CN102420282B - 发光二极管封装结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管封装结构，包括：基板，其上具有电路结构及至少两个通孔；发光二极管芯片，设置于基板上，发光二极管芯片上具有焊点；遮罩层，设置于基板上并罩设在发光二极管芯片上，遮罩层对应焊点开设有开口；金线，穿过遮罩层的开口并电连接焊点及电路结构；荧光层，填充在遮罩层与基板之间，并包覆发光二极管芯片；及保护层，设置于基板上并罩设遮罩层与金线。本发明发光二极管封装结构内提供一个罩设发光二极管芯片的遮罩层，可使荧光层仅包覆发光二极管芯片，使荧光层不会对金线造成任何破坏，从而提高发光二极管封装结构的良率。本发明还提供一种发光二极管封装结构的制造方法。

Description

发光二极管封装结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种半导体发光元件，特别涉及一种发光二极管的封装结构及其制造方法。
背景技术
半导体发光二极管，凭借其发光效率高、体积小、重量轻、环保等优点，已被广泛地应用到当前的各个领域当中，例如用作指示灯、照明灯、显示屏等。
发光二极管在应用到上述各领域中之前，需要将发光二极管芯片进行封装，以保护发光二极管芯片，从而获得较高的发光效率及较长的使用寿命。常见的发光二极管封装结构包括基板及设置在基板上的发光二极管芯片，发光二极管芯片通过金线与基板上的电路结构形成电连接，一封装层形成在基板上并包覆发光二极管芯片及金线，用以保护发光二极管芯片。通常，业界采用压模的技术形成该封装层，然而压模过程中容易使发光二极管芯片及金线受到破坏，不但削弱发光二极管芯片与外部电连接的可靠性，还影响发光二极管芯片的发光性能，严重时可能导致发光二极管不能正常工作。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种发光二极管封装结构及其制造方法，该发光二极管封装结构中的发光二极管芯片与金线不会受到破坏。
一种发光二极管封装结构，包括：
基板，具有第一表面以及相对于第一表面的第二表面，以及贯穿第一表面与第二表面的至少两个通孔，第一表面上具有电路结构；
发光二极管芯片，设置于基板的第一表面上，发光二极管芯片上具有焊点；
遮罩层，设置于基板的第一表面上并罩设在发光二极管芯片上，遮罩层对应发光二极管芯片上的焊点开设有开口；
金线，穿过遮罩层的开口并电连接发光二极管芯片的焊点及基板的电路结构；
荧光层，填充在遮罩层与基板的第一表面之间，包覆发光二极管芯片并与金线隔离，且密封基板的通孔；及
保护层，设置于基板的第一表面上并罩设遮罩层与金线。
一种发光二极管封装结构的制造方法，步骤包括：
提供基板，该基板具有第一表面以及相对于第一表面的第二表面，以及贯穿第一表面与第二表面的至少两个通孔，第一表面上具有电路结构；
固定发光二极管芯片于该基板的第一表面上，该发光二极管芯片上具有焊点；
将遮罩层设置于基板的第一表面上并罩设在发光二极管芯片上，遮罩层对应发光二极管芯片上的焊点设有开口；
将金线穿过遮罩层的开口并使金线电连接发光二极管芯片的焊点及基板的电路结构；
通过基板的通孔将荧光材料填充在遮罩层与基板的第一表面之间，荧光材料包覆发光二极管芯片后形成荧光层，该荧光层与金线隔离；及
设置保护层于基板的第一表面上并将遮罩层与金线罩设于该保护层内。
本发明发光二极管封装结构内提供一个罩设发光二极管芯片的遮罩层，通过控制遮罩层的规格，可使荧光层仅包覆发光二极管芯片，同时抛弃传统压模的方法，使荧光层不会对发光二极管芯片及金线造成任何破坏，从而提高发光二极管封装结构的良率。
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1至图10为本发明发光二极管封装结构的制造方法中各步骤所得的发光二极管封装结构的剖视示意图。
图11至图13为本发明不同实施例中的发光二极管封装结构的剖视示意图。
主要元件符号说明
基板                         10
第一表面                     101
第二表面                     102
通孔                         12
电路结构                     14
电极                         141
延伸层                       142
孔洞                         143
导热物质                     15
发光二极管芯片               20
焊点                         201
遮罩层                       30
开口                         301
金线                         40
荧光层                       50
空间                         501
液态荧光材料                 51
保护层                       60
封胶层                       70
焊料                         80
另一封胶层                   90
具体实施方式
请参考图10，本发明一实施例提供的发光二极管封装结构包括基板10，设于基板10上的发光二极管芯片20，罩设发光二极管芯片20的遮罩层30，电连接发光二极管芯片20与基板10的金线40，覆盖发光二极管芯片20的荧光层50及罩设金线40与遮罩层30的保护层60。
基板10具有第一表面101以及相对于第一表面101的第二表面102。基板10上还开设有贯穿第一表面101与第二表面102的至少两个通孔12。开设所述通孔12是为形成荧光层50，因此通孔12的数量和形状均可依实际需求变化，例如数量可以是多个，形状可为圆形、方形等。通孔12的分布形态也没有具体的限定，可以呈阵列或者圆形等形式，分布在发光二极管芯片20的周围。第一表面101上还设有电路结构14，该电路结构14可包括至少两个电极141。
发光二极管芯片20设置于基板10的第一表面101上。发光二极管芯片20上具有两个极性相反的焊点201。焊点201外还可增设焊垫，以增加焊点的厚度，便于金线40与焊点201的电连接。该实施例中的发光二极管芯片20的焊点201均位于上方，即所谓的“同面电极”。在其他实施例中，发光二极管芯片20可为垂直型发光二极管，其焊点201分别位于发光二极管芯片20的上、下方。
请同时参考图3，遮罩层30设置于基板10的第一表面101上并罩设在发光二极管芯片20上，遮罩层30与基板10的第一表面101之间形成一用于容置荧光层50的空间501。遮罩层30由可透光材料制成，因此发光二极管芯片20发出的光可透过该遮罩层30射向外部。遮罩层30对应发光二极管芯片20上的焊点201开设有两个开口301。若发光二极管芯片20为垂直型时，遮罩层30上也可仅设一个开口301，即开口301的数量与发光二极管芯片20上方的焊点201的数量一致。在形成荧光层50时，为防止液态荧光材料渗出至遮罩层30之外，可严格控制遮罩层的两个开口301的尺寸，使发光二极管芯片20的焊点201刚好暴露在开口301处而其他部位均被遮罩层30罩设。
金线40穿过遮罩层30的开口301并电连接发光二极管芯片20的焊点201及基板10的电路结构14。每根金线40的一端与焊点201连接，相反的另一端与电路结构14的电极141连接。在不同的实施例中，可设置不同数量的金线40连接焊点201与电极141，例如三根或更多根，但至少应具有两根，分别连接发光二极管芯片20的极性相反的两个焊点201。若发光二极管芯片20为垂直型时，金线40也可仅只有一根，与位于发光二极管芯片20的上方的焊点201相连，而发光二极管芯片20下方的焊点201可与设置在基板10上的电路结构14直接相接。
在一实施例中，还可在遮罩层30的上表面设一层封胶层70，该封胶层70可增加金线40与焊点201的接合强度。另外，该封胶层70还可密封遮罩层30的开口301，可在形成荧光层50时，防止液态荧光材料从开口301处渗出至遮罩层30之外。另外，还可在遮罩层30的上表面设置互相隔离的多个封胶层70，如图6所示，两个封胶层70互相隔离，并仅设置在遮罩层30的开口301处，便于控制封胶层70的用胶量及厚度等。封胶层70内可包含荧光粉，封胶层70可使用硅树脂、环氧树脂或者二者的混合物等材料制成。
荧光层50填充在遮罩层30与基板10的第一表面101之间的空间501内，并包覆发光二极管芯片20，同时密封基板10的通孔12。荧光层50内包含荧光粉，发光二极管芯片20发出的光线经过荧光层50后，可发出不同于原来光线的波长的光线，并与原来光线混合，可形成多种颜色的光，例如白光等。
保护层60设置于基板10的第一表面101上并罩设遮罩层30与金线40。保护层60也是由可透光性材料制成，如此透过遮罩层30的光线可继续透过保护层60到达外界。保护层60可包含无机材料物质，例如可以是二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)等。
本发明的发光二极管封装结构通过设置遮罩层30，使荧光层50仅包覆在发光二极管芯片20周围，不对金线40产生任何影响。同时通过控制遮罩层30，还可控制荧光层50的厚度，同时可使荧光层50均匀地覆盖在发光二极管芯片20上，使发光二极管的正向光混光能更加均匀。
请再参考图11，本发明一实施例的发光二极管封装结构内的电路结构14还可包括一延伸层142，该延伸层142连接电极141并从基板10的第一表面101延伸至第二表面102，以扩大发光二极管封装结构的电路结构14的面积，方便发光二极管封装结构的后续安装使用。
请再参考图12，该延伸层142可对应基板10上的通孔12开设孔洞143，待形成荧光层50后再以焊料80密封该孔洞143。
请再参考图13，本发明一实施例的发光二极管封装结构在基板10的第二表面102上还可形成另一封胶层90，该另一封胶层90覆盖基板10的通孔12，用于保护荧光层50不受破坏。
请再参考图9，本发明一实施例中的发光二极管封装结构在形成荧光层50之后，可在基板10的通孔12内取代荧光材料而填充例如是导热物质15等其他功能性物质。导热物质15可以是具有高导热性能的金属、陶瓷、高分子材料或其复合材料等。如此不但可增加基板10的导热性能，还能保护荧光层50不受破坏。
上述不同实施例中的结构特征可合理变换、组合。例如基板10的通孔12内的导热物质15既可被形成在基板10的第二表面102的另一封胶层90覆盖，也可被形成在基板10的第二表面102的电路结构14的延伸层142覆盖。另一封胶层90也可部分取代延伸层142，与延伸层142同时存在。
下面再结合其他附图介绍本发明发光二极管封装结构的制造方法。
请参考图1与图2，提供基板10，基板10具有第一表面101以及相对于第一表面101的第二表面102。基板10上开设有贯穿第一表面与第二表面的至少两个通孔12。第一表面101上设有电路结构14，该电路结构14包括至少两个电极141。再提供发光二极管芯片20，将发光二极管芯片20设置于基板10的第一表面101上。发光二极管芯片20上具有两个极性相反的焊点201。当然也可先将发光二极管芯片20固定在基板10上后，再加工基板10形成通孔12。
请参考图3，将遮罩层30设置在基板10的第一表面101上并罩设在发光二极管芯片20上。基板10的通孔12在遮罩层30罩设的范围内。遮罩层30与基板10的第一表面101之间形成一用于容置荧光层50的空间501。遮罩层30由可透光材料制成，发光二极管芯片20发出的光可透过该遮罩层30射向外部。遮罩层30对应发光二极管芯片20上的焊点201开设有两个开口301。严格控制遮罩层30的两个开口301的尺寸，使发光二极管芯片20的焊点201刚好暴露在开口301处而发光二极管芯片20的其他部位均被遮罩层30罩设，从而在形成荧光层50时，可防止液态荧光材料渗出至遮罩层30之外。
接着参考图4，将金线40穿过遮罩层30的开口301并电连接发光二极管芯片20的焊点201及基板10的电路结构14。每根金线40的一端与焊点201连接，相反的另一端与电路结构14的电极141连接。
如图5所示，在一实施例中，在遮罩层30的上表面设一层封胶层70，该封胶层70可增加金线40与焊点201的接合强度。另外，该封胶层70还可密封遮罩层30的开口301，可在形成荧光层50时，防止液态荧光材料从开口301处渗出至遮罩层30之外。如图6所示，封胶层70也可设置成互相隔离的两个，并仅设置在遮罩层30的开口301处。
请参考图7，从基板10的一个通孔12处将液态荧光材料51注入遮罩层30与基板10的第一表面101之间的空间501内，空间501内的空气可由另一个通孔12排出，如图7中箭头所示。液态荧光材料51包覆在发光二极管芯片20周围，固化后形成荧光层50。请参考图8，注入液态荧光材料51时，可将基板10倒置，如此可更好的控制液态荧光材料51的用量，使之刚好填充在发光二极管芯片20的周围，而基板10的通孔12内未填充液态荧光材料51。
请参考图9，在一实施例中，在未填充液态荧光材料51的通孔12中可填充导热物质15等其他功能性物质。导热物质15可以是具有高导热性能的金属、陶瓷、高分子材料或其复合材料等。当然，在图7中所示的发光二极管封装结构中，也可将基板10的通孔12内的液态荧光材料51去除后，再在通孔12内填充导热物质15。
请再参考图10，提供保护层60，将保护层60设置于基板10的第一表面101上并罩设遮罩层30与金线40。保护层60也是由可透光性材料制成，可包含无机材料物质，例如可以是二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)等。
由于本发明提供的发光二极管封装结构的制造方法抛弃了传统的压模方式，使荧光层50仅包覆在发光二极管芯片20周围，且与金线40隔离，使发光二极管芯片20及金线40在制造过程中不受破坏，可保证发光二极管封装结构的生产良率。
请再参考图11，在形成荧光层50后，还可延伸电路结构14的电极141至基板10的第二表面102形成延伸层142。电路结构14的延伸层142覆盖基板10的通孔12，可以同时达到扩大电路结构14的面积与保护荧光层50的功效。请再参考图12，该延伸层142可在形成电路结构14的同时(形成荧光层50之前)就形成，并在对应基板10的通孔12处预留相应的孔洞143，待形成荧光层50后再以焊料80密封该孔洞143。
请再参考图13，也可取代上述的部分延伸层142，在基板10的第二表面102上形成另一封胶层90，该另一封胶层90覆盖基板10的通孔12，用于保护荧光层50不受破坏。该另一封胶层90可使用硅树脂、环氧树脂或者二者的混合物等材料制成。
另外，若发光二极管芯片20为垂直型时，遮罩层30上仅对应发光二极管芯片20上方的焊点201设一个开口301，发光二极管芯片20上方的焊点201通过金线40与一电极141相连，而发光二极管芯片20下方的焊点201可与基板10上的一电极141直接相接，其他步骤均与上述实施例中相似，因此不再赘述。

Claims (8)

1.一种发光二极管封装结构，包括：
基板，具有第一表面以及相对于第一表面的第二表面，以及贯穿第一表面与第二表面的至少两个通孔，第一表面上具有电路结构；
发光二极管芯片，设置于基板的第一表面上，发光二极管芯片上具有焊点；
遮罩层，设置于基板的第一表面上并罩设在发光二极管芯片上，遮罩层对应发光二极管芯片上的焊点开设有开口；
金线，穿过遮罩层的开口并电连接发光二极管芯片的焊点及基板的电路结构；
封胶层，设置在遮罩层的开口处并固接金线与焊点；
荧光层，填充在遮罩层与基板的第一表面之间，包覆发光二极管芯片并与金线隔离，且密封基板的通孔；及
保护层，设置于基板的第一表面上并罩设遮罩层与金线。
2.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述基板的第二表面上对应至少两个通孔处形成另一封胶层。
3.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述电路结构还包括延伸至第二表面的延伸层，延伸层覆盖基板的至少两个通孔。
4.如权利要求3所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述延伸层对应基板的至少两个通孔开设至少两个孔洞，该至少两个孔洞内填充焊料。
5.如权利要求1-4项中任意一项所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述基板的至少两个通孔内设有导热物质。
6.一种发光二极管封装结构的制造方法，步骤包括：
提供基板，该基板具有第一表面以及相对于第一表面的第二表面，以及贯穿第一表面与第二表面的至少两个通孔，第一表面上具有电路结构；
固定发光二极管芯片于该基板的第一表面上，该发光二极管芯片上具有焊点；
将遮罩层设置于基板的第一表面上并罩设在发光二极管芯片上，遮罩层对应发光二极管芯片上的焊点设有开口；
将金线穿过遮罩层的开口并使金线电连接发光二极管芯片的焊点及基板的电路结构；
在金线电连接发光二极管芯片的焊点及基板的电路结构之后，形成荧光层之前，在遮罩层的开口处设置用于固接金线与焊点的封胶层；
通过基板的通孔将荧光材料填充在遮罩层与基板的第一表面之间，荧光材料包覆发光二极管芯片后形成荧光层，该荧光层与金线隔离；及
设置保护层于基板的第一表面上并将遮罩层与金线罩设于该保护层内。
7.如权利要求6所述的发光二极管封装结构的制造方法，其特征在于：还包括在基板的第二表面上对应至少两个通孔处形成另一封胶层的步骤。
8.如权利要求6-7项中任意一项所述的发光二极管封装结构的制造方法，其特征在于：还包括在基板的至少两个通孔内填充导热物质的步骤。
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