TW578280B - Light emitting diode and package scheme and method thereof - Google Patents

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Description

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一、【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種發光元件之封裝技術， 於一種具有散熱機制的發光二極體元件及其封 特別是有關 &結構和方 二、·【先前技術】 發光二極體（LED)因其發光原理、結構等與 積小、Si 。例如LED具有體 、-β了罪度、可大®生產、並且可配合需求製成久錄 大型70件等特性，通常應用於室内或室外大型顯示 同時LED較傳統光源，無燈今，耗雷旦 ^ …、鈒、4 耗電里小，產品反應速度 :的：點，亦可廣泛應用於通訊、電子等各種領域。此 Γ ::i;LED照明效果佳’且具有體積小、省電、抗 J:使用哥巾長和無有害物冑，如水銀等，使得照明應用 市％進一步成為LED應用發展方向。
一般傳，LED的操作電流約為數十至數百個毫安培 (mA) ’胃但>其^亮度遠低於大部分照明所需。若以組合大量的 LED以提高亮度，貝彳LED照明元件的體積將成倍數增加，使 得，爭t Τ低。因此，提昇單顆LED之晶粒亮度，以增加 市場的肌爭力’成為必然之趨勢。然而，當LED朝向高亮 度的應用市場發展時，單一顆LED的操作電流及功率增加 為傳統LED的數倍至數百倍的範圍，例如由數百毫安培至 數個安培。同時也使得LED所產生的熱問題，不容忽
第5頁 578280 五、發明說明（2) 視。LED的性能通常會因為”熱"而降低，例如熱效應會影 響LED的發光波長，半導體特性也會因熱而產生亮度衰 減’更嚴重時甚至會造成元件燒壞。因此，如何解決高電 流及高功率LED所產生的熱能，將左右著LED的發展。 傳統LED之封裝技術可參見美國專利第6, 2〇4, 523號、 第6, 34 5, 903號及第6, 428, 1 89號以及美國專利申請公開第 2+0 0 1 /003 0866號。然而，當LED的操作電流及功率增大 時，習知的封裝技術無法有效地解決熱的問題。因此，有 必要提供一種封裝結構及方法，以解決高電流led的散熱 問題。同時也提供一種具良好散熱機制的led元件。 三、【發明内容】 本發明之一方面係提供一種封裝結構，发 散熱機制’可應用於高電流之發光二極體的封裝:“ 數個ί:明：係提供一種封裝結構，可應用於複 發出多種顏色光之發光元件。 月冗度，或用以形成可 〜仅、％ >r再巴舍一傳導 導體層係位於絕緣層上 汉一反射層。導體層係具有一問 ，一一 層之開口，嵌入絕緣層。反射層1 # , 曰”有一表面係用以承 578280 五、發明說明（3) 電性偶合一發光 合，且與導體層之至少_ 極體。同時，反射層係與傳導板電性偶 部分電性絕緣。 二：例’本發明之封裝結構更包含至少一槽 道一射層與導體層。此外，_系用以分隔 ^ ^I複固σ卩分，使得反射層與導體層之至少兩部分 雷性絕緣。此封裝έ士；1¾ φ 4人 电/ , + # 、、°構更包含一填充絕緣層，係用以填充 槽道二此封巧構更包含—黏著層，如銀膠、銲材仙 等，係用以黏者及電性偶合發光二極體及反射層。 * ί Ϊ :之另—方面係提供一種發光元件，其具有低成 株在的散熱結構。於又一實施例，本發明之發光元 ；^ I ^述之封裝結構及至少一發光二極體，且發光二 2有第-極及第二極。發光二極體之第一極係設置於 搞仫:上，且電性偶合反射層。同時，發光二極體之第二 ° '、電性偶合導體層其與反射層電性絕緣之部分。 本發明之再一方面係提供一種封裝發光元件之方法， ^包含提供一發光二極體係具有一第一極及一第二極。同 锅絡^供一基板結構，其由下而上依序包含一傳導板、一 露ψ ^及一導體層。然後，形成一開口於基板結構，以暴 係與板。接著’形成一反射層於開口内，使得反射層 鏠，、傳導板電性偶合，且與導體層之至少一部分電性絕 、’。然後，分別電性偶合發光二極體之第一極至反射層，
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極至導體層其與反射層 以及電性偶合發光二極體之第 緣之部分。 絕 此 用以、絕 數個槽 導體層 形成一 層。再 層上， 電性偶 屬線， 與反射 外， 緣反 道， 之至 填充 者， 以連 合發 以連 層絕 本發明 射層與 以分割 少兩部 絕緣層 本發明 結及電 光二極 結及電 緣之部 之封裝方 導體層。 導體層成 分電性絕 於槽道内 之封裝方 性偶合發 體之第二 性偶合發 分。 法更包含形 形成槽道之 複數個部分 、緣。本發明 ’以電性絕 法更包含形 光一' 極體之 極之方法更 成至少 步驟更 ，使得 之封裝 緣反射 成一黏 第一極 包含形 光一^虽體之第二極 &含形成複 反射層係與 #法更包含 層及導體 著層於反射 與反射層。 成至少一金 與導體層其
四、【實施方式】 本發明揭露一種具有散熱機制的發光元件及其封裝结 構和方法。為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可參照 下列描述並配合圖1至圖7之圖示。 參考圖1 A及1B，其係分別為第一實施例之封裝結構 100之立體圖及剖面圖。封裝結構1〇〇包含一傳導板 (conduction board)112、一絕緣層（insulating Uyer) 114係位於傳導板112上、—導體層（c〇nductivity layer) 11 6係位於絕緣層11 4上、以及一反射層（r e f 1 e c t丨n g
第8頁 578280 五、發明說明（5) '" -- it)ll8導體層11Θ具有一開口 120，且反射層jig經由 開口 1 2 〇 ’肷入絕緣層11 4。反射層11 8係與傳導板11 2電性 偶合，且與導體層11 6之至少一部分電性絕緣。同時，反 射層11 8具有一表面11 8 A，係用以承載且電性偶合一發光 元件，如發光二極體21〇(示於圖2)。
傳V板11 2係為一金屬板，用以傳導發光元件所產生 之熱成。金屬板之較佳實施例係選自銅板、鋁板、或其他 金屬混合板所組成之族群中。且金屬板之厚度約數百微米 (um)至數愛米（mm)，係有助於有效且快速的散熱。絕緣層 114係包含一環氧化物層（ep〇xy layer)或鐵氟龍等絕緣黏 著材料，用以電性絕緣導體層丨丨6及傳導板丨丨2。絕緣層 116同時可提供接合導體層丨16及傳導板112之作用，其厚 度係可依設計需求從一密爾到數十密爾。導體層丨丨6係可 為一銅箱層，且銅箔層之厚度約〇 · 1至數密爾。此外，傳 導板11 2、絕緣層114及導體層11 6之結構係可為傳統之印 刷電路板結構，例如金屬核之印刷電路板（m e t a 1 c 〇 r e printed circuit board ，MCPCB) 〇 反射層11 8係具有一反射面11 8 B，係用以反射發光元 件所發出之光，使光反射向上。同時，反射層1 1 8承載發 光元件之表面11 8 A亦可為一反射面，以強化光之反射性。 反射層11 8係可由高反射性材料所形成，例如銀或金等。 或者反射層11 8係由其他材料層疊所製成，且具有包含選
第9頁 578280 五、發明說明（6) 自銀或其他高反射性之一種材料所形成之反射面丨18B及 11 8 A，以增加反射效果。於此實施例如圖丨A及丨B所示，反 射層118係包0含一具傾斜之杯狀反射面（或稱反射杯）。在 此需注意的，，實施例中之反射層雖以杯狀反射層例示， 但反射層之實際形狀係以設計時的光形考量，其形狀並不 以實施例所例示者為限。 本發明之封裝結構更包含至少一槽道丨2 2 ,係用以絕 緣反射層11 8與導體層11 6。如圖丨A及丨β所示，本實施例之 槽道1 2 2係成一環形孔，使得反射層丨丨8與導體層丨丨6電性 絕緣。同時藉由絕緣層11 4及槽道1 2 2，使得傳導板11 2不 因與反射層118電性偶合而與導體層116形成短路。 參考圖1C，係一第二實施例之剖面圖，其與第一實施 例之不同處在於，此封裝結構1 5 〇更包含一填充絕緣層 152，係用以填充槽道122，以避免雜質掉落槽道丨22内， 造成導體層11 6及傳導板11 2的短路。此外，封裝結構1 5 〇 中之反射層1 5 4係同時後入傳導板1 1 2之一部份。亦即，封 裝結構1 0 0之反射層11 8係恰與傳導板11 2抵接，但是封裝 結構150之反射層154係穿過絕緣層114，部分嵌入傳導板 1 1 2。以相同厚度之傳導板1 1 2、絕緣層1 1 4及導體層1 1 6結 構而言，此不同點係使得反射層1 1 8及1 5 4之反射面1 1 8 B或 1 54B的面積大小不同，有助於設計之多元化。
第10頁 578280 r—---------—^ 五、發明說明（7) ^ 參考圖2A及2B，係本發明之發光元件200之立體圖及 剎面圖。發光元件200包含一發光二極體21〇係設置於如前 -所述之封裝結構1〇〇。發光二極體2 1〇係具有一第一極21 〇A 、 及一第二極21 0B，例如N極及P極（或負極及正極）。傳導板 11 2、絕緣層114及導體層11 6係形成基材240。反射層118 係由導體層116方向嵌入基材240。反射層118之表面 11 8 A，係用以承載且電性偶合發光二極體2丨〇，使得發光. 二極體21 0所產生的熱，能藉由傳導板丨丨2散熱。如此配置 中’發光二極體210之第一極210A係電性偶合反射層118。 同時此發光元件2 0 0包含至少一金屬線2 1 2，如金線，係用 儀 以電性偶合發光二極體210之第二極210B和導體層11 6其與 反射層11 8電性絕緣之部分。此外，金屬線2 1 2數目的多募 取決於δ又计時的電流大小及金屬線的粗細。 再者，發光元件2 0 0更包含一黏著層2 1 4，係用以黏著 及電性偶合發光二極體2 1 〇與反射層11 8，如圖2 β所示。在 此須注意，發光二極體2 1 〇亦可以類似之架構，設置於封 裝結構150，或其他多種變化設計的封裝結構。如圖3 — 6所 示，其係顯示發光二極體設置於不同之封裝結構之示音 參考圖3，於第三實施例，係顯示封裝結構3 〇 〇之不同 點在於一槽道322係用以隔絕反射層118及導體層316，並 且將導體層316分隔成兩個部分3 16 Α及3 16Β。亦即，導體
578280 五、發明說明（8) " -- 層之316A部分係與反射層118電性偶合，同時3ΐ6β部分係 與反射層11 8電+性絕緣。於此設計中，發光二極體川之第 極210A除了藉由傳導板η?外，亦可以藉由導體層之 31 6 A 4刀進行後續的電性連結。同時發光二極體2 1 〇之 第二極21 0B係藉由導體層之3 16β部分，進行後續的電性連 釔。此外，封裝結構3 〇 〇之週緣亦可配合後續的連結作 用，认计成不同之形狀。如圖3所示之弧狀孔324，係可配 合螺絲或鉚釘用以固著整個發光元件。 士圖4 A所示’於第四實施例之封裝結構4 〇 〇，其不同 點在於槽道422除了電性絕緣反射層118及導體層416外， ，且將導體層416分隔成三個部分416A、416B及416C，使 知反射層11 8係與導體層4丨6之至少兩部分電性絕緣。亦 即’導體層之41 6 A部分係與反射層1丨8電性偶合，同時 416B及416C部分係與反射層118電性絕緣。於此設計中， 可以將兩個發出同或不同顏色光之發光二極體2 1 0，同時 設置於封裝結構40 0上。每個發光二極體之第一極2i〇a的 連結方式與前述相似，而每一個第二極21 0B的連接方式， 係分別電性偶合導體層之4丨6B及4丨6C部分。如此一來，可 利用控制通到導體層之部分4 16B及4 16C的電流，調整發光 元件的亮度或者是顏色的變化。 同時參考圖4A及4B，其顯示封裝結構400之週緣亦具 有與圖3之弧狀孔3 2 4相似功用之變形接孔4 2 4之示意圖及
第12頁 578280 五、發明說明（9) 下視^。變形接孔424之内壁及部分之 -隔絶層426 ’以隔絕導體層延伸 糸-有 性偶合。如此設計，使得導體層41 6 傳導^2電 ΐ】::的電性連結接點設於與傳導板112相同之方 向，杧加連結的便利性。 =所示’於第五實施例之封裝結構50 ;=固槽道5m及522β ’除了電性絕緣反射層118及 V體層416外，並且將導體層416分隔成三個部分之5ΐ6Α、 516Β及516C，使得反射層518係與導體層516完全電性絕 緣。於此實施例中，反射層118上可設置三個發光二極 體。每個發光二極體之第一極210Α的連結方式與前述相 似，而每一個第二極210Β的連接方式，係分別電性偶合導 體層之516Α、516Β及516C部分。同封裝結構4〇〇之設計， 此實施例，亦可利用控制通到導體層之部分516Α、516Β及 516C部分的電流，調整發光元件的亮度或者是顏色的變 化0
參考圖6Α、6Β及6C，於第六實施例之封裝結構， 其不同點在於複數個槽道622Α、62 2Β、622C及622D，除了 電性絕緣反射層118及導體層616外，並且將導體層616分 隔成四個部分之616Α、616Β、616C及616D，使得反射層 11 8係與導體層61 6之至少三部分電性絕緣。亦即，導體層 之61 6Α部分係與反射層11 8電性偶合，同時61 6Β、61 6C及
第13頁 578280 五、發明說明（ίο) 6 1 6D部分係與反射層11 8電性絕緣。再者，於此實施例 中’反射層118上可設置三個發光二極體。每個發光二極 體之第一極21 0A的連結方式與前述相似，而每一個第二極 2 1 0 B的連接方式’係分別電性偶合導體層之6丨6 β、6丨6 c及 6 1 6 D部分。 相較於圖5之封裝結構5 00，封裝結構6 〇〇之發光二極 體21 0之第一極21 0A除了藉由傳導板丨丨2外，亦可以藉由導 體層之6 1 6 A部分，進行後續的電性連結，更增加設計的多 凡性及使用的便利性。同時發光二極體21〇之第二極21〇8 係分別藉由導體層之61 6B、61 6C及61 6D部分，進行後續的 電性連結。此實施例，亦可利用控制通到導體層之部分 6^16B、616C及616D部分的電流，調整發光元件的亮度或者 疋顏色的變化。此外，封裝結構6 〇 〇之週緣亦可配合後續 的連結作用，設計成不同之形狀，如具有四個與圖4 A相似 之變形接孔624，其係包含隔絕層626，以隔絕導體層延伸 區域6 2 8。 同時參考圖2及7，本發明也提供一種封裝發光元件之 方法。圖7係本發明方法之流程圖7 〇 〇，於此實施例中係僅 以形成如圖2實施例之發光元件2 〇 〇來說明。此方法包含於 步驟710，提供一發光二極體21〇，係具有一第一極21〇八及 一第二極21 0B。同時於步驟72〇，提供一基板結構240，其 由下而上依序包含一傳導板112、一絕緣層114及一導體層
578280 五、發明說明（11) 11 6。此基板結構240可為傳統商用之印刷電路板， ^ 計需求層層堆疊結合形成之基板。然後，形成一 == 於基板結構140，以暴露出傳導板112，如步驟73〇\妙 於步驟740，形成一反射層118於開口 12〇内，使得 11 8係與傳導板1 1 2電性偶合，且與導體層1丨6之至少一: 分電性絕緣。然後，於步驟750，電性偶合發光二^ # 第一極210Α與反射層118，以及步驟760電性偶合發之 體之第二極2 1 0 Β與導體層11 6其與反射層電性絕一極 分。 .口 形成反射層118之步驟係包含利用傳統之電鍍、蒸 或濺鍍方式形成杯狀之反射層118。以形成如圖1(：之^ 結構1 50為例，本發明方法更包含形成至少—槽道丨22 用以絕緣反射層118與導體層116。形成槽道122之步驟糸 包含形成複數個槽道，以分割導體層成複數個部分， 反射層1 1 8係與導體層11 6之至少兩部分電性絕緣。此外了 本發明方法更包含形成一填充絕緣層152於槽道122内， 電性絕緣反射層118及導體層116。本發明方法更包含步 —黏著層214於反射層118上，以連結及電性偶合發光二^ ，之第一極21 0A與反射層u8。本發明方法更包含形成至 盘屬線21 2，以連結及電性偶合發光二極體之第二極 2 10B與導體層116其與反射層電性絕緣之部分。 —° 以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限 578280 五、發明說明（12) 定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之 精神下所完成之等效改變或修飾’均應包含在下述之申請 專利範圍内。
第16頁

Claims (1)

  1. 578280 六、申請專利範圍 1. 一種封裝結構，係應用於發光元件之封裝，包含： 一傳導板； 一絕緣層，係位於該傳導板上； 一導體層具有一開口，係位於該絕緣層上；以及 一反射層，經由該開口係嵌入該絕緣層，該反射層係 用以承載且電性偶合一發光元件； 其中該反射層係與該傳導板電性偶合，且與該導體層 之至少一部分電性絕緣。 2. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該反射層 係同時嵌入該傳導板之一部份。 3. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，更包含至少一 槽道，該槽道係用以絕緣該反射層與該導體層之至少該部 分。 4. 如申請專利範圍第3項所述之封裝結構，其中該槽道使 得該反射層係與該導體層之至少兩部分電性絕緣。 5. 如申請專利範圍第3項所述之封裝結構，更包含一填充 絕緣層，其中該填充絕緣層係用以填充該槽道。 6.如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，更包含一黏著 層，其中該發光元件係利用該黏著層與該反射層電性偶
    第20頁 578280
    7金η:範圍第1項之封裝結構’其中該傳導板係- 户r傳導該發光元件所產生之熱能，且該金屬 板之厚度約大於1毫米（mm)。 蜀 8自Π請專利範圍第7項之封裝結構，其中該金屬板係選 自銅板、鋁板、及其混合板所組成之族群中。 請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該絕緣層 :二3 1衣氧化物層（epoxy layer)或鐵氟龍等絕緣黏著 材料。 I 〇 ·、如申晴專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該導體層 係為一銅箔層，且該銅箔層之厚度約0 · 1至數密爾。 II ·如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該反射層 係具有一反射面，該反射面係用以反射該發光元件所發出 之光。 1 2·如申請專利範圍第丨丨項所述之封裝結構，其中該反射 層之反射面係包含選自銀或其他高反射性之一種材料所形 成之反射面。
    r、、13係 率請專利範圍
    t結構’其中該反射層 如申請專利範圍第1項所述之封 私含一具傾斜之杯狀反射面。 /種發光元件，包含： /發光二極體，係具有一第一極及一第二極； /基材，該基材依序包含一傳導板、一絕緣為 A涵；以及 E 14 導 〆反射層，係由該導體層方向嵌入該基材，該反射層 用以承載且電性偶合該發光二極體； 曰 其中3亥反射層係與該傳導板電性偶合，且與該導體声 ^參少一部分電性絕緣， 其中該發光二極體之第一極係電性偶合該反射層 第 係電性偶合該導體層之至少該部分 i 5 •如申請專利範圍第1 4項所述之發光元件，更包含至少 /槽道，該槽道係用以絕緣該反射層與該導體層之至少該 部分。 1 6 ·如申請專利範圍第丨5項所述之發光元件，其中該槽道 使得該反射層係與該導體層之至少兩部分電性絕緣。 1 了·如申請專利範圍第丨5項所述之發光元件，更包含一填 充絕緣層，其中該填充絕緣層係用以填充該槽道。 578280 六、申請專利範圍 1+8.如申請專利範圍第14項所述之發光元件，更包含一黏 著層，其中該發光二極體係利用該黏著層與該反射層電性 偶合。 19·如申請專利範圍第14項之發光元件，更包含至少一金 屬線’其中該金屬線係使得該發光二極體之第二極與該導 體層之至少該部分電性偶合。 20·如申請專利範圍第14項之發光元件，其中該傳導板係 一金屬板，係用以傳導該發光二極體所產生之熱能，且該 金屬板之厚度約數百微米（um)至數毫米（mm)。 2 1 ·如申請專利範圍第2 0項之發光元件，其中該金屬板係 選自銅板、鋁板、或其他金屬混合板所組成之族群中。 2 2 ·如申請專利範圍第1 4項所述之發光元件，其中該絕緣 層係包含一環氧化物層（e p 0 x y 1 a y e r)或鐵氟龍等絕緣黏 著材料。 23·如申請專利範圍第14項所述之發光元件，其中該導體 層係為一銅箔層，且該銅箔層之厚度約0 · 1至數密爾。 2 4 ·如申請專利範圍第1 4項所述之發光元件’其中該反射 層係具有一反射面，該反射面係用以反射該發光二極體所
    578280 六、申請專利範圍 發出之光。 2 5 ·如申請專利範圍第1 4項所述之發光元件，其中該反射 層之反射面係包含選自銀或其他高反射性之一種材料所形 成之反射面。 2 6 ·如申請專利範圍第1 4項所述之發光元件，其中該反射 層係包含一具傾斜之杯狀反射面。 2 7· —種封裝發光元件之方法’包含： 提供一發光二極體，係具有一第一極及一第二極； 提供一基板結構，該基板結構由下而上依序包含一傳 導板、一絕緣層及一導體層； 形成一開口於該基板結構’以暴露出該傳導板； 形成一反射層於該開口，使得該反射層係與該傳導板 電性偶合，且與該導體層之至少一部分電性絕緣； 電性偶合該發光二極體之第一極與該反射層；以及 電性偶合該發光二極體之第一極與该導體層之至少今 部分。 28·如申請專利範圍第27項所述之方法，更包含形成至少 一槽道，該槽道係用以絕緣該反射層與該導體層之至少該
    第24頁 578280 六、申請專利範圍 2 9.如申請專利範圍第28項所述之方法，其中形成該槽道 之步驟更包含，形成複數個槽道，以分割該導體層成複數 個部分，且該反射層係與該導體層之至少兩部分電性絕 緣。 3 0.如申請專利範圍第28項所述之方法，更包含形成一填 充絕緣層於該槽道内，以電性絕緣該反射層及該導體層之 至少該部分。
    3 1.如申請專利範圍第2 7項所述之方法，更包含形成一黏 著層於該反射層上，以連結及電性偶合該發光二極體之第 一極與該反射層。 3 2.如申請專利範圍第27項之方法，更包含形成至少一金 屬線，以連結及電性偶合該發光二極體之第二極與該導體 層之至少該部分。
    第25頁
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