具有散熱銷的發光二極管封裝體及其制造方法

專利名稱：具有散熱銷的發光二極管封裝體及其制造方法
技術領域：
本發明涉及具有散熱銷(radiatingpin)的發光二極管封裝體(LED package)及其制造方法，更具體講，本發明涉及具有能夠有效地散去從 發光二極管芯片發出的熱量的散熱銷，從而能夠提高發光二極管芯片相 對于面積的集成度的發光二極管封裝體及其制造方法。
背景技術：
發光二極管作為形成利用P-N結結構注入的所需載波(電子或空穴) 并通過它們之間的再結合來輻射光能的半導體元件，與現有的光源相比， 小型且壽命長，并且由于將電能直接轉換成光能，因此發光效率高，從 而廣泛應用于汽車設備類的顯示元件、光通信用光源等各種電子儀器的 顯示用燈、數字/文字/圖形顯示裝置、照明裝置以及卡盤讀取器等。為了適用于這樣的顯示裝置及照明裝置等，開發出了安裝在這些裝 置上并便于使用的各種結構的發光二極管封裝體。特別是，與發光效率 高的特點相應地，發光二極管芯片的發熱量也相當高，所以在發光二極 管封裝體上需要具備可將芯片的熱量向外部排出的散熱單元。如果在發 光二極管封裝體上不配有適當的散熱單元，則會因發光二極管芯片的溫 度變得過高而使芯片本身或封裝體被加熱，最終導致發光效率的低下和 芯片的短壽命化。在圖6中示出了具有作為散熱單元的散熱片的發光二極管封裝體的 一個例子。如圖6的截面圖所示，現有的發光二極管封裝體的一種形式 的結構為，在基板10上強制插入一體形成有反射孔2的散熱片20，其中， 在基板10上幵有通孔7，作為與用于插入散熱片20的插入孔8進行電連 接的路徑。此時，為了使散熱片外表面與插入孔8的整個內表面緊密接 觸，且牢固地進行固定，散熱片20被加工成使其外徑比插入孔8的外徑稍大些而強制插入到插入孔8中，散熱片20的厚度與基板10的厚度相 同。在上述圖中，未說明的附圖標記l表示通孔遮蔽樹脂膜，3表示發光 二極管芯片，4表示接合線(bonding wire)， 5表示透明環氧樹脂，6表 示四周截面。但是，具有上述結構的現有的發光二極管封裝體有如下的缺點隨 著發光動作和停止動作的反復進行，有可能因發熱和冷卻之間的反復而 導致散熱片的脫離，且為了將散熱片強制插入到基板上而需要調節散熱 片和基板安裝部位的尺寸，又因在散熱片上一體形成了反射孔，所以不 易制造而導致整體制造費用上升。另外，通常還使用在絕緣片上層疊散熱板而成的發光二極管封裝體。 但是，采用了如此薄的片狀的散熱板的發光二極管封裝體雖能使產品的 厚度變薄，但發光二極管芯片的發熱量都在片狀散熱板的表面形成。因 此，為了按不同發光二極管芯片而維持散熱水平，只能使產品面積相對 變大，其結果是，對于需要相對于面積高集成度的電器設備排熱的用途 而言，其應用不得不受到限制。發明內容本發明是為了解決上述的問題而提出的，其目的在于，提供一種具 有能夠有效地散去從發光二極管芯片發出的熱量的散熱銷，從而能夠提 高發光二極管芯片相對于面積的集成度的發光二極管封裝體及其制造方 法。另外，本發明的另一目的在于，提供一種容易結合到基板上，結合 結構簡單，牢固地維持結合狀態，從而能夠降低發光二極管封裝體的制 造成本，提高耐久性的發光二極管封裝體用散熱銷結構。為達成上述目的，本發明的具有散熱銷的發光二極管封裝體具有 基板部，該基板部在一側安裝有發光二極管芯片，且在該基板部上形成 有電路和垂直開口的插入孔；以及散熱銷，該散熱銷插入到上述基板部 的插入孔中，與基板部的上述一側進行鉚接，并向基板部的另一側延伸突出。
另外，在上述發光二極管封裝體中，優選還具有反射部，該反射部 與上述基板部的一側以層疊方式結合，且具有垂直開口的反射孔以將上 述發光二極管芯片和散熱銷的上方開口，并沿著上述反射孔的內表面形 成有反射面。
此外，上述散熱銷形成為在一側形成級差且沿長度方向延伸的圓柱 形狀。
另外，上述散熱銷構成為形成沿長度方向延伸的圓柱形狀，并且從 上述圓柱的預定位置起沿著長度方向具備多個翼部。
另外，上述散熱銷構成為形成沿長度方向延伸的圓柱形狀，并且具 備在上述圓柱的預定位置沿著其周圍斷斷續續形成的級差。
另外，也可以在上述散熱銷的內部沿著長度方向形成至少一個以上 的縫隙，或使散熱銷的內部為中空。
具有本發明的散熱銷的發光二極管封裝體的制造方法包括第1步 驟，在片狀的印有電路的基板部上垂直地開出用于插入散熱銷的插入孔； 第2步驟，向上述插入孔插入沿長度方向長長地延伸的散熱銷的一側端 部，使其與基板部的一側進行鉚接，并使散熱銷的另一側向基板部的另 一側長長地突出；以及第3步驟，在與上述基板部進行鉚接的散熱銷部 位安裝發光二極管芯片。


圖1 (a)至(C)是示出本發明的一個實施例的發光二極管封裝體的 結構的圖。
圖2 (a)至(c)是示出適用于本發明的發光二極管封裝體的散熱銷 的各種結構的圖。
圖3 (a)至(c)是示出適用于本發明的發光二極管封裝體的散熱銷 的各種結構的圖。
圖4 (a)和(b)是示出本發明的另一個實施例的發光二極管封裝體 的結構的圖。圖5是示出應用了本發明的發光二極管封裝體的發光二極管模塊陣 歹[J (module array)的圖。
圖6是示出現有的發光二極管封裝體的結構的圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖來具體說明本發明的實施例。 在圖1 (a)至(c)中示出了本發明的一個實施例的發光二極管封裝 體的結構。
首先，如圖l (a)所示，本發明的一個實施例的發光二極管封裝體 由基板部100和與該基板部的一側進行鉚接且向該基板部的另一側長長 地延伸突出的散熱銷120構成。
上述基板部100可由印刷電路基板或塑料等絕緣樹脂材料來構成， 優選由印刷電路基板構成。另外，在上述基板部100上為了實現散熱銷 與其的鉚接而垂直地開有用于插入散熱銷120的一側端部，即插入部121 (參照圖2 (a)至(c)和圖3 (a)至(c))的插入孔101。
上述散熱銷120在將插入部121插入到基板部100的插入孔101中 之后，通過沖壓法等對上述插入部121的端部進行擠壓，以形成頭部 121-1，從而將上述散熱銷120固定安裝到基板部100上。
另外，如圖l (b)所示，也可以在上述基板部100的一側的上方以 層疊方式結合有反射部200，用于提高安裝在基板部上的發光二極管芯片 的發光效率。
具體而言，上述反射部200具有垂直地開口的反射孔，以將發光二 極管芯片和散熱銷的上方開口，在上述反射孔的內表面具有用于將從發 光二極管芯片發出的光進行反射的反射面204。上述反射部200優選由印 刷電路基板或塑料等絕緣樹脂構成，上述反射面204的表面優選進行鍍 銀或鍍金處理，以提高反射效率。
另外，上述基板部100和反射部200的結合方法沒有特別限定，但 優選通過鉚接方式來結合。當為了基板部100和反射部200之間的鉚接 而在上述基板部上層疊有反射部時，在基板部和反射部的相應的預定位置上分別開有多個鉚接孔103、 203。另外，作為代替方案，也可以通過 樹脂、玻璃將上述基板部100和反射部200連接結合。
圖l (c)是示出如下的一種狀態的圖利用線將發光二極管芯片和 印刷電路(未圖示)連接到發光二極管封裝體上，在反射部200的反射 孔部位接合透明環氧樹脂300，以保護上述芯片和線不受來自外部的沖擊 等，使這樣形成的發光二極管模塊與電路基板400進行連接。
如圖所示，本發明的發光二極管封裝體的特征在于，將突出部122 的端部與形成有電路401的電路基板400連接，從而可以使上述散熱銷 的突出部122同時執行散熱和作為電源連接部的功能，其中，上述突出 部122的端部是散熱銷的向基板部100的另一側長長地延伸突出的另一
此時，可將散熱銷的突出部122的端部以插入方式與電路基板400 的希望連接的電路部位401接觸，同時在其接觸面的上下部聯接螺母402， 或通過焊接(soldering) 403等方式來實現電連接(參照圖5)，也可以根 據需要將上述散熱銷的突出部122維持為線性或將其彎曲來進行連接， 從而應對用途。另一方面，上述發光二極管模塊也可以根據需要具有反 射部200或不具有反射部200。
另一方面，在圖1 (a)至(c)中例示出了在基板部100上形成四個 插入孔101，且插入到上述插入孔101中的散熱銷120為四個的情況，但 插入孔101和散熱銷120的數量不限于上述數量，可以根據要安裝的發 光二極管芯片的發熱量來選擇適當的數量。
在圖2 (a)至(c)和圖3 (a)至(c)中示出了適用于本發明的發 光二極管封裝體的散熱銷的各種結構。
本發明的發光二極管封裝體的散熱銷根據要安裝到基板上的發光二 極管芯片的發熱量而制造成各種大小。即，如圖所示，基本制造成沿長 度方向長長地延伸的銷形狀，但為了滿足所要求的散熱水平，可以改變 形狀，以便能得到各種長度和寬度以及表面積。另外，只要能夠體現出 充分的散熱效果，則也可以在一個散熱銷上安裝多個發光二極管芯片。
更具體而言，本發明的發光二極管封裝體的散熱銷120形成為具有插入到基板部100中而與基板部的一側鉚接的插入部121和向基板部的 另一側延伸突出的突出部122的銷形狀。
特別是，上述插入部121和突出部122的接觸截面互異，因此在它 們的邊界形成級差，從而在將插入部121插入到基板部100上時，使上 述突出部122與基板部100接觸而卡合在其上。作為代替方案，也可以 使上述插入部121和突出部122具有相同形狀的截面，在它們的邊界形 成斷斷續續的級差，從而在將插入部121插入到基板部100上時，使突 出部122與基板部100卡合。
在圖2 (a)中示出了通過插入部121和突出部122而在散熱銷120 的一側形成級差且沿著長度方向長長地延伸的圓柱形狀的散熱銷的結 構。在圖2 (b)中示出了如下的散熱銷的結構形成為沿著長度方向延 伸的圓柱形狀，且從上述圓柱的插入部121和突出部122的邊界沿長度 方向具備矩形的翼部122-1，從而在插入部121和突出部122的邊界形成 斷斷續續的級差。此處，翼部的數量優選至少為兩個以上。在圖2 (c) 中示出了如下的散熱銷的結構形成為沿著長度方向延伸的圓柱形狀， 并且沿著上述圓柱的插入部121和突出部122的邊界的周圍斷斷續續地 形成具有比上述圓柱的截面大的截面的圓柱形的級差122-2。
另外，不限于上述圖示的狀態，上述散熱銷在插入部和突出部的邊 界形成級差，并且形成可沿著長度方向延伸的多角柱形狀等，只要能夠 實現所要求的散熱效果和功能的結構則無特別限制，可以進行各種變形。
另一方面，在圖3 (a)至(c)中示出了在散熱銷的突出部122中形 成有作為空氣通道的縫隙的結構。在圖3 (b)中示出了形成有縫隙的散 熱銷結構的縱截面，在圖3 (c)中示出了橫截面結構。如圖3 (a)至(c) 所示，在上述的圖2 (a)至(c)的散熱銷結構中，在突出部122上形成 作為空氣通道的縫隙122-3,從而促進空氣流動以使散熱效果達到極大 化。另外，在上述的圖2 (a)至(c)的散熱銷結構中，也可以使突出部 122的內部為中空的。
如上所述，本發明所應用的散熱銷120由插入部121和突出部122 構成，且通過在插入部121和突出部122的邊界形成的級差來明確劃分與基板部100鉚接的散熱銷部位，通過鉚接可以牢固地進行固定，因此
與圖6的現有技術相比，與基板部結合所需的散熱銷的尺寸調節必要性 相對降低。從而，能夠減少散熱銷的制造所下的功夫，其結果是，具有 可以降低發光二極管封裝體的制造成本的效果。
另外，當根據發光二極管芯片的發熱量而不需要從基板部突出散熱 銷時，作為代替方案，將線性的圓柱形銷用作散熱銷120，將上述散熱銷 插入到基板部100的插入孔101中，之后，使一側配置于夾具(jig)上， 再利用沖壓法來進行擠壓固定，對于散熱銷的相反側也以同樣的方式調 換位置后利用擠壓固定，從而在無需散熱銷的準確的尺寸調節的情況下 也能使散熱銷簡單且方便地與基板部結合。
在圖4 (a)和(b)中示出了安裝高輸出發光二極管芯片50時的發 光二極管封裝體的實施例。如圖所示，當根據使用用途而需要應用高輸 出發光二極管芯片50時，按照在具有充分大的表面積和寬度以及充分長 的長度的一個散熱銷120上安裝一個高輸出發光二極管芯片50的方式來 構成發光二極管封裝體。另外，也可以在具有充分大的表面積和寬度以 及充分長的長度的一個散熱銷120上安裝兩個或三個以上的多個發光二 極管芯片。由此，可以使散熱銷將來自發光二極管芯片的高的發熱量適 當地擴散到外部。
除此之外，在基板部100上垂直地開出插入孔，使散熱銷的插入部 121插入到上述基板部100的插入孔中，與基板部100的一側進行鉚接， 使散熱銷的突出部122向基板部100的另一側長長地延伸突出，這樣的 結構與圖1 (a)至(c)中的實施例的相應結構相同。
另外，與圖l (a)至(c)中的實施例相同，在基本部100的一側， 反射部200以層疊方式與其結合，以便將安裝在散熱銷上的發光二極管 芯片50露出并將散熱銷的上方開口，其中，上述反射部200具有鍍金或 鍍銀而成的反射面204。此處，反射部200和基板部100之間的結合可以 采用基于接合的接觸結合方式或利用了鉚接體60的鉚接結合方式。
在圖5中示出了應用本發明發光二極管封裝體的發光二極管模塊陣列。本發明的發光二極管封裝體構成為將散熱銷向基板部的另一側長長 地延伸突出，因此可以通過調節上述散熱銷的突出部的長度來提高電器 設備在單位面積上的集成度。即，如圖5所示，為了將發光二極管芯片排列成根據不同用途而要求的間隔和形狀，將適當地調節了突出部122 的長度的散熱銷按照預定排列與一個基板部100進行鉚接，再對上述散 熱銷和發光二極管芯片進行線接合(wire bonding),從而能夠形成適合 于用途的發光二極管模塊陣列。另一方面，散熱銷和電路基板400之間的連接方式沒有特別限制， 但可以如圖所示那樣，將突出部122的端部插入到電路基板400上的希 望連接的電路部位，在其上下部聯接螺母402，或在希望連接的電路部位 焊接散熱銷的突出部122的端部的方式來進行連接。由于如上所述那樣構成，通過散熱銷的突出部122使基板部100和 電路基板400之間的間隔相隔上述突出部122的長度那么多，因此從散 熱銷散出的熱量隨著空氣流動而易于散去，從而能夠進一步提高散熱效 果。另外，在上述相隔開的空間具備使冷卻劑循環等的適當的冷卻單元， 從而能夠防止光源被過度加熱。接著，說明具有本發明的散熱銷的發光二極管封裝體的制造方法。具有本發明的散熱銷的發光二極管封裝體的制造方法包括第1步 驟，對片狀的印有電路的基板部100垂直地開出用于插入散熱銷120的 插入孔101;第2步驟，向上述插入孔101插入沿著長度方向長長地延伸 的散熱銷的一側端部，即插入部121，使其與基板部100的一側結合，使 散熱銷的另一側，即突出部122向基板部的另一側長長地突出；以及第3步驟，向與上述基板部ioo鉚接的散熱銷部位安裝發光二極管芯片。在上述第2步驟中，對于基板部100上的散熱銷的結合過程而言， 為了作業工藝簡單且實現牢固的固定，采用鉚接。即，將散熱銷的插入 部121插入到基板部100的插入孔101中，直到突出部122與基板部接 觸為止，然后，利用沖壓法等對上述插入部121的端部進行擠壓來形成 頭部121-1，由此來進行固定。另外，在根據發光二極管芯片的發熱量而無需使散熱銷從基板部突出的情況下，作為代替方案可以采用在基板的兩側形成頭部從而固定的方式，例如使用線性的圓柱形銷作為散熱銷120，將上述散熱銷插入到基 板部100的插入孔101中之后，先將一側配置于夾具之上之后，利用沖 壓法來進行擠壓固定，且對于散熱銷的相反側也用相同的方式來調換位 置而進行擠壓固定等。另外，在上述第1步驟中，還可具有如下的步驟在片狀的反射部200上開出反射孔，在基板部100和反射部200上垂直地分別開出用于將 它們相互結合的鉚接孔103、 203。上述反射孔可以如圖1 (a)至(c) 和圖4 (a)、 (b)所示那樣形成為圓柱形，且為了提高反射效率，還可以 形成為直徑從下至上逐漸變大的圓錐形。如上所述，在對基板部100和反射部200形成鉚接孔103、 203之后， 作為第2步驟的后續工藝，可以包括如下步驟向在上述基板部100上 層疊反射部200之后進行開口而得到的鉚接孔103、 203插入鉚接體60， 從而對基板部和反射部進行鉚接。在向基板部100層疊反射部200而成 的發光二極管封裝體的結構中，如上所述，通過利用鉚接來將基板部100 和反射部200結合，從而具有比利用結合劑的結合方式更簡單且牢固地 進行固定的優點。另一方面，也可以如現有技術那樣，利用樹脂或玻璃來將基板部100 和反射部200結合。此時，需要對結合部位進行適當的熱處理而使結合 牢固的過程。接著，作為上述第3步驟的后續工藝，可以具有如下步驟通過線 等來將安裝在發光二極管芯片50和印刷在基板部100的表面的電路電連 接，將散熱銷的向基板部的另一側長長地延伸突出的突出部122的端部 連接到電路基板400上。此時，將突出部122的端部通過插入而與電路基板400上的希望連 接的電路部位401進行接觸，同時在其接觸面的上下部聯接螺母402，從 而實現電連接。由此，如果利用上述第1步驟至第3步驟而制造成的發 光二極管封裝體，則可以在無需另外的引線的情況下利用散熱銷的突出 部來簡單地與電源部進行連接。具有本發明的散熱銷的發光二極管封裝體及其制造方法，由于形成 為散熱銷fe基板部的另一側長長地突出的結構，因此可以有效地散去從 發光二極管芯片發出的熱量，從而可提高發光二極管芯片相對于面積的 集成度。另外，根據具有本發明的散熱銷的發光二極管封裝體及其制造方法， 具有如下優點散熱銷與基板部的結合容易，結合結構簡單，且可牢固 地維持結合狀態，因此可以降低發光二極管封裝體的整體制造成本，同 時可提高耐久性。本發明僅對所描述的具體實施例進行了詳細說明，但本領域的技術 人員當然可以理解在本發明的構思和范圍內進行各種變更或變形，且這 些變更或變形將落在權利要求范圍之內。
權利要求
1.一種具有散熱銷的發光二極管封裝體，其特征在于，該發光二極管封裝體具有基板部，該基板部在一側安裝有發光二極管芯片，且在該基板部上形成有電路和垂直開口的插入孔；以及散熱銷，該散熱銷插入到所述基板部的插入孔中，與所述基板部的所述一側進行鉚接，并向所述基板部的另一側延伸突出。
2. 如權利要求1所述的具有散熱銷的發光二極管封裝體，其特征在于，該發光二極管封裝體還具有反射部，該反射部與所述基板部的一側 以層疊方式結合，且具有垂直開口的反射孔以將所述發光二極管芯片和 所述散熱銷的上方開口，沿著所述反射孔的內表面形成有反射面。
3. 如權利要求2所述的具有散熱銷的發光二極管封裝體，其特征在 于，向所述基板部的另一側延伸突出的所述散熱銷與電路基板連接。
4. 如權利要求3所述的具有散熱銷的發光二極管封裝體，其特征在 于，向所述基板部的另一側延伸突出的所述散熱銷的突出端部與所述電 路基板的電路進行螺合。
5. 如權利要求4所述的具有散熱銷的發光二極管封裝體，其特征在 于，在所述反射孔的反射面上進行了鍍金或鍍銀。
6. 如權利要求5所述的具有散熱銷的發光二極管封裝體，其特征在 于，所述基板部和所述反射部具有當對它們進行了層疊時在相互對應的 位置分別垂直開口的多個鉚接孔，從而進行鉚接。
7. 如權利要求6所述的具有散熱銷的發光二極管封裝體，其特征在于，所述散熱銷形成為在一側形成級差且沿長度方向延伸的圓柱形狀。
8. 如權利要求6所述的具有散熱銷的發光二極管封裝體，其特征在 于，所述散熱銷構成為形成沿長度方向延伸的圓柱形狀，并且從該圓柱 的預定位置起沿著長度方向具備多個翼部。
9. 如權利要求6所述的具有散熱銷的發光二極管封裝體，其特征在于，所述散熱銷構成為形成沿長度方向延伸的圓柱形狀，并且具備在該 圓柱的預定位置沿著其周圍斷斷續續形成的級差。
10. 如權利要求6所述的具有散熱銷的發光二極管封裝體，其特征 在于，所述散熱銷形成為在一側形成級差而沿著長度方向延伸的多角柱 形狀。
11. 如權利要求7至10中任一項所述的具有散熱銷的發光二極管封 裝體，其特征在于，所述散熱銷在其內部具有至少一個以上的沿著長度 方向形成的縫隙。
12. 如權利要求7至10中任一項所述的具有散熱銷的發光二極管封 裝體，其特征在于，所述散熱銷的內部形成為中空。
13. —種具有散熱銷的發光二極管封裝體的制造方法，該制造方法 包括第1步驟，在片狀的印有電路的基板部上垂直地開出用于插入散 熱銷的插入孔；第2步驟，向所述插入孔插入沿長度方向長長地延伸的 散熱銷的一側端部，使其與所述基板部的一側進行鉚接，并使所述散熱 銷的另一側向所述基板部的另一側突出；以及第3步驟，在與所述基板 部進行鉚接的散熱銷部位安裝發光二極管芯片。
14. 如權利要求13所述的具有散熱銷的發光二極管封裝體的制造方 法，其特征在于，上述第1步驟還具有如下的步驟在片狀的反射部中 開出反射孔，在所述基板部和所述反射部上垂直地開出用于將它們結合 的鉚接孔，作為上述第2步驟的后續工藝，還具有第2-1步驟，在該第2-1步 驟中，向在所述基板部層疊所述反射部之后開口而成的鉚接孔插入鉚接 體，從而將所述基板部和所述反射部鉚接。
15. 如權利要求14所述的具有散熱銷的發光二極管封裝體的制造方 法，其特征在于，作為上述第3步驟的后續工藝，還具有第3-1步驟， 在該第3-1步驟中，利用線將所述發光二極管芯片與印刷電路進行連接， 將所述散熱銷的長長地延伸的另一側端部與電路基板連接。
全文摘要
本發明提供具有散熱銷的發光二極管封裝體及其制造方法，其中，上述發光二極管封裝體具有基板部，該基板部在一側安裝有發光二極管芯片，且在該基板部上形成有電路和垂直開口的插入孔；以及散熱銷，該散熱銷插入到上述基板部的插入孔中，與基板部的上述一側進行鉚接，并向基板部的另一側延伸突出，由此可以有效地散去來自發光二極管芯片的熱量，且容易與電路基板結合。
文檔編號H01L33/00GK101335316SQ200710112689
公開日2008年12月31日 申請日期2007年6月27日 優先權日2007年6月27日
發明者金星列 申請人:金星列