專利名稱：具有帶中心凹部的托座的led模塊的制作方法
具有帶中心凹部的托座的LED模塊本發明涉及固態照明領域。本發明尤其涉及具有托座(platform)的LED模塊的領域，該托座上安裝有至少一 個LED芯片(LED裸片)。所述LED芯片尤其可以是諸如藍光照明LED芯片的單色LED芯 片。正如公知的，假使在上述芯片頂部放置包括色彩變換顆粒的層，則色彩變換顆粒將會變 換(通常是降頻變換(d0Wn-C0nvert))LED芯片所發射的光中的至少一部分，使得原來由 LED芯片所發射的光譜與通過色彩變化顆粒的變換而產生的光譜的混合將從LED模塊發射 出來。借助此技術，可以制造例如白光照明LED模塊。近來已發展出了用于LED封裝設計的表面安裝技術(SMT)。所述SMT法具有可將 LED元件尺寸最小化的優點。為了將垂直型LED芯片和面朝上(FU)水平型LED芯片安裝到封裝(package)(例 如由硅制成)上，通常要在托座的刻蝕凹部中形成金屬焊盤，以便安裝LED芯片。另外，至 少一條鍵合線(通常由金制成)用于將LED芯片的頂表面電極與通常通向托座的反面的電 通道連接。安裝有LED芯片的晶片的正面與通常放置電源和控制電路的晶片的反面之間的 電連接，是通過表面金屬化為電路來實現的。一般而言，LED封裝的元件尺寸的最小化，對于諸如在移動電話中、便攜式顯示器， IXD的背光等現代的LED應用而言是重要的因素。此外，光學方面，例如使用透鏡的情況，也 需要光源其自身的最小化。因此，本發明意在實現此目的提供一種特別用于使具有處于托座的凹部中的芯 片的LED模塊最小化的技術。此目的借助于獨立權利要求中的特征來實現，從屬權利要求進一步深化了本發明 的中心思想。根據本發明的第一個方面，提供一種在托座內具有至少一個穿通孔的LED模塊， 所述LED模塊包括托座，所述托座具有凹部，所述凹部具有帶底部的中心部分和包圍中心部分的階 梯式擴展部分；至少一個LED芯片，所述LED芯片布置在中心部分的底部上；鍵合線，所述鍵合線從LED芯片通向擴展部分的底部，以便與LED芯片的第一電 極接觸。鍵合線借助于從擴展部分的底部起穿過托座而通向托座的反面的穿通接觸件 (through contact)，與托座的反面電連接。LED模塊還可以包括在中心部分的底部內的穿通接觸件，所述穿通接觸件與LED 芯片的第二電極接觸。托座可以由硅制成。可以提供色彩變換介質而用來填充凹部的中心部分，其中，色彩變換介質的頂表 面基本上可以與所述凹部的擴展部分的底部齊平。凹部的擴展部分可以填充有透明介質，優選地，所述透明介質不具有色彩顆粒和/
4或散射顆粒。替代地，凹部的擴展部分可以填充有包括色彩變換顆粒和/或散射顆粒的透明介 質。可以選擇凹部的擴展部分中的色彩變換顆粒，使得擴展部分中的色彩變換顆粒將 光變換為第一光譜，而中心部分中的色彩變化顆粒將光變換為與第一光譜不同的第二光
■i並 曰O擴展部分可以填充有在托座的頂表面上方延伸的水滴形頂部。替代地，擴展部分可以填充有與托座的頂表面齊平的介質。凹部的中心部分可以具有正方形或矩形的剖面形狀。擴展部分可以具有圓形的形狀。中心部分的底部可以具有小于300μπι、優選地介于50μπι至150μπι之間的厚度。擴展部分可以具有介于2mm至4mm之間、優選地介于2. Omm至3. Omm之間的直徑。在俯視時，所述托座可以具有正方形或矩形的剖面形狀。界定擴展部分的壁可以例如與托座的界定中心凹部的部分整體地形成。在此情況 下，可以通過兩步刻蝕工藝，例如在硅中的各向異性刻蝕工藝，來形成凹部的擴展部分和中 心部分。替代地，界定擴展部分的壁可以作為單獨的部件而安裝至托座的界定中心凹部的 部分。為了將LED芯片的電極與穿通接觸件連接，可以在中心凹部的底部上提供金屬化層。在凹部的中心部分的底部內的穿通接觸件相對于芯片偏離，即從上方看去時在 LED芯片的輪廓外部。鍵合線可以借助于從擴展部分的底部起穿過托座而通向托座的反面的另外的穿 通接觸件，與托座的反面電連接。本發明的另一方面涉及一種具有帶中心部分和擴展部分的凹部的硅托座，所述硅 托座設計用于LED模塊中。本發明的又一方面涉及一種LED模塊，在所述LED模塊中，經由橫向金屬化通道來 接觸LED芯片的一個或更多個電極，所述LED模塊包括托座，所述托座具有凹部；至少一個LED芯片，所述LED芯片布置在凹部的底部上；第一導電通道(金屬化通道)，所述第一導電通道從LED芯片的第一電極起穿越凹 部的側壁而通向托座的表面，并從此處穿越托座的橫壁而到達托座的反面；以及與第一導電通道電隔離的第二導電通道，所述第二導電通道從LED芯片的第二電 極起穿越凹部的側壁而通向托座的表面，并從此處穿越托座的橫壁而到達托座的反面。在結合附圖而理解以下對本發明的多個不同實施例的描述后，對本領域的技術人 員而言，進一步的目的、特征和優點將變得明顯。
圖1示出本發明的第一個實施例，其中置于托座的凹部中的LED芯片分別經由橫 向導電通道(金屬化通道)和鍵合線來電接觸，圖2是分別示出圖1的LED模塊的正面(FS)和背面(BS)的視圖，
圖3是示出具有垂直型LED芯片(一個電極位于LED芯片的頂表面，而另一電極 位于其底表面)的本發明的另一實施例的立體圖，圖4示出圖3的實施例的側面剖面圖，圖5示出本發明的另一實施例，其中托座的凹部中的LED芯片分別經由穿通孔和 位于頂表面的鍵合線來接觸，圖6示出本發明的又一實施例，其中托座的凹部中的FU(面朝上)安裝LED芯片 經由兩條鍵合線來接觸，圖7示出垂直型LED芯片的電極分別由金屬化通道和鍵合線來接觸的實施例，圖8示出圖7的實施例的剖面圖，并且圖9示出對圖7和圖8的實施例的修改。B 1，B 2 ‘棚0 馳誦i首(表面·誦i首)__丨現在將結合圖1和圖2來說明這樣的實施例在所述實施例中，布置在(例如硅) 托座的凹部中的LED芯片的至少一個電極并且優選地甚至是兩個電極，經由構成表面電流 通道的至少一個橫向金屬化通道而與托座的反面的電接觸件連接。圖1大體示出了設計用來產生具有確定光譜的光的LED模塊1。LED模塊1包括 可以由例如硅(硅晶片)制成的托座。所述托座具有處于底部4的凹部3，在所述凹部3放 置有能夠發射具有確定光譜的光的LED芯片5。由凹部3所確定的腔室可以填充有可包括 色彩變換顆粒和/或散射顆粒的透明介質6。在圖1所示的實施例中，凹部3中的填充物6的頂表面7與硅托座的頂表面8基 本齊平。凹部3的側壁9，包括側壁19，在圖1中都示出為垂直的，但其也可以是傾斜的，從 而使凹部3朝著圖1所見的頂框架開口。如果需要的話，可以使側壁9為可反光的(通過表面處理和/或諸如Al或Ag的 金屬涂覆)。為了與處于LED芯片的頂表面11的第一電極10和設置于LED芯片5的底表面的 第二電極12接觸，可以采用不同的方法。在圖1所示的實施例中，經由鍵合線14來接觸處 于LED芯片5的頂表面11的電極10，所述鍵合線14可例如由金制成，并以在凹部3的填 充物6的頂表面7上方延伸的方式通向布置在托座2的頂表面8上的接合焊盤(landing pad) 15。隨后，導電通道從接合焊盤15起穿越托座2的側壁16而通向托座2的反面(背 面)17。經由導電金屬化層48來接觸布置在LED芯片5的底面13的電極12，所述導電金 屬化層48可以是具有導電金屬化通道18的平板，所述導電金屬化通道18從托座2的底部 4起穿越腔室(凹部)3的側壁19而通向托座2的頂表面8，并隨后穿越側壁49 (不同于首 次提到的電極的側壁16)而到達布置于硅托座2的反面(背面)的電接觸件20。電接觸 件20、21經由隔離間隙22而彼此分離。導電金屬化通道18和導電金屬化層48可以由導 電的各種材料制成，例如也可以是半金屬。要注意的是，對于LED芯片5的頂表面11上的第一電極10而言，也可以替代使用 鍵合線14而使用與金屬化通道18相似但將其電隔離的另外的金屬化通道。為了以物理的方式來保護鍵合線14，通常將第二透明層(圖1中未示出)涂覆到LED模塊1的頂部，從而使其封閉鍵合線14。在圖1的實施例中，硅托座2不具有穿通孔。圖2是示出圖1的實施例的模塊1 的正面(FS)和背面(反面(BS))的視圖。正如可以看出的，凹部3可以具有大體矩形或正方形的剖面形狀。而且硅托座的 外輪廓也可以是正方形或矩形。正面圖示出用于鍵合線14(圖2中未示出)的接合焊盤 15。在圖2 (正面)中還示意性地示出了具有導電通道18導電金屬化層48和的側壁19。用于鍵合線14的接合焊盤15可以通過可由例如硅氧化物形成的隔離層23而與 金屬化通道18隔離。圖3至圖9 在ffi座內H有穿誦孔他t施徹丨現在將結合圖3至圖9來描述這樣的實施例在所述實施例中，布置在(例如硅) 托座的凹部中的LED芯片的電接觸件經由橫穿托座的穿通孔而與位于托座的背面的電接 觸件連接。每個穿通孔可以經由金屬化通道或鍵合線而與LED芯片的相關電極連接。穿通 孔可以設置于托座中的凹部的中心部分和/或擴展部分，這為設計選擇提供了自由度。穿通孔，也稱作通孔，是在半導體制造即集成電路設計和LED托座的領域中經常 使用的技術。(穿通硅通孔(through-silicon via)是完全穿過基板或晶片的垂直電連接 (通孔))。在例如絕緣氧化層的基板層中，穿通孔是允許不同的層之間的有導電連接的小 開口。例如通過電鍍或通過將所述、孔填充孔環或小鉚釘，使得所述孔可導電。因此，穿通 孔與圖1和圖2所示的橫向金屬化通道(表面通道)有較大的區別。它們也與例如采用流 動成型技術而嵌入在托座中的橫向金屬化通道(表面通道)有較大的區別。此處即首先構 建導電通道，然后重疊形成托座的覆蓋材料。注意的是，根據圖3、4、5和7、8、9的實施例涉及垂直型芯片。垂直型芯片在芯片 的兩個面上具有兩個電極。因此，至少一條鍵合線與頂表面負極連接，而經由例如刻蝕凹部 中的金焊盤來連接芯片底部的正極。如以下將進一步詳細說明的，圖3、4、5的實施例涉及正極接觸穿通孔在凹部內的 設計，而圖7、8、9的實施例描述用于LED芯片的兩個電極的穿通孔橫穿凹部外部的托座而 因此處于托座的較厚部(與托座的凹部底部的減少的厚度相比)的情況。現在將結合圖3來說明本發明的第二個實施例。提供了具有硅托座2和布置在凹 部3中的LED芯片5的垂直型LED模塊1。正如從圖3和圖4中可以看出的，此凹部3包括 第一中心部分25，LED芯片5布置在所述第一中心部分25的底部4。另外，第二擴展部分26布置在中心部分25上方。可以通過例如兩步(各向異性)刻蝕工藝來形成凹部3的第一中心部分25和第 二擴展部分26。經由鍵合線14而通向位于LED芯片5的頂表面的第一電極10，所述鍵合線14超 過中心部分25的范圍，并到達布置在凹部3的第二擴展部分26的底表面27上的接合焊盤 15上。為了將鍵合線14的接合焊盤15與托座2的背面連接，在此實施例中，可被金屬化的 至少一個穿通接觸件穿過(例如硅)托座2而通向背面接觸件20。此穿通接觸件以及在本發明的構架中所提及的其它所有的穿通接觸件，可以通過 高深寬比DRIE(深反應離子刻蝕)來形成。同樣經由金屬化層48接觸布置于LED芯片5的底面13的LED芯片5的電極12。但是，在圖3和圖4的實施例中，此金屬化層48還與布置在硅托座2的底部4內的第二穿 通接觸件29相接觸。第二穿通接觸件29就其布置在LED芯片5的輪廓外部(在俯視時) 這個意義上而言是偏離設置的。第二穿通接觸件29同樣通向背面接觸件21。
通過使得第二穿通接觸件29位于LED芯片5的輪廓外部并偏離于金屬化層48，能 夠避免可能由穿通接觸件29帶來的使LED芯片的金屬化層48不平整并由此妨礙LED芯片 5經由金屬化層48與底部4的正確焊接的問題。在圖3和圖4的實施例中，其表明了可以使界定凹部3的第二擴展部分的壁30與 托座2的部分31整體地形成，其中，部分31界定凹部3的第一中心部分25，并且部分31也 包括托座2的底部4。但是，要注意的是，硅托座2的包括凹部3的第二擴展部分26的壁30的部分也可 以作為單獨的部件(例如環)而安裝于所述部分31。尤其可從圖1所見的，凹部3的中心部分可以具有矩形或正方形的形狀。第二擴展部分26可以具有圓形或橢圓形的形狀。凹部3的第一中心部分25可以填充有色彩變換介質，即諸如具有散布于其中的色 彩變換顆粒的樹脂的基體。優選地，用于填充凹部3的第二擴展部分26的材料是透明的，但不包括色彩變換顆粒。在圖4的實施例中，用于第二擴展部分26的填充物實際上是所謂的水滴形頂部 24，所述水滴形頂部24是利用將凹部3的第二擴展部分26的側壁30作為阻擋而涂覆的。在圖5的實施例中，本質的區別是，將用于填充凹部3的第二擴展部分26的材料 41形成為與硅托座2的頂表面8齊平。如從圖3、4和5可以看出，優選地凹部3的第一中心部分25的填充物使得用于此 填充物的材料33與凹部3的第二擴展部分26的底部27齊平。在任何情況下，根據圖1-圖6的實施例，鍵合線14將總是穿過優選地包括色彩變 換顆粒的第一材料33，其中，鍵合線14的彎曲部34由單獨涂覆的第二透明基體來保護。圖6所示的實施例尤其適合用于FU (面朝上)芯片封裝。FU安裝芯片在LED芯片 的頂部上具有正極和負極，使得至少有分別用于正極和負極的兩條鍵合線與芯片頂表面連接。因此，在圖6的實施例中，取代穿通孔29，經由第二鍵合線35來電接觸LED芯片5 的第二電極，所述第二鍵合線35通向也布置于凹部3的第二擴展部分26的底部27的第二 接合焊盤36。此第二接合焊盤36經由第二穿通接觸件37而與圖6的實施例中的LED模塊 1的背面接觸件21電連接。圖5所示的兩個穿通接觸件是相似的，并且具有相同的長度。 將兩個穿通孔(穿通接觸件)移出凹部的中心部分，最小化了空間限制，并允許了更緊湊的 LED模塊的生產。現在將結合圖7至圖9說明兩個穿通孔將所述凹部的擴展部分的底部與托座的 背面連接的本發明的又一實施例，其中，穿通孔中的一個經由鍵合線而與LED芯片的電極 連接，而另一個利用穿越所述凹部的中心部分的底部和側壁的金屬化通道。將兩個穿通孔 (穿通接觸件)移出凹部的中心部分，最小化了空間限制，并允許了更緊湊的LED模塊的生產。
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優選地，圖3至圖6的實施例中的凹部3的擴展部分26 (其具有圓形的剖面形狀) 具有介于2mm至4mm、優選地2. Omm至3. Omm之間的直徑。優選地，中心部分25的底部4具有小于300 μ m、優選地介于50 μ m至150 μ m之間
的厚度。如圖7和圖8所示，在此實施例中，與圖6的實施例不同的區別是，與LED芯片5 的正極相連接的金屬化通道38代替了圖5的鍵合線35。根據圖9所示的修改，中心部分的側壁是傾斜的(與圖7和圖8所示的實施例的 豎直側壁相比而言)，并且可以通過例如液相刻蝕來形成。金屬化通道是穿越所述凹部的中 心部分的傾斜側壁而應用的。附圖標記列表1 LED 模塊2 托座3 凹部4 凹部的底部5 LED 芯片6 填充物7 LED芯片的頂表面8 頂表面9 凹部的側壁10 第一電極11 LED芯片的頂表面14 鍵合線15 接合焊盤16 托座的側壁17 托座的反面19 凹部的側壁20 電接觸件121 電接觸件222 隔離間隙23 隔離層25 凹部的中心部分26 階梯形的擴展部分27 第二擴展部分的底部28 第一穿通接觸件29 第二穿通接觸件30 界定擴展部分的壁31 托座的部32 透鏡33 用于第一部分25的填充物
34彎曲部35鍵合線36第二接合焊盤37第二穿通接觸件38金屬化通道41用于第二擴展部分26的填充物48導電層49托座的側壁
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權利要求
一種LED模塊(1)，包括托座(2)，所述托座(2)具有凹部(3)，所述凹部(3)具有帶有底部(4)的中心部分(25)和包圍所述中心部分(25)的階梯式擴展部分(26)；至少一個LED芯片(5)，所述LED芯片(5)布置在所述中心部分(25)的所述底部(4)上；鍵合線(14)，所述鍵合線(14)從所述LED芯片(5)通向所述擴展部分(26)的底部，以便與所述LED芯片(5)的第一電極接觸，其中，所述鍵合線(14)借助于從所述擴展部分的底部起穿過所述托座(2)而通向所述托座(2)的反面的穿通接觸件，與所述托座(2)的反面電連接。
2.根據權利要求1所述的LED模塊(1)，還包括所述中心部分(25)的所述底部(4)內 的穿通接觸件，所述穿通接觸件與所述LED芯片(5)的第二電極接觸。
3.根據前述權利要求中的任何一項所述的LED模塊(1)，其中，所述凹部(3)的所述 中心部分(25)填充有色彩變換介質，其中，所述色彩變換介質的頂表面基本上與所述凹部 (3)的所述擴展部分(26)的底部齊平。
4.根據前述權利要求中的任何一項所述的LED模塊(1)，其中，所述凹部(3)的所述擴 展部分(26)填充有透明介質，所述透明介質優選地不具有色彩顆粒和/或散射顆粒。
5.根據權利要求1至3中的任何一項所述的LED模塊(1)，其中，選擇設置在所述凹部 (3)的所述擴展部分(26)中的第一色彩變換顆粒，從而使所述第一色彩變換顆粒將光變換 為與所述LED芯片所發射的光譜不同的第一光譜，而所述中心部分(25)中的第二色彩變換 顆粒將光變換為與所述第一光譜不同并與所述LED芯片光譜不同的第二光譜。
6.根據權利要求1至3中的任何一項所述的LED模塊(1)，其中，所述凹部(3)的所述 中心部分(25)填充有不具有色彩變換顆粒的透明介質，而所述擴展部分(26)填充有包括 色彩變換顆粒的介質。
7.根據前述權利要求中的任何一項所述的LED模塊(1)，其中，所述擴展部分(26)填 充有在所述托座(2)的頂表面(8)上方延伸的水滴形頂部。
8.根據權利要求1至6中的任何一項所述的LED模塊(1)，其中，所述擴展部分(26) 填充有與所述托座(2)的頂表面齊平的介質。
9.根據前述權利要求中的任何一項所述的LED模塊(1)，其中，所述凹部(3)的所述中 心部分(25)具有正方形或矩形的剖面形狀，并具有小于300 μ m、優選地介于50至150 μ m 之間的厚度。
10.根據前述權利要求中的任何一項所述的LED模塊(1)，其中，所述擴展部分(26)具 有圓形的剖面形狀。
11.根據權利要求10所述的LED模塊(1)，其中，所述擴展部分(26)具有介于2mm至 4mm、優選地2. Omm至3. Omm之間的直徑。
12.根據前述權利要求中的任何一項所述的LED模塊(1)，其中，界定所述擴展部分 (26)的壁(30)與所述托座(2)的界定所述中心凹部(3)并包括所述底部(4)的部分(31) 整體地形成。
13.根據權利要求12所述的LED模塊(1)，其中，通過兩步刻蝕工藝來形成所述凹部 (3)的所述擴展部分(26)和所述中心部分(25)。
14.根據權利要求1至11中的任何一項所述的LED模塊(1)，其中，界定所述擴展部分 (26)的所述壁(30)作為單獨的部件而附接至所述托座(2)的界定所述中心凹部(3)的部 分(31)。
15.根據前述權利要求中的任何一項所述的LED模塊(1)，其中，在所述中心凹部(3) 的所述底部上的金屬化層(48)將所述LED芯片(5)的電極與所述穿通接觸件連接。
16.根據前述權利要求中的任何一項所述的LED模塊(1)，其中，從上方看去時，所述凹 部(3)的所述中心部分(25)的底部內的所述穿通接觸件位于所述LED芯片(5)的輪廓外部。
17.根據前述權利要求中的任何一項所述的LED模塊(1)，其中，所述鍵合線(14)借助 于從所述擴展部分的底部起穿過所述托座(2)而通向所述托座(2)的反面的另外的穿通接 觸件，與所述托座(2)的反面電連接。
18.—種硅托座(2)，具有帶有中心部分和擴展部分(26)的凹部(3)，所述硅托座(2) 設計為用在根據前述權利要求中的任何一項所述的LED模塊(1)中。
19.一種LED模塊(1)，包括托座(2)，所述托座(2)具有凹部(3)；至少一個LED芯片(5)，所述LED芯片(5)布置在所述凹部(3)的底部上； 第一導電通道，所述第一導電通道從所述LED芯片(5)的第一電極起穿越所述凹部(3) 的側壁而通向所述托座(2)的表面，并從此處穿越所述托座(2)的橫壁而到達所述托座(2) 的反面；以及與所述第一導電通道電隔離的第二導電通道，所述第二導電通道從所述LED芯片(5) 的第二電極起穿越所述凹部(3)的側壁而通向所述托座(2)的表面，并從此處穿越所述托 座(2)的橫壁而到達所述托座(2)的反面。
20.根據前述權利要求中的任何一項所述的LED模塊(1)，其中，所述托座(2)由硅制成。
21.根據前述權利要求中的任何一項所述的LED模塊(1)，其中，在俯視時，所述托座 (2)具有正方形或矩形的剖面形狀。
全文摘要
一種LED模塊(1)，包括具有凹部(3)的托座(2)，其中，凹部(3)具有帶有底部的中心部分和包圍中心部分的擴展部分(26)。LED芯片(5)布置在中心部分的底部上。鍵合線(14)從LED芯片(5)通向擴展部分(26)的底部，以便與LED芯片(5)的第一電極接觸。在一個實施例中，鍵合線(14)借助于從擴展部分的底部起穿過托座(2)而通向托座(2)的反面的穿通接觸件，與托座(2)的反面電連接。在另一實施例中，第一導電通道從LED芯片的第一電極起穿越凹部(3)的側壁而通向托座(2)的表面，并從此處穿越托座(2)的橫壁而到達托座(2)的反面。與第一導電通道電隔離的第二導電通道，從LED芯片(5)的第二電極起穿越凹部(3)的側壁而通向托座(2)的表面，并從此處穿越托座(2)的橫壁而到達托座(2)的反面。
文檔編號H01L33/48GK101971379SQ200980113439
公開日2011年2月9日 申請日期2009年4月1日 優先權日2008年4月18日
發明者川口洋明, 弗里德里希·瓦格納, 王燕琦 申請人:萊登照明詹納斯多夫股份公司