多晶封裝單元及其制造方法

專利名稱：多晶封裝單元及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種多晶封裝單元及其制造方法。
背景技術：
傳統表面黏著裝置發光二極管構造，如圖l、圖2所示，得知它是一種具高散熱性的 表面黏著裝置發光二極管(7)，包含一具高散熱性之基板(8)及設于該基板(8)上，封裝用 的膠體(73)，其特征在于該基板(8)包含 一金屬板材(80)，該基板(8)用以承載該膠體 (73)之支持物，并具有復數個貫穿孔(82); —絕緣層(81)，在該金屬板材(80)表面及該 貫穿孔(82)內壁包覆一層絕緣物質，該絕緣層(81)之厚度小于該金屬板材(80)之厚度； 及一電路層(74)，設于該絕緣層(81)之表面及該貫穿孔(82)內。
上述的構造，是為改良傳統表面黏著裝置發光二極管(SMDLED)封裝，其玻璃纖維印 刷電路板的構造，利用金屬板材擁有的高散熱率特性，以提高表面黏著裝置發光二極管 晶粒(70)的發光效率、亮度以及壽命。
前述表面黏著裝置發光二極管存在著下列問題點
1. 金屬板材(80)，需要鉆孔，且孔內壁還要包覆一層絕緣物質與電路層(74)，在生 產過程中，所需要的工序較為繁多，使制造成本增加，對整體經濟效益不大。
有鑒于此，如何使工序簡化，降低制造成本，提升經濟效益，便成為本發明的目的 之一。
2. 該基板(8)只能供一個晶粒(70)設置，亮度有限，當需要高量度時，要安裝多個單 元，需要的空間也很大，電路布置復雜，更有散熱不佳的問題會發生。
有鑒于此，如何使晶粒的設置增加、空間需求降低、提高散熱效果，便成為本發明 的目的之二。
3. 因為要做為照明光源使用，但產生的熱量依然很高，所以它須通過要安裝散熱裝 置，如散熱鰭片、水冷裝置等系統，才能安心使用，因此在燈具制造及材料方面耗費的 成本較多，成本亦較高。
有鑒于此，如何使燈具制造及材料的成本降低，便成為本發明的目的之三。
4. 雖然是安裝于金屬板材(80)上，但因只有單獨一個晶粒(70)，發光效率依然無多 大改善，而亮度及壽命，因長期處于高溫環境的影響下，會有變差與縮短的問題。有鑒于此，如何使發光效率、亮度以及壽命有顯著性的提高，便成為本發明的目的 之四。

發明內容
本發明的目的在于提供一種制造簡化、散熱良好、亮度高的多晶封裝單元與制造方法。
本發明是采用以下技術手段實現的 一種多晶封裝單元，包括-
一具高散熱性且由金屬制成并呈薄平板狀的基板l，該基板l具有一設于基板l表面的
絕緣層IO、 一設于絕緣層10頂側能供電源線連接的電路層2、及一設于電路層2頂側能供
遮蓋電路用且具絕緣性的保護層3;
至少一設于該保護層3表面且小于基板1并呈中空狀的固定框4;
復數個設于該固定框4內并與電路層2電性連接的LED晶粒6;以及 一設于該固定框4內且將LED晶粒6覆蓋并能透光的封裝膠體5。 根據上述的多晶封裝單元，所述電路層2是由一N型導電電路20、及P型導電電路21 所組成。
根據上述的多晶封裝單元，所述LED晶粒6設有一能供LED晶粒6定位用的銀膠60;及 一能供LED晶粒6與電路層2電性連接的金屬導線61。
前述的封裝膠體5是由一膠體50;及一能吸收短波長光，放出長波長光的熒光粉51 以特定比例混合而成；而所述膠體50為AB膠、熒光粉51的材質為下列之一YAG熒光粉、 RGB熒光粉、RG熒光粉。
前述的固定框4的形狀為下列之一圓形、方形、多角形。
前述的基板l的材質為下列之一鋁、銅、鎂合金。
前述的電路層2的材質為下列之一銅、金、銀。
前述的絕緣層10的材質為下列之一金屬化合物、金屬氧化物、金屬氮化物、陶瓷 材料、高分子材料。
前述的固定框4的材質為下列之一金屬材料、陶瓷材料、高分子材料。
前述的封裝膠體5的厚度為下列之一等于該固定框4的厚度、大于該固定框4的厚度、 小于該固定框4的厚度。
多晶封裝單元制造方法，其包括下列制造步驟
第一步驟將絕緣層IO、電路層2、保護層3依序設置于基板1上，是為基板前置處理A;
第二步驟將數個LED晶粒6，用表面黏著的方式，以銀膠60設置于基板1上，是為固
晶B;
第三步驟進行加溫，使LED晶粒6穩固，是為短烤C;
第四步驟以金屬導線61與電路層2連接，使LED晶粒6能將電子訊號外傳，是為焊線
D;
第五步驟將一能包圍所有LED晶粒6的固定框4設置于基板1上，是為安裝固定框E; 第六步驟以封裝膠體5，填入固定框4內，將LED晶粒6與線路覆蓋，是為封膠F; 第七步驟進行加溫，使封裝膠體5，完全干涸、包覆，以穩固結構，是為長烤G。
根據上述的多晶封裝單元制造方法，所述電路層2是通過下列之一方法所形成化學
鍍膜法、物理鍍膜法、貼附法。
根據上述的多晶封裝單元制造方法，所述絕緣層10是通過下列之一方法所產生熱
氧化法、氣相沈積、陽極處理。
根據上述的多晶封裝單元制造方法，所述固定框4是通過黏貼的方式設置于基板1上。
本發明與現有技術相比，具有以下明顯的優勢和有益效果
1. 使用多個LED晶粒6與基板1結合，并非傳統一基板、一LED晶粒的結合方式，并且 通過加設一固定框4與一封裝膠體5，使兩者進一步穩固結合，直接制作成高亮度的多晶 封裝單元，以此方式，與一般LED制程相比，能減少生產過程中的工序，簡化制程，大幅 降低生產成本，提高整體經濟效益。
2. 本發明的亮度高低，能依廠商的需要，增加或減少LED晶粒(6)數量，且因散熱性 良好，燈具不需要加設額外的散熱裝置，并因多個LED晶粒(6)只使用一個基板(1)，所以 整體的金屬材料使用能大幅減少，成本能降低。
3. 因本發明將多個LED晶粒6，結合在一基板l上，發光效率好，如果是100個，當其 中有一個故障時，其它99個依然會亮，對整體的影響不大，而當需要更換本發明時，十 分方便，與一般的SMD LED大不相同。
4. 本發明的亮度及壽命，因散熱好，不會有變差與縮短的問題，有顯著性的提高， 且整體的厚度在2mm左右，在與一般同亮度的照明用LED相比較之下，厚度超薄，所占空 間小，而且無疊影的問題，在薄型化的現代，除能降低成本外，還能符合時代潮流。


圖1為現有產品表面黏著裝置發光二極管的立體示意圖； 圖2為圖1的A-A剖面示意圖；圖3為本發明的立體示意圖4為圖3的B-B剖面示意圖5 圖7為本發明的制造流程示意圖8為本發明的制造流程方塊圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的具體實施例加以說明
如圖3所示為本發明的立體示意圖，如圖4所示為圖3的B-B剖面示意圖。 圖中揭示出， 一種多晶封裝單元，包括 一具高散熱性，由金屬制成，呈薄平板狀 的基板l，該基板1設有一設于基板1表面的絕緣層10、 一設于絕緣層10頂側，能供電源線
連接的電路層2;及一設于電路層2頂側，能供遮蓋電路用，具絕緣性的保護層3;至少一
設于該保護層3表面，小于基板l，呈中空狀的固定框4;數個設于該固定框4內，與電路 層2電性連接的LED晶粒6;以及一設于該固定框4內，且將LED晶粒6覆蓋，能透光的封裝 膠體5。
其中，將多個LED晶粒6與基板1結合，并通過加設一中央鏤空的固定框4與一封裝膠 體5，使兩者進一步穩固結合，形成一高亮度的多晶封裝單元，藉此方式， 一次性的達到 需要的亮度，使用為高熱傳導材的基板l，取代低熱膨脹系數陶瓷芯片基板，讓封裝內部 的溫差變小，使熱流不會呈局部性集中，以讓LED芯片整體產生的熱流，呈放射狀流至封 裝內部各角落，所以利用以高熱傳導材料的基板l，可提高內部的熱擴散性。
并且能減少生產過程中加裝散熱器的工序，制造簡化，降低生產成本，以提高整體 經濟效益，更因本發明是將多個LED晶粒6，依積少成多的原理，結合在一基板l上，故能 獲得與HighPower LED比美的亮度，且發光效率、光源角度，比一般LED好且大，亮度更 平均，也無一般多LED燈有疊影的問題。
其次，如果是設置固定框4內，設置100個LED晶粒6，當其中有一個故障時，其它99 個LED晶粒6依然會亮，對整體光源的影響，小到可以忽略，與一般多LED燈不同，而當需 要更換本發明時，十分方便，與一般的SMD LED更換麻煩的狀況，更是大不相同。
再者，本發明的亮度高低，能依廠商的需要，增加或減少LED晶粒6數量，且因一體 化的設置，使散熱性良好，如使用于崁頂燈上，燈具不需要加設額外的散熱裝置，只要 使用燈罩即可散熱，并因多個LED晶粒6只使用一個基板1，所占空間又小，所以整體的金 屬材料使用能大幅減少，成本能降低。
又再者，其由金屬制成，呈薄平板狀的基板l，能在四周增設定位孔ll，以方便螺設 安裝與其它裝置上，使基板l能直接將熱量導出，相較一般的SMD LED，本發明的散熱及安裝維護性更佳。
另外，本發明的亮度及壽命，在與一般同亮度的照明用LED相比較之下，因基板l面 積較大，散熱更好，故不會有LED晶粒6亮度變差，與壽命縮短的問題，有顯著性的提高， 且整體的厚度在2mm左右，厚度超薄，所占空間小，在薄型化的現代，除能降低成本外， 還能符合時代潮流。
上述電路層2是由一N型導電電路20、及P型導電電路21所組成。簡潔的設置，使LED 晶粒6在安裝時，能正確的安裝，以避免極性安裝錯誤，使裝置無法運作，增加廢品，浪 費資源。
上述LED晶粒6設有一能供LED晶粒6定位用的銀膠60;及一能供LED晶粒6與電路層2 電性連接的金屬導線61。其為一般所知悉的傳統技術，因此于后即不予詳述。
上述封裝膠體5是由一膠體50;及一能吸收短波長光，放出長波長光的熒光粉51以特 定比例混合而成；而所述膠體50為AB膠、熒光粉51的材質為下列之一YAG熒光粉、RGB 熒光粉、RG熒光粉。當使用不同的LED晶粒6時，應對其變化，就要進行變更膠體50與熒 光粉51，以完整的保護LED晶粒6，且發出正確的光，讓其能發揮出最大且正確的功效。
上述述固定框4的形狀為下列之一圓形、方形、多角形。其相較于一般的LED，燈 光能更為多變，適用范圍更多、更廣。
上述基板l的材質為下列之一鋁、銅、鎂合金。選用散熱快、價格低、加工方便的 金屬做為基板l用，能減少成本，以大量生產。
上述電路層2的材質為下列之一銅、金、銀。選用導電性佳，價格低，又不影響導
熱的材質，做為電路用，以提高整體的運作效率，并減少故障率。
上述絕緣層10的材質為下列之一金屬化合物、金屬氧化物、金屬氮化物、高分子
材料。選用無導電性，價格低，又不影響導熱的材質，進行實施，以提高散熱效率，并 減少漏電的可能性。
上述固定框4的材質為下列之一金屬材料、陶瓷材料、高分子材料。選用價格低、 強度適合、耐久性佳的材質，進行實施，以提高保護芯片的效果。
通過上述得知，本發明依據廠商的需要，為求擁有最符合規格的性能，能通過改變 其上述各部分的材質，以迎合消費者的需求。
上述封裝膠體5的厚度為下列之一等于該固定框4的厚度、大于該固定框4的厚度、 小于該固定框4的厚度。通過簡單的改變封裝膠體5的厚度，讓本發明的照明特征有所改
變，能進一步增加適用的范圍。
本發明在制法方面，如圖5 7所示為本發明的制造流程示意圖，圖8所示為本發明的 制造流程方塊圖。圖中揭示出， 一種多晶封裝單元制造方法，其包括下列步驟
第一步驟將絕緣層IO、電路層2、保護層3依序設置于基板1上，是為基板前置處理 A (如圖5 6)。其目的是將一設計的回路設置于基板l上，以設置LED晶粒6。
第二步驟將數個LED晶粒6，用表面黏著的方式，以銀膠60設置于基板1上，是為固 晶B (如圖6)。其目的是將一顆顆分離的LED晶粒6，放置在基板1上的電路層2線路焊點上， 并用銀膠60 (EPOXY)黏著固定，而數個LED晶粒6，可排列成各種排列的方式。
首先，要在黏著LED晶粒6的位置上，點上銀膠60，此時稱為點膠，然后移至下一位 置，將LED晶粒6放置于其上；而由經過切割的晶圓，所形成的LED晶粒6，則由取放臂一 顆一顆放置在已點膠的晶粒座上。
第三步驟進行加溫，使LED晶粒6穩固，是為短烤C;其目的在于使LED晶粒6與基板 l上，所黏著的銀膠60，硬化，以確保晶粒穩固，及進行后續步驟時LED晶粒6不會滑動。
第四步驟以金屬導線61與電路層2連接，使LED晶粒6能將電子訊號外傳，是為焊線 D(如圖6)。其是將LED晶粒6上的接點，以極細(18 50um)、金所制成的金屬導線61，連 接到基板1上電路層2所劃分出的N型導電電路20與P型導電電路21，將LED晶粒6的電路訊 號直接傳輸到基板l，再至外界。當導線架從彈匣內傳送至定位后，應用電子影像處理技 術，來確定LED晶粒6上各個接點，以及每一接點所相對應接點的位置，然后做焊線的動 作。
焊線時，以LED晶粒6上的接點為第一焊點，板上的接點則稱為第二焊點。 首先，將金屬導線61之一端，燒結成小球，而后將小球壓焊在第一點上(此稱為第一 焊/FIRST BOND)。
接著依設計好的路徑拉金屬導線61,最后將金屬導線61壓焊在第二焊點上(此稱為第 二焊/SECOND BOND)，同時并拉斷第二焊點與鋼嘴間的金屬導線61，而完成一條金屬導線 61的焊線動作，接著便又結成小球，開始下一條金屬導線61之焊線動作。
第五步驟將一能包圍所有LED晶粒6的固定框4設置于基板1上，是為安裝固定框E (如圖7)。其目的有以下幾點防止封膠時，封裝膠體5外流；使范圍內的封裝膠體5平整不變形。
安裝固定框E的過程比較簡單，首先將能夠涵蓋所有LED晶粒6、金屬導線61及線路范 圍在內的固定框4，上一層透明且黏性極佳的膠，并將固定框4之中心點，對正于所有范 圍的中心位置而固定。
第六步驟以封裝膠體5，填入固定框4內，將LED晶粒6與線路覆蓋，是為封膠F(如 圖7)。其目的有以下幾點[l]防止濕氣等由外部侵入； [2]以機械方式支持導線； [3]有效的將內部產生的熱排出于外部； [4]提供能夠手持的形體。
封膠(F)的過程比較單純，首先將完成上述各步驟的基板l，放置于框架上，并先行 預熱，再將框架置于壓模機(MOLD PRESS)上的封裝模。
先以高透光之透明的膠體50 (SILCON)預熱，并覆蓋至晶體頂端待干涸后應用電子影 像處理技術，來確定LED晶粒6、金屬導線61是否固定于正確位置，且接觸正常。
而后將高透明膠體50與熒光粉51，作一比例的調配(依色溫需求作比例分配)，并將 此一混合的封裝膠體5化合物預熱，亦準備好投入封裝模上的樹脂進料口。
啟動機器后，壓模機壓下，封閉上下模，再將半溶化后之封裝膠體5擠入模中，待封 裝膠體5填充至固定框4頂端之水平面后，開模取出成品。
第七步驟進行加溫，使封裝膠體5，完全干涸、包覆，以穩固結構，是為長烤G。 其可以確保封裝膠體5內部完全干涸、包覆，以免結構不穩，造成金屬導線61松脫，增加 不良率的發生。
其中，金屬制的基板l，經過前置處理之后，配合其上的多個LED晶粒6，依然保有良 好的散熱性，能快速的將熱量帶出，與一般的SDMLED不同，能提供使用者一種照明范圍 大、高亮度、高散熱的多晶封裝單元。
其次，將所需要的LED晶粒6，先行組合于基板l上，如此便不需要進行多次的分割 (singluration)、測試(testing)、及分類(sorting)等流程，能加速生產過程，而在整 體工序方面，相對來講比傳統SMD LED加工的工序為少。
再者，上述步驟中，所提及的部分技術，為一般所知悉的傳統技術，因此于后即不 予詳述。
上述電路層2是通過下列之一方法所形成化學鍍膜法、物理鍍膜法、貼附法。依絕 緣層10的不同、使用者的需要，使用相應對的方法，以符合需要及降低成本。
上述絕緣層10是通過下列之一方法所產生熱氧化法、氣相沈積、陽極處理。依基 板1的不同、絕緣層10的材質、使用者的需要，使用相應對的方法，以符合需要及降低成 本。
上述固定框4是通過黏貼的方式設置于基板1上。是為最方便的方式，能將固定框4 定位，避免在填充封裝膠體5時，固定框4位移，造成不良率上升。
其組裝及結合方式如圖5 7所示，先將基板l，拿去做前置處理，依序將絕緣層IO、 電路層2、保護層3設置于基板1上，再將數個LED晶粒6，用表面黏著的方式，以銀膠60設置于基板l上，進行加溫，使各LED晶粒6定位，并固定框4設置于基板1上，隨后拉金屬 導線61，使LED晶粒6與電路層2電性連接，緊接著，將LED晶粒6包圍在內，之后在固定框 4內，加入以特定比例混合而成的膠體50與熒光粉51，最后，以一定的溫度及時間，進行 加溫，使封裝膠體5硬化，再經過后續的包裝，便完成本發明。經過上述的步驟，能得知 本發明較一般傳統LED，不浪費材料，節省成本，能提高經濟效益。
最后應說明的是以上實施例僅用以說明本發明而非限制本發明所描述的技術方案； 因此，盡管本說明書參照上述的各個實施例對本發明已進行了詳細的說明，但是，本領 域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本發明進行修改或等同替換；而一切不脫離發 明的精神和范圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種多晶封裝單元，其特征在于包括一具高散熱性且由金屬制成并呈薄平板狀的基板(1)，該基板(1)具有一設于基板(1)表面的絕緣層(10)、一設于絕緣層(10)頂側能供電源線連接的電路層(2)、及一設于電路層(2)頂側能供遮蓋電路用且具絕緣性的保護層(3)；至少一設于該保護層(3)表面且小于基板(1)并呈中空狀的固定框(4)；復數個設于該固定框(4)內并與電路層(2)電性連接的LED晶粒(6)；以及一設于該固定框(4)內且將LED晶粒(6)覆蓋并能透光的封裝膠體(5)。
2. 如權利要求1所述的多晶封裝單元，其特征在于所述電路層(2)是由一N型 導電電路(20)、及P型導電電路(21)所組成。
3. 如權利要求l所述的多晶封裝單元，其特征在于所述LED晶粒(6)設有一能 供LED晶粒(6)定位用的銀膠(60);及一能供LED晶粒(6)與電路層(2)電性連接的金 屬導線(61)。
4. 如權利要求1所述的多晶封裝單元，其特征在于所述封裝膠體(5)是由一膠 體(50)、及一能吸收短波長光且放出長波長光的熒光粉(51)以比例混合而成；而所述 膠體(50)為AB膠，所述熒光粉(51)材質為下列其一YAG熒光粉、RGB熒光粉、RG 熒光粉。
5. 如權利要求l所述的多晶封裝單元，其特征在于所述固定框(4)的形狀為下 列其一圓形、方形、多角形。
6. 如權利要求1所述的多晶封裝單元，其特征在于所述基板(l)的材質為下列 其一鋁、銅、鎂合金。
7. 如權利要求l所述的多晶封裝單元，其特征在于所述電路層(2)的材質為下 列其一銅、金、銀。
8.如權利要求1所述的多晶封裝單元，其特征在于所述絕緣層(10)的材質為下 列其一金屬化合物、金屬氧化物、金屬氮化物、高分子材料。
9. 如權利要求l所述的多晶封裝單元，其特征在于所述固定框(4)的材質為下 列其一金屬材料、陶瓷材料、高分子材料。
10. 如權利要求I所述的多晶封裝單元，其特征在于所述封裝膠體(5)的厚度為 下列其一等于固定框(4)的厚度、大于固定框(4)的厚度、小于固定框(4)的厚度。
11. 一種多晶封裝單元制造方法，其包括下列步驟第一步驟將絕緣層(IO)、電路層(2)、保護層(3)依序設置于基板(1)上，為基 板前置處理(A);第二步驟將數個LED晶粒(6)用表面黏著方式，以銀膠(60)設置于基板(1)上， 是為固晶(B);第三步驟進行加溫，使LED晶粒(6)穩固，是為短烤(C);第四步驟以金屬導線(61)與電路層(2)連接，使LED晶粒(6)能將電子訊號外傳，是為焊線(D);第五步驟將一能包圍所有LED晶粒(6)的固定框(4)設置于基板(1)上，是為安裝固定框(E);第六步驟以封裝膠體(5)，填入固定框(4)內，將LED晶粒(6)與線路覆蓋，是為封膠(F);及第七步驟進行加溫，使封裝膠體(5)完全干涸、包覆，以穩固結構，是為長烤(G)。
12. 如權利要求11所述的多晶封裝單元制造方法，其特征在于所述電路層(2) 是通過下列其一方法所形成化學鍍膜法、物理鍍膜法、貼附法。
13. 如權利要求11所述的多晶封裝單元制造方法，其特征在于所述絕緣層(IO) 是通過下列其一方法所產生熱氧化法、氣相沈積、陽極處理。
14. 如權利要求11所述的多晶封裝單元制造方法，其特征在于所述固定框(4) 是通過黏貼方式設置于基板(l)上。
全文摘要
本發明公開了一種多晶封裝單元，包括一具高散熱性且由金屬制成并呈薄平板狀的基板(1)，該基板(1)具有一設于基板(1)表面的絕緣層(10)、一設于絕緣層(10)頂側能供電源線連接的電路層(2)、及一設于電路層(2)頂側能供遮蓋電路用且具絕緣性的保護層(3)；至少一設于該保護層(3)表面且小于基板(1)并呈中空狀的固定框(4)；復數個設于該固定框(4)內并與電路層(2)電性連接的LED晶粒(6)；以及一設于該固定框(4)內且將LED晶粒(6)覆蓋并能透光的封裝膠體(5)。該多晶封裝單元制造具有簡化、散熱良好、亮度高的特點。
文檔編號H01L25/00GK101552262SQ200810089419
公開日2009年10月7日 申請日期2008年3月31日 優先權日2008年3月31日
發明者沈昌鈞, 黃一峰 申請人:黃一峰;沈昌鈞