CN1684278A - 一种发光二极管的封装结构及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发光二极管封装结构，其特点在于，包含：一金属基座；一导线架，具有多个引脚，各该引脚分别具有一焊线区，所述焊线区环设于所述金属基座顶侧周缘；一塑胶壳体，包覆所述金属基座周缘与所述导线架，其具有一开口暴露所述金属基座顶面中央区域，而形成一反射杯，并露出所述引脚外端及所述焊线区；至少一发光芯片，结合于所述反射杯中的金属基座顶面，并通过多个焊线电性连接所述焊线区；及一透镜，封装所述塑胶壳体。本发明可提高封装结构的散热能力与光输出效率，还可供多芯片封装，达到混色全彩的效果。

Description

一种发光二极管的封装结构及其封装方法

技术领域

本发明涉及一种发光二极管的封装结构及其封装方法，特别是涉及一种以埋入射出方式结合导线架、金属基座与塑胶壳体，并形成高反射率反射杯的封装结构及封装方法。

背景技术

在发光二极管封装技术领域中，由于发光芯片在产生光线的过程中持续放热，因而必须将发光芯片直接设置在散热能力良好的材料(如金属)上；不过，如欲兼顾封装的方便性，则往往需要使用到塑胶材料。但是，塑胶与散热基材的双材料结构，却具有结合强度上的缺陷。

请参阅图1，为现有技术中发光二极管(LED)的封装结构，先利用射出成形的塑胶壳体10包覆导线架11，再粘着一金属块12于塑胶壳体10下方的穿孔17；此金属块12顶面冲压成型出缺凹的一反射杯16，当金属块12与塑胶壳体10结合时，穿过塑胶壳体10阶梯状的穿孔17，并使反射杯16暴露于塑胶壳体10顶面，以将发光芯片13接着于金属块12的反射杯16杯底；待发光芯片13与导线架11的引脚91、92焊线14完成后，即形成发光芯片13的外接电路；而后再于塑胶壳体10与发光芯片13上方接着一透镜15，便完成封装。此一结构通过金属块12的反射杯16，可使光源输出于一特定角度范围内；而金属块12可直接将发光芯片13的温度传导至外界，起到散热作用。

然而，上述结构具有一些缺点。其利用粘着方式结合金属块12与塑胶壳体10，容易发生接着不匀、产生空隙的情形，从而造成金属块12脱落位移、水气进入封装结构内，以致于导致产品失效。并且，金属块12冲压成型的反射杯16内壁面反射率欠佳，无法有效地将发光芯片13向侧面照射的光线，进行高效率的反射而损耗；其次，其导线架11的设计也只能供单一芯片封装，无法制作多芯片封装，而单一封装结构也无法达到混色或全彩的光源输出效果。

图2是另一种现有技术的发光二极管封装结构，高散热系数的基板00顶面被覆有一层绝缘层01，绝缘层01上则设有表面铜层06、07，而表面铜层06、07上则具有表面引刷层05。首先，钻出一个通过绝缘层01、露出基材00的盲孔08；将芯片02固定于盲孔08内的基材00上之后，再连接焊线03于表面铜层06、07上；最后，在盲孔08内点上树脂04以封装焊线03与芯片02，如此即完成封装；露出于表面引刷层05的铜层06、07，即是产品的两个电极。

此一结构虽无图1所示结构的结合强度问题，但因为基板00上盲孔08内壁面反射芯片02侧向光线的能力极差，即便欲以电镀方式改善，也因为其结构设计问题，无法仅局部电镀于盲孔08位置；盲孔08的低反射率，导致整体亮度下降。

因此，现有的发光二极管封装技术，尚未兼顾散热能力、结构强度与光输出效率；事实上，在制作效率及产品信赖度上，同样具有相当的改善空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种发光二极管封装结构及封装方法，不仅可提高封装结构的散热能力与光输出效率，还可供多芯片封装，达到混色全彩的效果。

为了实现上述目的，本发明提供了一种发光二极管封装结构，其特点在于，包含：一金属基座；一导线架，具有多个引脚，各该引脚分别具有一焊线区，所述焊线区环设于所述金属基座顶侧周缘；一塑胶壳体，包覆所述金属基座周缘与所述导线架，其具有一开口暴露所述金属基座顶面中央区域，而形成一反射杯，并露出所述引脚外端及所述焊线区；至少一发光芯片，结合于所述反射杯中的金属基座顶面，并通过多个焊线电性连接所述焊线区；及一透镜，封装所述塑胶壳体。

上述发光二极管封装结构，其特点在于，所述金属基座顶面具有一平台，位于所述反射杯中，且所述发光芯片位于所述平台上。

上述发光二极管封装结构，其特点在于，所述金属基座周缘外突一延伸部。

上述发光二极管封装结构，其特点在于，所述引脚具有相连的一内引脚与一外引脚，所述内引脚具有一弯折部，使其形成末端较高的折弯阶层，且所述焊线区位于所述内引脚上，而所述外引脚则供与外部电路连接。

上述发光二极管封装结构，其特点在于，所述内引脚末端端缘成凹弧状，且所述内引脚末端的凹弧状端缘共圆。

上述发光二极管封装结构，其特点在于，所述导线架的引脚与所述焊线区的数量为4个。

上述发光二极管封装结构，其特点在于，所述塑胶壳体周缘具有较高的一侧墙。

上述发光二极管封装结构，其特点在于，所述侧墙内具有高度低于所述侧墙的接合部。

上述发光二极管封装结构，其特点在于，所述塑胶壳体由PPA材料制作。

上述发光二极管封装结构，其特点在于，所述透镜由一激光材料形成。

上述发光二极管封装结构，其特点在于，所述透镜由含有一激光材料的一树脂形成。

上述发光二极管封装结构，其特点在于，还包含一内胶覆盖于所述反射杯与所述焊线区。

上述发光二极管封装结构，其特点在于，所述内胶含有一激光材料。

上述发光二极管封装结构，其特点在于，所述内胶为一激光材料。

本发明还提供一种发光二极管封装方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤41，以埋入射出方式，射出成形多个塑胶壳体于一支架的多个导线架上，所述塑胶壳体分别包覆一金属基座，且形成一反射杯于所述金属基座露出的顶面上，并露出所述导线架的多个焊线区；步骤42，分别接合至少一发光芯片于所述反射杯中的所述金属基座顶面；步骤43，以多个焊线电性连接所述发光芯片与所述焊线区；及步骤44，封装所述塑胶晶座。

上述发光二极管封装方法，其特点在于，还包含一冲压裁切所述支架的步骤，以分离已完成封装的所述导线架。

上述发光二极管封装方法，其特点在于，所述金属基座顶面具有一平台，位于所述反射杯中，且所述发光芯片位于所述平台上。

上述发光二极管封装方法，其特点在于，所述金属基座周缘外突一延伸部。

上述发光二极管封装方法，其特点在于，所述塑胶壳体周缘射出成形较高的一侧墙。

上述发光二极管封装方法，其特点在于，所述导线架具有多个引脚，所述内引脚具有一弯折部，使其形成末端较高的折弯阶层，且所述焊线区位于所述内引脚上，而所述外引脚则供与外部电路连接。

上述发光二极管封装方法，其特点在于，所述内引脚末端端缘成凹弧状，且所述内引脚末端的凹弧状端缘共圆。

上述发光二极管封装方法，其特点在于，所述封装步骤以一树脂材料覆盖于所述塑胶壳体上。

上述发光二极管封装方法，其特点在于，所述树脂材料含有一激光材料。

上述发光二极管封装方法，其特点在于，所述封装步骤以一激光材料覆盖于所述塑胶壳体上。

上述发光二极管封装方法，其特点在于，所述封装步骤包含以一内胶覆盖于所述反射杯与所述焊线区的步骤。

上述发光二极管封装方法，其特点在于，还包含以一树脂材料覆盖于所述内胶上的步骤。

上述发光二极管封装方法，其特点在于，还包含以一透镜结合于未干的所述树脂材料的步骤。

上述发光二极管封装方法，其特点在于，还包含以下步骤：提供具有一凹槽的一模粒，所述凹槽内注入一树脂材料；将已封装所述内胶的所述塑胶壳体，向下贴合于所述模粒的凹槽中；及待所述树脂材料已硬化后，将所述塑胶壳体脱模。

本发明还提供一种发光二极管的导线架，其特点在于，包含多个引脚，所述引脚包含相连的一内引脚与一外引脚，所述内引脚供与一发光芯片电性连接，且其具有一弯折部，使其形成末端较高的折弯阶层，而所述外引脚则供与外部电路连接。

上述发光二极管的导线架，其特点在于，所述内引脚末端端缘成凹弧状，且所述内引脚末端的凹弧状端缘共圆。

上述发光二极管的导线架，其特点在于，所述引脚数量为4个。

上述发光二极管的导线架，其特点在于，所述内引脚上具有一透孔。

本发明的功效，在于可提高封装结构的散热能力与光输出效率，还可供多芯片封装，达到混色全彩的效果。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为现有技术的发光二极管封装结构；

图2为现有技术的另一发光二极管封装结构；

图3A为本发明第一较佳实施例的俯视示意图；

图3B为沿图3A中A-A剖线的剖视示意图；

图3C为沿图3A中B-B剖线的剖视示意图；

图3D为本发明第一较佳实施例的仰视示意图；

图3E为本发明第一较佳实施例的导线架配合支架的仰视图；

图4为本发明第二较佳实施例的剖视示意图；

图5为本发明第三较佳实施例的剖视示意图；

图6A-6C为本发明第四较佳实施例的封装流程示意图；

图7A-7B为本发明第五较佳实施例的封装流程示意图；

图8A-8C为本发明的光线散射与热能传导示意图；

图9A-9B为本发明第六较佳实施例的多芯片封装结构示意图；

图10A-10B为本发明第七较佳实施例的封装流程示意图；及

图11为本发明所提供发光二极管封装方法的主要流程图。

其中，附图标记：

91、92、93、94-引脚

00-基板，01-绝缘层，02-芯片，03-焊线，04-树脂

05-表面引刷层，06、07-表面铜层，08-盲孔

10-塑胶壳体，11-导线架，12-金属块，13-发光芯片

14-焊线，15-透镜，16-反射杯，17-穿孔

20-塑胶壳体，201-侧墙，202-接合部

21-导线架，210、211、212、213-焊线区

22-金属基座，220-平台，221-延伸部

23-反射杯，24-发光芯片，25-焊线

26-支架，260-导线架

261-引脚，262-内引脚，263-外引脚

264-透孔，265-弯折部

33-树脂，34-激光材料，35-内胶

36-模粒，360-凹槽

38-透镜

具体实施方式

请参阅图3A-3D，为本发明第一较佳实施例所提供的发光二极管封装结构，由塑胶壳体20、导线架21、金属基座22、发光芯片24与透镜38所组成。

用以散热的金属基座22为一盘状物，其中央具有一突出的平台220，周缘则具有外突的延伸部221。

导线架21具有四支引脚91、92、93、94，分别具有独立的焊线区210、211、212、213围绕于平台220四周，如图3A的虚线所示。

本例中，塑胶壳体20采用成形后表面具有90％反射率的PPA材料(Polyphthalamide，聚酞酸酯)，利用埋入射出技术，使塑胶壳体20在射出时直接包覆导线架21与金属基座22，且在金属基座22的平台220上方具有一开孔，而形成环形的反射杯23；在将发光芯片24接着于金属基座22上方，并将发光芯片24与导线架21的焊线区210、211、212、213予以焊线连接，即可结合透镜38完成封装。塑胶壳体20周缘形成较高的侧墙201，如图3B、3C，侧墙201内则为较低的接合部202，可供与透镜38结合；封装的各种形式，将在后续的图4-7B中详细介绍。

从图3B、3C中，可看出金属基座22因为周缘突出的延伸部221，结合塑胶壳体20的埋入射出设计，而使二者能紧密结合，提高产品的信赖性；且，因为无需在封装制作过程中再行接着金属基座22(如图1中的现有技术)，也提高生产力，减少制作过程中的变异性。其次，将会发热的发光芯片24接着于金属基座22上，热能直接通过金属基座22传导分散出去，只要在金属基座22底部再接触一散热基板，即可达到良好的热能传导与散热的效果。

请参阅图3E，本发明所提供发光二极管封装结构的导线架260，在封装前位于一支架26上，图中导线架260具有四支引脚261，每支引脚261包含相连的内引脚262与外引脚263。各个外引脚263呈矩形，供与外部电路连接；各个内引脚262呈带状，其上设有透孔264，可增加塑胶射出后的结合强度。尤其，内引脚具有一弯折部265，使其形成末端较高的折弯阶层；此部分需金属基座22射出较高的表面，相对会让反射杯23具有较大的深度，这样可以提高多发光芯片的混光效果，同时也可使内引脚262的焊线区更接近金属基座22表面而易于进行焊线作业。并且，内引脚262末端端缘成凹弧状，且所有内引脚262末端的凹弧状端缘接近共圆，如此可腾出空间，使得中间的反射杯23能有更大的空间放置发光芯片。完成塑胶射出作业之后，四支内引脚262分别有局部区域裸露出来，用作与发光芯片打线结合的焊线区(如图3A的焊线区210、211、212及213)  。

请参阅图4-7B，完成焊线作业之后，依照不同的产品需求，可有不同的封装作业方式。

图4为焊线完成的半成品最简易的封装方式，是由上方点入树脂33并完全包覆芯片24与焊线25结构，待树脂33硬化后，即完成封装。为了提高光输出效率或进行混色所使用的激光材料34，可混合于树脂33中，或直接以纯激光材料34进行封装。

如图5，在焊线完成的半成品上点上内胶35，但仅包覆发光芯片24与焊线25及导线架21的焊线区，经硬化后，在其上面再点入树脂33作外层封装；激光材料34可混合于内胶35或树脂33中，或者择一取代；特别是激光材料34混合于内胶35时，可提供良好的激发均匀度。

请参阅图6A-6C，为本发明第四较佳实施例的封装流程示意图，首先完成图5中的内胶封装作业，再将树脂33先点入模粒36的凹槽360中(图6A)；随后将完成焊线、内胶封装的半成品，开口朝下贴合于模粒36(图6B)；经硬化脱模后即完成封装，并产生光折射所必须的透镜38(图6C)。

图7A-7B，为本发明第五较佳实施例的封装流程示意图，如图所示，已完成图5中的内胶35、树脂33封装作业，不同之处在于树脂33未硬化时(图7A)，将另一透镜38接合于上方，树脂33硬化后粘合，即完成封装(图7B)。

请参阅图8A-8C，无论其最后封装的形式如何，本发明利用金属基座的平台顶面与塑胶壳体的开口所形成的反射杯23设计，均可达到极佳的光输出效果。发光芯片24产生的光线，除了直接穿透透镜或树脂之外，其侧面光线及因角度较为倾斜而反射回到反射杯的光线，是通过具有高反射率的塑胶壳体与金属基座的平台，再度反射出去；如此，可减少光输出的损失，并维持较大的光扩散角度，不会形成点光源的问题。

另外，请参阅图9A-9B，具有四个引脚与四个焊线区的导线架21与大面积平台的金属基座22，可用以封装单一大面积、多焊点的发光芯片，或者提供多芯片封装。由于金属基座22的埋入射出设计，即使封装单一大面积发光芯片或多芯片，均无脱落位移的问题。而利用本发明的导线架21设计，可供多个发光芯片焊线连接，三原色芯片(图9B)也可同时在本封装结构内发光，达到全彩光输出效果。

请参阅图10A、10B，根据上述实施例的发光二极管封装结构，本发明提供一种发光二极管的封装方法，其特点在于金属基座及塑胶壳体，以埋入射出方式结合于支架的多个导线架上(图3E)，并以此支架为主结构体，进行后续的发光二极管封装作业。

简单地说，本发明所提供发光二极管的封装方法，主要包含以下步骤(如图11所示)：首先步骤41，以埋入射出方式射出成形多个塑胶壳体于一支架的多个导线架上，每个塑胶壳体分别包覆一金属基座，且形成一反射杯于金属基座露出的顶面上，并露出各个导线架的多个焊线区；接着步骤42，分别接合发光芯片于反射杯中的金属基座顶面；然后步骤43，以数条焊线电性连接发光芯片与焊线区；最后步骤44，封装各个塑胶晶座。

实际操作上还可包含一冲压裁切该支架的步骤，以分离已完成封装的导线架。而且，封装的步骤可如图4-7B所示，具有各种不同的封装方式；例如封装步骤还更包含以一内胶覆盖于反射杯与焊线区的步骤，而完成内胶封装之后，也可进行以下步骤：(1)提供具有一凹槽的一模粒，凹槽中注入一树脂材料；(2)将已封装内胶的塑胶壳体，向下贴合于模粒的凹槽中；及(3)待树脂材料硬化后，将塑胶壳体脱模。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (32)

1、一种发光二极管封装结构，其特征在于，包含：

一金属基座；

一导线架，具有多个引脚，各该引脚分别具有一焊线区，所述焊线区环设于所述金属基座顶侧周缘；

一塑胶壳体，包覆所述金属基座周缘与所述导线架，其具有一开口暴露所述金属基座顶面中央区域，而形成一反射杯，并露出所述引脚外端及所述焊线区；

至少一发光芯片，结合于所述反射杯中的金属基座顶面，并通过多个焊线电性连接所述焊线区；及

一透镜，封装所述塑胶壳体。

2、根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述金属基座顶面具有一平台，位于所述反射杯中，且所述发光芯片位于所述平台上。

3、根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述金属基座周缘外突一延伸部。

4、根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述引脚具有相连的一内引脚与一外引脚，所述内引脚具有一弯折部，使其形成末端较高的折弯阶层，且所述焊线区位于所述内引脚上，而所述外引脚则供与外部电路连接。

5、根据权利要求4所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述内引脚末端端缘成凹弧状，且所述内引脚末端的凹弧状端缘共圆。

6、根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述导线架的引脚与所述焊线区的数量为4个。

7、根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述塑胶壳体周缘具有较高的一侧墙。

8、根据权利要求7所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述侧墙内具有高度低于所述侧墙的接合部。

9、根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述塑胶壳体由PPA材料制作。

10、根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述透镜由一激光材料形成。

11、根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述透镜由含有一激光材料的一树脂形成。

12、根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，还包含一内胶覆盖于所述反射杯与所述焊线区。

13、根据权利要求12所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述内胶含有一激光材料。

14、根据权利要求12所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述内胶为一激光材料。

15、一种发光二极管封装方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤41，以埋入射出方式，射出成形多个塑胶壳体于一支架的多个导线架上，所述塑胶壳体分别包覆一金属基座，且形成一反射杯于所述金属基座露出的顶面上，并露出所述导线架的多个焊线区；

步骤42，分别接合至少一发光芯片于所述反射杯中的所述金属基座顶面；

步骤43，以多个焊线电性连接所述发光芯片与所述焊线区；及

步骤44，封装所述塑胶晶座。

16、根据权利要求15所述的发光二极管封装方法，其特征在于，还包含一冲压裁切所述支架的步骤，以分离已完成封装的所述导线架。

17、根据权利要求15所述的发光二极管封装方法，其特征在于，所述金属基座顶面具有一平台，位于所述反射杯中，且所述发光芯片位于所述平台上。

18、根据权利要求15所述的发光二极管封装方法，其特征在于，所述金属基座周缘外突一延伸部。

19、根据权利要求15所述的发光二极管封装方法，其特征在于，所述塑胶壳体周缘射出成形较高的一侧墙。

20、根据权利要求15所述的发光二极管封装方法，其特征在于，所述导线架具有多个引脚，所述内引脚具有一弯折部，使其形成末端较高的折弯阶层，且所述焊线区位于所述内引脚上，而所述外引脚则供与外部电路连接。

21、根据权利要求20所述的发光二极管封装方法，其特征在于，所述内引脚末端端缘成凹弧状，且所述内引脚末端的凹弧状端缘共圆。

22、根据权利要求15所述的发光二极管封装方法，其特征在于，所述封装步骤以一树脂材料覆盖于所述塑胶壳体上。

23、根据权利要求22所述的发光二极管封装方法，其特征在于，所述树脂材料含有一激光材料。

24、根据权利要求15所述的发光二极管封装方法，其特征在于，所述封装步骤以一激光材料覆盖于所述塑胶壳体上。

25、根据权利要求15所述的发光二极管封装方法，其特征在于，所述封装步骤包含以一内胶覆盖于所述反射杯与所述焊线区的步骤。

26、根据权利要求25所述的发光二极管封装方法，其特征在于，还包含以一树脂材料覆盖于所述内胶上的步骤。

27、根据权利要求26所述的发光二极管封装方法，其特征在于，还包含以一透镜结合于未干的所述树脂材料的步骤。

28、根据权利要求25所述的发光二极管封装方法，其特征在于，还包含以下步骤：

提供具有一凹槽的一模粒，所述凹槽内注入一树脂材料；

将已封装所述内胶的所述塑胶壳体，向下贴合于所述模粒的凹槽中；及

待所述树脂材料已硬化后，将所述塑胶壳体脱模。

29、一种发光二极管的导线架，其特征在于，包含多个引脚，所述引脚包含相连的一内引脚与一外引脚，所述内引脚供与一发光芯片电性连接，且其具有一弯折部，使其形成末端较高的折弯阶层，而所述外引脚则供与外部电路连接。

30、根据权利要求29所述的发光二极管的导线架，其特征在于，所述内引脚末端端缘成凹弧状，且所述内引脚末端的凹弧状端缘共圆。

31、根据权利要求29所述的发光二极管的导线架，其特征在于，所述引脚数量为4。

32、根据权利要求29所述的发光二极管的导线架，其特征在于，所述内引脚上具有一透孔。

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