用於小型表面安裝器件的裝置和系統的製作方法

2023-06-14 16:33:41

專利名稱：用於小型表面安裝器件的裝置和系統的製作方法
技術領域：
近年來，在發光二極體(LED)技術方面已有極大的改進，己引入了亮度 和彩色逼真度提高的LED。由於這些改進的LED和改進的圖像處理技術，已 可獲得大型、全色彩的LED視頻屏幕並且它們現己得到普遍使用。大型LED 顯示器通常包括單獨LED面板的組合，其所提供的圖像清晰度由相鄰像素之 間的距離或稱像素節距來確定。
用於從更大距離進行觀看的室外顯示器具有相對較大的像素節距且通常包 括分立的LED陣列。在分立的LED陣列中，驅動一束單獨安裝的紅色、綠色 和藍色LED以形成觀看者看來如一個全色像素的單元。另一方面，要求較近 的，如3mm或更近的像素節距的室內屏幕包括載有安裝在單個SMD晶片組上 的紅色、綠色和藍色LED的面板，每個晶片組形成一個像素。相對較小的SMD 附連於驅動器印刷電路板(PCB)上。
儘管室內和室外顯示器都可在大至145°或甚至更大的較大離軸角度範圍 中進行觀看，但隨著觀看角度的增加會有可察覺的彩色逼真度損失。此外，每 個LED組件的材料和/或用於安裝每個LED的材料可能具有反射特性，這會 由於產生不想要的光反射和/或眩光而進一步降低彩色逼真度。
還有，在本技術領域中的人們熟知，SMD和許多其它類型的電子組件，無 論它們包含集成電路或是諸如二極體或功率電晶體之類的分立的元件，都會散 發出足以需要進行熱管理的熱。在電子組裝設計中的熱管理目標是保持有源電 路或元件連結側的工作溫度，以使其足夠低(例如11(TC或更低)以防止元件 的過早失效。人們通常使用包括傳導式熱傳遞在內的各種冷卻策略。在電子組件中實現用於散熱的傳導式熱傳遞的一種傳統方式是使熱量能沿著器件的引 線傳導離開。然而，引線通常沒有足夠的質量或暴露表面積來提供有效的散熱。
例如，在發出主要是電磁波譜的可見部分中的光的高密度LED可能會產生大
量的熱，使用這樣的傳統技術很難消散這些熱。

發明內容
本發明涉及用於表面安裝器件的系統和設備，它們能提高彩色逼真度和熱 消散同時降低所不想要的光反射和眩光。 一個實施例包括用於表面安裝器件的
引線框，該引線框包括導電LED晶片裝載件，該晶片裝載件具有裝載適於通 電以組合地產生基本上全範圍顏色的LED線性陣列。每個LED具有第一電氣 端子和第二電氣端子，LED中的每一個的第一端子電氣和熱耦合至晶片裝載件 的晶片裝載表面。引線框和包括與晶片裝載件分開的導電連接件，這些連接件 中的每一個具有連接墊塊。LED中的每一個的第二端子電氣耦合至連接件中的 相應一個的連接墊塊。引線框還包括至少部分包封引線框的黑色殼體。
根據另一特定的示範性實施例，提供一種表面安裝器件，該表面安裝器件 包括殼體，該殼體包括相對的第一和第二主表面、相對的側表面以及相對的端 表面，並形成從第一主表面伸入殼體內部的空腔。該表面安裝器件還包括由殼 體部分包封的引線框，該引線框包括(1)導電LED晶片裝載件，該晶片裝 載件具有裝載適於通電以組合地產生基本上全範圍顏色的LED線性陣列的表 面，每個LED具有第一電氣端子和第二電氣端子，每個LED的第一電氣端子 電氣和熱耦合至晶片裝載件的晶片裝載表面；和(2)與晶片裝載件分開的導 電連接件，這些連接件中的每一個具有連接墊，LED中的每一個的第二端子電 氣耦合至連接件中相應一個的連接墊。
根據再一特定的示範性實施例，提供一種LED顯示器，該顯示器包括基底，
該基底裝載以垂向列和水平行布置的表面安裝器件陣列，表面安裝器件中的每 一個包括深色殼體並包含垂向定向的LED線性排列，該LED線性排列適於在
通電時組合地產生基本上全範圍的顏色並形成顯示器的一個像素。信號處理和 LED驅動電路系統電氣連接成選擇性地對表面安裝器件陣列通電以在顯示器 上產生可視圖像。已發現這樣的LED線性定向可在寬範圍的觀察角度中提高彩色逼真度。
在結合附圖閱讀了下面的詳細描述之後，本領域的技術人員會明白本發明 的這些和其它的特徵和優點，在附圖中


圖1是根據本發明的表面安裝器件的立體圖； 圖2是圖1所示實施例的俯視圖3是如沿著圖2的線3 — 3所見的圖1實施例的剖視圖； 圖4是圖1所示實施例的仰視圖； 圖5是圖1所示實施例的端視圖6是可在圖1的器件中使用的根據一個實施例的引線框的立體圖； 圖7是圖6所示實施例的俯視圖； 圖8是圖6所示實施例的側視圖9是根據本發明的表面安裝器件的另一實施例沿著圖3所示線的剖視圖； 圖10是圖9所示實施例的仰視圖； 圖11是圖9所示實施例的端視圖12是根據本發明的表面安裝器件的一個實施例的立體圖； 圖13是圖12所示實施例的仰視圖14是圖12所示實施例的前側視圖，其背側以及左側和右側基本上類似； 圖15是根據本發明的表面安裝器件的一個實施例的俯視尺寸圖； 圖16是圖15所示實施例的仰視尺寸圖； 圖17是圖15所示實施例的右側尺寸圖18是採用根據本發明實施例的表面安裝器件的LED顯示屏幕的一部分 的前視具體實施例方式
下面的描述給出本發明較佳實施例，它們代表為實施本發明所設計的最佳 模式。不應以限制的意思來理解本描述，作出本描述僅僅是用於描述本發明的 總體原理，本發明的保護範圍由所附權利要求書限定。
6圖l一8示出根據用於諸如室內和/或室外LED屏幕的LED顯示器中的特 定的示範性實施例的表面安裝器件(SMD) IO及其零件。SMD10包括載有引 線框14的殼體12，引線框14包括多個導電連接件，這些導電連接件在本例子 中包括四個連接件16、 18、 20、 22 (圖6最清楚地示出)。
殼體12可以大體呈矩形，包括相對且平行的上表面24和下表面26、側表 面28和30以及端表面32和34。殼體的角部可呈圓形以用作通孔，如下面結 合圖8所最清楚地描述的那樣。
以舉例而非限制的方式，並如圖12—14中最清楚地示出的那樣，SMD 10 的總長為約2.0mm，總寬為約2.0mm以及高0.90mm。
該殼體還形成從上表面24伸入殼體12的本體的凹陷或空腔36。在一些實 施例中，反射插入件或環38可沿著在空腔36的側部或壁40的至少一部分定 位並固定，較佳地通過使空腔36和裝載於其中的環38向內朝向殼體的內部成 錐度來增強環38的反射性的效用。
在一些實施例中，空腔36可以至少部分地填充有填充材料42。填充材料 42可保護並在位置上穩定引線框14以及籍由其裝載的LED。在一些例子中， 填充材料42可覆蓋LED、引線框連接件16、 18、 20、 22通過空腔36而暴露 的部分以及LED的電氣連接。填充材料42可選擇成具有預定的光學性能，從 而加強從LED投射的光。填充材料42可由樹脂、環氧化物、熱塑性縮聚物、 玻璃和/或其它合適的材料或材料的組合製成。在一些實施例中，可對填充材 料添加一些材料，以增強至LED或從LED的光發射、吸收和/或色散。
殼體12可由較佳的是既電氣絕緣又導熱的材料製成。這樣的材料在本領域 中是人們熟知的，可包括(並非限制)某些陶瓷、樹脂、環氧化物、熱塑性 縮聚物(例如聚鄰苯二醯胺(PPA))以及玻璃。在較佳的實施例中，殼體12 可由黑色陶瓷材料製成。已發現，在諸如視頻顯示器中採用的SMD之類的圖 像生成SMD組件中使用黑色材料可提高對比度。
在所述的說明性實施例中，SMD10容納有較佳的是分別發出紅色、綠色及 藍色光的三個LED44、 46、 48，從而當合適地通電時這三個LED組合地產生 基本上全範圍的顏色。
在所示的說明性實施例中，引線框連接件16、 18、 20、 22分別包括引線50、52、 54、 56，這些引線從殼體12的中心區域58穿過殼體的相對端表面32和 34向外凸伸。
連接件16包括晶片裝載件，該裝載件具有加大的中心表面或墊塊60，用於 以沿橫向62，即垂直於側表面28和30的方向延伸的線性陣列裝載LED晶片 44、 46、 48。引線50、 52、 54、 56彼此平行並沿垂直於線性LED陣列的方向 62的方向延伸。引線的寬度可以是相當小的，以致當從頂上觀看SMD10時， 它們幾乎是不可見或完全不可見。附加地和/或可替代地，引線可被殼體12 擋住而無法從頂上看見。墊塊60包括導熱體64的頂表面，導熱體64例如呈 矩形塊的形式，垂向地穿過殼體12延伸到導熱體64的底表面66，底表面66 通過殼體12的下表面26中的孔68外露並設置成與下表面26基本上齊平。
連接件60的本體的底表面66適於設置成與散熱器或稱消熱器70成熱傳遞 關係，散熱器或稱消熱器70由諸如印刷布線或電路板之類的基底72載帶。可 以看到，導熱體64由於具有正交於熱流方向的相對較大的質量和橫截面積， 可用作有效的散熱裝置，在由墊塊60裝載的發熱LED44、 46、 48與散熱器70 之間提供低熱阻路徑(箭頭74)。 一些熱還沿著引線50 (箭頭76)消散。
其餘的連接件18、 20、 22分別包括加大的電氣連接墊塊78、 80、 82，這些 電氣連接墊塊位於中心區域58中並與連接件16裝載元件的表面60相鄰但間 隔開。在SMD的較佳形式中，引線50、 52、 54、 56直角地彎曲以在殼體外側 並沿著殼體的相應端表面32和34延伸，然後再次直角地彎曲以使引線的端部 84、 86、 88、 90沿著殼體12的下表面26延伸。引線端部84、 86、 88、 90面 向外的表面和導熱體64的底表面基本上齊平以便於連接至下面的基底72。引 線端部84、 86、 88、 90可利用許多人們熟知的連接技術(包括釺焊)電氣連 接或結合到基底72上的跡線或墊塊。在一個較佳的實施例中，釺焊墊塊包括 在端部的底部上，從而當從頂上觀看各單獨的SMD時看不見任何焊料。這是 有利的，因為這可幫助防止眩光並改善對比度，特別是在白天觀看時。如在圖 1—3中最清楚可見的那樣，空腔36伸入殼體內部足夠的深度，以暴露連接件 墊塊60以及78、 80、 82。
引線50、 52、 54、 56的端部84、 86、 88、 90從殼體的端表面32和34向 內延伸的尺寸可取決於SMD的實施方式、所用的LED、殼體12的材料、SMD的尺寸和/或其它這樣的因素和/或因素的組合。在一些實施方式中，在殼體
外部的每個引線50、 52、 54、 56在墊塊間可分開間隙92，以將連接件彼此電
氣隔離。
連接件16、 18、 20、 22可由導電金屬或金屬合金製成，如銅、銅合金和/ 或其它合適的低電阻率、耐腐蝕材料或材料的組合。如可注意到的，連接件16 的引線50的導熱性在某種程度上可幫助從SMD所裝載的LED44、 46、 48將 熱引導走，如箭頭76所示。
如人們所熟知的那樣，每個LED44、 46、 48具有被稱為陰極和陽極的一 對電氣端子或電極。根據所示實施例的典型實施方式，LED 44、 46、 48的陰 極耦合至中心墊塊60，而LED的陽極分別通過單個絲焊耦合至各單獨連接件 的墊塊78、 80、 82。
LED 44、 46、 48中的每一個藉助於導電導熱的接口 100與墊塊60電氣耦 合，前述接口如焊料、粘結劑、塗層、薄膜、密封件、膏劑、油脂和/或其它 合適的材料。在一個較佳的實施例中，LED可利用在LED底部上的焊料隆起 焊盤而與墊塊60電氣耦合併固定於其，以使從頂上看不見焊料。防止從頂上 看見焊料是有利的，可減少反射並提供更好的對比度，尤其在白天的時候。
在其它的實施例中，引線50、 52、 54、 56中的一個或更多個還可包括一個 或更多個缺口、通孔或孔、延伸部和/或其它有助於SMD組件的穩定性、整 體性和/或堅固性的結構。例如，引線50、 52、 54、 56可分別包括缺口 102、 104、 106、 108，它們大體沿著引線的外側邊緣延伸。引線的缺口和/或其它 這樣的結構與殼體和/或填充材料至少部分地協配，以增強SMD組件的結構
穩定性和整體性。在一些實施方式中，殼體材料和/或填充材料至少部分地圍 繞、伸入和/或穿過間隙92中的一個或多個以及由形成在引線中的缺口 102、 104、 106、 108所露出的區域延伸。
SMD 10可通過各種已知方法中的任一種來形成和/或裝配。例如，殼體 12可圍繞連接件16、 18、 20、 22來形成或模製。可替代地，殼體可以分部分 來模製，例如分為隨後可由環氧化物、粘結劑或其它合適的連結材料來連結的 頂部和底部。
在一些製造方法中，LED可在圍繞連接墊塊模製和/或裝配殼體12之前耦合至墊塊60。可替代地，LED可在連接件已部分地包封在殼體內之後耦合至 墊塊60。伸入殼體的空腔36可以構造成墊塊60以及78、 80、 82有足夠的部 分暴露以接納LED和相關聯的絲焊。
連接件16、 18、 20、 22的製造可以通過衝壓、注塑、切割、蝕刻、彎曲或 通過其它已知方法和/或方法的組合來實現，以形成所想要的構造。例如，連 接件可部分地金屬衝壓(例如同時從單片相關材料中衝壓)，合適地彎曲，最 後完全分開，或在形成一些或全部殼體之後完全分開。
圖9一 11示出根據用舉例方式來說的用於LED顯示屏幕的另一特定示範性 實施例的表面安裝器件200。圖9一11的SMD200除了省去了導熱體64之外， 在所有方面均與圖l一8所示的實施例相同。因此，圖9—11的SMD包括較佳 的是黑色陶瓷殼體202，該殼體包括相對的上表面204和下表面206、側表面 208、 210以及端表面212、 214。 SMD 200裝載有引線框216,如前面的例子 那樣，引線框216包括四個電氣連接件，這些電氣連接件分別包括晶片裝載件 218和三個單獨的連接件(包括連接件220)以及從殼體的中心區域230穿過 殼體的相對端表面212、 214向外凸伸的引線222、 224、 226、 228。晶片裝載 件218具有用於接納LED晶片的加大的中心表面或墊塊232， LED晶片通常 包括紅色、綠色以及藍色LED。如前面的例子那樣，其餘連接件包括加大的絲 焊墊塊，這些絲焊墊塊位於中心區域並與晶片裝載件218相鄰但間隔開。
如前面的例子那樣，引線222、 224、 226、 228直角地彎曲以沿著其相應的 殼體端表面並在它們外側延伸，然後再次直角地彎曲，以使引線222、224、226、 228的端部234、 236、 238、 240沿著殼體的底表面206延伸。引線的端部234、 236、 238、 240的面向外表面利用許多已知的連接技術電氣連接或結合至基底 242上的跡線或墊塊，基底242通常為印刷電路板。如前面的例子那樣，殼體 具有延伸足夠的深度以露出連接件的墊塊的空腔214。連接件較佳的是由導電 金屬片或金屬合金片製成，該金屬片或金屬合金片通過衝壓加工從金屬片原料 中切下，然後在圍繞引線框形成殼體之前或之後彎曲成它們的最終構造。
每個LED具有一對電氣端子或電極，其中的陰極電氣耦合至中心墊塊232， 而LED的陽極則分別通過單根絲焊耦合至各單獨連接件的墊塊。
現參見圖12—17，圖中示出SMD250的各個部件的尺寸特徵的一些例子。
10以舉例方式而非限制，圖12—17中所描述的尺寸也可以應用於SMD10或200 的共有結構。可注意到，SMD250的引線結構布置得與SMD10或200的引線 結構稍有不同。不過，該不同的構造描述的是另一可能的實施例，不會影響本 發明的功能性。圖13示出可幫助進行熱管理以從任何安裝的器件消散熱量的 熱墊塊252。
參見圖18，以示意的形式示出例如室內屏幕的一LED顯示屏幕300的一部 分，通常來說包括驅動器PCB 302，它裝載有成行和成列布置的大量表面安裝 器件304，每個SMD形成一個像素。SMD 304可包括諸如圖1_8、 9一11以 及12—17所示實施例的器件。SMD器件304電氣連接至PCB 302上的跡線 或墊塊，PCB 302連接成可對合適的電氣信號處理和驅動器電路系統(未示出) 作出響應。
如上所述，每個SMD裝載有紅色、綠色和藍色LED的垂向定向線性陣列 306。已發現這樣的LED線性定向可在寬範圍的觀察角度中提高彩色逼真度。 也可設置通孔308以使陶瓷SMD本體更好且距離更短地與PCB接觸。通孔 308還可改善熱消散。
儘管已圖示和描述了本發明的若干說明性實施例，但熟悉本領域的技術人 員會想到許多變化形式和可替代的實施例。可構想這樣的變化形式和可替代實 施例，並且它們可不超出所附權利要求書中所定義的本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種用於表面安裝器件的引線框，所述引線框包括導電LED晶片裝載件，所述晶片裝載件具有裝載適於通電以組合地產生基本上全範圍顏色的LED線性陣列的表面，每個LED具有第一電氣端子和第二電氣端子，所述LED中的每一個的第一電氣端子電氣和熱耦合至所述晶片裝載件的所述晶片裝載表面；與所述晶片裝載件分開的導電連接件，所述連接件中的每一個具有連接墊塊；所述LED中的每一個的第二端子電氣耦合至所述連接件中的相應一個的連接墊塊；以及黑色殼體，所述殼體至少部分地包封所述引線框。
2. 如權利要求1所述的引線框，其特徵在於，所述LED線性陣列沿第一方 向延伸，所述晶片裝載件和連接件中的每一個具有引線，所述引線設置成彼此 成平行關係並沿第二方向延伸，並且，所述第二方向垂直於所述第一方向。
3. 如權利要求1所述的引線框，其特徵在於，所述晶片裝載件具有電氣耦 合至所述晶片裝載表面的引線，所述引線具有一厚度，並且所述晶片裝載件的 所述晶片裝載表面包括導熱體的表面，所述導熱體沿正交於所述晶片裝載表面 的方向延伸，並且所述導熱體的厚度大於所述晶片裝載件引線的厚度。
4. 如權利要求1所述的引線框，其特徵在於，所述LED包括紅色、綠色以 及藍色LED。
5. 如權利要求1所述的引線框，其特徵在於，所述LED中的每一個的第二 電氣端子通過單根絲焊電氣耦合至相關聯連接件的連接墊塊。
6. 如權利要求l所述引線框，其特徵在於，所述LED中的每一個經由焊料 耦合至相應的連接墊塊。
7. 如權利要求6所述的引線框，其特徵在於，在從頂上觀看所述引線框時 所述焊料是不可見的。
8. 如權利要求1所述的引線框，其特徵在於，所述殼體包括相對的第一和 第二主表面、相對的側表面以及相對的端表面，所述殼體形成從所述第一主表面伸入所述殼體的內部的空腔。
9. 如權利要求8所述器件，其特徵在於，所述晶片裝載件的所述晶片裝載表面包括沿正交於所述晶片裝載表面的方向延伸至所述導熱體的底表面的導 熱體的表面，所述導熱體的底表面通過形成在所述殼體的第二主表面中的孔而外露。
10. —種LED顯示器，該顯示器包括基底，所述基底裝載以垂向列和水平行布置的表面安裝器件陣列，所述表面安裝器件中的每一個包括深色殼體並包含垂向定向的LED線性排列，所述 LED線性排列適於通電以組合地產生基本上全範圍的顏色並形成所述顯示器 的一個像素；以及信號處理和LED驅動電路系統，所述電路系統電氣連接成選擇性地對所述 表面安裝器件陣列通電以在所述顯示器上產生可視圖像。
11. 如權利要求IO所述的顯示器，其特徵在於，每個表面安裝器件的所述 殼體包括圓形邊緣，以致在所述表面安裝器件布置在所述基底上時形成通孔， 所述通孔幫助進行熱管理。
全文摘要
本發明為用於小型表面安裝器件的裝置和系統。在一個實施例中，表面安裝器件包括具有相對的第一和第二主表面、側表面以及端表面的殼體。由殼體部分包封的引線框包括(1)導電LED晶片裝載件，該晶片裝載件具有裝載適於通電以組合地產生基本上全範圍顏色的LED線性陣列的表面，每個LED具有第一電氣端子和第二電氣端子，每個LED的第一電氣端子電氣和熱耦合至晶片裝載件的晶片裝載表面；和(2)與晶片裝載件分開的導電連接件，這些連接件中的每一個具有連接墊，LED中的每一個的第二端子利用單根絲焊電氣耦合至連接件中相應一個的連接墊。LED線性陣列沿第一方向延伸，晶片裝載件和連接件中的每一個具有引線。引線可彼此平行地設置並沿第二方向穿過殼體的端表面延伸，該第二方向正交於第一方向。表面安裝器件的陣列可用於諸如室內LED屏幕之類的LED顯示器。
文檔編號H01L25/075GK101582419SQ20091014541
公開日2009年11月18日 申請日期2009年5月18日 優先權日2008年5月16日
發明者亞歷克斯·陳, 璇 王 申請人:科銳香港有限公司