TWI481070B - 薄型發光二極體封裝 - Google Patents

Description

薄型發光二極體封裝

本發明是有關於一種發光二極體(light emitting diode，LED)封裝，且特別是有關於一種薄型LED封裝，其厚度減少但不會實質上減少發光效率，或者同時增進了發光效率。

LED藉由施加電流而透過電子與電洞的再結合而發光。LED封裝表示具有發光二極體晶片的封裝結構。目前存在許多種類的LED封裝，特別是導線架(lead frame)型LED封裝與印刷電路板(printed circuit board，PCB)型LED封裝)。導線架型LED封裝具有用以支撐導線架的殼體(housing)的凹穴(cavity)填滿封膠(encapsulation)材料且LED晶片位於殼體的凹穴中的結構。PCB型LED封裝具有LED晶片直接裝設於PCB上且以封膠材料覆蓋的結構。

對於導線架型LED封裝來說，支撐導線架的殼體具有相當大的厚度，其導致製造薄的導線架型LED封裝變得相當困難。另一方面，由於PCB型LED封裝不包括殼體，因此可以較容易地製造成具有較導線架型LED封裝薄的結構。

然而，PCB型LED封裝在厚度減小上有許多的限制。換言之，由於PCB型LED封裝的厚度是由PCB與LED晶片的厚度以及焊線(bonding wire)的弧高(loop height)來決定，其甚至沒有考慮到封膠材料，因此達到PCB型LED 封裝的整體厚度的減小以及薄化是相當困難地。

此外，LED封裝的封膠材料(用來覆蓋LED晶片)會由於LED晶片發出的光所產生的能量而導致黃變現象(yellowing phenomenon)。此種黃變現象為降低發光效能與LED封裝使用壽命的主要原因。為了解決此問題，發展出一種新的LED封裝，其具有散熱(heat sink)結構。詳細地說，導線架型LED封裝更包括散熱片(heat dissipation slug)，其藉由模製(molding)的方式插入殼體中。此種導線架型LED封裝的結構需要增加構件以及複雜的製程，因此降低了經濟上的可行性。對於PCB型LED封裝來說，其上裝設有LED晶片的B-T樹脂(B-T resin)具有較低的散熱表現，且較不容易具有散熱結構。

因此，本發明提供一種薄型LED封裝，其經裝配而允許透明封膠材料直接支撐導線架而不需要殼體，因此可以藉由減少導線架的晶片裝設區域的厚度來減少整體的厚度，以及具有良好的散熱表現。

本發明提出一種薄型LED封裝，其包括彼此分離的第一導線架與第二導線架；晶片裝設凹槽(recess)，其藉由減少第一導線架的一個上表面區域的厚度至低於第一導線架的其他上表面區域而形成在第一導線架的上表面區域上；LED晶片，裝設於晶片裝設凹槽的底部表面上，且經由焊線而與第二導線架連接；以及在支撐第一導線架與第二導線架時用來保護LED晶片的透明封膠材料。LED晶 片的厚度可以小於或等於晶片裝設凹槽的深度。

晶片裝設凹槽可以藉由對第一導線架的一個上表面進行厚度蝕刻(thickness-etching)來形成。在此，“厚度蝕刻”是指進行蝕刻來減少材料的厚度(即導線架的一個上表面區域的厚度)。

薄型LED封裝還可以包括接合凹槽(bonding recess)，其藉由減少第二導線架的一個上表面區域的厚度至低於第二導線架的其他上表面區域而形成在第二導線架的上表面區域上，且焊線的一端連接至接合凹槽中。接合凹槽可以藉由對第二導線架的一個上表面區域進行厚度蝕刻來形成。

薄型LED封裝可以包括形成在第一導線架或第二導線架的一個上表面或下表面上的開口或溝槽，以增加第一導線架以及第二導線架與封膠材料之間的接合力。此外，薄型LED封裝還可以包括形成在第一導線架或第二導線架的一個上表面或下表面上的刻痕(scratch)，以增加第一導線架以及第二導線架與封膠材料之間的接合力。另外，LED晶片可以具有比晶片裝設凹槽的深度小的高度。第一導線架與第二導線架可以具有彼此面對的相對端(opposite side)，且包括線形的(linear)或圓形的(rounded)傾斜部分(slant part)，其在傾斜狀態時彼此相對。相對端中的至少一個可以具有形成於其上的凹部(depressed part)，以增加第一導線架與第二導線架之間的間隔。

薄型LED封裝還可以包括位於封膠材料中的螢光體 (phosphor)。薄型LED封裝還可以包括形成在晶片裝設凹槽中位於封膠材料內的鄰接樹脂部分(adjacent resin part)，且螢光體可以配置於鄰接樹脂部分中。此外，螢光體可以配置於構成封膠材料的樹脂中，或藉由共形塗覆(conformal coating)而塗覆於LED晶片上。

封膠材料可以藉由將固態樹脂轉注成型(transfer molding)來形成，特別是固態環氧樹脂封裝膠體(epoxy molding compound，EMC)。此外，封膠材料可以藉由將液態樹脂射出成型(injection molding)來形成。

根據本發明實施例，LED封裝經裝配而將LED晶片裝設於晶片裝設凹槽上(其藉由減少導線架的預定區域的厚度而形成於預定區域上)，使得LED晶片的厚度部分地與導線架的厚度相同，以使LED封裝的整體厚度可以明顯地減少，以達到極薄的厚度。此外，其上裝設LED晶片的導線架以及與焊線連接的導線架具有大幅增加的暴露出底部的區域，使得LED封裝大大改善了散熱效率(thermal dissipation efficiency)。另外，接合凹槽藉由減少部分與焊線連接的導線架的厚度而形成於導線架上，且提供了與焊線連接的導線球(wire ball)。因此，導致LED封裝厚度增加的因素可以被排除，使得LED封裝可以更薄。再者，根據本發明的實施例，於導線架上形成開口或溝槽來增加導線架與封膠材料之間的接合力，因此避免了封膠材料與導線架之間的界面(interfacial surface)分離。並且，與一般的PCB型LED封裝(經裝配而將由LED晶片發出的光反射至 上端)相比，晶片裝設凹槽的內表面可用來增進發光效率。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為依照本發明實施例所繪示的薄型LED封裝的平面示意圖。圖2為圖1中沿I-I的剖面示意圖。

請參照圖1與圖2，本實施例的薄型LED封裝1包括彼此分離的第一導線架12與第二導線架14。第一導線架12具有位於其上的LED晶片2，且第二導線架14與LED晶片2藉由焊線W而電性連接。焊線W經由導線球或焊球(soldering ball)(未繪示)而與第二導線架14電性連接。

第一導線架12與第二導線架14由透明封膠材料20支撐。透明封膠材料20藉由模製而整個覆蓋並保護LED晶片2與焊線W。封膠材料20可以藉由將環氧樹脂封裝膠體(固態環氧樹脂)轉注成型來形成。舉例來說，轉注成型可藉由以方式來進行：在適當的壓力下將環氧樹脂封裝膠體(EMC)粉末壓縮成片狀(tablet-shape)。然後，在模具(mould)中於高溫與高壓條件下將片狀EMC定位(positioning)以及模製，以形成封膠材料20。

在本實施例中，封膠材料20藉由轉注成型來形成，但本發明並不限於此。封膠材料20也可以藉由射出成型來形成，其中於模具中注入液態樹脂。封膠材料20可以由其他種類的透明樹脂(例如，如EMC的環氧樹脂類(epoxy-based)或矽氧烷類(silicone-based)樹脂)來形成。

晶片裝設凹槽121形成於第一導線架12的上表面上，而LED晶片2以晶片貼附(die-attachment)的方式裝設於晶片裝設凹槽121的底部表面上。晶片裝設凹槽121藉由減少第一導線架12的一個上表面區域的厚度至低於第一導線架12的其他區域來形成，以代替習知技術中將導線架彎曲來形成反射罩(reflection cup)。因此，第一導線架12僅在第一導線架12的裝設LED晶片2的區域具有減少的厚度，藉此降低LED晶片2的裝設高度，以藉由減小LED封裝1的整體厚度來達成LED封裝1的薄化。此外，晶片裝設凹槽121的內表面用來作為將光線反射的反射物，以提高LED封裝1的發光效率。

晶片裝設凹槽121可以藉由厚度蝕刻來形成，其用以減小導線架的厚度。此時，除了覆蓋有罩幕的晶片裝設區域之外，對第一導線架12的上表面進行蝕刻。此外，晶片裝設凹槽121可以具有約為第一導線架12的厚度的一半的厚度。然而，值得注意的是，本發明並不限於此。

此外，LED晶片22可以具有小於或等於晶片裝設凹槽121的深度的厚度，以避免LED晶片2的高度造成LED封裝1的厚度的增加。換言之，期望晶片裝設凹槽121的深度設定為大於或等於LED晶片2的高度。

如圖2所示，第一導線架12與第二導線架14分別具有形成於其下表面上的溝槽122、142，且在模製的過程中溝槽122、142由一部分的封膠材料20填滿。因此，封膠材料20與溝槽122、142結合，且增加了導線架12、14 與封膠材料20之間的接觸區域，藉此增加封膠材料20與導線架之間的結合力。溝槽122、142也可藉由減少第一導線架12與第二導線架14的下表面的預定區域的厚度來形成，可以藉由上述的厚度蝕刻來進行。此外，除了形成開口或溝槽，也可以在第一導線架與第二導線架的上表面或下表面上形成刻痕，以增加導線架與封膠材料之間的結合力。

請再次參照圖2，封膠材料20包含螢光體202，其藉由預定波長的光激發，並發出不同波長的光。螢光體202藉由轉換LED晶片2發出的光以波長轉換(wavelength conversion)的方式來產生白光。在本實施例中，螢光體202與製備膜製材料的樹脂混合，且藉由使用模製材料的膜製過程而分佈於封膠材料20中。舉例來說，在藉由轉注成型來形成封膠材料20時，EMC與螢光體202的混合物被製備且作為進行轉注成型的材料。

以下將描述本發明的其他實施例。在這些實施例中，除附的敘述將省略，且相同或相似的元件將以與上述相同的標號來表示。

在圖3中，繪示出接合凹槽141，其藉由減小第二導線架14的一個上表面區域的厚度至低於第二導線架14的其他區域的厚度而形成。接合凹槽141也可以藉由在上述形成晶片裝設凹槽121的過程中的厚度蝕刻來形成。此時，焊線W的一端在接合凹槽141中與第二導線架14連接。

雖然未繪示於圖中，導線球位於接合凹槽141中，使得焊線W的一端在接合凹槽141中與導線球連接，藉此避免因導線球的高度而增加了LED封裝的厚度。增加導線球的尺寸可確保焊線W可以更堅固地與第二導線架14連接。此處，由於接合凹槽141的形成，因此可以更自由地增加導線球的尺寸。

請參照圖4，在本發明另一實施例中，包含螢光體202的樹脂位於晶片裝設凹槽121中，以在鄰近的距離中覆蓋LED晶片2。此處，將填入晶片裝設凹槽121中的樹脂定義為“鄰接樹脂部分”。鄰接樹脂部分21避免螢光體202分散於封膠材料20中，且使得螢光體202位於LED晶片2周圍。此種結構可以藉由螢光體來提高色彩轉換效率(color conversion efficiency)，且由封裝外部觀看時可以提供由均勻混合的色彩所組成的光。

此外，鄰接樹脂部分21可以不包含螢光體。舉例來說，封膠材料(例如環氧樹脂)加熱時會受損，且可能導致熱變形(thermal deformation)或在LED晶片2周圍產生黃變現象。此處，當形成於晶片裝設凹槽121中的鄰接樹脂部分21由矽氧烷樹脂形成時，由於其實質上在加熱時不會受損，因此可以有效避免效能降低或因黃變現象而導致LED封裝的使用壽命減少。當使用矽氧烷作為鄰接樹脂部分21的材料來避免熱變形或黃變現象時，螢光體202可以包含在鄰接樹脂部分21中，或者可以將其省略且不會對避免熱變形或黃變現象的功效造成影響。

另外，螢光體202可以藉由電泳(electrophoresis)而以共形塗覆的方式塗覆在LED晶片2的表面上。圖5繪示出此種情況下的LED封裝1。

圖6為依照本發明另一實施例所繪示的薄型LED封裝的剖面示意圖。圖7為圖6中沿II-II的剖面示意圖。

請同時參照圖6與圖7，取代上述實施例中的溝槽122、142(請參照圖2)，本實施例中的第一導線架12與第二導線架14形成有開口123、143，其在垂直方向上穿過第一導線架12與第二導線架14，以增加封膠材料20與第一導線架12以及第二導線架14之間的結合力。開口123、143可以藉由在厚度方向上進行衝壓(pressing)或蝕刻導線架來形成。

如圖6所示，第一導線架12與第二導線架14包括第一傾斜部分125與第二傾斜部分145，其形成在導線架的相對端，且以傾斜的狀態彼此面對。也就是說，第一傾斜部分125形成在第一導線架12的一端且面對第二導線架14的一端，以朝向第一導線架12的左端與右端傾斜。此外，第二傾斜部分145形成在第二導線架14的一端且面對第一導線架12的一端，以朝向第二導線架14的左端與右端傾斜。第一傾斜部分125與第二傾斜部分145可以是線形或弧形。

封膠材料20的一部分插入於第一導線架12與第二導線架14的彼此面對的相對端之間，且將一力施加於封膠材料20的插入部份以及第一導線架12與第二導線架14的相 對端。此時，第一傾斜部分125與第二傾斜部分145將此力斜對向地分散，藉此避免在導線架的相對端上的封膠材料20受損。此外，由於第一導線架12的第一傾斜部分125具有圍繞鄰近的封膠材料20的形狀，因此可以更加堅固地支撐封膠材料20。值得注意的是，導線架的相對端之間的封膠材料20損壞將導致電性短路或其他問題。

此外，凹部126形成在第一導線架12的面對第二導線架14的一端的中央，以增加第一導線架12與第二導線架14之間的間隔。凹部126直接位於焊線W(其連接第一導線架12與第二導線架14)的路線的下方。凹部126避免焊線W不正常地與第一導線架12以及第二導線架14接觸，以及避免由於不正常的接觸所引起的焊線W的電性短路。

為了製造上述的LED封裝1，處理單一金屬片(metal sheet)以具有第一導線架12與第二導線架14的圖案。然後，於圖案化的金屬片上模製封膠材料。接著，將導線架切割成每一個封膠材料支撐一對第一導線架12與第二導線架14，藉此形成多個LED封裝。此時，更可以包括移除在切割的過程中形成的毛邊(burrs)。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧LED封裝

2‧‧‧LED晶片

12‧‧‧第一導線架

14‧‧‧第二導線架

20‧‧‧封膠材料

21‧‧‧鄰接樹脂部分

121‧‧‧晶片裝設凹槽

122、142‧‧‧溝槽

123、143‧‧‧開口

125‧‧‧第一傾斜部分

126‧‧‧凹部

141‧‧‧接合凹槽

145‧‧‧第二傾斜部分

202‧‧‧螢光體

W‧‧‧焊線

圖1為依照本發明實施例所繪示的薄型LED封裝的 平面示意圖。

圖2為圖1中沿I-I的剖面示意圖。

圖3至圖5為依照本發明的各種實施例所繪示的薄型LED封裝的平面示意圖。

圖6為依照本發明另一實施例所繪示的薄型LED封裝的剖面示意圖。

圖7為圖6中沿II-II的剖面示意圖。

1‧‧‧LED封裝

2‧‧‧LED晶片

12‧‧‧第一導線架

14‧‧‧第二導線架

20‧‧‧封膠材料

121‧‧‧晶片裝設凹槽

W‧‧‧焊線

Claims (15)

1. 一種薄型發光二極體封裝，包括：彼此分離的第一導線架與第二導線架；晶片裝設凹槽，藉由減小所述第一導線架的上表面區域的厚度至低於所述第一導線架的其他上表面區域而形成於所述第一導線架的所述上表面區域上；發光二極體晶片，裝設於所述晶片裝設凹槽的底部表面上，且經由焊線而與所述第二導線架連接；所述第一導線架與所述第二導線架具有彼此面對的相對端，且其中至少一所述相對端具有凹部，以增加所述第一導線架與所述第二導線架之間的間隔；以及透明的封膠材料，於支撐所述第一導線架與所述第二導線架時保護所述發光二極體晶片，其中所述所述凹部在垂直方向上穿過所述第一導線架與所述第二導線架其中至少一者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之薄型發光二極體封裝，其中所述凹部位於焊線的路線的下方。
3. 如申請專利範圍第1項所述之薄型發光二極體封裝，其中所述凹部形成在所述第一導線架的一端的中央。
4. 如申請專利範圍第1項所述之薄型發光二極體封裝，其中所述晶片裝設凹槽藉由對所述第一導線架的所述上表面區域進行厚度蝕刻而形成。
5. 如申請專利範圍第1項所述之薄型發光二極體封裝，更包括接合凹槽，藉由減小所述第二導線架的上表面 區域的厚度至低於所述第二導線架的其他上表面區域而形成於所述第二導線架的所述上表面區域上，且所述焊線的一端接合至所述接合凹槽中。
6. 如申請專利範圍第5項所述之薄型發光二極體封裝，其中所述接合凹槽藉由對所述第二導線架的所述上表面區域進行厚度蝕刻而形成。
7. 如申請專利範圍第1項所述之薄型發光二極體封裝，更包括開口或凹槽，形成於所述第一導線架或所述第二導線架的上表面或下表面上，以增加所述第一導線架以及所述第二導線架與所述封膠材料之間的結合力。
8. 如申請專利範圍第1項所述之薄型發光二極體封裝，其中所述發光二極體晶片的高度低於所述晶片裝設凹槽的深度。
9. 如申請專利範圍第1項所述之薄型發光二極體封裝，其中所述相對端包括在傾斜狀態中彼此面對的線形或圓形傾斜部分。
10. 如申請專利範圍第1項所述之薄型發光二極體封裝，更包括位於所述封膠材料中的螢光體。
11. 如申請專利範圍第10項所述之薄型發光二極體封裝，更包括形成在所述晶片裝設凹槽中位於所述封膠材料內的鄰接樹脂部分，且所述螢光體配置於所述鄰接樹脂部分中。
12. 如申請專利範圍第10項所述之薄型發光二極體封裝，其中所述螢光體配置於構成所述封膠材料的樹脂中。
13. 如申請專利範圍第10項所述之薄型發光二極體封裝，其中所述螢光體藉由共形塗覆而塗覆於所述發光二極體晶片上。
14. 如申請專利範圍第1項所述之薄型發光二極體封裝，其中所述封膠材料藉由轉注成型而形成。
15. 如申請專利範圍第1項所述之薄型發光二極體封裝，更包括刻痕，形成於所述第一導線架或所述第二導線架的上表面或下表面上，以增加所述第一導線架以及所述第二導線架與所述封膠材料之間的結合力。