发光器件的制作方法

专利名称：发光器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光器件，利用如玻璃等防潮材料密封作为光源的发光二极管(此后称为LED)。
同样，本发明涉及一种发光器件，能够有效地辐射由高输出发光元件所产生的热量。
背景技术：
传统上，利用LED作为光源的发光器件是已知的。一个示例为一种发光器件，利用如环氧树脂等密封树脂整体密封LED元件。
环氧树脂可以广泛地得到，并易于塑模。因此，其被广泛地用作发光器件的密封材料。但是，当环氧树脂受到LED元件所发出的强光照射时，其逐渐染色并变黄。如果其因此而染色，必然减少发光器件的光输出，这是因为有色部分将吸收从LED元件发出的光。
日本专利申请未审公开No.11-204838(此后，称为现有技术1)公开了一种发光器件，利用其中包含荧光体的防潮玻璃层密封LED元件。
图1是示出了现有技术1中所公开的发光器件的剖面图。发光器件50包括配线导体51、52；形成在配线导体52中的杯状部分53；接合在杯状部分53的底部53A的LED元件54；每一个电连接在LED元件的电极和配线导体51、52之间的导线55、55；玻璃层56，密封设置在杯状部分53内部的LED元件54；包含在玻璃层56中的荧光体56A；灯形密封树脂57，透明且密封所有上述元件。
在这种结构中，由于以填充在杯状部分53中的玻璃层56密封LED元件54，可以避免由于有色密封材料而引起的光输出的减少。此外，由于玻璃层阻断了潮气的侵入，可以防止荧光体的退化。
但是，现有技术1的发光器件具有以下问题(1)由于玻璃层的粘滞度比树脂大得多，在利用玻璃材料密封LED元件时，在玻璃层中必然包含气泡。难以分离包含在其中的气泡。因此，气泡将残留在玻璃层中。
(2)在利用玻璃密封LED元件时，在300℃或更高的高温下进行。在处理之后，由于LED元件与玻璃材料之间热膨胀系数的差异，产生了玻璃材料中的残余应力。当受到热冲击时，残余应力可能会引起玻璃材料的破裂。
近年来，研发了高输出LED，并且已经开始生产几瓦特输出级的大输出型LED。尽管LED的特征是较小的热释放，但因为流过其中的大电流，高输出(高亮度)LED元件必然产生相当的热量。
日本专利申请未审公开No.200-1560967(此后称为现有技术2)公开了一种LED封装，将作为热沉的金属块设置在LED元件(LED芯片)下面。
在现有技术2的LED封装中，将金属块插入以嵌入塑料件在上塑模的引线框。LED芯片通过具有良好导热性的底座直接或间接地与金属块接触。
在这种结构中，由于LED芯片与金属块热连接，所以可以使LED芯片保持在低于传统封装的焊接温度。因为处于较低的温度，LED芯片可以不受到大的热应力，因此，即使处于大功率操作，仍然能够确保其可靠性和良好的特性。
但是，现有技术2的LED封装具有以下问题(1)需要在上塑模引线框的二次支撑件(嵌入塑料件)。因此，必须增加部件的数量，难以提供小型封装。
(2)此外，由于二次支撑件由树脂制成，LED封装不具有可以应用于无铅重熔的较高耐热性。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种发光器件，能够降低残余气泡，并减少其密封材料中的内部应力。
本发明的另一目的是提供一种发光器件，能够在具有足够耐热性的同时，有效耗散来自高输出发光元件的热量。
根据本发明的第一方面，一种发光器件，包括发光元件，发出预定波长的光；以及密封部分，密封发光元件，其中所述发光元件具有应力减少部分，减少密封部分中的内部应力。
按照这种构成，在利用密封材料密封发光元件之后，可以防止由于密封部分中的内部应力的局部集中而引起的破碎。
所述应力减少部分可以是通过斜切发光元件的角形成的。
在这样构成的发光器件中，由于对LED元件的形状进行设计，以便减少密封部分中内部应力的集中，可以实现残余气泡的减少和内部应力的减少。
根据本发明的第二方面，一种发光器件，包括发光元件；引线，其一端与所述发光元件电连接，用作向所述发光元件提供电源的接线端；金属底座，用于在其上安装所述发光元件，并辐射所述发光元件的热量；以及密封件，其是透明树脂或玻璃的，并覆盖所述发光元件，其中通过具有与所述金属底座近似相等的热膨胀系数的耐热绝缘件，将所述引线固定在所述金属底座上。
优选地，提供子支架，子支架通过电极或配线层，对所述发光元件和所述引线进行连接。优选地，所述发光元件是通过子支架被安装在所述金属底座上。可以将金属反射镜部分堆叠在所述金属底座上，或者与所述金属底座集成在一起。
在这样构成的发光器件中，通过将子支架安装在金属底座上并将金属反射镜附加于金属底座，由于通过金属底座和金属反射镜传导发光元件所产生的热量，可以获得高辐射效率。因此，可以将其应用于高输出型发光元件。此外，由于使用了耐热绝缘材料的支撑件，其可以应用于使用无铅焊料的重熔。
根据本发明的第三方面，一种发光器件，包括光学元件；子支架，用于在其上安装所述光学元件，并具有近似等于所述光学元件的热膨胀系数；支撑件，具有将所述子支架插入其中的孔，并具有大于所述子支架的热膨胀系数；以及透明密封材料，用于密封所述光学元件，并对目标波长透明，其中设置所述子支架，从而使其安装所述光学元件的表面从所述孔暴露在所述密封件侧，并焊接于所述支撑件和所述透明密封件，以密封所述光学元件。
在这样构成的发光器件中，通过均衡光学元件和子支架的热膨胀系数，可以减少由于光学元件于子支架之间的温度差异所引起的应力。因此，可以防止由于器件生产期间的处理温度、重熔炉的环境温度或光学元件操作中的热量所引起的对光学元件的应力损伤。此外，通过均衡支撑件和密封材料的热膨胀系数，将子支架插入支撑件的通孔中，以及将子支架的表面设置为近似等于LED元件的面积，可以在支撑件和密封件之间的宽和长接触面积中，减少由于玻璃处理的高温状态和低温状态之间的温度差所引起的应力，从而防止边界分离或破裂。由此，可以实现对发光器件的玻璃密封。因此，在提供小型封装的同时，可以确保对目标波长的耐候性和耐热性。


下面，将参照附图，对根据本发明的优选实施例进行解释，其中图1是示出了现有技术1中所公开的发光器件的剖面图；图2A是示出了本发明第一优选实施例中的发光器件的中心部分的剖面图；图2B是示出了图2A中的LED元件的放大侧视图；图3是示出了图2A中的LED元件及其附近的放大剖面图；图4是示出了从顶部(发射观察表面侧)观察图3中的LED元件及其附近的顶视图；图5是示出了本发明第二优选实施例中的LED元件的侧视图；图6是示出了本发明第三优选实施例中的发光器件的中心部分的剖面图；图7是示出了本发明第四优选实施例中的发光器件的中心部分的剖面图；图8A是示出了本发明第五优选实施例中的发光器件的中心部分的剖面图；图8B是示出了图8A中的LED元件的放大侧视图；图9示出了本发明第六优选实施例中的LED元件的发光区域和光辐射；图10A是示出了本发明第七优选实施例中的发光器件的平面图；图10B是沿图10A中的线A-A得到的剖面图；图10C是沿图10A中的线B-B得到的剖面图；图11A是示出了本发明第八优选实施例中的发光器件的平面图；图11B是沿图11A中的线A-A得到的剖面图；图11C是沿图11A中的线B-B得到的剖面图；图12是示出了本发明第九优选实施例中的发光器件的平面图；图13是示出了本发明第十优选实施例中的发光器件的剖面图；图14示出了本发明第十一优选实施例中的发光器件；图15A是示出了本发明第十二优选实施例中的发光器件的平面图；图15B是沿图15A中的线A-A得到的剖面图；图15C是沿图15A中的线B-B得到的剖面图；图16A是示出了第十二实施例中的引线的侧视图；图16B是沿图16A中的线A-A得到的剖面图；图16C是沿图16A中的线B-B得到的剖面图；图16D是沿图16A中的线C-C示出的底视图；图17A是示出了本发明第十三实施例中的发光器件的平面图；图17B是沿图17A中的线A-A得到的剖面图；
图18是示出了对第十三实施例中的发光器件的支撑件的修改的剖面图；图19A是示出了本发明第十四优选实施例中的发光器件的剖面图；图19B是示出了图19A中的焊料层和金属引线的设置的平面图；图20A是示出了对第十四实施例中的发光器件的支撑件的修改的剖面图，所述支撑件具有形成在其上的反射膜；图20B是示出了对支撑件的另一修改的剖面图，所述支撑件具有形成在其凸部分上的反射膜；图21A是示出了本发明第十五优选实施例中的发光器件的平面图；图21B是沿图21A中的线B-B得到的剖面图；图22A是示出了本发明第十六优选实施例中的发光器件的平面图；图22B是沿图22A中的线C-C得到的剖面图；图23是示出了对第十六实施例中的支撑件的修改的剖面图；图24A是示出了本发明第十七实施例中的发光器件的剖面图；图24B是示出了对图24A中的发光器件的修改的剖面图；图25A是示出了对图24A中的发光器件的另一修改的剖面图；图25B是示出了图25A中的子支架的底视图；图26是示出了对图24A中的发光器件的另一修改的剖面图；图27是示出了本发明第十八实施例中的发光器件的剖面图；以及图28是示出了本发明第十九实施例中的发光器件的剖面图。
具体实施例方式
图2A是示出了本发明第一优选实施例中的发光器件的中心部分的剖面图。图2B是示出了图2A中的LED元件的放大侧视图。
如图2A所示，发光器件1包括透明玻璃材料的玻璃密封部分2；LED元件3，发出预定波长的光；安装LED元件3的子支架4；引线框5，作为向LED元件3提供电源的配线导体；以及玻璃密封部分6，保护引线框5的下表面。
玻璃密封部分2是低熔点玻璃，其折射率为n＝1.5，且具有16×10-6的热膨胀系数。根据所需的光分布特性，通过热压，将玻璃密封部分2塑模成类似圆屋顶的光学形式，并将其熔化并焊接在引线框5上，以密封LED元件3。此外，玻璃密封部分2可以不具有于所需光分布特性相一致的光学形式。
如图2B所示，LED元件3是倒装芯片型发光元件，具有形成在Al2O3衬底30上的GaN发光层31。其具有7×10-6的热膨胀系数，并且发射波长为380nm。LED元件3具有倾斜部分32，是对发射观察表面侧的(四个)角的斜切。其电极(未示出)通过Au隆起焊盘(未示出)与形成在子支架4上的配线图案电连接。LED元件3的尺寸为0.32×0.32mm。
子支架4是Al2O3的，并具有13×10-6的热膨胀系数。在其表面上，形成铜箔的配线图案(未示出)。配线图案与LED元件3的电极电连接，并焊接在引线框5上。
引线框5是铜或铜合金的，并具有16×10-6的热膨胀系数，并在其表面上形成Au镀层。其与子支架4连接的顶部具有与子支架4的厚度相一致的阶梯部分5A，从而使子支架4与阶梯部分5A接合的上表面限定了与引线框5的上表面相连的近似平滑表面。引线框5可以是除铜以外的其他金属的(例如，铁合金)，只要其导电性满足所需的特性。
玻璃密封部分6是与玻璃密封部分2相同的低熔点玻璃，并且通过热压，将其与玻璃密封部分2形成一体，以保护引线框5的下表面。
图3是示出了图2A中的LED元件及其附近的放大剖面图。
子支架4包括配线图案40，形成在LED元件3的安装侧；配线图案41，形成在引线框5的连接侧；以及通孔42，在穿透子支架4的同时，电连接在配线图案40和41之间。配线图案41通过设置在配线图案41和阶梯部分5A之间的焊料7与引线框5电连接。配线图案40通过Au隆起焊盘3A与LED元件3的电极(未示出)电连接。
图4是示出了从顶部(发射观察表面侧)观察图3中的LED元件及其附近的顶视图。
将LED元件3安装在正方形形式的子支架4的中心。形成在子支架4上的配线图案具有对玻璃件的良好粘附特性，从而能够围绕LED元件3，增强玻璃密封特性。配线图案40并不局限于如图所示的图案，可以是能够减少子支架4的暴露部分的图案。
在制造发光器件1时，首先，通过压制和压印铜合金的带状材料，制成引线框5。然后，将子支架4定位于引线框5的阶梯部分5A。然后，通过焊料7，将子支架4的配线图案41焊接于引线框5。然后，将LED元件3的电极定位于子支架4的配线图案40。然后，通过Au隆起焊盘3A，使LED元件3的电极与子支架4的配线图案40电连接。然后，将类似盘状的低熔点玻璃设置在引线框5的上下。然后，在并未对LED元件3造成热损伤的温度下，在氮气(N2)的减压环境下，在通过热压塑模玻璃的同时，将低熔点玻璃焊接在引线框5的上下表面。由此，变软的低熔点玻璃紧密地焊接在LED3、子支架4和引线框5的表面上。从而，将玻璃密封部分2和6合成一体，以制成预定的形状，并去除多余的玻璃，以成形发光器件1。然后，从引线框5切下发光器件1。
在第一实施例中，由于斜切LED元件3的角以提供倾斜部分32，当对软化为大约108到1010泊的低熔点玻璃进行整体塑模时，可以减少玻璃的扰动。由此，可以保持玻璃的均匀性，并可以防止空气的侵入。因此，可以获得具有减少残余气泡的发光器件1。此外，因为切除了内部应力易于集中的锐角，可以防止玻璃密封部分2中由于热冲击而引起的破碎的发生。通过使用晶片分割中合适的切割机，易于进行这种切割。
尽管在第一实施例中，LED元件3在发射观察表面侧的四个角处具有倾斜部分32，同样可以切除LED元件3的发射观察表面与侧面之间所限定的边缘。由此，可以进一步减少LED元件3周围的残余气泡(增强了玻璃的均匀性)，并可以进一步防止破碎的发生。
尽管在第一实施例中，玻璃密封部分2是透明的低熔点玻璃，但其也可以是有色的。
在焊接子支架4时，可以使用在处理低熔点玻璃的温度下并不熔化的银焊料，代替焊料7。可以在将子支架4焊接在引线框5之后，将LED元件3安装在子支架4上。
图5是示出了本发明第二优选实施例中的LED元件的侧视图。
构造LED元件3，从而对发射观察表面侧的四个角进行倒圆角，以提供曲面33，代替切除角。
在第二实施例中，因为在角上具有曲面部分，可以在通过热压塑模已软化低熔点玻璃时，更为有效地减少玻璃的扰动。由此，可以进一步减少LED元件3周围的残余气泡(增强玻璃的均匀性)，并可以进一步防止破碎的发生。
除了位于发射观察表面侧的四个角的曲面部分33，同样可以切除LED元件3的发射观察表面与侧面之间所限定的边缘。由此，可以进一步减少LED元件3周围的残余气泡(增强了玻璃的均匀性)，并可以进一步防止破碎的发生。
图6是示出了本发明第三优选实施例中的发光器件的中心部分的剖面图。
构造发光器件1，作为波长转换器件，代替第一实施例中的玻璃密封部分2，包括波长转换部分8，包括透明玻璃密封部分8A；玻璃密封部分8A包含荧光络合物801；以及位于玻璃密封部分8A和8B之间的荧光体800的荧光体层8C。
玻璃密封部分8B是包含玻璃的荧光络合物，包含铒(Er3+)作为荧光络合物801。LED元件3发射的光激活荧光络合物801，从而发出受激光。
形成薄膜荧光体层8C，从而将其丝网印刷在构成了玻璃密封部分8A的低熔点玻璃上，然后通过加热进行烘干。
如下所述地制造波长转换部分8。
(1)形成荧光体层的处理首先，设置低熔点玻璃的玻璃片。所述玻璃片最好具有能够沿长度方向排列多个LED元件3的长度。然后，通过将荧光体800溶解在包含大约1％的硝化纤维作为粘度改进剂的n丁基醋酸盐中，准备荧光体溶液。按照与排列LED元件3的间隔相对应的间距，将该溶液丝网印刷在玻璃片的表面上，从而提供附着在其上的薄膜。然后，加热具有印刷在其上的荧光体溶液的玻璃片，去除溶剂部分，从而获得荧光体层8C。最好在减压的环境下，进行加热。
(2)形成络合物玻璃的处理然后，设置包含Er3+的荧光络合物玻璃片，将其设置在具有通过形成荧光体层的处理铒准备的荧光体层的玻璃片上，将荧光体层8C夹在中间。尽管具有荧光体层8C的玻璃片最好具有与荧光络合物玻璃片相同的形状，但是它们也可以具有彼此不同的形状。然后，通过在减压环境下热压，熔化并接合具有荧光体层8C的玻璃片和荧光络合物玻璃片。设置荧光体层8C，从而使其位于连接两个玻璃片的边界处。
然后，通过热压，将这样形成的复合玻璃与LED元件3和引线框5形成一体。按照LED元件3的形状，使荧光体层8C变形，并且使其位于距LED元件3的特定距离处。
除了第一实施例的效果以外，第三实施例具有以下效果荧光体层8C的厚度和距LED元件3的距离可以保持恒定，从而发光器件1可以具有基于通过激发荧光络合物而从玻璃密封部分8B辐射出的受激光的良好波长转换特性。尽管在此实施例中，波长转换部分8包括包含在玻璃中的荧光络合物和荧光体层，但是，其可以包括包含在玻璃中的荧光络合物和荧光体层之一。
图7是示出了本发明第四优选实施例中的发光器件的中心部分的剖面图。
发光器件1使用陶瓷衬底9，代替第一实施例中所述的引线框5。
陶瓷衬底9包括形成在LED元件3的安装侧的配线图案40；通过陶瓷衬底9，形成在配线图案40的相对侧的配线图案41；以及通孔42，在穿透陶瓷衬底9的同时，电连接在配线图案40和41之间。配线图案40通过Au隆起焊盘3A与LED元件3的电极(未示出)电连接。
在第四实施例中，将如第一实施例中所述的LED元件3安装在陶瓷衬底9上。因此，与使用引线框5的情况相比，能够以更高的密度生产发光器件1。因此，其可以具有良好的生产率，并能够降低生产成本。此外，这样构成的发光器件1具有即使通过切割等进行分离时，仍能减少玻璃部分中的破碎的发生的特征。
图8A是示出了本发明第五优选实施例中的发光器件的中心部分的剖面图。图8B是示出了图8A中的LED元件的放大侧视图。
发光器件1使用倒装芯片型LED元件3，LED元件3的衬底30如第一在第五实施例中，GaN衬底30具有n＝2.4的大折射率，因此可以增强光提取效率，可以从GaN发光层31向外部辐射使用Al2O3衬底30时不能辐射的光。此外，如果将LED元件3形成为长方体，将产生超过LED元件3的界面的临界角的入射模式。但是，形成在衬底30上的倾斜部分32允许从GaN发光层31辐射光，即使是在这种入射模式下。因此，可以减少光辐射的损耗。
衬底30的材料并不局限于GaN，也可以是SiC等具有类似于GaN衬底30的折射率的材料。
图9示出了本发明第六优选实施例中的LED元件的发光区域和光辐射。
如图所示，LED元件3具有小于元件尺寸的发光区域A，由此，从GaN发光层31向外辐射的基色光的概率近似于理想情况。因此，可以进一步增强从LED元件3的光提取效率。类似于上述实施例，采用了具有形成在其下表面上的电极的倒装芯片型发光元件，因此，只有下表面上的电极对从LED元件3的光提取造成干扰。
尽管在上述实施例中，利用具有n＝1.5的折射率的低熔点玻璃密封LED元件3，也可以使用具有n＝1.9的高折射率的玻璃密封。因此，即使在LED元件3具有近似等于元件大小的发光区域时，仍然不会将光限制在LED元件3内，并能够提高光提取效率。因此，由于随着所施加的电流的增加，光输出并不饱和，可以增加发光器件1的输出。
尽管LED元件3的密封部分是玻璃的，即使当使用树脂密封部分时，仍然能显著减少内部应力。因此，可以防止树脂密封部分的破碎。
尽管在上述实施例中，发光层是GaN的，但也可以使用如GaAs或AlInGaP等其他材料。在这种情况下，可以获得与第四实施例中所述相同的效果。此外，如果衬底具有近似等于发光层的折射率，或者具有近似等于或高于高折射率玻璃的折射率，可以获得与第五和第六实施例中所述相同效果。
图10A是示出了本发明第七优选实施例中的发光器件的平面图。图10B是沿图10A中的线A-A得到的剖面图。图10C是沿图10A中的线B-B得到的剖面图。尽管通常在引线框两侧具有与外部引线侧相连带形部分，在附图中并未示出该部分。此外，尽管通常在引线框上安装多个LED元件，在附图中只示出了一个LED元件。
发光器件110包括金属底座111，作为辐射器；堆叠在金属底座111上的金属反射镜112(反射镜部分)；安装在金属底座111的预定位置上的子支架113；安装在子支架113上的LED元件114；绝缘密封玻璃115a、115b，嵌入在形成在金属底座111上、并线性设置在子支架113两侧的凹槽(未示出)中；引线(金属引线)116a、116b，与绝缘密封玻璃115a、115b重叠；绝缘密封玻璃117a、117b，与引线116a、116b重叠；以及透明玻璃或树脂的密封件118，填充在金属反射镜112的内部。作为整体，发光器件110具有短圆柱形。
金属底座111是如铜和铝等具有良好导热性的金属。其具有根据LED元件114的消耗功率、能够获得足够辐射效率的厚度和尺寸。
金属底座111具有以LED元件114为中心的线性凹槽(未示出)。所述凹槽具有能够将绝缘密封玻璃115a、115b、引线116a、1116b和绝缘密封玻璃117a、117b嵌入其中的深度。将引线116a、1116b设置在凹槽中，同时夹在绝缘密封玻璃115a、115b和绝缘密封玻璃117a、117b之间。因此，引线116a、1116b与金属底座111电绝缘。尽管金属底座111具有与金属反射镜112相同的尺寸，其可以比金属反射镜112大，或者可以具有如矩形等其他形状。
金属反射镜112是如铜和铝等具有良好导热性的金属。其具有形成在中心处的锥形中空凹部分。通过利用银淀积、镀铬或银对其内表面进行镜面加工，或者通过在其上进行白表面处理，形成其反射表面112a。由此，可以沿前方有效地传导与金属反射镜112横向发射的光。此外，由于金属反射镜112是如铜等具有良好导热性的金属，除反射镜之外，其还用作辐射器。
子支架113是如AlN(氮化铝)等具有高导热性的材料，并且如果需要的话，其可以具有用于预防介质击穿的内置齐纳二极管。子支架113具有不均匀的矩形形状，其中将LED元件114安装在顶表面上，并将引线116a、116b的端部设置在两个上表面较低的位置上。子支架113具有位于上表面和侧表面的电极(未示出)。可以通过图中并未示出的配线层或通孔，进行上电极和侧电极之间的连接。
例如，LED元件114是GaN或AlInGaP的，并且是高输出型的。芯片尺寸可以是0.3×0.3mm(标准尺寸)、1×1mm(大尺寸)等。LED元件114是使用电极或隆起焊盘作为连接元件的倒装芯片(FC)型的，尽管在图中并未示出元件下面的连接部分。FC型适合于使用具有较高粘滞度的玻璃作为密封材料118。可选地，LED元件114可以是使用配线作为连接元件的面朝上型的。在这种情况下，如果通过玻璃密封，可能会使配线变形，则可以使用具有低粘滞度的树脂材料作为密封件118。
绝缘密封玻璃115a、115b、117a和117b是具有等于金属底座111和引线116a、1116b的热膨胀系数的玻璃，而其不需要是透明的。密封件118是透明硅树脂的或透明低熔点玻璃的。
下面，将对组装发光器件110的过程进行解释。
首先，将子支架113安装在金属底座111的中心，并通过粘结剂等固定在其上。然后，将棒形绝缘密封玻璃115a、115b设置在金属底座111上，然后将引线116a、1116b和绝缘密封玻璃117a、117b堆叠在绝缘密封玻璃115a、115b上。然后，将金属反射镜112安装在绝缘密封玻璃117a、117b上，并位于金属底座111的暴露表面上。在这种状态下，通过在高温下进行压制，将绝缘密封玻璃115a、115b、117a和117b、引线116a、1116b和金属反射镜112彼此焊接在一起。
除了引线116a、1116b的端部以外，绝缘密封玻璃115a、115b、117a和117b在侧表面和上下表面对引线116a、1116b进行绝缘。因此，其并不与金属底座111和金属反射镜112相接触。然后，将LED元件114安装在子支架的顶表面上，并通过进行重熔，将子支架113的电极或配线层与LED元件114的隆起焊盘或电极焊料连接并焊接。最后，将硅树脂的密封件118填充到金属反射镜112的锥形中空凹部分中。从而，完成发光器件110的组装。
例如，当引线116a与LED元件114的阳极侧相连时，DC电源(未示出)的正极侧与引线116a相连，而其负极侧与引线116b相连。当供电时，电流从引线116a通过子支架113、LED元件114和子支架113流向引线116b。由此，LED元件114发光。通过密封件118，向外部辐射从LED元件114的上表面发出的光，并在金属反射镜112上发射从LED元件114侧发出的光，通过密封件118向外部辐射。
通过第七实施例获得了以下的效果。
(1)由于绝缘密封玻璃115a、115b、117a和117b对引线116a、1116b进行了绝缘，可以防止引线116a、1116b与金属底座111或金属反射镜112之间的接触。
(2)由于金属底座111和金属反射镜112在除了引线116a、1116b的安装部分以外的其他部分彼此直接接触，从LED元件114导向子支架113和引线116a、1116b的热量被有效地导向金属底座111和金属反射镜112，从而可以通过金属底座111和金属反射镜112辐射热量。因此，即使当LED元件114是高输出型的时，仍能能够增强热辐射效率，从而能够避免对LED元件114、绝缘密封玻璃115a、115b、117a和117b、以及密封件118的热损伤。此效果对于大尺寸发光器件尤为显著。
(3)发光器件在支撑部分未使用任何具有低耐热性的树脂材料，并且引线116a、116b通过玻璃材料与金属底座111相接触。因此，其足以承受应用于无铅焊料的重熔。
图11A是示出了本发明第八优选实施例中的发光器件的平面图。图11B是沿图11A中的线A-A得到的剖面图。图11C是沿图11A中的线B-B得到的剖面图。相似的部件以第七实施例中相同的数字表示。
第八实施例的发光器件120与第七实施例的发光器件110的区别在于，引出引线的方式以及与金属反射镜合为一体的金属底座的结构。即，沿相同的方向引出阳极和阴极引线，并通过芯片加工或铣削操作等生产集成了金属反射镜部分和辐射器部分的金属底座121。
发光器件120包括金属底座121，用作辐射器和反射镜；子支架122，安装在金属底座121的预定位置上；LED元件114，安装在子支架122上；槽形凹口部分123，形成在金属底座121中；引线124a、124b，位于凹口部分123中，同时确保了特定的空间；密封件118，填充在金属底座121的凸部分中；以及绝缘密封玻璃125，整形为方棒，并使引线124a、124b与金属底座121绝缘。
金属底座121使与第七实施例中的金属底座111和金属反射镜112相同材料的。金属底座121具有锥形中空反射表面121a，将LED元件114定位在其中心，并具有垂直槽形凹口部分123，用于容纳要绝缘的引线124a、124b。凹口部分123具有设置在底部的绝缘密封玻璃125，并将引线124a、124b设置在绝缘密封玻璃125上。
子支架122是如AlN(氮化铝)等具有高导热性的材料，并且如果需要的话，其可以具有用于预防介质击穿的内置齐纳二极管。如图11B所示，只在一侧(图11B的右侧)形成子支架122的阶梯部分，并将引线124a、124b的端部平行设置在阶梯部分的上表面上，并且通过焊料等，将端面或下表面与子支架122侧的电极(未示出)相连。
下面，将对制造发光器件120的过程进行解释。
首先，将子支架122安装在金属底座121的中心，并通过粘结剂等固定在其上。然后，平行设置引线124a、124b的端部，与子支架122的阶梯部分相接触，然后，在这种状态下，通过在加热炉等中加热，使引线124a、124b的端部与子支架122的电极(或部分配线层)相连。然后，通过重熔，使LED元件114与子支架122的电路部分(电极、配线层等)电连接和物理连接。可选地，在将LED元件114安装在子支架122上之后，设置引线124a、124b，并与子支架122相连。
通过第八实施例获得了以下效果。
(1)凹口部分123只容纳引线124a、124b，并且将其上部保持为空间。在凹口部分123，并不存在金属底座121的反射表面121a。尽管在操作LED元件114器件，必然在所发出的光中产生一点不均匀，仍然可以通过集成第七实施例中的金属底座111和金属反射镜112来构成金属底座121。因此，可以减少生产的步骤数，并有利于处理。同样可以减少生产成本。
图12是示出了本发明第九优选实施例中的发光器件的平面图。第九实施例中的发光器件的特征在于第七实施例的金属反射镜具有附加在其顶端的辐射片。
构造发光器件130，从而使焊接于金属底座111的金属反射镜131具有多个位于顶端的辐射片132。将辐射片132以特定的间隔设置在金属反射镜131的圆周上，以LED元件114为中心。
在第九实施例中，通过辐射片132，可以增加金属反射镜131与周围空气的接触面积，并能够沿横向方向有效地进行辐射。因此，由于辐射面积的增加，可以获得良好的辐射效果。
图13是示出了本发明第十优选实施例中的发光器件的剖面图。
第十实施例中的发光器件的特征在于将上述实施例中所描述的金属底座的功能和金属反射镜的功能合为一体。
发光器件140包括具有阶梯部分的热沉141；绝缘件142a、142b，设置在阶梯部分上的引线附着部分；引线143a、143b，对其进行设置，从而使其端部位于绝缘件142a、142b的水平部分上；子支架143，附加于形成在热沉141上部的锥形中空凹部分的底部；LED元件144，安装在子支架143上；以及密封件145，是玻璃或树脂的，并填充在子支架143的凹部分中，用于覆盖LED元件144。
热沉141是铜的，并包括辐射片141a，形成在比阶梯部分低的部分处；以及反射镜部分141c，形成在比阶梯部分高的部分处，形成为圆柱形，在其内部具有锥形中空反射表面141b。
绝缘件142a、142b具有L形的横截面，并紧密接触反射镜部分141c的外表面。尽管将绝缘件142a、142b示出为两个L形部分，其可以是具有L形横截面的环。绝缘件142a、142b是如玻璃和陶瓷等具有耐热性和绝缘特性的材料，以及优选地，具有等于引线116a、116b或热沉141的热膨胀系数。
子支架143是与子支架113、123相同材料的。为了简化附图的目的，省略了通过子支架143，将引线116a、116b与LED元件144相连的结构(配线导体、电极、通孔等)。
在发光器件140的操作中，通过子支架143，向热沉141传导来自LED元件144的热量，大部分热量通过辐射片141a辐射，而其他部分通过反射镜部分141c辐射。辐射片141a具有与周围空气的大接触面积，从而有效地进行热交换。
在第十实施例中，由于将辐射片141a与反射表面141b集成为一体，其间并不存在阻碍热辐射的部件。因此，与其他实施例相比，可以提高发光器件140的热辐射效果。此外，因为简单的结果，可以简化生产。
除铜之外，热沉141可以是如Al、AlN(氮化铝)等具有良好导热性的金属。
尽管在第十实施例中，通过集成其他实施例中的金属底座111和金属反射镜112构成了热沉141，并将辐射片141a设置在较低的部分处，可选地，如其他实施例中所描述的那样，可以分离金属底座111和金属反射镜112，而向金属底座111提供辐射片141a。
图14示出了本发明第十一优选实施例中的发光器件。
第十一实施例的发光器件150的特征在于通过额外的器件传导大部分的热辐射，而在上述实施例中，通过金属底座和金属反射镜或热沉传导热辐射。所述额外的器件可以是热导管或具有相同原理的器件。
发光器件150具有与第七实施例相同的基本结构，并且在附图中并未示出绝缘密封玻璃115a、115b、117a和117b以及引线116a、1116b，并简化了子支架的形状。
发光器件150使用片状热沉151传导来自LED元件114的热量。片状热沉151可以是“peraflex”(注册商标)。片状热沉151适用于不能进一步增大发光器件150的情况，通过热产生部分不能确保足够的辐射空间的情况，或者必须将热辐射传导到箱体外部的情况。此外，片状热沉151的尺寸仅为0.6mm厚、20mm宽、150mm长，但其可以应用于最多大约10瓦特的辐射容量。
片状热沉151的一端位于金属底座111的上表面(接触子支架113的表面)，而另一端附着于辐射器152。代替辐射器152，可以使用容纳发光器件150的箱体等其他部件。尽管将片状热沉151设置在金属底座111的上表面，也可以将其设置在金属底座111的底表面。
在第十一实施例中，由于将片状热沉151附着于金属底座111，即使在缩减金属底座111的厚度时，仍能增强热辐射效率。可以防止由于长时间操作LED元件114而引起的发光器件150的温度上升。因此，其适用于高输出类型。
尽管在金属反射镜112上设置了在第七实施例的发光器件110中开未设置的辐射片112a，也可以不设置辐射片112a。
图15A是示出了本发明第十二优选实施例中的发光器件的平面图。图15B是沿图15A中的线A-A得到的剖面图。图15C是沿图15A中的线B-B得到的剖面图。
发光器件160与第七实施例的区别在于，引线126是多层陶瓷衬底的，并通过钎料固定于金属底座121和金属反射镜112。
图16A是示出了第十二实施例中的引线的侧视图。图16B是沿图16A中的线A-A得到的剖面图。图16C是沿图16A中的线B-B得到的剖面图。图16D是沿图16A中的线C-C示出的底视图。
引线126是包含Al2O3的玻璃的双层衬底(热膨胀系数13.2×10-6/℃)，并具有形成在其上的金属图案126a、126b、126c和126d。图案126a、126b用于向LED元件114供电，并在对子支架122的接触部分和外部接线端处暴露，但大部分通过衬底的内部。图案126c、126d并不用于电连接，而是通过钎料焊接于金属底座121或金属反射镜112。钎料是Au-Si材料的(熔化温度360℃，热膨胀系数13.9×10-6/℃)。
真正的引线126a、126b通过具有耐热性的陶瓷绝缘件内部，因此，即使使用导电材料固定引线126，也不会产生短路。陶瓷件具有于铜材料(热膨胀系数16×10-6/℃)近似相等的热膨胀系数。因此，即使在高温下进行处理，也不会产生由于热膨胀系数的差别而引起的分离或破裂。
尽管沿相同的方向引出了阳极和阴极，因为能够在衬底上精确地形成电路图案，可以防止图案126a、126b之间的短路。
此外，当于外部接线端电连接时，因为抑制了从包含具有相对较低导热性的Al2O3衬底的玻璃上的图案的热量释放，可以容易地进行焊接。
在上述实施例中，可以将荧光体层设置在密封件118、145中，以便进行波长转换。例如，如果LED元件发出蓝光，荧光体层包括以下荧光体Ce(铈)YAG(钇铝石榴石)，具有在受到蓝光激发时，辐射黄光的特性。
在上述实施例中，可以通过镀银或铝，或淀积银或铝，在位于金属反射镜112的底部的绝缘密封玻璃117a、117b和子支架113、123、143的表面上，形成反射表面，从而增强光辐射效率。
尽管在上述实施例中，在一个密封件中设置了一个LED元件，可以提供具有两个和更多LED元件的多发射型发光器件。所安装的多个LED元件可以包括不同发光颜色的LED元件和相同发光颜色的LED元件。此外，LED元件的驱动模式可以是所有或每组LED元件并联或串联。
尽管密封件118、145具有平坦的顶面，其可以具有如半球等其他形状的顶面。
尽管在上述实施例中，对LED元件114、144进行倒装芯片安装，但也可以面朝上安装(阳极、阴极电极设置在上表面并通过导线连接)，或者可以进行安装，从而使阳极、阴极电极均位于上表面或下表面，并通过导向于上电极电连接。在除倒装芯片型以外的其他情况下，可以将LED元件直接安装在金属底座111、121或热沉141上，而无需使用子支架113、122、143。如果提供子支架，可以更为减少由于LED元件和金属底座或热沉之间热膨胀系数的差异，从LED元件产生的热量而引起的应力。但是，直接安装LED元件情况下的热辐射特性好于使用子支架的情况。
图17A是示出了本发明第十三实施例中的发光器件的平面图。图17B是沿图17A中的线A-A得到的剖面图。
发光器件201包括LED元件211；子支架212，将LED元件211安装在其上；支撑件213，用于在其通孔中支撑子支架212；以及密封件214(玻璃密封部分)，用于密封子支架212和子支架212附近的支撑件213。
LED元件211是如GaN和AlInGaP等材料的(热膨胀系数4～6×10-6/℃)，并且是高输出型的。LED元件211是倒装芯片型的，在其底表面，具有用于与支撑件213的配线层相连的电极211a(或焊料焊盘)。
子支架212是如Al2O3(氧化铝，热膨胀系数7×10-6/℃)等具有近似等于LED元件211的热膨胀系数的材料。子支架212的顶面(从支撑件213暴露)具有两倍于或小于，优选地等于LED元件211的面积。子支架212具有配线层212a、212b，从顶面延伸到侧面，从而与LED元件211的电极211a相连。如果需要，支撑件213可以具有用于预防介质击穿的内置齐纳二极管。
支撑件213是陶瓷、包含Al2O3的玻璃(热膨胀系数13×10-6/℃)，并具有形成在预定位置以容纳子支架212插入其中的通孔。该通孔具有从支撑件213的上表面通过通孔的内侧面到支撑件213的底表面形成的配线层213a、213b，与配线层212a、212b相连。
密封件214是具有近似等于(支撑件213和密封件214之间热膨胀系数的差与支撑件213的热膨胀系数的比值在15％以内)支撑件213的热膨胀系数的透明低熔点玻璃(热膨胀系数11×10-6/℃)。低熔点玻璃具有大于通常所使用的玻璃的热膨胀系数。如果不使用低熔点玻璃，LED元件211将在处理中受到热损伤。
下面，将对生产发光器件201的过程进行解释。
在分立的步骤中，向子支架212提供配线层212a、212b，并向LED元件211提供电极211a。首先，支撑件213在预定的位置具有通孔，允许将子支架212插入其中，然后，具有延伸通过通孔的配线层213a、213b。然后，将子支架212插入支撑件213的通孔中。此时，在将配线层212a、212b与配线层213a、213b相对的同时，通过钎料(Au-Si)，将其插入。在这种状态下，通过在400℃或更高的温度下，熔化配线层之间的焊料，将子支架212焊接于支撑件213。可选地，在将LED元件211安装在子支架212之后，将其上安装有LED元件211的子支架212插入到支撑件213中。
然后，在将配线层212a、212b的极性与电极211a的极性对准的同时，通过Au隆起焊盘，将LED元件211安装在子支架212上。从而，可以连接并焊接LED元件211。然后，利用密封件214覆盖并密封LED元件211和LED元件211附近的支撑件213的顶表面。尽管在图17中，设置密封件214，具有均匀的厚度，也可以对其进行设置，从而在LED元件211上形成透镜形部分。
例如，当配线层213a与LED元件211的阳极层相连时，DC电源(未示出)的正极侧与配线层213a相连，而负极侧与配线层213b相连。当提供电源时，电流从配线层213a通过配线层212a、LED元件211和配线层212b流向配线层213b。从而，LED元件211发光。在通过密封件214的同时，向外部辐射从LED元件211的上表面发出的光。
通过第十三实施例获得了以下效果。
(1)由于密封件214是对目标波长透明的玻璃，与密封树脂相比，由光和热引起的退化非常小。因此，可以获得长期稳定的发射特性。
(2)由于在LED元件211和子支架212之间均衡了热膨胀系数，可以减少由于对玻璃进行处理时的高温状态与室温状态之间的温度差、或者由于接通和关闭LED元件211之间的温度差而引起的LED元件211和子支架212的应力。因此，可以提高可靠性。
(3)在LED元件211和子支架212之间均衡了热膨胀系数，制成子支架212，插入到支撑件213的通孔中，并且子支架212具有近似等于LED元件211的尺寸的安装表面。因此，在具有宽接触面积和支撑件213和密封件214中间的最长直线距离的部分处，可以减少由于对玻璃进行处理时的高温状态与室温状态之间的温度差而引起的应力，以防止分离和破裂的发生。
此外，与密封件214相比，LED元件211和具有低热膨胀系数的子支架212具有均能可能缩小的尺寸(近似等于LED元件211)，并且在玻璃的冷却过程中，对其施加压力。从而，可以防止分离和破裂的发生。因此，可以生产玻璃密封的LED。
(4)由于密封件214是玻璃的，所以密封件214可以通过化学反应与支撑件213相连。因此，与使用树脂作为密封件214相比，可以减少二者之间的边界分离。此外，因为即使支撑件213与密封件214之间的连接面积较小，仍然获得足够的粘附力，可以生产小型封装。
(5)支撑件213具有位于其一侧的密封件214，并且在另一侧，具有配线层213a、213b，作为外部接线端。因此，可以生产小型表面安装器件形发光器件。
(6)由于部件全部是耐热材料，并且减少了由于温度变化而引起的应力，其足以承受应用于无铅焊料的重熔。
用于密封件214的玻璃可以是包括有机和无机材料的混合玻璃。这种材料甚至能够提供耐热性、光稳定性和低熔点。但是，其热膨胀系数大于通常所使用的玻璃，与先前所描述的低熔点玻璃一样。
子支架212可以是除Al2O3之外的AlN或硅的。
尽管形成了通孔，以便将子支架212插入支撑件213中，如果子支架212对密封件214的暴露面积不是很大，则不必须形成通孔。
图18是示出了对第十三实施例中的发光器件的支撑件的修改的剖面图。在图18中，只示出了主要部分，LED安装部分，而并未示出如密封件等其他部分。
尽管在图17中的发光器件201中，安装了一个LED元件，但是可以安装多个LED元件，从而发出三种颜色R、G和B，或者增加一个颜色的数量，以增强亮度或改善颜色再现。
在这种情况下，如图18所示，发光器件220的子支架221在其顶安装部分上具有与所安装的LED元件的数量相一致的增加面积。在本实施例中，将三个LED元件222a、222b和222c安装在子支架221上。尽管子支架221具有不同的尺寸，但所使用的材料与子支架212相同。同样，在这种情况下，为了减少应力，子支架221的顶安装部分必需具有可以将三个LED元件222a、222b和222c安装在其上的最小面积。
图18中的发光器件220具有以均匀间隔设置在相同平面上的LED元件222a、222b和222c。LED元件222a、222b和222c可以全部具有相同的发光颜色，或者每一个具有R、G和B的一种发光颜色。除了配线层212a、212b之外，子支架221在顶表面上，具有与LED元件222b相连的电极221a和与LED元件222a、222c的其他电极相连的电极221b、221c。电极221a、221b金额221c通过子支架221内部的通孔(未示出)或顶表面上的配线层(未示出)阳极-阳极或阴极-阴极连接。
在这种结构中，即使在安装多个LED元件222a、222b和222c时，仍然能够减小由支撑件213和密封件(未示出)之间的热膨胀/收缩所引起的应力，并能够减小由LED元件222a、222b和222c和子支架221处的热膨胀/收缩所引起的应力。由此，发光器件可以具有良好的可靠性。
图19A是示出了本发明第十四优选实施例中的发光器件的剖面图。图19B是示出了图19A中的焊料层和金属引线的设置的平面图。
尽管第十四实施例基本上类似于第十三实施例，二者之间的区别在于其子支架是不同材料的，并具有不同的形状，其支撑件233是具有形成在其中的电路图案的多层衬底，并且其具有支撑件233及其金属底座232的不同连接部分。即，发光器件230包括具有180W·m-1·k-1的高导热系数的AlN(氮化铝，热膨胀系数5×10-6/℃)的子支架231，其横截面为凸形，在下侧形成宽阶梯部分，从而增加与金属底座232的接触面积。此外，形成金属底座232的上表面，使其平坦，从而构成金属底座232与支撑件233之间的焊接表面。
发光器件230具有金属引线234a、234b，代替配线层213a、213b。支撑件233具有凹部分233d、233e，从而金属引线234a、234b并不与金属底座接触，并且金属引线234a、234b的顶端与凹部分233d、233e的内部相连。将电极233a、233b设置在凹部分233d、233e的下表面下方，与金属引线234a、234b相连。子支架231和支撑件233具有形成在其内部的配线层或通孔，代替配线层213a、213b，从而提供从LED元件211的电极到电极233a、233b的连接通路。
子支架231与金属底座232相接触的部分具有并不用于电连接的金属图案和焊接于金属底座232的焊料层231a。从而，可以增强对金属底座232的热辐射。此外，支撑件233具有位于其表面的焊料层233c，与金属底座232相接触。如图19B所示，将焊料层233c整形为正方形，因此，可以通过位于支撑件233与金属底座232的接触表面处的密封件235、支撑件233和金属底座232，密封LED元件211和子支架231。
覆盖了LED元件211和支撑件233的预定区域的密封件235是与密封件214相同材料的，并形成为与密封件214相同的密封形状。
生产发光器件230的过程与发光器件201相同，除了附加金属引线234a、234b以外。在附加金属底座232之前，插入整个部件时，定位金属引线234a、234b。然后，将金属底座232定位在子支架231和支撑件233上。在这种状态下，进入重熔炉，通过焊接，将金属引线234a、234b和金属底座232接合到主体侧。
与第十三实施例的发光器件201相同地传导施加于发光器件230的电流，但是，以金属引线234a、234b代替图17B中的配线层213a、213b。
除了第十三实施例的效果之外，第十四实施例具有以下效果子支架231具有高导热性，并且扩大其下部，以拓宽热辐射通路，尽管LED元件211的安装表面具有与LED元件211相同的面积，从而可以将LED元件211产生的热量传导给金属底座232，因而，可以减少LED元件211操作期间的温度上升，并可以增强可靠性。
此外，由于通过密封件235、支撑件233和金属底座232密封LED元件211和子支架231，可以防止潮气的侵入。
此外，可以确保电连接的电接线端面积。可以彼此精确地对准子支架231和支撑件233的高度。由于支撑件233是多层衬底的，可以减少焊接金属引线234a、234b的限制。
尽管子支架231是具有180W·m-1·k-1的导热系数的AlN，如果导热系数为100或更多W·m-1·k-1，则可以获得足够的效果。除AlN之外，可以将具有热膨胀系数的其他材料应用于LED元件211。
图20A是示出了对第十四实施例中的发光器件的支撑件的修改的剖面图，所述支撑件具有形成在其上的反射膜。图20B是示出了对支撑件的另一修改的剖面图，所述支撑件具有形成在其凸部分上的反射膜。
尽管图19A中的支撑件233使其上表面保持原样，在本实施例中，在LED元件211附近形成反射膜，从而增强从LED元件211发出的光的辐射效率。
在图20A中，将反射膜233f设置在通孔241的顶端周围。在图20B中，在通孔241的上侧形成锥形中空凹部分233g，并在凹部分233g的表面上设置反射膜233h。可以通过银淀积、镀银等镜面加工，或者通过进行银或白表面处理，形成反射膜233g、233h。
尽管在图20A中，增加了图19A中子支架的厚度(高度)，可以代替地是支撑件233变薄，而保持图19A所示的子支架231的高度。
上述修改，除了第十四实施例的效果以外，具有以下效果可以增加设计子支架231和支撑件233的自由度。
尽管在图20A和20B中，只示例了两种修改，可以将专用反射镜设置在支撑件233的上表面上，位于LED元件211的周围。此外，凹部分233g可以具有半圆不均匀表面或钻石切割多边形表面。
图21A是示出了本发明第十五优选实施例中的发光器件的平面图。图21B是沿图21A中的线B-B得到的剖面图。
尽管图18中的发光器件220具有安装在一个子支架上的多个LED元件，第十五实施例的发光器件250具有每一个均具有一个子支架的多个LED元件。
发光器件250包括一个金属底座251；十六个子支架252a、252b、252c、252d、252e、252f、252g、252h、252i、252j、252k、252l、252m、252n、252o和252p(在图21B中，只示出了252e、252f、252g和252h)，按照预定的间隔安装在金属底座251上；支撑件253，在其中形成十六个通孔，对应于子支架252a到252p，从而将子支架252a到252p插入通孔中；十六个LED元件254a、254b、254c、254d、254e、254f、254g、254h、254i、254j、254k、2541、254m、254n、254o和254p，按照在相应子支架252a到252p的顶表面上；以及密封件255，覆盖并密封支撑件253和LED元件254a到254p。在图2 1中，子支架和LED元件的数量为十六个，但其可以根据客户的需要任意变化。
子支架252a到252p、支撑件252(多层衬底)、LED元件254a到254p和密封件255是与第十三实施例的子支架212、支撑件213、LED元件211和密封件214相同材料的，具有相同的特性(热膨胀系数等)。将铜箔层258设置在子支架252a到252p和支撑件235的底表面上(金属底座251侧的表面)，以便将其焊接到金属底座251上。将子支架252a到252p和支撑件253的铜箔统称为铜箔258。
可以将LED元件254a到254p分为LED元件组，每个组对应于三种颜色R、G、B，或者分为全部具有一个颜色(如蓝色)的LED组。具体地，可以将十六个LED元件254a到254p分为第一组254a到254d、第二组254e到254h、第三组254i到2541和第四组254m到254p。在匹配极性的同时，对每组的四个LED元件进行并联。通过设置在子支架252a到252p、支撑件253上的配线(未示出)，公共连接四个组的一个极(如阳极)，并与接线端256e相连。
第一到第四组的另一极(如阴极)分别连接接线端256a到256d中的每一个，接线端256a到256d与限流电阻R1到R4的一端相连，而电阻R1到R4的另一端与用于供电的接线端257a到257d相连。并未将电阻R1到R4设置在子支架252a到252p或支撑件253中，而是外部装配。例如，当在接线端257a和接线端256e之间施加具有预定电压的DC电源时，四个LED元件254a到254d同时发光。当在接线端256a、257d和接线端256e之间施加电源时，八个LED元件254a到254d和254m到254p同时发光。
通过第十五实施例，获得了以下效果。
(1)除了第十四实施例的效果以外，由于发光器件250向每个LED元件提供了子支架，即使当增加或减少所使用的LED元件的数量时，仍然能够减少在LED元件254a到254p的操作器件的温度上升。此外，当改变LED元件的数量时，不需要重新设计子支架。因此，可以增强设计的灵活性，并能够缩短客户定单的交货时间。
(2)由于密封件255具有近似等于支撑件253的热膨胀系数，并且类似岛那样，将子支架252a到252p设置在支撑件253中，可以根据具有大于子支架252a到252p的热膨胀系数的密封件255和支撑件253的热膨胀或收缩，灵活地移动各个子支架。因此，即使在设置多个LED元件时，由于温度而引起的应力仍然等同于单个LED元件的情况。LED元件和子支架之间的应力不会发生。此外，密封件255和支撑件253之间的边界分离不会发生。
(3)由于通过子支架252a到252p向支撑件253辐射由LED元件254a到254p所产生的热量，可以增强热辐射效率。即使当LED254a到254p是高输出型的时，LED254a到254p、子支架252a到252p、支撑件253、密封件254等不会受到热损伤。因此，可以增强耐热性、耐候性和耐用性。
(4)因为使用多层衬底作为支撑件253，可以形成任意电路图案，而无需干扰热辐射特性。
图22A是示出了本发明第十六优选实施例中的发光器件的平面图。图22B是沿图22A中的线C-C得到的剖面图。
第十六实施例的发光器件260基本上与图21A和图21B中的发光器件250相同。区别在于，将即用作第二辐射器又用作反射镜的金属反射镜261设置在包含Al2O3的玻璃的支撑件253上。相似的部件以图21A和图21B中的发光器件250中所使用的相同数字来表示。在图22A和22B中，未示出金属底座。
金属反射镜260是铜材料的，并具有通过压制以预定间隔构成的十六个凹部分，其中形成了十六个反射表面261 a，并且LED元件254a到254p位于中心处。通过利用银淀积、镀银等镜面加工或通过在其上进行白或银表面处理，形成反射表面261a。反射表面261a具有镀镍底层，而只在凹部分具有银淀积或镀银。镀镍对玻璃具有良好的粘附特性。借此，可以防止分离。
通过900℃的热处理，经过氧化，将金属反射镜261焊接到支撑件253上。在十六个反射表面261a和金属反射镜261上形成具有预定高度的密封件262。密封件262是与前一实施例中的密封件214相同材料的，并具有相同的属性(热膨胀系数等)。
除了第十三到第十五实施例的效果以外，通过第十六实施例获得以下效果。
(1)由于在支撑件253上设置了具有与LED元件254a到254p相对应的十六个反射表面261a的金属反射镜261，可以根据反射面261a的形状，沿所需方向有效取出从LED元件254a到254p发出的光。
(2)由于密封件262具有近似等于支撑件253和金属反射镜261的热膨胀系数，即使在密封件262和支撑件253之间设置金属反射镜261时，也不会发生由于温度而产生的应力，并且不会发生边界分离等。
图23是示出了对第十六实施例中的支撑件的修改的剖面图。在图23中，只示出了LED元件254i附近，而未示出其他部分。
支撑件270是具有堆叠在横截面中而形成的配线图案的多层衬底。在上下表面设置铜箔层271、276。将与LED元件254i相连的内部配线层272设置在支撑件270的内部。通过旁路用于热辐射的配线层273，形成内部配线层272。配线层273是连接在铜箔层271和276之间的辐射通路。子支架252i具有形成在底表面上的铜箔层274，并具有形成在内部的通孔275，用于连接在LED元件254i和内部配线层272之间。
从而，通过形成配线层273作为辐射通路，可以容易地从子支架252i通过铜箔层274、金属底座(未示出)、铜箔层271、配线层273和铜箔层276向金属反射镜261传导由LED元件254i产生的热量。由此，可以增强热辐射特性。
图24A是示出了本发明第十七实施例中的发光器件的剖面图。图24B是示出了对图24A中的发光器件的修改的剖面图。
第十七实施例的发光器件280的特征在于，将金属片、导体用作支撑件，而在前述实施例中，将绝缘材料用作支撑件。
发光器件280包括LED元件281；子支架282，将LED元件28 1安装在顶表面；金属片283，子支架282插入在它的一个通孔中；以及密封件284，其覆盖LED元件281的表面和金属片283。
LED元件281和子支架282与发光器件201的LED元件211和子支架212相同。子支架282在两侧的中间位置具有凸起282a、282b，并对其进行安装，从而使凸起282a、282b的上表面与通孔的阶梯部分相接触。凸起282a、282b具有附着于下表面的电极282c、282d。在子支架282的内部形成通孔282e、282f，从而连接在电极282c、282d和LED元件281的电极(或焊料焊盘)281a之间。此外，在子支架282的上表面上形成与电极281a电连接的电极282A。当从电源供电时，可以直接向电极282c、282d供电，或者通过衬底向其供电。
金属片283用作辐射器，并且是如铜等具有高导热率的材料的，并具有形成在顶端的阶梯部分。
密封件284与发光器件201的密封件214类似，是透明低熔点玻璃的，并具有近似等于作为支撑件的金属片283的热膨胀系数。
下面，将对生产发光器件280的过程进行解释。
首先，将子支架282从图24A的底侧插入金属片283的通孔中。然后，在子支架282的顶表面安装LED元件281。然后，通过利用密封件284对其进行密封，可以生产出发光器件280。
可选地，在将LED元件281安装在子支架282的顶表面上之后，将子支架282插入金属片283的通孔中。可以将反射镜设置在金属片283的表面上。
除了第十三和第十四实施例的效果以外，第十七实施例具有以下效果金属片283用作辐射器，同时用作支撑子支架282的支撑件。因此，可以获得特定的辐射效果，而无需使用金属底座。因此，发光器件可以是低剖面的。
如上所述，即使在如图24A所示的结构中，仍能通过金属片283获得特定的辐射效果。但是，如果想要增加辐射特性，如图24B所示，可以增加铜或铝的金属底座。如图24B所示，可以通过使用设置在子支架282的底表面上的焊料层282g的焊接，将金属底座287附加到子支架282的底表面上。在金属片283的下面，设置聚酰亚胺衬底286(绝缘衬底)。聚酰亚胺衬底286具有与电极282c、282d相连的内部配线层(未示出)。
图25A是示出了对图24A中的发光器件的另一修改的剖面图。图25B是示出了图25A中的子支架的底视图。
聚酰亚胺衬底286包括堆叠与阴极电极282c相连的配线层286a和与阳极电极282d相连的配线层286b。其与子支架282的一侧相连。
因此，在聚酰亚胺衬底286和子支架282之间提供了简单的配线。此外，子支架282未与聚酰亚胺衬底286相连的另一侧可以用作去往金属底座287的辐射通路。因此，其可以具有良好的热提取属性。
图26是示出了对图24A中的发光器件的另一修改的剖面图。在图26中，相似的部件以图24A中所使用的相同数字表示。
发光器件290使用通过增加图24A中的金属片283的厚度而形成的金属片291。金属片291在预定的位置具有将子支架282插入其中的通孔290a。通孔290a在上侧具有锥形中空凹部分，从而使凹部分的底表面近似位于与子支架282的顶表面相同的位置。凹部分具有形成在内表面上的反射表面291b。通过利用银淀积、镀银等的镜面加工，或者通过进行银或白涂覆等，形成反射表面291b。将低熔点玻璃的密封件284填充到凹部分中，从而使其具有高于金属片291的预定厚度。
子支架282在顶表面上具有通过内部配线层与相应电极282a和282d电连接的电极282A。
密封件284的材料并不局限于低熔点玻璃，可以是环氧树脂或硅树脂。树脂不可能类似于低熔点玻璃那样具有与金属相同的热膨胀系数，事实上，其具有几倍于金属的热膨胀系数。但是，由于树脂的处理温度低于低熔点玻璃，并且作为支撑件的金属片291并不具有如子支架那样的低导热率，热膨胀的量不是很大。因此，可以防止分离或破碎。
除了第十六实施例的效果以外，第十七实施例具有以下效果因为金属片291具有反射表面291b，可以增强光提取效率。此外，因为增加了金属片291的厚度，可以减少作为辐射器的辐射电阻，从而可以增强辐射效率。
图27是示出了本发明第十八实施例中的发光器件的剖面图。
第十八实施例的特征在于，使用了要通过导线与电流馈电侧相连的面朝上型LED元件，而在上述实施例中，使用了面朝下型LED元件。
发光器件300包括LED元件301；子支架302，将LED元件301安装在其上；支撑件303，支撑子支架302；导线304a、304b，连接在子支架302的配线层302a、302b和LED元件301的电极(未示出)之间；第一密封件305，作为耐热件，密封LED元件301、导线304a、304b及其附近；以及第二密封件306，密封第一密封件305的上暴露表面和支撑件303。
LED元件301是不同类型的，但其是与LED元件211相同的半导体。子支架302和支撑件303是与子支架212和支撑件213相同的材料的，并具有相同的热膨胀系数。支撑件303具有将子支架302插入其中的通孔，并在其凸起的下表面具有电极303a、303b。电极303a、303b通过设置在支撑件303内部的内部配线层(以虚线示出)与子支架302的配线层302a、302b相连。
导线304a、304b是金或铝的。在将密封件306填入其中时，可能会使导线304a、304b变形或断裂。因此，在密封导线304a、304b时，使用第一密封件305，其是具有位于子支架302和第二密封件306之间的热膨胀系数的陶瓷涂覆材料。由此，可以防止导线304a、304b的变形或断裂。覆盖第一密封件305的第二密封件306具有近似等于支撑件303的热膨胀系数。由此，可以防止在与另一部件的接触面的应力的发生。
尽管在图27中，子支架302从支撑件303的暴露部分比LED元件301宽得多，事实上，只需要稍微宽一些，以便提供导线焊接空间。所需的是暴露部分具有是LED元件301的两倍或更小的面积。如果第一密封件305是具有位于子支架302和第二密封件306之间的热膨胀系数的弹性材料或缓冲效应件，暴露部分可以稍宽。
下面，将对生产发光器件300的过程进行解释。
首先，从图27的底侧，将子支架302插入到形成在预定位置的通孔中。子支架302具有形成在其上的配线层302a、302b。然后，将LED元件301，在预定的位置，安装在子支架302上。然后，通过导线304a、304b，将LED元件301的上电极(未示出)焊接到配线层302a、302b上。第一密封件305密封LED元件301，同时覆盖导线304a、304b。此外，第二密封件306密封第一密封件305的表面和支撑件303。
在第十八实施例中，因为使用了双密封件，在密封中，可以保护导线304a、304b不受压力，从而不会变形或断裂。因此，即使在使用面朝上LED元件301时，也能够获得与上述实施例所述相同的效果。
图28是示出了本发明第十九实施例中的发光器件的剖面图。
本实施例的发光器件310与第十八实施例的发光器件300的区别在于，第一密封件305是作为弹性材料的硅树脂，使用了面朝下(倒装芯片)型元件，并使用了另一种生产过程。相似的部件以图27中所使用的相同数字表示。
在生产发光器件310时，首先，将支撑件303放入具有玻璃接触表面的铂模具中。此模具具有与将子支架302插入其中的凸凹相一致的形状，和在从支撑件303的上表面突出的部分处，与元件容纳空间形成面306b相一致的半球形。然后，通过加热低熔点玻璃，焊接第二密封件306，并形成透镜表面306a和元件容纳空间形成面306b。然后，将形成第一密封件305的硅树脂注入元件容纳空间形成面306b内部的元件容纳空间中，然后，使其硬化。然后，将LED元件301安装在子支架302上。然后，将子支架302从图28的底部，插入形成在支撑件303的预定位置处的通孔中，并利用钎料，焊接支撑件303和子支架302。在这种情况下，硅树脂具有弹性，因此，在将LED元件301压入其中时，能够根据LED元件301的表面形状发生变形，从而密封LED元件301。在焊接子支架302时，可以使用除钎料以外的其他焊料。
通过第十九实施例获得了以下效果。
(1)通过将金属底座附加到图28中的底侧，可以类似于第十四实施例那样，防止潮气的侵入等。
(2)由于在处理玻璃时，LED元件301并未暴露与高温环境，甚至可以应用具有低耐热性的LED元件301。除了低熔点玻璃之外，可以使用具有较高熔点的玻璃。
(3)由于以玻璃材料的第二密封件306覆盖第一密封件305，可以保持透镜表面306a的形状。纯硅树脂由于热或光稍微退化，但用于硬化的添加剂使其脱色。在第十九实施例中，通过使用纯硅树脂油作为第一密封件305，可以防止由于热或光而导致的退化而引起的光输出的下降。从而，可以增强可靠性。
在发光器件201、230、250、260、280、285、290、300和310中，可以将用于波长转换的荧光体层设置在玻璃密封部分中。例如，当LED元件发出蓝光时，荧光体层可以是如Ce(铈)YAG(钇铝石榴石)等具有在受到蓝光激发时辐射出黄光的特性的荧光体。
在上述实施例中，可以在金属底座215、232、251和287、金属片283和289以及金属反射镜261上形成辐射片，或者附加于其上。从而，可以进一步增强热辐射效率。
尽管将密封件214、235形成为平坦的，但也可以将其形成为灯形、钻石切割等。
此外，本发明并不局限于发光器件，可以应用于如半导体器件等使用如太阳能电池等光接收元件的发光器件。由于密封件是玻璃的，即使长时间暴露在阳光下，也不会退化。可以提供如太阳能电池等发光器件，具有会聚透镜和小型光接收元件。通过应用本发明，可以防止由于温度上升而引起的转换效率的下降，并可以增强耐候性和耐热性。
尽管在上述实施例中，倒装芯片型元件使用Au钮形焊盘，焊盘也可以是除Au之外的其他材料，或者可以用除焊盘以外的接触件代替。
尽管为了完整而清楚地公开，已经参照特定实施例，对本发明进行了描述，并不因而对所附权利要求加以限制，而是应当被理解为具体实现本领域的普通技术人员所能想到的、落入这里所述的基本教义之中的所有修改和可选结构。
权利要求
1.一种发光器件，包括发光元件，发出预定波长的光；以及密封部分，密封发光元件，其中所述发光元件具有应力减少部分，减少密封部分中的内部应力。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于所述应力减少部分是通过斜切发光元件的角形成的。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于所述密封部分是玻璃的。
4.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于所述密封部分具有沿预定方向辐射光的光学形状。
5.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于所述密封部分通过热压，由至少两个叠压玻璃层的复合玻璃合为一体的。
6.根据权利要求5所述的发光器件，其特征在于所述复合玻璃包括位于至少两个玻璃层之间、由光激发的薄膜荧光体层。
7.根据权利要求5所述的发光器件，其特征在于所述复合玻璃包括包含由光激发的荧光络合物的包含荧光络合物的玻璃层。
8.一种发光器件，包括发光元件；引线，其一端与所述发光元件电连接，用作向所述发光元件提供电源的接线端；金属底座，用于将所述发光元件安装在其上，并辐射所述发光元件的热量；以及密封件，是透明树脂或玻璃的，并覆盖所述发光元件，其中所述引线是通过具有近似等于所述金属底座的热膨胀系数的耐热绝缘件，被固定在所述金属底座上的。
9.根据权利要求8所述的发光器件，其特征在于还包括子支架，其通过电极或配线层，对所述发光元件和所述引线进行连接，其中所述发光元件是通过子支架安装在所述金属底座上的。
10.根据权利要求8所述的发光器件，其特征在于所述耐热绝缘件是玻璃的，而所述引线是金属片的。
11.根据权利要求8所述的发光器件，其特征在于所述耐热绝缘件是陶瓷的，而所述引线是形成在陶瓷耐热绝缘件上的金属图案。
12.根据权利要求8所述的发光器件，其特征在于还包括金属反射镜部分，其堆叠在所述金属底座上，或者与所述金属底座集成在一起。
13.根据权利要求8所述的发光器件，其特征在于所述金属底座具有辐射片。
14.根据权利要求12所述的发光器件，其特征在于所述金属底座和所述金属反射镜中的至少一个具有辐射片。
15.根据权利要求8所述的发光器件，其特征在于所述金属底座具有片状热沉。
16.一种发光器件，包括光学元件；子支架，在其上安装所述光学元件，并具有近似与所述光学元件相等的热膨胀系数；支撑件，具有将所述子支架插入其中的孔，并具有大于所述子支架的热膨胀系数；以及透明密封材料，密封所述光学元件，并对目标波长透明，其中设置所述子支架，从而使其安装所述光学元件的表面从所述孔暴露在所述密封件侧，并与所述支撑件和所述透明密封件接合，以密封所述光学元件。
17.根据权利要求16所述的发光器件，其特征在于所述透明密封件是玻璃的。
18.根据权利要求16所述的发光器件，其特征在于所述支撑件具有与所述透明密封件近似相等的热膨胀系数。
19.根据权利要求16所述的发光器件，其特征在于所述子支架具有100W·m-1·k-1或更大的热膨胀系数。
20.根据权利要求16所述的发光器件，其特征在于子支架具有能够与支撑件凹凸适配的凸形横截面。
21.根据权利要求16所述的发光器件，其特征在于所述子支架具有面积近似等于所述光学元件的面积的安装所述光学元件的表面。
22.根据权利要求16所述的发光器件，其特征在于所述支撑件和所述透明密封件具有10到20×10-6/℃的热膨胀系数。
23.根据权利要求16所述的发光器件，其特征在于所述支撑件是陶瓷的。
24.根据权利要求23所述的发光器件，其特征在于所述支撑件是包含玻璃的Al2O3。
25.根据权利要求23所述的发光器件，其特征在于所述支撑件是在其横截面中形成了配线图案的多层衬底。
26.根据权利要求16所述的发光器件，其特征在于所述光学元件是发光元件。
27.根据权利要求26所述的发光器件，其特征在于对所述发光元件进行倒装芯片焊接。
28.根据权利要求26所述的发光器件，其特征在于所述发光元件是面朝上型的，并在以导线电连接的同时，以耐热材料覆盖。
29.根据权利要求15所述的发光器件，其特征在于所述子支架具有位于其底部的辐射部分。
全文摘要
一种发光器件，包括发光元件；引线，其一端与所述发光元件电连接，用作向所述发光元件提供电源的接线端；金属底座，将所述发光元件安装在其上，并辐射所述发光元件的热量；以及密封件，是透明树脂或玻璃，并覆盖所述发光元件。通过具有近似等于所述金属底座的热膨胀系数的耐热绝缘件，将所述引线固定在所述金属底座上。
文档编号H01L33/56GK1577909SQ20041007126
公开日2005年2月9日 申请日期2004年7月16日 优先权日2003年7月17日
发明者末广好伸, 东门领一, 和田聪 申请人:丰田合成株式会社