[发明专利]具有置于薄膜上的发光二极管芯片的发光二极管平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有置于薄膜上的发光二极管(LED)芯片的LED平 台。

背景技术

众所周知的是在所谓封装里设置高亮度(high brightness，HB)LED 和中等功率的LED，其中这些LED被设置在一支撑衬底上。

因此LED芯片被设置在一子底座(submount)上，该子底座包括具有机 械性能和较好导热性的介质材料。目前用于衬底和子底座的材料需要最小的 加工厚度。

对于正面朝上(face-up，FU)LED芯片设计，LED芯片的衬底可以使用 一胶合剂或焊料联结到子底座上。

倒装芯片(flip chip，FC)技术目前的发展致力于减少通往封装的热 通道，该封装提供发光半导体材料的改善的热控制。对于FC应用联结技术， 例如钉头金凸点联结可以被用于在LED电极区域的低比例区域连接两个部 件。然而，这种装配技术是昂贵的并且提供有限的机械支撑和有限的热性能。

在LED装配的背面使用电气焊料联结是理想的。这些互相连接增加了设 计的成本和复杂性，并且在金属或者介电材料，特别是薄的材料厚度的材料 中难以实践。目前使焊料面接触的替代方法首选是馈电的制作。

然后，LED芯片和子底座组件被设置于一些最终封装中以使电接触和光 输出建立。

现在，存在高亮度LED芯片在增长的功率下工作的问题。LED芯片的光 转换效率非常低，因此该LED芯片产生的热量不得不通过封装材料移除到周 围环境中。封装后的LEDs所引起的大多数费用仍然被材料的费用所主导，其 中除了LED之外，该费用是与全部制造费用相比相对较高的。

问题是LED衬底、子底座和封装材料的结合表现出从芯片到周围环境 的热传输的最薄弱的环节。导热良好的材料如金属底座不能单独使用，因 为与LED的电接触必须是电绝缘的。而这是可能的，这些材料产生导热率 的减少，该导热率限制了能够被用在低功率器件的封装中的芯片的物理尺 寸和功率(例如芯片尺寸一般小于300微米和负载功率小于300毫瓦)。 对于高功率器件(例如芯片尺寸一般大于300微米和负载功率大于300毫 瓦)，整个金属壳也过分的发热并且能有害地影响LED光源的长期性能， 因为所有这些部件是典型的温度敏感的。

其中，该LED芯片没有一致的尺寸，也就是没有正方形的形状，该负 载功率是典型的主导特征，并且该平均芯片尺寸可以被用来限定该(有效 的)芯片长度(L)，其中该芯片面积(L×L)是适度精确的。

对于子底座，采用具有一很高导热率的介质材料表现出优势，但是牵扯 整个器件设计的高成本和位置约束。

另外，该子底座必须为该LED提供一个稳定的机械支撑。这需要该子底 座具有最小的厚度。在导热远离该LED的能力和为该LED提供机械支撑的能 力之间存在冲突的需求。众所周知的是减小该厚度增加制造成本，并且在正 常的LED装配过程中使分立子底座的使用无断裂的操作是不可能的。

目前，设计典型地是在合理的成本下确保封装的机械特性，并且接受当 时达到的热性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种不使用分立子底座的LED封装技术，该分立子 底座提供了改善的在与热源正交方向上的热特征，而且维持需要的机械支撑 和整个封装与该LED产生的热的热隔离。

该目的用独立权利要求的特征实现。从属权利要求进一步发展了本发明 的中心思想。

根据本发明的第一个方面，一LED平台(LED封装)被建议包括在一衬 底上具有一光活性层的一LED芯片。该LED芯片被安装到在该平台上形成的 腔体的一凹陷表面，并且与该平台的薄膜材料热接触。该技术也有利地致使 薄膜材料中的一个或多个馈电。

该腔体和围绕该腔体的薄膜完整形成的平台的结构的厚度被制成大体大 于该腔体的厚度。该薄膜的厚度h与形成该平台的结构的厚度H的比率(h/H) 一般为从1/25到1/2。

根据传统机械学和封装设计原理，这些低的比率使薄膜厚度对于传统 LED封装在机械上不是非常稳定的。

该LED衬底具有一厚度，该厚度同样不像该LED衬底的导热率那样关键。 该LED衬底的导热率应该尽可能高。很清楚地，一薄的LED衬底是有优势的； 实际上，从热学角度没有衬底将是理想的。既然这样，仅仅该黏合材料和该 光活性层可以有利的结合。