DE10305021A1

DE10305021A1 - Verfahren zur Oberflächenmontage von Hochleistungs-Leuchtdioden und nach diesem Verfahren hergestellte Hochleistungs-Leuchtdiode

Info

Publication number: DE10305021A1
Application number: DE10305021A
Authority: DE
Inventors: Tzer-Perng Chen
Original assignee: United Epitaxy Co Ltd
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2023-02-08
Also published as: DE10305021B4; JP2004119981A; TW563263B; JP3994346B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Oberflächenmontage von Hochleistungs-Leuchtdioden (LEDs) beschrieben. In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist die LED auf einem thermisch und elektrisch leitenden Basissubstrat montiert, in dem eine Mehrzahl von Schlitzen ausgeführt ist, die zur Isolierung einzelner Bereiche des Basissubstrats mit einer Isolierschicht gefüllt sind. Dann wird eine Reflektorrahmenanordnung mit einer Mehrzahl von Reflektorrahmen auf der Oberfläche des Basissubstrats angebracht, in deren jedem ein LED-Chip untergebracht wird, und zwar mit seinen auf gleicher Seite gelegenen Elektroden an ersten Metallkontakten, die beidseits eines elektrisch trennenden Schlitzes gelegen sind. Danach wird der LED-Chip durch Einfüllen von durchsichtigem Harz in den Reflektorrahmen versiegelt. DOLLAR A In der zweiten bevorzugten Ausführungsform werden LED-Chips montiert, deren Elektroden auf verschiedenen Seiten liegen, so daß nur eine Elektrode mit einem der ersten Metallkontakte verbunden wird, während die andere mit dem anderen Metallkontakt über einen Leiterdraht verbunden wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Leuchtdioden (LEDs), und insbesondere auf Hochleistungs-Leuchtdioden der Verbindungsgruppe III–V vom Chiptypus.

Als erstes Erklärungsbeispiel sei eine Leuchtdiodenanordnung vom Chiptypus betrachtet, die aus dem US-Patent 6 345 903 B1 bekannt ist. 1 zeigt diese Anordnung 10. Die LED 22 mit einer am Boden gebildeten Elektrode ist mittels Silberpaste oder einer Lötschicht 20 an einem ersten metallischen Kontakt 13 angeschlossen. Die andere, auf der Oberfläche gebildete Elektrode des LED-Chips 22 ist mittels eines Leiterdrahtes 23 an die andere erste Metallelektrode 14 angeschlossen. Beide erste Metallkontakte 13, 14 sind gebildet auf der Oberfläche eines Glasfasersubstrats 12 und mit zweiten Metallkontakten 33, 34 an dessen Boden über Durchtrittslöcher 40 verbunden, auf denen eine leitende Plattierschicht 41 gebildet ist.

Jeder der LED-Chips ist eingeschlossen in einem Reflektorrahmen 17 in Form einer Reflektorrahmenanordnung. Der Reflektorrahmen 17 hat eine geneigte innere Umfangsoberfläche in Kegelform, welche dazu dient, das von der LED emittierte Licht zu reflektieren und nach oben zu bündeln. Der Reflektorrahmen 17 wird dann mit einer ersten durchsichtigen Harz-Einbettungsschicht 15 verfüllt, um den LED-Chip 22 und den Leiterdraht 23 zu schützen.

Oberhalb der ersten Harz-Einbettungsschicht 15 ist eine zweite Harz-Einbettung 27 dadurch gebildet, daß das Harz in eine Form 28 eingespritzt wird, welche eine Mehrzahl von halbkugeligen konkaven Aushöhlungen besitzt, in welchen sich Linsen 29 zur Bündelung des Lichts formen. Nach dem Erhärten der Harzeinbettung wird die Form 28 entfernt (nicht gezeigt). Schließlich wird die LED-Anordnung längs der Trennlinien 42 zersägt, welche durch die Mitten der Durchtrittslöcher 40 verlaufen.

Die beschriebene LED-Anordnung dieser ersten Ausführungsform ist für LED-Chips mit zwei Elektroden, eine an der oberen Oberfläche und eine an der Bodenfläche. Auf diese Weise wird das abgestrahlte Licht von der oberen Elektrode blockiert. Außerdem ist das Basissubstrat 12 isolierend, sodaß die leitende Plattierschicht 41 in den Durchtrittslöchern notwendig wird, um die ersten Metallkontakte 13, 14 auf der Oberfläche und die zweiten Metallkontakte 33, 34 an der Bodenfläche miteinander zu verbinden. Die von der LED 22 erzeugte Wärme kann nur durch die Metallkontakte 13, 33 sowie die Durchtrittsloch-Plattierschicht 41 abgegeben werden, da die LED 22 selbst vom Harz 15 eingeschlossen ist. Als Folge hiervon ergibt sich eine schlechte Wärmeableitungsfähigkeit der Substratanordnung.

Als zweites Erklärungsbeispiel einer bekannten Leuchtdiode (LED) vom Chiptypus sei der Flip-Chip-Typ gemäB US-PS 6 396 082 B1 betrachtet, der in 2 dargestellt ist.

Der LED-Flip-Chip 79 mit einem transparenten Substrat oberhalb ist an einem Glasepoxydsubstrat 72 fixiert, in dem unmittelbar oberhalb des LED-Chips 79 ein Durchtrittsloch 75 ausgeführt ist und das zwei Metallkontakte 73, 74 auf der oberen Oberfläche 76a besitzt, die sich auf die untere Oberfläche 76b fortsetzen. Das Durchtrittsloch 75 ist mit einem durchsichtigen Harz 77 gefüllt. Zwei Metallelektroden 83, 84 an der oberen Oberfläche der LED 79 sind jeweils über Leiterdrähte 85, 86 mit den Metallkontakten 73, 74 verbunden. Der LED-Chip 79 und die Leiterdrähte 85, 86 werden dann mittels eines durchsichtigen Dichtkörpers 88 geschützt. Schließlich wird das Glasepoxydsubstrat 72 kopfüber dadurch auf einer Platine 91 montiert, daß der Dichtkörper 88 in eine Öffnung 92 der Platine 91 eingesetzt wird.

Da die LED kopfüber positioniert ist und das Licht aufwärts ohne Behinderung durch irgendwelche Metallelektroden 83, 84 durch das Durchtrittsloch 75 abgestrahlt wird, kann ein ausgezeichneter Wirkungsgrad der Lichtemission erwartet werden. Jedoch kann, wegen des isolierenden Basissubstrats 72 die von der LED 79 abgestrahlte Wärme nur über die Metallkontakte 73, 74 abgeführt werden, da auch hier die LED 79 vom Harz 77 eingeschlossen ist. Dadurch ist die Wärmeableitfähigkeit der Substratanordnung die gleiche wie bei der zuvor betrachteten Ausbildung. Die Leistungsabgabe der LED ist begrenzt und eine Hochleistungs-LED kann ohne weitere Verbesserungen so nicht erhalten werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Struktur und ein Montageverfahren für Hochleistungs-LEDs aufzuzeigen.

Vorgeschlagen werden zwei Verfahren zur Oberflächenmontage von Hochleistungs-LED-Chips. Das erste Verfahren betrifft LED-Chips, die ihre beiden Elektroden auf der gleichen Seite aufweisen und die auf einem elektrisch und thermisch leitfähigen Substrat montiert werden. Dieses Verfahren besteht aus den folgenden Schritten: [0011) Zuerst wird das Basissubstrat so eingeschnitten, eingesägt oder musterbearbeitet, daß eine Mehrzahl von Schlitzen entstehen. Die Schlitze werden dann mit aufgeschleudertem Glas (spin on glass SOG) oder Polyimid oder B-Stadium-Bisbenzocyclobuten (BCB) gefüllt. Danach werden erste Metallkontakte auf der Oberfläche des Basissubstrats erzeugt. Je zwei beidseits eines Schlitzes einander gegenüberliegende Metallkontakte dienen zum Anschluß der beiden Elektroden eines LED-Chips. Danach wird die Rückenfläche des Basissubstrats so weit abgefräst, daß der Boden der Schlitze freigelegt wird. Danach werden zweite Metallkontakte auf der gefrästen Bodenfläche erzeugt. Je zwei einander beidseits des Schlitzes gegenüberliegende zweite Kontakte dienen zum Anschluß von äußeren Elektroden.

Danach wird eine Reflektorrahmenanordnung an der Oberfläche des Basissubstrats angebracht. Diese hat eine Mehrzahl von Reflektorrahmen, jeder einem LED-Chip entsprechend.

Danach wird der LED-Chip kopfüber in seinen Reflektorrahmen eingesetzt und mit seiner p-Elektrode und seiner n-Elektrode an dem Paar erster Metallkontakte mittels eines Lötpunkts oder einer Lötschicht angeschlossen. Schließlich wird der LED-Chip mittels eines durchsichtigen Harzes oder Epoxyds versiegelt und geschützt. Der obere Bereich kann dabei in Form einer Linse gestaltet werden, um das Licht zu bündeln.

Das Verfahren nach der zweiten bevorzugten Ausführungsform betrifft LED-Chips, deren beide Elektroden an verschiedenen Seiten der LED angeordnet sind.

Diese Verfahren verlaufen wie folgt:

Zuerst wird eine Mehrzahl von Schlitzen in das Basissubstrat eingearbeitet. Die Schlitze werden dann mit SOG oder Polyimid verfüllt. Danach werden erste Metallkontakte auf der Oberfläche des Basissubstrats erzeugt. Dabei dient ein erster Metallkontakt auf der einen Seite eines Schlitzes zum Anschluß der Bodenelektrode des LED-Chips und der andere Metallkontakt auf der anderen Seite des Schlitzes zum Anschluß eines Leiterdrahtes. Diese beiden Metallkontakte müssen deshalb nicht von gleicher Größe sein. Danach wird die Rückenfläche des Basissubstrats abgefräst, bis wenigstens der Boden der Schlitze freigelegt ist. Danach werden zweite Metallkontakte auf der gefrästen Bodenfläche erzeugt. Je zwei einander beidseits des Schlitzes gegenüberliegende zweite Metallkontakte dienen zum Anschluß der externen Elektroden.

Danach wird eine Reflektorrahmenanordnung auf der Oberfläche des Basissubstrats angebracht. Diese hat eine Mehrzahl von Reflektorrahmen, jeder einem LED-Chip entsprechend. Dabei fällt die Mitte des Reflektorrahmens im wesentlichen zusammen mit dem einen der ersten Metallkontakte, an den die Bodenelektrode des LED-Chips angeschlossen wird.

Danach wird der LED-Chip in den Reflektorrahmen eingesetzt und mit seiner Bodenelektrode am einen ersten Metallkontakt mittels eines Lötpunkts oder einer Lötschicht angeschlossen, sodaß auch der LED-Chip wenigstens etwa zentral im Reflektorrahmen sitzt.

Danach wird ein Leiterdraht an die obere Elektrode des LED-Chips und an den anderen ersten Metallkontakt angeschlossen. Schließlich wird der LED-Chip und der Leiterdraht mit durchsichtigem Harz oder Epoxyd versiegelt und geschützt. Der obere Bereich kann als Linse zur Bündelung des Lichts gestaltet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigegebenen Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt:
1 die bereits beschriebene bekannte Ausbildung von oberflächenmontierten LEDs mit zwei Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten;
2 die ebenfalls bereits beschriebene bekannte Ausbildung einer oberflächenmontierten LED mit zwei auf der gleichen Seite gelegenen Elektroden;
3A den Querschnitt eines elektrisch und thermisch leitenden Basissubstrats mit einer Mehrzahl von Schlitzen für eine erste Ausführungsform der Erfindung;
3B und 3C die Draufsicht auf ein Basissubstrat gemäß 3A mit zwei verschiedenen Schlitzausbildungen;
3D die Darstellung gemäß 3A, bei der die Schlitze mit einem Isolierstoff verfüllt sind;
3E die Darstellung gemäß 3D bei der erste Metallkontakte auf der Oberfläche des Basissubstrats erzeugt sind;
3F die Darstellung gemäß 3E, bei der die Rückseite des Basissubstrats bis zur Freilegung des Isoliermaterials in den Schlitzen abgefräst ist und die zwischen den Schlitzen gelegenen Substratabschnitte somit voneinander isoliert sind;
3G die Darstellung gemäß 3F, bei der zweite Metallkontakte an der Bodenfläche des Basissubstrats erzeugt sind;
3H die Darstellung gemäß 3G bei der auf der Oberfläche des Basissubstrats zu jedem der ersten Metallkontaktpaare ein Reflektorrahmen angebracht ist;
3I die Darstellung gemäß 3H, bei der in den Reflektorrahmen je ein LED-Chip angeordnet ist und dessen zwei Elektroden mit den Metallkontakten des ersten Metallkontaktpaares verbunden sind;
3J die Darstellung gemäß 3I, bei der eine durchsichtige Harz- oder Expoxydeinbettung den LED-Chip einschließt und eine Sammellinse zur Bündelung des Lichts bildet;
4A den Querschnitt eines elektrisch und thermisch leitenden Basissubstrats für eine zweite Ausbildungsform der Erfindung, bei dem eine Mehrzahl von Schlitzen mit Isoliermaterial verfüllt ist;
4B die Darstellung gemäß 4A, bei der erste Metallkontakte auf der Oberfläche des Basissubstrats gebildet sind und die Bodenfläche bis zur Freilegung des Isoliermaterials in den Schlitzen abgefräst ist:
4C die Darstellung gemäß 4B, bei der zweite Metallkontakte an der Bodenfläche des Basissubstrats gebildet sind:
4D die Darstellung gemäß 4C, bei der zu jedem der ersten Metallkontaktpaare ein Reflektorrahmen angebracht ist:
4E die Darstellung gemäß 4D, bei der auf einen der ersten Metallkontakte ein LED-Chip aufgesetzt ist und eine Elektrode auf der Oberseite des LED-Chips mittels eines Leiterdrahtes mit dem anderen der ersten Metallkontakte verbunden ist;
4F die Darstellung gemäß 4E, bei der eine durchsichtige Harz- oder Epoxydeinbettung den LED-Chip einschließt und eine Sammellinse zur Bündelung des Lichts bildet.
Wie aus der einleitenden Beschreibung des Standes der Technik ersichtlich, sind alle Leuchtdioden vom Chiptyp auf einem Isoliermaterial fixiert, wobei Drahtkontakte sich zwischen der Oberfläche und der Bodenfläche erstrecken. Das isolierende Substrat ist ein schlechter Wärmeleiter, sodaß die erzeugte Wärme nur schlecht abgeführt wird und die Leistung der LED auf einen niedrigen Wert begrenzt bleiben muß.
3J zeigt den Aufbau der ersten bevorzugten Ausführungsform eines Chiptyp-Pakets von Hochleistungsleuchtdioden, bevor diese durch Zerschneiden des Basissubstrats 100 voneinander getrennt werden. Im Gegensatz zu den oberflächenmontierten Paketen gemäß Stand der Technik ist das Basissubstrat 100 elektrisch und ther misch leitend, sodaß sich eine ausgezeichnete Wärmeabfuhr und -dissipation ergibt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist jeder LEA-Chip 103 vom Flip-Chip-Typus mit seiner p-Elektrode 101 und seiner n-Elektrode 102 auf die beiden ersten Metallkontakte 110A des elektrisch und thermisch leitfähigen Substrats 110 montiert. Zwischen diesen befindet sich der mit Isoliermaterial 106 gefüllte Spalt 105, sodaß die beiden ersten Metallkontakte 110A beidseits des Spalts 105 voneinander isoliert sind.
Der LED-Chip 103 wird dann in den Reflektorrahmen 120 gesetzt und mittels des Harzes oder der Epoxydschicht 130 versiegelt, welche dabei Sammellinsen zur Bündelung des abgestrahlten Lichtes bildet.
Das Verfahren zur Oberflächenmontage der Hochleistungs-LEDs verläuft wie folgt:
Wie in der Querschnittsdarstellung gemäß 3A gezeigt, wird in das elektrisch und thermisch leitfähige Basissubstrat 100 eine Mehrzahl von Spalten 105 eingearbeitet. Damit den Anforderungen an die elektrische und thermische Leitfähigkeit genügt wird, wird das Material des Basissubstrats 100 aus den Materialien wie Kupfer, Aluminium oder Silizium ausgewählt, welche alle ideale Kandidaten hierfür sind. Die thermische und elektrische Leitfähigkeit dieser Werkstoffe ist in der nachfolgenden Tabelle 1 einander gegenübergestellt: Tabelle 1
Jeder Spalt 105 kann eine Länge haben, die nur die Abmessung eines LED-Pakets übertrifft, oder der Spalt kann durchgehend das gesamte Basissubstrat durchqueren, wie dies in 3B bzw. 3C gezeigt ist. Die ersteren werden nach einem lithographischen und einem Ätzverfahren hergestellt oder durch Sägen oder durch Schneiden oder mittels eines elektroerosiven Verfahrens erzielt. Der Abstand L zwischen den Spalten entspricht etwa den LED-Paketen. Die Spalte 105 gehen nicht bis zum Boden des Basissubstrats 100 durch, sodaß der Zusammenhalt desselben gewahrt bleibt. Die Tiefe der Spalte beträgt etwa 100 – 500 μm.
Gemäß 3D wird dann eine Isolierschicht 106 in die Spalten 105 gefüllt. Der Werkstoff dieser Schicht kann ausgewählt werden unter der Bedingung, daß die Beschichtung leicht stattfindet und auch tiefe Spalten sich ohne Hohlraumbildung füllen lassen, etwa aufgeschleudertes Glas (spin on glass SOG) oder Polyimid oder B-Stadium Bisbenzocyclobuten BCB. Das Material soll auch über eine hohe thermische Toleranz verfügen.
3E zeigt beidseits der Spalte 105 erzeugte erste Metallkontaktschichten 110A. Diese erste Metallkontaktschicht 110A wird hergestellt durch das Niederschlagen einer Metallschicht auf der Oberfläche 100A des Basissubstrats nach irgendeinem üblichen Verfahren wie Aufdampfen (chemical vapor deposition CVD), Aufsprühen, thermisches Verdampfen oder Kathodenzerstäubung usw., wonach das Muster mittels eines lithographischen und eines Ätzvorgangs gebildet wird. Alternativ kann die erste Metallkontaktschicht 110A dadurch hergestellt werden, daß zunächst eine Filmmaske angebracht wird und danach ein Galvanisieren oder ein nichtelektrisches Plattieren durchgeführt wird.
Anschließend wird, wie aus 3F ersichtlich, ein Materialabtrag durch Fräsen der Unterseite durchgeführt und zwar wenigstens bis zum unteren Ende der Schlitze und dem in diesen befindlichen Isoliermaterial, sodaB die Abschnitte beidseits jedes Schlitzes voneinander vollständig isoliert sind.
Gemäß 3G wird dann eine zweite Metallkontaktschicht 110B auf der gefrästen Rückseite 100B des Basissubstrats 100 gebildet. Das Verfahren zur Herstellung desselben ist ähnlich dem Verfahren der Herstellung der ersten Metallkontaktschicht 110A. Die Abstände zweier beidseits des Schlitzes einander gegenüberliegender zweiter Metallkontakte 110B ist jedoch größer als der der ersten Metallkontakte 110A, weil diese letzteren die beiden Elektroden des LED-Chips 103 kontaktieren sollen, während die zweiten Metallkontakte 110B zum Anschluß externer Elektroden dienen.
3A zeigt, wie dann eine Reflektorrahmenanordnung 120 mit einer Mehrzahl von Reflektorrahmen 120A auf der oberen Oberfläche 100A des Basissubstrats montiert wird. Das Zentrum jedes Reflektorrahmens 120A liegt im wesentlichen oberhalb der Mitte des zugehörigen Spaltes 105 die ihrerseits die zentrale Position des später auf den Metallkontakten zu montierenden LED-Chips vorgibt.
Aus 3I ist ersichtlich, wie die LEDs 103 kopfüber mit ihren Elektroden 100, 102 auf den zwei ersten Metallkontakten 110A mittels Lötpunkten oder einer Lötschicht 104 montiert werden.
Danach wird, wie in 3J gezeigt, der von dem Reflektorrahmen 120A überspannte Raum mittels eines durchsichtigen Harzes oder einer Epoxydschicht 130 gefüllt, um den LED-Chip einzubetten und zu schützen. Vorzugsweise wird der obere Bereich des Harzes in Form einer Linse gestaltet, um die Bündelung und Abstrahlungsrichtung des Lichtes zu verbessern. Dies kann mittels einer Maskenform (nicht gezeigt) geschehen, die konkave Aushöhlungen in Linsenform besitzt.
Schließlich wird, wie in 3J durch die strichpunktierten Pfeile 140 angedeutet, das fertig montierte Substrat würfelartig, nämlich in x- und y-Richtung zerschnitten und die einzelnen LED-Einheiten gewonnen.
Die vorstehend beschriebene Technik der Oberflächenmontage von LED-Chips auf elektrisch und thermisch leitendem Substrat kann auch angewendet werden für Leuchtdiodenelemente, deren p-Elektrode und n-Elektrode auf verschiedenen Seiten liegen.
4F zeigt das Ergebnis dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung, nämlich ein Paket von oberflächenmontierten Hochleistungs-LEDs des Chiptyps, bevor ihr Basissubstrat in Würfelform zerschnitten wurde. Begonnen wird die Herstellung in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform mit einem Basissubstrat 100, an dem erste Kontaktpaare 110AA, 110AB und zweite Kontaktpaare 110B auf der Oberfläche 100A bzw. der Bodenfläche 100B gebildet werden. Jeder LED-Chip 103 wird mit seiner einen Elektrode auf einem der ersten Kontakte 110AA montiert. Der andere erste Kontakt 110AB auf der Oberfläche 100A des Basissubstrats 100 ist von dem ersten 110AA durch den isolierenden Spalt 105 getrennt und dient zum Anschluß der zweiten Elektrode des LED-Chips über einen Leiterdraht 135.
Bei dieser Ausbildung ist, wie in 4D ersichtlich, jeder Spalt 105 versetzt gegenüber der Mitte des jeweiligen Reflektorrahmens 120A, damit der LED-Chip in der Mitte des Reflektorrahmens montiert werden kann. Nach dieser Montage wird der LED-Chip 103 und der Anschlußdraht 135 in ein durchsichtiges Harz oder Epoxydschicht 130 eingebettet. Bei Bedarf kann der obere Teil des Harzes oder der Epoxydschicht als Linse gestaltet werden. Die Bodenfläche 100B des Basissubstrats 100 ist ebenfalls mit zweiten Metallkontakten 110B versehen, je ein Paar für jeden LED-Chip.
Der Ablauf der Oberflächenmontage ist im einzelnen in 4A bis 4F gezeigt. Wie bei der ersten Ausführungsform wird das Basissubstrat 100 gesägt oder auf andere geeignete Weise bearbeitet um die Spalte 105 zu erzeugen. Die Spalten 105 werden dann mit isolierendem Glas oder Polyimid 106 verfüllt. Die Tiefe der Spalte 105 und der Abstand L zwischen diesen entspricht den Werten bei der ersten Ausführungsform. Das Ergebnis ist in 4A ersichtlich.
Wie in 4B gezeigt, werden dann auf der Oberfläche 100A des Basissubstrats eine Mehrzahl von Metallkontaktpaaren erzeugt und zwar durch einen nach dem Muster durchgeführten Metallniederschlag oder durch maskierendes Abdecken und nachfolgendes Galvanisieren. Da der eine der ersten Metallkontakte, nämlich 110AA, zur Montage des LED-Chips bestimmt ist, während der andere, nämlich 110AB, nur zum Anschluß des Leiterdrahtes dient, kann der erstere 110AA vorteilhafterweise mit größerer Fläche als der andere ausgeführt werden.
Ähnlich wie oben beschrieben findet danach das Fräsen der Unterseite des Substrats zur Freilegung des Isoliermaterials am unteren Ende der Spalte statt. Danach werden an der Unterfläche die zweiten Metallkontakte 110B erzeugt. So wird das Zwischenwerkstück gemäß 4C erhalten.
4D zeigt den Zustand nach der Montage einer Reflektorrahmenanordnung 120 mit einer Mehrzahl von Reflektorrahmen 120A auf der Oberfläche 100A des Basissubstrats 100. Dabei kommen beide ersten Kontakte 110AA und 110AB innerhalb des jeweiligen Reflektorrahmens 2u Liegen, wobei der zur Montage des LED-Elements bestimmte Kontakt 110AA die zentrale Position einnimmt.
Danach wird gemäß 4E ein LED-Chip 103 mit einer Elektrode an der Bodenfläche im Reflektorrahmen 120A auf dem zentralen ersten Metallkontakt 110AA mittels einer Lötschicht 104 montiert. Anschließend wird die an dere LED-Elektrode an der oberen Fläche des LED-Chips 103 mittels eines Leiterdrahtes 135 an den anderen ersten Metallkontakt 110AB angeschlossen.
Schließlich wird eine Harzschicht oder eine Epoxydeinbettung 130 in die Reflektorrahmen eingespritzt um die LED-Chips 103 abzudichten, wodurch das Werkstück gemäß 4F erhalten wird.
Die beschriebenen Herstellungsverfahren unter Benutzung eines leitenden Basissubstrats 100 mit trennenden Isolierspalten 105/106, welche die ersten Metallkontakte 110A in der ersten Ausführungsform bzw. die ersten Metallkontakte 110AA und 110AB in der zweiten Ausführungsform voneinander isolieren, sind als Beispiele für den Erfindungsgedanken zu verstehen. Beispielsweise könnten die isolierenden Trennspalten auch gebildet werden ohne den Schritt des Wegfräsens einer zunächst vorhandenen Verbindungsbrücke zwischen den Substratbereichen. Das Basissubstrat 100 könnte mit einem ablösbaren Fixierfilm auf einer Oberfläche versehen werden und das Sägen oder Ätzen könnte von der anderen Oberfläche her durch die gesamte Dicke des Basissubstrats bis zum Fixierfilm durchgeführt werden und hier gestoppt werden. Danach könnte das Isoliermaterial in die entstandenen Spalte verfüllt werden, wonach der Fixierfilm entfernt werden könnte. Die anschließende Weiterbearbeitung würde nach dem beschriebenen Schema verlaufen.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Vorgehens liegen darin, daß

1. die Wärmeableitungsfähigkeit der LEDs ausgezeichnet ist, weil das Basissubstrat 110 elektrisch und thermisch leitend ist, und
2. das Herstellungsverfahren einfacher ist, weil kein Bohren von Durchtrittslöchern und Plattieren derselben notwendig ist, denn das Basissubstrat ist selbst leitend.

Claims

Verfahren zur Oberflächenmontage von Leuchtdiodenelementen, deren p-Elektrode und n-Elektrode auf einer Seite gelegen sind, das aus folgenden Schritten besteht: – Bereitstellung eines elektrisch und thermisch leitenden Substrats; – Einarbeitung einer Mehrzahl von Schlitzen in das Substrat; – Verfüllen der Schlitze mit einer Isolierschicht; – Erzeugen von Paaren von ersten Metallkontakten auf der Oberfläche des Substrats, wobei zum Anschluß eines LED-Elements der eine Kontakt des Paares auf der einen Seite und der andere auf der anderen Seite des zugehörigen Schlitzes gebildet wird; – Wegfräsen der Bodenschicht des Substrats, bis die unteren Enden der Schlitze freigelegt sind und die beidseits von diesen gelegenen Substratbereiche und damit die ersten Metallkontakte jedes Paares voneinander isoliert sind: – Erzeugen von zweiten Metallkontaktpaaren auf der gefrästen Bodenfläche, wobei zum Anschluß von äußeren Elektroden der eine Kontakt dieses Paares auf der einen Seite und der andere auf der anderen Seite des zugehörigen Schlitzes gebildet ist; – Montieren einer Reflektorrahmenanordnung mit einer Mehrzahl von Reflektorrahmen auf der Oberfläche, wobei jeder Reflektorrahmen einem LED-Element zugeordnet ist und jeder Reflektorrahmen ein erstes Metallkontaktpaar derart umschließt, daß deren Zentren zusammenfallen; – Einsetzen von LED-Elementen in die Reflektorrahmen und Verbinden von deren p-Elektroden und n-Elektroden mit den Kontakten der ersten Kontaktpaare; – Versiegeln der LED-Elemente mit einem durchsichtigen Harz oder Epoxydschicht innerhalb der Reflektorrahmen; – Zertrennen des Substrats in einzelne LED-Bausteine, deren jedes ein eingeschlossenes LED-Element und zwei durch einen Spalt voneinander isolierte Metallkontakte aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des elektrisch und thermisch leitfähigen Substrats gewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Silizium, Kupfer und Aluminium.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung der Spalten durch eine lithographische und eine Ätzbearbeitung bis auf eine Tiefe von etwa 100 – 500 μm geschieht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung der Spalten durch eine elektroerosive Bearbeitung oder ein Laserabtragen bis auf eine Tiefe von 100–500 μm geschieht.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial aufgeschleudertes Glas (spin on glass SOG) oder B-Stadium-Bisbenzocyclobuten (BCB) ist.
Verfahren zur Oberflächenmontage von Leuchtdiodenelementen, deren p-Elektrode und n-Elektrode auf einer Seite gelegen sind, das aus folgenden Schritten besteht: – Bereitstellung eines elektrisch und thermisch leitenden Substrats – Bilden einer Mehrzahl von isolierenden Bereichen im Substrat, wobei jeder der isolierenden Bereiche zur Isolierung zweier Metallkontakte dient, welche an die beiden Elektroden eines LED-Elements angeschlossen sind: – Erzeugen von Paaren von ersten Metallkontakten auf der Oberfläche des Substrats, wobei zum Anschluß eines LED-Elements der eine Kontakt des Paares auf der einen Seite und der andere auf der anderen Seite des zugehörigen isolierenden Bereichs gebildet wird; – Erzeugen von zweiten Metallkontaktpaaren auf der Bodenfläche, wobei zum Anschluß von äußeren Elektroden der eine Kontakt dieses Paares auf der einen Seite und der andere auf der anderen Seite des zugehörigen isolierenden Bereichs gebildet ist; – Montieren einer Reflektorrahmenanordnung mit einer Mehrzahl von Reflektorrahmen auf der Oberfläche, wobei jeder Reflektorrahmen einem LED-Element zugeordnet ist und jeder Reflektorrahmen ein erstes Metallkontaktpaar derart umschließt, daß deren Zentren zusammenfallen; – Einsetzen von LED-Elementen in die Reflektorrahmen und Verbinden von deren p-Elektroden und n-Elektroden mit den Kontakten der ersten Kontaktpaare; – Versiegeln der LED-Elemente mit einem durchsichtigen Harz oder Epoxydschicht innerhalb der Reflektorrahmen – Zertrennen des Substrats in einzelne LED-Bausteine, deren jedes ein eingeschlossenes LED-Element und zwei durch einen isolierenden Bereich voneinander isolierte zweite Metallkontakte aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des elektrisch und thermisch leitfähigen Substrats gewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Silizium, Kupfer und Aluminium.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung der mehreren isolierenden Bereiche aus folgenden Schritten besteht: – Anbringung eines ablösbaren Films auf einer ersten Oberfläche des Basissubstrats; – Einarbeitung von Schlitzen in das Basissubstrat; – Verfüllen der Schlitze mit einer Isolierschicht und – Entfernen des ablösbaren Films.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze im Basissubstrat gebildet werden mittels eines lithographischen und eines Ätzvorgangs durch das Basissubstrat hindurch.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze im Basissubstrat gebildet werden durch eine elektroerosive Bearbeitung oder ein Laserschneiden durch das Basissubstrat hindurch.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der isolierenden Bereiche aufgeschleudertes Glas (spin on glass SOG) oder B-Stadium-Bisbenzocyclobuten (BCB) ist.
Verfahren zur Oberflächenmontage von Leuchtdiodenelementen, deren p-Elektrode und n-Elektrode auf verschiedenen Seiten gelegen sind, das aus folgenden Schritten besteht: – Bereitstellung eines elektrisch und thermisch leitenden Substrats; – Einschneiden einer Mehrzahl von Schlitzen in die obere Fläche des Substrats; – Verfüllen der Schlitze mit einer Isolierschicht; – Erzeugen von Paaren von ersten Metallkontakten auf der oberen Fläche des Substrats, wobei zum Anschluß eines LED-Elements der erste Kontakt des Paares auf der einen Seite und der zweite auf der anderen Seite des zugehörigen Schlitzes gebildet wird und der erste zur Anbringung eines Leuchtdiodenelements und der zweite zum Anschluß eines Leiterdrahtes bestimmt ist, – Wegfräsen der Bodenschicht des Substrats, bis die unteren Enden der Schlitze freigelegt sind und die beidseits von diesen gelegenen Substratbereiche und damit die ersten Metallkontakte jedes Paares voneinander isoliert sind: – Erzeugen von zweiten Metallkontaktpaaren auf der gefrästen Bodenfläche, wobei zum Anschluß von äußeren Elektroden der eine Kontakt dieses Paares auf der einen Seite und der andere auf der anderen Seite des zugehörigen Schlitzes gebildet ist; – Montieren einer Reflektorrahmenanordnunq mit einer Mehrzahl von Reflektorrahmen auf der oberen Fläche, wobei jeder Reflektorrahmen einem LED-Element zugeordnet ist und jeder Reflektorrahmen ein erstes Metallkontaktpaar derart umschließt, wobei der erste Metallkontakt des ersten Metallkontaktpaares im Zentrum des zugehörigen Reflektorrahmens liegt; – Einsetzen eines LED-Elements in jeden Reflektorrahmen und Verbinden von dessen an seiner Bodenfläche befindlichen Elektrode mit dem zentral gelegenen ersten Metallkontakt des ersten Metallkontaktpaares und dessen an seiner oberen Fläche befindlichen Elektrode mit dem zweiten Metallkontakt des ersten Kontaktpaares über einen Leiterdraht, – Versiegeln der LED-Elemente und der Leiterdrähte mit einem durchsichtigen Harz oder Epoxydschicht innerhalb der Reflektorrahmen; – Zertrennen des Substrats in einzelne LED-Bausteine, deren jedes ein eingeschlossenes LED-Element und zwei zweite durch einen Spalt voneinander isolierte Metallkontakte aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des elektrisch und thermisch leitfähigen Substrats gewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Silizium, Kupfer und Aluminium.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung der Spalten durch eine lithographische und eine Ätzbearbeitung bis auf eine Tiefe von etwa 100–500 μm geschieht.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung der Spalten durch eine elektroerosive Bearbeitung oder ein Laserabtragen bis auf eine Tiefe von 100–500 μm geschieht.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Isolierschicht aufgeschleudertes Glas (spin on glass SOG) oder B-Stadium-Bisbenzocyclobuten (BCB) ist.
Oberflächenmontierte Leuchtdiode, welche aufweist: – ein elektrisch und thermisch leitendes Substrat, in dem ein das Substrat in zwei Teile unterteilender isolierender Bereich ausgebildet ist, – zwei erste Metallkontakte auf der Oberfläche des Substrats, je einer auf jedem der Substratteile; – zwei zweite Metallkontakte auf der Bodenfläche zum Anschluß von äußeren Elektroden, je einer an jedem der Substratteile; – ein Leuchtdiodenelement, dessen p-Elektrode und n-Elektrode auf der gleichen Seite gelegen sind, wobei dieses kopfüber mit seinen Elektroden an die beiden ersten Metallkontakte angeschlossen ist; – einen Reflektorrahmen, der das LED-Element umgibt und auf der Oberfläche fixiert ist, und – eine durchsichtige Harz oder Epoxydschicht innerhalb des Reflektorrahmens, die das LED-Element versiegelt;
Leuchtdiode nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des elektrisch und thermisch leitfähigen Substrats gewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Silizium, Kupfer und Aluminium:
Leuchtdiode nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Bereich ausgefüllt ist mit aufgeschleudertem Glas (spin on glass SOG) oder B-Stadium-Bisbenzocyclobuten (BCB).
Oberflächenorientierte Leuchtdiode, welche aufweist: – ein elektrisch und thermisch leitendes Substrat, in dem ein das Substrat in zwei Teile elektrisch trennender isolierender Bereich ausgebildet ist, – zwei erste Metallkontakte, je einen auf der Oberfläche der Substratbereiche; wobei zum Anschluß eines LED-Elements der eine Kontakt des Paares auf der einen Seite und der andere auf der anderen Seite des zugehörigen Schlitzes gebildet wird; – zwei zweite Metallkontakte, je einen auf der Bodenfläche der Substratbereiche, zum Anschluß von zwei äußeren Elektroden; – ein Leuchtdiodenelement, dessen p-Elektrode und n-Elektrode auf verschiedenen Seiten gelegen sind, – wobei das Leuchtdiodenelement mit seiner einen Elektrode auf einem der ersten Metallkontakte montiert ist und seine andere Elektrode mit dem anderen ersten Metallkontakt über einen Leiterdraht verbunden ist; – einen Reflektorrahmen, welcher das LED-Element auf den Leiterdraht umgibt; und – ein durchsichtiges Harz oder Epoxydschicht, welches das LED-Element auf den Leiterdraht versiegelt.
Leuchtdiode nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des elektrisch und thermisch leitfähigen Substrats gewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Silizium, Kupfer und Aluminium.
Leuchtdiode nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Bereich ausgefüllt ist mit aufgeschleudertem Glas (spin on glass SOG) oder B-Stadium-Bisbenzocyclobuten (BCB).
Leuchtdiode nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der das LED-Element tragende erste Metallkontakt sich im wesentlichen im Zentrum des Reflektorrahmens befindet.