TWI511339B - 發光二極體封裝件及其導線架 - Google Patents

Description

發光二極體封裝件及其導線架

本發明是有關於一種用於封裝發光二極體的導線架及使用該導線架的封裝件，特別是指一種具有支撐結構的導線架及使用該導線架的封裝件。

參閱圖1，現有以四方形平面無引腳(Quad Flat No-lead,QFN)封裝方式形成的發光二極體(LED)封裝件9通常包含由一大一小的兩片金屬導塊91、92組成的導線架、一LED晶片93，及一固化形成並包覆導線架及晶片93的封裝膠體94。LED晶片93固定於其中較大片的導塊91，並以打線方式分別與兩導塊91、92電連接。由於晶片93發光時會產生熱能而使金屬導塊91、92與封裝膠體94受熱膨脹，而在晶片93停止發光後冷卻收縮。然而，因為封裝膠體94的熱膨脹係數大於金屬導塊91、92，使得小片的導塊92會隨封裝膠體94的熱脹冷縮移動並隨封裝膠體94翹曲，從而導致跨接兩導塊91、92的金線95經過多次膨脹收縮循環後有斷線的風險。

因此，本發明之一目的，即在提供一種可以抑制翹曲的發光二極體封裝件。

本發明之另一目的，在提供一種具有支撐結構以抑制翹曲的發光二極體導線架。

於是，本發明發光二極體封裝件，包含一導線架、至 少一設置於該導線架的LED晶片及一封裝體。該導線架包括一第一導塊、一第二導塊及兩個第一支撐臂。該第一導塊具有一第一頂面及一第一底面。該第二導塊與該第一導塊並排且共同形成一第一間隙，並具有一與該第一頂面共平面的第二頂面，及一與該第一底面共平面的第二底面。該等第一支撐臂分別由該第二導塊的相反兩端一體延伸凸出該第二頂面且朝該第一導塊側延伸而橫越該間隙並高於該第一頂面。該等第一支撐臂與該第一導塊互相不接觸。該封裝體包覆該導線架及該LED晶片且露出該第一底面及該第二底面，其中至少覆蓋該LED晶片的區域可透光。

其中，該等第一支撐臂分別具有一直線延伸的延伸段，及一由該延伸段互相朝向另一支撐臂彎曲延伸的彎弧段，且該等彎弧段位於該第一導塊上方。

進一步地，導線架還包括一第三導塊及兩個第二支撐臂。該第三導塊與該第一導塊並排且共同形成一第二間隙，並具有一與該第一頂面共平面之第三頂面，及一與該第一底面共平面的第三底面。該等第二支撐臂分別由該第三導塊的相反兩端一體延伸凸出該第三頂面且朝該第一導塊側橫向延伸而橫越該第二間隙並高於該第一頂面，該等第二支撐臂與該第一導塊互相不接觸。

本發明之功效，藉由導線架的第一支撐臂形成在第三維度的支撐結構，亦即第一支撐臂與第一導塊、第二導塊並非共平面，能夠抑制第二導塊隨封裝體熱脹冷縮而相對第一導塊位移及翹曲，以降低連接LED晶片與第二導塊的 金線斷線的風險，從而增加發光二極體封裝件的信賴性。再者，該等第一支撐臂可具有彎弧段，除了抑制翹曲外，也可藉由彎弧段來反射LED晶片所發出的光線，增加出光效率。而導線架還可包含第三導塊，藉由第二、第三導塊的支撐臂來抑制翹曲，減少斷線機率，亦可藉由第二、第三導塊規劃導電路徑和導熱路徑，使發光二極體封裝件達到電熱分離的效果，增加產品信賴性。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之四個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖2至圖6，本發明發光二極體封裝件100之第一較佳實施例包含一導線架1、一LED晶片2，及一封裝體3。

導線架1包括一第一導塊11、一第二導塊12、兩個第一支撐臂13及多個分別由第一導塊11、第二導塊12凸出的連接凸柱15。第一導塊11具有一第一頂面111、一第一底面112及一較第一底面112內凹的凹陷部113。凹陷部113圍繞第一底面112且將第一底面112分割為兩區塊。第二導塊12與該第一導塊11並排且共同形成一第一間隙14，並具有一與該第一頂面111共平面的第二頂面121，及一與該第一底面112共平面的第二底面122。該第一導塊11 的面積大於該第二導塊12。兩第一支撐臂13分別由該第二導塊12的相反兩端一體延伸凸出該第二頂面121且朝該第一導塊11側延伸而橫越該第一間隙14並高於該第一頂面111。各第一支撐臂13具有一與第二導塊12彎弧連接的連接段130及一由連接段130直線延伸的延伸段131。該等第一支撐臂13與該第一導塊11互相不接觸，以避免造成電路短路。定義橫截該第一導塊11、該第二導塊12連同該第一間隙14的總長度為A，總長度A不包含凸出第一導塊11、第二導塊12側邊的連接凸柱15長度，另定義該等第一支撐臂13的長度為L。

在本實施例中，第一支撐臂13是由第二導塊12往第一導塊11延伸，但是在等效的實施態樣，第一支撐臂13也可以是由第一導塊11往第二導塊12延伸，亦具有降低發光二極體封裝件100剪力的效果，並不以本實施例為限。

LED晶片2設置於該導線架1。詳細而言，LED晶片2固定在第一導塊11且以金線21分別將LED晶片2的正、負極與第一導塊11和第二導塊12電連接。雖然在本實施例僅以一個LED晶片2為例說明，可理解地，LED晶片2亦可設置多個。

封裝體3包覆該導線架1且露出第一導塊11的第一底面112及第二導塊12的第二底面122。以藉由露出的第一底面112及第二底面122銲接於一電路板(未圖示)。在本實施例，封裝體3由可透光的封裝膠體一體成型製成，且具有一基部31及一凸出該基部31的透鏡體32。基部31包覆 該導線架1及該LED晶片2，且填充該第一導塊11與第二導塊12之間的第一間隙14以及第一導塊11的凹陷部113。藉由基部31固定導線架1使第一導塊11與第二導塊12彼此保持電性絕緣，而利用凹陷部113使封裝體3與導線架1的結合較為穩固。LED晶片2發出的光線經由透鏡體32射出，可具有較佳的出光均勻性。此外，可於LED晶片2的表面塗布螢光層(未圖示)或於透鏡體32表面塗布螢光層(未圖示)，以使LED晶片2產生的光線與螢光材料產生的光線混光。

藉由導線架1的第一支撐臂13凸出第一導塊11和第二導塊12的頂面111、121且橫跨第一導塊11和第二導塊12以形成未與第一導塊11和第二導塊12共平面的第三維度結構，能夠抑制第二導塊12隨封裝體3熱脹冷縮而相對第一導塊11位移及翹曲，減少發光二極體封裝件100的剪力，進而降低連接LED晶片2與第二導塊12的金線21斷線的風險，從而增加發光二極體封裝件100的信賴性。其中第一支撐臂13至少需橫越第一導塊11和第二導塊12之間的第一間隙14，亦即，以圖4所示方向說明，第一支撐臂13由第二導塊12往第一導塊11方向延伸，其末端至少要超過第一導塊11相鄰第一間隙14的側邊，而且其長度L以大於三分之一總長度A且小於總長度A較佳，即A>L>A/3較具有支撐的效果。以模擬軟體分析本實施例連接LED晶片2與第二導塊12的金線21在冷熱循環過程中所受應力變化，並以圖1的發光二極體封裝件9為對照組模擬分析。模 擬分析結果顯示，圖1的發光二極體封裝件9在單位面積下所受到的應力為954Mpa，而本實施例的發光二極體封裝件100在單位面積下所受到的應力為832Mpa，本實施例與習知的發光二極體封裝件9相比，因有第一支撐臂13的支撐，應力減少了13%。所以藉由第一支撐臂13的支撐，可以減少金線21所受應力變化的影響，降低金線21斷裂的風險，進而增加發光二極體封裝件100的信賴性。

再者，相較於圖1的金屬導塊91，本實施例的第一導塊11為矩形，具有較大的固晶面積，除了供設置較多的LED晶片2外，亦可提供較佳的散熱能力。

在本實施例，發光二極體封裝件100以QFN封裝方式製成。其中導線架1由一金屬板以蝕刻及半蝕刻方式成形，且該等第一支撐臂13於金屬板蝕刻成形後進一步由平面彎折而成在第三維度的支撐結構。

參閱圖7，本發明發光二極體封裝件100之第二較佳實施例與第一較佳實施例大致相同，其差異之處在於，在第二較佳實施例，封裝體3具有一不透光的框體部33及一可透光的出光部34。框體部33環繞LED晶片2界定一凹杯331並填充該第一導塊11與第二導塊12之間的第一間隙14以及第一導塊11的凹陷部113。出光部34填充凹杯331並覆蓋LED晶片2。藉由凹杯331結構可反射LED晶片2的側向光線，增加出光的均勻性。出光部34可由可透光的封裝膠體混和螢光粉製成，或於LED晶片2的表面塗布螢光層(未圖示)後再覆蓋可透光的封裝膠體形成出光部34，以使 LED晶片2產生的光線與螢光材料產生的光線混光。

參閱圖8至圖11，本發明發光二極體封裝件100之第三較佳實施例與第一較佳實施例大致相同，其差異之處在於，導線架1的該等第一支撐臂13還進一步彎曲延伸。具體而言，在第三較佳實施例，該等第一支撐臂13分別具有一與該第二導塊12垂直連接的連接段130、一由該連接段130直線延伸的延伸段131，及一由該延伸段131互相朝向另一第一支撐臂13彎曲延伸的彎弧段132，該延伸段131較佳為長直狀，且該等彎弧段132位於該第一導塊11上方。該等彎弧段132的曲率中心O位於兩第一支撐臂13的延伸段131與彎弧段132交界處之連線D的中心點。而且該等彎弧段132的末端133相間隔且相對於曲率中心O形成一夾角α，夾角α可介於20度至160度之間，較佳於30度至120度之間，在本實施例夾角α為40度。此外，本實施例的導線架1由一金屬板以蝕刻及半蝕刻方式成形。

在第三較佳實施例不僅能藉由導線架1的第一支撐臂13所形成第三維度的結構抑制第二導塊12隨封裝體3熱脹冷縮而相對第一導塊11位移及翹曲，而且當封裝體3如第一較佳實施例為全部可透光時，還能藉由第一支撐臂13的彎弧段132來反射LED晶片2發出的光線，增加出光效率。尤其兩第一支撐臂13之間的夾角α介於30度至120度之間，出光效率較佳。如下表1所示，以不同角度的夾角α所模擬分析的出光亮度(lm)比較值，其中以夾角α為180度的出光亮度為基準，比較各角度的出光亮度可發現夾角α 介於30度至120度之間較佳。

參閱圖12與圖13，本發明發光二極體封裝件100之第四較佳實施例與第一較佳實施例大致相同，其差異之處在於，導線架1還包括一第三導塊16及兩個第二支撐臂17。該第三導塊16與該第一導塊11並排且共同形成一第二間隙18，並具有一與該第一頂面111共平面之第三頂面161，及一與該第一底面112共平面的第三底面162。該等第二支撐臂17分別由該第三導塊16的相反兩端一體延伸凸出該第三頂面161且朝該第一導塊11側橫向延伸而橫越該第二間隙18並高於該第一頂面111。該等第二支撐臂17與該第一導塊11互相不接觸。簡單而言，在本實施例中，導線架1以第一導塊11為中心，使兩側的第二導塊12連同第一支撐臂13與第三導塊16連同第二支撐臂17對稱設置。如此，除了有效降低金線21(見圖2)斷線外，亦可使LED晶片2的電路徑與熱路經分開，達到電熱分離的效果。

再者，第一導塊11的面積可依據設置LED晶片2的數量而調整，其兩側的連接凸柱15也可各為一個。而且第一導塊11分別相鄰第二導塊12和第三導塊16的兩側亦呈對稱較佳，如此能夠讓LED晶片2與兩側的第二導塊12、第三導塊16電連接的打線製程較容易進行。

綜上所述，藉由導線架1的第一支撐臂13形成支撐， 能夠降低連接LED晶片2的金線21斷線的風險，從而增加發光二極體封裝件100的信賴性。再者，該等第一支撐臂13可具有彎弧段132以反射LED晶片2發出的光線，增加出光效率。又，第一導塊11具有較大的面積可供固晶，故可供設置較多的LED晶片2，且具有較佳的散熱能力。此外，當導線架1具有三個導塊時，發光二極體封裝件100除了減少降低斷線風險外，亦可達到電熱分離的效果，增加產品信賴性。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100‧‧‧發光二極體封裝件

1‧‧‧導線架

11‧‧‧第一導塊

111‧‧‧第一頂面

112‧‧‧第一底面

113‧‧‧凹陷部

12‧‧‧第二導塊

121‧‧‧第二頂面

122‧‧‧第二底面

13‧‧‧第一支撐臂

130‧‧‧連接段

131‧‧‧延伸段

132‧‧‧彎弧段

133‧‧‧末端

14‧‧‧第一間隙

15‧‧‧連接凸柱

16‧‧‧第三導塊

161‧‧‧第三頂面

162‧‧‧第三底面

17‧‧‧第二支撐臂

18‧‧‧第二間隙

2‧‧‧LED晶片

21‧‧‧金線

3‧‧‧封裝體

31‧‧‧基部

32‧‧‧透鏡體

33‧‧‧框體部

331‧‧‧凹杯

34‧‧‧出光部

圖1是一俯視圖，說明一現有的發光二極體封裝件；圖2是一立體圖，說明本發明發光二極體封裝件之第一較佳實施例；圖3是一立體圖，說明該第一較佳實施例之導線架；圖4是說明該第一較佳實施例之導線架的俯視圖；圖5是說明該第一較佳實施例之導線架的仰視圖；圖6是說明該第一較佳實施例之導線架的側視圖；圖7是一立體圖，說明本發明發光二極體封裝件之第二較佳實施例；圖8是一立體圖，說明本發明發光二極體封裝件之第三較佳實施例； 圖9是說明該第三較佳實施例之導線架的俯視圖；圖10是說明該第三較佳實施例之導線架的仰視圖；圖11是說明該第三較佳實施例之導線架的側視圖；圖12是一立體圖，說明本發明發光二極體封裝件之第四較佳實施例的導線架；圖13是說明該第四較佳實施例之導線架的仰視圖。

100‧‧‧發光二極體封裝件

1‧‧‧導線架

11‧‧‧第一導塊

111‧‧‧第一頂面

12‧‧‧第二導塊

121‧‧‧第二頂面

13‧‧‧第一支撐臂

14‧‧‧第一間隙

15‧‧‧連接凸柱

2‧‧‧LED晶片

21‧‧‧金線

3‧‧‧封裝體

31‧‧‧基部

32‧‧‧透鏡體

Claims (9)

1. 一種發光二極體封裝件，以四方形平面無引腳(QFN)封裝方式形成，該發光二極體封裝件包含：一導線架，包括一第一導塊，具有一第一頂面及一第一底面，一第二導塊，與該第一導塊並排且共同形成一間隙，並具有一與該第一頂面共平面的第二頂面，及一與該第一底面共平面的第二底面，及兩個支撐臂，分別由該第二導塊的相反兩端一體延伸凸出該第二頂面且朝該第一導塊側延伸而橫越該間隙並高於該第一頂面，該等支撐臂與該第一導塊互相不接觸，而且定義橫截該第一導塊、該第二導塊連同該間隙的總長度為A，且每一支撐臂的長度為L，其中A>L>A/3；至少一LED晶片，設置於該導線架；及一封裝體，包覆該導線架及該LED晶片且露出該第一底面及該第二底面，其中至少覆蓋該LED晶片的區域可透光。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝件，其中，該第一導塊的面積大於該第二導塊。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之發光二極體封裝件，其中，該等支撐臂分別具有一直線延伸的延伸段，及一由該延伸段互相朝向另一支撐臂彎曲延伸的彎弧段，且該等彎弧段位於該第一導塊上方。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之發光二極體封裝件，其中，該等彎弧段的曲率中心位於兩支撐臂的延伸段與彎弧段交界處之連線的中心點。
5. 依據申請專利範圍第4項所述之發光二極體封裝件，其中，該等彎弧段的末端相間隔且相對於曲率中心形成一夾角，該夾角介於30度至120度之間。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝件，其中，該封裝體具有一不透光的框體部及一可透光的出光部，該框體部環繞該LED晶片界定一凹杯，且該出光部填充該凹杯並覆蓋該LED晶片。
7. 依據申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝件，其中，該封裝體由可透光材料一體成型製成，且具有一基部及一凸出該基部的透鏡體。
8. 一種發光二極體的導線架，適用於四方形平面無引腳(QFN)封裝，該導線架包括：一第一導塊，具有一第一頂面及一第一底面；一第二導塊，與該第一導塊並排且共同形成一第一間隙，並具有一與該第一頂面共平面的第二頂面，及一與該第一底面共平面的第二底面；及兩個支撐臂，分別由該第二導塊的相反兩端一體延伸凸出該第二頂面且朝該第一導塊側橫向延伸而橫越該間隙並高於該第一頂面，該等支撐臂與該第一導塊互相不接觸，定義橫截該第一導塊、該第二導塊連同該間隙的總長度為A，且每一支撐臂的長度為L，其中 A>L>A/3。
9. 一種發光二極體的導線架，適用於四方形平面無引腳(QFN)封裝，該導線架包括：一第一導塊，具有一第一頂面及一第一底面；一第二導塊，與該第一導塊並排且共同形成一第一間隙，並具有一與該第一頂面共平面的第二頂面，及一與該第一底面共平面的第二底面；兩個第一支撐臂，分別由該第二導塊的相反兩端一體延伸凸出該第二頂面且朝該第一導塊側橫向延伸而橫越該間隙並高於該第一頂面，該等第一支撐臂與該第一導塊互相不接觸；一第三導塊，與該第一導塊並排且共同形成一第二間隙，並具有一與該第一頂面共平面之第三頂面，及一與該第一底面共平面的第三底面；及兩個第二支撐臂，分別由該第三導塊的相反兩端一體延伸凸出該第三頂面且朝該第一導塊側橫向延伸而橫越該第二間隙並高於該第一頂面，該等第二支撐臂與該第一導塊互相不接觸。