装9的组装方 法。如上所述，本发明不采用以一体型结构，而是采用单独制作散热器(heat sink)之 后粘贴到发光二极管封装而散发发光二极管元件产生的热，或者为了解决以一体型结构将 现有散热器(heat sink)设置在发光二极管封装时带来的空间问题、由于初期投资费用上 升带来的经济性问题和针对开发产品的设计要求等兼容性问题，继续使用通过已经公开的 现有技术手段(OPEN TOOL)批量生产的产品的同时，考虑组装工序简单和与热阻抗成反比 的因素随意调整散热器(heat sink)的规格来最大限度增强了散热性。为了最大限度增强散热性能，本发明散热器采用了热及电气传导性能优秀的铜 (Cu)或者铝(Al)及铁(Fe)，防止了由于导线之间的接触引起的电流连通，并最大限度增强 了散热性。而且，为了易于粘贴到现有产品而具备兼容性。只下降到现有发光二极管的阻挡 器(Stopper)为止，使易于设计基板(PCB)电路或者不修改过去设计的基板(PCB)直接使 用。另外，为了从基板(PCB)的后面连续散热需要在基板(PCB)上穿孔时，为了最大限度减 少由于电路模式的空间局限性带来的设计阻碍，最大限度缩小了其规格。连续排列发光二 极管(LED)时，散热器上只粘贴传导性金属而实现连续散热。本发明的有益效果在于综上所述，本发明在基板和发光二极管的铸模成形部之间的空间设置散热器，通 过连接到发光二极管元件的第一导线架有效散发产生的热，从而延长发光二极管元件的使用寿命，最大限度减少部件由于受热引起的特性变化的同时，比起现有针式发光二极管增 强电流的注入并提高照射效率。而且，由于与现有产品兼容，可以大幅降低成本。由于应用范围非常广泛，可以应 用于要求具备高效率和高信任度的汽车的电场及照明领域。另外，可以应用于包括与本发明类似的四针式(4-pin type)在内的具备若干个导 线的所有插入式发光二极管(LED)。
权利要求
一种针式大功率发光二极管散热结构，其特征在于，该散热结构包括发光二极管元件；与所述发光二极管元件电连且具备沿着基板方向伸出的若干个导线以向所述发光二极管元件供应电源的第一导线架；与所述第一导线架面对着面且具备沿着所述基板伸出的若干个导线的第二导线架；包含所述发光二极管元件且将所述第一、二导线架的上部侧铸模成形为透明体的铸模成形部；使所述第一、二导线架的各个导线穿过所述铸模成形部和基板之间的空间与所述第一导线架的导线接触而接收所述发光二极管元件产生的热向外排放的散热器。
2.根据权利要求1所述的针式大功率发光二极管散热结构，其特征在于，所述散热器 延长一端穿过基板而突出。
3.根据权利要求2所述的针式大功率发光二极管散热结构，其特征在于，所述散热器 设置在突出部的一端且具备结合置于所述基板的对面的条形或者板形散热部件的结合部。
4.根据权利要求1所述的针式大功率发光二极管散热结构，其特征在于，所述散热器 设置在分别接触所述第一、二导线架的导线而接收热的四个散热片和各个散热片之间且使 用非传导性部件连接各个散热片。
5.根据权利要求1所述的针式大功率发光二极管散热结构，其特征在于，所述散热器 分离成两个以分别独立接触第一导线架和第二导线架，且所述散热器之间可以相隔一定间 距。
6.根据权利要求5所述的针式大功率发光二极管散热结构，其特征在于，所述第一导 线架和第二导线架分别从散热器底面弯弯曲曲地伸出导线而缠绕(taping)起来，并在基 板上部实施表面贴装。
7.根据权利要求1所述的针式大功率发光二极管散热结构，其特征在于，连续排列至 少两个以上发光二极管时，面对面地设置所述散热器而电分离第一、二导线架导线后，设置 绝缘性部件而相互连接所述散热器的两端部。
8.根据权利要求1至7之一所述的针式大功率发光二极管散热结构，其特征在于，所述 散热器在铜或者铝、铁中选择任何一种制作。
9.根据权利要求1至7之一所述的四针式大功率发光二极管散热结构，其特征在于，所 述散热器在外部四周形成凹凸部来扩大散热面积。
全文摘要
文档编号H01L33/64GK101952983SQ20098010209
公开日2011年1月19日 申请日期2009年1月30日 优先权日2008年1月30日
发明者Lee Chang-Won, Cho Kyung-Min, Cho Yeon-Su 申请人:Sun Wave Co Ltd