专利名称：复合引线框led封装及其制造方法
技术领域：
本发明涉及封装半导体装置的领域，且尤其涉及封装发光二极管。
背景技术：
诸如发光二极管的发光装置(LED)通常封装于引线框封装内。引线框封装通常包括一连接到薄金属引线的LED，其中所述LED和大部分引线完全密封于一塑料体内。所述塑料体的一部分界定一透镜。连接到LED的引线的一部分延伸到所述塑料体的外部。所述引线框封装的金属引线充当导管以向LED提供电源，同时，其可用以将热量从所述LED中排出。当向LED施加功率以生成光时，所述LED产生热量。延伸到所述封装体外的引线的一部分连接到所述引线框封装外部的电路。
LED所产生的热量中的一些由塑料封装体耗散，然而，大部分热量被经由所述封装的金属组件而从LED排出。所述金属引线通常很薄且具有较小的横截面。因此，所述金属引线从LED中移除热量的能力受到限制。此限制了可发送到LED的功率的量。进而限制了可由LED产生的光的量。
为增加LED封装散热的能力，工业上使用各种设计；然而，这些设计中的每一个导致LED封装具有有限的热量耗散能力同时增加制造所述LED封装的复杂性和成本。例如，在一个方法中，LED封装被设计成将所述LED包括于一散热嵌片(heatsink slug)的腔内。然而，除其底表面外，所述散热嵌片被一塑料体所围绕。例如，Lumileds Lighting，LLC的一些LUXEONTMLED封装体现了此一设计。在此，所述散热嵌片增加了LED封装散热的能力；然而，此设计的LED封装制造起来相对较难且较昂贵。另外，因为其有限的暴露表面(仅为底表面)，所以其热量耗散受到限制。
在另一LED封装设计中，所述引线框的引线延伸(以各种形状和配置)超出所述LED封装体的紧接的边缘(immediate edge)外。这增加了暴露于周围空气的引线部分的表面积。所述延伸引线的增加的暴露表面积增加了LED封装散热的能力；然而，经延伸的引线增加了LED封装的大小，需要电路板上的相对更大的面积。在许多应用中，电路板面积是所稀有且昂贵的因素。
当前引线框封装设计的另一不需要的方面涉及与所述封装的热膨胀相关联的问题。当产生热量时，所述LED封装经历热膨胀。LED封装的每一部分具有不同的热膨胀系数(CTE)。例如，LED的CTE、所述封装体的CTE、所述引线的CTE和透镜的CTE都彼此不同。为此，当受热时，这些部分中的每一个部分经历不同程度的热膨胀，导致所述封装的部件之间的机械应力，因此不利地影响其可靠性。
因此，存在对一种克服或缓解现有技术封装的一个或多个缺点的经改良的LED封装的需要。
发明内容
本发明满足所述需要。在本发明的第一实施例中，一发光模具封装包括一引线框、一底部散热片和一顶部散热片。所述引线框具有一顶面和一底面，并包括复数个引线。所述引线框的一部分界定一安装衬垫。所述底部散热片耦合到所述引线框的底面。所述顶部散热片耦合到所述引线框的顶面。所述顶部散热片界定一通常围绕所述安装衬垫的开口。
在本发明的第二实施例中，一发光模具封装包括一引线框、一底部散热片和一顶部散热片。所述引线框具有一顶面和一底面，且包括复数个引线。所述底部散热片与所述安装衬垫下方的所述引线框的底面热耦合。所述底部散热片与所述引线框电绝缘。所述顶部散热片与所述引线框的顶面热耦合并界定一通常围绕所述安装衬垫的开口。所述顶部散热片与所述引线框电绝缘并耦合到一也围绕所述安装衬垫的反射器。至少一个发光装置(LED)安装于所述安装衬垫上，当通电时，所述LED适合产生光。一透镜与所述开口上方的所述顶部散热片耦合。所述透镜适合对LED所产生的光进行作用。所述透镜覆盖所述开口，借此界定一封闭腔。
在本发明的第三个实施例中，揭示了一种制造一发光模具封装的方法。首先，制作一引线框模具。所述引线框模具包括复数个引线和模具框(dieframe)，每一引线和所述模具框均具有一顶面和一底面。其次，一顶部散热片耦合到所述引线框模具之上，所述顶部散热片界定一开口。接着，一底部散热片耦合到所述引线框模具之下。最后，冲压所述引线框以切除所述模具框。
从以下详细描述并结合附图，通过对本发明的原理进行例示的方法说明，本发明的其它方面和优点将变得显而易见。
图1A和1B为根据本发明的一个实施例的发光模具封装的透视图；图1C为图1A的发光模具封装沿线A-A而切割的侧视剖面图；图2为图1A的半导体封装的分解透视图；图3为在制造过程中的图1A的发光模具封装的透视图。
具体实施例方式
现在将参考说明本发明不同实施例的图1到图3描述本发明。如图中所说明，为了说明的目的放大层或区域的大小，因此提供其以说明本发明的总体结构。此外，参考在其它结构、部分或两者上形成的结构或部分描述本发明的各种方面。所属领域的技术人员将明了参考在另一结构或部分“上”或“上方”形成的结构涵盖可插入的额外结构、部分或两者。参考在另一结构或部分“上”形成的不具有插入结构或部分的结构在本文中被描述为“直接”形成于所述结构或部分上。此外，本文使用诸如“上”或“上方”的相关术语来描述如在图中所说明的一个结构或部分与另一结构或部分的关系。应了解，除图中所描绘的定位外，诸如“上”或“上方”的相关术语欲涵盖所述装置的不同定位。例如，若将图中的装置翻转，则被描述为在其它结构或部分“上方”的结构或部分现在将被定位在另一结构或部分“下方”。同样，若将图中的装置沿一轴旋转，则被描述为在其它结构或部分“上方”的结构或部分现在将被定位于与其它结构或部分“相邻”或其“左方”。文中相同数字代表相同元件。
如为了说明的目的在图中所示，通过发光模具封装来例示本发明的实施例，所述发光模具封装包括一具有引线的引线框、一底部散热片和一具有一开口的顶部散热片。一诸如发光二极管的发光装置(LED)安装在所述开口内的引线框上。一透镜覆盖所述开口。实际上，根据本发明的一实施例的所述发光模具封装包含一夹入一引线框的两部分散热片。因为所述底部散热片和所述顶部散热片将热量从LED排出，所以可向LED输送更多功率，且所述LED可生成更多光。此外，为此，本发明的所述发光模具封装可无需延伸远离所述封装的单独的散热嵌片或引线。因此，本发明的LED模具封装可更紧密、更可靠且比制造现有技术的模具封装更省费用。
图1A和1B为根据本发明的一个实施例的发光模具封装10的透视图。图1C为图1A的发光模具封装10沿线A-A而切割的侧视剖面图。图2为图1A和1B的半导体封装10的分解透视图。参看图1A到图2，所述半导体封装10包括一引线框20、一底部散热片30和一顶部散热片40。
所述引线框20包括复数个引线。在图中，仅为说明的目的展示了引线22a、22b、22c、22d和22e。为了方便起见，本文中将引线22a、22b、22c、22d和22e共同称为引线22。所述引线22a、22b、22c、22d和22e彼此电绝缘。为避免混淆，并不以图中的参考数字说明引线22的所有情况。所述引线框20包括一顶面24和一底面26。此外，所述引线框20的一部分28界定一安装衬垫28。所述安装衬垫28为所述引线框20的一部分(包括所述第一引线22a的一部分)，此处安装有一LED组合50。通常，将所述安装衬垫28一般定位在邻近所述引线框20的顶面24中心。在本发明的替代实施例中，所述LED组合50可由其它半导体电路或芯片替代。所述引线框20由导电材料制成且一般较薄。在一个实施例中所述引线框20具有千分之一或百分之一英寸数量级(order)的厚度，且例如范围为从0.005英寸到0.010英寸。
将所述底部散热片30与至少位于所述安装衬垫28下方的所述引线框20的底面26耦合。所述底部散热片30由导热材料制成，并与所述引线框20的底面26热耦合，但与所述引线框20电分离。所述底部散热片30具有一与所述引线框20热耦合但与其电分离的顶表面32，所述电分离可通过使用在所述引线框20与所述底部散热片30之间的介电层(例如，以陶瓷粒子填充的粘合剂)来实现。所述底部散热片30具有一界定一所述发光模具封装10的底部平面的底表面34。如图1B所示，所述底部散热片30的底表面34可包括一金属化底部。如所说明，可将所述引线22弯向所述底部平面到邻近所述底部平面终止。
所述顶部散热片40耦合到所述引线框20的顶面24。所述顶部散热片40界定一开口42，所述开口42一般围绕所述安装衬垫28。所述顶部散热片40由导热材料制成，并与所述引线框20的顶面24热耦合，但与所述引线框20电分离，所述电分离可通过使用所述引线框20与所述底部散热片40之间的介电层来实现。所述底部散热片30和所述顶部散热片40一般具有相似的侧向尺寸或范围，并基本上彼此重叠将所述引线框20夹在中间。所述顶部散热片40和所述底部散热片30由诸如(仅举例)铜、铝或陶瓷材料的导热材料制成。
所述发光模具封装10包括LED组合50，所述LED组合50包括至少一个安装在所述安装衬垫上的发光装置(LED)。图2中例示所述LED组合50为具有四个发光二极管。当通电时，所述LED适合产生光。
所述发光模具封装10包括一耦合到所述顶部散热片40的反射器60，所述反射器60围绕所述安装衬垫28。在一个替代实施例中，所述反射器60不是一单独的组件，而是与顶部散热片40集成一体并成为其一部分。所述反射器60适合将来自LED组合50的光反射至透镜70。
所述发光模具封装10包括耦合到顶部散热片40的透镜70，所述透镜70一般耦合到开口42、安装衬垫28和反射器60上方。当将透镜70放置于所述开口42上方时，引线框20、顶部散热片40的开口42和透镜70界定一封闭腔44。所述透镜70通过(例如)反射、引导、聚焦和改变波长对LED组合50所产生的光起作用。例如，可用碳酸钙涂布所述透镜70的底表面72以散射光。或者，可用磷涂布所述透镜70的底表面72以改变来自LED组合50的光的波长。
使用诸如硅酮的透明密封剂填充封闭腔44。所述密封剂将LED组合50粘着到所述安装衬垫28上。无需以所述密封剂完全填充封闭腔44。事实上，用密封剂部分填充腔44同时在所述腔44内留出间隙可允许所述密封剂膨胀(当LED组合50产生热量时)，而不使所述透镜70与所述顶部散热片40相分离。
可使用图3来讨论制造图1A到图2的发光模具封装10的方法。图3说明制造前的图1A的发光模具封装10。为制造图中的发光模具封装10，制作一引线框模具80。为了说明的目的，在图2中制作所述引线框模具80以用于制造两个发光模具封装。事实上，可制作一引线框模具来同时制造多个发光模具封装。所述引线框模具80包括复数个引线，例如引线22a、22b、22c、22d和22e(共同为“引线22”)，和一围绕所述引线22的模具框82。所述引线框模具具有一顶面24(与图2引线框20的顶面24同面)和一底面26(与图2引线框20的底面26同面)。所述引线框模具80通过冲压诸如金属的一片模具材料来制作。取决于，所述模具材料的厚度可根据所所需的应用而极大地不同，例如所述厚度可以几分之一毫米(mm)数量级计，例如范围从0.13mm到0.25mm。或者，可使用蚀刻处理来制作所述引线框模具80。
参看图2和图3，将所述顶部散热片40耦合到所述引线框模具80。如已描述的，所述顶部散热片40界定所述开口42。所述底部散热片30耦合到所述引线框模具80的底面。所述底部散热片30具有一与引线框模具80热耦合但与其电分离的顶表面32。如图1B中所说明，底部散热片30具有一界定所述发光模具封装30的底部平面的金属化底表面34。图3的介电但导热的粘合层38可用于将所述底部散热片30与所述引线框20分离。
所述顶部散热片40与所述底部散热片30具有类似的侧向范围并基本上彼此重叠。例如，所述底部散热片30的侧向范围33和35可根据实施而极大地不同(仅举例)侧向范围33和35可以毫米(mm)或厘米(cm)数量级计，且范围可从(例如)7mm到20mm。所述底部散热片30和所述顶部散热片40可具有以mm或cm数量级计的厚度，且其范围可从(例如)1.5mm到3mm。这些测量结果可根据所需的特征和应用而极大地不同。
参看图2和图3，进一步讨论了制造发光模具封装10的方法。在开口42内将包括诸如一发光二极管的至少一个发光装置(LED)的LED组合50安装到至少一个引线上，诸如引线22a。接着，将反射器60和透镜70附着到顶部散热片40上，所述透镜70覆盖开口42。所述反射器60围绕所述开口42。所述反射器60可与顶部散热片40成一体，在此情况下不需要一个将反射器60与顶部散热片40耦合的单独步骤。
最后，冲压所述引线框模具80以切除所述模具框82。在冲压期间，如图1A到图2所说明，将引线22弯向底部平面。
从前述可见，本发明是新颖的并提供超出现有技术的优点。尽管以上描述并说明了本发明的特定实施例，但本发明并不限于所描述和说明的部件的特定形式或布置。例如，可将不同的配置、大小或材料用于实践本发明。本发明由上述权利要求书限制。
权利要求
1.一种发光模具封装(10)，其包含一包括复数个引线(22)的引线框(20)，所述引线框(20)具有顶面(24)和底面(26)，且所述引线框的一部分界定一安装衬垫(28)；一与所述引线框(20)的所述底面(26)耦合的底部散热片(30)；和一与所述引线框(20)的所述顶面(24)耦合的顶部散热片(40)，所述顶部散热片(40)界定一开口(42)，所述开口(42)一般围绕所述安装衬垫(28)。
2.根据权利要求1所述的发光模具封装(10)，其中所述顶部散热片(40)与所述引线框(20)电分离。
3.根据权利要求1所述的发光模具封装(10)，其中所述顶部散热片(40)与所述底部散热片(30)具有类似的侧向范围，且基本上彼此重叠。
4.根据权利要求1所述的发光模具封装(10)，其中所述底部散热片(30)具有一与所述引线框(20)热耦合但与其电分离的顶表面(32)，且所述底部散热片(30)具有一界定一所述发光模具封装(10)的底部平面的金属化底表面(34)。
5.根据权利要求4所述的发光模具封装(10)，其中所述引线(22)弯向所述底部平面，且所述引线(22)终止于靠近所述底部平面处。
6.根据权利要求1所述的发光模具封装(10)，其进一步包含安装在所述安装衬垫(28)上的至少一个发光装置(LED)(50)。
7.根据权利要求1所述的发光模具封装(10)，其进一步包含一耦合到所述顶部散热片(40)的反射器(60)，所述反射器(60)围绕所述安装衬垫(28)。
8.根据权利要求1所述的发光模具封装(10)，其进一步包含一与所述安装衬垫(28)上方的所述顶部散热片(40)耦合的透镜(70)。
9.一种发光模具封装(10)，其包含一包括复数个引线(22)的引线框(20)，所述引线框(20)具有顶面(24)和一底面(26)，且所述引线框的一部分界定一安装衬垫(28)；一与所述安装衬垫(28)下方的所述引线框(20)的所述底面(26)热耦合的底部散热片(30)，所述底部散热片(30)与所述引线框(20)电绝缘；一与所述引线框(20)的所述顶面(24)热耦合的顶部散热片(40)，所述顶部散热片(40)界定一开口(42)，所述开口(42)一般围绕所述安装衬垫(28)，所述顶部散热片(40)与所述引线框(20)电绝缘，且所述顶部散热片(40)耦合到一也围绕所述安装衬垫(28)的反射器(60)；至少一个安装在所述安装衬垫(28)上的发光装置(LED)(50)，当通电时，所述LED(50)适合产生光；和一与所述开口(42)上方的所述顶部散热片(40)耦合的透镜(70)，所述透镜(70)适合对由所述LED(50)产生的光进行作用，所述透镜(70)覆盖所述开口(42)，借此界定一封闭腔(44)。
10.根据权利要求9所述的发光模具封装(10)，其中所述底部散热片(30)具有一界定一所述发光模具封装(10)的底部平面的金属化底表面(34)。
11.根据权利要求9所述的发光模具封装(10)，其中所述封闭腔(44)由密封剂至少部分填充。
12.一种制造一发光模具封装(10)的方法，所述方法包含制作一引线框模具(80)，所述引线框模具(80)包括复数个引线(22)和模具框(82)，每一引线(22)和所述模具框(82)具有一顶面(24)和一底面(26)；将一顶部散热片(40)耦合到所述引线框模具(80)上方，所述顶部散热片(40)界定一开口(42)；将一底部散热片(30)耦合到所述引线框模具(80)下方；和冲压所述引线框模具(80)以切除所述模具框(82)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中通过冲压一片模具材料来制作所述引线框模具(80)。
14.根据权利要求12所述的方法，其中通过蚀刻处理来制作所述引线框模具(80)。
15.根据权利要求12所述的方法，其进一步包含将至少一个发光装置(LED)(50)安装于至少一个引线(22)上，所述LED(50)安装于所述开口(42)中。
16.根据权利要求12所述的方法，其进一步包含将一透镜(70)附着于所述顶部散热片(40)上，所述透镜(70)覆盖所述开口(42)。
17.根据权利要求12所述的方法，其中所述底部散热片(30)具有一与所述引线框模具(80)热耦合但与其电分离的顶表面(32)，且所述底部散热片(30)具有一界定所述发光模具封装(10)的一底部平面的金属化底表面(34)。
18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包含将所述引线(22)弯向所述底部平面。
19.根据权利要求14所述的方法，其进一步包含将一反射器(60)耦合于所述顶部散热片(40)上，所述反射器(60)围绕所述开口(42)。
20.根据权利要求14所述的方法，其中所述顶部散热片(40)包括一集成反射器。
全文摘要
本发明揭示一种发光模具封装(10)。所述模具封装(10)包括一引线框(20)、一底部散热片(30)、一顶部散热片(40)、一反射器(60)和一透镜(70)。所述顶部和底部散热片(40和30)与所述引线框(20)热耦合，但与所述引线框(20)电绝缘。所述引线框(20)包括复数个引线(22)并界定一用以安装LED(50)的安装衬垫(28)。所述顶部散热片(40)界定所述安装衬垫(28)上方的一开口(42)。所述反射器(60)在所述开口(42)处耦合到所述顶部散热片(40)。所述透镜(70)被放置于所述开口(42)上方而界定所述安装衬垫(28)上方的一封闭腔(44)。至少一个发光装置(LED)(50)被安装在所述腔(44)内的所述安装衬垫(28)上。密封剂将所述LED(50)光学耦合到其周围表面以最大化其光学性能。当通电时，所述LED(50)产生光和热。所述光被所述反射器(60)反射并通过所述透镜(70)对其进行作用。所述热通过所述顶部和底部散热片(40和30)耗散。
文档编号H01L33/62GK1720608SQ200380104936
公开日2006年1月11日 申请日期2003年12月3日 优先权日2002年12月6日
发明者班·P·罗 申请人:克立公司