TW201340410A - 發光二極體封裝以及承載板 - Google Patents

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Abstract

一種發光二極體封裝具有橫貫晶片座之多個溝槽，用以提供一機械連結，以強化晶片座與絕緣材間之結合，並降低可能發生於晶片座及絕緣層間之脫層的可能性。位於溝槽內及電極與晶片座間之間隙內的絕緣層共同形成一阻隔部，而阻隔部定義出一晶片承載區，以使光轉變層限位於阻隔部內。

Description

發光二極體封裝以及承載板
本發明是有關於一種封裝結構，且特別是有關於一種發光二極體的封裝結構。
發光二極體裝置已有許多不同的應用，例如掃描器燈源、投影裝置的燈源、液晶顯示器的背光源或前光源，汽車儀表板上的照明燈源，交通號誌的燈源以及一般照明裝置的燈源等等。相較於傳統燈管，例如白熾燈，發光二極體裝置具有例如體積較小、使用壽命較長、驅動電壓/電流較低、結構強度較高、不含汞(減少廢棄時造成的污染)以及高發光效率以節省能源等顯著優勢。
發光二極體裝置通常包括至少一表面黏著型之發光二極體封裝，其內具有一發光二極體晶片。近年來，具有預封型導線架以承載發光二極體晶片的發光二極體封裝已被提出，取代傳統的陶製基板。預封型導線架包括一絕緣封裝膠材包覆一導線架且封裝膠材暴露出導線架之正電極與負電極。
然而，導線架與封裝膠材間的結合力通常較弱，且導線架與封裝膠材的熱膨脹係數也有極大的差異。由於導線架與封裝膠材的熱膨脹係數不同，當傳統的封裝結構經歷溫度循環時，其導線架與封裝膠材的界面即會誘發應力的產生。例如當發光二極體封裝是以表面黏著方式至一印刷 線路板時，其於回流焊接製程期間應力會造成導線架與封裝膠材之間的脫層現象。更可能使發光二極體封裝經脫層處暴露於空氣或溼氣中，進而造成發光二極體封裝的損壞。
本發明提供一種發光二極體封裝，其可減少材料上的浪費及簡化發光二極體封裝的製程。
本發明之一實施例提出一種發光二極體封裝，包括一殼體。殼體具有一開口，開口具有一開放式頂部、一封閉式底部及多個側壁，側壁連接封閉式底部及開放式頂部，殼體包括一導線架。導線架具有一晶片座及至少一電極。至少一電極經由至少一間隙而與晶片座隔離。晶片座包括一第一溝槽與一第二溝槽，第一溝槽及第二溝槽位於殼體之開口內，各溝槽之一端連接至少一間隙。殼體更包括一第一絕緣材。第一絕緣材部份地包覆導線架，且暴露一部份晶片座之一上表面及一部份至少一電極，部份第一絕緣材填入至少一間隙及第一及第二溝槽。發光二極體封裝更包括一發光二極體晶片。發光二極體晶片配置於暴露之晶片座之上表面上，且位於第一溝槽及第二溝槽之間。發光二極體封裝更包括一導線，導線連接發光二極體晶片至電極之暴露部分。發光二極體封裝更包括一第二絕緣材。第二絕緣材包覆發光二極體晶片及導線。
本發明之另一實施例提出一種承載板，用於一發光二極體封裝，承載板包括一導線架。導線架包括一晶片座。 晶片座具有一上表面、一下表面、一第一溝槽及一第二溝槽。第一溝槽及第二溝槽完全地橫貫上表面。導線架更包括一第一電極以及一第二電極。第一電極以及第二電極分別位於晶片座的相對兩側，第一電極以及第二電極與晶片座隔離。晶片座與第一電極藉由一第一間隙分離，且第一間隙連通第一溝槽的一第一端以及第二溝槽的一第二端，而晶片座與第二電極藉由一第二間隙分離，且第二間隙連通第一溝槽的一第二端以及第二溝槽的一第二端。晶片座的上表面具有以第一間隙、第二間隙、第一溝槽以及第二溝槽為邊界的一晶片承載區。導線架更包括一絕緣材。絕緣材包覆部分的導線架。絕緣材至少暴露出晶片座的晶片承載區、一部分的第一電極以及一部份的第二電極，且一部分的絕緣材填入第一間隙、第二間隙、第一溝槽以及第二溝槽。
本發明之另一實施例提出一種發光二極體封裝，發光二極體封裝包括一導線架。導線架包括一晶片座。晶片座具有一第一溝槽與一第二溝槽，第一溝槽與第二溝槽橫跨晶片座之一上表面。導線架更包括一第一電極以及一第二電極。第一電極以及第二電極分別位於晶片座的相對兩側，第一電極及第二電極藉由連通第一溝槽及第二溝槽之第一間隙及第二間隙與晶片座間隔。第一間隙、第二間隙、第一溝槽及第二溝槽於晶片座上定義出的一晶片承載區。發光二極體封裝更包括一第一絕緣材。第一絕緣材至少部分地填入第一間隙、第二間隙、第一溝槽以及第二溝槽且 形成圍繞晶片承載區之一阻隔部。發光二極體封裝更包括一發光二極體晶片。發光二極體晶片位於晶片承載區內。發光二極體封裝更包括多條導線。導線連接發光二極體晶片至第一電極與第二電極。發光二極體封裝更包括一第二絕緣材，第二絕緣材包覆發光二極體晶片及導線。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
請參考圖1，本發明一實施例之發光二極體封裝100包括一殼體102、一發光二極體晶片130以及一第二絕緣材或透鏡150。殼體102包括一包覆於第一絕緣材120內之導線架110。發光二極體晶片130設置於殼體102所定義之一開口內。
圖2為圖1之發光二極體封裝沿2-2線的剖面示意圖。請參考圖2，導線架110包括一晶片座112、一第一電極114及一第二電極116。導線架110的材質通常為金屬，例如：銅、鋁等，亦可在導線架110表面鍍上一金屬鍍層(metal coating)例如鍍銀或鍍金，以增加導電性。
第一電極114及第二電極116分別位於晶片座112的相對兩側。晶片座112、第一電極114及第二電極116相互分離，其中晶片座112與第一電極114之間相隔一第一間隙170，晶片座112與第二電極116之間相隔一第二間隙180。圖3為導線架110之立體示意圖。請參考圖3，晶 片座112包括兩個溝槽117a、117b，且溝槽117a、117b橫貫晶片座112之一上表面112a。在另一實施例中，兩溝槽可如圖6中之溝槽118a、118b所示，僅部份橫跨上表面112a，而不橫貫上表面112a。此部分將於之後做詳述。
請參考圖2及圖3，第一間隙170分離晶片座112與第二電極116，而第二間隙180分離晶片座112與第一電極114。因此，於晶片座112的上表面112a上，以第一間隙170、第二間隙180、第一溝槽117a及第二溝槽117b為邊界共同定義出一晶片承載區112b。部分的第一絕緣材120填入溝槽117a、117b中。由於溝槽117a、117b位於殼體102之開口內，第一絕緣材120填入溝槽117a、117b提供額外的機械互鎖，以加強晶片座112與第一絕緣材120之間的接合，使晶片座112與第一絕緣材120之間不容易有脫層的現象發生。圖4為導線架110的仰視示意圖。請參考圖4，導線架110可具有至少一凹部115於第一電極114或第二電極116上。
請參考圖2，第一絕緣材120包覆部份導線架110，以將晶片座112電性絕緣於第一電極114及第二電極116。第一絕緣材120更可形成一周緣部124，以定義發光二極體封裝100之區域，周緣部124係由一垂直外壁124a所定義。周緣部124及導線架110共同定義出一殼體，殼體具有一開口，開口具有一開放式頂部、一封閉式底部及多個側壁190，側壁190連接開放式頂部及封閉式底部。該開口環狀設置以容置半球狀之第二絕緣材150。在另一 實施例中，第一絕緣材120為一封裝膠體，其材質可以是透明聚合物或是半透明聚合物，例如軟膠、彈性物質或是樹脂，其中樹脂可為環氧樹脂、矽膠或是環氧-矽膠混合樹脂。
請參考圖5，第一絕緣材120於殼體之封閉式底部暴露出至少一部份之晶片座112、一部份之第一電極114及一部份之第二電極116(暴露的部份以剖面線繪示)。此外，第一絕緣材120填入第一間隙170及第二間隙180，以使晶片座112該晶片座112電性絕緣於該第一電極114及第二電極116。
請繼續參照圖5，發光二極體晶片130配置於晶片座112之上表面112a上，以使發光二極體晶片130及晶片座112之間具有良好之導熱性。舉例而言，發光二極體晶片130可經由金屬銲接固定於上表面112a。導線140分別連接第一電極114或第二電極116之暴露部分至發光二極體晶片130之電性接墊上(例如，正極與負極接墊)。在另一實施例中，負極接墊並非如前述實施例所示設置於發光二極體晶片130之頂面，而是設置於發光二極體晶片130之底面。負極接墊可以一導電材料電性連接至晶片座112，而可不設置電極114、116的其中之一。
承上述，請繼續參照圖5，周緣部124之內側壁上可設有一第一缺口192以及一第二缺口194，分別對應於該第一電極114的一第一打線接合區114a以及第二電極116的一第二打線接合區116a。在另一實施例中，若打線接合 區114a、116a足以提供打線接合空間需求而無需缺口192、194提供額外的暴露區域時，則可不設置缺口192、194。
請回頭參照圖1及圖2，第二絕緣材150包覆發光二極體晶片130及導線140。在本實施例中，第二絕緣材150可為一封裝膠體，其材質可以是透明聚合物或是半透明聚合物，例如軟膠、彈性物質或是樹脂，其中樹脂可為環氧樹脂、矽膠或是環氧-矽膠混合樹脂。為了增加上述之發光二極體封裝所發射出之光線的均勻度，可散射其光線，使光線猶如從各種發射點射出。例如：添加散射粒子(未繪示)於第二絕緣材150中以散射光線。
請參考圖2，光轉變層160設置於第二絕緣材150與發光二極體晶片130之間，且覆蓋發光二極體晶片130及部分導線140(未繪示於圖2)。光轉變層160包含光轉變物質顆粒，例如為螢光顆粒。發光二極體晶片130射出的光線，例如：藍光，可以被光轉變物質顆粒轉換為不同顏色的光線，例如：綠光、黃光或紅光，其不同顏色的光線再混合以產生白光。光轉變層160可選擇性設置，例如在只發單色光之發光二極體封裝中則不需設置光轉變層160。在本發明的其他實施例中，亦可將第二絕緣材150掺入光轉變物質顆粒來取代光轉變層160。
請繼續參照圖2，發光二極體封裝100更包括一保護元件132，用以保護晶片130不承受過量電流。保護元件132設置於第二電極116上且藉由一導線(未示於圖中) 電性連接至第一電極114。第一絕緣材120覆蓋保護元件132。保護元件132。例如為一稽納二極體(Zener Diode)。可調整工作電壓並具有穩定電路之功能。
圖7為圖2之發光二極體封裝之部分剖面示意圖。請參照圖7，其中，周緣部124及第二絕緣材150未繪示於圖中以更清楚呈現內部構造。第一絕緣材120位於第一間隙170、第二間隙180、第一溝槽117a及第二溝槽117b的部分形成圍繞晶片承載區112b的一阻隔部122。阻隔部122具有一頂部122a，其實質上與晶片座112之上表面112a共平面。在一實施例中，光轉變層160係由一光轉變合成物形成，此光轉變合成物包括散佈於一透明矽聚合物之磷光粒子及二氧化矽粒子，其中透明矽聚合物可被熱或光硬化。光轉變合成物於液態時，可被塗佈於晶片130及緊鄰晶片130之晶片座112的上表面112a上，再將其硬化至固態，而形成光轉變層160。藉由光轉變合成物之材料性質，使其比黏附於有機的阻隔部122更能穩固地黏附於具金屬特性之晶片座。光轉變合成物可被限制在阻隔部122之內，且一旦硬化至固態，其形成之光轉變層160即會被限制在阻隔部122之內。
圖8A為圖8之發光二極體封裝的立體示意圖。圖8及圖8A繪示了本發明之另一實施例，其中發光二極體晶片130及光轉變層160未繪示於圖中以更清楚呈現內部構造。阻隔部622具有一上表面622a，其高於晶片座112之上表面112a。阻隔部622將光轉變層160局限於阻隔部122 所圈圍之區域內。在另一實施例中，如圖9所示，阻隔部722具有一上表面722a，其高於晶片座112之上表面112a，且阻隔部722之上表面722a在面向發光二極體晶片130的一側具有一斜面122b。如此配置，阻隔部722將光轉變層160局限在阻隔部722所圈圍之區域內，並增加其出光效率。在另一實施例中，如圖10所示，阻隔部822具有一上表面822a，其低於晶片座112之上表面112a而呈現出一凹陷部。如此配置，利用上表面822a之凹陷外型，將光轉變層160局限於阻隔部822所圈圍之區域內。光轉變層160局限於圖8至圖10之實施例的阻隔部622、722、822內，以便於對光轉變層160加以硬化以固著於晶片座112之上表面112a上。
請參照圖11，導線架110a可具有一或多個凹部113a於晶片座112的上表面112a，用以供第一絕緣材120填入，以增加晶片座112與第一絕緣材120之間的接合強度，使晶片座112與第一絕緣材120之間不容易有脫層的現象發生。同理，導線架110a具有至少一凹部115於第一電極114及/或第二電極116的表面，用以供第一絕緣材填入，以增加第一電極114及/或第二電極116與第一絕緣材120之間的接合強度，使第一電極114或第二電極116與第一絕緣材120之間不容易有脫層(de-lamination)的現象發生。
請參考圖12及13，在本實施例中，第一絕緣材120覆蓋除了第一打線接合區114a、第二打線接合區116a以 及晶片承載區112b以外的導線架110上表面之所有區域，意即，第一絕緣材120只暴露導線架110之第一打線接合區114a、第二打線接合區116a以及晶片承載區112b。
圖14至圖16為數個發光二極體封裝的側視示意圖，其第二絕緣材150有不同的配置。第二絕緣材150包覆發光二極體晶片130及導線140，且填充凹杯結構。在本發明之一實施例中，如圖14所示，第二絕緣材150的一頂面與周緣部124的頂面共平面。在本發明之其他實施例中，如圖15所示，第二絕緣材150更可包括一圓頂形透鏡部，以增強發光二極體封裝結構100的光萃取效率，如圖16所示，第二絕緣材150包括一類橢球狀透鏡部，該透鏡部之頂部被截去而形成一實質平坦表面。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧發光二極體封裝
102‧‧‧殼體
110、110a‧‧‧導線架
112‧‧‧晶片座
112a‧‧‧上表面
112b‧‧‧晶片承載區
113‧‧‧下表面
113a、115‧‧‧凹部
114‧‧‧第一電極
114a‧‧‧第一打線接合區
116‧‧‧第二電極
116a‧‧‧第二打線接合區
117a‧‧‧第一溝槽
117b‧‧‧第二溝槽
120‧‧‧第一絕緣材
122、622、722、822‧‧‧阻隔部
122a、622a、722a、822a‧‧‧阻隔部上表面
122b‧‧‧斜面
124‧‧‧周緣部
124a‧‧‧垂直外壁
130‧‧‧發光二極體晶片
132‧‧‧保護元件
140‧‧‧導線
142‧‧‧第二導線
150‧‧‧第二絕緣材
160‧‧‧光轉變層
170‧‧‧第一間隙
180‧‧‧第二間隙
190‧‧‧側壁
192‧‧‧第一讓位缺口
194‧‧‧第二讓位缺口
圖1為根據本發明一實施例之發光二極體封裝的立體示意圖。
圖2為圖1之發光二極體封裝沿2-2線的剖面示意圖。
圖3為圖1之發光二極體封裝之導線架的立體示意圖。
圖4為圖3之導線架的仰視示意圖。
圖5為圖1之發光二極體封裝之俯視示意圖。
圖6為本發明另一實施例之發光二極體封裝之俯視示意圖。
圖7為圖2之發光二極體封裝之部分剖面示意圖。
圖8為本發明另一實施例之發光二極體封裝之部分剖面示意圖。
圖8A為圖8之發光二極體封裝的立體示意圖。
圖9為本發明另一實施例之發光二極體封裝之部分剖面示意圖。
圖10為本發明另一實施例之發光二極體封裝之部分剖面示意圖。
圖11為本發明另一實施例之用於發光二極體封裝之導線架的立體示意圖。
圖12為本發明另一實施例之發光二極體封裝之俯視示意圖。
圖13為圖12之發光二極體封裝之立體示意圖。
圖14至圖16為本發明之三個不同實施例之發光二極體封裝的側視示意圖。
100‧‧‧發光二極體封裝
110‧‧‧導線架
112‧‧‧晶片座
112a‧‧‧晶片座上表面
112b‧‧‧晶片承載區
113‧‧‧晶片座下表面
114‧‧‧第一電極
116‧‧‧第二電極
120‧‧‧第一絕緣材
122‧‧‧阻隔部
124‧‧‧周緣部
130‧‧‧發光二極體晶片
132‧‧‧保護元件
150‧‧‧第二絕緣材
160‧‧‧光轉變層
170‧‧‧第一間隙
180‧‧‧第二間隙
190‧‧‧側壁

Claims (20)

  1. 一種發光二極體封裝，包括：一殼體，具有一開口，該開口具有一開放式頂部、一封閉式底部及多個側壁，該些側壁連接該封閉式底部及該開放式頂部，該殼體包括：一導線架，具有一晶片座及至少一電極，該至少一電極經由至少一間隙而與該晶片座隔離，該晶片座包括一第一溝槽與一第二溝槽，該第一溝槽及該第二溝槽位於該殼體之該開口內，各溝槽之一端連接該至少一間隙；以及一第一絕緣材，部份地包覆該導線架以暴露一部份該晶片座之一上表面及一部份該至少一電極，且該第一絕緣材部份地填入該至少一間隙及該第一及第二溝槽；一發光二極體晶片，配置於暴露之該晶片座之該上表面上，且位於該第一溝槽及該第二溝槽之間；至少一導線，連接該發光二極體晶片至該至少一電極之暴露部分；以及一第二絕緣材，包覆該發光二極體晶片及該導線。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝，其另包含一光轉變層設於該第二絕緣材與該發光二極體晶片之間，該光轉變層覆蓋該發光二極體晶片。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體封裝，其中填入該間隙、該第一溝槽及該第二溝槽之部分該第一絕 緣材形成圍繞該光轉變層的一阻隔部。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體封裝，其中該阻隔部的一上表面高於該晶片座之該上表面，且該阻隔部的該上表面在面向該發光二極體晶片的一側為一斜面。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體封裝，其中該阻隔部的一上表面實質上與該晶片座之該上表面共平面。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體封裝，其中該阻隔部的一上表面低於該晶片座之該上表面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝，其中該至少一電極包括至少一凹部，且該第一絕緣材填入至少部份之該凹部。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝，其中該晶片座的該上表面包括至少一凹部，且該第一絕緣材填入至少部份之該凹部。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝，其中該第一絕緣材包括位於該圍繞該發光二極體晶片的一壁體，該壁體與該導線架共同形成一凹陷杯狀結構，且該暴露部份之該晶片座之該上表面及該暴露部份之該電極位於該凹陷杯狀結構的一底部。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體封裝，其中該凹陷杯狀結構的該壁體之一側壁上具有一缺口，以暴露出該電極的一打線接合區。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體封裝，其中該第一絕緣材覆蓋與該上表面同側的除了該第一打線接合區、該第二打線接合區及一晶片承載區以外的該導線架的所有區域，該晶片承載區由該至少一間隙、該第一溝槽與該第二溝槽所定義。
  12. 一種承載板，用於一發光二極體封裝，該承載板包括：一導線架，包括：一晶片座，具有一上表面、一下表面、一第一溝槽及一第二溝槽，該第一溝槽及該第二溝槽完全地橫貫該上表面；以及一第一電極以及一第二電極，分別位於該晶片座的相對兩側，該第一電極及該第二電極與該晶片座隔離，該晶片座與該第一電極藉由一第一間隙分離，該第一間隙連通該第一溝槽的一第一端以及該第二溝槽的一第一端，該晶片座與該第二電極藉由一第二間隙分離，該第二間隙連通該第一溝槽的一第二端以及該第二溝槽的一第二端，該晶片座的該上表面具有以該第一間隙、該第二間隙、該第一溝槽以及該第二溝槽為邊界的一晶片承載區；以及一絕緣材，包覆部分的該導線架，其中該絕緣材至少暴露出該晶片座的該晶片承載區、一部分的該第一電極以及一部份的該第二電極，且一部分的該絕緣材填入該第一間隙、該第二間隙、該第一溝槽以及該第二溝槽。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之承載板，其中填入該第一間隙、該第二間隙、該第一溝槽以及該第二溝槽之部分該絕緣材形成圍繞該晶片承載區的一阻隔部，該阻隔部的一上表面高於該晶片座之該上表面。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之承載板，其中該阻隔部的該上表面的一側為一斜面。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之承載板，其中填入該第一間隙、該第二間隙、該第一溝槽以及該第二溝槽之部分該絕緣材形成圍繞該晶片承載區的一阻隔部，該阻隔部的一上表面實質上與該晶片座之該上表面共平面。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之承載板，其中位於該第一間隙、該第二間隙、該第一溝槽以及該第二溝槽之部分該絕緣材形成圍繞該晶片承載區的一阻隔部，該阻隔部的一上表面低於該晶片座之該上表面。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之承載板，其中該絕緣材包括位於該導線架之一周圍且環繞該晶片承載區的一壁體，該壁體與該導線架共同形成一凹陷杯狀結構，且該晶片承載區位於該凹陷杯狀結構的一底部。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之承載板，其中該凹陷杯狀結構的該壁體之一側壁上具有一第一缺口以及一第二缺口，以分別暴露出該第一電極的一第一打線接合區以及該第二電極的一第二打線接合區。
  19. 一種發光二極體封裝，包括：一導線架，包括： 一晶片座，具有一第一溝槽與一第二溝槽，該第一溝槽與該第二溝槽橫跨該晶片座之一上表面；以及一第一電極以及一第二電極，分別位於該晶片座的相對兩側，該第一電極及該第二電極藉由連通該第一溝槽及該第二溝槽之一第一間隙及一第二間隙與該晶片座間隔，該第一間隙、該第二間隙、該第一溝槽及該第二溝槽於晶片座上定義出一晶片承載區；一第一絕緣材，該第一絕緣材至少部分地填入該第一間隙、該第二間隙、該第一溝槽以及該第二溝槽且形成圍繞該晶片承載區之一阻隔部；一發光二極體晶片，位於該晶片承載區內；多條導線，連接該發光二極體晶片至該第一電極與該第二電極；以及一第二絕緣材，包覆該發光二極體晶片及該些導線。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之發光二極體封裝，更包括一光轉變層設於該第二絕緣材與該發光二極體晶片之間，該光轉變層覆蓋該發光二極體晶片，其中該阻隔部之一上表面高於、實質上共平面於或低於該晶片座之該上表面，且該阻隔部圍繞該光轉變層。
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