TWI440228B - Light emitting diode package structure and manufacturing method thereof - Google Patents

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TWI440228B TW100135191A TW100135191A TWI440228B TW I440228 B TWI440228 B TW I440228B TW 100135191 A TW100135191 A TW 100135191A TW 100135191 A TW100135191 A TW 100135191A TW I440228 B TWI440228 B TW I440228B
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Description

發光二極體之封裝結構及其製造方法
本發明係關於一種用於發光二極體之封裝結構及其製造方法，詳而言之，係關於一種可提昇產品可靠度之封裝結構及其製造方法。
隨著電子產業的蓬勃發展，電子產品朝著輕薄短小、高性能、高功能、高速度化等目標前進，其中，在照光需求之電子產品中，發光二極體(LED)因體積小、耗電量低等特性而被廣泛地應用。
習知發光二極體安裝在基板上後，會以如環氧樹脂和矽膠等膠體來封裝，例如，可於平面基板上方以封膠模具罩上並灌入膠體。雖然發光二極體封裝件無需其他構件來協助灌膠，但此種封裝機台成本昂貴且可能會產生漏膠的情況。為了降低封裝成本，業界遂發展另一種發光二極體的封裝方式，主要是提供其他構件來輔助灌膠，如第1圖所示，係揭示一種習知發光二極體封裝件之剖面圖，關於該封裝件的製法，首先於一金屬導線架100上以射出成型方式來形成反射杯110，且反射杯110形成有貫通之開口111，接著將發光二極體300設置在開口111內，最後，將封裝膠體400灌入開口111以包覆發光二極體300，從而完成發光二極體封裝結構。
前述方式雖無需使用高成本的機台，但對封裝件而言仍存在很多問題。主要係因為金屬導線架100(金屬材料)與反射杯110(塑膠材料)的材料特性不同會使兩者間結合力效果差，因而習知的製法中以射出成型方式將反射杯110讓金屬導線架100嵌入其中，來避免反射杯110從金屬導線架100分離，但該反射杯110是塑料製成，例如PA9T材料，雖然可耐高溫，但通常其熱傳導係數僅約為0.2 W/m‧K，故散熱能力不佳，所有LED產生的熱能及供給電流皆只能透過細小的金屬導線架100做傳輸，因此這種封裝模組導熱性差並使熱能累積，造成發光二極體封裝件的溫度升高，如此反射杯110會在長期高溫下脆化或裂解，使發光二極體晶粒降低壽命或效能。
因此，如何提供具有高可靠度的發光二極體之封裝結構，在不增加封裝成本的前提下可避免發光二極體之封裝結構在高溫下受損，實屬本領域之技術人員所應面對的課題。
鑒於上述習知技術之缺點，本發明之目的在於以現有發光二極體的機台，提供一種利用膠膜對散熱基板及反射杯層進行封裝。
本發明之另一目的在於，提供高可靠度的發光二極體之封裝結構。
為達前述目的及其他目的，本發明提供一種發光二極體之封裝結構，係包括：金屬化陶瓷散熱基板；反射杯層，係位於該金屬化陶瓷散熱基板之一側，具有開口以外露出該金屬化陶瓷散熱基板之表面；膠膜，係位於該金屬化陶瓷散熱基板與該反射杯層間，用以接合該金屬化陶瓷散熱基板及該反射杯層。
於一實施型態中，前述之反射杯層係由氮化鋁、氧化鋁或PA9T、鐵氟龍等工程塑膠所形成。
於另一實施型態中，前述反射杯層之開口之孔徑係朝該金屬化陶瓷散熱基板之表面漸縮。
於又一實施型態中，本發明之封裝結構復包括形成於該金屬化陶瓷散熱基板之表面的線路層，且該膠膜係同時覆蓋該金屬化陶瓷散熱基板及該線路層。
本發明又提出一種發光二極體之封裝結構的製造方法，係包括：提供一金屬化陶瓷散熱基板及一反射杯層；將膠膜附著於該反射杯層之一側邊；於附著有該膠膜的該反射杯層上形成貫通之開口；以及將該金屬化陶瓷散熱基板與附著有該膠膜且具有該開口之反射杯層對準疊合，並以真空熱壓方式使該金屬化陶瓷散熱基板透過該膠膜接合該反射杯層。
又，本發明復提出一種發光二極體之封裝結構的製造方法，係包括：提供一金屬化陶瓷散熱基板、具有第一開口之反射杯層以及具有第二開口之膠膜；以及將該反射杯層之第一開口對準與該膠膜之第二開口以疊合該金屬化陶瓷散熱基板、該膠膜及該反射杯層，並透過真空熱壓方式使該金屬化陶瓷散熱基板和該反射杯層藉由該膠模相互接合。
相較於習知技術，本發明提出一種發光二極體之封裝結構及其製造方法，將反射杯層以陶瓷或高分子工程塑膠等材料來形成，避免長期在發光二極體高溫使用下導致反射杯層之脆化或裂解。另外，本發明利用膠膜將金屬化陶瓷散熱基板及反射杯層結合，所形成封裝結構可透過現有封裝機台來進行發光二極體封裝，如此不僅大幅降低封裝成本亦無需新機台設備的支出。
以下係藉由特定的具體實施形態說明本發明之技術內容，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施形態加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。本發明中所謂「一」僅係便於說明本發明之技術特徵的參考數值，並非用以限制本發明之實施形態與權利範圍，合先敘明。
如第2圖所示，為本發明所述發光二極體之封裝結構之剖視圖。該封裝結構2中包括金屬化陶瓷散熱基板20、反射杯層30以及膠膜40。首先提供一金屬化陶瓷散熱基板20，而反射杯層30係位於該金屬化陶瓷散熱基板20之一側。該反射杯層30中具有開口31，且該開口31外露出該金屬化陶瓷散熱基板20之表面，而在該金屬化陶瓷散熱基板20及該反射杯層30之間具有如壓克力黏膠之膠膜40，以提供該金屬化陶瓷散熱基板20及該反射杯層30兩者之間的接合。
於該封裝結構2中，還可將發光元件50置放於該金屬化陶瓷散熱基板20表面的線路層60上並產生電性連接，最後於開口31內形成封裝膠體10，藉以包覆於開口31內的金屬化陶瓷散熱基板20表面、線路層60及發光元件50，從而完成整個發光二極體元件的封裝程序。常見形成封裝膠體10的方式包括灌膠、注膠或點膠等製程方式。
該金屬化陶瓷散熱基板20具有良好熱能與電能分離效果，可提供發光元件50的可靠度。為了使反射杯層30不易脆化或裂解，該反射杯層30可由與金屬化陶瓷散熱基板20相同材料的氮化鋁(AlN)或氧化鋁(Al2 O3 )製成，又或者以PA9T高分子的工程塑膠等材料來製成。
前述發光二極體之封裝結構可適用於目前常見發光二極體晶粒與散熱基板之間的封裝，如第2圖所示，該發光二極體晶粒(即發光元件50)是採用固晶打線方式作接合，其他如共晶接合或覆晶接合等方式同樣可適用於本發明所述之封裝結構。
請參照第3圖，為本發明發光二極體之封裝結構另一實施例之剖視圖。於該實施例中，封裝結構3中開口31的孔徑係朝該金屬化陶瓷散熱基板20之表面漸縮。具體來說，利用膠膜40結合於金屬化陶瓷散熱基板20表面上的反射杯層30可為傾斜面結構，如圖所示，由反射杯層30所形成的開口31，在遠離金屬化陶瓷散熱基板20之開口31的孔徑大小為距離d1 ，而接近金屬化陶瓷散熱基板20之開口31的孔徑大小為距離d2 ，該距離d1 可大於或等於距離d2 。於本實施例中，距離d1 係大於距離d2 ，使得該反射杯層30為傾斜狀，不僅可提供發光元件較佳反射效果，同時視需求可設計出特殊出光角度。
請參照第4A和4B圖，係本發明用於發光二極體之封裝結構又一實施例之剖視圖。於該實施例中，封裝結構4之金屬化陶瓷散熱基板20之表面復包括線路層60，且膠膜40同時覆蓋該金屬化陶瓷散熱基板20及該線路層60。詳言之，金屬化陶瓷散熱基板20上具有線路層60，使得線路層60與金屬化陶瓷散熱基板20間形成高低斷差輪廓，因而可利用膠膜40或反射杯層30的厚度及可繞性等特性，將膠膜40同時覆蓋於金屬化陶瓷散熱基板20及線路層60上，以同時保持良好的氣密性。
如第4A圖所示，用於結合金屬化陶瓷散熱基板20及反射杯層30之膠膜40，除了覆蓋該金屬化陶瓷散熱基板20部分表面外，還可覆蓋線路層60。而第4B圖所示另一實施例中，膠膜40’可同時覆蓋該金屬化陶瓷散熱基板20’及線路層60’，其中膠膜40’整體厚度一致，即表示該反射杯層30’可以配合高地斷差的輪廓形成。
由上可知，本發明所述用於發光二極體之封裝結構，若反射杯層使用氮化鋁或氧化鋁等陶瓷材料，由於該反射杯層的材料與陶瓷基板相同，如此避免反射杯層在長期高溫使用下易脆化和裂解之缺陷。此外，由於金屬化陶瓷散熱基板之優異的散熱能力，LED晶粒所產生的熱能不會累積而造成高溫，使得PA9T或鐵氟龍等高分子的工程塑膠亦適用於高功率LED封裝之反射杯層結構。再者，本發明使用膠膜將反射杯層與金屬化陶瓷散熱基板結合，不僅提供高可靠度的結合，同時也可利用現行封裝機台來執行後續電子元件封裝，無需增加新設備成本。
請參閱第5A至5E圖，係為本發明發光二極體之封裝結構的製造方法剖視圖，以下將逐步說明本發明之封裝結構的製程。
如第5A圖所示，首先提供一金屬化陶瓷散熱基板20，該金屬化陶瓷散熱基板20表面上具有線路層，而該金屬化陶瓷散熱基板20具有良好電能與熱能分離效果。
如第5B圖所示，提供反射杯層30於該金屬化陶瓷散熱基板20之一側。該反射杯層30可使用與金屬化陶瓷散熱基板20材質相似的氮化鋁、氧化鋁或PA9T、鐵氟龍工程塑膠等材料來形成，如此可提高該反射杯層30耐熱性以避免長期高溫導致的脆化或裂解。
如第5C圖所示，將膠膜40附著於反射杯層30靠近該金屬化陶瓷散熱基板20端的一側。該膠膜40可為壓克力黏膠，且以塗佈、貼合、噴塗、沾塗或浸泡之方式附著於該反射杯層30上。
如第5D圖所示，透過雷射切割、刀模裁切或沖壓成型等方式於該反射杯層30及該膠膜40上形成貫通之開口31。
如第5E圖所示，將金屬化陶瓷散熱基板20與具開口31之膠膜40及反射杯層30對準疊合，並以真空熱壓方式使該金屬化陶瓷散熱基板20和該反射杯層30之側邊藉由該膠膜40結合，以形成具有開口31之封裝結構。
此外，反射杯層30靠近開口31的側邊可設計垂直於金屬化陶瓷散熱基板20，而在另一實施例中，該開口31的孔徑可朝該金屬化陶瓷散熱基板20之表面漸縮，亦即該反射杯層30靠近開口31的側邊形成為傾斜面結構。
接著，請參閱第6A至6D圖，係為本發明發光二極體之封裝結構的另一製造方法剖視圖。
如第6A圖所示，首先提供一金屬化陶瓷散熱基板20，該金屬化陶瓷散熱基板20表面具有供電子元件連接之線路層，且該金屬化陶瓷散熱基板20有著良好電熱分離效果。
如第6B圖所示，提供具有第一開口32之反射杯層30，其中，該反射杯層30使用與金屬化陶瓷散熱基板20之材質相似的氮化鋁、氧化鋁或PA9T、鐵氟龍工程塑膠等材料，如此可提高該反射杯層30的耐熱性，而該第一開口32可利用雷射切割、刀模裁切、沖壓成型、射出成型或熱壓成型等方式形成。
如第6C圖所示，提供具有第二開口41之膠膜40，該膠膜40可為壓克力黏膠，而該第二開口41係透過雷射切割、刀模裁切或沖壓成型等方式來形成。
如第6D圖所示，對準第一開口31與第二開口41以將反射杯層30、膠膜40及金屬化陶瓷散熱基板20依序疊合，並以真空熱壓方式使得該金屬化陶瓷散熱基板20和該反射杯層30藉由膠膜40結合，以形成具有開口31之封裝結構，其中，該開口31是由第一開口32和第二開口41所組成。
此外，反射杯層30靠近開口31的邊緣除了可垂直於金屬化陶瓷散熱基板20外，於另一實施例中，該第一開口32之孔徑可約略大於該第二開口41(第一開口32之孔徑可略大於或等於第二開口41)，亦即由第一開口32和第二開口41所形成之開口31的孔徑可由遠離該金屬化陶瓷散熱基板20端朝著金屬化陶瓷散熱基板20表面逐漸縮小的方式形成，而讓反射杯層30側邊形成傾斜面結構。
綜上所述，本發明之發光二極體之封裝結構及其製造方法，主要將利用陶瓷或高分子工程塑膠等材料形成反射杯層，可防止該反射杯層長期高溫使用下易脆化或裂解，此外，本發明利用膠膜提供金屬化陶瓷散熱基板與反射杯層之間結合，不僅強化兩者之間的可靠度，且對整體結構無大幅改變，也就是可利用現有封裝機台進行後續發光二極體的封裝，如此不僅無增加封裝成本，復可提供耐用的封裝結構。
上述實施形態僅例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
2、3、4、4’．．．封裝結構
10．．．封裝膠體
20、20’．．．金屬化陶瓷散熱基板
30、30’．．．反射杯層
31．．．開口
32．．．第一開口
41．．．第二開口
40、40’．．．膠膜
50．．．發光元件
60、60’．．．線路層
100．．．金屬導線架
110．．．反射杯
111‧‧‧開口
300‧‧‧發光二極體
400‧‧‧封裝膠體
d1 、d2 ‧‧‧距離
第1圖係為習知發光二極體封裝件之剖面圖；
第2圖係為本發明用於發光二極體之封裝結構之剖視圖；
第3圖係為本發明用於發光二極體之封裝結構另一實施例之剖視圖；
第4A和4B圖係為本發明用於發光二極體之封裝結構又一實施例之剖視圖；
第5A至5E圖係為本發明用於發光二極體之封裝結構的製造方法剖視圖；以及
第6A至6D圖係為本發明用於發光二極體之封裝結構的另一製造方法剖視圖。
2．．．封裝結構
10．．．封裝膠體
20．．．金屬化陶瓷散熱基板
30．．．反射杯層
31．．．開口
40．．．膠膜
50．．．發光元件
60．．．線路層

Claims (13)

  1. 一種發光二極體之封裝結構，係包括：金屬化陶瓷散熱基板；線路層，形成於該金屬化陶瓷散熱基板之表面；反射杯層，係位於該金屬化陶瓷散熱基板之一側，具有開口以外露出該金屬化陶瓷散熱基板之表面；以及膠膜，係位於該金屬化陶瓷散熱基板與該反射杯層間，用以接合該金屬化陶瓷散熱基板及該反射杯層，且該膠膜係同時覆蓋該金屬化陶瓷散熱基板及該線路層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中，該反射杯層係由氮化鋁、氧化鋁或PA9T、鐵氟龍工程塑膠所形成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中，該膠膜係為壓克力黏膠。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，復包括：發光元件，係設置於該反射杯層之開口所露出之該金屬化陶瓷散熱基板上；以及封裝膠體，係形成於該反射杯層之開口以包覆該發光元件。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中，該反射杯層之開口的孔徑係朝該金屬化陶瓷散熱基板之表面漸縮。
  6. 一種發光二極體之封裝結構的製造方法，係包括：提供一金屬化陶瓷散熱基板及一反射杯層； 將膠膜附著於該反射杯層之一側邊；於附著有該膠膜的該反射杯層上形成貫通之開口；以及將該金屬化陶瓷散熱基板與附著有該膠膜且具有該開口之反射杯層對準疊合，並以真空熱壓方式使該金屬化陶瓷散熱基板透過該膠膜接合該反射杯層。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中，該反射杯層之開口係透過雷射切割、刀模裁切或沖壓成型而形成。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中，該膠膜係以塗佈、貼合、噴塗、沾塗或浸泡之方式附著於該反射杯層之一側邊。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中，該反射杯層之開口的孔徑係朝該金屬化陶瓷散熱基板之表面漸縮。
  10. 一種發光二極體之封裝結構的製造方法，係包括：提供一金屬化陶瓷散熱基板、具有第一開口之反射杯層以及具有第二開口之膠膜；以及將該反射杯層之第一開口對準與該膠膜之第二開口以疊合該金屬化陶瓷散熱基板、該膠膜及該反射杯層，並透過真空熱壓方式使該金屬化陶瓷散熱基板和該反射杯層藉由該膠模相互接合。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之製造方法，其中，該反射杯層之第一開口係利用雷射切割、刀模裁切、沖壓成 型、射出成型或熱壓成型而形成。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之製造方法，其中，該膠膜之第二開口係透過雷射切割、刀模裁切或沖壓成型而形成。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之製造方法，其中，該反射杯層之第一開口的孔徑大於或等於該膠膜之第二開口。
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