紫外光發光二極體的封裝結構的製作方法

2023-04-29 09:25:36 1

本實用新型涉及一種發光二極體的封裝結構，尤其是涉及一種紫外光發光二極體的封裝結構。

背景技術：

發光二極體(light emitting diode，LED)是一種能發光的半導體電子元件，並且具有節能、省電、高效率、反應時間快、壽命周期時間長、且不含汞、具有環保效益等優點，近年已被普遍應用於照明。一般LED封裝不僅要求能夠保護LED晶片，而且還要透光等材料上的特殊要求、封裝方法與結構。

一般封裝技術中，利用不透明圖案化基底，承載LED晶片(chip)與電極，通過金屬導線將LED晶片與電極電連接後，在不透明基底與晶片上，以透明材料覆蓋整個晶片、金屬導線與不透明基底，固化後形成完成封裝。由於封裝必須使用透明材料，以利光線的射出，因此材料選擇有限。目前LED封裝常見的高分子膠體在長期照射UV(波長450nm以下)後會發生變質，造成穿透率下降，同時還會失去附著力，故在產品中後期的出光效益與品質都會有疑慮，無法提供UV LED長期的良好封裝效果。

為能改善上述狀況，現行市面產品發展出使用石英玻璃作為透鏡材料，通過其在短波長下仍可維持高穿透率的特性，維持產品穩定的出光效益。但玻璃與基板間仍須使用膠體做為接合劑，長期使用後接合處膠體一樣有變質風險，造成封裝結構的密合性遭到破壞，造成晶片壽命大幅下降，同樣無法提供UV LED長期的良好封裝效果。

因此如何能改善上述問題，提升UV LED在長時間使用下仍具有良好的封裝效果，同時保有高透光率，成為本實用新型所探討的課題。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種紫外光發光二極體的封裝結構，以解決現有技術的上述問題。

為達上述目的，本實用新型提供一種紫外光發光二極體的封裝結構，包含具有電極的基材；晶片，設置於基材上，並電連接電極；透明保護罩，覆蓋基材與晶片；附著層，設置於基材與透明保護罩之間；以及光反射層，設置於透明保護罩與附著層之間，其中透明保護罩通過光反射層與附著層固定於基材上。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的光反射層直接附著於透明保護罩。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的光反射層的材料為金屬。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的附著層的材料為金屬，且光反射層與附著層共晶結合。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的附著層的材料為高分子樹脂，且光反射層與附著層粘合。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的透明保護罩具有第一凹槽，對應晶片，使晶片置於第一凹槽中。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的透明保護罩具有靠近基材的表面，並且位於第一凹槽內的部分表面與基材分離。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的基材還包含：凹杯結構，以環繞晶片。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的基材還包含承載板，電極固定於承載板上，並穿通承載板以電性導通承載板的兩側；以及凹杯結構接觸電極且與承載板分離。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的透明保護罩具有第二凹槽，並且第二凹槽對應於凹杯結構與晶片，使凹杯結構與晶片置於第二凹槽中。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的附著層固定並接觸於基材的承載板與電極的任一者。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的透明保護罩具有靠近基材的表面，並且表面為平面。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的附著層接觸並固定於凹杯結構的上表面。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的該透明保護罩形成有一凸出部，凹杯結構靠近透明保護罩的一側形成有一凹陷部，其中凹陷部對應凸出部。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的凸出部與凹陷部均為環形。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的附著層固定於凹陷部中，光反射層固定於凸出部上。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的附著層僅覆蓋凹陷部的底面，光反射層僅覆蓋凸出部的頂面。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的晶片射出的光的波長為450納米以下。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的透明保護罩具有遠離基材的弧形表面。

本實用新型還提供一種紫外光發光二極體的封裝結構，包含具有電極的基材；晶片，設置於該基材上，並電連接該電極；透明保護罩，覆蓋該基材與該晶片；以及金屬層，設置於該透明保護罩靠近該基材的部分表面，其中該金屬層與該電極共晶結合。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的透明保護罩具有凹槽，對應於晶片，使晶片置於凹槽中。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的透明保護罩具有靠近該基材的表面，並且位於凹槽內的部分表面與基材分離。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的該基材還包含承載板，電極固定於承載板上，並穿通承載板以電性導通承載板的兩側；以及金屬層與承載板分離。

在本實用新型的較佳實施例中，上述的透明保護罩具有遠離該基材的弧形表面。

本實新型的優點在於，本實用新型能提供的發光二極體的封裝結構，可以適用於市場上所有常見波長的LED晶片封裝，尤其對于波段450nm以下的UV LED晶片的封裝，能解決現有製作工藝產品容易產生劣化的問題，達到更佳且更長期的保護，進而延長UV LED的使用壽命。

附圖說明

為讓本實用新型的上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附附圖，作詳細說明如下：

圖1A是依據本實用新型的一實施例的所繪製的紫外光發光二極體的封 裝結構10剖面結構示意圖；

圖1B是依據本實用新型的一實施例的所繪製的紫外光發光二極體的封裝結構10俯視結構示意圖；

圖2是依據本實用新型的一實施例的紫外光發光二極體的封裝結構11剖面示意圖；

圖3A是依據本實用新型的一實施例的所繪製的紫外光發光二極體的封裝結構20剖面結構示意圖；

圖3B是依據本實用新型的一實施例的所繪製的紫外光發光二極體的封裝結構20俯視結構示意圖；

圖4A是依據本實用新型的一實施例的所繪製的紫外光發光二極體的封裝結構30剖面結構示意圖；

圖4B是依據本實用新型的一實施例的所繪製的紫外光發光二極體的封裝結構30俯視結構示意圖；

圖5A是依據本實用新型的一實施例的所繪製的紫外光發光二極體的封裝結構40剖面結構示意圖；

圖5B是依據本實用新型的一實施例的所繪製的紫外光發光二極體的封裝結構40俯視結構示意圖；以及

圖6是依據本實用新型的一實施例的所繪製的紫外光發光二極體的封裝結構50剖面結構示意圖。

符號說明

1：基材

2：晶片

3：金屬導線

4：附著層

5：透明保護罩

5a：凸出部

6：光反射層

10-12、20、30、40：封裝結構

11：承載板

12：電極

13：凹杯結構

13a：凹陷部

C1、C2：凹槽

S1、S2、S5a、S13a、S131-S133：表面

具體實施方式

本實用新型是在提供一種紫外光發光二極體(UV LED)的封裝結構，用以解決現有的封裝方法下所導致的劣化狀況，以改善對波長450nm以下的UV LED長期使用後的保護性，能有效延長UV LED使用壽命的功效。為讓本實用新型的上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文以實施例配合所附附圖，做詳細說明。

圖1A與圖1B所示為依據本實用新型的一實施例的紫外光發光二極體的封裝結構10，其中圖1A為封裝結構10的剖面結構示意圖，圖1B為俯視結構示意圖。此實施例提供的封裝結構10套用於一般不具有凹杯結構且使用正裝打線晶片的LED。如圖1A與1B所示，基材1包含不導電的承載板11與電極12，其中電極12固定於承載板11上並且電性導通承載板11上下兩側，本實施例中以電極12穿通承載板11為例說明，其中本實施例的承載板11使用陶瓷材料。之後將紫外光發光二極體的晶片2固定於基材1上，並且晶片2的一電極利用金屬導線3與電極12電連接，晶片2的另一電極則與電極12直接接觸以電連接，其中電極12的覆蓋範圍可以依需求做調整，此實施例中，電極12覆蓋大部分的承載板11。之後形成附著層4於基材1上，直接接觸電極12與承載板11分離，且位於晶片2和金屬導線3外圍，以環繞晶片2與金屬導線3。透明保護罩5可以用模具直接成形或是利用蝕刻等方式形成所需的形狀後，之後於透明保護罩5對應於附著層4的位置上形成光反射層6，並且將附著有光反射層6的透明保護罩5覆蓋於基材1與晶片2上。本實施例中的透明保護罩5為石英玻璃材質，並且透明保護罩5上形成有多個凹槽C1，分別對應於基材1上的多個晶片2(圖1A與圖1B為簡化說明，僅繪示出一個晶片2與對應的部分基材1)。透明保護罩5具有遠離基材1的一上表面S1與靠近基材1的一下表面S2，上表面S1為平面，下表面S2為非平面，並且位於凹槽C1內的部分下表面S2與基材分離。本實施例中的附著層4使用高分子樹脂作為粘著膠體，用以粘合基材1與透明保護罩5，使晶片2置於凹槽C1中。光反射層6上對應並覆蓋至少部分附 著層4，並且光反射層6與附著層4的覆蓋範圍可依需求調整，本實施例中，光反射層6與附著層4覆蓋凹槽C1以外的所有範圍，並且光反射層6上對應並覆蓋整個附著層4，如圖1B所示。

本案實用新型人經研究發現，由於有部分紫外光會於透明保護罩中進行全反射，因此儘管嘗試過不同封裝結構來避免粘膠直接暴露於紫外光，依然無法完全解決粘膠因紫外光照射而老化的問題產生。而本實用新型提供的封裝結構，由於附著層4與透明保護罩5之間具有光反射層6，因此能有效將紫外光反射，能幾乎完整避免紫外光照射到膠體，在保有高透光率的前提下，達到更佳的封裝效果，提高對UV LED的保護與使用壽命。

因此，本實用新型提供的紫外光發光二極體的封裝結構，至少包含具有電極的基材，其中電極外露於基材表面，以提供電性導通的通道；設置於基材上的晶片，並且晶片電連接電極；透明保護罩，覆蓋基材與晶片；附著層，設置於基材與透明保護罩之間；以及光反射層，設置於透明保護罩與附著層之間，其中透明保護罩是通過光反射層與附著層固定於基材上。

本實用新型提供的封裝結構中，透明保護層的材料可以為任何抗UV的透明材質，例如玻璃材料、其他石英材料、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈹、氧化釔、氧化釔-二氧化鋯等多種氧化物系列透明陶瓷，或是非氧化物透明陶瓷材料，如砷化鎵(GaAs)、硫化鋅(ZnS)、硒化鋅(ZnSe)、氟化鎂(MgF2)、氟化鈣(CaF2)等。而光反射層材料可以為金屬，如鋁、金、銅等純金屬或上述金屬的組合或合金。另外，附著層除了上述實施例使用的高分子樹脂外，還可以選用金屬，在此情況下附著層與光反射層之間可以用金屬共晶結合的方式來進行固定，直接避免膠體的使用，以防止任何材質劣化的情況發生。

上述實施例提供的封裝結構10如圖1A與圖1B所示，套用不具有凹杯結構且使用正裝打線晶片的LED，並且基材的電極固定於承載板上，利用電極穿通承載板的方式電性導通承載板兩側面，但於本實用新型其他實施例中，先形成電極片於承載板正反面，並於晶片切割後在承載板兩側形成導電層，以提供承載板兩側面電性導通的通道。另外，為能調整出光角度，如圖2所示的本實用新型另一實施例的封裝結構11，此實施例使用類似圖1A-圖1B所示實施例的結構(為方便說明，相同元件使用相同標號)，但上表面S1為弧形，其他實施例也可依所需進行適當調整。另外，圖2所示的封裝結構11相較於圖1A所示的封裝結構10，電極12覆蓋較小部分的承載板11，並 且附著層4設置於基材1上同時接觸電極12與承載板11。於其他實施例中依據電極12覆蓋範圍的不同，附著層4於基材1上的接觸位置也依需求有不同做調整，例如可以是直接接觸於單獨承載板11上、單獨電極12上，或同時接觸於承載板11與電極12上。

雖然上述以不具有凹杯結構且使用正裝打線晶片的LED做說明，但本實用新型提供的概念與結構並不以此為限。以下提供具有凹杯結構且使用正裝打線晶片LED結構的實施例，以更詳細說明本實用新型。

如圖3A與圖3B所示為依據本實用新型的一實施例的紫外光發光二極體的封裝結構20，其中圖3A為封裝結構20的剖面結構示意圖，圖3B為俯視結構示意圖，並且為簡化說明，相同功能的元件使用相同標號做示意。如圖3A與圖3B所示，基材1包含承載板11、電極12與凹杯結構13，其中電極12固定於承載板11上並且穿通承載板11，以提供承載板11兩側面電性導通的通路，而凹杯結構13設置於承載板11的一側，並且此實施例中封裝結構20的凹杯結構13固定於電極12上且與承載板11分離，並且如圖3B所示，凹杯結構13內側形成圓形空間，並且覆蓋其他部分的基材1，但本實用新型並不以此為限，凹杯結構13與基材1的接觸位置與範圍、凹杯結構13形成的空間形狀、凹杯結構13覆蓋的部分皆可依需求做調整。之後將紫外光發光二極體的晶片2固定於基材1上，使凹杯結構13環繞晶片2，並且晶片2的一電極利用金屬導線3與未被凹杯結構13覆蓋的部分電極12電連接，晶片2的另一電極則與未被凹杯結構13覆蓋的另一部分電極12直接接觸以電連接。之後形成附著層4於凹杯結構13的上表面S131，以環繞晶片2與金屬導線3。之後將金屬材質的光反射層6沉積於透明保護罩5對應於附著層4的部分下表面S2上，此實施例中透明保護罩上表面S1與下表面S2皆為平面。光反射層6對應並覆蓋至少部分附著層4，其中光反射層6與附著層4的覆蓋範圍可依需求調整，本實施例中，光反射層6與附著層4覆蓋整個凹杯結構13上表面S131，如圖3B所示。封裝結構20中的凹杯結構13的材料可以為陶瓷，並且可以選擇性在凹杯結構13靠近晶片2的內側表面S132上形成金屬層或是光反射層，以達到提高出光的效果與強度。又於其他實施例中，形成金屬層覆蓋凹杯結構13的內側表面S132與上表面S131，內側表面S132上的部分金屬層可以提高出光效果，而上表面S131上的部分金屬層可以做為附著層4，已與光反射層6進行金屬共晶結合。

在本實用新型其他實施例中，為能調整出光角度，上表面S1可以設計為弧形，或依所需進行適當調整。另外，圖3A與圖3B所示的封裝結構20的電極12覆蓋大部分的承載板11，並且基材的電極固定於承載板上，利用電極穿通承載板的方式電性導通承載板兩側面，但於本實用新型其他實施例中，先形成電極片於承載板正反面，並於晶片切割後在承載板兩側形成導電層，以提供承載板兩側面電性導通的通道。而本實施例中的附著層4直接設置並接觸電極12上，但於本案其他實施例中，電極12的覆蓋範圍可以做調整，例如可以是直接接觸於單獨承載板11上、單獨電極12上，或同時接觸於承載板11與電極12上。

如圖4A與圖4B所示為依據本實用新型的一實施例的紫外光發光二極體的封裝結構30，其中圖4A為封裝結構30的剖面結構示意圖，圖4B為俯視結構示意圖，並且為簡化說明，相同功能的元件使用相同標號做示意。如圖4A與圖4B所示的封裝結構30，基材1包含承載板11、電極12與凹杯結構13，其中電極12固定於承載板11上並且穿通承載板11，以提供承載板11兩側面電性導通的通路，而凹杯結構13為環形，設置於承載板11的一側。此實施例中的凹杯結構13固定於電極12上且與承載板11分離，並且如圖4B所示，凹杯結構13為圓環形，但本實用新型並不以此為限。之後將紫外光發光二極體的晶片2固定於基材1上，使凹杯結構13環繞晶片2，並且晶片2的一電極利用金屬導線3與未被凹杯結構13覆蓋的部分電極12電連接，晶片2的另一電極則與未被凹杯結構13覆蓋的另一部分電極12直接接觸以電連接。之後形成附著層4於未被凹杯結構13覆蓋且遠離晶片2的凹杯結構13外側的部分基材1上，以環繞晶片2與金屬導線3。透明保護罩5可以用模型或是蝕刻或機械研磨加工等方式形成所需的形狀後，於對應於附著層4的位置上形成光反射層6，並且將固定有光反射層6的透明保護罩5覆蓋於基材1與晶片2上。本實施例中透明保護罩5上形成有多個凹槽C2，分別對應於基材1上的多個晶片2以及多個環繞晶片2的凹杯結構13(圖4A與圖4B為簡化說明，僅繪示出一個晶片2、對應的凹杯結構13以及該凹杯結構13以外的部分基材1)。透明保護罩5覆蓋基材1與晶片2，使晶片2與凹杯結構13置於凹槽C2中，較佳情況是，位於凹槽C2內的部分透明保護罩5下表面S2與凹杯結構13接觸、卡合，以提供較穩固的保護效果。如圖4A的封裝結構30所示，凹杯結構13的上表面S131與外側表面 S133皆與凹槽C2內的部分透明保護罩5下表面S2接觸。於其他實施例中，凹杯結構13內側表面S132可依需要選擇性覆蓋有光反射層或金屬層，以提供較佳的出光效果。

如圖5A與圖5B所示為依據本實用新型的一實施例的紫外光發光二極體的封裝結構40，其中圖5A為封裝結構40的剖面結構示意圖，圖5B為俯視結構示意圖，並且為簡化說明，相同功能的元件使用相同標號做示意。如圖5A與圖5B所示的封裝結構30，基材1包含承載板11、電極12與凹杯結構13，其中電極12固定於承載板11上並且穿通承載板11，以提供承載板11兩側面電性導通的通路，而凹杯結構13設置於承載板11的一側。此實施例中的凹杯結構13固定於電極12上且與承載板11分離，並且如圖5B所示，凹杯結構13內側形成圓形空間，並且覆蓋其他部分的基材1，以提供晶片2保護，但本實用新型並不以此為限。之後將晶片2固定於基材1上，使凹杯結構13環繞晶片2，並且晶片2的一電極利用金屬導線3與未被凹杯結構13覆蓋的部分電極12電連接，晶片2的另一電極則與未被凹杯結構13覆蓋的另一部分電極12直接接觸以電連接。凹杯結構13遠離基材1、靠近透明保護罩5的一側形成有一凹陷部13a，透明保護罩5靠近凹杯結構13的一側、對應於凹陷部13a的位置形成有一凸出部5a。附著層4形成於凹杯結構13的凹陷部13a，並且光反射層6形成於透明保護罩5的凸出部5a。更具體而言，此實施例中附著層4僅位於凹陷部13a的一底面S13a上，而光反射層6僅位於凸出部5a的一頂面S5a上，當透明保護罩5與凹杯結構13嵌合後，結構本身具有遮蔽效果使附著層4不會直接暴露於紫外光，而光反射層6可以覆蓋附著層4，防止於透明保護罩5進行全反射的部分紫外光照射附著層4，達到雙重遮蔽效果，並提供晶片2長期且穩固的保護。封裝結構40的凸出部5a與凹陷部13a均為環形，如圖5B所示的實施例為圓環形，但本實用新型並不以此為限。於其他實施例中，凹杯結構13內側表面S132可依需要選擇性覆蓋有光反射層或金屬層，以提供較佳的出光效果。

封裝結構30與40提供的結構，由於具有至少部分凹杯結構13位於晶片2與附著層4之間，因此已經降低附著層4直接暴露於紫外光的機會，而光反射層6還能同時阻擋在透明保護罩5中全反射的部分紫外光照射於附著層4，達到雙重保護的功效。封裝結構30與40的電極12覆蓋大部分的承載板11，並且附著層4直接設置並接觸電極12上，但於其他實施例中，附著 層4於基材1上的接觸位置也依需求有不同做調整，例如可以是直接接觸於單獨承載板11上、單獨電極12上，或同時接觸於承載板11與電極12上。另外，附著層4、透明保護罩5、光反射層6等的材料選擇如同前所述，在此不再贅述。另外透明保護罩5上表面S1的形狀、電極12的覆蓋範圍等，均可依需要做調整，因此不再贅述。

如同前所述的實用新型概念的目的，本實用新型同時提供另一種實施方式如下說明。前述實用新型實施例使用額外形成的附著層4，以固定透明保護罩5於基材1上，下述說明中提供的另一種實施方式，實用新型概念與目的與前述相同，不同的是下述實施方式不使用附著層4，而是直接使用基材1上的部分電極12，利用金屬共晶的方式與光反射層6進行結合，完成封裝。

由於電極12依不同實施例有不同分布，即使透明保護罩5的固定方式選用金屬共晶來進行，為確保封裝結構的牢靠度，會選用額外形成金屬材質的附著層4的方式進行，如同前述的說明。但在電極12覆蓋大部分承載板11的實施例中，如同圖6所示，可以選擇利用金屬材質的光反射層6與電極12來進行金屬共晶結合，以固定透明保護罩5於基材1上，減少附著層4的形成步驟與材料成本，並且由於直接避免膠體的使用，因此可以有效防止材質劣化的情況發生。圖6所示的實施例，封裝結構50除了不具有附著層4外，其餘結構與圖1A與圖1B所示的封裝結構10相同，因此不再贅述，並且附圖延用相同標號僅做示意之用，本實用新型並不以此為限。只要電極12的覆蓋範圍能提供可靠的固定效果(如本案的較佳實施例中，光反射層6與電極12共晶結合，並且與承載板11分離)，直接使用電極12進行金屬共晶結合的實施方式可以套用於任一種封裝結構，如平面的上表面S1、弧形的上表面S1等。

除上述實施例外，本實用新型的結構也可以套用於倒裝封裝，晶片2可包含電極，直接與基材1的電極12接觸以導通。其餘部分的結構類似前說明的實施例，因此不再贅述。

本實用新型提供上述實施例僅用以說明，並非限制本實用新型。本實用新型提供的封裝方法可以適用於市場上所有常見波長的LED晶片封裝，尤其對于波段450nm以下的UV LED晶片的封裝，能解決現有製作工藝產品容易產生劣化的問題，達到更佳的且更長期的保護，進而延長UV LED的使用壽命。