TWM622891U

TWM622891U - 發光二極體結構

Info

Publication number: TWM622891U
Application number: TW110210513U
Authority: TW
Inventors: 邢陳震崙; 洪榮豪; 洪雅鈺
Original assignee: 葳天科技股份有限公司
Priority date: 2021-09-06
Filing date: 2021-09-06
Publication date: 2022-02-01

Abstract

一種發光二極體結構包括：基板、導電墊片以及至少一發光晶粒。其中，導電墊片配置於基板上。基板包括連接器。至少一發光晶粒配置於基板上，且各發光晶粒電性連接至少一導電墊片。進一步而言，導電墊片包括無揮發性的導體層、或導體層以及非導體層。

Description

發光二極體結構

本創作係有關一種發光二極體結構，尤指提高生產良率且節約生產人力需求的一種發光二極體結構。

發光二極體(light-emitting diode,LED)為一種半導體元件，主要透過半導體化合物將電能轉換為光能以達到發光效果，因其具有壽命長、穩定性高及耗電量小等優點，所以目前已被廣泛地應用於照明。隨著發光二極體的快速發展以及多樣的應用方式，為了達到更多顏色光的產出，可以考慮如三色合一的紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)，或四色合一的紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)、白色(W)，或紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)、Alpha色彩空間(A)等各種玲瑯滿目的組合方式，而當多數個發光二極體需要改變光束的出射角度時，一般會使用二次光學透鏡，尤其以全反射(total internal reflection,TIR)透鏡較為常見。傳統含有連接器的多顆發光二極體之封裝生產模式主要有下述兩種模式：

其中一種生產模式，是將連接器等機構元件，提前先進行表面黏著技術(surface mount technology,SMT)製程的前端作業，利用機器對整片基板進行自動化刷錫，可讓錫膏量之分布的穩定性較好。。但因基板與連接器之機構元件透過SMT生產作業時，會在融錫過程中造成揮發物(例如松香或助焊劑等)的噴濺問題而造成許多異常狀況(例如，助焊劑造成基板表面發生氧化現象等)，以致於後續的製程如固晶打線很可能會遇到金屬焊線無法焊上基板或固晶支架，進而導致金球推力過低或是假焊、滑球等技術問題。

其中另一種生產模式，是將連接器機構元件放於生產末端站別進行SMT作業，也是業界最常使用的方式。如此一來，可望避免如上述於融錫過程中造成揮發物的噴濺問題而衍生的其他技術問題。所述生產模式的程序步驟主要是先完成固晶打線製程，再進行SMT將連接器焊上。但在加工廠之車間的半成品(已經完成固晶打線好的製品)移動到SMT生產站別前，必須先對半成品點上錫膏，再放上連接器，之後還需要蓋上板子保護才能過回焊爐進行SMT焊接。其中，因為所述半成品無法直接刷錫，因此一般需要人工取出半成品，並將半成品放置在點膠機上點錫膏，並且還需要注意錫膏量是否穩定，若不穩定就會發生空焊或虛焊的問題。至於在後續放上連接器的部分，由於基板上已經完成固晶打線製程，為此也只能以人工操作的方式放上連接器，而無法利用自動打件機器以進行自動化動作。此外，每一種款式的COB需要開模不同尺寸的治具也需要耗費不少錢，且COB放入回焊爐還需要注意不能有任何錫膏或是雜物噴濺到半成品上，否則清潔也非常困難。通常需要避免碰觸到金線，免得造成產品短路、斷路、金線凹折變形等狀況，進而造成良率不佳、產品成本提高等問題。因此將連接器機構元件置於生產末端站別作業所需耗費的人力成本與製造成本都會大幅提高，且較有機會發生人為失誤而導致良率降低。

為此，如何設計出一種發光二極體結構，特別是解決現有技術之前述技術問題，乃為本案創作人所研究的重要課題。

本創作之目的在於提供一種發光二極體結構，可以解決現有技術之於融錫過程中造成揮發物的噴濺問題、以及製造成本與良率無法改善的技術問題，達到兼顧生產成本以及製程良率之目的。

為了達到前述目的，本創作所提出的發光二極體結構包括：基板、導電墊片以及至少一發光晶粒。其中，所述基板包括連接器。所述導電墊片配置於所述基板上。所述至少一發光晶粒配置於所述基板上，且各發光晶粒電性連接至少一所述導電墊片。進一步而言，所述導電墊片是無揮發性的導體層、或導體層以及非導體層。

進一步而言，所述之發光二極體結構中，所述非導體層為包括玻璃纖維、環氧樹脂以及BT樹脂之至少一者的FR-4基板。

進一步而言，所述之發光二極體結構中，所述導體層為彼此電性連接的二銅箔，且所述二銅箔分別配置於所述導體層的兩個對稱面上。

進一步而言，所述之發光二極體結構中，所述導電墊片包括FR-4基板以及二銅箔。其中，所述二銅箔分別配置於所述FR-4基板的兩個對稱面上，其中一銅箔具有穿孔，所述FR-4基板具有槽孔，且所述穿孔對齊所述槽孔。

進一步而言，所述之發光二極體結構中，所述導電墊片更包括鍍銅材料，所述鍍銅材料配置於所述穿孔以及所述槽孔的至少一者，且所述鍍銅材料電性連接所述二銅箔。

進一步而言，所述之發光二極體結構中，所述導電墊片更包括二金屬鍍層，所述二金屬鍍層分別配置於二銅箔上，且其中一金屬鍍層填補其中一銅箔的所述穿孔，使所述二金屬鍍層的外表面上均呈平整。

進一步而言，所述之發光二極體結構中，所述金屬鍍層為金。

在使用本創作所述之發光二極體結構時，首先係於所述基板上配置所述導電墊片(或可稱之為Submount結構)及所述至少一發光晶粒(die)，繼而將各發光晶粒以金線之打線製程電性連接至少一導電墊片。由於所述導電墊片包括彼此對稱層疊且無揮發性的至少一導體層以及至少一非導體層，為此可以解決現有技術之連接器於前端作業先進行SMT製程所發生的技術問題(例如，助焊劑造成基板表面發生氧化等)，可於後續製程如固晶打線中，避免遇到金屬焊線無法焊上基板或固晶支架、或金球推力過低、假焊、滑球等技術問題。進一步而言，在固晶打線製程中，透過預先配置之Submount結構於原本打線位置的方式，可杜絕一般技術之刷錫手法在後續SMT製程中可能產生之錫膏揮發物附著於基板及/或固晶支架上的技術問題，確保基板及/或固晶支架可以順利固晶打線之生產作業流程。

除此之外，本創作也因為於固晶打線之製程中導入所述Submount結構，避免SMT製程中可能產生之錫膏揮發物干擾焊線機台的光學/紋理辨識、或是導致焊線不良等問題發生，為此在焊線站之生產機台的辨識能力亦可以獲得改善。使工廠或生產線在生產的效率提升，解決了前述現有技術所無法解決的問題，且不需要選擇將連接器機構元件置於生產流程末端，可以避免過多人力操作所造成的良率降低，程序上亦可獲得降低生產成本之裨益。

為此，本創作所述之發光二極體結構，可以解決現有技術之於融錫過程中造成揮發物的噴濺問題、以及製造成本與良率無法改善的技術問題，達到兼顧生產成本以及製程良率之目的。

為了能更進一步瞭解本創作為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本創作之詳細說明與附圖，相信本創作特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本創作加以限制者。

10:基板

11:接點

20:導電墊片

21:銅箔

22:非導體層

23:鍍銅材料

24:金屬鍍層

30:發光晶粒

40:金線

50:連接器

211:穿孔

221:槽孔

圖1為本創作發光二極體結構之的剖視示意圖；圖2為本創作發光二極體結構之的俯視示意圖；圖3為本創作發光二極體結構之導電墊片的剖視示意圖；以及圖4為本創作發光二極體結構之導電墊片的加工示意圖。

以下係藉由特定的具體實施例說明本創作之實施方式，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本創作之其他優點及功效。本創作亦可藉由其他不同的具體實例加以施行或應用，本創作說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用在不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更。

須知，本說明書所附圖式繪示之結構、比例、大小、元件數量等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技術之人士瞭解與閱讀，並非用以限定本創作可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本創作所能產生之功效及所能達成之目的下，均應落在本創作所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。

茲有關本創作之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下。

請參閱圖1以及圖2所示，其中，圖1為本創作發光二極體結構之的剖視示意圖；以及圖2為本創作發光二極體結構之的俯視示意圖。在本創作所述發光二極體結構之一實施例中，所述發光二極體結構包括：基板10、導電墊片20以及至少一發光晶粒30。其中，所述基板10包括連接器50。所述導電墊片20配置於所述基板10上。所述至少一發光晶粒30配置於所述基板10上，且各發光晶粒30電性連接至少一所述導電墊片20。其中，所述導電墊片20包括無揮發性的導體層、或導體層以及非導體層22。進一步而言，各發光晶粒30以金線40之打線製程電性連接至少一導電墊片20。所述發光晶粒30與所述導電墊片20的數量不一定相同，也不一定成固定數量比關係。

請參閱圖2至圖4所示，其中，圖2為本創作發光二極體結構之的俯視示意圖；圖3為本創作發光二極體結構之導電墊片的剖視示意圖；以及圖4為本創作發光二極體結構之導電墊片的加工示意圖。

進一步而言，所述發光晶粒30可以被固設於基板10的接點11。可以是採用裸晶直接貼覆於基板10上的晶片直接封裝(chip on board,COB)方式進行加工。與標準產品相比，晶片直接封裝(COB)是LED市場相對較新的產品且提供更多的優點。COB基本上是製造商將多個發光二極體晶片(通常有九個或更多個)直接黏合至基板10，形成單一模組。由於COB中使用的個別LED為晶片形態而非傳統的封裝形態，因此晶片能以減少空間的方式進行安裝，並且徹底發揮LED晶片的潛力。COB封裝在通電後，其外觀較類似一塊發光板而不是多個獨立發光體(多個SMD LED緊密安裝時的情形)。所述COB為積體電路的一種封裝方式，其做法是將裸晶置於基板10等載體上之後，再以金屬細線作為導線引出電路。所述封裝還可搭配玻璃、石英、藍寶石等硬質材料，或除了聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、壓克力膠(polymethyl methacrylate,PMMA)、矽力康(silicone)等樹脂種類之外的其他可耐高溫的透光材料。然而，前述內容僅示例性說明，本創作不受此限制。

所述發光晶粒30可以包括可見光範疇之紅光發光二極體(例如：鋁砷化鎵(AlGaAs)、砷化鎵磷化物(GaAsP)、磷化銦鎵鋁(AlGaInP)、磷化鎵摻雜氧化鋅(GaP：ZnO))、橙光發光二極體(例如：砷化鎵磷化物(GaAsP)、磷化銦鎵鋁(AlGaInP)、磷化鎵摻雜X(GaP：X))、黃光發光二極體(例如：砷化鎵磷化物(GaAsP)、磷化銦鎵鋁(AlGaInP)、磷化鎵摻雜氮(GaP：N))、綠光發光二極體(例如：銦氮化鎵 (InGaN)、氮化鎵(GaN)、磷化鎵(GaP)、磷化銦鎵鋁(AlGaInP)、鋁磷化鎵(lGaP))、藍光發光二極體(例如：硒化鋅(ZnSe)、銦氮化鎵(InGaN)、碳化矽(SiC))、紫光發光二極體(例如：銦氮化鎵(InGaN))，以及可包括不可見光範疇的紅外光發光二極體(例如：砷化鎵(GaAs)、鋁砷化鎵(AlGaAs))或紫外光二極體(例如：鑽石(diamond)、氮化鋁(AlN)、鋁鎵氮化物(AlGaN)、氮化鋁鎵銦(AlGaInN))等。且所述發光晶粒30之形式亦可包括有機發光二極體(organic light-emitting diode,OLED)。進一步而言，所述發光晶粒30之上可覆設有螢光膠體，藉以調整出光的頻譜範圍，且用以隔絕與外界環境，或可更配置有抗反射薄膜、抗指紋薄膜、抗菌薄膜、疏水性薄膜、光學偏極化薄膜之至少一者。然而，前述內容僅示例性說明，本創作不受此限制。

在本創作所述之發光二極體結構中，所述非導體層22為包括玻璃纖維、環氧樹脂以及BT樹脂之至少一者的FR-4基板。所述BT樹脂為以雙馬來醯亞胺(bismaleimide,BMI)和三嗪為主樹脂成份，並加入環氧樹脂(epoxy resins)、聚苯醚樹脂(polyphenylene ether,PPE)或烯丙基化合物等作為改性組分所形成的熱固性樹脂。即是，本創作發光二極體結構之導電墊片20可以為印刷電路板(PCB)所進一步地被加工而製成，所述印製電路板最典型的基板材料有兩種，即覆銅箔層壓板(flexible copper clad laminate,FCCL)和塗樹脂銅箔(resin coated copper,RCC)，目前所述FCCL的應用最廣。而所述RCC是另一種類型的多層板製作材料，為生產積層板的重要基材。而樹脂品質的優劣，很大程度上決定著印製層壓板的可靠性，例如PCB焊盤和焊點的坑裂等問題就很有可能是樹脂之品質所造成的。現今的PCB基材大底由銅箔層(copper foil)、補強材(reinforcement)、樹脂(epoxy)等三種主要成份所構成，可是自從無鉛(lead free)製程開始後，第四項粉料(fillers)才被大量加進PCB的板材中，用以提高PCB的耐熱或抗燃能力。然而，前述內容僅示例性說明，本創作不受此限制。

進一步而言，所述之發光二極體結構中，所述導體層為彼此電性連接的二銅箔21，且所述二銅箔21分別配置於所述導體層的兩個對稱面上。如前所述的本創作發光二極體結構之導電墊片20可以為印刷電路板(PCB)所進一步地被加工而製成，如圖4(a)所示的即為一FCCL結構，一開始如圖4(b)所示的自導電墊片20的上方開始鑿孔但不鑿穿位於導電墊片20下方的銅箔21，使位於導電墊片20上方的銅箔21具有穿孔211，且使所述FR-4基板具有槽孔221，所述穿孔211對齊所述槽孔221。進一步而言，如圖4(c)所示的，所述導電墊片20更包括鍍銅材料，所述鍍銅材料23可以鍍膜製程使其配置於所述穿孔211以及所述槽孔221，且所述鍍銅材料23電性連接所述二銅箔21。在本創作所述發光二極體結構之一實施例中，所述導電墊片20可更包括二金屬鍍層24，所述二金屬鍍層24分別配置於二銅箔21上，且其中一金屬鍍層24填補其中一銅箔21的所述穿孔211，使所述二金屬鍍層24的外表面上均呈平整，以增進往後焊接製程之良率。進一步而言，所述金屬鍍層為金(Au)。然而，前述內容僅示例性說明，本創作不受此限制。

在使用本創作所述之發光二極體結構時，首先係於所述基板10上配置所述導電墊片20(或可稱之為Submount結構)及所述至少一發光晶粒30，繼而將各發光晶粒30以金線40之打線製程電性連接至少一導電墊片20。由於所述導電墊片20包括彼此對稱層疊且無揮發性的至少一導體層以及至少一非導體層22，為此可以解決現有技術之連接器50於前端作業先進行SMT製程所發生的技術問題(例如，助焊劑造成基板10表面發生氧化等)，可於後續製程如固晶打線中，避免遇到金屬焊線無法焊上基板10及/或固晶支架、或金球推力過低、假焊、滑球等技術問題。進一步而言，在固晶打線製程中，透過預先配置之Submount結構於原本打線位置的方式，可杜絕一般技術之刷錫手法在後續SMT製程中可能產生之錫膏揮發物附著於基板10及/或固晶支架上的技術問題，確保基板10及/或固晶支架可以順利固晶打線之生產作業流程。

除此之外，本創作也因為於固晶打線之製程中導入所述Submount結構，避免SMT製程中可能產生之錫膏揮發物干擾焊線機台的光學/紋理辨識、或是導致焊線不良等問題發生，為此在焊線站之生產機台的辨識能力亦可以獲得改善。使工廠或生產線在生產的效率提升，解決了前述現有技術所無法解決的問題，且不需要選擇將連接器50機構元件置於生產流程末端，可以避免過多人力操作所造成的良率降低，程序上亦可獲得降低生產成本之裨益。目前本創作之Submount結構的實作評估製程作業已實際使用於廠內機台之線上辨識與抓取，研究結果顯示本創作確定可以成功執行固晶、銲線等作業，使機台之辨識率達到100%，且無不良辨識或是抓取異常問題。

以上所述，僅為本創作較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本創作之特徵並不侷限於此，並非用以限制本創作，本創作之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本創作申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包括於本創作之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本創作之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

10:基板

20:導電墊片

30:發光晶粒

40:金線

50:連接器

Claims

一種發光二極體結構，包括：一基板，包括一連接器；一導電墊片，配置於該基板上；以及至少一發光晶粒，配置於該基板上，各該發光晶粒電性連接至少一該導電墊片；其中，該導電墊片包括無揮發性的導體層、或導體層以及非導體層。
如請求項1所述之發光二極體結構，其中，該非導體層為包括玻璃纖維、環氧樹脂以及BT樹脂之至少一者的FR-4基板。
如請求項1所述之發光二極體結構，其中，該導體層為彼此電性連接的二銅箔，且該二銅箔分別配置於該導體層的兩個對稱面上。
如請求項1所述之發光二極體結構，其中，該導電墊片包括一FR-4基板以及二銅箔；其中，該二銅箔分別配置於該FR-4基板的兩個對稱面上，其中一該銅箔具有一穿孔，該FR-4基板具有一槽孔，且該穿孔對齊該槽孔。
如請求項4所述之發光二極體結構，其中，該導電墊片更包括一鍍銅材料，該鍍銅材料配置於該穿孔以及該槽孔的至少一者，且該鍍銅材料電性連接該二銅箔。
如請求項5所述之發光二極體結構，其中，該導電墊片更包括二金屬鍍層，該二金屬鍍層分別配置於二銅箔上，且其中一該金屬鍍層填補其中一該銅箔的該穿孔，使該二金屬鍍層的外表面上均呈平整。
如請求項6所述之發光二極體結構，其中，各該金屬鍍層為金。