CN101877382B - 发光器件封装和包括该发光器件封装的照明系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种发光器件封装(LED)和包括该发光器件封装的照明系统。所述LED封装包括：在其上部中具有凹陷的封装体、以及在所述封装体的凹陷中设置的LED芯片。

Description

发光器件封装和包括该发光器件封装的照明系统
技术领域
本文公开一种发光器件封装和包括该发光器件封装的照明系统。
背景技术
发光器件封装和包括发光器件封装的照明系统是已知的。然而，它们具有多种缺点。
发明内容
在本发明的一方面，提供一种发光器件(LED)封装，包括：封装体，该封装体具有平坦表面和凹陷，该凹陷形成在所述平坦表面上使得所述凹陷的底表面低于所述平坦表面；和LED芯片，该LED芯片包括：衬底、在所述衬底上的第一导电型半导体层、在所述第一导电型半导体层上的有源层、以及在所述有源层上的第二导电型半导体层，所述LED芯片设置于所述凹陷中，使得所述LED芯片的底表面低于所述封装体的平坦表面，其中由所述LED芯片产生的热通过所述LED芯片的底表面和侧表面耗散至所述封装体。
在本发明的另一方面，提供一种制造发光器件(LED)封装的方法，包括：在封装体的平坦表面上形成凹陷，使得所述凹陷的底表面低于所述平坦表面；装配LED芯片，包括：在衬底上设置第一导电型半导体层，在所述第一导电型半导体层上设置有源层，在所述有源层上设置第二导电型半导体层；和在所述凹陷内设置所述LED芯片，使得所述LED芯片的底表面低于所述封装体的平坦表面，其中由所述LED芯片产生的热通过所述LED芯片的底表面和侧表面耗散至所述封装体。
附图说明
以下将参考附图详细地描述实施方案，其中相同附图标记表示相同元件，其中：
图1是根据一个实施方案的发光器件(LED)封装的截面图。
图2是在根据一个实施方案的LED封装中的LED芯片的截面图。
图3是根据一个实施方案的LED封装的封装体的截面图。
图4是在根据一个实施方案的LED封装的封装体上形成的焊接物的截面图。
图5是根据一个实施方案的LED封装的LED芯片和封装体的截面图。
图6是根据一个实施方案的LED封装的截面图。
图7是根据一个实施方案的照明单元的立体图。
图8是根据一个实施方案的背光单元的分解立体图。
具体实施方式
氮化物半导体由于它们的高热稳定性和宽的带隙能而用于光学器件和高功率电子器件中。例如，蓝色发光器件(LED)、绿色LED和紫外LED使用氮化物半导体。LED可使用GaAs基、AlGaAs基、GaN基、InGaN基和InGaAlP基的化合物半导体材料构成发光源。这种LED可进行封装并用作LED用于发射各种颜色，并且该LED可用作光源用于各种领域，例如用于显示颜色的开/关显示器、字符显示器、图像显示器或者需要光源的其它适合的领域。
LED封装可具有如下结构：其中封装的上部和LED芯片的底表面彼此连接以使得LED芯片突出。此外，由LED芯片产生的热的主要传输途径可能受限于LED芯片的底表面，由此可降低散热效率。而且，当LED芯片的衬底由具有低反光性和高吸收性的材料形成时，沿突出的LED芯片的横向可产生光损失。此外，其中LED芯片位于封装体上时固定位置的未对准可相对较大。
图1是根据一个实施方案的LED封装200的截面图。封装体210在其上部220中具有凹陷225，在LED封装210的凹陷225中设置有LED芯片100。虽然图1中作为实例显示了垂直型LED，但是公开的实施方案不限于此。例如，横向型LED可应用于该实施方案。
根据该实施方案的LED封装200可具有如下结构：其中LED芯片100可掩埋在形成于封装体210上部220上的平坦表面214上的凹陷225中，使得凹陷225的底表面低于平坦表面214。因此，由LED芯片100产生的热的主要传输途径可从LED芯片100的底表面扩展至其侧表面以加宽耗散面积，由此改善散热效率。
虽然LED芯片100的衬底110可由具有低反光性和高吸收性的材料形成，但是在LED芯片100的侧表面处可减少光损失。此外，在其中LED芯片100位于封装体210上的工艺中通过自对准可减少未对准。
图2至6说明制造根据一个实施方案的LED的方法。
参考图2，LED芯片100可为垂直型LED芯片或者横向型LED芯片。LED芯片100可包括在衬底110上形成的发光结构120。衬底110可由金属、蓝宝石或者载体晶片(例如，硅、碳化硅、GaN或者Ga2O3)形成。在衬底110上可形成包括第二导电型半导体层、有源层和第一导电型半导体层的发光结构120。发光结构120可包括反射层和粘合层。而且，发光结构120可包括电极。
衬底110可包括：具有倾斜侧表面的第二部分L2和其中侧表面可垂直于底表面的第一部分L1。具有倾斜侧表面的第二部分L2可具有从上侧朝向下侧逐渐减小的宽度。沿着底表面的相对于平面的倾斜角θ可为约30度～约90度。
根据形成具有倾斜侧表面的第二部分L2的方法，LED芯片100可在LED芯片100的划片工艺期间使用具有对应于倾斜角度的刀片切割，以形成第二部分L2。或者，可应用各向异性蚀刻工艺来形成第二部分L2。
LED芯片100的第一部分L1可具有小于约100μm的高度，或者可不存在。例如，当在衬底110上形成发光结构120之后形成具有倾斜侧表面的第二部分L2时，可提供第一部分L1。为了防止当形成第二部分L2时影响发光结构120，邻近结构120的一部分侧表面可保持完整；该保留部分为第一部分L1。相反，当第二部分L2在发光结构120之前形成时，可形成没有第一部分L1的LED芯片100。
参考图3，根据一个实施方案描述在封装体210的上部220中形成凹陷225的工艺。如图1所示，实施在封装体210的上部220中形成凹陷225的工艺之前，可实施在封装体210中形成腔C的工艺。例如，在形成如图1所示的封装体210中，在封装体210的上表面上可形成图案(未显示)。可使用该图案作为蚀刻掩模对封装体210实施湿的蚀刻工艺以形成腔C。
例如，当封装体210是具有晶体取向的硅衬底时，以一定的角度蚀刻硅，结果形成具有下部宽度小于上部宽度的腔C，如图1所示。具有包括倾斜侧表面的这种形状的腔C可具有更有效的反光性。而且，在腔C内可形成由Al、Ag和APC(Ag+Pd+Cu)中的至少一种形成的反射层，以进一步改善反光性。如前所述，封装体210可由硅材料例如硅基晶片级封装(ELP)形成。而且，封装体210可包括多面体形例如长方体形的框架。
封装体210的上部220可具有与封装体210相同的材料或者由与封装体210不同的材料形成。在图3中，封装体210的上部220可称为在第一电极242和LED芯片100之间存在的区域。封装体210的上部220可由例如金属、硅、陶瓷或者其它适合材料形成。
在封装体的上部220中形成凹陷225，在凹陷225中可容纳LED芯片100。在封装体210的上部220中形成的凹陷225的倾斜侧表面的角度θ’可等于或者小于LED芯片100的第二部分L2的倾斜侧表面的角度θ。倾斜角度θ也可与倾斜角度θ’基本相同。包括金属加工、硅各向异性蚀刻工艺或者陶瓷模制工艺的各种工艺可用于在封装体210的上部220中形成凹陷225。
参考图4，在封装体210的上部220的凹陷225上可形成焊接物260。例如，使用分配工艺或者图案化工艺可在凹陷225的底表面上涂敷具有优异的热导率和电导率的接合材料，以形成焊接物260。或者，LED芯片100可使用共晶接合工艺接合至封装体而不提供焊接物260。
参考图5，在封装体210的凹陷225中可设置LED芯片100。根据一个实施方案，在封装体210的凹陷225中设置LED芯片100时，LED芯片100可形成为与凹陷225的形状相匹配。例如，LED芯片100的衬底110可包括对应于凹陷225的外形(轮廓)的外形。因为LED芯片100形成为与凹陷225相匹配，所以可防止在凹陷225中安装LED芯片100时LED芯片100受到损伤。根据该实施方案，在封装体210的凹陷225中设置LED芯片100时，LED芯片100的底表面和侧表面可掩埋在封装体210的凹陷225中。例如，LED芯片100的底表面和侧表面可低于封装体210的平坦表面214，而上表面可高于平坦表面214。此外，在封装体210中可形成多个凹陷225以在所述多个凹陷225中的每个中设置LED芯片100。
如前所述，根据该实施方案的LED封装可具有如下结构：其中LED芯片100可掩埋在形成于封装体210的上部220中的凹陷225中。因此，由LED芯片100产生的热的主要传输途径可从LED芯片100的底表面扩展至其侧表面以加宽耗散面积，由此改善散热效率。
而且，虽然LED芯片100的衬底110可由具有低反光性和高吸收性的材料形成，但是在LED芯片100的侧表面处可减少光损失。此外，LED芯片100的发光结构120可面向封装体210的上侧，这可改善发光效率。
参考图6，根据一个实施方案描述将LED芯片100安装至凹陷225的工艺。例如，经由高温回流接合工艺通过毛细管力可获得自对准和均匀接合厚度。根据该实施方案，LED芯片100可与封装体210的凹陷225自对准。
如图1所示，在封装体210的底表面上可形成第一电极242和第二电极244。可形成导线250以将第二电极244与LED芯片100电连接。在第二电极244和导线250之间可形成导电材料230。
在腔C内可形成由例如Al、Ag或者APC(Ag+Pd+Cu)形成的反射层。此外，透镜270可模制在腔C中。透镜270可由透明环氧树脂或者硅材料形成。透镜270可包含磷光体以改变由LED芯片100发射的光的波长。此外，透镜270不限于圆顶形。例如，使用共形涂敷工艺可使得透镜270的上表面平坦。透镜270也可基于LED的期望用途而为例如半球形、抛物面形、平面形或者其它适合形状。
根据该实施方案的LED封装200可具有如下结构：其中LED芯片100可掩埋在形成于封装体210上部220中的凹陷225中。因此，由LED芯片100产生的热的主要传输途径可从LED芯片100的底表面扩展至其侧表面以加宽耗散面积，由此改善散热效率。
虽然LED芯片100的衬底110可由具有低反光性和高吸收性的材料形成，但是在LED芯片100的侧表面处可减少光损失。此外，在其中LED芯片100设置于封装体210上的工艺中通过自对准可减少未对准。
根据一个实施方案的LED封装200可应用于照明系统。照明系统可包括如图7所示的照明单元和如图8所示的背光单元。此外，照明系统可包括例如交通灯、车辆前灯、标识牌或者需要光源的其它适合的设备。
参考图7，照明单元1100可包括：壳体1110、设置于壳体1110中的光源1130、和设置于壳体1110中以接收来自外部电源的功率的接线端子1120。壳体1110可由具有改善的散热特性的材料形成。例如，壳体1110可由金属材料或者树脂材料形成。
光源1130可包括基底1132和安装在基底1132上的至少一个LED封装200。在基底1132上的绝缘材料上可印刷电路图案。例如，基底1132可包括印刷电路板(PCB)、金属芯PCB(MCPCB)、柔性PCB(FPCB)、陶瓷PCB或者其它适当类型的电路板。而且，基底1132可由可有效反射光的材料形成。基底1132的表面也可涂敷有彩色材料，例如可有效反射光的白色或者银色材料。
在基底1132上可安装至少一个LED封装200。LED封装200可包括至少一个LED芯片100。LED芯片100可包括可发射红色光、绿色光、蓝色光或者白光的彩色LED以及发射UV光的UV LED。光源1130可包括多个LED封装200以获得各种颜色和亮度。例如，白色LED、红色LED和绿色LED的组合可一起设置以提供高的显色指数(CRI)。
接线端子1120可与发光模块1130电连接以供电。虽然如图7所示的接线端子1120可旋入外部电源的灯座中，本公开不限于此。例如，接线端子1120可为销形。因此，接线端子1120可插入外部电源中或者使用各种互连连接至外电源。
图8是根据一个实施方案的背光1200的分解立体图。根据该实施方案的背光1200可包括导光板1210、光源1240、反射体1220和底盖1230。光源1240可对导光板1210提供光。此外，反射体1220可设置为在导光板1210之下。底盖1230可容纳导光板1210、光源1240和反射体1220。
导光板1210可散射光以产生平面光。导光板1210可由透明材料形成。例如，导光板1210可由丙烯酸树脂基材料例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂、聚碳酸酯(PC)树脂、环烯烃共聚物(COC)树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)树脂中的一种形成。光源1240可为导光板1210的至少一个表面提供光。因此，光源1240可用作包括背光单元1200的显示器的光源。
光源1240可设置为接触导光板1210或者可设置为离开导光板。特别地，光源1240可包括基底1242和在基底1242上安装的多个LED封装200。基底1242可接触导光板1210，但是不限于此。此外，基底1242可为包括电路图案(未显示)的PCB。基底1242也可包括金属芯PCB(MCPCB)、柔性PCB(FPCB)、陶瓷PCB或者其它适当类型电路板。
多个LED封装200中每一个的发光表面可与导光板1210间隔开预定距离。反射体1220可设置在导光板1210之下。反射体1220将入射到导光板1210的底表面上待反射的光以沿向上的方向反射，由此改善背光单元的亮度。反射体1220可由例如PET、PC、PVC树脂或者其它适当类型的材料形成。
底盖1230可容纳导光板1210、光源1240和反射体1220。例如，底盖1230可为上侧打开的盒形。底盖1230可由金属材料、树脂材料或者其它适合材料形成。而且，底盖1230可使用压制成形工艺、挤出模制工艺或者其它适当的制造工艺制造。
本文公开的实施方案可提供一种具有改善的散热效率的发光器件(LED)封装以及包括该发光器件封装的照明系统。实施方案也可提供一种LED封装和照明系统，其中当LED芯片设置在封装体上时，沿LED芯片的横向的光损失减少并且未对准得到改善。
在实施方案的描述中，应理解，当层(或膜)称为在另一层或者衬底“上/上方”时，其可以直接地在所述另一层或者衬底“上/上方”，或也可存在中间层。此外，应理解，当层被称为在另一层“下/下方”时，其可以直接在所述另一层下/下方，也可存在一个或更多个中间层。另外，也应理解，当层被称为在两层“之间”时，其可以是在所述两层之间仅有的层，或也可存在一个或多个中间层。
发光器件(LED)封装可包括：具有平坦表面和在该平坦表面上形成的凹陷的封装体，凹陷的底表面低于该平坦表面；和LED芯片，所述LED芯片包括：衬底、在衬底上的第一导电型半导体层、在第一导电型半导体层上的有源层、和在有源层上的第二导电型半导体层，LED芯片设置于凹陷中使得LED芯片的底表面低于封装体的平坦表面，其中由LED芯片产生的热通过LED芯片的底表面和侧表面散至封装体。
LED芯片的侧表面可包括：垂直于LED芯片的底表面的第一部分和相对于LED芯片的底表面具有倾斜角的第二部分。LED封装可还包括在LED芯片和封装体的凹陷之间的焊接物。LED芯片的衬底可包括对应于凹陷的外形的外形。LED封装可还包括：与LED芯片的底表面电连接的第一电极；和与LED芯片的上表面电连接的第二电极。
凹陷的侧表面可包括与LED芯片的第二部分的倾斜角基本相同的倾斜角。第二部分的角度可为约30度～约90度。LED芯片的上表面可高于封装体的平坦表面。其中LED芯片的侧表面垂直于底表面的第一部分可具有小于约100μm的高度。
制造发光器件(LED)封装的方法可包括：在封装体的平坦表面上形成凹陷，使得凹陷的底表面低于该平坦表面；和装配LED芯片，包括：在衬底上设置第一导电型半导体层，在第一导电型半导体层上设置有源层，在有源层上设置第二导电型半导体层；以及在凹陷内设置LED芯片使得LED芯片的底表面低于封装体的平坦表面，其中由LED芯片产生的热通过LED芯片的底表面和侧表面散至封装体。
形成凹陷的方法步骤可包括蚀刻工艺以形成相对于凹陷底表面以一定角度倾斜的侧表面。形成凹陷和LED芯片的方法步骤可还包括使LED芯片的衬底成形为具有对应于凹陷的外形的外形。封装体可包括与封装体不同材料的上部，其中在封装体的上部中形成凹陷。LED芯片为垂直型LED芯片或者横向型LED芯片。在凹陷内设置LED芯片的方法步骤可还包括：切割衬底以倾斜地产生LED芯片的侧表面，其中侧表面的倾斜的角度相对于沿着LED的底表面的平面为约30度～约90度，其中侧表面的倾斜角度与凹陷的侧表面的倾斜角度基本相同；在封装体的凹陷中设置焊接物；和在焊接物上设置LED芯片，其中LED芯片的上表面高于封装体的平坦表面。
所述方法可还包括：将第一电极电连接至LED芯片的底表面；和将第二电极电连接至LED芯片的上表面。所述方法可还包括：在腔的底表面和倾斜侧表面上提供反射层以提高反光性。所述方法可还包括：模制透镜以覆盖封装体的腔，其中所述透镜改变由LED芯片发射的光的波长。
在本说明书中对″一个实施方案″、″实施方案″、″示例性实施方案″等的任何引用，表示与实施方案相关描述的具体的特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施方案中。在说明书不同地方出现的这些措词不必都涉及相同的实施方案。此外，当结合任何实施方案描述具体的特征、结构或特性时，认为结合其它的实施方案实现这种特征、结构或特性均在本领域技术人员的范围之内。
虽然参考大量其说明性的实施方案已经描述了实施方案，但是应理解本领域技术人员可设计很多的其它改变和实施方案，这些也将落入本公开的原理的精神和范围内。更具体地，在公开、附图和所附的权利要求的范围内，在本发明的组合排列的构件和/或结构中可能具有各种的变化和改变。例如，衬底110也可包括在L1和L2之间的具有不同于θ的倾斜角的另一个部分。可理解的是，上部220可具有适当外形的凹陷以容纳衬底。在一个替代实施方案中，凹陷可包括在凹陷的底表面和上表面214之间的部分，该部分具有不同于θ’的倾斜角～θ”使得θ”＜θ’。除构件和/或布置的变化和改变之外，对本领域技术人员而言，可替代的用途也会是显而易见的。

Claims (19)

1.一种发光器件封装，包括：
封装体，所述封装体具有平坦表面和凹陷，所述凹陷在所述平坦表面上形成，使得所述凹陷的底表面低于所述平坦表面；和
发光器件芯片，所述发光器件芯片包括：衬底、在所述衬底上的第一导电型半导体层、在所述第一导电型半导体层上的有源层、以及在所述有源层上的第二导电型半导体层，所述发光器件芯片设置于所述凹陷中，使得所述发光器件芯片的底表面低于所述封装体的平坦表面，其中由所述发光器件芯片产生的热通过所述发光器件芯片的底表面和侧表面耗散至所述封装体，
其中所述有源层在所述封装体的所述平坦表面之上。
2.根据权利要求1所述的发光器件封装，其中所述发光器件芯片的侧表面包括：垂直于所述发光器件芯片的底表面的第一部分和相对于所述发光器件芯片的底表面具有倾斜角度的第二部分。
3.根据权利要求2所述的发光器件封装，其中所述凹陷的侧表面具有与所述发光器件芯片的第二部分的所述倾斜角基本相同的倾斜角度。
4.根据权利要求2所述的发光器件封装，其中所述第二部分的角度是30度至小于90度。
5.根据权利要求2所述的发光器件封装，其中所述发光器件芯片的包括所述第一导电型半导体层、所述有源层和所述第二导电型半导体层的发光结构的底表面高于所述封装体的平坦表面。
6.根据权利要求1所述的发光器件封装，还包括：在所述发光器件芯片和所述封装体的所述凹陷之间的焊接物，
所述发光器件芯片包括倾斜侧表面和垂直侧表面，
其中所述发光器件芯片的所述倾斜侧表面具有与上表面相同的材料，
其中所述倾斜侧表面设置于所述凹陷中，以及
其中所述垂直侧表面设置于所述平坦表面之上。
7.根据权利要求1所述的发光器件封装，其中所述发光器件芯片的所述衬底包括对应于所述凹陷的外形的外形。
8.根据权利要求1所述的发光器件封装，还包括：与所述发光器件芯片的底表面电连接的第一电极；和与所述发光器件芯片的上表面电连接的第二电极，并且
其中所述第一电极直接设置在所述封装体的底表面上。
9.根据权利要求2所述的发光器件封装，其中所述发光器件芯片的侧表面垂直于所述底表面的所述第一部分具有小于100μm的高度。
10.一种照明系统，包括具有根据权利要求1所述的发光器件封装的发光模块。
11.一种制造发光器件封装的方法，包括：
在封装体的平坦表面上形成凹陷，使得所述凹陷的底表面低于所述平坦表面；
装配发光器件芯片，包括：在衬底上设置第一导电型半导体层，在所述第一导电型半导体层上设置有源层，在所述有源层上设置第二导电型半导体层；和
在所述凹陷内设置所述发光器件芯片，使得所述发光器件芯片的底表面低于所述封装体的平坦表面，其中由所述发光器件芯片产生的热通过所述发光器件芯片的底表面和侧表面耗散至所述封装体，
其中所述有源层在所述封装体的所述平坦表面之上。
12.根据权利要求11所述的方法，其中形成所述凹陷包括蚀刻工艺，以形成相对于所述凹陷的底表面以一定角度倾斜的侧表面，
所述发光器件芯片包括倾斜侧表面和垂直侧表面，
其中所述发光器件芯片的所述倾斜侧表面具有与上表面相同的材料，
其中所述倾斜侧表面设置于所述凹陷中，以及
其中所述垂直侧表面设置于所述平坦表面之上。
13.根据权利要求11所述的方法，其中形成所述凹陷和所述发光器件芯片还包括：使所述发光器件芯片的所述衬底成形为具有对应于所述凹陷的外形的外形。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述封装体包括材料与所述封装体的材料不同的上部，其中在所述封装体的上部中形成所述凹陷。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述发光器件芯片是垂直型发光器件芯片或者横向型发光器件芯片中的一种。
16.根据权利要求11所述的方法，其中在所述凹陷内设置所述发光器件芯片还包括：
切割所述衬底以倾斜地产生所述发光器件芯片的侧表面，其中所述侧表面的倾斜角度相对于沿着所述发光器件芯片的底表面的平面为30度至小于90度，其中所述侧表面的倾斜角度与所述凹陷的侧表面的倾斜角度基本相同；
在所述封装体的所述凹陷中设置焊接物；和
在所述焊接物上设置所述发光器件芯片，其中所述发光器件芯片的上表面高于所述封装体的平坦表面。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：将第一电极电连接至所述发光器件芯片的底表面；和将第二电极电连接至所述发光器件芯片的上表面，并且
其中所述第一电极直接设置在所述封装体的底表面上。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：在形成所述凹陷之前在所述封装体中形成腔，以及在所述腔的底表面和倾斜侧表面上设置反射层以提高反光性。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：模制透镜以覆盖所述封装体的所述腔，其中所述透镜改变由所述发光器件芯片发射的光的波长。
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