TWI447975B - 發光二極體晶片之結構、發光二極體封裝基板之結構、發光二極體封裝結構及其製法 - Google Patents

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發光二極體晶片之結構、發光二極體封裝基板之結構、發光二極體封裝結構及其製法
本發明係有關於一種發光二極體晶片之結構、發光二極體封裝基板之結構、發光二極體封裝結構及其製法，尤指一種打線型式的發光二極體晶片之結構、發光二極體封裝基板之結構、發光二極體封裝結構及其製法。
近年來，由於發光二極體(light emitting diode，簡稱LED)具備效率高、不易破損、環保、高可靠性、使用壽命長、耗電量低、無須暖燈時間、與反應時間快速等傳統光源無法與之比較的優秀性能，所以發光二極體的應用產品與日俱增。而隨著各種顏色之發光二極體的研發成功，更開啟發光二極體的照明應用時代。在節能省碳的趨勢持續上升的情況下，發光二極體的照明市場逐漸擴展成為未來主要趨勢，並逐漸取代傳統冷陰極管、鹵素燈或白熾燈泡等光源。
但隨著LED的功率大幅提昇，LED的工作溫度也大幅上升，該溫度主要會影響LED的發光效率與壽命。當LED之散熱效率不好時，會造成工作溫度上升，使LED之pn接面之溫度升高，pn接面的溫度與發光亮度呈現反比關係，溫度愈是升高，LED亮度就愈衰減，即發光效率減低。另外，對於LED的壽命而言，假設LED的工作溫度一直保持在50℃以下，則有將近20,000小時的壽命，而當工作溫度升高至75℃時，壽命就只剩下10,000小時，所以工作溫度對LED之壽命相當重要。綜上所述，散熱對於LED而言，是非常重要之考量因素。
請參閱第1圖，係習知發光二極體封裝結構的剖視圖，如圖所示，其係將例如高導熱銀膠或錫膏的黏著層11全面性地塗佈於金屬材質之封裝基板10的置晶墊101上，再把發光二極體晶片12接置於該黏著層11上，此種方式因導熱面積大，故可提供較佳的導熱效果。
惟，因為發光二極體晶片12與封裝基板10的熱膨脹係數(CTE)並不匹配(mismatch)，使得最終發光二極體封裝結構在經過冷熱循環的可靠度試驗後，所產生的熱應力容易造成兩者的交界面處的剝離現象。
因此，如何避免上述習知技術中之種種問題，俾解決發光二極體封裝結構容易因熱膨脹係數不匹配而產生過大熱應力的問題，進而提升整體封裝結構的信賴性，實已成為目前亟欲解決的課題。
有鑒於上述習知技術之缺失，本發明提供一種發光二極體晶片之結構，係包括：係具有相對之主動面與非主動面的基材本體，該主動面上具有複數電極墊；形成於該基材本體之非主動面上的絕緣層，且該絕緣層具有複數貫穿該絕緣層之絕緣層開孔；以及對應形成於各該絕緣層開孔中的複數金屬導熱元件。
本發明復提供一種發光二極體封裝基板之結構，係包括：具有置晶墊的基板本體；形成於該置晶墊上的絕緣層，且該絕緣層具有複數貫穿該絕緣層之絕緣層開孔；以及對應形成於各該絕緣層開孔中的複數金屬導熱元件。
本發明復提供一種發光二極體封裝結構，係包括：封裝基板，其上具有置晶墊；第一絕緣層，係形成於該置晶墊上，且具有複數貫穿該第一絕緣層之第一絕緣層開孔；發光二極體晶片，係具有相對之主動面與非主動面，該主動面上具有複數電極墊；第二絕緣層，係形成於該發光二極體晶片之非主動面上，且具有複數貫穿該第二絕緣層之第二絕緣層開孔，該第二絕緣層係接置於該置晶墊上；以及複數金屬導熱元件，係對應形成於各該第一絕緣層開孔與對應位於各該第二絕緣層開孔中。
本發明復提供一種發光二極體封裝結構之製法，係包括：提供一封裝基板，該封裝基板具有置晶墊與第一絕緣層，該第一絕緣層係形成於該置晶墊上，且該第一絕緣層具有複數貫穿該第一絕緣層之第一絕緣層開孔；以及藉由複數金屬導熱元件將一發光二極體晶片接置於該封裝基板上，該發光二極體晶片具有相對之主動面與非主動面，且該主動面上具有複數電極墊，該發光二極體晶片更具有第二絕緣層，其形成於該發光二極體晶片之非主動面上，且具有複數貫穿該第二絕緣層之第二絕緣層開孔，令該等金屬導熱元件係對應位於各該第一絕緣層開孔與第二絕緣層開孔中。
由上可知，因為本發明係利用複數個矩陣式排列之導熱元件將發光二極體晶片設置於發光二極體封裝基板的置晶墊上，所以可以在影響發光二極體封裝結構的散熱能力的最低程度下，有效減少因熱膨脹係數不匹配所造成的應力問題，進而提升整體可靠度。
以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，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及功效。
須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如「上」、「外」及「一」等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施之範疇。
第一實施例
請參閱第2A至2G圖，係本發明之發光二極體封裝結構及其製法的第一實施例之剖視圖，其中，第2A-1、2A-2與2A-3圖係第2A圖的仰視圖的不同實施態樣。
首先，如第2A圖所示，提供一發光二極體晶片2，其包括：基材本體20，係具有相對之主動面20a與非主動面20b，該主動面20a上具有複數電極墊201，該非主動面20b包括依序形成之反射層21與金屬層22；第二絕緣層23，係形成於該基材本體20之非主動面20b上，且具有複數貫穿該第二絕緣層23之第二絕緣層開孔230。
如第2A-1、2A-2與2A-3圖所示，各該第二絕緣層開孔230係呈圓形或多邊形(例如矩形與八角形)，且該等第二絕緣層開孔230係呈矩陣排列。
如第2B圖所示，於各該第二絕緣層開孔230中對應形成例如金屬導熱球的第一金屬導熱元件24。
如第2C圖所示，提供一發光二極體封裝基板3，其包括：基板本體30，其上具有置晶墊31與複數銲墊32，該銲墊32係設置於該置晶墊31之外緣，該基板本體30係較佳為金屬核心印刷電路板(Metal Core Printed Circuit Board，簡稱MCPCB)，以增進整體散熱效能；第一絕緣層33，係形成於該置晶墊31上，且具有複數貫穿該第一絕緣層33之第一絕緣層開孔330；例如金屬導熱層的複數第二金屬導熱元件34，係對應形成於各該第一絕緣層開孔330中。
如第2D圖所示，將該發光二極體晶片2接置於該發光二極體封裝基板3上，各該第一金屬導熱元件24對應連接各該第二金屬導熱元件34，且各該第一金屬導熱元件24與各該第二金屬導熱元件34結合而構成金屬導熱元件54。
如第2E圖所示，形成複數電性連接該電極墊201與銲墊32的銲線51。
如第2F圖所示，形成包覆該發光二極體晶片2的螢光層52。
如第2G圖所示，於該螢光層52、置晶墊31、銲墊32與銲線51上覆蓋透明材料53。
第二實施例
請參閱第3A至3G圖，係本發明之發光二極體封裝結構及其製法的第二實施例之剖視圖。
首先，如第3A圖所示，提供一發光二極體晶片2，其包括：基材本體20，係具有相對之主動面20a與非主動面20b，該主動面20a上具有複數電極墊201，該非主動面20b包括依序形成之反射層21與金屬層22；第二絕緣層23，係形成於該基材本體20之非主動面20b上，且具有複數貫穿該第二絕緣層23之第二絕緣層開孔230。
如第3B圖所示，於各該第二絕緣層開孔230中對應形成例如金屬導熱層的第一金屬導熱元件24。
如第3C圖所示，提供一發光二極體封裝基板3，其包括：基板本體30，其上具有置晶墊31與複數銲墊32，該銲墊32係設置於該置晶墊31之外緣；第一絕緣層33，係形成於該置晶墊31上，且具有複數貫穿該第一絕緣層33之第一絕緣層開孔330；例如金屬導熱層的複數第二金屬導熱元件34，係對應形成於各該第一絕緣層開孔330中。
如第3D圖所示，將該發光二極體晶片2接置於該發光二極體封裝基板3上，各該第一金屬導熱元件24對應連接各該第二金屬導熱元件34，且各該第一金屬導熱元件24與各該第二金屬導熱元件34結合而構成金屬導熱元件54。
如第3E圖所示，形成複數電性連接該電極墊201與銲墊32的銲線51。
如第3F圖所示，形成包覆該發光二極體晶片2的螢光層52。
如第3G圖所示，於該螢光層52、置晶墊31、銲墊32與銲線51上覆蓋透明材料53。
要注意的是，實施本發明時，亦可僅形成該第一金屬導熱元件24與該第二金屬導熱元件34之其中一者，且該第一金屬導熱元件24與該第二金屬導熱元件34可為金屬導熱層或金屬導熱球，但不以此為限。
本發明復提供一種發光二極體晶片2之結構，係包括：基材本體20，係具有相對之主動面20a與非主動面20b，該主動面20a上具有複數電極墊201；第二絕緣層23，係形成於該基材本體20之非主動面20b上，且具有複數貫穿該第二絕緣層23之第二絕緣層開孔230；以及複數第一金屬導熱元件24，係對應形成於各該第二絕緣層開孔230中。
於前述之發光二極體晶片2之結構中，該基材本體20之非主動面20b復包括反射層21，其係連接該第二絕緣層23，且該基材本體20之非主動面20b復包括形成於該反射層21外側上的金屬層22，其係設置於該第二絕緣層23與該反射層21之間，且該第一金屬導熱元件24連接至該金屬層22。
於本發明之發光二極體晶片2之結構中，該第一金屬導熱元件24係為金屬導熱層或金屬導熱球，且透過該第二絕緣層開孔230連接至該基材本體20，各該第二絕緣層開孔230係呈圓形或多邊形，且該等第二絕緣層開孔230係呈矩陣排列。
本發明復提供一種發光二極體封裝基板3之結構，係包括：基板本體30，其上具有置晶墊31；第一絕緣層33，係形成於該置晶墊31上，且具有複數貫穿該第一絕緣層33之第一絕緣層開孔330；以及複數第二金屬導熱元件34，係對應形成於各該第一絕緣層開孔330中。
於前述之發光二極體封裝基板3之結構中，該基板本體30上復具有複數銲墊32，其係設置於該置晶墊31之外緣，且該第二金屬導熱元件34係為金屬導熱層或金屬導熱球，且透過該第一絕緣層開孔330連接至該基板本體30。
於本發明之發光二極體封裝基板3之結構中，各該第一絕緣層開孔330係呈圓形或多邊形，且該等第一絕緣層開孔330係呈矩陣排列。
本發明復提供一種發光二極體封裝結構，係包括：發光二極體封裝基板3，係包括：基板本體30，其上具有置晶墊31；第一絕緣層33，係形成於該置晶墊31上，且具有複數貫穿該第一絕緣層33之第一絕緣層開孔330；複數金屬導熱元件54，係對應形成於各該第一絕緣層開孔330中；以及發光二極體晶片2，係設置於該等金屬導熱元件54上，且包括：基材本體20，係具有相對之主動面20a與非主動面20b，該主動面20a上具有複數電極墊201；第二絕緣層23，係形成於該基材本體20之非主動面20b上，且具有複數貫穿該第二絕緣層23之第二絕緣層開孔230，各該金屬導熱元件54係對應位於各該第二絕緣層開孔230中。
於前述之發光二極體封裝結構中，該基板本體30上復具有複數銲墊32，其係設置於該置晶墊31之外緣，且復包括複數電性連接各該電極墊201與銲墊32的銲線51，又包括螢光層52，係包覆該發光二極體晶片2，再包括透明材料53，係覆蓋於該螢光層52、置晶墊31、銲墊32與銲線51上。
於本發明之發光二極體封裝結構中，各該第二絕緣層開孔230與第一絕緣層開孔330係呈圓形或多邊形，且該等第二絕緣層開孔230與第一絕緣層開孔330係呈矩陣排列，又該金屬導熱元件54係為金屬導熱層或金屬導熱球。
綜上所述，相較於習知技術，由於本發明係利用類似球柵陣列的方式將發光二極體晶片設置於發光二極體封裝基板的置晶墊上，因此可以在影響發光二極體封裝結構的散熱能力的最低程度下，有效減少因熱膨脹係數不匹配所造成的應力問題，進而提升整體可靠度。
上述實施例係用以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，對上述實施例進行修改。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。
10．．．封裝基板
101、31．．．置晶墊
11．．．黏著層
12、2．．．發光二極體晶片
20．．．基材本體
20a．．．主動面
20b．．．非主動面
201．．．電極墊
21．．．反射層
22．．．金屬層
23．．．第二絕緣層
230．．．第二絕緣層開孔
24．．．第一金屬導熱元件
3．．．發光二極體封裝基板
30．．．基板本體
32．．．銲墊
33．．．第一絕緣層
330．．．第一絕緣層開孔
34．．．第二金屬導熱元件
51．．．銲線
52．．．螢光層
53．．．透明材料
54．．．金屬導熱元件
第1圖係習知發光二極體封裝結構的剖視圖；
第2A至2G圖係本發明之發光二極體封裝結構及其製法的第一實施例之剖視圖，其中，第2A-1、2A-2與2A-3圖係第2A圖的仰視圖的不同實施態樣；以及
第3A至3G圖係本發明之發光二極體封裝結構及其製法的第二實施例之剖視圖。
2．．．發光二極體晶片
20．．．基材本體
20a．．．主動面
20b．．．非主動面
201．．．電極墊
21．．．反射層
22．．．金屬層
23．．．第二絕緣層
230．．．第二絕緣層開孔
3．．．發光二極體封裝基板
30．．．基板本體
31．．．置晶墊
32．．．銲墊
33．．．第一絕緣層
330．．．第一絕緣層開孔
54．．．金屬導熱元件

Claims (22)

  1. 一種發光二極體晶片之結構，係包括：基材本體，係具有相對之主動面與非主動面，該主動面上具有複數電極墊；絕緣層，係形成於該基材本體之非主動面上，且具有複數貫穿該絕緣層之絕緣層開孔；以及複數金屬導熱元件，係對應形成於各該絕緣層開孔中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片之結構，其中，該基材本體之非主動面復包括反射層，其係連接該絕緣層。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體晶片之結構，其中，該基材本體之非主動面復包括金屬層，其係設置於該絕緣層與該反射層之間，且該金屬導熱元件連接至該金屬層。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片之結構，其中，該金屬導熱元件係為金屬導熱層或金屬導熱球，且透過該絕緣層開孔連接至該基材本體。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片之結構，其中，各該絕緣層開孔係呈圓形或多邊形，且該等絕緣層開孔係呈矩陣排列。
  6. 一種發光二極體封裝基板之結構，係包括：基板本體，其上具有置晶墊；絕緣層，係形成於該置晶墊上，且具有複數貫穿該絕緣層之絕緣層開孔；以及複數金屬導熱元件，係對應形成於各該絕緣層開孔中。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體封裝基板之結構，其中，該基板本體上復具有複數銲墊，其係設置於該置晶墊之外緣。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體封裝基板之結構，其中，該金屬導熱元件係為金屬導熱層或金屬導熱球，且透過該絕緣層開孔連接至該基板本體。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體封裝基板之結構，其中，各該絕緣層開孔係呈圓形或多邊形，且該等絕緣層開孔係呈矩陣排列。
  10. 一種發光二極體封裝結構，係包括：封裝基板，其上具有置晶墊；第一絕緣層，係形成於該置晶墊上，且具有複數貫穿該第一絕緣層之第一絕緣層開孔；發光二極體晶片，係具有相對之主動面與非主動面，該主動面上具有複數電極墊；第二絕緣層，係形成於該發光二極體晶片之非主動面上，且具有複數貫穿該第二絕緣層之第二絕緣層開孔，該第二絕緣層係接置於該置晶墊上；以及複數金屬導熱元件，係對應形成於各該第一絕緣層開孔與對應位於各該第二絕緣層開孔中。
  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，該封裝基板復具有複數銲墊，其係設置於該置晶墊之外緣，且復包括複數電性連接各該電極墊與銲墊的銲線。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體封裝結構，復包括螢光層，係包覆該發光二極體晶片。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之發光二極體封裝結構，復包括透明材料，係覆蓋於該螢光層、置晶墊、銲墊與銲線上。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體封裝結構，其中，各該第一絕緣層開孔與第二絕緣層開孔係呈圓形或多邊形，且該等第一絕緣層開孔與第二絕緣層開孔係呈矩陣排列。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體封裝結構，其中，該金屬導熱元件係為金屬導熱層或金屬導熱球。
  16. 一種發光二極體封裝結構之製法，係包括：提供一封裝基板，該封裝基板具有置晶墊與第一絕緣層，該第一絕緣層係形成於該置晶墊上，且該第一絕緣層具有複數貫穿該第一絕緣層之第一絕緣層開孔；以及藉由複數金屬導熱元件將一發光二極體晶片接置於該封裝基板上，該發光二極體晶片具有相對之主動面與非主動面，且該主動面上具有複數電極墊，該發光二極體晶片更具有第二絕緣層，其形成於該發光二極體晶片之非主動面上，且具有複數貫穿該第二絕緣層之第二絕緣層開孔，令該等金屬導熱元件係對應位於各該第一絕緣層開孔與第二絕緣層開孔中。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之發光二極體封裝結構之製法，其中，係先於該發光二極體晶片與封裝基板上分別形成複數第一金屬導熱元件與第二金屬導熱元件，各該第一金屬導熱元件與第二金屬導熱元件再對應相接而構成各該金屬導熱元件。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之發光二極體封裝結構之製法，其中，該封裝基板上復具有複數銲墊，其係設置於該置晶墊之外緣，且復包括形成複數電性連接該電極墊與銲墊的銲線。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之發光二極體封裝結構之製法，復包括形成包覆該發光二極體晶片的螢光層。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之發光二極體封裝結構之製法，復包括於該螢光層、置晶墊、銲墊與銲線上覆蓋透明材料。
  21. 如申請專利範圍第16項所述之發光二極體封裝結構之製法，其中，各該第一絕緣層開孔與第二絕緣層開孔係呈圓形或多邊形，且該等第一絕緣層開孔與第二絕緣層開孔係呈矩陣排列。
  22. 如申請專利範圍第16項所述之發光二極體封裝結構之製法，其中，該金屬導熱元件係為金屬導熱層或金屬導熱球。
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