CN109830473A - 具有转换层的led灯丝 - Google Patents

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Abstract

一种具有发射辐射的半导体芯片的LED灯丝，其中半导体芯片设置在透射辐射的载体的上侧上，其中半导体芯片和载体的上侧至少部分地用透射辐射的第一层覆盖，其中第一层和载体的下侧用第二层覆盖，其中在第二层中设有发光材料，其中发光材料构成用于移动半导体芯片的辐射的波长，其中在第一层中不设有发光材料、或设有浓度小于第二层发光材料浓度的50％的发光材料。

Description

具有转换层的LED灯丝
技术领域
本发明涉及一种具有转换层的LED灯丝和用于制造具有转换层的LED灯丝的方法。
背景技术
在现有技术中已知：将LED灯丝为了产生光而装入LED改装灯中。LED灯丝能够具有转换层，借助所述转换层将半导体芯片的波长转换成更大的波长。
发明内容
本发明的目的在于：提供具有转换层的LED灯丝，所述LED灯丝具有改进的热学特性。
本发明的目的通过独立权利要求的特征来实现。
所提出的LED灯丝的优点在于：LED灯丝具有改进的散热或在灯丝表面和产生光的半导体芯片之间的温度差降低。该优点通过如下方式实现：发光材料设置在LED灯丝的外边缘区域中。由此，与发光材料在LED灯丝中的均匀的分布相比，在发光材料中产生的热量距灯丝表面更近地产生。因此，转换热量能够相对良好地经由LED灯丝的表面输出。由此，降低了发光半导体芯片与LED灯丝的表面之间的温度降。因此，发光半导体芯片在该装置中具有更低的运行温度。
对此，提出一种具有发射辐射的半导体芯片的LED灯丝，其中半导体芯片设置在透射辐射的载体的上侧上，其中半导体芯片和载体的上侧至少部分地用透射辐射的第一层覆盖，其中第一层和载体的下侧至少部分地用第二层覆盖，其中在第二层中设有发光材料，其中发光材料构成用于移动半导体芯片的辐射的波长，其中在第一层中不设有发光材料、或设有浓度小于第二层发光材料浓度的50％的发光材料。
载体能由另一第一层和具有凹部的载体层形成。载体层布置在另一第一层上。半导体芯片在载体层凹部的区域中设置在另一第一层上。在载体层上设置有第一层。第一层和另一第一层至少部分地用第二层覆盖。
在一个实施方案中，第二层为LED灯丝的外层，其中尤其第二层的外侧未被覆盖。由此实现良好的热输出。
在一个实施方案中，第一层具有基体材料，其中在基体材料中设有导热颗粒，所述导热颗粒具有比基体材料更高的导热性。由此，以小的辐射透射性损害来提高导热。
在一个实施方案中，第二层具有10μm至140μm范围中的厚度。由此，提供足够厚的转换层，其中转换热量在具有低厚度的第二层中产生，使得向外良好地散热。
在一个实施方案中，第一层具有300μm至1mm范围中的厚度。由此，提供具有对于半导体芯片足够的机械保护和具有良好的光放射的LED灯丝的稳定实施方案。
在一个实施方案中，在载体上设置有多个半导体芯片，其中载体具有长条带状的形状，其中载体在相对置的端部处具有电端子，其中半导体芯片经由电导线电串联和/或并联在电端子之间。
在一个实施方案中，在载体的下侧上设置有第二层。由此，均匀地经过LED灯丝的整个表面实施转换。因此，在360°之上放射相同的电磁光谱。
在一个实施方案中，在载体上设置多个半导体芯片，其中载体具有长形的条带状的形状，其中载体在相对置的端部处具有电端子，其中半导体芯片经由电导线电串联和/或并联在电端子之间，并且其中器件构成为LED灯丝。
在一个实施方案中，第二层和第一层具有相同的基体材料，尤其是硅树脂。因此提供LED灯丝的简单结构。这些层能够借助不同的方法来施加。
在一个实施方案中，由另一第一层和具有凹部的引线框形成载体，其中引线框设置在另一第一层上，其中半导体芯片设置在凹部中并且设置在另一第一层上，其中在引线框上设有第一层，其中第一层和另一第一层用第二层覆盖。
借助如下方法简单地且快速地制造LED灯丝：半导体芯片设置在透射辐射的载体的上侧上，其中半导体芯片和载体的上侧至少部分地用透射辐射的第一层覆盖，其中第一层和载体的下侧至少部分地用第二层覆盖，其中在第二层中设有发光材料，其中发光材料构成用于移动半导体芯片的辐射的波长，其中在第一层中不设有发光材料、或设有浓度小于第二层发光材料浓度的50％的发光材料。
在一个实施方案中，将具有至少一个凹部的引线框施加到另一第一层的上侧上，其中另一第一层和引线框为载体，其中半导体芯片在引线框的凹部中布设到另一第一层的上侧上，其中第一层施加到半导体芯片上并且施加到引线框上，其中将另一第二层施加到另一第一层上。
在一个实施方案中，第一层和另一第一层借助模塑方法由模塑材料制造。由此能够实现对于载体简单的且精确的造型。
在一个实施方案中，喷镀第二层和/或另一第二层。因此，第二层能够快速地且以足够的厚度施加。
在一个实施方案中，在载体层中彼此并排地设有多排凹部，其中针对每个排构成另一第一层。在这些排的凹部中设置有半导体芯片。在每排半导体芯片上施加第一层。将第二层施加到这些排的第二层上。将另一第二层施加到这些排的另一第一层上。随后，分离具有半导体芯片的各个排并且获得各个LED灯丝。
第一层和/或另一第一层以条带的形状构成。第一层的条带能够一件式地施加。此外，也能够一件式地施加另一第一层的条带。
在一个实施方案中，第一层以条带的形状构成，其中条带沿LED灯丝的纵向方向延伸，其中在条带的相对置的纵向侧处分别构成连接层，其中连接层与条带一件式地构成，并且其中连接层具有垂直于载体层平面的、比条带更小的厚度。
在一个实施方案中，连接层侧向地引导直至灯丝的外部侧向的边缘区域处。
在一个实施方案中，另一层以条带的形状构成，其中条带沿LED灯丝的纵向方向延伸，其中在条带的相对置的纵向侧处分别构成连接层，其中连接层与条带一件式地构成，并且其中连接层具有垂直于载体层平面的、比条带更小的厚度。
在一个实施方案中，连接层侧向地引导直至灯丝的外部侧向的边缘区域处。
在一个实施方案中，载体层由塑料或由半导体材料形成。
在一个实施方案中，载体层由金属衬底形成。金属层能够是金属薄膜或金属板。载体层能够构成为引线框。
附图说明
本发明的上述特征、特点和优点以及如何实现它们的方式和方法结合实施例的以下描述在理解方面变得清晰和显而易见，所述实施例结合附图来详细描述。附图示出
图1示出具有电端子的灯丝载体的立体图，
图2示出在安置发光半导体芯片之后的灯丝载体，
图3示出在施加第一层之后和在施加具有发光材料的第二层之后的灯丝载体，
图4示出贯穿图3的LED灯丝的横截面图，
图5示出用于具有引线框的灯丝的金属衬底，
图6示出具有模塑的条带的金属衬底，
图7示出具有安装的半导体芯片的金属衬底，
图8示出具有安装的半导体芯片的金属衬底，其中半导体芯片用模塑的条带覆盖，
图9示出具有双侧施加的转换层的图8的装置，
图10示出贯穿从图9的装置中分离的LED灯丝的横截面图，和
图11示出贯穿具有第二层的LED灯丝的横截面图，所述第二层具有内部转换层和外部转换层。
具体实施方式
图1至3示出用于制造LED灯丝的方法步骤。图1以立体图示出两个金属框1、2，这些金属框与条带形的载体3的相对置的端部连接。金属框1、2例如能够由镀镍的优质钢制成。每个载体3利用两个端部与相应的金属框1、2的各一个条带形的子段4连接。载体3例如能够由玻璃、陶瓷或蓝宝石形成。金属框1、2的子段4例如能够通过粘贴或夹紧与衬底3的端部连接。
图2示出图1的、在将发光半导体芯片5施加到载体3上之后和将第一层6施加到载体3和半导体芯片5上之后的装置。第一层6由透射光的材料形成。例如，第一层6能够由硅树脂形成。第一层6因此在载体3的整个长度之上覆盖载体3的上侧和半导体芯片5。此外，半导体芯片5在施加第一层6之前经由电导线彼此串联和/或并联，并且与载体3的相对置的子段4导电连接。第一层6还能够具有导热的颗粒，所述颗粒提高第一层6的热导率。例如能够将玻璃或方晶石用作为导热颗粒。第一层6不包含或基本上不包含发光材料。第一层6能够由模塑材料形成并且借助于模塑方法施加到载体和半导体芯片上。
随后，将第二层7施加到衬底3的外侧和第一层6的外侧上，如在图3中所示。第二层7具有发光材料21并且为转换层。第二层7能够具有基体材料22，例如硅树脂，将发光材料21混入所述基体材料中。具有子段4的各个灯丝20从金属框1、2脱离。例如，子段4能够借助冲压方法与金属框1、2分离。
图4示出贯穿图3的LED灯丝20的横截面。半导体芯片5设置在载体3的上侧上。此外，半导体芯片5由第一层6覆盖。在第一层6中能够设有导热颗粒13。载体3和第一层6用第二层7完全地覆盖。第一层6能够具有垂直于衬底3的上侧的200μm至1mm范围中的厚度。具有发光材料21且为转换层的第二层7构成用于在波长方面移动由半导体芯片5发射的电磁辐射。第二层7能够具有20μm至120μm范围中的厚度。导热颗粒13能够以例如30％至50％的重量浓度设置在第一层6中。以该方式能够在将硅树脂用作为用于第一层6的材料的情况下，将第一层6的导热性从大约0.2瓦特每(米×开尔文)改进到0.5瓦特每(米×开尔文)。
图5至10示出用于制造具有第二层7的LED灯丝的第二制造方法的方法步骤，所述第二层具有发光材料。
图5示出贯穿金属衬底8的立体部分横截面图，金属衬底例如构成为薄金属薄膜。金属衬底8为载体层，载体层具有比模塑材料更高的机械稳定性。载体层也能够由不同于金属的材料构成，例如塑料、半导体材料等。载体层能够导电地或电绝缘地构成。金属衬底8的厚度能够处于10至100μm的范围中。此外，金属衬底也能够构成为具有例如直至300μm的更大厚度的金属板。金属衬底8相对于切割棱边镜面对称地构成。在金属衬底8中引入三排10的凹部9。由于剖视图，分别仅示出这些排10的一半。
在后续的方法步骤中，例如借助模塑工艺、尤其注塑方法将是三个衬底条带11形状的另一层23分别沿着凹部9的排10施加到金属衬底8的下侧上。衬底条带11具有大于凹部的排的长度，即衬底条带11伸出超排10的端部。衬底条带11具有比凹部9宽一些的宽度。具有三个衬底条带11的另一层23由透射光的材料、尤其是透明模塑材料制造。例如，模塑材料能够具有环氧树脂、硅树脂和/或由其构成的混合物。此外，根据所选择的实施方式能够在衬底条带11中包含导热颗粒、例如由方晶石或玻璃构成的导热颗粒。另一层23能够由与第一层相同的材料构成、或者第一层能够由与另一层23相同的材料构成。
凹部9能够部分地或完全地用模塑材料填充。根据所使用的制造方法，衬底条带11能够经由连接层14连接。连接层14具有垂直于金属衬底8的平面的厚度，该厚度比金属条带11更小。连接层14和衬底条带11为另一层23。
在图7中示出的后续的方法步骤中，发射辐射的半导体芯5、例如发光二极管在凹部9的区域中布设到衬底条带11上并且固定在其上。例如，半导体芯片5能够粘贴到衬底条带11上。随后，以未明确示出的期望的方式对半导体芯片5进行电接触和电布线。例如，一排的半导体芯片5能够电串联。
在图8中示出的后续的方法步骤中，第一层6利用第二衬底条带12沿着凹部9的排10填充到半导体芯片5之上。第二衬底条带12能够经由第二连接层15彼此连接。第二连接层15和第二衬底条带12形成第一层6。第二连接层15具有垂直于金属衬底8的平面的、比第二衬底条带12更小的厚度。第二衬底条带12平行于凹部9的排地构成。此外，第二衬底条带12的宽度比凹部9的宽度更宽一些。此外，第二衬底条带12延伸直至超过凹部9的排的端部。第二衬底条带12优选具有与第一衬底条带11相同的宽度和长度，并且相对于金属衬底8上的第一衬底条带镜面对称地设置。在图8中仅示出第二衬底条带12的一半。根据所使用的制造方法也能够弃用第二衬底条带12之间的连接层15。
第二衬底条带12同样能够借助模塑工艺由透明的模塑材料制造。此外，也能够在第二衬底条带12中包含导热颗粒13。下侧上的衬底条带11还有上侧上的第二衬底条带12能够以连贯面的形状构成，其中连接层14、15具有的厚度比相应的衬底条带11、12薄至少50％、尤其至少75％。在第一衬底条带和/或第二衬底条带11、12中能够设有导热颗粒13。
随后，将具有发光材料的第二层7施加到具有第二衬底条带12和第二连接层15的第一层6上。此外，将具有发光材料的另一第二层16施加到第一衬底条带11和第一连接层14上，如在图9中所示。第二层7和另一第二层15为转换层。转换层7、15例如能够借助于喷射工艺作为外置层施加到该装置上。随后，例如通过锯从该装置中拆分出各个灯丝。
具有发光材料的第二层7和另一第二层16的厚度能够在图3至9的全部实施方式中为在20μm、30μm、40μm或直至80μm、100μm或120μm的范围中的厚度。
借助于LED灯丝装置的所描述的实施方式，在半导体芯片的区域中，能够降低LED灯丝的表面与半导体芯片之间的温度直至10％或更大。此外，LED灯丝的表面与半导体芯片之间的温度差由于外置的转换层7、16而能够减半，例如从大约6℃降低到大约3℃。半导体芯片例如能够以发光LED的形式、例如作为氮化铟镓(Indium-Gallium-Nitrid)LED的形式构成。根据所选择的实施方式，也能够将其他的半导体材料用于构成发光的半导体芯片。能够将石榴石和/或氮化物的红色发光材料用作为用于第二层7和另一第二层16的发光材料。例如能够将原硅酸盐(Orthosilikate)或次氮基原硅酸盐(Nitrido-Orthosilikate)用作为发光材料。能够将硅树脂用作为用于转换层7、16的基体材料，将发光材料混入所述基体材料中。
基于所描述的制造方法，第一层与第二层或与另一第二层之间的过渡能够处于发光材料的大小的数量级中。根据所选择的实施方式，能够将不同的发光材料设置在第二层或另一第二层7、16中。
图10示出一半的LED灯丝20，其从图9的装置中拆分出。在此，金属衬底8的子段19能够用作为用于半导体芯片的电端子。LED灯丝20相对于剖平面镜面对称地构成，排除在外的是第二电端子与金属衬底剩余部分的、附图中未示出的电分离部。金属衬底8和第一衬底条带11为载体。如上详述的那样，代替金属衬底也能够使用其他的材料，以便展现载体层。
图11示出贯穿根据图4的LED灯丝20的示意横截面图，其中在该实施方案中第二层7具有内部转换层17和外部转换层18。每个第二层或另一第二层7、16能够具有内部转换层和外部转换层。在内部转换层17中，例如能够主要设有红色发光材料，并且在外部转换层18中，主要设有绿色发光材料。将绿色发光材料理解为如下发光材料，这种所述发光材料吸收电磁辐射并且基本上发射具有绿色的光。将红色发光材料理解为如下发光材料，这种发光材料吸收电磁辐射并且基本上发射具有红色的光。
根据所选择的实施方式，在LED灯丝的全部实施方式中能够在第一层中不存在发光材料，或存在具有浓度第二层7或另一第二层16的发光材料浓度的至少50％的发光材料。
根据优选的实施例详细阐述和描述了本发明。然而，本发明不限制于公开的实例。更确切地说，能够由本领域技术人员从中推导出其他的变型形式，而没有偏离本发明的保护范围。
附图标记列表
1 第一金属框
2 第二金属框
3 衬底
4 金属框的子段
5 半导体芯片
6 第一层
7 第二层
8 金属衬底
9 凹部
10 排
11 第一衬底条带
12 第二衬底条带
13 导热颗粒
14 第一连接层
15 第二连接层
16 另一第二层
17 内部转换层
18 外部转换层
19 金属衬底的子段
20 LED灯丝
21 发光材料
22 基体材料
23 另一层。

Claims (20)

1.一种LED灯丝(20)，具有发射辐射的半导体芯片(5)，其中，所述半导体芯片(5)设置在透射辐射的载体(3、8、11、23)的上侧上，其中，所述半导体芯片(5)和所述载体(3、8、11、23)的上侧至少部分地用透射辐射的第一层(6、12、15)覆盖，其中，所述第一层(6、12、15)和所述载体(3、11)的下侧至少部分地用第二层(7、16)覆盖，其中，在所述第二层中设有发光材料(21)，其中，所述发光材料(21)构成用于移动所述半导体芯片(5)的辐射的波长，其中，在所述第一层(6、12)中不设有发光材料(21)、或设有浓度小于所述第二层(7、16)的所述发光材料(21)的浓度的50％的发光材料(21)，其中，所述载体由另一第一层(11、23)和具有凹部(9)的载体层(8)形成，其中，所述载体层(8)布置在所述另一第一层(11)上，其中，所述半导体芯片(5)在所述载体层(8)的所述凹部(9)的区域中设置在所述另一第一层(11)上，其中，在所述载体层(8)上设置有所述第一层(6、12)，其中，所述第一层(6、12)和所述另一第一层(11、23)至少部分地用所述第二层(7、16)覆盖。
2.根据权利要求1所述的LED灯丝，其中，所述第二层(7、16)为所述LED灯丝(20)的外层。
3.根据权利要求1所述的LED灯丝，其中，所述第一层(6、12)具有基体材料(22)，其中在所述基体材料(22)中设有导热颗粒(13)，所述导热颗粒具有比所述基体材料(22)更高的导热性。
4.根据权利要求1所述的LED灯丝，其中，所述第二层(7、16)具有10μm至140μm范围中的厚度。
5.根据权利要求1所述的LED灯丝，其中，所述第一层(6、12)具有300μm至1mm范围中的厚度。
6.根据权利要求1所述的LED灯丝，其中，在所述载体(3、8、11)上在所述载体层(8)的所述凹部的区域中设置有半导体芯片(5)，其中，所述载体(3、8、11)具有长条带状的形状，其中，所述载体(3、8、11)在相对置的端部处具有电端子(4、19)，其中，所述半导体芯片(5)电串联和/或并联在所述电端子(4、19)之间。
7.根据权利要求1所述的LED灯丝，其中，所述第二层(7、16)和所述第一层(6、12)具有相同的基体材料(22)。
8.根据权利要求1所述的LED灯丝，其中，所述第二层(7、16)具有内部转换层和外部转换层(17、18)，其中在所述内部转换层(17)中主要或仅仅存在红色发光材料，并且在所述外部转换层(18)中主要或仅存在绿色发光材料。
9.根据权利要求1所述的LED灯丝，其中，所述第一层(6)以条带(12)的形状构成，其中，所述条带(12)沿所述LED灯丝(20)的纵向方向延伸，其中，在所述条带(12)的相对置的纵向侧处分别构成有连接层(15)，其中，所述连接层(15)与所述条带(12)一件式地构成，并且其中，所述连接层(15)具有垂直于所述载体层(8)的平面的厚度，所述厚度比所述条带(12)更小。
10.根据权利要求9所述的LED灯丝，其中，所述连接层(15)侧向地引导直至所述灯丝(20)的外部侧向的边缘区域处。
11.根据权利要求1所述的LED灯丝，其中，所述另一层(23)以条带(11)的形状构成，其中，该条带(11)沿所述LED灯丝(20)的纵向方向延伸，其中，在所述条带(11)的相对置的纵向侧处分别构成连接层(14)，其中，所述连接层(14)与所述条带(11)一件式地构成，并且其中，所述连接层(14)具有垂直于所述载体层(8)的平面的厚度，该厚度比所述条带(11)更小。
12.根据权利要求11所述的LED灯丝，其中，所述连接层(14)侧向地引导直至所述灯丝(20)的外部侧向的边缘区域处。
13.根据权利要求1所述的LED灯丝，其中，所述载体层(8)由塑料或由半导体材料形成。
14.根据权利要求1所述的LED灯丝，其中，所述载体层(8)由金属衬底形成。
15.根据权利要求1所述的LED灯丝，其中，所述载体层(8)构成为引线框。
16.一种用于制造根据权利要求1所述的LED灯丝的方法，其中，所述半导体芯片设置在透射辐射的载体的上侧上，其中，所述半导体芯片和所述载体的上侧至少部分地用透射辐射的第一层覆盖，其中，所述第一层和所述载体的下侧至少部分地用第二层覆盖，其中，在所述第二层中设有发光材料，其中，所述发光材料构成用于移动所述半导体芯片的辐射的波长，其中，在所述第一层中不设有发光材料、或设有浓度小于所述第二层的所述发光材料的浓度的50％的发光材料，其中，将具有至少一个凹部的载体层施加到另一第一层的上侧上，其中，所述另一第一层和所述载体层为所述载体，其中，所述半导体芯片在所述载体层的凹部的区域中布设到所述另一第一层的上侧上，其中，所述第一层施加到所述半导体芯片上并且施加到所述载体层上，其中，将第二层至少部分地施加到所述第一层上，并且其中，将另一第二层至少部分地施加到所述另一第一层上。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一层和所述另一第一层借助模塑方法由模塑材料制造。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，喷镀所述第二层和所述另一第二层。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，在所述载体层中彼此并排地设有多排凹部，其中，沿着每排凹部构成另一第一层的条带，其中，在所述凹部的区域中将半导体芯片设置在所述另一第一层上，其中，在每排半导体芯片上施加所述第一层的条带，其中，将第二层施加到所述第一层的条带上，并且其中，将另一第二层施加到所述另一第一层的条带上，并且其中，随后分离具有半导体芯片的各个排，其中，半导体芯片的分离的排为LED灯丝。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，将所述第一层的条带一件式地施加，并且其中，将所述另一第一层的条带一件式地施加。
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