专利名称：发光二极管芯片的多芯片封装结构的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种发光二极管芯片的封装，且特别是有关于一种将发光二极管芯片配置于具有平底凹杯的印刷电路板上的多芯片封装结构。
首先请参照
图1，为公知发光二极管芯片的多芯片封装结构的示意图。公知的多芯片封装结构将多个发光二极管芯片102配置于平面的印刷电路板100上进行封装。其中，印刷电路板100上具有对应于各个发光二极管芯片102的电极104a与金属层104b，而每一个发光二极管芯片102上都具有一输出端106。将多个发光二极管芯片102直接以点胶耦合的方式配置于金属层104b上，再由焊线108将各个电极104a与各个发光二极管芯片的输出端106耦合。最后，再以胶体110将多个发光二极管芯片102、电极104a以及金属层104b固定于印刷电路板100上，即完成发光二极管芯片102的多芯片封装。
将多个发光二极管芯片102配置于平面的印刷电路板100的方式虽然具有良好的封装集成度，但是发光二极管芯片102在封装后的亮度不好，混光的效果也较差(没有聚光的结构)。因此，提出下列方式解决多芯片封装在亮度与混光上的问题。
接着请参照图2，为公知另一种发光二极管芯片的多芯片封装结构的示意图。将发光二极管芯片202配置于具有多个杯状底座212的印刷电路板200上进行封装。印刷电路板200上具有多个对应于杯状底座212的电极204，每一个杯状底座212的表面上都具有金属层203用以配置一个发光二极管芯片202，而发光二极管芯片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将多个发光二极管芯片202、金属层203以及电极204固定于印刷电路板200上，即完成发光二极管芯片202多芯片的封装。
上述发光二极管芯片的多芯片封装，虽然印刷电路板200上的杯状底座212的轮廓及其上的金属层203具有聚光、增加亮度的作用，但是也因杯状底座212为一弧形轮廓，使得一个杯状底座212无法同时配置多个发光二极管芯片202，必须采用一个发光二极管芯片202对应一个杯状底座212的方式配置，如此便降低了封装的集成度。
而在发光二极管芯片202底部的输出端206a与金属层203之间点胶直接耦合时，发光二极管芯片202无法稳定的放置于杯状底座212的底部，造成后续焊线过程中，应力集中于发光二极管芯片202的角落，导致发光二极管芯片202断裂(crack)而影响封装的合格率(yield)。此外，在各个发光二极管芯片202发光一段时间后，由于电阻效应，各个发光二极管芯片202会逐渐产生热能，而在各个发光二极管芯片202底部的输出端206a与金属层203直接耦合处，会因为发光二极管芯片202的散热途径不好而出现剥离(peeling)的现象。
综上所述，公知采用平面印刷电路板的封装结构在亮度与混光的表现不好，而采用具有杯状底座的印刷电路板的封装结构则会有合格率难控制、封装集成度降低与散热不良等问题。
为达本发明的上述目的，提出一种发光二极管芯片的多芯片封装结构，是将多个发光二极管芯片配置于一印刷电路板中，再以一胶体将发光二极管芯片固定于印刷电路板上。其中，印刷电路板的一面具有多个平底凹杯，平底凹杯的底部为一平面，平底凹杯上具有一导体层，且平底凹杯的底部下方还具有一导体插塞贯穿印刷电路板，而印刷电路板的另一面则具有一导热层与导体插塞连接。将多个发光二极管芯片配置于一平底凹杯的平面底部上，并以胶体将多个发光二极管芯片固定于平底凹杯中。封装后的结构可以有效提高封装的集成度，且可有效的改善封装后的散热问题。
附图标记说明100印刷电路板 102发光二极管芯片104a电极 104b金属层106输出端 108焊线110胶体 200印刷电路板202发光二极管芯片 203金属层204电极 206a、206b输出端208焊线 210胶体300印刷电路板 302发光二极管芯片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318胶体 320控制芯片同样请参照图3，印刷电路板300上的平底凹杯304的表面具有导体层306，例如为铜金属层，由平底凹杯304侧边的圆弧轮廓与其上的导体层306，能够使发光二极管芯片302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，有鉴于公知发光二极管放置于杯状底座的弧形底部上，会有在后续焊线过程中导致发光二极管芯片断裂的缺点，本发明将平底凹杯304的底部设计为一平面，如此，发光二极管芯片302在后续焊线过程中，便不会有断裂的风险，使元件具有良好的可靠性(reliability)。而本发明中印刷电路板300上的平底凹杯304结构例如可由机械式加工制造或是以镭射钻孔的方式制造。而通过机械式加工制造或是镭射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。本发明可由机械式加工制造或是镭射钻孔的方式，控制形成平底凹杯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镭射钻孔的方式形成平底凹杯304后，在平底凹杯304底部中央或是适当位置形成一贯穿印刷电路板300的贯穿孔(through hole)，再将导体材料填入贯穿孔中形成导体插塞308，而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300，所以导体插塞308除了具有将热导出的功能，还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300的背面具有一导热层310，导热层310的材料为具有热与电良好传导性质的材料，例如为铜金属，且导热层310于印刷电路板300背面具有一用以散热的较大面积，能使发光二极管芯片302释放出的热能尽快的散去。
印刷电路板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300的导体插塞308相连。上述印刷电路板300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芯片302封装后的合格率。
接着请参照图4，为依照本发明第一实施例将多个发光二极管芯片配置于具有平底凹杯的印刷电路板的封装示意图。本发明中的发光二极管芯片的多芯片封装，是将多个发光二极管芯片302放置于一个平底凹杯304的平面底部305上，并由胶体例如是银胶将发光二极管芯片302与平底凹杯304的平面底部305连接。将多个发光二极管芯片302配置于平底凹杯304的平面底部305之后，由焊线316耦合各个发光二极管芯片302上的输出端312与印刷电路板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焊线316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将发光二极管芯片302固定于平底凹杯304的平面底部305上。
同样请参照图4，多个发光二极管芯片302例如为一红色发光二极管芯片、一绿色发光二极管芯片以及一蓝色发光二极管芯片共三个芯片，并利用在导热层310配置一控制芯片320以控制流经三个芯片的电流，以达到不同的颜色显示。然而，多个发光二极管芯片302的选择可视需要而有所变动，例如为一红色发光二极管芯片、一绿色发光二极管芯片以及二蓝色发光二极管芯片共四个芯片等其它组合。多个发光二极管芯片302在平底凹杯306中先进行混光后才射出具有十分良好的均匀性，且同一平底凹杯306上可以配置不同数目或不同规格的发光二极管芯片302，为发光二极管芯片302的设计增加了很大的弹性空间。第二实施例请参照图5，为依照本发明第二实施例发光二极管芯片的多芯片封装结构的示意图。印刷电路板300正面例如具有一平底凹杯304与至少一电极314，而印刷电路板300背面例如具有一平底凹杯304。印刷电路板300正面的平底凹杯304例如用以配置多个发光二极管芯片302，而印刷电路板300背面的平底凹杯304例如用以配置一控制芯片320。其中，印刷电路板300正面与背面的平底凹杯304表面上皆例如具有一导体层306。此外，印刷电路板300正面与背面的平底凹杯304例如由多个贯穿印刷电路板300的导体插塞308连接，以使得印刷电路板300两面的平底凹杯304相互连接。上述印刷电路板300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芯片302封装后的合格率。
同样请参照图5，印刷电路板300正面的平底凹杯304的表面具有导体层306，例如为铜金属层，由平底凹杯304侧边的圆弧轮廓与其上的导体层306，能够使发光二极管芯片302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，而印刷电路板300背面的平底凹杯304的表面具有导体层306例如为铜金属层，其与第一实施例中的导热层310具有相同的功能，即具有导热的功能。本实施例中印刷电路板300正面的平底凹杯304可用以配置多个发光二极管芯片302，且在后续各个发光二极管芯片302的焊线过程不会有发光二极管芯片断裂的缺点。而本实施例中印刷电路板300背面的平底凹杯304例如可以容纳一个甚至多个控制芯片320，更进一步的缩小了发光二极管芯片302整体封装后的体积。
本实施例中同样将平底凹杯304的底部设计为一平面，如此发光二极管芯片302在后续焊线过程中，便不会有断裂的风险，使元件具有良好的可靠性(reliability)。而本发明中印刷电路板300上的平底凹杯304结构例如可由机械式加工制造或是以镭射钻孔的方式制造。而通过机械式加工制造或是镭射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。本发明可由机械式加工制造或是镭射钻孔的方式，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5，在印刷电路板300正面与背面的平底凹杯304皆具有的一平面底部305，而二平面底部305之间例如具有多个贯穿印刷电路板300的导体插塞308，多个导体插塞308将具有更强的导热能力。而导体插塞308形成的方式例如在机械式加工制造或镭射钻孔的方式形成平底凹杯304后，于平底凹杯304底部适当位置形成多个贯穿印刷电路板300的贯穿孔(through hole)，再将导体材料填入各个贯穿孔中形成多个导体插塞308，而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300，所以导体插塞308除了具有将热导出的功能，还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300的背面同样具有平底凹杯304，而平底凹杯304上的导体层306具有导热的作用，故能使发光二极管芯片302释放出的热能尽快的散去。
接着请参照图6，为依照本第二实施例将多个发光二极管芯片配置于具有平底凹杯的印刷电路板的封装示意图。本发明中的发光二极管芯片的多芯片封装，是将多个发光二极管芯片302放置于印刷电路板300正面的一平底凹杯304的平面底部305上，并由胶体例如是银胶将发光二极管芯片302与平底凹杯304的平面底部305连接。将多个发光二极管芯片302配置于印刷电路板300正面平底凹杯304的平面底部305后，由焊线316耦合各个发光二极管芯片302上的输出端312与印刷电路板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焊线316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将发光二极管芯片302固定于平底凹杯304的平面底部305上。而印刷电路板300背面的平底凹杯304是用以配置一个或是多个控制芯片320。
上述的控制芯片320可以控制多个发光二极管芯片302的发光强度或闪烁频率，由控制芯片320可以使得其控制的发光二极管芯片呈现多样的变化，如控制发光二极管芯片302的闪烁频率即可呈现不同的视觉效果，而由控制芯片320控制不同颜色的发光二极管芯片302可以呈现不同的颜色变化。发光二极管芯片302本身颜色的差异搭配上由控制芯片320所控制的发光强度、闪烁频率，使得整体的呈现变化多端。此外，第一实施例与第二实施例中可将印刷电路板上的平底凹杯制作成点矩阵排列的方式，以使得封装后的多个点光源会组成一面光源，由于本发明二极管芯片的多芯片封装结构所呈现的均为十分均匀的点光源，故相当适合于照明上的应用。
此外，本发明将多个发光二极管芯片放置于同一平底凹杯的平面底部上的封装，使得多个发光二极管芯片封装后具有较高的亮度，约为公知亮度的3倍以上，而使用元件寿命可增加至10万小时左右，且由于本发明中的良好散热途径，使得发光二极管的可靠性增加。
综上所述，本发明发光二极管芯片的多芯片封装结构至少具有下列优点1.本发明发光二极管芯片的多芯片封装结构同时将多个发光二极管芯片配置于同一平底凹杯中，多个发光二极管芯片可在平底凹杯中先混光后才射出，混光效果较好且可在照明方面应用。
2.本发明发光二极管芯片的多芯片封装结构同时将多个发光二极管芯片配置于同一平底凹杯中，具有较好的封装集成度，使得多芯片封装结构尺寸更为小型化。
3.本发明发光二极管芯片的多芯片封装结构将多个发光二极管芯片配置于同一平底凹杯中，由于平底凹杯下方具有插塞以及导热层，故可提供良好的散热路径以增加元件的寿命。
4.本发明发光二极管芯片的多芯片封装结构中，印刷电路板上的平底凹杯结构可由机械式加工制造，故可制作不同深度、大小的平底凹杯，以配置不同数目的发光二极管芯片或是不同规格的发光二极管芯片。
5.本发明于印刷电路板上配置多个平底凹杯，且每一个平底凹杯均搭载多个发光二极管芯片，经由一控制芯片控制流经各个发光二极管芯片的电流以控制呈现的颜色。
6.本发明中印刷电路板正面与背面的平底凹杯可以使得各个芯片(包括发光二极管芯片与控制芯片)的背面完全贴在其平面底部上，在焊线的过程中不会有公知因曲面凹杯结构而造成芯片断裂的问题，故增加了封装的合格率。
7.本发明中的印刷电路板的两面接具有平底凹杯结构，而二平底凹杯分别用以配置发光二极管芯片与控制芯片之用，使得封装后的厚度降低许多。此外，二平底凹杯之间是以一个甚至多个导体插塞连接，可以提供十分良好的导热途径。
虽然本发明已以一实施例说明如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。
权利要求
1.一种发光二极管芯片的多芯片封装结构，其特征为至少包括一印刷电路板，该印刷电路板具有一平底凹杯、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的一面，且该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的另一面，该导体插塞贯穿该印刷电路板并连接于该导体层与该导热层之间；复数个发光二极管芯片配置于该平底凹杯的一平面底部上，且每一该些发光二极管芯片具有一输出端与该电极连接；以及一胶体，该胶体将该些发光二极管芯片固定于每一该些平底凹杯中。
2.如权利要求1所述的发光二极管芯片的多芯片封装结构，其特征为还包括一控制芯片配置于该导热层上，用以控制该些发光二极管芯片。
3.如权利要求1所述的发光二极管芯片的多芯片封装结构，其特征为该平底凹杯包括以机械式加工的方式制作。
4.如权利要求1所述的发光二极管芯片的多芯片封装结构，其特征为该平底凹杯包括以镭射钻孔的方式制作。
5.如权利要求1所述的发光二极管芯片的多芯片封装结构，其特征为该导体层的材料包括铜金属。
6.如权利要求1所述的发光二极管芯片的多芯片封装结构，其特征为该导体插塞的材料包括铜金属。
7.一种发光二极管光源，其特征为至少包括一印刷电路板，该印刷电路板具有一平底凹杯、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的一面，且该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的另一面，该导体插塞贯穿该印刷电路板且连接于该导体层与该导热层之间；一印刷电路板，该印刷电路板具有复数个平底凹杯，该些平底凹杯分别对应复数个电极、一导热层及一导电插塞，其中，该些平底凹杯与该些电极位于该印刷电路板的一面，且每一该些平底凹杯的表面具有一导体层，而该些导热层配置于该印刷电路板的另一面，而该些导体插塞贯穿该印刷电路板并连接于该些导体层与该些导热层之间；复数个发光二极管芯片配置于每一该些平底凹杯的一平面底部上，且每一该些发光二极管芯片具有一输出端与该些电极连接；以及一胶体，该胶体将该些发光二极管芯片固定于每一该些平底凹杯中。
8.如权利要求7所述的发光二极管光源，其特征为还包括至少一控制芯片或一控制回路配置于该些导热层上，用以控制该些发光二极管芯片。
9.如权利要求7所述的发光二极管光源，其特征为该平底凹杯包括以机械式加工的方式制作。
10.如权利要求7所述的发光二极管光源，其特征为该平底凹杯包括以镭射钻孔的方式制作。
11.如权利要求7所述的发光二极管光源，其特征为该导体层的材料包括铜金属。
12.如权利要求7所述的发光二极管光源，其特征为该导体插塞的材料包括铜金属。
全文摘要
一种发光二极管芯片的多芯片封装结构，是将多个发光二极管芯片配置于一印刷电路板中，再以一胶体将发光二极管芯片固定于印刷电路板上。其中，印刷电路板的一面具有多个平底凹杯，平底凹杯的底部为一平面，平底凹杯上具有一导体层，且平底凹杯的底部下方还具有一导体插塞贯穿印刷电路板，而印刷电路板的另一面则具有一导热层与导体插塞连接。将多个发光二极管芯片配置于一平底凹杯的平面底部上，并以胶体将多个发光二极管芯片固定于平底凹杯中。封装后的结构可以有效提高封装的集成度，且可有效的改善封装后的散热问题。
文档编号H01L25/075GK1417868SQ01131389
公开日2003年5月14日 申请日期2001年10月29日 优先权日2001年10月29日
发明者蔡政宏 申请人:银河光电股份有限公司