[发明专利]高电压无丝焊LED

说明书

相关申请

本申请是2009年4月6日提交的名为“高电压低电流表面发射LED（High Voltage Low Current Surface-Emitting LED）”的第12/418，816号和2007年11月14日提交的名为“无丝焊晶片级LED（Wire Bond Free Wafer Level LED）”的第11/985,410号的部分继续申请。

本发明的背景

技术领域

本发明涉及发光二极管（LED）芯片，特别是具有互连以允许高电压和低电流操作并能够实现无丝焊（wire bond，丝线键合）制造和操作的多个串联结（junction）的LED芯片。

背景技术

发光二极管（LED）是将电能转换成光的固态装置，通常包括夹置在相反掺杂的层之间的一个或多个半导体材料的有源层。当在掺杂层上施加偏压时，将空穴和电子注入有源层，空穴和电子在那里重新结合以产生光。光从有源层并从LED的所有表面发出。

为了在电路或其他类似装置中使用LED芯片，已知将LED芯片封入封装中，以提供环境和/或机械保护，颜色选择，光聚焦，等等。LED封装还可以包括电引线、电触点或电迹线，以将LED封装与外部电路电连接。图1示出了一种传统的LED封装，其通常包括通过焊料结合或导电环氧树脂安装在反射杯13上的单个LED芯片12。一个或多个焊丝（wire bond）11将LED芯片12的欧姆触点与引线15A和/或15B连接，所述引线可以附接至反射杯13或与其一体形成。可用包含波长转换材料的密封材料16填充反射杯13，所述波长转换材料例如为磷光体。由LED以第一波长发出的光可由磷光体吸收，这可响应性地以第二波长发射光。然后，将整个组件封装在透明保护性树脂14中，所述透明保护性树脂可以在LED芯片12上方模制成透镜的形状。

图2示出了另一传统的LED封装20，其可能更适于会产生更多热量的高功率操作。在LED封装20中，将一个或多个LED芯片22安装在承载件上，例如印刷电路板（PCB）承载件、基板或子安装座（submount，次安装基台）23。在子安装座23上可包括反射器24，所述反射器包围LED芯片22并将LED芯片22发出的光从封装20反射走。可使用不同的反射器，例如金属反射器、单向反射器（ODR）、以及分布式布拉格反射器（DBR）。反射器24还可对LED芯片22提供机械保护。在LED芯片22上的欧姆触点和子安装座23上的电迹线25A、25B之间制成一个或多个丝焊连接11。然后，用密封剂26覆盖所安装的LED芯片22，密封剂26可以在也用作透镜的同时对芯片提供环境和机械保护。典型地，通过焊料或环氧粘结剂将金属反射器24附接至承载件。

许多用于固态照明应用的LED部件试图通过在对于单独LED来说典型的尽可能高的电流和低电压下操作单个LED芯片而达到高光输出。图3a和图3b示出了可从公司（克利公司）获得的LED30，产品牌号是EZ700^TM LED。该LED包括单个LED结32，以及在该单个LED结顶部上的电流分布结构34，以从顶部触点36分布电流。还可包括电流分布层。用于这些类型的单结LED芯片的特定电压电平可取决于用于LED的特殊材料系统以及基于结电压所需的电压。例如，某些基于III族氮化物的LED可具有2.5至3.5V范围内的结电压，并且，通过施加升高的电流水平这些LED可实现增加的光通量。此方法的一个缺点是，在系统级别，高电流操作使得必需有相对昂贵的驱动器以对这种部件提供恒定直流电流源。此外，可能限制可应用于这些LED芯片的电流水平，如果单个结出现故障，那么芯片可能就无法使用了。

通过将几个LED封装安装在单个电路板上，可在组件级别实现更高的光输出。图4示出了一个这种分布式集成LED封装阵列50的截面图，其包括安装至基板/子安装座54的多个LED封装52，以实现更高的光通量。典型的阵列包括许多LED封装，为了便于理解和说明，图4仅示出了两个。替换地，通过利用腔体的阵列，并在每个腔体中安装一个LED芯片，已经提供了更高通量的部件。例如，由Lamina公司提供的TitanTurbo^TM LED光引擎。通过在电路板级别串联地装配多个适当额定电流的LED封装，此多个LED部件布置还可允许在高电压和低电流下操作。在高电压和低电流下驱动固态照明部件可以提供更低成本的驱动器解决方案，并最终提供更低的系统成本。然而，多个单独部件的高成本会超过这种解决方案的更低驱动器成本。