陶瓷基發(fā)光二極管(led)裝置、組件和方法
【專利摘要】公開了包含諸如發(fā)光二極管(LED)或LED芯片的一個或多個光發(fā)射器裝置的裝置、組件和方法。在一個方面中，光發(fā)射器裝置組件可以包括具有頂面的陶瓷主體、直接或間接安裝在頂面的一個或多個光發(fā)射器裝置、以及安裝在頂面并且耦接至一個或多個光發(fā)射器裝置的一個或多個電氣組件，其中，一個或多個電氣組件可以通過一個或多個非金屬層與陶瓷主體隔開。本文中公開的組件可以導(dǎo)致改善的光提取和熱管理。
【專利說明】陶瓷基發(fā)光二極管(LED)裝置、組件和方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2012年3月30日提交的U.S.專利申請序號第13/436，247的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其公開結(jié)合于此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本文中公開的主題主要涉及用于發(fā)光二極管(LED)發(fā)光的組件、模塊、和方法。更具體地，本文中公開的主題涉及用于增強提取自諸如發(fā)光二極管(LED)或LED組件的光發(fā)射器裝置的亮度并且改善諸如發(fā)光二極管(LED)或LED組件的光發(fā)射器裝置的制造性的裝置、組件和方法。

【背景技術(shù)】
[0004]利用諸如發(fā)光二極管(LED)或LED組件的光發(fā)射器或光發(fā)射器裝置的光電裝置在電子消費中具有各種應(yīng)用。在熱管理和尺寸能夠是重要的空間受限應(yīng)用中，一種或多種高亮度LED芯片，例如，能夠被封裝在用作光源的表面安裝裝置(SMD)殼體內(nèi)。一些高亮度LED芯片能夠容納在帶引線的塑料芯片載體(PLCC)中或在陶瓷基殼體或基板，例如，包括低溫共燒陶瓷(LTCC)材料或高溫共燒陶瓷(HTCC)材料的殼體中。在汽車、廣告牌(signage，招牌)、建筑、個人和通用照明應(yīng)用中，LED芯片和/或LED殼體能夠改善顯示背光和照明。用于封裝在SMD殼體內(nèi)的LED芯片的典型的終端產(chǎn)品例如包括但不限于，LED燈泡、商業(yè)/住宅定向照明(direct1nal lighting)、一般室內(nèi)/戶外照明、商用顯示器、室內(nèi)展示柜、用于照相機的閃光、零售和窗口展示、應(yīng)急照明和標(biāo)牌、家用電器、以及電視和汽車儀表板。
[0005]LED組件改善的一個方面包括增強每個封裝提取的光量或亮度。用于高亮度LED芯片的封裝能夠結(jié)合用于增強每個LED芯片提取的光量的各種設(shè)計特征。用于增強封裝亮度的設(shè)計特征可以包括例如，使用的熒光體的類型、粘合LED芯片的方法、和/或包圍殼體內(nèi)的LED芯片的反射材料的選擇。LED組件改善的其他方面包括例如當(dāng)LED組件被安裝至外部光源時改善SMD殼體的熱性能和/或最小化總體尺寸、或所占空間以有效利用空間的設(shè)計特征的結(jié)合。
[0006]因此，需要克服或緩解現(xiàn)有技術(shù)光發(fā)射器裝置組件、模塊和方法的改善的光發(fā)射器裝置組件、模塊和方法。具體地，例如，需要能夠以減少的成本、高于現(xiàn)有裝置的可制造性和產(chǎn)量生產(chǎn)的高效率LED和LED組件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本公開內(nèi)容，提供了發(fā)光二極管(LED)裝置、組件、和方法。因此，本公開的目標(biāo)是提供改善光提取和熱效率的光發(fā)射器裝置組件、模塊和方法。
[0008]通過本文描述的主題，從本文公開的內(nèi)容變得顯而易見的這些和其他目標(biāo)被至少整體或部分被實現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]包括對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說的最佳模式的本發(fā)明的主題的充分和開放的公開在說明中的剩余部分被闡述的更具體，包括參考附圖，其中:
[0010]圖1A和圖1B示出了根據(jù)本主題實施方式的光發(fā)射器裝置組件的截面?zhèn)纫晥D；
[0011]圖2A和圖2B示出了根據(jù)本主題又一種實施方式的光發(fā)射器裝置組件的截面?zhèn)纫晥D；
[0012]圖3示出了根據(jù)本主題的光發(fā)射器裝置組件的頂視圖；
[0013]圖4示出了根據(jù)本主題的光發(fā)射器裝置組件的透視圖；以及
[0014]圖5A示出了沿著圖3的線5-5截取的光發(fā)射器裝置組件的截面圖，并且圖5B示出了光發(fā)射器裝置組件另一個實施方式的截面圖。

【具體實施方式】
[0015]現(xiàn)在將對本文的主題的實施方式或可能的方面進(jìn)行詳細(xì)地參考，所述主題的一個或多個實例在圖中示出。提供各實例來說明主題而不是作為限制。事實上，作為實施方式的一部分所示出或描述的特征可用于另一實施方式以產(chǎn)生又一實施方式。本公開中所公開和預(yù)見的主題旨在覆蓋這些修改和變更。
[0016]如在各個附圖中所示出的，出于說明性的目的，某些結(jié)構(gòu)或部分的尺寸相對于其他結(jié)構(gòu)或部分被放大，并且因此，被設(shè)置為示出本主題的一般結(jié)構(gòu)。此外，參考形成在其他結(jié)構(gòu)、部分或兩者中的結(jié)構(gòu)或部分描述了本主題的各個方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，參考形成在另一結(jié)構(gòu)或部分上或上方的結(jié)構(gòu)預(yù)期另外的結(jié)構(gòu)、中間部分或這兩者可以插入。參考形成在另一結(jié)構(gòu)或部分上或上方的結(jié)構(gòu)而沒有插入結(jié)構(gòu)或部分在本文中被描述為直接形成在所述結(jié)構(gòu)或部分上。同樣，應(yīng)該理解，當(dāng)元件被稱為“連接”、“附接”或“耦接”至另一元件時，其可直接連接、附接或耦接至另一元件，或者可存在中間元件。相反，當(dāng)元件被稱為“直接連接”、“直接附接”或者“直接耦接”至另一元件時，則不存在中間元件。
[0017]而且，在本文中使用諸如“在…上〃、“在…上方”、“上部”、“頂部”、“下部”或“底部”等的相對術(shù)語來描述如圖中所示的一個結(jié)構(gòu)或部分與另一結(jié)構(gòu)或部分的關(guān)系。應(yīng)該理解的是，諸如“在…上”、“在…上方”、“上部”、“頂部”、“下部”或“底部”等的相對術(shù)語旨在包括除圖中所描繪的方位之外的裝置的不同方位。例如，如果將圖中的裝置翻轉(zhuǎn)，則被描述為在其他結(jié)構(gòu)或部分上方的結(jié)構(gòu)或部分將被定向為在其他結(jié)構(gòu)或部分下方。同樣，如果圖中的裝置沿著軸旋轉(zhuǎn)，則被描述為在其他結(jié)構(gòu)或部分上方的結(jié)構(gòu)或部分將被定向成毗鄰其他結(jié)構(gòu)或部分或者在其他結(jié)構(gòu)或部分的左側(cè)。類似的標(biāo)號在全文中指代類似的元件。
[0018]除非具體描述了不存在一個或多個元件，否則本文中所使用的術(shù)語“包含(comprising) ”, “包括(including) ”和“具有(having) ”應(yīng)被解釋為不排除存在一個或多個元件的開放式術(shù)語。
[0019]根據(jù)本文中所描述實施方式的光發(fā)射器或發(fā)光裝置可包括在例如，碳化硅(SiC)基板(這些裝置由北卡羅來納的達(dá)勒姆的Cree公司制造和出售)的生長基板上制造的II1-V族氮化物(例如，氮化鎵(GaN))基發(fā)光二極管(LED)芯片或激光器。其他生長基板也預(yù)期在本文中，例如但不限于，藍(lán)寶石、硅(硅)和GaN。在一個方面中，SiC基板/層可以是4H多晶娃型(polytype)碳化娃基板/層。然而，可使用諸如3C、6H和15R多晶娃型的其他SiC備選多晶硅型。合適的SiC基板從本主題的受讓人，北卡羅來納的達(dá)勒姆的Cree公司獲得，生產(chǎn)這類基板的方法闡釋在科學(xué)文獻(xiàn)和常見受讓的U.S.專利，包括但不限于U.S.專利第Re.34，861號；U.S.專利第4，946，547號；U.S.專利第5，200，022號中；通過引用將其全部內(nèi)容整體結(jié)合于此。本文中預(yù)期了任何其他合適的生長基板。
[0020]如在本文中使用的，術(shù)語“第III族氮化物”是指氮與通常為鋁(Al)、鎵(Ga)和銦(In)的周期表的第III族中的一個或多個元素之間形成的半導(dǎo)體化合物。術(shù)語還指諸如GaN、AlGaN和AlInGaN的二元、三元和四元化合物。第III族元素可與氮結(jié)合以形成二元化合物(例如，GaN)、三元化合物(例如，AlGaN)和四元化合物(例如，AlInGaN)。這些化合物可具有其中一摩爾的氮與總共一摩爾的第III族元素結(jié)合的經(jīng)驗式。因此，諸如AlxGal-xN(其中，1>X>0)的結(jié)構(gòu)式通常用于描述這些化合物。用于第III族氮化物的外延生長的技術(shù)已經(jīng)得到合理的開發(fā)并且在適當(dāng)?shù)目茖W(xué)文獻(xiàn)中進(jìn)行了報道。
[0021]雖然本文中公開的LED芯片的各種實施方式包括生長基板，但是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將理解的是，包括LED芯片的外延層在其上生長的晶體外延生長基板可以被去除，并且獨立式外延層可以被安裝在替代載體基板或與原始基板具有不同的熱、電、結(jié)構(gòu)和/或光學(xué)特征的基板上。本文中所描述的主題不限于具有晶體外延生長基板的結(jié)構(gòu)并且可與其中外延層已經(jīng)從它們的原始生長基板去除并且粘結(jié)至替代載體基板的結(jié)構(gòu)結(jié)合使用。
[0022]根據(jù)本主題一些實施方式的第III族氮化物，例如能夠制造在生長基板(例如，
S1、SiC、或藍(lán)寶石基板)上，以提供水平裝置(在LED芯片相同側(cè)上具有至少兩個電觸點)。而且生長基板可在制造之后保持在LED上或被去除(例如，通過蝕刻、磨削(grinding)、拋光等)。例如，可去除生長基板，以減小所產(chǎn)生的LED芯片的厚度和/或減少通過垂直LED芯片的正向電壓(forward voltage)。例如,水平裝置(有或無生長基板)可以是被結(jié)合(例如，使用焊料)至或配線結(jié)合至載體基板或印刷電路板(PCB)的倒裝芯片(flip chip)。通過在Bergmann等的美國公開第2008/0258130號和Edmond等的美國公開第2006/0186418號中的實例討論了水平LED芯片結(jié)構(gòu)的實例，通過引用將其全部內(nèi)容結(jié)合于此。
[0023]一個或多個LED芯片能夠至少部分地涂覆一種或多中熒光體。熒光體可以吸收部分LED芯片光并發(fā)出不同波長的光，從而LED裝置或封裝發(fā)出來自LED芯片和熒光體的每一個的光的組合。在一個實施方式中，LED裝置或封裝發(fā)出被感知為從來自LED芯片和熒光體的發(fā)射光的組合而產(chǎn)生的白色光。可使用多種不同的方法來涂覆和制造一個或多個LED芯片，其中，一種合適的方法在題均為“Wafer Level Phosphor Coating Methodand Devices Fabricated Utilizing Method” 的美國專利申請序號第 11/656，759 和11/899, 790中進(jìn)行了描述，通過引用將其全部內(nèi)容結(jié)合于此。用于涂覆一個或多個LED芯片的其他合適的方法在題為 “Phosphor Coating Systems and Methods for LightEmitting Structures and Packaged Light Emitting D1des Including PhosphorCoating” 的 U.S.專利申請序號第 12/014，404 和題為 “Systems and Methods forApplicat1n of Optical Materials to Optical Elements”的部分繼續(xù)申請U.S.專利申請序號第12/717,048中進(jìn)行了描述，通過引用將其全部內(nèi)容結(jié)合于此?？墒褂弥T如電泳沉積(EPD)的其他方法涂覆LED芯片,利用在題為“Close Loop Electrophoretic Deposit1nof Semiconductor Devices”的U.S.專利申請序號為11/473，089中描述了合適的EF1D方法，通過引用將其全部內(nèi)容結(jié)合于此。應(yīng)理解，根據(jù)本主題的LED裝置、系統(tǒng)和方法也可具有不同顏色的多個LED芯片，這些LED芯片中的一個或多個可以發(fā)射白光。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的，可以諸如通過注出來使用密封劑結(jié)合LED組件或基板，以覆蓋一個或多個LED芯片。在這種情況下，為了實現(xiàn)期望顏色的期望光輸出，的可以將任何合適類型和顏色的熒光體加入密封劑。熒光體的這類使用可以替代或加入一個或多個LED芯片的任何熒光體涂覆。
[0024]將參考圖1A至圖5B描述本主題的實施方式?，F(xiàn)在參考圖1A和圖1B，光發(fā)射器裝置組件可以包括可以安裝在非金屬基板(例如，陶瓷)上方而在芯片附接界面處沒有金屬層的光發(fā)射裝置組件或LED組件。通常，期望基板高度反射可見光(例如，大于約90%)并且提供熱傳導(dǎo)和機械支撐。例如，包含氧化鋁的陶瓷材料在包含這些期望性質(zhì)的材料之間。圖1A和圖1B分別示出了這種方式安裝的通常表示為110的光發(fā)射器封裝或LED組件。例如，如圖1A所示的LED組件110可包括可以是任何適當(dāng)形狀和配置的陶瓷基板或主體112。相比于使用金屬(例如，銀或鋁)作為反射器的光發(fā)射器裝置組件或LED組件的常規(guī)配置，相信陶瓷基LED組件能夠提供改善的反射并且因此改善的效率。然而金屬反射器通常僅產(chǎn)生約95%的全反射(即，漫反射加鏡面反射)的，陶瓷基反射器能夠產(chǎn)生高達(dá)99%或更高的全反射。為了進(jìn)一步改善全反射，至少陶瓷主體112的部分可被設(shè)計成具有增大的孔隙率以進(jìn)一步增加漫反射的量。因為熱管理性能，所以陶瓷材料可以進(jìn)一步期望用在LED組件中。例如，氧化鋁材料(AL2O3)具有相對低的熱阻、低濕氣敏感性、在高溫環(huán)境中優(yōu)良的可靠性、以及優(yōu)良的散熱能力。
[0025]在一個方面中，陶瓷主體112能夠包括使用低溫共燒陶瓷(LTCC)材料和處理澆鑄的陶瓷主體。具體地，例如，陶瓷主體112能夠包括由薄綠陶瓷帶澆鑄的基板。陶瓷帶可以包括在本領(lǐng)域已知的任何陶瓷填料，例如，諸如具有0.3至0.5重量份玻璃料的氧化鋁(Al2O3)或氮化鋁(AlN)。當(dāng)帶被焙燒時，玻璃料在陶瓷帶內(nèi)能夠用作粘合劑和/或燒結(jié)劑。綠帶能夠通過澆鑄一厚層漿料分散的玻璃料、陶瓷填料、一種或多種附加粘合劑和易揮發(fā)的溶劑而形成。澆鑄層可以在低溫下加熱以去除易揮發(fā)溶劑。用于陶瓷主體112的綠陶瓷帶能夠有利地包括任何期望的厚度，因此當(dāng)需要時，處理成更薄的尺寸。在另一方面，能夠使用HTCC。陶瓷主體112可以進(jìn)一步包括具有包含在其中的多種散射顆粒的陶瓷材料。合適的散射顆粒的實例可以包括例如Al203、Ti02、BaS04和/或AlN的顆粒。在一個【具體實施方式】中，可以基于成本考慮、以及其機械的、光的、電的、和熱的性能而選擇Al2O3顆粒。在另一個方面，基板能夠是相對簡單的結(jié)構(gòu)而不用插入諸如那些由薄或厚膜處理制造的層(例如，裸基板制造的CoorsTek和若干其他的)。這樣的基板可以和其他材料(例如，氧化錯)一起焙燒以改善光學(xué)和機械性能。
[0026]再次參考圖1A和圖1B，陶瓷主體112例如可以被形成為沒有任何腔體或凹槽，以便一個或多個LED芯片114設(shè)置在陶瓷主體112上并且能夠安裝到陶瓷主體112。作為實例，主體112可以包括可以但不必沿著單個平面設(shè)置的諸如頂面的表面。諸如LED芯片114的一個或多個LED芯片可以直接安裝至主體112的表面，僅薄的粘合(例如，硅樹脂或環(huán)氧樹脂)介于主體112和LED之間(沒有任何的插入層，諸如金屬或其他層，如圖1A中所示)。替換地，例如如圖1B所示，諸如LED芯片114的一個或多個LED芯片可以間接地安裝到陶瓷主體112的表面，LED芯片114被安裝到可以是非金屬層的第一插入層116。可以使用一個或多個插入層，并且它們?nèi)靠梢允欠墙饘賹印＠绮⑶以跊]有限制地，如圖1B所示，第二插入層118也可以設(shè)置在主體112和LED芯片114之間，第二插入層118在第一插入層116之下并且靠著第一插入層116。一個或多個插入層的寬度可以等于、少于或大于LED芯片114寬度。作為實例，第二插入層118被示出為寬度寬于LED芯片114的寬度，并且在圖1B中的箭頭Al指示了虛線以示出作為第二插入層118的寬度可以比LED芯片114的寬度小的實例替代地，第二插入層118可以延伸至的地方。
[0027]在其他設(shè)置中，LED芯片114能夠諸如通過引線鍵合120或任何其他合適的技術(shù)電連接至一個或多個電氣組件。如本文中所使用的，例如但不限于，電氣組件可以包括電跡線、導(dǎo)線、電襯墊、接觸件或焊盤、或任何其他合適的電氣組件。例如，第一電氣組件122和第二電氣組件124可以均包括具有設(shè)置在其上的線粘合的金或銀部分的銅箔。第一電氣組件122和第二電氣組件124的一個能夠用作陰極，另一個用作用于陽極，用來向LED芯片114提供電流，以照射LED芯片內(nèi)的活性層。替換地，LED芯片114可以是粘合到第一電氣組件和第二電氣組件的倒裝芯片。也可以使用任何其他合適的粘合技術(shù)。不考慮具體的連接，第一電氣組件122和第二電氣組件124可以通過一個或多個非金屬層與陶瓷主體112隔開。例如，如圖1A和圖1B所示，粘合層126和粘合層128可以分別位于陶瓷主體112與第一電氣組件122和第二電氣組件124之間。例如，粘合層126和粘合層128均可以包括有機類粘合劑、壓力敏感粘合劑(PSA)、和/或環(huán)氧樹脂或硅樹脂粘合劑。
[0028]通過使用非金屬層(例如，第一插入層116和第二插入層118、粘合層126和粘合層128)將LED芯片114與第一電氣組件122和第二電氣組件124連接至陶瓷主體112，可以大大地改善LED組件110的制造性。具體地，例如，現(xiàn)有技術(shù)方法需要資源密集型處理，其中，通過物理氣相沉積等在基板上沉積籽晶層，在籽晶層上電鍍銅以在基板上形成電跡線。其他金屬通常電鍍在銅上以使它們線結(jié)合。這類方法要求對陶瓷主體112執(zhí)行多個附加的處理步驟，并且這些附加的處理步驟可能在陶瓷表面留下污染，該污染可能難以去除并且不利地影響裝置的性能(例如，亮度)和可靠性。相反，使用如本文中討論的一個或多個插入非金屬層，第一電氣組件122和第二電氣組件124可以在相對簡單處理中粘合至陶瓷主體112。在這樣的配置中，在多層印刷電路板工業(yè)中，跡線圖案可以與基板112分開形成并且通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的粘性膜使用諸如例如熱壓層壓技術(shù)和/或超壓室層壓技術(shù)被應(yīng)用。
[0029]進(jìn)一步，在這方面，在圖2A所示的可替換配置中，LED組件110能夠包括位于陶瓷主體112和第一電氣組件122之間的附加介電層127。同樣地，雖然在圖2A或圖2B中未示出，類似的介電層可以位于陶瓷主體112和任何其他電氣組件(例如，第二電氣組件128)之間。介電層127可以是在本領(lǐng)域中已知的各種材料層的任何一種，諸如覆銅層壓板(CCL)(例如，玻璃加固的FR-4、CEM-3、CEM-4或其他相關(guān)的復(fù)合材料，諸如來自Risho的CS-3965)。在一種【具體實施方式】中，例如，介電層127可以是柔性印刷電路板(“柔性帶"PCB)，該柔性印刷電路板包括在柔性塑料樹脂(例如，聚酰亞胺、來自DuPont的Kapton)的一個或多個層內(nèi)具有至少一個傳導(dǎo)層的聚合物類膜。在該示例性配置中，粘合層126能夠包括設(shè)置在柔性印刷電路板上的帶狀粘合劑，以容易地連接至陶瓷主體112。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，介電層127可以包括在包括預(yù)浸料材料、增強層壓板(例如，玻璃加強的環(huán)氧樹脂、使用碳纖維的材料)、和非增強材料的多層PCB或柔性PCB中使用的任何材料。
[0030]如圖2A進(jìn)一步所示，附加組件可以集成到LED組件110，以改善其性能和制造性。例如，LED組件110可以進(jìn)一步包括可以設(shè)置在介電層127上并且至少部分地在電氣組件122和電氣組件124上的電氣絕緣焊料掩膜130，使得當(dāng)焊料被用來將一個或多個線附接至電氣焊料襯墊(未示出)時，焊料可以包含在預(yù)定義區(qū)域內(nèi)。選擇白色焊料掩膜能夠改善LED組件110的總體反射率。類似地，嵌條134能夠圍繞在陶瓷主體112頂面以上限定的發(fā)光區(qū)域的周邊設(shè)置，嵌條134可以是或透明的或反射的(例如，白色的)。例如，嵌條134可以通過在其中結(jié)合T12顆?；蛲ㄟ^形成硅樹脂或環(huán)氧樹脂材料的嵌條134而制成白色。不考慮具體配置，嵌條134可以改善LED組件110側(cè)壁部分的反射，從而補償介電層127具有相對較低的反射率(例如，在此介電層127包括FR-4)的配置。具有這樣的嵌條134的LED組件110的示例性配置可以在2012年3月30日提交的共同擁有的U.S.專利申請序號第13/435,912中找到，通過引用將該專利的全部內(nèi)容結(jié)合于此。
[0031]LED組件110可以進(jìn)一步包括至少部分地圍繞LED芯片114所處的發(fā)光區(qū)域設(shè)置的保持材料(retent1n material) 132,在此,保持材料132可以稱為壩(dam)。在保持材料132的放置之后，密封劑E可以被設(shè)置在因此形成的凹槽內(nèi)。密封劑E可以包含一種或多種熒光體，從而使從一個或多個LED芯片114發(fā)射的光可以產(chǎn)生所期望波長的發(fā)射。密封劑E可以在保持材料132的一個或多個內(nèi)壁之間設(shè)置的空間內(nèi)選擇性地填充至任何合適的程度。例如，可以將密封劑E填充至等于保持材料132的高度的程度或高于或低于保持材料的任何程度。密封劑E的程度可以是平面或以任何合適的方式彎曲，諸如，凹入或凸出，。
[0032]LED組件110也可以包括反射層113，該反射層113可以，例如但不限于，如圖2A所示位于并且設(shè)置在陶瓷主體112內(nèi)。在另一方面，如圖2A中的虛線所示，反射層113'可選地位于并且設(shè)置在陶瓷主體112的底面(即，與在其上設(shè)置有一個或多個LED芯片114的頂面相對的表面)。反射層113或113,可以，例如包括金屬反射器(例如，銀層)、白色的熱化合物、或已知的任何其他材料，以限制通過陶瓷主體112底面的損耗，從而進(jìn)一步改善LED組件110的全反射。反射層113或113'可以包括金屬或介電材料并且可以例如是粘合在一起的兩個陶瓷材料或其他反射材料。
[0033]此外，可以結(jié)合陶瓷主體112設(shè)置附加材料層以限定多層基板。如圖2B所示，例如，可以結(jié)合陶瓷主體112設(shè)置至少一個附加基板層115。在這個配置中，材料層的組合可以限定梯度，其中，陶瓷主體112可以包括具有優(yōu)化的熱導(dǎo)率的相對致密的層(例如，藍(lán)寶石層)，然而基板層115表現(xiàn)相對改善的反射。在這方面，基板層115可以相對于陶瓷主體112具有相對高程度的孔隙率，從而基板層115表現(xiàn)出較高程度的漫反射率。這個配置可以允許熱量從芯片中散出，同時依然產(chǎn)生高度的全反射。此外，由LED114產(chǎn)生的光在被反射回能夠重新吸收該光的外延層之前可以很深地穿入多層子結(jié)構(gòu)中。這個配置也可以包括，例如但不限于，位于并且設(shè)置在陶瓷主體112內(nèi)的反射層113。在另一方面中，如圖2B中虛線所示，反射層113'可選地僅位于且設(shè)置在基板層115的底面上。反射層113或113'，例如可以包括金屬反射器(例如，銀層)、白色的熱化合物、或已知的任何其他材料，以限制損耗，從而進(jìn)一步改善LED組件110的全反射。反射層113或113'可以包括金屬或介電材料并且例如可以是粘合在一起的兩個陶瓷材料或其他反射材料。
[0034]現(xiàn)在參考圖3至圖5B，用于包括諸如以上討論的陶瓷基LED配置的光發(fā)射器裝置組件的又一種替換配置可以結(jié)合由形成開口的壁限定的凹槽。圖3和圖4示出了發(fā)光封裝或LED組件，通常表示140，包括由外壁142、143、144、和145形成的封裝主體141。封裝主體141可以包括在本領(lǐng)域已知的任何材料。例如，主體141能夠包括模制的塑料、陶瓷、熱固樹脂、硅樹脂和/或熱塑性材料或這些或其他材料的任何組合。類似于上述構(gòu)造，主體141可以包括使用低溫共燒陶瓷(LTCC)材料和處理澆鑄的陶瓷主體，或可以使用HTCC。
[0035]LED組件140的外壁142至145可以，例如但不限于，形成基本上正方形的主體141。形狀也可以是任何其他形狀或配置，諸如圓形或配置。外壁142至145可以在主體141的角部包括一個或多個凹口 N。LED組件140可以包括頂面146和底面148。LED組件140的一個角部可以包括用于識別LED組件140的特定側(cè)的電特性的標(biāo)記150。例如，標(biāo)記150可以指明包括陽極或陰極的組件的一側(cè)。
[0036]LED組件140可以進(jìn)一步包括限定通常由R表示的凹槽的一個或多個內(nèi)壁。在此，內(nèi)壁152、153、154、和155限定了在主體141內(nèi)的凹槽R。內(nèi)壁152至155在內(nèi)壁相交處可以包括基本上正方形或圓形的角部。可選地，組件140可以包括在其中限定基本上為圓形凹槽的單個內(nèi)壁?？蛇x地，內(nèi)壁152至155可以涂覆有反射材料，諸如銀涂覆，以進(jìn)一步增加沒LED組件140提取的光的量。
[0037]諸如LED或LED芯片158的一個或多個光發(fā)射器可以安裝下部表面156或設(shè)置在下部表面156上方。LED芯片158可以安裝在例如如圖5A所不的一個或多個插入層上,或可替換地LED芯片可以直接安裝在下表面156上而沒有如圖5B所示的任何一個或多個插入層。LED組件140的下表面156可以包括分別由第一非金屬層163和第二非金屬層165與下表面156隔開的第一電氣組件162和第二電氣組件164。第一電氣組件162和第二電氣組件164可以均包括導(dǎo)電材料(例如，銀金屬)，所述導(dǎo)電材料耦接至下表面156，但分別由第一非金屬層163和第二非金屬層165與下表面156物理地隔開。一個或多個LED芯片158可以使用利用引線鍵合處理(wirebonding process)形成的導(dǎo)線160電連接至第一電氣組件162和第二電氣組件164。第一電氣組件162和第二電氣組件164的一個用作陰極，另一個用作的陽極，用來向LED芯片158提供電流，以照射LED芯片內(nèi)的活性層。替換地，LED芯片158可以是粘合到第一電氣組件和第二電氣組件的倒裝芯片。也可以使用任何其他合適的粘合技術(shù)。
[0038]LED組件140可以進(jìn)一步包括熱組件166。熱組件166能夠通過從一個或多個LED芯片158擴散并且將熱量傳導(dǎo)走而幫助管理LED組件140的熱性能。熱組件166能夠包括一個或多個附加層168，以進(jìn)一步改善LED組件140的熱擴散和熱管理能力。例如，附加層168能夠包括芯片附接層(die-attach layer)。使用HTCC或任何其他合適的導(dǎo)熱基板可以降低使用添加的熱組件的任何必要性。
[0039]現(xiàn)在，參考沿著圖3的線5-5截取的圖5A的截面圖，進(jìn)一步示出了 LED組件140的特征。在該示圖中，凹槽R分別由內(nèi)壁152、154和外壁142、144限定。凹槽R的開口可以盡可能地大，而不用一直延伸到外壁142、144的邊緣。密封劑E可以設(shè)置在凹槽內(nèi)，并且可以包含一種或多種熒光體，從而使從一個或多個LED芯片158發(fā)射的光產(chǎn)生期望波長的發(fā)射。具有或不具有所包含的或隨后添加的熒光體的密封劑E可以在凹槽R內(nèi)填充至任何程度，例如與LED組件140的頂面146平齊。
[0040]一個或多個LED芯片158可以通過使用導(dǎo)線160的引線鍵合分別電連接至第一電氣組件162和第二電氣組件164。LED芯片158可以在凹槽R內(nèi)安裝在包括一個或多個附加導(dǎo)熱層168的一個或多個熱組件166上。然后，一個或多個插入層諸如，例如傳導(dǎo)層168可以通過任何合適的技術(shù)沉積在熱組件上。
[0041 ] 至少一個導(dǎo)熱通孔170可以設(shè)置或埋在主體141內(nèi)，并且進(jìn)一步設(shè)置在熱組件166和熱襯墊172之間從LED組件140的底面148延伸。熱襯墊172可以進(jìn)一步擴散從LED組件140散出的熱量，并且可以將熱量導(dǎo)到外部熱沉中。熱襯墊172可以包括在本領(lǐng)域已知的任何合適的形狀、尺寸、和/或幾何結(jié)構(gòu)。在一個方面中，多個導(dǎo)熱通孔170可以用于散出從一個或多個LED芯片158釋放的熱量。導(dǎo)熱通孔170可以通過使熱量在遠(yuǎn)離一個或多個LED芯片158的路徑上流入熱組件166和諸如傳導(dǎo)層168的任何插入層，通過主體141，流出熱襯墊172并流入外部熱忱(未示出)而將熱量從LED組件140引導(dǎo)走。外部熱沉可以包括LED組件140可以熱連接并且電連接的印刷電路板(PCB)或其他外部元件。導(dǎo)熱通孔170可以包括在本領(lǐng)域已知的任何導(dǎo)熱材料，例如可以幫助最小化LED芯片和外部熱沉之間的結(jié)溫差的銀金屬，因此延長LED組件140的壽命。
[0042]如圖5B所示但并限于，一個或多個LED芯片158可以在凹槽R內(nèi)直接安裝在下表面156上而沒有任何插入層。作為一種實施例，LED芯片158可以直接安裝在下表面156上而沒有諸如熱組件166或?qū)щ妼?68的插入層或結(jié)構(gòu)。在圖5B中示出的LED組件140可以但不必包括在圖5A中示出的導(dǎo)熱通孔170或熱襯墊172或突出層174。否則，在圖5B中示出的LED組件140可以包括與在圖5A中示出的實施方式相同的特征和結(jié)構(gòu)。
[0043]在附圖中示出和在上面描述的本公開的實施方式是可在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出的大量示例性實施方式。可以設(shè)想，LED組件的配置，諸如本文中公開的配置，可以包括不是那些具體公開的多個配置。
【權(quán)利要求】
1.一種光發(fā)射器裝置組件，包括: 具有頂面的非金屬主體； 一個或多個光發(fā)射器裝置，安裝在所述頂面上；以及 一個或多個電氣組件，安裝在所述頂面上并電耦接至所述一個或多個光發(fā)射器裝置，其中，所述一個或多個電氣組件通過一個或多個非金屬層與所述非金屬主體隔開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述非金屬主體包括陶瓷材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述非金屬主體包括厚膜陶瓷基板。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述非金屬主體包括薄膜陶瓷基板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，沒有金屬與所述非金屬主體直接接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述非金屬主體包括包含在其中的多個散射顆粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述多個散射顆粒包括T12顆粒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述非金屬主體包括低溫共燒陶瓷(LTCC)材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，LTCC材料包括具有0.3至0.5重量份玻璃料的氧化鋁(Al2O3)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述非金屬主體包括高溫共燒陶瓷(HTCC)主體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述一個或多個光發(fā)射器裝置包括發(fā)光二極管(LED)芯片。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述一個或多個光發(fā)射器裝置間接安裝在所述頂面上，一個或多個插入層介于所述一個或多個光發(fā)射器裝置和所述頂面之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述一個或多個插入層是非金屬的。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光發(fā)射器裝置組件，包括多個插入層。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述一個或多個光發(fā)射器裝置直接安裝在所述頂面，除了薄的粘合層之外沒有任何插入層。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述一個或多個非金屬層包括粘合劑。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述粘合劑包括環(huán)氧樹脂。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述粘合劑包括硅樹脂粘合劑。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述一個或多個非金屬層包括一個或多個介電層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述一個或多個介電層包括聚酰亞胺類聚合物。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述一個或多個介電層包括印刷電路板(PCB)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述印刷電路板包括FR-4、CEM-3、CEM-4或相關(guān)的復(fù)合材料。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光發(fā)射器裝置組件，包括具有比所述非金屬主體相對高的熱導(dǎo)率的一個或多個插入基板層。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光發(fā)射器裝置組件，包括位于與所述頂面相對的所述非金屬主體的底面上或在所述非金屬主體內(nèi)的一個或多個反射層。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述一個或多個反射層包括金屬反射層。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述一個或多個反射層包括白色的熱化合物。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光發(fā)射器裝置組件，包括圍繞發(fā)光區(qū)域周圍應(yīng)用的嵌條。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述嵌條包括硅樹脂。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述嵌條包括包含在其中的多個散射顆粒。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的光發(fā)射器裝置組件，其中，所述多個散射顆粒包括T12顆粒。
31.一種形成具有增加的亮度的光發(fā)射器裝置組件的方法，所述方法包括: 將一個或多個光發(fā)射器裝置安裝在非金屬主體的頂面上，在芯片附接界面處沒有金屬層； 在所述非金屬主體的所述頂面上沉積一個或多個非金屬層；以及將一個或多個電氣組件安裝到所述一個或多個非金屬層，其中，所述一個或多個電氣組件通過所述一個或多個非金屬層與所述非金屬主體隔開。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述非金屬主體包括陶瓷主體。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述陶瓷主體包括厚膜陶瓷基板。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述陶瓷主體包括薄膜陶瓷基板。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，將一個或多個光發(fā)射器裝置安裝在非金屬主體的頂面上包括在所述非金屬主體的所述頂面上沉積一個或多個插入層并且將所述一個或多個光發(fā)射器裝置安裝在所述一個或多個插入層上。
36.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，將一個或多個光發(fā)射器裝置安裝在非金屬主體的頂面包括將所述一個或多個光發(fā)射器裝置直接安裝在所述頂面上而沒有任何插入層。
37.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，在所述非金屬主體的所述頂面上沉積一個或多個非金屬層包括在所述非金屬主體的所述頂面上涂覆粘合劑。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，在所述非金屬主體的所述頂面上涂覆粘合劑包括涂覆環(huán)氧樹脂。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，在所述非金屬主體的所述頂面上涂覆粘合劑包括涂覆硅樹脂粘合劑。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，涂覆粘合劑包括通過熱壓或高壓釜使用層壓。
41.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，在所述非金屬主體的所述頂面上沉積一個或多個非金屬層包括在所述非金屬主體的所述頂面上沉積一個或多個介電層。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，在所述非金屬主體的所述頂面上沉積一個或多個介電層包括沉積聚酰亞胺類聚合物。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，在所述非金屬主體的所述頂面上沉積一個或多個介電層包括沉積印刷電路板(PCB)。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中，所述印刷電路板包括FR-4、CEM-3、CEM-4、或相關(guān)的復(fù)合材料。
45.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，沉積一個或多個介電層包括通過熱壓或高壓釜使用層壓。
46.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，沒有金屬直接接觸所述非金屬主體。
47.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，包括將一個或多個插入基板層附接到所述非金屬主體，所述一個或多個插入基板層的熱導(dǎo)率相對高于所述非金屬主體的熱導(dǎo)率。
48.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，包括在與所述頂面相對的所述非金屬主體的底面或在所述非金屬主體內(nèi)設(shè)置一個或多個反射層。
49.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，包括在所述非金屬主體內(nèi)設(shè)置多個散射顆粒。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中，所述多個散射顆粒包括T12顆粒。
51.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，包括圍繞所述非金屬主體的所述頂面的發(fā)光區(qū)域周邊設(shè)置嵌條。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其中，所述嵌條包括硅樹脂。
53.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其中，所述嵌條包括包含在其中的多個散射顆粒。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，其中，所述多個散射顆粒包括T12顆粒。
【文檔編號】H01L33/48GK104247061SQ201380018373
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】克勒斯托弗·P·胡賽爾, 彼得·斯科特·安德魯斯, 弗洛林·A·圖多麗卡, 埃林·韋爾奇 申請人:克利公司