TWI535066B - 發光二極體封裝結構以及相關製造方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種發光二極體封裝結構及其製造方法，且特別是有關於一種具凹槽結構的發光二極體封裝結構與製造具凹槽結構的發光二極體封裝結構的方法。
發光二極體一般需要搭載封裝結構，以應用於不同的電子產品上。針對不同的發光二極體，封裝結構亦須要有對應的設計以發揮發光二極體的效能。舉例來說，若封裝結構僅提供平坦的平面來承載發光二極體，則發光二極體側邊發出的光線便無法被利用而造成浪費。更明確地說，相對於封裝結構提供的平面，發光二極體所發出的光線大致可分為垂直於該平面的光線以及平行於該平面的光線。而為了能利用平行於封裝結構平面的光線，在先前技術中，一般是在封裝結構上設置凹槽，並在凹槽中塗上反射層，然後將發光二極體置入該凹槽。如此發光二極體射出平行於封裝結構平面的光線便能藉由塗佈在凹槽內壁上的反射層反射，並由封裝結構平面射出，而能夠提升光萃取效率。
然而，在先前技術中的封裝結構所使用的基板一般是以塑膠材質製成來降低成本，但是如此材質的散熱性能較差。在當搭載的發光二極體是屬於高功率的發光二極體時，此類的封裝結構將無法有效地將發光二極體產生的熱能散出，造成整體溫度上升，最後導致熱崩潰的情況。因此，先前技術改以陶瓷基板或矽基板來取代塑膠基板來解決散熱問題。然而陶瓷基板雖然能有效散熱，但是其成本太高。矽基板則由於製程因素，無法有效降低其凹槽的尺寸來對應發光二極體的尺寸。
本發明提供一種發光二極體封裝結構。該發光二極體結構包括一金屬基板；一絕緣層，位於該基板上方；一線路層，位於該絕緣層上方；一凹槽結構，該凹槽結構設置於該金屬基板上；一反射層，設置於該凹槽結構的一第一表面上；以及一發光二極體，設置於該凹槽結構中。
本發明另提供一種發光二極體封裝結構的製造方法。該製造方法包括(a) 提供一金屬基板；(b) 形成一絕緣層於該基板上；(c) 形成一線路層於該絕緣層上；(d) 於該金屬基板上形成一凹槽結構；(e) 形成一反射層，於該凹槽結構的一第一表面上；及(f) 設置一發光二極體於該凹槽結構內。
請參照圖1，圖1說明本發明的第一實施例的發光二極體封裝結構100的示意圖。發光二極體封裝結構100包括：基板101、絕緣層102、線路層103、凹槽結構104、反射層105、發光二極體106、透光封裝膠體107、以及導線108。在本實施例中，透光封裝膠體107為半圓球形，但也可將其設計成其他形狀，不限於半圓球形。在本實施例中，基板101的材質為銅，但也可使用鋁或其他金屬材質及其合金，以提升散熱效率。基板101的表面塗佈絕緣層102與線路層103。在本實施例中，凹槽結構104設置於基板101的平面101S上並圍繞發光二極體106，但凹槽結構104並不限於設置在101平面上，亦可製作於絕緣層102上。反射層105設置在凹槽結構104的第一表面104S上，用來反射發光二極體106所發出的光線(如圖1中虛線所示)。反射層105為具高反射性之金屬如鋁或銀或是介電材料等。發光二極體106透過導線108連接線路層103以接收電源來發光。透光封裝膠體107用來覆蓋發光二極體106並導引發光二極體106所射出的光線。
本發明的第一實施例的特徵之一在於將發光二極體106設置在凹槽結構104中，並在凹槽結構104的表面104S上設置反射層105。換句話說，凹槽結構104圍繞發光二極體106，而設置在凹槽結構104的表面104S上的反射層105也會圍繞發光二極體106。如此一來，發光二極體106的側面所發射出的光線將可藉由反射層105反射，而能夠與發光二極體106的正面所發射出的光線同方向，如此便不會浪費發光二極體106的側面所發射出的光線，而能夠提高發光二極體106的光萃取效能。因此，凹槽結構104的表面104S與基板101的表面101S之間的角度需要適切地設計，以讓發光二極體106的側面的光線能夠在經過反射層105反射後，其行進方向能與從發光二極體106的正面發出的光線的行進方向相同或接近，才能有效地提高發光效能。
此外，凹槽結構104可以是在基板101上形成一光阻層，並經過曝光顯影製程後形成。也就是說，凹槽結構104是在基板101上形成由光阻構成的圍牆，以作為反射層105的依附，而能夠讓發光二極體106的側面的光線能夠藉由反射層105反射。
本發明的第一實施例的特徵之二在於本發明所使用的基板101的材質為銅，由於銅的導熱係數較高，因此當發光二極體106是屬於高功率的發光二極體時，其熱能仍然能夠藉由以銅做為材質的基板101散熱，而不會導致熱崩潰的情況發生。
請參照圖2與圖3A~圖3G所示，圖2與圖3A~圖3G說明本發明的第一實施例的發光二極體封裝結構的製造方法200的流程圖。步驟說明如下：
步驟S21： 提供基板；
步驟S22： 在基板上形成絕緣層；
步驟S23： 在基板上形成凹槽結構；
步驟S24： 形成線路層與反射層；
步驟S25： 在基板上設置發光二極體；
步驟S26： 設置導線以連接發光二極體以及線路層；
步驟S27： 設置透光封裝膠體以覆蓋發光二極體。
首先，請參照圖3A，進行製造方法200中的步驟S21，提供一基板101。再來，請參照圖3B，進行製造方法200中的步驟S22，在基板101上形成絕緣層102。之後，請參照圖3C，進行製造方法200中的步驟S23，在基板101上形成凹槽結構104，此凹槽結構104可由在基板101上設置一光阻層然後經過曝光顯影製程形成其中在凹槽結構104的内緣有一第一表面104S。然後，請參照圖3D，進行製造方法200中的步驟S24，在絕緣層102上形成線路層103並同時在凹槽結構104的第一表面104S形成反射層105。接著，請參照圖3E，進行製造方法200中的步驟S25，在基板101上且在凹槽結構104內設置發光二極體106。之後，請參照圖3F，進行製造方法200中的步驟S26，設置導線108，以將發光二極體106電性連接至線路層103。需注意的事，發光二極體106除了藉由導線108電性連接至位於凹槽結構104外的線路層103外，也可以藉由將線路層103與反射層105 相連接而使發光二極體106與線路層103 電性連接。再來，請參照圖3G，進行製造方法200中的步驟S27，設置透光封裝膠體107以覆蓋發光二極體106。
請參照圖4。圖4說明本發明的第二實施例的發光二極體封裝結構400的示意圖。發光二極體封裝結構包括基板401、絕緣層402、線路層403、凹槽結構404、反射層405、發光二極體406、透光封裝膠體407、導線408、以及凹槽409。在本實施例中，基板401的材質為銅，但也可使用鋁或其他金屬材質與其合金，以提升散熱效率。基板401的表面塗佈絕緣層402與線路層403。發光二極體封裝結構400與發光二極體封裝結構100的差異在於：在發光二極體封裝結構400中的基板401上另外還設置有一凹槽409，其設置位置與凹槽結構404對應。更明確地說，凹槽結構404設置於基板401的平面401S以及凹槽409上，並圍繞發光二極體406。反射層405設置在凹槽結構404的第一表面404S上以及凹槽409的表面409S上，用來反射發光二極體406所發出的光線(如圖4中虛線所示)。發光二極體406透過導線408連接線路層403以接收電源來發光，透光封裝膠體407用來覆蓋發光二極體406並導引發光二極體406所射出的光線。
本發明的第二實施例的特徵之一在於將發光二極體406設置在凹槽結構404與凹槽409中，並在凹槽結構404的第一表面404S上以及凹槽409的表面409S設置反射層405。換句話說，凹槽結構404圍繞發光二極體406，而設置在凹槽結構404的第一表面404S上的反射層405也會圍繞發光二極體406。如此一來，發光二極體406的側面所發射出的光線將可藉由反射層405反射，而能夠與發光二極體406的正面所發射出的光線同方向，如此便不會浪費發光二極體406的側面所發射出的光線，進而能夠提高發光二極體封裝結構100整體的光萃取效能。因此，凹槽結構404的表面404S與基板401的第一表面401S之間的角度需要適切地設計，以讓發光二極體406的側面的光線能夠在經過反射層405反射後與發光二極體406的正面的光線的方向接近，才能有效地提高發光效能。
此外，凹槽409可以是藉由在基板401上進行蝕刻的方式或者藉由沖壓的方式而形成。凹槽結構404可以是在基板401以及凹槽409上形成一光阻層，並經過曝光顯影製程後形成。如此，藉由凹槽409所提供的深度，可以降低凹槽結構404凸出基板401上方表面的高度。也就是說，凹槽結構404中由光阻構成的圍牆的一部分是位在凹槽409內、另一部分是凸出在基板401上，而凹槽結構404中由光阻所構成的圍牆便可作為反射層405的依附，而能夠讓發光二極體406的側面的光線能夠藉由反射層405反射。
本發明的第二實施例的特徵之二在於本發明所使用的基板401的材質為銅，由於銅的導熱係數較高，因此當發光二極體406是屬於高功率的發光二極體時，其熱能仍然能夠藉由金屬材質的基板401散熱，而不會導致熱崩潰的情況發生。
請參照圖5與圖6A~圖6H所示，圖5與圖6 A~圖6H所示說明本發明的第二實施例的發光二極體封裝結構的製造方法500的流程圖。步驟說明如下：
步驟S51： 提供基板；
步驟S52 : 在基板上形成凹槽；
步驟S53： 在基板上形成絕緣層；
步驟S54： 在基板上形成凹槽結構；
步驟S55： 形成線路層與反射層；
步驟S56： 在基板上設置發光二極體；
步驟S57： 設置導線以連接發光二極體以及線路層；
步驟S58： 設置透光封裝膠體以覆蓋發光二極體。
首先，請參照圖6A，進行製造方法500中的步驟S51，提供一基板401。之後，請參照圖6B，進行製造方法500中的步驟S52，在基板401上形成凹槽409，此凹槽409可由在基板401上進行蝕刻或沖壓形成。再來，請參照圖6C，進行製造方法500中的步驟S53，在基板401上形成絕緣層402。然後，請參照圖6D，進行製造方法500中的步驟S54，在基板401上對應於凹槽409的位置形成凹槽結構404，此凹槽結構404可由在基板401上設置一光阻層然後經過曝光顯影製程形成。接著，請參照圖6E，進行製造方法500中的步驟S55，在凹槽結構404的第一表面404S以及凹槽409的表面409S形成線路層403與反射層405。再來，請參照圖6F，進行製造方法500中的步驟S56，在基板401上且在凹槽409內設置發光二極體406。之後，請參照圖6G，進行製造方法500中的步驟S57，設置導線408，以將發光二極體406連接至線路層403。最後，請參照圖6H，進行製造方法500中的步驟S58，設置透光封裝膠體407以覆蓋發光二極體406。
請參考圖7，圖7說明本發明的第三實施例的發光二極體封裝結構700的示意圖。發光二極體封裝結構700包括基板401、絕緣層402、線路層403、凹槽結構704、反射層405、發光二極體406、透光封裝膠體407、導線408，以及凹槽409。發光二極體封裝結構700類似於發光二極體封裝結構400，其差異在於發光二極體封裝結構700中的凹槽結構704與發光二極體封裝結構400中的凹槽結構404不同。在本實施例中，由光阻層形成的凹槽結構704僅設置於基板401的表面401S上，而未設置於凹槽409的表面409S上。
此外，在上述的實施例中，於發光二極體上皆未塗布螢光粉層，故發光二極體封裝結構所發出的光色是決定於發光二極體所發出的光色，也就是說若發光二極體為藍光LED晶片，發光二極體封裝結構整體所發出來的光色即為藍光。然而，也可在如圖2中之步驟S26與步驟S27間進行以下步驟：在發光二極體上塗布一螢光粉層。上述的螢光粉層例如是由黃色螢光粉所構成，故若發光二極體為藍光LED晶片，發光二極體所發出的藍光便會和螢光粉層所發出的黃光相混合，而形成白光，因此發光二極體封裝結構整體所發出來的光色即為白光。
綜上所述，本發明所提供的發光二極體封裝結構，改以銅等金屬材質來作為基板，如此便能有效散熱，而能夠在即便搭載高功率的發光二極體晶粒時，仍然不會有熱崩潰的情況發生，而且藉由在基板上設置凹槽結構並在凹槽結構的表面塗上反射層，能夠有效提升發光二極體晶粒的光萃取效率，提供給使用者更大的便利性。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，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，而本發明中圖2與圖5的製造方法其步驟順序也可以習知技藝做適當之安排，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、400、700．．．發光二極體封裝結構
101、401．．．基板
102、402．．．絕緣層
103、403．．．線路層
104、404、704．．．凹槽結構
101S、104S、404S、409S、704S．．．表面
105、405．．．反光層
106、406．．．發光二極體
107、407．．．透光封裝膠體
108、408．．．導線
409．．．凹槽
S21-S27、S51-S58．．．步驟
圖1說明本發明的第一實施例的發光二極體封裝結構的示意圖。
圖2與圖3說明本發明的第一實施例的發光二極體封裝結構的製造方法的流程圖。
圖4說明本發明的第二實施例的發光二極體封裝結構的示意圖。
圖5與圖6所示說明本發明的第二實施例的發光二極體封裝結構的製造方法的流程圖。
圖7說明本發明的第三實施例的發光二極體封裝結構的示意圖。
圖2與圖3說明本發明的第一實施例的發光二極體封裝結構的製造方法的流程圖。
圖4說明本發明的第二實施例的發光二極體封裝結構的示意圖。
圖5與圖6所示說明本發明的第二實施例的發光二極體封裝結構的製造方法的流程圖。
圖7說明本發明的第三實施例的發光二極體封裝結構的示意圖。
100．．．發光二極體封裝結構
101．．．基板
102．．．絕緣層
103．．．線路層
104．．．凹槽結構
101S、104S．．．表面
105．．．反光層
106．．．發光二極體
107．．．透光封裝膠體
108．．．導線
Claims (17)
- 一種發光二極體封裝結構，包括：一金屬基板，該金屬基板上形成有一凹槽；一絕緣層，位於該金屬基板上方；一線路層，位於該絕緣層上方；一凹槽結構，該凹槽結構設置於該金屬基板上之該凹槽周圍；一反射層，設置於該凹槽結構的一第一表面上與該凹槽之表面上；以及一發光二極體，設置於該凹槽結構中，且該發光二極體與該線路層電性連接；其中，該凹槽結構圍繞該發光二極體，且該第一表面也圍繞該發光二極體。
- 如申請專利範圍第1項所述發光二極體封裝結構其中，該凹槽結構為一光阻層。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體封裝結構，其中該金屬基板具有一平面，該凹槽結構設置於該平面上。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體封裝結構，其中於該金屬基板上形成有一凹槽，該凹槽結構的下半部分是設置於該凹槽中。
- 如申請專利範圍第3項所述的發光二極體封裝結構，其中該凹槽是藉由蝕刻該金屬基板而形成。
- 如申請專利範圍第3項所述的發光二極體封裝結構，其中該凹槽是藉由沖壓該金屬基板而形成。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體封裝結構，其中該凹槽結構的該第一表面與該凹槽的表面相連接。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體封裝結構，更包 括一透光封裝膠體，覆蓋該於該發光二極體上。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體封裝結構，其中該金屬基板為鋁、銅或其合金。
- 一種發光二極體封裝結構的製造方法，包括：(a)提供一金屬基板，並於該金屬基板上型成一凹槽；(b)形成一絕緣層於該基板上；(c)形成一線路層於該絕緣層上；(d)於該金屬基板上形成一凹槽結構；(e)形成一反射層，於該凹槽結構的一第一表面上；及(f)設置一發光二極體於該凹槽結構內，使該發光二極體被該凹槽結構與該第一表面所圍繞。
- 如申請專利範圍第10項所述的製造發光二極體封裝結構的方法，更包括一光阻層曝光顯影製程以形成該凹槽結構。
- 如申請專利範圍第10項所述的製造發光二極體封裝結構的方法，更包括形成一凹槽結構於該凹槽上。
- 如申請專利範圍第10項所述的製造發光二極體封裝結構的方法，其中該凹槽是藉由沖壓該金屬基板的方式形成。
- 如申請專利範圍第10項所述的製造發光二極體封裝結構的方法，其中該凹槽是藉由蝕刻該金屬基板的方式形成。
- 如申請專利範圍第10項所述的製造發光二極體封裝結構的方法，其中更包含形成一凹槽結構於一平面基板上。
- 如申請專利範圍第10項所述的製造發光二極體封裝結構的方法，更包含形成一凹槽結構於該凹槽的周圍。
- 如申請專利範圍第10項所述的製造發光二極體封裝結構的方法，更包括形成一反射層於該凹槽與凹槽結構之第一 表面上。
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