TWI464917B - 發光二極體封裝結構及製造方法 - Google Patents

Description

發光二極體封裝結構及製造方法

本發明是有關於一種發光二極體封裝結構及其製造方法，特別是指一種具有可移除的蓋體的發光二極體封裝結構及其製造方法。

隨著科技的演進，很多電子產品都朝縮小體積、減輕重量發展，以能方便攜帶使用。其中微投影機也是小型化可攜帶的新一代產品，由於發光二極體具有體積小、省電、使用壽命長等優點，適合做為微投影機的光源。

在微投影機中，其光源系統為光展量有限的系統(Etendue-limited system)，因此光源的光展量(Etendue)越小，光的使用效率越高，而光展量與光線所經過的介質之折射率有關，介質的折射率越低，則光展量越小。通常空氣的折射率低於一般玻璃或光學級樹脂等透光材質的折射率，所以光源出光後直接在空氣中傳播的光展量較小。

因此，發展具有較小光展量的發光二極體封裝結構為目前的趨勢。

因此，本發明之一目的，即在提供一種具有可移除的蓋體，以在移除前保護晶片，並在移除後使光源系統具有較小光展量的發光二極體封裝結構的製造方法。

本發明之另一目的，在提供一種具有可移除的蓋體的發光二極體封裝結構。

於是，根據一較佳實施例，本發明發光二極體封裝結構的製造方法，步驟包含：製備一設有至少一發光二極體晶片的基板、一用以圍繞發光二極體晶片的框體，及一用以覆蓋框體之一側的蓋體；將框體與基板結合，且使發光二極體晶片位於框體圍繞的區域中；及將蓋體與框體結合，使蓋體與框體共同構成容置發光二極體晶片的凹槽；其中使蓋體與框體的結合力小於框體與基板的結合力，致使移除蓋體時能不破壞框體與基板的結合。

依據一較佳實施例，本發明發光二極體封裝結構，包含：一基板、至少一設於基板上的發光二極體晶片、一框體及一蓋體。框體設於基板上並圍繞發光二極體晶片，蓋體可移除地結合於框體的頂側，與框體共同罩覆發光二極體晶片。

依據本發明較佳實施例之功效，藉由蓋體可移除地與框體結合，能夠利用蓋體及框體保護發光二極體晶片及其導線，並能在光源系統的應用端(組裝在微投影機中)移除蓋體後，利用框體保護導線不被碰觸，且使光源系統具有較小光展量。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例及兩個具體例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1為本發明發光二極體封裝結構的製造方法之一較佳實施例的流程，其步驟包含：

步驟100，製備一設有至少一發光二極體晶片的基板、一用以圍繞發光二極體晶片的框體，及一用以覆蓋框體之一側的蓋體。

步驟200，將框體與基板結合，且使發光二極體晶片位於框體圍繞的區域中。

步驟300，將蓋體與框體結合，使蓋體與框體共同構成容置發光二極體晶片的凹槽。

其中，為避免移除蓋體時能不破壞框體與基板的結合，蓋體與框體的結合力應小於框體與基板的結合力。

此外，假設蓋體與框體的結合力為一第一結合力(F1)、框體與基板的結合力為一第二結合力(F2)，第一結合力(F1)與第二結合力(F2)的關係式較佳為：

亦即第一結合力(F1)和第二結合力(F2)之差的絕對值與第二結合力(F2)的百分比例較佳介於25%至小於100%之間。

更佳地，第一結合力(F1)和第二結合力(F2)之差的絕對值與第二結合力(F2)的百分比例可以介於40%至90%之間，且第一結合力(F1)較佳為不小於5kgf/cm² 。

如此，蓋體與框體有足夠的結合力(第一結合力)，以避免受到輕微碰撞或震動而使蓋體脫落，而且因為第一結合力與第二結合力具有上述的關係式，能在蓄意移除蓋體時，框體與基板之間有足夠的結合力(第二結合力)可以抵抗移除蓋體的外力，而不會破壞框體與基板的結合。

以下藉由兩個具體例進一步說明本發明發光二極體封裝結構及製造方法。

參閱圖2與圖3，為本發明發光二極體封裝結構之第一具體例及兩種製作第一具體例的具體實施流程。在第一具體例中，發光二極體封裝結構10，包含：一基板2、多個設於基板2上的發光二極體晶片1、一設於基板2上並圍繞發光二極體晶片1的框體3，及一可移除地結合於框體3，並與框體3共同罩覆發光二極體晶片1的蓋體4。當然，發光二極體晶片1亦可僅設置一個。具體而言，在第一具體例，基板2設有電路圖案21，並設有四個發光二極體晶片1，發光二極體晶片1與電路圖案21之間由導線11(一般為金線)形成電連接。框體3呈方形中空狀，並具有一頂側31及一位於頂側31的相反側之底側32，其中蓋體4結合於框體3的頂側31，基板2結合於框體3的底側32，進一步地，頂側31具有由內緣下凹形成的一限位槽311以容設蓋體4，方便將蓋體4定位，限位槽311的四個角落特別形成較大的圓角，以方便蓋體4的四個角落設置，可避免蓋體4的角尖與框體3碰撞或摩擦而受損。而且框體3還具有一由頂側31往下凹陷的缺口33，可供氣體流通或是可在後續應用端中便於移除蓋體4。雖然在本具體例中框體3呈方形，由相對的二第一側壁34及與第一側壁34連接的二第二側壁35構成，但是框體3也可以是其他形狀並無限制，適用於框體3的材質可以是陶瓷、玻璃、金屬、或塑膠等，其中塑膠材質可例如聚鄰苯二甲醯胺塑膠(polyphthalamide，PPA)、液晶塑膠(Liquid Crystal Plastic，LCP)等。蓋體4可以由玻璃或光學級樹脂製成，雖然本實施例所示蓋體4為平板狀，但是蓋體4也可以是透鏡(lens)形狀或凹杯形狀。

製作發光二極體封裝結構10的具體實施步驟可以如圖2所示，先將框體3與基板2結合，再將蓋體4與框體3結合，或者，可以如圖3所示，先將蓋體4與框體3結合，再將框體3與基板2結合，因此，框體3與基板2或框體3與蓋體4結合的前後實施順序並不限制。而且為了方便說明起見，本具體例只以製作一個發光二極體封裝結構10來說明，在實際製作時，圖2、3所示的基板2只是一片大型基板中的一個單元，也就是說，大型基板由多數個如基板2的單元構成，可同時在大型基板上完成多數個發光二極體封裝結構10，再將大型基板分割形成單一個發光二極體封裝結構10。

其中框體3與基板2可以以銲接方式或以膠合劑膠合方式將彼此結合，實際採行方式可以依據框體3與基板2材質而定，適用於銲接的銲料例如：銲錫、銀膠、銅膠等。適用於膠合框體3與基板2的膠合劑例如：環氧樹脂(epoxy)、矽膠(silicone)、氰基丙烯酸酯(Cyanoacrylate)、氯丁二烯橡膠(Chloroprene Rubber)、聚氯乙烯(Polyvinylchloride)、聚氯丁烯(Polychloroprene)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene)等。

蓋體4與框體3也可以利用銲接方式或利用膠合劑膠合方式將彼此結合，適用於焊接的錫料與前面類似，不再贅述，適用於膠合蓋體4與框體3的膠合劑例如，環氧樹脂、壓克力膠(acrylic glue)、矽膠(silicone)、聚氨酯膠(polyurethane，PU)、聚乙烯醇縮丁醛樹脂(polyvinyl butyral，PVB)、澱粉類、橡膠(rubber)類、聚酯(polyester)類、聚醚(polyether)類、聚乙烯(polyethylene)類等。

為了符合上述第一結合力(F1)與第二結合力(F2)的關係式，可以藉由控制蓋體4與框體3的結合力(即第一結合力F1)來達成，控制方式包括：I.控制膠合蓋體4與框體3的膠合劑之黏接面積，使蓋體4與框體3的黏接面積小於框體3與基板2的黏接面積；或II.控制膠合蓋體4與框體3的膠合劑之膠合力。具體說明如下：

I.　控制黏接面積的方式：

(A)例如，將框體3的頂側31(與蓋體4結合之一側)表面粗化或形成凹凸結構，以減少框體3與蓋體4的接觸面積，其中形成凹凸結構的方式，舉例如：使頂側31的四個角落較為凸出，或在適當的位置間隔分布凸柱，使蓋體4只與凸出的部分接觸，即可減少框體3與蓋體4的接觸面積。此外，在本實施例中，頂側31具有限位槽311，使蓋體4僅接觸頂側31內緣的下凹處(即位於限位槽311底部)，因而也可以減少蓋體4與框體3的接觸面積。相較於框體3的底側32可以全面接觸基板2，框體3的頂側31藉由表面粗化、凹凸結構或限位槽311，而使蓋體4與框體3的接觸面積小於框體3與基板2的接觸面積，當蓋體4與框體3的接觸面積越小，黏接面積也越少，則蓋體4與框體3的結合力(即第一結合力F1)越小。

(B)同樣地，若框體3的頂側31與蓋體4的接觸面積和底側32與基板2的接觸面積相同時，可以藉由控制膠合劑的塗佈面積來控制黏接面積，例如在框體3的頂側31以局部點膠的方式減少膠合劑的分佈面積，而在底側32全面塗佈膠合劑，即可使頂側31與蓋體4的黏接面積小於底側32與基板2的黏接面積，造成結合力的差異。

II.　控制膠合蓋體4與框體3的膠合劑之膠合力的方式，包括：(A)選用適當黏度的膠合劑、(B)控制膠合劑的固化時間、或(C)弱化膠合劑的膠合力，例如以化學劑處理、高溫效應處理、超音波處理、或紫外光照射方式。

(A)選用適當黏度的膠合劑：

由於不同種類的膠合劑本身的黏度就有差異，可以選用不同種類的膠合劑來膠合蓋體4與框體3以及框體3與基板2，其中用於膠合蓋體4與框體3的膠合劑的黏度，相對於膠合框體3與基板2的膠合劑的黏度或銲接框體3與基板2的銲料的結合力，必須是較差的。

以不同成分的環氧樹脂為例，如圖4所示，同樣以三小時的固化時間固化後，環氧樹脂的黏度有顯著的差異，因此藉由選用適當黏度的膠合劑，即可控制蓋體4與框體3的結合力(即第一結合力F1)小於框體3與基板2的結合力(即第二結合力F2)，且使介於25%至小於100%之間。

(B)控制膠合劑的固化時間：

同種類的膠合劑也可因為固化時間不同而有不同硬度因而產生不同的膠合力，以矽膠為例，如圖5所示，固化時間t1(約17分)後以Asker-C硬度計所測得的硬度為6(相當於第一結合力F1)，固化時間t2(約26分)後以Asker-C硬度計所測得的硬度為10(相當於第二結合力F2)，兩者結合力差異的百分比為：

由此可知，若膠合蓋體4與框體3的膠合劑以及膠合框體3與基板2的膠合劑都採用具有如圖5所示性質的矽膠時，膠合蓋體4與框體3採用t1的固化時間，而膠合框體3與基板2採用t2的固化時間，則蓋體4與框體3的結合力約比框體3與基板2的結合力小40%。

(C)弱化膠合劑的膠合力：

除了選用不同種類膠合劑或控制膠合劑固化時間，以達到所需的結合力之外，還可以用化學劑處理、高溫效應處理、超音波處理、或紫外光照射方式弱化膠合劑的膠合力。也就是說，原本膠合蓋體4與框體3的膠合劑具有較佳的膠合力，但是在膠合蓋體4與框體3的膠合劑固化後，可以利用化學劑處理、高溫效應處理、超音波處理、或紫外光照射方式來降低已固化的膠合劑的膠合力。

化學劑處理的方式，例如依據膠合劑的性質選用酸性液、鹼性液或有機溶劑(如酒精、丙酮、松香、正己烷、甲苯、異丙醇等)與已固化的膠合劑接觸，以改變膠合劑的膠合力(即降低蓋體4與框體3的結合力)。

高溫效應處理是利用膠合劑的特性，超過某一溫度以上，會產生破壞行為，例如100℃以上會對壓克力膠及PU膠產生破壞，200℃以上會對大部分膠合劑產生破壞，藉此可以降低蓋體4與框體3的結合力。

超音波處理是利用震動原理鬆脫結合物，而能降低蓋體4與框體3的結合力。

紫外光照射就是對已膠合蓋體4與框體3的膠合劑照射紫外光，利用紫外光對膠合劑的有機鏈產生破壞行為，可以降低蓋體4與框體3的結合力。

參閱圖6，為說明本發明發光二極體封裝結構之第二具體例及製作第二具體例的具體實施步驟。由於第二具體例與第一具體例大致相同，惟，框體3的構造略有差異，在圖6中僅示出框體3與蓋體4加以說明，其餘元件可參考第一具體例而未在圖6中示出。在第二具體例中，框體3的各第一側壁34具有一由外側往內凹設的內凹部341，且各內凹部341位於各第一側壁34的中間區域。藉由二內凹部341可增加夾取蓋體4的空間，在結合或移除蓋體4時方便對蓋體4施力。此外，在第二具體例中，限位槽311是藉由二第二側壁35靠外側的凸緣來界定，同樣可使蓋體4位於限位槽311中。

以下以實驗例進一步說明本發明，各實驗例分別以不同的蓋體4與框體3的結合力(F1)，及框體3與基板2的結合力(F2)，來觀察蓋體4本身是否容易脫落，以及結合力差異對於蓋體4移除難易度及蓋體4移除時對框體3完整性的影響。茲將實驗結果整理如表1所示，其中各欄位意義為：F1代表蓋體4與框體3的結合力，即第一結合力；F2代表框體3與基板2的結合力，即第二結合力；差異性百分比為依據上述關係式計算所得數值；A代表蓋體4與框體3的結合性，○表示結合性良好，X表示蓋體4在移除前先行脫落；以及B代表移除蓋體4後框體3的完整性，○表示框體3完整地與基板2結合，X表示框體3脫落或剝離。

在實驗例1中，因為F1與F2的差異性較小，施力移除蓋體4的同時，也會對框體3與基板2的結合性造成破壞，導致框體3剝離或脫落。

在實驗例3中，雖然F1與F2有較大的差異，移除蓋體4時不會對框體3與基板2的結合性造成破壞，但是因為蓋體4與框體3的結合力(F1)較弱，可能在分割形成單顆發光二極體封裝結構10或者在下游端製作光源系統的過程中先行脫落，而失去使用蓋體4的保護功能。

在實驗例2及實驗例4中，F1與F2具有適當的差異，可以在移除蓋體4時，不破壞框體3與基板2的結合，於是能保持框體3與基板2結合的完整性，而且蓋體4與框體3有足夠的結合力以抵抗後段製造過程的震動或碰撞，達到蓋體4的保護功能。藉此，在光源系統的應用端移除蓋體4後，亦即，組裝在微投影機中的發光二極體封裝結構已移除蓋體4，可以利用框體3的高度高於連接發光二極體晶片1的導線11而具有限高裝置的功能，來保護導線11不被碰觸，並能使光源系統具有較小光展量。

綜上所述，本發明發光二極體封裝結構10藉由蓋體4可移除地與框體3結合，能夠利用蓋體4及框體3保護發光二極體晶片1及導線11，並能在光源系統的應用端移除蓋體4後，利用框體3保護導線11不被碰觸，且使光源系統具有較小光展量，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100．．．步驟

200．．．步驟

300．．．步驟

10．．．發光二極體封裝結構

1．．．發光二極體晶片

11．．．導線

2．．．基板

21．．．電路圖案

3．．．框體

31．．．頂側

311．．．限位槽

32．．．底側

33．．．缺口

34．．．第一側壁

341．．．內凹部

35．．．第二側壁

4．．．蓋體

5．．．凹槽

圖1是一方塊圖，說明本發明發光二極體封裝結構的製造方法之一較佳實施例的流程步驟；

圖2及圖3是說明本發明發光二極體封裝結構之第一具體例及兩種製作該第一具體例的具體實施步驟的流程示意圖；

圖4是一說明不同組成成份的膠合劑具有不同黏度的曲線關係圖；

圖5是一說明同材質之膠合劑依據不同固化時間具有不同的硬度之曲線關係圖；及

圖6是一說明本發明發光二極體封裝結構之第二具體例及製作該第二具體例的具體實施步驟的流程示意圖，其中部份元件被省略。

100．．．步驟

200．．．步驟

300．．．步驟

Claims (14)

1. 一種發光二極體封裝結構的製造方法，步驟包含：製備一設有至少一發光二極體晶片的基板、一用以圍繞該發光二極體晶片的框體，及一用以覆蓋該框體之一側的蓋體；將該框體與該基板結合，且使該發光二極體晶片位於該框體圍繞的區域中；及將該蓋體與該框體結合，使該蓋體與該框體共同構成容置該發光二極體晶片的凹槽；其中使該蓋體與該框體的結合力小於該框體與該基板的結合力，致使移除該蓋體時不破壞該框體與該基板的結合。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構的製造方法，其中，該蓋體與該框體的結合力為一第一結合力，而該框體與該基板的結合力為一第二結合力，該第一結合力和該第二結合力之差的絕對值與該第二結合力的百分比例介於25%至小於100%之間，且該第一結合力不小於5kgf/cm² 。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之發光二極體封裝結構的製造方法，其中，該蓋體與該框體是以膠合劑膠合方式結合，而該第一結合力是依據膠合該蓋體與該框體的膠合劑之一黏接面積或是依據膠合該蓋體與該框體的膠合劑之一膠合力而決定。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之發光二極體封裝結構的製造方法，其中，膠合該蓋體與該框體的膠合劑之該膠合力是依據以下條件而決定，該條件包括選用適當黏度的膠合劑、控制膠合劑的固化時間，或以化學劑處理、高溫效應處理、超音波處理、或紫外光照射方式弱化膠合劑的膠合力。
5. 依據申請專利範圍第2項所述之發光二極體封裝結構的製造方法，其中，該框體與該基板以焊接方式或以膠合劑膠合方式結合。
6. 依據申請專利範圍第2項所述之發光二極體封裝結構的製造方法，其中，該框體與該基板及該框體與該蓋體是以膠合劑膠合方式結合，且膠合該框體與該蓋體的膠合劑之黏接面積小於膠合該框體與該基板的膠合劑之黏接面積，或膠合該框體與該蓋體的膠合劑之膠合力小於膠合該框體與該基板的膠合劑之膠合力。
7. 依據申請專利範圍第2項所述之發光二極體封裝結構的製造方法，其中，該蓋體與該框體結合後，經過化學劑處理、高溫效應處理、超音波處理、或紫外光照射，而弱化該蓋體與該框體的結合力。
8. 依據申請專利範圍第2項所述之發光二極體封裝結構的製造方法，其中，該第一結合力和該第二結合力之差的絕對值與該第二結合力的百分比例介於40%至90%之間。
9. 一種發光二極體封裝結構，包含：一基板；至少一發光二極體晶片，設於該基板上；一框體，設於該基板上並圍繞該發光二極體晶片，並具有一頂側及一位於該頂側的相反側之底側，該底側與該基板結合；及一蓋體，可移除地結合於該框體的該頂側，與該框體共同罩覆該發光二極體晶片。
10. 依據申請專利範圍第9項所述之發光二極體封裝結構，其中，該蓋體與該框體的結合力小於該框體與該基板的結合力。
11. 依據申請專利範圍第9項所述之發光二極體封裝結構，其中，該蓋體與該框體的結合力為一第一結合力，而該框體與該基板的結合力為一第二結合力，該第一結合力和該第二結合力之差的絕對值與該第二結合力的百分比例介於25%至小於100%之間，且該第一結合力不小於5kgf/cm² 。
12. 依據申請專利範圍第9項所述之發光二極體封裝結構，其中，該框體還具有一由該頂側往下凹陷的缺口。
13. 依據申請專利範圍第9或12項所述之發光二極體封裝結構，其中，該框體還具有相對的二第一側壁，且各該第一側壁具有一由外側往內凹設的內凹部。
14. 依據申請專利範圍第13項所述之發光二極體封裝結構，其中，各該內凹部位於各該第一側壁的中間區域。