TWI442595B - 發光二極體裝置 - Google Patents

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Description

發光二極體裝置
本發明是有關於一種發光二極體封裝結構，且特別是有關於一種利用新混合膠體進行封裝之發光二極體封裝結構。
發光二極體(Light Emitting Diode,LED)由於其反應速度快、體積小、低耗電、低熱量、使用壽命長等特點，已逐漸取代白熾燈泡以及鹵素燈等傳統照明燈具。因此，LED從一開始運用在電子裝置的狀態指示燈，發展應用到成為液晶顯示的背光源，再擴展到電子照明甚至是投影機內的照明等，LED的應用仍隨著技術的進步在持續地延伸當中。
隨著LED亮度以及發光效率的逐漸提升，對於封裝製程來說也面臨了極大的雙重挑戰。在散熱效能方面，高功率(High Power)LED中所產生之高熱量若不能配高效率之散熱，不僅會造成LED亮度減弱，也會縮短LED的使用壽命。而在光學性質方面，現有的LED封裝膠體大部分係採用環氧樹脂，而環氧樹脂的光學性質會受到溫度和紫外線照射的影響。因此，在正常的操作條件下都會遭遇光學透明度隨著時間衰減導致折射率降低的難題。
現有的封裝形式為在固晶(Die Bond)、打線(Wire Bond)之後就直接點膠、封膠(Auto Encapsulate)或壓模(Molding)。而傳統固晶方式則是利用銀膠或透明絕緣膠的方式將晶粒(chip)固著於封裝體的基板上；元件產生的熱能則是藉由傳導的方式從元件內部傳至元件基板，再經由銀膠或透明絕緣膠傳遞至封裝體的基板或熱漕(heat sink)上。而隨著發光功率的提升與使用溫度的增加，銀膠與透明絕緣膠已不能負荷如此大量的熱傳遞了，以至於造成元件的光衰與熱衰，進而使元件失效。
再者，發光二極體與雷射二極體的組成材料其折射率大於2.5，而一般封裝用之膠材或樹脂其折射率小於1.5，空氣之折射率為1。由於晶粒(chips)、元件(devices)與封裝材料之折射率差異甚大，造成封裝後發光元件之光輸出因全反射角過小，而使得出光效率減少。
因此，對於LED封裝結構中封裝材料之要求，除了原有的強度與熱性質之外，對於光學性質更是重視。
因此本發明的目的就是在提供一種發光二極體裝置，藉由膠材以及絕緣導熱材料所混合而成之混合膠體同時提供LED晶片黏著以及散熱之功效。
本發明的另一目的是在提供一種發光二極體裝置，利用比現有封裝材料具有較高折射率之混合膠體進行封裝，增加全反射角度並加強出光效率。
根據本發明之實施例，提出一種發光二極體裝置，包含一基座、一基板、一支架、一LED晶片、一第一混合膠體以及一第二混合膠體。
基板與支架係設於基座上，且第一混合膠體係塗佈於基板與LED晶片之間，用以將LED晶片固著於基板上。LED晶片上更設有一連接至支架之導線，用以導通LED晶片向上發光(Face Up)。第二混合膠體灌注於基座中用以包覆基板、LED晶片以及導線。
其中，第一混合膠體以及第二混合膠體係由膠材與鑽石粉(Diamond Carbon)、類鑽石粉(Diamond－Like Carbon)或陶瓷粉(Ceramic)均勻混合而成。其中膠材為環氧樹脂(Epoxy Resin)、矽樹脂(Silicone Resin)或聚碳酸酯(Poly Carbonate)，而陶瓷粉為氧化鋁、氮化鋁、氮化硼或碳化矽。因此，混合後之膠材不僅具有黏著性，且相較於現有的封裝膠體更具有較高之熱導性以及絕緣性。
第一混合膠體係設於基板與LED晶片之間，藉由其黏著性固定LED晶片於基板上，更利用熱傳導特性將LED晶片於發光時所散發之熱量通過基板傳至基座進行散熱，相較於現有單純進行黏著固定之銀膠或透明絕緣膠，可獲得更佳之散熱效果。
此外，由於LED晶片係向上發光，且折射率大於約2.5，而第二混合膠體之折射率介於約1.5至2.5之間，相較於現有封裝膠材體約小於1.5之折射率，可減少LED晶片與封裝材料之間折射率之差異，進而增加全反射角度與出光效率。
因此，相較於現有發光二極體裝置，本發明之發光二極體裝置可具有下列之功效：1.本發明實施例中之混合膠體係經由均勻混合絕緣導熱材料以及膠材所形成，將其用來取代現有的銀膠或透明絕緣膠，使LED晶片黏著固定於基板上，更藉由其熱傳導特性將LED晶片於發光時所散發之熱量通過基板傳至基座進行散熱，用以獲得更佳之散熱效果。
2.本發明實施例中混合膠體之折射率介於約1.5至2.5之間，而LED晶片之折射率約大於2.5，因此相較於現有利用折射率約小於1.5之封裝膠材體，LED晶片400與封裝材料之間折射率之差異可被減少，進而增加全反射角度與出光效率。
請參照第1圖，其係繪示本發明第一實施例之發光二極體裝置之結構示意圖。本實施例之發光二極體裝置包含一基座100、一基板200、一支架300、一LED晶片400、一第一混合膠體510以及一封裝膠材體800。
基板200與支架300係設於基座100上，且第一混合膠體510係塗佈於基板200與LED晶片400之間，用以將LED晶片400固著於基板200上。LED晶片400上藉由導線900連接至支架300，用以導通電力至LED晶片400向上發光(Face Up)。封裝膠材體800係灌注於基座100中用以包覆基板200、LED晶片400以及導線900。
第一混合膠體510係由膠材與鑽石粉(Diamond Carbon)、類鑽石粉(Diamond－Like Carbon)或陶瓷粉(Ceramic)均勻混合而成。其中膠材為環氧樹脂(Epoxy Resin)、矽樹脂(Silicone Resin)或聚碳酸酯(Poly Carbonate)，而陶瓷粉為氧化鋁、氮化鋁、氮化硼或碳化矽。鑽石粉與類鑽石粉之熱傳導係數大於1000W/mK，而陶瓷粉之熱傳導係數亦高於200 W/mK。因此，混合後之膠材不僅具有黏著性，且相較於現有的封裝膠體更具有較高之熱導性以及絕緣性(電阻係數約為1013 Ω－cm)。在本實施例中，第一混合膠體510係設於基板200與LED晶片400之間，藉由其黏著性固定LED晶片400於基板200上，更利用熱傳導特性將LED晶片400於發光時所散發之熱量通過基板200傳至基座100進行散熱，相較於現有單純進行黏著固定之銀膠或透明絕緣膠，可獲得更佳之散熱效果。
請參照第2圖，其係繪示本發明第二實施例之發光二極體裝置之結構示意圖。本實施例與第一實施例不同之處在於更包含第二混合膠體520，第二混合膠體520係側面包覆該基板200以及該晶片400，相較於第一實施例中僅有第一混合膠體510用以散熱，本實施例透過第二混合膠體520之設置，增加與LED晶片400之接觸面積，用以加強其散熱效率。
請參照第3圖，其係繪示本發明第三實施例之發光二極體裝置之結構示意圖。本實施例與第三實施例與第一實施例不同之處在於更包含第三混合膠體530。第三混合膠體530之組成材質與第一混合膠體510之組成材質相同。
第三混合膠體530取代封裝膠材體800用以包覆基板200、LED晶片400以及導線900。由於LED晶片400係向上發光，且折射率大於約2.5，而第三混合膠體530之折射率介於約1.5至2.5之間，相較於現有封裝膠材體約小於1.5之折射率，可減少LED晶片400與封裝材料之間折射率之差異，進而增加全反射角度與出光效率。
請參照第4圖，其係繪示本發明第四實施例之發光二極體裝置之結構示意圖。本實施例與第一實施例不同之處在於第四混合膠體540。其中，第四混合膠體540之組成材質與第一實施例中之第一混合膠體510之組成材質相同。
在本實施例中之LED晶片400係採用覆晶技術(Flip Chip)，藉由一組金屬凸塊950(Bump)連接至基板200上之一銲墊組960，再利用導線900電性連接銲墊組960與支架300用以導通該LED晶片400向下發光。
第四混合膠體540係設於基板200與LED晶片400之間，藉由其黏著性固定LED晶片400於基板200上，更利用熱傳導特性將LED晶片400於發光時所散發之熱量通過基板200傳至基座100進行散熱，相較於現有單純進行黏著固定之銀膠或透明絕緣膠，可獲得更佳之散熱效果。
請參照第5圖，其係繪示本發明第五實施例之發光二極體裝置之結構示意圖。本實施例與第四實施例不同之處在於更包含第五混合膠體550。其中，第五混合膠體550之組成材質與第四混合膠體540之組成材質相同。
第五混合膠體550取代封裝膠材體800用以包覆基板200、LED晶片400以及導線900。由於LED晶片400係向下發光，且折射率大於約2.5，而第四混合膠體540與第五混合膠體550之折射率介於約1.5至2.5之間，相較於現有封裝膠材體約小於1.5之折射率，可減少LED晶片400與封裝材料之間折射率之差異，進而增加全反射角度與出光效率。
由上述實施例可知，本發明之發光二極體裝置具有以下功效及優點：1.本發明實施例中之混合膠體係經由均勻混合絕緣導熱材料以及膠材所形成，將其用來取代現有的銀膠或透明絕緣膠，使LED晶片400黏著固定於基板200上，更藉由其熱傳導特性將LED晶片400於發光時所散發之熱量通過基板200傳至基座100進行散熱，用以獲得更佳之散熱效果。
2.本發明實施例中混合膠體之折射率介於約1.5至2.5之間，而LED晶片400之折射率約大於2.5，因此相較於現有利用折射率約小於1.5之封裝膠材體進行封裝，本發明實施例之發光二極體裝置，LED晶片400與封裝材料之間折射率之差異可被減少，進而增加全反射角度與出光效率。
雖然本發明已以數實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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。
100．．．基座
200．．．基板
300．．．支架
400．．．LED晶片
510．．．第一混合膠體
520．．．第二混合膠體
530．．．第三混合膠體
540．．．第四混合膠體
550．．．第五混合膠體
800．．．封裝膠材體
900．．．導線
950．．．金屬凸塊
960．．．銲墊組
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：第1圖係依照本發明第一實施例之發光二極體裝置之結構示意圖。
第2圖係依照本發明第二實施例之發光二極體裝置之結構示意圖。
第3圖係依照本發明第三實施例之發光二極體裝置之結構示意圖。
第4圖係依照本發明第四實施例之發光二極體裝置之結構示意圖。
第5圖係依照本發明第五實施例之發光二極體裝置之結構示意圖。
100．．．基座
200．．．基板
300．．．支架
400．．．LED晶片
510．．．第一混合膠體
530．．．第三混合膠體
900．．．導線

Claims (5)

  1. 一種發光二極體裝置，包含一基座、一基板、一支架、一LED晶片、一第一混合膠體以及一第二混合膠體，其中該基板與該支架係設於該基座上，且該LED晶片係藉由該第一混合膠體固著於該基板上，該第二混合膠體包覆該LED晶片以及該基板，該第一混合膠體與該第二混合膠體分別包含一膠材以及一絕緣導熱材料，其折射率介於約1.5至2.5之間，其電阻係數約為1013 Ω-cm，其中該絕緣導熱材料係包含鑽石粉、類鑽石粉或陶瓷粉。
  2. 一種發光二極體裝置，包含一基座、，一基板、一支架、一LED晶片、一第一混合膠體以及一第三混合膠體，其中該基板與該支架係設於該基座上，且該LED晶片係藉由該第一混合膠體固著於該基板上，該第三混合膠體灌注於該基座中並包覆該基板以及該LED晶片，該第一混合膠體與該第三混合膠體分別包含一膠材以及一絕緣導熱材料，其折射率介於約1.5至2.5之間，其電阻係數約為1013 Ω-cm，其中該絕緣導熱材料係包含鑽石粉、類鑽石粉或陶瓷粉。
  3. 一種發光二極體裝置，包含一基座、一基板、一支架、一LED晶片、一導線、一第四混合膠體以及一第五混合膠體，其中該基板與該支架係設於該基座上，且該LED晶 片之係採用覆晶技術藉由一組金屬凸塊連接至該基板上之一銲墊組，再利用該導線電性連接該銲墊組與該支架用以導通該LED晶片向下發光，該第四混合膠體係設於該基板與該LED晶片之間，該第五混合膠體包覆該基板、該LED晶片以及該導線，該第四混合膠體與該第五混合膠體分別包含一膠材以及一絕緣導熱材料，其折射率介於約1.5至2.5之間，其電阻係數約為1013 Ω-cm，其中該絕緣導熱材料係包含鑽石粉、類鑽石粉或陶瓷粉。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項其中之一所述之發光二極體裝置，其中該膠材係為環氧樹脂、矽樹脂或聚碳酸酯。
  5. 如申請專利範圍第1項至第3項其中之一所述之發光二極體裝置，其中該陶瓷粉係為氧化鋁、氮化鋁、氮化硼或碳化矽。
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