CN105830240B - 发光器件封装 - Google Patents

Abstract

一种经封装的发光器件管芯（20）包括具有嵌入在反射材料主体（12）中的轮廓化引线框架（10）的封装主体。引线框架（10）仅在至少一个焊料键合区域（16）上暴露于安装表面（14）上。焊料（22）仅存在于至少一个焊料键合区域（16）上而不在其它地方。反射材料提供封装的反射部分，因此不存在对于沉积在引线框架（10）上的反射层的需要。而且，反射材料可以充当焊料抵挡部以将焊料（22）自对准到至少一个焊料键合区域（16）。

Description

发光器件封装

技术领域

本发明涉及经封装的发光器件、用于发光器件的封装和制造经封装的器件的方法。

背景技术

从固态发光器件生成光的许多不同方案是已知的。

非常常见的方案是使用发光二极管（LED），鉴于其在生成光方面的效率，其被日益增加地用于许多应用。为了使用这样的LED，LED管芯被封装以保护管芯而同时允许发射光并且允许到LED管芯的电气连接。由于LED可能生成相当大量的热量，因此这样的封装还可能需要允许热量的移除，并且因而充当热沉。

LED技术不代表在固态器件中生成光的仅有方式。特别地，可替换的方案涉及激光二极管的使用。大量类型的激光二极管是已知的，特别地包括垂直腔表面发射激光器（VCSEL）、垂直外腔表面发射激光器（VECSEL）、异质结构激光器、分布反馈激光器和外腔二极管激光器。

对于照明和背光照明应用，VCSEL和VECSEL发光器件的使用已经是所特别感兴趣的。这样的器件可以高效地发射特定波长的光。所发射的光可以是窄带的，这在一些应用中可以是有利的。

在要求宽频谱光（例如白光）的情况下，这可以通过使用磷光体从VCSEL和VECSEL类型器件实现。与这样的器件一起使用磷光体的原因在于，在生产具有一些波长的VCSEL和VECSEL器件方面存在技术困难。一种选项是使用具有磷光体的蓝色VCSEL二极管以创建白光。然而，由这样的器件发射的光可以被视为冷的，并且因而提供较暖的光颜色将是有益的。这些器件特别地适合用于使用在照明应用中。

封装LED或其它固态发光器件的现有方案由US2012/0313131描述。该文献描述了使用合并在成形为形成封装主体的树脂部分中的经蚀刻的引线框架来封装LED。LED安装在引线框架上并且利用导线键合或利用凸点键合而连接到它。引线框架的上表面上的反射金属层反射光并且因而增加经封装的LED的光照效率。

用于这样的反射金属层的典型金属是银。这可能倾向于以可以对反射金属层染色并且造成降低的反射率的失去光泽的形式而降级。另外的问题是造成分层风险的模制化合物对Ag的不牢固附着。

封装LED的另一方案由US2013/0026522提供。该文献描述了具有与树脂封装主体组合的银涂层的引线框架。树脂封装主体由具有反射性质的可热固化树脂形成。以此方式，光不仅入射在引线框架上而且在树脂上被反射以改进光照效率。

然而，该封装具有相对简单的结构。尽管这可以使封装的制造更加直接，但是封装的组装要求附加的导线键合步骤。

以类似的方式使用在LED封装中的其它反射树脂由US2011/0241048和US2012/0286220提供。

US2013/0221509A1公开了一种用于安装LED元件的引线框架，其包括框架主体区和布置在框架主体区中的多个行和列中的大量封装区。封装区各自包括LED元件安装在其上的管芯垫，以及邻近于管芯垫的引线段，封装区还构造成经由划切区互连。

因而存在对于改进的经封装的发光器件的需要，其制造起来相对直接并且允许容易地将管芯组装到封装主体中。

发明内容

本发明由权利要求限定。

根据本发明的第一方面，提供了一种经封装的发光器件，包括：

封装主体，包括合并轮廓化（profiled）引线框架并且限定连续安装表面的反射材料，其中轮廓化引线框架具有变化厚度的轮廓，其中轮廓化引线框架的至少一个区在安装表面处暴露以限定由反射材料围绕的至少一个焊料键合区域；

覆盖至少一个焊料键合区域但是不覆盖周围反射材料的焊料；以及

安装到至少一个焊料键合区域的发光管芯。

在该经封装的器件的情况中，焊料完全覆盖至少一个键合区域但是不覆盖（多个）周围区域。这使得管芯向封装主体中的组装更加直接，因为围绕至少一个焊料键合区域的反射材料可以充当焊料解除部或焊料抵挡部，从而引起焊料的自对准，这是因为防止或减少了除焊料键合区域之外的区被焊料润湿。

反射材料可以是有机反射材料或者可以是合适的反射硅树脂。也可以使用反射模制化合物。

经封装的发光器件可以具有低电阻接触件，从而导致良好的热学和电气性能。

封装主体可以是无引线封装主体，其中轮廓化引线框架的引线不延伸超过封装主体。

和至少一个焊料键合区域一样，至少一个导线键合区域也可以由引线框架提供，其也可以在安装表面处暴露。这样的导线键合区域可以覆盖有合适的导线键合层或层的堆叠。

除至少一个焊料键合区域和/或至少一个导线键合区域之外，基本上整个安装表面可以具有反射材料。这意味着可能需要反射光的基本上所有区都具有反射材料。相比之下，在以上引用的文献中，发光器件安装在引线框架上，但是封装内部表面的部分也是引线框架。通过避免除至少一个焊料键合区域和/或至少一个导线键合区域中之外的引线框架材料，金属引线框架的任何失去光泽现象，包括沉积在引线框架表面上的材料，不影响封装主体的反射性。

封装主体可以是以反射体杯的形式。可替换地，封装主体可以是平坦的。

轮廓化引线框架具有变化厚度的轮廓或形状，这意味着引线框架不具有恒定厚度，其中将厚度限定为包括焊料键合区域的引线框架的键合表面与和键合表面相对的表面之间的距离。而且，在实施例中，键合表面不在单个平坦平面中。类似地并且此外，和键合表面相对的表面可以不在单个平坦平面中。

相应地，本发明的第二方面提供一种封装发光器件的方法，包括：

提供预确定的形状和预确定的变化厚度轮廓的轮廓化引线框架；

在反射材料中模制经蚀刻的引线框架以限定封装主体，其限定用于安装发光器件的连续安装表面，其中引线框架的预确定的形状和轮廓提供暴露在安装表面处以限定至少一个焊料键合区域的轮廓化引线框架的至少一个区，其中安装表面的其余部分具有反射材料；

利用焊料覆盖至少一个焊料键合区域但是不覆盖安装表面的其余部分；以及

将发光器件管芯安装到至少一个焊料键合区域。

该方法提供方便的制造方法。

该方法可以包括在安装表面上沉积焊料以及使用暴露在安装表面上的反射材料作为焊料抵挡部以避免除至少一个焊料键合区域之外的安装表面的区被焊料润湿。以此方式，焊料与引线框架的暴露区自对准。反射材料可以是不被焊料润湿的材料，或者换言之，其上不存在或几乎不存在焊料的任何附着，并且因此，其为排斥焊料的材料。

将发光器件管芯安装到至少一个焊料键合区域可以包括在发光器件管芯上沉积焊料凸块或者在至少一个焊料键合区域上沉积焊料膏，将具有焊料凸块的发光器件放置在安装表面之上或者将发光器件放置在焊料膏的顶部上，以及加热安装表面上的发光器件管芯以使焊料凸块回流。焊料凸块不需要以过度或高精度放置，因为反射材料充当焊料抵挡部以确保焊料在回流步骤之后处于至少一个焊料键合区域之上的正确位置中，因而提供焊料在至少一个焊料键合区域上的自对准。

为了增强附着，该方法可以包括在放置发光器件管芯之前向发光器件管芯和/或焊料键合区域应用胶合剂、助焊剂或膏体。

多个发光器件管芯可以并行封装。为了使这更加直接，提供封装主体的步骤可以提供通过条连结的多个封装主体，方法还包括在将发光器件管芯或多个管芯安装到每一个相应封装主体之后将多个封装主体划分成包含相应管芯的单个封装主体。

封装主体可以通过将轮廓化引线框架引入到模具中，将反射模制化合物引入到模具中，并且硬化反射模制化合物以形成反射材料来形成。这提供方便的制造方法。

银层可以在将引线框架引入到模具中之前沉积在轮廓化引线框架上。银仅存在于引线框架上，并且因此仅需要暴露在至少一个焊料键合区域处，其中其在成品中被焊料覆盖。由于银不用作反射体，因为其完全被焊料覆盖，所以没有由银失去光泽而引起的问题。

可替换地，可以避免在引线框架上提供金属涂敷层。银涂层的避免可以增强附着。因此，当引线框架被引入到模具中时，引线框架可以具有铜或铜合金而没有任何附加层。

在另外的可替换方案中，特定金属涂敷层仅应用在引线框架的功能区域处，例如在焊料接触区域或导线键合区域中。金属涂敷层可以例如通过单侧镀层或点镀来应用。

轮廓化引线框架可以通过提供具有相对表面的恒定厚度的引线框架并且在相对表面中的至少一个上蚀刻引线框架以形成具有变化厚度的轮廓的轮廓化引线框架来形成。

可以在经封装的管芯周围提供包封体并且其与经封装的主体接触。

根据本发明的第三方面，提供一种发光器件封装主体，包括：合并经蚀刻的引线框架并且限定用于安装LED的连续安装表面的反射材料；其中经蚀刻的引线框架成形为具有在安装表面处暴露以限定至少一个自对准的焊料键合区域但是不存在于具有反射材料的安装表面处的其它地方的经蚀刻的引线框架的区。

附图说明

现在将参照附图详细描述本发明的示例，其中：

图1示出用于LED管芯的封装；

图2示出包括安装在图1的封装中的LED管芯的经封装的LED；

图3是用于制造图1的封装的过程流的流程图；

图4是图2的具有安装在其中的LED管芯的封装的组装的流程图；

图5是用于LED管芯的可替换封装；

图6示出可替换的经封装的LED；以及

图7示出另外的可替换的经封装的LED。

附图是示意性的并且不是按比例的。特别地，为了清楚起见而可能以增加的厚度示出薄箔或层。

具体实施方式

本发明提供封装发光器件的方法和经封装的发光器件。

参照图1，示出封装的一般视图。图2示出经封装的发光器件，即图1的封装中的发光器件管芯。在该示例中，发光器件是LED，但是类似的封装方案可以用于其它固态发光器件。

参照图1，轮廓化引线框架10由Cu制成并且已经被蚀刻成具有特定轮廓或形状，例如引线框架10具有变化的厚度，如图1中所示，和/或引线框架10具有带有至少在两个方向上变化的尺寸的形状。厚度在该情况中被限定为在其上将进行键合的引线框架10的上表面与和该键合表面相对的表面之间的距离。如在图1中可以看到的，引线框架10具有其中引线框架10的上表面（即其上存在键合区域）不平放在单个平坦平面中的轮廓或形状。类似地，和该上表面相对的表面也不在单个平坦平面中。

引线框架10嵌入在反射材料11中，从而形成成形为形成封装的封装主体12。提供安装表面14。引线框架10的轮廓或形状导致安装表面14的一些部分16由引线框架10的暴露的上表面形成——在该示例中所有这些区用于焊接并且因此这些部分将被称为焊料键合区域16。安装表面的其余部分具有反射材料。

封装主体12形成无引线封装，其中引线框架10的引线不延伸超过封装主体的反射材料。

封装主体12的形式是具有反射材料11的侧壁的反射体杯，并且除焊料键合区域之外的安装表面具有反射材料11。

图2图示了具有安装在图1的封装主体12中的LED管芯20的经封装的发光器件2。在焊料键合区域16上提供焊料22，从而留下LED安装表面的其余部分没有焊料，并且焊料因而完全覆盖焊料键合区域16。在所完成的器件中，焊料22是以焊料凸块22的形式，并且如以下解释的，焊料可以作为膏体或凸块来应用。

LED管芯20具有面向安装表面14的LED管芯的主表面上的图2中示意性图示的多个金属化层24。这些金属化层24可以特别地包括与管芯接触的欧姆接触层32、反射层34和面向LED安装表面14的保护性防护层36。

LED管芯20具有可焊接层26，其可以由任何合适的材料形成，包括例如Ag、NiPdAu或Au。

在该实施例中，磷光体层28分配在背离安装表面14的LED管芯20的侧面上，如以下讨论的，该侧面是由LED管芯20生成的光的大部分在此出射的侧面。提供围封和包封LED管芯20的硅树脂包封体38，其可以包含磷光体。

这样的经封装的LED可以以相对直接的方式制造，如现在将描述的。

图3图示了用于形成图1的封装主体12的过程。

提供厚度为20至500μm，优选地100至200μm的铜箔（步骤40）。通过光刻沉积掩模（步骤42）并且蚀刻铜箔（步骤44）。蚀刻过程导致具有如在图1中图示的箔平面中的铜箔的厚度方向上的成形轮廓以及在垂直于厚度方向的方向上看到的引线图案的引线框架。可以使用多个掩蔽和蚀刻步骤，如果要求的话，以生成具有相对复杂的图案和轮廓的引线框架（可选步骤70）。

然后可以提供可选镀层步骤72，如果要求的话——参见下文。

然后将引线框架引入到模具和在热量和压力之下引入的反射材料11中（步骤46）以形成具有嵌入在封装主体12中的引线框架10的封装2。

在要求的情况下，去飞边步骤（步骤48）然后移除飞边，即过量封装材料。这造成具有连续且平坦的LED安装表面的经模制的引线框架，如图1中所图示的。

要指出的是，经模制的引线框架在该阶段处可以包括多个封装，如图1中所图示的，为了后续步骤中的方便，多个封装利用反射材料的条连结在一起。在可替换的布置中，来自引线框架的金属条可以用于将封装连结在一起，并且然后在以下描述的单分步骤中对这些进行切割以分离封装。

现在将参照图4描述用于封装管芯的组装流。

在焊料键合区域上提供焊料膏（步骤52）。要指出的是，由于后续回流步骤，焊料在该阶段处不需要与焊料键合区域的边缘精确对准，并且所要求的仅仅是焊料凸块在正确的相应焊料键合区域上。焊料可以是例如AuSn、Sn或锡银铜（SAC）焊料。

可替换地，可以应用胶合剂、助焊剂和/或膏体，如果要求的话（步骤54）。特别地，可以使用导电胶。

然后提供放置在焊料膏上的管芯20（步骤56）。

然后实施还已知为回流步骤的固化步骤（步骤58）以熔化焊料。在该步骤期间，加热具有管芯的封装以熔化焊料，其然后扩散开以完全覆盖焊料键合区域，因为焊料容易润湿这些区域。反射材料充当焊料材料，因为焊料不容易润湿该区域。这帮助改进可靠性。焊料与管芯上的可焊接层26良好接触。

在可选步骤中，然后将磷光体28分配（步骤60）到背离封装2的管芯20的上表面上，在该表面处由LED管芯20生成的光的大部分将出射。

提供硅树脂包封体38以围绕管芯20并且然后对其进行固化（步骤62）以保护管芯。

然后通过断开连接毗邻封装的条来单分各个封装（步骤64）以提供多个单独经封装的LED，如图2中所图示的。

然后发生经封装的LED的测试（步骤66）。

如以上描述的LED和封装带来数个特征。

首先，要指出的是，由于银不用作所描述的布置中的反射层，因此不存在关于银失去光泽的问题。除在经封装的LED中覆盖有焊料的特定焊料键合区域之外，封装的全部侧壁和LED安装表面具有反射材料。

在该布置中，不存在管芯20与封装2之间的银层，并且这造成管芯20向封装2的改进附着。

由LED和封装提供的灵活性允许LED中心安装在封装内，而不会招致当使用诸如导线键合之类的可替换技术时所必要的增加的封装大小。

经封装的LED的可靠性通过使用反射材料作为焊料抵挡部来改进，因为这防止焊料以不太受控的方式扩散。

由于铜引线框架直接连接到管芯20，所以封装还可以实现良好的热学性能。要指出的是，焊料键合区域16可以设计成足够大以实现良好的热沉。

该方案固有地不过于易受关于热学失配的问题的影响。

在可替换的方案中，在步骤52中，在管芯20上而不是在封装上提供焊料。特别地，焊料凸块可以形成在管芯的可焊接区域26上，并且然后利用面向焊料键合区域16的焊料凸块安装管芯。

后续的回流步骤如上发生（步骤58）并且如在以上的实施例中那样，焊料键合区域16起作用以利用周围反射材料自对准焊料。其中焊料被排斥并且将不附着到反射材料的表面的该表面张力效应也可以起作用以帮助准确地对准管芯。

在本发明的实施例中，在步骤42中蚀刻铜箔以形成引线框架10之后，提供金属镀层（步骤72）。在一个实施例中，提供整个引线框架的银镀层。可替换地，可以仅在焊料键合区域中或在引线框架的下侧或表面上提供银或例如Sn或NiPdAu的可替换镀层，所述下侧或表面是与键合区域相对的侧面或表面。

封装的可替换形状是可能的。特别地，取代于形成具有侧壁的反射体杯，可以提供没有侧壁的平坦封装。在该情况中，封装具有恒定厚度，如图5中所图示的。

LED管芯可以来自宽泛的应用范围。封装方案适合用于低功率LED到高功率LED。方案允许选择封装形状方面的大自由度而同时保留相同的制造过程。

另外，LED的可替换物可以用作发光器件。可以使用可替换固态器件，特别是激光二极管。在特定示例中，本发明可以涉及VCSEL或VECSEL发光器件管芯的封装。

图6图示了可替换实施例，其中使用金凸块或其它金属凸块，例如Cu。

在该情况中，管芯形成有金凸块60，其充当对于可焊接区域26的替代。换言之，在该情况中，可焊接区域具有明显的厚度。然后将金凸块焊接到封装，如以上那样通过在焊料键合区域16上提供焊料膏，使具有金凸块60的管芯与焊料键合区域接触，并且实施回流步骤以使焊料膏回流来通过使用焊料层62将金凸块60焊接到焊料键合区域16。

在图7中所图示的可替换的实施例中，可以附加地使用导线键合。在这样的情况中，可以在连接到LED管芯20的单个侧面的LED安装区域14上提供单个焊料键合区域16，并且到LED管芯的第二连接通过导线键合制作。导线72用于将管芯20连接到导线键合区域70。要指出的是，导线键合区域70还是暴露在安装表面14处的引线框架10的部分。对于导线键合应用，可以可选地提供铜引线框架上的某个银镀层74以帮助将导线72键合到引线框架10。因此，在该布置中，除焊料键合区域16和导线键合区域70之外，整个安装表面具有反射材料11。

如果要求连接管芯，则可以提供多个焊料键合区域和/或导线键合区域。

Cu的任何合适合金或其它材料可以用于引线框架10。

取代于在步骤60中分配磷光体28，应用磷光体的可替换方法包括喷射或层压。另外，要指出的是，如果磷光体包括在硅树脂包封体38中，可以不要求分配磷光体（步骤78）的分离步骤60。

在以上示例中，轮廓化引线框架10通过蚀刻形成。然而，还可以使用形成具有轮廓的引线框架的可替换方法。例如，还可以可能的是使用压印过程来形成所要求形状的引线框架。

本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和随附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何参考标记不应当解释为限制范围。

Claims (13)

1.一种经封装的发光器件，包括：

封装主体（12），包括协作以限定连续安装表面（14）的反射材料（11）和轮廓化引线框架（10），其中轮廓化引线框架（10）具有变化厚度的轮廓，其中轮廓化引线框架的至少一个区在安装表面处暴露以限定由反射材料（11）围绕的至少一个焊料键合区域（16）；

覆盖至少一个焊料键合区域（16）但是不覆盖周围反射材料（11）的焊料（22）；以及

通过焊料安装到至少一个焊料键合区域（16）的发光器件管芯（20）；

其中反射材料是充当焊料抵挡部的材料。

2.根据权利要求1所述的经封装的发光器件，其中除至少一个焊料键合区域（16）之外，整个安装表面（14）具有反射材料。

3.根据权利要求1所述的经封装的发光器件，其中：

轮廓化引线框架（10）在安装表面处附加地暴露以限定至少一个导线键合区域（70）；并且

除至少一个焊料键合区域（16）和至少一个导线键合区域（70）之外，整个安装表面（14）具有反射材料；

还包括将管芯（20）连接到至少一个导线键合区域（70）的至少一个键合导线（72）。

4.根据权利要求1,2或3所述的经封装的发光器件，其中封装主体（12）是以反射体杯的形式。

5.根据权利要求1,2或3所述的经封装的发光器件，其中封装主体（12）是平坦的。

6.一种封装发光器件的方法，包括：

提供包括协作以限定连续安装表面（14）的反射材料（11）中的轮廓化引线框架（10）的封装主体（12），其中引线框架的预确定的形状和预确定的轮廓提供在安装表面处暴露以限定由反射材料（11）围绕的至少一个焊料键合区域（16）的引线框架的至少一个区；以及

将发光器件管芯（20）安装到至少一个焊料键合区域（16），包括应用热量熔化焊料（22）以附接发光器件管芯使得焊料覆盖至少一个焊料键合区域（16）但是不扩散到周围反射材料（11）；

其中应用热量熔化焊料包括使用暴露在安装表面上的反射材料（11）作为焊料抵挡部以避免焊料润湿除至少一个焊料键合区域（16）之外的安装表面的区。

7.根据权利要求6所述的方法，其中将发光器件管芯安装到至少一个焊料键合区域包括：

在至少一个焊料键合区域（16）上沉积焊料（22）；以及

将发光器件管芯（20）放置在安装表面（14）之上的焊料上；

其中应用热量熔化焊料使焊料（22）回流以覆盖至少一个焊料键合区域（16）来将发光器件管芯（20）附接到安装表面（14）。

8.根据权利要求6所述的方法，其中将发光管芯安装到至少一个焊料键合区域包括：

在发光器件管芯上沉积焊料凸块（22）；以及

将发光器件管芯（20）和焊料凸块放置在安装表面（14）之上的焊料上的至少一个焊料键合区域（16）上；

其中应用热量熔化焊料使焊料（22）回流以覆盖至少一个焊料键合区域（16）来将发光管芯（20）附接到安装表面（14）。

9.根据权利要求6所述的方法，其中提供封装主体（12）的步骤包括提供通过条连结的多个封装主体，方法还包括在将发光器件管芯安装到每一个相应封装主体之后将多个封装主体（12）划分成包含相应管芯的单个封装主体（12）。

10.根据权利要求6所述的方法，其中提供封装主体（12）的步骤包括：

将轮廓化引线框架（10）引入到模具中；

将树脂引入到模具中；以及

硬化树脂以形成反射材料（11）。

11.根据权利要求10所述的方法，其中在将引线框架引入到模具中时，轮廓化引线框架（10）具有铜或铜合金而没有任何附加层。

12.根据权利要求6所述的方法，其中提供轮廓化引线框架（10）还包括在轮廓化引线框架的一个或多个表面上沉积Ag层、Au层或NiAu层。

13.根据权利要求10所述的方法，还包括，在将轮廓化引线框架引入到模具中的步骤之前：

提供具有相对表面的恒定厚度的引线框架；以及

在相对表面中的至少一个上蚀刻引线框架以形成具有变化厚度的轮廓的轮廓化引线框架（10）。