TW201326245A - 高穿透率的封裝發光二極體 - Google Patents

Abstract

一種高穿透率的封裝發光二極體，包含一基板、一發光元件、一引線單元，及一耐熱層。該發光元件形成在該基板上。該引線單元連接該基板與該發光元件。該耐熱層至少形成在該發光元件上且該耐熱層的成分包括矽利光樹脂及0.1%至10%重量百分比的環氧基矽烷。藉此，使該耐熱層的黏合效果較佳、穿透率較高，且不會黃變，能提高該高穿透率的封裝發光二極體的使用壽命。

Description

高穿透率的封裝發光二極體

本發明是有關於一種發光二極體，特別是指一種高穿透率的封裝發光二極體。

發光二極體(LED)相較於傳統白熾燈光具有多項優勢，省電、體積小、使用壽命長、效率高，及低污染等優點，使發光二極體成為取代現有照明設備的最佳方案。

發光二極體的晶片因為本身不具抗氧化、抗濕氣等保護作用，因此需要先將該晶片封裝才能夠使用。封裝的製程是利用複數金屬線將該晶片的複數電極分別連接到一基板上，使該晶片能夠利用該基板上的複數銲點與外界形成電路連接進而發光。

如圖1所示，現有的一封裝發光二極體包含一基板11、一晶片12、複數金屬線13，及一透光層14。該晶片12形成在該基板11上。該等金屬線13分別連接該晶片12及該基板11，使該晶片12的電子迴路能夠利用該等金屬線13傳輸到該基板11後與外界電性連接。該透光層14形在在該晶片12與該基板11上，該透光層14能使該晶片12發出的光線穿透，達到照明的功能，同時保護該晶片。

然而，該透光層14的成分主要為環氧(Epoxy)樹脂或矽利光(Silicone)樹脂。環氧樹脂本身含有會吸收紫外線的芳香族苯環結構，使用一段時間後該環氧樹脂會因為苯環吸收紫外線(UV)或吸熱老化而產生黃變，造成該透光層14的穿透率衰降，亮度降低。而矽利光樹脂的機械強度低於環氧樹脂，且與該晶片12的黏合性較差，其折射率在1.4至1.5間，因此與該晶片12的折射率差異大，使穿透率較低且亮度也較低。

因此，本發明的目的，即在提供一種不會黃變的高穿透率的封裝發光二極體。

於是，本發明高穿透率的封裝發光二極體包含一基板、一發光元件、一引線單元，及一耐熱層。該發光元件形成在該基板上。該引線單元連接該基板與該發光元件。該耐熱層至少形成在該發光元件上且該耐熱層的成分包括矽利光樹脂及0.1%至10%重量百分比的環氧基矽烷(Epoxysilane)，該耐熱層因為不具有苯環，因此不會黃變。且該環氧基矽烷是選自於通式(I)或通式(II)：

其中，R為CH₃烷基。

藉此，使該耐熱層有較佳的黏合性及較高的穿透率，能提高該高穿透率的封裝發光二極體的使用壽命。

本發明的功效是利用該環氧基矽烷的鍵結較強且沒有苯環，不易氧化且較耐熱，使該耐熱層不會黃變。同時，該環氧基矽烷使該耐熱層與該發光元件的黏合性較佳且穿透率較高，使該高穿透率的封裝發光二極體發光效率較佳。

<發明詳細說明>

有關本發明的前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的二個較佳實施例、四個製備例，以及二個具體例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

如圖2所示，本發明高穿透率的封裝發光二極體的一第一較佳實施例包含一基板2、一發光元件3、一引線單元4，及一耐熱層5。

在該第一較佳實施例中，該發光元件3為一氮化鎵晶片且形成在該基板2上，該引線單元4連接該基板2與該發光元件3，在該第一較佳實施例中，該引線單元4為多數金線，該等金線分別由該發光元件3連接到該基板2上。

利用點膠方式在該發光元件3、該基板2上形成該耐熱層5同時包覆該引線單元4，該耐熱層5的成分包括矽利光樹脂、0.1%至10%重量百分比的環氧基矽烷，及0%至20%重量百分比的奈米級二氧化矽(Silicone)或矽氧擴散粉(Silicone powder)。該環氧基矽烷是選自於通式(I)或通式(II)：

其中，R為CH₃烷基。

該環氧基矽烷同時能夠使該耐熱層5的強度提高，該耐熱層5內的環氧基矽烷含量為0.1%至10%重量百分比，每增加0.1%的環氧基矽烷會使該耐熱層5的穿透率下降0.1%，因此不宜過多。

該奈米級二氧化矽或矽氧擴散粉的含量為0%至20%重量百分比，該奈米級二氧化矽及矽氧擴散粉分別都具有Si-O-Si較強的鍵結，能夠使該耐熱層5的機械強度提高，但含量過多會使穿透率下降。

如圖3所示，本發明高穿透率的封裝發光二極體的一第二較佳實施例包含一基板2、一發光元件3、一引線單元4、一耐熱層5，及一透光層6。

該第二較佳實施例與該第一較佳實施例的結構大致相同，主要差異在於該耐熱層5的形成方式以及位置不相同，該第二較佳實施例還多了該透光層6。

在該第二較佳實施例中，利用射頻濺鍍方式僅在該發光元件3上形成厚度為0.5um至1mm的耐熱層5，該耐熱層5的成分和該第一較佳實施例相同。除了射頻濺鍍方式外，也可利用其他濺鍍方式在該發光元件3上形成該耐熱層5。

再利用射出成型方式在該耐熱層5、該引線單元4，及該基板2上形成該透光層6。該透光層6的成分包括聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，且該透光層6還包括1ppm至0.1%重量百分比的螢光增白劑及0.1%至10%重量百分比的環氧基矽烷。但該透光層6也可不包括該螢光增白劑或該環氧基矽烷。該第二較佳實施例的其他結構與該第一較佳實施例均相同，在此不再贅述。

以下四個製備例均為製備該耐熱層材料的方法，且以下該等製備例所使用的乙烯鍵矽基材料及氫鍵矽基材料即為矽利光樹脂，此為現有技術中已知的材料。

<製備例一>

(a)　將258g的氯乙烯(購自台塑)加入15000g的矽烷(Silane，購自德國Waker，型號62M)及千分之三的觸媒氫氧化鉀(KOH)，在溫度120℃下攪拌混合30分鐘即可得到15250g的乙烯鍵矽基材料(Vinylsilicone)。因在反應過程，部份材料參與反應被消耗，因此重量會減少。

(b)　將其中15000g的乙烯鍵矽基材料加入236g的環氧基矽烷(購自德國Waker，型號S510)，在溫度25℃下攪拌混合10分鐘即可得到15236g的A膠。此時，乙烯鍵矽基材料與環氧基矽烷不會互相反應。該環氧基矽烷的化學式如下：

(c)　將15000g的氫鍵矽基材料(Hydroxysilicone，購自德國Waker，型號62M)加入102g的醋酸酐(Acetic anhydride，購自德國Waker)，以及萬分之一濃度的觸媒金屬鉑(Pt，購自德國Waker)，在溫度25℃下攪拌混合10分鐘即可得到15102g的B膠。此時，氫鍵矽基材料、醋酸酐，及金屬鉑會互相反應。

(d)　將15236g的A膠加入15102g的B膠並在溫度25℃下攪拌混合10分鐘，使A膠與B膠產生聚合反應並得到30338g的共聚物。其中，該共聚物即為該耐熱層的材料並具有0.78%的環氧基矽烷。

<製備例二>

(a)　同<製備例一>之(a)所述的方法，得到15250g的乙烯鍵矽基材料。

(b)　將其中15000g的乙烯鍵矽基材料加入220g的環氧基矽烷(購自德國Waker，型號S520)，在溫度25℃下攪拌混合10分鐘即可得到15236g的A膠。此時，乙烯鍵矽基材料與環氧基矽烷不會互相反應。該環氧基矽烷的化學式如下：

(c)　同<製備例一>之(c)所述的方法，得到15102g的B膠。

(d)　將15220g的A膠加入15102g的B膠並在溫度25℃下攪拌混合10分鐘，使A膠與B膠產生聚合反應並得到30322g的共聚物。其中，該共聚物具有0.73%的環氧基矽烷。

<製備例三>

(a)　同<製備例一>之(a)所述的方法，得到15250g的乙烯鍵矽基材料。

(b)　將其中15000g的乙烯鍵矽基材料加入736g的環氧基矽烷，在溫度25℃下攪拌混合10分鐘即可得到15736g的A膠。此時，乙烯鍵矽基材料與環氧基矽烷不會互相反應。該環氧基矽烷的化學式如下：

(c)　同<具體例一>之(c)所述的方法，得到15102g的B膠。

(d)　將15736g的A膠加入15102g的B膠並在溫度25℃下攪拌混合10分鐘，使A膠與B膠產生聚合反應並得到30838g的共聚物。其中，該共聚物具有2.38%的環氧基矽烷。

<製備例四>

(a)　同<製備例一>之(a)所述的方法，得到15250g的乙烯鍵矽基材料。

(b)　將其中15000g的乙烯鍵矽基材料加入30克的奈米級二氧化矽(Nano SiO₂，購自德國Waker)，在溫度100℃下攪拌架橋10分鐘，再加入236 g的環氧基矽烷(型號S510)攪拌混合後即可得到15266g的A膠。

(c)　同<具體例一>之(c)所述的方法，得到15102g的B膠。

(d)　將15266g的A膠加入15102g的B膠並在溫度25℃下攪拌混合10分鐘，使A膠與B膠產生聚合反應並得到30368g的環氧矽利光樹脂。其中，該環氧矽利光樹脂具有0.099%二氧化矽，及0.78%的環氧基矽烷。

利用<製備例一>的方法所製得的A膠及B膠，將A膠與B膠以不同比例混合，得到多數分別具有1%至10%重量百分比環氧基矽烷的耐熱層材料，將此等耐熱層材料進行穿透率的量測，得到如圖4的曲線圖。

如圖4所示，當該環氧基矽烷含量為1%時，該耐熱層5的穿透率約為91%；當該環氧基矽烷含量為10%時，該耐熱層5的穿透率約為82%，且穿透率開始趨緩，因此該耐熱層5內的環氧基矽烷含量以0.1%至10%重量百分比為較佳範圍，且該含量在3%至5%時，其穿透率為最佳。

再利用<製備例四>的方法，加入不同重量的奈米級二氧化矽以製得不同的A膠，再與B膠分別混合後，得到多數分別具有0%至20%濃度奈米二氧化矽的耐熱層材料，將此等耐熱層材料進行穿透率的量測，得到如圖5的曲線圖。

如圖5所示，該奈米級二氧化矽的含量為0%時，即不添加，該耐熱層5的穿透率約為89%；該奈米級二氧化矽的含量為20%時，該耐熱層5的穿透率約為78%，且穿透率開始趨緩，因此，該奈米級二氧化矽或矽氧擴散粉的含量以0%至20%重量百分比為較佳範圍。

<具體例一>

(a)　將一氮化鎵晶片形成在一基板上，並使多數金線連接該基板與該晶片，此步驟是利用現有的封裝製程進行，不是本發明的重點，因此不在此贅述。

(b)　將<製備例一>所得到含有0.78%的環氧基矽烷的共聚物利用點膠方式在該晶片、該基板，及該等金線上形成一耐熱層後，即形成為本發明的高穿透率的封裝發光二極體。

(c)　將該高穿透率的封裝發光二極體在150℃下烘烤1小時，使該共聚物的聚合反應完成。

<具體例二>

(a)　同<具體例一>之(a)所述的方法，在一基板上形成有一晶片及多數金線。

(b)　將<製備例一>所得到的共聚物做成一靶材，再利用射頻濺鍍方式將此共聚物在該晶片上形成一厚度為0.5um的耐熱層。但步驟(b)也可以在步驟(a)之前先進行，先在該晶片上形成該耐熱層後，再將該晶片及該等金線依序分別形成在基板上。

(c)　將上一步驟的晶片及基板在150℃下烘烤1小時，使該共聚物的聚合反應完成。

(d)　利用射出成型將聚碳酸酯在該耐熱層、該引線單元，及該基板上形成一透光層後，即形成本發明的高穿透率的封裝發光二極體。

綜上所述，透過不含苯環的該耐熱層5來避免黃變並提高使用壽命，且利用環氧基矽烷的特性增加該耐熱層與該發光元件的黏合效果，同時能提高該耐熱層的機械強度，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2．．．基板

3．．．發光元件

4．．．引線單元

5．．．耐熱層

6．．．透光層

圖1是一剖面圖，說明現有的一封裝發光二極體；

圖2是一剖面圖，說明本發明的高穿透率的發光二極體的一第一較佳實施例；

圖3是一剖面圖，說明本發明的一第二較佳實施例；

圖4是一重量百分比對穿透率的曲線圖，說明本發明之一製備例所製得的耐熱層材料的環氧基矽烷重量百分比濃度分佈與其穿透率關係曲線圖；及

圖5是一濃度對穿透率的曲線圖，說明本發明之另一製備例所製得的耐熱層材料的奈米二氧化矽濃度分佈與其穿透率關係曲線圖。

2．．．基板

3．．．發光元件

4．．．引線單元

5．．．耐熱層

Claims (13)

1. 一種高穿透率的封裝發光二極體，包含：一基板；一發光元件，形成在該基板上；一引線單元，連接該基板與該發光元件；及一耐熱層，至少形成在該發光元件上，該耐熱層的成分包括矽利光樹脂及0.1%至10%重量百分比的環氧基矽烷，且該環氧基矽烷是選自於通式(I)或通式(II)： 其中，R為CH₃烷基。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的高穿透率的封裝發光二極體，其中，該耐熱層的成分還包括0%至20%重量百分比的奈米級二氧化矽及矽氧擴散粉的其中一種。
3. 根據申請專利範圍第1項或第2項所述的高穿透率的封裝發光二極體，其中，該耐熱層利用點膠方式形成在該發光元件及該基板上並包覆該引線單元。
4. 根據申請專利範圍第3項所述的高穿透率的封裝發光二極體，其中，該發光元件為一氮化鎵晶片。
5. 根據申請專利範圍第4項所述的高穿透率的封裝發光二極體，其中，該引線單元為多數金屬線。
6. 根據申請專利範圍第1項或第2項所述的高穿透率的封裝發光二極體，其中，該耐熱層僅形成在該發光元件上，且該高穿透率的封裝發光二極體還包含一形成在該耐熱層及該基板上並包覆該引線單元的透光層。
7. 根據申請專利範圍第6項所述的高穿透率的封裝發光二極體，其中，該耐熱層利用濺渡方式形成。
8. 根據申請專利範圍第7項所述的高穿透率的封裝發光二極體，其中，該耐熱層的厚度為0.5um至1mm。
9. 根據申請專利範圍第8項所述的高穿透率的封裝發光二極體，其中，該透光層利用射出成型方式形成。
10. 根據申請專利範圍第9項所述的高穿透率的封裝發光二極體，其中，該透光層的成分包括聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。
11. 根據申請專利範圍第10項所述的高穿透率的封裝發光二極體，其中，該透光層還包括1ppm至0.1%重量百分比的螢光增白劑。
12. 根據申請專利範圍第11項所述的高穿透率的封裝發光二極體，其中，該透光層還包括0.1%至10%重量百分比的環氧基矽烷。
13. 根據申請專利範圍第10項所述的高穿透率的封裝發光二極體，其中，該透光層還包括0.1%至10%重量百分比的環氧基矽烷。