CN103367614A - 发光二极管的封装结构与其制法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发光二极管的封装结构与其制法。发光二极管的封装结构包括：基板；发光二极管芯片形成于基板上；第一疏水性阻挡层形成于基板上且包围发光二极管芯片；以及第一覆盖层形成于基板上且覆盖发光二极管芯片，其中第一疏水性阻挡层作为第一覆盖层的边界且第一覆盖层的切面与基板之间的夹角为约60-90度。本发明的发光二极管封装结构的制法简单且可利用简单的劈裂机进行单颗芯片分离步骤。

Description

发光二极管的封装结构与其制法
技术领域
本发明涉及发光二极管的封装结构，且特别涉及一种具有疏水性阻挡层的发光二极管封装结构。
背景技术
发光二极管(light emitting diode，LED)由于体积小、使用寿命长、耗电量低与亮度高等优点，以取代传统的灯泡，成为目前最重要的发光元件。
请参见图1，此图为现有以模造成型(molding)的方式形成的发光二极管封装结构10，发光二极管封装结构10包括基板12，发光二极管芯片14形成于基板12之上，导线16电性连接发光二极管芯片14与形成于基板12上的导线支架(图中未显示)，以及封装胶18覆盖于发光二极管芯片14之上。
现有进行模造成型步骤时，需要于模具中加上一层离形层(release film)以帮助脱模，然而，离形层的材料特殊，且模具设备成本高。此外，由于相邻两发光二极管芯片14之间的封装胶18具有一定的厚度，因此进行基板单颗芯片分离步骤时，仅能使用切割设备(dicing)，而无法使用较为简易的劈裂机(breaker)进行分离步骤。
美国专利公告号US 7,732,233提出一种发光二极管封装结构，其依据硅质载板本身的特性与硅质载板上的导引线、光电元件、凹杯结构(depression)及覆晶凸块等元件的配置，提高封装结构的可靠度。此专利需要先形成凹杯结构，接着将发光二极管芯片设置于凹杯结构中，于发光二极管芯片上再形成一平坦层，最后才形成封装胶，然而，此结构的复杂度高且制法步骤繁琐。
发明内容
本发明的目的在于提出一种发光二极管封装结构与其制法，使此封装结构的制法简单且可利用简单的劈裂机(breaker)进行单颗芯片分离步骤。
本发明提供一种发光二极管的封装结构，包括：一基板；一发光二极管芯片，形成于该基板上；一第一疏水性阻挡层，形成于该基板上且包围该发光二极管芯片；以及一第一覆盖层，形成于该基板上且覆盖该发光二极管芯片，其中该第一疏水性阻挡层作为该第一覆盖层的边界且该第一覆盖层的切面与该基板之间的夹角为约60-90度。
本发明另提供一种发光二极管的封装结构的制法，包括以下步骤：提供一基板；于该基板上形成一第一疏水性阻挡层；于该基板上形成一发光二极管芯片，其中该发光二极管芯片设置于该第一疏水性阻挡层所围绕的区域内；以及于该基板上且覆盖该发光二极管芯片形成一第一覆盖层，其中该第一疏水性阻挡层作为该第一覆盖层的边界且该第一覆盖层的切面与该基板之间的夹角为约60-90度
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1为一剖面图，用以说明现有的发光二极管的封装结构。
图2A为一剖面图，用以说明本发明的发光二极管的封装结构。
图2B为一俯视图，用以说明本发明的发光二极管的封装结构。
图3A-3C为一系列俯视图，用以说明本发明的第一疏水性阻挡层的各种实施例。
图4为一俯视图，用以说明本发明的第一覆盖层的结构。
图5为一剖面图，用以说明本发明的发光二极管的封装结构的第二实施例。
图6为一剖面图，用以说明本发明的发光二极管的封装结构的第三实施例。
图7为一剖面图，用以说明本发明的发光二极管的封装结构的第四实施例。
图8为一剖面图，用以说明本发明的发光二极管的封装结构具有多个发光二极管芯片。
其中，附图标记说明如下：
10～发光二极管封装结构
12～基板
14～发光二极管芯片
16～导线
18～封装胶
100～发光二极管的封装结构
102～基板
104～发光二极管芯片
106～第一疏水性阻挡层
108～第一覆盖层
110～掺杂物
110a～掺杂物层
112～导通孔
114～第一导电垫
116～第二导电垫
120～导线
150～切口
206～第二疏水性阻挡层
208～第二覆盖层
θ1～第一覆盖层的切面与基板之间的夹角
θ2～第二覆盖层的切面与基板之间的夹角
具体实施方式
图2A显示了本发明的发光二极管的封装结构100，发光二极管封装结构100包括基板102、发光二极管芯片104、第一疏水性阻挡层106、第一覆盖层108，其中发光二极管芯片104形成于基板102上，第一疏水性阻挡层106形成于基板102上且包围发光二极管芯片104，第一覆盖层108形成于基板102上且覆盖发光二极管芯片104。
此外，发光二极管的封装结构100还包括：多个导通孔(through hole)112，形成于基板102中；多个第一导电垫(conductive pad)114，形成于所述多个导通孔112上、多个第二导电垫116，形成于所述多个导通孔112下；多条导线120，形成于发光二极管芯片104上，其中发光二极管芯片104通过所述多个导线120、所述多个第一导电垫114、所述多个导通孔112电性连接至所述多个第二导电垫116。
须注意的是，通过导通孔112的设置，可帮助第一导电垫114与第二导电垫116之间的电性连接，缩短电性传输距离。
上述的基板102包括氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、硅(Si)基板、碳化硅(SiC)、铜金属或其合金、铝金属或其合金、金属核心印刷电路板(metal coreprinted circuit board，MCPCB)、覆铜陶瓷基板(direct bond copper，DBC)、FR4板或FR5板等材质，例如为FR4或FR5环氧玻纤布基板。
上述的第一疏水性阻挡层106的材料包括氟系材料或硅氧烷系材料，例如铁弗龙(Teflon)或四乙氧基硅烷(tetraethoxy-silane)的纳米晶体及结构，且上述的第一疏水性阻挡层106的材料可以是透明或不透明材料。
上述的第一覆盖层108的材料包括硅胶(silicone)、环氧树脂(epoxy)、玻璃或上述的组合。
请参见图2B，此图显示图2A的俯视图，其中第一疏水性阻挡层106的图案为圆形，其包围发光二极管芯片104，其厚度约为10-500μm。
须注意的是，第一疏水性阻挡层106作为第一覆盖层108的边界，以避免第一覆盖层108的材料溢流，且通过第一疏水性阻挡层106的疏水表面的物理性质，可使第一覆盖层108具有凸起的结构，凸起的结构可提升发光二极管芯片104的出光效率，其中第一覆盖层108的切面ff’与基板102之间的夹角θ1为约60-90度。
请参见图3A-3C，所述多个图显示第一疏水性阻挡层106的各种实施例的俯视图。
于图3A中，第一疏水性阻挡层106的图案为矩形。于图3B中，第一疏水性阻挡层106的图案为椭圆形。于图3C中，第一疏水性阻挡层106的图案为三角形。此外，除上述的图案外，只要是第一疏水性阻挡层106包围发光二极管芯片104，其它规则或不规则的图案亦在本发明所保护的范围内。
请参见图4，此图显示第一覆盖层106的其它实施例。图4与图2B类似，其差异在于图1中，第一覆盖层106为连续区块，于图4中，第一覆盖层106为不连续区块。
请参见图5，此图显示本发明的发光二极管的封装结构的第二实施例。图5中与图2A相同的元件，使用相同的附图标记表示，在此不再赘述。
于图5中，第一覆盖层108中还包括掺杂物110，掺杂物110包括光扩散粒子或光波长转换粒子，掺杂物110的作用在于增加发光二极管芯片104的光色均匀性(spatial light color uniformity)以及产生不同于发光二极管芯片104的光。
光扩散粒子包括二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)、氟化钙(CaF2)、碳酸钙(CaCO3)、硫酸钡(BaSO4)或上述的组合。
光波长转换粒子包括钇铝石榴石(YAG)荧光粉、硅酸盐(silicate)荧光粉、铽铝石榴石(TAG)荧光粉、氧化物荧光粉、氮化物荧光粉、铝氧化物荧光粉或上述的组合。
请参见图6，此图显示本发明的发光二极管的封装结构的第三实施例。于图6中，发光二极管芯片104的表面上包括掺杂物层110a，掺杂物层110a包括光扩散粒子层或光波长转换粒子层，掺杂物层110a的作用在于增加发光二极管芯片104的光色均匀性以及产生不同于发光二极管芯片104的光。
请参见图7，此图显示本发明的发光二极管的封装结构的第四实施例。图7中与第2A图相同的元件，使用相同的附图标记表示，在此不再赘述。
图7与图2A的差异在于，图7中新增了第二疏水性阻挡层206与第二覆盖层208，其中第二疏水性阻挡层206形成于基板102上且围绕第一疏水性阻挡层106，第二覆盖层208形成于基板102与第一覆盖层108上，其中第二疏水性阻挡层206作为第二覆盖层208的边界且第二覆盖层208的切面f1f1’与基板102之间的夹角θ2为约60-90度。
此外，于其它实施例中，第二覆盖层208中还包括掺杂物(图7中未绘制)，掺杂物包括光扩散粒子或光波长转换粒子，掺杂物的作用在于增加发光二极管芯片104的光色均匀性以及产生不同于发光二极管芯片104的光。
请参见图8，此图显示本发明的发光二极管的封装结构中具有多个发光二极管芯片。于图8中显示3个发光二极管芯片104，然而，发光二极管芯片104的数目并不以此为限，本领域人士可依实际应用的需求，调整发光二极管芯片104的数目。
须注意的是，本发明通过第一疏水性阻挡层106作为第一覆盖层108的边界，因此，相邻的两个发光二极管封装结构之间不会有第一覆盖层108的材料溢流的问题。
此外，现有技术中(请参见图1)，由于模造成型工艺所形成的封装结构，会使单颗芯片分离的方式受限。而本发明通过第一疏水性阻挡层106的设置，可使进行单颗芯片分离步骤时，除了使用激光切割或刀片切割方式，亦可使用劈裂机(沿着切口150)分离单颗芯片。
此外，请再次参见图2A，本发明亦提供一种发光二极管的封装结构的制法，包括以下步骤，首先提供基板102。接着，形成第一疏水性阻挡层106于基板102上。形成该第一疏水性阻挡层的方法包括点胶工艺(Dispensingprocess)、网印工艺(screening process)、贴合工艺(laminate adhesive process)、黄光微影工艺(lithography process)、喷涂工艺(printing process)或沉积工艺(deposition process)。
之后，形成发光二极管芯片104于基板102上，其中发光二极管芯片104设置于第一疏水性阻挡层106所围绕的区域内。
接着，形成第一覆盖层108于基板102上且覆盖发光二极管芯片104，其中第一疏水性阻挡层106作为第一覆盖层108的边界且第一覆盖层108的切面ff’与基板102之间的夹角为约60-90度。形成第一覆盖层108的方法包括点胶工艺、网印工艺、模具成型工艺(molding)或贴合工艺。
须注意的是，现有若要使封胶层具有凸起结构，需要使用模具成型工艺(molding)，而本发明通过第一疏水性阻挡层106的疏水特性，可使用较为简易的点胶工艺，即可形成具有凸起结构的第一覆盖层108。
除上述制法外，若要形成如图5所示的结构，亦可形成掺杂物110于第一覆盖层108中，掺杂物110包括光扩散粒子或光波长转换粒子。
再者，若要形成如图6所示的结构，于形成该第一覆盖层108之前，还包括于发光二极管芯片104的表面上形成掺杂物层110a，掺杂物层110a包括光学扩散层或光波长转换层。
此外，若要形成如图7所示的结构，包括以下步骤：
于基板102上且围绕第一疏水性阻挡层106形成第二疏水性阻挡层206；以及于基板102与第一覆盖层108上形成第二覆盖层208，其中第二覆盖层208以第二疏水性阻挡层206作为边界且第二覆盖层208的切面f1f1’与基板102之间的夹角θ2为约60-90度。
综上所述，本发明所提供的发光二极管的封装结构与其制法，具有下述优点：
(1)第一疏水性阻挡层106作为第一覆盖层108的边界，以避免第一覆盖层108的材料溢流；
(2)第一疏水性阻挡层106的疏水表面的物理性质，可使第一覆盖层108具有凸起的结构，凸起的结构可提升发光二极管芯片104的出光效率；
(3)通过第一疏水性阻挡层106的设置，可使进行单颗芯片分离步骤时，除了使用激光切割或刀片切割方式，亦可使用劈裂机分离单颗芯片。
虽然本发明已以多个较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作任意的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围者为准。

Claims (20)

1.一种发光二极管的封装结构，包括：
一基板；
一发光二极管芯片，形成于该基板上；
一第一疏水性阻挡层，形成于该基板上且包围该发光二极管芯片；以及
一第一覆盖层，形成于该基板上且覆盖该发光二极管芯片，其中该第一疏水性阻挡层作为该第一覆盖层的边界且该第一覆盖层的切面与该基板之间的夹角为约60-90度。
2.如权利要求1所述的发光二极管的封装结构，其中该基板包括氧化铝、氮化铝、硅基板、碳化硅、铜金属或其合金、铝金属或其合金、金属核心印刷电路板、覆铜陶瓷基板、FR4板或FR5板。
3.如权利要求1所述的发光二极管的封装结构，其中该第一疏水性阻挡层的材料包括氟系材料或硅氧烷系材料。
4.如权利要求1所述的发光二极管的封装结构，其中该第一疏水性阻挡层包括透明或不透明材料。
5.如权利要求1所述的发光二极管的封装结构，其中该第一疏水性阻挡层的图案包括圆形、矩形、椭圆形、菱形、三角形或不规则形状。
6.如权利要求1所述的发光二极管的封装结构，其中该第一疏水性阻挡层的厚度为约10-500μm。
7.如权利要求1所述的发光二极管的封装结构，其中该第一覆盖层的材料包括硅胶、环氧树脂、玻璃或上述的组合。
8.如权利要求1所述的发光二极管的封装结构，其中该第一覆盖层包括连续或不连续区块。
9.如权利要求1所述的发光二极管的封装结构，其中该第一覆盖层中还包括一光扩散粒子或一光波长转换粒子。
10.如权利要求9所述的发光二极管的封装结构，其中该光扩散粒子包括二氧化硅、氧化铝、氧化钛、氟化钙、碳酸钙、硫酸钡或上述的组合。
11.如权利要求9所述的发光二极管的封装结构，其中该光波长转换粒子包括钇铝石榴石荧光粉、硅酸盐荧光粉、铽铝石榴石荧光粉、氧化物荧光粉、氮化物荧光粉、铝氧化物荧光粉或上述的组合。
12.如权利要求1所述的发光二极管的封装结构，其中该发光二极管芯片的表面上还包括一光学扩散层或一光波长转换层。
13.如权利要求1所述的发光二极管的封装结构，还包括：
一第二疏水性阻挡层，形成于该基板上且围绕该第一疏水性阻挡层；以及
一第二覆盖层，形成于该基板与该第一覆盖层上，其中该第二疏水性阻挡层作为该第二覆盖层的边界且该第二覆盖层的切面与该基板之间的夹角为约60-90度。
14.如权利要求1所述的发光二极管的封装结构，还包括：
多个形成于该基板中的导通孔；
多个形成于所述多个导通孔上的第一导电垫，多个形成于所述多个导通孔下的第二导电垫；
多条形成于该发光二极管芯片上的导线，其中该发光二极管芯片通过所述多个导线、所述多个第一导电垫、所述多个导通孔电性连接至所述多个第二导电垫。
15.一种发光二极管的封装结构的制法，包括以下步骤：
提供一基板；
于该基板上形成一第一疏水性阻挡层；
于该基板上形成一发光二极管芯片，其中该发光二极管芯片设置于该第一疏水性阻挡层所围绕的区域内；以及
于该基板上且覆盖该发光二极管芯片形成一第一覆盖层，其中该第一疏水性阻挡层作为该第一覆盖层的边界且该第一覆盖层的切面与该基板之间的夹角为约60-90度。
16.如权利要求15所述的发光二极管的封装结构的制法，其中形成该第一疏水性阻挡层的方法包括点胶工艺、网印工艺、贴合工艺、黄光微影工艺、喷涂工艺或沉积工艺。
17.如权利要求15所述的发光二极管的封装结构的制法，其中形成该第一覆盖层的方法包括点胶工艺、网印工艺、模具成型工艺或贴合工艺。
18.如权利要求15所述的发光二极管的封装结构的制法，其中该制法还包括：
于该第一覆盖层中形成一光扩散粒子或一光波长转换粒子。
19.如权利要求15所述的发光二极管的封装结构的制法，于形成该第一覆盖层之前，还包括以下步骤：
于该发光二极管芯片的表面上形成一光学扩散层或一光波长转换层。
20.如权利要求15所述的发光二极管的封装结构的制法，其中该制法还包括以下步骤：
于该基板上且围绕该第一疏水性阻挡层形成一第二疏水性阻挡层；以及
于该基板与该第一覆盖层上形成一第二覆盖层，其中该第二覆盖层以该第二疏水性阻挡层作为边界且该第二覆盖层的切面与该基板之间的夹角为约60-90度。
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