半導(dǎo)體發(fā)光器件及制造方法

專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光器件及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件及制造方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的發(fā)光二極管(“LED”)器件使用環(huán)氧樹脂作為密封材料。密封過程經(jīng)常是通過注射成型(injection molding)、轉(zhuǎn)注成型(transfermolding)或鑄造完成的。凝固的環(huán)氧密封劑具有相對(duì)高的硬度(這提供了抗擦傷和抗磨損的性能)、高剛度和高的初始透光率。傳統(tǒng)的密封LED器件以多種尺寸和樣式出現(xiàn)，例如4mm橢圓形LED燈、5mm圓形LED燈、貼片LED和塑封有引線芯片載體(“PLCC”)。
但是，基于環(huán)氧樹脂的密封材料易受到熱降解和光降解作用損害。如果LED芯片發(fā)射的波長(zhǎng)在光譜的近紫外(UV)部分，降解特別嚴(yán)重。當(dāng)經(jīng)受高的光通量，特別是光波長(zhǎng)在200nm到570nm范圍內(nèi)時(shí)，環(huán)氧密封材料發(fā)生降解。密封劑降解引起藍(lán)色到綠色波長(zhǎng)的光吸收增加，導(dǎo)致透明環(huán)氧密封劑的“黃化”效應(yīng)并降低了通過密封劑的透光率，這使得LED器件的光輸出嚴(yán)重下降。通?；诃h(huán)氧樹脂的5mm LED燈器件在使用1000小時(shí)后，光輸出下降20％或更多，而在使用10000小時(shí)后下降50％或更多。
圖1A示出傳統(tǒng)LED燈102、104半成品構(gòu)成的條100的一部分。LED燈102、104安裝到制成一條LED燈的引線框106。通過剪斷引腳108、110可以將LED燈與引線框106分離。“分離”表示將一個(gè)LED燈或一組相關(guān)聯(lián)的LED燈從引線框或其他襯底分開，其他襯底例如陶瓷襯底或印刷電路板(“PCB”)襯底。
LED芯片114安裝到第一襯底部分115上，該襯底部分將LED芯片114的第一端子(未示出)電耦合到引腳110。在一個(gè)特定實(shí)施例中，LED芯片使用導(dǎo)電環(huán)氧樹脂安裝在第一襯底部分的反射器杯(reflector cup)中。接合線112將LED芯片114的第二端子(未示出)電耦合到第二襯底部分117。接合線112、LED燈114、第一襯底部分115、第二襯底部分117以及部分引腳108、110密封在剛性的硬密封劑116(例如環(huán)氧密封劑)中。當(dāng)LED燈從引線框106剪下時(shí)，剛性的硬密封劑116通過固定第一和第二襯底部分使之彼此不相對(duì)運(yùn)動(dòng)而防止接合線損壞。
圖1B示出傳統(tǒng)的單個(gè)LED燈102。引腳108、110已經(jīng)從引線框切開(見圖1A，標(biāo)號(hào)106、108、110)。一個(gè)引腳108被切得比另一引腳110短，以指示LED芯片114的電極性。剛性的硬密封劑116將引腳相對(duì)于彼此固定，以免損壞接合線112。
圖1C示出插入并釘牢在PCB 120中的傳統(tǒng)單個(gè)LED燈102。在通常的自動(dòng)裝配工序中，LED燈102的引腳108、110通過PCB 120中的孔插入并彎曲，來將LED燈102固定到位以用于后續(xù)焊接步驟。剛性的堅(jiān)固環(huán)氧密封劑固定引腳108、110以使其不彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)，否則這種運(yùn)動(dòng)可能損壞LED芯片114和/或接合線112。
圖2示出現(xiàn)有技術(shù)的光源200。LED芯片214安裝到PCB襯底201上。接合線212、213將LED芯片214上的端子(未示出)電耦合到PCB襯底201上的端子208、210。端子208、210是允許光源200在表面安裝電路襯底上進(jìn)行表面安裝的鍍覆通孔。在形成為圓蓋形的密封劑216在LED芯片214和PCB襯底201頂部的上方成型之前，將鍍覆通孔用例如阻焊劑的混合物211堵塞。關(guān)于這樣的光源的更多信息可以在美國(guó)專利No.6806583中找到。
圖3是另一種現(xiàn)有技術(shù)的LED器件300的簡(jiǎn)化剖視軸測(cè)圖。LED芯片314安裝到硅襯底構(gòu)件301(形成通常所知“芯片堆疊(chip-on-chip)”組件)，該襯底構(gòu)件301安裝到襯底構(gòu)件303上。在具體實(shí)施例中，LED芯片314是高功率LED芯片，即工作于500mW或更高的LED芯片，并且襯底構(gòu)件303是提供散熱器來將熱量經(jīng)過硅襯底構(gòu)件301傳導(dǎo)離開LED芯片314的金屬(例如金屬“栓”)。引腳308從通常為模制聚合物的引腳支撐構(gòu)件309伸出。此視圖中未示出第二引腳，但其基本上從引腳308對(duì)面的引腳支撐構(gòu)件伸出。
預(yù)先模制的熱塑性罩316配合安裝在LED芯片314上方以形成LED器件300內(nèi)部的腔315。按照期望的LED器件300光強(qiáng)分布模式，罩316的外形形成為透鏡。該罩形成內(nèi)置了LED芯片314的腔315。隨后，液體硅酮密封劑通過封裝中的開口分配或注入而引入腔中，以填充封裝內(nèi)的腔315中的整個(gè)空間，然后將密封劑材料凝固。填充腔315的硅酮提供了光學(xué)透明的軟材料，其具有大于1.3的折射率。
期望與高功率LED芯片(特別是工作于光譜的藍(lán)色到綠色部分的那些芯片)同時(shí)使用硅酮材料，因?yàn)楣柰cLED燈(例如圖1B中所示的LED燈102)中使用的環(huán)氧樹脂相比更不易于黃化。但是，圖3的LED器件300中使用的封裝技術(shù)相對(duì)復(fù)雜精細(xì)，包括許多部分和裝配步驟。
因此需要這樣的LED器件，其既不像傳統(tǒng)LED燈那樣降解，又無需通常封裝高功率LED芯片所用的那樣多的部件和裝配步驟。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)光二極管(“LED”)器件具有安裝到襯底的LED芯片。LED芯片的端子電耦合到LED器件的引腳。LED器件的容器內(nèi)的彈性體密封劑包圍LED芯片。第二密封劑布置在彈性體密封劑上的容器孔內(nèi)。


圖1A示出一條傳統(tǒng)半成品LED燈的一部分。
圖1B示出單個(gè)傳統(tǒng)LED燈。
圖1C示出插入并釘牢在PCB中的傳統(tǒng)單個(gè)LED燈。
圖2示出現(xiàn)有技術(shù)的光源。
圖3是另一種現(xiàn)有技術(shù)的LED器件的簡(jiǎn)化剖視軸測(cè)圖。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LED器件(“燈”)的簡(jiǎn)化截面圖。
圖5A-5C示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的替代容器。
圖6A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，具有圓形凸緣和圓形邊緣的容器的軸測(cè)圖。
圖6B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，帶有方形凸緣和方形邊緣的容器的分解軸測(cè)圖。
圖7A-7C示出部分LED燈的截面圖，以圖示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造順序。
圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的LED燈的截面圖。
圖9示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的LED燈的截面圖。
圖10示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的LED燈的截面圖。
圖11A示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的LED燈的截面圖。
圖11B是圖11A的襯底的俯視圖。
圖12-14是構(gòu)建來容納多于一個(gè)LED芯片的容器的軸測(cè)圖。
圖15是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制造LED器件的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
硅酮彈性體提供了作為密封材料的良好特性。硅酮彈性體提供了較高的熱穩(wěn)定性、較低的光降解、較低的透光損耗特性、較寬的折射率范圍、密封凝固后應(yīng)力較低、以及較低的成本。其無毒并對(duì)高濕度高溫環(huán)境不敏感。由于其透光損耗低，硅酮密封劑用于波長(zhǎng)范圍從200nm到570nm的發(fā)光特別理想，用于高溫操作(即高達(dá)100℃)時(shí)更是特別理想。
但是，凝固的硅酮密封劑的硬度通常小于邵氏硬度計(jì)值70A。硅酮聚合物在不同制造階段可以是液體、凝膠狀或固態(tài)。但是，硅酮聚合物的低硬度具有抗刮擦、擦傷和磨損性低的缺點(diǎn)。此外，由硅酮聚合物形成的封裝不具有高剛度，并且在經(jīng)受機(jī)械處理時(shí)不提供很好的尺寸穩(wěn)定性，從而減小了其易裝配程度并限制了其在各種優(yōu)選LED封裝外形設(shè)計(jì)中的使用范圍。
如果圖1A中所示LED燈102的環(huán)氧密封劑116用硅酮密封劑代替，則當(dāng)LED燈從引線框分離或通過PCB插入之后彎曲引腳(見圖1C)時(shí)，引腳108、110以及第一和第二襯底部分115、117可能不能保持足夠剛度以避免接合線損壞。具有硅酮密封劑的LED燈外表面也可能更容易發(fā)生降低光學(xué)性能的刮擦、擦傷和磨損。于是，由于一般硅酮材料的低硬度和低剛度，使用硅酮作為密封劑不能獲得類似于圖1B的現(xiàn)有技術(shù)器件的可靠LED燈。
如果在使用硅酮-熒光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層的LED燈中用硅酮類密封劑代替環(huán)氧密封劑，會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)問題。與硅酮-熒光涂層和環(huán)氧密封劑之間的粘接強(qiáng)度相比，硅酮-熒光涂層到LED芯片的粘接強(qiáng)度相對(duì)較弱，這使得硅酮-熒光層從LED芯片表面剝離。
與更加凝固硬化的聚合物相比，在凝固后，硅酮在封裝中的LED芯片上產(chǎn)生的壓應(yīng)力或拉應(yīng)力通常較低。LED芯片上的應(yīng)力降低可使LED器件更可靠、更長(zhǎng)壽。已知硅酮用于具有薄且均勻的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料層(例如熒光顆粒和/或散布在硅酮基體中的量子點(diǎn)顆粒)的LED芯片特別理想?？蛇x地添加硅石的小顆粒作為擴(kuò)散劑。這樣的“熒光層”通常小于LED結(jié)構(gòu)厚度的約10％，并能夠使從LED芯片發(fā)射的光穿過均勻的路徑長(zhǎng)度，從而使均勻比例的光在熒光層中轉(zhuǎn)化。這導(dǎo)致從LED器件輸出的顏色相對(duì)于光的空間分布是均勻的。熒光層和硅酮密封劑之間的硅酮-硅酮界面已知在熱漂移中受化學(xué)不相容性和機(jī)械不相容性的影響極小。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LED器件(“燈”)400的簡(jiǎn)化截面圖。LED燈400豎著看是圓形的，并具有容器402，具有高硬度、高剛度和高透光性的該容器402通常是透明的，但也可以是漫射的，彈性體密封劑404布置在容器402中。容器402可以用例如具有高剛度、高抗刮擦性的基本透明的材料，例如但不限于如聚碳酸酯、環(huán)烯聚合物或共聚物、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、液晶聚合物(“LCP”)、環(huán)氧樹脂和聚砜的材料，通過注射成型或轉(zhuǎn)注成型形成。此處使用的“透明”表示清澈的或淡色的。在一些實(shí)施例中，LED芯片發(fā)射約200nm和約700nm之間的波長(zhǎng)。
LED芯片408機(jī)械安裝到可選的反射器杯410中的第一襯底部分406。LED芯片的第一端子(未示出)用導(dǎo)電膠電耦合到第一襯底部分406。LED芯片的第二端子(未示出)用接合線416電耦合到第二襯底部分407。彈性體密封劑404分配到容器402中，并且LED芯片408、第一和第二襯底部分406、407以及接合線416插入彈性體密封劑404中，之后使彈性體密封劑404凝固。
容器402起模杯(mold-cup)的作用，該模杯形成LED燈400成品的一部分。容器402成為L(zhǎng)ED燈400成品的一部分，這樣防止了在從模子上除去彈性體密封劑時(shí)可能出現(xiàn)的剝離問題。合適的彈性體密封劑包括硅酮、氟硅酮、全氟聚合物以及無定形氟塑料。合適的密封劑包括Young等人的題為“Optically clear high temperature resistant silicone polymers of highrefractive index”的美國(guó)專利申請(qǐng)公開No.US 2004/0198924A1中描述的密封劑，其可從加利福尼亞州Carpenteria的NUSIL TECHNOLOGY得到。
以前是金屬引線框帶一部分的第一引腳412從第一襯底部分406伸出。以前也是金屬引線框帶一部分的第二引腳414從第二襯底部分407伸出。
容器402具有實(shí)際上不均勻的厚度，這就形成透鏡以對(duì)來自LED芯片408的光進(jìn)行導(dǎo)向。另一透鏡由彈性體密封劑404根據(jù)容器402的內(nèi)部曲率形成。容器形成的透鏡和彈性體密封劑形成的透鏡的組合在獲得用傳統(tǒng)LED密封劑(例如，圖1A標(biāo)號(hào)116)不能實(shí)現(xiàn)的光分布模式方面特別理想。在具體實(shí)施例中，選擇彈性體密封劑和容器材料來使彈性體密封劑材料的折射率大于容器材料的折射率，以使光的菲涅耳透射損耗最小化。更高的彈性體密封劑材料折射率提供改進(jìn)的效率。
在彈性體密封劑404凝固后，在彈性體密封劑404之上回填第二密封劑418。第二密封劑凝固后是剛性的，在具體實(shí)施例中具有大于D70的邵氏硬度，這在分離和將LED燈組裝到電路的過程中對(duì)于保護(hù)引腳是理想的?；靥钍峭ㄟ^分配處于液態(tài)或凝膠態(tài)的未凝固的第二密封劑完成的。第二密封劑418凝固后在彈性體密封劑404頂部形成導(dǎo)熱、堅(jiān)硬的剛性層，將LED芯片408和彈性體密封劑404密封在容器402內(nèi)。在具體實(shí)施例中，第二密封劑418包括散布在環(huán)氧基體中的導(dǎo)熱填料，例如陶瓷(例如硅-氧化鋁)粉末。在具體實(shí)施例中，第二密封材料的導(dǎo)熱率大于0.5W/m°K。
第二密封劑418層為引腳412、414提供了更堅(jiān)固、更高剛度的基座，減小了分離、處理和裝配操作過程中對(duì)LED芯片408和接合線416的潛在損壞。第二密封劑418也有助于通過沿著引腳412、414以及向著容器402將熱量導(dǎo)離襯底406而耗散LED芯片408在操作中產(chǎn)生的熱。
圖5A-5C示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的替代容器。圖5A示出與圖4的容器402類似，并外加了凸緣504的容器502的截面圖。凸緣方便了用戶在一些應(yīng)用中制造和裝配LED燈。圖5B示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的壁厚基本均勻的容器506的截面圖。圖5C示出帶有凸緣510且壁厚基本均勻的容器508的截面圖。替代實(shí)施例使用其他形狀。在具體實(shí)施例中，選擇容器的壁厚以便在用彈性體密封劑填充時(shí)提供來自LED器件的光強(qiáng)的理想空間分布。
圖6A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例具有圓形凸緣602和圓形邊緣604的容器600的軸測(cè)圖。邊緣在LED燈穿過PCB插入以限制LED燈的高度時(shí)是有用的。圖6B是具有容器608和襯底610的LED燈606的分解軸測(cè)圖。在具體實(shí)施例中，襯底610是PCB襯底，其具有陰極電觸盤613、中心盤612以及位于襯底610背面的陽(yáng)極電觸盤614，其中中心盤612在一些實(shí)施例中作為散熱盤并在替代實(shí)施例中作為第二陰極盤。LED芯片(未示出)安裝在襯底610相對(duì)側(cè)的反射器杯中并電耦合到觸盤。容器608具有方形凸緣616和方形邊緣618。
襯底610中的對(duì)準(zhǔn)孔620與容器608上的對(duì)準(zhǔn)銷622配合來使襯底對(duì)準(zhǔn)容器，并因此使LED芯片(未示出)對(duì)準(zhǔn)容器。將彈性體密封劑(未示出)分配到容器608的模杯624中，襯底610與容器608裝配，并使彈性體密封劑凝固。在此實(shí)施例中，剛性的第二密封劑是可選的。(多個(gè))陰極電觸盤和陽(yáng)極電觸盤沒有用密封劑覆蓋，并可用于將LED燈表面安裝到表面安裝電路板上。在替代實(shí)施例中使用其他形狀和形式的容器。特別地，替代實(shí)施例使用設(shè)置成容納幾個(gè)LED的容器，例如圖12-14所示的那些。
圖7A-7C示出LED燈的多個(gè)部分的截面圖，以圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造順序。在圖7A中，容器702填充有未凝固的彈性體密封劑材料704，例如液態(tài)或凝膠狀態(tài)的硅酮密封劑材料。LED芯片708已管芯安裝(die-attach)到作為引線框條710一部分的襯底706。夾具712在凝固步驟中夾持容器。或者，空容器置于夾具712中，然后將其用彈性體密封劑填充。邊緣714將容器702支撐在夾具712中。
圖7B示出襯底706和插入流體彈性體密封劑并隨后凝固的LED芯片708。圖7C示出分配到凝固的彈性體密封劑704上并圍繞引腳718、720的第二密封劑716。之后第二密封劑被凝固。凝固后，第二密封劑716比凝固的彈性體密封劑704更硬、更堅(jiān)固。第二密封劑材料的厚度僅僅是示例性的。在具體實(shí)施例中，第二密封劑材料比示出的更厚，并進(jìn)一步向襯底表面延伸，這可以增強(qiáng)導(dǎo)熱性能并為引腳和襯底提供更多支撐。
圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的LED燈800的截面圖。LED芯片808是具有硅制副底座(未單獨(dú)示出)的倒裝芯片(flip-chip)LED。倒裝芯片LED在美國(guó)專利No.6521914和6646292中有進(jìn)一步討論。LED芯片808在器件的同一側(cè)既有陽(yáng)極結(jié)合盤(未示出)，也有陰極結(jié)合盤(未示出)。接合線816、817將LED芯片808的端子電連接到引腳412、414。
回填第二密封劑818來基本包圍襯底406直到接近LED芯片808，以提供從倒裝芯片LED到第二密封劑818的更短的熱路徑。更厚的第二密封劑還為襯底406和引腳412、414提供了更堅(jiān)固、更有剛性的基座。其他實(shí)施例在單個(gè)LED封裝中包括許多LED芯片。
圖9示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的LED燈900的截面圖。襯底906是帶有管腳(引腳)912、914的PCB襯底，這些管腳配置為符合雙列直插封裝(“DIP”)標(biāo)準(zhǔn)的引腳。此實(shí)施例對(duì)于通孔安裝特別理想。容器902中的彈性體密封劑904覆蓋LED芯片908和關(guān)聯(lián)的接合線。凝固的第二密封劑918比彈性體密封劑904更硬、更有剛性，提供了可靠的密封，可靠地將襯底906緊固在容器902內(nèi)，并進(jìn)一步支撐管腳912、914。
圖10示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的LED燈1000的截面圖。襯底1006是PCB，其帶有背面端子1012、1014以形成用于表面安裝技術(shù)(“SMT”)應(yīng)用的LED部件。襯底1006的厚度足以允許將襯底1006定位成使得安裝在襯底1006一側(cè)的LED芯片1008被彈性體密封劑1004密封，而背面端子1012、1014暴露在襯底1006的相反一側(cè)。適合于SMT應(yīng)用的LED在Koay等人題為“Light source”的美國(guó)專利No.6806583中有進(jìn)一步描述。襯底1006部分由彈性體密封劑1004密封，部分由第二密封劑層1018密封，后者硬度更高，剛度更高，而且比彈性體密封劑更易導(dǎo)熱。替代實(shí)施例使用帶反射器杯的陶瓷襯底(例如氧化鋁或氮化鋁)，該反射器杯鍍有如銀、鎳、金或鋁的反射性材料。
圖11A示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的LED燈1100的截面圖。襯底1106是“鷗翼(gull-wing)”型襯底?！癑形引腳”襯底在提供用于LED燈表面安裝的外部引腳方面與鷗翼型襯底相似。鷗翼型襯底是形成為鷗翼型SMT結(jié)構(gòu)的金屬引線框。金屬引線框可以包括形成于其上并鍍有反射性表面的反射器杯1110。襯底1106可以配置為具有2個(gè)或更多引腳1112、1114用于其電端子，且不限于圖11A中所示例子。在本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方式的一個(gè)方面，形成金屬引線框或PCB中反射器杯的反射性表面的鍍層材料可以包括但不限于銀、鎳或金。圖11B是圖11A的襯底的俯視圖。
圖12-14是配置為容納多于一個(gè)LED芯片的容器1200、1300、1400的軸測(cè)圖。容器1200有三個(gè)模杯1202、1204、1206和包圍三個(gè)模杯1202、1204、1206的周圍邊緣1208。分配彈性體密封劑以將容器填充到希望的高度。安裝在襯底上的LED或襯底插入彈性體密封劑中。在具體實(shí)施例中，三個(gè)LED安裝在單個(gè)矩形襯底上并由彈性體密封劑包圍，該襯底插入容器中以使LED將光發(fā)送到模杯中。邊緣1208對(duì)準(zhǔn)容器中的襯底，該襯底將LED定位在模杯中。
圖13示出具有單個(gè)模杯/透鏡1302的容器1300，彈性體密封劑分配到其中。之后多個(gè)襯底上的多個(gè)LED芯片或單個(gè)襯底上的多個(gè)LED芯片通過橢圓形孔1304插入彈性體密封劑中。圖14示出具有六個(gè)模杯/透鏡和周圍邊緣1402的另一個(gè)容器1400。
可以將一個(gè)或更多LED芯片安裝到襯底上，并且襯底可以有兩個(gè)或更多電端子。容器的形狀和透鏡輪廓的數(shù)量可以配置為與LED和LED所在的襯底輪廓的數(shù)量相符。圖中示出的配置是所用的透明容器形狀的代表，本發(fā)明不限于這些形狀。
圖15是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造LED器件1500的方法的流程圖。LED芯片被管芯安裝到襯底(步驟1502)并電連接到引腳(步驟1504)。在一種實(shí)施例中，襯底用導(dǎo)電管芯安裝技術(shù)連接到LED芯片的第一端子，并用接合線連接到LED芯片的第二端子。在替代實(shí)施例中，第一接合線將LED芯片的第一端子耦合到第一引腳(例如與第一引腳集成的襯底)，第二接合線將LED芯片的第二端子連接到第二引腳。在具體實(shí)施例中，第一和第二引腳從引線框帶伸出。在替代實(shí)施例中，襯底是PCB襯底或分離時(shí)形成單獨(dú)LED器件的PCB襯底陣列。在具體實(shí)施例中，散布在基體(例如硅酮、其他彈性體材料或溶膠-凝膠)中的熒光顆粒波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層布置在LED芯片上。
未凝固的彈性體密封劑分配到容器中(步驟1506)，LED芯片和襯底插入未凝固的彈性體密封劑中(步驟1508)。之后彈性體密封劑被凝固(步驟1510)。在具體實(shí)施例中，包括任何對(duì)準(zhǔn)夾具在內(nèi)的整個(gè)LED器件或LED引線框帶在傳送帶式加熱爐或箱式加熱爐中被凝固。
容器由比凝固的彈性體密封劑材料更硬、更有剛性的材料制成，通常是塑料。在一種實(shí)施例中，將LED芯片插入未凝固的彈性體密封劑中，以用未凝固的彈性體密封劑包圍LED芯片。容器的體積一般是已知的，并將選定量的密封劑分配到容器中。LED-襯底子組件插入未凝固的彈性體密封劑中直到選定的深度，以使未凝固的彈性體密封劑填充容器到希望的水平。
在具體實(shí)施例中，將LED芯片、(多根)接合線、襯底和部分引腳插入未凝固的彈性體密封劑中。在具體實(shí)施例中，LED芯片平放在反射器杯內(nèi)，且該方法包括在LED芯片和襯底插入分配到容器中的彈性體密封劑之前用未凝固的彈性體密封劑預(yù)填充反射器杯的可選步驟。對(duì)反射器杯進(jìn)行預(yù)填充避免了可能在LED芯片附近形成(多個(gè))氣泡的捕集氣體，這可能干擾LED器件的發(fā)光和LED芯片的散熱。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，將第二密封劑分配到容器中彈性體密封劑之上(步驟1512)然后凝固(步驟1514)。在具體實(shí)施例中，凝固的第二密封劑比彈性體密封劑更有剛性，并包圍和固定引腳。在一些實(shí)施例中，第二密封劑提供了橫跨孔的第二密封，其比彈性體密封劑提供的第一密封更堅(jiān)固、更持久。在更進(jìn)一步的實(shí)施例中，切斷引腳以將LED器件從引線框帶分離(步驟1516)，或者從PCB襯底陣列將具有PCB襯底的LED器件分離。
堅(jiān)硬的外部容器與內(nèi)部彈性體材料的結(jié)合提供了超越傳統(tǒng)LED燈的一些優(yōu)點(diǎn)。參考圖1A，如果環(huán)氧樹脂用于密封劑116，凝固引起的應(yīng)力可能損壞接合線。在熱沖擊(例如回流焊接工藝)過程中，環(huán)氧樹脂和襯底之間熱膨脹系數(shù)的差異還造成熱應(yīng)力。在燈加熱和冷卻時(shí)，過度的應(yīng)力可能使LED芯片翹起或裂開。彈性體密封劑在封裝中提供了更小的應(yīng)力，以及如回流焊接的熱沖擊后更好的可靠性和成品率。類似地，彈性體密封劑防止了光輸出的降解(黃化)，特別是對(duì)于發(fā)射短波長(zhǎng)光(即小于570nm)的中功率到低功率LED芯片(即小于500mW)。容器為彈性體密封劑提供剛性和抗磨損性。但是，實(shí)施例也適用于以大于500mW的功率發(fā)射大于570nm波長(zhǎng)的LED器件。本發(fā)明的實(shí)施例易于適用到引線框LED制造技術(shù)，其用很少的零件提供了簡(jiǎn)單的構(gòu)造，并方便了大批量生產(chǎn)的制造。
盡管已經(jīng)詳細(xì)圖示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但顯然，在不脫離如所附權(quán)利要求中所闡述本發(fā)明范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行的變更和修改。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管燈，包括襯底；發(fā)光二極管芯片，其具有安裝到所述襯底的第一端子和第二端子；第一引腳，其電耦合到所述發(fā)光二極管的所述第一端子；第二引腳，其電耦合到所述發(fā)光二極管的所述第二端子；具有孔的容器，所述襯底的至少一部分和所述發(fā)光二極管芯片通過所述孔被插入所述容器中；彈性體密封劑，其在所述容器內(nèi)至少包圍所述發(fā)光二極管芯片；以及剛性密封劑，其位于所述容器的所述孔內(nèi)所述彈性體密封劑上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈，其中所述彈性體密封劑包括硅酮密封劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈，其中所述第一引腳用接合線電耦合到所述發(fā)光二極管的所述第一端子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈，其中所述發(fā)光二極管芯片是倒裝芯片發(fā)光二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈，其中所述發(fā)光二極管芯片包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換覆蓋層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管燈，其中所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換覆蓋層包括散布在彈性體基體中的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換顆粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管燈，其中所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換覆蓋層包括散布在硅酮基體中的熒光顆粒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈，其中所述發(fā)光二極管芯片發(fā)射波長(zhǎng)在200nm和570nm之間的光。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈，其中所述第二密封劑包括邵氏硬度大于D70的剛性聚合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈，其中所述第二密封劑包括散布在剛性聚合物中的導(dǎo)熱填料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈，其中所述第二密封劑具有大于0.5W/m°K的導(dǎo)熱率。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈，其中所述第一引腳和所述第二引腳被切開以便將所述發(fā)光二極管燈從引線框帶分離。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光二極管燈，其中所述襯底是與所述第二引腳集成的金屬襯底，并且所述發(fā)光二極管芯片可導(dǎo)電地安裝到所述金屬襯底。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈，其中所述襯底是印刷電路板襯底。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈，其中所述第一引腳是所述襯底的第一背面端子，所述第二引腳是所述襯底的第二背面機(jī)端子，所述第二密封劑將所述襯底部分密封，以便密封所述容器內(nèi)的所述彈性體密封劑同時(shí)允許到所述第一背面端子和到所述第二背面端子的電連接。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈，其中所述襯底是鷗翼型襯底或J形引腳襯底。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈，還包括多個(gè)發(fā)光二極管芯片，其中所述容器具有多個(gè)模杯，至少一個(gè)發(fā)光二極管芯片將光發(fā)射入所述多個(gè)模杯中的每一個(gè)，所述彈性體密封劑包圍每個(gè)所述發(fā)光二極管芯片。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈，其中所述彈性體密封劑具有第一折射率并形成初級(jí)透鏡，所述容器具有第二折射率并形成次級(jí)透鏡，所述第一折射率選擇為大于所述第二折射率。
19.一種制造發(fā)光二極管器件的方法，包括將發(fā)光二極管芯片管芯安裝到襯底；將所述發(fā)光二極管芯片電連接到所述發(fā)光二極管器件的引腳；將未凝固的彈性體密封劑通過所述發(fā)光二極管器件的容器的孔分配到所述容器中；通過所述孔插入所述發(fā)光二極管芯片和襯底以便用彈性體密封劑包圍所述發(fā)光二極管芯片；以及使所述彈性體密封劑凝固。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，在通過所述孔插入所述發(fā)光二極管芯片和襯底的所述步驟之后，還包括將第二密封劑分配到所述容器中所述凝固的彈性體密封劑之上；以及使所述第二密封劑凝固。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法。發(fā)光二極管(“LED”)器件具有安裝到襯底的LED芯片。LED芯片的端子電耦合到LED器件的引腳。LED器件的容器內(nèi)的彈性體密封劑包圍LED芯片。第二密封劑布置在彈性體密封劑上的容器孔內(nèi)。
文檔編號(hào)H01L33/56GK1825641SQ20051011505
公開日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2005年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月22日
發(fā)明者周東發(fā) 申請(qǐng)人:安捷倫科技有限公司