专利名称：用于led的无钎焊集成封装连接器和散热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及封装的发光二极管(LED)且特别地涉及一种LED封装，该LED封装提供LED到外部散热器的散热且使用标准无钎焊连接器以用于供电。
背景技术：
用于照明的高功率LED生成许多热量，需要将热量散到外部散热器。 一般而言，诸如现有技术图1所示的封装LED包括LED模片10、带有结合到LED模片电极的电极的陶瓷底座12、金属热导体嵌塞14、反射腔16、连接到底座电极以钎焊到印刷电路板(PCB)上的可钎焊的表面安装引线18、模制塑料体20以及胶合到体上的透镜22。 PCB(未图示)可具有带电绝缘表面的金属体，在电绝缘表面上形成金属迹线。金属迹线可使多个LED封装互连，且金属引线通常在PCB边缘处止于连接器中以附连到电源引线。金属嵌塞14将热从LED传导PCB体，PCB体然后被空气冷却。 常规地，将封装引线钎焊到电路板以将该封装牢固地固定到散热PCB。提供带有可钎焊的引线的封装也允许将LED封装处理为集成电路封装，因此当将LED封装安装到PCB上时可使用常规IC安装和钎焊技术。基本上，高功率LED封装从高功率IC封装设计发展而来。 由于可钎焊连接的结果，购买和安装高功率LED封装的设备制造商必须投资于钎
焊技术，诸如焊料浴系统或个别地对各连接进行钎焊的设备。不同的制造商具有将LED封
装钎焊到PCB上的不同能力，使得某些制造商难以处置高功率LED封装。 另外，在PCB上准确地定位该封装是较为困难的，因为该封装在PCB衬垫上可能会
略微错位，其中该PCB衬垫仍然恰当地钎焊到PCB衬垫上。因此，光源将不相对于PCB精确
地定位。 所需要的是用于高功率、高发热LED的封装，其简化了到电源的电连接并提供LED的优良散热而无需使用钎焊。
发明内容
在本文中描述了各种LED封装，其使得处置封装LED的设备制造商能仅使用标准无钎焊连接器来电连接到该封装，且使用简单的夹持技术将该封装安装于散热安装板上。该实施例也使得能将LED封装精确地定位于安装板上。该实施例也使得能将定制的透镜容易地固定到该封装上而无需粘合剂。 在一实施例中，用于LED封装的阳极和阴极的标准阳性平接线片从模制塑料体刚性地延伸。这使得制造商能简单地在线端部提供阴性平连接器，以用于将电力耦合到LED。阴性连接器在阳性连接器上容易地滑动。该封装包括完全穿过该封装延伸的相对大的金属嵌塞。该LED安装于金属嵌塞的顶表面上，且电绝缘陶瓷底座在LED与金属嵌塞之间。在底座顶部上的电极连接到阳性平连接片。诸如螺钉孔的无钎焊夹持装置设于该封装上，用于将该封装牢固地夹持到散热器上或散热板上，散热器和散热板在本文中都被称作板。该
4板可为PCB或者可不是PCB。在该封装中的嵌塞热接触该板以远离LED散热。在该封装中
的基准结构(例如，？L)将该封装精确地定位于该板上相对应的基准结构上。 由于在该封装上的连接器与标准市售连接器配合，使用该封装的任何制造商可容
易地连接和安装封装而无需投资于钎焊系统。该封装被定位成比典型表面安装封装具有更
精确的公差，且到散热板的热耦合得到改进，因为这种夹持将该封装下压到该板上。 也在该封装上设有凹陷和引导件来接纳整体构造的透镜。透镜可完全由模制透明
塑料形成，其带有基准销，基准销插入于该封装中的基准孔内以准确定位该透镜。该透镜具
有弹性夹持臂，弹性夹持臂夹持到封装中的凹陷以将透镜牢固地固定到该封装而无需粘合剂。 在另一实施例中，该体是扁平金属件(例如，Cu)且嵌塞(例如，CuW)焊接到金属体的中央区域。嵌塞与金属体组合将热从LED传导至安装板。小印刷电路板被附接到金属体上。底座电极和封装无钎焊端子经由印刷电路板电连接。封装端子由印刷电路板机械地支承。 描述了许多其它标准电连接器以用于该封装，包括销连接器和利用螺钉夹持裸线的拧紧连接器。
图1是现有技术LED封装的分解图。 图2是根据本发明的一个实施例使用标准无钎焊连接器的LED封装的一个实施例的正视图。 图3是图2的封装的侧视图。
图4是图2的封装的正透视图。
图5是图2的封装的后透视图。 图6是卡扣在图2的封装顶部上的整体构造透镜的侧视图。 图7A是上面安装有LED封装(形成模块)的板以及耦合到电源的连接器的正视图。 图7B是穿过图7A中的两个螺钉的局部截面图，以实线轮廓示出嵌塞。 图8、图9和图10分别是根据本发明的第二实施例的LED封装的正视图、第一侧视
图和第二侧视图。 图11和图12分别是根据本发明的第三实施例的LED封装的正视图和侧视图。
图13和图14分别是根据本发明的第四实施例的LED封装的正视图和侧视图。
图15和图16分别是根据本发明的第五实施例的LED封装的局部正视图和局部侧视图。 图17、图18和图19分别是根据本发明的第六实施例的LED封装的正视图、第一侧视图和第二侧视图。 图20、图21和图22分别是根据本发明的第七实施例的LED封装的正视图、第一侧视图和第二侧视图。 图23、图24和图25分别是根据本发明的第八实施例的LED封装的正视图、第一侧视图和第二侧视图。
图26、图27和图28分别是根据本发明的第九实施例的LED封装的正视图、第一侧视图和第二侧视图。 图29和图30分别是替换图1至图28所示嵌塞的嵌塞的顶透视图和底透视图。
图31和图32分别是LED封装的顶视图和侧视图，其中封装体并非模制塑料，而是支承矩形嵌塞、印刷电路板和无钎焊封装端子的扁平金属件，
在各个图中由相同附图标记标识的元件是相同或相似的。
具体实施例方式
图2是包含LED模片28的LED封装26的正视图。在该实例中，四个单独的LED模片28电互连，以在规定输入电流实现所希望的光输出；但任意多个LED模片可在同一封装中互连。 在一实施例中，每个LED模片28是发出蓝光的GaN基LED。在每个模片上的YAG磷光体薄板当由蓝光激发时发出黄绿光。这种黄绿光与蓝光透过的组合产生白光。可使用任何其它类型的高功率LED，且可生成任何其它颜色。合适的LED可购自Philips LumiledsLighting公司。 LED模片28安装于底座30上，在图3和图4中较佳地看出。底座30使LED模片28与金属迹线层互连，提供相对较大且牢固的阴极和阳极衬垫以连接到该封装的引线，提供任何额外电路(例如，ESD装置)并易于处置。底座30可为绝缘铝，陶瓷、绝缘硅或导热但电绝缘的任何其它合适的材料。LED模片28是倒装芯片，其中两个电极均在底表面上，因此无需线结合来连接到底座电极。LED模片28的底部电极钎焊到底座电极或者使用熟知技术以热声方式焊接。倒装芯片LED和底座是熟知的且在美国专利第6， 844， 571号和第6， 828， 596号中更全面地描述，美国专利第6， 844， 571号和第6， 828， 596号转让于本受让人且以引用的方式结合到本文中。 底座30具有形成大阳极衬垫32和大阴极衬垫34的顶部金属层。衬垫32和34由金属条带40结合到从该封装延伸的相应阳性平端子36和38的端部。条带40的结合通常通过热声焊接做出，但也可通过钎焊、线结合或者任何其它手段做出。平端子36和38为常用于许多电气应用的标准化端子。使用宽平端子和窄平端子来确保到电源的正确的极性连接。采用LED封装26的设备制造商在平端子36和38上推动相对应的阴性连接器(或者接线片)以向LED供电。这种阴性连接器可购自Tyco Electronics和许多其它制造商。
封装体42由任何可模制材料形成，优选地为塑料，其中平端子36和38被刚性地模制到体内。在一实施例中，模制材料是液晶聚合物以提供低热膨胀系数且使得能进行高温处理和操作。 还在体42中模制金属嵌塞44，诸如由铜-钨(CuW) 、Cu或其它合适导电材料形成，其完全穿过模制体42延伸。嵌塞44具有使其牢固地保持于体42内的特征(在图7B中示出)。嵌塞44的顶表面和底表面优选地是矩形以大体上匹配底座30和在热耦合到安装板时最大化其表面积。嵌塞可替代地为圆形、六边形或其它形状。 底座30的底表面被金属化，且底座30被钎焊到嵌塞44的顶表面上以最大化热耦合。 金属(例如，铜)板46(图5)视情况被模制到体42的底表面内以向体提供增加的强度。 设有穿过体42的不同形状的基准孔48和50(图1)，以接合在安装板上的相对应 的引导销。这使得该封装在正确方位精确地定位于板上，之后用螺钉牢固地夹持到该板上。 在引导销插入到孔48内后，在旋转螺钉时引导销也防止该封装旋转以将该封装夹持到安 装板上，从而确保LED的准确方位。 模制螺钉孔52和54具备突出部(在图4中最佳地示出)，因此螺钉头部下推该突 出部以将该封装牢固地夹持到该板上。 在封装26顶部上的基准孔56用于将透镜58 (图6)定位于LED上从而以由透镜 形状所确定的任何方式使光束成形。透镜58具有牢固地装配到孔56(图2)内的销60，以 在LED上精确地对准透镜58。封装体42具有凹口 62 (图5)，在将该封装安装到该板上之 后，当将透镜推到该封装上时，凹口 62由透镜58上的弹性舌片64卡锁。
如图7A所示，该封装26利用螺钉68定位于安装板66上。在一实施例中，该板66 具有金属芯(例如，铝)，用于远离嵌塞44传导热和用于接纳螺钉。在一实施例中，暴露的 嵌塞44延伸超过塑料体底表面标称25微米，以确保嵌塞44与板之间的牢固热接触。嵌塞 延伸部的公差可为士25微米。在另一实施例中，可延展的导热材料(例如，金属膏)沉积 于封装26下方的板上，以确保嵌塞44与板之间的牢固热接触。 用于螺钉的螺母可设于板66背部，或者螺纹可直接形成于板66中。在另一实施 例中，不使用螺钉，而是使用诸如弹簧夹、铆钉或者其它闩锁或附接机构来将该封装26夹 持到板66上。 图7B是示出嵌塞44如何具有从两侧延伸出来的架子69 (或舌片)的局部截面图。 为了简单起见，未示出模制体42 (图7A)，架子69将嵌塞44牢固地固定于模制体42中且也 被螺钉68下压以确保嵌塞44与安装板66之间的牢固热接触。 板66在其表面上可具有电绝缘层并支承很多部件。在板66上的金属迹线(未图 示)可使各个电部件互连。 —旦该封装26被固定到板66上，接线片70和72连接到平端子36和38，并附连 可选的透镜58(图6)。图7A示出接线片70和72连接到电源73。多个封装可串联和并联。
如图所示，封装26提供到电源的高度可靠性的电连接而无需钎焊，且来自LED的 热经由嵌塞44有效地耦合到外部散热器。由于到该板的可靠热耦合，该封装可用于所设想 到的最高功率的LED。 在图8至图10中，除了平端子78和79垂直于封装顶表面外，图8至图IO是与图 2至图5的封装26相同的LED封装76的不同视图。这减小了该封装在该板上所需的空间 并减小了在将接线片推到端子上时的应力。 在图11和图12中，除了端子82和84是线夹持端子外，图ll和图12是与图2至 图5的封装相同的LED封装80的不同视图，其中螺钉86/88夹持到线90/92上。
在图13和图14中，除了端子96和98是垂直于封装顶表面延伸的销之外，图13和 图14是与图2至图5的封装26相同的LED封装94的不同视图。用于接纳销96和98的 连接器是标准化的且可购自TycoElectronics。 在图15和图16中，除了端子102和104是从侧部且平行于封装顶表面延伸的销 之夕卜，图15和图16是与图13和图14的封装94相同的LED封装100的不同局部视图。
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在图17至图19中，除了端子108和110是在封装中更低的销集合以减小封装高 度并保护销之外，图17至图19是与图13和图14的封装94相同的LED封装106的不同视图。 在图20至图22中，除了端子114和116是在封装内且平行于封装顶表面的销集 合外，图20至图22是与图17至图19的封装106相同的LED封装112的不同视图。
图23至图25是圆形LED封装120的不同视图。嵌塞44被模制到封装体121内 且从顶部延伸。嵌塞44支承带有LED模片(未图示)的底座。印刷电路板或其它连接器 (未图示)将底座电极连接到从封装的相对侧延伸的平端子122和124。该封装置于安装 板上与用于平端子122和124的阴性插座对准。凹口 125用于相对于插座对准该封装且将 该封装弹性地锁定于其最终位置。然后旋转该封装使得平端子122和124滑动到阴性插座 内。 在图26至图28中，除了平端子128和130从封装底部延伸以被推入到形成于安 装体中的连接器内之外，图26至图28是类似于图23至图25的封装120的LED封装126 的不同视图。 图29和图30示出可用于替换图1至28中嵌塞44的嵌塞140。嵌塞140可为CuW 或其它高度导热金属。嵌塞140被模制于塑料体(未图示)内，塑料体的外部尺寸(被称 作迹区)和基准孔实质上与图1中体42的外部尺寸和基准孔相同以便直接替换图1的封 装26。该体中也模制先前所述的无钎焊连接器。嵌塞140具有带螺钉孔144的延伸部142， 使得螺钉头部的向下移动直接接触该延伸部并下压该延伸部。嵌塞140的整个底表面通过 塑料体暴露以形成与安装板的大热接触。带有LED的底座30(图1)安装于嵌塞140的顶 表面上。 可使用许多其它类型的封装风格，其具有模制于其中的标准连接器且利用本文所 述的散热设计。 图31和图32示出不使用模制塑料体的LED封装148。图31是正视图，且图32是 侧视图。包括用于对准的基准孔150的封装148的迹区(footprint)可与图1的封装26 的迹区相同以便直接替换。扁平金属(例如，Cu)板152具有焊接或者钎焊在其表面上的 嵌塞154 (例如，CuW)。带有LED模片28的底座30被钎焊到嵌塞154的顶表面上。印刷电 路板(PCB) 156被附接到金属板152上。PCB 156具有结合(以热声方式或者通过钎焊)到 条带40和平端子36和38的结合衬垫。这个实施例提供这些实施例中任一个的最高散热。
虽然示出和描述了本发明的特定实施例，但对于本领域技术人员显然，在本发明 更广泛的方面不偏离本发明的情况下，可以对本发明做出变化和修改，且因此所附权利要 求书在其范畴内涵盖属于本发明的真实精神和范畴内的所有这些变化和修改。
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权利要求
一种发光二极管(LED)封装结构，其包括至少一个LED模片；具有电极的底座，其中至少一个LED模片安装于所述底座上；由电绝缘材料形成的模制封装体；金属嵌塞，其穿过所述体延伸并被模制到所述体内，所述嵌塞的顶表面和底表面通过所述体暴露，所述底座安装于所述嵌塞的顶表面上使得所述至少一个LED模片与所述嵌塞电绝缘且热耦合到所述嵌塞；模制于所述体内的无钎焊金属连接器端子，所述连接器端子电耦合到所述底座电极以向所述至少一个LED模片供电，所述连接器端子被配置成连接到电源而无需使用钎焊；以及夹持结构，其由所述封装结构形成，其被配置成允许所述体和嵌塞牢固地夹持到导热安装结构以使得在所述嵌塞的底表面与所述安装结构之间存在热耦合。
2. 根据权利要求1所述的结构，其中所述嵌塞的所述底表面延伸超过所述封装体的底 部，其中当所述封装被夹持到所述安装结构时所述嵌塞的底表面直接接触所述安装结构。
3. 根据权利要求1所述的结构，其中所述封装结构具有用于螺钉的孔，用于将所述封 装夹持到所述安装结构上。
4. 根据权利要求3所述的结构，其中所述模制封装体被形成为具有用于所述螺钉的孔。
5. 根据权利要求3所述的结构，其中所述嵌塞被形成为具有用于所述螺钉的孔。
6. 根据权利要求1所述的结构，其中所述封装结构具有用于接纳形成于所述安装结构 上的对准销的基准孔。
7. 根据权利要求6所述的结构，其中所述基准孔具有不同的形状以仅沿一个方位在所 述安装结构上对准所述封装结构。
8. 根据权利要求1所述的结构，其中所述嵌塞具有舌片，舌片延伸到螺钉孔内以使得 夹持螺钉的向下移动下压所述舌片，造成所述嵌塞与所述安装结构之间的牢固接触。
9. 根据权利要求1所述的结构，其中所述嵌塞基本上是平行六面体。
10. 根据权利要求1所述的结构，其中所述嵌塞具有矩形顶表面且其中其底表面大于 所述顶表面。
11. 根据权利要求1所述的结构，其中所述嵌塞的所述顶表面和所述底座的底表面都 是矩形。
12. 根据权利要求1所述的结构，其中所述底座的底表面被钎焊到所述嵌塞的顶表面上。
13. 根据权利要求1所述的结构，其中所述连接器端子是平端子，该平端子从所述封装 体的侧部基本上平行于所述封装体的顶表面延伸。
14. 根据权利要求1所述的结构，其中所述连接器端子是平端子，该平端子垂直于所述 封装体的顶表面延伸。
15. 根据权利要求1所述的结构，其中所述连接器端子是从所述封装体的侧部基本上 平行于所述封装体的顶表面延伸的销。
16. 根据权利要求1所述的结构，其中所述连接器端子是垂直于所述封装体的顶表面 延伸的销。
17. 根据权利要求1所述的结构，其中所述连接器端子是线夹持端子。
18. —种发光二极管(LED)封装结构，其包括至少一个LED模片；具有电极的底座， 其中所述至少一个LED模片安装于所述底座上；金属嵌塞，所述底座安装于所述嵌塞的顶表面上使得所述至少一个LED模片与所述嵌塞电绝缘且热耦合到所述嵌塞；电绝缘支承构件；附接到所述支承构件上的无钎焊金属连接器端子，所述连接器端子电耦合到所述底座电极以向所述至少一个LED模片供电，所述连接器端子被配置成连接到电源而无需使用钎焊；以及由所述封装结构形成的夹持结构，其被配置成允许所述嵌塞的底表面热耦合到安装结构。
19. 根据权利要求18所述的结构，其还包括形成所述嵌塞的基部的金属板，所述金属板具有夹持装置以将所述封装结构牢固地夹持到所述安装结构上。
20. 根据权利要求19所述的结构，其中所述嵌塞和所述金属板是单个整体件。
21. 根据权利要求18所述的结构，其中所述支承构件是印刷电路板。
全文摘要
标准无钎焊连接器(36，38)从支承至少一个高功率LED模片(28)的模制封装体(42)延伸。该封装(26)包括完全穿过该封装体(42)延伸的相对大的金属嵌塞(44)。LED模片(28)安装于金属嵌塞(44)的顶表面上，其中电绝缘陶瓷底座(30)在LED模片(28)与金属嵌塞(44)之间。在底座(30)上的电极(32，34)连接到封装连接器(36，38)。无钎焊夹持装置，诸如螺钉孔(52，54)，设于该封装(26)上用于将该封装牢固地夹持到导热安装板上。该封装中的嵌塞热接触该板以远离LED散热。在该封装中的基准结构(48，50)，例如孔，将该封装精确地定位于板上的相对应的基准结构上。描述了不使用模制体的其它封装。
文档编号H05K3/30GK101790797SQ200880020763
公开日2010年7月28日 申请日期2008年6月13日 优先权日2007年6月19日
发明者F·沃尔, J·克梅特克, L·张, M·法尔, P·斯特伦伯格 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司;飞利浦拉米尔德斯照明设备有限责任公司