專利名稱：Rgb熱隔離襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LED)，尤其是涉及用于熱隔離不同類型 的多色LED的安裝襯底。
背景技術(shù)：
已知的是將紅、綠和藍(lán)LED管芯安裝在單個(gè)底座上以產(chǎn)生白光模 塊。底座是導(dǎo)熱和電絕緣襯底(例如陶瓷)，具有形成在其上的導(dǎo)體， 該導(dǎo)體從LED觸點(diǎn)引導(dǎo)到兩個(gè)或者多個(gè)引線或者焊料接觸焊盤。導(dǎo)體通 常串聯(lián)和/或并聯(lián)地互連至少一些LED。然后通常將底座安裝在具有引導(dǎo) 到電源和/或其它底座的連接器的印刷電路板上。將由每個(gè)管芯產(chǎn)生的 熱量傳輸?shù)降鬃⒆罱K到熱耦合到底座的散熱器(例如電路板)。由于 整個(gè)底座基本上為相同的溫度，所以和其它LED相比產(chǎn)生相對(duì)低熱量的 LED將纟皮其它LED加熱。例如，由紅色LED產(chǎn)生的熱量可以4氐于由藍(lán)色 LED產(chǎn)生的熱量，因?yàn)樾枰碾娏髁鬟^紅色LED以產(chǎn)生所需要的光輸 出。
通常使用AlInGaP外延層形成紅色和琥珀色LED,同時(shí)通常使用 AlInGaN外延層形成綠色和藍(lán)色LED。 AlInGaPLED的光輸出對(duì)溫度非常 敏感(更高溫=更低輸出)并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)比AlInGaNLED更敏感。因此，RGB 模塊的整體顏色將隨著溫度而改變。尤其不希望的是，當(dāng)模塊使用在彩 色顯示器中或者用作平板顯示背光使用時(shí)。另外，AlInGaP LED的過渡 加熱降低了其使用壽命。
另外，由于紅色LED通常具有厚的窗口層，所以紅色LED通常比藍(lán) 色LED厚。因此，紅色LED較高地設(shè)置在公共底座上，導(dǎo)致紅色和綠色 /藍(lán)色LED具有不同的光輸出出射平面。這導(dǎo)致模塊整體顏色輸出的變 化。
為了避免上述的加熱問題，RGB LED可以安裝在單獨(dú)的底座上面， 但是這導(dǎo)致了附加的費(fèi)用、RGB模塊的更大面積、跨過額外電線的電壓 降以及其它缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
描述了一種用于紅色、綠色和藍(lán)色LED的底座，其中在底座中底座 具有熱隔離溝道和/或孔，使得由綠色/藍(lán)色AlInGaN LED產(chǎn)生的高熱量 不能傳導(dǎo)到熱敏感的紅色/琥珀色AlInGaP LED。底座包含以多種結(jié)構(gòu)互 連LED的導(dǎo)體。
在一個(gè)實(shí)施例中，AlInGaPLED在底座中是凹入的，使得所有的LED 具有相同的光出射平面。
底座可以用于產(chǎn)生其它顏色例如黃色、琥珀色、橙色和青色的LED。
附圖的簡要說明


圖1是RGB LED底座的頂-現(xiàn)圖，示出了用于AlInGaP LED的LED ^立
置、中心凹入部分的以及底座中的熱隔離溝道。
圖2是底座的頂視圖，示出了用于一些LED的接觸焊盤。
圖3是底座和LED的部分截面圖，示出了熱隔離溝道和孔。
圖4是底座的部分橫截面圖，還示出了將LED電極電耦合到多個(gè)到
體和底部焊料焊盤的通孔。
圖5是底座的底視圖，示出了多種焊料焊盤，其可以以任何結(jié)構(gòu)連
4妄到LED電極。
圖6是使用安裝在底座上的RGB LED作為背光的液晶顯示器(LCD) 的橫截面圖。
具體描述
作為正文前的內(nèi)容，形成不同類型和顏色的常規(guī)LED。在使用的例 子中， 一種類型的LED是GaN基LED，例如AlInGaN LED，用于產(chǎn)生綠 色、青色、藍(lán)色或者UV光。通常來說，使用常規(guī)的技術(shù)在藍(lán)寶石襯底 上生長p和n型外延GaN層。P層通常是上層并通過上表面上的金屬電 極接觸。
使用多種技術(shù)獲得對(duì)下面的n層的電連接。在倒裝晶片中，刻蝕掉 p層和有源層的一部分以露出用于金屬化的n層。以這種方式，p觸點(diǎn) 和n觸點(diǎn)在芯片的相同側(cè)上，并可以直接電連接到底座接觸焊盤上。來 自n金屬觸點(diǎn)的電流最初橫向流過n層。相反，在垂直注入(非倒裝晶 片)LED中，在芯片的一側(cè)上形成n觸點(diǎn)，在芯片的另一側(cè)上形成p觸
點(diǎn)。p或者n觸點(diǎn)的其中一個(gè)的電連接通常由一根電線或者一個(gè)金屬橋 來完成，另一個(gè)觸點(diǎn)直接連接到底座接觸焊盤。盡管在例子中使用了倒 裝晶片GaN LED，但是電線連4矣GaN LED同樣可以受益于本發(fā)明。
對(duì)于紅色、琥珀色、橙色和黃色光，使用AlInGaP材料系統(tǒng)形成 LED。在AlInGaP LED中，在生長或者晶片連接導(dǎo)電窗口層之后，通常 在GaAs襯底上生長p和n型外延AlInGaP層?？梢匀コ粑獾腉aAs 襯底。LED可以形成為倒裝晶片或者使用電線連接。
使用名稱AlInGaN和Al InGaP表示具有含任何Al和In百分比(包 括零)的GaN或者GaP基的以得到所需要顏色的LED。
形成這種多色LED的方法是已知的。在美國專利號(hào)6649440、 6547249、 6274399、 6229160和5233204中描述了形成LED的一些例子， 所有的都指派給Lumileds Lighting并引作參考。
將LED的晶片切成小塊以產(chǎn)生通常小于等于lmW等級(jí)的單個(gè)LED管
心0
為了在單才莫塊中組合不同顏色的LED (例如AlInGaN和AlInGaP LED)以產(chǎn)生白光或者一些其它組合的顏色，參考有關(guān)圖1-5所述的將 LED管芯安裝在底座10上。
底座10是由電絕緣材料例如陶瓷構(gòu)成的層。在其它實(shí)施例中，底 座可以是硅，其中氧化物層提供電絕緣。
示出了 LED 12-23。在其它實(shí)施例中可以使用更多或者更少的LED。 在凹入的中心位置26中安裝熱敏感的AlInGaP LED 20-23。 LED 20-23 通常發(fā)出紅色、橙色、琥珀色或者黃色的光(也就是波長大于575冊)。 LED 12-19是GaN基并通常發(fā)出藍(lán)色、青色或者綠色的光(也就是波長 小于575nm) 。 GaN LED比Al InGaP LED的熱敏感性小。八個(gè)GaN LED 將通常發(fā)出大于四個(gè)AlInGaP LED的熱量，因?yàn)榭梢詫⒏嗟碾娏魇┘?給GaN LED以得到所需要的亮度(GaN LED比AlInGaP LED效率更低)， 并且存在更多的GaN LED產(chǎn)生熱量。
為了使GaN LED 12-19和AlInGaP LED20-23真正熱隔離，在底座 10中形成溝道28-31以使得在GaN LED和AlInGaP LED之間的導(dǎo)熱3各徑 斷開。
為了維持結(jié)構(gòu)的完整性溝道28-31不完全地限制AlInGaP LED;然 而，在其它實(shí)施例中溝道完全限制AlInGaP LED。 圖2示出了用于四個(gè)AlInGaP LED的接觸焊盤34和用于GaN LED 的一組接觸焊盤38的例子。為了簡單只示出了一組GaN接觸焊盤38， 在底座10上可能存在很多不同的接觸焊盤布置。
在例子中，AlInGaP LED不是倒裝晶片，并需要用于上電極的電線 連接。用于AlInGaP LED的接觸焊盤34是由直接焊接到AlInGaP LED 的下電極(例如n電極)的金屬(例如金)焊盤40和用于在AlInGaP LED 的上電極(例如p電極)和焊盤42之間進(jìn)行線連接的金屬焊盤42構(gòu)成 的。
在該例子中的GaN LED是倒裝晶片，在管芯的下部具有n和p金屬 電極。用于GaN LED的接觸焊盤38是由一組n觸點(diǎn)44和一組p觸點(diǎn)46 構(gòu)成，它們和LED的下表面上的n和p電極對(duì)準(zhǔn)。在一個(gè)實(shí)施例中觸點(diǎn) 是金的。將電極分布成更均勻地分布流過LED有源層的電流。在美國專 利號(hào)6547249中描述了使用這種分布的n和p電極的倒裝晶片，指派給 本代理人。
圖3是沿著圖1的中心線3-3底座10的一部分的橫截面圖。為了 更好地展示重要特征該圖沒必要按比例畫。在該例子中，底座10是由 三個(gè)陶瓷層50、 51、 52構(gòu)成的，在每個(gè)陶瓷層之間具有構(gòu)圖的金屬層 56、 58。通過模制可以形成陶瓷層(在壓力下的模制過程中處理的粘接 劑中的陶瓷顆粒)。形成陶瓷襯底是公知的，可以噴射金屬層或者另外 使用刻蝕劑沉積和構(gòu)圖。
通過模制工藝或者刻蝕工藝在上面的兩個(gè)層51、 52中形成深溝道 30以熱隔離LED 19下面的層部分51、 52和LED 20下面的層部分51。 在另一個(gè)實(shí)施例中，溝道是一系列孔，用于減少一部分層和另一部分層 之間的熱*接觸面積。
層50中的孔54的圖案(也在圖5中表示)基本上圍繞著凹入部分 26以熱隔離LED 19下面的層50和LED 20下面的層50。
因此，存在由溝道28-31 (圖1)和孔54進(jìn)行的兩級(jí)熱隔離。如果 由溝道28-31提供的熱隔離是足夠的，可以刪除孔54。
底座10表面上的金屬接觸焊盤電連接到陶瓷層之間的構(gòu)圖金屬層 56和58，它們依次連接到底座10下面的焊料焊盤上(還參見圖5)。 在一個(gè)實(shí)施例中，焊料焊盤60電耦合到LED 19的n或者p電極，中心 焊料焊盤62僅用于熱傳導(dǎo)到下面的散熱器。
圖5是底座10的底視圖，示出了多種焊料焊盤。多種結(jié)構(gòu)的焊料
焊盤是可能的，并依賴于使用的LED的數(shù)量和種類。
圖4示出了通過多種陶瓷層的可能通孔64,陶瓷層電互連接觸焊 盤、金屬層和焊料焊盤。通過模制和使用噴射填充金屬可以形成通孔。
金屬層56、 58的圖案和通孔64的位置決定了多個(gè)LED怎樣互連。 在一個(gè)實(shí)施例中，所有的綠色LED (例如圖1中的LED 14、 15、 18和19 ) 可以串聯(lián)連接并連接到底座10下面的相同n和p焊料焊盤60和64(圖 5)。所有的藍(lán)色LED (例如LED 12、 13、 16和17 )可以串聯(lián)連接并連 接到相同n和p焊料焊盤66和68。所有的AlInGaP LED(例如LED 2 0-2 3 ) 可以串聯(lián)連接并連接到相同n和p焊料焊盤70和72。在另一個(gè)實(shí)施例 中，LED組也可以并聯(lián)連接。特殊的結(jié)構(gòu)依賴于這樣的因素例如所需要 的電壓降、需要的電流、使用的LED類型、所需要的顏色混合和其它因 素。
中心的焊料焊盤62可以僅僅是用于熱耦合到散熱器或者可以作為 AlInGaP LED的觸點(diǎn)。
一個(gè)或者多個(gè)底座10可以焊料連接到印刷電路板65 (以虛線示 出)，其可以包含連接到其它LED模塊和電源的金屬引線。電路板65 可以串聯(lián)和/或并聯(lián)互連多個(gè)LED。電路板65可以是鋁片，用于散熱的 目的，在其表面上具有薄電絕緣層和在絕緣層上的金屬導(dǎo)體圖案。連接 到電路板上的相應(yīng)焊盤的底座焊料焊盤給鋁散熱器提供良好的熱路 徑。電路板可以安裝在較大散熱器上。
代替底座10下面的焊料焊盤，電觸點(diǎn)可以是面安裝焊盤、從底座 延伸的引線、插頭或者插座、城堡形結(jié)構(gòu)或者用于電連接的其它設(shè)施。
在電路板上安裝底座是任意的，因?yàn)榈鬃梢灾苯舆B接到電源。
除了底座IO提供的熱分離之外，通過刻蝕或者模制上陶瓷層52提 供凹入?yún)^(qū)26 (圖1和3)。由于AlInGaP LED的高度大于GaN LED的高 度，所以在所示的例子中，在被安裝到底座10上之后凹槽26能導(dǎo)致 AlInGaP LED和GaN LED的上部基本水平。以這種方式，GaN和AlInGaP LED的光出射平面是平的，并且從GaN LED的側(cè)面發(fā)射的光沒有被較高 的AlInGaP LED阻擋。這導(dǎo)致了模塊周圍顏色更均勻的圖案。
底座10的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過焊料回流AlInGaP LED可以連接到底 座的接觸焊盤40，同時(shí)通過螺栓凸起GaN倒裝晶片可以連接到接觸焊
盤38。使用公知的技術(shù)將GaN LED金螺栓凸起超聲焊接到金接觸焊盤。 AlInGaP LED的下表面已經(jīng)在它們上面噴射了易溶的AuSn焊料(熔化溫 度280攝氏度)。將AlInGaP LED設(shè)置在金接觸焊盤40上面，并將接 觸焊盤40加熱到稍微高于280攝氏度以回流焊料并將LED電極連接到 接觸焊盤。GaN LED可以在焊料回流之前或者之后連接到底座10，因?yàn)?加熱底座10的中心部分將不會(huì)有效地影響底座10外部的溫度。
在另一個(gè)實(shí)施例中，將GaN LED焊接到任何結(jié)構(gòu)的接觸焊盤。
RGB LED組的陣列可以安裝在單個(gè)底座上。例如，每個(gè)RGB組可以 充當(dāng)顯示器的RGB像素，使得單個(gè)底座上的RGB組的陣列可以充當(dāng)小的 彩色顯示器。這種底座可以是任何尺寸。底座的陣列可以為全顯示提供 足夠的像素，或者充當(dāng)用于照明的可控彩色光源。
在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)安裝在底座上的LED的數(shù)量，底座的上表面 面積在6匪2-4cm2之間。
如所看到的，通過熱隔離熱敏感LED和產(chǎn)生熱量的LED,本發(fā)明的 底座改善了多色LED模塊的特性。結(jié)果，混合顏色隨時(shí)間更均勻。另外， 凹入部分平^f軒了所有LED的光出射平面。
凹入部分的位置可以是底座上的任何地方。而且，溝道和孔的布置 可以是任何適當(dāng)?shù)膱D案?？梢允褂眠@種底座的LED不局限于GaP和GaN LED。
具有RGB LED的底座10尤其適用于為顯示器背光產(chǎn)生均勻的白光。 圖6是用于液晶顯示器(LCD) 76或者使用背光的其它顯示器的背光74 的橫截面圖。通常使用的是電視機(jī)、監(jiān)控器、蜂窩電話等等。將上面所 述的一個(gè)或者多個(gè)RGB LED底座78安裝在電路板80上面。LED底座78 可以形成二維陣列。優(yōu)選用白色反射擴(kuò)散材料涂覆背光盒的下部和側(cè)壁 82。在盒子中混合來自多種多色LED的光以產(chǎn)生均勻的白光。而且在圖 6中所示的是LCD屏84，具有可控的RGB像素(遮光器)和擴(kuò)散片86。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的特殊實(shí)施例，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù) 人員顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的條件下可以在較寬的方案中作出 變化和變形，因此，附帶的權(quán)利要求將在它們的范圍內(nèi)包含所有這些變 化和變形，如同落在本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)，包括底座，包括電絕緣體、電導(dǎo)體、在第一表面上的第一接觸焊盤和在第一表面上的第二接觸焊盤，所述第一接觸焊盤用于連接到至少第一LED，所述第二焊盤用于連接到至少第二LED；以及在第一接觸焊盤和第二接觸焊盤之間的第一表面中的至少一個(gè)中斷，用于增加連接到第一接觸焊盤的第一LED和連接到第二接觸焊盤的第二LED之間的熱隔離。
2. 如權(quán)利要求l的結(jié)構(gòu)，其中第一 LED是GaP基LED以及其中第 二LED是GaN基LED。
3. 如權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中該底座具有中間部分和圍繞該中間 部分的外部，其中第一接觸焊盤在中間部分中，第二接觸焊盤在外部中 以及至少一個(gè)中斷在中間部分和外部之間。
4. 如權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，還包括底座的凹入部分，在其上支撐著 第一接觸焊盤。
5. 如權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中該至少一個(gè)中斷包括隔離第一接觸 焊盤和第二接觸焊盤的至少 一 個(gè)溝道。
6. 如權(quán)利要求l的結(jié)構(gòu)，其中第二LED是倒裝晶片。
7. 如權(quán)利要求l的結(jié)構(gòu)，其中第一 LED具有通過電線連接到所述 第 一接觸焊盤之一 的 一個(gè)電極。
8. 如權(quán)利要求l的結(jié)構(gòu)，其中底座包括兩層或者多層電絕緣材料， 作為第一表面的第一層的表面，其中該至少一個(gè)中斷包括形成在第一層 中的至少一個(gè)溝道。
9. 如權(quán)利要求l的結(jié)構(gòu)，其中底座包括兩層或者多層電絕緣材料， 底座還包括在至少兩個(gè)層之間的電導(dǎo)體。
10. 如權(quán)利要求9的結(jié)構(gòu)，其中電導(dǎo)體互連第一接觸焊盤和第二接 觸焊盤。
11. 如權(quán)利要求l的結(jié)構(gòu)，其中底座包括電絕緣材料的至少第一層 和第二層，該第一層的表面是所述第一表面，其中該至少一個(gè)中斷包括 形成在該第一層中的至少一個(gè)溝道，以及其中該至少一個(gè)中斷還包括不 是直接在該至少一個(gè)溝道下面的第二層中的至少一個(gè)中斷。
12. 如權(quán)利要求l的結(jié)構(gòu)，其中存在多組第一接觸焊盤和多組第二接觸焊盤。
13. 如權(quán)利要求l的結(jié)構(gòu)，其中存在多組第一接觸焊盤和多組第二 接觸焊盤，所述多組第一接觸焊盤設(shè)置在底座的中部，以及所述多組第 二接觸焊盤設(shè)置在底座的外部，第一表面中的該至少一個(gè)中斷在多組第 一接觸焊盤和多組第二接觸焊盤之間。
14. 如權(quán)利要求13的結(jié)構(gòu)，其中底座的中間部分是凹入的。
15. 如權(quán)利要求l的結(jié)構(gòu)，還包括在底座的第二表面上的第三接觸 焊盤，所述第一表面上的所述第一接觸焊盤和所述第二接觸焊盤通過電 導(dǎo)體電耦合到該第三接觸焊盤。
16. 如權(quán)利要求l的結(jié)構(gòu)，其中電絕緣體是陶資。
17. 如權(quán)利要求l的結(jié)構(gòu)，其中該第一 LED發(fā)射具有大于575nm波 長的光，以及該第二LED發(fā)射具有小于575nm波長的光。
18. 如權(quán)利要求l的結(jié)構(gòu)，還包括在第一表面上用于連接到至少第 三LED的第三接觸焊盤，第一LED發(fā)射第一種顏色的光，第二LED發(fā)射 第二種顏色的光，以及第三LED發(fā)射第三種顏色的光。
19. 如權(quán)利要求18的結(jié)構(gòu)，其中第一種顏色是紅色、第二種顏色 是藍(lán)色以及第三種顏色是綠色。
20. 如權(quán)利要求l的結(jié)構(gòu)，還包括底座的凹入部分，在其上支撐著 第一接觸焊盤，以及非凹入部分，在其上支撐著第二接觸焊盤，其中當(dāng) 安裝在底座上時(shí)，第一 LED的上表面和第二 LED的上表面基本上處于是 相同的平面。
21. 如權(quán)利要求l的結(jié)構(gòu)，還包括印刷電路板，在其上安裝底座。
22. 如權(quán)利要求l的結(jié)構(gòu)，還包括容納底座的反射性外殼，該外殼 形成顯示器的背光。
23. 如權(quán)利要求l的結(jié)構(gòu)，其中底座適于安裝在電路板上。
全文摘要
描述了一種用于紅、綠和藍(lán)LED的底座，其中底座具有底座中的熱隔離溝道和/或孔，使得由綠、藍(lán)AlInGaN LED產(chǎn)生的高熱量不能傳導(dǎo)到紅AlInGaP LED。底座包含互連多種結(jié)構(gòu)的LED的導(dǎo)體。在一個(gè)實(shí)施例中，AlInGaP LED在底座中凹入，使得所有的LED具有相同的光出射平面。底座可以用于產(chǎn)生其它顏色的LED，例如黃色、琥珀色、橙色和青色。
文檔編號(hào)H01L25/075GK101171685SQ200680014777
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2006年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月29日
發(fā)明者F·J·小沃爾 申請(qǐng)人:飛利浦拉米爾德斯照明設(shè)備有限責(zé)任公司