1271835 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於發光二極體，尤其是有關於高功率發光二 極體晶片的一種封裝結構及其製造方法。 【先前技術】 高功率（high P〇wer)發光二極體係近年半導體產業快速 發展的一環。有關高功率發光二極體晶片的封裝，其最重要 的考量便在於如何妥善處理發光二極體晶片因高功率所產生 的高溫與高熱，以避免其性能與壽命受到影響。 第la圖所示係-種習知的發光二極體晶片封裝結構的側 視圖。如第U圖所示，發光二極體晶片（chip或die) 16係 設置於以BT樹脂（BismaleimideTriazineResin)製成的基板 19上。二極體晶片16的電極係以導線（bonding wire) η與 基板19上預先設置好、對外提供電氣連結的銅箔ΐ5銜接。 二極體晶片i6的周圍環設有反射鏡14，最後再以樹脂口將 二極體晶片丨6以及導線13封固起來。此封裝方式的優點是 生產上適合大量發光二極體晶片的封裝，因此生產成本低。 缺點疋樹脂不是良好的導熱材料，所以晶片16所產生的 同熱主要需要倚賴微薄的銅猪15發散，這種電氣通道和散熱 通運合為一體的封裝方式並不適用高功率的發光二極體晶 片。 5 1271835 美國專利6,274,924號提出一種電氣通道和散熱通道分 離的高功率發光二極體晶片的封裝結構。為方便解說起見， 美國專利6,274,924號的代表圖在此引用為本說明書的第lb 圖。如第ib圖所示，此結構主要是將金屬的導線架（lead frame) 12封固於由絕緣耐高溫塑膠所構成的膠體中。發光二 極體日日片16係δ又置於導熱但電氣絕緣的次載具（subm〇unt) 上一者再同5又置於一金屬的散熱（heat sinking)元件 1〇 (通常係一銅柱）上。散熱元件10上可設置一反射鏡14。 政熱元件10連同二極體晶片16、次載具18再一起穿置於膠 體中預留的空間中。二極體晶片16的電極係以導線（未圖示） 與導線架12連接。最後膠體之上再以預先成型的透明膠質透 光性保護鏡罩20覆蓋，其中並注以樹脂（未圖示）以保護二 極體晶片16與導線。 吴國專利6,274,924號所提出的結構，因為分離了電氣通 逼和散熱通道而達成相#有效的散熱，但是綜合以上的製程 來看，關專利6,274,924號的製程相當繁複，生產成本不易 P牛低。而且’其中像是包覆導線架12的膠體、與透光性保護 鏡單2〇都需要關以_射出成㈣方式事先製成，開模的 費用固然疋-筆不小的負擔，但主要的問題是生產上的彈性 低’例如要在第1b圖所示的結構中封裝一個以上的二極體晶 片16，則導線架12勢必要重新開模製作。 6 1-271835 【發明内容】 因此’本發明之主要目的在提供—種高功率發光二極體 晶片的封裝結構及其製造方法，一 万面以兀全分離電氣通道 和散熱通道的方式來達到極佳的散熱效率，另—方面製程上
包含底座、反射板、發光二極體晶片、及連接發光二極體晶 片的稷數條導線、以及保護發光二極體晶片與導線的透光性 填充物或透光性保護鏡罩。底座是由金屬材質與絕緣材料所 -體成型構成而具有1平的形狀。該金屬材料分別構成— 個與底座周緣保持適當距離、由底座上表面、
又此大m生產以降低生產成本，以解決前述習知的封裝結構 在散熱與製程上的不盡理想之處。 ^ 本發明所提出的高功率發光二極體晶片封裝結構，至少 以及底座下表 面或側面分別透出的散熱座；以及複數個位於該散熱座四周 適田位置Φ底座上表面、以及底座下表面或側面分別透出 的電極。該絕緣材料位於該散熱座與電極之間，致使散熱座 與任一電極、以及任二電極之間是絕緣黏合的。 所封衣的务光一極體晶片即黏固於散熱座之上表面，發 光二極體晶片的正負電極則以該導線分別連接到底座的上表 面電極上。反射板是以一適當的接著方式固定於底座之上。 反射板具有上下貝通的穿孔，以暴露出底座散熱座上的發 光二極體晶片，致使發光二極體晶片所發出的光線得以向 上、向外射出。反射板是以高反射率的金屬材質構成，或是 7 1271835 由非金屬材質構成但於穿孔壁面塗佈有高反射率的薄膜。穿 孔内填充有由樹脂或類似的透明材料所構成的透光性填充物 或透光性保護鏡罩形成光通道，同時藉以保護發光二極體晶 片與導線。 此封裝結構由於底座結構單純且採一體成型的方式，因 此適合大量的生產製造。本發明所提出的生產方法，係以一 大片金屬板同時製作複數個發光二極體晶片的封裝結構單元 的底座。該金屬板是以一次蝕刻或二面分別蝕刻的方式一次 形成這些封裝結構單元底座的散熱座與電極圖案，然後在散 熱座與電極間填充絕緣材料，在底座上面黏合反射板，之後 在散熱座上表面固晶、用導線將晶片與底座上表面電極連 結、在反射板穿孔内填充透光性材料，最後再將各個封裝結 構單元切割分離開來。 茲配合所附圖示、實施例之詳細說明及申請專利範圍， 將上述及本發明之其他目的與優點詳述於後。然而，當可了 解所附圖示純係為解說本發明之精神而設，不當視為本發明 範疇之定義。有關本發明範疇之定義，請參照所附之申請專 利範圍。 【實施方式】 弟2a、2b圖所示係本發明一第一實施例的側視剖面圖 與結構分解圖。如圖所示，本實施例的高功率發光二極體晶 1271835 片封裝結構，至少包含底座1 00、反射板1 i 〇、發光二極體晶 片150、複數條導線120、以及透光性填充物13〇。底座1〇〇 是由散熱座102、複數個電極104、與絕緣物106所一體成型 構成而具有一扁平的形狀。散熱座1 02與電極1 都是由高 導電性與高導熱性的金屬材料所構成。絕緣物1〇6則是由樹 脂或類似的絕緣材料所構成。
政熱座102係位於底座1 〇〇的内部，與底座丨〇〇的周緣 保持適^距離，並由底座100的上表面透出、以及底座1〇〇 的下表面及側面二者至少其中之一分別透出。在本實施例 裡，散熱座102並向外側延伸而由底座1〇〇的其他位置透出
以增加散熱的面積。請注意到第2&、沘圖所示的散熱座ι〇2 形狀僅屬例示，而非僅以此形狀為限。電極1()4則位於散熱 座102四周適當位置、並由底座丨⑼上表面透出、以及下表 面及側面二者至少其中-分別透出，以提供二極體晶片15〇 對外的電氣連接。同樣地，第2a、2b圖所示的電極1〇4形狀 僅屬例示，而非僅以此雜為限。原則上，在本實施例的單 晶封裝的情形下，電極1G4的數目為二，而在其他提供多晶 封裝的實施例中，電極104的數目為晶片數的二倍。底座的 其他部分則由絕緣物1G6填充。絕緣物⑽因此位於散熱座 1 〇2與任一電極1 〇4、以及 有關底座100的製作的方 102與電極104之間，致使散熱座 任一電極104之間是絕緣黏合的 9 1271835 • 式會於後文詳加解釋。 • · 反射板11()具有一扁平板狀，其内部適當位置處具有一 _ 適當口徑且上下貫通的穿孔。反射板u〇是以高反射率的金 屬材質（例如鋁）構成，或是由樹脂或類似的絕緣材質構成 但於穿孔壁面施以白塗裝、或塗佈有高反射率的薄膜（例如 鍍銀）。反射板110是以適當的接著劑160與底座1〇〇黏連。 當反射板110是以金屬材質構成時，此接著劑16〇並提供反 射板110與底座100的電極1〇4之間的電氣絕緣。反射板 的牙孔的位置與口徑係被適當的設置，以在與底座100黏連 之後，可以暴露出底座100上表面的散熱座1〇2的透出用於 固晶部分與每個電極104的透出部分的至少夠用於連線部分 面和。因此當發光二極體晶片15〇置於散熱座1〇2所透出的 上表面時，其所發出的光線得經由穿孔向上、向外射出。請 注意到在本實施例裡，穿孔具有一圓形的口徑且係上闊下 狹，然此僅屬例示，穿孔的幾何形狀非以此為限。 發光二極體晶片150係黏固於散熱座1〇2之上表面，發 光二極體晶片150的正負電極則以導線12〇分別連接到底座 100的電極1G4上表面，藉此完全分離電氣通道和散熱通道 來達到極㈣散熱效果。反射板11G的穿㈣填充有由_ 或類似的透明材料所構成的透光性填充物13〇，以封固、保 護發光二極體晶片150、導線12〇等封裝結構内的元件。在 1271835 本貫施例裡’填充物13G是完全填滿反射板iiq的穿孔，但 在如第2e圖所示的第二實施例，也可以採用如圖所示的透光 性保4鏡罩17G將發光二極體晶片15G、導線12()等元件保 4起來或其它形狀的透光性保護鏡罩（如凸型鏡罩）等。 第2d、2e、2f圖所示係本發明的第三、四、五實施例。 如第2d圖所示的第三實施例，散熱貞102的上表面與發光二 和體曰曰片150之間可以形成一個微凹的反射鏡面。反射 3 了以疋由具熱傳導性的金屬或金屬化合物（如銀、 氧化鋁等）的反射材料、或是由不具熱傳導性的反射材 料所塗佈形成’以提高發光二極體晶片⑽封裝後的亮度。 第2e圖所示的第四實施例主要是針對以激發螢光體的方式產 生白光的應用。在這個實施例裡，藍光的發光二極體晶片15〇 是包覆在黃光螢光體1G5内，螢光體105被激發後產生的黃 光與用於激發的藍光互補而產生二波長的白光。或者，紫外 線的發光二極體晶# 15〇是包覆在含有紅、，彔、藍三色的螢 光體1〇5内，而由螢光體105激發後產生的三色光配成三波 長的白光。第2f圖所示的第五實施例則是第三、四實施例的 綜合貫施。有關反射鏡面1〇3、以及螢光體1〇5激發的技術 已、、二有。午多相關的發明與研究，而非僅限於前述的作法。 第3a、3b圖所示係本發明實施於雙晶與三晶封裝的實施 例的底座1〇〇與封裝完成的透視圖。如圖所示，本發明所提 1271835 出的封裝結構可以很容易用於封裝更多數目的發光二極體晶 片150,唯一的差別主要僅在於在底座100形成適當數目與 適當位置的電極104。如圖所示的多晶封裝非常適合用來達 成各種色光的組合，以第3b圖所示的三晶封裝為例，這三個 發光二極體晶片150可以分別是紅、綠、藍光的發光二極體 晶片150，而這三種色光的混光就形成了白光。綜合前述的 實施例，可以很清楚的看出本發明所提出的封裝結構，可以 適用於各種色光的發光二極體晶片150、不設限發光二極體 晶片150的顆數、並能達成各種單光與全彩的色光組合。 第4a〜4g圖所示係本發明的製作方法一實施例的各個步 驟。首先，如第4a圖所示，準備好具高導電性與高導熱性的 大片金屬板190,以後續用來同時形成複數個封裝結構單元 200的底座100,形成後的這些單元底座100係呈矩陣式的排 列，單元底座100彼此之間是相互連接或與邊框180連接。 形成方法是利用一般蝕刻與機械加工的方式將各個封裝結構 單元底座100裡未來來要填充絕緣物106的部分蝕刻掉，只 留下散熱座102與電極104，其結果如第4b圖所示，接著再 將蝕刻掉的部分填充以絕緣物106即完成了複數個封裝結構 單元200的底座100的製作，其結果如第4c圖所示。 視單元底座100裡散熱座102與電極104的形狀與複雜 程度，前述的蝕刻與機械加工可以對金屬板190的上下兩主 12 1271835 要表面一起進行，一次就完成所有單元底座100裡散熱座102 與電極104圖案的形成，然後再進行絕緣物106充填黏合。 或者，如果單元底座100裡散熱座102與電極104的形狀相 當複雜的話，可以先對金屬板190的一主要表面進行蝕刻與 絕緣物106的填充，然後再對金屬板190的另一主要表面進 行蝕刻與絕緣物106的填充，即可完成所有單元底座100的 製作。 接下來，如第4d圖所示，一個預先準備好的、包含有多 個反射板110的板體210,以適當的接著劑（未圖示）與第 4c圖的成品黏著。然後，如第4e圖所示，對各個封裝結構單 元200分別進行發光二極體晶片150的固晶與打線。完成所 有晶片150的固晶與打線後，即以透光性填充物130如樹脂 填入各個單元反射板110的穿孔裡將各個封裝結構單元200 封固起來，其結果如第4f圖所示。最後，如第4g圖所示， 將各個封裝結構單元200切割分離開來。 藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描 述本創作之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實 施例來對本創作之範_加以限制。相反地，其目的是希望能 涵蓋各種改變及具相等性的安排於本創作所欲申請之專利範 圍的範疇内。 13 !271835 【圖式簡單說明】 第1 a圖所示係一種習知的發光二 圖〇 極體晶片封裝結構的側視 第ib圖所示顧國專利6,274,924㈣代表圖。 第2a圖所示係本發明的封i结構—第—實施例的側視剖面 圖 第2b圖所示係本發明的封裝結構一第一 圖。 實施例的結構分解 第2c圖所示係本發明的封i结構—第二實施㈣側視剖面 圖 第2d圖所示係本發明的封裝結構H施㈣㈣剖面 圖。 第2e圖所示係本發明的封裝結構一第 圖。 第2f圖所示係本發明的封裴結構一第 圖0 四實施例的側視剖面 五實施例的侧視剖面 弟3a圖所示係本發明實施於雔 %又日日封I的一實施例的底座與透 視圖。 第3b圖所示係本發明實施於三 透視圖 晶封裝的一實施例的底座與 第4a〜4g圖所示係本發明的製作方法 貫施例的各個步驟 14 •1271835 【主要元件符號說明】 10 散熱元件 12 導線架 13 導線 14 反射鏡 15 銅f| 16 二極體晶片 17 樹脂 18 次載具 20 透光性保護鏡罩 100 底座 102 散熱座 103 反射鏡面 104 電極 105 螢光體 106 絕緣物 110 反射板 120 導線 130 透光性填充物 150 二極體晶片 160 接著劑 170 透光性保護鏡罩 180 邊框 190 金屬板 200 封裝結構單元 210 反射板板體 15