CN1354525A - 发光二极管晶片的封装及其印刷电路板基底的结构 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管晶片的封装,将一发光二极管晶片配置于一印刷电路板基底,再以一胶体将发光二极管晶片固着于印刷电路板基底上。印刷电路板基底的一面具有一平底凹杯,此平底凹杯的底部为一平面,平底凹杯上具有一导体层,平底凹杯的底部下方具有一导体插塞贯穿印刷电路板基底,而印刷电路板基底的另一面则具有一导热层与导体插塞连接。

Description

发光二极管晶片的封装及其 印刷电路板基底的结构

本发明涉及一种发光二极管晶片的封装，且特别是涉及一种将发光二极管晶片配置于具有平底凹杯的印刷电路板基底上的封装方式。

由于发光二极管具有很长的使用寿命以及较低的耗电力，因此发光二极管的应用正趋向普遍化，例如大型显示的电子看板、红绿灯及汽车方向灯等。目前的发光二极管产业朝着高亮度、低光损的目标迈进，以使发光二极管足以取代传统的照明措施。然而，目前要提高发光二极管的亮度、降低其光损失，除了从发光二极管本身结构改进以外，发光二极管的封装方式更是影响其发光亮度、寿命的关键。而目前世界各先进国家均已积极开发光电材料工业，尤其上游高层次晶片的制造技术更是日新月异，但是发光二极管晶片与印刷电路板基底之间的接合技术，尚有待改进。

请参照图1，其绘示为现有发光二极管晶片的封装示意图。现有的封装将发光二极管晶片102配置于平面的印刷电路板基底100上。其中，印刷电路板基底100上具有一电极104a与一金属层104b，发光二极管晶片102上具有一输出端106。将发光二极管晶片102配置于金属层104b上直接进行点胶耦合，再将电极104a与输出端106之间以焊线108耦合。最后，再以胶体110将发光二极管晶片102、电极104a以及金属层104b固着于印刷电路板基底100上，即完成发光二极管晶片102的封装。

图1中的发光二极管晶片封装，将发光二极管晶片配置于平面的印刷电路板基底上。由于平面的印刷电路板基底没有聚光的作用，由发光二极管晶片放射出的光线会直接穿出胶体向四面八方分散射出，光损失较多，因此光源强度较弱。

请参照图2，其绘示为现有将发光二极管晶片配置于具有杯状底座的印刷电路板基底的封装示意图。将发光二极管晶片202配置于具有杯状底座212的印刷电路板基底200上。印刷电路板基底200上具有一电极204，而杯状底座212具有一金属层203，而发光二极管晶片202上具有二输出端206a与206b。其中，电极204与输出端206b之间以焊线208耦合，而金属层203与输出端206a直接点胶耦合。最后再以胶体210将发光二极管晶片202、金属层203以及电极204固着于印刷电路板基底200上，即完成发光二极管晶片202的封装。

图2中的发光二极管晶片封装，将发光二极管晶片202配置于具有杯状底座212的印刷电路板基底200上。虽然杯状底座212的轮廓及其上的金属层203具有聚光、增加亮度的作用，但是杯状底座212的底部为一弧形轮廓，使得发光二极管晶片202底部的输出端206a与金属层203之间以点胶直接耦合时，发光二极管晶片202无法稳定的放置于杯状底座212的底部，而在后续进行焊线的过程中，应力集中于发光二极管晶片202的角落，导致发光二极管晶片202断裂(crack)。此外，在发光二极管晶片202发光一段时间之后，由于电阻效应，发光二极管晶片202会逐渐产生热能，而在发光二极管晶片202底部的输出端206a与金属层203直接耦合处，会因为整个发光二极管晶片202的散热途径不佳而出现剥离(peeling)的现象。

现有将发光二极管晶片配置于平面印刷电路板基底进行封装，由于平面印刷电路板基底不具有聚光的功能，所以会出现发光二极管亮度不够的缺点。

现有将发光二极管晶片配置于具有杯状底座的印刷电路板基底进行封装，在杯状底座底部的金属层会因散热不佳而使元件寿命简短，约为3000小时以内。

现有将发光二极管晶片配置于具有杯状底座的印刷电路板基底进行封装，由于散热不佳，因此在杯状底座的弧形底部点胶的部分常会因热膨胀而剥离。

现有将发光二极管晶片配置于具有杯状底座的印刷电路板基底进行封装，发光二极管晶片放置于杯状底座的底部，而在后续进行焊线的过程中，应力集中于发光二极管晶片的角落，导致发光二极管晶片断裂。

因此，本发明的目的在提出一种发光二极管晶片的封装，以具有平底凹杯的印刷电路板基底取代现有具有杯状底座的印刷电路板基底，由于平底凹杯具有平面底部，因此可以避免发光二极管晶片在后续进行焊线的过程中断裂。

本发明的另一目的为提出一种发光二极管晶片的封装，于平底凹杯底部下方形成一导体插塞，将热导至印刷电路板基底背面的导热层后散出，以改善现有发光二极管晶片与杯状底座之间点胶部分剥离的缺点。

为达本发明的上述目的，提出一种发光二极管晶片的封装，将一发光二极管晶片配置于一印刷电路板基底，再以一胶体将发光二极管晶片固着印刷电路板基底上。其中，印刷电路板基底的一面具有一平底凹杯，此平底凹杯的底部为一平面，且平底凹杯上具有一导体层，平底凹杯的底部下方还具有一导体插塞贯穿印刷电路板基底，印刷电路板基底的另一面则具有一导热层与导体插塞连接。将发光二极管晶片配置于平底凹杯的平面底部上，以胶体将发光二极管晶片固着于平底凹杯上，使发光二极管晶片藉由平底凹杯表面的导体层与底部导体插塞将热导至印刷电路板基底背面的导热层，进而将发光二极管晶片发光时所产生的热能导掉。

为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合所附图作详细说明。附图中：

图1绘示为现有将发光二极管晶片配置于平面印刷电路板基底的封装示意图；

图2绘示为现有将发光二极管晶片配置于具有杯状底座的印刷电路板基底的封装示意图；

图3绘示为依照本发明一优选实施例中具有平底凹杯的印刷电路板基底的结构示意图；以及

图4绘示为依照本发明一优选实施例将发光二极管晶片配置于具有平底凹杯的印刷电路板基底的封装示意图。

附图的标示说明：

100：印刷电路板基底

102：发光二极管晶片

104a：电极

104b：金属层

106：输出端

108：焊线

110：胶体

200：印刷电路板基底

202：发光二极管晶片

203：金属层

204：电极

206a、206b：输出端

208：焊线

210：胶体

300：印刷电路板基底

302：发光二极管晶片

304：平底凹杯

305：平面底部

306：导体层

308：导体插塞

310：导热层

312：输出端

314：电极

316：焊线

308：胶体

优选实施例

首先请参照图3，其绘示为依照本发明一优选实施例中具有平底凹杯的印刷电路板基底的结构示意图。印刷电路板基底300正面具有一平底凹杯304与至少一电极314。其中，印刷电路板基底300正面的平底凹杯304表面具有一导体层306，而印刷电路板基底300的背面具有一导热层310。此外，平底凹杯304底部下方具有一贯穿印刷电路板基底300的导体插塞308，用以连接于导体层306于导热层310之间。

同样请参照图3，印刷电路板基底300上的平底凹杯304的表面具有导体层306，例如为铜金属层，藉由平底凹杯304侧边的圆弧轮廓与其上的导体层306，能够使发光二极管晶片302所放射出的光线在平底凹杯304中经多次反射而射出平底凹杯304外，使射出平底凹杯304的光线具有同一方向性，因此平底凹杯304侧边的弧形轮廓具有聚光的功能。此外，有鉴于现有发光二极管放置于杯状底座的弧形底部上，会在后续焊线过程中导致发光二极管晶片断裂的缺点，本发明将平底凹杯304的底部设计为一平面，如此发光二极管晶片304在后续焊线过程中，便不会有断裂的风险，使元件具有良好的信赖性(reliability)。而本发明中印刷电路板基底300上的平底凹杯304结构例如可由机械式加工制造或是以激光钻孔的方式制造。而透过机械式加工制造或是激光钻孔的方式可制作出不同深度、大小的平底凹杯304，且制作出来的平底凹杯304在尺寸上很一致。本发明可藉由机械式加工制造或是激光钻孔的方式，控制所形成平底凹杯304的深度与大小，以调整平底凹杯304的焦距及光通量强度。

同样请参照图3，在平底凹杯304的平面底部305下方具有一贯穿印刷电路板基底300的导体插塞308，此导体插塞308具有将热导出的功能，导体插塞308形成的方式例如在机械式加工制造或激光钻孔的方式形成平底凹杯304之后，于平底凹杯304底部中央或是适当位置形成一贯穿印刷电路板基底300的贯穿孔(through hole)，再将导体材质填入贯穿孔中形成导体插塞308，而所形成贯穿孔的直径例如为0.05mm至0.4mm之间。由于导体插塞308贯穿印刷电路板基底300，所以导体插塞308除了具有将热导出的功能，更具有与铆钉相同的效果。导体插塞308如铆钉般与平底凹杯304表面的导体层306相连接，使得导体层306不会受热而剥离。此外，在印刷电路板基底300的背面具有一导热层310，导热层310的材质为具有热与电良好传导性质的材质，例如为铜金属，且导热层310于印刷电路板基底300背面具有一用以散热的较大面积，能使发光二极管晶片302所释放出的热能尽快的散去。

印刷电路板基底300正面具有平底凹杯304，平底凹杯304的表面具有导体层306，印刷电路板基底300背面具有导热层310，而导体层306与导热层310之间以贯穿印刷电路板基底300的导体插塞308相连。上述印刷电路板基底的结构具有良好的导电性与导热途径，因此可以提高发光二极管晶片封装后的成品率。

接着请参照图4，其绘示为依照本发明一优选实施例将发光二极管晶片配置于具有平底凹杯的印刷电路板基底的封装示意图。本发明中的发光二极管晶片302封装，将发光二极管晶片302放置于平底凹杯304的平面底部305上，并藉由银胶将发光二极管晶片302与平底凹杯304的平面底部305连接。将发光二极管晶片302配置于平底凹杯304的平面底部305之后，藉由焊线316耦合发光二极管晶片304上的输出端312与印刷电路板基底300上的电极314，耦合的方式例如以打线机，分别以输出端312、电极314为第一焊点、第二焊点，辅以超音波震动的方式将金线压焊于输出端312以及电极314上。最后再进行封胶的步骤，以胶体318将发光二极管晶片302固着于平底凹杯304的平面底部305上。

将发光二极管晶片302放置于平底凹杯304的平面底部305上的封装，使得发光二极管具有较高的亮度，约为现有的3倍以上，而使用寿命可增加至10万小时左右，且由于本发明中的良好散热途径，使得发光二极管的依赖性增进、成本降低约可达30％。

综上所述，本发明发光二极管的封装至少具有下列优点：

1.本发明中的发光二极管所放射出的光线经过平底凹杯反射之后，能够均匀的向所需照射的方向进行，具有高亮度、低光损的优点。

2.本发明中的平底凹杯具有平面底部，可以避免发光二极管晶片在后续进行焊线的过程中，因为应力集中而断裂。

3.本发明中以点胶方式将发光二极管晶片与平底凹杯具有平面底部耦合，可以避免点胶部分受热剥离，增进封装的良率与元件使用的寿命。

4.本发明中利用平底凹杯表面与之导体层与导体插塞，将热导至印刷电路板基底背面的导热层，提供了元件良好的散热途径，故导体层与点胶部分不容易有受热剥离的缺点，同时亦增进了元件的导电性。

5.本发明中印刷电路板基底背面的导热层具有一较大的散热面积，能使发光二极管晶片所释放出的热能尽快的散去。

6.本发明中贯穿印刷电路板基底的导体插塞不但具有导电性、导热性，更具有铆钉的作用，可以强化平底凹杯底部的导体层。

7.本发明中印刷电路板基底上的平底凹杯结构可由机械式加工制造，可制作不同尺寸(深度、大小)的平底凹杯，且平底凹杯的尺寸很固定。

虽然本发明已以一优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当由后附的权利要求所界定。

Claims (14)

1.一种发光二极管晶片的封装，至少包括：

一印刷电路板基底，该印刷电路板基底具有一平底凹杯、一电极、一导热层及一导电插塞，其中该平底凹杯与该电极位于该印刷电路板基底的一面，且平底凹杯的表面具有一导体层，而该导热层位于该印刷电路板基底的另一面，该导体插塞贯穿该印刷电路板基底，且与该导体层、该导热层连接；

一发光二极管晶片配置于该平底凹杯的该平面底部，且该发光二极管晶片具有一输出端与该电极连接；以及

一胶体，该胶体将该发光二极管晶片固着于该平底凹杯上。

2.如权利要求1所述的发光二极管晶片的封装，其中该平底凹杯包括以机械式加工的方式制作。

3.如权利要求1所述的发光二极管晶片的封装，其中该平底凹杯包括以激光钻孔的方式制作。

4.如权利要求1所述的发光二极管晶片的封装，其中该平底凹杯具有一平面底部。

5.如权利要求1所述的发光二极管晶片的封装，其中该导体层的材质包括铜金属。

6.如权利要求1所述的发光二极管晶片的封装，其中该导体插塞的材质包括铜金属。

7.如权利要求1所述的发光二极管晶片的封装，其中该导热层的材质包括铜金属。

8.一种印刷电路板基底结构，适于发光二极管晶片的封装，该印刷电路板基底至少包括：

一平底凹杯，该平底凹杯位于该印刷电路板基底的一面，且该平底凹杯的表面具有一导体层；

一导热层，该导热层位于该印刷电路板基底的另一面；以及

一导体插塞，该导体插塞贯穿该印刷电路板基底，且与该导体层及该导热层连接。

9.如权利要求8所述的印刷电路板基底结构，其中该平底凹杯包括以机械式加工的方式制作。

10.如权利要求8所述的印刷电路板基底结构，其中该平底凹杯包括以激光钻孔的方式制作。

11.如权利要求8所述的印刷电路板基底结构，其中该平底凹杯具有一平面底部。

12.如权利要求8所述的印刷电路板基底结构，其中该导体层的材质包括铜金属。

13.如权利要求8所述的印刷电路板基底结构，其中该导体插塞的材质包括铜金属。

14.如权利要求8所述的印刷电路板基底结构，其中该导热层的材质包括铜金属。

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