CN101609864A - 发光二极管封装结构及封装方法 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管封装结构及封装方法，其是以塑料材料及具高导热性的材料共同组成封装结构中的基座，使得配置在基座的容置槽内的发光二极管芯片所产生的热能能够透过基座而快速地散逸到封装结构外部。借此，可以有效地改善发光二极管的发光效率及使用寿命。

Description

发光二极管封装结构及封装方法

技术领域

本发明有关于一种发光二极管封装结构及封装方法，且特别是有关于一种能够有效地将封装结构内部所产生的热能导出的发光二极管封装结构及封装方法。

背景技术

近年来，由于发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有耗电量低、元件寿命长、无须暖灯时间及反应速度快等优点，加上其体积小、耐震动、适合量产，容易配合应用需求而制成极小或阵列式的元件，因此发光二极管已普遍使用于信息、通讯及消费性电子产品的指示灯与显示装置上，如行动电话及个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)屏幕背光源、各种户外显示器、交通号志灯及车灯等。其中，高功率的发光二极管虽然可提供亮度较高的光线，但其在持续发亮一段时间后会因温度升高而影响发光效率。由此可知，良好的散热机制是高功率发光二极管所不可或缺的。

传统的高功率发光二极管是利用封装结构中的导线支架自然散热，但由于其散热效果不佳，因此目前大多是在发光二极管封装结构上加装散热鳍片，以提高散热效果。然而，加装在发光二极管封装结构上的散热鳍片会增加发光二极管的整体封装体积，如此一来将使得发光二极管丧失其体积小的优点。

因此，如何在不对发光二极管原先所拥有的特性造成影响的前提下，提高发光二极管封装结构的散热效率，实为发光二极管产业的研发重点之一。

发明内容

有鉴于现有技术存在无法有效提高发光二极管封装结构的散热效率的问题，本发明遂公开一种发光二极管封装结构及封装方法，其可在不影响发光二极管原先所拥有的特性的情况下，有效地提高发光二极管封装结构的散热效率，以改善发光二极管的发光效率及使用寿命。

本发明提供一种发光二极管封装结构，其包括基座、发光二极管芯片、封装胶体以及两支引脚。其中，基座的材质包括塑料材料与高导热材料，且基座具有一容置槽，而发光二极管芯片即是放置于该容置槽内。各引脚的一端是与发光二极管芯片电性连接，而封装胶体是配置于基座上而覆盖住容置槽以及各引脚与发光二极管芯片电性连接的一端。

本发明提供一种发光二极管封装方法，其是先形成二引脚与具有容置槽的基座，其中该基座是利用塑料材料与高导热材料所制成，且各引脚的一端是位于基座的容置槽内。接着，将发光二极管芯片放置在基座的容置槽内，并且将发光二极管芯片与该些引脚电性连接。之后，在基座上形成一封装胶体，以覆盖住该容置槽及各引脚电性连接至发光二极管芯片的一端。

由上述可知，本发明是以塑料材料及具高导热性的材料共同组成的复合材料来形成封装结构中的基座，使得配置在基座的容置槽内的发光二极管芯片所产生的热能能够透过基座而快速地散逸到封装结构外部。换言之，本发明可以有效地将累积在封装结构中的热能导出，进而改善发光二极管的发光效率及使用寿命。

附图说明

图1A至图1C为本发明的发光二极管封装结构在第一实施例中的制造流程剖面示意图。

图2A及图2B为本发明的发光二极管封装结构在第二实施例中的制造流程剖面示意图。

图3A及图3B为本发明的发光二极管封装结构在第三实施例中的制造流程剖面示意图。

图4A及图4B为本发明的发光二极管封装结构在第四实施例中的制造流程剖面示意图。

【主要元件符号说明】

100发光二极管封装结构

110基座

111塑料材料

112容置槽

113高导热材料

115耐热材料

120a引脚

120b引脚

130发光二极管芯片

140封装胶体

220a引脚

220b引脚

310散热块

312表面

314表面

400发光二极管封装结构

402凹槽

410基座

411塑料层

412容置槽

413高导热材料层

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

图1A至图1C绘示为本发明的发光二极管封装结构在第一实施例制造流程中的剖面示意图。请参照图1A，首先形成基座110、引脚120a与引脚120b。其中，本实施例是先利用塑料材料111与高导热材料113制成具有容置槽112的基座110，然后再于基座110上形成引脚120a与引脚120b，并令引脚120a与引脚120b的一端分别位于基座110的容置槽112内。其中，引脚120a与引脚120b的材质可以是铜或其它导电材质，且其形成方法可以是冲压制程或蚀刻制程。

特别的是，本实施例制作基座110的方法是先将高导热材料113掺入塑料材料111中，接着将掺有高导热材料113的塑料材料111作为射出原料，以透过射出成型制程来形成基座110。其中，高导热材料113与塑料材料111的重量比值例如是小于或等于10，而本实施例所使用的塑料材料111可以是聚邻苯二甲酰胺(polyphthalamide，PPA)，但不限于此。高导热材料113则可以是纳米铜粉末、氧化铜粉末、纳米陶瓷(如三氧化二铝(Al2O3))粉末或纳米碳材。

值得一提的是，本发明除了将高导热材料113掺入塑料材料111中来制成基座110，以提高基座110的导热系数外，在本实施例中更可以进一步在塑料材料111中掺入耐热材料115，以便于增加基座110的耐热性。其中，耐热材料115的材质可以是矿物纤维，但不限于此。

请参照图1B，在形成基座110、引脚120a与引脚120b之后，接着即是将发光二极管芯片130放置于容置槽112内，并且分别将发光二极管芯片130的两端电极电性连接至引脚120a与引脚120b。其中，发光二极管芯片130可以是红光发光二极管芯片、蓝光发光二极管芯片或绿光发光二极管芯片，且其例如是透过导电胶(未绘示)而固定在基座110的容置槽112内。在此，导电胶是作为发光二极管芯片130与基座110之间的导热媒介，以提高发光二极管芯片130与基座110之间的导热速率。

需要注意的是，虽然在图1B中，发光二极管芯片130是透过打线接合(wire bonding)技术而与引脚120a及引脚120b电性连接，但其仅为本发明的一实施例，并非用以限定本发明。本领域技术人员应该知道，发光二极管芯片130也可以借由覆晶接合(flip chip bonding)技术而与引脚120a及引脚120b电性连接。

请参照图1C，在基座110上形成封装胶体140，以覆盖住放置有发光二极管芯片130的容置槽112及引脚120a与引脚120b电性连接至发光二极管芯片130的一端。也就是说，引脚120a及引脚120b未电性连接至发光二极管芯片130的一端是暴露于封装胶体140外，以便于与其它电子装置(未绘示)电性连接。换言之，发光二极管芯片130即是透过引脚120a及引脚120b而与其它电子装置电性连接。

承上所述，封装胶体140是用以保护放置在容置槽112内的发光二极管芯片130免受于外界温度、湿气与噪声的影响，且其例如是以点胶(dispensing)的方式形成。此外，封装胶体140中也可以掺有荧光粉(未绘示)，因此当发光二极管芯片130所发出的光线照射到荧光粉而使其激发出另一种颜色的可见光时，发光二极管芯片130所发出的光线即可与荧光粉所激发出来的光线混合而产生混光效果。

虽然在上述实施例中，引脚120a及引脚120是形成于基座110的表面上，但本发明并不限定于此。图2A至图2B绘示为本发明的发光二极管封装结构在第二实施例制造流程中的剖面示意图。请先参照图2A，图中标号与前述实施例相同者，其所代表的组件的材质及制作方法与前述实施例相同或相似，以下不再赘述。

本实施例是在形成引脚220a及引脚220b之后，利用掺有高导热材料113的塑料材料111以埋入射出的方式形成基座110，以使引脚220a及引脚220b部分地埋于基座110内。其中，引脚220a及引脚220b的一端是分别暴露在基座110的容置槽112内。

请参照图2B，如同前述实施例，本实施例在形成基座110、引脚220a与引脚220b之后，接着即是将发光二极管芯片130放置于容置槽112内，并将发光二极管芯片130的两端电极分别电性连接至引脚220a与引脚220b。特别的是，发光二极管芯片130在本实施例中是配置于容置槽112内的引脚220a上，因此发光二极管芯片130在发光时所产生的热能除了可以经由热传导性佳的基座110散出之外，亦可以透过引脚220a而散逸至封装结构外部。在此，发光二极管芯片130例如是透过打线结合的技术而电性连接至引脚220b，并以覆晶结合的技术电性连接至引脚220a。而后续在基座110上形成封装胶体140的详细过程如第一实施例所述，此处不再详述。

值得一提的是，在本发明的第三实施例中，于形成引脚220a与引脚220b之后，还可以先形成散热块310，然后再利用埋入射出的方式形成基座110，而使引脚220a、引脚220b及散热块310均部分地埋于基座110中，如图3A所示。其中，散热块310的表面312是暴露于基座110的容置槽112内，散热块310的表面314亦是暴露于基座110之外。

承上所述，在放置发光二极管芯片130时，即是将其放置于暴露于容置槽112内的散热块310的表面312上，如图3B所示。如此一来，即可使发光二极管芯片130在发光时所产生的热能除了经由热传导性佳的基座110散出之外，亦可透过散热块310而直接散逸至封装结构外部。其中，散热块310的材质包括但不限于金属材料。

另外，本实施例后续将发光二极管芯片130与引脚120a及引脚120b电性连接，以及形成封装胶体140的过程亦同于第一实施例，此处不再赘述。

由上述可知，基座110是由掺杂有导热材料(及耐热材料)的塑料材料以射出成型制程所制成，因此可较现有以纯塑料材质所制成的基座具有高导热性。也就是说，发光二极管芯片130在发光时所产生的热能可以迅速地透过基座110散逸至发光二极管封装结构100外部，因而具有较佳的发光效率以及较长的使用寿命。

虽然上述实施例是将导热材料掺入塑料材料中，以形成热传导系数高的封装结构的基座，但实际上本发明并不限定于此。以下将配合附图详述本发明的另一实施例。

图4A至图4B绘示为本发明的发光二极管封装结构在第四实施例制造流程中的剖面示意图。请参照图4A，虽然本实施例同样是利用塑料材料111与高导热材料113来制作具有容置槽412的基座410，但其与前述实施例的相异处在于本实施例是先以塑料材料111为射出原料进行射出成型，以形成具有凹槽402的塑料层411，然后再利用高导热材料113而在凹槽402的表面上形成高导热材料层413。在此，表面上形成有高导热材料层413的凹槽402即为基座410的容置槽412。而本实施例所使用的塑料材料111与高导热材料113例如是与前述实施例相同，此处不再赘述。

承上述，本实施例例如是以喷洒高导热材料113的粉末的方式形成高导热材料层413。而且，虽然本实施例仅在凹槽402的表面上形成高导热材料层413，但高导热材料层413也可以同时形成于塑料层411其它部位的表面上，本发明并不在此做任何限制。

请参照图4B，在制成基座410之后，接着即是在基座10上形成引脚120a与引脚120b，并将发光二极管芯片130放置于容置槽412内，然后再将发光二极管芯片130的两端电极分别电性连接至引脚120a与引脚120b。之后，在基座410上形成封装胶体140，以覆盖住放置有发光二极管芯片130的容置槽412及引脚120a与引脚120b电性连接至发光二极管芯片130的一端。此时发光二极管封装结构400的制程已大致完成。由于引脚120a、引脚120b、发光二极管芯片130及封装胶体140的材质与形成方法均与前述实施例相同或相似，故此处不再赘述。

请继续参照图4B，发光二极管封装结构400与图1C所绘示的发光二极管封装结构100的相异处在于发光二极管封装结构400的基座410是由塑料层411与高导热材料层413所构成，而发光二极管封装结构100的基座110则是掺有高导热材料113的塑料材料111以射出成型的方式所制成。但基座410与基座110同样具有良好的导热性，因而能够有效地将发光二极管芯片130在发光时所产生的热能传导至发光二极管封装结构400外部。

综上所述，本发明是以塑料材料及具高导热性的材料共同组成封装结构中的基座，使得配置在基座的容置槽内的发光二极管芯片所产生的热能能够透过基座而快速地散逸到封装结构外部。由此可知，本发明可以有效地将累积在封装结构中的热能导出，进而改善发光二极管的发光效率及使用寿命。

虽然本发明所公开的实施方式如上，惟所述的内容并非用以直接限定本发明的专利保护范围。任何本发明所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作些许的更动。本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求所界定者为准。

Claims (24)

1、一种发光二极管封装结构，包括：

一基座，具有一容置槽，其中该基座的材质包括一塑料材料与一高导热材料；

一发光二极管芯片，配置于该容置槽内；

二引脚，各该引脚的一端是分别与该发光二极管芯片电性连接；以及

一封装胶体，配置于该基座上而覆盖住该容置槽及各该引脚电性连接于该发光二极管芯片的一端。

2、如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中该高导热材料为纳米陶瓷粉末、氧化铜粉末、纳米碳材或纳米铜粉末。

3、如权利要求2所述的发光二极管封装结构，其中该纳米陶瓷粉末为三氧化二铝粉末。

4、如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中该基座的材质更包括一耐热材料。

5、如权利要求4所述的发光二极管封装结构，其中该耐热材料为矿物纤维。

6、如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中该基座是利用掺有该高导热材料的该塑料材料，以射出成型的方式所制成。

7、如权利要求6所述的发光二极管封装结构，其中该高导热材料与该塑料材料的重量比值不大于10。

8、如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中该基座包括：

一塑料层，由该塑料材料所构成；以及

一高导热材料层，配置于该塑料层的一表面上，而该发光二极管芯片是配置于该高导热材料层上。

9、如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中该发光二极管芯片是配置于该些引脚其中之一上。

10、如权利要求1所述的发光二极管封装结构，更包括一散热块，埋于该基座中并暴露出其表面，其中该发光二极管芯片是配置于该散热块暴露在该基座的该容置槽内的表面上。

11、一种发光二极管封装方法，包括下列步骤：

形成二引脚与具有一容置槽之一基座，其中该基座是利用一塑料材料与一高导热材料所制成，且各该引脚的一端是位于该基座的该容置槽内；

将一发光二极管芯片放置于该基座的该容置槽内，并使该发光二极管芯片与各该引脚的一端电性连接；以及

于该基座上形成一封装胶体，以覆盖住该容置槽以及各该引脚电性连接至该发光二极管芯片的一端。

12、如权利要求11所述的发光二极管封装方法，其中该高导热材料为纳米陶瓷粉末、氧化铜粉末、纳米碳材或纳米铜粉末。

13、如权利要求12所述的发光二极管封装方法，其中该纳米陶瓷粉末为三氧化二铝粉末。

14、如权利要求11所述的发光二极管封装方法，其中形成该基座与该些引脚的步骤包括：

形成该些引脚；以及

利用掺有该高导热材料的塑料材料作为原料，进行埋入射出制程以形成该基座，而使该些引脚部分地埋入于该基座中，且各该引脚的一端是位于该基座的该容置槽内；

其中该发光二极管芯片是放置于该容置槽内的该些引脚其中之一上。

15、如权利要求14所述的发光二极管封装方法，其中在制成该基座的步骤中，更包括将一耐热材料与该高导热材料一同掺入该塑料材料中。

16、如权利要求15所述的发光二极管封装方法，其中该耐热材料为矿物纤维。

17、如权利要求14所述的发光二极管封装方法，其中该高导热材料与该塑料材料的重量比值不大于10。

18、如权利要求14所述的发光二极管封装方法，其中在形成该基座之前，更包括形成一散热块，而在以埋入射出制程形成该基座后，该散热块是埋于该基座中并暴露出其表面，且该发光二极管芯片是放置于该散热块暴露于该容置槽内的表面上。

19、如权利要求11所述的发光二极管封装方法，其中形成该基座与该些引脚的步骤包括：

利用掺有该高导热材料的塑料材料作为原料，以射出成型的制程形成该基座；以及

于该基座上形成该些引脚。

20、如权利要求19所述的发光二极管封装方法，其中在制成该基座的步骤中，更包括将一耐热材料与该高导热材料一同掺入该塑料材料中。

21、如权利要求20所述的发光二极管封装方法，其中该耐热材料为矿物纤维。

22、如权利要求19所述的发光二极管封装方法，其中该高导热材料与该塑料材料的重量比值不大于10。

23、如权利要求11所述的发光二极管封装方法，其中形成该基座与该些引脚的步骤包括：

将该塑料材料射出成型，以形成一塑料层，其中该塑料层具有一凹槽；

利用该高导热材料而至少在该凹槽的表面上形成一高导热材料层；以及

于该基座上形成该些引脚。

24、如权利要求23所述的发光二极管封装方法，其中在该凹槽表面上形成该高导热材料层的方法包括将该高导热材料的粉末喷洒在该凹槽的表面。

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