JP2014207446A - エピタキシャル構造とパッケージ基板を一体化したｌｅｄ部品およびその製造方法 - Google Patents

エピタキシャル構造とパッケージ基板を一体化したｌｅｄ部品およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】熱伝導抵抗を低減した、エピタキシャル構造とパッケージ基板との一体化ＬＥＤ部品と、その製造工程を提供する。【解決手段】ＬＥＤ部品３はエピタキシャル構造３２とパッケージ基板３１を一体化し、中空のキャリア３０の中空領域３０１に実装される。中空のキャリア３０は２つの外部電極３０２、３０３を備える。パッケージ基板３１は、中空のキャリアによって支持されることで、放熱素子３５と直接接触することができるので、熱電等抵抗を低減できる。【選択図】図３

Description

本発明は、エピタキシャル構造とパッケージ基板を一体化したＬＥＤ部品、およびその製造方法に関する。より具体的には、本発明はキャリア基板をパッケージ基板として直接用いることができ、ＬＥＤエピタキシャルのパッケージング工程も直接基板上で完成することができるＬＥＤ部品に関する。
実際の適用では、ＬＥＤ部品の基板は熱伝導素子または放熱素子に実装され、熱伝導素子または放熱素子と接触することができる。一体型のＬＥＤ部品はウエハレベル工程によって製造され、ウエハから切り出されて個別の部品を形成する。様々な製造工程によって、一体型ＬＥＤ部品を縦型ＬＥＤ構造または横型ＬＥＤ構造に形成することができる。
ＬＥＤ業界では、ＬＥＤチップの製造工程とＬＥＤのパッケージング工程は独立した工程である。どのような基板をＬＥＤエピタキシャル工程で用いるとしても、最終チップ製品を形成するためにはＬＥＤ発光ユニットを切断し、試験することが未だに必要である。
ＬＥＤチップの形状は通常、長方形に設計される。これは、ＬＥＤチップが縦型構造であるか横型構造であるか、ワイヤボンディング工程であるかフリップチップ工程であるかにかかわらず、切り出し工程における操作性を考慮したものである。次に、長方形のＬＥＤチップをサブマウント上にダイボンディングによって実装し、表面実装技術（ＳＭＴ）によってプリント基板（ＰＣＢ）に溶接して、ＬＥＤパッケージユニットを形成する。ＬＥＤパッケージユニットはまた、チップをＰＣＢに直接実装することによって形成されてもよい（チップオンボード（ＣＯＢ）方式）。
パッケージＰＣＢは次に、放熱問題を解決するために熱伝導素子または放熱素子に実装され、熱伝導素子または放熱素子と接触する必要がある。また、エピタキシャル構造内の電流によって生じる熱を、熱伝導によって基板から放熱素子に放熱する必要がある。ただし、電力または電力密度が高すぎると、熱抵抗によってＬＥＤの温度が高くなりすぎるため、ＬＥＤの寿命と光学特性が低減する。
図１を参照すると、図１Ａおよび図１Ｂは従来技術のＬＥＤチップ、ＬＥＤパッケージおよび放熱を例示する概略図である。ＬＥＤチップ１はエピタキシャル構造１０とキャリア基板１１から成る。ＬＥＤチップ１は試験され、ウエハから切り出され、次にパッケージされてＬＥＤユニットを形成する。
図１Ａに示すように、ＬＥＤパッケージユニットは、ＬＥＤチップ１をサブマウント１２上にダイボンディング、ワイヤボンディングおよび蛍光体被覆工程を用いて実装することによって形成される。実際の適用では、サブマウント１２を備えるＬＥＤユニットは、さらに熱伝導ＰＣＢに実装される必要があり、次にＰＣＢ１３は放熱素子１４に実装され、放熱素子１４と接触する。
図１Ｂに示すような高出力照明の別の適用要件では、ＬＥＤパッケージユニットはＬＥＤチップ１を熱伝導ＰＣＢに直接実装することによって形成される（ＣＯＢ、チップオンボード方式）。ＣＯＢユニットは放熱素子１４に実装され、放熱素子１４と接触する。ただし、図１Ａまたは図１Ｂの従来技術では、ＬＥＤチップ１の製造工程およびＬＥＤのパッケージング工程は独立した工程である。
一般には、ＬＥＤチップには横型と縦型の２種類の構造がある。
横型構造はエピタキシャルウエハ上にＬＥＤエピタキシャル構造と、電極を形成する。エピタキシャルウエハは、エピタキシャル構造のキャリア基板となり、その後ＬＥＤチップに切り出されるために、薄化工程を経なければならない。
縦型構造はＬＥＤエピタキシャル構造をエピタキシャルウエハからキャリアウエハへ移転する。キャリアウエハもまた薄化工程を経て電極を形成し、その後ＬＥＤチップに切り出される必要がある。ＬＥＤチップが横型構造であるか縦型構造であるかに関係なく、ＬＥＤチップはさらに追加のパッケージ基板を必要とし、ダイボンディング、ワイヤボンディングおよび蛍光体被覆工程を経て、外部電源と放熱素子を接続する。高電力密度、高光束、長寿命および低費用を実現するためには、図１Ａおよび図１Ｂの従来技術には、いまだにいくつかの限界がある。
本発明の１つの目的は、エピタキシャル構造とパッケージ基板を一体化したＬＥＤ部品と、その製造方法を提供し、それによって従来技術における問題を解決することである。
本発明の一体型ＬＥＤ部品は中空のキャリアの中空領域に実装される。中空のキャリアは、外部電源に接続するために用いられる異極性の２つの導電性電極を有する。一体型ＬＥＤ部品は、基板と、Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造（Ｎは２以上の自然数）と、少なくとも１つの第３の電極と、少なくとも１つの第４の電極とを備える。基板は上面と、底面とを有する。Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造は基板の上面上に形成される。Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造の少なくとも１つは、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１つの第２の電極とを備える。さらに、少なくとも１つの第１の電極と少なくとも１つの第２の電極の極性は反対である。少なくとも１つの第３の電極と少なくとも１つの第４の電極は上面上に形成され、Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造の外部に配置される。少なくとも１つの第３の電極と少なくとも１つの第４の電極は、少なくとも１つの第１の電極と少なくとも１つの第２の電極に電気的に接続して、回路を形成する。少なくとも１つの第３の電極と少なくとも１つの第４の電極の極性は反対である。さらに、中空のキャリアの２つの導電性電極を用いて、基板の少なくとも１つの第３の電極と少なくとも１つの第４の電極を電気的に接続し、基板の底面は中空のキャリアに露出される。
別の実施形態では、本発明は、エピタキシャル構造とパッケージ基板を一体化した別のＬＥＤ部品を提供する。一体型ＬＥＤ部品は中空のキャリアの中空領域に実装される。中空のキャリアは、外部電源に接続するために用いられる異極性の２つの導電性電極を有する。一体型ＬＥＤ部品は、基板と、ＬＥＤエピタキシャル構造と、少なくとも１つの第３の電極と、少なくとも１つの第４の電極とを備える。基板は上面と、底面とを有する。ＬＥＤエピタキシャル構造は基板の上面上に形成される。ＬＥＤエピタキシャル構造は、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１つの第２の電極とを備える。少なくとも１つの第１の電極と少なくとも１つの第２の電極の極性は反対である。少なくとも１つの第３の電極と少なくとも１つの第４の電極は上面上に形成され、ＬＥＤエピタキシャル構造の外部に配置される。少なくとも１つの第３の電極と少なくとも１つの第４の電極は、少なくとも１つの第１の電極と少なくとも１つの第２の電極に電気的に接続して、回路を形成する。少なくとも１つの第３の電極と少なくとも１つの第４の電極の極性は反対である。さらに、中空のキャリアの２つの導電性電極を用いて、基板の少なくとも１つの第３の電極と少なくとも１つの第４の電極を電気的に接続し、基板の底面は中空のキャリアに露出される。
代替的に、本発明はまた、一体型ＬＥＤ部品の製造方法を提供する。本発明の基板はキャリア基板であるだけではなく、パッケージ基板でもあり、基板の底面は直接熱伝導素子または放熱素子に実装することができるので、エピタキシャル構造から基板の底面への熱伝導は最短となる。このため、一体型ＬＥＤ部品の熱抵抗（Ｒｊｃ）は劇的に低減される。この一体型ＬＥＤ部品の構造は縦型ＬＥＤ構造および横型ＬＥＤ構造に適用することができる。
前述のように、工程の簡略化ならびに素材消費量を削減することによって、本発明の一体型ＬＥＤ部品の費用は、大幅に削減される。
本発明の多くの他の利点および特徴は、以下の詳細な説明および添付図によってさらに理解されるであろう。
従来技術のＬＥＤチップと、ＬＥＤパッケージと、放熱とを例示する概略図である。 従来技術のＬＥＤチップと、ＬＥＤパッケージと、放熱とを例示する概略図である。 本発明による一体型ＬＥＤのＬＥＤエピタキシャル構造と、ＬＥＤパッケージと、中空のキャリアと、熱伝導素子または放熱素子とを例示する概略図である。 本発明による一体型ＬＥＤのＬＥＤエピタキシャル構造と、ＬＥＤパッケージと、中空のキャリアと、熱伝導素子または放熱素子とを例示する概略図である。 本発明の一実施形態による一体型ＬＥＤ部品を例示する概略図である。 本発明の一実施形態による縦型ＬＥＤエピタキシャル構造を例示する概略図である。 本発明の一実施形態による横型ＬＥＤエピタキシャル構造を例示する概略図である。 本発明の一実施形態によるＬＥＤエピタキシャル構造の上面を例示する概略図である。 本発明の一実施形態によるＬＥＤエピタキシャル構造の上面を例示する概略図である。 本発明の一実施形態による縦型ＬＥＤのエピタキシャル構造と、並列に接続する電極とを例示する上面図である。 本発明の一実施形態によるウエハ上の異なる大きさの一体型ＬＥＤ部品を例示する概略図である。 中空のキャリアを例示する概略図である。 一体型ＬＥＤ部品を例示する概略図である。 中空のキャリアに実装される一体型ＬＥＤ部品の正面図を例示する概略図である。 中空のキャリアを例示する概略図である。 一体型ＬＥＤ部品を例示する概略図である。 中空のキャリアに実装される一体型ＬＥＤ部品の背面図を例示する概略図である。
本発明はエピタキシャル構造とパッケージ基板を一体化したＬＥＤ部品と、その製造方法に関する。本発明は、製造工程の簡略化ならびに素材消費量を削減することによって、費用を削減することができる。さらに、本発明によって熱伝導抵抗が低減することにより、ＬＥＤ部品の効率が向上し、従来技術における問題が解決される。
容易に理解できるように、図に共通する同一の要素を指定することが可能な場合は、同一の符号を用いた。
図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、両図は、本発明による一体型ＬＥＤのＬＥＤエピタキシャル構造、ＬＥＤパッケージ、中空のキャリア、熱伝導素子または放熱素子を例示する概略図である。
一実施形態によると、ＬＥＤ部品２はエピタキシャル構造とパッケージ基板を一体化し、中空のキャリア３０の中空領域３０１に実装することができる。それによって、基板２２の底面２２２は熱伝導素子または放熱素子に実装され、熱伝導素子または放熱素子と接触することができる。
図２Ａに示すように、ＬＥＤエピタキシャル構造は基板２２の上面２２１上に形成される。つまり、ＬＥＤ部品２の基板２２はキャリア基板であるだけではなくパッケージ基板でもあり、基板２２の底面２２２は放熱素子２４に実装され、放熱素子２４と接触することができる。
図２Ｂに示すように、基板２２の底面２２２は熱伝導素子２６に実装され、熱伝導素子２６と接触する。熱伝導素子２６は平坦な小型のヒートパイプである。
本発明の構造をさらに説明するために、図３を参照されたい。図３は本発明の一実施形態による一体型ＬＥＤ部品を例示する概略図である。図３の実施形態によると、本発明の一体型ＬＥＤ部品３は中空のキャリア３０の中空領域３０１に実装される。中空のキャリア３０は、外部電源に接続するために用いられる異極性の２つの導電性電極３０２、３０３を備える。
一体型ＬＥＤ部品は、基板３１と、Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造３２（Ｎは２以上の自然数）と、少なくとも１つの第３の電極３３と、少なくとも１つの第４の電極３４とを備える。基板は上面３１１と、底面３１２とを有する。Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造３２は基板３１の上面３１１上に形成される。Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造３２の少なくとも１つは、少なくとも１つの第１の電極３２１と、少なくとも１つの第２の電極３２２とを備える。さらに、少なくとも１つの第１の電極３２１と少なくとも１つの第２の電極３２２の極性は反対である。
少なくとも１つの第３の電極３３と少なくとも１つの第４の電極３４は上面３１１上に形成され、Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造３２の外部に配置される。少なくとも１つの第３の電極３３と少なくとも１つの第４の電極３４は、少なくとも１つの第１の電極３２１と少なくとも１つの第２の電極３２２と電気的に接続し、回路を形成する。少なくとも１つの第３の電極３３と少なくとも１つの第４の電極３４の極性は反対である。
さらに、中空のキャリア３０の２つの導電性電極３０２、３０３を用いて、基板３１の少なくとも１つの第３の電極３３と少なくとも１つの第４の電極３４を電気的に接続する一方、基板３１の底面３１２は中空のキャリア３０に露出する。
本実施形態では、少なくとも１つの第１の電極３２１は少なくとも１つの第３の電極３３と接続し、Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造３２の外側はレンズ３２５である。各ＬＥＤエピタキシャル構造３２は、ｎ型半導体層３２６と、ｐ型半導体層３２７と、多重量子井戸（ＭＱＷ）層３２８と、光反射層３２９とを備える。
ｎ型半導体層３２６は誘電体層３２４で被覆される。誘電体層３２４は導電材層３２３で被覆され、少なくとも１つの第１の電極３２１と少なくとも１つの第２の電極３２２を電気的に接続する。さらに、中空のキャリア３０の２つの導電性電極３０２、３０３は、はんだ付け可能な金属３６によって、一体型ＬＥＤ部品３の基板３１の少なくとも１つの第３の電極３３と少なくとも１つの第４の電極３４に電気的に接続する。それによって、少なくとも１つの第３の電極３３と少なくとも１つの第４の電極３４は、Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造３２の少なくとも１つの第１の電極３２１と少なくとも１つの第２の電極３２２と電気的に接続して、回路を形成する。ただし、本発明は上記の方法に限定されず、少なくとも１つの第１の電極３２１と少なくとも１つの第３の電極３３を一体化することもできる。
さらに、一体型ＬＥＤ部品３の基板３１の底面３１２は放熱素子３５に実装され、放熱素子３５と接触する。基板３１はケイ素、ゲルマニウム、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、サファイヤまたは誘電体層を備える金属から選択される。
別の実施形態では、基板３１はまた、銅、別の金属、または別の合金基板から作られてもよく、基板３１の底面はその上に形成される誘電体層を有する。さらに、基板３１は化学蒸着または物理蒸着法のいずれかによって形成される。
図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、図４Ａは本発明の一実施形態による縦型ＬＥＤエピタキシャル構造を例示する概略図であり、図４Ｂは本発明の一実施形態による横型ＬＥＤエピタキシャル構造を例示する概略図である。
本発明の一体型ＬＥＤ部品では、Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造４２は縦型構造（図４Ａ）または横型構造（図４Ｂ）のいずれであってもよい。ＬＥＤエピタキシャル構造４２が縦型構造である場合は、ＬＥＤエピタキシャル構造４２の少なくとも１つの第１の電極４２１はボンディングメタル層であり、ＬＥＤエピタキシャル構造４２は別のエピタキシャル基板から基板４１に移転される。ＬＥＤエピタキシャル構造４２が横型構造である場合は、ＬＥＤエピタキシャル構造４２はエピタキシャル工程によって、直接基板４１上で成長する。
縦型構造の一例（図４Ａ）では、ＬＥＤエピタキシャル構造４２は少なくとも１つの第１の電極４２１と、少なくとも１つの第２の電極４２２とを備え、少なくとも１つの第１の電極４２１と少なくとも１つの第２の電極４２２の極性は反対である。さらに、少なくとも１つの第３の電極４３と少なくとも１つの第４の電極４４は基板４１の上面上に形成され、ＬＥＤエピタキシャル構造４２の外部に配置される。ＬＥＤエピタキシャル構造４２は誘電体層４２４を備える。誘電体層４２４は導電材層４２３によって被覆され、少なくとも１つの第２の電極４２２と少なくとも１つの第４の電極４４を電気的に接続する。
横型構造の一例（図４Ｂ）では、少なくとも１つの第３の電極４３と少なくとも１つの第４の電極４４は、少なくとも１つの第１の電極４２１と少なくとも１つの第２の電極４２２と電気的に接続して、導電材層４２３を介して回路を形成する。少なくとも１つの第３の電極４３と少なくとも１つの第４の電極４４の極性は反対である。
本実施形態では、本発明の各ＬＥＤエピタキシャル構造は、正極および負極を有する複数のエピタキシャルのサブ構造から構成されてもよい。図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の一実施形態によるＬＥＤエピタキシャル構造の上面を例示する概略図である。
図５Ａおよび図５Ｂに示すように、Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造５２の上面の形状は六角形または円形でもよい。各Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造上には光学レンズ構造が配置される。少なくとも１つの第３の電極５３と少なくとも１つの第４の電極５４は上面５１１上に形成され、Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造５２の外部に配置される。ただし、本発明はこれに限定されず、Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造５２の上面の形状は別の幾何学的形状で設計されてもよく、または発光効率を向上させるために様々な形状を組み合わせてもよい。
図６を参照すると、図６は本発明の一実施形態による縦型ＬＥＤのエピタキシャル構造および並列に接続する電極を例示する上面図である。本実施形態では、Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造６２の少なくとも１つの第１の電極は、上面６１１の少なくとも１つの第３の電極６３と電気的に接続し、Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造６２の少なくとも１つの第２の電極は、上面６１１の少なくとも１つの第４の電極６４と電気的に接続して、並列回路を形成する。
Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造に形成される並列回路は、電流を共有して各エピタキシャル構造に流れる電流を低減するために、一体型ＬＥＤ部品に組み込まれてもよい。ただし、本発明は上記の方法に限定されない。
別の実施形態では、少なくとも１つの第１の電極と少なくとも１つの第３の電極は正極であり、少なくとも１つの第２の電極と少なくとも１つの第４の電極は負極である。Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造は直列に接続される。それによって、少なくとも１つの第１の電極と少なくとも１つの第２の電極を電気的に接続するとともに、上面の少なくとも１つの第３の電極と少なくとも１つの第４の電極を電気的に接続して、直列回路を形成する。
さらに、本発明の一体型ＬＥＤ部品では、Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造をＭ個の構造群（Ｍは２以上の自然数）に分割することができる。各構造群のＬＥＤエピタキシャル構造はお互いに直列に接続して、少なくとも１つの第１の電極と少なくとも１つの第２の電極を電気的に接続する。Ｍ個の構造群は並列に接続して、上面の少なくとも１つの第３の電極と少なくとも１つの第４の電極を電気的に接続し、直列と並列の複合回路をさらに形成する。
ここで図３を再度参照されたい。本発明の別の実施形態によれば、少なくとも１つの第１の電極３２１と、少なくとも１つの第２の電極３２２と、少なくとも１つの第３の電極３３と、少なくとも１つの第４の電極３４は、誘電体層３２４上に形成される導電材層３２３を介して接続する。
さらに、基板３１の上面３１１上の少なくとも１つの第３の電極３３と、少なくとも１つの第４の電極３４は、一体型ＬＥＤ部品３の測定においてプローブ電極として用いることができる。少なくとも１つの第３の電極３３と少なくとも１つの第４の電極３４が外部電源に接続する場合は、基板３１の上面３１１と底面３１２は電気的に絶縁状態にある。
図７を参照すると、図７は本発明の一実施形態によるウエハ上の異なる大きさの一体型ＬＥＤ部品を例示する概略図である。図７に示すように、本発明の一体型ＬＥＤ部品７０はウエハ７から様々な大きさに切り出すことができ、したがって、基板７１上のＬＥＤエピタキシャル構造７２の数は設計によって変化する。
図８Ａから図８Ｃおよび図９Ａから図９Ｃを一緒に参照すると、図８Ａから図８Ｃは一体型ＬＥＤ部品と、中空のキャリアと、中空のキャリアに実装される一体型ＬＥＤ部品の正面図を例示する概略図である。
図９Ａから図９Ｃは一体型ＬＥＤ部品と、中空のキャリアと、中空のキャリアに実装される一体型ＬＥＤ部品の背面図を例示する概略図である。本実施形態では、一体型ＬＥＤ部品８の上面８１１はＮ個のＬＥＤエピタキシャル構造８２を備える。一体型ＬＥＤ部品８は中空のキャリア８０の中空領域８０１に実装され、基板８１の底面８１２を露出する。中空のキャリア８０は、外部電源に接続するために用いられる異極性の２つの導電性電極８０２、８０３を有する。一体型ＬＥＤ部品８が中空のキャリア８０の中空領域８０１に実装されるとき、中空のキャリア８０の２つの導電性電極８０２、８０３は、基板８１の少なくとも１つの第３の電極８３と少なくとも１つの第４の電極８４に電気的に接続する。
具体的には、中空のキャリア８０の底面は基板８１の底面８１２と同一平面にある。中空のキャリア８０は前もって成形されたチップキャリアまたはプリント基板である。基板８１は中空のキャリア８０によって支持されるため、基板８１の底面８１２は熱伝導素子または放熱素子に平坦に実装され、熱伝導素子または放熱素子と接触することができる。
本発明の別の実施形態によれば、一体型ＬＥＤ部品は直流ＬＥＤ部品または交流ＬＥＤ部品であってもよい。基板は静電気防止部品、制御素子、または感知素子をさらに備えてもよい。さらに、Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造はレーザダイオードエピタキシャル構造であってもよく、一体型ＬＥＤ部品は一体型レーザダイオード部品であってもよい。Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造はまた、集光式太陽電池のエピタキシャル構造であってもよく、一体型ＬＥＤ部品は一体型集光式太陽電池であってもよい。
実際の適用では、本発明の一体型ＬＥＤ部品は複数のエピタキシャル構造から構成される。つまり、基板上には複数のエピタキシャルサブ構造がある。単位入力電力下では、単位面積あたりの複数の小型のエピタキシャルサブ構造は、並列回路または直列と並列の複合回路によって、各エピタキシャル構造を流れる電流を低減させ、発光効率を向上させることができる。
本発明の別の実施形態では、一体型ＬＥＤ部品の上面は、単一の大型エピタキシャル構造と、少なくとも１つの第３の電極と、少なくとも１つの第４の電極とを備える。少なくとも１つの第３の電極と少なくとも１つの第４の電極は上面上に形成され、ＬＥＤエピタキシャル構造の外部に配置される。
ＬＥＤエピタキシャル構造は、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１つの第２の電極とを備える。少なくとも１つの第１の電極と少なくとも１つの第２の電極の極性は反対である。ＬＥＤエピタキシャル構造の少なくとも１つの第１の電極は、上面の少なくとも１つの第３の電極と電気的に接続し、ＬＥＤエピタキシャル構造の少なくとも１つの第２の電極は、上面の少なくとも１つの第４の電極と電気的に接続して、回路を形成する。この実施形態は本発明の一体型ＬＥＤ部品の簡略形であり、低電力適用のための選択である。
前述したように、製造工程の簡略化ならびに素材消費量の削減によって、本発明の一体型ＬＥＤ部品の費用を、大幅に削減することができる。さらに、本発明の基板はキャリア基板であるだけではなく、パッケージ基板でもあり、基板の底面を直接熱伝導素子または放熱素子に実装することができるため、エピタキシャル構造から基板の底面までの熱伝導距離は最短となる。このため、一体型ＬＥＤ部品の熱抵抗（Ｒｊｃ）は劇的に低減される。
本一体型ＬＥＤ部品の構造は縦型ＬＥＤ構造および横型ＬＥＤ構造に適用することができる。要約すると、本発明によるエピタキシャル構造とパッケージ基板を一体化したＬＥＤ部品とその製造方法は、低費用で高出力のＬＥＤ部品を開発するための汎用技術プラットフォームである。
上記の例および説明によって、本発明の特徴および精神を望ましくは十分に説明してきた。さらに重要なことは、本発明は本明細書に記載した実施形態に限定されないことである。当業者は、本発明の概念を保ちながら、素子の多数の修正および代替が行われてもよいことを容易に理解するであろう。したがって、上記の開示は添付の請求項の範囲によってのみ限定されると解釈されるべきである。

Claims (20)

  1. 中空のキャリアの中空領域に実装される一体型ＬＥＤ部品であって、前記中空のキャリアは、外部電源に接続するために用いられる異極性の２つの導電性電極を有し、
    前記一体型ＬＥＤ部品は、
    上面および底面を有する基板と、
    前記基板の前記上面上に形成されるＮ個のＬＥＤエピタキシャル構造であって、前記Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造の少なくとも１つは、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１つの第２の電極とを備え、Ｎは２以上の自然数であり、前記少なくとも１つの第１の電極と前記少なくとも１つの第２の電極の極性は反対であるＬＥＤエピタキシャル構造と、
    前記上面上に形成され、前記Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造の外部に配置される少なくとも１つの第３の電極と少なくとも１つの第４の電極であって、前記少なくとも１つの第３の電極と前記少なくとも１つの第４の電極は、前記少なくとも１つの第１の電極と前記少なくとも１つの第２の電極に電気的に接続して、回路を形成し、前記少なくとも１つの第３の電極と前記少なくとも１つの第４の電極の前記極性は反対である少なくとも１つの第３の電極と少なくとも１つの第４の電極と、を備え、
    前記中空のキャリアの前記２つの導電性電極を用いて、前記基板の前記少なくとも１つの第３の電極と前記少なくとも１つの第４の電極を電気的に接続し、前記基板の前記底面は前記中空のキャリアに露出される、
    一体型ＬＥＤ部品。
  2. 前記基板の前記底面は熱伝導素子または放熱素子と接触することができる、請求項１に記載の一体型ＬＥＤ部品。
  3. 前記中空のキャリアの底面は前記基板の前記底面と同一平面にある、請求項１に記載の一体型ＬＥＤ部品。
  4. 前記基板は前記中空のキャリアによって支持され、それによって前記基板は熱伝導素子または放熱素子に平坦に実装され、熱伝導素子または放熱素子と接触することができる、請求項１に記載の一体型ＬＥＤ部品。
  5. 前記基板はケイ素、ゲルマニウム、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、サファイヤまたは誘電体層を備える金属から選択される、請求項１に記載の一体型ＬＥＤ部品。
  6. 前記Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造は別のエピタキシャル基板から前記基板の前記上面に移転される、請求項１に記載の一体型ＬＥＤ部品。
  7. 前記Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造はエピタキシャル工程によって、前記基板の前記上面上で直接成長する、請求項１に記載の一体型ＬＥＤ部品。
  8. 前記Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造の前記上面の形状は六角形、円形、別の幾何学的形状または様々な形状の組み合わせであってもよい、請求項１に記載の一体型ＬＥＤ部品。
  9. 各Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造上に配置される光学レンズ構造が存在する、請求項１に記載の一体型ＬＥＤ部品。
  10. 前記少なくとも１つの第１の電極と前記少なくとも１つの第３の電極は正極であり、前記少なくとも１つの第２の電極と前記少なくとも１つの第４の電極は負極である、請求項１に記載の一体型ＬＥＤ部品。
  11. 前記Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造は直列に接続され、それによって、前記少なくとも１つの第１の電極と前記少なくとも１つの第２の電極を電気的に接続し、ならびに前記上面の前記少なくとも１つの第３の電極と前記少なくとも１つの第４の電極を電気的に接続して、直列回路を形成する、請求項１に記載の一体型ＬＥＤ部品。
  12. 前記Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造の前記少なくとも１つの第１の電極は、前記上面の前記少なくとも１つの第３の電極と電気的に接続し、前記Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造の前記少なくとも１つの第２の電極は、前記上面の前記少なくとも１つの第４の電極と電気的に接続して、並列回路を形成する、請求項１に記載の一体型ＬＥＤ部品。
  13. 前記Ｎ個のＬＥＤエピタキシャル構造はＭ個の構造群に分割することができ、Ｍは２以上の自然数であり、前記各構造群のＬＥＤエピタキシャル構造はお互いに直列に接続し、それによって、前記少なくとも１つの第１の電極と前記少なくとも１つの第２の電極を電気的に接続し、前記Ｍ個の構造群は並列に接続され、それによって、前記上面の前記少なくとも１つの第３の電極と前記少なくとも１つの第４の電極を電気的に接続して、直列と並列の複合回路をさらに形成する、請求項１に記載の一体型ＬＥＤ部品。
  14. 前記少なくとも１つの第１の電極と、前記少なくとも１つの第２の電極と、前記少なくとも１つの第３の電極と、前記少なくとも１つの第４の電極は前記誘電体層上に形成される導電材層を介して接続する、請求項１に記載の一体型ＬＥＤ部品。
  15. 前記少なくとも１つの第３の電極と前記少なくとも１つの第４の電極が前記外部電源に接続する場合は、前記基板の前記上面および前記底面は電気的に絶縁状態にある、請求項１に記載の一体型ＬＥＤ部品。
  16. 前記一体型ＬＥＤ部品は直流ＬＥＤ部品または交流ＬＥＤ部品であってもよい、請求項１に記載の一体型ＬＥＤ部品。
  17. 前記基板は、静電気防止部品、制御素子、または感知素子をさらに備える、請求項１に記載の一体型ＬＥＤ部品。
  18. 中空のキャリアの中空領域に実装される一体型ＬＥＤ部品であって、前記中空のキャリアは、外部電源に接続するために用いられる異極性の２つの導電性電極を有し、
    前記一体型ＬＥＤ部品は、
    上面および底面を有する基板と、
    前記基板の前記上面上に形成されるＬＥＤエピタキシャル構造であって、前記ＬＥＤエピタキシャル構造は、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１つの第２の電極とを備え、前記少なくとも１つの第１の電極と前記少なくとも１つの第２の電極の極性は反対であるＬＥＤエピタキシャル構造と、
    前記上面上に形成され、前記ＬＥＤエピタキシャル構造の外部に配置される少なくとも１つの第３の電極と少なくとも１つの第４の電極であって、前記少なくとも１つの第３の電極と前記少なくとも１つの第４の電極は、前記少なくとも１つの第１の電極と前記少なくとも１つの第２の電極に電気的に接続して、回路を形成し、前記少なくとも１つの第３の電極と前記少なくとも１つの第４の電極の極性は反対である少なくとも１つの第３の電極と少なくとも１つの第４の電極と、を備え、
    前記中空のキャリアの前記２つの導電性電極を用いて、前記基板の前記少なくとも１つの第３の電極と前記少なくとも１つの第４の電極を電気的に接続し、前記基板の前記底面は前記中空のキャリアに露出される、
    一体型ＬＥＤ部品。
  19. 前記ＬＥＤエピタキシャル構造がレーザダイオードエピタキシャル構造である場合に、前記一体型ＬＥＤ部品は一体型レーザダイオード部品である、請求項１８に記載の一体型ＬＥＤ部品。
  20. 前記ＬＥＤエピタキシャル構造が集光式太陽電池のエピタキシャル構造である場合に、前記一体型ＬＥＤ部品は一体型集光式太陽電池である、請求項１８に記載の一体型ＬＥＤ部品。
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