CN101222010A - 光电元件封装结构及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光电元件封装结构，包括：一基板；一反射器，形成于该基板的一第一面上；一盖板，贴合于该反射器上，以形成一封闭空间；多个微透镜，形成于该盖板的一第一面上；一荧光膜，形成于该盖板的一第二面上并位于该封闭空间内；一导热膜，形成于该基板的一第二面上；一电极，形成于该基板的侧壁与未覆盖该导热膜的该第二面上；以及一光电元件，形成于该基板的该第一面上并位于该封闭空间内。本发明还提供一种光电元件的封装方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体元件，特别涉及一种光电元件封装结构及其封装方法。
背景技术
目前，表面粘着型(surface mount device，SMD)发光二极管(light-emission diode，LED)的封装技术主要分为电路型式与导电架(leadframe)型式两种，其中导电架型式以一金属导电架作为基板，并利用射出成型(injection molding)或压缩成型(compression molding)的方式制作塑料沟槽，待切割后，即完成如图1所示的表面粘着型发光二极管。图1为一传统金属导电架表面粘着型发光二极管的结构图。制造过程中，热阻塑料树脂(PPS)经过射出成型后，形成一具有金属导电架1的沟槽2，之后，再进行如芯片接合(die bonding)3、打线接合(wire bonding)4及封胶(encapsulation)5等步骤。主要的封装材料为塑料或环氧树脂。而电路型式的表面粘着型发光二极管则利用一复合电路板作为基板，经压缩成型、切割后，即完成如图2所示的表面粘着型发光二极管。图2为一传统电路板表面粘着型发光二极管的结构图。制造过程中，将发光二极管芯片接合3在基板6上，并与电极打线接合4，待芯片压铸(die casting)、封胶5及切割后，即完成表面粘着型发光二极管的制作。主要的封装材料为透明的环氧树脂。
然而，由上述两种方法制作而成的表面粘着型发光二极管无法产生足够热阻。由于封装树脂的Tg温度仅约摄氏120度左右且其与基板或导电架的热膨胀系数不同，因此，当连结电路板的SMD元件通过高温炉管(大约摄氏250～300度)时，由于元件封装树脂的热阻不足，极易造成结构上的缺陷。
另一缺点为封装树脂及基板的低热导所造成的热分散性不佳的问题。由于发光二极管本身是一种低产热元件，所以温度的增加对其发光效率及发光质量会有重大影响。此外，传统工艺对SMD发光二极管凹槽反射器的制作有其困难度，所以若以不具有凹槽反射器的传统SMD发光二极管在微型化过程中的放射强度与具有放射角度30度的SMD发光二极管相比，其放射强度会减少超过一倍以上。因此，传统SMD发光二极管的制造过程中，低热阻、低热分散性及制作微型化凹槽反射器的困难度，仍是有待克服、解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光电元件封装结构及其封装方法，以克服传统SMD发光二极管的制造过程中，低热阻、低热分散性及制作微型化凹槽反射器的困难度的问题。
本发明的一实施例提供的一种光电元件封装结构，包括：一基板；一反射器，形成于该基板的一第一面上；一盖板，贴合于该反射器上，以形成一封闭空间；多个微透镜，形成于该盖板的一第一面上；一荧光膜，形成于该盖板的一第二面上并位于该封闭空间内；一导热膜，形成于该基板的一第二面上；一电极，形成于该基板的侧壁与未覆盖该导热膜的该第二面上；以及一光电元件，形成于该基板的该第一面上并位于该封闭空间内。
本发明的另一实施例提供的一种光电元件的封装方法，包括下列步骤：提供一基板；在该基板的一第一面上形成一反射器；在该基板的侧壁与部分第二面上形成一电极；在该基板未覆盖该电极的第二面上形成一导热膜；在该基板的第一面上形成一光电元件；提供一盖板；在该盖板的一第一面上形成多个微透镜；在该盖板的一第二面上形成一荧光膜；以及贴合该盖板与该反射器，以形成一包含该荧光膜与该光电元件的封闭空间。
为使本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1为传统导电架型发光二极管封装结构的剖面示意图。
图2为传统电路型发光二极管封装结构的剖面示意图。
图3为本发明光电元件封装结构的剖面示意图。
图4A～图4M为本发明光电元件封装方法的剖面示意图。
图5A～图5L为本发明光电元件封装方法的剖面示意图。
其中，附图标记说明如下：
1金属导电架 2沟槽
3芯片接合 4打线接合
5封胶 6基板
10光电元件封装结构 12、120基板
14、140反射器 16、160盖板
18、180微透镜 20、200荧光膜
22、220导热膜 24、240电极
26、260光电元件 28、280基板的第一面
30、300盖板与反射器形成的封闭空间 32、320盖板的第一面
34、340盖板的第二面 36、360基板的第二面
38、380基板侧壁 40、400绝缘层
42、420导电层 44、440凹口
46打线接合 48、480透明胶体
265软焊料
具体实施方式
请参阅图3说明本发明的一实施例光电元件的封装结构。光电元件封装结构10包括一基板12、一反射器14、一盖板16、多个微透镜18、一荧光膜20、一导热膜22、一电极24以及一光电元件26。
反射器14形成于基板12的第一面28上。盖板1 6与反射器14贴合形成一封闭空间30。微透镜18形成于盖板16的第一面32上。荧光膜20形成于盖板16的第二面34上并置于封闭空间30内。导热膜22形成于基板12的第二面36上。电极24形成于基板12的侧壁38及未覆盖导热膜22的第二面36上。光电元件26形成于基板12的第一面28上并置于封闭空间30内。光电元件26的阳极与阴极(图未示)分别电性连接至电极24。
基板12与反射器14可包括硅。盖板16为透明材料，可包括玻璃或例如耐高温的塑料材料。封闭空间30可为真空或填充例如环氧树脂或空气的透明胶体。导热膜22可包括各种导热材料，例如钻石膜。光电元件26可为一半导体光源，例如发光二极管光源、激光光源或有机发光二极管光源。
光电元件封装结构10还包括一形成在基板12上的静电防护装置(图未示)。反射器14还包括一形成在其上的高反射率金属膜(图未示)以增加反射率。此外，封装结构10还包括一形成在基板12表面的绝缘层40以及一形成在反射器14、光电元件26与基板12之间的导电层42。本发明光电元件封装结构10为一晶片级封装结构(wafer level package，WLP)。
本发明的优点在于将微透镜18与荧光膜20共同设置于盖板16上以及将导热膜22、电极24与静电防护装置(图未示)共同设置于基板12上。形成在盖板16上的微透镜18可增加穿透率及光的均一性。而凹型的反射器14可有效地增加放射强度。由于本发明使用例如玻璃的高温封装材料及反射器14与盖板16具有近似的热膨胀系数(coefficient of thermal expansion，CTE)(可提供足够热阻)，所以在生产制造过程中，光电元件封装结构10可具有极佳的可靠性。导热膜22比硅具有更佳的热分散性。光电元件26可通过导电层42电性连接至形成在基板12的侧壁38与底部36的电极24，而不须在基板12中制作穿孔就可以达到电性连接的目的，从而可大幅降低成本。此外，由于封装尺寸小，所以有利于大量生产制造。
图4A～图4L为本发明的另一实施例的光电元件的封装方法。请参阅图4A，提供一基板12，具有一第一面28与一第二面36。接着，在基板12的第一面28上形成一绝缘层40。
请参阅图4B，之后，在基板12的第一面28上形成一图案化导电层42。
接着，在基板12的第一面28上贴合一基板(图未示)并进行刻蚀，以形成一反射器14，如图4C所示。为提高反射率，可在反射器14上加设一金属膜(图未示)。
之后，对基板12的第二面36进行研磨以减小基板厚度，如图4D所示。
接着，刻蚀基板12的第二面36以露出部分导电层42，形成凹口44，如图4E所示。
请参阅图4F，之后，在基板12的侧壁38与第二面36上形成一绝缘层40。
接着，在基板12的侧壁38与部分第二面36上形成一电极24，如图4G所示。
请参阅图4H，之后，在基板12未覆盖电极24的第二面36上形成一导热膜22。
接着，在基板12的第一面28上形成一光电元件26，如图4I所示。
请参阅图4J，之后，进行打线接合46(wire bonding)，以使光电元件26与导电层42连接。
接着，请参阅图4K，在图4J所示的结构中填入一透明胶体48并进行平坦化步骤。
之后，在反射器14上贴合一盖板16，以形成一填充有透明胶体48的封闭空间30，如图4L所示。盖板16包括形成在其上的多个微透镜18与一荧光膜20。盖板16的制造方法包括下列步骤：提供一盖板16，之后，在盖板16的第一面32上以例如铸模铸造的方式形成多个微透镜18；接着，在盖板16的第二面34上形成一荧光膜20。封闭空间30内包括荧光膜20与光电元件26。为保护光电元件26避免承受电压，可进一步在基板12上设置一静电防护装置(图未示)。在另一实施例中，荧光膜20可与透明胶体48混合置于盖板16与反射器14形成的封闭空间30内，如图4M所示。
最后，将图4L或图4M所示的结构进行切割以形成多个小尺寸的封装结构。
图5A～图5K为本发明的另一实施例光电元件的封装方法。请参阅图5A，提供一基板120，具有一第一面280与一第二面360。接着，在基板120的第一面280上形成一绝缘层400。
请参阅图5B，之后，在基板120的第一面280上形成一图案化导电层420。
接着，在基板120的第一面280上贴合一基板(图未示)并进行刻蚀以形成一反射器140，如图5C所示。为提高反射率，可在反射器140上加设一金属膜(图未示)。
之后，对基板120的第二面360进行研磨以减小基板厚度，如图5D所示。
接着，刻蚀基板120的第二面360以露出部分导电层420，形成凹口440，如图5E所示。
请参阅图5F，之后，在基板120的侧壁380与第二面360上形成一绝缘层400。
接着，在基板120的侧壁380与部分第二面360上形成一电极240，如图5G所示。
请参阅图5H，之后，在基板120未覆盖电极240的第二面360上形成一导热膜220。
接着，在基板120的第一面280上形成一光电元件260，如图5I所示。光电元件260可通过覆晶工艺(flip chip process)所使用的软焊料(solder)265固定于基板120上。
接着，请参阅图5J，在图5I所示的结构中填入一透明胶体480并进行平坦化步骤。
之后，在反射器140上贴合一盖板160以形成一填充有透明胶体480的封闭空间300，如图5K所示。盖板160包括形成在其上的多个微透镜180与一荧光膜200。盖板160的制造方法包括下列步骤：提供一盖板160，之后，在盖板160的第一面320上以例如铸模铸造的方式形成多个微透镜180，接着，在盖板160的第二面340上形成一荧光膜200。封闭空间300内包括荧光膜200与光电元件260。为保护光电元件260避免承受电压，可进一步在基板120上设置一静电防护装置(图未示)。在另一实施例中，荧光膜200可与透明胶体480混合置于盖板160与反射器140形成的封闭空间300内，如图5L所示。
最后，将图5K或图5L所示的结构进行切割以形成多个小尺寸的封装结构。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的构思和范围内，可以作改动与修改，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求书界定的范围为准。
Claims (15)
1.一种光电元件封装结构，包括：
一基板；
一反射器，形成于该基板的一第一面上；
一盖板，贴合于该反射器上，以形成一封闭空间；
多个微透镜，形成于该盖板的一第一面上；
一荧光膜，形成于该盖板的一第二面上并位于该封闭空间内；
一导热膜，形成于该基板的一第二面上；
一电极，形成于该基板的侧壁与未覆盖该导热膜的该第二面上；以及
一光电元件，形成于该基板的该第一面上并位于该封闭空间内。
2.如权利要求1所述的光电元件封装结构，其中该反射器包括硅。
3.如权利要求1所述的光电元件封装结构，其中该盖板为一透明材料。
4.如权利要求1所述的光电元件封装结构，其中该导热膜包括钻石膜。
5.如权利要求1所述的光电元件封装结构，其中该光电元件包括半导体光源。
6.如权利要求1所述的光电元件封装结构，还包括一透明胶体，填充于该封闭空间。
7.如权利要求6所述的光电元件封装结构，其中该透明胶体包括环氧树脂或空气。
8.如权利要求1所述的光电元件封装结构，其中该封闭空间为一真空状态。
9.如权利要求1所述的光电元件封装结构，还包括一导电膜，形成于该反射器、该光电元件与该基板之间。
10.如权利要求1所述的光电元件封装结构，还包括一绝缘层，形成于该基板表面。
11.一种光电元件的封装方法，包括：
提供一基板；
在该基板的一第一面上形成一反射器；
在该基板的侧壁与部分的一第二面上形成一电极；
在该基板未覆盖该电极的该第二面上形成一导热膜；
在该基板的该第一面上形成一光电元件；
提供一盖板；
在该盖板的一第一面上形成多个微透镜；
在该盖板的一第二面上形成一荧光膜；以及
贴合该盖板与该反射器，以形成一包含该荧光膜与该光电元件的封闭空间。
12.如权利要求11所述的光电元件的封装方法，其中该光电元件通过覆晶工艺形成于该基板上。
13.如权利要求11所述的光电元件的封装方法，还包括：在贴合该盖板与该反射器前，填充一透明胶体。
14.如权利要求11所述的光电元件的封装方法，还包括：在该反射器、该光电元件与该基板之间形成一导电层。
15.如权利要求11所述的光电元件的封装方法，还包括：在该基板表面形成一绝缘层。
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