TWI475715B - 用於光電子元件之殼體及在該殼體內的光電子元件之配置 - Google Patents

Description

用於光電子元件之殼體及在該殼體內的光電子元件之配置

本發明關於一種用於光電子元件之殼體，特別是用來做為一發光二極體之鏡面元件。

本發明主張優先權，依據德國專利第102007001706.7號，於此揭露作為參考。

目前已有多種不同的殼體運用於光電子元件，半導體晶片架設於通常被稱為引線框架的金屬架之上，並且注入一合成填充物。就被稱為四方扁平無引腳封裝(Quad Flat No Lead，簡稱：QFN)的元件而言，一平坦方形且不透明的熱固性塑膠體可做為一殼體，一包含一熱固性材料的透明殼體則可用於光電子元件，當此類殼體運用於光電子元件時，一用於修正放射光線的轉換元件可直接安裝於光電子元件的晶片上，例如發光二極體(LED)的應用。

本發明具體說明一種用於光電子元件之殼體，相較於先前的殼體，本發明之殼體為包含光學元件的改良式殼體，特別地，一安置於該殼體中的發光二極體，可以有一低熱阻和高熱穩定性以便於擁有一轉換元件。

本發明之用於光電子元件之殼體，具有一載體元件，一塑膠殼體安置於載體元件之上，以及一凹陷處，其位於塑膠 殼體中，該凹陷處的尺寸適於容納光電子元件，更具有一位於載體元件之另一側的孔穴；而該殼體內的光電子元件之配置，具有一載體元件，一塑膠殼體安置於載體元件之上，以及一位於塑膠殼體之中的凹陷處，更具有一光電子元件，其配置於凹陷處之中，該光電子元件用以放射光線或吸收光線之區域朝向該孔穴。更詳細的特徵揭示於該些申請專利範圍的各別附屬項中。

一殼體具有一載體元件，一塑膠殼體安置於該載體元件之上，其中該塑膠殼體可以為一不透明的熱固性塑膠，特別地，該塑膠殼體可有一凹陷處，該凹陷處是用來容納一光電子元件，該凹陷處於載體元件的另一側有一孔穴開展到外部，另外有一光電子元件配置於該凹陷處中，該光電子元件用以放射光線或吸收光線之區域朝向該孔穴。當該光電子元件配置於該凹陷處中後，該凹陷處可以被一透明的填充材料填滿，成為一透明之遮蓋物，因此，該凹陷處的透明之遮蓋物位於該孔穴的一區域中，但與其中的該光電子元件之間有著相當的距離，舉例而言，該遮蓋物可以為一包含玻璃或塑膠的透明蓋子、一鏡面，或者一特別的光學元件之配置。

一用於修正光線的轉換元件安置於該凹陷處中，特別可用於本發明關於一發光二極體之應用，該殼體的外形可允許該轉換元件安置於距離放射光線之元件頂端的一合適距離，該轉換元件可擁有改變光線顏色的效果，該轉換元件盡可能越薄越好，較佳地，該轉換元件整個立體角範圍被該凹陷處的孔穴所箝制，並且以此一安置轉換元件的方式，使得該轉換元件不直接接觸該光電子元件，如此一來可確保光線以各 種不同方向放射時，其穿過該轉換元件路經的距離大約相等，因此不管放射光線的方向如何，必然可有一近似的色溫。

一塑膠殼體可擁有一個或一個以上的塑膠殼體之構造體或安裝開口，其中塑膠殼體之構造體或安裝開口是各別分離的，並且用以定義遮蓋物或光學元件相對於塑膠殼體之配置。為了架設該光電子元件，載體元件上的凹陷處中特別可具有一發光二極體、一孤島形晶片(chip island)或其類似者，用以定位並配置該光電子元件，載體元件上也可以有其他附加的結構元件。

光電子元件較佳地可使用一金屬之載體元件做電性連接，並且合適於載體元件之外形，舉例而言，載體元件為一有式樣的金屬層或一適宜的引線框架，而內部細分為數個各別分離的區塊且彼此為電子絕緣。此一載體元件可包含銅，光電子元件其後可經由一背面接點與該載體元件上的孤島形晶片直接接觸，一具有電路傳導的接合線連接一對應之光電子元件的連結接點到達載體元件的另一處，為了此一目的，舉例而言，金屬之載體元件的各個區塊因此可在殼體上形成外部的電子接點，在此一實施例中，殼體不需提供條狀(strip-type)連接導體，例如連接用接腳，該接腳無引線(no leads)且直接通到外部，而該載體元件的背面接點區域可以焊接到一印刷電路板或類似者，以做為外部之電子接點之用途。

塑膠殼體之材料較佳地可合適於載體元件之材料的熱膨脹係數和黏性，此一殼體包含一合適材料的結合可用來做為 一載體元件，一平面的金屬之引線框架僅壓印(stamp)或蝕刻結合於該塑膠殼體，卻仍有高度的機械穩定性，至於其他之電子元件，特別是位於靜電放電(ESD)保護或驅動元件的物體中，該些其他之電子元件可安置於塑膠殼體之中，例如塑膠殼體注入的塑膠材料裡。

此一殼體之外形允許光電子元件配置於殼體中，且具備機械穩定性和熱穩定性，也可擁有不同的其他之光學且/或電子元件。

本發明之殼體更詳細的實施方式與發明細節，在以下實施例與圖式中加以說明。

第一圖係殼體一實施例的俯視示意圖，一塑膠殼體2安置於一載體元件1之上，該塑膠殼體2有數個凹地，遍及於該載體元件1的各部位，從第一圖中的俯視角度可顯示此一情況，該些凹地中，除了預備拿來容納一光電子元件之凹陷處3之外，部份僅拿來架設輔助零件的凹地可以被忽略，這些可被忽略的凹地不需擴展到載體元件1的頂端。該塑膠殼體2為不透明的，例如黑色，特別是一熱固性塑膠，或者例如常見的QFN殼體，塑膠殼體2有一凹陷處3，較佳地，該凹陷處以軸向對稱，在此一實施例的中示意圖中，至少大約為圓柱形，但原則上可為任何一種幾合圖形外形。

凹陷處3於載體元件1的另一側有一孔穴9開展到外部，恰好穿過放射光線的路徑，一光電子元件12配置於載體元件1上的凹陷處3之中，舉例而言，該光電子元件12可直 接配置在一載體元件1的孤島形晶片之上，最初電性連接到載體元件1時，較佳地可透過一光電子元件12的背面接點，在第一圖的實施例當中，其他的電性連接則是經由一接合線13，該接合線13的一端與光電子元件1的接點相連，同時另一端也和載體元件1的其他區塊有電性連接，從第一圖此一實施例的圖中可知，載體元件1的這幾個區塊是各別分離的，並且藉由一網狀物7而使得彼此為電子絕緣，該網狀物7在本發明中並非絕對必要的獨立元件，而是可為塑膠殼體2的一部份。

一塑膠殼體2之構造體5可使得一遮蓋物4或一光學元件(例如一轉換元件16)，用以精確地定位與凹陷處3上塑膠殼體2之間的關係位置，或者使得一透明之合成填充物具有較佳的黏著度。安裝開口6或溝槽藉由接腳或其類似者安裝於此一相關之光學元件，同時安裝該具有一蓋體的光學元件於塑膠殼體2之中，光電子元件12可為一發光二極體，或者另一種放射光線的元件，也有可能安裝一光檢測體於殼體之中。

第二圖係第一圖之殼體一實施例的仰視示意圖，在此一示意圖中，載體元件1有兩個彼此分離的區塊，圖中較大的區塊位於第二圖的下半部，該下半部有一孤島形晶片，該孤島形晶片其上有光電子元件配置於凹陷處中，而載體元件1的上半部則是做為其他的電性連接之用，並且連接到接合線13，該接合線位於第一圖中之實施例中的凹陷處3裡。

第三圖係第一圖之殼體一實施例之Ⅲ標示處的剖面示意 圖，光電子元件12配置於該殼體，但第三圖僅為代表示意圖。由第三圖清楚可見，此一實施例中載體元件1包含兩個彼此分離的區塊。如有必要的話，凹陷處3可被一合適的透明填充材料填滿，舉例而言，透明填充材料可以是聚矽氧，環氧樹脂，或一混成材料(聚矽氧的環氧化物)，在此一實施例中，塑膠殼體之構造體5位於塑膠殼體2中，為一位於凹陷處3內壁的側面溝槽，該塑膠殼體之構造體的目的是使合成填充物具有更好的黏著度。

第三圖也可顯示一結構元件11，該結構元件11位於載體元件1上，並且更精確地定位光電子元件12的位置，第三圖進一步顯示藉由第一圖中揭露的網狀物7，以及第三圖中顯示之具有限制定位載體元件1效果的網狀物7，在此一實施例中，接合線13的一端固定於光電子元件12頂端的一區域，同時接合線13的另一端固定於載體元件1的連接區域8，第三圖揭露較佳且合適地在殼體中架設一表面發光元件的體現，然而，也可以適當地修改此一架設方式，舉例而言，載體元件1表面可有一直角，特別是指使用一與殼體結合之邊緣發光元件。

第四圖係對應第三圖之殼體另一實施例的剖面示意圖，孔穴9的上方有一遮蓋物4，其位於凹陷處3之載體元件的另一側，在此一實施例中，遮蓋物4為一包含具有機械穩定性之材料的透明層，舉例而言，遮蓋物4可以為透明塑膠或玻璃，同時，該遮蓋物4由側邊固定其位置，例如使用膠合結構來替代簡單之透明蓋子並且固定於塑膠殼體2，任何適宜的一光學元件或數個光學元件之配置皆可以做為遮蓋物 4，因此該遮蓋物4可包含任合適宜的光學系統，例如具有反射、繞射效果，或者彼此相結合之光學系統，該光學系統可輕易地定位於塑膠殼體2，此為一個殼體設計的獨特優點，尤其是當殼體具有遮蓋物4時，便可允許凹陷處3被一透明填充材料填滿。

一遮蓋物4可為一透明蓋子、一鏡片或其他光學元件，較佳地為可以抵擋焊接過程中隨之而來之高溫的一材料，此一焊接過程可在不造成損害的前提下，製造出殼體上的外部電子接點。因此本發明中的殼體，其中之遮蓋物4中具有光學元件，而遮蓋物之材料可承受焊接之流回過程中的焊料，例如聚矽氧或玻璃。

第五圖係第一圖之V標示處之殼體另一實施例的剖面示意圖，其中一鏡面14包覆凹陷處3的孔穴9，藉此結合鏡面14與凹陷處3，凹陷處3較佳地可以被一合適的填充材料填滿，但在此一實施例中，並未使用填充材料。鏡面14也可以澆鑄或鑄膜於凹陷處3之上，而成為填充材料的一部份，替代地，鏡片14可以直接澆鑄或鑄膜於凹陷處3之上，而不需要填充材料，鏡面14也可包含玻璃或透明塑膠，第五圖中顯示之鏡面14之邊緣部位15，位於為塑膠殼體2上邊緣部份，較佳地，該鏡面14之邊緣部位15在第一圖中之安裝開口6上擁有節點(nubs)或接腳，因此使得鏡面14在本發明的架設過程中，可精確且自動地安置於預設的排列位置。

第五圖也顯示至少一其他之電子元件10，該其他之電子元件10被注入的塑膠殼體2之塑膠材料包覆，例如其他之電 子元件10被安置於塑膠殼體2之中，其他之電子元件10可以使用電性連接(例如一合適的金屬之載體元件)，且/或使用接合線，如果必要的話，該接合線也可以經由塑膠殼體2的外部做連接。另外，在此一方式中，其他之電子元件10的電流輸入與輸出，可連接到一為此理由而存在的光電子元件之連接接點。

舉例而言，其他之電子元件10可包含一保護電路，該保護電路是為了防止靜電放電(ESD)所造成的損害，替代或附加的作法是該保護電路可包含一光電子元件之驅動電路，例如特定功能積體電路(ASIC)，塑膠殼體2中也可以安置數個其他之電子元件，這將使得此一殼體有更多不同的用途。再者，塑膠殼體2中安置一個或更多其他之電子元件，並不會影響或損害操作光電子元件12的方式，特別指塑膠殼體2中存在的一電子元件並不會引起輻射的吸收或偏斜，以及影響凹陷處3的軸向對稱結構和軸向對稱的放射光線。

第六圖係對應第五圖之殼體另一實施例的剖面示意圖，其中一轉換元件16安置於凹陷處3中，當架設一轉換元件16之輔助零件：塑膠殼體2之構造體5時，該塑膠殼體2之構造體5特別地可為一階段外形，使得轉換元件16可精確地定位與塑膠殼體2之間的關係位置，架設完成後也能與光電子元件12之間有著相當的距離。另外，轉換元件16盡可能越薄越好，並且完整包覆凹陷處3，寧可和光電子元件12的表面沒有直接接觸，意即在光電子元件12配置完成之後，轉換元件不直接將架設於其表面之上，因此，來自或到達光電子元件12的光線傳播，可藉由轉換元件16而實質改變光線 之傳播。

假若該殼體本為一發光二極體，此一轉換元件的設置可以確保光線以各種不同方向放射時，其穿過該轉換元件16的角度和路經的距離大約相等，所以此一放射光線在殼體的整個可見立體角範圍內必然可有一近似的色溫。另外，轉換元件16和光電子元件12之間的距離可以十分完美，特別是當凹陷處3的孔穴9也為一合適且獨立的尺寸時，則放射光線的聚焦點或可見立體角範圍尺寸將以此一預期的方式被設置。再者，殼體的設計因此允許包含光電子元件12之配置以及依照各別需求而設計的轉換元件16，當使用一填充材料來填充凹陷處3時，轉換元件16之位置可與光電子元件12之間有著相當的距離，舉例而言，最初使用填充材料填充凹陷處3時，可預先填充到一特定高度，接著將轉換元件16安置在此一填充材料之上，最後再將填充材料填滿並將整個轉換元件16包覆其中。

在第六圖顯示之殼體另一實施例的剖面示意圖中，兩個其他之電子元件10位於塑膠殼體2之中，意即說明塑膠殼體2中的同一側或不同一側可安置數個其他之電子元件10。

第七圖係對應第一圖之殼體另一實施例的俯視示意圖，在此一實施例中，載體元件1被細分為數個區塊，包含數個配置於該載體元件1之上且具有電性連接的光電子元件12，第七圖中顯示3個光電子元件12(例如發光二極體)配置於凹陷處3之中，每一光電子元件12分離地配置在載體元件1的各別區塊，並且各別以接合線13連接到一連接區域8，孔 穴9的外觀剛好合適於數個光電子元件12的配置。但，允許配置之光電子元件12的數量並非可以隨意決定的，而是受限於載體元件和凹陷處3的尺寸。

第八圖係第七圖之殼體另一實施例的仰視示意圖，其中載體元件1被細分為圖中的數個區塊。

結合不同之電子或光學元件的殼體可以此一簡單方式而架設，在殼體架設於一印刷電路板或其類似者之前，使用一可在焊接過程中具有穩定性的光學系統，將可提供一高品質的電性連接連往塑膠殼體，舉例而言，焊接完畢後，因為殼體中的凹陷處可以有許多小區塊，光學系統的尺寸亦可以很小並降低生產成本，該殼體實際上可以有任何使用者所需要的小區塊，特別地，該殼體大致高度將同等於光電子元件的高度尺寸。

1‧‧‧載體元件

2‧‧‧塑膠殼體

3‧‧‧凹陷處

4‧‧‧遮蓋物

5‧‧‧構造體

6‧‧‧安裝開口

7‧‧‧網狀物

8‧‧‧連接區域

9‧‧‧孔穴

10‧‧‧電子元件

11‧‧‧結構元件

12‧‧‧光電子元件

13‧‧‧接合線

14‧‧‧鏡面

15‧‧‧鏡面之邊緣部份

16‧‧‧轉換元件

第一圖係殼體一實施例的俯視示意圖。

第二圖係第一圖之殼體一實施例的仰視示意圖。

第三圖係第一圖之殼體一實施例之Ⅲ標示處的剖面示意圖。

第四圖係對應第三圖之殼體另一實施例的剖面示意圖。

第五圖係第一圖之V標示處之殼體另一實施例的剖面示意圖。

第六圖係對應第五圖之殼體另一實施例的剖面示意圖。

第七圖係對應第一圖之殼體另一實施例的俯視示意圖。

第八圖係第七圖之殼體另一實施例的仰視示意圖。

1‧‧‧載體元件

2‧‧‧塑膠殼體

3‧‧‧凹陷處

5‧‧‧構造體

6‧‧‧安裝開口

7‧‧‧網狀物

9‧‧‧孔穴

12‧‧‧光電子元件

13‧‧‧接合線

Claims (17)

1. 一種用於光電子元件之殼體，其包含：一載體元件；一塑膠殼體，其安置於該載體元件之上；以及一凹陷處，其位於該塑膠殼體中，該凹陷處的尺寸適於容納所述光電子元件，且該凹陷處具有一位於該載體元件之另一側的孔穴，且其中該塑膠殼體有一安置其中的電子元件；其中該載體元件具有一背面接點，該背面接點位於該載體元件上相對於該塑膠殼體的位置，以作為一外部電子接點，且該載體元件無直接通到該塑膠殼體外部之引線。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於光電子元件之殼體，其更包含一位於該凹陷處之該孔穴的透明遮蓋物。
3. 如申請專利範圍第2項所述之用於光電子元件之殼體，其中該透明遮蓋物包含一鏡面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之用於光電子元件之殼體，其中該凹陷處中有一透明的填充材料。
5. 如申請專利範圍第4項所述之用於光電子元件之殼體，其中該塑膠殼體具有一用以提供該填充材料黏著之構造體。
6. 如申請專利範圍第1項所述之用於光電子元件之殼體，其中該載體元件為一有式樣的金屬層。
7. 如申請專利範圍第1項所述之用於光電子元件之殼體，其中該塑膠殼體為一熱固性塑膠。
8. 如申請專利範圍第1項所述之用於光電子元件之殼體，其中該塑膠殼體有一構造體或一安裝開口，用以定義出一遮蓋物或一光學元件相對於該塑膠殼體之配置。
9. 如申請專利範圍第1項所述之用於光電子元件之殼體，其中該載體元件有一孤島形晶片或一結構元件，用以定位並配置該光電子元件於該凹陷處中。
10. 一種殼體內的光電子元件之配置，其包含：一載體元件；一塑膠殼體，其安置於該載體元件之上；一凹陷處，其設有一孔穴且位於該塑膠殼體之中；以及一光電子元件，其配置於該凹陷處之中，該光電子元件上用以放射光線或吸收光線之區域朝向該孔穴，且其中該塑膠殼體有一安置其中的電子元件；其中該載體元件具有一背面接點，該背面接點位於該載體元件上相對於該塑膠殼體的位置，以作為一外部電子接點，且該載體元件無直接通到該塑膠殼體外部之引線。
11. 如申請專利範圍第10項所述之殼體內的光電子元件之配置，其中該光電子元件為一發光二極體。
12. 如申請專利範圍第10項或第11項所述之殼體內的光電子元件之配置，其更包含一轉換元件，該轉換元件係安置於該光電子元件和該凹陷處的孔穴之間。
13. 如申請專利範圍第12項所述之殼體內的光電子元件之配置，其中該轉換元件實質改變來自或到達該光電子元件的光線傳播，且其改變不受方向的影響。
14. 如申請專利範圍第10項或第11項所述之殼體內的光電子元件之配置，其中該電子元件包含一保護電路，用以防止靜電放電所造成的損害。
15. 如申請專利範圍第10項或第11項所述之殼體內的光電子元件之配置，其中該電子元件包含一光電子元件之驅動電路。
16. 如申請專利範圍第10項或第11項所述之殼體內的光電子元件之配置，更包括至少另一光電子元件配置於該凹陷處之中，該另一光電子元件上用以放射光線或吸收光線之區域朝向該孔穴。
17. 如申請專利範圍第16項所述之殼體內的光電子元件之配置，其中該另一光電子元件為發光二極體。