TWI543403B - 發光二極體封裝體 - Google Patents

Description

發光二極體封裝體

本發明係有關於一種封裝技術，特別為有關於一種發光二極體封裝體。

發光二極體封裝體通常透過打線接合(wire bonding)技術將設置於封裝殼體內的發光二極體晶片電性連接至封裝殼體下方的導線架(lead frame)，因此導線架內包括隔離框條(isolation bar)，以將導線架區分出正負極區域，且發光二極體晶片位於隔離框條的一側。

然而，上述打線接合技術限制了導線架所需的有效面積(即，導線架之功能區的面積)、封裝殼體的高度(例如，大約為0.28至0.45毫米的範圍)以及封裝殼體內可容納的發光二極體晶片的尺寸。再者，發光二極體封裝體之整體取光效率也容易受到導電線的材料、線徑、線弧高度或線弧形狀等因素的影響。

另外，發光二極體封裝體之封裝殼體的開口角度通常大約為100度至140度的範圍，然而上述封裝殼體的光反射能力不佳，無法將發光二極體晶片所發出的光線正確導引至出光面(例如，在封裝殼體內造成多次反射)，因此難以提升發光二極體封裝 體之出光效率(light-extraction efficiency)。

因此，有必要尋求一種新穎的發光二極體封裝體，其能夠解決或改善上述的問題。

本發明係提供一種發光二極體封裝體，包括一殼體，設置於一基底上，殼體朝基底方向凹陷形成一容置空間，容置空間底部具有一開口，以裸露部份基底，其中容置空間的側壁包括具有一底端及一頂端的一凹曲面部，以及鄰接於凹曲面部的頂端的一斜面部。一發光二極體晶片設置於裸露基底上。一封裝材料填入殼體的容置空間內，其中封裝材料的一上表面具有一透鏡結構。

100‧‧‧基底

110‧‧‧開口

120‧‧‧隔離結構

200‧‧‧殼體

220‧‧‧容置空間

230‧‧‧凹曲面部

230a‧‧‧底端

230b‧‧‧頂端

240‧‧‧斜面部

300‧‧‧發光二極體晶片

320‧‧‧導電結構

400‧‧‧封裝材料

400a‧‧‧上表面

420‧‧‧螢光粉體

A1、A2‧‧‧面積

D1、D2‧‧‧距離

H1、H2、H3‧‧‧高度

L1、L2‧‧‧長度

S1、S2、S3、S4‧‧‧光線

θ‧‧‧角度

第1A圖係繪示出本發明一實施例之發光二極體封裝體的平面示意圖。

第1B圖係繪示出沿著第1A圖中的剖線I-I’的剖面示意圖。

第2及3圖係繪示出本發明各種實施例之發光二極體封裝體的局部剖面示意圖。

第4圖係繪示出本發明一實施例之發光二極體封裝體之出光路徑的剖面示意圖。

第5及6圖係繪示出本發明各種實施例之發光二極體封裝體 的剖面示意圖。

以下說明本發明實施例之製作與使用。然而，可輕易了解本發明實施例提供許多合適的發明概念而可實施於廣泛的各種特定背景。所揭示的特定實施例僅僅用於說明以特定方法製作及使用本發明，並非用以侷限本發明的範圍。

請參照第1A及1B圖，其分別繪示出根據本發明一實施例之發光二極體封裝體的平面示意圖及剖面示意圖，其中第1B圖係繪示出沿著第1A圖中的剖線I-I’的剖面示意圖。

在本實施例中，發光二極體封裝體包括一基底100、一殼體200、一發光二極體晶片300及一封裝材料400。基底100可為一導線架或其他適合的基底材料。在一實施例中，基底100可包括銅、鋁或其他適合的導電材料。在一實施例中，基底100具有一鍍銀層(未繪示)位於上表面。基底100內包括一隔離結構120，且基底100的上表面具有一開口110，裸露出部分的隔離結構120，以在基底100的上表面定義出分離的兩正負極區域。在一實施例中，隔離結構120包括反射材料，例如聚鄰苯二甲醯胺(polyphthalamide，PPA)、聚醯胺(polyamide，PA)、聚對苯二甲酸丙二酯(poly(pentamethylene terephthalate)，PPT)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚對苯二甲酸環乙酯(polycyclohexylenedimethylene terephthalate，PCT)、樹脂模塑成型(Epoxy Molding Compound，EMC)材料、片狀模塑成型(Sheet molding compound，SMC)材料或其他適合的高反射率樹脂或陶瓷材料。

殼體200設置於基底100的上表面，且朝基底100的方向凹陷而於其中形成一容置空間220。容置空間220的底部具有一開口，以裸露出部份的基底100。基底100的裸露部分定義為基底100的功能區，且功能區包括裸露於開口110的部分隔離結構120。在一實施例中，殼體200的高度H1大約為0.05至0.5毫米的範圍(例如，0.2至0.3毫米的範圍)。從上視方向來看，殼體200具有矩形的外型。在另一實施例中，殼體200亦可具有圓形或多邊形的外型。在一實施例中，殼體200包括反射材料，例如聚鄰苯二甲醯胺、聚醯胺、聚對苯二甲酸丙二酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸環乙酯、樹脂模塑成型材料、片狀模塑成型材料或其他適合的高反射率樹脂或陶瓷材料。在一實施例中，殼體200的材料可相同於隔離結構120的材料。

容置空間220的側壁包括一凹曲面部230及一斜面部240。凹曲面部230具有一底端230a及一頂端230b，凹曲面部230的底端230a鄰接於容置空間220底部的開口，且凹曲面部230的頂端230b鄰接於斜面部240。在一實施例中，斜面部240朝基底100的方向延伸交會所形成之夾角角度(即，開口角度)θ大約大於150度且小於180度(例如，大約為160度)。在另一實施例中，斜面部240朝基底100的方向延伸交會所形成之夾角角度θ可大約大於160度且小於170度。

發光二極體晶片300設置於殼體200的容置空間220內，且透過導電結構320(例如，焊球)而以覆晶(flip chip)方式設置於基底100的裸露部分上。基底100上表面的開口110位於發光二極體晶片300的正下方。在一實施例中，基底100的裸露部分(即，容 置空間220底部的開口)的面積A1大約為發光二極體晶片300於基底100的垂直投影面積A2的0.9倍至1.1倍。

在一實施例中，發光二極體晶片300位於凹曲面部230的焦點上。裸露於開口110的隔離結構120與凹曲面部230的底端230a之間具有一界面。界面具有一長度L1，且發光二極體晶片300於平行界面的長度L1方向上具有一長度L2。在一實施例中，界面的長度L1大約為發光二極體晶片300的長度L2的0.1倍至0.8倍。在另一實施例中，界面的長度L1大約為發光二極體晶片300的長度L2的0.5倍至0.8倍。由於隔離結構120由高反射率材料所構成，且其反射率大約為99%，大於金屬的反射率(例如，銅導線架或鍍銀層的反射率大約為80%至90%)，因此裸露於開口110的隔離結構120與凹曲面部230的底端230a之間的界面長度L1增加，可增加光線的高反射區域，進而提升發光二極體封裝體之出光效率。

請參照第2及3圖，其繪示出本發明各種實施例之發光二極體封裝體的局部剖面示意圖。凹曲面部230的頂端230b與基底100之間的垂直距離定義為凹曲面部的高度H2(標示於第2圖)。在一實施例中，凹曲面部的高度H2大約為發光二極體晶片300的高度H3(標示於第2圖)的0.5倍至1.5倍。在一實施例中，凹曲面部230的頂端230b與發光二極體晶片300之間的水平距離D1(標示於第2圖)大於0，且不大於發光二極體晶片300長度L2的2倍。在一實施例中，凹曲面部230的底端230a與發光二極體晶片300之間的水平距離D2(標示於第2圖)小於0.05毫米。

在一實施例中，凹曲面部230的底端230a位於發光二極體晶片300的外側，如第2圖所示。在另一實施例中，凹曲面部 230的底端230a延伸至發光二極體晶片300的正下方，如第3圖所示，且由於凹曲面部230的反射率大於金屬(例如，銅導線架或鍍銀層)的反射率，因此可增加光線的高反射區域，進而提升發光二極體晶片300的發光效率。又另一實施例中，凹曲面部230的底端230a可對準於發光二極體晶片300的側表面。

請再參照第1A及1B圖，封裝材料400填入殼體200的容置空間220內，以覆蓋發光二極體晶片300。封裝材料400的上表面400a具有一透鏡結構。在一實施例中，上表面400a的透鏡結構為菲涅耳透鏡(Fresnel Lens)結構。在一實施例中，封裝材料400包括樹脂、矽膠或其他適合的封膠材料。由於封裝材料400的上表面400a具有菲涅耳透鏡結構，可降低封裝材料400的厚度及減少封裝材料400的使用量，因此能夠進一步縮小發光二極體封裝體的尺寸。

請參照第4圖，其繪示出本發明一實施例之發光二極體封裝體之出光路徑的剖面示意圖。以各種發射角度從發光二極體晶片300上表面向上所發出的光線S1及S2無需透過反射而直接通過封裝材料400的上表面400a。再者，以各種發射角度從發光二極體晶片300的側表面所發出的光線S3皆可透過鄰近於發光二極體晶片300的凹曲面部230的反射，而導引為向上發射的光線。另外，由於發光二極體晶片300位於凹曲面部230的焦點上，使得從發光二極體晶片300的側表面所發出的各個光線S3皆可透過凹曲面部230的反射，而導引為出光路徑垂直於基底100且互相平行的光線，因此能夠避免光線S3於封裝材料400的上表面400a再次反射或折射，進而可提升發光二極體封裝體的出光亮度。再者，從發 光二極體晶片300的側表面所發出的光線S4可透過開口角度θ大約大於150度且小於180度的斜面部240的一次反射再導引至出光面，以避免光線S4直接照射至封裝材料400的上表面400a而發生全反射，進而提升發光二極體封裝體的發光效率及亮度。

相較於開口角度θ大約為100度至140度的範圍的殼體，根據本發明實施例，由於殼體200內容置空間220的側壁由凹曲面部230及與其鄰接的斜面部240所構成，且開口角度θ大約大於150度且小於180度，使得以各種發射角度從發光二極體晶片300的側表面發射出的光線可分別透過凹曲面部230及斜面部240的一次反射而導引至出光面，以避免光線在殼體200內多次反射而降低亮度。再者，凹曲面部230的高度H2大約為發光二極體晶片300的高度H3的0.5倍至1.5倍，使得一部份的光線(例如，從發光二極體晶片300的側表面朝封裝材料400的上表面400a發射出的光線)可透過斜面部240的反射而導引至出光面，以避免凹曲面部230的高度過高導致光線侷限於凹曲面部230內而無法正確導引至出光面。因此，本發明實施例之發光二極體封裝體可透過上述多道出光路徑，提升發光二極體封裝體的取光效率。

請參照第5圖，其繪示出根據本發明另一實施例之發光二極體封裝體的剖面示意圖，其中相同於第1A及1B圖中的部件係使用相同的標號並省略其說明。第5圖中的發光二極體封裝體之結構類似於第1A及1B圖中的發光二極體封裝體之結構，差異在於第5圖中的發光二極體封裝體之封裝材料400可包括複數螢光粉體420，其大體完全覆蓋發光二極體晶片300的上表面以及凹曲面部230，以使得發光二極體封裝體可發出不同的色光。

相較於不具有凹曲面部的殼體，由於從發光二極體晶片300的側表面所發出的光線可激發螢光粉體420之後透過凹曲面部230的反射，而導引為向上發射的光線，使得螢光粉體420的使用效率增加，因此能夠降低封裝材料400內所需的螢光粉體420的濃度，進而降低封裝成本。

請參照第6圖，其繪示出根據本發明又另一實施例之發光二極體封裝體的剖面示意圖，其中相同於第5圖中的部件係使用相同的標號並省略其說明。第6圖中的發光二極體封裝體之結構類似於第5圖中的發光二極體封裝體之結構，差異在於第6圖中的發光二極體封裝體之凹曲面部230的頂端230b與發光二極體晶片300之間的水平距離小於第5圖的實施例，使得封裝材料400的螢光粉體420容易聚積於凹曲面部230與發光二極體晶片300之間，而能夠大體完全覆蓋發光二極體晶片300的上表面及側表面。

一般而言，將螢光粉體加入封裝材料內再將封裝材料形成於發光二極體晶片上，螢光粉體容易沉降至封裝材料的底部，且分散於發光二極體晶片周圍而無法完全覆蓋發光二極體晶片的側表面，造成部分的螢光粉體與發光二極體晶片距離較遠而不利於激發螢光粉體。

根據本發明上述實施例，可藉由縮小凹曲面部230的頂端230b與發光二極體晶片300之間的水平距離，使得覆蓋發光二極體晶片300的封裝材料400內的螢光粉體420容易聚積而大體完全覆蓋發光二極體晶片300的側表面，因此可在不增加製程步驟的情況下增加螢光粉體的激發效率，進而提升發光二極體封裝體的亮度。

相較於以打線接合方式設置於基底上的發光二極體晶片，根據本發明上述實施例，由於發光二極體晶片300以覆晶方式設置於基底100上，使得隔離結構120可設置於發光二極體晶片300的正下方，且不需保留打線的空間，因此可盡可能縮小基底100所需裸露出的面積(基底100之功能區的面積)，亦即，增加殼體200覆蓋基底100的面積，進而能夠防止位於基底100上表面之鍍銀層與封裝材料400內的螢光粉體接觸，以避免鍍銀層產生硫化而影響發光二極體封裝體的亮度。更進一步來說，殼體200覆蓋基底100的面積增加，使得殼體200可更接近發光二極體晶片300(例如，凹曲面部230的底端230a與發光二極體晶片300之間的水平距離D2小於0.05毫米)，因此能夠增加發光二極體晶片300之側向光的取光效率。

再者，由於不需使用打線接合製程中的導電線，因此發光二極體封裝體之整體取光效率不會受到導電線影響，容置空間220內可容納的發光二極體晶片300的尺寸不會受到限制，且可降低殼體200的高度(例如，殼體200的高度H1大約為0.05至0.5毫米的範圍)而能夠進一步縮小發光二極體封裝體的尺寸。

另外，由於殼體200內容置空間220的側壁由凹曲面部230及鄰接的斜面部240所構成，且殼體200的開口角度θ大約大於150度且小於180度，可提升殼體200的光反射能力，進而將發光二極體晶片300所發出的光線正確導引至出光面，因此能夠進一步增加發光二極體封裝體之出光效率及亮度。本發明上述實施例之發光二極體封裝體可應用於高規格的背光及照明產品。

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，當可作更動與潤飾，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‧‧‧基底

110‧‧‧開口

120‧‧‧隔離結構

200‧‧‧殼體

220‧‧‧容置空間

230‧‧‧凹曲面部

240‧‧‧斜面部

300‧‧‧發光二極體晶片

320‧‧‧導電結構

400‧‧‧封裝材料

400a‧‧‧上表面

S1、S2、S3、S4‧‧‧光線

Claims (17)

1. 一種發光二極體封裝體，包括：一殼體，設置於一基底上，該殼體朝基底方向凹陷形成一容置空間，該容置空間底部具有一開口，以裸露部份該基底，其中該容置空間的側壁包括：一凹曲面部，具有一底端及一頂端；以及一斜面部，鄰接於該凹曲面部的該頂端；一發光二極體晶片，設置於該裸露基底上，其中該發光二極體晶片位於該凹曲面部的一焦點；以及一封裝材料，填入該殼體的該容置空間內，其中該封裝材料的一上表面具有一透鏡結構。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝體，該裸露基底具有一面積，其為該發光二極體晶片於該基底的垂直投影面積的0.9倍至1.1倍。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝體，其中該斜面部朝該基底方向延伸交會所形成之夾角角度大於150度且小於180度。
4. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體封裝體，其中該斜面部朝該基底方向延伸交會所形成之夾角角度大於160度且小於170度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝體，其中該殼體具有一高度，其為0.05至0.5毫米的範圍。
6. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體封裝體，其中該殼體為一反射材料，包括聚鄰苯二甲醯胺、聚醯胺、聚對 苯二甲酸丙二酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸環乙酯、樹脂模塑成型材料或片狀模塑成型材料。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝體，更包括一隔離結構，位於該基底內，其中該基底具有一開口，該開口位於該發光二極體晶片正下方且裸露部分該隔離結構，使該裸露隔離結構與該凹曲面部的該底端之間具有一界面。
8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體封裝體，其中該界面具有一第一長度，該發光二極體晶片於平行該第一長度方向上具有一第二長度，且其中該第一長度為該第二長度的0.1倍至0.8倍。
9. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體封裝體，其中該第一長度為該第二長度的0.5倍至0.8倍。
10. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體封裝體，其中該凹曲面部的該頂端與該發光二極體晶片之間的水平距離大於0，且不大於該發光二極體晶片的該第二長度的2倍。
11. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝體，其中該凹曲面部的該底端與該發光二極體晶片之間的水平距離小於0.05毫米。
12. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝體，其中該凹曲面部的該底端延伸至該發光二極體晶片的正下方。
13. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝體，其中該凹曲面部中該頂端與該基底之間的垂直距離定義為該凹曲面部高度，該發光二極體晶片具有一高度，其中該凹曲面部高度為該高度的0.5倍至1.5倍。
14. 如申請專利範圍第1至13項中任一項所述之發光二極體封裝體，其中該透鏡結構為菲涅耳透鏡結構。
15. 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體封裝體，其中該封裝材料包括複數螢光粉體。
16. 如申請專利範圍第15項所述之發光二極體封裝體，其中該等螢光粉體大體完全覆蓋該發光二極體晶片的一側表面。
17. 如申請專利範圍第16項所述之發光二極體封裝體，其中該發光二極體晶片以覆晶方式設置於該裸露基底上。