專利名稱：發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)與封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)與方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(light-emitting diode, LED)是一種半導(dǎo)體二極管光源。當(dāng)二極管·被施加正偏壓而導(dǎo)通，其內(nèi)的電子與電洞重新結(jié)合，并以光子的形式釋放能量。這種效應(yīng)被稱為電致發(fā)光，而所發(fā)出光的顏色，是對(duì)應(yīng)于光子的能量，并取決于半導(dǎo)體的能隙。相較于白熾光源，以發(fā)光二極管作為光源，具有較低能耗、較長(zhǎng)壽命、較堅(jiān)固、更快切換，以及更好耐用性與可靠性等優(yōu)點(diǎn)。發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)可分為水平式、垂直式、P型朝上(p-side up)、N型朝上(n-side up)等數(shù)種。在芯片制造完成后，必須經(jīng)過一道重要的程序-封裝。封裝可提供發(fā)光二極管芯片在電、光、熱上的支持。例如，發(fā)光二極管芯片長(zhǎng)時(shí)間暴露于空氣中，會(huì)受到水氣與環(huán)境中化學(xué)物質(zhì)侵蝕而老化，造成特性衰退；封裝結(jié)構(gòu)可有效隔絕大氣與發(fā)光二極管芯片。另外，封裝結(jié)構(gòu)可導(dǎo)出芯片所產(chǎn)生的熱，從而維持芯片的特性、提高可靠度。另外，良好的封裝結(jié)構(gòu)可提高光萃取效率。鑒于上述，需要提出一種封裝結(jié)構(gòu)或方法，使提高芯片可靠度、散熱效率，以及光萃取效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種可提高芯片可靠度、散熱效率、光萃取效率的封裝結(jié)構(gòu)或方法。本發(fā)明一實(shí)施例提供一種發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，包含一基板、一個(gè)或多個(gè)柱體、一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管芯片以及至少一個(gè)封膠材料?；灏粋€(gè)或多個(gè)孔洞，其中一個(gè)孔洞裝配一個(gè)柱體。一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管芯片固晶于柱體的頂面上。至少一個(gè)封膠材料位于一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管芯片上方。本發(fā)明另一實(shí)施例提供一種發(fā)光二極管封裝方法，包含下列步驟提供一具有一個(gè)或多個(gè)孔洞的基板；進(jìn)行一裝配步驟，以便在一個(gè)孔洞內(nèi)裝配一柱體；將一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管芯片固定在柱體的一頂面上；以及放置至少一個(gè)封膠材料，以便于覆蓋一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管芯片。


圖1至圖10顯示本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)與程序，具體為圖1顯示本實(shí)施例的基板、孔洞、柱體；圖2A至2C顯示本實(shí)施例的第一種形式柱體；圖3A至3C顯示本實(shí)施例的第二種形式柱體；圖4A與4B顯示本實(shí)施例的第一形式柱體或第二形式柱體被裝配于孔洞內(nèi)；
圖5A與5B顯不本實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管芯片被固晶于第一形式柱體或第二形式柱體的頂面上；圖6A與6B顯示本實(shí)施例利用導(dǎo)線連結(jié)發(fā)光二極管芯片與基板的電路；圖7A與7B顯示本實(shí)施例放置封膠材料于頂面上；圖8與圖9顯示本實(shí)施例利用另外兩種型式的柱體完成封裝結(jié)構(gòu)；圖1OA與IOB顯示本實(shí)施例兩種封裝完成的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)；圖11顯示本實(shí)施例另一種封裝完成的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)。主要組件符號(hào)說明
10 基板12 孔洞12a 孔洞上部12b 孔洞下部14 電路20 柱體20a 頂面20b 溝槽/凸緣20c 配合面20d 停止面30 發(fā)光二極管芯片40 導(dǎo)線50 封膠材料52 熒光材料α 夾角
具體實(shí)施例方式以下將詳述本發(fā)明的各實(shí)施例，并配合附圖作為例示。除了這些詳細(xì)描述之外，本發(fā)明還可以廣泛地實(shí)施在其它的實(shí)施例中，任何所述實(shí)施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本申請(qǐng)的范圍內(nèi)，并以權(quán)利要求的范圍為準(zhǔn)。在說明書的描述中，為了使讀者對(duì)本發(fā)明有較完整的了解，提供了許多特定細(xì)節(jié)；然而，本發(fā)明可能在省略部分或全部這些特定細(xì)節(jié)的前提下，仍可實(shí)施。此外，眾所周知的步驟或組件并未描述于細(xì)節(jié)中，以避免造成本發(fā)明不必要的限制。圖式中相同或類似的組件將以相同或類似符號(hào)來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，并非代表組件實(shí)際的尺寸或數(shù)量，除非有特別說明。本文所述的方向是以圖式作為參考基準(zhǔn)。本發(fā)明是關(guān)于一種發(fā)光二極管(light-emitting diode, LED)封裝結(jié)構(gòu)。封裝結(jié)構(gòu)可包含一具有一個(gè)或多個(gè)孔洞的基板、一個(gè)或多個(gè)柱體、一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管芯片以及至少一個(gè)封膠材料，其中基板的一個(gè)孔洞裝配一柱體。另外，一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管芯片固晶于所述柱體的表面；并且至少一個(gè)封膠材料位于發(fā)光二極管芯片上方。優(yōu)選地，在柱體與基板之間，以及柱體與柱體之間，不存在焊接結(jié)構(gòu)。以下提出一實(shí)施例來說明本發(fā)明的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)與制造過程。
圖1至圖12顯示一種發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)與過程。參見圖1，首先提供一基板10，其具有數(shù)個(gè)孔洞12，且在每個(gè)孔洞10周圍的表面可布設(shè)(layout)電路14，用于稍后電性連接發(fā)光二極管芯片。另外，提供與孔洞12數(shù)量相應(yīng)的柱體20，用于稍后與孔洞12裝配。在一范例中，基板的材料包含娃、陶瓷、金屬、合金、碳/金屬復(fù)合材料，或前述材料的任意組合。在另一范例中，基板10可以是，但不限于，印刷電路板(printedcircuit board, PCB)、金屬基印刷電路板(metal core PCB, MCPCB)、陶瓷基板(ceramicsubstrate)、招基覆銅板,或覆銅陶瓷基板(direct bonding copper, DBC)等。在本實(shí)施例，柱體20可有兩種主要形式。圖2A至2C顯示第一種形式的柱體20，其中圖2A為立體圖，圖2B為上視圖，圖2C為圖2B在A-A方向的剖面圖。如圖2A，柱體20由柱體上部22與柱體下部24 —體成型或以分別形成后再組裝的方式構(gòu)成。柱體上部22具有頂面20a，用于稍后固定一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管芯片；另外，柱體上部22可包含一個(gè)或多個(gè)封閉溝槽(未顯示于圖中)或一個(gè)或多個(gè)封閉凸緣20b (flange)環(huán)繞頂面20a的邊緣。
封閉溝槽或封閉凸緣20b可限制封膠材料的形成范圍，避免溢膠情形發(fā)生，且封膠材料受限于溝槽/凸緣的表面張力作用，而定位于溝槽/凸緣所圍繞的一預(yù)定范圍內(nèi)。當(dāng)溝槽/凸緣的環(huán)繞范圍較大時(shí)，封膠材料的形成曲率會(huì)較??；而當(dāng)溝槽/凸緣的環(huán)繞范圍較小時(shí)，封膠材料的形成曲率會(huì)較大。因此，在進(jìn)行放置封膠材料步驟時(shí)，可藉由調(diào)整(adjust)溝槽/凸緣的環(huán)繞范圍，來控制封膠材料的形成曲率。請(qǐng)參考圖2C，凸緣20b與頂面20a具有一夾角α ;在本實(shí)施例，夾角可為鈍角(例如135° )，但不限于此。夾角α亦會(huì)影響其封膠材料的形成曲率。因此，藉由控制溝槽/凸緣的環(huán)繞范圍或是選用具有不同夾角α的凸緣，便可有效地控制封膠材料的形成曲率。此外,柱體上部22的側(cè)面作為一配合面20c (fitting surface),柱體下部24露出的上表面作為一停止面20d，用于稍后與孔洞12裝配。在本實(shí)施例，柱體上部22與柱體下部24形狀為圓柱體，但也可以是橢圓柱體或多邊形柱體。圖3A至圖3C顯示第二種形式的柱體20，其中圖3A為立體圖，圖3B為上視圖，圖3C為圖3B在A-A方向的剖面圖。如圖3A，柱體20具有頂面20a，用于稍后固定一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管芯片。另外，柱體20可包含一個(gè)或多個(gè)封閉溝槽(未顯示于圖中)或一個(gè)或多個(gè)封閉凸緣20b (flange)環(huán)繞頂面20a的邊緣。參考圖3C，凸緣20b與頂面20a具有一夾角α ;在本實(shí)施例，夾角可為135°，但不限于此。另外，柱體20側(cè)面與底面分別作為配合面20c與停止面20d，用于稍后與孔洞12裝配。在本實(shí)施例，柱體20為圓柱體，但也可以是橢圓柱體或多邊形柱體。柱體20的材料可以是金屬、合金、或其任意組合，例如銅、鉆/銅、銅/鎢合金等等；在又一范例中，柱體20的材料為銅基材料(copper-based material),基板10的材料為招基材料(aluminum-based material)。此外，柱體的頂面20a的法向量(normal vector)可平行于柱體20的中心軸。如圖4A與4B所示，接著，將第一形式的柱體20或第二形式的柱體20裝配于孔洞12內(nèi)。在本文中，“裝配”是以一種非焊接的方式使柱體20與孔洞12固定。在本實(shí)施例，“裝配”的形式可以是余隙配合(clearance fits)(又稱松配合)、干涉配合(interference fits)(又稱緊配合)、過渡配合(transition fits),優(yōu)選為干涉配合，其中柱體的側(cè)面作為干涉配合的一干涉配合面。若以機(jī)械名詞定義，柱體20作為兩配合件的軸(shaft),孔洞12作為孔(hole)。請(qǐng)參考圖4A,孔洞12為一貫穿孔(through hole),具有孔洞上部12a與孔洞下部12b，裝配方向?yàn)橛上轮辽?，其中孔洞上?2a的側(cè)面可作為配合面。請(qǐng)參考圖4B，孔洞12的側(cè)面可作為配合面，孔洞12為非貫穿孔，孔洞12的底面可作為裝配的停止面，且裝配方向可由上而下。此外，孔洞12也可以是貫穿孔，裝配方向?yàn)橛上轮辽?。如果柱體20與孔洞12兩者為緊配合，則柱體上部22的尺寸大于孔洞上部12a的尺寸(圖4A)、柱體20的尺寸大于孔洞12的尺寸(圖4B);如果是松配合，則柱體上部22的尺寸小于孔洞上部12a的尺寸(圖4A)、柱體20的尺寸小于孔洞12的尺寸(圖4B);如果是過渡配合，則柱體上部22與孔洞上部12a的尺寸公差區(qū)域有部分重疊(圖4A)、柱體20與孔洞12的尺寸公差區(qū)域有部分重疊(圖4B)，如此兩者的配合程度介于緊配合與松配合之間。在一范例中，柱體上部22、柱體20、孔洞上部12a、孔洞12可以是圓形，而前述“尺寸”指的是直徑。 如圖5A與5B所不,接著,將一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管芯片30固晶于第一形式柱體20或第二形式柱體20的頂面20a上。固晶所使用的材料可以是銀膠、錫膏、金錫焊料等，但不限于此。圖標(biāo)中僅顯示一個(gè)發(fā)光二極管芯片30，但不限于此，也可以是多個(gè)發(fā)光二極管芯片30。發(fā)光二極管芯片30的形式可以是，但不限于，水平式、垂直式、P型朝上、N型朝上等
坐寸ο如圖6A與6B所示,接著,可利用打線鍵合(wire bonding)技術(shù),將導(dǎo)線40,例如金線或鋁線的兩端，分別連結(jié)發(fā)光二極管芯片30與基板10的電路14。如圖7A與7B所示，接著，可利用前述溝槽/凸緣的設(shè)計(jì)或模造(molding)技術(shù)，將封膠材料50放置在頂面20a上。封膠材料50可以是聚合物，例如硅膠、環(huán)氧樹脂、輻射固化膠等。接者，固化封膠材料50，完成封裝結(jié)構(gòu)。其中固化可利用高溫或是照光方式，使封膠材料50產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)而達(dá)成。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，柱體20的型式可不限上述兩種。圖8與圖9顯示另外兩種型式的柱體20 (請(qǐng)參考圖8與圖9)，主要不同處在于柱體20的形狀，其余柱體20與基板10的裝配、材料、封裝過程，可沿用先前說明，不再贅述。如圖8所示，柱體20的形狀為梯形柱體20，裝配方向由下而上，柱體20的側(cè)面為配合面(梯形柱體20也可以是倒置，而裝配方向由上而下)。請(qǐng)參考圖9，柱體20具有柱體上部22與柱體下部24，柱體上部22的側(cè)面作為配合面，柱體下部24的上表面作為停止面。圖10A顯示一種封裝完成的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其中封膠材料50內(nèi)部包含單一發(fā)光二極管芯片30，其可發(fā)出一單色光，例如紅、藍(lán)，或綠光，優(yōu)選為藍(lán)光。為了改變發(fā)光顏色，封膠材料50可具有熒光材料52，如圖10B所示。熒光材料52可以是釔鋁石榴石熒光粉(yttrium aluminum garnet, YAG)、鋪招石槽石突光粉(terbium aluminum garnet, TAG)等
坐寸ο圖11顯示另一種發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其中在封膠材料50內(nèi)部，包含多個(gè)可分別發(fā)出單一色光，或發(fā)出不同色光，例如紅光、藍(lán)光、綠光，或藍(lán)光、黃光的發(fā)光二極管芯片30 ；經(jīng)由調(diào)整各芯片的電流值，改變各芯片的光通量，使封裝結(jié)構(gòu)發(fā)出一混光，例如白光。請(qǐng)注意為了圖式簡(jiǎn)潔，導(dǎo)線40并未繪出。另外，發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)也可以設(shè)計(jì)為封膠材料不包含熒光材料，將熒光材料設(shè)置于相距封膠材料的一特定距離處。本發(fā)明的一實(shí)施例揭露一種發(fā)光二極管封裝方法，首先提供一具有一個(gè)或多個(gè)孔洞的基板。其次，進(jìn)行一裝配步驟，以使得一個(gè)孔洞內(nèi)裝配一柱體。然后，將一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管芯片固定于柱體的一頂面上。最后，放置(disposing)至少一各封膠材料，以便于覆蓋一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管芯片。在一范例中，上述裝配步驟不包含焊接步驟。在另一范例中，裝配步驟為干涉配合步驟，且柱體的側(cè)面作為一干涉配合面。在又一范例中，在放置該封膠材料之前，還包含電性連接基板的一電路與發(fā)光二極管芯片。本發(fā)明的封裝結(jié)構(gòu)與方法，可藉由控制柱體20的高度與尺寸，和/或封膠材料50的形狀與尺寸，得到不同的光形，和/或不同發(fā)光角度。圖12A至圖15C顯示一些范例。參見圖12A，封裝結(jié)構(gòu)包含一個(gè)發(fā)光二極管芯片30，而柱體20的頂面20a的高度大約等于基板10的高度。參見圖12B，其結(jié)構(gòu)與圖12A相似，不同處在于封裝材料50的尺寸較大，使包 覆整個(gè)導(dǎo)線40以及至少部分電路14。參見圖13A，封裝結(jié)構(gòu)包含多個(gè)發(fā)光二極管芯片30，而柱體20的頂面20a的高度大約等于基板10的高度。參見圖13B，其結(jié)構(gòu)與圖13A相似，不同處在于封裝材料50的尺寸較大，使包覆整個(gè)導(dǎo)線40以及至少部分電路14。參見圖14A至圖14C，柱體20的頂面20a的高度大于基板10的高度，柱體20高度可以調(diào)整。因此本發(fā)明可藉由控制柱體20的高度與尺寸，和/或封膠材料50的形狀與尺寸，得到不同的光形，和/或不同發(fā)光角度。本發(fā)明實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)，柱體20將發(fā)光二極管芯片30產(chǎn)生的熱迅速導(dǎo)出，可提高散熱效率；柱體20與基板10不存在焊接程序，可簡(jiǎn)化工藝。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明；凡其它未脫離發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包括在權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，包含一基板，包含一個(gè)或多個(gè)孔洞；一個(gè)或多個(gè)柱體，其中所述基板的一個(gè)孔洞裝配一個(gè)該柱體；一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管芯片，固晶于所述柱體的一頂面上；以及至少一個(gè)封膠材料，位于所述發(fā)光二極管芯片上方。
2.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述柱體與所述基板之間或是多個(gè)所述柱體彼此之間，不存在焊接結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述頂面的法向量平行于所述柱體的中心軸。
4.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述頂面的邊緣具有一封閉凸緣，該凸緣作為所述封膠材料的一停止面。
5.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述孔洞與所述柱體的裝配形式為干涉配合，所述柱體的側(cè)面作為干涉配合的一干涉配合面。
6.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述孔洞為貫穿孔。
7.如權(quán)利要求6的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述孔洞具有一孔洞上部與一孔洞下部，該孔洞上部的孔徑小于該孔洞下部的孔徑。
8.如權(quán)利要求6的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柱體具有一柱體上部與一柱體下部，該柱體上部的直徑小于該柱體下部的直徑。
9.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述孔洞是一非貫穿孔，并且裝配的方向由上而下，且所述柱體的底面作為裝配的一停止面。
10.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柱體的材料為銅基材料， 所述基板的材料為鋁基材料。
11.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包含利用多個(gè)金屬導(dǎo)線連接所述發(fā)光二極管芯片與所述基板的一電路。
12.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包含一熒光材料，設(shè)置于距離所述封膠材料一特定距離處。
13.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述頂面的高度等于或大于所述基板的高度。
14.一種發(fā)光二極管封裝方法，包含下列步驟提供一具有一個(gè)或多個(gè)孔洞的基板；進(jìn)行一裝配步驟，以使得一個(gè)孔洞內(nèi)裝配一柱體；將一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管芯片固定于所述柱體的一頂面上；以及放置至少一個(gè)封膠材料，以便于覆蓋所述一或多個(gè)發(fā)光二極管芯片。
15.如權(quán)利要求14的發(fā)光二極管封裝方法，其特征在于，所述裝配步驟不包含焊接步驟。
16.如權(quán)利要求14的發(fā)光二極管封裝方法，其特征在于，所述裝配步驟為干涉配合步驟，且所述柱體的側(cè)面作為一干涉配合面。
17.如權(quán)利要求14的發(fā)光二極管封裝方法，其特征在于，所述柱體的所述頂面法向量平行于所述柱體的中心軸。
18.如權(quán)利要求14的發(fā)光二極管封裝方法，其特征在于，所述柱體的所述頂面的邊緣具有一封閉凸緣，該凸緣作為所述封膠材料的一停止面。
19.如權(quán)利要求14的發(fā)光二極管封裝方法，其特征在于，所述孔洞是貫穿孔，所述柱體的側(cè)面為一配合面，裝配方向是由下而上。
20.如權(quán)利要求14的發(fā)光二極管封裝方法，其特征在于，所述孔洞是非貫穿孔，所述柱體的側(cè)面為一配合面，所述柱體的底面為一停止面，裝配方向是由上而下。
21.如權(quán)利要求14的發(fā)光二極管封裝方法，在放置所述封膠材料之前，還包含電性連接所述基板的一電路與所述發(fā)光二極管芯片。
全文摘要
本發(fā)明一實(shí)施例提供一種發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)與封裝方法，封裝結(jié)構(gòu)包含一具有一個(gè)或多個(gè)孔洞的基板、一個(gè)或多個(gè)柱體、一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管芯片以及至少一個(gè)封膠材料，其中基板的一個(gè)孔洞裝配一柱體。此外，一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管芯片固晶于柱體的頂面上、至少一個(gè)封膠材料位于發(fā)光二極管芯片上方。
文檔編號(hào)H01L25/075GK103000793SQ20111028555
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者洪志欣 申請(qǐng)人:華夏光股份有限公司