CN101552262A - 多晶封装单元及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多晶封装单元，包括：一具高散热性且由金属制成并呈薄平板状的基板(1)，该基板(1)具有一设于基板(1)表面的绝缘层(10)、一设于绝缘层(10)顶侧能供电源线连接的电路层(2)、及一设于电路层(2)顶侧能供遮盖电路用且具绝缘性的保护层(3)；至少一设于该保护层(3)表面且小于基板(1)并呈中空状的固定框(4)；复数个设于该固定框(4)内并与电路层(2)电性连接的LED晶粒(6)；以及一设于该固定框(4)内且将LED晶粒(6)覆盖并能透光的封装胶体(5)。该多晶封装单元制造具有简化、散热良好、亮度高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种多晶封装单元及其制造方法。
背景技术
传统表面黏着装置发光二极管构造，如图1、图2所示，得知它是一种具高散热性的表面黏着装置发光二极管(7)，包含一具高散热性之基板(8)及设于该基板(8)上，封装用的胶体(73)，其特征在于该基板(8)包含：一金属板材(80)，该基板(8)用以承载该胶体(73)之支持物，并具有复数个贯穿孔(82)；一绝缘层(81)，在该金属板材(80)表面及该贯穿孔(82)内壁包覆一层绝缘物质，该绝缘层(81)之厚度小于该金属板材(80)之厚度；及一电路层(74)，设于该绝缘层(81)之表面及该贯穿孔(82)内。
上述的构造，是为改良传统表面黏着装置发光二极管(SMD LED)封装，其玻璃纤维印刷电路板的构造，利用金属板材拥有的高散热率特性，以提高表面黏着装置发光二极管晶粒(70)的发光效率、亮度以及寿命。
前述表面黏着装置发光二极管存在着下列问题点：
1.金属板材(80)，需要钻孔，且孔内壁还要包覆一层绝缘物质与电路层(74)，在生产过程中，所需要的工序较为繁多，使制造成本增加，对整体经济效益不大。
有鉴于此，如何使工序简化，降低制造成本，提升经济效益，便成为本发明的目的之一。
2.该基板(8)只能供一个晶粒(70)设置，亮度有限，当需要高量度时，要安装多个单元，需要的空间也很大，电路布置复杂，更有散热不佳的问题会发生。
有鉴于此，如何使晶粒的设置增加、空间需求降低、提高散热效果，便成为本发明的目的之二。
3.因为要做为照明光源使用，但产生的热量依然很高，所以它须通过要安装散热装置，如散热鳍片、水冷装置等系统，才能安心使用，因此在灯具制造及材料方面耗费的成本较多，成本亦较高。
有鉴于此，如何使灯具制造及材料的成本降低，便成为本发明的目的之三。
4.虽然是安装于金属板材(80)上，但因只有单独一个晶粒(70)，发光效率依然无多大改善，而亮度及寿命，因长期处于高温环境的影响下，会有变差与缩短的问题。
有鉴于此，如何使发光效率、亮度以及寿命有显著性的提高，便成为本发明的目的之四。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制造简化、散热良好、亮度高的多晶封装单元与制造方法。
本发明是采用以下技术手段实现的：
一种多晶封装单元，包括：
一具高散热性且由金属制成并呈薄平板状的基板1，该基板1具有一设于基板1表面的绝缘层10、一设于绝缘层10顶侧能供电源线连接的电路层2、及一设于电路层2顶侧能供遮盖电路用且具绝缘性的保护层3；
至少一设于该保护层3表面且小于基板1并呈中空状的固定框4；
复数个设于该固定框4内并与电路层2电性连接的LED晶粒6；以及
一设于该固定框4内且将LED晶粒6覆盖并能透光的封装胶体5。
根据上述的多晶封装单元，所述电路层2是由一N型导电电路20、及P型导电电路21所组成。
根据上述的多晶封装单元，所述LED晶粒6设有一能供LED晶粒6定位用的银胶60；及一能供LED晶粒6与电路层2电性连接的金属导线61。
前述的封装胶体5是由一胶体50；及一能吸收短波长光，放出长波长光的荧光粉51以特定比例混合而成；而所述胶体50为AB胶、荧光粉51的材质为下列之一：YAG荧光粉、RGB荧光粉、RG荧光粉。
前述的固定框4的形状为下列之一：圆形、方形、多角形。
前述的基板1的材质为下列之一：铝、铜、镁合金。
前述的电路层2的材质为下列之一：铜、金、银。
前述的绝缘层10的材质为下列之一：金属化合物、金属氧化物、金属氮化物、陶瓷材料、高分子材料。
前述的固定框4的材质为下列之一：金属材料、陶瓷材料、高分子材料。
前述的封装胶体5的厚度为下列之一：等于该固定框4的厚度、大于该固定框4的厚度、小于该固定框4的厚度。
多晶封装单元制造方法，其包括下列制造步骤：
第一步骤：将绝缘层10、电路层2、保护层3依序设置于基板1上，是为基板前置处理A；
第二步骤：将数个LED晶粒6，用表面黏着的方式，以银胶60设置于基板1上，是为固晶B；
第三步骤：进行加温，使LED晶粒6稳固，是为短烤C；
第四步骤：以金属导线61与电路层2连接，使LED晶粒6能将电子讯号外传，是为焊线D；
第五步骤：将一能包围所有LED晶粒6的固定框4设置于基板1上，是为安装固定框E；
第六步骤：以封装胶体5，填入固定框4内，将LED晶粒6与线路覆盖，是为封胶F；
第七步骤：进行加温，使封装胶体5，完全干涸、包覆，以稳固结构，是为长烤G。
根据上述的多晶封装单元制造方法，所述电路层2是通过下列之一方法所形成：化学镀膜法、物理镀膜法、贴附法。
根据上述的多晶封装单元制造方法，所述绝缘层10是通过下列之一方法所产生：热氧化法、气相沈积、阳极处理。
根据上述的多晶封装单元制造方法，所述固定框4是通过黏贴的方式设置于基板1上。
本发明与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果：
1.使用多个LED晶粒6与基板1结合，并非传统一基板、一LED晶粒的结合方式，并且通过加设一固定框4与一封装胶体5，使两者进一步稳固结合，直接制作成高亮度的多晶封装单元，以此方式，与一般LED制程相比，能减少生产过程中的工序，简化制程，大幅降低生产成本，提高整体经济效益。
2.本发明的亮度高低，能依厂商的需要，增加或减少LED晶粒(6)数量，且因散热性良好，灯具不需要加设额外的散热装置，并因多个LED晶粒(6)只使用一个基板(1)，所以整体的金属材料使用能大幅减少，成本能降低。
3.因本发明将多个LED晶粒6，结合在一基板1上，发光效率好，如果是100个，当其中有一个故障时，其它99个依然会亮，对整体的影响不大，而当需要更换本发明时，十分方便，与一般的SMD LED大不相同。
4.本发明的亮度及寿命，因散热好，不会有变差与缩短的问题，有显著性的提高，且整体的厚度在2mm左右，在与一般同亮度的照明用LED相比较之下，厚度超薄，所占空间小，而且无叠影的问题，在薄型化的现代，除能降低成本外，还能符合时代潮流。
附图说明
图1为现有产品表面黏着装置发光二极管的立体示意图；
图2为图1的A-A剖面示意图；
图3为本发明的立体示意图；
图4为图3的B-B剖面示意图；
图5～图7为本发明的制造流程示意图；
图8为本发明的制造流程方块图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例加以说明：
如图3所示为本发明的立体示意图，如图4所示为图3的B-B剖面示意图。
图中揭示出，一种多晶封装单元，包括：一具高散热性，由金属制成，呈薄平板状的基板1，该基板1设有一设于基板1表面的绝缘层10、一设于绝缘层10顶侧，能供电源线连接的电路层2；及一设于电路层2顶侧，能供遮盖电路用，具绝缘性的保护层3；至少一设于该保护层3表面，小于基板1，呈中空状的固定框4；数个设于该固定框4内，与电路层2电性连接的LED晶粒6；以及一设于该固定框4内，且将LED晶粒6覆盖，能透光的封装胶体5。
其中，将多个LED晶粒6与基板1结合，并通过加设一中央镂空的固定框4与一封装胶体5，使两者进一步稳固结合，形成一高亮度的多晶封装单元，藉此方式，一次性的达到需要的亮度，使用为高热传导材的基板1，取代低热膨胀系数陶瓷芯片基板，让封装内部的温差变小，使热流不会呈局部性集中，以让LED芯片整体产生的热流，呈放射状流至封装内部各角落，所以利用以高热传导材料的基板1，可提高内部的热扩散性。
并且能减少生产过程中加装散热器的工序，制造简化，降低生产成本，以提高整体经济效益，更因本发明是将多个LED晶粒6，依积少成多的原理，结合在一基板1上，故能获得与HighPower LED比美的亮度，且发光效率、光源角度，比一般LED好且大，亮度更平均，也无一般多LED灯有叠影的问题。
其次，如果是设置固定框4内，设置100个LED晶粒6，当其中有一个故障时，其它99个LED晶粒6依然会亮，对整体光源的影响，小到可以忽略，与一般多LED灯不同，而当需要更换本发明时，十分方便，与一般的SMD LED更换麻烦的状况，更是大不相同。
再者，本发明的亮度高低，能依厂商的需要，增加或减少LED晶粒6数量，且因一体化的设置，使散热性良好，如使用于莰顶灯上，灯具不需要加设额外的散热装置，只要使用灯罩即可散热，并因多个LED晶粒6只使用一个基板1，所占空间又小，所以整体的金属材料使用能大幅减少，成本能降低。
又再者，其由金属制成，呈薄平板状的基板1，能在四周增设定位孔11，以方便螺设安装与其它装置上，使基板1能直接将热量导出，相较一般的SMD LED，本发明的散热及安装维护性更佳。
另外，本发明的亮度及寿命，在与一般同亮度的照明用LED相比较之下，因基板1面积较大，散热更好，故不会有LED晶粒6亮度变差，与寿命缩短的问题，有显著性的提高，且整体的厚度在2mm左右，厚度超薄，所占空间小，在薄型化的现代，除能降低成本外，还能符合时代潮流。
上述电路层2是由一N型导电电路20、及P型导电电路21所组成。简洁的设置，使LED晶粒6在安装时，能正确的安装，以避免极性安装错误，使装置无法运作，增加废品，浪费资源。
上述LED晶粒6设有一能供LED晶粒6定位用的银胶60；及一能供LED晶粒6与电路层2电性连接的金属导线61。其为一般所知悉的传统技术，因此于后即不予详述。
上述封装胶体5是由一胶体50；及一能吸收短波长光，放出长波长光的荧光粉51以特定比例混合而成；而所述胶体50为AB胶、荧光粉51的材质为下列之一：YAG荧光粉、RGB荧光粉、RG荧光粉。当使用不同的LED晶粒6时，应对其变化，就要进行变更胶体50与荧光粉51，以完整的保护LED晶粒6，且发出正确的光，让其能发挥出最大且正确的功效。
上述述固定框4的形状为下列之一：圆形、方形、多角形。其相较于一般的LED，灯光能更为多变，适用范围更多、更广。
上述基板1的材质为下列之一：铝、铜、镁合金。选用散热快、价格低、加工方便的金属做为基板1用，能减少成本，以大量生产。
上述电路层2的材质为下列之一：铜、金、银。选用导电性佳，价格低，又不影响导热的材质，做为电路用，以提高整体的运作效率，并减少故障率。
上述绝缘层10的材质为下列之一：金属化合物、金属氧化物、金属氮化物、高分子材料。选用无导电性，价格低，又不影响导热的材质，进行实施，以提高散热效率，并减少漏电的可能性。
上述固定框4的材质为下列之一：金属材料、陶瓷材料、高分子材料。选用价格低、强度适合、耐久性佳的材质，进行实施，以提高保护芯片的效果。
通过上述得知，本发明依据厂商的需要，为求拥有最符合规格的性能，能通过改变其上述各部分的材质，以迎合消费者的需求。
上述封装胶体5的厚度为下列之一：等于该固定框4的厚度、大于该固定框4的厚度、小于该固定框4的厚度。通过简单的改变封装胶体5的厚度，让本发明的照明特征有所改变，能进一步增加适用的范围。
本发明在制法方面，如图5～7所示为本发明的制造流程示意图，图8所示为本发明的制造流程方块图。
图中揭示出，一种多晶封装单元制造方法，其包括下列步骤：
第一步骤：将绝缘层10、电路层2、保护层3依序设置于基板1上，是为基板前置处理A(如图5～6)。其目的是将一设计的回路设置于基板1上，以设置LED晶粒6。
第二步骤：将数个LED晶粒6，用表面黏着的方式，以银胶60设置于基板1上，是为固晶B(如图6)。其目的是将一颗颗分离的LED晶粒6，放置在基板1上的电路层2线路焊点上，并用银胶60(EPOXY)黏着固定，而数个LED晶粒6，可排列成各种排列的方式。
首先，要在黏着LED晶粒6的位置上，点上银胶60，此时称为点胶，然后移至下一位置，将LED晶粒6放置于其上；而由经过切割的晶圆，所形成的LED晶粒6，则由取放臂一颗一颗放置在已点胶的晶粒座上。
第三步骤：进行加温，使LED晶粒6稳固，是为短烤C；其目的在于使LED晶粒6与基板1上，所黏着的银胶60，硬化，以确保晶粒稳固，及进行后续步骤时LED晶粒6不会滑动。
第四步骤：以金属导线61与电路层2连接，使LED晶粒6能将电子讯号外传，是为焊线D(如图6)。其是将LED晶粒6上的接点，以极细(18～50um)、金所制成的金属导线61，连接到基板1上电路层2所划分出的N型导电电路20与P型导电电路21，将LED晶粒6的电路讯号直接传输到基板1，再至外界。当导线架从弹匣内传送至定位后，应用电子影像处理技术，来确定LED晶粒6上各个接点，以及每一接点所相对应接点的位置，然后做焊线的动作。
焊线时，以LED晶粒6上的接点为第一焊点，板上的接点则称为第二焊点。
首先，将金属导线61之一端，烧结成小球，而后将小球压焊在第一点上(此称为第一焊/FIRST BOND)。
接着依设计好的路径拉金属导线61，最后将金属导线61压焊在第二焊点上(此称为第二焊/SECOND BOND)，同时并拉断第二焊点与钢嘴间的金属导线61，而完成一条金属导线61的焊线动作，接着便又结成小球，开始下一条金属导线61之焊线动作。
第五步骤：将一能包围所有LED晶粒6的固定框4设置于基板1上，是为安装固定框E(如图7)。其目的有以下几点：
[1]防止封胶时，封装胶体5外流；
[2]使范围内的封装胶体5平整不变形。
安装固定框E的过程比较简单，首先将能够涵盖所有LED晶粒6、金属导线61及线路范围在内的固定框4，上一层透明且黏性极佳的胶，并将固定框4之中心点，对正于所有范围的中心位置而固定。
第六步骤：以封装胶体5，填入固定框4内，将LED晶粒6与线路覆盖，是为封胶F(如图7)。其目的有以下几点：
[1]防止湿气等由外部侵入；
[2]以机械方式支持导线；
[3]有效的将内部产生的热排出于外部；
[4]提供能够手持的形体。
封胶(F)的过程比较单纯，首先将完成上述各步骤的基板1，放置于框架上，并先行预热，再将框架置于压模机(MOLD PRESS)上的封装模。
先以高透光之透明的胶体50(SILCON)预热，并覆盖至晶体顶端待干涸后应用电子影像处理技术，来确定LED晶粒6、金属导线61是否固定于正确位置，且接触正常。
而后将高透明胶体50与荧光粉51，作一比例的调配(依色温需求作比例分配)，并将此一混合的封装胶体5化合物预热，亦准备好投入封装模上的树脂进料口。
启动机器后，压模机压下，封闭上下模，再将半溶化后之封装胶体5挤入模中，待封装胶体5填充至固定框4顶端之水平面后，开模取出成品。
第七步骤：进行加温，使封装胶体5，完全干涸、包覆，以稳固结构，是为长烤G。其可以确保封装胶体5内部完全干涸、包覆，以免结构不稳，造成金属导线61松脱，增加不良率的发生。
其中，金属制的基板1，经过前置处理之后，配合其上的多个LED晶粒6，依然保有良好的散热性，能快速的将热量带出，与一般的SDM LED不同，能提供使用者一种照明范围大、高亮度、高散热的多晶封装单元。
其次，将所需要的LED晶粒6，先行组合于基板1上，如此便不需要进行多次的分割(singluration)、测试(testing)、及分类(sorting)等流程，能加速生产过程，而在整体工序方面，相对来讲比传统SMD LED加工的工序为少。
再者，上述步骤中，所提及的部分技术，为一般所知悉的传统技术，因此于后即不予详述。
上述电路层2是通过下列之一方法所形成：化学镀膜法、物理镀膜法、贴附法。依绝缘层10的不同、使用者的需要，使用相应对的方法，以符合需要及降低成本。
上述绝缘层10是通过下列之一方法所产生：热氧化法、气相沈积、阳极处理。依基板1的不同、绝缘层10的材质、使用者的需要，使用相应对的方法，以符合需要及降低成本。
上述固定框4是通过黏贴的方式设置于基板1上。是为最方便的方式，能将固定框4定位，避免在填充封装胶体5时，固定框4位移，造成不良率上升。
其组装及结合方式如图5～7所示，先将基板1，拿去做前置处理，依序将绝缘层10、电路层2、保护层3设置于基板1上，再将数个LED晶粒6，用表面黏着的方式，以银胶60设置于基板1上，进行加温，使各LED晶粒6定位，并固定框4设置于基板1上，随后拉金属导线61，使LED晶粒6与电路层2电性连接，紧接着，将LED晶粒6包围在内，之后在固定框4内，加入以特定比例混合而成的胶体50与荧光粉51，最后，以一定的温度及时间，进行加温，使封装胶体5硬化，再经过后续的包装，便完成本发明。经过上述的步骤，能得知本发明较一般传统LED，不浪费材料，节省成本，能提高经济效益。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (14)
1.一种多晶封装单元，其特征在于包括：
一具高散热性且由金属制成并呈薄平板状的基板(1)，该基板(1)具有一设于基板(1)表面的绝缘层(10)、一设于绝缘层(10)顶侧能供电源线连接的电路层(2)、及一设于电路层(2)顶侧能供遮盖电路用且具绝缘性的保护层(3)；
至少一设于该保护层(3)表面且小于基板(1)并呈中空状的固定框(4)；
复数个设于该固定框(4)内并与电路层(2)电性连接的LED晶粒(6)；以及
一设于该固定框(4)内且将LED晶粒(6)覆盖并能透光的封装胶体(5)。
2.如权利要求1所述的多晶封装单元，其特征在于：所述电路层(2)是由一N型导电电路(20)、及P型导电电路(21)所组成。
3.如权利要求1所述的多晶封装单元，其特征在于：所述LED晶粒(6)设有一能供LED晶粒(6)定位用的银胶(60)；及一能供LED晶粒(6)与电路层(2)电性连接的金属导线(61)。
4.如权利要求1所述的多晶封装单元，其特征在于：所述封装胶体(5)是由一胶体(50)、及一能吸收短波长光且放出长波长光的荧光粉(51)以比例混合而成；而所述胶体(50)为AB胶，所述荧光粉(51)材质为下列其一：YAG荧光粉、RGB荧光粉、RG荧光粉。
5.如权利要求1所述的多晶封装单元，其特征在于：所述固定框(4)的形状为下列其一：圆形、方形、多角形。
6.如权利要求1所述的多晶封装单元，其特征在于：所述基板(1)的材质为下列其一：铝、铜、镁合金。
7.如权利要求1所述的多晶封装单元，其特征在于：所述电路层(2)的材质为下列其一：铜、金、银。
8.如权利要求1所述的多晶封装单元，其特征在于：所述绝缘层(10)的材质为下列其一：金属化合物、金属氧化物、金属氮化物、高分子材料。
9.如权利要求1所述的多晶封装单元，其特征在于：所述固定框(4)的材质为下列其一：金属材料、陶瓷材料、高分子材料。
10.如权利要求1所述的多晶封装单元，其特征在于：所述封装胶体(5)的厚度为下列其一：等于固定框(4)的厚度、大于固定框(4)的厚度、小于固定框(4)的厚度。
11.一种多晶封装单元制造方法，其包括下列步骤：
第一步骤：将绝缘层(10)、电路层(2)、保护层(3)依序设置于基板(1)上，为基板前置处理(A)；
第二步骤：将数个LED晶粒(6)用表面黏着方式，以银胶(60)设置于基板(1)上，是为固晶(B)；
第三步骤：进行加温，使LED晶粒(6)稳固，是为短烤(C)；
第四步骤：以金属导线(61)与电路层(2)连接，使LED晶粒(6)能将电子讯号外传，是为焊线(D)；
第五步骤：将一能包围所有LED晶粒(6)的固定框(4)设置于基板(1)上，是为安装固定框(E)；
第六步骤：以封装胶体(5)，填入固定框(4)内，将LED晶粒(6)与线路覆盖，是为封胶(F)；及
第七步骤：进行加温，使封装胶体(5)完全干涸、包覆，以稳固结构，是为长烤(G)。
12.如权利要求11所述的多晶封装单元制造方法，其特征在于：所述电路层(2)是通过下列其一方法所形成：化学镀膜法、物理镀膜法、贴附法。
13.如权利要求11所述的多晶封装单元制造方法，其特征在于：所述绝缘层(10)是通过下列其一方法所产生：热氧化法、气相沈积、阳极处理。
14.如权利要求11所述的多晶封装单元制造方法，其特征在于：所述固定框(4)是通过黏贴方式设置于基板(1)上。
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