TWI395314B - 晶片導線架及光電能量轉換模組 - Google Patents

Description

晶片導線架及光電能量轉換模組

本發明係關於一種晶片導線架及一種光電能量轉換模組，並且特別是關於一種可與基材穩固接合的晶片導線架及一種光電能量轉換模組。

隨著半導體元件的應用日益普及，目前已發展出各種不同的封裝技術。其中一種是先製作一晶片導線架，其包含一基材；再將晶片(或謂裸晶)固定於該基材上。由於電子產品小型化的趨勢，其可容置電子元件的空間亦相對狹小，故導線架本身體積受限，使得前述基材與晶片導線架本身之黏結區域亦相當有限。穩固的黏接便成為電子元件之首要解決課題。

請參閱圖一A、圖一B及圖一C。圖一A係繪示根據習知技術之一具體實施例之發光二極體1之上視圖，圖一B係繪示圖一A之發光二極體1沿X-X線之剖面圖，圖一C係繪示圖一B中間部分之局部放大圖。發光二極體1包含絕緣座體12、連接導體14、16、基板18、發光晶片20及封膠22。於製作上，連接導體14、16與絕緣座體12以埋入射出(insert molding)製程一次形成。該埋入射出件具有一凹陷結構及與該凹陷結構相對且連通的一承座，連接導體14、16之內部電極14a、16a則露出於該凹陷結構內，連接導體14、16之外部電極14b、16b則露出於絕緣座體12外。接著，基板18置於該承座內以同時露出於該凹陷結構內及絕緣體12之底表面12a。再接著，將發光晶片20固定於基板18上，並將發光晶片20以打線方式經由導線20a、20b與內部電極14a、16a電性連接。最後，以封膠22封填該凹陷結構，即完成封裝好的發光二極體1。

原則上，基板18之固定係以其與絕緣座體12及封膠22間黏著性決定。當基板18與絕緣座體12或封膠22之黏著性不佳時，縱將基板18與連接導體14、16及絕緣座體12同次埋入射出成形，基板18仍易自發光二極體1脫落。因此，於習知技術中，多以黏膠24來黏接基板18與絕緣座體12。但因承座之容置空間與基板18之體積相當，故黏膠24塗佈不易，常無法有效黏接基板18與絕緣座體12並於黏接處出現空隙26，造成基板18仍易自發光二極體1脫落之現象。

另一個問題是，因承座之容置空間與基板18之體積相當，故若黏膠24之塗佈的位置、塗佈的量，控制不當，將易使基板18之底表面18a突出於絕緣座體12之底表面12a。此情形於前述空隙26現象產生時，更為嚴重。

因此，先前技術並無法有效將基板18固定於絕緣座體12上，甚至有可能於產品(發光二極體1)出廠後，始出現脫落現象，造成後續製程的不便。另外，可能產生的基板18之底表面18a突出現象，亦不利於表面黏著製程。

本發明之一範疇在於提供晶片導線架，具有一凹陷結構及與該凹陷結構連通之一逃氣結構，當一基材與該凹陷結構黏接時，該凹陷結構內受該基材擠壓之氣體可藉由該逃氣結構洩溢出去。

本發明之另一範疇在於提供具有前述晶片導線架之光電能量轉換模組。

本發明之晶片導線架包含一絕緣體及複數個導體。該絕緣體包含一第一表面、一第二表面、形成於該第一表面上的一第一凹陷結構、貫穿該第二表面與該第一凹陷結構的一通孔以及一逃氣結構。該第一凹陷結構形成一容置空間，該逃氣結構連通該容置空間。該複數個導體分別與該絕緣體連接，每一個導體包含一第一連接部及一第二連接部，該第一連接部與該第二連接部露出於該絕緣體。

當一基材以一黏膠連接至該第一凹陷結構時，該容置空間大致被該基材充滿，該第一凹陷結構內之氣體之一部分可經由該通孔直接流出該絕緣體外，該氣體之另一部分則可經由該逃氣結構流出該絕緣體外，尤其是位於該黏膠附近、該基材與該第一凹陷結構間被擠壓的氣體。

明顯地，於先前技術中，被黏膠停滯於基材與絕緣體間的氣體可藉由本發明之逃氣結構有效地洩溢出來，使得基材與絕緣體間之黏接面積增加、黏接力量亦隨之增加，其材與絕緣體間之黏接更為穩固，且基材亦不會突出絕緣體之底表面而造成後續的使用上或程製的不便。

本發明之光電能量轉換模組包含前述之已黏附有基材之晶片導線架及一光電能量轉換半導體結構。該光電能量轉換半導體結構位於該基材上並露出於該通孔，該光電能量轉換半導體結構與該複數個導體之該第二連接部電性連接。該光電能量轉換半導體結構係一太陽能電池半導體結構、一發光二極體半導體結構或其組合。如前所述，基材不會歪斜或突出於絕緣體，使得基材可與散熱模組貼附良好，光電能量轉換半導體結構於運作中產生之熱可經由基材迅速地傳導至散熱模組，延長光電能量轉換模組之使用壽命。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

請參閱圖二A及圖二B，圖二A及圖二B分別繪示根據本發明之一具體實施例之晶片導線架3之不同視角的立體圖。晶片導線架3包含絕緣體32及被絕緣體32包覆的八個導體34(僅標示其一)。每一個導體34包含第一連接部34a及第二連接部34b。第二連接部34b用以與晶片電極連接，第一連接部34a則作為對外連接之電極。絕緣體32包含形成於其第一表面322上的第一凹陷結構324以及貫穿其第二表面326與第一凹陷結構324的通孔328。第一表面322相對於第二表面326。第一凹陷結構324形成一容置空間(未標示)，用以容置一基材(見後述實施例之說明)。

絕緣體32並且包含四個逃氣結構330(僅標示其一)，此逃氣結構330連通容置空間以使容置空間內之氣體能經由逃氣結構330流出絕緣體32外。絕緣體32進一步包含四個的操作凹陷結構331(僅標示其一)，兩兩相對設置，並且與第一凹陷結構324相連接。這些操作凹陷結構331所具有之操作空間可供使用者以工具(例如夾子)或自動化設備放置基材於第一凹陷結構324中。如圖二B所示，當將基材放設於第一凹陷結構324中時，原來位於第一凹陷結構324之氣體(或謂容置空間中之氣體)一大部分直接經由通孔328朝第二表面326方向流出絕緣體32外，另有一部分則可經由逃氣結構330洩溢出去，尤其是在第一凹陷結構324的四個角落的氣體。

請參閱圖三A及圖三B，圖三A繪示晶片導線架3之俯視圖，圖三B繪示晶片導線架3沿Y-Y線放大的剖面圖。圖三A中以虛線表示導體34被絕緣體32包覆住的部分，藉此可清楚地看到導體34於晶片導線架3中的配置。於本具體實施例中，導體34之第二連接部34b大致圍繞通孔328設置。導體34之設置數量及位置可視產品需求不同作變化，本發明不以此為限。圖三B可更清楚地展現晶片導線架3之結構。

如圖三B所示，絕緣體32尚包含形成於第二表面326的第二凹陷結構332，通孔328貫穿第一凹陷結構324及第二凹陷結構332。第一凹陷結構324包含第一連接表面338，可供以黏膠將基材黏著於第一凹陷結構324中。此第一連接表面338可具有粗糙面，有助於前述之黏著。另外，於本具體實施例中，第一連接表面338大致與第一表面322平行，但本發明不以此為限。

此外，第二凹陷結構332包含第二連接表面334，並且第二連接部34b露出於第二連接表面334。由於第二凹陷結構332於基材黏著且晶片固定、打線後，通常將以封膠填充，以保護晶片及其連接線，因此第二連接表面334亦可具有一粗糙面，有助於封膠與之黏著。另外，絕緣體32包含載台平面336，可用以承載光學調制元件，例如透鏡。當然，前述封膠亦得直接形成透鏡輪廓(例如突出於絕緣體32)，亦具有光學調制功能。

請參圖四，圖四繪示根據本發明之一具體實施例之光電能量轉換模組5之剖面圖。光電能量轉換模組5主要利用前述晶片導線架3加上基材52、光電能量轉換半導體結構54及透光封裝材料(封膠56)所組成，因此光電能量轉換模組5之主要結構大致與晶片導線架3相似，故直接以與圖三B之相同剖面條件之剖面圖來作說明，亦即圖四。

請參閱圖三B及圖四。光電能量轉換模組5之基材52設置於第一凹陷結構324中，並且基材52大致充滿第一凹陷結構324所形成之容置空間。光電能量轉換半導體結構54(例如發光二極體晶粒)位於基材52上，並與導體34之第二連接部34b以金屬線58a、58b打線電性連接。封膠56覆蓋住光電能量轉換半導體結構54及金屬線58a、58b。為加強光線匯聚的效果，封膠56可形成凸起的輪廓，並可更進一步地，再加一光學調制元件60於封膠56之上。原則上，若光學調制元件60與載台平面336可連接良好而具有保護光電能量轉換半導體結構54及金屬線58a、58b之功能，則封膠56亦可考慮去除。另一實施例中，光學調制元件60(例如光學透鏡)可利用封膠56固定於晶片導線架3上，且光學調制元件60與封膠56間沒有空隙。

請參閱圖五，圖五繪示基材52與第一凹陷結構324及逃氣結構330之局部剖面示意圖。需注意的是，圖五中各構件之尺寸並非直接對應圖四所示之尺寸，圖五僅在表現光電能量轉換模組5之部分構件之局部結構之特性。如圖五所示，基材52以黏膠62黏貼至第一凹陷結構324之第一連接表面338，並且黏膠62完整地充滿於基材52與第一凹陷結構324之間，而不會產生如圖一C中之空隙26。這是因為在黏貼的過程中，原先在第一凹陷結構324內之氣體在受到基材52的壓迫，可經由逃氣結構330(請併參閱圖二B所示之立體結構)洩溢至絕緣體32外，其流動路徑如圖五中帶箭頭之粗實線所示。因此，基材52可控制地設置於第一凹陷結構324內，不致歪斜或突出於絕緣體32之底表面(即本實施例之第一表面322)。

由上述說明可知，逃氣結構330需具有可通氣的結構，較簡單的作法便是使用具有通道的結構，以連通第一凹陷結構324形成之容置空間與絕緣體32外部，但本發明不以此為限。例如使用具有孔隙連通的結構，亦能達到本發明之逃氣結構之目的。明顯地，於本實施例中，逃氣結構330係由一凹槽構成，該凹槽自第一凹陷結構324延伸形成於第一表面322上，這通常是較簡單形成逃氣結構330所需的通道的方式，但本發明仍不以此為限。

請參閱圖六A及圖六B，圖六A及圖六B分別繪示不同的逃氣結構330之示意圖。圖六A繪示之逃氣結構330係一通孔貫穿第一凹陷結構324及第一表面322；當然，該通孔亦得連通至第二表面326，如圖六B所示。另外一提的是，圖五及圖六A雖顯示絕緣體32係一體成型，但本發明不以此為限，如圖六B所示之絕緣體32即由上下兩部分組成，此設計有助於各種通道(或謂逃氣結構330)的形成。

請回到圖二B。由於在第一凹陷結構324之轉角，於基材52黏貼於第一凹陷結構324中時，於轉角處之氣體受到更多壁面的阻礙，更不易洩溢出去，因此逃氣結構330形成於轉角處可有效解決此處氣體的洩溢。當然，本發明之逃氣結構之設置位置及其數量不以此為限，應視實際產品之第一凹陷結構而定。

請參閱圖二B及圖三A。補充說明的是，導體34包含一第三連接部34c露出於第一凹陷結構324所形成之容置空間，使得基材52亦得以黏膠62與第三連接部34c黏接，金屬質地的第三連接部34c可助於基材52的固定。另外，圖二B所示之第三連接部34c略低於第一連接表面338，於基材52黏貼至第一連接表面338時，基材52與第三連接部34c間可形成一容置空間，因此縱使不利用第三連接部34c來加強基材52之黏貼固定，亦可作為第一連接表面338與基材52間受擠壓的氣體洩溢的容置空間。

請參閱圖七，圖七繪示根據本發明之一具體實施例之光電能量轉換模組7之剖面圖。與光電能量轉換模組5不同之處在於，光電能量轉換模組7之光電能量轉換半導體結構54係先與基材52電性連接，再藉由基材52與導體34之第二連接部34b電性連接，以達到光電能量轉換半導體結構54與導體34電性連接的目的。藉由此種電性連接方式，可輕易地於基材52上設置更多的光電能量轉換半導體結構54。當然，基材52表面上可能需做適當的線路佈局，不待贅述。

請參閱圖八，圖八繪示根據本發明之另一具體實施例之光電能量轉換模組8之剖面圖。與光電能量轉換模組5不同之處在於，光電能量轉換模組8之光電能量轉換半導體結構54並非獨立的晶粒，而是直接形成於基材52上。例如，基材52為半導體材料時，光電能量轉換半導體結構54更是能輕易地形成於基材52上。

於上述各實施例中，光電能量轉換半導體結構54可為太陽能電池半導體結構、發光二極體半導體結構或是其組合。因此包含太陽能電池半導體結構之光電能量轉換模組即可作為太陽能電池；包含發光二極體半導體結構之光電能量轉換模組即可作為照明裝置。正對光電能量轉換半導體結構54設置於絕緣體32上的光學調制元件60可調制光電能量轉換半導體結構54發射出之光線或用以調制將進入光電能量轉換半導體結構54之光線，以加強光電能量轉換半導體結構54之光電能量轉換效率。

再補充說明的是，前述實施例雖均有第二凹陷結構332，但本發明不以此為限。請參閱圖九，圖九繪示根據本發明之另一具體實施例之光電能量轉換模組9之剖面圖。與光電能量轉換模組5不同之處在於，光電能量轉換模組9不具有第二凹陷結構332，導體34之第二連接部34b直接露出於第二表面326，因此，第二表面326是一粗糙面具，有助於封膠56與之黏著。此外，導體34之第一連接部34a則直接露出於絕綠體32之底表面(亦即第一表面322)，可使光電能量轉換模組9成為表面黏著元件。

於另一實施例中，光電能量轉換半導體結構54之基材52下可以黏著導熱裝置(未顯示於圖八或圖九)，導熱裝置可以是一般散熱鰭片，或者是具有平整端頭之熱導管以平整端頭與基材52之下表面522緊密接合(例如利用熱導膠或導熱相變材料)，使光電能量轉換半導體結構54增加散熱能力。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

1．．．發光二極體

3．．．晶片導線架

5、7、8、9．．．光電能量轉換模組

12．．．絕緣座體

12a．．．底表面

14、16．．．連接導體

14a、16a．．．內部電極

14b、16b．．．外部電極

18．．．基板

18a．．．底表面

20．．．發光晶片

20a、20b．．．導線

22．．．封膠

24．．．黏膠

26．．．空隙

32．．．絕緣體

34．．．導體

34a．．．第一連接部

34b．．．第二連接部

34c．．．第三連接部

52．．．基材

54．．．光電能量轉換半導體結構

56．．．封膠

58a、58b．．．金屬線

60．．．光學調制元件

62．．．黏膠

322．．．第一表面

324．．．第一凹陷結構

326．．．第二表面

328．．．通孔

330．．．逃氣結構

331．．．操作凹陷結構

332．．．第二凹陷結構

334．．．第二連接表面

336．．．載台平面

338．．．第一連接表面

圖一A係繪示根據習知技術之一具體實施例之發光二極體之上視圖。

圖一B係繪示圖一A之發光二極體沿X-X線之剖面圖。

圖一C係繪示圖一B中間部分之局部放大圖。

圖二A繪示根據本發明之一具體實施例之晶片導線架之立體圖。

圖二B繪示根據圖二A中晶片導線架之另一視角的立體圖。

圖三A繪示晶片導線架之俯視圖。

圖三B繪示晶片導線架沿Y-Y線放大的剖面圖。

圖四繪示根據本發明之一具體實施例之光電能量轉換模組之剖面圖。

圖五繪示基材與第一凹陷結構及逃氣結構之局部剖面示意圖。

圖六A及圖六B繪示不同的逃氣結構之示意圖。

圖七繪示根據本發明之一具體實施例之光電能量轉換模組之剖面圖。

圖八繪示根據本發明之另一具體實施例之光電能量轉換模組之剖面圖。

圖九繪示根據本發明之另一具體實施例之光電能量轉換模組之剖面圖。

3．．．晶片導線架

32．．．絕緣體

322．．．第一表面

324．．．第一凹陷結構

328．．．通孔

330．．．逃氣結構

331．．．操作凹陷結構

338．．．第一連接表面

Claims (28)

1. 一種晶片導線架，包含：一絕緣體，包含一第一表面、一第二表面、形成於該第一表面上的一第一凹陷結構、貫穿該第二表面與該第一凹陷結構的一通孔以及一逃氣結構，該第一凹陷結構形成一容置空間，該逃氣結構包含自該第一凹陷結構延伸形成於該第一表面上之一凹槽，以連通該容置空間以使該容置空間內之氣體能經由該逃氣結構流出該絕緣體外；以及複數個導體，分別與該絕緣體連接，每一個導體包含一第一連接部及一第二連接部，該第一連接部與該第二連接部露出於該絕緣體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之晶片導線架，其中該逃氣結構包含一通道，連通該容置空間及該絕緣體外部。
3. 如申請專利範圍第1項所述之晶片導線架，其中該第一凹陷結構包含一轉角，該逃氣結構連接該轉角以連通該容置空間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之晶片導線架，其中該第一表面相對該第二表面，每一個導體之該第二連接部露出於該第二表面。
5. 如申請專利範圍第4項所述之晶片導線架，其中該複數個導體之該第二連接部大致圍繞該通孔設置。
6. 如申請專利範圍第1項所述之晶片導線架，其中該複數個導 體其中之一包含一第三連接部，露出於該容置空間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之晶片導線架，其中該第一凹陷結構包含一第一連接表面，該第一連接表面具有一粗糙面。
8. 如申請專利範圍第7項所述之晶片導線架，其中該第一連接表面大致平行於該第一表面。
9. 如申請專利範圍第1項所述之晶片導線架，進一步包含一基材，以一黏膠連接至該第一凹陷結構，該容置空間大致被該基材充滿。
10. 如申請專利範圍第9項所述之晶片導線架，其中該絕緣體包含二操作凹陷結構，形成於該第一表面上並對稱連接於該第一凹陷結構，每一個操作凹陷結構形成一操作空間，連通該容置空間。
11. 如申請專利範圍第1項所述之晶片導線架，其中該第二表面具有一粗糙面。
12. 如申請專利範圍第1項所述之晶片導線架，其中該絕緣體包含形成於該第二表面上的一第二凹陷結構，該通孔貫穿該第一凹陷結構與該第二凹陷結構。
13. 如申請專利範圍第12項所述之晶片導線架，其中該第二凹陷結構包含一第二連接表面，該第二連接表面具有一粗糙面。
14. 如申請專利範圍第13項所述之晶片導線架，其中該複數個導體之該第二連接部露出於該第二連接表面。
15. 一種光電能量轉換模組，包含：一絕緣體，包含一第一表面、一第二表面、形成於該第一表面上的一第一凹陷結構、貫穿該第二表面與該第一凹陷結構的一通孔以及一逃氣結構，該第一凹陷結構形成一容置空間，該逃氣結構包含自該第一凹陷結構延伸形成於該第一表面上之一凹槽，以連通該容置空間以使該容置空間內之氣體能經由該逃氣結構流出該絕緣體外；複數個導體，分別與該絕緣體連接，每一個導體包含一第一連接部及一第二連接部，該第一連接部與該第二連接部露出於該絕緣體；一基材，以一黏膠連接至該第一凹陷結構，該容置空間大致被該基材充滿；以及一光電能量轉換半導體結構，位於該基材上並露出於該通孔，該光電能量轉換半導體結構與該複數個導體之該第二連接部電性連接。
16. 如申請專利範圍第15項所述之光電能量轉換模組，其中該逃氣結構包含一通道，連通該容置空間及該絕緣體外部。
17. 如申請專利範圍第15項所述之光電能量轉換模組，其中該第一凹陷結構包含一轉角，該逃氣結構連接該轉角以連通該容置空間。
18. 如申請專利範圍第15項所述之光電能量轉換模組，其中該第一表面相對該第二表面，每一個導體之該第二連接部露出於該第二表面。
19. 如申請專利範圍第15項所述之光電能量轉換模組，其中該複數個導體其中之一包含一第三連接部，露出於該容置空間，該基材並且以該黏膠連接至該第三連接部。
20. 如申請專利範圍第15項所述之光電能量轉換模組，更包含一導熱裝置連接於該基材之一下表面。
21. 如申請專利範圍第20項所述之光電能量轉換模組，其中該導熱裝置是一具有平整端頭之熱導管，其中該熱導管之該平整端頭與該基材之該下表面接合。
22. 如申請專利範圍第15項所述之光電能量轉換模組，其中該絕緣體包含形成於該第二表面上的一第二凹陷結構，該通孔貫穿該第一凹陷結構與該第二凹陷結構。
23. 如申請專利範圍第22項所述之光電能量轉換模組，其中該第二凹陷結構包含一第二連接表面，該第二連接表面具有一粗糙面，該光電能量轉換模組包含一透光封裝材料，覆蓋該第二連接表面及該光電能量轉換半導體結構。
24. 如申請專利範圍第23項所述之光電能量轉換模組，其中該複數個導體之該第二連接部露出於該第二連接表面。
25. 如申請專利範圍第15項所述之光電能量轉換模組，其中該第一凹陷結構包含一轉角，該逃氣結構連接該轉角以連通該容置空間。
26. 如申請專利範圍第15項所述之光電能量轉換模組，進一步包含一光學調制元件，正對該光電能量轉換半導體結構設置於 該絕緣體上，用以調制該光電能量轉換半導體結構發射出之光線或用以調制將進入該光電能量轉換半導體結構之光線。
27. 如申請專利範圍第15項所述之光電能量轉換模組，其中該光電能量轉換半導體結構係一太陽能電池半導體結構、一發光二極體半導體結構或其組合。
28. 如申請專利範圍第27項所述之光電能量轉換模組，其中該光電能量轉換半導體結構形成於該基材上。