TWI521741B - 發光二極體封裝結構 - Google Patents

Description

發光二極體封裝結構

本發明係有關於一種發光二極體封裝結構，尤指一種COB(Chip on Board)型式的發光二極體封裝結構。

關於發光二極體(LED)與傳統光源的比較，發光二極體具有體積小、省電、發光效率佳、壽命長、操作反應速度快、且無熱輻射與水銀等有毒物質的污染等優點。因此近幾年來，發光二極體的應用面已愈來愈廣泛。習知照明用發光模組的LED晶片通常會採用COB的方式設置於基板上。為了避免LED晶片發光時所產生的高溫會降低LED晶片的發光效率，一般大都會選擇熱傳導性較佳的金屬板來提升散熱效能，然而用來電性隔絕LED晶片與金屬板兩者的絕緣層本身的低熱傳特性相對也會犧牲掉熱阻。再者，習知會使用電鍍銀製程來提高LED晶片的發光效率，然而電鍍銀製程會產生硫化現象而造成光衰的問題，並且也會降低產品的使用壽命。

本發明實施例在於提供一種發光二極體封裝結構，其可有效解決習知“用來電性隔絕LED晶片與金屬板兩者的絕緣層本身的低熱傳特性相對也會犧牲掉熱阻”與“習知使用電鍍銀製程所產生的硫化現象會造成光衰的問題，並且也會降低產品的使用壽命”的缺失。

本發明其中一實施例所提供的一種發光二極體封裝結構，其包括：一基板結構、一發光單元及一封裝體。所述基板結構包括 一金屬基板及一電路板，其中所述金屬基板具有一第一承載面，所述金屬基板從所述第一承載面一體成型地凸出至少一固晶凸部，至少一所述固晶凸部具有一高於所述第一承載面的第二承載面，且所述電路板設置在所述第一承載面上且被至少一所述固晶凸部所貫穿。所述發光單元包括至少一設置在至少一所述固晶凸部的所述第二承載面上的發光二極體晶片，且至少一所述發光二極體晶片電性連接於所述電路板。所述封裝體覆蓋至少一所述發光二極體晶片。

本發明的有益效果可以在於，本發明實施例所提供的發光二極體封裝結構，其可透過“所述金屬基板從所述第一承載面一體成型地凸出至少一固晶凸部，且至少一所述固晶凸部具有一高於所述第一承載面的第二承載面”、“所述電路板設置在所述第一承載面上”及“所述發光二極體晶片設置在所述第二承載面上”的設計，不僅可以使得本發明的金屬基板能夠提供較佳的散熱效能，並且由於金屬基板所採用的鏡面鋁基板不需進行電鍍銀製程，所以本發明也可以有效避免因硫化所造成的光衰問題，進行有效提升產品的使用壽命。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

2‧‧‧基板結構

20‧‧‧金屬基板

200‧‧‧固晶凸部

2000’‧‧‧圍繞切邊

2001‧‧‧第一承載面

2002‧‧‧第二承載面

20020‧‧‧頂端外環區域

20021‧‧‧外緣尖點

H‧‧‧高度差

21‧‧‧黏著層

210‧‧‧第一穿孔

B‧‧‧電路板

22‧‧‧絕緣層

220‧‧‧第二穿孔

23‧‧‧導電線路層

23P‧‧‧正極線路

23N‧‧‧負極線路

230P、230N‧‧‧弧狀狹槽

231P、231N‧‧‧內弧狀導電線路

232P、232N‧‧‧外弧狀導電線路

230‧‧‧定位缺槽

231‧‧‧上表面

24‧‧‧絕緣體

240、240’‧‧‧圍繞凸部

a‧‧‧厚度

b‧‧‧寬度

G‧‧‧圍繞溝槽

W‧‧‧寬度

25‧‧‧防焊層

250‧‧‧第三穿孔

4‧‧‧發光單元

40‧‧‧發光二極體晶片

41‧‧‧導線

5‧‧‧反射框

6‧‧‧封裝體

圖1為本發明第一實施例的基板結構的立體分解示意圖。

圖2為圖1中的防焊層尚未被設置在基板結構上的上視示意圖。

圖3為圖1中的防焊層已設置在基板結構上的上視示意圖。

圖4為本發明第一實施例的發光二極體封裝結構的部分分解示意圖。

圖5A為本發明第一實施例的反射框及發光單元設置在基板結構上的立體示意圖。

圖5B為本發明第一實施例的反射框及發光單元設置在基板結構上的上視示意圖。

圖6為本發明第一實施例的封裝體覆蓋發光單元的立體示意圖。

圖7為圖6中7-7割面線的剖面示意圖。

圖8為圖7中A部分的放大示意圖。

圖9A為本發明省略反射框且發光單元尚未被封裝體覆蓋的上視示意圖。

圖9B為本發明省略反射框且發光單元已被封裝體覆蓋的立體示意圖。

圖10為本發明第二實施例的放大示意圖。

圖11為本發明第三實施例的放大示意圖。

〔第一實施例〕

請參閱圖1至圖8所示，本發明第一實施例提供一種發光二極體封裝結構，其包括：一基板結構2、一發光單元4、一反射框5及一封裝體6(如圖4所示)，其中基板結構2包括：一金屬基板20、一黏著層21、一電路板B、一絕緣體24及一防焊層25(如圖1所示)。

首先，配合圖1、圖7及圖8所示，金屬基板20具有一第一承載面2001，並且金屬基板20從第一承載面2001一體成型地向上凸出至少一固晶凸部200，其中固晶凸部200具有一高於第一承載面2001的第二承載面2002(亦即固晶區)。再者，如圖8所示，由於固晶凸部200從第一承載面2001一體成型地向上凸起，所以具有固晶凸部200的金屬基板20可呈現一階梯狀外觀，藉此金屬基板20的第一承載面2001與固晶凸部200的第二承載面2002之間會自然形成一預定的高度段差。舉例來說，第一承載面2001與第二承載面2002皆為平面且相互平行，並且第一承載面2001與第二承載面2002之間所形成的高度差H可介於50μm至550μm之 間，較佳可介於150μm至250μm之間，然而本發明不以此為限。

更進一步來說，本發明可通過蝕刻、沖壓或工具機加工等方式來形成固晶凸部200，以使得具有固晶凸部200的金屬基板20經過加工後仍然屬於一體成型的單一基板構件，藉此本發明的金屬基板20能夠提供給發光單元4較佳的散熱效能。另外，金屬基板20可為反射率大於95%以上的鏡面鋁基板。舉例來說，金屬基板20所採用的拋光鋁基板“依序濺鍍或蒸鍍Al層、TiO₂層及SiO₂層”的製作方式來完成，並且通過濺鍍層(或蒸鍍層)的高、低反射率的交替堆疊設計，使得鏡面鋁基板可以提供大於95%以上的反射率。藉此，由於金屬基板20所採用的鏡面鋁基板不需進行電鍍銀製程，所以本發明可以有效避免因硫化所造成的光衰問題，並且此種抗硫化的鏡面鋁基板在使用壽命的表現上更有高穩定的特性，進而有效提升產品的使用壽命。換言之，由於本發明採用具有高散熱與抗硫化功能的鏡面鋁基板，所以發光二極體封裝結構在極高溫、低溫、溫差大、潮濕、震動、撞擊、高頻等惡劣環境下仍然可以正常運作，使得本發明的產品相對更具有競爭性，進而可擴大應用面，並增加整體優勢。

再者，配合圖1、圖2、圖3、圖7及圖8所示，電路板B包含一絕緣層22和一導電線路層23，絕緣層22設置在黏著層21上且圍繞固晶凸部200的絕緣層22，導電線路層23設置在絕緣層22上且圍繞固晶凸部200。藉由設置在第一承載面2001上且圍繞固晶凸部200的黏著層21來使電路板B設置在金屬基板20的第一承載面2001上，並且設置防焊層25(亦即防焊區)在導電線路層23上。其中，導電線路層23的一部分(亦即焊線區)裸露在防焊層25外且靠近固晶凸部200，並且電線路層23可區分成一正極線路23P及一負極線路23N。此外，如圖2所示，導電線路層23具有多個遠離固晶凸部200且鄰近防焊層25的定位缺槽230。舉例來說，每一個定位缺槽230可呈現V形尖點的設計，並且呈現V形 尖點的每一個定位缺槽230的V形開口方向皆面向防焊層25且背對固晶凸部200。由於每一個定位缺槽230皆採取遠離固晶凸部200且鄰近防焊層25的設計(亦即每一個定位缺槽230的V形開口方向皆面向防焊層25且背對固晶凸部200的設計)，所以固晶凸部200與導電線路層23的每一個定位缺槽230所產生的V形尖點之間可降低跳弧(電弧)現象的產生，藉此以有效提升本發明的耐電壓(hipot)能力。以圖2為例，定位缺槽230的V形開口角度呈直角，且在一環形線路上共有四個定位缺槽230，分別座落在四個象限兩兩以通過基板結構2圓心點的方式對稱性設置，提供發光二極體晶片40置放晶片的指標。值得注意的是，定位缺槽230並不以上述為限，定位缺槽230至少是兩個，座落在圓周上的任兩個節點，並以通過基板結構2圓心點的方式對稱設置。

更進一步來說，如圖1所示，黏著層21、電路板B及防焊層25具有相近的輪廓，且分別具有預備被固晶凸部200所貫穿的一第一穿孔210、一第二穿孔220及一第三穿孔250。配合圖1與圖8所示，當導電線路層23已預先形成在絕緣層22上，且黏著層21、絕緣層22及防焊層25依序堆疊的設置在第一承載面2001上時，第一穿孔210、第二穿孔220及第三穿孔250會彼此連通。舉例來說，導電線路層23可預先佈局在絕緣層22上，然後預先佈局有導電線路層23的絕緣層22可通過黏著層21以熱壓合在金屬基板20的第一承載面2001上，最後再將防焊層25覆蓋在導電線路層23上。此時，配合圖2、圖3與圖8所示，導電線路層23只有“預備要用來進行打線的正、負極焊線區”會裸露在防焊層25外。

關於導電線路層23的正極線路23P與負極線路23N的設計，更進一步來說，配合圖2及圖3所示，正極線路23P與負極線路23N可沿著圓形的固晶凸部200的周圍來設置，即導電線路層36為以圓形的固晶凸部200為圓心形成一環狀線路，其中正極線路 23P與負極線路23N分別具有多個沿著圓形的固晶凸部200的周圍所形成的弧狀狹槽(230P、230N)。此外，正極線路23P大致上可通過多個弧狀狹槽230P來區分成一較靠近固晶凸部200的內弧狀導電線路231P及一較遠離固晶凸部200的外弧狀導電線路232P，其中多個弧狀狹槽230P就是位於內弧狀導電線路231P與外弧狀導電線路232P之間。相同的設計方式，負極線路23N大致上可通過多個弧狀狹槽230N來區分成一較靠近固晶凸部200的內弧狀導電線路231N及一較遠離固晶凸部200的外弧狀導電線路232N，其中多個弧狀狹槽230N就是位於內弧狀導電線路231N與外弧狀導電線路232N之間。因此，如圖3所示，當防焊層25覆蓋在導電線路層23時，防焊層25只會覆蓋外弧狀導電線路231N，並不會覆蓋內弧狀導電線路232N，即內弧狀導電線路232N裸露在防焊層25外，且防焊層25只會覆蓋到部份的弧狀狹槽(230P、230N)，而使得部份的弧狀狹槽(230P、230N)裸露在外，其中呈現V形尖點的定位缺槽230就是形成在裸露的內弧狀導電線路231P與裸露的內弧狀導電線路231N上，而不會被防焊層25所覆蓋。

此外，配合圖3、圖7及圖8所示，電路板B和黏著層21圍繞固晶凸部200且與固晶凸部200相距一預定距離，以使得固晶凸部200與黏著層21及電路板B之間形成一圍繞溝槽G，並且絕緣體24被容置於圍繞溝槽G內，以形成一連接於固晶區與焊線區之間的絕緣區。藉此，不僅可以使固晶凸部200與電路板B的導電線路層23之間能夠形成有效的電性絕緣，而且絕緣體24的上表面也可用來讓發光單元4所產生的光源來進行反射，進而有助於增加發光單元4的反射率。舉例來說，絕緣體24可由silicone、epoxy或polyimide等防焊材料所製成，並且絕緣體24(或圍繞溝槽G)的寬度W可設計約為0.5 mm左右，然而本發明不以此為限。由於絕緣體24的材料可為防焊材料，因此在設置防焊層25時，可一同設置絕緣體24來簡化製程。

另外，配合圖1、圖4、圖5A、圖5B、圖7及圖8所示，當圖1中的金屬基板20、黏著層21、電路板B、及絕緣體24及防焊層25依序堆疊設置完成而形成基板結構2後，即可在基板結構2上進行發光單元4的置晶與打線，並依序在基板結構2上形成反射框5與封裝體6。更進一步來說，發光單元4包括多個設置在固晶凸部200的第二承載面2002上的發光二極體晶片40，並且多個發光二極體晶片40電性連接於電路板B。更進一步來說，由於多個發光二極體晶片40直接設置在金屬基板20的固晶凸部200上，所以多個發光二極體晶片40所產生的熱量可以直接通過金屬基板20來進行導出，藉此以有效提升本發明的散熱效能。舉例來說，配合圖7與圖8所示，每一個發光二極體晶片40頂端具有正、負極焊墊(圖未示)，在圖8中位於同一排的多個發光二極體晶片40可通過多個導線41，以串聯的方式電性連接在導電線路層23的正極線路23P與負極線路23N之間。更進一步來說，由於固晶凸部200的第二承載面2002與導電線路層23的上表面231可以呈現彼此齊平的狀態，所以設置在固晶凸部200的第二承載面2002上的多個發光二極體晶片40所產生的光源不會被電路板B所遮蔽而造成亮度的損失，進而使得本發明的發光二極體封裝結構可以達到高亮度的表現。換言之，由於本發明的固晶區和焊線區可以設計成同一平面而沒有任何的高低差，所以本發明不會有因為固晶區低於焊線區所造成的亮度損失，藉此本發明的多個發光二極體晶片40可以更有效率的進行出光，而使得本發明的發光二極體封裝結構可以達到高亮度的表現。

此外，配合圖3、圖4、圖5A、圖5B、圖6、圖7及圖8所示，反射框5設置在電路板B上且圍繞發光二極體晶片40，並且封裝體6位於反射框5內且覆蓋發光二極體晶片40。反射框5的設置可以是通過點膠或是模製成型的方式形成在導電線路層23上，以供封裝體6設置其內。更進一步來說，反射框5可形成在 未被防焊層25所覆蓋而裸露在外的導電線路層23上，並且封裝體6被限位在反射框5所圍繞的封裝範圍內，以使得封裝體6的封裝範圍及填膠量得到有效的控制。舉例來說，反射框5與封裝體6皆可由silicone或epoxy所製成，其中反射框5可為一種用來將多個發光二極體晶片40所產生的光源進行反射的不透光框體，並且封裝體6可為一種單純的透明膠體或內混有螢光粉的螢光膠體，然而本發明不以此為限。更進一步來說，配合圖3與圖5B所示，當反射框5設置在電路板B上以圍繞發光單元4時，反射框5剛好可設置在防焊層25與導電線路層23的交界上，由於另外一半的弧狀狹槽(230P、230N)裸露在外，所以反射框5與導電線路層23之間的接觸面積會因著弧狀狹槽(230P、230N)的設計而增加，進而有助於增加反射框5與導電線路層23之間的結合力，因此本發明可大幅降低反射框5可能會因著外力而剝離導電線路層23的可能性。再者，如圖5B所示，反射框5並未完全覆蓋內弧狀導電線路231P與內弧狀導電線路231N，而未被反射框5所覆蓋的內弧狀導電線路231P與內弧狀導電線路231N即可形成用來讓發光二極體晶片40進行打線的焊線區。

在其他實施例中，如圖9A與圖9B所示，發光二極體封裝結構也可以不使用反射框5，而是直接利用模製成型方式將封裝膠6覆蓋於發光單元4上，藉此以直接封裝發光二極體晶片40。如圖9A所示，當防焊層25覆蓋在導電線路層23時，防焊層25只會覆蓋全部的外弧狀導電線路(232P、232N)及全部的弧狀狹槽(230P、230N)，而不會覆蓋到(或是說稍微覆蓋到一些)內弧導電線路(231P、231N)，亦即只有內弧導電線路(231P、231N)會被裸露在防焊層25外，以利後續發光二極體晶片40來進行打線。其中呈現V形尖點的定位缺槽230就是形成在裸露的內弧狀導電線路231P與裸露的內弧狀導電線路231N上，而不會被防焊層25所覆蓋。

〔第二實施例〕

請參閱圖10所示，圖10為本發明使用另外一種絕緣體24的放大示意圖。由圖10與圖8的比較可知，本發明第二實施例與第一實施例最大的差別在於：在第二實施例中，絕緣體24的頂端環繞內緣處具有一用來覆蓋固晶凸部200的第二承載面2002的頂端外環區域20020的圍繞凸部240。更進一步來說，由於絕緣體24的圍繞凸部240可完全環繞地包覆一位於固晶凸部200的頂端環繞外緣處的外緣尖點20021，所以固晶凸部200的頂端尖點1020與電路板B的導電線路層23之間可降低跳弧(電弧)現象的產生，藉此以有效提升本發明的耐電壓(hipot)能力。舉例來說，圍繞凸部240的厚度a與寬度b可分別設計為大約大於1毫英寸(mil)與大於5毫英寸(mil)，然而本發明不以此為限。

〔第三實施例〕

請參閱圖11所示，圖11為本發明使用另外再一種絕緣體24的放大示意圖。由圖11與圖8的比較可知，本發明第三實施例與第一實施例最大的差別在於：在第三實施例中，固晶凸部200的頂端環繞外緣處具有一圍繞切邊2000’，並且絕緣體24的頂端環繞內緣處具有一向固晶凸部200的方向凸出以覆蓋圍繞切邊2000’的圍繞凸部240’。更進一步來說，由於本發明第三實施例直接將固晶凸部200的外緣尖點20021(如圖10所示)切除，並且固晶凸部200的圍繞切邊2000’也會被圍繞凸部240’所覆蓋，所以固晶凸部200與電路板B的導電線路層23之間自然可降低跳弧(電弧)現象的產生，藉此以有效提升本發明的耐電壓(hipot)能力。舉例來說，圍繞切邊2000’可被設計成導角(如圖11所示)、導圓角或階梯狀，當然圍繞凸部240’接觸於圍繞切邊2000’的接觸表面形狀也會跟著圍繞切邊2000’的不同設計來進行改變，然而本發明不以此為限。

〔實施例的可能功效〕

綜上所述，本發明至少具有下列幾項優點：

1.因為多個發光二極體晶片40可直接設置在金屬基板20的固晶凸部200上，所以多個發光二極體晶片40所產生的熱不需通過絕緣層22和導電線路層23，而是可以直接通過金屬基板20來進行導出，因此本發明金屬基板20的設計可以提供給發光二極體晶片40最佳的散熱效能。

2.由於金屬基板20所採用的鏡面鋁基板不需進行電鍍銀製程，所以本發明可以有效避免因硫化所造成的光衰問題，進行有效提升產品的使用壽命。

3.由於固晶凸部200的第二承載面2002(亦即固晶區)和導電線路層23的上表面231(亦即焊線區)設計成同一平面而沒有任何的高低差，所以本發明不會有因為固晶區低於焊線區所造成的亮度損失，因此本發明的多個發光二極體晶片40可以更有效率的進行出光，而使得本發明的發光二極體封裝結構可以達到高亮度的表現。

4.由於(1)“每一個定位缺槽230皆採取遠離固晶凸部200且鄰近防焊層25”的設計、(2)“絕緣體24的圍繞凸部240可完全環繞地包覆一位於固晶凸部200的頂端環繞外緣處的外緣尖點20021”的設計、或(3)“直接將固晶凸部200的外緣尖點20021切除，並且固晶凸部200的圍繞切邊2000’也會被圍繞凸部240’所覆蓋”的設計，所以本發明可有效降低固晶凸部200與導電線路層23之間所可以產生的跳弧(電弧)現象，藉此以有效提升本發明的耐電壓(hipot)能力。

5.由於反射框5與導電線路層23之間的接觸面積會因著弧狀狹槽(230P、230N)的設計而增加，進而有助於增加反射框5與導電線路層23之間的結合力，因此本發明可大幅降低反射框5可能會因著外力而剝離導電線路層23的可 能性。

6.本發明發光二極體封裝結構的設計可有效防止水氣入侵固晶區，並防止膠材老化，為一氣密性極佳的高信賴度產品。

以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效技術變化，均包含於本發明之範圍內。

2‧‧‧基板結構

20‧‧‧金屬基板

200‧‧‧固晶凸部

2001‧‧‧第一承載面

2002‧‧‧第二承載面

H‧‧‧高度差

21‧‧‧黏著層

B‧‧‧電路板

22‧‧‧絕緣層

23‧‧‧導電線路層

23P‧‧‧正極線路

231‧‧‧上表面

24‧‧‧絕緣體

G‧‧‧圍繞溝槽

W‧‧‧寬度

25‧‧‧防焊層

4‧‧‧發光單元

40‧‧‧發光二極體晶片

41‧‧‧導線

5‧‧‧反射框

6‧‧‧封裝體

Claims (9)

1. 一種發光二極體封裝結構，其包括：一基板結構，所述基板結構包括一金屬基板及一電路板，其中所述金屬基板具有一第一承載面，所述金屬基板從所述第一承載面一體成型地凸出至少一固晶凸部，至少一所述固晶凸部具有一高於所述第一承載面的第二承載面，且所述電路板設置在所述第一承載面上且被至少一所述固晶凸部所貫穿；一發光單元，所述發光單元包括至少一設置在至少一所述固晶凸部的所述第二承載面上的發光二極體晶片，且至少一所述發光二極體晶片電性連接於所述電路板；以及一封裝體，所述封裝體覆蓋至少一所述發光二極體晶片；其中，所述電路板圍繞至少一所述固晶凸部且與至少一所述固晶凸部相距一預定距離，以使得至少一所述固晶凸部與所述電路板之間形成一圍繞溝槽；其中，所述基板結構包括一絕緣體，所述絕緣體容置於所述圍繞溝槽內。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中所述金屬基板為反射率大於95%以上的鏡面鋁基板。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中所述第一承載面與所述第二承載面皆為平面且相互平行，且所述第一承載面與所述第二承載面之間所形成的高度差介於50μm至550μm之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中所述基板結構包括一設置在所述第一承載面上且圍繞至少一所述固晶凸部的黏著層及一防焊層，且所述電路板包括一設置在所述黏著層上且圍繞至少一所述固晶凸部的絕緣層及一設置在所述絕緣層上且圍繞至少一所述固晶凸部的導電線路層，其中 所述防焊層設置在所述導電線路層上，且所述導電線路層的一部分裸露在所述防焊層外且靠近至少一所述固晶凸部。
5. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體封裝結構，其中至少一所述固晶凸部的所述第二承載面與所述導電線路層的上表面彼此齊平。
6. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體封裝結構，其中所述導電線路層具有多個遠離至少一所述固晶凸部且鄰近所述防焊層的定位缺槽。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中所述絕緣體的頂端環繞內緣處具有一覆蓋至少一所述固晶凸部的頂端外環區域的圍繞凸部。
8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中至少一所述固晶凸部的頂端環繞外緣處具有一圍繞切邊，且所述絕緣體的頂端環繞內緣處具有一覆蓋所述圍繞切邊的圍繞凸部。
9. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，更進一步包含一反射框，所述反射框設置在所述電路板上且圍繞至少一所述發光二極體晶片。