具有半导体光源和承载板的发光模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有多个半导体光源、尤其LED芯片的发光模块其中发光模块具有承载板。本发明也涉及一种用于运行这种发光模块的方法。本发明尤其能够应用到CoB(“Chip-on-Board”板上芯片)工艺的LED发光模块上。
【背景技术】
[0002]图1示出CoB工艺的常规的发光模块101，所述发光模块具有由铝构成的承载板102，在所述承载板的镜反射的前侧103上施加有呈LED芯片104形式的多个半导体光源。这种承载板102的使用具有两个优点，即在导热性高的同时的高的反射能力。
[0003]LED芯片104借助于介电的芯片基板相对于承载板102电绝缘并且通过键合线105彼此串联地电连接。串联级的第一 LED芯片104、104h经由键合线105与第一连接接触部106h连接，所述第一连接接触部位于最高的电势HV上。串联级的最后的LED芯片1041与第二连接接触部1061连接，所述第二连接接触部位于最低的电势LV上。因此，各个LED芯片104应串联地连接，使得其正向电压的总和对应于总共施加到该LED串联级104h、……、1041上的电压HV-LV0
[0004]承载板102的具有LED芯片104和键合线105的前侧103借助于能透光的囊封料107，例如硅酮或环氧树脂囊封，所述囊封料例如可以具有填充材料，如扩散体颗粒和/或发光材料颗粒。
[0005]因为承载板102是能导电的，所以所述承载板不太适合于在LED芯片104的串联级104h……1041上或在连接接触部106h、1061上施加的高压HV-LV的情况下使用发光模块101。高压例如可以对应于交流电压信号的峰值电压或对应于直流电压。
[0006]因为LED芯片104的厚度是相对小的(典型地在几百微米的范围中)，所以高压HV-LV的施加造成在键合线105和LED芯片104的芯片基板之间的穿过囊封料106和LED芯片104的其余部分的、尤其在第一 LED芯片104h的区域中的强的电场F。在此情况下，不利地闭合到LED串联电路的电分路P。
[0007]如果如图2中所示出的那样承载板102以其后侧108经由用于电绝缘的中间层109与金属的冷却体110连接，那么出现另一问题。冷却体110典型地与接地GND电连接。在此情况下，也在键合线105和冷却体110之间出现电容性耦合。
[0008]如在图3中的对应于图2的等效电路图中示出的那样，每个键合线105存在在所述键合线105和冷却体110之间的至少两个电容，即在键合线105和承载板102之间的第一电容Cws，所述第一电容具有囊封料107作为电介质；和在承载板102和冷却体110之间的第二电容Csh，所述第二电容具有中间层109作为电介质。第一电容Cws典型地显著小于第二电容Csh。由此，第一电容Cws上的施加在键合线105上的电势显著地下降。这附加地造成穿过囊封料107的强的电场。
[0009]已知的用于应对这些问题的措施在于由导热的、然而电绝缘的陶瓷材料构成的，例如由AlN构成的承载板的应用。然而，所述解决方案是非常昂贵的。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是，至少部分地克服现有技术的缺点并且尤其以简单的且成本适宜的方式提高在键合线和承载基板之间的放击穿安全性或减少形成分路和/或局部放电的危险。
[0011]所述目的根据独立权利要求的特征来实现。优选的实施方式尤其能由从属权利要求中得出。
[0012]所述目的通过具有多个半导体光源的发光模块来实现，所述发光模块具有金属的承载板，其中在承载板上并且与所述承载板电绝缘地设置有多个金属的基板(在下文中称作“承载基板”)，在所述承载基板上分别设置有至少一个半导体光源。承载基板的半导体光源优选串联地电连接。
[0013]通过将半导体光源划分或“团簇(Clustern)”成η个组或“集”，其中η>1，减小在设置在共同的载体上的半导体光源的串联级之上的电势差或“集电压” A Vn = HVn-LVn。换言之，现在不再应用对于所有的半导体光源共同的载体(即承载板)，而是使用多个彼此电绝缘的载体(即承载基板)。因此实现，在组的或承载基板η的第一半导体光源和最后的半导体光源之间施加的集电压A Vn通过选择位于一个承载基板上的半导体光源的数量m(m> = I)来限制于期望的最大值。因此，用于m个串联的具有正向电压Vf的半导体光源的集电压AVn可以确定为△ Vg=m.Vf。由此，能够减小在键合线和承载板之间的电场F。由此，又降低在发光模块之内的局部放电的和/或电分路的构成的危险。发光模块还能够简单地且价格便宜地构成。
[0014]优选地，至少一个半导体光源包括至少一个发光二极管。在存在多个发光二极管的情况下，所述发光二极管能够以相同的颜色或以不同的颜色发光。颜色能够是单色的(例如红色、绿色、蓝色等)或多色的(例如白色)。由至少一个发光二极管放射的光也能够是红外光(IR-LED)或紫外光(UV-LED)。多个发光二极管能够产生混合光;例如白色的混合光。至少一个发光二极管能够包含至少一个用于波长转换的发光材料(转换式LED)。发光材料能够替选地或附加地以远离发光二极管的方式设置(“Remote phosphor”远程荧光粉)。至少一个发光二极管能够以至少一个单独封装的发光二极管的形式或以至少一个LED芯片的形式存在。多个LED芯片能够安装在共同的基板(“Submount”)上。至少一个发光二极管能够装配有至少一个自身的和/或共同的用于引导射束的光学装置，例如至少一个菲涅尔透镜、准直仪等。代替例如基于InGaN或AlInGaP的无机的发光二极管或除了其以外，通常也能够使用有机LED(0LED，例如聚合物0LED)。替选地，至少一个半导体光源例如能够具有至少一个二极管激光器。在至少一个二极管激光器下游也可以连接有用于波长转换的发光材料，例如以LARP( uLaserActivated Remote Phosphor激光激活远程焚光粉”)设置的方式。特别优选的是例如基于GaN结构的、尤其具有电绝缘的安置区域或底部区域的LED芯片。
[0015]金属的承载板尤其可以具有铝和/或铜或者由其构成。承载板尤其可以圆盘形地或方形地成形。承载板的厚度尤其明显小于承载板的平面中的扩展。承载板可以是平坦的或弯曲的。厚度可以是恒定的，然而不限制于此。
[0016]金属的承载基板同样例如可以具有铝和/或铜或者由其构成。承载基板尤其也可以圆盘形地或方形地成形。承载基板的厚度尤其明显比承载基板的平面中的扩展更小。厚度能够是恒定的，然而不限制与此。承载基板优选设置在承载板的一侧上。金属的承载基板优选具有镜反射的表面，以便将光损失保持得小。
[0017]施加到半导体光源上的电压或电势差HV-LV尤其可以是高压。高压尤其可以理解为对于交流电压而言具有至少50V的有效值的电压以及对于直流电压而言具有至少120V的值。高压尤其可以理解为230V或更多、尤其400V的直流电压。
[0018]在一个设计方案中，半导体光源串联地电连接尤其表示所有半导体光源串联地电连接。在此，半导体光源能够全部连接为唯一的串联级，或者半导体光源能够以电的方式划分为多个能独立驱动的串联级或“支路”。尤其在不同颜色的半导体光源中，划分为多个支路是有意义的，其中支路优选包括相同颜色的串联的半导体光源。因此，在一个变型形式中，在承载基板上可以设置有多个支路。
[0019]—个设计方案为，发光模块构建用于在至少一个承载基板上施加电势Vc，尤其将相应的电势Vc施加到所有承载基板上。自由的电势Vc减小在键合线和承载基板之间的电势差。这引起在键合线和承载基板之间的明显更小的电场，这又降低在发光模块之内的局部放电的风险。所述设计方案能够简单地且价格便宜地实现。所述设计方案与Cws和Csh的值无关地工作。
[0020]能特别简单地实现的且有效的设计方案是，承载基板的电势Vc对应于施加在所述承载基板的至少一个半导体光源的串联级上的电势的平均值。因此，承载基板的电势Vc对应于施加在承载基板的第一 LED芯片上的电势HV的和施加在承载基板的最后的LED芯片上的电势LV的平均值，即Vc = (HV+LV)/2。由此，实现在键合线和承载基板之间的特别小的电势差，即在从承载基板的第一连接接触部引导至承载基板的第一LED芯片的键合线上的，或者在从承载基板的最后的LED芯片引导至承载基板的第二连接接触部的键合线上的绝对值最大为(HV-LV)/2的电势差。
[0021]对于将电势Vc施加到承载基板上的特别简单的实施方案是如下优选的设计方案:发光模块具有用于提供至少一个承载基板的电势Vc的分压器或与其连接。
[0022]如果在承载基板上设置有相同数量的半导体光源，那么能特别简单地实现发光模块。
[0023]此外，一个设计方案是，将承载板固定在冷却体上。这改进半导体光源的冷却。
[0024]所述目的也通过用于运行如上描述的发光模块的方法实现，其中在至少一个承载基板上施加电势。该方法能够与发光设备类似地构成并且得到相同的优点。
【附图说明】
[0025]结合实施例的下面的示意的描述，本发明的如上文所描述的特性、特征和优点以及如何实现其的方式和方法变得更加明确和显而易见，所述实施例结合附图详细阐述。在此，为了概览，相同的或起相同作用的元件能够设有相同的附图标记。
[0026]图4示出根据本发明的发光模块的侧视剖面图；以及
[0027]图5示出图4中的发光模块连同所连接的分压器。
【具体实施方式】
[0028]图4示出CoB工艺的根据本发明的发光模块，所述发光模块具有由铝构成的承载板2，在所述承载板的前侧3上在介电层4之上侧向隔开地施加有由铝构成的多个承载基板5或5-1、5-2和5-3。板状的承载基板5以其后侧6安置在介电层4上并且在其前侧7上分别承载多个LED芯片8，其中在此仅分别示出所述多个LED芯片中的第一 LED芯片8h和最后的LED芯片81。纯示例地，在此存在三个(n = 3)相同类型的承载基板5，所述承载基板分别具有相同数量m个相同的LED芯片8，例如其中隙相应地m = 45。因此，发光模块I总共具有3m= 135个LED芯片8。所有LED芯片8以唯一的串联级的方式电连接。承载基板5尤其可以具有镜反射的表面，例如根据Alanod公司的MIRO或MIRO SILVER的类型的镜反射的表面