CN103227168A - 可兼容不同波长led的芯片直接封装架构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构，此芯片直接封装(ChiponBoard；COB)架构主要于一基材上规划设置有导电层，并由导电层的分隔配置，来连接多个不同波长及色温且不同封装型态的LED芯片，使各不同封装型态的LED芯片得以电性连接以成为发光矩阵，并于发光矩阵之上设置有至少一个透镜(Lens)来提升发光的效率，进而达到保护芯片直接封装架构的功效。

Description

可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构

技术领域

本发明涉及一种封装架构，尤其是指一种可兼容不同波长及色温且不同封装型态的LED芯片直接封装架构，可应用于促进各式植物栽种及农业使用的光合照明。

背景技术

近年来发光二极管(light emitting diode；LED)技术日臻成熟，且LED具有与习用灯泡或荧光灯相比较小的电功率消耗，同时较习用灯泡或荧光灯具有更长的使用寿命，进而具有减少电功率消耗及极佳耐久性；此外LED可安装于狭窄空间中且具有强烈抗振动性，因此LED的发光装置已被广泛应用于显示设备及照明领域。

传统的植物灯(或称为电照灯)大都是使用白炽灯或是省电灯泡，其设置于人工气候室、植物生长箱、植物生长室或露天田园灯架上，做为仿日照的控制光源；白炽灯有产生热能高(耗电)、发光效率低、寿命短等缺点，但相对售价便宜；省电灯泡在产生热能、发光效率、寿命等方面都优于白炽灯，但其缺点为售价较高，此外省电灯泡还有汞及辐射的污染问题；但不论是白炽灯或是省电灯泡，在点灯工作时都会产生高热，遇水也都有破裂的问题；此外，白炽灯或是省电灯泡都是玻璃制品，装卸时也容易破裂割伤人手，以光辐射角度来探讨，白炽灯或是省电灯泡皆是球体光辐射光源，但就植物电照而言，植物位于灯下往下辐射光为有效光，其余皆属无效光。也就是说，白炽灯或是省电灯泡都浪费太多辐射光源。就生产及组装程序来看，白炽灯或是省电灯泡的灯管生产皆属精密，量产生产线投资昂贵。

因此若以LED搭配设置于植物灯上，必可有效改善前述传统植物灯的问题，因此如何将LED与植物灯结合，进而提升改善传统植物灯的运作效能，实为一具思考价值的技术课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构，减少LED灯成品的体积并提升发光的效率，来提升良率并增加产品的稳定度。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构，该封装架构包含有：

一基材；

一导电层，该导电层设置于该基材上，该导电层还分隔为多个导电区域；

多个不同波长的发光芯片，该发光芯片还包含至少一种封装型态，该发光芯片固定该导电层上，并与至少一个该导电区域电性连接且排列成为一发光矩阵；及

至少一个透镜，该透镜与该基材相接合，并将该发光芯片包覆于其中。

上述基材为一金属基板、一陶瓷基板、一硅基板及一非金属基板的群组中选择至少一个所组成。

上述发光矩阵还包含有一红光芯片、一红外线芯片、一蓝光芯片、一紫外线芯片、一绿光芯片及一黄光芯片中选择至少一个所组成。

上述发光芯片还具有在2600K至10000K的范围中的色温。

上述发光芯片的封装型态还包含一水平型态、一垂直型态及一覆晶型态中任选所组成。

上述透镜的材质还包含有一硅胶、一玻璃及一环氧树脂中任选其一。

上述发光矩阵还划分为至少一个工作区域，该工作区域设置有多个该发光芯片，且该发光芯片以一串连方式或一并联方式中任意选择组合后电性连接。

上述工作区域中各邻接的该发光芯片一正向电压小于等于5%。

上述工作区域间还以该串联方式或该并联方式中任意选择组合后电性连接。

采用上述结构后，本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构，其主要是将不同波长及色温的LED整合封装于一发光矩阵中，来减少LED灯成品的体积并提升发光的效率，此芯片直接封装架构主要于一基材上规划设置有导电层，并由导电层的分隔配置，来连接多个不同波长及色温且不同封装型态的LED芯片，使各不同封装型态的LED芯片电性连接以成为发光矩阵，并于发光矩阵上设置有至少一个透镜(Lens)来提升发光的效率，且提升良率并增加产品的稳定度，进而达到保护芯片直接封装架构的功效。

经查目前已有不少习用技术将LED应用于植物生长灯上，但如要有效促进植物生长，植物灯则需要广域的波长为佳，因此若能将植物灯整体的外观缩减并提升照明效能，将对植物的生长有莫大的裨益。

且除了植物生长之外，LED照明产品还可以根据其产品特性将之广泛应用在农业活动上，因LED产品的光源具有可控、可调节性，光照波长可以进行设计调节，能够根据要求满足不同农业运作过程对于不同波段光线的需求；同时LED照明产品体积小，不会占用过多农业用地和空间，且不影响作物生长，未来更可能进阶应用于生物畜养及水产养殖等方向，例如2010年美国农业部资助普渡大学的评估并提高LED在温室中应用的研究项目，日本也从2005年研究使用蓝光LED集鱼灯来替代金属卤化物集鱼灯等，由此可见LED照明产品应用于农业实为一未来趋势。

附图说明

图1为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的发光矩阵架构图；

图2A为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的剖面示意图一；

图2B为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的剖面示意图二；

图2C为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的剖面示意图三；

图2D为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的剖面示意图四；

图2E为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的剖面示意图五；

图2F为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的剖面示意图六；

图2G为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的剖面示意图七；

图3A 为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的第一实施例示意图一；

图3B为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的第一实施例示意图二；

图3C为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的第一实施例正视图；

图4A为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的第二实施例示意图一；

图4B为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的第二实施例示意图二；

图4C为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的第二实施例正视图；

图5A为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的第三实施例示意图一； 

图5B为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的第三实施例示意图二；及

图5C为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的第三实施例正视图。

主要元件符号说明

10   发光矩阵           11   水平型态发光芯片

12   垂直型态发光芯片   13   覆晶型态发光芯片

20   导电层             30   基材

41   独立透镜           42   点平透镜

43   光学透镜。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

首先，请先参照图1，为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装(Chip on Board；COB)架构的发光矩阵架构图。

本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构，此芯片直接封装架构主要于基材上规划设置有导电层，如基材是使用导电材质制作，则在导电层与基材中间需设置有一绝缘层来分隔导电层与基材，并由导电层的分隔配置来连接多个不同波长且不同连接型态的LED芯片来形成发光矩阵10，而发光矩阵10的发光芯片数量并无特定限制，各发光芯片间可以串连方式来电性连接，其中发光芯片可选用：红光芯片(波长介于620～670nm)、红外线芯片(波长介于700～750nm)、蓝光芯片(波长介于390～460nm)、紫外线芯片(UVB波长介于280～320nm，而UVA波长介于360～390nm)、绿光芯片(波长介于500～580nm)、黄光芯片(波长介于580～600nm)及色温2600K～10000K来任意组合搭配。

为兼顾不同波长及色温的发光芯片的正向电压(Vf)各有差异，所以发光矩阵10亦可以划分为至少一个工作区域，如图标中黑色区域(5x5)即可单独划分成一工作区域，各工作区域内部邻接的发光芯片，可以选用正向电压(Vf)差异不大于5%范围的发光芯片，来增加发光矩阵工作时发光的稳定度；而各工作区域间可用并联(或串联)的方式电性连接作总体控制，或是各工作区域单独外接作分段控制，并不受限于单一固定的显示型态。

接下来就本发明的芯片直接封装架构作更进一步的详细说明，请继续参照图2A，为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的剖面示意图一。

本发明于发光芯片所组成的发光矩阵中，可以选用各种不同波长及色温的水平型态发光芯片11(Horizontal PN chip)来组合，水平型态发光芯片11固定于基材上，其特征在于上表层设置有第一电极及第二电极，可透过打线接合(wire bonding)来与邻接的水平型态发光芯片11的电极及导电层20作电性连接，以使各发光芯片形成串联型态。

除了前述的水平型态发光芯片11(Horizontal PN chip)之外，同样可选用各种不同波长及色温的垂直型态发光芯片12(Vertical PN chip)来组合，垂直型态发光芯片12同样固定于基材上，其特征在于上表层设置有第一电极，而下表层则设置有第二电极，第一电极可透过打线接合(wire bonding)来与邻接的垂直型态发光芯片12的导电层20作电性连接，而第二电极可直接于固晶时与导电层20贴合形成电性连接，使各邻接的发光芯片形成串联型态，前述实施例请参照图2B，为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的剖面示意图二。 

请继续参照图2C，为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的剖面示意图三，除了前述2种不同封装型态的发光芯片外，亦可选用各种不同波长及色温的覆晶型态发光芯片13(Flip chip)来组合，覆晶型态发光芯片13同样固定于基材上，其特征在于下表层设置有第一电极及第二电极，而第一电极与第二电极可直接于固晶时与导电层20贴合形成电性连接，以使各邻接的发光芯片形成串联型态。

由上述可以清楚了解各种不同封装型态的发光芯片，都具有不同的电极位置，为了满足各芯片间电性连接的需求，本发明的芯片直接封装架构更可以有以下实施方式，请参照图2D，为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的剖面示意图四。

此一实施型态为水平型态发光芯片11结合垂直型态发光芯片12的实施状态，其中导电层20可分隔为多个导电区域，然后将水平型态发光芯片11与垂直型态发光芯片12固定于基材上，并透过打线接合(wire bonding)及固晶时与导电层20形成电性连接，来使各发光芯片形成串联型态。

除了图2D所述的型态，请参照图2E至图2G，为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的剖面示意图。

此3个附图与图2D有异曲同工之处，就是都可将不同波长及色温且不同封装型态的发光芯片加以混搭设置成为发光矩阵，其中图2E为水平型态发光芯片11结合覆晶型态发光芯片13的实施状态，而图2F则为垂直型态发光芯片12结合覆晶型态发光芯片13的实施状态，图2G则为水平型态发光芯片11、垂直型态发光芯片12与覆晶型态发光芯片13的混合设置型态，其特点皆在于透过导电层20分隔形成的导电区域，来适当的与各型态的发光芯片形成电性连接，进而使各发光芯片形成串联型态。

当各发光芯片完成电性连接后，则可于发光芯片上设置透镜(Lens)，接下来请参照图3A，为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的第一实施例示意图一。

由图中可以看出当水平型态发光芯片11、垂直型态发光芯片12、覆晶型态发光芯片13与导电层20间完成电性连接后，则可将独立透镜41设置封装于单一的发光芯片上，并使独立透镜41与基材30紧密结合，以保护发光芯片与对应的导电区域，此独立透镜41除了具保护芯片直接封装架构外，更有提升发光效率的功能；除了图3A中平面式的封装架构，为了增加封装架构的强固性，更可选用具有容置发光芯片空间的半埋式基材30，同样于水平型态发光芯片11、垂直型态发光芯片12、覆晶型态发光芯片13与导电层20间完成电性连接后，则可将独立透镜41设置封装于单一的发光芯片上，并使独立透镜41与基材30紧密结合，以保护发光芯片与对应的导电区域，此半埋式的实施方式请参照图3B，为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的第一实施例示意图二。

当发光矩阵10上封装设置完成独立透镜41后，其型态可参照图3C，为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的第一实施例正视图；图中可看出独立透镜41与基材30结合，并将发光芯片(方型虚线示意)包覆于其中，进而保护导电层与发光芯片间的电性连接点，来提升良率并增加产品的稳定度；其中本发明的基材30的材质可选用：金属基板(例如：铝基板、铜基板及合金基板等)、陶瓷基板、硅基板及非金属基板(如：钻石、石墨等)的群组中，依设计需求任选前述的材质来制成。

除了前述的独立透镜封装方式，在不违反同一发明精神下更可有以下实施方式，请参照图4A，为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的第二实施例示意图一。

此一实施例则为当水平型态发光芯片11、垂直型态发光芯片12、覆晶型态发光芯片13与导电层20间完成电性连接后，则可将点平透镜42设置封装于所有的发光芯片之上，并使点平透镜42与基材30紧密结合，以保护发光芯片与导电层20，此点平透镜42除了具保护芯片直接封装架构外，更有提升发光效率的功能，同时点平透镜的体积扁平，具有缩减空间的效果；除了图4A中平面式的封装架构，为了增加封装架构的强固性，更可选用具有容置发光芯片空间的半埋式基材30，同样于水平型态发光芯片11、垂直型态发光芯片12、覆晶型态发光芯片13与导电层20间完成电性连接后，则可将点平透镜42设置封装于所有的发光芯片之上，并使点平透镜42与基材30紧密结合，以保护发光芯片与对应的导电区域，此半埋式的实施方式请参照图4B，为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的第二实施例示意图二。

当发光矩阵10上封装设置完成点平透镜42后，其型态可参照图4C，为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的第二实施例正视图；图中可看出点平透镜42与基材30结合，并将发光矩阵10中的发光芯片(方型虚线示意)包覆于其中，进而保护导电层与发光芯片间的电性连接点，来提升良率并增加产品的稳定度。

最后请参照图5A，为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的第三实施例示意图一。

由图中可以看出当水平型态发光芯片11、垂直型态发光芯片12、覆晶型态发光芯片13与导电层20间完成电性连接后，则可将光学透镜43设置封装于所有的发光芯片上，并使光学透镜43与基材30紧密结合，以保护发光芯片与导电层20，此光学透镜43除了具保护芯片直接封装架构外，更有提升发光效率的功能；除了图5A中平面式的封装架构，为了增加封装架构的强固性，更可选用具有容置发光芯片空间的半埋式基材30，同样于水平型态发光芯片11、垂直型态发光芯片12、覆晶型态发光芯片13与导电层20间完成电性连接后，则可将光学透镜43设置封装于所有的发光芯片上，并使光学透镜43与基材30紧密结合，以保护发光芯片与对应的导电区域，此半埋式的实施方式请参照图5B，为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的第三实施例示意图二；而图5C，为本发明可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构的第三实施例正视图，此图中所示则为发光矩阵10上封装设置光学透镜43完成后的状态，其功能与结构与图4C近似，惟不同之处仅在于透镜型态的差异，故在此不再重复赘述。

前述的各种不同的透镜，可选用硅胶(Silicone)、玻璃(Glass)或环氧树脂(Epoxy)等材质来制作，而发光芯片除了可选用不同波长LED的芯片外，更可选用具有广阔色温(2600K～10000K范围之内)的发光芯片来组成发光矩阵，同时借由导电层分隔成多个导电区域的设计，可以选择各种不同封装型式的发光芯片来组装，进而增加了商品生产的便利性。

上述实施例和附图并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (9)

1.一种可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构，其特征在于，该封装架构包含有：

一基材；

一导电层，该导电层设置于该基材上，该导电层还分隔为多个导电区域；

多个不同波长的发光芯片，该发光芯片还包含至少一种封装型态，该发光芯片固定该导电层上，并与至少一个该导电区域电性连接且排列成为一发光矩阵；及

至少一个透镜，该透镜与该基材相接合，并将该发光芯片包覆于其中。

2.如权利要求1所述可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构，其特征在于：该基材为一金属基板、一陶瓷基板、一硅基板及一非金属基板的群组中选择至少一个所组成。

3.如权利要求1所述可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构，其特征在于：该发光矩阵还包含有一红光芯片、一红外线芯片、一蓝光芯片、一紫外线芯片、一绿光芯片及一黄光芯片中选择至少一个所组成。

4.如权利要求1所述可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构，其特征在于：该发光芯片还具有在2600K至10000K的范围中的色温。

5.如权利要求1所述可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构，其特征在于：该发光芯片的封装型态还包含一水平型态、一垂直型态及一覆晶型态中任选所组成。

6.如权利要求1所述可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构，其特征在于：该透镜的材质还包含有一硅胶、一玻璃及一环氧树脂中任选其一。

7.如权利要求1所述可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构，其特征在于：该发光矩阵还划分为至少一个工作区域，该工作区域设置有多个该发光芯片，且该发光芯片以一串连方式或一并联方式中任意选择组合后电性连接。

8.如权利要求7所述可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构，其特征在于：该工作区域中各邻接的该发光芯片一正向电压小于等于5%。

9.如权利要求7所述可兼容不同波长LED的芯片直接封装架构，其特征在于：该工作区域间还以该串联方式或该并联方式中任意选择组合后电性连接。

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