TW201505216A - 發光二極體封裝結構及發光元件 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種發光二極體封裝結構，其包括一散熱板、一電路複合層、一發光二極體晶片以及一封裝膠體。散熱板包括有一固晶區、一電路區以及一區隔該固晶區和電路區之第一擋牆(dam)，其中第一擋牆是藉由沖壓或折彎該散熱板所形成。電路複合層設於該電路區上，且發光二極體晶片設於該固晶區內並電性連接該電路複合層並受封裝膠所覆蓋。本發明亦揭露一種運用上述發光二極體封裝結構之發光元件。

Description

發光二極體封裝結構及發光元件
本發明係關於一種發光二極體封裝結構，特別係關於一種使用散熱板分離發光二極體晶片與電路複合層之發光二極體封裝結構。
發光二極體屬於半導體元件，其發光晶片之材料主要為III-V族化學元素，如：磷化錄(GaP)、砷化錄(GaAs)等化合物半導體，其發光原理係將電能轉換為光，也就是對化合物半導體施加電流，透過電子與電洞的結合，將能量以光的形式釋出，進而達成發光的效果。由於發光二極體的發光現象不是藉由加熱發光或放電發光，因此發光二極體的壽命長達十萬小時以上，且無須暖燈時間(idling time)。此外，發光二極體更具有反應速度快、體積小、用電省、污染低、高可靠度、適合量產等優點，所以發光二極體所能應用的領域十分廣泛，如大型看板、交通號誌燈、手機、掃描器、傳真機之光源以及照明裝置等。由於發光二極體的發光亮度與發光效率持續地提昇，同時白光的發光二極體也被成功地量產，所以逐漸有發光二極體被應用在顯示器、照明裝置等產品中。
請參照第1圖，習知的發光二極體封裝結構100 包括一基板110、一電路複合層120、複數個發光二極體晶片130以及一封裝膠體140。電路複合層120設置於基板110上，且包括一膠合層121、一介電層122及一電路層123。複數個發光二極體晶片130設置於基板110上並利用金線125連結於電路層123。此外，封裝膠體140包覆發光二極體晶片130以及部分電路複合層120，使部分電路複合層120暴露於封裝膠體140外，以作為外部電極。
然而，在高溫，高濕與高強光衝擊下，發光二極體封裝結構100之電路複合層120易老化產生質變，進而影響發光二極體封裝結構100出光亮度與壽命。
有鑑於習知技術之缺點，本發明提供多種不同實施例。
根據本發明之一實施例，發光二極體封裝結構包括一散熱板、一電路複合層、一發光二極體晶片以及一封裝膠。散熱板包括有一固晶區、一電路區以及一區隔該固晶區和電路區之第一擋牆(dam)，其中第一擋牆是藉由沖壓或折彎該散熱板所形成。電路複合層設於該電路區上，且發光二極體晶片設於該固晶區內並電性連接該電路複合層並受封裝膠所覆蓋。
在上述實施例中，該固晶區內包括有複數發光二極體晶片，且相鄰之各該等發光二極體晶片之間係以一第二擋牆加以隔離。第二擋牆之高度係等於或高於發光二極體晶片之高度，且第二擋牆係以沖壓或折彎該固晶區內 之該散熱板所形成，其中第二擋牆與固晶區表面形成一夾角θ2，90度<θ2<180度。
根據本發明之另一實施例，上述發光二極體封裝結構包括一散熱板、一電路複合層、一發光二極體晶片以及一封裝膠。散熱板包括有一固晶區、一電路區和一區隔該固晶區和電路區之第一擋牆(dam)，其中該固晶區具有複數沖壓形成的凹陷的次固晶區。電路複合層設於該電路區，且發光二極體晶片分別設於每一該等凹陷的次固晶區內，並電性連接該電路複合層並受封裝膠所覆蓋。
在上述實施例中，每一該等凹陷的次固晶區呈圓形凹槽或方格凹槽，且每一該等凹陷的次固晶區之深度等於或大於每一該等發光二極體晶片之高度。並且，每一該等凹陷的次固晶區之側壁與每一該等凹陷的次固晶區表面形成一夾角θ2，且90°<θ2<180°。
在上述任一實施例中，該第一擋牆具有一面向該電路區之外壁及一面向該固晶區之內壁，該外壁垂直於該電路區之該散熱板，且該內壁則與位在該固晶區內之該散熱板形成一夾角θ1，且90度<θ1<180度。並且，第一擋牆之頂端係等高或高於該電路複合層表面。
在上述任一實施例中，發光二極體封裝結構包括一反射層，設於該固晶區表面，使該發光二極體晶片被固著於該反射層上，且該散熱板包括一散熱性佳之金屬，且該散熱板之厚度介於0.1mm至1.5mm之間。另外，該電路複合層具有一壓合層、一介電層及一線路層，依序堆疊於 該散熱板上。
根據本發明之另一實施例，發光元件包括上述任一實施例之發光二極體封裝結構。
1、1b‧‧‧發光元件
100‧‧‧發光二極體封裝結構
110‧‧‧基板
120‧‧‧電路複合層
121‧‧‧膠合層
122‧‧‧介電層
123‧‧‧電路層
125‧‧‧金線
130‧‧‧發光二極體晶片
140‧‧‧封裝膠體
200、200a、200b、200c‧‧‧發光二極體封裝結構
210‧‧‧散熱板
211、211a、211b、211c‧‧‧固晶區
212‧‧‧電路區
213‧‧‧第一擋牆
2131‧‧‧外壁
2132‧‧‧頂端
2133‧‧‧內壁
214b、214c‧‧‧次固晶區
215b、215c‧‧‧次固晶區
220‧‧‧電路複合層
221‧‧‧膠合層
222‧‧‧介電層
223‧‧‧電路層
225‧‧‧金線
230‧‧‧發光二極體晶片
240‧‧‧封裝膠體
250‧‧‧反射層
260b‧‧‧第二擋牆
261b‧‧‧側壁
R1、R2‧‧‧水平線
θ1、θ2‧‧‧夾角
第1圖顯示習知技術之發光二極體封裝結構之剖面示意圖。
第2圖顯示本發明之一實施例之一發光元件之剖面示意圖。
第3圖顯示第2圖之發光元件之發光二極體封裝結構之俯視圖。
第4圖顯示本發明另一實施例之一發光二極體封裝結構之俯視圖。
第5圖顯示本發明另一實施例之一發光元件之剖面示意圖。
第6圖顯示第5圖之發光元件之發光二極體封裝結構之俯視圖。
第7圖顯示本發明另一實施例之一發光二極體封裝結構之俯視圖。
為了讓本發明之目的、特徵、及優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖示做詳細之說明。其中，實施例中的各元件之配置係為說明之用，並非用以 限制本發明。且實施例中圖式標號之部分重複，係為了簡化說明，並非意指不同實施例之間的關聯性。
參照第2圖，本發明之一實施例之發光元件1包括單個或多個發光二極體封裝結構200。發光二極體封裝結構200係作為照明、背光等用途。
發光二極體封裝結構200包括一散熱板210、一電路複合層220、複數個發光二極體晶片230、一封裝膠體240及一反射層250。散熱板210包括一固晶區211、一電路區212以及一區隔固晶區211和電路區212之第一擋牆213(dam)。第一擋牆213具有一面向電路區212之外壁2131、一面向固晶區211之內壁2133以及一連結於外壁2131與內壁2133之間的頂端2132，其中外壁2131垂直於散熱板210之電路區212，且內壁2133則與位在固晶區211內之散熱板210形成一夾角θ1，夾角θ1可依據出光效率或發光角需求進行設計，較佳地夾角θ1介於90-180度之間。
值得注意的是，在此實施例中，散熱板210係選自一散熱性佳之金屬(例如：鋁或其它導熱性佳之金屬)，其中散熱板210之第一擋牆213是藉由沖壓或折彎散熱板210所形成。亦即，散熱板210之固晶區211、電路區212以及第一擋牆213係一體成形之結構，因此散熱板210具有均一之厚度。在一具體實施例中，散熱板210之厚度介於0.1mm至1.5mm之間，以利進行加工。
電路複合層220具有一壓合層221、一介電層222及一線路層223依序堆疊於散熱板210之電路區212上。第一 擋牆213之頂端2132係等高於電路複合層220表面，亦即第一擋牆213之頂端2132與電路複合層220之頂面皆位於相同水平線R1。在另一未圖式之實施例中，第一擋牆213之頂端2132係高於電路複合層220表面，亦即第一擋牆213之頂端2132位於水平線R1，但電路複合層220之頂面位於水平線R1之下方。
如第3圖所示般，複數個發光二極體晶片230係以矩陣方式排列於固晶區211當中，並藉由金線225電性連結於電路複合層220之線路層223。此外，如第2圖所示般，封裝膠體240包覆發光二極體晶片230以及部分電路複合層220，使部分電路複合層220暴露於封裝膠體240外，以作為外部電極。藉由上述配置，來自發光二極體晶片230之光線受到第一擋牆213所遮蔽不致照射至電路複合層220，介電層與壓合膠將不受發光二極體晶片所發出之光線影響而產生老化質變的問題，藉此延長發光二極體封裝結構200之壽命。
在此實施例中，為了增加發光二極體封裝結構200之發光效率且減少光能損耗，散熱板210之固晶區211之表面塗佈有反射層250，且發光二極體晶片230係被固著於反射層250上。反射層250的材料例如為具有鏡面效果的金屬材料或其他可以使光線反射的材料。應當理解的是，反射層250亦可省略設置，來自發光二極體晶片230的光線將直接藉由散熱板210之表面進行反射。
散熱板210之態樣並不受上述實施例所限制， 亦具有多種態樣。舉例而言，參照第4圖，散熱板210a具有一圓形之態樣，且散熱板210a包括一固晶區211a、一電路區212a以及一區隔固晶區211a和電路區212a之第一擋牆213a。發光二極體晶片230設置於固晶區211a，且電路複合層220設置於電路區212a。第一擋牆213a完全環繞於固晶區211a外圍，藉此阻擋來自發光二極體晶片230之光線照射至電路複合層220。
請參照第5圖，其顯示本發明之發光元件1b之另一實施例，第5圖中與第2圖所顯示之發光元件1相同或相似之元件將施予相同之標號，且其特徵將不再說明。發光元件1b與發光元件1不同之處在於，發光元件1b之發光二極體封裝結構200b之散熱板210b包括一固晶區211b。固晶區211b包括複數個彼此分離的次固晶區214b、215b，其中相鄰之二個次固晶區214b、215b係藉由一第二擋牆260b加以分離。第二擋牆260b之高度係低於第一擋牆213之高度，並且每一次固晶區214b、215b之底面係相較於第二擋牆260b之頂端表面更為凹陷，其中複數發光二極體晶片230分別設置於每一次固晶區214b、215b當中。
詳而言之，固晶區214b位於第一擋牆213與第二擋牆260b之間，且固晶區215b位於二個第二擋牆260b之間，其中第二擋牆260b包括二側壁261b分別面對每二個相鄰之發光二極體晶片230，每一側壁261b與次固晶區214b、215b之底面形成一夾角θ2，夾角θ2可依據出光效率或發光角需求進行設計，較佳地夾角θ2介於90-180度之間。
另一方面，次固晶區214b、215b之深度係等於每一等發光二極體晶片之高度，亦即第二擋牆260b之高度係等於每一發光二極體晶片230之高度，其中第二擋牆260b之頂端與發光二極體晶片230之出光面皆位於水平線R2。在另一未圖式之實施例中，次固晶區214b、215b之深度係大於每一發光二極體晶片230之高度，亦即第二擋牆260b之高度係大於每一等發光二極體晶片230之高度，其中第二擋牆260b之頂端位於水平線R2，但發光二極體晶片230之出光面位於水平線R2之下。藉由上述配置，發光二極體晶片230之間的吸光效應得以受到抑制，以提升發光元件1b之出光效率。
值得注意的是，散熱板210b之第二擋牆260b與第一擋牆213同樣是藉由沖壓或折彎散熱板210所形成。亦即，散熱板210之固晶區211、電路區212、第一擋牆213以及第二擋牆260b係一體成形之結構，因此散熱板210b具有均一之厚度。在一具體實施例中，散熱板210b之厚度介於0.1mm至1.5mm之間，以利進行加工。
在此實施例中，為了增加發光二極體封裝結構200b之發光效率，散熱板210b之固晶區211b之表面皆塗佈有反射層250b，且發光二極體晶片230係被設置於塗佈有反射層250b之次固晶區214b、215b當中。反射層250b的材料例如為具有鏡面效果的金屬材料或其他可以使光線反射的材料。應當理解的是，反射層250b亦可省略設置，來自發光二極體晶片230的光線將直接藉由散熱板210b之表面進行 反射。
自俯視圖觀看，如第6圖所示般，每一次固晶區214b、215b係分別為一方格凹槽，但並不限制於此。在第7圖所示之實施例中，發光二極體封裝結構200c之固晶區211c包括複數個次固晶區214c、215c，其中每一次固晶區214c、215c係一圓形凹槽，發光二極體晶片230設置於每一次固晶區214c、215c當中。
為了避免介電層與壓合膠受高強光衝擊而造成老化質變，業界通常採用以洗刀加工方式破壞一金屬基板表面，以形成一容納發光二極體晶片之凹槽結構，藉此阻隔發光二極體所發出之光線。然而，上述加工方式複雜且困難，各個凹槽結構之間的平坦度及高低具有變異，因此降低發光二極體封裝結構之發光均勻性。另外，凹槽結構表面的光線反射率在加工過程中無法避免地會遭到破壞，進而導致發光二極體封裝結構之發光亮度的減少。
相反地，由於本實施例中用於容納發光二極體晶片之固晶區係以沖壓或折彎方式成形，各個固晶區之間的平坦度及高低實質相同，發光二極體封裝結構之發光均勻性得以提升。又，固晶區表面的光線反射率不會在加工過程中受到破壞，發光二極體封裝結構之發光亮度不因此降低。並且，將發光二極體封裝結構直接設置在具有良好散熱特性之散熱板上，亦有助於發光二極體晶片所產生之熱能快速排除，使發光二極體晶片、介電層與壓合膠不受高溫影響而損壞。
雖然本發明已以較佳實施例揭露於上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技術者，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，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。
1‧‧‧發光元件
200‧‧‧發光二極體封裝結構
210‧‧‧散熱板
211‧‧‧固晶區
212‧‧‧電路區
213‧‧‧第一擋牆
2131‧‧‧外壁
2132‧‧‧頂端
2133‧‧‧內壁
220‧‧‧電路複合層
221‧‧‧膠合層
222‧‧‧介電層
223‧‧‧電路層
225‧‧‧金線
230‧‧‧發光二極體晶片
240‧‧‧封裝膠體
250‧‧‧反射層
R1‧‧‧水平線
θ1‧‧‧夾角

Claims (19)

  1. 一種發光二極體封裝結構，包括：一散熱板，包括有一固晶區、一電路區和一區隔該固晶區和電路區之第一擋牆(dam)，其中第一擋牆是藉由沖壓或折彎該散熱板所形成；一電路複合層，設於該電路區上；一發光二極體晶片，設於該固晶區內，並電性連接該電路複合層；以及一封裝膠，覆蓋該發光二極體晶片。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中該第一擋牆具有一面向該電路區之外壁及一面向該固晶區之內壁，該外壁垂直於該該散熱板之電路區，且該內壁則與位在該固晶區內之該散熱板形成一夾角θ1，且90度<θ1<180度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中該第一擋牆之頂端係等高或高於該電路複合層表面。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中該固晶區內包括有複數發光二極體晶片，且相鄰之各該等發光二極體晶片之間係以一第二擋牆加以隔離。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體封裝結構，其中該第二擋牆之高度係等於或高於該發光二極體晶片之高度。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體封裝結 構，其中該第二擋牆係以沖壓或折彎該固晶區內之該散熱板所形成。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中該電路複合層具有一壓合層、一介電層及一線路層，依序堆疊於該電路區之散熱板上。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，更包括一反射層，設於該固晶區表面，使該發光二極體晶片被固著於該反射層上。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中該散熱板包括一散熱性佳之金屬，且該散熱板之厚度介於0.1mm至1.5mm之間。
  10. 一種發光二極體封裝結構，包括：一散熱板，包括有一固晶區、一電路區和一區隔該固晶區和電路區之第一擋牆(dam)，其中該固晶區表面具有複數沖壓形成的凹陷的次固晶區；一電路複合層，設於該電路區；複數發光二極體晶片，每一該等發光二極體晶片分別設於每一該等凹陷的次固晶區內，並電性連接該電路複合層；以及一封裝膠，覆蓋該發光二極體晶片。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體封裝結構，其中該第一擋牆具有一面向該電路區之外壁及一面向該固晶區之內壁，該外壁垂直於該散熱板之該電路區，且該內壁與位在該固晶區內之該散熱板形成一夾角θ1，且90 度<θ1<180度。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體封裝結構，其中該第一擋牆頂端係等高或高於該電路複合層表面。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體封裝結構，其中每一該等凹陷的次固晶區呈圓形凹槽或方格凹槽。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之發光二極體封裝結構，其中每一該等凹陷的次固晶區之深度等於或大於每一該等發光二極體晶片之高度。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之發光二極體封裝結構，其中每一該等凹陷的次固晶區之側壁與每一該等凹陷的次固晶區表面形成一夾角θ2，且90度<θ2<180度。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體封裝結構，其中該電路複合層具有一壓合層、一介電層及一線路層，依序堆疊於該散熱板上。
  17. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體封裝結構，更包括一反射層，設於各該凹陷的次固晶區該固晶區上表面，使該發光二極體晶片被固著於該反射層上。
  18. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體封裝結構，其中該散熱板包括一散熱性佳之金屬，且該散熱板之厚度介於0.1mm至1.5mm之間。
  19. 一種發光元件，包括一如申請專利範圍第1至18項中任一項所述之發光二極體封裝結構。
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