专利名称：采用高热传导性板覆盖的led阵列封装的制作方法
技术领域：
本公开涉及一种发光二极管(LED)，更具体地，涉及一种具有高热传导性板的LED 阵列封装。
背景技术：
LED已开发很多年了，其广泛用于各种光应用场合。由于LED重量轻，耗能少，并且具有很好的电能-光转换效率，所以已经被用来取代诸如白炽灯和荧光光源的传统光源。 LED可以用在阵列封装中。对LED阵列封装而言，其顶面的温度可以达到200°C或更高，而这会损坏该器件。就此而言，在现有技术中需要提高LED阵列封装的散热性能。
发明内容
在本公开的一个方面，光源包括基板、在所述基板上的发光二极管以及在所述发光二极管上方的磷光层。板在所述磷光层上。附接部件耦接至所述板，并被配置为将热量从所述板中导出。在本公开的另外一个方面，光源包括基板、在所述基板上的发光二极管以及在所述发光二极管上方的磷光层。该光源进一步包括用于将热量从所述磷光层中导出的第一单元以及第二单元，该第二单元用于将所述第一单元固定至所述光源，并用于将热量从所述第一单元中导出。应当理解，根据下面的详细描述，LED封装(或LED阵列封装)的其他方面对于本领域技术人员将变得显而易见，其中仅仅显示并描述了 LED阵列封装的示例性的构造。如将实现的，本发明包括LED阵列封装的其他方面和不同方面，并且本公开通篇所述的多处细节能够在多个其他方面中进行修改，而都不偏离本发明的精神和范围。因此，附图和详细描述本质上将认为是示例性的，而不是限制性的。
图1是根据第一构造的LED阵列封装的第一示例的截面图。图2是LED阵列封装的第二示例的截面图。图3是LED阵列封装的第三示例的截面图。图4是LED阵列封装的第四示例的截面图。图5是LED阵列封装的第五示例的截面图。图6是LED阵列封装的第六示例的截面图。图7是根据第二构造的LED阵列封装的截面图。图8是根据第三构造的LED阵列封装的截面图。图9是根据第四构造的LED阵列封装的截面图。图10是传导玻璃板的透视图。图11是图7中的LED阵列封装的顶视图。
图12是根据第五构造的LED阵列封装的顶视图。图13是根据第六构造的LED阵列封装的截面图。图14是根据第七构造的LED阵列封装的截面图。图15是根据第八构造的LED阵列封装的截面图。
具体实施例方式本文中将参照附图描述本发明的多个方面，这些附图是本发明理想化构造的示意例示。同样可以预期，例如制造技术和/或公差会导致与这些例示的形状有所差异。因此，本公开通篇所述的本发明的多个方面不应当被理解为限制到文中所示和所描述的元素(如，区域、层、部分、基板等)的特定形状，而应包括例如由制造导致的形状偏差。以示例的方式，被例示或描述为矩形的元素可能在其边缘具有圆形或曲线特征和/或梯度集中 (gradient concentration)，而不是从一个元素到另一个元素的离散变化。因此，附图中所示的元素本质上是示意性的，并且它们的形状不旨在例示出元素的精确形状，也不旨在限制本发明的范围。应当理解的是，当诸如区域、层、部分、基板等的元素被称为在另一个元素“上”时， 其可以直接在另一个元素上，或者也可以存在中介元素。相反，当元素被称为“直接”在另一个元素“上”时，不存在中介元素。将进一步理解的是，当一个元素被称为“形成”在另一个元素上时，其可以生长、沉积、蚀刻、附接、连接、耦接或以其他方式制备或制造在另一个元素或中介元素上。另外，当第一元素“耦接”至第二元素时，该第一元素可以直接连接至该第二元素，或者该第一元素可以通过在该第一元素和第二元素之间的中介元素间接连接至该第二元素。而且，关系术语(如，“下方”或“底部”以及“上方”或“顶部”)文中可以用于描述一个元素对另一个元素的关系(如附图中所示)。将理解的是，关系术语旨在包含除了附图中描绘的方位之外的设备的不同方位。以示例的方式，如果翻转附图中的设备，则被描述为在其他元素的“下”侧上的元素将位于其他元素的“上”侧。因此，术语“下方”根据设备的特定方位可以包含“下方”和“上方”的方位。类似地，如果翻转附图中的设备，则被描述为在其他元素“下方”或“之下”的元素将位于其他元素“上方”。因此，术语“下方”或“之下” 可以包含上方和下方的方位。除非以其他方式进行限定，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语) 具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解的是，术语 (如，在通常使用的字典中限定的那些术语)应当被解释为具有与在相关技术和本公开的背景下的含义一致的含义。如本文中所使用的，单数形式“一个”和“所述”旨在还包括复数形式，除非文中清楚地以其他方式进行表示。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”指定所述的特征、要件、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但是不排除一个或更多个其他特征、 要件、步骤、操作、元素、部件和/或其组合的存在或添加。术语“和/或”包括一个和更多个关联列出项的任意和所有组合。可以参考一个或更多个示例性的构造例示LED阵列封装的多个方面。如文中所使用的，术语“示例性的”意思是“用作示例、例子或例示”，并且没有必要理解为相对于文中所公开的LED阵列封装的其他构造是优选的或有优点的。而且，文中所使用的多个描述词(如，“上”和“透明”)在本公开的语境中应该被赋予尽可能宽的含义。例如，当层被称为在另一层“上”时，应当理解的是，一层可以沉积、蚀亥IJ、附接或以其他方式直接或间接制备或制造在另一层上。另外，被描述为“透明”的物体应当理解为具有使得在感兴趣的特定波长范围中的电磁辐射不被显著阻碍或吸收的属性， 除非提供有特定的透射率。图1是根据第一构造的LED阵列封装10的第一示例的截面图。LED是浸渍或掺杂有杂质的半导体材料。这些杂质将“电子”和“空穴”添加到半导体中，“电子”和“空穴” 能够在半导体中相对自由地移动。根据杂质的类型，半导体的掺杂区域可以主要具有电子或空穴，该掺杂区域分别称为η型半导体区域和P型半导体区域。在LED应用中，半导体包括η型半导体区域和ρ型半导体区域。在η型和ρ型区域之间的结处产生反向电场，其使电子和空穴移动远离该结，以形成有源区域。当足以克服反向电场的正向电压施加在Ρ_η结两端时，电子和空穴被迫进入有源区域中，并且结合。当电子与空穴结合时，它们下降到较低能量级并且以光的形式释放能量。光源可以被配置为产生白光。在白炽灯和荧光光源中，白光可以使得光源用作当今使用的传统光源的直接替代物。至少存在两种用于产生白光的通常方法。一种方法为使用发出红光、绿光和蓝光的单独LED，并接着混合所有的颜色的光以产生白光。另外一种方法为使用磷光材料以将从蓝光LED或紫外线(UV)LED发出的单色光转换为宽光谱的白光。 但是，本发明可以采用其他LED和磷光体的组合来实现，以产生不同颜色的光。如图1所示，LED阵列11在基板12上。LED阵列11可以采用硅和磷光体的混合物的层16来覆盖。美国专利申请号No. 12/164506，标题为“具有磷光层的发光器件(A Light Emitting Device Having A Phosphor Layer) ”，其通过引用并入文中，并提供几种不同的用于磷光层的另外构造。高热传导性与透明板13附接到在磷光层16上的LED阵列封装10 的顶面。板13可以是蓝宝石板、碳化硅(SiC)板、化学气相沉积(CVD)金刚石板、玻璃板上的CVD SiC、玻璃板上的CVD金刚石、玻璃板、氧化锌(SiO)板、石英板、或具有金属网格 (参见图10)的前述类型板中的任意一种。板13通过附接部件14固定至磷光层。附接部件14包括在基板12和板13之间延伸的垂直部件14a。附接部件可以进一步包括适配在板13之上并固定板13的法兰14b。附接部件14可以是金属，例如铝、银、铜或者任何高热传导性的金属。附接部件14可以是环形的，并与板13热连接。附接部件14可以环绕LED 阵列封装10，并具有突起部14c，该突起部Hc沿着与基板12平行的方向延伸，使得其能够热附接至基板12。突起部Hc可以包括孔14c'，该孔14c'使得LED阵列封装10通过基板12中的对准孔15被附接至基板12的底面上的散热器(heat sink)。附接部件14可以采用热焊盘、环氧树脂、焊接物或另外一种粘合剂固定至基板12，或者可以采用螺钉、螺栓或其他紧固件通过孔14c'加以固定。一旦LED阵列封装10被固定至散热器，那么可以采用导热膏或散热膏来填充孔14c'、15，从而提供一条从板13经过附接部件14到附接的散热器的良好的散热通路。尽管图1显示了 LED阵列，可是板13和附接部件14可以用于任何数量的LED (包括仅仅一个LED)。如supra所讨论的，对于LED阵列封装而言，LED阵列封装的顶面的温度可以到达 200°C或更高。这种高温可能会显著地减少磷光体的量子效应，或者损坏整个器件。针对5 X 5LED阵列封装，采用如图1所示的高热传导性板13和环形的铝附接部件14可以显著地降低LED阵列封装的顶面温度。图2是LED阵列封装20的第二示例的截面图。如图2所示，板13和附接部件14 可以用于LED阵列封装20，该LED阵列封装20具有覆盖LED 11的纯硅(clear silicone) 层21以及在净硅层21之上的薄膜磷光层22。图3是LED阵列封装30的第三示例的截面图。如图3所示，板13和附接部件14 可以用于LED阵列封装30，该LED阵列封装30具有覆盖LED 11的纯硅层31、附接至板13 的底面的薄膜磷光层33以及在纯硅层31和薄膜磷光层33之间的中介空气流通空间32。图4是LED阵列封装40的第四示例的截面图。如图4所示，板13和附接部件14 可以用于LED阵列封装40，该LED阵列封装40具有覆盖LED 11的纯硅穹顶层41、附接至板13的底面的薄膜磷光层43以及在纯硅穹顶层41和薄膜磷光层43之间的中介空气流通空间42。LED 11可以是蓝光LED。由于内部在空气42和纯硅41的界面上，更少的光遭到反射，所以纯硅穹顶层41从LED模具11中获得更多的蓝光。图5是LED阵列封装50的第五示例的截面图。如图5所示，板13和附接部件14 可以用于LED阵列封装50，该LED阵列封装50具有覆盖LED 11的纯硅穹顶(或半球透镜) 阵列51、附接至板13的底面的薄膜磷光层53以及在纯硅穹顶阵列51和薄膜磷光层53之间的中介空气流通空间52。如supra所讨论的，LED 11可以是蓝光LED。由于内部在空气 52和纯硅51的界面上，更少的光遭到反射，所以纯硅穹顶阵列51从LED模具11中获得更多的蓝光。图6是LED阵列封装60的第六示例的截面图。如图6所示，板13和附接部件14 可以用于LED阵列封装60，该LED阵列封装60具有覆盖LED 11的纯硅层61、结合在纯硅层上的纯穹顶(或半球透镜)阵列62、附接至板13的底面的薄膜磷光层64以及在纯硅层 61和薄膜磷光层64之间的中介空气流通空间63。纯穹顶阵列62可以是硅、预成形的玻璃或预成形的塑料，例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯、丙烯酸或另一种透明材料。如 supra所讨论的，LED 11可以是蓝光LED。由于内部在空气52和纯穹顶阵列62的界面上， 更少的光遭到反射，所以纯硅穹顶阵列62从LED模具11中获得更多的蓝光。图7是根据第二构造的LED阵列封装70的截面图。如图7所示，附接部件71可以不包括附接部件14的突起部。附接部件71可以采用附接在基板12和附接部件71之间的环氧树脂、焊接物或另外一种粘合剂72固定至基板12。图8是根据第三构造的LED阵列封装80的截面图。如图8所示，LED阵列11在基板12上。板13可以附接至附接部件81的顶面。板13可以采用环氧树脂、焊接物或另外一种粘合剂附接至附接部件81。附接部件81包括在基板12和板13之间延伸的垂直部件81a。附接部件81可以是金属、环形的，并与板13热连接。附接部件81可以环绕LED阵列封装80，并具有突起部81b，该突起部81b沿着与基板12平行的方向延伸，使得其能够热附接至基板12。突起部81b可以包括孔81b'，该孔81b'使得LED阵列封装80通过基板 12中的对准孔15被附接至基板12的底面上的散热器。附接部件81可以采用热焊盘、环氧树脂、焊接物或另外一种粘合剂固定至基板12，或者可以采用螺钉、螺栓或其他紧固件通过孔81b'、15加以固定。一旦LED阵列封装80被固定至散热器，那么可以采用导热膏或散热膏来填充孔81b'、15，从而提供一条从板13到附接的散热器的良好的散热通路。
图9是根据第四构造的LED阵列封装90的截面图。如图9所示，附接部件91可以不包括附接部件81的突起部。附接部件91可以采用附接在基板12和附接部件91之间的环氧树脂、焊接物或另外一种粘合剂92固定至基板12。图10是高热传导性板13的透视图。如图10所示，板13可以包括在顶面上的金属网格100。金属网格100可以是铝、铜、银或者另外一种高热传导性的金属。金属网格100 可以，如图10所示，在板13的外表面上，或者可以在在玻璃板13内部。图11是图7中的LED阵列封装70的顶视图。如图10所示，LED阵列封装70包括在基板12上的5X5LED 11阵列。环形附接部件71环绕LED阵列，以将板13 (图11中为透明的)固定在LED阵列的顶面上并将热量从板13中导出。孔15使得LED阵列封装70 固定至散热器。虽然图11显示了环形的附接部件71，但是附接部件71可以是单独的部件， 并且可以不完全环绕LED阵列。在可替换构造中，可以使用两个或更多个部件在沿着板13 的边缘的特定点上将板13固定至LED阵列封装70。图12是根据第五构造的LED阵列封装120的顶视图。另选地，如图12所示，LED 阵列封装120可以包括在LED阵列外围的金属柱/壁121，并且板13 (图12中为透明的) 可以采用环氧树脂、焊接物或另外一种粘合剂固定至金属柱/壁121。本领域技术人员中的一个将会理解，在LED 11上方的硅层、磷光层和任何中介空气流通空间的构造也应用于附件部件的第二至第五构造。而且，本领域技术人员中的一个将会理解，这些构造可以应用于在基板上的任何数量的LED，并且因此，这些构造应用于发光二极管以及发光二极管阵列。在一种构造中，光源包括基板、在基板上的发光二极管、在发光二极管上方的磷光体、用于将热量从磷光层中导出的第一单元以及用于将第一单元固定至光源并用于将热量从第一单元中导出的第二单元。第一单元是板13。第二单元可以是附件部件14(图1-6)、 71(图7、11)、81(图8)或91 (图9)，或者可以是如图12所示的从基板垂直延伸的柱/壁 121。图13、图14和图15是根据其他构造的LED阵列封装的截面图。如图13所示，板 13可以位于磷光层22和LED 11之间。如图14所示，附加板13‘可以位于磷光层22下面，并且磷光层22夹在板13和板13'之间。如图15所示，板13和磷光层22可以是穹顶形的。提供本公开的多个方面，以使本领域技术人员能够实现本发明。对本公开通篇所述的LED阵列封装的多个方面的修改将对于本领域技术人员是显而易见的，并且本文中所公开的概念可以扩展到其他应用。由此，权利要求不旨在限制到本公开通篇所述的LED阵列封装的多个方面，而是与权利要求语言一致的全部范围一致。与本公开通篇描述的多个方面的元素等同的、对本领域技术人员已知或后面将知道的所有结构和功能等同物通过引用专门结合到本文中，并且旨在由权利要求所包含。而且，不管是否在权利要求中明确地描述了这样的公开，本文中公开的事物都不旨在奉献于公众。除非使用短语“用于……的装置”来专门叙述元素(或者在方法权利要求的情况，使用短语“用于……的步骤”来叙述元素)，否则没有权利要求元素是在35U. S. C § 112，第六段的规定下进行解释。
权利要求
1.一种光源，该光源包括 基板；在所述基板上的发光二极管； 在所述发光二极管上方的磷光层； 在所述磷光层上的板；以及附接部件，该附接部件耦接至所述板，并被配置为将热量从所述板中导出。
2.根据权利要求1所述的光源，其中所述板是透明的。
3.根据权利要求1所述的光源，其中所述板与所述磷光层相接触。
4.根据权利要求1所述的光源，其中所述附接部件被配置为将所述板固定至所述光源。
5.根据权利要求1所述的光源，其中所述板是蓝宝石板、有机碳化硅板、化学气相沉积金刚石板、玻璃板上的化学气相沉积碳化硅、玻璃板上的化学气相沉积金刚石、玻璃板、氧化锌板或石英板。
6.根据权利要求5所述的光源，其中所述板进一步包括金属网格。
7.根据权利要求1所述的光源，其中所述附接部件是金属。
8.根据权利要求1所述的光源，其中所述附接部件包括沿着大体上与所述基板相垂直的方向延伸的环形垂直部件，所述环形垂直部件的底面采用粘合剂附接至所述基板，并且所述板附接至所述环形垂直部件的顶面。
9.根据权利要求1所述的光源，其中所述附接部件包括沿着大体上与所述基板相垂直的方向延伸的环形垂直部件和沿着大体上与所述基板平行的方向从所述环形垂直部件的底部向外延伸的突起部；并且所述板附接至所述环形垂直部件的顶面。
10.根据权利要求9所述的光源，其中所述突起部采用粘合剂附接至所述基板。
11.根据权利要求9所述的光源，其中所述突起部和所述基板中每个都具有至少一个相互对准的孔。
12.根据权利要求1所述的光源，其中所述附接部件包括沿着大体上与所述基板相垂直的方向延伸的环形垂直部件和沿着大体上与所述基板平行的方向从所述环形垂直部件的顶部向内延伸的法兰； 所述环形垂直部件的底面采用粘合剂附接至所述基板；并且所述法兰在所述板的边缘上方延伸，以将所述板固定至所述光源。
13.根据权利要求1所述的光源，其中所述附接部件包括沿着大体上与所述基板相垂直的方向延伸的环形垂直部件、沿着大体上与所述基板平行的方向从所述环形垂直部件的顶部向内延伸的法兰以及沿着大体上与所述基板平行的方向从所述环形垂直部件的底部向外延伸的突起部；并且所述法兰在所述板的边缘上方延伸，以将所述板固定至所述光源。
14.根据权利要求1所述的光源，其中所述附接部件包括至少一个柱或壁，并且所述板附接至所述至少一个柱或壁。
15.根据权利要求1所述的光源，所述光源进一步包括在所述基板上的至少一个另外的发光二极管；其中所述发光二极管和所述至少一个另外的发光二极管按照阵列的形式在所述基板上，并且所述磷光层也在所述至少一个另外的发光二极管的上方。
16.根据权利要求1所述的光源，其中所述磷光层在所述板和所述发光二极管之间。
17.根据权利要求1所述的光源，其中所述板在所述磷光层和所述发光二极管之间。
18.根据权利要求1所述的光源，其中所述板是穹顶形的。
19.根据权利要求1所述的光源，所述光源进一步包括在所述磷光层下方的第二板，所述磷光层在所述板和所述第二板之间。
20.一种光源，该光源包括 基板；在所述基板上的发光二极管； 在所述发光二极管上方的磷光层；第一单元，该第一单元用于将热量从所述磷光层中导出；以及第二单元，该第二单元用于将所述第一单元固定至所述光源，并用于将热量从所述第一单元中导出。
21.根据权利要求20所述的光源，其中所述第一单元是透明的。
22.根据权利要求20所述的光源，其中所述第一单元与所述磷光层相接触。
23.根据权利要求20所述的光源，其中所述第一单元是板，所述板是蓝宝石板、有机碳化硅板、化学气相沉积金刚石板、玻璃板上的化学气相沉积碳化硅、玻璃板上的化学气相沉积金刚石或玻璃板。
24.根据权利要求23所述的光源，其中所述板进一步包括金属网格。
25.根据权利要求23所述的光源，其中所述第二单元是金属。
26.根据权利要求23所述的光源，其中所述第二单元包括沿着大体上与所述基板相垂直的方向延伸的环形垂直部件，所述环形垂直部件的底面采用粘合剂附接至所述基板，并且所述板附接至所述环形垂直部件的顶面。
27.根据权利要求23所述的光源，其中所述第二单元包括沿着大体上与所述基板相垂直的方向延伸的环形垂直部件和沿着大体上与所述基板平行的方向从所述环形垂直部件的底部向外延伸的突起部；并且所述板附接至所述环形垂直部件的顶面。
28.根据权利要求27所述的光源，其中所述突起部采用粘合剂附接至所述基板。
29.根据权利要求27所述的光源，其中所述突起部和所述基板中每个都具有至少一个相互对准的孔。
30.根据权利要求23所述的光源，其中所述第二单元包括沿着大体上与所述基板相垂直的方向延伸的环形垂直部件和沿着大体上与所述基板平行的方向从所述环形垂直部件的顶部向内延伸的法兰； 所述环形垂直部件的底面采用粘合剂附接至所述基板；并且所述法兰在所述板的边缘上方延伸，以将所述板固定至所述光源。
31.根据权利要求23所述的光源，其中所述第二单元包括沿着大体上与所述基板相垂直的方向延伸的环形垂直部件、沿着大体上与所述基板平行的方向从所述环形垂直部件的顶部向内延伸的法兰以及沿着大体上与所述基板平行的方向从所述环形垂直部件的底部向外延伸的突起部；并且所述法兰在所述板的边缘上方延伸，以将所述板固定至所述光源。
32.根据权利要求23所述的光源，其中所述第二单元包括至少一个柱或壁，并且所述板附接至所述至少一个柱或壁。
33.根据权利要求20所述的光源，所述光源进一步包括在所述基板上的至少一个另外的发光二极管；其中所述发光二极管和所述至少一个另外的发光二极管按照阵列的形式在所述基板上，并且所述磷光层也在所述至少一个另外的发光二极管的上方。
全文摘要
一种光源包括基板、在所述基板上的发光二极管以及在所述发光二极管上方的磷光层。板在所述磷光层上。附接部件耦接至所述板，并被配置为将热量从所述板中导出。
文档编号H01L27/15GK102484118SQ201080035065
公开日2012年5月30日 申请日期2010年5月30日 优先权日2009年6月18日
发明者李江华, 瑞内·贺比宁, 胡大卫 申请人:普瑞光电股份有限公司