TW201828505A - 光電封裝體及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種光電封裝體包括一載件、一發光晶片、一蓋體以及一密封材料。載件具有一承載平面以及一位於承載平面的線路層。發光晶片裝設於承載平面上，並電連接線路層。蓋體連接載件，其中蓋體與載件之間形成一空腔，而發光晶片位於空腔內。密封材料形成在載件上以及蓋體周圍，其中密封材料完全覆蓋蓋體與載件之間的連接處，而密封材料的水蒸氣滲透率（WVTR）小於 1 g/m2/day。
Description
本發明是有關於一種光電元件（optoelectronic component）及其製造方法，且特別是有關於一種光電封裝體及其製造方法。
現今照明燈具已普遍採用發光二極體晶片（Light Emitting Diode Die，LED Die）來作為發光源。然而，水氣與氧氣會對發光二極體晶片產生不良影響，以至於長時間接觸水氣與氧氣的發光二極體晶片容易發生損害，導致發光二極體晶片的壽命縮短。因此，目前的發光二極體晶片都會被密封（encapsulated），以使發光二極體晶片盡可能與外界的水氣及氧氣隔絕，而一些在潮濕環境中使用的照明燈具，例如漁船燈，其裡面的發光二極體晶片更需要良好的密封，以有效防止水氣與氧氣的滲入。
本發明提供一種光電封裝體，其採用滲透率（permeation）偏低的密封材料來使裡面的發光晶片有效地與外界的水氣及氧氣隔絕。
本發明提供一種製造方法，其用來製造上述光電封裝體。
本發明其中一實施例所提供的光電封裝體包括一載件、一發光晶片、一蓋體以及一密封材料。載件具有一承載平面以及一位於承載平面的線路層。發光晶片裝設於承載平面上，並電連接線路層。蓋體連接載件，其中蓋體與載件之間形成一空腔，而發光晶片位於空腔內。密封材料形成在載件上以及蓋體周圍，其中密封材料完全覆蓋蓋體與載件之間的連接處（junction），而密封材料的水蒸氣滲透率小於1 g/m2
/day。
在本發明的一實施例中，上述載件還具有一外側面。外側面與密封材料皆環繞承載平面，而密封材料具有一與外側面切齊的外表面。
在本發明的一實施例中，上述載件包括一擋牆。擋牆凸出於承載平面，並圍繞發光晶片。擋牆連接蓋體，而擋牆、承載平面與蓋體定義出空腔。
在本發明的一實施例中，上述載件還包括一連接擋牆的板體。板體具有承載平面，並與擋牆一體成型。
在本發明的一實施例中，上述蓋體包括一蓋板以及一擋牆。擋牆連接在蓋板與載件之間，並且圍繞發光晶片，其中蓋板、擋牆與承載平面定義出空腔。
在本發明的一實施例中，上述載件還具有一外側面與一鄰接外側面的環形槽。外側面、環形槽與密封材料皆環繞擋牆，而密封材料填滿環形槽，並具有一與外側面切齊的外表面。
在本發明的一實施例中，上述蓋板與擋牆一體成型。
在本發明的一實施例中，上述蓋板是透明的或不透明的。
在本發明其中一實施例所提供的光電封裝體的製造方法中，首先，提供一封裝載件集合（package group），其包括一封裝聯板（package panel）以及多個裝設於封裝聯板上的發光晶片。接著，將多個蓋體連接封裝聯板，其中這些蓋體分別罩蓋這些發光晶片，而多條溝渠（trench）形成於這些蓋體之間。相鄰兩蓋體之間存有這些溝渠其中之一。接著，形成一密封材料於這些蓋體的周圍，其中密封材料填充這些溝渠，並且完全覆蓋各蓋體與封裝聯板之間的連接處。接著，沿著這些溝渠切割（dicing）封裝聯板。
在本發明的一實施例中，上述形成密封材料的方法包括點膠塗佈密封材料於封裝聯板上。接著，固化封裝聯板上的密封材料。
在本發明的一實施例中，上述封裝聯板具有多條預切槽（pre-cut）。這些預切槽分別位於這些溝渠的底部，而密封材料更填滿這些預切槽。
本發明因採用以上低水蒸氣滲透率（小於 1 g/m2
/day）的密封材料，其能使光電封裝體內的發光晶片有效地與外界的水氣及氧氣隔絕，讓本發明的光電封裝體適合製作成能在潮濕環境下長時間使用的照明燈具（例如漁船燈）。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1A是本發明一實施例的光電封裝體的俯視示意圖，而圖1B是圖1A中沿線1B-1B剖面所繪製的剖面示意圖。請參閱圖1A與圖1B，光電封裝體100包括載件110，其可為線路板，例如印刷線路板（Printed Circuit Board，PCB），而載件110的介電層（未標示）可由樹脂片（prepreg）或陶瓷來製成。在圖1B的實施例中，載件110為雙面線路板（double sided circuit board），並具有兩層線路層112a與112b。不過，在其他實施例中，載件110也可為單面線路板（single sided circuit board）或多層線路板（multilayer circuit board），所以載件110所包括的線路層（例如線路層112a與112b）的數量可僅為一層或至少三層。
光電封裝體100還包括裝設（mounted）在載件110上的發光晶片120，其電連接載件110。具體而言，載件110還具有承載平面111，而線路層112a位於承載平面111，其中發光晶片120裝設於承載平面111上，並電連接線路層112a。以圖1B為例，發光晶片120是利用打線接合（wire bonding）而裝設於承載平面111上，並電連接線路層112a。不過，在其他實施例中，發光晶片120也可利用覆晶接合（flip chip）而裝設於承載平面111上。發光晶片120可以是發光二極體晶片（LED Die），其可作為可見光光源。或者，發光晶片120也可作為不可見光光源，例如紅外光光源或紫外光光源。
光電封裝體100還包括蓋體130，其連接載件110，其中蓋體130與載件110之間會形成空腔C1，而發光晶片120位於空腔C1內。詳細而言，蓋體130包括蓋板131以及擋牆132，其中蓋板131連接擋牆132。從圖1B來看，擋牆132是從蓋板131的下側向下延伸而成，且擋牆132的形狀為環形，以使擋牆132與蓋板131定義出一容置槽（未標示）。
蓋體130固定在承載平面111上，並且罩蓋發光晶片120，其中擋牆132連接在蓋板131與載件110之間，並圍繞發光晶片120。如此，載件110會封閉擋牆132與蓋板131所定義的容置槽而形成空腔C1，即蓋板131、擋牆132與承載平面111會定義出空腔C1。此外，蓋板131可具有收斂（converging）或發散（diverging）光束的功能。以圖1B為例，蓋板131具有凸面（convex surface），所以蓋板131能收斂發光晶片120所發出的光束。
在本實施例中，蓋板131與擋牆132可以是一體成型，即蓋板131與擋牆132兩者可由相同材料所製成，且兩者之間不會形成界面（boundary）或連接處。舉例來說，蓋板131與擋牆132可以是由一塊板材經機械加工（machining）或化學蝕刻（chemical etching）後而形成，或是經由同一道射出成型而形成，其中板材可為玻璃，所以蓋板131可以是透明的。
不過，在其他實施例中，由於發光晶片120也可以作為紅外光光源，而且現有技術早已發展出紅外光能穿透的不透明材料，因此可供紅外光穿透的蓋板131也可以是不透明的。此外，蓋板131與擋牆132也可以不是一體成型，即蓋板131與擋牆132兩者之間會形成界面或連接處，且蓋板131與擋牆132兩者可由不同的材料所製成。所以，蓋板131與擋牆132不限定一定要一體成型。
光電封裝體100還包括密封材料140，其可為固化後（cured）的膠材（adhesive），而密封材料140的主要構成材料可為環氧樹脂（epoxy）。密封材料140形成在載件110上以及蓋體130周圍，並完全覆蓋蓋體130與載件110之間的連接處J1，其中密封材料140可接觸蓋體130與載件110。密封材料140的水蒸氣滲透率（water vapor transmission rate，WVTR） 小於 1 g/m2
/day，所以密封材料140能有效地阻擋外界的水氣與氧氣，並且能防止水氣與氧氣從連接處J1滲入至空腔C1內，以使發光晶片120能有效地與水氣及氧氣隔絕。
此外，密封材料140可具有良好的抗腐蝕能力，並能通過ASTM B-117 鹽霧測試300小時的可靠度驗證。可見，密封材料140不僅具有良好的隔絕水氣與氧氣的能力，而且也具有良好的抗腐蝕能力，從而能有效阻擋水氣、氧氣以及腐蝕物質（例如海水蒸氣）的滲入，以使光電封裝體100適合在潮濕環境下長時間使用，即光電封裝體100不僅可製作成路燈與檯燈等一般照明燈具，而且也適合製作成能在潮濕環境下長時間使用的照明燈具，例如漁船燈。
另外，載件110可以還具有外側面112s與環形槽112r。外側面112s、環形槽112r與密封材料140皆環繞承載平面111與擋牆132，而環形槽112r鄰接外側面112s。在圖1B所示的實施例中，外側面112s是從環形槽112r的下緣向下延伸而成。載件110凸出擋牆132的壁面132s，而蓋體130沒有凸出載件110的外側面112s，以使密封材料140得以形成在載件110上，並且環繞擋牆132。此外，密封材料140更填滿環形槽112r，並具有與外側面112s切齊的外表面141s。
圖2A至圖2E是圖1B中的光電封裝體的製造方法的示意圖。請參閱圖2A，在光電封裝體100的製造方法中，首先，提供封裝載件集合（package group）200。封裝載件集合200包括封裝聯板（package panel）210以及多個發光晶片120，而這些發光晶片120皆裝設於封裝聯板210上。
封裝聯板210包括多塊載件110（圖2A未標示），而這些載件110是由切割封裝聯板210而形成。換句話說，封裝聯板210是這些載件110彼此相連而形成的面板（panel）或基板條（strip），因此封裝聯板210也具有多面承載平面111，並包括多層線路層112a與112b。此外，封裝聯板210可具有多條預切槽211c，而這些預切槽211c位於這些發光晶片120的周圍。
請參閱圖2B與圖2C，其中圖2C是圖2B的俯視示意圖，而圖2B是沿圖2C中線2B-2B剖面所繪示的剖面示意圖。接著，將多個蓋體130連接封裝聯板210，其中蓋體130連接封裝聯板210的方法有多種。例如，蓋體130可利用膠黏（adhering）或共晶接合（eutectic bonding）來連接封裝聯板210。這些蓋體130分別罩蓋這些發光晶片120，而在這些蓋體130連接封裝聯板210之後，多條溝渠T1會形成於這些蓋體130之間，其中相鄰兩蓋體130之間會存有一條溝渠T1。這些預切槽211c分別位於這些溝渠T1的底部，而在圖2B與圖2C所示的實施例中，這些溝渠T1與這些預切槽211c排成網格狀，並形成在這些蓋體130的周圍。
請參閱圖2D，接著，形成密封材料140i於這些蓋體130的周圍，即沿著這些溝渠T1形成密封材料140i，其中密封材料140i填充於這些溝渠T1，並填滿這些預切槽211c，因此密封材料140i的形狀也可為網格狀。密封材料140i可為高分子膠材，其主要構成材料例如是環氧樹脂，而形成密封材料140i的方法可包括以下步驟。首先，點膠塗佈密封材料140i於封裝聯板210上。之後，固化封裝聯板210上的密封材料140i，其中密封材料140i可利用紫外光照射或加熱來固化。此外，密封材料140i會完全覆蓋各個蓋體130與封裝聯板210之間的連接處J1。
請參閱圖2D與圖2E，接著，沿著這些溝渠T1切割封裝聯板210。例如，可利用刀具20對準並沿著這些溝渠T1來切割封裝聯板210，以將封裝載件集合200分成多個光電封裝體100。至此，多個光電封裝體100基本上已完成。此外，刀具20是沿著這些溝渠T1切割封裝聯板210，所以刀具20會直接切割密封材料140i，以使密封材料140i成為這些光電封裝體100中的密封材料140，其中密封材料140i的外表面141s與載件110的外側面112s都是經刀具20切割而形成，所以外表面141s與外側面112s切齊。此外，刀具20也會切割這些預切槽211c，以至於這些預切槽211c會成為這些光電封裝體100中的環形槽112r，如圖2E所示。
值得一提的是，在圖1B所示的實施例中，蓋體130包括具有凸面的蓋板131，以收斂發光晶片120所發出的光束，但在其他實施例中，蓋板131也可以不具有任何凸面或凹面（concave surface），如同圖3所示的光電封裝體300。請參閱圖3，圖3實施例所示的光電封裝體300與前述光電封裝體100相似，而兩者唯一的差異僅在於光電封裝體300的蓋體330所包括的蓋板331。具體而言，蓋板331具有彼此相對的平面331a與331b，但不具有任何凸面或凹面。所以，蓋板331基本上並不會收斂或發散發光晶片120所發出的光束。此外，蓋體330的構成材料與形成方法可皆相同於蓋板131，且蓋體330中的蓋板331與擋牆132也可以是一體成型，如同以上圖1A與圖1B的實施例所述。
圖4是本發明另一實施例的光電封裝體的剖面示意圖。請參閱圖4，其所示的光電封裝體400與前述實施例的光電封裝體100相似。例如，光電封裝體400也包括載件410、發光晶片120、蓋體430以及密封材料140，且圖4中的光電封裝體400的俯視示意圖與圖1A相當相似。發光晶片120裝設於載件410的方式也相同於圖1B中發光晶片120裝設於載件110的方式，而且密封材料140也完全覆蓋蓋體430與載件410之間的連接處J2。不過，光電封裝體400與光電封裝體100之間仍存有差異，例如載件410與蓋體430。
蓋體430為一塊平坦的板材，例如玻璃板，而蓋體430的構成材料可與蓋板131相同，所以蓋體430也可以是透明或不透明。當蓋體430為不透明時，蓋體430可由能被紅外光穿透的不透明材料所製成。載件410包括板體411與擋牆412，其中板體411連接擋牆412。板體411實質上相同於圖1B所示的載件110，並具有承載平面411h與外側面411s，其中外側面411s與密封材料140皆環繞承載平面411h。承載平面411h也是供發光晶片120所裝設，而擋牆412凸出於承載平面411h，並且圍繞發光晶片120。
在本實施例中，板體411與擋牆412可以是一體成型，即板體411與擋牆412兩者可由相同材料所製成，且兩者之間不會形成界面或連接處。例如，板體411與擋牆412兩者構成材料可包括陶瓷，而板體411與擋牆412可經由同一道燒結（sintering）流程而形成。此外，擋牆412連接蓋體430，而擋牆412、承載平面411h與蓋體430可定義出空腔C2，其中發光晶片120位於空腔C2內。
圖5A至圖5C是圖4中的光電封裝體的製造方法的剖面示意圖。請參閱圖5A，光電封裝體400與光電封裝體100兩者的製造方法相似。在光電封裝體400的製造方法中，首先，提供封裝載件集合500，其包括封裝聯板510以及多個裝設在封裝聯板510上的發光晶片120。封裝聯板510包括多塊載件410（圖5A未標示），並且是這些載件410彼此相連而形成的面板或基板條。所以，這些載件410可由切割封裝聯板510而形成。不同於圖2A中的封裝聯板210，由於封裝聯板510包括多塊載件410，所以封裝聯板510會具有多個凸出的擋牆412，而且封裝聯板510也不具有任何預切槽211c。
請參閱圖5B。接著，將多個蓋體430連接封裝聯板510，其中蓋體430可利用膠黏或共晶接合來連接封裝聯板510。在這些蓋體430連接封裝聯板510之後，多條溝渠T2會形成於這些蓋體430之間，而其中一條溝渠T2形成在相鄰兩蓋體430之間，其中這些溝渠T2可排成網格狀。之後，形成密封材料140i於這些蓋體430的周圍，並將密封材料140i填充於這些溝渠T2中，其中密封材料140i會完全覆蓋各個蓋體430與封裝聯板510之間的連接處J2。密封材料140i的形成方法已在前述實施例中說明，所以這裡不再贅述。
請參閱圖5B與圖5C，接著，沿著這些溝渠T2切割封裝聯板510。例如，利用刀具20對準並沿著這些溝渠T2來切割封裝聯板510，以將封裝載件集合500分成多個光電封裝體400，以及將密封材料140i分成多個密封材料140。至此，多個光電封裝體400基本上已完成。此外，密封材料140i的外表面141s與板體411的外側面411s都是經刀具20切割而形成，所以外表面141s與外側面411s切齊。
特別一提的是，在圖4所示的實施例中，蓋體430為一塊平坦的板材，但在其他實施例中，蓋體430可以具有凸面或凹面，以收斂發光晶片120所發出的光束，如同圖6所示的光電封裝體600。請參閱圖6，其所示的光電封裝體600與前述光電封裝體400相似，唯一的差異僅在於光電封裝體600的蓋體630具有凸面，所以蓋體630具有收斂發光晶片120所發出的光束的功能。
綜上所述，由於密封材料完全覆蓋蓋體與載件之間的連接處，並具有良好的隔絕水氣與氧氣的能力（水蒸氣滲透小於 1 g/m2
/day），因此外界水氣與氧氣難以從蓋體與載件之間的連接處滲入至空腔內的發光晶片。如此，本發明所揭露的密封材料能有效保護發光晶片免於被水氣與氧氣所損害，以使光電封裝體適合製作成能在潮濕環境下長時間使用的照明燈具（例如漁船燈）。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
20‧‧‧刀具
100、300、400、600‧‧‧光電封裝體
110、410‧‧‧載件
111、411h‧‧‧承載平面
112a、112b‧‧‧線路層
112r‧‧‧環形槽
112s、411s‧‧‧外側面
120‧‧‧發光晶片
130、330、430、630‧‧‧蓋體
131、331‧‧‧蓋板
132、412‧‧‧擋牆
132s‧‧‧壁面
140、140i‧‧‧密封材料
141s‧‧‧外表面
200、500‧‧‧封裝載件集合
210、510‧‧‧封裝聯板
211c‧‧‧預切槽
331a、331b‧‧‧平面
411‧‧‧板體
C1、C2‧‧‧空腔
J1、J2‧‧‧連接處
T1、T2‧‧‧溝渠
圖1A是本發明一實施例的光電封裝體的俯視示意圖。 圖1B是圖1A中沿線1B-1B剖面所繪製的剖面示意圖。 圖2A至圖2E是圖1B中的光電封裝體的製造方法的示意圖。 圖3是本發明另一實施例的光電封裝體的剖面示意圖。 圖4是本發明另一實施例的光電封裝體的剖面示意圖。 圖5A至圖5C是圖4中的光電封裝體的製造方法的剖面示意圖。 圖6是本發明另一實施例的光電封裝體的剖面示意圖。
Claims (13)
- 一種光電封裝體，包括： 一載件，具有一承載平面以及一位於該承載平面的線路層： 一發光晶片，裝設於該承載平面上，並電連接該線路層； 一蓋體，連接該載件，其中該蓋體與該載件之間形成一空腔，而該發光晶片位於該空腔內；以及 一密封材料，形成在該載件上以及該蓋體周圍，其中該密封材料完全覆蓋該蓋體與該載件之間的連接處。
- 如請求項1所述之光電封裝體，其中該密封材料的水蒸氣滲透率小於1 g/m2/day。
- 如請求項1所述之光電封裝體，其中該載件還具有一外側面，該外側面與該密封材料皆環繞該承載平面，該密封材料具有一與該外側面切齊的外表面。
- 如請求項1所述之光電封裝體，其中該載件包括一擋牆，該擋牆凸出於該承載平面，並圍繞該發光晶片，該擋牆連接蓋體，而該擋牆、該承載平面與該蓋體定義出該空腔。
- 如請求項4所述之光電封裝體，其中該載件還包括一連接該擋牆的板體，該板體具有該承載平面，並與該擋牆一體成型。
- 如請求項1所述之光電封裝體，其中該蓋體包括： 一蓋板；以及 一擋牆，連接在該蓋板與該載件之間，並且圍繞該發光晶片，其中該蓋板、該擋牆與該承載平面定義出該空腔。
- 如請求項6所述之光電封裝體，其中該載件還具有一外側面與一鄰接該外側面的環形槽，該外側面、該環形槽與該密封材料皆環繞該擋牆，而該密封材料填滿該環形槽，並具有一與該外側面切齊的外表面。
- 如請求項6所述之光電封裝體，其中該蓋板與該擋牆一體成型。
- 如請求項6所述之光電封裝體，其中該蓋板是透明的。
- 如請求項6所述之光電封裝體，其中該蓋板是不透明的。
- 一種光電封裝體的製造方法，包括： 提供一封裝載件集合，其包括一封裝聯板以及多個裝設於該封裝聯板上的發光晶片； 將多個蓋體連接該封裝聯板，其中該些蓋體分別罩蓋該些發光晶片，多條溝渠形成於該些蓋體之間，而相鄰兩蓋體之間存有該些溝渠其中之一； 形成一密封材料於該些蓋體的周圍，其中該密封材料填充該些溝渠，並且完全覆蓋各該蓋體與該封裝聯板之間的連接處；以及 沿著該些溝渠切割該封裝聯板。
- 如請求項11所述之光電封裝體的製造方法，其中形成該密封材料的方法包括： 點膠塗佈該密封材料於該封裝聯板上；以及 固化該封裝聯板上的密封材料。
- 如請求項11所述之光電封裝體的製造方法，其中該封裝聯板具有多條預切槽，而該些預切槽分別位於該些溝渠的底部，該密封材料更填滿該些預切槽。
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