基于陶瓷的发光二极管(led)装置、元件以及方法_2

文档序号:8548253阅读:来源:国知局
DiodesIncludingPhosphorCoating)"的美国专利申请序列号12/014, 404中以及在名为 "用于使光学材料应用于光学部件的系统和方法(SystemsandMethodsforApplication ofOpticalMaterialstoOpticalElements)" 的美国专利申请序列号 12/717, 048 的部 分继续申请中描述了用于涂覆一个或多个LED芯片的其他合适的方法,这两个专利的全部 内容都通过引用结合在本文中。还可以使用其他方法(例如,电泳沉积(ETO))涂覆LED芯 片,其中,在名为"半导体装置的闭环电泳沉积(CloseLoopElectrophoreticDeposition ofSemiconductorDevices) "的美国专利申请序列号11/473, 089中描述了一种合适的EPD 方法,该申请的全部内容通过引用结合在本文中。要理解的是,根据本主题的LED装置、系 统以及方法还可以具有不同颜色的多个LED芯片,芯片的一个或多个可以是发射白色的。 本领域的技术人员会理解的是,可以使密封剂与LED元件或衬底结合使用(例如,通过分 配),以覆盖一个或多个LED芯片。在这种情况下,可使任意合适的类型和颜色的荧光体加 入密封剂中,以便实现期望颜色的期望光的输出。一个或多个LED芯片的任意的荧光体涂 覆可以代替荧光体的这种类型的使用,或除此之外,可以使用一个或多个LED芯片的任意 的荧光体涂覆。
[0023]将参考图1A至图5B描述本主题的实施方式。现在参考图1A和图1B,光发射器 装置元件可以包括光发射器装置元件或LED元件,光发射器装置元件或LED元件可安装在 非金属衬底(例如,陶瓷)上,而在晶圆粘接接合处没有金属层。通常,期望的是衬底对可 见光具有高反射率(例如,大于大约90%),并且提供热传导和机械支撑。例如,包含铝的 陶瓷材料属于包含这些期望特性的材料。图1A和图1B均示出了通过这种方式安装的总体 由110表示的光发射器封装件或LED元件。例如在图1A中示出的LED元件110可以包括 陶瓷衬底或主体112,该陶瓷衬底或主体可以具有任意合适的形状和构造。与将金属(例 如,银或铝)用作反射器的光发射器装置元件或LED元件的常规构造相比,值得相信的是 基于陶瓷的LED元件可以提供改进的反射,从而提高效率。基于陶瓷的衬底可以具有超过 95 %的反射率,但是金属反射器通常产生小于95 %的全反射(即,漫反射加上镜面反射)。 为了进一步提高全反射,至少部分陶瓷体112可以设计为具有更大的孔隙率,以进一步增 加漫反射的量。例如,通过在大约〇%与大约15%之间的开孔孔隙率,可以实现改进的期望 的反射。本领域的技术人员会认识到,陶瓷体112可以被构造成显示更高的孔隙率值,以提 供更明亮的效果,但是亮度的这种额外的改进可引起稳定性和热性能的损失。因此,将陶瓷 体112设计为具有在大约0%与大约15%之间的范围内的开孔孔隙率,可以提供这些因素 的良好平衡。由于热管理性能,所以陶瓷材料可以进一步在LED元件中使用。例如,氧化铝 材料(A1203)具有比较低的热敏电阻、低湿度敏感性、高温环境下优秀的可靠性以及超强的 散热能力。
[0024] 一方面,陶瓷体112可以包括使用低温共烧陶瓷(LTCC)材料和工艺铸造的陶瓷 体。具体而言,例如,陶瓷体112可以包括由薄陶瓷生还带(greenceramictape)铸造的 衬底。陶瓷带可以包括本领域中已知的任意陶瓷填料材料,例如,诸如具有0. 3到0. 5的重 量百分比的玻璃熔块的氧化铝(A1203)或氮化铝(A1N)的玻璃陶瓷。在烧制陶瓷带时,玻璃 熔块可以用作陶瓷带内的粘合剂和/或烧结抑制剂。可通过铸造玻璃熔块、陶瓷填料、一个 或多个额外粘合剂以及挥发性溶剂的浆料分散的厚层,形成生坯带。铸造层可以在低温下 加热,以去除挥发性溶剂。用于陶瓷体112的陶瓷生坯带可以有利地包括任何期望的厚度, 从而在需要时有助于具有更薄的尺寸。另一方面,可以使用HTCC。陶瓷体112可以进一步 包括陶瓷材料,该陶瓷材料具有容纳在其中的多个散射颗粒中的任意一个。合适的散射颗 粒的实例可以(例如)包括八1 203、!102、8&504和/或4^的颗粒。在一个特定的实施方式 中,可以根据成本因素以及机械性能、光学性能、电性能以及热性能来选择A1203颗粒。另一 方面,衬底可以是没有中间层的相对简单的结构,例如,由薄膜工艺或厚膜工艺制造的衬底 (例如,阔斯泰(CoorsTek)公司和其他公司制造的裸衬底等)。这种衬底可以与其他材料 (例如,氧化错)一起烧制以提尚光学和机械性能。
[0025] 再次参考图1A和图1B,例如,可以形成不具有任何腔或凹槽的陶瓷体112以使得 一个或多个LED芯片114布置在陶瓷体112上并可安装至陶瓷体112。在一个实例中,主 体112可以包括能沿单个平面布置的表面(例如,上表面),但该表面并不必须沿单个平面 布置。一个或多个LED芯片(例如,LED芯片114)可以例如仅通过在主体112与LED芯片 114之间的薄粘合层(例如,硅树脂或环氧树脂)而直接安装至主体112的表面(即,不具 有例如金属层或其他层的任何中间层,例如在图1A中示出的)。可替代地,所述一个或多个 LED芯片(例如,LED芯片114)可以间接地安装至陶瓷体112的表面,例如图1B中示出的, 其中,LED芯片114安装至可以是非金属层的第一中间层116中。可以使用一个中间层或 可以使用多于一个中间层,并且所有中间层可以是非金属层。例如,但并非限制性地,第二 中间层118也可以布置在主体112与LED芯片114之间,如图1B中示出的,其中,第二中间 层118位于第一中间层116下方并且抵靠第一中间层。一个或多个中间层可以具有与LED 芯片114的宽度相同的、比该宽度更小或更大的宽度。在一个实例中,第二中间层118示出 为具有比LED芯片114的宽度更宽的宽度,并且图1B中的箭头A1显示虚线以示出第一中 间层116可以延伸到的位置,该位置可替代为一实例,在该实例中,第一中间层116具有比 LED芯片114的宽度窄的宽度。
[0026] 在任一结构中,LED芯片114可以(例如)通过焊线120或任何其他合适的技术 电连接至一个或多个电气元件。本文中使用的电气元件可以(例如但并非限制性地)包括 电气轨迹、导线、电焊盘、触点或接合焊盘或任何其他合适的电气元件。例如,第一电气元件 122和第二电气元件124均可以包括铜箔,铜箔具有提供在该铜箔上能丝焊的金或银部分。 第一电气元件122和第二电气元件124中的一个可以充当阴极,另一个可以充当阳极,以用 于为LED芯片114提供电流,以激活LED芯片内的有源层。可替代地,LED芯片114可以与 第一电气元件和第二电气元件倒装芯片接合。还可以使用任何其他合适的接合技术。无论 使用哪种特定的连接,第一电气元件122和第二电气元件124均可通过一个或多个非金属 层与陶瓷体112分开。例如图1A和图1B中示出的,粘合层126和128可以分别定位在陶 瓷体112与第一电气元件122和第二电气元件124之间。例如,粘合层126和128均可包 括有机粘合剂、压敏粘合剂(PSA)和/或环氧树脂或硅树脂粘合剂。
[0027] 通过使用非金属层(例如,第一中间层116和第二中间层118、粘合层126和128) 使芯片114和第一电气元件122和第二电气元件124连接至陶瓷体112,可以大幅提高LED 元件110的可制造性。具体而言,例如,现有技术方法需要资源密集的工艺,其中,种子层通 过物理气相沉积等沉积在衬底上并在种子层上镀铜,以在衬底上产生电气轨迹。通常在铜 上电镀其他金属以使它们能够丝焊。这种方法相比于陶瓷体112可需要大量额外的处理步 骤,并且这些额外处理步骤可在陶瓷表面上留下污染物,这些污染物难以去除并可对装置 的性能(例如,亮度)和可靠性产生不利地影响。相反,使用本文中论述的一个或多个中间 非金属层,第一电气元件122和第二电气元件124能以比较简单的工艺粘合至陶瓷体112。 在这种构造中,轨迹图案可以形成为与衬底112分离,并且使用层压技术来施加轨迹图案, 层压技术例如为对于多层印刷电路板行业中的技术人员已知的使用粘合薄膜的热压和/ 或超压室(即,高压锅)层压技术。
[0028] 此外,在这方面,在图2A中示出的可替代的构造中,LED元件110可以包括定位在 陶瓷体112与第一电气元件122之间的额外的介电层127。同样地,虽然在图2A或图2B 中未示出,但是相似的介电层可以定位在陶瓷体112与任何其他电气元件(例如,第二电气 元件124)之间。介电层127可以是本领域中已知的各种材料层中的任意一种,例如,覆铜 箔层压板(CCL)(例如,玻璃增强的FR-4、CEM-3、CEM-4或其他相关的复合材料,例如,立昌 公司(Risho)的CS-3965)。在一个特定的实施方式中,例如,介电层127可以是柔性印刷 电路板("柔性带"PCB),柔性印刷电路板包括聚合物状薄膜,聚合物状薄膜在一层或多层 柔性塑料树脂(例如,杜邦公司的卡普顿(Kapton)聚酰亚胺)内具有至少
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