TW201106461A - Smart integrated semiconductor light emitting system including light emitting diodes and application specific integrated circuits (ASIC) - Google Patents

Smart integrated semiconductor light emitting system including light emitting diodes and application specific integrated circuits (ASIC) Download PDF

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Trung Tri Doan
Wen-Huang Liu
Chen-Fu Chu
Yung-Wei Chen
Tien Wei Tan
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Semileds Optoelectronics Co
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201106461 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 體 靡發光确(叫咖純含發光二極 【先前技術】 發光二極體(LEDs)廣泛用於電子裝置中，如 置、及燈。LED技術發展已改善發光二極 、通錄 壽命，且已使其更小且更輕。然而，大 ，卿s狀構及功能，而非相關的LED系 ^ LED純之-般部分，其包含轉電路 =^ 電阻、電容、二極體及電路板。 關的电子凡件，如 圖1闡明先岫技術LED系統1〇。先前枯种τ LED驅動1C 12，以及與LED驅動1C晶片12_ 0包含 二極體(LED)晶片14。裝設LED驅動IC 12片^=接之兩發光 ，Μ之购及功___統=；·===: SW GND ^ 0 L£d ； 種电子το件，包含電阻、電容、Sch〇ttky二極 =各 大體上如_示）。LED线1G需要相 又 子元件，其產生大量的熱。 〜及电力以驅動電 藝之，其比先前技 ^之限制乃為說明性而非排除性。在閱讀說明書相 後’習知技藝者將更明白相·藝之其他關。式 【發明内容】 一種發光二極體(LED)系統包含：一基板，其包含 一 ϊί應用積體電路(asic)晶粒，其農設至該基板上，‘ 複數之積肢電路、複數之輸人埠且至少—輸出埠與該積體電路 201106461 電氣連接；至少一發光二極體(LED)，苴 埠電氣連接。該基板、該外部接點I該積體^基板，與該輪出 用積體電路及該發光二極體(LED)整合1將該特殊應 化LED電路。 电、、且件亚形成一積體 之料峨，其包含複數 複數之輸人埠、與該輪二‘雷;:、s 等體元件電氣連接的 積體電路電氣連接的至少—輪5埠^積體電路、及與該 裝設至該半導體基板，與該輸料電氣$^光二極體(led) ’其 外部接點、該半導體基板、該 ssr該積體電路用以形成-積== 其他明之詳細說明連同附圖中，對本發明之上述及 【實施方式】 麥考圖2 ’ LED系統30包含：基板32、穿 發光二極體(LED, light emitthg 出 f:在 光二極體(LED)34電子通訊之特狭靡用6又在基板32上與發 specif, « ^：ti：ffLED)34 « ^sfc；aif5 ί nf ί習D。合適的發光二極體(咖)可講自位於 田0及中華民國’台灣，苗栗縣之SEMILEDS INC。特殊庠 於其中之半導體曰曰 1。 具有特殊應用積體電路38形成 如圖2所示，基板32包含具有導線4〇形成於其上之正 α=4其^^用積體電路(ASIC)晶粒36與發光二極體电 (LED)34笔氣連接。如同將更進一步說明者，可利用適合的技術(如 201106461 覆晶封裝卿ehip)或C4接合），而將特 粒36與發光二極體(LED)34穿兮於其拓μ 日日 其他半導體材料(如石申化i，可包含石夕或 40。式去，其此人t 便用1知+導體製程來製造導線 ΒοΛΪμΙμΙ %" printed circuit 金=3、金 刷電路板(PCB)、胞印刷電路板_、 ίϊίΪί。 喊絲板、或胁本項技藝之任 尺寸基任ί Μ糊如’正方形、長方形)及任何合適 寸匕卜基板32可為晶粒尺寸，以使LED系統％具 ^aaa ^ ；^^(CSP, chip scale package)^^ 0a >； ^ ^(SOQ'system ^Φ)之晶片級尺寸。或者，基板32可為晶圓尺寸以提供晶圓 施例led系統3〇a本質上類似於—系 芙搞似）’人\=用以提供額外電氣功能之基板32a。特別是， 基板32八包含具有區段42之轉體材料，於該區段形成有用以執 功之特殊應用積體電路(ASics)44。特絲用積體電 =ASICs)44此包含整合至基板32A之半導體元件、電路、及基 Ϊ1 例如，特殊應用積體電路(ASICs)44可包含電阻、二極體(p-η)、 、金氧半場效電晶體(M〇SFET，meta—conductor Γ社！/CttranS1St〇r)、及正反器。特殊應用積體電路(ASICs)44能 〔、積體電路結合於特殊應用積體電路(ASIC)晶粒36巾，以提供發 光一極體(LED)34之智慧型板上⑽如㈣控制。 ，、x 半導體基板32A可包含具有特殊應用積體電路(ASICs)44形 ΪΪΪ上_ f知半導體製造技術，如植人、光圖案化)之一部分 肢晶圓。可將發光二極體(LED)34裝設至基板32A之空白部 ^刀’與特殊應用積體電路(ASICs)44隔開，並利用適合的連接元件 及互連件與特殊應用積體電路(ASICs)44電氣連接。 如圖4所示’基板32或32A包含背部側(back side)48，其具 有與特殊應用積體電路(ASIC)M %(圖2)及特殊應用積體電f (ASICs)44(圖3)電氣連接之接點46陣列。接點46用來作為將led 201106461 糸統30(圖2)或30A(圖3)連接至外界的端子接點。接點46可包含 ΐη料(如焊錫、金屬或導電聚合物)所製造之凸塊(—） $以連接至模組基板、電路板或其他支撐基板上之 ，，極。此外’可以合適之密集面陣列形式配置接點46，如 ϊ、'栅陣列(BGA，ball grid array)或精、細球栅陣列(FBGA，祕 gnd。再者’可利用適當元件，如形成於基板32或32A上 電線、重新分配導線及導電介層f，而使接點46與 特殊應用積體電路(ASIC)晶粒36(圖2)及特殊應用積體電路 (ASICs)44(圖3)電氣連接。 接點46可帛來結合及擴展特殊應肖積體電路(asic)晶粒 36(圖2)、特殊應用積體電路(ASICs)44(圖3)、及發光二極體 (LED)34(® 2)之電氣魏’並提供LED纟統3()(圖Q或胤( ^曰例如’接點44可用來作為a·)多重用途輸入-輸出 (dnnming)控辦；d.)電流設定埠；咖授感測料；f)通信淳； 及g.)—般接地埠。 参考® 5、5A及5B ’ Μ縣發光二極體(LED)34及特殊應用 ^電路(ASIC)晶粒36裝設至LED系統3〇中的基板”之例示 5A中’ LED晶片34具有P-、n_同側構造，且 /、π |互連件5〇及覆晶接合方法如C4(可控制塌陷晶片連接， controlled collapse chip _ection)而裝設成板上連接式晶 Β， ，酱board)構造。同樣地’特殊應用積體電路(ASlc)晶粒％包 其係以板上連接式晶片構造之形式被覆晶裝設至 悬·板32上。在圖5Β中，T 具Η以目士· 甘β 片34具有Ρ_、η_不同側構造，且 /、係利用日日粒貼附接合層54(例如，焊錫、銀膠）、及接人至led 晶片Μ及基板32上之接點的線接合線路56而裝設至基口板％上。 麥考圖6'6Α及6Β，闡明將發光二極體(led) ^Mm(ASIC)^,36tt^LED ,^30Λ ^裳6又配置。在圖6A中，LED晶片34具有ρ·、同側構造， 且其係利用互連件5G及覆晶接合方法如C4(可控制晶片連接） 201106461 而裝设成板上連接式晶片（COB，chdp-〇n-board)構造。大體上如先 前所述，可以板上連接式晶片構造之形式，將特殊應用積體電路 (ASIC)晶粒36覆晶裝設至基板32A上的特殊應用積體電路44 上。在圖6B中，LED晶片34具有p_、n_不同側構造，且其係 用晶粒貼附接合層54(例如，焊錫、銀膠)及被接合至LED晶片 34及^板32A上之接點的線接合線路56而裝設至基板32Aas上。 蒼考圖7及7A，闡明LED系統30或30A之特殊應用積體電 路⑽邮粒36及純二減(咖)34之例滩電氣結構。 ^電導線40電氣連接至特殊應用 積體電路(ASiL)ad4 36上的接地接腳。或者，可將發光二 (LED)34連接至基板32或32A上的專用接地接腳。X 一 參考圖8及8A，LED系統30或30A亦能包含直接裝設至λ 板32或32Α之多重發光二極離EDs)34A挪。可極^ (LEDS)34A·描全赠誠生_錄处却物，紅、綠、^ 白、i外光、雷射、紅外光）’或可設成產生其不同組合。例如，
ί ί ί極f卿仏可產生白光’第二發光二極體㈣34B 可產生、縣，第三發光二極體(LED)34C可產生藍光 二極體(LE聰D可產生紅光。此外，可改變特殊應用^電·^ (ASIC)晶粒36及特殊應用積體電路44(圖 (LEDs)34謂之智慧型色彩控制。如圖8A所示，可將以 體(LEDs)34A-34D串聯電氣連接並接地至特殊應用積體電路° (ASIC)晶粒36上的接地接腳。或者，可將發光二極體 (LED=A-34D連接至基板32或32A上的專用接地接腳。 麥考圖9及9A，LED系統3〇 ^或3〇 亟體_雜挪。又或者，發光二極體 重平行㈣之形式電氣連接，而各串列包 3串如連接之複數之發光二極體①EDs)34。 參考圖10、10A及10B，闡明咖系 電 4 °圖^細f t用積體電路(觸晶粒36的輸入/輪出^ 。一般而,，輸入/輪出構造及特殊應用積體電路(asic)晶 201106461 路被設射將發光二極體34及特殊應用積體電 路(ASIC)日日粒36整合成一積體化組件。圖1〇Α闡 1^(ΛδΙ〇,Β„ 36 , ^iLED)34串列；® 1〇B M明特殊應用積體電路(ASIC)晶$ 之輸出構造，其具有電氣連接至地面的單一發光二極體 表1說明特殊應用積體電路(ASIC)晶粒36之輸入埠構造。 表1 輸入埠構造
4 埠說明
Vm LED系統之電源輸人。糊下列方式啟動電源輸入： a) DC電壓
範圍 1.5VDC-60VDC b) AC電壓 範圍 90VAC-264VAC/50Hz-60Hz DIM此為調光輸入控制埠。容許調光從亮度〇%到1〇〇%。容許調 光類型： a) OVDC到10VDC類型方法 b) 脈衝寬度調變 c) 習知的Triac調光器 SEN此埠具有2種功能 SPIEN 1)固定電流輸出至LED裝置 2)啟動串列寫入至快閃記憶體唯讀記憶體 (ROM)以進行白平衡設定 SW 此埠用來作為軟性開/關之目的 A/D 此埠具有2種功能： .
SPI 1)多重目的A/D
當SPIEn為非啟動，a/D埠功能將啟動 2) SPI 當SPI E麟啟動時’ LED亮度調整/白平衡參數可被燒入 201106461
Flash/ROM GDN 一 般 · LED系統30或30A之某些特徵包含： 鲁可調整LED(負載)電流 • LED輸出埠電流可被調成倍數比，為了下列目的： -白平衡(白或RGB應用）或白色座標調整 亮度校準 *軟性開-關 鲁可調光 - 調光-PWM m -調光-0-1 ον 9 -調光-TRAC _故障安全系統 -内建安全保護 -當Tj>150°C超溫 -過電壓/過載 -電壓過低鎖定(under voltage lockout) - 反極性保護 參考圖11 A-11C ’闡明LED系統30或30A之不同封裝構造。 在圖11A中，LED封裝58A包含基板32或32A、特殊應;積艘 # 電路(ASIC)晶粒36、及發光二極體(LED)34，本質上如先前所述。 此外，發光二極體(LED)34能包含用以產生白光之螢光層6〇£>lED ，裝58A亦包含基板32或32A上之聚合物鏡片66，其封裝LED 系統30或30A。聚合物鏡片66可包含合適的聚合物，如由造模 或其他合適製程所形成之環氧樹脂(ep〇Xy)。 在圖11B中’ LED封裝58B包含基板32或32A、特殊應用 積體電路(ASIC)晶粒36、及發光二極體(LED)34，本質上如先前所 · 述。LED封裝58A亦包含基板32或32A上之聚合物鏡片66 ’其 _ 封裝LED系統30或30A。在此實施例中，聚合物鏡片66亦包含 用以產生白光之螢光層62。 10 201106461 在圖lie中’LED封裝58C包含基板32或32八 積體電路晶粒36、及發光二極體(LED)34，本質上如先 述。在此實施例中，基板32或32A亦包含其中裝設右轳破雍爾接 體電路(ASIC)晶粒36及發光二極體(LED)34之^射凹^ 64二、
茶考圖12 ’訓由LED系統30或3GA所形成之LED積體 電路68之電路簡圖。LED積體電路68包含基板&或32a上 ，點46。LED積體電路68 #包含在特殊應用積體電路(asic)晶 粒36中的特殊應用積體電路38。LED積體電路邰亦包二 ，租34。由於LED積體電路68具有整合性元件電力消耗，故熱 成>'於先月ό技術之LED系統1〇(圖1)。此外，能將LED李 或30A製作為較小俾能提供晶片級系統。 ’本說明書揭露改良之LED系統。雖然—些例示性實施 樣態及實施例已如上所說明，習知技藝者將認可某些修改、變更、 ，加、及ΐ次組合。因此下列附加之申請專利範圍及之後採用之 申晴專利誠被認為包含所有上述之在其精神及範制的修改、 變更、添加及次組合。 / 【圖式簡單說明】 施例及圖式乃 將參考圖式闡明例示性實施例。在此揭露之實 為說明性而非限制性。 ' 圖1為先前技術之led系統的電路簡圖； 圖2為具有積體元件及智慧型功能之LED系統的示意平面 圖3為具有額外功能内建於半導體基板之LED系統的示意平 面圖； 〜 圖4為顯示基板上之電路之LED系統的示意底視圖； 圖5為等效於圖2之LED系統的示意平面圖； 圖5A為圖5的示意側視圖，其闡明基板上之特殊應用積體 路(ASIC)及發光二極體(LED)晶片之第一裝設配置； 圖5B為圖5的示意側視圖，其闡明基板上之特殊應用積體電 201106461 路(ASIC)及發光二極體(LED)晶片之第二裝設配置； 圖6為具有额外功能之LED系統的示意平面圖，等效於圖3; 圖6A為圖6的示意側視圖’其闡明基板上之特殊應用積體電 路(ASIC)及發光二極體(LED)晶片之第一裝設配置； 圖6B為圖6的示意側視圖，其闡明基板上之特殊應用積體電 路(ASIC)及發光二極體(lED)晶片之第二裝設配置； 圖7為等效於圖2或圖3之LED系統的示意平面圖； 圖7A為圖7之LED系統的示意電路圖； 圖8為具有多重LED晶片串聯.電氣連接之LED系統的示意 平面圖；
圖8A為圖8之LED系統的示意電路圖； 圖9為具有多重LED晶片並聯電氣連接之LED系統的示意 平面圖； 圖9A為圖9之LED系統的示意電路圖； 之特殊應用積體電路(asic)之電路簡圖； 造的Lii 特殊應用積體電路隊)之第-輸出構 造的狐统之特殊應用積體電路隊)之第二輪出構 之?：密封封裝的示意橫剖面圖；
‘ lie A LED系：之密封封裝的示意橫剖面圖； 橫剖面圖； 成之LED積體電路的電路簡圖。 【主要元件符號說明】 10 LED系統 12 LED 驅動 1C 14 發光二極體晶片 30 LED系統 30A LED系統 12 201106461
32 基板 32A 基板 34 發光二極體 34A 第一發光二極體 34B 第二發光二極體 34C 第三發光二極體 34D 第四發光二極體 36 特殊應用積體電路晶粒 38 特殊應用積體電路 40 導線 42 區段 44 特殊應用積體電路 46 接點 48 背部側 50 互連件 52 互連件 54 晶粒貼附接合層 56 線接合線路 58A LED封裝 58B LED封裝 58C LED封裝 60 螢光層 62 螢光層 64 反射凹部 66 聚合物鏡片 68 LED積體電路 13

Claims (1)

  1. 201106461 七、申請專利範圍： 1.種發光一極體(led)系統，包含： 一基板，其包含複數之外部接點； -特殊應用積體電路(ASIC)晶粒， 複數之積體電路、複數之輸入痒且板上，具有 氣連接丨 〜輪出埠與該積體電路電 至少一發光二極體(LED)，苴萝刮L 連接； 1 )八裒叹至該基板，與該輸出埠電氣 該基板、該外部撫及_體電糾 -Ed電 路及該發光二極體(LED)整合成一電紐# # y Α、特殊應用積體電 路。 、7正口風电組件並形成一積體化 板包第1項之發光二極體卿)純，其中料 板包含-+導體基板，其具有複數之第 #Ύ基 並與該特殊應用積體電路障)晶粒上的該積體電路1氣‘: 二積體電路包含從由電阻、二極體㈣ 氧、中f第 電晶體_SFET，她Wde.-du咖脇 tr職tor)、及正反器組成之群組中所選取之至少一半導體元件。 4·如申請專纖_丨項之發光二歸仰聯統， =ISTLED)包含串聯或並聯地電氣連接的複數之發i 5.如申請專利範圍第i項之發光二極體(LED)系統，其中該至 ^光一極體(LED)包含裝設至該基板之一表面且與該積體電 路電氣連接的複數之發光二極體，各發光二滅被設置成產生不 同親备.。 14 201106461 6. 如申請專利範圍第1項之發光二極體(LED)系統，更勹 該基板上的聚合物鏡片，其封裝該發光二極體(LE ^ δ在 積體電路(ASIC)晶粒。 邊特殊應用 7. 如申請專利範圍第6項之發光二極體(LED)系統， 合物鏡片包含用以產生白光的螢光層。 /、中該聚 8. 如申請專利範圍第丨項之發光二極體①ED)系 光二極體(LED)包含用以產生白光的螢光層。 '、一發 ^如申請專利範_丨項之發光二極體(LED)H 射凹部’該發光二極體(LED)及該特殊應用麵 (ASIC)日日粒乃裝設於該反射凹部中。 书路 10.—種發光二極體(LED)系統，包含： 13其包含複數之半導體元件及複數之外部接t -特殊應用積體電路(ASIC)晶粒，其裝設至該半導體=點， _ 輸 埠電iirf光二極體(LED)，其裝設至該半導體基板，與該輸出 杜ΐίίΐί板、該外部接點、該半導體基板上的該半導體元 二用f體電路(ASIC)晶粒城^ 積體化LED電路以控制該發光二極體。 半導10一項之發光二極體⑽d)系統，其中該 效電晶體_s3f&二:二5，'、電容、閘極、金氧半場 論sis㈣、及正級^G=effect 二接的=„氣連接的複數之輪入埠、與該輸:埠電 接的減之積體電路、及與該積體電路f氣連接的至少 15 201106461 r2 發 =====②二r 13. W、=請專利翻第1G項之發光二極體邱咐统，i中兮 包含在接地之複數平行串列中串聯焱連接: 縱 統，其中該 及接地埠。 + 1尤琿絲埠、開-關埠、溫度回授埠、 15士中請專利範圍第1()項之發光二極體(led)系統， 光i極^料包含複數之輸出埠n鶴複數之串聯連接的發X 至少= 申第^項之發光二極體(咖)系統，其中該 聯ΐ接數之輸出埠’用以鶴複數之平行串列之串 Π.如申請專利範圍第10項之發光二極體(LED)系統， 至少-發光二極體包含複數之發光二極體，各發光二極體具有^ 同顏色，且該特殊應用積體電路(ASIC)晶粒包含用以控G 一極肢之串列埠寫入平衡（sedal p〇rt wrke ba^ce ) 〇 18.如申請專利範圍第1〇項之發光二極體(LED)系統，豆 該特殊應轉體電路(ASIC)晶粒及紐光二_以板上連接式晶 片（chip on board)構造覆晶裝設至該半導體基板。 工曰曰 16 201106461 19·如申請專利範圍第ι〇項之發光二極體(LED)系統，其中該 發光二極體包含聚合物鏡片。 20. 如申請專利範圍第10項之發光二極體(LED)系統，其中該 發光二極體包含螢光層。 21. 如申請專利範圍第10項之發光二極體(LED)系統，更包含 在該半導體基板上的聚合物鏡片，其封裝該發光二極體(LED)及該 特殊應用積體電路(ASIC)晶粒。 22. 如申請專利範圍第21項之發光二極體(LED)系統，其中該 聚合物鏡片包含用以產生白光的螢光層。 23. 如申請專利範圍第21項之發光二極體(LED)系統，其中該 發光二極體(LED)包含用以產生白光的螢光層。 24. 如申請專利範圍第21項之發光二極體(LED)系統，其中該 半導體基板包含一反射凹部，其中該發光二極體(LED)及該特殊應 用積體電路(ASIC)晶粒乃裝設於該反射凹部中。 、 八、圖式： 17
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