CN101578711A - Led反射性封装体 - Google Patents

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Abstract

使用高温塑料或聚合物材料的LED封装体,所述材料与金锡共晶焊料相容,并且可以代替用于传统LED封装体的成本更高的陶瓷。该新型的LED封装体具有高热传导率的基底,对可见光和/或W光的高反射率,并且有良好的耐老化性能。高温材料为熔融温度高于约340℃的高温液晶聚合物(LCP),其在表面附近含有小的填料颗粒,颗粒的折射率大于约2.0,并且粒度范围为约0.2-0.3微米。对于反射W光的LED封装体,可以在塑料材料中包括W稳定剂,以改进其在紫外光谱中的反射率,并保护塑料材料免受由于某些LED发射的W光所引起的W降解。

Description

LED反射性封装体
相关申请的交叉引用
本申请请求享有美国临时专利申请No.60/858,018在35U.S.C.§119(e)下的权益,该申请于2006年11月9日提交,其公开内容通过引用结合在此。
关于联邦政府资助研究或开发的声明
N/A
背景技术
发光二极管(LED)器件由光可以从LED表面向侧面或向上透射的材料制成。LED同时耗散转变为热量的电能。从LED撤除热量对于LED的性能很重要。因此,为LED提供电连接和光连接的封装体必须兼具热效率和光效率。这些应用的高性能封装体经常使用氧化铝,其热传导率为15W/mK。对于更高的热性能则使用氮化铝,其热传导率为150W/mK。在氧化铝和氮化铝的这些例子中,制造方法对于如大体积消费品应用的许多应用均导致封装体成本的效率低。同时,随着LED技术的进展,LED的光功率增加,这导致要求耗散更多的热量。此外,光效率更加重要,这就希望LED封装体应该仅吸收或分散少量的光。因此,希望有高反射性的LED封装体。
满意的LED封装体特性包括以下:使用高热传导率的基底(如,热传导率为300W/mK的铜)以撤除热量,使用可以经受温度接近和高于320℃的共晶芯片焊接(die attachment)的高温材料,以及使用封装体侧壁反射率>90%的材料。此外,希望采用如注射成型的低成本制造方法生产LED封装体。
已知的LED封装体包括陶瓷底座或基底,陶瓷底座中形成有腔体,并且其中安装一个或多个LED。透镜放置在腔体上,来自一个或多个LED的光通过透镜发射。腔体有一个或多个反射面,以提高通过透镜发射的光的量。在现有的陶瓷封装体中,经金属喷镀以提供反射面的成角度的腔体壁提供反射性。通过在陶瓷封装体底面上提供多个表面安装垫(surface mountpad),使得陶瓷封装体通常为可表面安装的。多个表面安装垫可与电路板或其它安装结构的连接垫或其它接触区相匹配。陶瓷封装体可提供良好的热传导率,但成本相对较高。典型的陶瓷封装体构造如附图1A和1B所示。
另一种已知的LED封装体包括低温塑料材料的底座,即类似于尼龙的聚邻苯二甲酰胺。在该塑料组合物中提供有纤维玻璃颗粒和氧化钛颗粒,以提供反射性。该塑料材料的熔点为310℃,在负载(1.82MPa)下的变形温度(DTUL)为290℃。此外,该塑料材料的吸湿率相对较高,为3.9%,并且在塑料材料的老化期间表现出反射率降低。该已知塑料材料的主要缺点是与使用广泛的金锡共晶焊料缺少相容性,因为该塑料材料比用于将LED焊接到底座上的金锡共晶焊料有更低的熔融温度。
发明内容
本发明提供了使用高温塑料或聚合物材料的LED封装体,所述材料与使用广泛的金锡共晶焊料相容,并且可以代替用于传统LED封装体中的成本更高的陶瓷。该新型的LED封装体有高热传导率的基底、高可见光和/或紫外光反射率,并且有良好的老化性能。
该高温材料为熔融温度高于约340℃的高温液晶聚合物(LCP)。在表面附近所述塑料材料含有小的填料颗粒,颗粒的折射率大于约2.0,并且粒度范围是约0.2-0.3微米。
对于反射紫外光的LED封装体,可以在塑料材料中包括紫外稳定剂,以改进其在紫外光谱内的反射率,并且保护该塑料材料免受由某些LED发射的紫外光所引起的紫外降解。
附图说明
本发明将在以下详细的说明书中结合附图来全面描述,其中:
图1A为已知LED封装体的示图;
图1B为图1A的LED封装体的底面示图;
图2为根据本发明制造的LED封装体的示图。
具体实施方式
根据本发明的LED封装体的优选实施方案在图2中显示。该封装体包括基底10,基底10具有表面12和相对的(opposite)表面14,表面12上可以安装一个或多个LED器件,表面14包括用于将封装体表面安装到电路板或其它安装面的导电垫15。应当理解封装体可以包括其它已知的电引线构造,以适合特定的应用。外壳16布置在基底的表面12上,并具有围绕一个或多个LED安装区域的腔体。外壳由高温塑料或聚合物材料形成,进一步说明如后,并且具有如图示的成角度的圆周表面18,该表面作用为一个或多个LED所发射光的反射面。在外壳的腔体区域内的表面14上安装了一个或多个LED后,将未显示出的透镜装配到腔体区域上以完成封装。腔体在至少成角度的圆周表面18上具有精加工镜面(mirror finish),以反射发射光。优选地,该精加工镜面通过用于模制外壳的模具镜面提供。
根据本发明的LED封装体至少在表面附近包括含有小填料颗粒的高温聚合物材料,该填料颗粒作用为LED封装体内所含的一个或多个LED所发射光的反射面。高温材料为熔融温度高于约340℃的高温液晶聚合物(LCP)。填料颗粒的折射率大于约2.0,并且其粒径典型地为约0.2-0.3微米。填料颗粒占所述材料组合物的约10-20重量%。LCP材料的热膨胀系数为约5-30pppm/℃,优选约10-20ppm/℃。
表1所示为用于LED封装体的高温LCP材料的几个配方。比例为重量百分比。
表1
  #1   #2   #3   #4   #5   #6   #7
  金红石型TiO2   20%   20%   20%   20%   20%   20%   20%
  锐钛矿型TiO2   10%   10%   10%   10%   10%   10%   10%
  聚合物   69.5%   69.0%   68.0%   69.5%   69.0%   68.0%   68.0%
  ZnO   0.5%   1.00%   2%   1.00%
  纳米级TiO2   0.5%   1.00%   2.00%   1.00%
金红石型TiO2的粒径为0.1-10微米。锐钛矿型TiO2的粒径为0.1-10微米。纳米级TiO2颗粒的粒径为10-100纳米。
或者,所述材料的组成中可以含有约1-10%的氧化锑和碳酸钙,其粒径为约0.1-10微米。
高温聚合物材料的组成包括以下化学基团之一:氢化奎宁(HQ)、4,4-双酚(BP)、双(4-羟基苯基醚)(POP)、对苯二甲酸(terephalic acid)(TPA)、2,6-萘二甲酸(naphalene dicarboxylic acid)(NPA)、4,4-苯甲酸(BB)、4-羟基(hydrosy)苯甲酸(HBA)、6-羟基-2-萘甲酸(naptholic acid)(HNA)。
优选铜或铜合金用作基底,以提供良好的电性能和热性能。一个实施方案中的基底为含最低50%铜的铜合金。在另一个实施方案中,基底的铜含量大于99.0%。该基底的热传导率为>300W/mK。
在模制材料制备过程中,将填料颗粒均匀地混炼到高温塑料材料中。优选地,填料颗粒在材料的外表面附近更多,这可以通过已知的混炼和模制成型方法实现。
LED典型地在450-700nm的可见光光谱内工作,上述封装体的构造可用于该可见光范围。较新的LED可工作发射紫外(UV)光,然后将紫外光转变为白光,这通常通过发出白光的磷光体的紫外激励作用实现。根据本发明的LED封装体还可以用于反射紫外光。
紫外光通常会被吸收到有机材料中,其破坏聚合物链,这类似于来自太阳的紫外射线伤害人类皮肤的现象。因此,高度优选在高温塑料材料中包括一些能够起紫外线清扫剂作用的如紫外稳定剂的成分,以保护材料免受紫外线降解。紫外线稳定剂可以在300-450nm的范围内改善反射率,并且可以具有颗粒尺寸小于约100nm的无机材料。示范性的无机紫外稳定剂可以是氧化锌或粒径优选为约10-50nm的纳米TiO2。无机紫外线稳定剂可以通常包括在高温塑料材料中,其量为约0.5-2重量%。
本发明并不受限于具体显示和描述的内容,而是包括了权利要求的全部精神和范围。

Claims (16)

1.一种发光二极管(LED)封装体,其包括:
高温塑料材料外壳,所述外壳具有顶面、底面和腔体,并且腔体大小为容纳至少一个LED;
基底,其附着在外壳底面上,并且适合用于附着至少一个LED;
所述高温塑料材料熔融温度大于约340℃,且含有多个填料颗粒;其中
所述外壳的顶面适合于安装透镜。
2.用于含一个或多个安装在基底上的发光二极管的封装体,外壳具有一个或多个反射面,并且包括:
熔融温度大于约340℃的高温聚合物材料壳体;
构造成围绕一个或多个安装在基底上的发光二极管的腔体;
所述腔体具有相对基底的角度小于约20°的一个或多个反射面,以反射来自一个或多个发光二极管的光;以及
所述壳体具有用于将壳体安装到基底上的第一安装面,还有用于装配透镜的第二安装面,通过透镜能够透射来自一个或多个发光二极管的光。
3.权利要求2的发明,其中高温聚合物材料壳体的组成包括选自以下组中的化学基团:
氢化奎宁(HQ)、4,4-双酚(BP)、双(4-羟基苯基醚)(POP)、对苯二甲酸(TPA)、2,6-萘二甲酸(NPA)、4,4-苯甲酸(BB)、4-羟基苯甲酸(HBA)、6-羟基-2-萘甲酸(HNA)。
4.权利要求2的发明,其中高温聚合物材料壳体含有10-60%的填料。
5.权利要求4的发明,其中填料包括:TiO2、ZnO和玻璃。
6.权利要求5的发明,其中TiO2的存在量为约10-22%。
7.权利要求6的发明,其中ZnO为<1%。
8.权利要求5的发明,其中TiO2为金红石型的TiO2
9.权利要求5的发明,其中TiO2颗粒为0.1-0.5微米。
10.权利要求5的发明,其中ZnO颗粒为<100nm。
11.权利要求9的发明,其中纳米级TiO2颗粒为<100nm,并且少于填料的1%。
12.权利要求2的发明,其中高温聚合物材料的膨胀系数为约5-30ppm/℃。
13.权利要求2的发明,其中高温聚合物材料的膨胀系数为约10-20ppm/℃。
14.权利要求2的发明,其中基底材料的热传导率为>300W/mK。
15.权利要求2的发明,其中基底材料为含有最低50%铜的合金。
16.权利要求15的发明,其中基底材料的优选铜含量为>99.0%Cu。
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