KR20220152291A - 증대된 led 어레이 조립체를 제조하는 방법 - Google Patents

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KR20220152291A
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마이클 데커스
체 양 힌
로날드 본
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루미레즈 엘엘씨
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Abstract

LED 어레이 조립체는 하이브리드화된 디바이스 및 가요성 PCB를 포함할 수 있다. 하이브리드화된 디바이스는 구동기 IC 상에 장착된 마이크로 LED 어레이를 포함할 수 있다. 구동기 IC는 구동기 IC의 최상부 표면 상에 구동기 IC 컨택 패드들을 포함할 수 있다. 가요성 PCB는 바닥 표면, 바닥 표면 상의 제1 컨택 패드들, 바닥 표면 상의 제2 컨택 패드들, 및 컨택 브리지들을 가질 수 있다. 컨택 브리지들 각각은 제1 컨택 패드들 중 하나로부터 제2 컨택 패드들 중 하나로 연장된다. 구동기 IC 컨택 패드들 각각은 가요성 PCB의 제1 컨택 패드들 중 대응하는 것에 본딩된다.

Description

증대된 LED 어레이 조립체를 제조하는 방법
본 개시내용은 증대된 LED 어레이 조립체를 제조하는 방법을 설명한다.
고루멘 발광 다이오드(LED) 어레이들이 조명 응용들, 예컨대, 자동차 전방 조명 응용들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 적응형 구동 빔 시스템은 LED 어레이를 사용하여 실현될 수 있다.
LED 어레이 조립체는 하이브리드화된 디바이스 및 가요성 PCB를 포함한다. 하이브리드화된 디바이스는 구동기 IC 상에 장착된 마이크로 LED 어레이를 포함한다. 구동기 IC는 구동기 IC의 최상부 표면 상에 구동기 IC 컨택 패드들을 포함한다. 가요성 PCB는 바닥 표면, 바닥 표면 상의 제1 컨택 패드들, 바닥 표면 상의 제2 컨택 패드들, 및 컨택 브리지들을 갖는다. 컨택 브리지들 각각은 제1 컨택 패드들 중 하나로부터 제2 컨택 패드들 중 하나로 연장된다. 구동기 IC 컨택 패드들 각각은 가요성 PCB의 제1 컨택 패드들 중 대응하는 것에 본딩된다.
도 1a는 예시적인 LED 어레이의 상면도이고;
도 1b는 증대된 LED 어레이 조립체의 실시예를 통하는 단면을 도시하고;
도 2는 증대된 LED 어레이 조립체의 컨택 브리지 캐리어를 통하는 단면을 도시하고;
도 3은 증대된 LED 어레이 조립체의 실시예의 평면도를 도시하고;
도 4는 증대된 LED 어레이 조립체의 추가의 실시예의 평면도를 도시하고;
도 5는 LED 조명 회로의 실시예를 통하는 단면을 도시하고;
도 6은 종래 기술의 LED 조명 회로를 도시하고;
도 7은 예시적인 차량 헤드램프 시스템의 도면이고;
도 8은 다른 예시적인 차량 헤드램프 시스템의 도면이고;
도 9는 증대된 LED 어레이 조립체를 제조하는 예시적인 방법의 흐름도이고;
도 10은 LED 조명 회로를 제조하는 예시적인 방법의 흐름도이다.
상이한 광 조명 시스템들 및/또는 발광 다이오드("LED") 구현들의 예들이 첨부 도면들을 참조하여 이하에서 더 완전히 설명될 것이다. 이러한 예들은 상호 배타적이지 않고, 일 예에서 발견된 특징들은 추가적인 구현들을 달성하기 위해 하나 이상의 다른 예에서 발견된 특징들과 조합될 수 있다. 이에 따라, 첨부 도면들에 도시된 예들은 단지 예시적인 목적들을 위해 제공되고 그들은 본 개시내용을 어떤 방식으로든 제한하도록 의도된 것이 아니라는 것이 이해될 것이다. 전체에 걸쳐서 유사한 번호들은 유사한 요소들을 지칭한다.
다양한 요소들을 설명하기 위해 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 본원에서 사용될 수 있지만, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되어서는 안 된다는 점이 이해될 것이다. 이러한 용어들은 하나의 요소를 다른 요소와 구별하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고, 제1 요소는 제2 요소로 명명될 수 있고 제2 요소는 제1 요소로 명명될 수 있다. 본원에 사용되는 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 연관된 열거된 항목들 중 하나 이상의 항목의 임의의 그리고 모든 조합들을 포함할 수 있다.
한 요소, 예컨대, 층, 영역 또는 기판이 다른 요소 "상에" 있거나 다른 요소 "상으로" 연장되는 것으로 언급될 때, 한 요소가 다른 요소 상에 직접 있거나 다른 요소 상으로 직접 연장될 수 있거나 개재 요소들이 또한 존재할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 반대로, 한 요소가 다른 요소 "상에 직접" 있거나 다른 요소 "상으로 직접" 연장되는 것으로 언급될 때, 개재 요소들이 존재하지 않을 수 있다. 한 요소가 다른 요소에 "연결" 또는 "결합"되는 것으로 언급될 때, 한 요소가 다른 요소에 직접 연결 또는 결합될 수 있고/있거나 하나 이상의 개재 요소를 통해 다른 요소에 연결 또는 결합될 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다. 반대로, 한 요소가 다른 요소에 "직접 연결" 또는 "직접 결합"되는 것으로 언급될 때, 한 요소와 다른 요소 사이에 개재 요소들이 존재하지 않는다. 이러한 용어들은 도면들에 도시된 임의의 배향 외에 요소의 상이한 배향들을 포함하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다.
상대적 용어들, 예컨대, "아래", "위", "상부", "하부", "수평" 또는 "수직"이, 도면들에 예시된 바와 같이 한 요소, 층, 또는 영역과 다른 요소, 층, 또는 영역의 관계를 설명하기 위해 본원에서 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면들에 도시된 배향 외에 디바이스의 상이한 배향들을 포함하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다.
또한, LED들, LED 어레이들, 전기 구성요소들 및/또는 전자 구성요소들이 하나, 둘 또는 그 초과의 전자 보드들 상에 수납되는지 여부는 또한, 설계 제약들 및/또는 응용에 따를 수 있다.
LED 어레이는 낮은 픽셀 총계를 가질 수 있는데, 예를 들어, 어레이 형태로 배열된 10 - 80개의 단일 다이 LED들을 가질 수 있다. 더 큰 해상도를 제공할 수 있는, 높은 픽셀 총계를 갖는 LED 어레이의 경우, 수천 개의 LED들 또는 픽셀들을 갖는 완전히 통합된 마이크로 LED 디바이스를 구현하는 것이 바람직할 수 있다.
그러한 마이크로 LED 디바이스는, LED 어레이의 개별 픽셀들을 제어할 수 있는 구동기 집적 회로(IC), 예컨대, 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) IC의 최상부 상에 모놀리식 마이크로 LED 어레이를 포함하는 조립체로 제공될 수 있다. 그러한 마이크로 LED 조립체 또는 LED 어레이 조립체는 요구된 전기적 및 열적 인터페이스들의 고려 하에 시스템에 포함되어야 한다. 마이크로 LED 조립체는 또한, 제어 회로에 전기적 연결들을 제공할 수 있는, 인쇄 회로 보드(PCB) 상의 다른 회로에 연결될 수 있다. 작동 동안 LED 어레이로부터의 열을 소산시키기 위해 히트 스프레더가 또한 제공될 수 있다.
그러한 LED 어레이 조립체는 PCB에 연결될 수 있기 전에 먼저 히트싱크에 부착될 필요가 있을 수 있다. PCB에 대한 전기적 연결들은 와이어 본드들을 사용하여 이루어질 수 있다. 그러나, 그러한 조립 단계들은 비용이 많이 들 수 있고, 이용가능한 한정된 공간에 많은 개수의 와이어 본드들을 정확하게 형성하는 것이 어려울 수 있다. 그러므로, 본원에 설명된 실시예들은 LED 어레이 조립체를 조명 회로 내에 포함하기 위한 개선된 메커니즘들을 제공한다.
도 1a는 예시적인 LED 어레이(102)의 상면도이다. 도 1a에 예시된 예에서, LED 어레이(102)는 이미터들(124)의 어레이이다. LED 어레이들은 임의의 응용, 예컨대, LED 어레이 이미터들의 정밀 제어를 요구하는 응용을 위해 사용될 수 있다. LED 어레이(102)의 이미터들(124)은 개별적으로 어드레싱가능할 수 있거나 그룹들/서브세트들로 어드레싱가능할 수 있다.
LED 어레이(102)의 3x3 부분의 분해도가 도 1a에 또한 도시된다. 3x3 부분 분해도에 도시된 바와 같이, LED 어레이(102)는 각각 폭(w1)을 갖는 이미터들(124)을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 폭(w1)은 대략 100 ㎛ 이하(예를 들어, 40 ㎛)일 수 있다. 이미터들(124) 사이의 레인들(122)은 폭(w2)일 수 있다. 실시예들에서, 폭(w2)은 대략 20 ㎛ 이하(예를 들어, 5 ㎛)일 수 있다. 레인들(122)은 인접한 이미터들 사이에 에어 갭을 제공할 수 있거나 다른 물질을 포함할 수 있다. 하나의 이미터(124)의 중심으로부터 인접한 이미터(124)의 중심까지의 거리(d1)는 대략 120 ㎛ 이하(예를 들어, 45 ㎛)일 수 있다. 본원에 제공된 폭들 및 거리들은 단지 예들이고 실제 폭들 및/또는 치수들은 다양할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
대칭 매트릭스로 배열된 직사각형 이미터들이 도 1a에 도시되지만, 임의의 형상 및 배열의 이미터들이, 본원에 설명된 실시예들에 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 도 1a의 LED 어레이(102)는 임의의 적용가능한 배열, 예컨대, 200x100 매트릭스, 대칭 매트릭스, 비대칭 매트릭스 등으로 20,000개 초과의 이미터들을 포함할 수 있다. 또한, 이미터들, 매트릭스들 및/또는 보드들의 다수의 세트들이, 본원에 설명된 실시예들을 구현하기 위해 임의의 적용가능한 포맷으로 배열될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
위에서 언급된 바와 같이, LED 어레이들, 예컨대, LED 어레이(102)는 최대 20,000개 이상의 이미터들을 포함할 수 있다. 그러한 어레이들은 90 ㎟ 이상의 표면적을 가질 수 있고, 이들에 전력을 공급하기 위해 상당한 전력, 예컨대, 60 와트 이상을 요구할 수 있다. 이와 같은 LED 어레이는 마이크로 LED 어레이 또는 간단히 마이크로 LED로 지칭될 수 있다. 마이크로 LED는 기판 상에 제공된 개별 이미터들의 어레이를 포함할 수 있거나, 이미터들을 형성하는 세그먼트들로 분할된 단일의 규소 웨이퍼 또는 다이일 수 있다. 후자의 유형의 마이크로 LED는 모놀리식 LED로 지칭될 수 있다.
도 1b는 증대된 LED 어레이 조립체(1)의 실시예를 도시하고, LED 조명 회로에의 포함을 위해 구성된 하이브리드화된 디바이스(140)를 도시한다. 도 1b에 예시된 예에서, 하이브리드화된 디바이스(140)는 구동기 집적 회로(11) 상에 장착된 LED 어레이(10), 예컨대, 도 1a의 마이크로 LED 어레이(102)를 포함한다. 하나 이상의 실시예에서, 마이크로 LED 어레이는 마이크로미터 규모의 LED 픽셀들의 어레이를 포함할 수 있다. 실시예들에서, 픽셀 크기는 100 ㎛ 미만일 수 있고, 심지어 대략 1 ㎛일 수 있다. 마이크로 LED 어레이는 LED들의 2차원 어레이를 갖는 단일 다이로서 또는 개별 다이들의 어레이로서 제공될 수 있다. 마이크로 LED 어레이는 납땜 상호연결, 예컨대, 땜납 범프들, 마이크로 범프들, 구리 필러 범프들 등을 사용하여 다이-온-다이 조립체의 구동기 IC 상에 장착될 수 있다. 그러한 LED 조립체의 마이크로 LED 어레이는 약 60 W의 정격 전력을 가질 수 있다.
실시예들에서, 구동기 IC(11)는 CMOS 반도체 제조 프로세스들을 사용하여 실현될 수 있다. 그러한 구동기 IC는 단순히 CMOS 구동기 IC로 지칭될 수 있다. 하나 이상의 비제한적인 실시예에서, 구동기 집적 회로는 CMOS 구동기 IC이다. 구동기 IC(11)는 또한, 본원에서 규소 백플레인으로 지칭될 수 있다.
일부 실시예들에서, 마이크로 LED 어레이는, 예를 들어, 리플로우-땜납 절차에서 구동기 IC에 장착되었다. 구동기 IC는 위에서 볼 때 본질적으로 정사각형 또는 직사각형일 수 있고, 1,000 - 20,000개의 LED들을 갖는 마이크로 LED 어레이를 구동하기 위해, 구동기 IC의 상부면의 모든 4개의 에지들 근처에 컨택 패드들의 배열, 예를 들어, CMOS IC의 에지들을 따라 분포된 50 - 200개의 컨택 패드들을 가질 수 있다. 마이크로 LED 어레이는 구동기 IC의 상부 표면 상에 중심을 둘 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따른 증대된 LED 어레이 조립체는, 하이브리드화된 디바이스가 평면 컨택 브리지 캐리어에 의해 증대되고, 완성된 증대된 LED 어레이 조립체는 개별 구성요소로서 취급될 수 있다는 것을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 컨택 브리지 캐리어의 제2 컨택 패드들은 본질적으로 구동기 IC 컨택 패드들에 대한 전기적 연결들일 수 있다. 후속 제조 스테이지에서, 증대된 LED 어레이 조립체는 구동기 IC 컨택 패드들에 대한 와이어 본드들을 형성할 필요가 없을 것이기 때문에 조명 회로에 쉽게 장착될 수 있다.
일부 실시예들에서, 증대된 LED 어레이 조립체는 조립체를 취급하는 것을 보조하기 위해 평면 컨택 브리지 캐리어가 사용되는 것을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 툴, 예컨대, 픽-앤-플레이스 기계는 조립체를 하나의 위치로부터 다른 위치로 이동시킬 때 조립체를 유지하기 위해 컨택 브리지 캐리어의 상부 표면에 대해 흡인을 가할 수 있다. 그러한 취급의 용이성은 조립체, 예컨대, LED 어레이의 방출면에 대한 손상이 회피될 수 있는 것을 보장할 수 있다. 이는 종래의 조립체들과 대조적일 수 있는데, 종래의 조립체들에서는 LED 조립체가, PC에 연결하기 위해 나중에 필요할 수 있는 컨택들을 포함하지 않을 수 있고, 이때문에 이러한 컨택들은 LED 조립체가 히트싱크 상에 장착된 후에 와이어 본드들을 사용하여 나중에 만들어져야 한다. 그러나, 예컨대, 본원에 설명된 증대된 LED 어레이 조립체들은 증대된 LED 어레이 조립체를 PCB에 연결하는 프로세스가 크게 단순화될 수 있도록 컨택 브리지 캐리어의 형태의 컨택들을 이미 포함할 수 있다.
실시예들에서, 증대된 LED 어레이 조립체는 컨택 브리지 캐리어 상에 장착된 다수의 수동 회로 구성요소들, 예컨대, 커패시터들 및 저항기들을 포함할 수 있다.
도 2는 증대된 LED 어레이 조립체(1)의 제조 스테이지를 예시하고, 구동기 IC(11)의 일 측에 대한 가요성 컨택 브리지 캐리어(12)를 도시한다. 구동기 IC(11)는 구동기 IC(11)를 외부 회로에 전기적으로 연결하는 역할을 할 수 있는 컨택 패드들(11C), 예컨대, 볼 그리드 어레이(BGA)의 금 범프들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 컨택 브리지 캐리어(12)는 다수의 컨택 브리지들(120)을 갖는 본질적으로 평면인 가요성 캐리어일 수 있다. 일부 실시예들에서, 컨택 브리지 캐리어(12)는 컨택 브리지들(120)을 내부에 갖는 얇은 가요성 PCB일 수 있다. 컨택 브리지(120)는 제1 내측 컨택 패드(120C_a)와 제2 외측 컨택 패드(120C_b) 사이에 연장될 수 있다. 컨택 패드들(120C_a, 120C_b)은 구리 또는 임의의 다른 적합한 금속을 퇴적시키거나 인쇄함으로써 만들어질 수 있다.
실시예들에서, 컨택 브리지 캐리어(12)는 컨택 브리지들이 캐리어의 한 면, 예컨대, 그의 하부면 상에 전도성 트랙들로서 인쇄되거나 퇴적되는 단일 층 캐리어일 수 있다. 실시예들에서, 컨택 브리지 캐리어는 캐리어의 내부 층에 형성된 컨택 브리지들을 갖는 다층 기판을 포함할 수 있다. 가요성 PCB의 외측 층들은 적합한 물질, 예컨대, 폴리이미드일 수 있다. 일부 실시예들에서, 컨택 브리지 캐리어는 폴리이미드와 같은 물질의 층들에 에워싸인 얇은 전도성 트랙들로 가요성일 수 있다.
구동기 IC(11)의 각각의 컨택 패드(11C)는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 영구 본드(1B)를 달성하기 위해 컨택 브리지 캐리어(12)의 내측 컨택 패드(120C_a)에 납땜되거나 본딩될 수 있는데, 이는 또한, 조립체(1)의 취급 동안 전기적 연결에 대한 손상을 방지하기 위해 땜납 본드(1B)에 도포되는 언더필(16)을 나타낸다. 도 1b에 예시된 예에서, 컨택 브리지 캐리어(12)의 상부면(12F)은 마이크로 LED 어레이(10)의 방출면(10F)보다 높지 않다. 언더필(16)은, 예를 들어, 평면 캐리어가 매우 얇고 고유의 가요성 정도를 가질 수 있기 때문에 사용될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 언더필(16)은 컨택 브리지 캐리어의 제1 컨택 패드들에서 땜납 본드들을 보호할 수 있다. 언더필(16)은 땜납 본드를 완전히 둘러쌀 수 있거나, 예를 들면, 땜납 본드의 하나 이상의 측을 따라 도포될 수 있다.
도 3은 증대된 LED 어레이 조립체(1)의 실시예의 평면도를 도시한다. 도 3에 예시된 예에서, 컨택 브리지 캐리어(12)는 LED 어레이 조립체(1)의 4개의 측들을 따라 배열된 4개의 섹션들(12a, 12b, 12c 및 12d)을 갖는다. 각각의 캐리어 섹션(12a, 12b, 12c 및 12d)은 구동기 컨택들의 1/4을 회로 보드 조립체에 연결할 수 있다. 다수의 컨택 패드들(120C_a, 120C_b) 및 컨택 브리지들(120)은 우측 캐리어 섹션(12b) 상에 파선들로 표시된다.
실시예들에서, 섹션들의 개수는 4개 초과이거나 4개 미만일 수 있다(예를 들어, 2개의 L 형상 컨택 브리지 캐리어들 또는 최대 4개의 섹션들). 각각의 섹션은 LED 조립체가 연결될 PCB의 방향으로 외측으로 연장될 수 있다.
도 4는 증대된 LED 어레이 조립체(1)의 추가의 실시예의 평면도를 도시한다. 도 4에 예시된 예에서, 평면 캐리어는 정사각형 칼라의 형태를 갖고, LED 어레이 조립체(1)의 4개의 측들 주위에 연장된다. 구동기 IC(11)의 외측 둘레는 점선으로 표시된다.
실시예들에서, 정사각형 칼라는 마이크로 LED 어레이의 발광 표면을 위한 정사각형 애퍼쳐를 포함할 수 있고 4개의 내측 에지들 모두를 따르는 제1 컨택 패드들 및 4개의 외측 에지들 모두를 따르는 제2 컨택 패드들을 가질 수 있다.
도 5는 제조 스테이지에서의 LED 조명 회로(3)의 실시예를 도시한다. 도 5에 예시된 예에서, LED 조명 회로(3)는 히트 스프레더(21) 상에 장착된 회로 보드(20)를 갖는 회로 보드 조립체(2)를 포함한다. 회로 보드(20)는 LED 어레이 조립체(1)의 구동기 IC(11)에 대한 전기적 연결들을 위해 구성된 컨택 패드들(20C)을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 회로 보드(20)는 LED 조립체를 수용하도록 형성된 PCB일 수 있다. 그러한 PCB는 LED 조립체를 수용하기에 충분히 큰 절취부를 갖도록 형성될 수 있다.
도 5는 회로 보드 조립체(2)의 히트 스프레더(21)와 구동기 IC(11) 사이에 열 본드(13)를 형성한 후의 증대된 LED 어레이 조립체(1)의 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 히트 스프레더(21)는 구동기 IC(11)를 수용하도록 구성된 상승된 시트(210)를 갖도록 성형된다. 도면의 좌측에서, 가요성 캐리어(12)의 외측 또는 제2 컨택 패드(120C_b)는 회로 보드(20)의 대응하는 컨택 패드(20C)에 납땜되려고 한다. 이를 위해, 핫 바(hot bar) 납땜 툴은 열을 가하는 동안, 회로 보드(20)를 향해 가요성 캐리어(12)를 누를 수 있다. 열과 압력의 조합은 제2 컨택 패드(120C_b)를 PCB 컨택 패드(20C)에 본딩할 수 있다. 도면의 우측에서, 가요성 캐리어(12)의 외측 또는 제2 컨택 패드(120C_b)는 회로 보드(20)의 대응하는 컨택 패드(20C)에 이미 납땜되었다. 캐리어(12)의 가요성은 본드들을 형성하는 것을 용이하게 할 수 있고, 또한, 높이에서의 상당한 차이가 극복되는 것을 허용할 수 있다.
일부 실시예들에서, LED 조명 회로는 PCB의 컨택 패드들과 컨택 브리지 캐리어의 제2 컨택 패드들 사이에 전기적 연결들을 이루는 것을 간단하게 만들 수 있다. 또한, 증대된 LED 어레이 조립체가 제 위치에 놓일 때, 컨택 브리지 캐리어의 제2 컨택 패드들의 세트가 PCB 컨택 패드들 위에 높은 정밀도로 정렬되도록 컨택 브리지 캐리어를 설계하는 것이 비교적 용이할 수 있다. 정확한 정렬은 땜납 연결들이 쉽고 정확하게 이루어질 수 있는 것을 보장할 수 있다.
일부 실시예들에서, 회로 보드(20)는 히트 스프레더(21)의 영역을 노출시키는 애퍼쳐를 포함할 수 있고, 애퍼쳐는 LED 어레이 조립체(11)를 수용하도록 성형될 수 있다. 간극은 작동 동안 열 소산을 개선하는 역할을 할 수 있다. 실시예들에서, 페디스털(210)은 애퍼쳐 내로 상향 연장될 수 있다.
도 6은 회로 보드(20)의 애퍼쳐에 배열된 히트 싱크(61) 상에 장착된 구동기 IC(11)를 갖는 LED 조명 회로(6)를 도시한다. 도 6에 예시된 예에서, 와이어 본드들(60)은 회로 보드(20)의 컨택 패드들(20C)을 구동기 IC(11)의 컨택 패드들(11C)에 연결하는 데 사용된다. 이러한 유형의 조립은 구동기 IC(11)가, 많은 컨택 패드들(11C), 예를 들어, 200개의 와이어 본드들(60)을 필요로 하는 200개의 컨택 패드들(11C)을 가질 때 비용이 많이 들 수 있다.
본원에 설명된 컨택 브리지 캐리어는 LED 조립체를 PCB에 연결하기 위해 와이어 본드들을 사용하는 종래의 접근법에 비해 개선을 제공할 수 있다. 그러나, 컨택 브리지 캐리어는 PCB 컨택들과 구동기 IC 컨택들 사이에 브리지들을 제공하는 것으로 한정되지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 컨택 브리지 캐리어는 또한, 추가적인 스위칭 회로를 위한 전도성 트랙들을 포함할 수 있다. 그러한 트랙들은, 적절한 경우, 캐리어의 상부 또는 하부 표면에 컨택 패드들을 갖는 캐리어의 몸체에 매립될 수 있다. 증대된 LED 조립체의 하나 이상의 실시예는 또한, 컨택 브리지 캐리어 상에 장착된 다수의 스위칭 회로 구성요소들을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 그렇지 않았으면 PCB 상에 제공될 제어 회로의 부분이, 대신에 컨택 브리지 캐리어 상에 제공될 수 있다. 그러한 실시예에서, 조명 회로의 PCB는 비슷한 종래의 조명 회로의 PCB보다 작을 수 있다. 또한, 스위칭 회로 구성요소들이 CMOS IC에 더 가까울 수 있기 때문에, 이는 신호 잡음을 감소시킬 수 있다.
도 7은 증대된 LED 어레이 조립체(1)를 포함할 수 있는 예시적인 차량 헤드램프 시스템(300)의 도면이다. 도 7에 예시된 예시적인 차량 헤드램프 시스템(300)은 전력 선들(302), 데이터 버스(304), 입력 필터 및 보호 모듈(306), 버스 송수신기(308), 센서 모듈(310), LED 직류 대 직류(DC/DC) 모듈(312), 로직 로우 드롭아웃(LDO) 모듈(314), 마이크로 제어기(316) 및 능동 헤드램프(318)를 포함한다. 실시예들에서, 능동 헤드램프(318)는, 예컨대, 본원에 설명된 증대된 LED 어레이 조립체(1)를 포함할 수 있다.
전력 선들(302)은 차량으로부터 전력을 수신하는 입력들을 가질 수 있고, 데이터 버스(304)는 차량과 차량 헤드램프 시스템(300) 사이에서 데이터가 교환될 수 있는 입력들/출력들을 가질 수 있다. 예를 들어, 차량 헤드램프 시스템(300)은 차량 내의 다른 위치들로부터의 명령들, 예컨대, 방향 지시등을 켜거나 헤드램프들을 켜라는 명령들을 수신할 수 있고, 원하는 경우 차량 내의 다른 위치들에 피드백을 전송할 수 있다. 센서 모듈(310)은 데이터 버스(304)에 통신가능하게 결합될 수 있고, 예를 들어, 환경 조건들(예를 들어, 하루 중 시간, 비, 안개, 또는 주변 광 레벨들), 차량 상태(예를 들어, 주차됨, 이동 중, 이동 속도, 또는 이동 방향), 및 다른 물체들(예를 들어, 차량들 또는 보행자들)의 존재/위치와 관련된 추가적인 데이터를 차량 헤드램프 시스템(300) 또는 차량 내의 다른 위치들에 제공할 수 있다. 차량 데이터 버스에 통신가능하게 결합된 임의의 차량 제어기와 별개인 헤드램프 제어기가 또한, 차량 헤드램프 시스템(300)에 포함될 수 있다. 도 7에서, 헤드램프 제어기는 마이크로 제어기, 예컨대, 마이크로 제어기(μc)(316)일 수 있다. 마이크로 제어기(316)는 데이터 버스(304)에 통신가능하게 결합될 수 있다.
입력 필터 및 보호 모듈(306)은 전력 선들(302)에 전기적으로 결합될 수 있고, 예를 들어, 전도 방출들을 감소시키고 전력 내성을 제공하기 위해 다양한 필터들을 지원할 수 있다. 추가적으로, 입력 필터 및 보호 모듈(306)은 정전기 방전(ESD) 보호, 로드 덤프 보호, 교류발전기 필드 감쇠 보호, 및/또는 역극성 보호를 제공할 수 있다.
LED DC/DC 모듈(312)은, 필터링된 전력을 수신하고 능동 헤드램프(318)의 LED 어레이의 LED들에 전력을 공급하기 위한 구동 전류를 제공하기 위해 필터 및 보호 모듈(306)과 능동 헤드램프(318) 사이에 결합될 수 있다. LED DC/DC 모듈(312)은 대략 13.2 볼트의 공칭 전압으로 7 내지 18 볼트의 입력 전압, 및 (예를 들어, 로드, 온도 또는 다른 인자들로 인한 인자 또는 국부 교정 및 작동 조건 조정들에 의해 결정되는 바와 같이) LED 어레이에 대한 최대 전압보다 약간 더 높을 수 있는(예를 들어, 0.3 볼트) 출력 전압을 가질 수 있다.
로직 LDO 모듈(314)은 필터링된 전력을 수신하기 위해 입력 필터 및 보호 모듈(306)에 결합될 수 있다. 로직 LDO 모듈(314)은 또한, 마이크로 제어기(314) 및/또는 능동 헤드램프(318)의 규소 백플레인(예를 들어, CMOS 로직)에 전력을 제공하기 위해 마이크로 제어기(314) 및 능동 헤드램프(318)에 결합될 수 있다.
버스 송수신기(308)는, 예를 들어, 만능 비동기 송수신기(UART) 또는 직렬 주변장치 인터페이스(SPI) 인터페이스를 가질 수 있고, 마이크로 제어기(316)에 결합될 수 있다. 마이크로 제어기(316)는 센서 모듈(310)로부터의 데이터에 기초하여 또는 이를 포함하는 차량 입력을 변환할 수 있다. 변환된 차량 입력은 능동 헤드램프 모듈(318)의 이미지 버퍼로 전달가능한 비디오 신호를 포함할 수 있다. 추가적으로, 마이크로 제어기(316)는 디폴트 이미지 프레임들을 로딩하고, 시동 동안 개방/단락 픽셀들에 대해 시험할 수 있다. 실시예들에서, SPI 인터페이스는 CMOS의 이미지 버퍼를 로딩할 수 있다. 이미지 프레임들은 풀 프레임, 차동 또는 부분 프레임들일 수 있다. 마이크로 제어기(316)의 다른 특징들은 로직 LDO 출력뿐만 아니라, 다이 온도를 포함해, CMOS 상태의 제어 인터페이스 모니터링을 포함할 수 있다. 실시예들에서, LED DC/DC 출력은 헤드룸을 최소화하도록 동적으로 제어될 수 있다. 이미지 프레임 데이터를 제공하는 것에 추가적으로, 다른 헤드램프 기능들, 예컨대, 사이드 마커 또는 방향 지시등과 함께 상보적 사용 및/또는 주간 주행등들의 활성화가 또한 제어될 수 있다.
도 8은 다른 예시적인 차량 헤드램프 시스템(400)의 도면이다. 도 8에 예시된 예시적인 차량 헤드램프 시스템(400)은 응용 플랫폼(402), 2개의 LED 조명 시스템들(406 및 408), 및 광학계들(410 및 412)을 포함한다. 2개의 LED 조명 시스템들(406 및 408)은 증대된 LED 어레이 조립체들, 예컨대, 증대된 LED 어레이 조립체(1)일 수 있거나, 증대된 LED 어레이 조립체(1)에 더해 도 7의 차량 헤드램프 시스템(300)의 다른 모듈들의 전부의 일부를 포함할 수 있다. 후자의 실시예에서, LED 조명 시스템들(406 및 408)은 차량 헤드램프 서브시스템들일 수 있다.
LED 조명 시스템(408)은 (도 4에서 화살표들(414a 및 414b) 사이에 도시된) 광 빔들(414)을 방출할 수 있다. LED 조명 시스템(406)은 (도 4에서 화살표들(416a 및 416b) 사이에 도시된) 광 빔들(416)을 방출할 수 있다. 도 8에 도시된 실시예에서, 2차 광학계(410)는 LED 조명 시스템(408)에 인접하고, LED 조명 시스템(408)으로부터 방출된 광은 2차 광학계(410)를 통과한다. 유사하게, 2차 광학계(412)는 LED 조명 시스템(412)에 인접하고, LED 조명 시스템(412)으로부터 방출된 광은 2차 광학계(412)를 통과한다. 대안적인 실시예들에서, 2차 광학계들(410/412)은 차량 헤드램프 시스템에 제공되지 않는다.
포함되는 경우, 2차 광학계들(410/412)은 하나 이상의 광 가이드일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 하나 이상의 광 가이드는 에지형(edge lit)일 수 있거나, 광 가이드의 내부 에지를 한정하는 내부 개구부를 가질 수 있다. LED 조명 시스템들(408 및 406)(또는 차량 헤드램프 서브시스템의 능동 헤드램프)은, 이들이 하나 이상의 광 가이드의 내부 에지(내부 개구부 광 가이드) 또는 외부 에지(에지형 광 가이드) 내로 광을 주입하도록 하나 이상의 광 가이드의 내부 개구부들에 삽입될 수 있다. 실시예들에서, 하나 이상의 광 가이드는 LED 조명 시스템들(408 및 406)에 의해 방출된 광을 원하는 방식으로, 예컨대, 예를 들어, 기울기, 챔퍼링된 분포, 좁은 분포, 넓은 분포 또는 각도 분포로 성형할 수 있다.
응용 플랫폼(402)은 도 7의 전력 선들(302) 및 데이터 버스(304) 중 하나 이상 또는 일부를 포함할 수 있는 선들(404)을 통해 LED 조명 시스템들(406 및/또는 408)에 전력 및/또는 데이터를 제공할 수 있다. 하나 이상의 센서(시스템(300)의 센서들 또는 다른 추가적인 센서들일 수 있음)는 응용 플랫폼(402)의 하우징의 내부 또는 외부에 있을 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 도 7의 예시적인 LED 조명 시스템(300)에 도시된 바와 같이, 각각의 LED 조명 시스템(408 및 406)은 그 자신의 센서 모듈, 연결 및 제어 모듈, 전력 모듈, 및/또는 LED 어레이를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 차량 헤드램프 시스템(400)은, 조향가능한 광을 제공하기 위해 LED들이 선택적으로 활성화될 수 있는, 조향가능한 광 빔들을 갖는 자동차를 나타낼 수 있다. 예를 들어, LED들의 어레이(예를 들어, LED 어레이(102))는 도로의 선택된 섹션들만을 조명하거나 형상 또는 패턴을 한정하거나 투영하는 데 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, LED 시스템들(406 및 408) 내의 적외선 카메라들 또는 검출기 픽셀들은 조명을 필요로 하는 장면(예를 들어, 도로 또는 횡단보도)의 부분들을 식별하는 센서들(예를 들어, 도 7의 센서 모듈(310)의 센서들과 유사함)일 수 있다.
도 9는 증대된 LED 어레이 조립체를 제조하는 예시적인 방법의 흐름도(900)이다. 도 9에 예시된 예에서, 방법은 하이브리드화된 디바이스를 제공하는 단계(902)를 포함한다. 하이브리드화된 디바이스는 구동기 집적 회로 상에 장착된 마이크로 LED 어레이를 포함할 수 있다. 구동기 집적 회로는 구동기 집적 회로의 최상부 표면 상에 다수의 구동기 집적 회로 컨택 패드들을 포함할 수 있다.
방법은 또한, 가요성 PCB를 제공하는 단계(904)를 포함할 수 있다. 가요성 PCB는 바닥 표면, 바닥 표면 상의 다수의 제1 컨택 패드들, 바닥 표면 상의 다수의 제2 컨택 패드들, 및 다수의 컨택 브리지들을 가질 수 있다. 컨택 브리지들 각각은 제1 컨택 패드들 중 하나와 제2 컨택 패드들 중 하나 사이에 연장될 수 있다.
방법은 또한, 가요성 e PCB를 하이브리드화된 디바이스에 장착하는 단계(906)를 포함할 수 있다. 이는, 예를 들어, 가요성 PCB의 제1 컨택 패드들과 구동기 집적 회로 컨택 패드들 사이에 땜납 본드들을 형성함으로써 행해질 수 있다.
도 10은 LED 조명 회로를 제조하는 예시적인 방법의 흐름도(1000)이다. 도 10에 예시된 예에서, 방법은 LED 어레이 조립체를 제공하는 단계(1002)를 포함한다. 실시예들에서. LED 어레이 조립체는 LED 어레이 조립체 및 가요성 PCB를 포함할 수 있다. LED 어레이 조립체는 구동기 IC 상에 장착된 마이크로 LED 어레이를 포함할 수 있다. 구동기 IC는 구동기 IC의 최상부 표면 상에 구동기 IC 컨택 패드들을 포함할 수 있다. LED 어레이 조립체는 또한, 바닥 표면, 바닥 표면 상의 다수의 제1 컨택 패드들, 바닥 표면 상의 다수의 제2 컨택 패드들, 및 다수의 컨택 브리지들을 갖는 가요성 PCB를 포함할 수 있다. 컨택 브리지들 각각은 제1 컨택 패드들 중 하나로부터 제2 컨택 패드들 중 하나로 연장될 수 있다. 구동기 IC 컨택 패드들 각각은 가요성 PCB의 제1 컨택 패드들 중 대응하는 것에 본딩될 수 있다.
방법은 또한, 회로 보드 조립체를 제공하는 단계(1004)를 포함할 수 있다. 회로 보드 조립체는 히트 스프레더 상에 장착된 회로 보드 및 회로 보드 조립체 컨택 패드들을 포함할 수 있다.
방법은 또한, LED 어레이 조립체를 히트 스프레더에 장착하는 단계(1006)를 포함할 수 있다. 이는, 예를 들어, 히트 스프레더의 전용 장착 표면에 열 전도성 접착제 층을 먼저 도포함으로써 행해질 수 있다. 이 장착 표면은 PCB의 애퍼쳐에 의해 노출된 히트 스프레더의 영역일 수 있다. 열 전도성 접착제 층은 열 전도성 글루, 열 페이스트, 은 열 화합물, 양면 접착 테이프 등의 층 중 임의의 것일 수 있다. 실시예들에서, 열 경화성 열 접착제가 사용될 수 있다. 이 경우에, 증대된 LED 어레이 조립체를 히트 스프레더에 장착하는 단계는 열 전도성 접착제 층을 오븐 경화하는 단계가 후속될 수 있다.
방법은 또한, 가요성 PCB의 제2 컨택 패드들을 회로 보드에 본딩하는 단계(1008)를 포함할 수 있다. 이는, 예를 들어, 핫 바 납땜에 의해 행해질 수 있다. 이를 위해, 컨택 패드들의 하나 또는 양 세트는 땜납 필러 금속으로 코팅될 수 있다. 각각의 쌍의 컨택 패드들이 정렬된 상태라고 가정하면, 이들은 단순히 압력 및 열을 가함으로써 함께 영구적으로 본딩될 수 있다. 이는, 툴(예를 들어, 핫 바)의 가열된 팁을 컨택 브리지 캐리어의 상부면 상에 누름으로써 행해질 수 있다.
일부 실시예들에서, 가요성 컨택 브리지 캐리어는 그의 외측 둘레와 PCB의 상부면 사이에, 예를 들어, 수 밀리미터의 높이 차이를 수용하는 데 사용될 수 있다. 충분히 가요성인 컨택 브리지 캐리어에 의해, 외측 둘레는, 위에 설명된 바와 같이, 본딩 단계 동안 하향 편향될 수 있다.
실시예들을 상세히 설명하였지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 본 설명이 주어지면, 본원에 설명된 실시예들에, 본 발명의 개념의 사상으로부터 벗어나지 않고 수정들이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위가, 예시되고 설명된 특정한 실시예들로 제한되는 것으로 의도되지 않는다.

Claims (16)

  1. LED 어레이 조립체를 제조하는 방법으로서,
    하이브리드화된 디바이스를 제공하는 단계 - 상기 하이브리드화된 디바이스는 구동기 집적 회로 상에 장착된 마이크로 LED 어레이를 포함하고, 상기 구동기 집적 회로는 상기 구동기 집적 회로의 최상부 표면 상에 복수의 구동기 집적 회로 컨택 패드들을 포함함 -;
    바닥 표면, 상기 바닥 표면 상의 복수의 제1 컨택 패드들, 상기 바닥 표면 상의 복수의 제2 컨택 패드들, 및 복수의 컨택 브리지들을 포함하는 가요성 인쇄 회로 보드(PCB)를 제공하는 단계 - 상기 복수의 컨택 브리지들 각각은 상기 복수의 제1 컨택 패드들 중 하나와 상기 제2 복수의 컨택 패드들 중 하나 사이에 연장됨 -; 및
    상기 가요성 PCB의 상기 복수의 제1 컨택 패드들과 상기 구동기 집적 회로 컨택 패드들 사이에 땜납 본드들을 형성함으로써 상기 가요성 PCB를 상기 하이브리드화된 디바이스에 장착하는 단계
    를 포함하는, LED 어레이 조립체를 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 땜납 본드들은 리플로우 납땜 프로세스에서 형성되는, LED 어레이 조립체를 제조하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 땜납 본드들은 확산 납땜 프로세스에서 형성되는, LED 어레이 조립체를 제조하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동기 집적 회로 컨택 패드들에서 상기 땜납 본드들 주위에 언더필을 도포하는 단계를 더 포함하는, LED 어레이 조립체를 제조하는 방법.
  5. LED 조명 회로를 제조하는 방법으로서,
    LED 어레이 조립체를 제공하는 단계 - 상기 LED 어레이 조립체는:
    구동기 집적 회로(IC) 상에 장착된 마이크로 LED 어레이를 포함하는 LED 어레이 조립체 - 상기 구동기 집적 회로는 상기 구동기 IC의 최상부 표면 상에 구동기 IC 컨택 패드들을 포함함 -, 및
    바닥 표면, 상기 바닥 표면 상의 복수의 제1 컨택 패드들, 상기 바닥 표면 상의 복수의 제2 컨택 패드들, 및 복수의 컨택 브리지들을 포함하는 가요성 인쇄 회로 보드(PCB) - 상기 복수의 컨택 브리지들 각각은 상기 복수의 제1 컨택 패드들 중 하나로부터 상기 복수의 제2 컨택 패드들 중 하나로 연장됨 - 를 포함하고,
    상기 복수의 구동기 IC 컨택 패드들 각각은 상기 가요성 PCB의 상기 복수의 제1 컨택 패드들 중 대응하는 것에 본딩됨 -;
    히트 스프레더 상에 장착된 회로 보드 및 회로 보드 조립체 컨택 패드들을 포함하는 회로 보드 조립체를 제공하는 단계;
    상기 LED 어레이 조립체를 상기 히트 스프레더에 장착하는 단계; 및
    상기 가요성 PCB의 상기 복수의 제2 컨택 패드들을 상기 회로 보드 조립체 컨택 패드들에 본딩하는 단계
    를 포함하는, LED 조명 회로를 제조하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 LED 어레이 조립체를 상기 히트 스프레더에 장착하는 단계는 열 전도성 접착제 층을 상기 히트 스프레더의 장착 표면에 도포하는 단계가 선행하는, LED 조명 회로를 제조하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 LED 어레이 조립체를 상기 히트 스프레더에 장착하는 단계는 상기 열 전도성 접착제 층을 경화하는 단계가 후속되는, LED 조명 회로를 제조하는 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 가요성 PCT의 상기 복수의 제2 컨택 패드들을 상기 회로 보드 조립체 컨택 패드들에 본딩하는 단계는 핫 바 납땜을 포함하는, LED 조명 회로를 제조하는 방법.
  9. LED 어레이 조립체로서,
    구동기 집적 회로(IC) 상에 장착된 마이크로 LED 어레이를 포함하는 하이브리드화된 디바이스 - 상기 구동기 집적 회로는 상기 구동기 IC의 최상부 표면 상에 구동기 IC 컨택 패드들을 포함함 -; 및
    바닥 표면, 상기 바닥 표면 상의 복수의 제1 컨택 패드들, 상기 바닥 표면 상의 복수의 제2 컨택 패드들, 및 복수의 컨택 브리지들을 포함하는 가요성 인쇄 회로 보드(PCB) - 상기 복수의 컨택 브리지들 각각은 상기 복수의 제1 컨택 패드들 중 하나로부터 상기 복수의 제2 컨택 패드들 중 하나로 연장됨 -
    를 포함하고,
    상기 복수의 구동기 IC 컨택 패드들 각각은 상기 가요성 PCB의 상기 복수의 제1 컨택 패드들 중 대응하는 것에 본딩되는, LED 어레이 조립체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가요성 PCB는 다층 가요성 기판을 포함하는, LED 어레이 조립체.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 마이크로 LED 어레이는 방출면을 갖고,
    상기 가요성 PCV의 상부면은 상기 마이크로 LED 어레이의 상기 방출면보다 높지 않은, LED 어레이 조립체.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 가요성 PCB 상에 복수의 수동 회로 구성요소들을 더 포함하는, LED 어레이 조립체.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 가요성 PCB는 추가적인 스위칭 회로를 위한 전도성 트랙들을 더 포함하는, LED 어레이 조립체.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 가요성 PCB 상에 복수의 스위칭 회로 구성요소들을 더 포함하는, LED 어레이 조립체.
  15. LED 조명 회로로서,
    히트 스프레더 상의 회로 보드, 및 회로 보드 조립체 컨택 패드들을 포함하는 회로 보드 조립체;
    LED 어레이 조립체 - 상기 LED 어레이 조립체는:
    구동기 집적 회로(IC) 상에 장착된 마이크로 LED 어레이를 포함하는 하이브리드화된 디바이스 - 상기 구동기 집적 회로는 상기 구동기 IC의 최상부 표면 상에 구동기 IC 컨택 패드들을 포함함 -, 및
    바닥 표면, 상기 바닥 표면 상의 복수의 제1 컨택 패드들, 상기 바닥 표면 상의 복수의 제2 컨택 패드들, 및 복수의 컨택 브리지들을 포함하는 가요성 인쇄 회로 보드(PCB) - 상기 복수의 컨택 브리지들 각각은 상기 복수의 제1 컨택 패드들 중 하나로부터 상기 복수의 제2 컨택 패드들 중 하나로 연장됨 - 를 포함하고,
    상기 복수의 구동기 IC 컨택 패드들 각각은 상기 가요성 PCB의 상기 복수의 제1 컨택 패드들 중 대응하는 것에 본딩되고, 상기 회로 보드 조립체 컨택 패드들 각각은 상기 가요성 PCB의 상기 복수의 제2 컨택 패드들 중 대응하는 것에 본딩됨 -;
    상기 구동기 IC와 상기 히트 스프레더 사이의 열 본드
    를 포함하는, LED 조명 회로.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 회로 보드는 애퍼쳐를 포함하고,
    상기 히트 스프레더는 상기 애퍼쳐 내로 상향 연장되고 상기 LED 어레이 조립체를 수용하도록 구성된 상승된 시트를 포함하는, LED 조명 회로.
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