TW201448277A - 封裝結構及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
本發明的實施例提供封裝結構及其形成方法。封裝結構包括:一導線架,具有一固晶區;一殼體,包覆部分之該導線架,該殼體具有相對的一內表面和一外表面,其中該內表面具有一向內凹陷之容腔,在該容腔底部裸露出該固晶區;一發光二極體晶片,設置在該固晶區;一第一膠體層,設置在該容腔內並覆蓋該發光二極體晶片;一分隔膜,設置在該容腔內之該第一膠體層上;以及一第二膠體層,設置在該容腔內之該分隔膜上;其中,該第二膠體層含有一波長轉換物質,而該第一膠體層不含任何波長轉換物質。
Description
本發明係有關於一種封裝結構及其形成方法,且特別是有關於一種具分隔膜的封裝結構及其形成方法。
發光二極體(light emitting diode;LED)具有體積小、耗電量少、壽命長、反應速度快等優點,近年來發光二極體已廣泛地應用於生活中的各種層面。
發光二極體是一種半導體元件,其可將電流轉換為光。然而,單一的發光二極體僅能發出特定波長的光,因此通常需要利用波長轉換物質,以將發光二極體所發出的光轉換為所需的波長。在現行的發光二極體封裝體中,波長轉換物質例如為螢光粉。藉由將螢光粉分散在封裝膠中,並利用點膠製程,可將螢光粉施加於發光二極體晶片上。然而,由於封裝膠與螢光粉互不相溶,故會有螢光粉分佈不均的問題。螢光粉係為昂貴材料,若能減少螢光粉於封裝膠中的用量,可以減少發光二極體的成本。
本發明在於提供一種封裝結構,其可減少螢光粉之用量,達到減低發光二極體成本之目的。在本發明一實施例中提供一種封裝結構,包括:一導線架,具有一固晶區;一殼
體,包覆部分之該導線架,該殼體具有相對的一內表面和一外表面,其中該內表面具有一向內凹陷之容腔,在該容腔底部裸露出該固晶區;一發光二極體晶片,設置在該固晶區;一第一膠體層,設置在該容腔內並覆蓋該發光二極體晶片;一分隔膜,設置在該容腔內之該第一膠體層上;以及一第二膠體層,設置在該容腔內之該分隔膜上;其中,該第二膠體層含有一波長轉換物質,而該第一膠體層不含任何波長轉換物質。
在本發明另一實施例中提供一種封裝結構的形成方法,包括:提供一封裝單元,該封裝單元包含有:一導線架,具有一固晶區;一殼體,包覆部分之該導線架,該殼體具有相對的一內表面和一外表面,其中該內表面具有一向內凹陷之容腔,在該容腔底部裸露出該固晶區;及一發光二極體晶片,設置於該固晶區;形成一第一膠體層覆蓋該發光二極體晶片;設置一分隔膜在該第一膠體層上;以及形成一波長轉換物質在該容腔內之該分隔膜上;其中,該第二膠體層含有一波長轉換物質,而該第一膠體層不含任何波長轉換物質。
在本發明又一實施例中提供一種封裝結構的形成方法,包括:提供一封裝單元,該封裝單元包含有:一導線架,具有一固晶區;一殼體,包覆部分之該導線架,該殼體具有相對的一內表面和一外表面,其中該內表面具有一向內凹陷之容腔,在該容腔底部裸露出該固晶區;及一發光二極體晶片,設置於該固晶區;將一具有複數孔隙之分隔膜架設在該發光二極體上方,且該分隔膜之邊緣係抵接於該容腔的內表面;提供一摻混有一波長轉換物質之封裝膠,且該波長轉換物質之粒徑大
於該些孔隙之孔徑;以及注入該封裝膠於該容腔內,使不含該波長轉換物質之該封裝膠穿過該分隔膜,形成一覆蓋該發光二極體晶片之第一膠體層,而未通過該分隔膜之含有該波長轉換物質之該封裝膠,則形成一第二膠體層於該分隔膜上面。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂,下文特舉出較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下:
10、12、14、16、20、22、24、26‧‧‧步驟
100、200‧‧‧封裝單元
C‧‧‧容腔
102‧‧‧導線架
104、204‧‧‧殼體
104a、204a‧‧‧內表面
104b、204b‧‧‧外表面
106‧‧‧發光二極體晶片
110、210‧‧‧第一膠體層
112、212‧‧‧分隔膜
114、214‧‧‧第二膠體層
116‧‧‧波長轉換物質
B‧‧‧固晶區
218‧‧‧封裝膠
108‧‧‧導線
第1圖顯示在本發明第一實施例中的封裝結構的剖面示意圖。
第2圖顯示在本發明第一實施例中形成封裝結構的流程圖。
第3A至3D圖顯示根據第2圖所示流程圖形成封裝結構的各階段剖面示意圖。
第4圖顯示在本發明第二實施例中的封裝結構的剖面示意圖。
第5圖顯示在本發明第二實施例中形成封裝結構的流程圖。
第6A至6E圖顯示根據第5圖所示流程圖形成封裝結構的各階段剖面示意圖。
因本發明之不同特徵而提供數個不同的實施例。本發明中特定的元件及安排係為了簡化,但本發明並不以這些
實施例為限。舉例而言,於第二元件上形成第一元件的描述可包括第一元件與第二元件直接接觸的實施例,亦包括具有額外的元件形成在第一元件與第二元件之間、使得第一元件與第二元件並未直接接觸的實施例。此外,為簡明起見,本發明在不同例子中以重複的元件符號及/或字母表示,但不代表所述各實施例及/或結構間具有特定的關係。
在第1圖顯示在本發明第一實施例中的封裝結構的剖面示意圖。封裝結構包括導線架102,具有固晶區B;殼體104,包覆部分之導線架102,殼體104具有相對的內表面104a和外表面104b,其中內表面104a具有向內凹陷之容腔,在容腔底部裸露出固晶區B;發光二極體晶片106,設置在固晶區B;第一膠體層110,設置在容腔內並覆蓋發光二極體晶片106;分隔膜112,設置在容腔內之第一膠體層110上;以及第二膠體層114,設置在容腔內之分隔膜112上;其中,第二膠體層114含有波長轉換物質116,而第一膠體層110不含任何波長轉換物質。
此外,如第1圖所示,封裝結構可更包括導線108,其電性連接發光二極體晶片106與導線架102。應注意的是,在本發明一些其他實施例中,也可利用覆晶接合的方式連接發光二極體晶片及導線架,而不需包含導線108。
分隔膜112可為一有機高分子薄膜,其材質例如為尼龍絲(nylon filament)、聚丙烯(polypropylene)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene)或纖維素酯(cellulose ester)其中之一或其組合。分隔膜112的厚度可介於1 μm至50 μm。分隔膜的厚度
較佳不可太大,否則會影響封裝效能。然而,也可根據使用上的需要調整分隔膜的材料及厚度,並非以此為限。
第一膠體層110可包括任何已知或未來發展的封裝膠,例如矽膠或環氧樹脂,但其中不含任何波長轉換物質。第一膠體層110的厚度可介於0.1mm至0.4 mm。然而,也可根據使用上的需要調整第一膠體層的材料及厚度,並非以此為限。
第二膠體層114可包括任何已知或未來發展的封裝膠,例如矽膠或環氧樹脂,並在其中混摻有波長轉換物質。波長轉換物質112例如為螢光粉、色素或顏料其中之一或其組合。在一實施例中,第一膠體層110及第二膠體層可具有相同的封裝膠,藉以達到較佳的相容性。第二膠體層114的厚度可介於0.1mm至0.4 mm。在一實施例中,第二膠體層的厚度小於第一膠體層的厚度。然而,也可根據使用上的需要調整第二膠體層的材料及厚度,並非以此為限。
應注意的是,第二膠體層114含有波長轉換物質116,而第一膠體層110不含任何波長轉換物質。此外,第二膠體層114中的波長轉換物質116可分佈於分隔膜112的表面及/或靠近分隔膜112表面之第二膠體層114的底部部分。如第1圖所示,在分隔膜112與第二膠體層114相鄰的表面上及第二膠體層114的底部部分可分佈有較多的波長轉換物質116。另外,在使用自然沈降或離心方法使波長轉換物質分佈於第二膠體層114中靠近分隔膜112的部分時,可能會有少部份的波長轉換物質仍未到達第二膠體層114之底部,因而在第二膠體層114的其他部分也可分佈有一些懸浮的波長轉換物質116。
在傳統的封裝結構中,通常直接以摻混有波長轉換物質(如螢光粉)的膠體填入容腔中。因此,在傳統的封裝結構中,波長轉換物質在膠體中的分佈範圍較廣且較不均勻,故需要較大的使用量。此外,即使在後續製程中以自然沉降或離心的方式將波長轉換物質大抵沉降至內腔的底部,仍無法有效改善上述問題。
然而,在本發明上述實施例中,可藉由以分隔膜分開第一膠體層及第二膠體層,並使波長轉換物質主要分佈於第二膠體層中靠近分隔膜的部分,使得波長轉換物質在整個膠體層中的分佈範圍較窄,但在分隔膜112上卻可呈現均勻的分佈,故可減少波長轉換物質的使用量,進而降低成本。此外,由於具有波長轉換物質的第二膠體層與導線架、發光二極體晶片等發熱源間具有一距離,可增進其信賴性表現(RA值)。
第2圖顯示在本發明第一實施例中形成封裝結構的流程圖。在步驟10中,提供封裝單元。在步驟12中,形成第一膠體層覆蓋封裝單元中的發光二極體晶片。在步驟14中,在第一膠體層上設置分隔膜。在步驟16中,在分隔膜上形成第二膠體層。
第3A至3D圖顯示根據第2圖所示第一實施例之流程圖形成封裝結構的各階段剖面示意圖。在以下實施例中的封裝結構可具有與第1圖的封裝結構相同或類似的元件及/或材料,故部分細節將不在此覆述。參照第2圖及第3圖(第3A至3D圖),在步驟10中,提供封裝單元100。封裝單元100包含具有固晶區B的導線架102;包覆部分導線架的殼體104;以及設置
於固晶區B的發光二極體晶片106。殼體104具有相對的內表面104a和外表面104b,其中內表面104a具有向內凹陷之容腔C,且在容腔C的底部裸露出固晶區B。在一實施例中,容腔C的深度可介於0.1mm至0.6mm。然而,也可根據使用上的需要調整容腔C的尺寸,並非以此為限。此外,如第2圖所示,封裝單元100可更包括導線108,其電性連接發光二極體晶片106與導線架102。
參照第2圖及第3圖(第3A至3D圖),在步驟12中,形成第一膠體層110覆蓋封裝單元100中的發光二極體晶片106。在一實施例中,可利用點膠製程形成第一膠體層110。然而,在其他實施例中,也可利用塗佈或其他適合的製程形成第一膠體層110。第一膠體層110可包括任何已知或未來發展的封裝膠,例如矽膠或環氧樹脂,但其中不含任何波長轉換物質。
參照第2圖及第3圖(第3A至3D圖),在步驟14中,在第一膠體層110上設置分隔膜112。如第3C圖所示,分隔膜112可直接放置在第一膠體層110上,並使其緊密貼合於第一膠體層110的上表面上。分隔膜112的形成可利用乾式成膜、濕式成膜等適合的成膜方法。在一實施例中,分隔膜112係一有機高分子薄膜,其材質例如為尼龍絲(nylon filament)、聚丙烯(polypropylene)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene)或纖維素酯(cellulose ester)其中之一或其組合。分隔膜112的厚度可介於1 μm至50 μm。在一些實施例中,分隔膜112的厚度不可太大,否則會影響封裝效能。然而,也可根據使用上的需要調整分隔膜的材料及厚度,並非以此為限。
參照第2圖及第3圖(第3A至3D圖),在步驟16中,在分隔膜112上形成第二膠體層114。在一實施例中,可利用點膠製程形成第二膠體層114。然而,在其他實施例中,也可利用塗佈或其他適合的製程形成第二膠體層114。第二膠體層114可包括任何已知或未來發展的封裝膠,例如矽膠或環氧樹脂,並在其中混摻有波長轉換物質。波長轉換物質116可為例如螢光粉、色素或顏料其中之一或其組合。在一實施例中,波長轉換物質116可利用自然沈降或離心方法使其分佈於第二膠體層114中靠近分隔膜112的部分。
如第3D圖所示,在分隔膜112與第二膠體層114相鄰的表面上及第二膠體層114的底部部分可分佈有較多的波長轉換物質116,但在第二膠體層114的其他部分也可分佈有一些懸浮的波長轉換物質116。相較於傳統的封裝結構,在此實施例中的波長轉換物質在整個膠體層中的分佈範圍較窄,但在分隔膜112上則可呈現均勻的分佈,故可減少波長轉換物質的使用量。
第4圖則顯示在本發明第二實施例的封裝結構之剖面示意圖。在此實施例中,導線架102、發光二極體晶片106、第一膠體層110、第二膠體層114、以及波長轉換材料116的結構及材料可與第1圖所示封裝結構大體相同或相似。然而,在此實施例中,分隔膜212可包括複數孔隙,且這些孔隙的孔徑小於波長轉換物質的粒徑。例如,分隔膜上的孔隙的孔徑大小可介於1至5μm。此外,封裝結構的殼體204的容腔之內表面204a可更具有階梯狀結構,且此階梯狀結構係設置於高於發光二極
體106的上表面之處。如第4圖所示,分隔膜112可被設置於階梯狀結構表面,且分隔膜與發光二極體的上表面間可具有一距離H。藉由階梯狀結構,可使分隔膜112更穩定的固定於第一膠體層110上。
如前述,由於第4圖之封裝結構中也具有分隔膜,故也可使波長轉換物質主要分佈於第二膠體層中靠近分隔膜的部分,而降低波長轉換物質的使用量,並降低成本。此外,由於具有波長轉換物質的第二膠體層與導線架、發光二極體晶片等發熱源間具有一距離,故可增進其顯色指數(Ra)。
第5圖顯示在本發明第二實施例形成封裝結構的流程圖。在步驟20中,提供封裝單元。在步驟22中,將具有複數孔隙之分隔膜架設在封裝單元中發光二極體晶片的上方。在步驟24中,提供摻混有波長轉換物質之封裝膠。在步驟26中,將封裝膠注入於封裝單元的容腔內,使不含波長轉換物質之封裝膠穿過分隔膜而形成覆蓋發光二極體晶片之第一膠體層,而未通過分隔膜之含有波長轉換物質之封裝膠則形成第二膠體層於分隔膜上面。
第6A至6E圖顯示根據第5圖所示流程圖形成封裝結構的各階段剖面示意圖。參照第5圖及第6圖(第6A至6E圖),在步驟20中,提供封裝單元200。封裝單元200包含有具有固晶區B的導線架102;包覆部分導線架102的殼體204;以及設置於固晶區B的發光二極體晶片106。殼體204具有相對的內表面204a和外表面204b,其中內表面204a具有向內凹陷之容腔C,且在容腔C的底部裸露出固晶區B。如第6A圖所示,容腔C之內
表面204a可具有階梯狀結構,且此階梯狀結構的上表面高於發光二極體106的上表面。
參照第5圖及第6圖(第6A至6E圖),在步驟22中,將具有複數孔隙之分隔膜212架設在封裝單元200中發光二極體晶片106的上方。如第6B圖所示,分隔膜212可架設於容腔C的階梯狀結構的水平部分上,且分隔膜212之邊緣可抵接於容腔C的內表面204a。此外,分隔膜212與發光二極體晶片106之間分隔有一距離,並未直接接觸。在一實施例中,分隔膜212與導電架102之間的距離介於0.1 mm至0.4 mm。
在第二實施例中,分隔膜212可包括複數孔隙,例如,孔徑大小介於1至5μm。在一實施例中,利用乾式成膜法形成分隔膜212,例如包括將分隔膜材料熔融後壓出成薄膜狀並進行退火。而後,在低溫下拉伸薄膜使其產生孔洞,再於高溫下拉伸以得到為具有複數孔隙之分隔膜212。在另一實施例中,則可利用濕式成膜法形成分隔膜212,例如包括將分隔膜材料與稀釋劑(diluent)在高溫下混合以形成單一膜,接著在後續冷卻步驟中分離分隔膜材料與稀釋劑。而後,萃取出稀釋劑以在分隔膜材料中形成孔洞。在一實施例中,分隔膜112係一有機高分子薄膜,其材質例如為尼龍絲(nylon filament)、聚丙烯(polypropylene)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene)或纖維素酯(cellulose ester)其中之一或其組合。
參照第5圖及第6圖(第6A至6E圖),在步驟24中,提供摻混有波長轉換物質116之封裝膠218。在此實施例中,波長轉換物質116之粒徑大於分隔膜212的孔隙之孔徑。波長轉換
物質116可為無機粉體,例如為螢光粉、色素或顏料其中之一或其組合,其粒徑大小例如介於6 um至20 um。在步驟24中,可將波長轉換物質116直接添加至封裝膠218中並均勻混合,使得波長轉換物質116大抵均勻的分佈於封裝膠218中。
參照第5圖及第6圖(第6A至6E圖),在步驟26中,將摻混有波長轉換物質116之封裝膠218注入於封裝單元的容腔C內。如第6D圖所示,由於波長轉換物質116之粒徑大於分隔膜212的孔隙之孔徑,波長轉換物質116會被留在分隔膜212的上表面,並使得不含波長轉換物質116之封裝膠218穿過分隔膜212而覆蓋於發光二極體晶片106上。在一實施例中,分隔膜212為有機高分子薄膜,波長轉換物質則為無機體(如螢光粉)。在此實施例中,由於封裝膠屬有機物質,而波長轉換物質則屬無機物質,且其粒徑大於薄膜之孔隙,故可使封裝膠穿過分隔膜,而波長轉換物質則無法穿透。藉此,可在分隔膜上製造出一層波長轉換物質層(如螢光粉層),使得波長轉換物質可平均散佈在分隔膜上,而達到控制沉降與減少波長轉換物質用量等效益。
參照第5圖及第6圖(第6A至6E圖),重覆步驟26,使得不含波長轉換物質116之封裝膠完全填滿容腔中在導線架102與分隔膜212之間的部分,而形成覆蓋發光二極體晶片106之第一膠體層210,而未通過分隔膜212之含有波長轉換物質116之封裝膠216則形成第二膠體層214(於分隔膜212上面)。在一實施例中,可利用自然沈降或離心方法,使得波長轉換物質116分佈於靠近分隔膜212之第二膠體層214的底部。如第13圖
所示,在分隔膜212與第二膠體層214相鄰的表面上及第二膠體層214的底部部分分佈有較多的波長轉換物質116,然而,在第二膠體層214的其他部分也分佈有一些懸浮的波長轉換物質116。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上,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,當可作任意之更動與潤飾,因此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。
102‧‧‧導線架
104‧‧‧殼體
104a‧‧‧內表面
104b‧‧‧外表面
106‧‧‧發光二極體晶片
110‧‧‧第一膠體層
112‧‧‧分隔膜
114‧‧‧第二膠體層
116‧‧‧波長轉換物質
B‧‧‧固晶區
108‧‧‧導線
Claims (20)
- 一種封裝結構,包括:一導線架,具有一固晶區;一殼體,包覆部分之該導線架,該殼體具有相對的一內表面和一外表面,其中該內表面具有一向內凹陷之容腔,在該容腔底部裸露出該固晶區;一發光二極體晶片,設置在該固晶區;一第一膠體層,設置在該容腔內並覆蓋該發光二極體晶片;一分隔膜,設置在該容腔內之該第一膠體層上;以及一第二膠體層,設置在該容腔內之該分隔膜上;其中,該第二膠體層含有一波長轉換物質,而該第一膠體層不含任何波長轉換物質。
- 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構,其中該分隔膜係一有機高分子薄膜。
- 如申請專利範圍第2項所述之封裝結構,其中該分隔膜之材質係為尼龍絲(nylon filament)、聚丙烯(polypropylene)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene)或纖維素酯(cellulose ester)其中之一或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構,其中該波長轉換物質分佈於該分隔膜表面及/或靠近該分隔膜表面之該第二膠體層底部。
- 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構,其中該容腔之該內表面具有一階梯狀結構,使該分隔膜可被設置於該 階梯狀結構表面,且該階梯狀結構是設置於高於該發光二極體表面之處。
- 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構,其中該第二膠體層之厚度係小於該第一膠體層。
- 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構,其中該波長轉換物質係為螢光粉、色素或顏料其中之一或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構,其中該分隔膜包括複數孔隙,且該些孔隙的孔徑小於該波長轉換物質的粒徑。
- 一種封裝結構的形成方法,包括:提供一封裝單元,該封裝單元包含有:一導線架,具有一固晶區;一殼體,包覆部分之該導線架,該殼體具有相對的一內表面和一外表面,其中該內表面具有一向內凹陷之容腔,在該容腔底部裸露出該固晶區;及一發光二極體晶片,設置於該固晶區;形成一第一膠體層覆蓋該發光二極體晶片;設置一分隔膜在該第一膠體層上;以及形成一第二膠體層在該容腔內之該分隔膜上;其中,該第二膠體層含有一波長轉換物質,而該第一膠體層不含任何波長轉換物質。
- 如申請專利範圍第9項所述之封裝結構的形成方法,其中該分隔膜係一有機高分子薄膜。
- 如申請專利範圍第10項所述之封裝結構的形成方 法,其中該分隔膜之材質係為尼龍絲(nylon filament)、聚丙烯(polypropylene)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene)或纖維素酯(cellulose ester)其中之一或其組合。
- 如申請專利範圍第9項所述之封裝結構的形成方法,其中該波長轉換物質利用自然沈降或離心方法分佈於該分隔膜表面及/或靠近該分隔膜表面之該第二膠體層底部。
- 如申請專利範圍第9項所述之封裝結構的形成方法,其中該容腔之該內表面具有一階梯狀結構,使該分隔膜可被設置於該階梯狀結構表面,且該階梯狀結構是設置於高於該發光二極體表面之處。
- 如申請專利範圍第9項所述之封裝結構的形成方法,其中該波長轉換物質係為螢光粉、色素或顏料其中之一或其組合。
- 一種封裝結構的形成方法,包括:提供一封裝單元,該封裝單元包含有:一導線架,具有一固晶區;一殼體,包覆部分之該導線架,該殼體具有相對的一內表面和一外表面,其中該內表面具有一向內凹陷之容腔,在該容腔底部裸露出該固晶區;及一發光二極體晶片,設置於該固晶區;將一具有複數孔隙之分隔膜架設在該發光二極體晶片上方,且該分隔膜之邊緣係抵接於該容腔的內表面;提供一摻混有一波長轉換物質之封裝膠,且該波長轉 換物質之粒徑大於該些孔隙之孔徑;以及注入該封裝膠於該容腔內,使不含該波長轉換物質之該封裝膠穿過該分隔膜,形成一覆蓋該發光二極體晶片之第一膠體層,而未通過該分隔膜之含有該波長轉換物質之該封裝膠,則形成一第二膠體層於該分隔膜上面。
- 如申請專利範圍第15項所述之封裝結構的形成方法,其中該分隔膜係一有機高分子薄膜。
- 如申請專利範圍第16項所述之封裝結構的形成方法,其中該分隔膜之材質係為尼龍絲(nylon filament)、聚丙烯(polypropylene)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene)或纖維素酯(cellulose ester)其中之一或其組合。
- 如申請專利範圍第15項所述之封裝結構的形成方法,其中該波長轉換物質利用自然沈降或離心方法分佈於靠近該分隔膜之該第二膠體層底部。
- 如申請專利範圍第15項所述之封裝結構的形成方法,其中該容腔之該內表面具有一階梯狀結構,使該分隔膜可被設置於該階梯狀結構表面,且該階梯狀結構是設置於高於該發光二極體表面之處。
- 如申請專利範圍第15項所述之封裝結構的形成方法,其中該波長轉換物質係為螢光粉、色素或顏料其中之一或其組合。
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