CN103311402B - 发光二极管封装以及承载板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种发光二极管封装以及承载板。该发光二极管封装具有横贯芯片座的多个沟槽，用以提供一机械连接，以强化芯片座与绝缘材间的结合，并降低可能发生于芯片座及绝缘层间的脱层的可能性。位于沟槽内及电极与芯片座间的间隙内的绝缘层共同形成一阻隔部，而阻隔部定义出一芯片承载区，以使光转变层限位于阻隔部内。

Description

发光二极管封装以及承载板
技术领域
本发明涉及一种封装结构，且特别是涉及一种发光二极管的封装结构。
背景技术
发光二极管装置已有许多不同的应用，例如扫描器灯源、投影装置的灯源、液晶显示器的背光源或前光源，汽车仪表板上的照明灯源，交通号志的灯源以及一般照明装置的灯源等等。相比较于传统灯管，例如白炽灯，发光二极管装置具有例如体积较小、使用寿命较长、驱动电压/电流较低、结构强度较高、不含汞(减少废弃时造成的污染)以及高发光效率以节省能源等显著优势。
发光二极管装置通常包括至少一表面粘着型的发光二极管封装，其内具有一发光二极管芯片。近年来，具有预封型导线架以承载发光二极管芯片的发光二极管封装已被提出，取代传统的陶制基板。预封型导线架包括一绝缘封装胶材包覆一导线架且封装胶材暴露出导线架的正电极与负电极。
然而，导线架与封装胶材间的结合力通常较弱，且导线架与封装胶材的热膨胀系数也有极大的差异。由于导线架与封装胶材的热膨胀系数不同，当传统的封装结构经历温度循环时，其导线架与封装胶材的界面即会诱发应力的产生。例如当发光二极管封装是以表面粘着方式至一印刷线路板时，其于回流焊接制作工艺期间应力会造成导线架与封装胶材之间的脱层现象。还可能使发光二极管封装经脱层处暴露于空气或湿气中，进而造成发光二极管封装的损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发光二极管封装，其可减少材料上的浪费及简化发光二极管封装的制作工艺。
为达上述目的，本发明的一实施例提出一种发光二极管封装，包括一壳体。壳体具有一开口，开口具有一开放式顶部、一封闭式底部及多个侧壁，侧壁连接封闭式底部及开放式顶部，壳体包括一导线架。导线架具有一芯片座及至少一电极。至少一电极经由至少一间隙而与芯片座隔离。芯片座包括一第一沟槽与一第二沟槽，第一沟槽及第二沟槽位于壳体的开口内，各沟槽的一端连接至少一间隙。壳体还包括一第一绝缘材。第一绝缘材部分地包覆导线架，且暴露一部分芯片座的一上表面及一部分至少一电极，部分第一绝缘材填入至少一间隙及第一及第二沟槽。发光二极管封装还包括一发光二极管芯片。发光二极管芯片配置于暴露的芯片座的上表面上，且位于第一沟槽及第二沟槽之间。发光二极管封装还包括一导线，导线连接发光二极管芯片至电极的暴露部分。发光二极管封装还包括一第二绝缘材。第二绝缘材包覆发光二极管芯片及导线。
本发明的另一实施例提出一种承载板，用于一发光二极管封装，承载板包括一导线架。导线架包括一芯片座。芯片座具有一上表面、一下表面、一第一沟槽及一第二沟槽。第一沟槽及第二沟槽完全地横贯上表面。导线架还包括一第一电极以及一第二电极。第一电极以及第二电极分别位于芯片座的相对两侧，第一电极以及第二电极与芯片座隔离。芯片座与第一电极通过一第一间隙分离，且第一间隙连通第一沟槽的一第一端以及第二沟槽的一第二端，而芯片座与第二电极通过一第二间隙分离，且第二间隙连通第一沟槽的一第二端以及第二沟槽的一第二端。芯片座的上表面具有以第一间隙、第二间隙、第一沟槽以及第二沟槽为边界的一芯片承载区。导线架还包括一绝缘材。绝缘材包覆部分的导线架。绝缘材至少暴露出芯片座的芯片承载区、一部分的第一电极以及一部分的第二电极，且一部分的绝缘材填入第一间隙、第二间隙、第一沟槽以及第二沟槽。
本发明的另一实施例提出一种发光二极管封装，发光二极管封装包括一导线架。导线架包括一芯片座。芯片座具有一第一沟槽与一第二沟槽，第一沟槽与第二沟槽横跨芯片座的一上表面。导线架还包括一第一电极以及一第二电极。第一电极以及第二电极分别位于芯片座的相对两侧，第一电极及第二电极通过连通第一沟槽及第二沟槽的第一间隙及第二间隙与芯片座间隔。第一间隙、第二间隙、第一沟槽及第二沟槽于芯片座上定义出的一芯片承载区。发光二极管封装还包括一第一绝缘材。第一绝缘材至少部分地填入第一间隙、第二间隙、第一沟槽以及第二沟槽且形成围绕芯片承载区的一阻隔部。发光二极管封装还包括一发光二极管芯片。发光二极管芯片位于芯片承载区内。发光二极管封装还包括多条导线。导线连接发光二极管芯片至第一电极与第二电极。发光二极管封装还包括一第二绝缘材，第二绝缘材包覆发光二极管芯片及导线。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的发光二极管封装的立体示意图；
图2为图1的发光二极管封装沿2-2线的剖面示意图；
图3为图1的发光二极管封装的导线架的立体示意图；
图4为图3的导线架的仰视示意图；
图5为图1的发光二极管封装的俯视示意图；
图6为本发明另一实施例的发光二极管封装的俯视示意图；
图7为图2的发光二极管封装的部分剖面示意图；
图8A为本发明另一实施例的发光二极管封装的部分剖面示意图；
图8B为图8A的发光二极管封装的立体示意图；
图9为本发明另一实施例的发光二极管封装的部分剖面示意图；
图10为本发明另一实施例的发光二极管封装的部分剖面示意图；
图11为本发明另一实施例的用于发光二极管封装的导线架的立体示意图；
图12为本发明另一实施例的发光二极管封装的俯视示意图；
图13为图12的发光二极管封装的立体示意图；
图14至图16为本发明的三个不同实施例的发光二极管封装的侧视示意图。
主要元件符号说明
100：发光二极管封装
102：壳体
110、110a：导线架
112：芯片座
112a：上表面
112b：芯片承载区
113：下表面
113a、115：凹部
114：第一电极
114a：第一打线接合区
116：第二电极
116a：第二打线接合区
117a：第一沟槽
117b：第二沟槽
120：第一绝缘材
122、622、722、822：阻隔部
122a、622a、722a、822a：阻隔部上表面
122b：斜面
124：周缘部
124a：垂直外壁
130：发光二极管芯片
132：保护元件
140：导线
142：第二导线
150：第二绝缘材
160：光转变层
170：第一间隙
180：第二间隙
190：侧壁
192：第一让位缺口
194：第二让位缺口
具体实施方式
请参考图1，本发明一实施例的发光二极管封装100包括一壳体102、一发光二极管芯片130以及一第二绝缘材或透镜150。壳体102包括一包覆于第一绝缘材120内的导线架110。发光二极管芯片130设置于壳体102所定义的一开口内。
图2为图1的发光二极管封装沿2-2线的剖面示意图。请参考图2，导线架110包括一芯片座112、一第一电极114及一第二电极116。导线架110的材质通常为金属，例如：铜、铝等，也可在导线架110表面镀上一金属镀层(metalcoating)例如镀银或镀金，以增加导电性。
第一电极114及第二电极116分别位于芯片座112的相对两侧。芯片座112、第一电极114及第二电极116相互分离，其中芯片座112与第一电极114之间相隔一第一间隙170，芯片座112与第二电极116之间相隔一第二间隙180。图3为导线架110的立体示意图。请参考图3，芯片座112包括两个沟槽117a、117b，且沟槽117a、117b横贯芯片座112的一上表面112a。在另一实施例中，两沟槽可如图6中的沟槽118a、118b所示，仅部分横跨上表面112a，而不横贯上表面112a。此部分将于之后做详述。
请参考图2及图3，第一间隙170分离芯片座112与第一电极114，而第二间隙180分离芯片座112与第二电极116。因此，在芯片座112的上表面112a上，以第一间隙170、第二间隙180、第一沟槽117a及第二沟槽117b为边界共同定义出一芯片承载区112b。部分的第一绝缘材120填入沟槽117a、117b中。由于沟槽117a、117b位于壳体102的开口内，第一绝缘材120填入沟槽117a、117b提供额外的机械互锁，以加强芯片座112与第一绝缘材120之间的接合，使芯片座112与第一绝缘材120之间不容易有脱层的现象发生。图4为导线架110的仰视示意图。请参考图4，导线架110可具有至少一凹部115于第一电极114或第二电极116上。
请参考图2，第一绝缘材120包覆部分导线架110，以将芯片座112电性绝缘于第一电极114及第二电极116。第一绝缘材120还可形成一周缘部124，以定义发光二极管封装100的区域，周缘部124由一垂直外壁124a所定义。周缘部124及导线架110共同定义出一壳体，壳体具有一开口，开口具有一开放式顶部、一封闭式底部及多个侧壁190，侧壁190连接开放式顶部及封闭式底部。该开口环状设置以容置半球状的第二绝缘材150。在另一实施例中，第一绝缘材120为一封装胶体，其材质可以是透明聚合物或是半透明聚合物，例如软胶、弹性物质或是树脂，其中树脂可为环氧树脂、硅胶或是环氧-硅胶混合树脂。
请参考图5，第一绝缘材120于壳体的封闭式底部暴露出至少一部分的芯片座112、一部分的第一电极114及一部分的第二电极116(暴露的部分以剖面线绘示)。此外，第一绝缘材120填入第一间隙170及第二间隙180，以使芯片座112该芯片座112电性绝缘于该第一电极114及第二电极116。
请继续参照图5，发光二极管芯片130配置于芯片座112的上表面112a上，以使发光二极管芯片130及芯片座112之间具有良好的导热性。举例而言，发光二极管芯片130可经由金属焊接固定于上表面112a。导线140分别连接第一电极114或第二电极116的暴露部分至发光二极管芯片130的电性接垫上(例如，正极与负极接垫)。在另一实施例中，负极接垫并非如前述实施例所示设置于发光二极管芯片130的顶面，而是设置于发光二极管芯片130的底面。负极接垫可以一导电材料电连接至芯片座112，而可不设置电极114、116的其中之一。
承上述，请继续参照图5，周缘部124的内侧壁上可设有一第一缺口192以及一第二缺口194，分别对应于该第一电极114的一第一打线接合区114a以及第二电极116的一第二打线接合区116a。在另一实施例中，若打线接合区114a、116a足以提供打线接合空间需求而无需缺口192、194提供额外的暴露区域时，则可不设置缺口192、194。
请回头参照图1及图2，第二绝缘材150包覆发光二极管芯片130及导线140。在本实施例中，第二绝缘材150可为一封装胶体，其材质可以是透明聚合物或是半透明聚合物，例如软胶、弹性物质或是树脂，其中树脂可为环氧树脂、硅胶或是环氧-硅胶混合树脂。为了增加上述的发光二极管封装所发射出的光线的均匀度，可散射其光线，使光线犹如从各种发射点射出。例如：添加散射粒子(未绘示)于第二绝缘材150中以散射光线。
请参考图2，光转变层160设置于第二绝缘材150与发光二极管芯片130之间，且覆盖发光二极管芯片130及部分导线140(未绘示于图2)。光转变层160包含光转变物质颗粒，例如为荧光颗粒。发光二极管芯片130射出的光线，例如：蓝光，可以被光转变物质颗粒转换为不同颜色的光线，例如：绿光、黄光或红光，其不同颜色的光线再混合以产生白光。光转变层160可选择性设置，例如在只发单色光的发光二极管封装中则不需设置光转变层160。在本发明的其他实施例中，也可将第二绝缘材150掺入光转变物质颗粒来取代光转变层160。
请继续参照图2，发光二极管封装100还包括一保护元件132，用以保护芯片130不承受过量电流。保护元件132设置于第二电极116上且通过一导线(未示于图中)电连接至第一电极114。第一绝缘材120覆盖保护元件132。保护元件132。例如为一稽纳二极管(ZenerDiode)。可调整工作电压并具有稳定电路的功能。
图7为图2的发光二极管封装的部分剖面示意图。请参照图7，其中，周缘部124及第二绝缘材150未绘示于图中以更清楚呈现内部构造。第一绝缘材120位于第一间隙170、第二间隙180、第一沟槽117a及第二沟槽117b的部分形成围绕芯片承载区112b的一阻隔部122。阻隔部122具有一顶部122a，其实质上与芯片座112的上表面112a共平面。在一实施例中，光转变层160由一光转变合成物形成，此光转变合成物包括散布于一透明硅聚合物的磷光粒子及二氧化硅粒子，其中透明硅聚合物可被热或光硬化。光转变合成物于液态时，可被涂布于芯片130及紧邻芯片130的芯片座112的上表面112a上，再将其硬化至固态，而形成光转变层160。通过光转变合成物的材料性质，使其比粘附于有机的阻隔部122更能稳固地粘附于具金属特性的芯片座。光转变合成物可被限制在阻隔部122之内，且一旦硬化至固态，其形成的光转变层160即会被限制在阻隔部122之内。
图8B为图8A的发光二极管封装的立体示意图。图8A及图8B绘示了本发明的另一实施例，其中发光二极管芯片130及光转变层160未绘示于图中以更清楚呈现内部构造。阻隔部622具有一上表面622a，其高于芯片座112的上表面112a。阻隔部622将光转变层160局限于阻隔部122所圈围的区域内。在另一实施例中，如图9所示，阻隔部722具有一上表面722a，其高于芯片座112的上表面112a，且阻隔部722的上表面722a在面向发光二极管芯片130的一侧具有一斜面122b。如此配置，阻隔部722将光转变层160局限在阻隔部722所圈围的区域内，并增加其出光效率。在另一实施例中，如图10所示，阻隔部822具有一上表面822a，其低于芯片座112的上表面112a而呈现出一凹陷部。如此配置，利用上表面822a的凹陷外型，将光转变层160局限于阻隔部822所圈围的区域内。光转变层160局限于图8A至图10的实施例的阻隔部622、722、822内，以便于对光转变层160加以硬化以固着于芯片座112的上表面112a上。
请参照图11，导线架110a可具有一或多个凹部113a于芯片座112的上表面112a，用以供第一绝缘材120填入，以增加芯片座112与第一绝缘材120之间的接合强度，使芯片座112与第一绝缘材120之间不容易有脱层的现象发生。同理，导线架110a具有至少一凹部115于第一电极114及/或第二电极116的表面，用以供第一绝缘材填入，以增加第一电极114及/或第二电极116与第一绝缘材120之间的接合强度，使第一电极114或第二电极116与第一绝缘材120之间不容易有脱层(de-lamination)的现象发生。
请参考图12及13，在本实施例中，第一绝缘材120覆盖除了第一打线接合区114a、第二打线接合区116a以及芯片承载区112b以外的导线架110上表面的所有区域，意即，第一绝缘材120只暴露导线架110的第一打线接合区114a、第二打线接合区116a以及芯片承载区112b。
图14至图16为数个发光二极管封装的侧视示意图，其第二绝缘材150有不同的配置。第二绝缘材150包覆发光二极管芯片130及导线140，且填充凹杯结构。在本发明的一实施例中，如图14所示，第二绝缘材150的一顶面与周缘部124的顶面共平面。在本发明的其他实施例中，如图15所示，第二绝缘材150还可包括一圆顶形透镜部，以增强发光二极管封装结构100的光萃取效率，如图16所示，第二绝缘材150包括一类椭球状透镜部，该透镜部的顶部被截去而形成一实质平坦表面。
虽然已合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (20)

1.一种发光二极管封装，包括：
壳体，具有开口，该开口具有开放式顶部、封闭式底部及多个侧壁，该些侧壁连接该封闭式底部及该开放式顶部，该壳体包括：
导线架，具有芯片座及至少一电极，该至少一电极经由至少一间隙而与该芯片座隔离，该芯片座包括第一沟槽与第二沟槽，该第一沟槽及该第二沟槽位于该壳体的该开口内，各沟槽的两端连接该至少一间隙；以及
第一绝缘材，部分地包覆该导线架以暴露一部分该芯片座的一上表面及一部分该至少一电极，且该第一绝缘材部分地填入该至少一间隙及该第一沟槽及该第二沟槽；
发光二极管芯片，配置于暴露的该芯片座的该上表面上，且位于该第一沟槽及该第二沟槽之间；
至少一导线，连接该发光二极管芯片至该至少一电极的暴露部分；以及
第二绝缘材，包覆该发光二极管芯片及该导线。
2.如权利要求1所述的发光二极管封装，其另包含光转变层，设于该第二绝缘材与该发光二极管芯片之间，该光转变层覆盖该发光二极管芯片。
3.如权利要求2所述的发光二极管封装，其中填入该间隙、该第一沟槽及该第二沟槽的部分该第一绝缘材形成围绕该光转变层的一阻隔部。
4.如权利要求3所述的发光二极管封装，其中该阻隔部的一上表面高于该芯片座的该上表面，且该阻隔部的该上表面在面向该发光二极管芯片的一侧为一斜面。
5.如权利要求3所述的发光二极管封装，其中该阻隔部的一上表面与该芯片座的该上表面共平面。
6.如权利要求3所述的发光二极管封装，其中该阻隔部的一上表面低于该芯片座的该上表面。
7.如权利要求1所述的发光二极管封装，其中该至少一电极包括至少一凹部，且该第一绝缘材填入至少部分的该凹部。
8.如权利要求1所述的发光二极管封装，其中该芯片座的该上表面包括至少一凹部，且该第一绝缘材填入至少部分的该凹部。
9.如权利要求1所述的发光二极管封装，其中该第一绝缘材包括位于该导线架的一周围且围绕该发光二极管芯片的一壁体，该壁体与该导线架共同形成一凹陷杯状结构，且该暴露部分的该芯片座的该上表面及该暴露部分的该电极位于该凹陷杯状结构的一底部。
10.如权利要求9所述的发光二极管封装，其中该凹陷杯状结构的该壁体的一侧壁上具有一缺口，以暴露出该电极的一打线接合区。
11.如权利要求10所述的发光二极管封装，其中该第一绝缘材覆盖与该上表面同侧的除了该打线接合区及一芯片承载区以外的该导线架的所有区域，该芯片承载区由该至少一间隙、该第一沟槽与该第二沟槽所定义。
12.一种承载板，用于一发光二极管封装，该承载板包括：
导线架，包括：
芯片座，具有上表面、下表面、第一沟槽及第二沟槽，该第一沟槽及该第二沟槽完全地横贯该上表面；以及
第一电极以及第二电极，分别位于该芯片座的相对两侧，该第一电极及该第二电极与该芯片座隔离，该芯片座与该第一电极通过一第一间隙分离，该芯片座与该第二电极通过一第二间隙分离，该第一沟槽及该第二沟槽的每一者连通该第一间隙及该第二间隙，该芯片座的该上表面具有以该第一间隙、该第二间隙、该第一沟槽以及该第二沟槽为边界的一芯片承载区；以及
绝缘材，包覆部分的该导线架且形成一周缘部，其中该绝缘材至少暴露出该芯片座的该芯片承载区、一部分的该第一电极以及一部分的该第二电极，且一部分的该绝缘材填入该第一间隙、该第二间隙、该第一沟槽以及该第二沟槽；
其中该周缘部与该导线架定义出一壳体，该壳体具有一开口，该开口具有一开放式顶部，该第一沟槽及该第二沟槽位于该壳体的该开口内。
13.如权利要求12所述的承载板，其中填入该第一间隙、该第二间隙、该第一沟槽以及该第二沟槽的部分该绝缘材形成围绕该芯片承载区的一阻隔部，该阻隔部的一上表面高于该芯片座的该上表面。
14.如权利要求13所述的承载板，其中该阻隔部的该上表面的一侧为一斜面。
15.如权利要求12所述的承载板，其中填入该第一间隙、该第二间隙、该第一沟槽以及该第二沟槽的部分该绝缘材形成围绕该芯片承载区的一阻隔部，该阻隔部的一上表面与该芯片座的该上表面共平面。
16.如权利要求12所述的承载板，其中位于该第一间隙、该第二间隙、该第一沟槽以及该第二沟槽的部分该绝缘材形成围绕该芯片承载区的一阻隔部，该阻隔部的一上表面低于该芯片座的该上表面。
17.如权利要求12所述的承载板，其中该绝缘材包括位于该导线架的一周围且环绕该芯片承载区的一壁体，该壁体与该导线架共同形成一凹陷杯状结构，且该芯片承载区位于该凹陷杯状结构的一底部。
18.如权利要求17所述的承载板，其中该凹陷杯状结构的该壁体的一侧壁上具有第一缺口以及第二缺口，以分别暴露出该第一电极的第一打线接合区以及该第二电极的第二打线接合区。
19.一种发光二极管封装，包括：
导线架，包括：
芯片座，具有第一沟槽与第二沟槽，该第一沟槽与该第二沟槽横跨该芯片座的一上表面；以及
第一电极以及第二电极，分别位于该芯片座的相对两侧，该第一电极及该第二电极通过第一间隙及第二间隙与该芯片座间隔，该第一沟槽及该第二沟槽的每一者连通该第一间隙及该第二间隙，该第一间隙、该第二间隙、该第一沟槽及该第二沟槽于芯片座上定义出一芯片承载区；
第一绝缘材，该第一绝缘材形成一周缘部且至少部分地填入该第一间隙、该第二间隙、该第一沟槽以及该第二沟槽且形成围绕该芯片承载区的一阻隔部；
发光二极管芯片，位于该芯片承载区内；
多条导线，连接该发光二极管芯片至该第一电极与该第二电极；以及
第二绝缘材，包覆该发光二极管芯片及该些导线；
其中该周缘部与该导线架定义出一壳体，该壳体具有一开口，该开口具有一开放式顶部，该第一沟槽及该第二沟槽位于该壳体的该开口内。
20.如权利要求19所述的发光二极管封装，还包括光转变层，设于该第二绝缘材与该发光二极管芯片之间，该光转变层覆盖该发光二极管芯片，其中该阻隔部的一上表面高于、共平面于或低于该芯片座的该上表面，且该阻隔部围绕该光转变层。
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