專利名稱：Led反射性封裝體的制作方法
LED反射性封裝體
相關(guān)申請的交叉引用
本申請請求享有美國臨時(shí)專利申請No.60/858,018在35U.S.C.S119(e)下 的權(quán)益，該申請于2006年11月9日提交，其公開內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。
關(guān)于聯(lián)邦政府資助研究或開發(fā)的聲明 N/A
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)器件由光可以從LED表面向側(cè)面或向上透射的材料 制成。LED同時(shí)耗散轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃康碾娔?。從LED撤除熱量對于LED的性 能很重要。因此，為LED提供電連接和光連接的封裝體必須兼具熱效率和 光效率。這些應(yīng)用的高性能封裝體經(jīng)常使用氧化鋁，其熱傳導(dǎo)率為15W/mK。 對于更高的熱性能則使用氮化鋁，其熱傳導(dǎo)率為150W/mK。在氧化鋁和氮 化鋁的這些例子中，制造方法對于如大體積消費(fèi)品應(yīng)用的許多應(yīng)用均導(dǎo)致 封裝體成本的效率低。同時(shí)，隨著LED技術(shù)的進(jìn)展，LED的光功率增加， 這導(dǎo)致要求耗散更多的熱量。此外，光效率更加重要，這就希望LED封裝 體應(yīng)該僅吸收或分散少量的光。因此，希望有高反射性的LED封裝體。
滿意的LED封裝體特性包括以下使用高熱傳導(dǎo)率的基底(如，熱傳導(dǎo) 率為300W/mK的銅)以撤除熱量，使用可以經(jīng)受溫度接近和高于320'C的共 晶芯片焊接(die attachment)的高溫材料，以及使用封裝體側(cè)壁反射率>90% 的材料。此外，希望釆用如注射成型的低成本制造方法生產(chǎn)LED封裝體。
已知的LED封裝體包括陶瓷底座或基底，陶瓷底座中形成有腔體，并 且其中安裝一個(gè)或多個(gè)LED。透鏡放置在腔體上，來自一個(gè)或多個(gè)LED的 光通過透鏡發(fā)射。腔體有一個(gè)或多個(gè)反射面，以提高通過透鏡發(fā)射的光的 量。在現(xiàn)有的陶瓷封裝體中，經(jīng)金屬噴鍍以提供反射面的成角度的腔體壁 提供反射性。通過在陶瓷封裝體底面上提供多個(gè)表面安裝墊(surface mountpad)，使得陶瓷封裝體通常為可表面安裝的。多個(gè)表面安裝墊可與電路板或 其它安裝結(jié)構(gòu)的連接墊或其它接觸區(qū)相匹配。陶瓷封裝體可提供良好的熱 傳導(dǎo)率，但成本相對較高。典型的陶瓷封裝體構(gòu)造如附圖1A和1B所示。
另一種已知的LED封裝體包括低溫塑料材料的底座，即類似于尼龍的 聚鄰苯二甲酰胺。在該塑料組合物中提供有纖維玻璃顆粒和氧化鈦顆粒， 以提供反射性。該塑料材料的熔點(diǎn)為310°C，在負(fù)載(1.82MPa)下的變形溫 度(DTUL)為29(TC。此外，該塑料材料的吸濕率相對較高，為3.9%，并且 在塑料材料的老化期間表現(xiàn)出反射率降低。該己知塑料材料的主要缺點(diǎn)是 與使用廣泛的金錫共晶焊料缺少相容性，因?yàn)樵撍芰喜牧媳扔糜趯ED焊 接到底座上的金錫共晶焊料有更低的熔融溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了使用高溫塑料或聚合物材料的LED封裝體，所述材料與 使用廣泛的金錫共晶焊料相容，并且可以代替用于傳統(tǒng)LED封裝體中的成 本更高的陶瓷。該新型的LED封裝體有高熱傳導(dǎo)率的基底、高可見光和/ 或紫外光反射率，并且有良好的老化性能。
該高溫材料為熔融溫度高于約34(TC的高溫液晶聚合物(LCP)。在表面 附近所述塑料材料含有小的填料顆粒，顆粒的折射率大于約2.0，并且粒度 范圍是約0.2-0.3微米。
對于反射紫外光的LED封裝體，可以在塑料材料中包括紫外穩(wěn)定劑， 以改進(jìn)其在紫外光譜內(nèi)的反射率，并且保護(hù)該塑料材料免受由某些LED發(fā) 射的紫外光所弓l起的紫外降解。


本發(fā)明將在以下詳細(xì)的說明書中結(jié)合附圖來全面描述，其中
圖1A為已知LED封裝體的示圖1B為圖1A的LED封裝體的底面示圖2為根據(jù)本發(fā)明制造的LED封裝體的示圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的LED封裝體的優(yōu)選實(shí)施方案在圖2中顯示。該封裝體包 括基底10，基底10具有表面12和相對的(opposite)表面14，表面12上可 以安裝一個(gè)或多個(gè)LED器件，表面14包括用于將封裝體表面安裝到電路 板或其它安裝面的導(dǎo)電墊15。應(yīng)當(dāng)理解封裝體可以包括其它已知的電引線 構(gòu)造，以適合特定的應(yīng)用。外殼16布置在基底的表面12上，并具有圍繞 一個(gè)或多個(gè)LED安裝區(qū)域的腔體。外殼由高溫塑料或聚合物材料形成，進(jìn) 一步說明如后，并且具有如圖示的成角度的圓周表面18，該表面作用為一 個(gè)或多個(gè)LED所發(fā)射光的反射面。在外殼的腔體區(qū)域內(nèi)的表面14上安裝 了一個(gè)或多個(gè)LED后，將未顯示出的透鏡裝配到腔體區(qū)域上以完成封裝。 腔體在至少成角度的圓周表面18上具有精加工鏡面(mirror finish),以反射 發(fā)射光。優(yōu)選地，該精加工鏡面通過用于模制外殼的模具鏡面提供。
根據(jù)本發(fā)明的LED封裝體至少在表面附近包括含有小填料顆粒的高溫 聚合物材料，該填料顆粒作用為LED封裝體內(nèi)所含的一個(gè)或多個(gè)LED所發(fā) 射光的反射面。高溫材料為熔融溫度高于約34(TC的高溫液晶聚合物(LCP)。 填料顆粒的折射率大于約2.0，并且其粒徑典型地為約0.2-0.3微米。填料顆 粒占所述材料組合物的約10-20重量％。 LCP材料的熱膨脹系數(shù)為約5-30 pppm/°C，優(yōu)選約10-20ppm/°C。
表1所示為用于LED封裝體的高溫LCP材料的幾個(gè)配方。比例為重量 百分比。
表l
#1#2#3#4#5#6#7
金紅石型Ti0220%20%20%20%20%20%20%
銳鈦礦型Ti0210%10%10%10%10%10%10%
聚合物69.5%69.0%68.0%69.5%69.0%68.0%68.0%
ZnO0.5%1.00%2%1.00%
納米級Ti020.5%1.00%2.00%1.00%
金紅石型Ti02的粒徑為0.1-10微米。銳鈦礦型TK)2的粒徑為0.1-10 微米。納米級Ti02顆粒的粒徑為10-100納米?；蛘?，所述材料的組成中可以含有約1-10%的氧化銻和碳酸鈣，其粒 徑為約0.1-10微米。
高溫聚合物材料的組成包括以下化學(xué)基團(tuán)之一氫化奎寧(HQ)、 4,4-雙酚(BP)、雙(4-羥基苯基醚)(POP)、對苯二甲酸(terephalicacid)(TPA)、 2，6-萘二甲酸(naphalene dicarboxylic acid)(NPA)、 4,4-苯甲酸(BB)、 4-羥基 (hydrosy)苯甲酸(HBA)、 6-羥基-2-萘甲酸(naptholic acid)(HNA)。
優(yōu)選銅或銅合金用作基底，以提供良好的電性能和熱性能。 一個(gè)實(shí)施 方案中的基底為含最低50%銅的銅合金。在另一個(gè)實(shí)施方案中，基底的銅 含量大于99.0%。該基底的熱傳導(dǎo)率為〉300W/mK。
在模制材料制備過程中，將填料顆粒均勻地混煉到高溫塑料材料中。 優(yōu)選地，填料顆粒在材料的外表面附近更多，這可以通過已知的混煉和模 制成型方法實(shí)現(xiàn)。
LED典型地在450-700nm的可見光光譜內(nèi)工作，上述封裝體的構(gòu)造可 用于該可見光范圍。較新的LED可工作發(fā)射紫外(UV)光，然后將紫外光轉(zhuǎn) 變?yōu)榘坠?，這通常通過發(fā)出白光的磷光體的紫外激勵作用實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā) 明的LED封裝體還可以用于反射紫外光。
紫外光通常會被吸收到有機(jī)材料中，其破壞聚合物鏈，這類似于來自 太陽的紫外射線傷害人類皮膚的現(xiàn)象。因此，高度優(yōu)選在高溫塑料材料中 包括一些能夠起紫外線清掃劑作用的如紫外穩(wěn)定劑的成分，以保護(hù)材料免 受紫外線降解。紫外線穩(wěn)定劑可以在300-450nm的范圍內(nèi)改善反射率，并 且可以具有顆粒尺寸小于約100nm的無機(jī)材料。示范性的無機(jī)紫外穩(wěn)定劑 可以是氧化鋅或粒徑優(yōu)選為約10-50nm的納米Ti02。無機(jī)紫外線穩(wěn)定劑可 以通常包括在高溫塑料材料中，其量為約0.5-2重量％。
本發(fā)明并不受限于具體顯示和描述的內(nèi)容，而是包括了權(quán)利要求的全 部精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管(LED)封裝體，其包括高溫塑料材料外殼，所述外殼具有頂面、底面和腔體，并且腔體大小為容納至少一個(gè)LED；基底，其附著在外殼底面上，并且適合用于附著至少一個(gè)LED；所述高溫塑料材料熔融溫度大于約340℃，且含有多個(gè)填料顆粒；其中所述外殼的頂面適合于安裝透鏡。
2. 用于含一個(gè)或多個(gè)安裝在基底上的發(fā)光二極管的封裝體，外殼具有 一個(gè)或多個(gè)反射面，并且包括;J^融溫度大于約340'C的高溫聚合物材料殼體； ^k成圍繞一個(gè)或多個(gè)安裝在基底上的發(fā)光二極管的腔體； 所述腔體具有相對基底的角度小于約20。的一個(gè)或多個(gè)反射面，以反射來自一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管的光；以及所述殼體具有用于將殼體安裝到基底上的第一安裝面，還有用于裝配透鏡的第二安裝面，通過透鏡能夠透射來自一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管的光。
3. 權(quán)利要求2的發(fā)明，其中高溫聚合物材料殼體的組成包括選自以下 組中的化學(xué)基團(tuán)氫化奎寧(HQ)、 4，4-雙酚(BP)、雙(4-羥基苯基醚)(P0P)、對苯二甲酸 (TPA)、 2,6-萘二甲酸(NPA)、 4,4-苯甲酸(BB)、 4-羥基苯甲酸(HBA)、 6-羥基 _2-萘甲酸(10^\)。
4. 權(quán)利要求2的發(fā)明，其中高溫聚合物材料殼體含有10-60%的填料。
5. 權(quán)利要求4的發(fā)明，其中填料包括Ti02、 ZnO和玻璃。
6. 權(quán)利要求5的發(fā)明，其中Ti02的存在量為約10-22%。
7. 權(quán)利要求6的發(fā)明，其中ZnO為<1%。
8. 權(quán)利要求5的發(fā)明，其中Ti02為金紅石型的Ti02。
9. 權(quán)利要求5的發(fā)明，其中Ti02顆粒為0.1-0.5微米。
10. 權(quán)利要求5的發(fā)明，其中ZnO顆粒為〈100nm。
11. 權(quán)利要求9的發(fā)明，其中納米級TiO2顆粒為〈100nm，并且少于填 料的1%。
12. 權(quán)利要求2的發(fā)明，其中高溫聚合物材料的膨脹系數(shù)為約5-30 ppm/。C 。
13. 權(quán)利要求2的發(fā)明，其中高溫聚合物材料的膨脹系數(shù)為約10-20 ppm/。C o
14. 權(quán)利要求2的發(fā)明，其中基底材料的熱傳導(dǎo)率為S00W/mK。
15. 權(quán)利要求2的發(fā)明，其中基底材料為含有最^;50%銅的合金。
16. 權(quán)利要求15的發(fā)明，其中基底材料的優(yōu)選銅含量為>99.0%01。
全文摘要
使用高溫塑料或聚合物材料的LED封裝體，所述材料與金錫共晶焊料相容，并且可以代替用于傳統(tǒng)LED封裝體的成本更高的陶瓷。該新型的LED封裝體具有高熱傳導(dǎo)率的基底，對可見光和/或W光的高反射率，并且有良好的耐老化性能。高溫材料為熔融溫度高于約340℃的高溫液晶聚合物(LCP)，其在表面附近含有小的填料顆粒，顆粒的折射率大于約2.0，并且粒度范圍為約0.2-0.3微米。對于反射W光的LED封裝體，可以在塑料材料中包括W穩(wěn)定劑，以改進(jìn)其在紫外光譜中的反射率，并保護(hù)塑料材料免受由于某些LED發(fā)射的W光所引起的W降解。
文檔編號H01L33/60GK101578711SQ200780049573
公開日2009年11月11日 申請日期2007年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月9日
發(fā)明者M·A·齊莫爾曼 申請人:躍進(jìn)封裝公司