KR102572731B1 - Light emitting device with metal inlay and top contacts - Google Patents

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히데오 카게야마
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루미레즈 엘엘씨
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Abstract

본 명세서에는 발광 디바이스들이 설명된다. 디바이스는 최상부 표면 및 최하부 표면을 갖는 하이브리드화된 디바이스, 및 패키징 기판을 포함하고, 패키징 기판은 패키징 기판의 최상부 표면 상의 개구 내에 금속 인레이를 포함한다. 금속 인레이는 하이브리드화된 디바이스의 최하부 표면에 열적으로 결합된다. 디바이스는 또한 패키징 기판의 최상부 표면 상의 전도성 콘택들 및 하이브리드화된 디바이스의 최상부 표면과 패키징 기판의 최상부 표면 사이에 전기적으로 결합된 전도성 커넥터들을 포함한다.Light emitting devices are described herein. The device includes a hybridized device having a top surface and a bottom surface, and a packaging substrate, the packaging substrate including a metal inlay in an opening on the top surface of the packaging substrate. The metal inlay is thermally bonded to the bottom surface of the hybridized device. The device also includes conductive contacts on the top surface of the packaging substrate and conductive connectors electrically coupled between the top surface of the hybridized device and the top surface of the packaging substrate.

Figure R1020237006104
Figure R1020237006104

Description

금속 인레이 및 최상부 콘택들을 갖는 발광 디바이스Light emitting device with metal inlay and top contacts

정밀 제어 조명 응용들은 소형의 어드레싱 가능한 발광 다이오드(light-emitting diode, LED) 조명 시스템들의 생산 및 제조를 요구할 수 있다. 이러한 시스템들의 더 작은 크기는 통상적이지 않은 컴포넌트들 및 제조 공정들을 요구할 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION Precisely controlled lighting applications may require the production and manufacture of compact, addressable light-emitting diode (LED) lighting systems. The smaller size of these systems may require unconventional components and manufacturing processes.

본 명세서에는 발광 디바이스들이 설명된다. 디바이스는 최상부 표면 및 최하부 표면을 갖는 하이브리드화된 디바이스(hybridized device), 및 패키징 기판을 포함하고, 패키징 기판은 패키징 기판의 최상부 표면 상의 개구 내에 금속 인레이(metal inlay)를 포함한다. 금속 인레이는 하이브리드화된 디바이스의 최하부 표면에 열적으로 결합된다. 디바이스는 또한 패키징 기판의 최상부 표면 상의 전도성 콘택들 및 하이브리드화된 디바이스의 최상부 표면과 패키징 기판의 최상부 표면 사이에 전기적으로 결합된 전도성 커넥터들을 포함한다.Light emitting devices are described herein. The device includes a hybridized device having a top surface and a bottom surface, and a packaging substrate, the packaging substrate including a metal inlay in an opening on the top surface of the packaging substrate. The metal inlay is thermally bonded to the bottom surface of the hybridized device. The device also includes conductive contacts on the top surface of the packaging substrate and conductive connectors electrically coupled between the top surface of the hybridized device and the top surface of the packaging substrate.

첨부 도면들과 함께 예시적으로 주어지는 다음의 설명으로부터 더 상세한 이해가 얻어질 수 있다.
도 1은 예시적인 LED 어레이의 평면도이다.
도 2a는 예시적인 하이브리드화된 디바이스의 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 예시적인 하이브리드화된 디바이스를 포함하는 예시적인 LED 조명 시스템의 단면도이다.
도 3a는 도 2b의 LED 조명 시스템을 포함하는 예시적인 응용 시스템의 단면도이다.
도 3b는 도 2b의 LED 조명 시스템을 포함하는 또 다른 예시적인 응용 시스템의 단면도이다.
도 4a는 도 2b의 예시적인 LED 조명 시스템의 평면도이다.
도 4b는 도 3a 및 도 3b의 예시적인 응용 시스템들의 평면도이다.
도 5는 도 2b의 LED 조명 시스템을 포함할 수 있는 예시적인 차량 헤드램프 시스템의 도면이다.
도 6은 또 다른 예시적인 차량 헤드램프 시스템의 도면이다.
도 7은 도 2b의 LED 조명 시스템과 같은 LED 조명 시스템을 제조하는 예시적인 방법의 흐름도이다.A more detailed understanding may be obtained from the following description given by way of example in conjunction with the accompanying drawings.
1 is a plan view of an exemplary LED array.
2A is a cross-sectional view of an exemplary hybridized device.
FIG. 2B is a cross-sectional view of an example LED lighting system including the example hybridized device of FIG. 2A.
3A is a cross-sectional view of an exemplary application system that includes the LED lighting system of FIG. 2B.
3b is a cross-sectional view of another exemplary application system that includes the LED lighting system of FIG. 2b.
4A is a plan view of the exemplary LED lighting system of FIG. 2B.
4B is a top view of the exemplary application systems of FIGS. 3A and 3B.
5 is a diagram of an exemplary vehicle headlamp system that may include the LED lighting system of FIG. 2B.
6 is a diagram of another exemplary vehicle headlamp system.
7 is a flow diagram of an exemplary method of manufacturing an LED lighting system such as the LED lighting system of FIG. 2B.

상이한 광 일루미네이션 시스템들(light illumination systems) 및/또는 발광 다이오드("LED") 구현들의 예들이 첨부 도면들을 참조하여 이하에서 더 완전히 설명될 것이다. 이 예들은 상호 배타적이지 않고, 추가적인 구현들을 달성하기 위해 하나의 예에서 발견된 특징들은 하나 이상의 다른 예에서 발견된 특징들과 조합될 수 있다. 따라서, 첨부 도면들에 도시한 예들은 단지 예시적 목적들을 위해 제공되고, 그것들은 본 개시내용을 어떤 방식으로든 제한하려는 것이 아니라는 것을 이해할 것이다. 유사한 번호들은 명세서 전체에 걸쳐서 유사한 요소들을 가리킨다.Examples of different light illumination systems and/or light emitting diode ("LED") implementations will be described more fully below with reference to the accompanying drawings. The examples are not mutually exclusive, and features found in one example may be combined with features found in one or more other examples to achieve additional implementations. Accordingly, it will be appreciated that the examples shown in the accompanying drawings are provided for illustrative purposes only, and that they are not intended to limit the present disclosure in any way. Like numbers indicate like elements throughout the specification.

제1, 제2, 제3 등의 용어들이 본 명세서에서 다양한 요소를 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이 요소들은 이 용어들에 의해 제한되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다. 이 용어들은 하나의 요소를 다른 요소와 구별하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고, 제1 요소를 제2 요소라고 부를 수 있고, 제2 요소를 제1 요소라고 부를 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은 연관된 나열된 항목들 중 하나 이상의 항목의 임의의 조합 및 모든 조합을 포함할 수 있다.Although the terms first, second, third, etc. may be used herein to describe various elements, it will be understood that these elements should not be limited by these terms. These terms can be used to distinguish one element from another. For example, a first element could be called a second element, and a second element could be called a first element, without departing from the scope of the present invention. As used herein, the term "and/or" can include any and all combinations of one or more of the associated listed items.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 또 다른 요소 "상에" 있거나 또 다른 요소 "상으로" 연장되는 것으로 지칭될 때, 이 요소는 또 다른 요소 상에 직접 있거나 또 다른 요소 상으로 직접 연장될 수 있거나 또는 개재 요소(intervening element)들이 또한 존재할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 대조적으로, 한 요소가 또 다른 요소 "상에 직접(directly on)" 있거나 또 다른 요소 "상으로 직접(directly onto)" 연장되는 것으로 지칭될 때, 어떠한 개재 요소들도 존재하지 않을 수 있다. 한 요소가 또 다른 요소에 "연결(connected)" 또는 "결합(coupled)"되는 것으로 지칭될 때, 한 요소가 다른 요소에 직접 연결 또는 결합될 수 있고/있거나 하나 이상의 개재 요소를 통해 다른 요소에 연결 또는 결합될 수 있다는 것을 또한 이해할 것이다. 대조적으로, 한 요소가 또 다른 요소에 "직접 연결(directly connected)" 또는 "직접 결합(directly coupled)"되는 것으로 지칭될 때, 그 요소와 다른 요소 사이에 어떠한 개재 요소들도 존재하지 않는다. 이 용어들은 도면들에 묘사된 임의의 배향 이외에 요소의 상이한 배향들을 포괄하기 위한 것이라는 것을 이해할 것이다.When an element such as a layer, region or substrate is referred to as being “on” or extending “on” another element, the element may be directly on or extend directly onto another element. It will be appreciated that there may be or intervening elements may also be present. In contrast, when an element is referred to as being “directly on” or extending “directly onto” another element, there may be no intervening elements present. When an element is referred to as being "connected" or "coupled" to another element, the element may be directly connected or coupled to the other element and/or may be connected to the other element through one or more intervening elements. It will also be understood that they can be linked or combined. In contrast, when an element is referred to as being “directly connected” or “directly coupled” to another element, there are no intervening elements between that element and the other element. It will be appreciated that these terms are intended to encompass different orientations of an element other than any orientation depicted in the figures.

"아래에(below)", "위에(above)", "상부(upper)", "하부(lower)", "수평(horizontal)" 또는 "수직(vertical)"과 같은 상대적인 용어들이 도면들에 예시된 바와 같이 한 요소, 층, 또는 영역과 또 다른 요소, 층, 또는 영역의 관계를 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 이 용어들은 도면들에 묘사된 배향 이외에 디바이스의 상이한 배향들을 포괄하기 위한 것이라는 것을 이해할 것이다.Relative terms such as "below", "above", "upper", "lower", "horizontal" or "vertical" are not included in the drawings. As illustrated, may be used herein to describe the relationship of one element, layer, or region to another element, layer, or region. It will be appreciated that these terms are intended to encompass different orientations of the device other than the orientation depicted in the figures.

또한, LED들, LED 어레이들, 전기 컴포넌트들 및/또는 전자 컴포넌트들이 하나, 둘 또는 그 이상의 전자기기 보드 상에 수용(house)되는지는 또한 설계 제약들 및/또는 응용에 의존할 수 있다.Additionally, whether the LEDs, LED arrays, electrical components and/or electronic components are housed on one, two or more electronics board may also depend on design constraints and/or application.

자외선(UV) 또는 적외선(IR) 광학적 전력(optical power)을 방출하는 디바이스들과 같은 반도체 발광 디바이스들(LED들) 또는 광학적 전력 방출 디바이스들은 현재 이용가능한 가장 효율적인 광원들 중 하나이다. 이러한 디바이스들(이하, "LED들")은 발광 다이오드들, 공진 공동 발광 다이오드들, 수직 공동 레이저 다이오드들, 에지 방출 레이저들, 또는 그와 유사한 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 그것들의 콤팩트한 크기 및 더 낮은 전력 요건들로 인해, LED들은 많은 상이한 응용들에 대한 매력적인 후보들일 수 있다. 예를 들어, 그것들은 카메라들 및 휴대폰들과 같은 핸드헬드 배터리-전력공급형 디바이스들(hand-held battery-powered devices)에 대한 광원들(예를 들어, 플래시 라이트들, 카메라 플래시들)로서 사용될 수 있다. 그것들은 또한, 예를 들어, 자동차 조명, HUD(heads up display) 조명, 원예 조명(horticultural lighting), 가로등, 비디오용 토치(torch for video), 일반 조명(예를 들어, 가정, 상점, 사무실 및 스튜디오 조명, 극장/무대 조명 및 건축 조명), 증강 현실(AR) 조명, 가상 현실(VR) 조명, 디스플레이용 백라이트로서, 및 IR 분광법을 위해 사용될 수 있다. 단일 LED는 백열 광원보다 덜 밝은 광을 제공할 수 있고, 따라서 다중 접합 디바이스들(multi-junction devices) 또는 LED들의 어레이들(예를 들어, 모놀리식 LED 어레이들, 마이크로 LED 어레이들 등)은 더 많은 밝기가 희망되거나 요구되는 응용들에 사용될 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION Semiconductor light emitting devices (LEDs) or optical power emitting devices, such as devices that emit ultraviolet (UV) or infrared (IR) optical power, are among the most efficient light sources currently available. Such devices (hereinafter “LEDs”) may include light emitting diodes, resonant cavity light emitting diodes, vertical cavity laser diodes, edge emitting lasers, or the like. For example, due to their compact size and lower power requirements, LEDs can be attractive candidates for many different applications. For example, they may be used as light sources (eg flash lights, camera flashes) for hand-held battery-powered devices such as cameras and cell phones. can They may also be used, for example, in automotive lighting, heads up display (HUD) lighting, horticultural lighting, street lighting, torch for video, general lighting (e.g. in homes, shops, offices and studio lighting, theater/stage lighting and architectural lighting), augmented reality (AR) lighting, virtual reality (VR) lighting, as a backlight for displays, and for IR spectroscopy. A single LED can provide less bright light than an incandescent light source, so multi-junction devices or arrays of LEDs (eg, monolithic LED arrays, micro LED arrays, etc.) It can be used for applications where more brightness is desired or required.

LED들은 일부 응용들을 위해 어레이들로 배열될 수 있다. 예를 들어, LED 어레이들은 광 분포의 미세한 입도의(fine-grained) 강도, 공간적, 및 시간적 제어로부터 이익을 얻는 응용들을 지원할 수 있다. 이것은 픽셀 블록들 또는 개별 픽셀들로부터 방출된 광의 정밀한 공간적 패터닝을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 응용에 따라, 방출된 광은 스펙트럼적으로 구별(spectrally distinct)되고, 시간 경과에 따라 적응적이고(adaptive over time) 및/또는 환경적으로 반응(environmentally responsive)할 수 있다. LED 어레이들은 다양한 강도, 공간적 또는 시간적 패턴들로 미리 프로그래밍된 광 분포를 제공할 수 있다. 방출된 광은 수신된 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초할 수 있고 광학 무선 통신들을 위해 사용될 수 있다. 연관된 전자기기 및 광학계는 방출기, 방출기 블록 또는 디바이스 레벨에서 구별될 수 있다.LEDs may be arranged in arrays for some applications. For example, LED arrays can support applications that benefit from fine-grained intensity, spatial, and temporal control of light distribution. This may include, but is not limited to, precise spatial patterning of light emitted from blocks of pixels or individual pixels. Depending on the application, the emitted light may be spectrally distinct, adaptive over time and/or environmentally responsive. LED arrays can provide pre-programmed light distribution in various intensities, spatial or temporal patterns. The emitted light may be based at least in part on received sensor data and may be used for optical wireless communications. Associated electronics and optics can be differentiated at the emitter, emitter block or device level.

LED 어레이들은 LED들, VCSEL들, OLED들, 또는 다른 제어가능한 발광 시스템들의 1차원, 2차원 또는 3차원 어레이들로부터 형성될 수 있다. LED 어레이들은 모놀리식 기판 상에 방출기 어레이들로서 형성될 수 있거나, 기판의 부분적 또는 완전한 세그먼트화에 의해 형성될 수 있거나, 포토리소그래픽, 가산, 또는 감산 처리를 사용하여 형성될 수 있거나, 픽 앤 플레이스(pick and place) 또는 다른 적절한 기계적 배치를 사용하여 조립을 통해 형성될 수 있다. LED 어레이들은 격자 패턴으로 균일하게 레이아웃될 수 있거나, 또는, 대안적으로, 기하학적 구조들, 곡선들, 랜덤, 또는 불규칙한 레이아웃들을 정의하도록 위치될 수 있다.LED arrays can be formed from one-dimensional, two-dimensional or three-dimensional arrays of LEDs, VCSELs, OLEDs, or other controllable light emitting systems. LED arrays can be formed as emitter arrays on a monolithic substrate, can be formed by partial or complete segmentation of a substrate, can be formed using photolithographic, additive, or subtractive processing, or can be formed by pick and It may be formed through assembly using pick and place or other suitable mechanical arrangement. The LED arrays can be uniformly laid out in a grid pattern or, alternatively, positioned to define geometries, curves, random or irregular layouts.

도 1은 예시적인 LED 어레이(102)의 평면도이다. 도 1에 도시된 예에서, LED 어레이(102)는 방출기들(120)의 어레이이다. LED 어레이(102) 내의 방출기들(120)은 개별적으로 어드레싱 가능(addressable)할 수 있거나 그룹들/하위세트들로 어드레싱 가능할 수 있다.1 is a plan view of an exemplary LED array 102 . In the example shown in FIG. 1 , LED array 102 is an array of emitters 120 . The emitters 120 within the LED array 102 may be individually addressable or may be addressable in groups/subsets.

LED 어레이(102)의 3x3 부분의 분해도가 또한 도 1에 도시되어 있다. 3x3 부분 분해도에 도시된 바와 같이, LED 어레이(102)는 각각이 폭 w1을 갖는 방출기들(120)을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 폭 w1은 대략 100㎛ 이하(예를 들어, 40㎛)일 수 있다. 방출기들(120) 사이의 레인들(122)은 폭 w2 너비일 수 있다. 실시예들에서, 폭 w2는 대략 20㎛ 이하(예를 들어, 5㎛)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 폭 w2는 1㎛만큼 작을 수 있다. 레인들(122)은 인접한 방출기들 사이에 에어 갭을 제공할 수 있거나 또는 다른 재료를 포함할 수 있다. 하나의 방출기(120)의 중심으로부터 인접한 방출기(120)의 중심까지의 거리 d1은 대략 120㎛ 이하(예를 들어, 45㎛)일 수 있다. 본 명세서에 제공된 폭들 및 거리들은 예들일 뿐이고 실제 폭들 및/또는 치수들은 변할 수 있다는 것을 이해할 것이다.An exploded view of a 3x3 portion of LED array 102 is also shown in FIG. 1 . As shown in the 3x3 partial exploded view, the LED array 102 may include emitters 120 each having a width w 1 . In embodiments, the width w 1 may be approximately 100 μm or less (eg, 40 μm). Lanes 122 between emitters 120 may be wide w 2 wide. In embodiments, the width w 2 may be approximately 20 μm or less (eg, 5 μm). In some embodiments, the width w 2 may be as small as 1 μm. Lanes 122 may provide an air gap between adjacent emitters or may include other materials. The distance d 1 from the center of one emitter 120 to the center of an adjacent emitter 120 may be approximately 120 μm or less (eg, 45 μm). It will be appreciated that the widths and distances provided herein are examples only and that actual widths and/or dimensions may vary.

대칭 행렬로 배열된 직사각형 방출기들이 도 1에 도시되어 있지만, 임의의 형상 및 배열의 방출기들이 본 명세서에 설명된 실시예들에 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 도 1의 LED 어레이(102)는 200x100 행렬, 대칭 행렬, 비대칭 행렬 등과 같은 임의의 적용가능한 배열에서 20,000개가 넘는 방출기를 포함할 수 있다. 또한, 다수의 세트들의 방출기들, 행렬들, 및/또는 보드들이 본 명세서에 설명된 실시예들을 구현하기 위해 임의의 적용가능한 포맷으로 배열될 수 있다는 것을 이해할 것이다.Although rectangular emitters arranged in a symmetrical matrix are shown in FIG. 1, it will be appreciated that emitters of any shape and arrangement may be applied to the embodiments described herein. For example, LED array 102 of FIG. 1 may include over 20,000 emitters in any applicable arrangement, such as a 200x100 matrix, symmetric matrix, asymmetric matrix, and the like. It will also be appreciated that multiple sets of emitters, matrices, and/or boards may be arranged in any applicable format to implement the embodiments described herein.

위에 언급된 바와 같이, LED 어레이(102)와 같은 LED 어레이들은 최대 20,000개 이상의 방출기를 포함할 수 있다. 이러한 어레이들은 90mm2 이상의 표면적을 가질 수 있고 60와트 이상과 같이, 이들에 전력을 공급하기 위해 상당한 전력을 요구할 수 있다. 이와 같은 LED 어레이는 마이크로 LED 어레이 또는 간단히 마이크로 LED라고 지칭될 수 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로 LED들은 센티미터 규모 면적 또는 더 작은 기판들 상에 함께 위치되는 수백, 수천 또는 심지어 수백만 개의 LED 또는 방출기를 포함할 수 있다. 마이크로 LED는 기판 상에 제공된 개별 방출기들의 어레이를 포함할 수 있거나 방출기들을 형성하는 세그먼트들로 부분적으로 또는 완전히 분할된 단일 실리콘 웨이퍼 또는 다이일 수 있다.As noted above, LED arrays such as LED array 102 may include up to 20,000 or more emitters. Such arrays may have a surface area of 90 mm 2 or more and may require significant power to power them, such as 60 Watts or more. Such an LED array may be referred to as a micro LED array or simply a micro LED. In some embodiments, micro LEDs may include hundreds, thousands or even millions of LEDs or emitters co-located on substrates with a centimeter scale area or smaller. A micro LED may include an array of individual emitters provided on a substrate or may be a single silicon wafer or die that is partially or fully divided into segments forming the emitters.

제어기는 상이한 광 빔 패턴들을 제공하기 위해 LED 어레이 내의 방출기들의 서브그룹들에 선택적으로 전력을 공급하도록 결합될 수 있다. LED 어레이 내의 방출기들 중 적어도 일부는 연결된 전기 트레이스들을 통해 개별적으로 제어될 수 있다. 다른 실시예들에서, 방출기들의 그룹들 또는 서브그룹들은 함께 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 방출기들은 별개의 백색이 아닌 색들을 가질 수 있다. 예를 들어, 방출기들 중 적어도 4개는 방출기들의 RGBY 그룹들일 수 있다.A controller can be coupled to selectively power subgroups of emitters within the LED array to provide different light beam patterns. At least some of the emitters in the LED array can be individually controlled via connected electrical traces. In other embodiments, groups or subgroups of emitters may be controlled together. In some embodiments, emitters may have distinct non-white colors. For example, at least 4 of the emitters may be RGBY groups of emitters.

LED 어레이 조명기구들은 선택적 방출기 활성화 및 강도 제어에 기초하여 상이한 조명 패턴들을 투사하도록 프로그래밍될 수 있는 조명 설비들을 포함할 수 있다. 이러한 조명기구들은 움직이는 부분들을 사용하지 않고 단일 조명 디바이스로부터 다수의 제어가능한 빔 패턴들을 전달할 수 있다. 통상적으로, 이것은 1D 또는 2D 어레이 내의 개별 LED들의 밝기를 조정함으로써 행해진다. 광학계는, 공유되든 개별적이든 간에, 선택적으로 특정 목표 구역들 상으로 광을 지향시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, LED들, 그들의 지지 기판 및 전기 트레이스들, 및 연관된 마이크로-광학계의 높이는 5 밀리미터 미만일 수 있다.LED array luminaires can include lighting fixtures that can be programmed to project different light patterns based on selective emitter activation and intensity control. These luminaires can deliver multiple controllable beam patterns from a single lighting device without using moving parts. Typically, this is done by adjusting the brightness of individual LEDs within a 1D or 2D array. The optics, whether shared or individual, can selectively direct light onto specific target areas. In some embodiments, the height of the LEDs, their supporting substrate and electrical traces, and associated micro-optics may be less than 5 millimeters.

LED 또는 μLED 어레이들을 포함하는 LED 어레이들은 개선된 시각적 디스플레이를 위해 건물들 또는 구역들을 선택적으로 그리고 적응적으로 조명하기 위해 또는 조명 비용들을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 또한, 이러한 LED 어레이들은 장식 모션 또는 비디오 효과들을 위한 미디어 파사드들(media facades)을 투사하기 위해 사용될 수 있다. 추적 센서들 및/또는 카메라들과 함께, 보행자들 주위의 구역들의 선택적 조명(selective illumination)이 가능할 수 있다. 조명의 색 온도를 조정하는 것은 물론이고, 파장 특정 원예 조명(wavelength specific horticultural illumination)을 지원하기 위해 스펙트럼적으로 구별되는 방출기들이 사용될 수 있다.LED arrays, including LED or μLED arrays, can be used to selectively and adaptively illuminate buildings or areas for improved visual display or to reduce lighting costs. Also, these LED arrays can be used to project media facades for decorative motion or video effects. In conjunction with tracking sensors and/or cameras, selective illumination of areas around the pedestrians may be possible. Spectrally distinct emitters may be used to support wavelength specific horticultural illumination as well as to adjust the color temperature of the illumination.

가로등은 LED 어레이들의 사용으로부터 크게 이익을 얻을 수 있는 중요한 응용이다. 단일 타입의 LED 어레이가 다양한 가로등 타입을 모방하는데 사용될 수 있어, 예를 들어, 선택된 방출기들의 적절한 활성화 또는 비활성화에 의해 타입 I 선형 가로등과 타입 IV 반원형 가로등 사이의 스위칭을 허용한다. 또한, 환경 조건들 또는 사용 시간에 따라 광 빔 강도 또는 분포를 조정함으로써 가로등 비용을 낮출 수 있다. 예를 들어, 보행자들이 존재하지 않을 때 광 강도 및 분포 구역이 감소될 수 있다. 방출기들이 스펙트럼적으로 구별되는 경우, 광의 색 온도는 각자의 주간, 황혼, 또는 야간 조건들에 따라 조정될 수 있다.Street lighting is an important application that can benefit greatly from the use of LED arrays. A single type of LED array can be used to emulate various street light types, allowing switching between, for example, a Type I linear street light and a Type IV semi-circular street light by appropriate activation or deactivation of selected emitters. In addition, the cost of the street light can be lowered by adjusting the light beam intensity or distribution according to environmental conditions or use time. For example, light intensity and distribution area may be reduced when pedestrians are not present. If the emitters are spectrally distinct, the color temperature of the light can be adjusted according to respective daytime, twilight or nighttime conditions.

LED 어레이들은 또한 직접 또는 투사형 디스플레이들을 필요로 하는 응용들을 지원하는 데 매우 적합하다. 예를 들어, 경고, 비상, 또는 정보 표지판들은 모두 LED 어레이들을 사용하여 디스플레이되거나 투사될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 색이 변화하거나 번쩍이는 출구 표지판들이 투사될 수 있게 한다. LED 어레이가 많은 수의 방출기들을 포함하는 경우, 텍스트 또는 수치 정보가 제시될 수 있다. 방향 화살표들 또는 유사한 표시자들이 또한 제공될 수 있다.LED arrays are also well suited to supporting applications requiring direct or projection displays. For example, warning, emergency, or information signs may all be displayed or projected using LED arrays. This allows, for example, color-changing or flashing exit signs to be projected. If the LED array contains a large number of emitters, textual or numerical information may be presented. Directional arrows or similar indicators may also be provided.

차량 헤드램프들은 많은 수의 픽셀들 및 높은 데이터 리프레시 레이트를 요구할 수 있는 LED 어레이 응용이다. 도로의 선택된 섹션들만을 능동적으로 조명하는 자동차 헤드라이트들은 다가오는 운전자들의 섬광 또는 눈부심과 연관된 문제들을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 적외선 카메라들을 센서들로서 사용하여, LED 어레이들은 다가오는 차량들의 운전자들 또는 보행자들을 눈부시게 할 수 있는 방출기들을 비활성화시키면서 도로를 조명하는 데 필요한 방출기들만을 활성화시킬 수 있다. 추가로, 운전자 환경 인식을 개선하기 위해, 오프-로드 보행자들, 동물들, 또는 표지판들이 선택적으로 조명될 수 있다. 방출기들이 스펙트럼적으로 구별되는 경우, 광의 색 온도는 각자의 주간, 황혼, 또는 야간 조건들에 따라 조정될 수 있다. 일부 방출기들은 광학 무선 차량 대 차량 통신(optical wireless vehicle to vehicle communication)을 위해 사용될 수 있다.Vehicle headlamps are an LED array application that can require large numbers of pixels and high data refresh rates. Automotive headlights that actively illuminate only selected sections of the roadway may be used to reduce problems associated with glare or glare of oncoming drivers. Using infrared cameras as sensors, LED arrays can activate only the emitters needed to light the roadway while disabling emitters that could dazzle pedestrians or drivers of oncoming vehicles. Additionally, off-road pedestrians, animals, or signs may be selectively illuminated to improve driver environmental awareness. If the emitters are spectrally distinct, the color temperature of the light can be adjusted according to respective daytime, twilight or nighttime conditions. Some emitters may be used for optical wireless vehicle to vehicle communication.

어레이 내의 개별 LED들 또는 방출기들을 개별적으로 구동 또는 제어하기 위해, 실리콘 백플레인이 LED 어레이에 매우 근접하게 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 실리콘 백플레인은 실리콘 백플레인의 다양한 부분들에 전력을 공급하기 위해 하나 이상의 소스로부터 전력을 수신하는 회로, LED 어레이를 통해 이미지를 디스플레이하기 위해 하나 이상의 소스로부터 이미지 입력을 수신하는 회로, 실리콘 백플레인과 외부 제어기들(예를 들어, 차량 헤드램프 제어들, 일반 조명 제어들 등) 사이의 통신들을 위한 회로, 예를 들어, 수신된 이미지 입력 및 외부 소스들로부터 수신된 통신들에 기초하여 어레이 내의 개별 LED들 또는 방출기들의 동작을 제어하기 위한 펄스 폭 변조(PWM) 신호와 같은 신호를 생성하는 회로 및 생성된 신호에 기초하여 어레이 내의 LED들 또는 방출기들을 개별적으로 구동하는 다수의 LED 구동기들을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 실리콘 백플레인은 상보형 금속 산화물 반도체(complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS) 백플레인일 수 있으며, 이는 대응하는 LED 어레이 내의 LED들 또는 방출기들과 동일한 수의 구동기들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 실리콘 백플레인은 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit, ASIC)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 일정 수의 LED들 또는 방출기들의 각각의 그룹에 대해 하나의 구동기가 제공될 수 있고, 개별적이기보다는 LED들 또는 방출기들의 그룹들로 제어할 수 있다. 각각의 구동기는 대응하는 LED 또는 방출기 또는 LED들 또는 방출기들의 그룹들에 개별적으로 전기적으로 결합될 수 있다. 실리콘 백플레인이 특정 회로에 대해 위에서 설명되었지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는 본 명세서에 설명된 것과 같은 LED 어레이를 구동하기 위해 사용되는 실리콘 백플레인이 본 명세서에 설명된 실시예들로부터 벗어나지 않고 상이한 기능들을 잠재적으로 수행하는 더 많거나, 더 적거나 또는 상이한 컴포넌트들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.A silicon backplane may be provided in close proximity to the LED array to individually drive or control the individual LEDs or emitters in the array. In some embodiments, a silicon backplane includes circuitry that receives power from one or more sources to power various portions of the silicon backplane, circuitry that receives image input from one or more sources to display an image via an LED array, , circuitry for communications between the silicon backplane and external controllers (eg, vehicle headlamp controls, general lighting controls, etc.), e.g., based on received image input and communications received from external sources. circuitry that generates a signal, such as a pulse width modulation (PWM) signal, for controlling the operation of individual LEDs or emitters in the array and a plurality of LED drivers that individually drive the LEDs or emitters in the array based on the generated signals. may include In embodiments, the silicon backplane may be a complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) backplane, which may contain the same number of drivers as the LEDs or emitters in the corresponding LED array. In some embodiments, the silicon backplane may be an application specific integrated circuit (ASIC). In some embodiments, one driver may be provided for each group of a number of LEDs or emitters, and may control groups of LEDs or emitters rather than individually. Each driver may be individually electrically coupled to a corresponding LED or emitter or groups of LEDs or emitters. Although a silicon backplane has been described above for specific circuitry, one skilled in the art will understand that a silicon backplane used to drive an LED array such as that described herein may perform different functions without departing from the embodiments described herein. It will be appreciated that it may include more, fewer or different components that potentially perform the

위에 언급된 바와 같이, 실리콘 백플레인 내의 개별 구동기들은 LED 어레이 내의 개별 LED들 또는 방출기들, 또는 LED들 또는 방출기들의 그룹들에 전기적으로 결합될 수 있다. 이와 같이, LED 어레이는 실리콘 백플레인에 매우 근접하게 배치되어야 한다. 실시예들에서, 이것은 LED 어레이의 표면 상의 구리 필러 범프들 또는 커넥터들의 어레이 내의 구리 필러 범프들 또는 다른 커넥터들을 실리콘 백플레인의 대향 표면 상의 대응하는 커넥터들에 개별적으로 결합함으로써 달성될 수 있다. 위에서 설명한 것과 같은 실리콘 백플레인은, 특히 LED 어레이에 매우 근접한 경우, 동작 중에 극도로 뜨거워질 수 있다. 따라서, 이러한 디바이스들에 대해 열 소산은 어려울 수 있다. 반도체 디바이스들을 위한 열 소산에 대해 일부 해결책들이 알려져 있지만, 이러한 해결책들은 디바이스의 최상부를 통해 열을 소산시키는 구조들을 종종 포함한다. 그러나, LED 어레이들로부터의 광-방출로 인해, 디바이스의 최상부를 통한 열 소산은 실용적이지 않거나 가능하지 않을 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예들은 디바이스의 최하부 표면을 통한 효과적이고 효율적인 열 소산을 가능하게 할 수 있는 구조들을 제공한다.As noted above, individual drivers within the silicon backplane may be electrically coupled to individual LEDs or emitters, or groups of LEDs or emitters, within an LED array. As such, the LED array must be placed very close to the silicon backplane. In embodiments, this may be accomplished by individually coupling copper pillar bumps or other connectors in an array of connectors or copper pillar bumps on the surface of the LED array to corresponding connectors on the opposite surface of the silicon backplane. A silicon backplane, such as the one described above, can get extremely hot during operation, especially when in close proximity to an LED array. Thus, heat dissipation can be difficult for these devices. Although some solutions are known for heat dissipation for semiconductor devices, these solutions often include structures that dissipate heat through the top of the device. However, due to the light-emission from the LED arrays, heat dissipation through the top of the device may not be practical or possible. Embodiments described herein provide structures that can enable effective and efficient heat dissipation through the bottom surface of a device.

추가적으로, LED 어레이(102)와 같은 LED 어레이, 및 연관된 실리콘 백플레인은, 저항기들, 커패시터들, 및 수정(crystal)들과 같은 다수의 수동 요소들이 실리콘 백플레인에 매우 근접하여 회로 보드 상에 배치될 것을 요구할 수 있다. 디바이스의 최하부 표면을 통한 열 소산을 제공하는 것에 더하여, 본 명세서에 설명된 실시예들은 또한 회로 보드의 최상부 표면 상에 그리고 백플레인 및 LED 어레이에 매우 근접하여 많은 수의 수동 컴포넌트들(예를 들어, 27개 이상)의 배치를 가능하게 하는 LED 패키지를 제공할 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예들은 하나 이상의 수동 요소를 수용할 수 있고 실리콘 백플레인 및 LED 어레이에 의해 발생된 열의 소산을 가능하게 할 수 있는 로우 프로파일 LED 어레이 패키지를 제공할 수 있다.Additionally, an LED array, such as LED array 102, and an associated silicon backplane require many passive components, such as resistors, capacitors, and crystals, to be placed on a circuit board in close proximity to the silicon backplane. can request In addition to providing heat dissipation through the bottom surface of the device, the embodiments described herein also include a large number of passive components (e.g., 27 or more) can be provided. Further, embodiments described herein may provide a low profile LED array package that may accommodate one or more passive elements and may enable dissipation of heat generated by the silicon backplane and LED array.

도 2a는 예시적인 하이브리드화된 디바이스(200)의 단면도이다. 도 2a에 도시된 예에서, 하이브리드화된 디바이스(200)는 실리콘 백플레인(204)을 포함한다. μLED와 같은 LED 어레이(202)의 제1 표면(203)은 실리콘 백플레인(204)의 제1 표면(205) 상에 실장될 수 있다. 설명의 간소화를 위해, 실리콘 백플레인(204)의 제1 표면(205)은 또한 본 명세서에서 최상부 표면으로 지칭될 수 있고, LED 어레이(202)의 제1 표면(203)은 또한 본 명세서에서 최하부 표면으로 지칭될 수 있다. 그러나, 본 기술분야의 통상의 기술자는 제1 표면(205)이 하이브리드화된 디바이스(200)를 거꾸로 돌리면 최하부 표면, 하이브리드화된 디바이스(200)를 옆으로 돌리면 측면 표면일 수 있다는 것 등을 이해할 것이다. 유사하게, 제1 표면(203)은 하이브리드화된 디바이스를 거꾸로 돌리면 최상부 표면, 하이브리드화된 디바이스(200)를 옆으로 돌리면 측면 표면 등이 될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 실리콘 백플레인(204)의 제1 표면(205) 상의 커넥터들의 어레이(도시되지 않음)는 LED 어레이(202)의 최하부 표면 상의 커넥터들의 어레이에 납땜되거나, 리플로우되거나, 다른 방식으로 전기적으로 그리고 기계적으로 결합될 수 있다. 커넥터들의 어레이는 구리 필러 범프들의 어레이와 같은 커넥터들의 임의의 어레이일 수 있다. LED 어레이(202)는 깊이 D1을 가질 수 있다. 실시예들에서, 깊이 D1은, 예를 들어, 5 내지 250 ㎛일 수 있다. 실리콘 백플레인(204)은 깊이 D2를 가질 수 있다. 실시예들에서, 깊이 D2는, 예를 들어, 100 ㎛ 내지 1 mm일 수 있다. 하이브리드화된 디바이스(200)는 하이브리드화된 다이라고도 지칭될 수 있다.2A is a cross-sectional view of an exemplary hybridized device 200 . In the example shown in FIG. 2A , hybridized device 200 includes a silicon backplane 204 . A first surface 203 of an LED array 202 , such as a μLED, may be mounted on a first surface 205 of a silicon backplane 204 . For simplicity of explanation, the first surface 205 of the silicon backplane 204 may also be referred to herein as the top surface, and the first surface 203 of the LED array 202 may also be referred to herein as the bottom surface. can be referred to as However, one skilled in the art will understand that first surface 205 can be a bottom surface if hybridized device 200 is turned upside down, a side surface if hybridized device 200 is turned sideways, etc. will be. Similarly, the first surface 203 can be a top surface when the hybridized device is turned upside down, a side surface when the hybridized device 200 is turned sideways, and the like. As noted above, the array of connectors (not shown) on the first surface 205 of the silicon backplane 204 is soldered, reflowed, or otherwise soldered to the array of connectors on the bottom surface of the LED array 202. can be coupled electrically and mechanically. The array of connectors may be any array of connectors, such as an array of copper pillar bumps. The LED array 202 may have a depth D1. In embodiments, depth D1 may be, for example, between 5 and 250 μm. The silicon backplane 204 may have a depth D2. In embodiments, depth D2 may be, for example, between 100 μm and 1 mm. Hybridized device 200 may also be referred to as a hybridized die.

도 2b는 도 2a의 예시적인 하이브리드화된 디바이스(200)를 포함하는 예시적인 LED 조명 시스템(250)의 단면도이다. 도 2b에 도시된 예에서, 하이브리드화된 디바이스(200)는 패키징 기판(208) 내에 패키징된다.FIG. 2B is a cross-sectional view of an example LED lighting system 250 that includes the example hybridized device 200 of FIG. 2A. In the example shown in FIG. 2B , the hybridized device 200 is packaged within a packaging substrate 208 .

도 2b에 도시된 예에서, 실리콘 백플레인(204)의 제2 표면(207)은 금속 인레이(210)의 제1 표면(209) 상에 실장된다. 실리콘 백플레인(204)의 제2 표면(207)은 또한 본 명세서에서 최하부 표면으로도 지칭될 수 있고, 금속 인레이(210)의 제1 표면(209)은 또한 본 명세서에서 최상부 표면으로도 지칭될 수 있다. 그러나, 본 기술분야의 통상의 기술자는 제2 표면(207)이 하이브리드화된 디바이스(200)를 거꾸로 돌리면 최상부 표면, 하이브리드화된 디바이스(200)를 옆으로 돌리면 측면 표면일 수 있다는 것 등을 이해할 것이다. 유사하게, 제1 표면(209)은 하이브리드화된 디바이스를 거꾸로 돌리면 최하부 표면, 하이브리드화된 디바이스(200)를 옆으로 돌리면 측면 표면 등이 될 수 있다. 도 2b에 도시된 예에서, 실리콘 백플레인(204)의 제2 표면(207)과 금속 인레이(210)의 제1 표면(209)은 금속 층(206)에 의해 접합된다. 금속 층(206)은 실리콘 백플레인(204)과 금속 인레이(210) 사이의 열 전달을 가능하게 하는 양호한 열 특성을 갖는 임의의 금속일 수 있다. 실시예들에서, 금속 층(206)은 은일 수 있다. 금속 층(206)은 실리콘 백플레인(204)을 금속 인레이(210)에 열적으로 결합한다.In the example shown in FIG. 2B , the second surface 207 of the silicon backplane 204 is mounted on the first surface 209 of the metal inlay 210 . The second surface 207 of the silicon backplane 204 may also be referred to herein as a bottom surface, and the first surface 209 of the metal inlay 210 may also be referred to herein as a top surface. there is. However, one skilled in the art will understand that the second surface 207 can be a top surface if hybridized device 200 is turned upside down, a side surface if hybridized device 200 is turned sideways, etc. will be. Similarly, the first surface 209 can be a bottom surface when the hybridized device is turned upside down, a side surface when the hybridized device 200 is turned sideways, and the like. In the example shown in FIG. 2B , the second surface 207 of the silicon backplane 204 and the first surface 209 of the metal inlay 210 are bonded by a metal layer 206 . The metal layer 206 can be any metal with good thermal properties that allows for heat transfer between the silicon backplane 204 and the metal inlay 210 . In embodiments, metal layer 206 may be silver. A metal layer 206 thermally couples the silicon backplane 204 to the metal inlay 210 .

금속 인레이(210)는 양호한 열 특성을 갖는 하나 이상의 타입의 금속의 임의의 하나의 피스 또는 다중 층일 수 있다. 실시예들에서, 금속 인레이(210)는 구리 또는 알루미늄 부재 또는 보디(body)와 같은 단일 피스의 금속이다. 금속 인레이(210)는, LED 어레이(202) 및 실리콘 백플레인(204)으로부터 금속 인레이(210)를 통해 회로 보드, 히트 싱크(heat sink) 또는 다른 금속 인레이 또는 금속 피스로의 열 전달을 용이하게 하기 위해, 또 다른 회로 보드, 히트 싱크 또는 다른 금속 인레이 또는 금속 피스와 접촉할 수 있는 제2 표면(211)을 가질 수 있으며, 그 예들은 아래에서 설명된다. 금속 인레이(210)의 제2 표면(211)은 본 명세서에서 최하부 표면이라고도 지칭될 수 있다. 그러나, 본 기술분야의 통상의 기술자는 제2 표면(211)이 하이브리드화된 디바이스(200)를 거꾸로 돌리면 최상부 표면, 하이브리드화된 디바이스(200)를 옆으로 돌리면 측면 표면일 수 있다는 것 등을 이해할 것이다. 금속 인레이(210)는 또한 측면 표면들을 포함할 수 있다. 형상에 따라, 금속 인레이(210)는 임의 수의 측면 표면들 또는 단일 측면 표면을 가질 수 있으며, 이러한 표면은 하이브리드화된 디바이스(200)의 배향에 따라 최상부 표면, 최하부 표면 등일 수 있다. 도 2b에 도시되지는 않았지만, 하나 이상의 전도성 패드가 금속 인레이(210)의 제1 및/또는 제2 표면(209/211)의 일부이거나 그에 결합될 수 있고, 제1 및/또는 제2 표면(209/211)의 일부, 제1 및/또는 제2 표면(209/211)의 전부를 커버하거나 제1 및/또는 제2 표면(209/211)을 넘어 연장될 수 있다.The metal inlay 210 can be any one piece or multiple layers of one or more types of metal that have good thermal properties. In embodiments, metal inlay 210 is a single piece of metal, such as a copper or aluminum member or body. The metal inlay 210 facilitates heat transfer from the LED array 202 and the silicon backplane 204 through the metal inlay 210 to a circuit board, heat sink, or other metal inlay or piece of metal. For this purpose, it may have a second surface 211 that can contact another circuit board, heat sink or other metal inlay or metal piece, examples of which are described below. The second surface 211 of the metal inlay 210 may also be referred to herein as a bottom surface. However, one skilled in the art will understand that the second surface 211 can be a top surface if hybridized device 200 is turned upside down, a side surface if hybridized device 200 is turned sideways, etc. will be. Metal inlay 210 may also include side surfaces. Depending on the shape, the metal inlay 210 may have any number of side surfaces or a single side surface, which may be a top surface, a bottom surface, etc. depending on the orientation of the hybridized device 200 . Although not shown in FIG. 2B , one or more conductive pads may be part of or bonded to the first and/or second surfaces 209/211 of the metal inlay 210, the first and/or second surfaces ( 209/211), cover all of the first and/or second surface 209/211, or extend beyond the first and/or second surface 209/211.

예시된 실시예에서, 금속 인레이(210)는, 금속 층(206), 실리콘 백플레인(204) 및 LED 어레이(202)가 기판(208)의 제1 표면(213) 위로 돌출되고 연장되도록 기판(208)에 매립된다. 제1 표면(213)은 또한 본 명세서에서 최상부 표면이라고도 지칭될 수 있지만, LED 조명 시스템(250)의 배향에 따라 측면 표면 또는 최하부 표면일 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속 층(206) 및/또는 실리콘 백플레인(204)의 전부 또는 부분들이 기판(208)에 매립될 수 있다. 기판(208)은 기판(208)의 내부 표면들(217a, 217b)을 노출시키는 개구를 가질 수 있다. 개구는 기판(208)의 전체 두께 T를 완전히 관통하여 연장될 수 있다. 형상에 따라, 개구는 임의 수의 내부 표면들 또는 단일 내부 표면(217)을 가질 수 있으며, 이러한 표면은 LED 조명 시스템(250)의 배향에 따라 최상부 표면, 최하부 표면 등일 수 있다. 도 2b에 도시된 예에서, 하이브리드화된 디바이스(200)는 적어도 금속 인레이(210)가 개구 내에 있고 금속 인레이(210)의 측면 표면들이 기판(208)의 내부 표면들(217a, 217b)과 접촉하면서 배치된다. 이러한 실시예들에서, 하이브리드화된 디바이스(200)는 적합한 접착제를 통해 기판(208)의 내부 표면들(217a, 217b)에 고정될 수 있다. 다른 실시예들에서, 기판(208)은, 적어도 금속 인레이(210)의 측면 표면들이 기판(208)의 내부 표면들(217a, 217b)과 직접 접촉하도록 하이브리드화된 디바이스(200) 주위에 몰딩될 수 있다. 다른 실시예들에서, 개구는 하이브리드화된 디바이스(200)보다 더 넓을 수 있고, 내부 표면들(217a, 217b)과 적어도 금속 인레이(210)의 측면 표면들 사이에 공간을 남길 수 있다.In the illustrated embodiment, the metal inlay 210 is formed on the substrate 208 such that the metal layer 206, the silicon backplane 204 and the LED array 202 protrude and extend above the first surface 213 of the substrate 208. ) is buried in First surface 213 may also be referred to herein as a top surface, but may be a side surface or a bottom surface depending on the orientation of LED lighting system 250 . In some embodiments, all or portions of metal layer 206 and/or silicon backplane 204 may be embedded in substrate 208 . Substrate 208 may have an opening exposing inner surfaces 217a and 217b of substrate 208 . The opening may extend completely through the entire thickness T of the substrate 208 . Depending on the shape, the opening may have any number of inner surfaces or a single inner surface 217 , which may be a top surface, a bottom surface, etc. depending on the orientation of the LED lighting system 250 . In the example shown in FIG. 2B , the hybridized device 200 has at least the metal inlay 210 within the opening and the side surfaces of the metal inlay 210 are in contact with the inner surfaces 217a and 217b of the substrate 208 . are placed while In such embodiments, the hybridized device 200 may be secured to the inner surfaces 217a and 217b of the substrate 208 via a suitable adhesive. In other embodiments, the substrate 208 may be molded around the hybridized device 200 such that at least the side surfaces of the metal inlay 210 are in direct contact with the inner surfaces 217a, 217b of the substrate 208. can In other embodiments, the opening may be wider than the hybridized device 200 , leaving a space between the inner surfaces 217a and 217b and at least the side surfaces of the metal inlay 210 .

예시된 LED 조명 시스템(250)은, 금속 인레이(210)의 일부이거나 또는 분리되어 금속 인레이(210)에 부착될 수 있는, 금속 인레이(210)의 제2 표면(211)에 열적으로 결합된 금속 패드(218)를 또한 포함할 수 있다. 금속 패드(218)는 금속 인레이(210)와 또 다른 회로 보드, 또 다른 금속 인레이 및/또는 히트 싱크 사이의 연결을 용이하게 할 수 있다. 실시예들에서, 금속 패드(218)는 포함되지 않을 수 있고, 금속 인레이(210)는 또 다른 회로 보드, 또 다른 금속 인레이 및/또는 히트 싱크와 직접 접촉하여 배치될 수 있다. 예시된 실시예에서, 금속 패드(218)는 금속 인레이(210)의 제2 표면(211)을 완전히 커버하고 기판(208)의 제2 표면(215)의 일부와 중첩된다. 제2 표면(211)은 또한 최하부 표면으로도 지칭될 수 있지만, LED 조명 시스템(250)의 배향에 따라 최상부 표면, 측면 표면 등일 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 금속 패드(218)가 금속 인레이(210)의 제2 표면(211)을 부분적으로만 커버할 수 있거나, 기판의 제2 표면(215)과 중첩되지 않고 금속 인레이(210)의 제2 표면(211)을 완전히 커버할 수 있거나, 또는 기판(208)의 제2 표면(215)의 더 큰 구역을 커버하도록 더 연장될 수 있다는 것을 이해할 것이다.The illustrated LED lighting system 250 is a metal thermally bonded to a second surface 211 of the metal inlay 210 , which may be part of the metal inlay 210 or separately attached to the metal inlay 210 . A pad 218 may also be included. The metal pad 218 may facilitate a connection between the metal inlay 210 and another circuit board, another metal inlay, and/or a heat sink. In embodiments, metal pad 218 may not be included, and metal inlay 210 may be placed in direct contact with another circuit board, another metal inlay, and/or a heat sink. In the illustrated embodiment, the metal pad 218 completely covers the second surface 211 of the metal inlay 210 and overlaps a portion of the second surface 215 of the substrate 208 . The second surface 211 may also be referred to as a bottom surface, but depending on the orientation of the LED lighting system 250 it may be a top surface, a side surface, etc. A person skilled in the art will understand that the metal pad 218 may only partially cover the second surface 211 of the metal inlay 210, or may not overlap the second surface 215 of the substrate and the metal inlay ( It will be appreciated that it can completely cover the second surface 211 of the substrate 210, or it can be further extended to cover a larger area of the second surface 215 of the substrate 208.

수동 컴포넌트들(216)이 기판(208)의 제1 표면(213) 상에 실장될 수 있다. 도 2b에 도시된 예에서, 수동 컴포넌트들(216)은 제1 표면(213) 상의 제1 금속 패드들(도시되지 않음) 상에 실장된다. 제2 금속 패드들 또는 콘택들(220)이 또한 기판(208)의 제1 표면(213) 상에 제공될 수 있다. 실리콘 백플레인(204)이 또한 전도성 커넥터들(212)을 통해 수동 컴포넌트들(216) 및 제2 금속 패드들 또는 콘택들(220)에 전기적으로 결합될 수 있다. 도 2b에 도시되지 않았지만, 기판(208)의 제1 표면(213) 상의 추가적인 금속화부(metallization)들이 실리콘 백플레인(204), 전도성 커넥터들(212) 및 각자의 수동 컴포넌트들(216) 사이의 전기적 연결을 완성할 수 있다. 금속화부들의 예들이 도 4a 및 도 4b와 관련하여 아래에 도시되고 설명된다. 제2 금속 패드들 또는 콘택들(220)이 실리콘 백플레인(204)과 전원들 및/또는 제2 기판 또는 회로 보드 상의 다른 전자 컴포넌트들 사이에 전기적 연결을 형성할 수 있다(그 예는 도 3a 및 도 3b에 도시됨).Passive components 216 may be mounted on the first surface 213 of the substrate 208 . In the example shown in FIG. 2B , passive components 216 are mounted on first metal pads (not shown) on first surface 213 . Second metal pads or contacts 220 may also be provided on the first surface 213 of the substrate 208 . Silicon backplane 204 may also be electrically coupled to passive components 216 and second metal pads or contacts 220 via conductive connectors 212 . Although not shown in FIG. 2B , additional metallizations on the first surface 213 of the substrate 208 provide an electrical connection between the silicon backplane 204 , the conductive connectors 212 and the respective passive components 216 . connection can be completed. Examples of metallizations are shown and described below with respect to FIGS. 4A and 4B . Second metal pads or contacts 220 may form electrical connections between silicon backplane 204 and power supplies and/or other electronic components on a second substrate or circuit board (examples of which are shown in FIGS. 3A and 3A and 220 ). shown in Figure 3b).

도 2b에는 2개의 전도성 커넥터(212)만이 도시되어 있지만, 임의 수의 전도성 커넥터(212)가 포함될 수 있다. 예를 들어, LED 조명 시스템(250)은 27개 이상의 수동 컴포넌트(216) 및 동일한 수 이상의 전도성 커넥터(212)를 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 전도성 커넥터들(212)은 리본 와이어들과 같은 와이어들이다. 그러나, 전도성 커넥터들(212)은 플렉시블 회로와 같은 임의의 적절한 타입의 전도성 커넥터일 수 있다. 전도성 커넥터들은 캡슐화제(encapsulant) 재료(214)에 의해 완전히 커버될 수 있다. 캡슐화제 재료(214)는 전도성 커넥터들(212)을 보호할 수 있고, 실시예들에서, 또한 예를 들어, LED 어레이(202)를 통해 디스플레이되는 이미지에 대한 콘트라스트를 제공하는 기능을 할 수 있다. 실시예들에서, 캡슐화제는 어둡거나 검은 외관을 생성할 수 있는 탄소 필러를 갖는 에폭시 또는 실리콘 재료일 수 있다. 캡슐화제 재료는 또한 본 명세서에서 광 차단 캡슐화제라고도 지칭될 수 있다.Although only two conductive connectors 212 are shown in FIG. 2B, any number of conductive connectors 212 may be included. For example, LED lighting system 250 may include 27 or more passive components 216 and an equal or more conductive connectors 212 . In the illustrated embodiment, the conductive connectors 212 are wires such as ribbon wires. However, conductive connectors 212 may be any suitable type of conductive connector, such as a flexible circuit. Conductive connectors may be completely covered by encapsulant material 214 . Encapsulant material 214 may protect conductive connectors 212 and, in embodiments, may also function to provide contrast to an image displayed via LED array 202, for example. . In embodiments, the encapsulant can be an epoxy or silicone material with carbon fillers that can create a dark or black appearance. The encapsulant material may also be referred to herein as a light blocking encapsulant.

도 3a는 도 2b의 LED 조명 시스템(250)을 포함하는 응용 시스템(300A)의 단면도이다. 응용 시스템(300A)은 제1 표면(301) 상에 다수의 금속 패드(233)를 갖는 회로 보드(222)를 포함할 수 있다. 회로 보드(222)는 제어 및/또는 다른 회로를 수용할 수 있으며, 본 명세서에서 제어 보드라고도 지칭될 수 있다. 금속 패드들(233)은 기판(208)의 제1 표면(213) 상의 제1 금속 패드들 또는 콘택들(220)(도 3a에 도시되지 않음)과의 전기적 결합을 가능하게 하는 위치들에 있을 수 있다. 도 3a에 예시된 바와 같이, 회로 보드(222)는 개구를 정의하고, LED 조명 시스템(250)은 기판(222)의 외부 에지들과 회로 보드(222)의 내부 표면들 사이의 갭이 개구에 의해 노출되면서 개구 내에 배치된다. 그러나, 실시예들에서, 갭은 더 작거나, 더 크거나, 또는 존재하지 않을 수 있다.3A is a cross-sectional view of an application system 300A that includes the LED lighting system 250 of FIG. 2B. The application system 300A may include a circuit board 222 having a plurality of metal pads 233 on the first surface 301 . Circuit board 222 may house control and/or other circuitry and may also be referred to herein as a control board. Metal pads 233 may be in locations that allow electrical coupling with first metal pads or contacts 220 (not shown in FIG. 3A ) on first surface 213 of substrate 208 . can As illustrated in FIG. 3A , the circuit board 222 defines an opening, and the LED lighting system 250 is such that the gap between the outer edges of the substrate 222 and the inner surfaces of the circuit board 222 is in the opening. placed within the opening while being exposed by However, in embodiments, the gap may be smaller, larger, or non-existent.

도 3a에 도시된 예에서, 기판(208)과 회로 보드(222) 둘 다는 히트 싱크(232)의 최상부에 있고, TIM(thermal interface material)(228)을 통해 히트 싱크(232)에 열적으로 결합된다. 금속 패드들 또는 콘택들(220)은 전도성 커넥터들(224)을 통해 회로 보드(222)의 제1 표면(301) 상의 금속 패드들(233)에 전기적으로 결합될 수 있다. 예시된 실시예에서, 전도성 커넥터들(224)은 리본 와이어들과 같은 와이어들이다. 그러나, 전도성 커넥터들(224)은 플렉시블 회로와 같은 임의의 적절한 타입의 전도성 커넥터일 수 있다. 전도성 커넥터들(224)은 캡슐화제 재료(226)에 의해 완전히 커버될 수 있다. 캡슐화제 재료(214)는 전도성 커넥터들(212)을 보호할 수 있고, 실시예들에서, 또한 예를 들어, LED 어레이(202)를 통해 디스플레이되는 이미지에 대한 콘트라스트를 제공하는 기능을 할 수 있다. 실시예들에서, 캡슐화제는 어둡거나 검은 외관을 생성할 수 있는 탄소 필러를 갖는 에폭시 또는 실리콘 재료일 수 있다. 캡슐화제 재료는 또한 본 명세서에서 광 차단 캡슐화제라고도 지칭될 수 있다.In the example shown in FIG. 3A , both substrate 208 and circuit board 222 are on top of heat sink 232 and are thermally coupled to heat sink 232 via thermal interface material (TIM) 228 . do. Metal pads or contacts 220 may be electrically coupled to metal pads 233 on first surface 301 of circuit board 222 via conductive connectors 224 . In the illustrated embodiment, the conductive connectors 224 are wires such as ribbon wires. However, conductive connectors 224 may be any suitable type of conductive connector, such as a flexible circuit. Conductive connectors 224 may be completely covered by encapsulant material 226 . Encapsulant material 214 may protect conductive connectors 212 and, in embodiments, may also function to provide contrast to an image displayed via LED array 202, for example. . In embodiments, the encapsulant can be an epoxy or silicone material with carbon fillers that can create a dark or black appearance. The encapsulant material may also be referred to herein as a light blocking encapsulant.

히트 싱크(232)는 LED 조명 시스템(250)의 금속 패드(218)에 대응하도록 위치된 금속 패드를 포함할 수 있는 금속 인레이(230)를 또한 포함할 수 있다. LED 조명 시스템(250)의 금속 인레이(210)가 히트 싱크(232)에 매우 근접하여 그와 열적 결합하고, 특히 히트 싱크(232) 내의 금속 인레이(230)에 매우 근접하여 그와 열적 결합하는 배치는, 포함되는 경우, LED 어레이(202)의 제2 또는 최하부 표면들(203, 207 및 211), 실리콘 백플레인(204) 및 금속 인레이(210)를 통해 하이브리드화된 디바이스(200)로부터 히트 싱크(232)로의 양호한 열 전달을 가능하게 할 수 있다.Heat sink 232 may also include metal inlay 230 , which may include metal pads positioned to correspond to metal pads 218 of LED lighting system 250 . An arrangement in which the metal inlay 210 of the LED lighting system 250 is in close proximity to and thermally coupled to the heat sink 232, and in particular in close proximity to and thermally coupled to the metal inlay 230 in the heat sink 232. is a heat sink from the hybridized device 200 through the second or bottom surfaces 203, 207 and 211 of the LED array 202, the silicon backplane 204 and the metal inlay 210, if included. 232) to enable good heat transfer.

추가적으로, 금속 콘택들 또는 패드들(220)과 회로 보드(222) 상의 대응하는 금속 패드들(233) 사이의 전기적 결합은 수동 컴포넌트들(216), 실리콘 백플레인(204) 및 회로 보드(222) 사이의 전기적 결합을 가능하게 할 수 있다. 회로 보드(222)는 차량 조명 또는 플래시 응용들과 같은 특정 응용들에서 사용되는 더 큰 시스템의 일부일 수 있다(예시적인 차량 조명 시스템들은 도 5 및 도 6과 관련하여 아래에 설명된다). 회로 보드(222)는 히트 싱크(232) 외에도 더 큰 시스템에 요구되는 다른 회로 요소들을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 금속 인레이(230)는 LED 조명 시스템(250)의 금속 인레이(210)에 대해 위에서 언급된 방식들 중 임의의 방식으로 히트 싱크(232)에 위치될 수 있다.Additionally, electrical coupling between metal contacts or pads 220 and corresponding metal pads 233 on circuit board 222 is between passive components 216, silicon backplane 204 and circuit board 222. of electrical coupling can be made possible. Circuit board 222 may be part of a larger system used in specific applications, such as vehicle lighting or flash applications (example vehicle lighting systems are described below with respect to FIGS. 5 and 6 ). In addition to heat sink 232, circuit board 222 may include other circuit elements required for a larger system. In embodiments, metal inlay 230 may be positioned on heat sink 232 in any of the ways noted above for metal inlay 210 of LED lighting system 250 .

도 3b는 도 2b의 LED 조명 시스템(250)을 포함하는 또 다른 응용 시스템(300B)의 단면도이다. 응용 시스템(300a)에서와 같이, 응용 시스템(300B)은 제1 표면(301)(도 3b에 라벨링되지 않음) 상에 다수의 금속 패드(233)를 갖는 회로 보드(222)를 포함할 수 있다. 금속 패드들(233)은 기판(208)의 제1 표면(213) 상의 금속 패드들 또는 콘택들(220)과의 전기적 결합을 가능하게 하는 위치들에 있을 수 있다. 그러나, LED 조명 시스템(250)이 회로 보드(222) 내의 개구에 배치되는 도 3a와는 대조적으로, 도 3b에 예시된 응용 시스템에서는, LED 조명 시스템(250)이 회로 보드(222)의 최상부에 실장된다. 도 3b에 도시된 예에서, LED 조명 시스템(250)은 회로 보드(222) 위에 배치되고 TIM(thermal interface material)(228)을 통해 그에 열적으로 결합된다.FIG. 3B is a cross-sectional view of another application system 300B that includes the LED lighting system 250 of FIG. 2B. As in application system 300a, application system 300B may include a circuit board 222 having a number of metal pads 233 on a first surface 301 (not labeled in FIG. 3B). . Metal pads 233 may be at locations that enable electrical coupling with metal pads or contacts 220 on first surface 213 of substrate 208 . However, in contrast to FIG. 3A where LED lighting system 250 is disposed in an opening in circuit board 222, in the application system illustrated in FIG. 3B, LED lighting system 250 is mounted on top of circuit board 222. do. In the example shown in FIG. 3B , the LED lighting system 250 is disposed over a circuit board 222 and is thermally coupled thereto via a thermal interface material (TIM) 228 .

일부 실시예들에서, 회로 보드(222)는 개구를 정의하고, 제2 금속 인레이(230)가 개구에 매립된다. 실시예들에서, 제2 금속 인레이(230)는 LED 조명 시스템(250)의 금속 인레이(210)에 대해 위에서 언급된 방식들 중 임의의 방식으로 회로 보드(222)에 위치될 수 있다. LED 조명 시스템(250)은 금속 인레이들(210 및 230)이 정렬된 상태로 회로 보드(222) 상에 실장된다. LED 조명 시스템(250)의 금속 인레이(210)가 회로 보드(222)에 매우 근접하여 그와 열적 결합하고, 특히 회로 보드(222) 내의 금속 인레이(230)에 매우 근접하여 그와 열적 결합하는 배치는, 포함되는 경우, LED 어레이(202)의 제2 또는 최하부 표면들(203, 207 및 211), 실리콘 백플레인(204) 및 금속 인레이(210)를 통해 하이브리드화된 디바이스(200)로부터 회로 보드(222)로의 양호한 열 전달을 가능하게 할 수 있다.In some embodiments, circuit board 222 defines an opening, and second metal inlay 230 is embedded in the opening. In embodiments, the second metal inlay 230 may be positioned on the circuit board 222 in any of the ways noted above for the metal inlay 210 of the LED lighting system 250 . LED lighting system 250 is mounted on circuit board 222 with metal inlays 210 and 230 aligned. An arrangement in which the metal inlay 210 of the LED lighting system 250 is in close proximity to and thermally coupled to the circuit board 222, and in particular in close proximity to and thermally coupled to the metal inlay 230 in the circuit board 222. where included, from the hybridized device 200 through the second or bottom surfaces 203, 207 and 211 of the LED array 202, the silicon backplane 204 and the metal inlay 210 222) to enable good heat transfer.

도 3b에 도시된 예에서, 회로 보드(222)는 히트 싱크(232)의 최상부에 더 실장된다. 금속 패드들 또는 콘택들(220)은 전도성 커넥터들(224)을 통해 회로 보드(222)의 제1 표면(301) 상의 금속 패드들(233)에 전기적으로 결합될 수 있다. 예시된 실시예에서, 전도성 커넥터들(224)은 리본 와이어들과 같은 와이어들이다. 그러나, 전도성 커넥터들(224)은 플렉시블 회로와 같은 임의의 적절한 타입의 전도성 커넥터일 수 있다. 전도성 커넥터들(224)은 캡슐화제 재료(226)에 의해 완전히 커버될 수 있다. 캡슐화제 재료(226)는 전도성 커넥터들(224)을 보호할 수 있고, 실시예들에서, 또한 예를 들어, LED 어레이(202)를 통해 디스플레이되는 이미지에 대한 콘트라스트를 제공하는 기능을 할 수 있다. 실시예들에서, 캡슐화제는 어둡거나 검은 외관을 생성할 수 있는 탄소 필러를 갖는 에폭시 또는 실리콘 재료일 수 있다. 캡슐화제 재료는 또한 본 명세서에서 광 차단 캡슐화제라고도 지칭될 수 있다.In the example shown in FIG. 3B , circuit board 222 is further mounted on top of heat sink 232 . Metal pads or contacts 220 may be electrically coupled to metal pads 233 on first surface 301 of circuit board 222 via conductive connectors 224 . In the illustrated embodiment, the conductive connectors 224 are wires such as ribbon wires. However, conductive connectors 224 may be any suitable type of conductive connector, such as a flexible circuit. Conductive connectors 224 may be completely covered by encapsulant material 226 . Encapsulant material 226 may protect conductive connectors 224 and, in embodiments, may also function to provide contrast to an image displayed via LED array 202, for example. . In embodiments, the encapsulant can be an epoxy or silicone material with carbon fillers that can create a dark or black appearance. The encapsulant material may also be referred to herein as a light blocking encapsulant.

추가적으로, 금속 콘택들 또는 패드들(220)과 회로 보드(222) 상의 대응하는 금속 패드들 사이의 전기적 결합은 수동 컴포넌트들(216), 실리콘 백플레인(204) 및 회로 보드(222) 사이의 전기적 결합을 가능하게 할 수 있다. 회로 보드(222)는 차량 조명 또는 플래시 응용들과 같은 특정 응용들에서 사용되는 더 큰 시스템의 일부일 수 있다(예시적인 차량 조명 시스템들은 도 5 및 도 6과 관련하여 아래에 설명된다). 회로 보드(222)는 히트 싱크(232) 외에도 더 큰 시스템에 요구되는 다른 회로 요소들을 포함할 수 있다.Additionally, electrical coupling between metal contacts or pads 220 and corresponding metal pads on circuit board 222 is electrical coupling between passive components 216, silicon backplane 204 and circuit board 222. can make it possible. Circuit board 222 may be part of a larger system used in specific applications, such as vehicle lighting or flash applications (example vehicle lighting systems are described below with respect to FIGS. 5 and 6 ). In addition to heat sink 232, circuit board 222 may include other circuit elements required for a larger system.

도 3a와 도 3b 둘 다의 실시예들에서, 최상부 표면 콘택들은 LED 조명 시스템(250)과 회로 보드(222) 사이에 전기적 연결을 이루기 위해 사용된다. 이는 저렴한 연결 방식일 수 있으며, 또한 수동 전자 컴포넌트들, 표면 금속화부들, 전도성 커넥터들 및 임의의 다른 필요하거나 원하는 요소들을 수용하기 위한 더 큰 보드의 사용을 가능하게 할 수 있다. 도 3a 및 도 3b는 축척에 맞게 도시되지 않았으며, 도 3b의 화살표들은 회로 보드(222)가 실제보다 작게 그려져 있고 도면에 도시된 것보다 훨씬 더 클 수 있음을 나타낸다.In the embodiments of both FIGS. 3A and 3B , top surface contacts are used to make electrical connections between LED lighting system 250 and circuit board 222 . This can be an inexpensive connection scheme, and can also enable the use of a larger board to accommodate passive electronic components, surface metallizations, conductive connectors, and any other necessary or desired elements. 3A and 3B are not drawn to scale, and the arrows in FIG. 3B indicate that the circuit board 222 is drawn smaller than it actually is and may be much larger than shown.

도 4a는 도 2b의 LED 조명 시스템(250)의 최상부 표면(400)을 도시하는 평면도이다. 평면도는 LED 어레이(202)의 제1 또는 최상부 표면, LED 어레이(202)에 의해 커버되지 않은 실리콘 백플레인(204)의 제1 또는 최상부 표면(205)의 부분, 전도성 커넥터들(212)을 커버하는 캡슐화제(214), 수동 컴포넌트들(216), 콘택들 또는 패드들(220), 전도성 커넥터들(212)을 수동 컴포넌트들(216) 또는 콘택들 또는 패드들(220)의 각자의 것들에 전기적으로 결합하는 금속화부들(234), 및 실리콘 백플레인(204), 캡슐화제(214), 금속화부들(234), 수동 컴포넌트들(216) 또는 콘택들 또는 패드들(220)에 의해 커버되지 않은 기판(208)의 제1 또는 최상부 표면(213)의 부분들을 도시한다. 금속화부들(234)은 전도성 커넥터들(도시되지 않음)이 부착되는 콘택들, 핀들 또는 패드들과 수동 컴포넌트들(216) 또는 금속 콘택들 또는 패드들(220) 사이에 전기적 연결들을 형성하도록 패터닝 또는 에칭되는 금속의 층들일 수 있다.FIG. 4A is a plan view showing top surface 400 of LED lighting system 250 of FIG. 2B . The top view shows the first or top surface of the LED array 202, the portion of the first or top surface 205 of the silicon backplane 204 not covered by the LED array 202, covering the conductive connectors 212. Electrically connect encapsulant 214, passive components 216, contacts or pads 220, and conductive connectors 212 to respective ones of passive components 216 or contacts or pads 220. metallizations 234 that bond to and not covered by silicon backplane 204, encapsulant 214, metallizations 234, passive components 216 or contacts or pads 220. Portions of the first or top surface 213 of the substrate 208 are shown. Metallizations 234 are patterned to form electrical connections between passive components 216 or metal contacts or pads 220 and contacts, pins or pads to which conductive connectors (not shown) are attached. or layers of metal that are etched.

도 4a에 도시된 바와 같이, LED 조명 시스템(250)은 길이 l1 및 폭 w1을 갖는다. 실시예들에서, 길이 l1은 대략 20 mm 내지 40 mm일 수 있고, 폭 w1은 대략 20 mm 내지 40 mm일 수 있다. 실리콘 백플레인(204)은 길이 l2 및 폭 w2(명료성을 위해 라벨링되지 않음)를 가질 수 있다. 실시예들에서, 길이 l2는 대략 15.5 mm일 수 있고, 폭 w2는 대략 6.5 mm일 수 있다. LED 어레이(202)는 길이 l3 및 폭 w3을 가질 수 있다. 실시예들에서, 길이 l3은 대략 11 mm일 수 있고, 폭 w3은 대략 4.4 mm일 수 있다.As shown in FIG. 4A , the LED lighting system 250 has a length l 1 and a width w 1 . In embodiments, the length l 1 may be approximately 20 mm to 40 mm and the width w 1 may be approximately 20 mm to 40 mm. The silicon backplane 204 may have a length l 2 and a width w 2 (not labeled for clarity). In embodiments, the length l 2 may be approximately 15.5 mm and the width w 2 may be approximately 6.5 mm. The LED array 202 can have a length l 3 and a width w 3 . In embodiments, the length l 3 may be approximately 11 mm and the width w 3 may be approximately 4.4 mm.

이러한 예시적인 치수들이 주어지면, 표면적 중의 많은 양이 LED 어레이(위의 예에서 대략 100 mm2의 표면적을 가짐)에 의해 차지되지 않는 큰 표면적(위의 예에서 400 mm2 내지 1600 mm2)을 갖는 LED 어레이 패키지가 제공될 수 있다. 따라서, 이러한 설계는 LED 어레이 패키지 상의 수동 전자 컴포넌트들의 부착을 위한 충분한 공간을 제공한다.Given these exemplary dimensions, a large surface area (400 mm 2 to 1600 mm 2 in the example above) where much of the surface area is not occupied by an LED array (with a surface area of approximately 100 mm 2 in the example above). An LED array package having may be provided. Thus, this design provides ample space for attachment of passive electronic components on the LED array package.

도 4b는 도 3a 및 도 3b의 응용 시스템(300a 또는 300b)의 최상부 표면(450)을 도시하는 평면도이다. 도 4b에 도시된 예에서, LED 조명 시스템(250)이 회로 보드(222)의 최상부 표면 상에 실장된다. 전도성 커넥터들(224)을 커버하는 캡슐화제 재료(226)가 또한 도시된다. 콘택들 또는 패드들(233)은 금속화부들(242)을 통해 전도성 커넥터들(224)에 전기적으로 결합된다.FIG. 4B is a plan view illustrating top surface 450 of application system 300a or 300b of FIGS. 3A and 3B . In the example shown in FIG. 4B , LED lighting system 250 is mounted on the top surface of circuit board 222 . An encapsulant material 226 covering the conductive connectors 224 is also shown. Contacts or pads 233 are electrically coupled to conductive connectors 224 through metallizations 242 .

도 4a 및 도 4b에서 기판(208) 및 회로 보드(222)의 특정 측면들 상의 특정 위치들에 최상부 콘택들, 패드들, 수동 컴포넌트들, 및 금속화부들이 도시되어 있지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는, 더 많거나 더 적은 이러한 요소들이 포함될 수 있고 모든 측면들 상에, 도시된 것보다 더 적은 측면들 상에 또는 도시된 것과 상이한 위치들에 있을 수 있다는 것을 인식할 것이다.4A and 4B show top contacts, pads, passive components, and metallization at specific locations on specific sides of substrate 208 and circuit board 222, but conventional in the art. The skilled person will appreciate that more or fewer of these elements may be included and may be on all sides, on fewer sides than shown, or in different locations than shown.

위에 언급한 바와 같이, 실리콘 백플레인은 실리콘 백플레인의 다양한 부분들에 전력을 공급하기 위해 하나 이상의 소스로부터 전력을 수신하는 회로, LED 어레이를 통해 이미지를 디스플레이하기 위해 하나 이상의 소스로부터 이미지 입력을 수신하는 회로, 실리콘 백플레인과 외부 제어기들(예를 들어, 차량 헤드램프 제어들, 일반 조명 제어들 등) 사이의 통신들을 위한 회로, 예를 들어, 수신된 이미지 입력 및 외부 소스들로부터 수신된 통신들에 기초하여 어레이 내의 개별 LED들 또는 방출기들의 동작을 제어하기 위한 펄스 폭 변조(PWM) 신호와 같은 신호를 생성하는 회로 및 생성된 신호에 기초하여 어레이 내의 LED들 또는 방출기들을 개별적으로 구동하는 다수의 LED 구동기들을 포함할 수 있다. 통신을 위해, 실리콘 백플레인은 많은 수의 디지털 인터페이스를 가질 수 있고, 따라서, 외부 보드 또는 디바이스에 연결하기 위해 많은 수(예를 들어, 100개 이상)의 물리적 연결 핀들을 요구할 수 있다. 일부 실시예들에서, 외부 보드 또는 디바이스는 제어 신호들을 수신하기 위해 자동차 내의 다양한 제어 모듈에 통신가능하게 결합될 수 있는 차량 헤드램프일 수 있다.As mentioned above, the silicon backplane includes circuitry that receives power from one or more sources to power various parts of the silicon backplane, circuitry that receives image input from one or more sources to display an image via an LED array, , circuitry for communications between the silicon backplane and external controllers (eg, vehicle headlamp controls, general lighting controls, etc.), e.g., based on received image input and communications received from external sources. circuitry that generates a signal, such as a pulse width modulation (PWM) signal, for controlling the operation of individual LEDs or emitters in the array and a plurality of LED drivers that individually drive the LEDs or emitters in the array based on the generated signals. may include For communication, a silicon backplane may have a large number of digital interfaces and, therefore, may require a large number (eg, 100 or more) of physical connection pins to connect to an external board or device. In some embodiments, the external board or device may be a vehicle headlamp that can be communicatively coupled to various control modules within the vehicle to receive control signals.

또한, 실리콘 백플레인은 디지털 전원, 아날로그 전원 및 LED 전원과 같은 3개 이상의 전원 만큼 요구할 수 있다. 각각의 전원은 적어도 하나의 개별 디커플링 커패시터(de-coupling capacitor), 및 때때로 5개 이상의 디커플링 커패시터를 요구할 수 있다. 또한, 실리콘 백플레인은 LED 전류를 정밀하게 설정하기 위한 저항기들, 다른 비-디커플링 커패시터들(non-de-coupling capacitors), 및/또는 UART(universal asynchronous receiver-transmitter)에 대한 주파수를 설정하기 위한 수정(crystal)을 요구할 수 있다. 이러한 수동 컴포넌트들의 다수 또는 전부는 실리콘 백플레인 핀들에 가능한 한 가깝게 배치되어야 한다. 예를 들어, UART에 대한 주파수를 설정하기 위해 사용되는 수정은 잡음에 민감할 수 있는 매우 높은 주파수를 가질 수 있다. 추가로, 이러한 수동 컴포넌트들 각각은 실리콘 백플레인에 전기적으로 결합될 필요가 있을 수 있다.Also, the silicon backplane can require as many as three or more power supplies, such as digital power, analog power, and LED power. Each power supply may require at least one individual de-coupling capacitor, and sometimes five or more decoupling capacitors. Additionally, the silicon backplane includes resistors to precisely set the LED current, other non-de-coupling capacitors, and/or modifications to set the frequency for the universal asynchronous receiver-transmitter (UART). (crystal) can be requested. Many or all of these passive components should be placed as close as possible to the silicon backplane pins. For example, the crystal used to set the frequency for the UART may have a very high frequency that can be sensitive to noise. Additionally, each of these passive components may need to be electrically coupled to the silicon backplane.

도 5는 도 2b의 LED 조명 시스템(250)을 포함할 수 있는 예시적인 차량 헤드램프 시스템(500)의 도면이다. 도 5에 도시된 예시적인 차량 헤드램프 시스템(500)은 전력 라인들(502), 데이터 버스(504), 입력 필터 및 보호 모듈(506), 버스 송수신기(508), 센서 모듈(510), LED DC/DC(direct current to direct current) 모듈(512), 로직 LDO(low-dropout) 모듈(514), 마이크로컨트롤러(516) 및 액티브 헤드램프(518)를 포함한다. 실시예들에서, 액티브 헤드램프(518)는 도 2b의 LED 조명 시스템(250)과 같은 LED 조명 시스템을 포함할 수 있다.5 is a diagram of an exemplary vehicle headlamp system 500 that may include the LED lighting system 250 of FIG. 2B. The exemplary vehicle headlamp system 500 shown in FIG. 5 includes power lines 502, data bus 504, input filter and protection module 506, bus transceiver 508, sensor module 510, LEDs. A direct current to direct current (DC/DC) module 512 , a logic low-dropout (LDO) module 514 , a microcontroller 516 and an active headlamp 518 . In embodiments, active headlamp 518 may include an LED lighting system, such as LED lighting system 250 of FIG. 2B .

전력 라인들(502)은 차량으로부터 전력을 수신하는 입력들을 가질 수 있고, 데이터 버스(504)는 차량과 차량 헤드램프 시스템(500) 사이에서 그를 통해 데이터가 교환될 수 있는 입력들/출력들을 가질 수 있다. 예를 들어, 차량 헤드램프 시스템(500)은 차량 내의 다른 위치들로부터 방향 지시등(turn signaling)을 턴 온하거나 헤드램프들을 턴 온하기 위한 명령어들과 같은 명령어들을 수신할 수 있고, 원하는 경우 차량 내의 다른 위치들에 피드백을 전송할 수 있다. 센서 모듈(510)은 데이터 버스(504)에 통신가능하게 결합될 수 있고, 차량 헤드램프 시스템(500) 또는 차량 내의 다른 위치들에, 예를 들어, 환경 조건들(예를 들어, 하루 중 시간, 비, 안개, 또는 주변 광 레벨들), 차량 상태(예를 들어, 주차, 운행중(in-motion), 운행 속도, 또는 운행 방향), 및 다른 객체들(예를 들어, 차량들 또는 보행자들)의 존재/포지션과 관련된 추가적인 데이터를 제공할 수 있다. 차량 데이터 버스에 통신가능하게 결합된 임의의 차량 제어기와 별개인 헤드램프 제어기가 또한 차량 헤드램프 시스템(500) 내에 포함될 수 있다. 도 5에서, 헤드램프 제어기는 마이크로컨트롤러(μc)(516)와 같은 마이크로컨트롤러일 수 있다. 마이크로컨트롤러(516)는 데이터 버스(504)에 통신가능하게 결합될 수 있다.Power lines 502 may have inputs to receive power from the vehicle, and data bus 504 may have inputs/outputs through which data may be exchanged between the vehicle and vehicle headlamp system 500 . can For example, vehicle headlamp system 500 can receive commands, such as commands to turn on turn signals or turn on headlamps, from other locations within the vehicle, if desired, within the vehicle. Feedback can be sent to other locations. The sensor module 510 may be communicatively coupled to the data bus 504 and may be connected to the vehicle headlamp system 500 or other locations within the vehicle, for example, in response to environmental conditions (e.g., time of day). , rain, fog, or ambient light levels), vehicle status (eg, parking, in-motion, driving speed, or driving direction), and other objects (eg, vehicles or pedestrians). ) can provide additional data related to the presence/position of A headlamp controller separate from any vehicle controller communicatively coupled to the vehicle data bus may also be included within vehicle headlamp system 500 . In FIG. 5 , the headlamp controller may be a microcontroller such as microcontroller (μc) 516 . A microcontroller 516 may be communicatively coupled to data bus 504 .

입력 필터 및 보호 모듈(506)이 전력 라인들(502)에 전기적으로 결합될 수 있고, 예를 들어, 전도된 방출(conducted emission)들을 감소시키고 전력 내성(power immunity)을 제공하기 위해 다양한 필터들을 지원할 수 있다. 또한, 입력 필터 및 보호 모듈(506)은 정전기 방전(electrostatic discharge, ESD) 보호, 로드-덤프(load-dump) 보호, 교류발전기 필드 감쇠(alternator field decay) 보호, 및/또는 역 극성(reverse polarity) 보호를 제공할 수 있다.An input filter and protection module 506 may be electrically coupled to the power lines 502 and may include various filters, for example, to reduce conducted emissions and provide power immunity. can support In addition, the input filter and protection module 506 may include electrostatic discharge (ESD) protection, load-dump protection, alternator field decay protection, and/or reverse polarity protection. ) can provide protection.

LED DC/DC 모듈(512)은 필터링된 전력을 수신하고 구동 전류를 제공하여 액티브 헤드램프(518)의 LED 어레이 내의 LED들에 전력을 공급하기 위해 필터 및 보호 모듈(506)과 액티브 헤드램프(518) 사이에 결합될 수 있다. LED DC/DC 모듈(512)은 대략 13.2 볼트의 공칭 전압을 갖는 7 볼트 내지 18 볼트의 입력 전압, 및 (예를 들어, 부하, 온도 또는 다른 인자들로 인한 인자 또는 로컬 캘리브레이션 및 동작 조건 조정들에 의해 결정된 대로의) LED 어레이에 대한 최대 전압보다 약간(예를 들어, 0.3 볼트) 더 높을 수 있는 출력 전압을 가질 수 있다.The LED DC/DC module 512 receives the filtered power and provides a drive current to power the LEDs in the LED array of the active headlamp 518, together with the filter and protection module 506 and the active headlamp ( 518) can be combined between them. The LED DC/DC module 512 has an input voltage of 7 volts to 18 volts with a nominal voltage of approximately 13.2 volts, and (e.g., factors due to load, temperature or other factors or local calibration and operating condition adjustments). may have an output voltage that may be slightly (eg, 0.3 volts) higher than the maximum voltage for the LED array (as determined by

로직 LDO 모듈(514)이 필터링된 전력을 수신하기 위해 입력 필터 및 보호 모듈(506)에 결합될 수 있다. 로직 LDO 모듈(514)은 또한 액티브 헤드램프(518) 내의 실리콘 백플레인(예를 들어, CMOS 로직) 및/또는 마이크로컨트롤러(516)에 전력을 제공하기 위해 액티브 헤드램프(518) 및 마이크로컨트롤러(516)에 결합될 수 있다.A logic LDO module 514 may be coupled to the input filter and protection module 506 to receive the filtered power. Logic LDO module 514 also includes active headlamp 518 and microcontroller 516 to provide power to silicon backplane (e.g., CMOS logic) and/or microcontroller 516 within active headlamp 518. ) can be combined.

버스 송수신기(508)는, 예를 들어, UART(universal asynchronous receiver transmitter) 또는 SPI(serial peripheral interface)를 가질 수 있고, 마이크로컨트롤러(516)에 결합될 수 있다. 마이크로컨트롤러(516)는 센서 모듈(510)로부터의 데이터에 기초하여, 또는 센서 모듈(510)로부터의 데이터를 포함하여, 차량 입력을 변환할 수 있다. 변환된 차량 입력은 액티브 헤드램프 모듈(518) 내의 이미지 버퍼에 전달가능한 비디오 신호를 포함할 수 있다. 게다가, 마이크로컨트롤러(516)는 디폴트 이미지 프레임들을 로딩하고, 시동 동안 개방/단락 픽셀들(open/short pixels)을 테스트할 수 있다. 실시예들에서, SPI 인터페이스는 CMOS에서 이미지 버퍼를 로딩할 수 있다. 이미지 프레임들은 풀 프레임, 차분(differential) 또는 부분 프레임들일 수 있다. 마이크로컨트롤러(516)의 다른 특징들은 로직 LDO 출력뿐만 아니라, 다이 온도를 포함한 CMOS 상태의 제어 인터페이스 모니터링을 포함할 수 있다. 실시예들에서, LED DC/DC 출력은 헤드룸을 최소화하도록 동적으로 제어될 수 있다. 이미지 프레임 데이터를 제공하는 것 외에도, 사이드 마커 또는 방향 지시등과 함께 상보적으로 사용하는 것, 및/또는 주간 주행등을 활성화하는 것과 같은 다른 헤드램프 기능들이 또한 제어될 수 있다.Bus transceiver 508 may have, for example, a universal asynchronous receiver transmitter (UART) or a serial peripheral interface (SPI), and may be coupled to microcontroller 516 . Microcontroller 516 may transform vehicle inputs based on or including data from sensor module 510 . The converted vehicle input may include a video signal passable to an image buffer within the active headlamp module 518 . In addition, the microcontroller 516 may load default image frames and test open/short pixels during startup. In embodiments, the SPI interface may load an image buffer in CMOS. Image frames can be full frame, differential or partial frames. Other features of microcontroller 516 may include control interface monitoring of CMOS status including die temperature, as well as logic LDO outputs. In embodiments, the LED DC/DC output can be dynamically controlled to minimize headroom. Besides providing image frame data, other headlamp functions may also be controlled, such as complementary use with side markers or turn signals, and/or activating daytime running lights.

도 6은 또 다른 예시적인 차량 헤드램프 시스템(600)의 도면이다. 도 6에 도시된 예시적인 차량 헤드램프 시스템(600)은 응용 플랫폼(602), 2개의 LED 조명 시스템(606 및 608), 및 광학계(610 및 612)를 포함한다. 2개의 LED 조명 시스템(606 및 608)은 도 2b의 LED 조명 시스템(250)과 같은 LED 조명 시스템들일 수 있거나, 또는 도 5의 차량 헤드램프 시스템(500) 내의 모든 다른 모듈들의 일부를 더한 LED 조명 시스템(250)을 포함할 수 있다. 후자의 실시예에서, LED 조명 시스템들(606 및 608)은 차량 헤드램프 서브시스템들일 수 있다.6 is a diagram of another exemplary vehicle headlamp system 600 . The exemplary vehicle headlamp system 600 shown in FIG. 6 includes an application platform 602 , two LED lighting systems 606 and 608 , and optics 610 and 612 . The two LED lighting systems 606 and 608 can be LED lighting systems such as LED lighting system 250 of FIG. 2B , or LED lighting plus some of all other modules in vehicle headlamp system 500 of FIG. 5 . system 250. In the latter embodiment, LED lighting systems 606 and 608 may be vehicle headlamp subsystems.

LED 조명 시스템(608)은 광 빔들(614)(도 6의 화살표들(614a 및 614b) 사이에 도시됨)을 방출할 수 있다. LED 조명 시스템(606)은 광 빔들(616)(도 6의 화살표들(616a 및 616b) 사이에 도시됨)을 방출할 수 있다. 도 6에 도시된 실시예에서, 보조 광학계(610)가 LED 조명 시스템(608)에 인접하고, LED 조명 시스템(608)으로부터 방출된 광은 보조 광학계(610)를 통과한다. 유사하게, 보조 광학계(612)가 LED 조명 시스템(606)에 인접하고, LED 조명 시스템(606)으로부터 방출된 광은 보조 광학계(612)를 통과한다. 대안적인 실시예들에서는, 차량 헤드램프 시스템에 어떠한 보조 광학계들(610/612)도 제공되지 않는다.The LED lighting system 608 can emit light beams 614 (shown between arrows 614a and 614b in FIG. 6 ). The LED lighting system 606 can emit light beams 616 (shown between arrows 616a and 616b in FIG. 6 ). In the embodiment shown in FIG. 6 , secondary optics 610 are adjacent to LED lighting system 608 , and light emitted from LED lighting system 608 passes through secondary optics 610 . Similarly, secondary optics 612 are adjacent to LED lighting system 606, and light emitted from LED lighting system 606 passes through secondary optics 612. In alternative embodiments, no auxiliary optics 610/612 are provided in the vehicle headlamp system.

포함되는 경우, 보조 광학계들(610/612)은 하나 이상의 도광체일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 하나 이상의 도광체는 에지 발광형(edge lit)일 수 있거나 또는 도광체의 내부 에지를 정의하는 내부 개구를 가질 수 있다. LED 조명 시스템들(608 및 606)(또는 차량 헤드램프 서브시스템의 액티브 헤드램프)은 하나 이상의 도광체의 내부 개구들에 삽입되어, 하나 이상의 도광체의 내부 에지(내부 개구 도광체) 또는 외부 에지(에지 발광형 도광체) 내로 광을 주입할 수 있다. 실시예들에서, 하나 이상의 도광체는 LED 조명 시스템들(608 및 606)에 의해 방출된 광을, 예를 들어, 기울기, 모따기 분포(chamfered distribution), 좁은 분포, 넓은 분포, 또는 각도 분포와 같은, 원하는 방식으로 형상화할 수 있다.If included, the auxiliary optics 610/612 may be or include one or more light guides. One or more light guides may be edge lit or may have internal apertures defining an inner edge of the light guide. The LED lighting systems 608 and 606 (or active headlamps in the vehicle headlamp subsystem) are inserted into the interior openings of one or more light guides, such that the interior edges of the one or more light guides (inner aperture light guides) or the exterior edges Light can be injected into (the edge-emitting type light guide member). In embodiments, one or more light guides distribute light emitted by the LED lighting systems 608 and 606 in a skewed, chamfered, narrow, broad, or angular distribution, for example. , can be shaped in any way you like.

응용 플랫폼(602)은 도 5의 전력 라인들(502) 및 데이터 버스(504) 중 하나 이상 또는 일부를 포함할 수 있는 라인들(604)을 통해 LED 조명 시스템들(606 및/또는 608)에 전력 및/또는 데이터를 제공할 수 있다. 하나 이상의 센서(예시적인 차량 헤드램프 시스템(500) 내의 센서들 또는 다른 추가적인 센서들일 수 있음)가 응용 플랫폼(602)의 하우징의 내부 또는 외부에 있을 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 도 5의 예시적인 차량 헤드램프 시스템(500)에 도시된 바와 같이, 각각의 LED 조명 시스템(608 및 606)은 그 자신의 센서 모듈, 연결성 및 제어 모듈(connectivity and control module), 전력 모듈, 및/또는 LED 어레이를 포함할 수 있다.Application platform 602 connects LED lighting systems 606 and/or 608 via lines 604, which may include one or more or a portion of power lines 502 and data bus 504 of FIG. It may provide power and/or data. One or more sensors (which may be sensors within the exemplary vehicle headlamp system 500 or other additional sensors) may be internal or external to the housing of the application platform 602 . Alternatively or additionally, as shown in the exemplary vehicle headlamp system 500 of FIG. 5 , each LED lighting system 608 and 606 has its own sensor module, connectivity and control module. ), power modules, and/or LED arrays.

실시예들에서, 차량 헤드램프 시스템(600)은, 조향가능한 광을 제공하기 위해 LED들이 선택적으로 활성화될 수 있는, 조향가능한 광 빔들(steerable light beams)을 갖는 자동차를 나타낼 수 있다. 예를 들어, LED들의 어레이(예를 들어, LED 어레이(102))는 형상 또는 패턴을 정의 또는 투사하거나 도로의 선택된 섹션들만을 조명하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, LED 조명 시스템들(606 및 608) 내의 적외선 카메라들 또는 검출기 픽셀들은 조명(illumination)을 요구하는 장면의 부분들(예를 들어, 도로 또는 횡단보도)을 식별하는 센서들(예를 들어, 도 5의 센서 모듈(510) 내의 센서들과 유사함)일 수 있다.In embodiments, vehicle headlamp system 600 may represent an automobile with steerable light beams in which LEDs may be selectively activated to provide steerable light. For example, an array of LEDs (eg, LED array 102 ) may be used to define or project a shape or pattern or to illuminate only selected sections of a roadway. In the illustrative embodiment, infrared cameras or detector pixels within LED lighting systems 606 and 608 are sensors (e.g., roads or crosswalks) that identify parts of a scene (e.g., roads or crosswalks) that require illumination. eg, similar to the sensors in sensor module 510 of FIG. 5).

도 7은 도 2b의 LED 조명 시스템(250)과 같은 LED 조명 시스템을 제조하는 예시적인 방법(700)의 흐름도이다.7 is a flow diagram of an exemplary method 700 of manufacturing an LED lighting system such as LED lighting system 250 of FIG. 2B.

도 7의 예시적인 방법(700)에서, 열 전도성 인레이가 제1 기판에 매립될 수 있다(702). 실시예들에서, 이는 제1 기판 내의 개구에 열 전도성 인레이를 배치함으로써 행해질 수 있다. 일부 실시예들에서, 열 전도성 인레이는 접착제를 사용하여 기판의 노출된 내부 측면 표면들에 접착될 수 있거나 압입(pressure fit)될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판은 열 전도성 인레이 주위에 몰딩될 수 있다. 수동 컴포넌트들이 제1 기판 상에 표면 실장(surface mount)될 수 있다(704). 실시예들에서, 수동 컴포넌트들은 제1 기판의 제1 또는 최상부 표면 상의 다수의 금속 콘택들 중 적어도 일부 상에, 예를 들어, 납땜에 의해 실장될 수 있다. 실시예들에서, 비아들 및 다른 표면 금속화부가 열 전도성 인레이가 매립될 때 제1 기판 상에 이미 형성될 수 있거나 또는 그 후에 형성될 수 있다.In the exemplary method 700 of FIG. 7 , a thermally conductive inlay may be embedded 702 in the first substrate. In embodiments, this may be done by placing a thermally conductive inlay in an opening in the first substrate. In some embodiments, the thermally conductive inlay may be adhered to the exposed inner side surfaces of the substrate using an adhesive or pressure fit. In some embodiments, the substrate may be molded around the thermally conductive inlay. Passive components can be surface mounted on the first substrate (704). In embodiments, the passive components may be mounted, for example by soldering, on at least some of the plurality of metal contacts on the first or top surface of the first substrate. In embodiments, vias and other surface metallization may already be formed on the first substrate when the thermally conductive inlay is buried or may be formed thereafter.

마이크로-LED 어레이와 같은 LED 어레이가 실리콘 백플레인의 제1 또는 최상부 표면에 부착될 수 있다(706). 실시예들에서, LED 어레이는 구리 필러 범프들과 같은 커넥터들의 어레이를 포함할 수 있고, 그것들은 납땜, 리플로우 또는 다른 방법들에 의해 실리콘 백플레인 내의 구동기들에 개별적으로 결합될 수 있다. 열 전도성 재료가 제1 기판 상에 분배(dispense)될 수 있다(708). 실시예들에서, 열 전도성 재료는 열 전도성 인레이 또는 그 일부에 부착된 적어도 금속 패드 상에 분배될 수 있다. 다른 실시예들에서, 열 전도성 재료는 적어도 열 전도성 인레이 상에 직접 분배될 수 있다. 일부 실시예들에서, 열 전도성 재료는 제1 기판의 제1 또는 최상부 표면의 전체를 커버할 수 있다. 실시예들에서, 열 전도성 재료는 은일 수 있다. LED 어레이가 부착된 백플레인은, 예를 들어 그것을 열 전도성 재료 상에 배치하고 그것을 경화할 수 있게 함으로써 제1 기판에 다이 부착(die attach)될 수 있다(710).An LED array, such as a micro-LED array, may be attached to the first or top surface of the silicon backplane (706). In embodiments, an LED array may include an array of connectors, such as copper pillar bumps, which may be individually coupled to drivers within a silicon backplane by soldering, reflow, or other methods. A thermally conductive material may be dispensed on the first substrate (708). In embodiments, the thermally conductive material may be dispensed onto at least a metal pad attached to the thermally conductive inlay or portion thereof. In other embodiments, the thermally conductive material may be dispensed directly onto at least the thermally conductive inlay. In some embodiments, the thermally conductive material can cover the entirety of the first or top surface of the first substrate. In embodiments, the thermally conductive material may be silver. The backplane to which the LED array is attached may be die attached (710) to the first substrate, for example by placing it on a thermally conductive material and allowing it to cure.

백플레인은 제1 기판에 와이어본드 부착(wirebond attach)될 수 있다(712). 이것은, 예를 들어, 리본 와이어, 플렉시블 회로, 또는 기타 커넥터를 사용하고, 백플레인 상의 금속 콘택들, 패드들 또는 핀들을, 제1 기판의 제1 또는 최상부 표면 상의 금속 콘택들, 패드들 또는 핀들에 납땜하거나 다른 방식으로 전기적으로 결합함으로써 행해질 수 있다. 위에 상세히 설명된 것과 같은 캡슐화제 재료가 와이어본드들(예를 들어, 리본 와이어들, 플렉시블 회로들, 또는 다른 전도성 커넥터들) 상에 분배되거나 그 주위에 몰딩될 수 있다(714). 실시예들에서, 이는 와이어본드들이 캡슐화제 재료에 의해 완전히 커버되는 결과를 초래할 수 있다.The backplane may be wirebond attached to the first substrate (712). This may be done using, for example, a ribbon wire, flexible circuit, or other connector, and attaching metal contacts, pads or pins on the backplane to metal contacts, pads or pins on the first or top surface of the first substrate. This may be done by soldering or otherwise electrically bonding. An encapsulant material, as detailed above, may be dispensed onto or molded around wirebonds (eg, ribbon wires, flexible circuits, or other conductive connectors) (714). In embodiments, this may result in the wirebonds being completely covered by the encapsulant material.

제2 기판(예를 들어, 회로 보드)이, 예를 들어, TIM과 같은 열 전도성 재료를 사용하여 히트 싱크에 부착될 수 있다(716). 일부 실시예들에서, 제1 기판은 제2 기판에 매립될 수 있다(718a). 이러한 실시예들에서, 이것은, 제1 기판을 제2 기판의 개구 내에 배치하고, TIM과 같은 열 전도성 재료를 사용하여, 제1 기판을 히트 싱크의 제1 또는 최상부 표면에 부착함으로써 행해질 수 있다. 실시예들에서, 제2 기판은 별도로 부착된 금속 패드를 포함하거나 가질 수 있는 매립된 제2 열 인레이를 가질 수 있고, 제1 및 제2 금속 인레이들은 함께 납땜될 수 있다. 제2 금속 인레이는, 예를 들어, 제2 금속 인레이를 히트 싱크의 개구 내에 배치하고 제2 금속 인레이를 히트 싱크에 압입하거나 본딩함으로써, 히트 싱크에 매립될 수 있다.A second substrate (eg, circuit board) may be attached to the heat sink (716) using, for example, a thermally conductive material such as TIM. In some embodiments, the first substrate may be embedded in the second substrate (718a). In such embodiments, this may be done by placing the first substrate within an opening of the second substrate and attaching the first substrate to the first or top surface of the heat sink using a thermally conductive material, such as a TIM. In embodiments, the second substrate may have a buried second thermal inlay, which may include or have a separately attached metal pad, and the first and second metal inlays may be soldered together. The second metal inlay may be embedded in the heat sink by, for example, placing the second metal inlay in an opening of the heat sink and press-fitting or bonding the second metal inlay to the heat sink.

다른 실시예들에서, 제1 기판은 제2 기판 상에 표면 실장될 수 있다(718b). 실시예들에서, 제1 기판의 제2 또는 최하부 표면 상의 금속 패드들 또는 콘택들은 제2 기판의 제1 또는 최상부 표면 상의 금속 패드들 또는 콘택들에 납땜되거나 다른 방식으로 전기적으로 결합될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 제1 기판에 매립된 열 전도성 인레이와 제2 기판에 매립된 열 전도성 인레이는, 예를 들어, 양자의 열 전도성 인레이들 또는 그 일부 상의 패드들을 함께 납땜하거나 또는 열 전도성 인레이들을 함께 직접 납땜함으로써, 열적으로 결합할 수 있다.In other embodiments, the first substrate can be surface mounted on the second substrate (718b). In embodiments, metal pads or contacts on the second or bottom surface of the first substrate may be soldered or otherwise electrically coupled to metal pads or contacts on the first or top surface of the second substrate. Also, in some embodiments, a thermally conductive inlay embedded in a first substrate and a thermally conductive inlay embedded in a second substrate may be soldered together or thermally conductive, for example, pads on both thermally conductive inlays or portions thereof. By directly soldering the conductive inlays together, they can be thermally bonded.

제1 기판은 제2 기판에 와이어본딩될 수 있다(720). 이것은, 예를 들어, 리본 와이어, 플렉시블 회로, 또는 기타 커넥터를 사용하고, 제1 기판 상의 금속 콘택들, 패드들 또는 핀들을, 제2 기판의 제1 또는 최상부 표면 상의 금속 콘택들, 패드들 또는 핀들에 납땜하거나 다른 방식으로 전기적으로 결합함으로써 행해질 수 있다. 위에 상세히 설명된 것과 같은 캡슐화제 재료가 와이어본드들(예를 들어, 리본 와이어들, 플렉시블 회로들, 또는 다른 전도성 커넥터들) 상에 분배되거나 그 주위에 몰딩될 수 있다. 실시예들에서, 이는 와이어본드들이 캡슐화제 재료에 의해 완전히 커버되는 결과를 초래할 수 있다.The first substrate may be wire bonded to the second substrate (720). This can be done using, for example, a ribbon wire, flexible circuit, or other connector, metal contacts, pads or pins on a first substrate, metal contacts, pads or pins on a first or top surface of a second substrate. This may be done by soldering or otherwise electrically bonding to the pins. An encapsulant material as detailed above may be dispensed onto or molded around wirebonds (eg, ribbon wires, flexible circuits, or other conductive connectors). In embodiments, this may result in the wirebonds being completely covered by the encapsulant material.

실시예들을 상세히 설명하였지만, 본 기술분야의 통상의 기술자들은, 본 설명이 주어지면, 본 발명 개념의 사상으로부터 벗어나지 않고 본 명세서에 설명된 실시예들에 대한 수정들이 이루어질 수 있다는 것을 알 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 도시되고 설명된 특정 실시예들에 제한되는 것으로 의도되지 않는다.Although embodiments have been described in detail, those skilled in the art, given this description, will recognize that modifications may be made to the embodiments described herein without departing from the spirit of the inventive concept. Accordingly, the scope of the present invention is not intended to be limited to the specific embodiments shown and described.

Claims (21)

디바이스로서,
최상부 표면 및 최하부 표면을 갖는 하이브리드화된 디바이스(hybridized device);
패키징 기판 - 상기 패키징 기판은 상기 패키징 기판의 발광 최상부 표면 상의 개구 내에 금속 슬러그(metal slug)를 포함하고, 상기 금속 슬러그는 상기 하이브리드화된 디바이스의 최하부 표면에 열적으로 결합됨 - ;
상기 패키징 기판의 발광 최상부 표면 상의 복수의 전도성 콘택들 - 상기 패키징 기판의 발광 최상부 표면 상의 상기 복수의 전도성 콘택들은 외부 제어 보드에 대한 인터페이스들임 - ; 및
상기 하이브리드화된 디바이스의 최상부 표면과 상기 패키징 기판의 발광 최상부 표면 사이에 전기적으로 결합된 복수의 전도성 커넥터들
을 포함하는, 디바이스.As a device,
a hybridized device having a top surface and a bottom surface;
a packaging substrate comprising a metal slug in an opening on an emissive top surface of the packaging substrate, the metal slug being thermally coupled to a bottom surface of the hybridized device;
a plurality of conductive contacts on the light emitting top surface of the packaging substrate, the plurality of conductive contacts on the light emitting top surface of the packaging substrate being interfaces to an external control board; and
A plurality of conductive connectors electrically coupled between the top surface of the hybridized device and the light emitting top surface of the packaging substrate.
Including, device. 제1항에 있어서, 상기 하이브리드화된 디바이스는 실리콘 백플레인 및 상기 실리콘 백플레인 상의 모놀리식 어레이를 포함하고, 상기 모놀리식 어레이는 복수의 발광 세그먼트들을 포함하는, 디바이스.The device of claim 1 , wherein the hybridized device comprises a silicon backplane and a monolithic array on the silicon backplane, the monolithic array comprising a plurality of light emitting segments. 제2항에 있어서, 상기 실리콘 백플레인은 복수의 구동기들을 포함하고, 상기 복수의 구동기들 중 하나는 상기 복수의 발광 세그먼트들 중 하나 또는 하위세트에 구동 전류를 제공하도록 전기적으로 결합되는, 디바이스.3. The device of claim 2, wherein the silicon backplane includes a plurality of drivers, one of the plurality of drivers electrically coupled to provide a drive current to one or a subset of the plurality of light emitting segments. 제2항에 있어서, 상기 복수의 발광 세그먼트들은 20 ㎛ 이하로 이격된 적어도 20,000개의 발광 세그먼트를 포함하는, 디바이스.3. The device of claim 2, wherein the plurality of light emitting segments comprises at least 20,000 light emitting segments spaced no more than 20 μm apart. 제1항에 있어서, 상기 금속 슬러그의 최상부 표면과 상기 하이브리드화된 디바이스의 최하부 표면 사이에 열 전도성 금속 재료의 층을 추가로 포함하는, 디바이스.The device of claim 1 , further comprising a layer of thermally conductive metallic material between the top surface of the metal slug and the bottom surface of the hybridized device. 제1항에 있어서, 상기 금속 슬러그는 상기 패키징 기판에 매립된(embedded) 구리 재료의 단일 보디(body)를 포함하는, 디바이스.The device of claim 1 , wherein the metal slug comprises a single body of copper material embedded in the packaging substrate. 제1항에 있어서, 상기 복수의 전도성 커넥터들을 커버하는 광 차단 캡슐화제(light-blocking encapsulant)를 추가로 포함하는, 디바이스.The device of claim 1 , further comprising a light-blocking encapsulant covering the plurality of conductive connectors. 제7항에 있어서, 상기 광 차단 캡슐화제는 탄소 필러를 갖는 실리콘 또는 에폭시 중 하나인, 디바이스.8. The device of claim 7, wherein the light blocking encapsulant is one of silicone or epoxy with carbon fillers. 제1항에 있어서, 상기 복수의 전도성 커넥터들과 상기 복수의 전도성 콘택들 사이에 전기적으로 결합된 상기 패키징 기판의 최상부 표면 상의 적어도 하나의 금속화 층(metallization layer)을 추가로 포함하는, 디바이스.The device of claim 1 , further comprising at least one metallization layer on a top surface of the packaging substrate electrically coupled between the plurality of conductive connectors and the plurality of conductive contacts. 디바이스로서,
최상부 표면을 갖는 히트 싱크(heat sink);
최상부 표면 및 최하부 표면을 갖고 개구를 정의하는 제어 보드 - 상기 제어 보드의 최하부 표면은 상기 히트 싱크의 최상부 표면에 열적으로 결합됨 - ;
상기 제어 보드의 상기 개구에 적어도 부분적으로 있는 발광 디바이스 패키지 - 상기 발광 디바이스 패키지는 패키징 기판의 발광 최상부 표면 상의 하이브리드화된 디바이스, 상기 패키징 기판의 발광 최상부 표면 상의 개구 내의 금속 슬러그, 및 상기 패키징 기판의 발광 최상부 표면 상의 복수의 전도성 콘택들을 포함하고, 상기 패키징 기판의 최하부 표면은 상기 히트 싱크의 최상부 표면에 열적으로 결합됨 - ; 및
상기 제어 보드의 최상부 표면과 상기 패키징 기판의 발광 최상부 표면 상의 상기 복수의 전도성 콘택들 사이에 전기적으로 결합된 복수의 전도성 커넥터들
을 포함하는, 디바이스. As a device,
a heat sink having a top surface;
a control board having a top surface and a bottom surface defining an opening, the bottom surface of the control board being thermally coupled to the top surface of the heat sink;
A light emitting device package at least partially in the opening of the control board, the light emitting device package comprising a hybridized device on a light emitting top surface of a packaging substrate, a metal slug in an opening on the light emitting top surface of the packaging substrate, and a light emitting device package of the packaging substrate. a plurality of conductive contacts on a light emitting top surface, wherein a bottom surface of the packaging substrate is thermally coupled to a top surface of the heat sink; and
A plurality of conductive connectors electrically coupled between the plurality of conductive contacts on the top surface of the control board and the light emitting top surface of the packaging substrate.
Including, device. 제10항에 있어서,
상기 히트 싱크는 상기 히트 싱크의 최상부 표면 상의 개구 내에 금속 인레이를 추가로 포함하고,
상기 금속 슬러그의 최하부 표면이 상기 금속 인레이의 최상부 표면에 열적으로 결합되는, 디바이스.According to claim 10,
the heat sink further comprises a metal inlay in an opening on a top surface of the heat sink;
wherein the bottom surface of the metal slug is thermally bonded to the top surface of the metal inlay. 제10항에 있어서, 상기 복수의 전도성 커넥터들은 와이어들, 리본 와이어들 및 플렉시블 회로들 중 하나인, 디바이스.11. The device of claim 10, wherein the plurality of conductive connectors are one of wires, ribbon wires and flexible circuits. 제10항에 있어서, 상기 하이브리드화된 디바이스는 실리콘 백플레인 및 상기 실리콘 백플레인 상의 적어도 하나의 모놀리식 어레이를 포함하고, 상기 적어도 하나의 모놀리식 어레이는 20 ㎛ 이하로 이격된 20,000개 이상의 발광 세그먼트를 포함하고, 상기 실리콘 백플레인은 상기 20,000개 이상의 발광 세그먼트 각각에 대한 또는 상기 20,000개 이상의 발광 세그먼트의 하위세트 각각에 대한 별개의 구동기를 포함하는, 디바이스.11. The device of claim 10, wherein the hybridized device comprises a silicon backplane and at least one monolithic array on the silicon backplane, the at least one monolithic array comprising at least 20,000 light emitting segments spaced no more than 20 μm apart. wherein the silicon backplane includes a separate driver for each of the 20,000 or more light emitting segments or for each subset of the 20,000 or more light emitting segments. 제10항에 있어서, 상기 발광 디바이스 패키지는 상기 패키징 기판과 상기 하이브리드화된 디바이스의 최상부 표면 사이에 전기적으로 결합된 복수의 다른 전도성 커넥터들을 추가로 포함하는, 디바이스.11. The device of claim 10, wherein the light emitting device package further comprises a plurality of other conductive connectors electrically coupled between the packaging substrate and a top surface of the hybridized device. 디바이스로서,
최상부 표면 및 최하부 표면을 갖는 제어 보드;
상기 제어 보드의 최상부 표면 상에 최하부 표면을 갖는 발광 디바이스 패키지 - 상기 발광 디바이스 패키지는 패키징 기판의 발광 최상부 표면 상의 하이브리드화된 디바이스, 상기 패키징 기판의 발광 최상부 표면 상의 개구 내의 금속 슬러그, 및 상기 패키징 기판의 발광 최상부 표면 상의 복수의 전도성 콘택들을 포함함 - ; 및
상기 제어 보드의 최상부 표면과 상기 패키징 기판의 발광 최상부 표면 상의 상기 복수의 전도성 콘택들 사이에 전기적으로 결합된 복수의 전도성 커넥터들
을 포함하는, 디바이스.As a device,
a control board having a top surface and a bottom surface;
A light emitting device package having a bottom surface on the top surface of the control board, the light emitting device package comprising a hybridized device on the light emitting top surface of a packaging substrate, a metal slug in an opening on the light emitting top surface of the packaging substrate, and the packaging substrate comprising a plurality of conductive contacts on the light emitting top surface of the; and
A plurality of conductive connectors electrically coupled between the plurality of conductive contacts on the top surface of the control board and the light emitting top surface of the packaging substrate.
Including, device. 제15항에 있어서,
상기 제어 보드는 상기 제어 보드의 최상부 표면 상의 개구 내에 금속 인레이를 추가로 포함하고,
상기 금속 슬러그의 최하부 표면이 상기 금속 인레이의 최상부 표면에 열적으로 결합되는, 디바이스.According to claim 15,
the control board further comprises a metal inlay in an opening on a top surface of the control board;
wherein the bottom surface of the metal slug is thermally bonded to the top surface of the metal inlay. 제15항에 있어서, 상기 복수의 전도성 커넥터들은 와이어들, 리본 와이어들 및 플렉시블 회로들 중 하나인, 디바이스.16. The device of claim 15, wherein the plurality of conductive connectors are one of wires, ribbon wires and flexible circuits. 제15항에 있어서, 상기 하이브리드화된 디바이스는 실리콘 백플레인 및 상기 실리콘 백플레인 상의 적어도 하나의 모놀리식 어레이를 포함하고, 상기 적어도 하나의 모놀리식 어레이는 20 ㎛ 이하로 이격된 20,000개 이상의 발광 세그먼트를 포함하고, 상기 실리콘 백플레인은 상기 20,000개 이상의 발광 세그먼트 각각에 대한 또는 상기 20,000개 이상의 발광 세그먼트의 하위세트 각각에 대한 별개의 구동기를 포함하는, 디바이스.16. The device of claim 15, wherein the hybridized device comprises a silicon backplane and at least one monolithic array on the silicon backplane, the at least one monolithic array comprising at least 20,000 light emitting segments spaced no more than 20 μm apart. wherein the silicon backplane includes a separate driver for each of the 20,000 or more light emitting segments or for each subset of the 20,000 or more light emitting segments. 제15항에 있어서, 상기 발광 디바이스 패키지는 상기 패키징 기판과 상기 하이브리드화된 디바이스의 최상부 표면 사이에 전기적으로 결합된 복수의 다른 전도성 커넥터들을 추가로 포함하는, 디바이스.16. The device of claim 15, wherein the light emitting device package further comprises a plurality of other conductive connectors electrically coupled between the packaging substrate and a top surface of the hybridized device. 삭제delete 삭제delete
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