TWI559577B - SMT type LED package element, its manufacturing method and light emitting device - Google Patents

SMT type LED package element, its manufacturing method and light emitting device Download PDF

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Description

SMT型LED封裝元件、其製作方法及發光裝置
本發明是有關於一種發光裝置，特別是指一種具有適合以表面黏著技術(SMT)組裝的發光二極體(LED)封裝元件的發光裝置、該LED封裝元件及LED封裝元件的製作方法。
參閱圖1，一種傳統LED封裝元件9包括二金屬導線架911、912、一安裝於其中一金屬導線架911且與另一金屬導線架912以金屬導線電性連接的LED晶片92，及一以灌鑄成形且包覆該LED晶片92的封裝體93。
配合參閱圖2，前述傳統LED封裝元件的製作方法，包含以下步驟：S91-取一具有一模穴940的模具94；S92-灌注封裝膠體95；S93-插入金屬導線架911、912與LED晶片92的組合，並將膠體95烘烤固化；及S94-離模，形成完整的封裝元件9，前述膠體95烘烤固化後成為該封裝體93。
該LED封裝元件9傳統的組裝方式，是使該二金屬導線架911、912插設於電路基板(圖未示)預設穿孔，再針對金屬導線架911、912突出於電路基板下表面的部分進行焊接，達到電路導接以及LED封裝元件9固定的目的。
由於這種LED封裝元件9本身具備良好的耐候性，又易於透過透鏡的設計控制發光角度，至今仍被廣泛的應用在許多應用領域中。其中如戶外電子顯示看板便為其中一個主要應用領域。
然而隨著對戶外電子顯示看板解析度要求的日益提升，必須以更緊密的方式排列LED封裝元件9以提升電路基板單位面積內的發光體密度。前述插設於電路基板之穿孔的組裝方式，金屬導線架是從電路基板上表面穿到下表面進行電路導接，這種用到電路基板兩面的組裝方式在LED封裝元件9緊密排列的要求下，遭遇到更高的組裝難度及電路設計的複雜度。因此，若能保有LED封裝元件9本身的優點，但改透過表面黏著(SMT)製程進行組裝，則能只在電路基板單面完成組裝，大幅降低組裝難度及電路設計複雜度。
然而受限於傳統灌鑄成形製程的限制，此類LED封裝元件9除了因為金屬導線架911、912凸出於封裝體93底面而無法站立之外，且封裝體9本身的底面也因為毛細現象的關係，使得該封裝體9在鄰近金屬導線架911、912處凸起，使得該底面呈現不平整的狀況。
目前已有針對傳統LED封裝元件9所做的進一步設計，使得傳統LED封裝元件9改良後適合透過SMT製程進行組裝。例如美國第5981979號專利揭露一種側躺式LED封裝元件，其金屬導線架本身無法在組裝時垂直立放於電路基板上，因此是以側躺的態樣進行表面黏著而組裝。
然而，此類LED封裝元件的導線架需進一步折彎，且此法僅能應用於側發光之產品。
目前亦有其他針對類似的封裝元件如迷你燈泡所做的進一步設計，使其適合立放組裝於電路基板上。例如美國第6045365號專利揭露一種裝置，包括一供一迷你燈泡固定的基座元件，及一供基座元件嵌卡之可站立且具有電路接腳的安裝體。然而此類裝置具有較多的構件，製造工序也比較繁複。
美國第7619260號專利利用一與金屬導線架相互正交卡合的直立的支撐部件，並搭配金屬導線架的端部共同使該LED封裝元件得以不受不平整的底面影響而站立，而使LED封裝元件具有可SMT的特性。此設計同樣需額外耗費構件且存在灌膠上的難度。
美國第7868334號專利則是藉由兩彎折且相互平行的金屬導線架提供站立功能，使LED封裝元件具有可SMT的特性。此設計中，須對金屬導線架彎折出立體站立形狀，且較多的彎折次數帶來公差的累加。
因此，本發明之其中一目的，即在提供一種無須額外構件即能站立的SMT型LED封裝元件，解決了先前技術中長期存在的問題。
本發明之其中另一目的，即在提供一種前述SMT型LED封裝元件的製作方法。
本發明之其中再一目的，即在提供一種具有前述SMT型LED封裝元件的發光裝置。
於是，本發明SMT型LED封裝元件，包含一LED晶片、一第一金屬支架、一第二金屬支架及一封裝體。
該第一金屬支架具有一供該LED晶片固定的第一端，及一在一第一軸向上相反於該第一端的第二端。該第二金屬支架，與該第一金屬支架間隔，具有在該第一軸向上相反的一第一端及一第二端，該LED晶片透過一導線與該第二金屬支架的第一端電性連接。
該封裝體具有一透鏡部及一支撐部。透鏡部包覆該LED晶片、該第一金屬支架之第一端，與該第二金屬支架之第一端。該透鏡部具有一在該第一軸向上延伸的光學軸，及一以該光學軸為中心的出光面。該支撐部同體連接於該透鏡部遠離其出光面的一端，該支撐部具有一環繞該光學軸的周面，及一與該周面連接且遠離該透鏡部的底面。由該底面之多點共同定義出一位在一預定組裝平面上的支撐端。該第一金屬支架的第二端及其鄰近部分與第二金屬支架的第二端及其鄰近部分分別自該底面延伸出該封 裝體，且該第一金屬支架的第二端及該第二金屬支架的第二端與該底面的支撐端共平面。
本發明的目的還可採用以下技術措施進一步實現。
其中，該封裝體的支撐部，是由該底面之無限多點共同定義出環狀線型的該支撐端；或者是由該底面之多個相間隔點共同定義出該支撐端。
其中，該預定組裝平面與該第一軸向之夾角介於60°至90°。
其中，該封裝體的支撐部在該第一軸向上的投影輪廓呈多邊形，且該支撐部還具有多個分別位於該多邊形之角的支撐端。
於是，本發明SMT型LED封裝元件的製作方法，是包含以下步驟：(A)自一模穴的一開口填入封裝膠體；(B)在該填有封裝膠體的模穴中插入一金屬支架與LED晶片的組合，該組合包括一LED晶片及二相互平行間隔且各具有一第一端的金屬支架，該LED晶片與該二金屬支架的第一端電性連接，本步驟使該步驟(A)所填入的封裝膠體包覆該LED晶片及該二金屬支架之第一端；(C)烘烤固化後離模得到一半成品，使所填入的封裝膠體形成一封裝體，該封裝體具有一透鏡部，及一與該透鏡部同體連接且未離模時靠近該模穴之開口的支撐部，該透鏡部具有一光學軸，及一以該光學軸為中心的出 光面，該支撐部具有一環繞該光學軸的周面；及(D)裁切該步驟(C)所獲得之半成品，使該二金屬支架分別具有一在一平行該光學軸的第一軸向上遠離該透鏡部的第二端，此外，該封裝體的支撐部具有一遠離該透鏡部的底面，由該底面之多點共同定義出一位在一預定組裝平面上的支撐端，該第一金屬支架的第二端及其鄰近部分與第二金屬支架的第二端及其鄰近部分分別自該底面延伸出該封裝體，且該第一金屬支架的第二端及該第二金屬支架的第二端與該底面的支撐端共平面。
另外，本發明的目的還可採用以下技術措施進一步實現。
其中，該預定組裝平面與該第一軸向之夾角介於60°至90°。
其中，該二金屬支架表面在該步驟(B)前預先局部表面處理以增加封裝膠體與該二金屬支架的接觸角。
其中，該模穴具有依序相連通之一穴底部、一主體部，及一靠近該開口的支撐體形成部；所述封裝膠體填入該穴底部與該主體部的部分用以形成該透鏡部，填入該支撐體形成部的部分用以形成該支撐部及該支撐端。
於是，本發明發光裝置包含一電路基板及以表面黏著製程組裝於該電路基板的一SMT型LED封裝元件。該SMT型LED封裝元件如上文所述。該LED封裝元件以該支撐端以及該二金屬支架的第二端貼合於該電路基板表面。
本發明之功效在於：利用封裝體之支撐部的設計搭配金屬支架共同賦予LED封裝元件可SMT之特性，無須額外耗費構件。
1‧‧‧LED封裝元件
10‧‧‧LED晶片
2‧‧‧第一金屬支架
21‧‧‧第一端
22‧‧‧第二端
3‧‧‧第二金屬支架
31‧‧‧第一端
32‧‧‧第二端
4‧‧‧封裝體
41‧‧‧透鏡部
411‧‧‧出光面
42‧‧‧支撐部
421‧‧‧周面
422‧‧‧底面
423‧‧‧支撐端
50‧‧‧開口
51‧‧‧模穴
511‧‧‧穴底部
512‧‧‧主體部
513‧‧‧支撐體形成部
8‧‧‧電路基板
A‧‧‧光學軸
P‧‧‧預定組裝平面
D1‧‧‧第一軸向
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施例詳細說明中清楚地呈現，其中：圖1是一立體圖，說明一種傳統LED封裝元件；圖2是一製作流程圖，說明該傳統LED封裝元件的製作方法；圖3是一示意圖，說明本發明發光裝置的一實施例包含一電路基板及一SMT型LED封裝元件，該SMT型LED封裝元件將要貼合於該電路基板表面；圖4是一示意圖，說明圖3所示SMT型LED封裝元件是沿該圖4所示的預定組裝平面裁切得到；圖5是一立體圖，說明SMT型LED封裝元件的另一態樣；圖6是一立體示意圖，說明SMT型LED封裝元件是將該圖6中的虛線部分裁切掉而得；及圖7是一立體圖，說明本發明SMT型LED封裝元件的製作方法之一步驟，該步驟是將封裝膠體填入一模穴中。
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實施例的詳細說明中，將可清 楚的呈現。
參閱圖3，本發明發光裝置包含一電路基板8及一個以表面黏著(SMT)製程組裝於該電路基板8的SMT型LED封裝元件1。該發光裝置中的LED封裝元件1的數量不以單一個為限，其數量及排列型態視實際應用而異。例如，當該發光裝置為電子看板，則其LED封裝元件1為多數個且呈陣列排列；當該發光裝置為手電筒或燈具，其LED封裝元件1為單一或多數個間隔排列。
本發明的SMT型LED封裝元件1的第一實施例包含一LED晶片10、一第一金屬支架2、一第二金屬支架3及一封裝體4。
該第一金屬支架2具有一供該LED晶片10固定的第一端21，及一在一第一軸向D1上相反於該第一端21的第二端22。
該第二金屬支架3與該第一金屬支架2間隔，具有在該第一軸向D1上相反的一第一端31及一第二端32，該LED晶片10透過一導線(圖中未顯示)與該第二金屬支架3的第一端31電性連接。
該封裝體4具有一在該第一軸向D1上的投影輪廓為圓形的透鏡部41，及一與該透鏡部41同體連接的支撐部42。該透鏡部41包覆該LED晶片10、該第一金屬支架2之第一端21及該第二金屬支架3之第一端31。該透鏡部41具有一在該第一軸向D1上延伸的光學軸A，及一以該光學軸A為中心的出光面411。該LED晶片10發出的光線主 要經過該透鏡部41折射而在一預設的出光角度內由該出光面411射出。
該支撐部42同體連接於該透鏡部41遠離其出光面411的一端，用以固定第一金屬支架2、第二金屬支架3的相對位置。該支撐部42具有一環繞該光學軸A的周面421，及一與該周面421連接且遠離該透鏡部41的底面422。本實施例中，該支撐部42在該第一軸向D1上的投影輪廓與該透鏡部41相符，且該底面422因為封裝體4在製作過程中表面張力及與該模穴間的毛細現象的共同作用而呈周緣較凸出而中央略凹的曲面。由該底面422之無限多點共同定義出一環狀線型的位在一預定組裝平面P上的支撐端423。前述第一金屬支架2的第二端22及其鄰近部分與第二金屬支架3的第二端32及其鄰近部分分別自該底面422延伸出該封裝體4，且該二金屬支架2、3的第二端22、32與該支撐端423共平面。本實施例中，該預定組裝平面P與該第一軸向D1之夾角為90°，但本發明不以此為限，可視需求而設計為60°至90°之間的特定角度。
本發明所述共平面是指在後續SMT組裝製程容許的公差範圍內的共平面。詳細來說，該第一金屬支架2的第二端22與第二金屬支架3的第二端32因為焊錫厚度或防焊層厚度的關係，可以與該支撐端423所在平面在該第一軸向D1上存在0.5mm內的差距。
該LED封裝元件1藉由支撐端423、第一金屬支架2的第二端22及第二金屬支架3的第二端32共平面 的結構設計，而能站立於電路基板8上，便於進行SMT組裝製程。
配合參閱圖4，本實施例之LED封裝元件1的製作方法包含以下步驟：
首先，自一模穴的一開口填入封裝膠體，接著在該填有封裝膠體的模穴中插入該第一金屬支架2、第二金屬支架3與LED晶片10的組合，使填入的封裝膠體包覆該LED晶片10及第一、第二金屬支架2、3之第一端21、31。
接著，進行烘烤固化後離模形成一如圖4所示的半成品，該半成品已包括該封裝體4，且其支撐部42已具有該呈圓弧曲面的底面422及該呈環狀線型的支撐端423，該支撐端423即位於該預定組裝平面P。
製作方法可更進一步於模穴插入該二金屬支架2、3前，預先於該二金屬支架2、3上進行局部的表面處理，也就是在相反於第一端21、31的部分以批覆表面特性改質劑等方式，來增加封裝膠體與該二金屬支架2、3的接觸角，並依照該表面特性改質劑的性質，可能包含有於完成製作前採取溶劑清洗去除殘餘或高溫昇華去除殘餘等方式以避免影響後續的焊接，如此可以因為該二金屬支架2、3表面預先局部處理，因此封裝膠體與該二金屬支架2、3的接觸角較大，使得封裝膠體較難攀爬該二金屬支架2、3，而形成如圖4所示的態樣。
最後，利用裁切工具裁切該半成品而形成該第 一、第二金屬支架2、3沿一預定組裝平面P的第二端22、32，該二第二端22、32因此與該支撐端423共平面(也就是該預定組裝平面P)。
本實施例中的預定組裝平面P與該第一軸向D1之夾角為90°，但不以此為限，也可以視產品需求而設計為與該第一軸向D1夾非90°角。為求該SMT型LED封裝元件1能夠穩固站立，該預定組裝平面P與該第一軸向D1之夾角以介於60°至90°之間較佳。
須說明的是，上述實施例中，支撐部42的形狀以及其支撐端423的型態不以上述為限。支撐部42在該第一軸向D1上的投影輪廓視封裝體4的模具及製作方法而異。例如，模具在對應該支撐部42處為輪廓較大的圓形，則製成的封裝體4的支撐部42形成肩部。又例如圖5所示，模具在對應該支撐部42處呈矩形體而具有四個角，且使封裝膠體沿該四個角攀爬，則該支撐部42在該第一軸向D1上的投影輪廓呈矩形，該支撐端423的型態為四個相間隔的「點」，或L形、弧形的「線」(俗稱R角)。
此外，配合參閱圖6，本實施例SMT型LED封裝元件的製作方法之步驟過程中，進行烘烤固化後離模也可形成一如圖6所示的半成品(此為示意圖，其中LED晶片未圖示出)。同樣地，可利用裁切工具將圖中該半成品的虛線部分裁切掉而形成該第一、第二金屬支架2、3的第二端22、32，該二第二端22、32因此與該支撐端423共平面。
本實施例SMT型LED封裝元件的製作方法不以 上述為限，也可以是多次灌注成型而成。也就是說，一開始僅填入用以形成該封裝體的一部份的封裝膠體，插入第一金屬支架2、第二金屬支架3與LED晶片10的組合後，烘烤固化，再在該模穴中再次填入封裝膠體且烘烤固化而形成完整的封裝體4。特別要說明的是，參閱圖5與圖7，模穴51具有依序相連通之一穴底部511、一主體部512，及一靠近開口50的支撐體形成部513。所述封裝膠體填入該穴底部511與該主體部512的部分用以形成該透鏡部41，而填入該支撐體形成部513的部分用以形成該支撐部42，所述封裝膠體在該支撐體形成部513攀爬而用以形成該支撐端423。
另一種製作方法例如利用現有的外徑較小的LED封裝元件加工而成，相當於透過本發明使現有的LED封裝元件外部形成支撐而適於進行SMT製程。具體來說，在模穴中填入封裝膠體後，插入現有的外徑較小的LED封裝元件，烘烤固化後離模、依前述原則裁切，也可以形成本發明SMT型LED封裝元件1。
綜上所述，本發明利用封裝體4之支撐部42的設計搭配金屬支架2、3共同賦予LED封裝元件10可SMT之特性，無須額外耗費構件，解決了先前技術中長期存在的問題，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，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專利說明書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。
1‧‧‧LED封裝元件
10‧‧‧LED晶片
2‧‧‧第一金屬支架
21‧‧‧第一端
22‧‧‧第二端
3‧‧‧第二金屬支架
31‧‧‧第一端
32‧‧‧第二端
4‧‧‧封裝體
41‧‧‧透鏡部
411‧‧‧出光面
42‧‧‧支撐部
421‧‧‧周面
422‧‧‧底面
423‧‧‧支撐端
8‧‧‧電路基板
A‧‧‧光學軸
P‧‧‧預定組裝平面
D1‧‧‧第一軸向

Claims (10)

  1. 一種SMT型LED封裝元件，包含：一LED晶片；一第一金屬支架，具有一供該LED晶片固定的第一端，及一在一第一軸向上相反於該第一端的第二端；一第二金屬支架，與該第一金屬支架間隔，具有在該第一軸向上相反的一第一端及一第二端，該LED晶片透過一導線與該第二金屬支架的第一端電性連接；及一封裝體，具有一透鏡部，包覆該LED晶片、該第一金屬支架之第一端，與該第二金屬支架之第一端，該透鏡部具有一在該第一軸向上延伸的光學軸，及一以該光學軸為中心的出光面，及一支撐部，同體連接於該透鏡部遠離其出光面的一端，該支撐部具有一環繞該光學軸的周面，及一與該周面連接且遠離該透鏡部的一凹部底面，該凹部底面與該周面的相接處形成一支撐端，該支撐端位在一預定組裝平面上，該凹部底面與該預定組裝平面之間具有一凹部空間，該第一金屬支架的第二端及其鄰近部分與第二金屬支架的第二端及其鄰近部分分別自該凹部底面延伸出該封裝體而容置於該凹部空間並與該凹部底面的支撐端共平面。
  2. 如請求項1所述SMT型LED封裝元件，其中，該封裝體的支撐部，是由該底面之無限多點共同定義出環狀線 型的該支撐端。
  3. 如請求項1所述SMT型LED封裝元件，其中，該封裝體的支撐部，是由該底面之多個相間隔點共同定義出該支撐端。
  4. 如請求項1所述SMT型LED封裝元件，其中，該預定組裝平面與該第一軸向之夾角介於60°至90°。
  5. 如請求項1所述SMT型LED封裝元件，其中，該封裝體的支撐部在該第一軸向上的投影輪廓呈多邊形，且該支撐部還具有多個分別位於該多邊形之角的支撐端。
  6. 一種SMT型LED封裝元件的製作方法，包含以下步驟：(A)自一模穴的一開口填入封裝膠體；(B)在該填有封裝膠體的模穴中插入一金屬支架與LED晶片的組合，該組合包括一LED晶片及二相互平行間隔且各具有一第一端的金屬支架，該LED晶片與該二金屬支架的第一端電性連接，本步驟使該步驟(A)所填入的封裝膠體包覆該LED晶片及該二金屬支架之第一端；(C)烘烤固化後離模得到一半成品，使所填入的封裝膠體形成一封裝體，該封裝體具有一透鏡部，及一與該透鏡部同體連接且未離模時靠近該模穴之開口的支撐部，該透鏡部具有一光學軸，及一以該光學軸為中心的出光面，該支撐部具有一環繞該光學軸的周面；及(D)裁切該步驟(C)所獲得之半成品，使該二金 屬支架分別具有一在一平行該光學軸的第一軸向上遠離該透鏡部的第二端，此外，該封裝體的支撐部具有一遠離該透鏡部的底面，由該底面之多點共同定義出一位在一預定組裝平面上的支撐端，該二金屬支架的第二端及其鄰近部分分別自該底面延伸出該封裝體，且與該底面的支撐端共平面。
  7. 如請求項6所述SMT型LED封裝元件的製作方法，其中，該預定組裝平面與該第一軸向之夾角介於60°至90°。
  8. 如請求項6所述SMT型LED封裝元件的製作方法，其中，該二金屬支架表面在該步驟(B)前預先局部表面處理以增加封裝膠體與該二金屬支架的接觸角。
  9. 如請求項6所述SMT型LED封裝元件的製作方法，其中，該模穴具有依序相連通之一穴底部、一主體部，及一靠近該開口的支撐體形成部；所述封裝膠體填入該穴底部與該主體部的部分用以形成該透鏡部，填入該支撐體形成部的部分用以形成該支撐部；所述封裝膠體在該支撐體形成部攀爬而用以形成該支撐端。
  10. 一種發光裝置，包含一電路基板及至少一以表面黏著製程組裝於該電路基板的SMT型LED封裝元件，該SMT型LED封裝元件包含：一LED晶片；一第一金屬支架，具有一供該LED晶片固定的第一端，及一在一第一軸向上相反於該第一端的第二端； 一第二金屬支架，與該第一金屬支架間隔，具有在該第一軸向上相反的一第一端及一第二端，該LED晶片透過一導線與該第二金屬支架的第一端電性連接；及一封裝體，具有一透鏡部，包覆該LED晶片、該第一金屬支架之第一端，與該第二金屬支架之第一端，該透鏡部具有一在該第一軸向上延伸的光學軸，及一以該光學軸為中心的出光面，該LED晶片發出的光線經過該透鏡部折射而在一特定出光角度內由該出光面射出，及一支撐部，同體連接於該透鏡部遠離其出光面的一端，該支撐部具有一以該光學軸為中心的周面，及一與該周面連接且遠離該透鏡部的底面，由該底面之多點共同定義出一位在一預定組裝平面上的支撐端，前述第一金屬支架的第二端及其鄰近部分與第二金屬支架的第二端及其鄰近部分分別自該底面延伸出該封裝體，且與該底面的支撐端共平面，該LED封裝元件以該支撐端以及第二端貼合於該電路基板表面。
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