TWI483418B - 發光二極體封裝方法 - Google Patents

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Description

發光二極體封裝方法
本發明是有關於一種發光二極體封裝方法(Packaging process of light emitting diode)，且特別是有關於一種可以快速提升封裝膠體黏性(viscosity)的發光二極體封裝方法。
由於發光二極體具有壽命長、體積小、高耐震性、發熱度小以及耗電量低等優點，發光二極體已被廣泛地應用於家電產品以及各式儀器之指示燈或光源。近年來，由於發光二極體朝向多色彩以及高亮度化發展，發光二極體的應用範圍已拓展至大型戶外顯示看板及交通號誌燈等，未來甚至可以取代鎢絲燈和水銀燈以成為兼具省電和環保功能的照明燈源。
大致而言，發光二極體封裝結構包括一承載器、一發光二極體晶片以及一封裝膠體。發光二極體晶片配置於承載器上，並與承載器電性連接。封裝膠體則包覆發光二極體晶片與部分承載器，以保護發光二極體晶片並使部分承載器暴露於封裝膠體外以提供外部電極之功能。由於發光二極體晶片發出的光線會經由封裝膠體傳遞至發光二極體封裝結構外，所以發光二極體的封裝膠體除了具有保護發光二極體晶片的功能，更與發光二極體的整體發光效率與光學特性有密切的關連性。
習知的發光二極體封裝方式中，封裝膠體的製作大致上可區分為壓縮成型(compression molding)與轉移成型(transfer molding)兩種。壓縮成型的作法是將載有發光二極體晶片的基板插入含有融熔態封裝膠體的模穴之中，待封裝膠體固化後再 脫模以完成封膠製程。轉移成型則是先將載有發光二極體晶片的基板置入模穴之中，再將融熔態的封裝膠體導入模穴以包覆發光二極體晶片，待封裝膠體固化後再脫模以完成封膠製程。
無論是壓縮成型或者轉移成型，都需要使用模具以及昂貴的成型機台，這會造成一定的成本負擔。此外，模仁使用一段時問後可能產生變形或損壞，進而改變所形成之封裝膠體的外型，甚至影響生產良率。再者，由於模具的開模與修模都需要往返多次的試驗和微調，所以無法快速地因應設計變更，容易耽誤生產時程。因此，如何在封裝方法上有所改進，實為目前發光二極體在製作上亟持克服的課題之一。
本發明提出一種發光二極體封裝方法，其可迅速提高承載器(carrier)上封裝膠體(encapsulant)的黏性。
本發明提供一種發光二極體封裝方法，其包括下列步驟。首先，將一發光二極體晶片與一承載器接合，以使發光二極體晶片與承載器電性連接。其次，加熱承載器，以升高承載器的溫度。再者，形成一封裝膠體於加熱後之承載器上，以包覆發光二極體晶片，其中封裝膠體在未接觸承載器時的黏性低於封裝膠體與承載器接觸後的黏性。之後，固化封裝膠體。
在本發明之一實施例中，上述之形成一封裝膠體於加熱後之承載器上的方法係透過點膠方式。
在本發明之一實施例中，上述之發光二極體晶片與承載器接合時的製程溫度為T1，而加熱後之承載器的溫度為T2，且溫度差(T2-T1)介於攝氏70度至攝氏180度之間。
在本發明之一實施例中，上述之發光二極體晶片與承載器 接合時的製程溫度介於攝氏25度至攝氏30度之間，而加熱後之承載器的溫度介於攝氏100度至攝氏200度之間。
在本發明之一實施例中，上述之封裝膠體為一透明膠體。
在本發明之一實施例中，上述之封裝膠體為一熱固性膠體。
在本發明之一實施例中，上述之封裝膠體在未接觸承載器時的黏性介於1500mPas至4000mPas之間。
在本發明之一實施例中，上述之固化封裝膠體的方法包括預固化(pre-curing)封裝膠體以及令封裝膠體完全固化(fully curing)。
綜上所述，本發明藉由提高承載器的溫度以快速地提高形成在承載器上之封裝膠體的黏性，進而能更有效率地成型封裝膠體。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A~圖1E為本發明一實施例之一種發光二極體封裝方法的剖面示意圖。請先參考圖1A，首先，將一發光二極體晶片110與一承載器120接合，以使發光二極體晶片110與承載器120電性連接。前述之承載器120泛指任何能夠承載發光二極體晶片110，且可與發光二極體晶片110電性連結之載板。在本實施例中，承載器120可以是一印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)，而此印刷電路板例如是以陶瓷材料或是塑膠材料製成的。此外，印刷電路板亦可以是具有良好散熱特性之金屬核心印刷電路板(Metal Core Printed Circuit Board,MCPCB) 或是可撓性印刷電路板(Flexible Printed Circuit)。換言之，本實施例中的發光二極體100是採用晶粒-電路板封裝技術(COB)進行製作。詳細而言，晶粒-電路板封裝技術主要是先將發光二極體晶片110直接黏著於電路板上，接著透過打線製程(wire-bonding process)使發光二極體晶片110與電路板透過焊線(bonding wires)彼此電性連接。
當然，本發明並不特別限定承載器120的類型，舉例而言，在其他可行的實施例中，承載器120也可以是一導線架(leadframe)，此導線架例如包括二接腳(未繪示)與一晶片承載座(未繪示)，而晶片承載座配置於接腳上，用以承載發光二極體晶月110。
請參考圖1B，接著，加熱承載器120以升高承載器120的溫度。在本實施例中，發光二極體晶片110與承載器120接合時的製程溫度為T1，而加熱後之承載器120的溫度為T2，且溫度差(T2-T1)介於攝氏70度至攝氏180度之間。
此外，在本實施例中，發光二極體晶片110與承載器120接合時的製程溫度T1例如是介於攝氏25度至攝氏30度之間，而加熱後之承載器120的溫度T2例如是介於攝氏100度至攝氏200度之間。當然，本發明並不特別限定加熱承載器120的方式，此領域具有通常知識者當可使用各種合適的方法與裝置對承載器120進行加熱，本實施例不限定承載器120的加熱方式。
接著請同時參考圖1C~圖1E，在加熱承載器120以升高承載器120的溫度之後，透過例如是點膠的方式，藉由一膠管140於加熱復之承載器120上注入一封裝膠體130，以包覆發光二極體晶片110，如圖1E所示。
詳細而言，封裝膠體130大多採用具有良好透光性質的材料所製作，以使由發光二極體晶片110射出的光線能夠穿透封裝膠體130，進而傳遞至發光二極體100外。
此外，在本實施例中，封裝膠體130為一熱固性膠體，以滿足製程所需之材料特定的物理性質或化學性質。舉例而言，封裝膠體130所使用的材料可以是環氣樹脂、聚甲基丙烯酸甲醋(polymethyl methacrylate,PMMA)、聚碳酸醋(polycarbonate,PC)、壓克力或其他光學級高分子材料。同樣地，本發明並不特別限定封裝膠體130所使用的材料種類，舉例而言，封裝膠體130亦可以包含奈米微粒分子，此時，發光二極體晶片110所發射之光源可以藉由奈米微粒分子的散射作用，使發光二極體100之光源更均勻並提高亮度。
承上所述，在加熱承載器120並透過點膠的方式形成封裝膠體130的製程中，當承載器120加熱到特定溫度以上，可使封裝膠體130在接觸封裝膠體130後黏性迅速變化。因為，當封裝膠體130接觸到承載器120時，封裝膠體130受到熱傳導而間接被加熱，使得封裝膠體130之黏性大於點膠時之黏性。
最復，對封裝膠體130進行固化製程。在本實施例中，固化封裝膠體130的方法包括先預固化(pre-curing)封裝膠體130。詳細而言，預固化(Pre-curing)是先以一定的製程溫度使封裝膠體130部分固化(partially cured)。在本實施例中，預固化溫度介於100~200℃。接著，再將封裝膠體130完全固化(fully cured)。舉例而言，固化封裝膠體130的方法可以是熱固化(thermal curing)。在本實施例中，完全固化溫度大約是150℃，時問大約是1~2小時。須說明的是，預固化與完全固化所採用的製程溫度大致上相近，其不同之處在於固化時間的 長短，使封裝膠體130產生化學變化。
值得一提的是，在承載器120上形成封裝膠體130之前，若先加熱承載器120，對於提升承載器120上封裝膠體130的黏性確實有正面影響，請參考以下的實驗。
圖2~圖4分別是在不同溫度下對不同封裝膠體加熱的時間與黏性關係圖。請先參考圖2，其中X軸為加熱時間，而Y軸為封裝膠體黏性(mPas)。在本實施例中，當熱固性封裝膠體由大約是室溫左右開始加熱，加熱後溫度設定為為25℃或40℃之時，在120分鐘的加熱時間內其黏性大致上並無變化，且其曲線的斜率大體上僅略高於零。
而當此熱固性封裝膠體的加熱後溫度為60℃時，在加熱至第40分鐘開始，其黏性以及黏性提高的速率就有大幅提升的現象，從圖2中也可明顯看出該曲線的斜率亦於加熱時間為40分鐘之處開始陡升。
當此熱固性封裝膠體的加熱後溫度為80℃或100℃時也有類似現象，不同的是，其斜率陡升的時問點分別是在加熱約15分鐘與3分鐘之處。亦即，在加熱約15分鐘與3分鐘之時封裝膠體就開始融熔，且其黏性急速提高。需說明的是，在剛開始加熱時，雖然溫度的提升而導致封裝膠體的黏性曾短暫下降，但之後即迅速提升，此現象並不影響本發明快速成型封裝膠體之目的。
請參考圖3，圖3的加熱時問與封裝膠體黏性關係圖與圖2類似，惟二者不同之處在於：圖3中的封裝膠體種類、溫度與加熱時問不同於圖2。在本實施例中，當熱固性封裝膠體的加熱後溫度為23℃或40℃之時，在480分鐘的加熱時間內其黏性大致上變化極緩，分別為2400mPas~3100mPas以及 2400mPas~3400mPas。
而當此熱固性封裝膠體的加熱後溫度為60℃時，從加熱約40分鐘開始，其黏性以及黏性提高的速率就大幅提升。當加熱復溫度為80℃，其黏性以及黏性提高速率在加熱約20分鐘時陡升。
請參考圖4，圖4的加熱時間與封裝膠體黏性關係圖與圖2類似，惟二者不同之處在於：圖4中的封裝膠體種類、溫度與加熱時問不同於圖2。在本實施例中，當熱固性封裝膠體的加熱後溫度為60℃之時，在30分鐘的加熱時問內其黏性大致為3500mPas~5900mPas。當加熱復溫度分別為80℃、100℃、150℃時，封裝膠體分別在加熱約7分鐘、5分鐘與4分鐘之處黏性陡升。
整體而官，封裝膠體接觸加熱的承載器之後，因為溫度提升會使封裝膠體的黏性短暫下降，隨後即迅速提升，且溫度提高的速度越快則封裝膠體黏性增加的速度也越快，因此可使封裝膠體快速地形成預定之高度及形狀。在實際操作上亦可以透過調整承載器之加熱溫度以及點膠速度，搭配具有不同黏性特性之封裝膠體，得到不同之封裝膠體的高度及形狀。
本發明將封裝膠體加熱至一定溫度，以使封裝膠體的黏性快速提高。配合控制點入封裝膠體的量與速度，可以快速地成型此封裝膠體。
綜上所述，本發明籍由提高承載器的溫度而增加承載器上封裝膠體的黏性，進而能快速地成型封裝膠體。相較傳統模塑成型之封裝方法，本發明之發光二極體封裝方法可節省成型機台以及模具的成本支出、簡化製程、生產所需的時間，且製程修改的彈性高。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，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，故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‧‧‧發光二極體
110‧‧‧晶片
120‧‧‧承載器
130‧‧‧封裝膠體
140‧‧‧膠管
圖1A~圖1E為本發明一實施例之一種發光二極體封裝方法的剖面示意圖。
圖2~圖4分別是在不同溫度下對不同封裝膠體加熱的時問與黏性關係圖。
100‧‧‧發光二極體
110‧‧‧晶片
120‧‧‧承載器
130‧‧‧封裝膠體
140‧‧‧膠管

Claims (11)

  1. 一種發光二極體封裝方法，包括：將一發光二極體晶片與一承載器接合，以使該發光二極體晶片與該承載器電性連接；加熱該承載器，以升高該承載器的溫度；以及形成一封裝膠體於加熱後之該承載器上，以包覆該發光二極體晶片，其中該承載器之溫度等於或大於60℃，使該封裝膠體之黏度於70分鐘內以至少3500mPas的速度快速地增加，因此於固化該封裝膠體之前，使該封裝膠體快速地形成預定的高度及形狀；以及於形成該預定的高度與形狀之後，固化該封裝膠體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝方法，其中該封裝膠體在未接觸該承載器時的黏性低於固化後之該封裝膠體。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝方法，係透過點膠方式形成一封裝膠體於加熱後之該承載器上。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝方法，其中在發光二極體晶片與該承載器接合時的製程溫度為T1，而加熱後之該承載器的溫度為T2，且溫度差(T2-T1)介於攝氏70度至攝氏180度之問。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝方法，其中加熱後之該承載器的溫度介於攝氏100度至攝氏200度之間。
  6. 申請專利範圍第4項所述之發光二極體封裝方法，其中該在發光二極體晶片與該承載器接合時的製程溫度介於攝氏25度至攝氏30度之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝方法，其中該封裝膠體為一透明膠體。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝方法，其中該封裝膠體為一熱固性膠體。
  9. 申請專利範圍第8項所述之發光二極體封裝方法，其中該封裝膠體包含奈米微粒分子。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝方法，其中該封裝膠體在未接觸該承載器時的黏性介於1500mPas至4000mPas之間。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝方法，其中固化該封裝膠體的方法包括：預固化該封裝膠體；以及令該封裝膠體完全固化。
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