專利名稱:發(fā)光二極管陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光器件陣列，特別地，涉及可以被組合以形成不同尺寸的二維陣列 的一維發(fā)光二極管陣列。
背景技術(shù)：
諸如發(fā)光二極管(LED)之類的半導體發(fā)光器件是高效的光源。對于許多應(yīng)用而 言，尤其是對于具有大于3mm2Sr的光學徑角性(etendue)的高視亮度應(yīng)用而言，經(jīng)常希望 的是將多個LED放置在陣列中。由于亮度是LED彼此鄰近程度的函數(shù)，因而希望的是在這 樣的陣列中將LED靠近地放置在一起。為了按常規(guī)方法形成陣列，直接地或者通過使用居 間的基座(intervening submount)將LED單獨地安裝到單片襯底上。然而，精確地將大 量LED結(jié)合到單個襯底上是困難的并且具有相對較低的成品率(yield)。例如，對于每LED 10%的故障率，將15個LED安裝到3x5 二維陣列中導致大約21% (90% "15)的成品率。
因此，希望的是產(chǎn)生改進的LED陣列，使得LED可以彼此緊鄰地放置并且提高總的 成品率。
發(fā)明內(nèi)容
依照一個實施例，一維發(fā)光二極管(LED)陣列被配置成將LED彼此緊鄰地(例如 150 μ m或者更小)放置并且緊鄰陣列的襯底邊緣地(例如150 μ m或者更小)放置LED的 至少一個側(cè)面。由于LED靠近襯底的邊緣，因而可以并排地將多個一維陣列接合(join)在 一起以形成二維陣列，其中來自鄰近一維陣列的LED靠近地放置在一起。通過最小化相同 一維陣列與鄰近一維陣列上的LED之間的間隙，改善了器件的亮度，從而使得器件適合用 于高輻射度的應(yīng)用。而且，使用一定數(shù)量的一維陣列以形成更大的二維陣列相對于常規(guī)的 單片二維陣列提高了成品率。
圖1示出了一維發(fā)光二極管(LED)陣列的俯視圖。
圖2示出了并排地組合以形成二維陣列的多個一維陣列。
圖3示出了熱沉的俯視圖，圖2中示出的二維陣列可以安裝到該熱沉。
圖4為安裝到襯底上的二維陣列的側(cè)視圖，其中冷卻接口耦合到上覆的LED。
圖5為圖4中所示二維陣列的頂視圖。
圖6示出了用于圖1的一維陣列的襯底的俯視圖。
圖7示出了圖1和圖6的一維陣列的一部分的更近的視圖。
圖8示出了安裝LED并且切割成單獨的一維陣列之前在單個瓦狀物(tile)上產(chǎn) 生的多個襯底的頂視圖。
圖9示出了一維陣列的另一實施例的俯視圖，其中接觸引線位于襯底頂面的相同 側(cè)。[0014]圖10為所述一維陣列沿著圖9中的直線A-A的截面圖。
圖11示出了使用一定數(shù)量的一維陣列產(chǎn)生的二維陣列的實例。
圖12示出了由兩個串聯(lián)耦合的1x3 —維陣列形成的2x3 二維陣列。
圖13示出了一維陣列的另一實施例，其中LED并聯(lián)地耦合在一起。
具體實施方式
圖1示出了一維發(fā)光二極管(LED)陣列100的俯視圖，該陣列包括裝有多個發(fā)光二極管(LED) 102的襯底104。襯底104包括具有頂面的絕緣底座106，所述頂面覆蓋有圖 案化導電層以便形成LED 102的N接觸引線IOSlead和P接觸引線1 IOlead以及N觸點108和 P觸點110，其在圖1中被LED 102隱藏，但是顯示在圖6中。LED 102串聯(lián)地耦合在一起， N接觸引線IOSlead和P接觸引線IlOlead位于襯底104的相對側(cè)。
在圖1中，一維陣列100被示為能夠容納高達七個LED 102。然而，如果希望的話， 陣列100可以被配置成容納更多或更少的LED 102。一維陣列100通?？梢员环Q為IxN陣 列，其中N > 2。根據(jù)本公開，可以產(chǎn)生與圖1中所示陣列100類似但是具有不同數(shù)量N的 LED的陣列。而且，如果希望的話，一維陣列100上的LED安裝位置中的一個或多個可以未 被占用(unpopulated)以及短路，這在圖1中由LED 102a中的交叉影線示出。如圖2所示， 多個一維IxN陣列100可以進行組合，即彼此鄰近地安裝，以便形成二維MxN陣列200，其中 M彡2。用來產(chǎn)生二維陣列200的一維陣列100可以裝有相同數(shù)量的LED 102，或者可替換 地，一維陣列100中的一個或多個可以具有不同數(shù)量的LED102以產(chǎn)生希望的陣列配置。
使用許多單獨的一維陣列100以形成二維陣列的優(yōu)點在于，提高了總的成品率。 例如，具有15個LED的常規(guī)單片二維陣列(例如3x5陣列)可以具有21% (90% "15)的 成品率，而假設(shè)緊密地安裝和電連接五條帶的成品率為99%，那么使用五個一維1x3陣列 可以得到69% (90% "3*99% "5)的成品率。
圖3示出了熱沉210的俯視圖，MxN陣列200可以安裝到該熱沉。熱沉210可以 由熱傳導材料(例如鋁或銅或者其合金)制成。熱沉210包括電隔離的引線212，其例如通 過線焊或者通過底面襯底104上的焊料回流電耦合到單獨的IxN陣列100的N和P接觸引 線108、110，其中襯底104中的通孔(未示出)提供到頂面上的N和P觸點108、110的電 接觸。可以將一維陣列100的襯底104焊接到熱沉210以便提供從LED 102通過一維陣列 100的襯底到熱沉210的良好的熱接觸和低熱阻。
圖4為陣列200’的側(cè)視圖，該陣列類似于圖2中示出的陣列200，并且耦合到直接 鍵合銅(DBC)襯底120，該襯底在LED的位置之下具有孔以便提供與熱管122或者其他適當 的冷卻接口的熱接觸。由圖4可知，線焊124提供DBC襯底120與N和P接觸引線108和 110之間的電接觸。可替換地，DBC襯底120與N和P接觸引線108和110之間的電接觸利 用襯底104中用虛線所示的通孔126來實現(xiàn)。
圖5為圖4中所示的陣列200’的頂視圖，其中圓示出熱管122的位置。由圖5可 知，陣列200，可以包括一個或多個具有變化數(shù)量的LED102的一維陣列100，這可以有利于 優(yōu)化熱接口或者只是產(chǎn)生希望的陣列面積。所述圓可替換地可以代表光學系統(tǒng)(例如圓弧 形(round)聚光燈)的形狀，其中每條帶使用變化數(shù)量的LED有助于實現(xiàn)該光學系統(tǒng)的理 想的形狀。[0024]圖6示出了用于一維陣列100的襯底104的俯視圖。襯底104包括底座106，該底座可以為例如陶瓷、A1203、A1N、氧化鋁或者氮化硅。底座106覆蓋有圖案化導體區(qū)域109 以形成LED的電隔離的N觸點108和P觸點110，其與它們之間的導電橋111串聯(lián)設(shè)置。導 體區(qū)域109可以常規(guī)地用平版印刷方法例如由Au或Cu或者適當?shù)慕饘倩蚪饘俸辖鸪练e和 圖案化，并且可以具有例如2 μ m的厚度。LED位點(site)處的N和P觸點108和110上鍍 有凸塊(bump) 112，其在將LED 102安裝到襯底104上時提供與LED 102的電接觸。電鍍的 凸塊112可以為例如Au鍍層，其為15-30 μ m厚，具有例如50%的面積覆蓋。
圖7示出了陣列100的一部分的更近的視圖，其中LED 102的若干部分被切除。陣 列100被配置成使得LED 102可以靠近地安裝在一起以便提高器件的亮度，使得陣列100 適合用于高輻射度器件(例如背投影系統(tǒng))以及高流明/瓦特系統(tǒng)(例如袖珍投影儀)。 通常，亮度L =通量/(面積* π )并且MxN陣列的面積為面積=(M*LED的寬度+(M-I)*間 隙寬度)*(N*LED的長度+ (N-I)*間隙長度)。因此，假設(shè)來自LED的總的通量相同，那么間 隙長度或間隙寬度越大，則面積越大并且亮度L越低。
形成N觸點108和P觸點110，使得當安裝到襯底104上時，LED102之間的間隙 (距離Dgap)為150 μ m或更小，優(yōu)選地為100 μ m或更小，例如75 μ m或50 μ m。為了最小化
距離Dgap，兩個鄰近LED位點的N觸點110被配置成靠近在一起，例如距離D。。nta。ts。在確定 最小距離D。。nta。ts以及因而距離Dgap方面，必須考慮具有例如士 15 μ m的公差的LED管芯的 放置。如果距離D。。nta。ts太小，那么在LED管芯的放置期間LED管芯可能短路或者彼此接觸。 電鍍的凸塊112的放置的制造公差也增加了所述公差，例如士 15μπι。通過最小化襯底104 上的LED 102之間的間隙，增加了陣列100的亮度。
此外，襯底104被配置成使得LED 102的邊緣與底座106的至少一條邊緣107之間 的距離Dedge最小化，例如150 μ m或更小，優(yōu)選地為100 μ m或更小，例如75 μ m或50 μ m。通 過最小化距離Dedge,來自兩個鄰近的一維陣列100的LED 102之間的距離將不超過300 μ m。 為了最小化距離Dedge, N觸點108被配置成使得它們最小地或者根本不延伸出LED 102的 邊緣之外，即距離D102小于50 μ m，優(yōu)選地為25 μ m或更小，例如0. 0 μ m,除了與相鄰LED位 點之下的P觸點110形成電接觸或者與N接觸引線IOSleadB成電接觸的橋111之外。通過 配置金屬N觸點108使得它們完全位于LED 102之下，襯底104的底座106可以被鋸切成 非?？拷麹ED 102的邊緣而不接觸金屬觸點材料，其將干擾底座106的鋸切，以及當靠近地 放置在一起時具有與相鄰陣列短路的風險。應(yīng)當理解的是，當前實施例基于N觸點位于LED 管芯的參數(shù)(parameter)上的LED倒裝芯片配置。對于其他的配置，例如P觸點位于LED 管芯的參數(shù)上，或者N觸點和P觸點位于LED管芯的相對側(cè)，可以根據(jù)本公開內(nèi)容適當?shù)馗?變N觸點108和P觸點110的配置。
在制造中，可以同時從單個大的瓦狀物產(chǎn)生多個襯底104。圖8通過實例示出了在 安裝LED 102并且切割成單獨的陣列100之前在單個瓦狀物160上產(chǎn)生的多個襯底104的 頂視圖。在形成襯底104之后，形成了接觸區(qū)域109和電鍍的凸塊112(圖6)，LED 102設(shè) 置在瓦狀物160上。LED 102可以是任何希望的倒裝芯片設(shè)計，并且優(yōu)選地為III族氮化物 器件，其常規(guī)上在藍寶石、碳化硅或者III氮化物襯底上外延生長。一旦安裝了 LED 102，那 么可以執(zhí)行常規(guī)的環(huán)氧樹脂底層填充工藝，其后例如使用激光剝離或者其他適當?shù)墓に嚾?除生長襯底。然后，使用例如光電化學(PEC)或者其他適當?shù)墓に嚧植诨疞ED 102的其余頂面以便改善光提取。然后，可以例如使用鋸切工藝切割單獨的一維陣列100，對其測試，并 且以多個IxN單元將其安裝和電連接在熱沉上。
此外，襯底104的設(shè)計消除了對于線焊的需要，并且避免了在離LED 102陣列的近 參數(shù)內(nèi)放置比LED高的部件，比如瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)。因此，諸如透鏡之類的光學部件 可以放置得靠近LED的頂面，例如100 μ m或更小。
圖9示出了一維(1x3)陣列300的另一實施例的俯視圖，其中N接觸引線302_和 P接觸引線304lead位于襯底306的相同側(cè)。圖10為圖9中一維陣列300沿著直線A-A的 截面圖。應(yīng)當理解的是，陣列300的尺寸可以相對于所示的改變，例如，該陣列可以為1x2、 1x4或者更大。圖11示出了使用四個一維1x3陣列300和四個一維1x2陣列301產(chǎn)生的二 維4x5陣列350的實例。當然，可以使用更大或更小的一維陣列以及使用更少或附加的一 維陣列產(chǎn)生不同尺寸的二維陣列。如圖10所示，襯底306由具有2μπι厚的例如Au或Cu的導電底層312的例如硅 的底座310形成。絕緣層314覆蓋在底層312之上。絕緣層314可以是例如1. 5 μ m厚的 氧化硅層或者其他合適材料層。由圖10可見，兩個Au或其他合適材料的通孔316a、316b 存在于絕緣層314中。通孔316a位于P接觸引線304之下，而通孔316b位于陣列中最遠 的LED的P接觸區(qū)塊(area)之下。圖案化導體區(qū)域318位于絕緣層314之上，其形成LED 的接觸引線302lead和304lead以及N觸點302和P觸點304。電鍍的凸塊320位于導體區(qū)域 318之上，其提供與LED的電接觸。
圖12示出了兩個安裝在一起以形成2x3 二維陣列400的1x3 —維LED 403陣列 402的俯視圖。一維陣列402可以以類似于圖1所述陣列100的方式形成，例如圖案化金屬 觸點覆蓋在絕緣底座上。所述兩個一維陣列402通過導電帶狀物(ribbon) 405和407串聯(lián) 耦合在正極引線404和負極引線406之間，跨接線408將一個陣列的N觸點410耦合到另 一個陣列的正極觸點412。陣列402安裝在用于散熱的金屬塊(slug)414上并且被塑料或 其他合適材料的模制體416包圍。一維陣列402還包括TVS 二極管418。由圖12可見，陣 列402被配置成使得LED 403的僅僅一個側(cè)面靠近襯底的邊緣。而且，高于LED 403的部 件(例如跨接線408、帶狀物405和407以及TVS 二極管4018)置于LED的近參數(shù)之外，例 如大于0. 5mm,更特別地大于Imm或2mm。因此，諸如透鏡之類的光學部件可以放置得靠近 (例如100 μ m或更小)LED陣列，而沒有來自跨接線408、帶狀物405和407以及TVS 二極 管4018的干擾。
圖13示出了一維陣列500的另一實施例，其中LED 501 (僅僅LED的一部分被示 出)通過N觸點502和P觸點504并聯(lián)耦合到N接觸引線502lead和P接觸引線504lead。因 此，N觸點502耦合在一起并且P觸點504耦合在一起。
盡管出于教導的目的結(jié)合特定實施例說明了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于此。在 不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以做出各種調(diào)整和修改。因此，所附權(quán)利要求
的精神和范 圍并不限于前面的描述。
權(quán)利要求
一種設(shè)備，包括一維發(fā)光二極管陣列，該一維陣列包括襯底，其具有底座和多個設(shè)置在底座上的導電接觸區(qū)域；多個發(fā)光二極管，每個發(fā)光二極管具有倒裝芯片配置并且安裝在所述多個導電接觸區(qū)域之一上，其中每個發(fā)光二極管與另一個發(fā)光二極管分開150μm或更小，并且其中每個發(fā)光二極管具有與底座的側(cè)面分開150μm或更小的邊緣。
2.權(quán)利要求
1的設(shè)備，還包括位于底座頂面的相對側(cè)的正極接觸引線和負極接觸引線。
3.權(quán)利要求
1的設(shè)備，還包括位于底座頂面的相同側(cè)的正極接觸引線和負極接觸引線。
4.權(quán)利要求
1的設(shè)備，其中所述接觸區(qū)域被配置成使得一個發(fā)光二極管之下的正極接 觸區(qū)塊電耦合到鄰近發(fā)光二極管之下的負極接觸區(qū)塊。
5.權(quán)利要求
1的設(shè)備，其中所述多個發(fā)光二極管通過所述接觸區(qū)域并聯(lián)地電耦合在一 起，從而一個發(fā)光二極管之下的正極接觸區(qū)塊電耦合到鄰近發(fā)光二極管之下的正極接觸區(qū) 塊。
6.權(quán)利要求
1的設(shè)備，其中每個接觸區(qū)域具有不相對于上覆的發(fā)光二極管的邊緣延伸 超過50 μ m的側(cè)面。
7.權(quán)利要求
1的設(shè)備，其中每個發(fā)光二極管與另一個發(fā)光二極管分開100μ m或更小， 并且其中每個發(fā)光二極管具有與底座的側(cè)面分開100 μ m或更小的邊緣。
8.權(quán)利要求
1的設(shè)備，還包括被配置成形成二維發(fā)光二極管陣列的多個一維發(fā)光 二極管陣列，其中每個一維陣列上的發(fā)光二極管相距鄰近一維陣列上的發(fā)光二極管不到 300 μ Hlo
9.權(quán)利要求
1的設(shè)備，其中所述一維陣列中的至少一個與其余一維陣列具有不同數(shù)量 的發(fā)光二極管。
10.權(quán)利要求
1的設(shè)備，其中所述發(fā)光二極管具有一定高度，并且其中不存在相距所述 發(fā)光二極管之一比2mm更近、高度大于所述發(fā)光二極管高度的部件。
11.一種二維發(fā)光二極管陣列，包括多個一維發(fā)光二極管陣列，每個一維發(fā)光二極管陣列包括多個安裝在襯底上的倒裝 芯片發(fā)光二極管，其中襯底上的每個發(fā)光二極管與相同襯底上的另一個發(fā)光二極管分開 150 μ m或更小，并且其中每個發(fā)光二極管與鄰近一維陣列上的發(fā)光二極管分開300 μ m或更小。
12.權(quán)利要求
11的二維發(fā)光二極管陣列，其中該二維陣列為MxN陣列，其中M>2并且 N > 2，其中存在M個一維陣列并且所述M個一維陣列中的每一個為IxN陣列。
13.權(quán)利要求
11的二維發(fā)光二極管陣列，其中每個一維陣列還包括位于發(fā)光二極管之 下的襯底上的導電接觸區(qū)域，每個接觸區(qū)域具有不相對于上覆的發(fā)光二極管的邊緣延伸超 過50 μ m的側(cè)面。
14.權(quán)利要求
11的二維發(fā)光二極管陣列，其中這些發(fā)光二極管具有一定高度，并且其 中不存在相距所述發(fā)光二極管之一比2mm更近、高度大于所述發(fā)光二極管高度的部件。
專利摘要
一維發(fā)光二極管(LED)(102)陣列(100)被配置成將LED彼此緊鄰地(例如150μm或者更小)放置并且緊鄰襯底邊緣(107)地(例如150μm或者更小)放置LED的至少一個側(cè)面。由于LED靠近襯底的邊緣，因而可以并排地將多個一維陣列接合在一起以形成二維陣列(160)，其中來自鄰近的一維陣列的LED被靠近地放置在一起。通過最小化相同一維陣列與鄰近一維陣列上的LED之間的間隙，改善了器件的亮度，從而使得器件適合用于高輻射度的應(yīng)用。而且，使用一定數(shù)量的一維陣列以形成更大的二維陣列相對于常規(guī)的單片二維陣列提高了成品率。
文檔編號GKCN101821543SQ200880104047
公開日2010年9月1日 申請日期2008年8月22日
發(fā)明者G·哈伯斯, S·J·比爾休詹 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司;飛利浦拉米爾德斯照明設(shè)備有限責任公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan