CN102194807A - 发光二极管封装结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一发光二极管封装结构，包含：一基板，具有第一表面及相对于第一表面之第二表面。复数个金属柱，贯通该基板之前述第一表面及相对于前述第一表面之前述第二表面。一玻璃反射层，覆盖于前述基板之第一表面上，并且露出部分之第一电极区域以及部分之第二电极区域。至少一个发光二极管晶粒，固定于前述玻璃反射层上，以及一透明胶层，覆盖于前述至少一个以上之发光二极管晶粒。玻璃反射层在陶瓷基板表面，除了有均温的功能外，亦有增加该发光二极封装结构之出光率的功能。再者，本发明同时提供封装结构之制造方法。

Description

发光二极管封装结构及其制造方法
技术领域
本发明系有关一种发光二极管封装结构及其制造方法。
背景技术
光电组件中的发光二极管(light emitting diode，LED)由于具有低耗电、高亮度、体积小及使用寿命长等优点，因此被认为是新世代绿色节能照明的最佳光源。
传统应用在手机或是PDA的发光二极管封装结构如图1A及图1B所示。发光二极管封装结构100包含一基板106、第一电极108A、第二电极108B、一发光二极管晶粒102、第一金属导线110A、第二金属导线110B以及一透明胶104。第一电极108A以及第二电极108B包覆着基板106。基板106为印刷电路板(PCB；PrintedCircuitBoard)。发光二极管晶粒102固定于第二电极108B上，并以第一金属导线110A及第二金属导线110B电性连接于第一电极108A与第二电极108B，最后以透明胶104覆盖于发光二极管晶粒102上。
由于印刷电路板的材料包含塑料，从图1B可以了解发光二极管晶粒102所产生之热能主要是经由第二电极108B排除。第二电极108B为一片薄层金属片，对于整个发光二极管封装结构100的散热有限。由于组件散热不易，影响发光二极管晶粒发光效益以及降低了发光二极管封装结构之寿命。
因此，本发明提供一种可增加出光效率及散热的发光二极管封装结构，将改善上述之缺失。
发明内容
本发明之一目的系为使得发光二极管封装结构可均匀散热提高组件之寿命。
本发明之另一目的系为增加发光二极管封装结构之出光效率。
鉴于上述之发明背景中，为了符合产业利益之需求，本发明提供一种发光二极管封装结构，包含：一基板，具有第一表面及相对于第一表面之第二表面。复数个金属柱，贯通前述基板之前述第一表面及相对于前述第一表面之前述第二表面。一玻璃反射层，覆盖于前述基板之第一表面上，并且露出部分之第一电极区以及部分之第二电极区。至少一个发光二极管晶粒，固定于前述玻璃反射层上，以及一透明胶层，覆盖于前述至少一个以上之发光二极管晶粒。
相对于先前技术，前述发光二极管封装结构增加一玻璃反射层可均匀传导发光二极管晶粒产生之热能，减少部分区域过热现象。另外，前述玻璃反射层亦可反射光线，提高发光二极管封装结构之出光率。
下面参照附图，结合具体实施例对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1A为本发明之先前技术。
图1B为本发明之先前技术之热传导途径。
图2为本发明发光二极管封装之流程图。
图3A至图3H为本发明发光二极管封装制程及各步骤结构图。
图3F’为图3F之俯视图。
图4A为本发明发具多晶粒之发光二极管封装的俯视图。
图4B为本发明第图4A的发光二极管封装由B-B’剖线剖所得之剖面图。
图5为本发明发光二极管封装之另一实施例。
主要元件符号说明
发光二极管封装结构            100
发光二极管晶粒                102
透明胶                        104
基板                          106
第一电极                      108A
第二电极                      108B
片状陶瓷板                      302
孔洞                            304
陶瓷基板                        306
贯通孔                          308
第一表面                        310
第二表面                        312
金属柱                          314
第一导电区域                    316
第二导电区域                    318
第一金属垫片                    320
第二金属垫片                    322
反射层                          324
第一电极区域                    326A
第二电极区域                    326B
发光二极管晶粒                  328
金属导线                        330A
金属导线                        330B
透明胶层                        332
荧光材料                        334
发光二极管封装结构              400
第一电极区域                    426A
第二电极区域                    426B
发光二极管晶粒                  428A
发光二极管晶粒                  428B
金属导线                        430A
金属导线                        430B
金属导线                        430C
金属导线                        430D
散热箭头                        436
散热箭头        438
散热箭头        440
散热箭头        442
具体实施方式
本发明在此所探讨的方向为一种发光二极管封装结构及其制造方法。为了能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的步骤及其组成。显然地，本发明的施行并未限定于发光二极管封装结构及其制造方法之技艺者所熟习的特殊细节。另一方面，众所周知的组成或步骤并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要之限制。本发明的较佳实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其它的实施例中，且本发明的范围不受限定，其以之后的专利范围为准。
本发明揭露一发光二极管封装结构，请参考图3H所示。该封装结构包含：一基板306，具有第一表面310及相对于第一表面310之第二表面312。基板306可为块状结构或是片状层迭结构，其可使用氮化铝、氧化铝、氮化硼、氮化硅或是碳化硅等陶瓷材料。一第一电极区域316和一第二电极区域318设置在第一表面310。一第一金属垫片320及一第二金属垫片322设置在第二表面312。复数个金属柱314，贯通基板306之第一表面310及第二表面312。金属柱314的材料可为银(Ag)、镍(Ni)、铜(Cu)、锡(Sn)、铝(A1)或金属之合金。一玻璃反射层324，设置于基板306之第一表面310，且露出部分之第一电极区域326A以及部分之第二电极区域326B。玻璃反射层324可为二氧化硅(SiO2)、氧化硼(B2O3)及氧化镁(MgO)之混合物。至少一个发光二极管晶粒328，固定于玻璃反射层324上，以及一透明胶层332，覆盖于至少一个以上之发光二极管晶粒328。透明胶层332可使用环氧树脂(epoxy)或是硅胶(silicone)。另外，若要形成白光则可在透明胶层332里混合荧光转换材料334。荧光转换材料334为钇铝石榴石(YAG)、铽铝石榴石(TAG)、硫化物(sulfide)、磷化物(phosphate)、氮氧化物(oxynitride)或是硅酸盐类(silicate)。
进一步提供本发明发光二极管封装制作方法之流程图，请参考图2。第一步骤202，制作一陶瓷基板。前述陶瓷基板可为块状结构或是片状层迭结构，其材料可使用氮化铝、氧化铝、氮化硼、氮化硅或是碳化硅等。陶瓷材料之一特性为可均匀吸收热能，因此可降低热源温度之功能。片状层迭结构使用低温陶瓷粉末混合有机或是无机添加剂，再加上浆料搅拌均匀，以刮刀成型后并冲片形成一预定厚度之层迭结构，即为待制作的陶瓷基板。
第二步骤204，形成复数个贯通孔于陶瓷基板。陶瓷基板属于绝缘基板，其具有相对的第一表面及第二表面。利用激光或是机械钻孔加工在陶瓷基板上形成复数个贯通第一表面和第二表面的贯通孔。
第三步骤206，填充金属材料于前述复数个贯通孔。为使陶瓷基板之第一表面及第二表面达到电性连接，填充具有导电、导热性能的金属材料于前述复数个贯通孔形成金属柱，此金属柱兼具导电、导热功能。前述金属材料可为银(Ag)、镍(Ni)、铜(Cu)、锡(Sn)、铝(Al)或前述金属之合金。另外，第一导电区域与第二导电区域可以利用金属材料以蒸镀或是溅镀的方式形成于陶瓷基板之第一表面。
第四步骤208，形成一反射层于前述陶瓷基板之第一表面。由于陶瓷经过烧结的表面较为粗糙，当发光二极管晶粒所产生之光经由陶瓷表面反射容易产生散射或漫射的现象，从而会降低发光二极体封装结构的亮度。为此，形成玻璃反射层于陶瓷基板之第一表面，且前述玻璃反射层设置为预定图案结构，以露出预定的第一电极区域和第二电极区域以提供发光二极管晶粒之电性连接。
进一步，可在陶瓷基板之第二表面形成第一金属垫片以及第二金属垫片作为发光二极体封装结构与封装模块之电性连接。
上述形成玻璃反射层的陶瓷基板以低温陶瓷共烧(Low Temperature CofiredCeramics；LTCC)的技术约在900度左右进行烧结，从而使玻璃反射层和陶瓷基板形成为一体。前述玻璃反射层可为二氧化硅(SiO2)、氧化硼(B2O3)及氧化镁(MgO)之混合物。此种成分之玻璃有较好的光泽和透明性，机械性能较强，耐热性、绝缘性和化学稳定性好，可用来制造高级化学仪器和绝缘材料。玻璃有均温的特性，故将发光二极管晶粒固定于玻璃反射层上可将温度均匀分散于玻璃反射层表面，再经由陶瓷基板与金属柱将热传导出封装结构，达到散热的效果。
第五步骤210，固定至少一个以上之发光二极管晶粒于前述玻璃反射层上。本实施例使用一个发光二极管晶粒并利用固晶胶例如环氧树脂(epoxy)固定于前述玻璃反射层上，亦可依需求使用一个以上之发光二极管晶粒。由于本发明之封装结构散热性佳，对于多颗发光二极管晶粒产生之热能可以很均匀的向四周传导至整个玻璃反射层表面，减少部分区域过热的现象，再从陶瓷基板与金属柱将热能传递至组件外。接着以金属导线电性连接前述发光二极管晶粒与第一电极区域及第二电极区域。
最后，第六步骤212，覆盖透明层于该至少一个以上之发光二极管晶粒上。前述透明层可使用环氧树脂(epoxy)或是硅胶(silicone)。另外若要形成白光则可在透明层里混合荧光转换材料。荧光转换材料为钇铝石榴石(YAG)、铽铝石榴石(TAG)、硫化物(sulfide)、磷化物(phosphate)、氮氧化物(oxynitride)或是硅酸盐类(silicate)。
接着提供本发明发光二极管封装结构制程及各步骤之示意图，如图3A至图3H所示。图3A提供复数片具有复数个孔洞304之片状陶瓷板302，并且整齐的堆栈成具一厚度之陶瓷基板306，使得复数个孔洞形成复数个贯通孔308，如图3B所示。另一实施例则使用低温陶瓷粉末混合有机或是无机添加剂，再加上浆料搅拌均匀，以刮刀成形后并冲片形成一厚度之层迭结构。再以激光或是机械钻孔加工处理形成复数个孔洞以贯通前述层迭结构之第一表面及相对于第一表面之第二表面。
经由图3B之A至A’剖面线，清楚了解陶瓷基板306之侧视剖面图包含复数个贯通孔308贯穿陶瓷基板306的第一表面310及相对于第一表面310之第二表面312，如图3C所示。以下图3D、3E、3F、3G、3H皆以剖面图表示之。接着由图3D，填充金属材料于前述复数个贯通孔308里形成金属柱314，使得陶瓷基板306的第一表面310及相对于第一表面310之第二表面312可以电性连接以及具传导热能的功能。
为了增加封装结构之电性连接与传导热能的功能，图3E在陶瓷基板之第一表面310形成一金属层，金属层包含第一导电区域316以及第二导电区域318。该金属层材料可为银(Ag)。在陶瓷基板相对于第一表面310的第二表面312形成第一金属垫片320以及第二金属垫片322。
图3F形成一玻璃反射层324于第一导电区域316以及第二导电区域318上方，暴露出部分之第一电极区域326A以及部分之第二电极区域326B以提供发光二极管晶粒328之电性连接。如俯视角度的图3F’所示，陶瓷基板表面仅暴露出部分之第一电极区域326A与部分之第二电极区域326B，其余表面积皆由玻璃反射层324覆盖。
图3G可将一个以上之发光二极管晶粒328以环氧树脂(epoxy)固定于玻璃反射层324上，并且利用金属导线330A及330B例如金线(Au)将前述之发光二极管晶粒328与部分之第一电极区域326A及部分之第二电极区域326B电性连接。
最后，由图3H所示，利用透明胶材如环氧树脂(epoxy)或是硅胶(silicone)以转注成型(transfer molding)或是注入成型(injection molding)的制程形成一透明胶层332包覆前述发光二极管晶粒328，前述透明胶层之外形并不限定，主要用以保护该发光二极管晶粒328不受外界污染及防止湿气渗入来导致该发光二极管晶粒328受损而减短使用寿命。另外，透明胶材332可以掺杂荧光转换材料334使得组件产生白光或是其它所需之颜色。荧光材料可为钇铝石榴石(YAG)、铽铝石榴石(TAG)、硫化物(sulfide)、磷化物(phosphate)、氮氧化物(oxynitride)、硅酸盐类(silicate)。另外，为配合光学亦可使用凹透镜或凸透镜(lens)的方式达到所需之光型，如图5所示，系为本发明之另一发光二极管封装之实施例。
再者，从图4A及图4B可更进一步了解本发明之热能传递路径。图4A系为本发明具多晶粒的发光二极管封装结构400之俯视图。该发光二极管封装结构400包含相邻的发光二极管晶粒428A及428B固定于玻璃反射层424上，并且介于部分之第一电极区域426A及部分之第二电极区域426B之间。发光二极管晶粒428A及428B个别以金属导线430A、430B、430C及430D与部分之第一电极区域426A与部分之第二电极区域426B电性连接。由图4B所示，箭头436表示发光二极管晶粒产生之热能传递路径，藉以了解发光二极管晶粒428A及428B产生的热能可以均匀的在玻璃反射层424表面扩散，因此缓解晶粒本身产生的高温以及减少部分区域过热现象。另外从B至B’剖面线所得的剖面图可以清楚示意热能的传递方向。当发光二极管晶粒428A及428B产生热能后藉由玻璃反射层424均匀的向晶粒外围均匀的扩散如箭头436，接着往箭头438及440的方向经由具有金属材质之第一导电区域及第二导电区域以及金属柱将热能传导至组件外而达到散热之功能。热能除了从金属柱传导之外，由于陶瓷基板有很好之均匀吸收热能的特性，与金属层与金属柱邻近之陶瓷材料同时吸收金属所含之热能，使得组件整体的热传导更加均匀，提高组件之寿命。
从本发明手段与具有的功效中，可以得到本发明具有诸多的优点。首先，贯通孔填充金属材料形成金属柱，除了做为组件的导电路径外亦可做为导热的路径，增加组件之散热功能。另外，玻璃有很好的均温效果，可以将发光二极管晶粒产生的热源均匀的扩散于玻璃反射层表面后再由陶瓷基板排出，增加组件之使用寿命。再者，利用玻璃的反射功能可使得组件的发光效率增加。
显然地，依照上面实施例中的描述，本发明可能有许多的修正与差异。因此需要在其附加的权利要求项之范围内加以理解，除了上述详细的描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例中施行。上述仅为本发明之较佳实施例而已，并非用以限定本发明之申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示之精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述申请专利范围内。

Claims (10)

1.一种发光二极管封装结构，包含：
一基板，具有第一表面及相对于第一表面之第二表面；
复数个金属柱，贯通所述基板之该第一表面及相对于所述第一表面之该第二表面；
一玻璃反射层，覆盖于所述基板之第一表面上，并且露出部分之第一电极区域及部分之第二电极区域；
至少一个以上之发光二极管晶粒，固定于所述玻璃反射层上；以及
一透明胶，覆盖于所述至少一个以上之发光二极管晶粒。
2.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于：更包含一金属层位于所述基板与所述反射层之间。
3.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述金属层包含第一导电区域及第二导电区域。
4.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述基板之材料为氮化铝、氧化铝、氮化硼、氮化硅或是碳化硅。
5.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述玻璃反射层之材料为二氧化硅(SiO2)、氧化硼(B2O3)及氧化镁(MgO)之混合物。
6.根据权利要求2所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述金属柱之材料可为银(Ag)、镍(Ni)、铜(Cu)、锡(Sn)、铝(Al)或前述金属之合金。
7.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述透明胶可为环氧树脂(epoxy)或是硅胶(silicone)。
8.根据权利要求7所述的发光二极管封装结构，其特征在于：该透明胶更包含荧光转换材料。
9.根据权利要求8所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述荧光转换材料为钇铝石榴石(YAG)、铽铝石榴石(TAG)、硫化物(sulfide)、磷化物(phosphate)、氮氧化物(oxynitride)或是硅酸盐类(silicate)。
10.根据权利要求2所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述金属层之材料为银(Ag)。
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