TWI662724B

TWI662724B - 覆晶式發光模組

Info

Publication number: TWI662724B
Application number: TW107119481A
Authority: TW
Inventors: 林恭安; Kung An Lin; 楊宗哲; Chung Che Yang; 林宏瑋; Hung Wei Lin; 鄭翔允; Hsiang Yun Cheng
Original assignee: 海華科技股份有限公司; Azurewave Technologies, Inc.
Priority date: 2018-06-06
Filing date: 2018-06-06
Publication date: 2019-06-11
Also published as: JP6821630B2; JP2019212879A; KR102110540B1; US20190378961A1; US20200227608A1; CN110571320A; US11309471B2; TW202002340A

Abstract

本發明公開一種覆晶式發光模組，包括一散熱基板、一封裝組件以及一發光晶片。所述封裝組件包括一圍繞所述散熱基板的架體以及一設置在所述架體的透鏡單元。所述架體包括一導電路徑。所述發光晶片設置在所述散熱基板，其包括位於同一側的一頂端導電接點以及一發光面。所述頂端導電接點通過一導電體而電性連接於所述導電路徑。

Description

覆晶式發光模組

本發明涉及一種發光模組，特別是涉及一種覆晶式發光模組。

人類生活離不開照明，而照明裝置已從傳統的白熾燈逐漸由其他發光元件所取代，如：發光二極體。因發光二極體具備體積小、耗能低、低驅動電壓的優點，與包括驅動迴路的主電路板組配一起形成模組之後，即能夠應用到其他設備來作為光源使用。此種模組已廣泛用於如：家用品指示燈、顯示器之背光源、攜帶式電子裝置之照明模組、偵測裝置之光源，或車燈等領域。

參閱圖1，一種現有的發光模組9，包含一主電路板91、一發光晶片92、二導線93以及一封裝組件94。該發光晶片92設置在該主電路板91，並包括二分別位於兩相反側的導電接點921以及一光軸L。每一導線93的一端電性連接至對應的導電接點921，另一端則電性連接至該主電路板91。該封裝組件94包括一設置在該發光晶片92外側的支架941以及一設置在該支架941並相對該發光晶片92的透鏡942。

該主電路板91是採用高分子製成，導熱及散熱能力不佳，如果在沒有其他散熱結構的設計，貼覆其上的該發光晶片92常會因為散熱不良而過熱毀損。再者，現有的封裝方式，是採用打線技術(wire bonding)來進行電性連接，也就是說，該發光晶片92與該支架941之間要預留足夠的空間，以避免組裝支架941時，壓迫到該等導線93而使其毀損或脫落，同樣的，該支架941沿該光軸 L的預留空間也不可過短，否則同樣有壓迫到該等導線93的風險存在，因此，此種封裝結構的設計，還有難以進一步縮小體積的缺陷。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種散熱良好及能縮減體積的覆晶式發光模組。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一種技術方案是，提供一種覆晶式發光模組，其包括一散熱基板、一封裝組件以及一發光晶片。所述封裝組件包括一圍繞所述散熱基板的架體以及一設置在所述架體的透鏡單元。所述架體包括一導電路徑。所述發光晶片設置在所述散熱基板。所述發光晶片包括位於同一側的一頂端導電接點以及一發光面。所述頂端導電接點通過一導電體而電性連接於所述導電路徑。

本發明的有益效果在於，發光晶片與散熱基板的貼合，能有效提高散熱效果。另外，通過架體上的導電路徑並配合導電體，發光晶片即可以覆晶的方式通過封裝組件而電性連接至外部(例如主主電路板)，不須預留空間進行打線，能有效減小覆晶式發光模組的體積，有助於應用於微型化產品。此外，由於發光晶片可以使用覆晶的方式而不需要進行打線，所以使用發光晶片的電子產品能對發光晶片進行快速切換而不會有訊號延宕的問題發生。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

1‧‧‧散熱基板

11‧‧‧板件

12‧‧‧散熱通道

2‧‧‧發光晶片

21‧‧‧頂端導電接點

22‧‧‧底端導電接點

23‧‧‧發光面

3‧‧‧導電膠層

4‧‧‧封裝組件

41‧‧‧架體

411‧‧‧側壁部

412‧‧‧延伸壁部

42‧‧‧導電路徑

422‧‧‧外連接端

421‧‧‧內連接端

423‧‧‧路徑本體

43‧‧‧填充膠層

44‧‧‧透鏡單元

441‧‧‧支架

442‧‧‧透鏡

5‧‧‧光通道

6‧‧‧導電體

7‧‧‧主電路板

9‧‧‧發光模組

91‧‧‧主電路板

92‧‧‧發光晶片

921‧‧‧導電接點

93‧‧‧導電路徑

94‧‧‧封裝組件

941‧‧‧支架

942‧‧‧透鏡

L‧‧‧光軸

圖1為側視剖視示意圖，說明現有的發光模組。

圖2為本發明第一實施例的側視剖視示意圖。

圖3為側視部分剖視示意圖，說明第一實施例的導電路徑形成在架體的外表面。

圖4為側視部分剖視示意圖，說明第一實施例的導電路徑形成在架體的內部。

圖5為側視剖視示意圖，說明第一實施例的另一變化態樣。

圖6為側視剖視示意圖，說明第一實施例的再一變化態樣。

圖7為本發明第二實施例的側視剖視示意圖。

圖8為本發明第三實施例的側視剖視示意圖。

圖9為本發明第四實施例的側視剖視示意圖。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關覆晶式發光模組的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

[第一實施例]

參閱圖2，本發明第一實施例提供一種覆晶式發光模組，其適合安裝至一主電路板7，以與主電路板7相配合偕同運作，又或者，覆晶式發光模組亦可以逕與外部電源進行電性連接，以受驅動運作。其使用之方式及領域，非本發明之重點，在此並不與贅述。

覆晶式發光模組包括一散熱基板1、一發光晶片2、一導電膠層3、一封裝組件4以及一導電體6。

散熱基板1選自鋁基板、銅基板，或任何包括導熱或散熱能力之基板。散熱基板1的一側能用來與主電路板7電性連接，而另一側與發光晶片2電性連接。

發光晶片2設置在散熱基板1，並包括一頂端導電接點21、一底端導電接點22、一發光面23以及一自發光面23向外延伸的光軸L。頂端導電接點21及發光面23均位於相反於散熱基板1的同一側。底端導電接點22與散熱基板1電性連接，較佳地，底端導電接點22是通過導電膠層3黏接至散熱基板1。頂端導電接點21為正極或負極的其中一者，而底端導電接點22為正極或負極的另一者。發光晶片2選自發光二極體(LED)、諧振腔發光二極體(RCLED)，或垂直腔雷射二極體(VCSEL)。在第一實施例中，是採用面射型雷射晶片為例子來做為說明。

封裝組件4界定出一沿光軸L延伸的光通道5，並包括一架體41、一導電路徑42、一透鏡單元44以及一填充膠層44。架體41圍繞散熱基板1，並包括一圍繞散熱基板1外側的側壁部411以及一自側壁部411朝頂端導電接點21延伸的延伸壁部412。延伸壁部412與頂端導電接點21彼此相對。架體41的材質可以是塑膠材料、陶瓷材料或者任何的絕緣材料，其中，因陶瓷材料包括較佳的機械強度及耐熱性，因此第一實施例是採用陶瓷材料為例子來做為說明。

導電路徑42設置在架體41，且包括一外連接端422、一內連接端421以及一在外連接端422及內連接端421之間延伸的路徑本體423。外連接端422位在架體41的側壁部411，並用來與外部元件進行電性連接。內連接端421位在架體41的延伸壁部412，並用來電性連接至頂端導電接點21。路徑本體423設置於架體41的方式，可以是形成在架體41的內表面(如圖2)、形成在架體41的外表面(如圖3)，又或者埋設在架體41的內部(如圖4)。在本實施例中，路徑本體423是配置在架體41的內表面。導電路徑42 能採用導線、金屬彈片，或其等具導電性質的類似物。第一實施例是採用導線為例子來做說明。

填充膠層43設置在架體41的內側，並與散熱基板1及發光晶片2連接。因此，填充膠層43是充填在架體41與散熱基板1及發光晶片2間所形成的縫隙內，使彼此結合更為穩固，而提升本發明覆晶式發光模組整體的結構強度。

透鏡單元44設置在架體41，並包括一支架441以及一透鏡442。支架441採用不透光材質製成，其是自架體41沿光軸L延伸，並與架體41共同圍繞著光軸L界定出光通道5。支架411安裝至架體41的方式並沒有限制，可採用任何方式為之，在第一實施例中是採用黏膠將二者黏合為例子來做說明。透鏡442設置在支架441，並位在光通道5。透鏡442可採用平面型透鏡、聚光型透鏡、散光型透鏡以及其他類型之透鏡。透鏡442的材質可採用透明塑料或玻璃。前述透明塑料可選自聚酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚醚酰亞胺(Polyetherimide，PEI)、環烯烴共聚物(Cyclo olefin coplymer，COC)，或其等的混合。在第一實施例中，透鏡442是採用平面型透鏡442，且材質為玻璃為例子來做說明。然而，前述結構及材料的選擇僅為例舉，並不以此為限。

值得一提的是，透鏡單元44中透鏡442的數量亦可以為二個以上，且採用的透鏡類型或材質可以相同，也可以不同，端視需要而定。

導電體6設置在發光晶片2及封裝組件4之間，並將導電路徑42電性連接至發光晶片2的頂端導電接點21。其中，導電體6是採用焊接球，且被夾設在架體41的延伸壁部412與發光晶片2的頂端導電接點21之間，因此重熔之後，就會將位在延伸壁部412上的導電路徑42電性連接至頂端導電接點21。

覆晶式發光模組的製作方法，可例舉如：先通過導電膠層3 將散熱基板1與發光晶片2彼此黏合，再於頂端導電接點21點上焊接球作為導電體6，而後，將散熱基板1與發光晶片2置入架體41內，並推動架體41與發光晶片2彼此靠近，使得導電體6頂靠在架體41的延伸壁部412內側，接著，重熔導電體6，將導電路徑42與頂端導電接點21彼此電性連接，再填入填充膠層43，並裝設透鏡單元44至架體41，如此即完成覆晶式發光模組的製作。前述之製作方法僅例舉出一種可行的製程，製造人員可以依據其實際上的需要，輕易調整製程順序或步驟，覆晶式發光模組的製作方法當然不以前述者為限。

通過封裝組件4的結構設計，使得發光晶片2能採用覆晶封裝技術來進行組配，組配較為簡易，能有效提高製成速度並增加產能。並且，此一方式還能免去打線接合(wire bonding)需預留空間給線材進行電性連接的缺點，有效減小覆晶式發光模組的體積，有助於應用於微型化產品。

值得一提的是，受發光晶片2的頂端導電接點21及底端導電接點22配置的方位不同，封裝組件4內的配線也會相配合進行調整。如圖5，第一實施例的另一變化態樣中，發光晶片2還包括另一頂端導電接點21，且頂端導電接點21分別位在發光面23的兩相反側，同時，封裝組件4還包括另一導電路徑42。所述覆晶式發光模組還包括另一導電體6，導電體6將頂端導電接點21分別電性連接至導電路徑42。在此一變化態樣中，底端導電接點22作為正極或負極的其中一者，而頂端導電接點21則做為正極或負極的另一者。另值得一提的是，頂端導電接點21的其中一個也可以做為傳遞信號用的導電接點。如圖6，第一實施例的再一變化態樣，發光晶片2未有底端導電接點22，卻包括二頂端導電接點21，此時，頂端導電接點21分別做為正極及負極。封裝組件4的導電路徑42對應有二條，並分別電性連接至頂端導電接點21。然而，無論發光晶片2的導電接點配置如何，封裝組件4的結構設計仍能讓發光晶片2採用覆晶封裝技術來組配，具備有相同的功效。

通過上述說明，可再將第一實施例的優點歸納如下：

一、發光晶片2與散熱基板1的貼合，能有效提高散熱效果。並且，通過架體41上的導電路徑42，發光晶片2即可通過封裝組件4電性連接至外部，不須預留空間進行打線，能有效減小覆晶式發光模組的體積，有助於應用於微型化產品。

二、架體41中延伸壁部412的設計，有利於發光晶片2與架體41上的導電路徑42間進行電連接。在進行組裝時，當導電體6接觸到延伸壁部412，即代表導電體6鄰近或靠抵在導電路徑42上，此時只要進行電性連接之作業，如：將焊接球回焊，即可有效地讓發光晶片2與導電路徑42彼此電性連。

三、架體41的設計，適用於多種不同導電接點配置的發光晶片2，只要發光晶片2設有頂端導電接點21，就能夠與架體41相配合地採用覆晶封裝技術來進行組裝。

四、填充膠層43充填在架體41與散熱基板1及發光晶片2間所形成的縫隙內，使彼此結合更為穩固，並能避免架體41與發光晶片2間彼此相對移動，而讓導電體6脫落毀損。並且，填充膠層43也可以避免導電路徑42接觸到散熱基板1而發生短路。如此，填充膠層43能提高整體的結構穩固度，且還有防止短路之效。

五、由於發光晶片2可以使用覆晶的方式而不需要進行打線，所以使用發光晶片2的電子產品能對發光晶片2進行快速切換而不會有訊號延宕的問題發生。

六、由於本發明的發光晶片2可以採用兩個以上的導電接點，所以發光晶片2可以同時進行電力與訊號的傳遞。

[第二實施例]

參閱圖7，本發明第二實施例大致與第一實施例相同，差異在於：發光晶片2包括二頂端導電接點21以及二底端導電接點22，且對應地，散熱基板1包括二相間隔的板件11。兩相鄰的板件11共同界定出一散熱通道12。

板件11的數量可以為二個、三個，或四個以上，其數量可以依據實際的需要進行調整，在本實施例中，板件11的數量為二個，散熱通道12的數量為一個。

如此，本第二實施例不僅具備第一實施例的優點外，還揭露了另一種發光晶片2的可行結構，其包括了多個底端導電接點22。對應此種結構，僅要對應地採用多片板件11構成散熱基板1即可，且通過其內的散熱通道12，還能進一步提高散熱效果。

值得一提的是，就算底端導電接點22僅有一個，同樣能採用多片板件11來構成散熱基板1，亦即，以一個底端導電接點22貼覆在二片或三片以上的板件11上，此方式同樣能讓散熱基板1具備導電之功能，且通過散熱通道12還可以進一步提高散熱效果。

[第三實施例]

參閱圖8，本發明第三實施例大致與第一實施例相同，差異僅在於：透鏡單元44不包括支架441(如圖2)，且透鏡431是直接設置在架體41，亦及，架體41同時擔負了支架441的功能。

通過移除支架441(如圖2)，可再進一步縮減覆晶式發光模組的高度，進一步縮減整體體積。如此，本第三實施例不僅具備第一實施例的優點外，還能更進一步縮減體積。

另外，第三實施例中發光晶片2的導電接點配置方式與第一實施例所示的任一態樣相同，使用者可以依據實際需求進行調整，並沒有任何限制。然而，為了便於說明，本第三實施例的發光晶片2是採用二頂端導電接點21及一底端導電接點22的態樣。

[第四實施例]

參閱圖9，本發明第四實施例大致與第一實施例相同，主要差異在於：支架441與架體41是一體成形地製造而成。

通過一體成形地將支架441與架體41，在組裝覆晶式發光模組時不僅不需要進行將前述二者相組裝的步驟，而且還能更進一步加強封裝組件4結構的強度。

如此，本第四實施例不僅具備第一實施例的優點外，還更進一步具備了簡化製程及提高結構強度的優點。

另外，第四實施例中發光晶片2的導電接點配置方式與第一實施例所示的任一態樣相同，使用者可以依據實際需求進行調整，並沒有任何限制。然而，為了便於說明，本第四實施例的發光晶片2是採用二頂端導電接點21及一底端導電接點22的態樣。

綜上所述，封裝組件4的結構設計使發光晶片2能以覆晶封裝技術進行組配，能省去打線接合所需預留的空間，並能讓發光晶片2直接與散熱基板1貼覆，故確實能達到本發明縮減體積及提高散熱性的目的，解決現有技術的缺失。另外，由於發光晶片2可以使用覆晶的方式而不需要進行打線，所以使用發光晶片2的電子產品能對發光晶片2進行快速切換而不會有訊號延者的問題發生。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

Claims

一種覆晶式發光模組，其包括：一散熱基板；一封裝組件，其包括一圍繞所述散熱基板的架體以及一設置在所述架體的透鏡單元，所述架體包括一導電路徑，所述導電路徑與所述散熱基板相間隔，且所述導電路徑電性連接至一主電路板；以及一發光晶片，其設置在所述散熱基板，所述發光晶片包括位於同一側的一頂端導電接點以及一發光面，所述頂端導電接點通過一導電體而電性連接於所述導電路徑；其中，所述散熱基板位於所述發光晶片與所述主電路板之間。
如請求項1所述的覆晶式發光模組，其中，所述架體包括一圍繞所述散熱基板外側的側壁部以及一自所述側壁部朝所述頂端導電接點延伸的延伸壁部，所述導電路徑包括一外連接端以及一內連接端，所述外連接端位在所述側壁部，所述內連接端位在所述延伸壁部，並通過所述導電體電性連接至所述頂端導電接點。
如請求項2所述的覆晶式發光模組，其中，所述導電路徑還包括一在所述外連接端及所述內連接端之間延伸的路徑本體，所述路徑本體位在所述架體的內表面、外表面以及內部之中的其中一者。
如請求項1所述的覆晶式發光模組，其中，所述散熱基板採用金屬板，所述發光晶片還包括一與所述散熱基板電性連接的底端導電接點。
如請求項1所述的覆晶式發光模組，其中，所述發光晶片還包括另一頂端導電接點，所述封裝組件還包括另一導電路徑，所述覆晶式發光模組還包括另一導電體，所述導電體將所述頂端導電接點分別電性連接至所述導電路徑。
如請求項5所述的覆晶式發光模組，其中，所述散熱基板是由多數相間隔的板件構成，所述板件為金屬板，兩相鄰的所述板件共同界定出一散熱通道，所述發光晶片還包括多數底端導電接點，所述底端導電接點分別與所述板件電性連接。
如請求項1所述的覆晶式發光模組，其中，所述發光晶片還包括一自所述發光面向外延伸的光軸，所述透鏡單元還包括一設置在所述架體的支架以及一透鏡，所述支架與所述架體共同繞著所述光軸界定出一光通道，所述透鏡裝設在所述支架並位在所述光通道。
如請求項7所述的覆晶式發光模組，其中，所述支架與所述架體是一體成形地製造而成。
如請求項1所述的覆晶式發光模組，其中，所述封裝組件還包括一充填在所述架體與所述散熱基板之間的填充膠層。
如請求項1所述的覆晶式發光模組，其中，所述封裝組件的架體是採用陶瓷材料製成，所述發光晶片是選自發光二極體、諧振腔發光二極體，或面射型雷射晶片，所述導電體為焊接球，所述導電路徑為導線。