用于大功率發(fā)光二極管的殼體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于光電的器件，如LED的殼體以及一種用于制造所述殼體的方法。該殼體是一種用于容納功能元件，尤其是LED的殼體，其由下列組成部分構(gòu)成：帶有上側(cè)、下側(cè)和周面的基體，上側(cè)至少部分限定了用于至少一個光電的功能元件的安裝區(qū)域，從而基體形成了用于至少一個光電的功能元件的冷卻體；以及至少一個用于至少一個光電的功能元件的連接體，該連接體至少借助玻璃層與基體地相連，其中，至少一個連接體在周面?zhèn)炔贾煤?或固定在基體上并且至少部分優(yōu)選沿著基體周面在基體的周邊上延伸，以及其中，至少基體的上側(cè)具有至少一個帶底部的第一凹陷，該底部提供了用于至少一個光電的功能元件的安裝區(qū)域。
【專利說明】用于大功率發(fā)光二極管的殼體
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于光電器件，如LED的殼體，以及涉及一種用于制造所述殼體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，作為一般標準，所謂的“大功率發(fā)光二極管”(LED)被封裝在塑料結(jié)構(gòu)和樹脂結(jié)構(gòu)中，也就是說有機的殼體中。但定位在這種殼體內(nèi)的LED沒有被充分地密封地封裝以不受因周邊環(huán)境造成的可能的影響。這可能導致材料、表面和/或電連接的降解。此外，樹脂的熱穩(wěn)定性對于有較高輸出功率的光電器件，例如5W的LED的，被證實是有問題的。
[0003]用于克服這個缺陷的技術(shù)在專利申請WO 2009/132838 Al中說明。這個專利申請的內(nèi)容通過引用完全包含在當前的專利申請中。在該專利申請中描述了一種基本上完全無機的殼體。這是這樣一種殼體，其包括由金屬的基礎(chǔ)部分和金屬的頭部構(gòu)成的復合體，頭部布置在基礎(chǔ)部分的上側(cè)上。它們通過玻璃層相互連接。在基礎(chǔ)部分上定位著一個光電的功能元件。頭部在基礎(chǔ)部分上方還形成了一個用于被光電的功能元件發(fā)射的或待接收的射線的反射器。在基礎(chǔ)部分、玻璃層和頭部拼接時，玻璃層被加熱，直至玻璃達到一個粘度，在該粘度下玻璃發(fā)生粘附且基礎(chǔ)部分和頭部借助第一玻璃層形成了一種復合體。在此所述殼體被證實是極為有利。玻璃化合物尤其實現(xiàn)了一種耐高溫性得到提高的密封封裝制造。用該技術(shù)可以以所述優(yōu)勢成本低廉地制造小型的殼體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在前述背景下，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于光電的器件，尤其是有大功率的LED的備選的殼體，以及提供一種用于制造這類殼體的備選的方法。
[0005]尤其應當能夠提供一種有很小的尺寸的緊湊的殼體。
[0006]該技術(shù)問題業(yè)已通過按獨立權(quán)利要求所述的用于容納光電的功能元件的殼體和用于制造這類殼體的方法解決。按本發(fā)明的殼體和按本發(fā)明的方法的有利的實施方式是各從屬權(quán)利要求的主題。
[0007]本發(fā)明規(guī)定了一種用于容納光電的功能元件的，尤其是LED的殼體，其至少由下列組成部分構(gòu)造或由下列組成部分構(gòu)成。按本發(fā)明的殼體是一種由下列組成部分構(gòu)成的殼體:
[0008]-帶有上側(cè)、下側(cè)和周面的基體，上側(cè)至少部分限定了用于至少一個光電的功能元件的安裝區(qū)域，從而基體形成了用于至少一個光電的功能元件的冷卻體；以及
[0009]-至少一個用于至少一個光電的功能元件的連接體，該連接體至少借助玻璃層與基體優(yōu)選材料接合地相連，
[0010]-其中，至少一個連接體在周面?zhèn)炔贾煤?或固定在基體上并且至少部分優(yōu)選沿著基體周面在基體的周邊上延伸和/或
[0011]-其中，至少基體的上側(cè)具有至少一個帶底部的第一凹陷，該底部提供了用于至少一個光電的功能元件的安裝區(qū)域。
[0012]此外，本發(fā)明還涉及一種用于制造尤其用于LED的光電的功能元件殼體的方法，包括下列方法步驟:
[0013]-提供至少一個帶上側(cè)的基體，該上側(cè)至少部分限定了用于至少一個光電的功能元件的安裝區(qū)域，從而基體形成了用于至少一個光電的功能元件的冷卻體，
[0014]-提供至少一個用于至少一個光電的功能元件的連接體以及在基體和連接體之間的至少一個玻璃部以將連接體與基體連接起來，
[0015]-將基體、連接體和玻璃部拼接，以及
[0016]-將玻璃部加熱，直至這個玻璃部具有和/或達到一個粘度，在該粘度下該玻璃部粘附并且可以由基體和連接體形成復合體，
[0017]-將玻璃部冷卻，因而基體和連接體至少借助由經(jīng)冷卻的玻璃部形成的玻璃層形成一種材料接合的復合體，
[0018]-其中，該連接體由此至少部分地固定在基體的周面上，具體方式為，至少部分地在基體的周面和連接體之間提供玻璃部，和/或
[0019]-其中，至少在該基體的上側(cè)中施加至少一個帶底部的第一凹陷，該底部提供了用于至少一個光電的功能元件的安裝區(qū)域。
[0020]在所述方法的一種優(yōu)選的設(shè)計方案中，基體、連接體和/或玻璃層或形成玻璃層的玻璃分別在一個母體中提供。按本發(fā)明的殼體尤其可以用或用按本發(fā)明的方法制造。按本發(fā)明的方法優(yōu)選形成用于制造按本發(fā)明的殼體。單個方法步驟的順序可以改變。
[0021]按本發(fā)明的殼體優(yōu)選是一種基本上無機的殼體。該殼體由金屬制的基體、金屬制的連接體和玻璃層構(gòu)成，或包括它們。
[0022]至少一個功能元件被布置在基體上?；w一方面是用于功能元件的承載元件?；w因此也可以被稱為載體或本體。另一方面，基體是一種用于功能元件的冷卻體。
[0023]基體可以一件式或分段式地構(gòu)成，并例如由層構(gòu)成。此外可將貫通管路，所謂的熱學通路(thermische Vias)置入基體。在置入殼體或套裝在基體上之后，功能元件與基體形成直接接觸。
[0024]功能元件可以例如粘接和/或釬焊在基體上。優(yōu)選使用無鉛的軟焊料作為焊料。膠粘劑優(yōu)選是一種能導電的膠粘劑，如用富集了銀的環(huán)氧樹脂。因此直接的接觸也指的是通過膠粘劑、焊料或粘合劑的接觸。
[0025]因為基體按照本發(fā)明也是一種用于功能元件的冷卻體，所以它包括具有相應的導熱能力的材料。基體優(yōu)選具有至少約50W/mK，優(yōu)選至少約150W/mK的熱導率。
[0026]基體可以熱學連接在另一個構(gòu)件上?；w優(yōu)選包括至少一種金屬或由一種金屬或合金構(gòu)成。常用的金屬例如是銅和/或鋁和/或鎳和/或鐵和/或鑰和/或銅-鎢和/或銅-鑰。
[0027]基體通常在對其上側(cè)的俯視圖中具有約9mm2至約400mm2,優(yōu)選至約50mm2的面積。其高度通常為約0.1mm至約IOmm,優(yōu)選直至約2mm。
[0028]基體的其它可能的設(shè)計方案請參考在文獻WO 2009/132838 Al中說明的基礎(chǔ)部分。
[0029]用于至少一個功能元件的安裝區(qū)域通常處在第一凹陷的中心點上。倘若在殼體中應當安裝僅一個功能元件，那么安裝區(qū)域處在中軸線的區(qū)域中或處在基體的中軸線上。
[0030]功能元件定位在基體的第一凹陷中。該凹陷的橫截面取決于功能元件的大小和/或應當安裝在第一凹陷中的功能元件的數(shù)量和/或在基體中的第一凹陷的數(shù)量。第一凹陷可以在對基體的上側(cè)的俯視圖中具有約4mm2至約IOOOmm2或約4mm2至約50mm2,優(yōu)選直至約20mm2的面積。通常這樣選擇其深度，即，使得定位在第一凹陷中的功能元件可以基本上完全沉入第一凹陷。第一凹陷的深度通常處在約0.2mm至約2mm的范圍內(nèi)。
[0031]在一種實施方式中，第一凹陷具有從第一凹陷的底部朝著第一凹陷的上側(cè)的方向漸增的直徑，至少一個光電的功能元件可以定位在所述底部上。第一凹陷可以至少部分采用截圓錐或平截頭棱錐體的造型。通過這種設(shè)計方案可以改善殼體對光線或一般而言對射線的發(fā)射和/或接收特性。
[0032]為此，基體中的第一凹陷的內(nèi)側(cè)或周面和/或附加地在下文還將闡釋的連接體中的貫通區(qū)域的內(nèi)側(cè)，優(yōu)選至少部分具有反射特性。通過在基體的上側(cè)中的第一凹陷和/或通過在連接體中的所述貫通區(qū)域可以形成一個用于由光電的功能元件發(fā)射的和/或待接收的射線的反射器。
[0033]至少一個連接元件是一種連接體，其用于提供針對定位在基體的上側(cè)上，優(yōu)選基體的第一凹陷中的功能元件的電接口。通過連接體通?？梢越⑵鸹w的以及因而功能元件的上側(cè)與周圍環(huán)境的連接。
[0034]連接體是一種實心體。它尤其同樣是一種金屬板。這個連接體優(yōu)選也可以在輕微的壓力下例如通過用手指按壓而能變形。這個連接體不是例如借助PVD方法涂覆或建立在基體上的層。
[0035]連接體與基體電絕緣。連接體至少部分地通過玻璃層與基體分離地和/或至少部分地與基體相間隔地布置。
[0036]連接體包括或是一種金屬或合金。金屬在此至少是從由銅、鋁、鎳、鈷、鐵、鋼或不銹鋼、鐵素體的鋼或不銹鋼，以及奧氏體的鋼或不銹鋼構(gòu)成的組中選出的一個成員。通常連接體在對其上側(cè)的俯視圖中具有約9mm2至約1000mm2，優(yōu)選直至50mm2的面積。其高度通常為約0.1mm至約5mm,優(yōu)選直至約2mm。
[0037]基體的其它可能的設(shè)計方案請參考在文獻WO 2009/132838 Al中說明的基礎(chǔ)部分。
[0038]在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，連接體提供一種用于由至少一個光電的功能元件發(fā)射的和/或待接收的射線的貫通區(qū)域。貫通區(qū)域至少部分在第一凹陷的周邊上延伸和/或在用于至少一個光電的功能元件的安裝區(qū)域上延伸和/或在基體上延伸。貫通區(qū)域可以說明這樣一個區(qū)域，光線或射線可以經(jīng)過該區(qū)域以及因而通過該區(qū)域進和/或出。貫通區(qū)域優(yōu)選實施成連接體中的凹部或孔。光線在此可以落到凹部的周表面上。貫通區(qū)域優(yōu)選與基體和/或與第一凹陷共軸地布置。貫通區(qū)域可以在對基體的上側(cè)的俯視圖中具有約4mm2至約IOOOmm2或約4mm2至約50mm2，優(yōu)選直至約20mm2的面積。深度基本上相當連接體的高度。
[0039]在殼體的一種優(yōu)選的實施方式中，基體的上側(cè)具有第二凹陷，其至少部分在第一凹陷的周邊上延伸，從而基體的周面至少由優(yōu)選下部的在外的或外置的周面以及優(yōu)選上部的在內(nèi)的或內(nèi)置的周面形成。在一定程度上形成了在基體上或在基體的上側(cè)上的一種階梯。基體的外周面優(yōu)選對應基體的本來的周面。外周面到第一凹陷的或基體的中心的間距要大于內(nèi)周面?；w具有上側(cè)和下側(cè)。周面在此描述的是側(cè)向的壁，其將上側(cè)與下側(cè)連接起來。
[0040]第二凹陷提供了用于連接體的接納區(qū)域。連接體至少部分尤其用其下側(cè)放在第二凹陷的底部上。連接體可以備選地或補充地與基體的內(nèi)周面和/或外周面鄰接。在此，連接體的周面，尤其是貫通區(qū)域的周面，與基體的內(nèi)周面和/或外周面鄰接。連接體因此至少部分布置在基體的上側(cè)上和/或貫通區(qū)域的內(nèi)側(cè)與基體的內(nèi)周面和/或外周面鄰接地布置。
[0041]第二凹陷的寬度在對基體的上側(cè)的俯視圖中通常處在一個約0.5mm至約15mm，優(yōu)選直至約6mm的范圍內(nèi)。凹陷的寬度通過用于連接體在基體上的支承面給定。第二凹陷的深度通常處在約0.1mm至約5mm的范圍內(nèi)。
[0042]因為基體和連接體通常彼此電絕緣，所以定位也理解成是鄰接的定位，此時基體和連接體通過玻璃層相互分離。在最初提到的實施方式中，玻璃層至少部分地布置在第二凹陷的底部和連接體的下側(cè)之間。在第二種實施方式中，玻璃層至少部分地布置在連接體的，優(yōu)選貫通區(qū)域的內(nèi)邊緣和基體的外邊緣之間。
[0043]在另一種實施方式中，連接體分段式地實施。通過所形成的分段可以提供多個用于多個光電的功能元件或用于單個的定位在基體上的光電的功能元件的接口。連接體的分段優(yōu)選彼此相間隔和/或通過玻璃層電絕緣。
[0044]殼體的另一種設(shè)計方案是這樣的，S卩，連接體至少部分延伸超過基體以及提供至少一個用于連接的接片。接片優(yōu)選能手動地彎曲和/或具有尤其是連續(xù)地徑向向外減小的寬度。連接體通過接片變大。然后連接體通常在其上側(cè)的俯視圖中具有約9mm2至約800mm2，優(yōu)選直至IOOmm2的面積。
[0045]此外，可以在基體中或基體上和/或在連接體中或連接體上還提供用于連接器件，優(yōu)選用于接合線的安裝區(qū)域。安裝區(qū)域優(yōu)選被實施成在第一凹陷和/或貫通區(qū)域的內(nèi)邊緣中的凹部。
[0046]玻璃是一種用于將基體與連接體連接起來的和/或用于將基體與連接體絕緣的玻璃。玻璃具有在處在基體和/或連接體所使用的材料的熔化溫度之下的范圍內(nèi)的軟化點或軟化溫度。為了連接或在連接時，玻璃被加熱至其具有這樣一個粘度的狀態(tài)，在該粘度下構(gòu)件彼此粘附。玻璃優(yōu)選在連接時具有在IO7Pas至約IO3Pas范圍內(nèi)的粘度。加熱例如在爐內(nèi)進行。所使用的玻璃優(yōu)選是一種或包括一種磷酸鹽玻璃和/或軟玻璃和/或堿-鈦-硅酸鹽玻璃。例如針對磷酸鹽玻璃的是名稱為SCHOTT G018-122的玻璃。例如針對軟玻璃的是名稱為SCHOTT 8061和/或SCHOTT 8421的玻璃。
[0047]若例如基體和/或連接體基本上通過銅和/或鋁，尤其在與玻璃的交界面上提供，那么玻璃優(yōu)選是一種堿-鈦-硅酸鹽玻璃。基體和/或連接體和/或至少交界面具有至少50重量％的,優(yōu)選至少80重量％的銅或招的份額。
[0048]在一種實施方式中，堿-鈦-硅酸鹽玻璃具有或包括下列成分(重量百分比):
[0049]
【權(quán)利要求】
1.一種用于容納光電的功能元件(40)，尤其是LED (40)的殼體(100)，其由下列組成部分構(gòu)成: -帶有上側(cè)(10a)、下側(cè)(IOb)和周面(13、13-1、13-2)的基體(10)，上側(cè)至少部分限定了用于至少一個光電的功能元件(40)的安裝區(qū)域(14)，從而基體(10)形成了用于至少一個光電的功能元件(40)的冷卻體；以及 -至少一個用于至少一個光電的功能元件(40)的連接體(30、30-1至30-4)，該連接體至少借助玻璃層(20)與基體(10)相連， -其中，所述至少一個連接體(30、30-1至30-4)在周面?zhèn)炔贾迷诨w(10)上并且至少部分在基體(10)的周邊上延伸和/或 -其中，至少基體(10)的上側(cè)(IOa)具有至少一個帶底部的第一凹陷(11)，所述底部提供了用于至少一個光電的功能元件(40)的安裝區(qū)域(14)。
2.按前述權(quán)利要求所述的殼體，其特征在于，所述基體由金屬構(gòu)成并且所述連接體(30,30-1至30-4)與基體(10)電絕緣。
3.按前述權(quán) 利要求任一項所述的殼體(100)，其特征在于，所述玻璃層(20)至少部分布置在基體(10)的周面(13、13-1、13-2)和連接體(30、30-1至30_4)之間和/或 所述玻璃層(20)至少部分布置在基體(10)的上側(cè)(IOa)和連接體(30、30-1至30-4)的下側(cè)(30b)之間。
4.按前述權(quán)利要求任一項所述的殼體(100)，其特征在于，基體(10)的上側(cè)(IOa)具有至少一個第二凹陷(12)，該第二凹陷至少部分地在第一凹陷(11)的周邊上延伸，從而基體(10)的周面(13、13-1、13-2)至少由優(yōu)選下部的外周面(13-1)和優(yōu)選上部的內(nèi)周面(13-2)形成。
5.按前述權(quán)利要求任一項所述的殼體(100)，其特征在于，所述第二凹陷(12)提供用于連接體(30、30-1至30-4)的容納區(qū)域，而所述連接體(30、30-1至30_4)至少部分地平放在第二凹陷(12)的底部上和/或 所述連接體(30、30-1至30-4)鄰接于基體(10)的內(nèi)周面(13-2)上和/或外周面(13-1)。
6.按前述權(quán)利要求任一項所述的殼體(100)，其特征在于，所述連接體(30、30-1至30-4)提供用于由至少一個光電的功能元件(40)發(fā)射的和/或待接收的射線的貫通區(qū)域(31)，該貫通區(qū)域至少部分地在第一凹陷(11)的周邊上和/或在用于至少一個光電的功能元件(40)的安裝區(qū)域(14)上延伸。
7.按前述權(quán)利要求任一項所述的殼體(100)，其特征在于，所述連接體(30、30-1至30-4)至少部分地布置在基體(10)的上側(cè)(IOa)上和/或 所述貫通區(qū)域(31)的內(nèi)側(cè)鄰接于基體(10)的內(nèi)周面(13-2)和/或外周面(13-1)。
8.按前述權(quán)利要求任一項所述的殼體(100)，其特征在于，所述連接體(30、30-1至30-4)被分段，從而能提供多個用于至少一個定位在基體上的光電的功能元件的接口， 其中，優(yōu)選所述連接體(30)的段(30-1至30-4)彼此相間隔和/或通過玻璃層(20)電絕緣。
9.按前述權(quán)利要求任一項所述的殼體(100)，其特征在于，所述連接體(30、30-1至30-4)至少部分地延伸超過基體(10)并且形成了至少一個用于連接的接片(33)，和/或在所述基體(10)和/或所述連接體(30、30-1至30-4)中提供至少一個用于連接器件(50)，優(yōu)選接合線(50)的安裝區(qū)域(32)。
10.按前述權(quán)利要求任一項所述的殼體(100)，其特征在于，所述第一凹陷(11)具有從第一凹陷(11)的底部朝著第一凹陷(11)的上側(cè)優(yōu)選連續(xù)地漸增的直徑，至少一個光電的功能元件(40)能定位在第一凹陷的底部上和/或 所述貫通區(qū)域(31)具有從貫通區(qū)域(31)的下側(cè)朝著貫通區(qū)域(31)的上側(cè)的方向優(yōu)選連續(xù)地漸增的直徑。
11.按前述權(quán)利要求任一項所述的殼體(100)，其特征在于，在所述基體(10)中的第一凹陷(11)的內(nèi)側(cè)和/或在所述連接體(30、30-1至30-4)中的貫通區(qū)域(31)的內(nèi)側(cè)至少部分具有反射特性，而且在所述基體(10)的上側(cè)(IOa)中的第一凹陷(11)和/或在所述連接體(30、30-1至30-4)中的貫通區(qū)域(31)形成了用于由光電的功能元件(40)發(fā)射的和/或待接收的射線的反射器。
12.按前述權(quán)利要求任一項所述的殼體(100)，其特征在于，在所述基體(10)的上側(cè)(IOa)上和/或在所述連接體(30、30-1至30-4)的上側(cè)(30a)上能夠安裝至少一個優(yōu)選透明的封閉元件(60)，尤其是光學器件(60)和/或 在所述基體(10)的上側(cè)(IOa)中和/或在所述連接體(30、30-1至30-4)的上側(cè)(30a)中形成了至少一個用于接納封閉元件(60)，優(yōu)選光學器件(60)的區(qū)域(34)和/或 至少在所述殼體(100)的下側(cè)上安裝絕緣裝置(15)和/或 套筒(16)在周面?zhèn)炔贾迷诨w(10)上并且至少部分在基體(10)的周邊上延伸。
13.—種光電的器件,其包括按前述權(quán)利要求任一項所述的殼體(100)和至少一個布置在所述殼體(100)中的發(fā) 射射線和/或接收射線的光電的功能元件(40)，尤其是LED(40)。
14.一種發(fā)光裝置，其包含至少一個按前述權(quán)利要求任一項所述的殼體(100)或至少一個按前述權(quán)利要求所述的光電的器件。
15.一種母體，其包括多個按前述權(quán)利要求任一項所述的殼體(100)。
16.一種用于制造優(yōu)選按前述權(quán)利要求任一項所述的尤其用于LED (40)的光電的功能元件殼體(100)的方法,包括: -提供至少一個帶上側(cè)(IOa)的基體(10)，所述上側(cè)至少部分限定了用于至少一個光電的功能元件(40)的安裝區(qū)域(14)，從而基體(10)形成了用于至少一個光電的功能元件(40)的冷卻體， -提供至少一個用于至少一個光電的功能元件(40)的連接體(30、30-1至30-4)以及在基體(10)和連接體(30、30-1至30-4)之間的至少一個玻璃部以將連接體(30、30-1至30-4)與基體(10)連接起來， -將基體(10)、連接體(30、30-1至30-4)和玻璃部拼接，以及 -將玻璃部加熱，直至這個玻璃部具有和/或達到一個粘度，在該粘度下該玻璃部被粘附并且可以由基體(10)和連接體(30、30-1至30-4)形成復合體， -將玻璃部冷卻，因而基體(10)和連接體(30、30-1至30-4)至少借助由經(jīng)冷卻的玻璃部形成的玻璃層(20)形成一種材料接合的復合體， -其中，通過至少部分地在基體(10)的周面(13、13-1、13-2)和連接體(30、30-1至30-4)之間提供玻璃部，所述連接體(30、30-1至30-4)由此至少部分地固定在基體(10)的周面(13、13-1、13-2)上，和 / 或 -其中，至少在所述基體(10)的上側(cè)(IOa)中施加至少一個帶底部的第一凹陷(11)，該底部提供用于至少一個光電的功能元件(40)的安裝區(qū)域(14)。
17.按前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，使用由金屬構(gòu)成的基體(10)，所述基體通過玻璃部與所述連 接體 ( 30)電絕緣。
【文檔編號】H01L33/64GK103430336SQ201280012175
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月7日
【發(fā)明者】羅伯特·黑特勒, 馬蒂亞斯·林特 申請人:肖特公開股份有限公司