光电封装结构的制作方法

1.本发明涉及一种光电封装结构，尤其涉及一种容纳大尺寸的光电二极管的光电封装结构。


背景技术：

2.目前，穿戴式装置可用来检测生命迹象，例如心跳值、血氧浓度以及血压值等等。穿戴式装置主要利用可发射出不同波长的led与光电二极管搭配使用，光电二极管能够接收led所发出的光线来转换为电流或者电压信号。因此，若能增加光电二极管的尺寸，借以加大光电二极管上的受光面面积，便能够增加光电二极管所输出的光电流，得到更好的感测准确度。
3.故，如何通过光电封装结构的改良，来增加可容纳的光电二极管的尺寸，已成为该领域所欲解决的重要课题之一。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种光电封装结构。
5.为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是，提供一种光电封装结构，其包括一基板、一金属件、一图案化绝缘层、一光电元件以及一固晶胶。金属件设置在基板上。图案化绝缘层设置在金属件上，图案化绝缘层具有多个凹槽，多个凹槽定义出一承载区。光电元件设置在承载区上，光电元件电性连接于金属件。固晶胶设置在光电元件与承载区之间，并且固晶胶填充于多个凹槽中。
6.本发明的其中一个有益效果在于，本发明所提供的光电封装结构，是设置一图案化绝缘层在金属件上，图案化绝缘层具有多个凹槽，多个凹槽定义出一用以容置光电元件的承载区。相较于现有技术中光电元件多是直接设置在基板上，使得基板上可容置光电元件区域的面积受限于打线区域的面积，进而使光电元件的尺寸也一并受限，本发明利用设置一图案化绝缘层来容置光电元件，使光电元件可设置在承载区上而不需受限于打线区域的面积，因此可加大光电元件的尺寸以及受光面面积，增加光电元件所输出的光电流，得到更好的感测准确度。
7.为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
8.图1为本发明第一实施例的光电封装结构的立体示意图。
9.图2为图1的ii-ii剖面的剖面示意图。
10.图3为本发明第一实施例的光电封装结构的分解示意图。
11.图4为本发明的光电封装结构的图案化绝缘层的另一实施型态示意图。
12.图5为本发明第一实施例的光电封装结构的基板、第一导体垫、第二导体垫及第三
导体垫的立体示意图。
13.图6为本发明第二实施例的光电封装结构的分解示意图。
14.图7为本发明第三实施例的光电封装结构的基板、金属件及第一防焊结构的立体示意图。
15.图8为本发明第三实施例的光电封装结构的基板、第一导体垫、第二导体垫及第三导体垫的立体示意图。
16.图9为本发明第四实施例的光电封装结构的基板、金属件及第一防焊结构的立体示意图。
17.图10为本发明第四实施例的光电封装结构的基板、第一导体垫、第二导体垫及第三导体垫的立体示意图。
18.图11为本发明第五实施例的光电封装结构的基板、金属件及第一防焊结构的立体示意图。
19.图12为本发明第五实施例的光电封装结构的基板、第一导体垫、第二导体垫及第三导体垫的立体示意图。
20.图13为本发明第六实施例的光电封装结构的基板、金属件及第一防焊结构的立体示意图。
21.图14为本发明第六实施例的光电封装结构的基板、第一导体垫、第二导体垫及第三导体垫的立体示意图。
具体实施方式
22.以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“光电封装结构”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
23.应当可以理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种元件，但这些元件不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一元件与另一元件。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
24.第一实施例
25.参阅图1至图3所示，图1为本发明第一实施例的光电封装结构的立体示意图，图2为图1的ii-ii剖面的剖面示意图，图3为本发明第一实施例的光电封装结构的分解示意图。本发明第一实施例提供一种光电封装结构m，其包括：一基板1、一金属件2、一图案化绝缘层3、一光电元件4以及一固晶胶5。金属件2设置在基板1上，图案化绝缘层3设置在金属件2上。举例来说，基板1可为黑色bt载板，金属件2可为铜箔而图案化绝缘层3可为一防焊结构(可由一种深色或白色的防焊油墨制成，在本发明中是以黑色为例)。图案化绝缘层3具有多个凹槽30。多个凹槽30围绕设置而定义出一承载区30r，如图3的虚线框所示。光电元件4为一光电二极管，设置在承载区30r上，且固晶胶5设置在光电元件4与承载区30r之间。也就是
说，多个凹槽30围绕于光电元件4，且固晶胶5是位于多个凹槽30所围绕的区域内。固晶胶5用以将光电元件4固定在图案化绝缘层3上，如图2所示，当光电元件4设置在承载区30r上时，固晶胶5受到光电元件4的挤压而溢出，并且填充于多个凹槽30内。换言之，多个凹槽30的结构具有减少固晶胶5溢流的功效。此外，通过多个凹槽30的设置，能够使固晶胶5填入多个凹槽30而形成钉子状的固着结构，大幅提升光电元件4固定在图案化绝缘层3上的剪切强度(shear strength)，亦即光电元件4所能承受的剪切应力(die shear stress)大幅提高，解决现有技术中要将光电元件4固定在防焊结构的表面会由于防焊结构的表面过于平滑而导致接着力不佳的问题，进而提高光电元件4与电路基板之间的结合力，需说明的是，在此所指的电路基板，可视为基板1及上下铜箔(即下文将提到的金属件2与导体件8)组合而成的构件，但本发明不以此为限。
26.此外，金属件2包括一本体部20、一第一极性部21以及一第二极性部22，而本体部20连接第二极性部22。因此，第一极性部21与第二极性部22及本体部20具有不同的极性(阴极或阳极)配置。其中，光电元件4的垂直投影落于金属件2的本体部20所界定的一上表面上。本体部20会由图案化绝缘层3的凹槽30底部露出。此外，由凹槽30底部所露出的本体部20的上表面会有金属镀层(图未示出)，例如镍金。
27.进一步来说，图案化绝缘层3还具有两个凹部31，两个凹部31分别对应第一极性部21与第二极性部22。当图案化绝缘层3设置在金属件2上时，第一极性部21与第二极性部22分别会露出于两个凹部31。因此，设置在图案化绝缘层3上的光电元件4能够通过两条金属导线l以打线接合方式分别电性连接于金属件2的第一极性部21与第二极性部22。
28.承上述，光电封装结构m还包括一第一防焊结构6与一第一封装体71。第一防焊结构6设置在基板1上并且填满于金属件2周围。其中，第一防焊结构6可由一种深色或白色防焊油墨制成。第一防焊结构6可通过一磨刷工艺，将第一防焊结构6的上表面切齐于金属件2的上表面，以减少金属件2的上表面与第一防焊结构6的上表面之间的高低差，维持光电元件4与图案化绝缘层3堆栈在金属件2上时的平整度，如图2所示。进一步来说，金属件2的本体部20、第一极性部21以及第二极性部22皆为第一防焊结构6所包围，且本体部20、第一极性部21以及第二极性部22的上表面露出于第一防焊结构，较佳者，本体部20、第一极性部21以及第二极性部22的上表面与第一防焊结构6的上表面为一齐平的接合表面。第一封装体71设置在基板1上，第一封装体71为一透光胶体，用以包覆光电元件4。进一步来说，光电元件4具有相对的两个第一侧边41以及连接于两个第一侧边41之间的一第二侧边42，每一第一侧边41与相对应的基板1边缘之间具有一第一预定距离h1(见图1)，第二侧边42与相对应的基板1边缘之间具有一第二预定距离h2(见图2)。在本发明中，第一预定距离h1与第二预定距离h2皆介于75μm至125μm，且值得一提的是，承载区30r的投影面积与光电元件4垂直投影在基板1的投影面积的比值为0.7至0.9。由此，本发明所提供的光电封装结构m，能够使光电元件4设置在基板1上的面积占比最大化，达到最大化封装的效果，进而使光电封装结构m具有较高的光电流输出以及获得较好的感测准确度。值得一提的是，前段提及多个凹槽30的结构具有减少固晶胶5溢流的功效，如图2所示，由于固晶胶5溢流出时会填入凹槽30中，因此第二侧边42与相对应的基板1边缘之间的空间不会被固晶胶5填满，使得在光电元件4最大化(意味着第二侧边42与相对应的基板1边缘之间的空间为最窄)的同时，第一封装体71仍然能够包覆光电元件4的顶部及周围表面而达到紧密结合的效果。
29.继续参阅图3，在本实施例中，多个凹槽30中一部分凹槽30是呈l字型形状，另一部分凹槽3则是呈一字型形状。具体来说，l字型形状的凹槽30是分布在承载区30r的四个角落，而一字型形状的凹槽3则是与l字型形状的凹槽30交错设置。此外，在本实施例中，承载区30r为一矩形区域，其具有一预定的长边与短边。承载区30r长边长度与凹槽30平行于承载区30r长边的结构长度之间呈一比例，该比例为2:1；承载区30r短边长度与凹槽30平行于承载区30r短边的结构长度之间呈另一比例，该比例为1:0.6。然而，本发明不以凹槽30的形状为限制。参阅图4所示，图4为本发明的光电封装结构的图案化绝缘层的另一实施型态示意图，举例来说，凹槽30也可以仅以一字型形状或者仅以l字型形状来设置，以图4为例，图案化绝缘层3设置四个一字型的凹槽30而围绕定义出承载区30r。
30.参阅图3与图5所示，图5为本发明第一实施例的光电封装结构的基板、第一导体垫、第二导体垫及第三导体垫的立体示意图。上文已提到，光电封装结构m的电路基板包括基板1、金属件2及导体件8。金属件2与导体件8分别设置在基板1的上下表面，其中金属件2主要作为固晶焊垫之用，导体件8主作为吃锡焊垫之用。金属件2与第一防焊结构6设置在基板1的一表面上，而光电封装结构还包括另一防焊结构(为了与第一防焊结构6区隔，下称第二防焊结构9)。导体件8与一第二防焊结构9设置在基板1的相对另一表面上。导体件8包括一第一导体垫81、一第二导体垫82以及一第三导体垫83。第三导体垫83设置在第一导体垫81与第二导体垫82之间。继续参阅图2所示，第一导体垫81与第二导体垫82分别通过两个导电通孔v电性连接于第一极性部21与第二极性部22，但本发明不以为限，举例来说，第一导体垫81与第二导体垫82可分别通过两个导电柱电性连接于第一极性部21与第二极性部22。举例来说，导体件8可为铜箔而第二防焊结构9可由一种深色或白色防焊油墨制成。此外，第一导体垫81与第二导体垫82的表面亦有一金属镀层，例如化学镀镍/浸金，可提供良好的可焊性。此外，第二防焊结构9覆盖于第三导体垫83。第三导体垫83不带电性，第二防焊结构9上设有一极性识别组件a以供用户识别。值得一提的是，第二防焊结构9的厚度不大于第三导体垫83厚度的两倍，较佳是1倍，这项结构特征主要为了后续的焊接工艺而设计。另外，需说明的是，金属件2的面积与导体件8(第一导电垫81、第二导电垫82及第三导电垫83)的面积和的差小于或等于10％，也就是说金属件2的面积与第一导体垫81、第二导体垫82及第三导体垫83的面积和大致上相等，也就是使基板1上下表面的金属面积能够维持约略相等。由此，本发明通过一应力释放结构如第三导体垫83的配置，能够有效平衡金属件2接合在基板1时的应力，以减少基板1翘曲的情况而造成光电元件4破裂。
31.第二实施例
32.参阅图6所示，图6为本发明第二实施例的光电封装结构的分解示意图。比较图6与图3，可知第二实施例的光电封装结构m2与第一实施例的光电封装结构m具有相仿的结构。其差异之处在于，光电封装结构m2还包括一第二封装体72，设置在光电元件4的周围并且填满两个凹部31，且第一封装体71包覆光电元件4与第二封装体72，第二封装体72为不透光胶材，例如黑胶，但本发明不以为限。此外，第一封装体71的上表面t能够经过表面处理而形成一粗化面，该粗化面的表面粗糙度(ra)介于1μm至3μm。由此，本发明通过将第一封装体71的上表面t配置为粗化面，以在之后进行smt(surface mount technology)工艺时，方便将光电封装结构m2由吸嘴移除，也就是说，上表面t配置为粗化面具有抗沾黏吸嘴的功效。
33.第三实施例
34.参阅图7与图8所示，其为本发明第三实施例的光电封装结构的基板、金属件、第一防焊结构、导体件及第二防焊结构的立体示意图。第三实施例所提供的光电封装结构与第一实施例中的光电封装结构m具有相仿的结构，其相仿之处不再赘述以及在附图中示出。图7与图8主要是示出本实施例的光电封装结构与第一实施例的差异之处在于，在本实施例中，金属件2包括一本体部20、一第一极性部21以及一第二极性部22。本体部20具有一第一网格状区域，该第一网格状区域是由多条凸出的网格线202组成，且多条网格线202相对于基板1边缘是呈斜向延伸的方式来配置。每一条网格线202的宽度介于0.1mm至0.2mm，且相互平行的相邻两条网格线202之间的间距为0.2mm至0.4mm。更进一步来说，该第一网格状区域内具有对应图案化绝缘层3的多个凹槽30形状的导体垫201，换言之，当图案化绝缘层3设置在金属件2上时，图案化绝缘层3的多个凹槽30分别对应第一网格状区域中的多个导体垫201，也就是说图案化绝缘层3的多个凹槽30垂直投影在本体部20的投影面积与第一网格状区域的多个导体垫201重叠。在本实施例中，导体件8包括一第一导体垫81、一第二导体垫82以及一第三导体垫83，其中，第三导体垫83也具有一第二网格状区域，第三导体垫83的第二网格状区域由多条凸出的网格线831组成。通过第三导体垫83的第二网格状区域的配置，能够维持金属件2的面积与第一导体垫81、第二导体垫82及第三导体垫83的面积和的差小于或等于10％的范围。
35.继续参阅图7及图8，另外本实施例的光电封装结构与第一实施例中的光电封装结构m的相仿之处可配合参阅图1所示，在光电封装结构的工艺中，固晶胶5需经过烘烤固化，才能将光电元件4固定在图案化绝缘层3上。在烘烤过程中，电路基板会因受热而产生收缩翘曲的现象，进而造成光电元件4的破裂，特别是当光电元件4长宽比值大于2以上。因此，本发明通过金属件2的本体部20形成网格状的设计，来有效释放电路基板所承受的热应力，减少基板1电路基板产生收缩翘曲的现象。
36.参阅图9与图10所示，图9与图10为第三实施例的另一个实施方式。图9、10与图7、8相比，其差异在于网格状区域的组成有所不同。具体来说，在图9中，金属件2的本体部20所具有的第一网格状区域是由多个凸出的网格203组成。也就是说，相较于图7、8中的光电封装结构的第一网格状区域，本实施例中的本体部20的第一网格状区域是由多个凸出的网格203组成。多个网格203之间的间隙由第一防焊结构6填满，其相当于网格线，且这些间隙(网格线)是呈斜向延伸的方式来配置。间隙的宽度介于0.1mm至0.2mm，且每一网格203之间的宽度(即网格边长)为0.2mm至0.4mm。
37.此外，在图10中，第三导体垫83也具有一第二网格状区域，第三导体垫83的第二网格状区域是由多个凸出的网格832组成，而多个网格832之间的间隙相当于网格线，且这些网格线(间隙)是呈斜向延伸的方式来配置。通过第三导体垫83的第二网格状区域的配置，能够维持金属件2的面积与第一导体垫81、第二导体垫82及第三导体垫83的面积和的差小于或等于10％的范围。
38.第四实施例
39.参阅图11与图12所示，其为本发明第四实施例的光电封装结构的基板、金属件、第一防焊结构、导体件及第二防焊结构的立体示意图。第四实施例与第三实施例的结构相仿之处不再赘述。在本实施例中，本体部20的第一网格状区域是由多条凸出的网格线202组成，且多条网格线202与沿着基板1边缘延伸的一边界线(图未示出)呈一90度夹角。也就是
说，多条网格线202是平行或垂直于基板1边缘延伸。
40.与第三实施例相同，本体部20的第一网格状区域内具有对应图案化绝缘层3的多个凹槽30形状的导体垫201，换言之，当图案化绝缘层3设置在金属件2上时，图案化绝缘层3的多个凹槽30分别对应第一网格状区域中的多个导体垫201，也就是说图案化绝缘层3的多个凹槽30垂直投影在本体部20的投影面积与第一网格状区域中的多个导体垫201重叠。此外，第三导体垫83也具有一第二网格状区域，第三导体垫83的第二网格状区域也是由多条凸出的网格线831组成，多条网格线831与沿着基板1边缘延伸的一边界线(图未示出)呈一90度夹角，也就是说，多条网格线831是平行或垂直于基板1边缘延伸。通过第三导体垫83的第二网格状区域的配置，能够维持金属件2的面积与第一导体垫81、第二导体垫82及第三导体垫83的面积和的差小于或等于10％的范围。
41.参阅图13与图14所示，图13与图14为第四实施例的另一个实施方式。图13、图14与图11、图12相比，其差异在于金属件2的本体部20具有一第一网格状区域，该第一网格状区域是由多个凸出的网格203组成。多个网格203之间的间隙相当于第一网格状区域的网格线，且这些间隙(网格线)是平行或垂直于基板1边缘延伸。此外，第三导体垫83也具有一第二网格状区域，第三导体垫83的第二网格状区域是由多个凸出的网格832组成，而多个网格832之间的间隙相当于第二网格状区域的网格线，且这些网格线(间隙)是平行或垂直于基板1边缘延伸。通过第三导体垫83的网格状区域的配置，能够维持金属件2的面积与第一导体垫81、第二导体垫82及第三导体垫83的面积和的差小于或等于10％的范围。
42.实施例的有益效果
43.本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的光电封装结构，是设置一图案化绝缘层3在金属件2上，图案化绝缘层3具有多个凹槽30，多个凹槽30定义出一用以容置光电元件4的承载区30r。相较于现有技术中光电元件4多是直接设置在基板1上，使得基板1上可容置光电元件4区域的面积受限于打线区域的面积，进而使光电元件4的尺寸也一并受限，本发明利用设置一图案化绝缘层3来容置光电元件4，使光电元件4可设置在承载区30r上而不需受限于打线区域的面积，因此可加大光电二极管的尺寸以及受光面面积，增加光电元件4所输出的光电流，得到更好的感测准确度。
44.更进一步来说，本发明所提供的光电封装结构m中，光电元件4的每一第一侧边41与相对应的基板1边缘之间具有一第一预定距离h1(见图1)，光电元件4的第二侧边42与相对应的基板1边缘之间具有一第二预定距离h2(见图2)。第一预定距离h1与第二预定距离h2皆介于75μm至125μm，更进一步来说，承载区30r的投影面积与光电元件4垂直投影在基板1的投影面积的比值为0.7至0.9。因此，本发明所提供的光电封装结构m，能够使光电元件4设置在基板1上的面积占比最大化，达到最大化封装的效果，进而使光电封装结构m具有较高的光电流输出以及获得较好的感测准确度。
45.以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书的保护范围内。