CN101843170B

CN101843170B - Led封装和用于制造这种led封装的方法

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Publication number: CN101843170B
Application number: CN200880113755.5A
Authority: CN
Inventors: 吉勒·费鲁; 贾奎斯·勒贝尔
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2007-11-01
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2028-10-28
Also published as: US20100244691A1; WO2009057041A1; EP2208393B1; CN101843170A; EP2208393A1; US8564202B2

Abstract

一种LED封装，包括LED管芯和存储器器件。所述存储器器件用于保持用于驱动所述LED管芯的LED数据信息。LED驱动器装置包括如上所述的LED封装、LED驱动器器件和微控制器。所述微控制器与所述存储器器件相连，以访问用于驱动所述LED管芯的LED数据信息；所述微控制器与LED驱动器相连，以发送输出通量设置信号。所述LED驱动器装置与LED管芯相连，以向所述LED管芯提供驱动信号，所述驱动信号基于来自所述微控制器的输出通量设置信号。

Description

LED封装和用于制造这种LED封装的方法

技术领域

本发明涉及一种包括LED元件的LED封装。

本发明还涉及一种LED驱动器装置、用于制造LED封装的方法和LED驱动器装置的操作方法。

背景技术

高亮度LED元件(LED：发光二极管)的大量应用确定用于传输信令和发送信号。期待高亮度LED在近几年内代替发光应用中的传统照明灯。

已经使用GaN基材料研发了高亮度LED。已知这种LED的光学和电学性质可以表现出较大变化。输出(辐射)通量、波长、正向电压和电阻系数可以表现出展宽。具体地，对于给定驱动电流，这些性质的变化导致不同LED的输出通量的变化。

EP0702347A1公开了一种点阵LED显示器，所述点阵LED显示器具有数据存储单元，用于存储根据每个LED特征亮度而准备的亮度校正数据以最小化LED中的亮度差。

US2006/186819A1公开了一种用于向单个LED组件内部存储测量光输出的制造工艺和通过这种工艺实现的LED组件。该工艺使用制造测试***来将LED发光组件与光谱输出测量工具保持受控的距离和角度。对每一个基色LED测量所制造组件的光谱坐标、正向电压和环境测量结果。将测量结果记录到LED组件内部的存储器件。然后可以在使用LED组件时利用那些所存储的测量结果，以提供通过LED组件输出的光的精准控制。

另外，已知在制造之后测量LED的性质并且基于结果对LED进行分类。典型地，基于LED的输出通量、波长和正向电压进行分类或装箱(binning)。

然后将分类的LED组装以制造发光应用。

基于装箱信息，可以针对发光应用对LED进行选择、分组和调整。然而，发光应用的制造商仍然会遇到一些障碍：选择LED的后勤工作昂贵并且复杂，并且不利地影响在发光应用的不同产品之间实现可再现的色温。

发明内容

本发明的目的是提供一种制造LED封装的方法，其改善了为发光应用选择LED的后勤工作。

根据实施例，提出了一种制造LED封装的方法，包括：至少提供LED管芯和存储器器件；将所述LED管芯和存储器器件组装到LED封装中；所述存储器器件用于保持用于驱动所述LED管芯的LED数据信息。

根据另一个实施例，提出了一种LED驱动器装置，包括：LED封装、LED驱动器器件和微控制器；所述LED封装包括LED管芯和存储器器件，所述存储器器件用于保持用于驱动所述LED管芯的LED数据信息；所述微控制器与所述存储器器件相连，以访问用于驱动所述LED管芯的LED数据信息；所述微控制器与LED驱动器相连，以发送输出通量设置信号；所述LED驱动器装置与LED管芯相连，以向所述LED管芯提供驱动信号；所述驱动信号基于来自所述微控制器的输出通量设置信号。

根据另一个实施例，提出了一种LED驱动器装置的操作方法，所述LED驱动器装置包括：LED封装、LED驱动器器件和微控制器；所述LED封装包括LED管芯和存储器器件，所述存储器器件用于保持用于驱动所述LED管芯的LED数据信息；所述微控制器与所述存储器器件相连，以访问用于驱动所述LED管芯的LED数据信息；所述微控制器与LED驱动器相连，以发送输出通量设置信号；所述LED驱动器装置与LED管芯相连，以向所述LED管芯提供驱动信号；所述驱动信号基于来自所述微控制器的输出通量设置信号；所述方法是在所述微控制器中实现的，以允许所述微控制器执行以下步骤：访问所述存储器器件，以读取用于驱动所述LED管芯的LED数据信息；接收发光设置信号；基于与所述LED数据信息相关联的所述发光设置信号确定对于所述LED管芯的输出通量设置信号；向所述LED驱动器器件发送所述输出通量设置信号。

为了本发明教导的目的，下面将描述本发明的各个方面。

附图说明

现在将参考所附示意图作为示例描述本发明的实施例，其中相应的参考符号表示相应的部分，其中：

图1示出了根据第一实施例的LED封装的截面图；

图2示出了根据第二实施例的LED封装的截面图；

图3示出了根据第三实施例的LED封装的截面图；

图4示出了根据本发明的LED封装的存储器器件电路；

图5a-5c示出了在制造期间根据本发明的LED封装的截面图；

图6示出了根据本发明的制造方法的流程图；

图7示意性地示出了根据另一实施例的LED驱动器装置；

图8示出了LED驱动器装置的工作方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了根据第一实施例的LED封装的截面图。LED封装1包括LED管芯3、存储器器件5和子安装架(submount)7。在所谓的倒装芯片结构中，将LED3和存储器器件5通过焊料凸点(solder bump)8、9、10、11固定到子安装架7上。焊料凸点也提供LED3和存储器器件5与子安装架7的电连接。子安装架7配置有附加触点12，用于与LED驱动器器件(未示出)和微控制器(未示出)的连接。附加触点12包括LED驱动端子和存储器访问端子，所述LED驱动端子用于LED驱动器器件驱动LED管芯3，所述存储器访问端子用于微控制器访问存储器器件5。存储器器件5配置用于保持与驱动LED管芯3相关的LED数据信息。这种LED数据信息涉及LED管芯3的光学和电学性质。存储器器件可以是只读半导体存储器器件或一次可编程存储器器件。以下将参考图6和图7详细解释用于访问存储器器件5中的信息的结构。

图2示出了根据第二实施例的LED封装的截面图。在图2中具有与前述图中所示相同参考符号的部件表示相应的部件。在第二实施例的LED封装中，分别通过键合线13、14和15将LED管芯3和存储器器件5键合到子安装架7上。键合线13、14、15提供LED3和存储器器件5到子安装架7的电连接。

图3示出了根据第三实施例的LED封装的截面图。根据第三实施例的LED封装包括LED管芯3、存储器器件5和子安装架20。用焊料凸点10、11按照倒装芯片结构将LED管芯3安装到子安装架20上。在该实施例中，将存储器器件5作为电路集成到子安装架的表面上。子安装架20包括载体21，所述载体21可以是半导体衬底，例如硅衬底。在所述载体21上设置了绝缘层22。例如，所述绝缘层22可以由二氧化硅或氮化硅组成。在绝缘层22的顶部上设置了第一构图导电层23。在第一构图导电层23上堆叠了第二构图导电层26。每个焊料凸点10、11配置用于与堆叠的第一和第二构图导电层23、26的相应部分接触。将包括存储器器件5的区域定位在LED管芯3下面。在子安装架20上，通过硅衬底21表面上的电阻器阵列提供存储器器件5。注意：可选地，电阻器阵列可以位于与LED管芯3的位置相邻的硅衬底21的表面上。电阻器阵列包括多个可熔电阻器的电路，这里用金属线部分24、25表示可熔电阻器。可熔电阻器的电路用钝化层27覆盖。将参考图4详细说明可熔电阻器的电路。

图4示出了作为根据本发明实施例的LED封装的存储器器件电路的可熔电阻器阵列。电阻器阵列5包括多个可熔电阻器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6、FR7、第一端子5b和第二端子5c。所述可熔电阻器在第一端子5b和第二端子5c之间设置为彼此并联的连接。在使用期间，可以将第一和第二端子5b、5c之一与地电压相连。每个可熔电阻器包括熔丝F和与所述熔丝串联的电阻器R1、R2、R3、R4、R5、R6和R7。将电阻器R1、R2、R3、R4、R5、R6和R7具体实现为硅衬底21中的扩散区域。

在一个实施例中，每个电阻器(R1-R7)配置为具有不同的电阻值，所述电阻器在使用期间限制通过相应熔丝的电流。所有熔丝F基本相同，并且配置用于在给定设计最大电流密度时熔断。

在可选实施例中，可熔电阻器可以由不具有扩散电阻器的金属线部分F构成。在金属线具有足够高电阻值从而使得允许检测电路可以足够精确地检测电阻器阵列的总电阻差别的情况下，可以使用这种结构的电阻器。与诸如铝之类的标准金属化金属相比，该实施例可以提供具有相对较高电阻率值的导电材料的金属线部分。根据图3和4的实施例的LED封装可以如图5a-5c所示来制造。

图5a示出了第一制造工艺之后的LED封装的截面图。在硅衬底21上生长或沉积二氧化硅层22。接下里，沉积第一导电层23，接着沉积第二导电层26。第一导电层23可以包括Ti-W合金。第二导电层26可以包括铝。

图5b示出了第二制造工艺之后的LED封装的截面图。接下来，通过光刻和湿法刻蚀或干法刻蚀对第一和第二导电层23、26的叠层进行构图。按照这种方式，形成第一和第二构图导电层。同样，将可熔电阻器形成为线形形状的元件，在这一阶段，所述线形形状的元件每一个均包括第一导电层和第二导电层的叠层。应该注意的是在这一构图步骤中，可熔电阻器的线宽和厚度是重要的，因为这将确定用于烧断可熔电阻器的最小电流密度。

图5c示出了在第三制造工艺之后的LED封装的截面图。在下一工艺中进行第二构图。除了曝光之后留下的线形形状元件，用光致抗蚀剂覆盖第一和第二构图导电层。接下来，用本领域公知的刻蚀工艺刻蚀线形形状元件的已暴露第二导电层。在刻蚀之后，线形形状元件只包括第一导电层并且形成可熔电阻器24、25。然后，沉积包括二氧化硅和/或氮化硅的钝化层27。

如以上图3所示，通过光刻和刻蚀对钝化层27构图以便在钝化层中包括开口部分，用于将焊料凸点10、11与堆叠的第一和第二构图导电层23、26的相应部分接触。可以通过任何已知技术制造焊料凸点10、11。所述焊料凸点可以是钉头凸点(stud bump)或电镀凸点。所述焊料凸点可以用具有例如Ni或Ti等金属屏蔽的Au、Sn、Pb、Cu制造。

随后，依赖于LED类型将LED管芯3焊接到子安装架20或倒装芯片结构中。

可以如下所述进行作为存储器器件的电阻器阵列的编程。

当在电阻器阵列的端子5b、5c上施加给定电压时，电流将流过每个熔丝和电阻器。当通过特定熔丝的电流超过设计最大电流密度时，这可以导致所述熔丝的破坏。通过调整电阻器的电阻值和所施加的电压，在编程操作期间可以破坏(烧断)一个或更多熔丝。结果，可以根据所施加的电压来改变阵列的总电阻。按照这种方式，当基于LED管芯的测量性质对总电阻编程时，可以将可熔电阻器阵列的总电阻作为与驱动LED管芯3相关的LED数据信息的指示器。应该注意的是在制造期间，可以按照不同方式设置每个电阻器R1...R7的电阻值：

第一种方法是通过注入工艺在各个电阻器的相应扩散区域中获得预定杂质水平的掺杂元件。如果所有扩散区域均配置有实质相等的杂质水平(通过对于所有扩散区域的单一掺杂剂注入工艺)，每个电阻器可以具有相同的电阻值。可选地，在掺杂剂注入工艺中单独控制扩散区域的杂质水平的情况下，电阻器的电阻值可以与其余电阻器中的一个或更多的电阻值不同。

用于产生具有各自不同的电阻值的扩散区域的第二种方法是通过光刻工艺，所述光刻工艺在每个扩散区域中产生具有实质上相同杂质水平的不同宽度和/或长度的扩散区域(假设每个扩散区域具有恒定深度)。扩散区域的电阻值与其宽度成反比、并且与其长度成正比。第二种方法更简单并且廉价。

图6示出了根据本发明的制造方法的流程图。首先，按照本领域普通技术人员公知的常用方式制造LED管芯3。同样，制造前述任意实施例中的存储器器件。在某个初始条件500处开始所述制造方法。在第一动作501，将LED管芯3和存储器器件5组装在LED封装中。可以将LED管芯和存储器器件组装到子安装架上，或者可选地，将存储器器件集成为子安装架表面上的电路。另外，将透镜安装到LED管芯上。将LED管芯和存储器器件引线连接到LED封装上的触点12。

在下一个动作502，将LED封装安装并且电连接到测试工具。所述测试工具配置有将触点12匹配到LED封装上的LED管芯和存储器器件的工具触点。

在动作503，通过测量光学性质和/或电学性质的值来测试LED封装。根据测量值，得出光学数据(例如根据电流获得的输出通量)和/或电学数据(例如正向电压和电阻)。为此目的，测试工具可以包括计算器件或可以与计算器件相连。计算器件能够分别从光学性质和电学性质的测量值得出光学和电学数据。

在下一动作504，基于得出的光学和电学数据对受测试LED管芯分类。所述分类可以涉及针对特定范围的输出通量和正向电压和/或电阻范围定义的装箱类别。可以将输出通量的范围和正向电压和/或电阻的范围进行组合用于装箱类别的定义。基于来自得出的光学和电学数据的装箱类别的计算来产生分类码。通过测试工具的计算器件来实现所述分类。

接下来在动作505，通过测试工具将分类码写入到存储器器件中。

随后在动作506，将LED封装与测试工具分离。基于测试期间的测量波长，将LED封装存储在相应的箱柜。

通过该分类方法，大大简化了装箱程序。仅需要基于LED封装中LED管芯波长的装箱。由于将需要处理的类别数量减小为只与LED管芯的发射波长相关的类别，按照这种方式极大地解决了后勤相关问题。所述方法在某种第二条件507处结束。

图7示意性地示出了根据另外实施例的LED驱动器装置。LED驱动器装置包括LED封装1、LED驱动器器件D和微控制器M。LED驱动器器件D是通过总线B与微控制器M相连的第一连接。另外在第二连接L处，LED驱动器器件D与LED封装1上的LED管芯3相连。在第三连接中，LED驱动器器件D与零电压电平G相连。

LED管芯3在第一端子上通过连接L与LED驱动器器件D相连，并且在第二端子上与电阻器RL的端子相连。电阻器RL的第二端子与零电压电平G相连。

微控制器M通过连接CM与存储器器件器件5相连。此外，微控制器M与零电压电平G相连。微控制器M包括输入1，用于从外部源(未示出)接收光设置数据。

微控制器M可以包括内部存储器。所述内部存储器可以配置用于存储与微控制器控制LED驱动器器件而执行的方法相关的指令和数据。

在使用期间，微控制器M配置用于通过连接L从外部源接收光设置数据，并且用于读取在LED封装1的存储器器件5中存储的分类码。微控制器M能够根据所述分类码确定LED管芯的光学性质。如上所述，所述分类码与用于驱动LED管芯3的LED数据信息相关。

基于所述分类码和所接收的光设置数据，微控制器能够确定对于LED驱动器器件D的输出通量设置。可以由微控制器通过总线B将该输出通量设置作为输出通量设置信号传达给LED驱动器器件D。在典型实施例中，总线B可以是I²C总线。

LED驱动器器件D配置用于从微控制器M接收输出通量设置信号，并且用于生成针对LED管芯3的驱动信号。该驱动信号在连接L上从LED驱动器器件D传达给LED管芯3。

通过从LED封装向微控制器M提供分类码，LED管芯的光学和电学性质可用作控制LED管芯的光输出的数据。类似地，光设置数据可以参数化，并且至少包括表示要由LED管芯产生的光的相对量的控制参数值。

现在，微控制器M能够根据这种参数值结合分类码来确定将要由LED驱动器器件D产生的输出通量。因此，微控制器M可以通过总线B向LED驱动器器件发送输出通量设置信号。然而，光设置数据不仅仅局限于上述控制参数值；光设置数据可以包括用于微控制器控制LED驱动器器件D的附加数据。

图8示出了图6所示的LED驱动器装置的微控制器的工作方法的流程图。

该工作方法在某种初始条件的起点701处开始。可能地，微控制器M处于空闲状态或者执行某些初始化例程。

在第一动作702，微控制器M访问存储器器件5，用于读取在存储器器件中存储的分类码。可选地，微控制器M可以在内部存储器中存储分类码。

接下来在动作703，微控制器(例如，通过图6中所示的连接I)从光设置信号中接收光设置水平值。应该注意的是：可选地，可以将动作702和703按照相反的顺序执行。

在动作704，微控制器M根据与在动作702中获得的分类码相关联的光设置水平值来确定LED管芯3的输出通量水平。

根据分类码，微控制器得到LED管芯的光学性质，所述光学性质至少与根据LED电流的输出通量相关联。根据从分类码和光设置水平值得出的输出通量函数，微控制器M确定输出通量信号。按照非限制方式，在本发明中可以提供查找表来将分类码与LED管芯的光学性质相关联。如本领域普通技术人员应该理解的，也可以使用其他器件来建立分类码与LED管芯的光学性质之间的关系。

在动作705，微控制器通过总线B向LED驱动器器件D发送输出通量信号。

在动作706，所述方法结束。微控制器M可以在这一点进入空闲状态。

基于从微控制器M接收的输出通量信号，LED驱动器器件确定并且产生LED管芯3的驱动信号。典型地，所述驱动信号与提供给LED管芯的驱动电流相关联。

以上描述倾向于说明而非限定。本领域普通技术人员应该理解的是在不脱离所附权利要求所限定的本发明范围的情况下，可以构思可选和等效实施例并将其付诸实践。

Claims

1.一种LED封装（1），包括：LED管芯（3），所述封装的特征在于还包括存储器器件（5），所述存储器器件配置用于保持用于驱动LED管芯（3）的LED数据，所述存储器器件包括多个可熔电阻器，所述多个可熔电阻器设置成可熔电阻器阵列，所述可熔电阻器在所述可熔电阻器阵列的第一端子（5b）和第二端子（5c）之间彼此并联地设置。

2.根据权利要求1所述的LED封装，其中所述LED封装配置有用于LED管芯与LED驱动器器件（D）的连接的触点和用于存储器器件与微控制器（M）的连接的触点。

3.根据权利要求1所述的LED封装，其中所述LED封装（1）包括子安装架（7；20），所述LED管芯附着到所述子安装架，所述存储器器件附着到所述子安装架。

4.根据权利要求3所述的LED封装，其中所述存储器器件是所述子安装架表面上的集成电路，所述子安装架是半导体衬底。

5.根据任一前述权利要求所述的LED封装，其中所述存储器器件或者是一次可编程存储器器件或者是只读存储器器件。

6.根据权利要求1所述的LED封装，其中所述多个可熔电阻器的每一个均包括与电阻器（R1-R7）串联的熔丝（F）。

7.根据权利要求6所述的LED封装，其中所述多个可熔电阻器的每一个的电阻器实现为半导体衬底载体中的扩散区域。

8.根据权利要求6所述的LED封装，其中所述多个可熔电阻器的至少一个电阻器具有与所述多个可熔电阻器的至少一个其他电阻器不同的电阻值。

9.根据权利要求7所述的LED封装，其中所述半导体衬底载体设置为所述子安装架。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的LED封装，其中从存储器器件访问的用于驱动LED管芯的LED数据是与LED管芯的测量光学和/或电学性质相关联的分类码。

11.一种制造LED封装（1）的方法，包括：

至少提供LED管芯（3）、存储器器件（5）；所述方法的特征在于：

将所述LED管芯和存储器器件组装到LED封装中，所述LED管芯和存储器器件与相应触点相连，所述存储器器件配置用于保持用于驱动LED管芯的LED数据，通过测量LED管芯的光学性质和/或电学性质的值来测试（503）所述LED管芯。

12.根据权利要求11所述的方法，包括：

根据光学和/或电学性质的测量值来确定（504）用于驱动LED管芯的LED数据信息。

13.根据权利要求12所述的方法，其中用于驱动LED管芯的LED数据与分类码相关联；所述分类码与根据被测量的光学和/或电学性质而定义的一个或更多装箱类别相关联。

14.根据权利要求11-13中任一项所述的方法，其中从以下项目中选择所述光学和/或电学性质：

-根据LED管芯的驱动电流的输出通量；

-和/或正向电压；

-和/或LED管芯的电阻值。

15.根据权利要求12或13所述的方法，包括：

对LED封装的存储器器件中的用于驱动LED管芯的LED数据信息编程（505）。

16.根据权利要求15所述的方法，包括：

在LED管芯测试期间，根据LED管芯的测量波长，来将LED封装装箱（506）。

17.一种LED驱动器装置的工作方法，所述LED驱动器装置包括利用根据权利要求11所述的方法制造的LED封装（1）、LED驱动器器件（D）和微控制器（M），

所述微控制器与存储器器件相连（CM），以访问用于驱动LED管芯的LED数据信息；

所述微控制器与LED驱动器相连（B），以向所述LED驱动器发送输出通量设置信号；

所述LED驱动器器件与所述LED管芯相连（L），以向所述LED管芯提供驱动信号，所述驱动信号基于来自所述微控制器的输出通量设置信号；

在所述微控制器中实现所述方法以允许微控制器执行以下步骤：

访问（702）存储器器件，以读取用于驱动LED管芯的LED数据；

接收（703）光设置信号；

基于与LED数据信息相关联的光设置信号，确定（704）LED管芯的输出通量设置信号；

向所述LED驱动器器件（D）发送所述输出通量设置信号。