TWI422071B - 發光二極體的封裝結構 - Google Patents

Description

發光二極體的封裝結構

本發明是有關於一種封裝結構，且特別是有關於一種發光二極體(Light Emitting Diode,LED)的封裝結構。

發光二極體為一種半導體元件，具有效率高、壽命長、不易破損等傳統光源無法與之比較的優點。目前多應用於指示燈、顯示板等，在交通號誌與路燈照明上的應用則最為普遍。隨著白光發光二極體的出現，發光二極體被視為21世紀的新型光源。

由於發光二極體的體積小、切換速度快，因此逐漸取代電子裝置的光源，例如行動電話、液晶螢幕與LED印表機等。LED印表機是利用LED作為光源來進行成像，相較於傳統的雷射印表機具有體積小、列印速度快等優點。此外，LED光源也可以應用於光感應式印表機中，這種光感應式印表機中需要設置特殊的光學印表頭以產生特定波長的光線，目前這種光學印表頭可利用發光二極體陣列來作為光源，然後利用透鏡來傳遞光線與聚焦。然而，目前的光學印表頭的光學機構過於複雜，體積較大且容易造成組裝精度過低，並不利於量產。

在習知的光學印表頭中，LED與驅動晶片是採用個別封裝，然後再整合至印刷電路板中，因此其體積較大，製造成本也較高。此外，LED的光源是採用透鏡等光學被動元件來聚焦光線，由於LED的部分光線會散射至鏡片以外的區域，因此光偶合效率較差。為提高光源能量，可利用較高的驅動電流來驅動LED，但是在提高驅動電流的同時，將使發光二極體溫度上升，會造成額外的散熱問題與降低發光二極體的壽命。

本發明提供一種發光二極體的封裝結構，將LED直接整合於驅動晶片的凹槽中，藉此縮小整體的封裝體積。驅動晶片的上方設置有局部透光的遮罩件以聚焦LED所發出的光線，遮罩件可取代光學被動元件以簡化發光二極體的封裝結構與降低設計成本。

本發明提出一種發光二極體的封裝結構，包括一驅動晶片、一第一發光二極體元件以及一遮罩件。驅動晶片具有一第一凹槽，第一發光二極體元件設置於第一凹槽中。遮罩件具有一第一透光區，遮罩件設置於驅動晶片之上且第一透光區對應於第一凹槽。

在本發明一實施例中，上述遮罩件與上述驅動晶片之間具有一間隙，其寬度介於16微米(um)至20微米(um)之間。

在本發明一實施例中，上述驅動晶片更具有一第二凹槽以設置一第二發光二極體元件，上述遮罩件更具有一第二透光區，上述第二透光區對應於上述第二凹槽。

在本發明一實施例中，上述第一透光區包括一透光孔或一透光玻璃。

在本發明一實施例中，上述發光二極體的封裝結構更包括一印刷電路板，用以設置上述驅動晶片，上述驅動晶片位於上述印刷電路板與上述遮罩件之間，其中上述驅動晶片更具有至少一貫穿孔，上述印刷電路板經由上述貫穿孔電性連接至上述驅動晶片上的電路元件。，其中上述貫穿孔係利用直通矽晶穿孔封裝技術形成。

在本發明一實施例中，上述驅動晶片具有一第一面與一第二面，上述第一凹槽位於上述驅動晶片的第一面，上述遮罩件面向第一面，印刷電路板面向驅動晶片的第二面。

綜合上述，本發明所提出發光二極體的封裝結構，利用驅動晶片的凹槽來設置發光二極體元件以簡化並縮小封裝結構，同時省略封裝基板。另外，本發明利用遮罩件的微孔取代光學被動元件以控制光輸出量。藉此，本發明之發光二極體的封裝結構具有簡化封裝結構、縮小結構體積與降低設計成本的功效。

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

圖1為根據本發明一實施例的發光二極體的封裝結構示意圖。發光二極體的封裝結構包括印刷電路板110、驅動晶片120與遮罩件130。驅動晶片120設置於遮罩件130與印刷電路板110之間，遮罩件130上具有複數個透光區132，圖1中以6個透光區為例，但本實施例並不受限。驅動晶片120上具有凹槽以設置發光二極體元件，遮罩件130上的透光區132則對應於一個凹槽，讓LED所發出的光線可以透過透光區132發出。在本實施例中，遮罩件130上的透光區個數可依照設計需求，如LED個數為定，本實施例並不受限。

接下來，請同時參照圖2，圖2為根據圖1的剖面線AA’的封裝結構剖面示意圖。驅動晶片120具有複數個凹槽以分別設置發光二極體元件。以凹槽126為例說明，發光二極體元件142設置於凹槽126之中，遮罩件130上的透光區132位於凹槽126的正上方以讓發光二極體元件142的光線通過。值得注意的是，驅動晶片120的電路元件與凹槽可形成於驅動晶片120的同一面上，讓驅動晶片120可直接連接至對應的發光二極體元件142以提供驅動電源。當驅動晶片120設置有不同波長的LED陣列(例如紅、綠、藍三種LED陣列)時，驅動晶片120可控制不同LED陣列，使其混合為所需顏色的光源。

遮罩件130例如為矽或玻璃材質形成，在透光區以外的區域為不透光區域，可用來阻擋光線的散射。在本實施例中，若遮罩件130是以玻璃形成，則在透光區132以外的區域可塗佈不透光材質(例如黑色塗料)以防止光線散射。若遮罩件130是以矽材料形成，則透光區132可利用開孔方式來形成。當透光區132為一開孔時，其開孔的內側面為光滑的反射面以減少光的能量損耗。本實施例並不限制遮罩件130的材料與透光區132的結構，只要可以讓LED所發出的光線穿過透光區132即可。遮罩件130上的其餘透光區的結構與透光區132相同，在此不加累述。

遮罩件130與驅動晶片120之間具有一間隙150，間隙150的寬度H係根據光線波長而定以降低光線繞射現象發生，寬度H例如為介於16微米(um)至20微米(um)之間，但本實施例並不受限。遮罩件130與驅動晶片120之間可利用黏著材料170黏貼並決定其間隙120的大小。由於遮罩件130與驅動晶片120之間具有間隙150，所以透光區132與凹槽126之間會具有適當的距離以降低繞射現象的發生。

印刷電路板110用來設置驅動晶片120，印刷電路板110位於驅動晶片120的背面。換言之，遮罩件130面向驅動晶片120的第一面，而印刷電路板110則面向驅動晶片120的第二面。驅動晶片120具有複數個貫穿孔，用來電性連接位於驅動晶片120第一面的電路元件與印刷電路板110。以貫穿孔122為例，印刷電路板110可以透過貫穿孔122電性連接至驅動晶片120中的電路元件以傳遞信號或電源。驅動晶片120中的貫穿孔122例如是利用直通矽晶穿孔封裝技術(Through-Silicon Via,Via)形成。貫穿孔122與凹槽126的形成方式可利用半導體製程或微機電(microelectromechanical system,MEMS)製程來實現，本實施例並不受限。在經由上述實施例之說明後，本技術領域具有通常知識者應可推知其他實施方式，在此不加累述。

在本實施例中，發光二極體元件142是直接設置於驅動晶片120的凹槽126中，因此可縮小封裝體積。遮罩件130的透光區132可用來引導發光二極體元件142的光線以便成像於所需的影像面，因此遮罩件130可用來取代習知技術中的光學被動元件(例如透鏡)以簡化光學模組的複雜度與設計成本。印刷電路板110與驅動晶片120中的電路直接利用直通矽晶穿孔封裝技術所形成貫穿孔122以進行電性連接。這樣的結構可以進一步縮小整體封裝結構的體積，同時可提高電氣信號傳輸的穩定度。再者，由於本實施例中的遮罩件130、驅動晶片120與印刷電路板110可採用堆疊的方式進行封裝與整合，因此可以簡化封裝流程與降低成本，更有利於量產與應用。

本發明之發光二極體的封裝結構可應用於光學印表機的印表頭元件中做為光源使用，驅動晶片120可依照印表頭元件所需的解析度來設置陣列式凹槽以容置發光二極體元件，其陣列的設置方式並不受限於圖1與圖2之結構。在經由上述實施例之說明後，本技術領域具有通常知識者應可推知其他實施方式，在此不加累述。

綜上所述，本發明利用凹槽來設置發光二極體元件，並且對應設置遮罩件以取代光學被動元件，因此本發明的發光二極體的封裝結構具有縮小體積、簡化封裝流程與降低成本等優點。

雖然本發明之較佳實施例已揭露如上，然本發明並不受限於上述實施例，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明所揭露之範圍內，當可作些許之更動與調整，因此本發明之保護範圍應當以後附之申請專利範圍所界定者為準。

110．．．印刷電路板

120．．．驅動晶片

122．．．貫穿孔

126．．．凹槽

130．．．遮罩件

132．．．透光區

142．．．發光二極體元件

150．．．間隙

170．．．黏著材料

AA’．．．剖面線

H．．．寬度

圖1為根據本發明一實施例的發光二極體的封裝結構示意圖。

圖2為根據圖1的剖面線AA’的封裝結構剖面示意圖。

110．．．印刷電路板

120．．．驅動晶片

122．．．貫穿孔

126．．．凹槽

130．．．遮罩件

132．．．透光區

142．．．發光二極體元件

150．．．間隙

170．．．黏著材料

H．．．寬度

Claims (9)

1. 一種發光二極體的封裝結構，包括：一驅動晶片，該驅動晶片具有一第一凹槽；一第一發光二極體元件，設置於該第一凹槽中；以及一遮罩件，具有一第一透光區，該遮罩件設置於該驅動晶片之上且該第一透光區對應於該第一凹槽。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的封裝結構，其中該遮罩件與該驅動晶片之間具有一間隙。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體的封裝結構，其中該間隙的寬度介於16微米至20微米之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的封裝結構，其中該驅動晶片更具有一第二凹槽以設置一第二發光二極體元件，該遮罩件更具有一第二透光區，該第二透光區對應於該第二凹槽。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的封裝結構，其中該第一透光區包括一透光孔。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的封裝結構，更包括一印刷電路板，用以設置該驅動晶片，該驅動晶片位於該印刷電路板與該遮罩件之間，其中該驅動晶片更具有至少一貫穿孔，該印刷電路板經由該些貫穿孔電性連接至該驅動晶片上的電路元件。
7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體的封裝結構，其中該驅動晶片具有一第一面與一第二面，該第一凹槽位於該驅動晶片的該第一面，該遮罩件面向該第一面，該印刷電路板面向該驅動晶片的該第二面。
8. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體的封裝結構，其中該些貫穿孔係利用直通矽晶穿孔封裝技術形成。
9. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體的封裝結構，其中該第一透光區為一透光玻璃。