專利名稱：發(fā)光二極管元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光技術(shù)。特別地，其涉及單芯片及多芯片發(fā)光二極管元件及其制造方法，同時將對其進行詳細地描述。然而，本發(fā)明主要應(yīng)用于發(fā)光封裝，并且可用于封裝單片發(fā)光二極管陣列管芯(dice)、邊緣發(fā)射激光器管芯、垂直腔發(fā)光管芯或者單片激光陣列管芯、有機發(fā)光器件或有機發(fā)光陣列器件等。本發(fā)明的發(fā)光封裝及元件基本上可適用于任何使用一個或多個光源的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管元件在小型、堅固的、可靠的封裝中提供發(fā)光。已經(jīng)開發(fā)出許多種色彩的發(fā)光二極管，橫跨可見光譜并且延伸到紅外區(qū)和紫外區(qū)。雖然通常每個發(fā)光二極管只在很窄的光譜范圍內(nèi)發(fā)光，但可以將原色發(fā)光二極管結(jié)合以發(fā)射白光。在另一用于產(chǎn)生白光的方法中，來自藍、紫、或者紫外發(fā)光二極管的光與適合的熒光劑結(jié)合以產(chǎn)生白光。通過合適選擇發(fā)光管芯元件、熒光劑、以及管芯元件和熒光劑組合，可以類似地生成其他色彩。
關(guān)于發(fā)光二極管元件或者封裝的一個問題涉及光輸出強度。早期的發(fā)光二極管的光輸出強度較低，通常無法與白熾和熒光光源競爭。關(guān)于晶體生長、器件制造、封裝方法、熒光材料等的改進已經(jīng)大大提高了現(xiàn)代發(fā)光二極管封裝的光輸出強度。然而，人們?nèi)栽趯で筇岣吖廨敵鰪姸取?br> 關(guān)于發(fā)光二極管元件和封裝的另一個問題涉及堅固性(ruggedness)。通常使用的封裝技術(shù)例如將管芯結(jié)合到引線框?qū)⒅瞥鲚^脆弱的發(fā)光封裝。另外，發(fā)光二極管元件和封裝趨向于復(fù)雜化。例如，典型的單芯片封裝可以包括發(fā)光二極管管芯、引線框、在發(fā)光二極管管芯和一部分引線框上設(shè)置的密封劑以及嵌在密封劑中的熒光劑。
多芯片封裝通常進一步增加了復(fù)雜度。Lowery在編號為6,504,301的美國專利中所公開的這種多芯片封裝的一個實例，示出了包括通常在支撐物上所設(shè)置的多個發(fā)光管芯的絲線結(jié)合互聯(lián)的多種排列，該支撐物置于包括圓筒狀外殼和熒光板的殼體中。在編號為6,660,175的美國專利中Baretz等人公開了類似的多芯片封裝。Baretz公開了在殼體中設(shè)置的密封劑中所包含的熒光劑。諸如Lowery和Baretz的那些多芯片封裝的復(fù)雜性將不利地影響到可制造性、可靠性及制造成本。
關(guān)于典型發(fā)光二極管封裝和元件的另外一個重要問題是使用壽命。由于脫色或由紫外線或短波長可見光照射而導(dǎo)致的密封體或其他材料的其他退化，導(dǎo)致使用紫外線或者短波長可見光的熒光劑波長轉(zhuǎn)換的封裝的性能通常隨著時間而退化。
本發(fā)明旨在提供克服上述及其他限制的改進裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個方面，公開了一種發(fā)光封裝。印刷電路板支撐至少一個發(fā)光管芯并且具有至少兩個接電端(electrical terminal)。印刷電路板的印刷電路將至少一個發(fā)光管芯與至少兩個接電端相連以向其提供電能。在至少一個發(fā)光管芯上設(shè)置了透光罩，但是罩沒有置于所述至少兩個電極之上。罩具有開口端，其確定了與印刷電路板相連的罩周邊。罩的內(nèi)表面與印刷電路板一起確定了包含所述至少一個發(fā)光管芯的內(nèi)部容積(interior volume)。密封劑設(shè)置在內(nèi)部容積中，并且至少覆蓋發(fā)光管芯。
根據(jù)另一個方面，公開了一種發(fā)光封裝。在支撐物上設(shè)置至少一個發(fā)光管芯。在所述至少一個發(fā)光管芯上方的支撐物上設(shè)置玻璃罩。玻璃罩和支撐物共同確定了包含所述至少一個發(fā)光管芯的內(nèi)部容積。密封劑設(shè)置在內(nèi)部容積中，并且密封所述至少一個發(fā)光管芯。
根據(jù)另一個方面，公開了一種發(fā)光封裝。在支撐物上至少設(shè)置一個發(fā)光管芯。在至少一個發(fā)光管芯上方的支撐物上設(shè)置整體透光罩，整體罩和支撐物共同確定基本封閉的包含所述至少一個發(fā)光管芯的內(nèi)部容積。密封劑設(shè)置在內(nèi)部容積中，并且密封所述至少一個發(fā)光管芯。
根據(jù)又一個方面，提供了一種用于制造發(fā)光封裝的方法。至少一個發(fā)光管芯電連接至且機械連接至印刷電路板。透光罩固定在印刷電路板上。透光罩覆蓋至少一個發(fā)光管芯。固定的透光罩和印刷電路板共同確定內(nèi)部容積。在內(nèi)部容積中設(shè)置密封劑。
根據(jù)又再一個方面，提供了一種用于在表面上設(shè)置熒光劑的方法。在表面上設(shè)置粘合劑。將熒光粉施加至粘合劑。使粘合劑硬化。
在閱讀和理解了本說明書之后，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，本發(fā)明的許多優(yōu)點和好處將變得顯而易見。


本發(fā)明可以在各種元件和元件的排列中、以及在各種工藝過程和工藝過程的排列中體現(xiàn)。附圖僅僅用于示出優(yōu)選實施例的目的，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
圖1示出發(fā)光元件或者封裝的立體圖；圖2示出圖1的發(fā)光封裝的印刷電路板的立體圖，該發(fā)光封裝具有發(fā)光管芯或芯片以及在其上設(shè)置的相關(guān)電氣元件；圖3示出圖1的發(fā)光元件或者封裝的立體圖，其中去掉了一部分熒光透光罩，以示出發(fā)光封裝的內(nèi)部部件；圖4是用于制造圖1的發(fā)光封裝的流程圖；圖5示出具有背部接線端(electrical terminal)的另一種發(fā)光元件或者封裝的立體圖；圖6示出具有長型雙列排列的發(fā)光芯片的另一種發(fā)光元件或者封裝的立體圖。在圖6中，去掉了熒光透光罩的一部分，以示出一些發(fā)光管芯或者芯片，以及其他內(nèi)部元件；圖7示出又一種發(fā)光元件或者封裝的立體圖，其中發(fā)光管芯和熒光劑由分開的密封劑所密封。在圖7中，熒光透光罩的一部分被除去，以示出發(fā)光封裝的內(nèi)部部件；圖8是用于制造圖7的發(fā)光封裝的流程圖；以及圖9示出另一種發(fā)光元件或者封裝的立體圖，其中印刷電路板包括兩條蒸鍍的導(dǎo)電線路。在圖9中，去掉了熒光透光罩的一部分，以示出發(fā)光封裝的內(nèi)部部件。
具體實施例方式
參照圖1至圖3，發(fā)光封裝8包括印刷電路板10，其上設(shè)置一個或多個發(fā)光芯片或管芯。優(yōu)選地，印刷電路板可以充分導(dǎo)熱。例如，可以使用金屬芯材的印刷電路板。在示出的實施例中，三個發(fā)光芯片或者管芯12、14、16設(shè)置在電路板10上；然而，管芯的數(shù)目可以是一個管芯，兩個管芯，或者多于三個管芯。管芯(die或dice)可以是III族氮化物藍或紫外發(fā)光二極管、紅色III族磷化物或III族砷化物發(fā)光二極管、II-VI族發(fā)光二極管、IV-VI族發(fā)光二極管、硅或硅鍺發(fā)光二極管等。在某些預(yù)期的實施例中，管芯為邊緣發(fā)射激光器或者垂直腔表面發(fā)射激光器。發(fā)光芯片或管芯還可以是有機發(fā)光二極管或器件。每個發(fā)光管芯可以是裸管芯，或者每個管芯可以包括各自的密封劑。除此之外，管芯可以是單片陣列的發(fā)光二極管臺面(mesas)、垂直腔表面發(fā)射激光器臺面等。在示出的實施例中，管芯12、14、16對應(yīng)于反射井22、24、26設(shè)置；然而，管芯可以安裝在印刷電路板10的平坦表面上，或者可以安裝在凸起的底座或其他抬高的支撐結(jié)構(gòu)上。在某些實施例中，在印刷電路板10的一部分或全部邊緣上設(shè)置有反射層以提高封裝8的光提取率，其中在該印刷電路板上設(shè)置了發(fā)光管芯12、14、16。
具體來參考圖3，示出的印刷電路板10包括夾在絕緣層32、34之間的一個或多個印刷電路層30。通常，在印刷電路板10的管芯附著面上形成電焊盤，電焊盤使用穿過絕緣層32的合適的過開口將管芯12、14、16與印刷電路30電連接。可以使用不同的方式將管芯12、14、16機械連接至且電連接至印刷電路板10，例如通過管芯電極與印刷電路板10的電焊盤的倒裝結(jié)合；通過將管芯焊接至板10并且使用絲線結(jié)合將管芯電極與印刷電路板10的電焊盤電連接；通過將管芯焊接至引線框(未示出)，進而將其安裝至印刷電路板10；等等。管芯連接物可以包括底座(sub-mount)(未示出)，其設(shè)置在發(fā)光管芯或芯片與印刷電路板或其他支撐物之間，或者在芯片與引線框之間。除此之外，可以考慮使用在公共襯底上形成單片發(fā)光二極管陣列，而不是如在此示出的安裝單個管芯。在該設(shè)想實施例中，公共襯底被焊接或以其他的方式固定至印刷電路板10，并且電連接至通過絲線結(jié)合形成的單個發(fā)光臺面或結(jié)構(gòu)，以及連接至在公共襯底上形成的導(dǎo)電線路等。可選地，具有透明公共襯底的單片陣列可以用于倒裝，其中，將發(fā)光臺面或結(jié)構(gòu)的電極直接結(jié)合至電焊盤。
優(yōu)選地，印刷電路板10進一步包括散熱結(jié)構(gòu)，例如接地板或金屬芯38，以向發(fā)光芯片或管芯12、14、16提供散熱?？蛇x地，在金屬芯38的管芯連接表面遠端一側(cè)設(shè)置絕緣背板(未示出)。在低功率發(fā)光封裝、安裝于散熱表面上的封裝等中，可以選擇省略散熱。另外，在某些實施例中，印刷電路層或多層30可以提供足夠的散熱。在再一個實施例中，形成絕緣層32、34的材料選擇為導(dǎo)熱材料，以使這些層提供散熱。
可選地，印刷電路板10支撐相關(guān)的電子元件，例如齊納二極管元件44，其包括一個或多個通過印刷電路30跨越發(fā)光管芯12、14、16而連接的齊納二極管，用來為這些管芯提供靜電放電保護。類似地，電能轉(zhuǎn)換電路、電能調(diào)節(jié)電路、整流電路等可以作為附加電路被包括在印刷電路板10上。這些元件可以被設(shè)置為一個或多個分離元件，或者專用集成電路(ASIC)。另外，電插座、適配器、接電端46等可以設(shè)置在印刷電路板10上。在某些實施例中，可以考慮包括一套以上接電端，例如可以使多個發(fā)光封裝能夠串、并、或串并互聯(lián)。印刷電路30包括連接接電端46與發(fā)光管芯或芯片12、14、16的線路，以使施加給接電端46的合適電能給發(fā)光管芯或芯片12、14、16和相關(guān)的電路(如果有的話)例如齊納二極管元件44施加電壓。印刷電路板10可以包括其他的特征，例如用于機械安裝或固定發(fā)光封裝8的安裝插座、安裝開口50、52等。
所述的印刷電路板10是一個實例。還可以使用其他類型的印刷電路板或其他的支撐結(jié)構(gòu)。例如，印刷電路線路可以設(shè)置在管芯連接表面上和/或其下表面上，而不是夾在絕緣層32、34之間。因此，例如，印刷電路板可以是電絕緣支撐物，在該支撐物上具有以蒸鍍和形成圖案或其他方式形成的導(dǎo)電線路。另外，可以以例如具有焊接或以其他機械方式固定至散熱的發(fā)光管芯、以及絲線結(jié)合至電焊盤的管芯電極的散熱來代替印刷電路板。
繼續(xù)參照圖1至圖3，發(fā)光封裝8還包括設(shè)置在發(fā)光管芯或芯片12、14、16上方的透光罩60。透光罩具有開口端，其限定與印刷電路板10相連接的罩周邊62。在示出的實施例中，印刷電路板10包括可選的容納透光罩60的周邊62的環(huán)形凹槽66，在發(fā)光封裝8中透光罩是半球形穹窿狀罩。凹槽66引導(dǎo)將罩60定位在印刷電路板10上，并且還可選地用來輔助將罩固定在板上。在某些實施例中，省略了圓形凹槽66，在這種情況中，通過其他的方法定位罩60在印刷電路板10上的放置，例如通過使用自動裝配夾具。
可以使用各種方法將透光罩60固定于印刷電路板10，例如，通過粘合劑、通過周邊62和凹槽66之間的摩擦固定、通過扣件、等等。透光罩60和印刷電路板10一起限定了包含發(fā)光管芯或芯片12、14、16的內(nèi)部容積70。在某些實施例中，透光罩60的周邊62和印刷電路板10之間的結(jié)合實際上為氣密密封結(jié)合，充分地氣密密封內(nèi)部容積70。在其他的實施例中，周邊62和印刷電路板10之間的結(jié)合不是氣密密封，而是可以包括一個或多個間隙、開口等。
熒光劑72(在圖3中以點線表示)可選地設(shè)置在罩60的內(nèi)表面上。如果設(shè)置了熒光劑，則其被選擇用于產(chǎn)生發(fā)光管芯或芯片12、14、16產(chǎn)生一部分或基本全部的光所需的波長轉(zhuǎn)換。術(shù)語“熒光劑”應(yīng)當(dāng)理解為包括單種熒光劑化合物或兩種或多種化學(xué)性質(zhì)不同的單獨的化合物的混合物，其中，單獨的化合物被選來產(chǎn)生所選擇的波長轉(zhuǎn)換。在表1中提供了適合的熒光劑化合物的實例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地選擇其他適合于進行特定光轉(zhuǎn)換的熒光劑。在一個實施例中，發(fā)光管芯或芯片12、14、16為藍、紫、紫外發(fā)射體，例如III族氮化物發(fā)光二極管，并且熒光劑72將管芯或芯片12、14、16所產(chǎn)生的多數(shù)或基本上全部光轉(zhuǎn)換為白光。在另一個實施例中，發(fā)光管芯或芯片12、14、16為藍光發(fā)射體，例如III族氮化物發(fā)光二極管，并且熒光劑72為將某些藍光轉(zhuǎn)換為黃光的黃熒光劑，其中直射藍光和非直射黃熒光劑所生成的黃光結(jié)合用于產(chǎn)生白光。在又一個實施例中，發(fā)光管芯或芯片12、14、16為藍、紫、或紫外發(fā)射體，并且熒光劑72將所發(fā)射的多數(shù)或基本上全部的光轉(zhuǎn)換為所選顏色的光，例如綠、黃、紅、等等，因此發(fā)光封裝8產(chǎn)生了彩色光。這些只是實例，并且實際上，通過對以所選擇波長進行輸出的發(fā)光管芯或芯片12、14、16的合適選擇，和對熒光劑72的合適選擇，可以對由發(fā)光管芯或芯片12、14、16所產(chǎn)生的光進行任意轉(zhuǎn)換。在某些實施例中，省略了熒光劑72，由發(fā)光二極管12、14、16產(chǎn)生的直射光就是發(fā)光封裝的光輸出。
在某些實施例中，透光罩60為玻璃罩，其中“玻璃”不限于基于二氧化硅材料，而是基本包含任意無機物的、非晶透明材料。使用玻璃制造罩60具有優(yōu)于塑料或其他有機罩的某些優(yōu)點。通常，玻璃比多數(shù)塑料具有更好的熱穩(wěn)定性。玻璃更容易涂上光學(xué)涂層，例如波長選擇性反射涂層、波長選擇性吸收涂層等。此外，與多數(shù)塑料相比，玻璃通常更能抗劃刻。另外，在發(fā)光管芯或芯片12、14、16產(chǎn)生紫外或短波長可見光的實施例中，玻璃具有特定的優(yōu)點，這是因為這些波長的光可以隨著時間而導(dǎo)致透明塑料的脫色或在其他方面降低其光學(xué)品質(zhì)。在其他的實施例中，透光罩60由塑料或另一種有機透明材料制成。在除此之外的其他設(shè)想實施例中，罩60由結(jié)晶透明材料制成，例如結(jié)晶石英。這種結(jié)晶罩通常享有玻璃罩的許多優(yōu)點。
另外，印刷電路板10可以包括不同的用于提高光提取效率的反光涂層或反光表面。在某些實施例中，在印刷電路板的設(shè)置有發(fā)光管芯或芯片12、14、16和罩60的基本整個表面，可反射由發(fā)光芯片所產(chǎn)生的光和熒光劑72所產(chǎn)生的光。在其他實施例中，印刷電路板的由罩60所覆蓋的部分或區(qū)域可反射由發(fā)光芯片所產(chǎn)生的光和熒光劑72所產(chǎn)生的光，而在由罩60之外的印刷電路板表面的部分或區(qū)域主要可反射由熒光劑72所產(chǎn)生的光。這些后面的實施例適用于當(dāng)由發(fā)光管芯或芯片12、14、16所產(chǎn)生的直射光基本上全部被熒光劑轉(zhuǎn)換，以至于輸出光基本上全都來自于熒光劑。通過使用不同的反射涂層或罩60的內(nèi)表面和外表面，可以針對想要反射的光譜而對每個反射涂層或表面單獨地進行優(yōu)化。
應(yīng)當(dāng)理解，本文中用來描述罩60的術(shù)語“透明”指的是由發(fā)光封裝8產(chǎn)生所需的光輸出。光輸出包括由熒光劑72(如果存在)響應(yīng)發(fā)光管芯或芯片12、14、16的照射所產(chǎn)生的光。在某些實施例中，光輸出包括由發(fā)光管芯或芯片12、14、16所產(chǎn)生的直射光的一部分或者全部。隨后的實施例的實例為白光，其中白輸出光為由發(fā)光管芯或芯片12、14、16所發(fā)射的藍光和由熒光劑73所發(fā)射的黃光的混合，或者在實施例中徹底省略了熒光劑72。當(dāng)由發(fā)光管芯或芯片12、14、16所產(chǎn)生的直射光對輸出光有貢獻時，罩60應(yīng)當(dāng)至少部分地對該直射光是透明的。在其中輸出光是單獨由熒光劑72所產(chǎn)生的實施例中，另一方面，罩60可以對熒光劑輸出是透明的，但是對發(fā)光管芯或芯片12、14、16所產(chǎn)生的直射光部分或全部反射或吸收。這樣的發(fā)光封裝的實例是白光發(fā)射封裝，其中輸出白光是通過熒光劑72響應(yīng)由發(fā)光管芯或芯片12、14、16所產(chǎn)生的紫或紫外光而產(chǎn)生的。
可以使用適合的熒光劑噴涂處理將熒光劑72涂到透光罩60的內(nèi)表面，諸如例如靜電噴涂、稀漿涂布、噴涂、等等。另外，可以將熒光劑設(shè)置于除了罩60的內(nèi)表面以外的其他位置。例如，可以使用例如噴涂、外表面噴涂等，將熒光劑涂于罩60的外表面，或者罩60的內(nèi)和外兩個表面。在除此之外的另一個實施例中，將熒光劑嵌入到透光罩60的材料中。然而，不容易將熒光劑嵌入到多數(shù)玻璃或晶狀材料中。在某些實施例中，將熒光劑設(shè)置在玻璃乳劑中，玻璃乳劑被旋涂或噴涂到罩60的內(nèi)和/或外表面上。
在一個適合的施加熒光劑(phosphorize)處理中，通過使用作為膠水的液體或低粘度半固體材料的處理，來制備罩60的內(nèi)表面。例如，液體材料可以是液體環(huán)氧樹脂或硅樹脂?？梢允褂貌煌姆绞絹硗磕z水材料，例如通過噴涂、刷涂、或者用其在適合的溶劑(例如丙酮或甲基異丁基甲酮(MIBK))中的工作配方(workingformulation)或其溶液進行蘸涂。然后，通過噴粉、蘸涂或者傾倒粉末形式的熒光劑來沉積熒光劑，沉積方法的選擇基于罩60內(nèi)表面的性質(zhì)。例如，傾倒熒光粉適用于傾倒入罩60的凹狀內(nèi)表面。另一方面，對于涂敷外60的外表面，通常蘸涂是更好的方法。接下來，通過溶劑蒸發(fā)、熱或UV硬化等來使膠水硬化，以形成熒光劑層。
表1熒光劑化合物實例

可以對上述的熒光劑沉積和硬化處理實例的進行重復(fù)或不同的組合，例如沉積一種以上的熒光劑或熒光劑混合物，或者按照要求實現(xiàn)所要求的厚度或分層結(jié)構(gòu)?？蛇x地，最后一層可以使用透明膠水或其他合適的材料來覆蓋熒光劑涂層，以提供機械保護、濾除周圍環(huán)境的紫外光或者來自發(fā)光管芯12、14、16的多余輻射，等等。
可選地，除了熒光劑72，透光罩60還包括一個或多個光學(xué)涂層。在某些實施例中，將抗反射涂層涂于罩60的內(nèi)和/或外表面，以提高透光率。在由發(fā)光管芯或芯片12、14、16產(chǎn)生的直射光不構(gòu)成部分輸出光的實施例中，可選地，透光罩60包括可選波長反射涂層，以將直射光反射回內(nèi)部容積70中，在該內(nèi)部容積中，其具有與熒光劑72進行相互作用的額外機會。
在優(yōu)選實施例中，可選地，透光罩60為整體罩，例如整體玻璃罩、整體注塑塑料罩等。將罩60制造成一整塊，簡化了發(fā)光封裝8的組裝。整體罩60的另一個優(yōu)點是通過確保罩60的周邊62與印刷電路板10之間充分地密封來獲得內(nèi)部容積70的充分地密封。透光罩60可以包括類似寶石的小平面(facet)、菲涅耳透鏡外形、或者其他提高光散射的光折射特征，以產(chǎn)生空間上更均勻的光輸出。類似地，可以使用已經(jīng)用沙子蝕刻的磨砂玻璃等來制造透光罩60，以產(chǎn)生光散射。
具體來參考圖3，在發(fā)光封裝8中，使用密封劑76來充分地填充內(nèi)部容積70。例如，密封劑76可以是例如硅樹脂密封劑、環(huán)氧樹脂密封劑等。對于由發(fā)光管芯或芯片12、14、16所產(chǎn)生的光，密封劑76是透明，并且作為折射率匹配材料來提高發(fā)光管芯或芯片12、14、16的光提取，并且優(yōu)選地，還提高與熒光劑72的光耦合，如果由發(fā)光管芯12、14、16所產(chǎn)生的直射光直接貢獻于封裝的光輸出，則優(yōu)選地，提高進入罩60的光傳輸。
在某些實施例中，熒光劑散布于與密封劑76為相同材料的粘合劑材料中。在其他實施例中，熒光劑粘合劑材料是不同的材料，其具有與密封劑76良好的折射率匹配。在除此之外的其他實施例中，密封劑76作為用于熒光劑72的粘合劑材料。應(yīng)當(dāng)理解，雖然在圖3中示出的熒光劑72大體上沿著罩60的內(nèi)表面分布，在某些實施例中熒光劑72可以離開罩60的內(nèi)表面延伸一定的距離，并且進入設(shè)置在內(nèi)部容積70中的密封劑76內(nèi)。在某些設(shè)想的實施例中，熒光劑大體上分布在密封劑76內(nèi)，并且甚至可以均勻地分布在整個密封劑76中。然而，如同在國際公開WO2004/021461 A2中所述，在空間上將熒光劑與發(fā)光管芯或芯片分開具有效率優(yōu)勢。因此，在優(yōu)選實施例中，將熒光劑設(shè)置于罩60的內(nèi)表面上，或者設(shè)置為更靠近罩60，而不是發(fā)光管芯或芯片12、14、16。
在發(fā)光管芯護芯片12、14、16為裸管芯(即，沒有單獨密封)的實施例中，密封劑76提供了發(fā)光管芯或芯片12、14、16的普通密封劑，其保護芯片不受暴露于濕氣或其他有害的環(huán)境效應(yīng)導(dǎo)致的損害。密封劑76還可以為發(fā)光管芯或芯片12、14、16提供灌封(potting)，以提高發(fā)光封裝8的堅固性，并且使得發(fā)光封裝8更能抵御來自震動或其他機械干擾的損害。
在某些實施例中，罩60密封至印刷電路板10。并且在透光罩密封后將密封劑76注入內(nèi)部容積70中。為了使密封劑能夠注入，在印刷電路板10上設(shè)置了開口80、82。可選地，開口可以設(shè)置在透光罩中或在罩的周邊與印刷電路板之間的交界處。優(yōu)選地，至少設(shè)置兩個這樣的開口80、82，以使在將密封劑材料注入一個開口時，被排出的空氣可以通過另一個開口排出。在其他實施例中，使用單個細長的或者其他形式的加大的開口來為流入的密封劑和流出的排出氣提供容積。
在內(nèi)部容積70被充分密封的實施例中，注入的密封劑76可以是由內(nèi)部容積70包含的液態(tài)或非剛性半固體密封劑。在某些實施例中，可以使液態(tài)或非剛性半固體密封劑保持非硬化，這是因為密封防止了密封劑的泄漏。另外，可選地，密封使在一定壓力下注入密封劑，以使密封劑處于高于大氣壓的壓力下。在某些實施例中，沒有密封內(nèi)部容積70，并且一些注入的密封劑材料可能泄漏出來。應(yīng)當(dāng)理解，對于具有合適高粘度的密封劑材料，所泄漏的密封劑材料的數(shù)量是有限的，并且當(dāng)注入的密封劑硬化或者以其他方式硬化為固體時，由于它們可以幫助密封內(nèi)部容積70，因此，這些泄漏的密封劑材料在這種情況下甚至可能是有利的。
繼續(xù)參照圖1至圖3和進一步參照圖4，描述了用于制造發(fā)光封裝8的處理100的實例。在管芯連接處理102中，將發(fā)光管芯或芯片12、14、16機械連接至且電連接至印刷電路板10。管芯連接可以包括倒裝結(jié)合、焊接、絲線結(jié)合、等等。個別地，如果在封裝8中包括了熒光劑，則在施加熒光劑處理(phosphorizing process)104中，使用熒光劑72涂敷透光罩60的內(nèi)表面(可選地，和/或外表面)。在罩中具有嵌入的熒光劑的實施例中，省略施加熒光劑處理104，并且更換為在罩60的注塑或其他的形成過程中加入熒光劑。接下來在密封處理106中將罩固定(可選地，密封)至印刷電路板10。密封處理106限定內(nèi)部容積70，可選地，其為密封容積。接下來，在密封劑注入處理108中將密封劑76通過開口80、82注入內(nèi)部容積70中。如果密封劑材料需要硬化，則在硬化處理110中硬化密封劑。在密封劑76的注入和可選硬化之后，可選地，在密封處理112中使用適合的密封材料將開口80、82密封。在某些實施例中，密封劑76還密封開口80、82，因此在這些實施例中省略了單獨的密封處理112。
參照圖5，另一種發(fā)光封裝8′包括印刷電路板10′和具有限定罩周邊62′的開口端的透光罩60′，其在圖5中示出并且分別相應(yīng)于發(fā)光封裝8的印刷電路板10、罩60、和罩周邊62。同時，發(fā)光封裝8′包括發(fā)光封裝8的大部分其他元件，然而在圖5中的外部立體圖中部能夠看到它們。發(fā)光封裝8′與圖1至圖3中的發(fā)光封裝8的不同在于在發(fā)光封裝8的接電端46在發(fā)光封裝8′中被設(shè)置在印刷電路板10′的背面的四個接電端所代替。通過存在于印刷電路板10′內(nèi)部或上面的適合的印刷電路，接電端46′與設(shè)置在罩60′內(nèi)的發(fā)光管芯電相連。例如，背面的接電端46′可以設(shè)置用于插入匹配的四管腳表面安裝插座開口中。
參照圖6，另一種具有長條形狀的發(fā)光封裝8″包括印刷電路板10″，其上沿著板帶以雙行排列的反射井22″中設(shè)置多個發(fā)光管芯或芯片12″。印刷電路板10″包括一層或多層夾在絕緣層32″、34″之間的印刷電路層30″和接地板或金屬芯38″。設(shè)置在印刷電路板10″上的接電端46″通過印刷電路30″將電能輸送至發(fā)光管芯或芯片12″。透光罩60″為管狀，用來覆蓋長雙行的發(fā)光管芯或芯片12″并且具有限定周邊62″的開口端，開口端由形成在印刷電路板10″中的匹配凹槽66″所容納。管狀的罩60″與固定在一起的印刷電路板10″限定包含發(fā)光管芯或芯片12″的長條狀或管狀內(nèi)部容積70″?？蛇x地，熒光劑72″涂敷在管狀罩60″的內(nèi)表面。密封劑76″充分地填充內(nèi)部容積70″，以密封和鑄封發(fā)光管芯或芯片12″以及可選的熒光劑72″。
參照圖7，除此之外另一種發(fā)光封裝208包括印刷電路板210，其上設(shè)置有一個或多個(在示出的實施例中具體為三個)發(fā)光管芯或芯片212。在發(fā)光封裝208中，發(fā)光管芯或芯片212沒有設(shè)置在反光井中；相反地，它們被表面安裝在印刷電路板210水平的表面上。印刷電路板210包括一個或多個夾在絕緣層232、234之間的印刷電路層230，以及接地板或金屬芯238。齊納二極管元件244為發(fā)光管芯或芯片212提供靜電放電保護。設(shè)置在印刷電路板210上的接電端246通過印刷電路230向發(fā)光管芯或芯片212輸送電能。透光罩260覆蓋發(fā)光管芯或芯片212，并且具有限定與印刷電路板210相連的周邊262的開口端，以限定包含發(fā)光管芯或芯片210的內(nèi)部容積270?？蛇x地，在透光罩260的內(nèi)表面涂敷熒光劑272。發(fā)光元件或封裝208上述部件類似于在圖1-3中所示的發(fā)光元件或封裝8的相應(yīng)部件。
發(fā)光封裝208內(nèi)部容積中所設(shè)置的密封劑的結(jié)構(gòu)與發(fā)光封裝8不同。在發(fā)光封裝208中，第一密封劑276密封并可選地鑄封發(fā)光管芯或芯片212，但是沒有充分填充內(nèi)部容積270。在某些實施例中，第一密封劑276可以只密封一個或多個發(fā)光管芯或芯片212。如果在封裝208中包括熒光劑，第二密封劑278密封熒光劑272。在某些實施例中，第二密封劑278為熒光劑270的粘合材料。例如，熒光劑272可以涂于罩260的內(nèi)表面，并且在該實施例中的密封劑為所涂的熒光劑的粘合材料。通常，第一和第二密封劑276、278可以是不同的材料。在第一和第二密封劑276、278之間留有足夠的間隙280。通常，縫隙280包含空氣；然而，同時也設(shè)想使用惰性氣體來充入間隙280，以減少發(fā)光封裝208中的濕氣。在除此之外另一個實施例中，使用不同于第一和第二密封劑276、278中至少一個的第三密封劑。在發(fā)光封裝208中，在印刷電路板210中沒有用于容納罩260周邊262的凹槽。然而，可選地，類似于發(fā)光封裝8的凹槽66的凹槽可以用于對準，以及可選地有助于將罩260固定至印刷電路板210。
繼續(xù)參照圖7以及進一步參照圖8，描述了用于制造發(fā)光封裝208的實例流程300。在管芯連接處理302中，將發(fā)光管芯或芯片212與印刷電路板210機械和電相連。管芯連接可以包括倒裝結(jié)合、焊接、絲線結(jié)合、等等。在第一密封處理304中將所安裝的發(fā)光管芯或芯片212密封或鑄封在印刷電路板210上，并且第一密封劑276在涂于印刷電路板210的第一步硬化處理306中被硬化。
單獨地，在施加熒光劑處理310中使用熒光劑272涂敷透光罩260的內(nèi)表面(可選地，和/或外表面)。在罩中嵌有熒光劑的實施例中，省略了施加熒光劑處理310并且代之以在罩260的注塑或其他成型過程中加入熒光劑。在第二密封處理312中，將熒光劑密封在透光罩260上，并且在應(yīng)用于透光罩314的第二硬化處理314中硬化第二密封劑278。如果從封裝208中省略熒光劑272的話，那么相應(yīng)地省略處理310、312及314。在某些實施例中，密封劑278為熒光劑272的粘合材料；在這些實施例中，將施加熒光劑處理310和第二密封處理312合并。接下來，在固定處理316中將透明熒光罩固定(可選地，密封)至印刷電路板210。固定處理316限定內(nèi)部容積270，可選地，其為密封容積。
參照圖9，除此之外另一種發(fā)光封裝408包括印刷電路板410，該印刷電路板上，將單個管芯或芯片412表面安裝至印刷電路板410的水平表面。印刷電路板410包括兩條印刷電路線路430、431，其設(shè)置在與發(fā)光管芯412相同的表面上。這兩條導(dǎo)電線路430、431可以通過金屬蒸鍍等形成。絲線結(jié)合436、437將發(fā)光管芯或芯片412的上側(cè)電極與導(dǎo)電線路430、431連接。印刷電路板包括絕緣層432，其上形成有兩條印刷電路線路430、431，以及可選的接地板或金屬芯438。透光罩460覆蓋發(fā)光管芯或芯片412，并且具有限定與印刷電路板410相連的周邊462的開口端，以限定包含發(fā)光管芯或芯片412的內(nèi)部容積470。該兩條印刷電路線路430、431由罩460內(nèi)部延伸至罩460外部，以提供進入內(nèi)部容積470的電傳遞?？蛇x地，在透光罩460的內(nèi)表面涂敷熒光劑472，并且密封劑476充分地填充內(nèi)部容積470。在透光罩460的周邊462所形成的兩個半圓形開口480、482容許密封劑材料的注入及相應(yīng)的空氣排出。就是說，發(fā)光封裝408的開口480、482與發(fā)光封裝8的印刷電路板開口80、82用作相同的目的(見圖3)。
繼續(xù)參照圖9，在透光罩的內(nèi)表面涂敷反射涂層488。反射涂層488完全反射由發(fā)光管芯或芯片412產(chǎn)生的光，但是對于熒光劑472響應(yīng)發(fā)光管芯或芯片412的照射而產(chǎn)生的光則基本上透明。在發(fā)光封裝408中，在反射涂層488上設(shè)置熒光劑472，并且延伸入密封劑476中一定距離。
已經(jīng)參照優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明。很顯然，其他人在閱讀并理解了前面的詳細描述后，可以作出修改和改變。旨在將本發(fā)明理解為包括所有這些范圍內(nèi)的修改和改變，因為它們處于權(quán)利要求書或其對等物的范疇之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光封裝，包括印刷電路板，其支撐至少一個發(fā)光管芯，并且具有至少兩個接電端，所述印刷電路板的印刷電路將所述至少一個發(fā)光管芯與所述至少兩個接電端連接，以向其提供電能；透光罩，其設(shè)置在所述至少一個發(fā)光管芯上方，但是不在所述至少兩個接電端上方，所述罩具有限定與所述印刷電路板相連的罩周邊的開口端，所述罩的內(nèi)表面與所述印刷電路板一起限定包含所述至少一個發(fā)光管芯的內(nèi)部容積；以及密封劑，其設(shè)置在所述內(nèi)部容積中，并至少覆蓋所述發(fā)光管芯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光封裝，其中，所述至少一個發(fā)光管芯和所述接電端設(shè)置在所述印刷電路板的相對向的側(cè)面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光封裝，其中，所述印刷電路板基本上平坦。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光封裝，其中，所述印刷電路板包括至少一個相應(yīng)于所述至少一個發(fā)光管芯的反射井，每個發(fā)光管芯設(shè)置在所述相應(yīng)的反光井內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光封裝，其中所述密封劑充分填充所述內(nèi)部容積。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光封裝，其中，至少兩個開口與所述內(nèi)部容積連通，所述開口形成在以下至少一個之中(i)所述印刷電路板，(ii)所述透光罩，以及(iii)所述罩周邊和所述印刷電路板之間的連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光封裝，其中所述開口用以下材料中的一種填充(i)一部分所述密封劑，以及(ii)填充材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光封裝，其中，所述透光罩為玻璃罩。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光封裝，進一步包括熒光劑，設(shè)置在所述罩的內(nèi)表面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光封裝，進一步包括光學(xué)涂層，設(shè)置在所述熒光劑和所述罩的內(nèi)表面之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光封裝，其中，所述密封劑包括硅樹脂密封劑，其充分填充所述內(nèi)部容積。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光封裝，其中，通過所述罩周邊和所述印刷電路板之間的連接充分密封所述內(nèi)部容積。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光封裝，其中，所述密封劑包括液態(tài)或非剛性半固體密封劑，其包含在由所述罩周邊和所述印刷電路板的所述連接得到的所述內(nèi)部容積內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光封裝，進一步包括粘合劑，其設(shè)置在所述罩周邊和所述印刷電路板之間，用于固定所述罩周邊和所述印刷電路板。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光封裝，其中，所述印刷電路板包括容納所述罩周邊的凹槽。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光封裝，其中，所述印刷電路板包括金屬芯印刷電路板，用于為所述至少一個發(fā)光管芯提供散熱。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光封裝，其中，所述至少一個發(fā)光管芯包括多個裸發(fā)光管芯，由所述密封劑共同密封，而不包括分離的密封劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光封裝，進一步包括熒光劑，設(shè)置在所述透光罩之上、之中、或之內(nèi)部。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)光封裝，其中，所述熒光劑設(shè)置在所述透光罩的外表面。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)光封裝，其中，所述熒光劑嵌入所述透光罩中。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)光封裝，其中，所述熒光劑分布在所述密封劑的遠離所述至少一個發(fā)光管芯并且靠近所述透光罩的部分中。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)光封裝，其中所述熒光劑設(shè)置在所述透光罩的所述內(nèi)表面上；以及所述密封劑充分填充所述內(nèi)部容積。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)光封裝，其中所述熒光劑設(shè)置在所述透光罩的所述內(nèi)表面上；以及所述密封劑包括(i)覆蓋所述至少一個發(fā)光管芯的第一部分；以及(ii)覆蓋設(shè)置在所述透光罩的所述內(nèi)表面上的所述熒光劑的第二部分。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)光封裝，其中所述印刷電路板的設(shè)置在所述透光罩內(nèi)部的表面可反射由所述至少一個發(fā)光管芯發(fā)射的光和由所述熒光劑發(fā)射的光；以及所述印刷電路板的設(shè)置在所述透光罩外部的表面可反射由所述熒光劑發(fā)射的光。
25.一種發(fā)光封裝，包括至少一個發(fā)光管芯；支撐物，其上設(shè)置有至少一個發(fā)光管芯；玻璃罩，設(shè)置在所述支撐物上在所述至少一個發(fā)光管芯上方，所述玻璃罩和所述支撐物共同限定包含所述至少一個發(fā)光管芯的內(nèi)部容積；以及密封劑，設(shè)置在所述內(nèi)部容積中，并且密封所述至少一個發(fā)光管芯。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的發(fā)光封裝，進一步包括熒光劑，設(shè)置在所述玻璃罩之上、之中、或之內(nèi)部。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的發(fā)光封裝，其中，所述熒光劑設(shè)置在所述玻璃罩的內(nèi)表面上。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的發(fā)光封裝，其中，所述密封劑充分填充所述內(nèi)部容積。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的發(fā)光封裝，進一步包括光學(xué)涂層，設(shè)置在所述玻璃罩表面上，所述光學(xué)涂層反射或吸收由所述至少一個發(fā)光管芯產(chǎn)生的光；以及熒光劑，設(shè)置在所述內(nèi)部容積中，所述光學(xué)涂層充分地透射由所述熒光劑產(chǎn)生的光。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)光封裝，其中，所述熒光劑設(shè)置在所述光學(xué)涂層上。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)光封裝，其中，所述熒光劑設(shè)置在所述密封劑的遠離所述至少一個發(fā)光管芯的部分中，并且靠近所述玻璃罩。
32.根據(jù)權(quán)利要求25所述的發(fā)光封裝，其中，所述玻璃罩是穹窿狀和管狀中的一種。
33.根據(jù)權(quán)利要求25所述的發(fā)光封裝，其中，所述支撐物基本上為平面支撐物，并且所述玻璃罩包括基本平坦的周邊，其固定至所述基本平坦的支撐物。
34.根據(jù)權(quán)利要求25所述的發(fā)光封裝，其中，所述玻璃罩包括充分密封至所述支撐物的周邊。
35.一種發(fā)光封裝，包括至少一個發(fā)光管芯；支撐物，其上設(shè)置有至少一個發(fā)光管芯；整體透光罩，設(shè)置在所述支撐物上在所述至少一個發(fā)光管芯上方，所述整體罩和所述支撐物共同限定包含所述至少一個發(fā)光管芯的基本封閉的內(nèi)部容積；以及密封劑，其設(shè)置在所述內(nèi)部容積中，并且密封所述至少一個發(fā)光管芯。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的發(fā)光封裝，其中，至少兩個開口與所述內(nèi)部容積連通，所述開口形成在以下至少一個之中(i)所述支撐物，(ii)所述透光罩，以及(iii)所述透光罩和所述支撐物之間的交界。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的發(fā)光封裝，其中，所述密封劑充分填充所述內(nèi)部容積。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的發(fā)光封裝，進一步包括熒光劑，設(shè)置在所述整體透光罩之上、之中、或之內(nèi)部。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的發(fā)光封裝，其中，所述密封劑處于高于大氣壓的壓力下。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的發(fā)光封裝，其中，所述密封劑為液態(tài)和非剛性半固體密封劑中的一種。
41.根據(jù)權(quán)利要求35所述的發(fā)光封裝，其中，所述支撐物包括反射涂層。
42.根據(jù)權(quán)利要求35所述的發(fā)光封裝，其中，所述支撐物為包括散熱芯的印刷電路板。
43.根據(jù)權(quán)利要求35所述的發(fā)光封裝，其中，所述整體透光罩包括無機非晶透光罩。
44.一種用于制造發(fā)光封裝的方法，所述方法包括以下步驟將至少一個發(fā)光管芯機械連接至且電連接至印刷電路板；將透光罩固定至所述印刷電路板，所述透光罩覆蓋所述至少一個發(fā)光管芯，所述固定的透光罩和所述印刷電路板共同限定內(nèi)部容積；以及將密封劑設(shè)置在所述內(nèi)部容積中。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的用于制造發(fā)光封裝的方法，進一步包括以下步驟將熒光劑設(shè)置在所述透光罩之上或之中。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的用于制造發(fā)光封裝的方法，其中，熒光劑的設(shè)置包括以下步驟使用以下方法中的一種將所述熒光劑設(shè)置到所述透光罩的內(nèi)表面上(i)靜電噴涂，(ii)稀漿涂布，以及(iii)噴涂。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的用于制造發(fā)光封裝的方法，其中，熒光劑的設(shè)置包括以下步驟在所述透光罩的表面上設(shè)置粘合劑；將熒光粉施加至所述粘合劑；以及硬化所述粘合劑。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的用于制造發(fā)光封裝的方法，其中，將所述粘合劑設(shè)置在所述透光罩的凹狀內(nèi)表面上，以及所述熒光粉的涂覆包括以下步驟將所述熒光粉傾倒在所述透光罩的內(nèi)部。
49.根據(jù)權(quán)利要求47所述的用于制造發(fā)光封裝的方法，其中，將所述粘合劑設(shè)置在所述透光罩的凸狀外表面上，以及所述熒光粉的涂覆包括以下步驟將所述透光罩的所述外表面浸入所述熒光粉中。
50.根據(jù)權(quán)利要求44所述的用于制造發(fā)光封裝的方法，其中，密封劑的設(shè)置包括以下步驟在固定所述透光罩前，密封在所述印刷電路板上的所述至少一個發(fā)光管芯。
51.根據(jù)權(quán)利要求44所述的用于制造發(fā)光封裝的方法，其中，密封劑的設(shè)置括以下步驟在將所述透光罩固定至所述印刷電路板后，將所述密封劑注入所述內(nèi)部容積。
52.一種用于在表面上設(shè)置熒光劑的方法，所述方法包括以下步驟在所述表面上設(shè)置粘合劑；將熒光粉施加至所述粘合劑；以及硬化所述粘合劑。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，其中，所述表面為凹狀表面，所述粘合劑設(shè)置于所述凹狀表面上，以及所述熒光粉的施加包括以下步驟將所述熒光粉傾倒在所述凹狀表面的內(nèi)部。
54.根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，其中，所述表面為凸狀表面，所述粘合劑設(shè)置在所述凸狀表面上，以及所述熒光粉的涂覆包括以下步驟將所述凸狀表面浸入所述熒光粉中。
全文摘要
發(fā)光封裝(8，8′，8″，208，408)包括支撐至少一個發(fā)光管芯(12，12′，12″，212，412)的印刷電路板(10，10′，10″，210，410)。在至少一個發(fā)光管芯上設(shè)置透光罩(60，60′，60″，260，460)。該罩具有限定與印刷電路板相連的罩周邊(62，62′，62″，262，462)的開口端。該罩的內(nèi)表面與印刷電路板一起限定包含所述至少一個發(fā)光管芯的內(nèi)部容積(70，70″，270，470)。在內(nèi)部容積中設(shè)置密封劑(76，76″，276，278，476)并且覆蓋至少所述發(fā)光管芯。
文檔編號H01L29/267GK1969369SQ200580020335
公開日2007年5月23日 申請日期2005年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月26日
發(fā)明者斯里納特·K·安娜格拉, 詹姆士·T·彼得羅斯基, 埃米爾·拉德科夫, 小斯坦特恩·E·韋弗 申請人:吉爾科有限公司