TWI469393B - 發光二極體封裝結構及封裝方法 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種發光二極體封裝結構以及相應的封裝方法。
發光二極體(Light Emitting Diode，LED)是一種可將電流轉換成特定波長範圍的光電半導體元件。發光二極體以其亮度高、工作電壓低、功耗小、易與積體電路匹配、驅動簡單、壽命長等優點，從而可作為光源而廣泛應用於照明領域。
在工作過程中，發光二極體會產生較高的熱量。如果發光二極體所產生的熱量不能有效散發到外界，其將會導致發光二極體的溫度升高，從而影響發光二極體的發光性能甚至導致發光二極體損壞。
有鑒於此，有必要提供一種具有較好散熱性能的發光二極體封裝結構以及相應的發光二極體封裝方法。
一種發光二極體封裝結構，包括：基板，該基板包括第一金屬層，第二金屬層以及夾置在第一金屬層與第二金屬層之間的絕緣層，絕緣層上設置有開孔，所述第二金屬層環繞開孔設置且分成第一電連接部與第二電連接部；
發光二極體晶粒，設置於開孔內且與第一金屬層相接觸，發光二極體晶粒的兩電極分別與第一電連接部與第二電連接部連接；以及封裝材料層，填充在開孔內以覆蓋發光二極體晶粒。
一種發光二極體封裝方法，包括以下步驟：提供一基板，該基板包括第一金屬層、第二金屬層以及夾置在第一金屬層與第二金屬層之間的絕緣層；在第二金屬層上設置開孔，該開孔貫通絕緣層並延伸至第一金屬層；蝕刻第二金屬層，使第二金屬層環繞開孔設置並形成第一電連接部與第二電連接部；在開孔內設置發光二極體晶粒，發光二極體晶粒的兩電極分別與第一電連接部與第二電連接部連接；在開孔內填充封裝材料以覆蓋發光二極體晶粒。
在上述發光二極體封裝結構中，發光二極體晶粒直接設置於第一金屬層的表面，因此，發光二極體晶粒在發光過程中所產生的熱量可直接傳遞到第一金屬層上，並快速散發到外界，有利於提高發光二極體封裝體的使用壽命。並且，由於第二金屬層環繞開孔設置，發光二極體晶粒所產生的並傳遞到封裝材料層的熱量可以有效藉由第二金屬層散發到外界環境，以防止封裝材料層因受熱而老化，從而對其出光性能造成影響。
110‧‧‧基板
111‧‧‧第一金屬層
112‧‧‧第二金屬層
113‧‧‧絕緣層
114‧‧‧開孔
115‧‧‧第一電連接部
1151‧‧‧第一接觸部
1152‧‧‧第二接觸部
116‧‧‧第二電連接部
1161‧‧‧第三接觸部
1162‧‧‧第四接觸部
117‧‧‧金屬連接線框
118‧‧‧絕緣白漆
120‧‧‧發光二極體晶粒
130‧‧‧擋牆
140‧‧‧封裝材料層
150‧‧‧凹部
圖1係本發明實施例提供的發光二極體封裝結構的剖面示意圖。
圖2-圖9係圖1中的發光二極體封裝結構的製作過程示意圖。
圖10係本發明另一實施例提供的發光二極體封裝結構的俯視圖。
請參見圖1，本發明實施例所提供的發光二極體封裝結構包括基板110、發光二極體晶粒120、擋牆130以及封裝材料層140。
該基板110包括第一金屬層111、第二金屬層112以及夾置在第一金屬層111與第二金屬層112之間的絕緣層113。絕緣層113上設置有開孔114，第二金屬層112環繞開孔114設置且分成第一電連接部115與第二電連接部116。在本實施例中，第一金屬層111與第二金屬層112由銅材料製成。絕緣層113的材料為環氧玻璃纖維布層壓板，其規格可以是FR-5或者是FR-4。優選地，將第二金屬層112的厚度設置成小於第一金屬層111的厚度，從而形成一個不對稱的基板。由於第一金屬層111的厚度較大，其可有效地對發光二極體晶粒120進行散熱。在本實施例中，第一金屬層111的厚度取值在0.2mm到0.3mm的範圍內，第二金屬層112的厚度取值在0.015mm到0.02mm的範圍內。絕緣層113的厚度約為0.1mm左右。
發光二極體晶粒120設置於開孔114內，且與第一金屬層111相接觸。發光二極體晶粒120的兩電極分別與第一電連接部115與第二電連接部116連接。在本實施例中，發光二極體晶粒120藉由固晶膠固定在第一金屬層111的表面，其兩個電極分別藉由打線方式連接到第一電連接部115與第二電連接部116。
擋牆130為環形且設置於開孔114的周圍。該擋牆130的材料為矽
膠或者塑膠，其藉由模鑄或粘合的方式形成在開孔114的周圍。在本實施例中，所述擋牆130進一步環繞第一電連接部115與第二電連接部116，用於防止後續封裝過程中封裝膠體或封裝材料外流。
封裝材料層140填充在開孔114中並覆蓋發光二極體晶粒120。該封裝材料層140用於防止外界環境如灰塵或水汽對發光二極體晶粒120的工作造成影響。在本實施例中，由於擋牆130設置於開孔114的周圍，封裝材料層140則直接填充至擋牆130的內部，並同時覆蓋第一電連接部115與第二電連接部116。封裝材料層140為環氧樹脂或者矽膠。根據需要，還可以在封裝材料層140中填入螢光粉粒子以獲得所需的光線顏色。所述的螢光粉粒子的製作材料選自石榴石結構的螢光粉材料，氮化物系螢光粉材料，磷化物，硫化物與矽酸鹽化合物其中一種或者多種。
根據需要，所述發光二極體封裝結構還進一步包括一層絕緣白漆118，該絕緣白漆118將不需要進行電連接的金屬線路覆蓋，以防止其受環境氧化而產生短路。
上述的發光二極體封裝結構可藉由以下方法製作。
請參見圖2，提供一個基板110。該基板110包括第一金屬層111、第二金屬層112以及夾置在第一金屬層111與第二金屬層112之間的絕緣層113。在本實施例中，第一金屬層111與第二金屬層112由銅材料製成。絕緣層113的材料為環氧玻璃纖維布層壓板，其規格可以是FR-5或者是FR-4。優選地，將第二金屬層112的厚度設置成小於第一金屬層111的厚度，從而形成一個不對稱的基板。在本實施例中，第一金屬層111的厚度取值在0.2mm到0.3mm的
範圍內，第二金屬層112的厚度取值在0.015mm到0.02mm的範圍內。絕緣層113的厚度約為0.1mm左右。
如圖3所示，在第二金屬層112上製作開孔114，該開孔114貫通絕緣層113並延伸至第一金屬層111上，從而暴露出第一金屬層111的上表面。
如圖4所示，蝕刻第二金屬層112，使第二金屬層112環繞開孔114設置並形成第一電連接部115與第二電連接部116。在本實施例中，第一電連接部115包括第一接觸部1151與第二接觸部1152。第一接觸部1151為半圓環狀，且環繞在開孔114的周圍。第二接觸部1152為矩形形狀且設置於開孔114的一側。第二電連接部116包括第三接觸部1161與第四接觸部1162。第三接觸部1161也為半圓環狀，亦環繞在開孔114的周圍。第四接觸部1162為矩形形狀且設置於開孔114的與第二接觸部1152相對的另一側。在每個開孔114的周圍還包括一個金屬連接線框117，該金屬連接線框117使到第一電連接部115與第二電連接部116保持電學連接。
如圖5所示，用絕緣白漆118將第二金屬層112的部分區域覆蓋。該部分區域包括除第一接觸部1151、第二接觸部1152、第三接觸部1161與第四接觸部1162以外的所有區域。上述絕緣白漆118用於將後續過程中不需要電連接的金屬線路覆蓋，以防止其受環境氧化而產生短路。根據需要，亦可不進行此過程而直接進行後續的固晶過程。
如圖6所示，將發光二極體晶粒120設置於開孔114內，發光二極體晶粒120的兩電極分別與第一接觸部1151與第三接觸部1161連接。第二接觸部1152與第四接觸部1162可作為發光二極體晶粒
120與外界電源連接的兩個電極。在本實施例中，發光二極體晶粒120藉由固晶膠固定在第一金屬層111的表面，其兩個電極分別藉由打線方式連接到第一接觸部1151與第三接觸部1161。根據需要，在設置發光二極體晶粒120之前，可將第一金屬層111的位於開孔114內的表面以及底面電鍍上一層銀鎳合金，該銀鎳合金用於保護第一金屬層111不被外界環境所氧化。
如圖7所示，在開孔114的周圍形成一環形的擋牆130。該擋牆130材料為矽膠或者塑膠，其藉由模鑄或粘合的方式形成在開孔114的周圍。在本實施例中，所述擋牆130進一步環繞第一接觸部1151與第三接觸部1161，用於防止後續封裝過程中封裝膠體或封裝材料外流。
如圖8所示，在擋牆130內部填入封裝材料層140，該封裝材料層140填充至開孔114中並覆蓋發光二極體晶粒120。該封裝材料層140用於防止外界環境如灰塵或潮濕對發光二極體晶粒120的工作造成影響。同時，由於第一接觸部1151與第三接觸部1161亦形成在擋牆130的內部，所述封裝材料層140亦可覆蓋第一接觸部1151與第三接觸部1161以防止其受外界環境影響。在本實施例中，封裝材料層140為環氧樹脂或者矽膠。根據需要，在封裝材料層140中還可以填入螢光粉粒子以獲得所需的光線顏色。所述的螢光粉粒子的製作材料選自石榴石結構的螢光粉材料，氮化物系螢光粉材料，磷化物，硫化物與矽酸鹽化合物其中一種或者多種。
如圖9所示，切割基板110，形成多個發光二極體封裝結構，同時使得第一電連接部115與第二電連接部116電學分離。所暴露的第二接觸部1152與第四接觸部1162可作為發光二極體晶粒120與外
界電源連接的兩個電極。上述的切割過程可採用機械切割或者是鐳射切割的方式進行。優選地，切割的方向可沿著金屬連接線框117的方向進行。當金屬連接線框117被去除後，相應地，第一電連接部115與第二電連接部116也形成電學分離。
在上述發光二極體封裝結構中，發光二極體晶粒120直接設置於第一金屬層111的表面。因此，發光二極體晶粒120在發光過程中所產生的熱量可直接傳遞到第一金屬層111上，並快速散發到外界，有利於提高發光二極體封裝體的使用壽命。並且，由於第二金屬層112環繞開孔114設置，發光二極體晶粒120所產生的並傳遞到封裝材料層140的熱量可以有效藉由第二金屬層112散發到外界環境，以防止封裝材料層140因受熱而老化，從而對其出光性能造成影響。
另外，由於在蝕刻第二金屬層112的過程中，使第一電連接部115與第二電連接部116保持電學連接的狀態，該電學連接的狀態一直保持到對基板110進行切割之前。因此，在將發光二極體晶粒120電極分別連接到第一電連接部115與第二電連接部116時，即使基板110上存在著靜電，也不會使發光二極體晶粒120擊穿而使其損壞。因此，上述封裝方法可提高發光二極體封裝產品的良率，降低成本。
根據需要，亦可在發光二極體封裝結構的側面設置凹部以將發光二極體封裝結構固定在相應的電路板上。請參見圖10，在上述實施例所製備的發光二極體封裝結構的兩個側面各設置一個凹部150，該凹部150設置於發光二極體封裝結構的對角線處，供螺絲鎖合以將發光二極體封裝結構固定在相應的電路板上。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
110‧‧‧基板
111‧‧‧第一金屬層
112‧‧‧第二金屬層
113‧‧‧絕緣層
114‧‧‧開孔
115‧‧‧第一電連接部
116‧‧‧第二電連接部
118‧‧‧絕緣白漆
120‧‧‧發光二極體晶粒
130‧‧‧擋牆
140‧‧‧封裝材料層
Claims (3)
- 一種發光二極體封裝方法，包括以下步驟：提供一基板，該基板包括第一金屬層、第二金屬層以及夾置在第一金屬層與第二金屬層之間的絕緣層；在第二金屬層上設置開孔，該開孔貫通絕緣層並延伸至第一金屬層；蝕刻第二金屬層，使第二金屬層環繞開孔設置並形成第一電連接部與第二電連接部，使第一電連接部與第二電連接部保持電學連接；在開孔內設置發光二極體晶粒，發光二極體晶粒的兩電極分別與第一電連接部與第二電連接部連接；在開孔內填充封裝材料以覆蓋發光二極體晶粒，對基板進行切割以形成多個發光二極體封裝結構，使第一電連接部與第二電連接部電學分離。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝方法，其中，所述絕緣層為環氧玻璃纖維布層壓板。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝方法，其中，在蝕刻第二金屬層的過程中，在開孔的周圍形成金屬連接線框，該金屬連接線框使第一電連接部與第二電連接部保持電學連接，在切割基板的時候，將金屬連接線框去除從而使第一電連接部與第二電連接部電學分離。
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