DE102012109873A1

DE102012109873A1 - Anordnung von Hochvolt-Wechselstrom-LEDs

Info

Publication number: DE102012109873A1
Application number: DE102012109873A
Authority: DE
Inventors: Ching-Jen Pan; Wei-Tai Cheng; Ming-Hung Chen
Original assignee: Helio Optoelectronics Corp
Current assignee: Helio Optoelectronics Corp
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2013-05-23
Also published as: JP2013110382A; US20130126914A1; US8710517B2; TW201322437A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Hochvolt-Wechselstrom-LEDs, die ein Schaltungssubstrat (200) und eine Vielzahl von Hochvolt-LED-Chips (301) umfasst. Jeder der Hochvolt-LED-Chips (301) umfasst ein erstes Substrat (21), eine anhaftende Schicht (22), erste ohmschen Kontaktschichten (23), Epi-Schichten (24), eine erste Isolationsschicht (25), mindestens zwei erste elektrisch leitende Platten (26), mindestens zwei zweite elektrisch leitende Platten (27) und ein zweites Substrat (50). Die in einem Wafer-Level-Verfahren hergestellten Hochvolt-LED-Chips (301) sind mit einem kostengünstigen Schaltungssubstrat (200) gekoppelt, um eine verkleinerte Anordnung von Hochvolt-Wechselstrom-LEDs (100) produzieren zu können.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Anordnungen von Hochvolt-Wechselstrom-LEDs, insbesondere eine Anordnung von Hochvolt-Wechselstrom-LEDs zur Beleuchtung.
Stand der Technik
Das US Patent Nr. 6,853,011 offenbart eine lichtemittierende Epi-Schicht-Struktur, die an einer Seite ein temporäres Substrat mit lichtabsorbierenden Eigenschaften umfasst, während die andere Seite derselben an einem transparenten Substrat ohne lichtabsorbierende Eigenschaften durch Benzocyclobuten(BCB)-Bonding anhaftet. Danach wird das temporäre lichtabsorbierende Substrat entfernt. Die entstandene lichtemittierende Struktur wird dann so gestaltet, dass ein Verbindungskanal entsteht, um die erste ohmsche Kontaktelektrode zu verbinden, und dass gleichzeitig ein Isolierungseinschnitt entsteht, um die aktive Schicht der lichtemittierenden Struktur in zwei Teile zu teilen. Danach werden eine zweite ohmsche Kontaktelektrode auf der Plattierungsschicht und eine in den ersten Kanal und auf die zweite ohmsche Kontaktelektrode gegebene Bindungsmetallschicht nacheinander ausgebildet. Die entstandene LED-Struktur ist somit für eine Flip-Chip-Package-Struktur geeignet, da beide Bindungsmetallschichten in gleicher Höhe liegen.
Das US Patent Nr. 6,998,642 offenbart eine Halbleiter-Struktur mit zwei in Serie geschalteten lichtemittierenden Dioden (LEDs). Die Halbleiter-Struktur umfasst zwei LEDs mit den gleichen Stapelschichten, wobei die beiden LEDs aneinander anliegen, jedoch durch einen Isolationseinschnitt getrennt sind. Die Stapelschichten beinhalten von der Bodenschicht angefangen ein wärmeleitendes Substrat, eine nichtleitende Schutzschicht, eine anhaftende Metallschicht, eine Spiegel-Schutzschicht, eine p-Typ-Ohmsch-Kontakt-Epi-Schicht, eine obere Plattierungsschicht, eine aktive Schicht und eine untere Plattierungsschicht. Zwei p-Typ-Ohmsch-Kontakt-Metallelektroden für zwei LEDs sind auf einer Schnittstelle zwischen der Spiegel-Schutzschicht und der Ohmsch-Kontakt-Epi-Schicht ausgebildet, wobei sie in der Spiegel-Schutzschicht bedeckt sind.
Obwohl die LED-Struktur des US Patents 6,853,011 bei Flip-Chip-Package-Strukturen anwendbar ist, kann nicht nur die Verbindung zwischen den beiden LEDs ohne einen Submount nicht erreicht werden, sondern die Flip-Chip-Herstellung bringt auch die Herstellung vielfacher Chips mit sich, sodass die Flip-Chip-Herstellung zur weiteren Komplexität des Herstellungsprozesses beiträgt. Obwohl das US-Patent 6,998,642 bei der elektrischen Verbindung zweier LEDs wirkungsvoll ist, kann ein Metall-basiertes Bonding nur mithilfe eines komplizierten Prozesses durchgeführt werden, was einen Kompromiss zwischen Effizienz und anfallenden Kosten darstellt.
LEDs werden herkömmlich meistens in einem Non-Wafer-Level-Verfahren hergestellt, ohne Rücksicht auf ein Bedürfnis des Nutzers an einer seriellen, parallelen oder parallel-seriellen Verbindung mehrerer LEDs. Entsprechend ist es notwendig, ein Hochvolt-Wechselstrom-LED auf einfache und geeignete Weise herzustellen
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung von Hochvolt-Wechselstrom(AC)-LEDs zu schaffen, mit der die beim Stand der Technik genannten Mängel beseitigt werden.
Technische Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung von Hochvolt-Wechselstrom-LEDs mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Anordnung von Hochvolt-Wechselstrom-LEDs, die umfasst: ein Schaltungssubstrat; und eine Vielzahl von Hochvolt-LED-Chips, die auf dem Schaltungssubstrat befestigt und an dasselbe elektrisch angeschlossen sind und dabei mittels des Schaltungssubstrats einen seriell geschalteten Schaltkreis bilden, wobei die Hochvolt-LED-Chips jeweils folgendes umfassen: ein erstes Substrat mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche; eine anhaftende Schicht, die auf der ersten Oberfläche ausgebildet ist; mindestens zwei erste ohmsche Kontaktschichten, die auf der anhaftende Schicht ausgebildet sind; mindestens zwei Epi-Schichten, die jeweils eine erste Auskehlung aufweisen, die zwischen jeweils zwei benachbarten Epi-Schichten ausgebildet ist, wobei die Epi-Schichten jeweils eine auf einer entsprechenden Schicht der ersten ohmschen Kontaktschichten ausgebildete untere Plattierungsschicht, eine auf den unteren Plattierungsschichten ausgebildete aktive Schicht und eine auf der aktiven Schicht ausgebildete obere Plattierungsschicht umfasst; eine erste Isolationsschicht, die exponierte Oberflächen von jeder der ersten ohmschen Kontaktschichten und exponierte Oberflächen von jeder der oberen Plattierungsschichten bedeckt und zwischen je zwei der ersten ohmschen Kontaktschichten ausgebildet ist, wobei eine erste und eine zweite Öffnung in ihren Positionen jeweils jeder der oberen Plattierungsschichten und einem exponierten Abschnitt von jeder der ersten ohmschen Kontaktschichten entsprechend in der ersten Isolationsschicht ausgebildet sind; mindestens zwei erste elektrisch leitende Platten, von denen jede in einer entsprechenden der ersten Öffnungen ausgebildet und an eine entsprechende der oberen Plattierungsschichten elektrisch angeschlossen ist; mindestens zwei zweite elektrisch leitende Platten, von denen jede in einer entsprechenden der zweiten Öffnungen ausgebildet und an eine entsprechende der ersten ohmschen Kontaktschichten elektrisch angeschlossen ist; und ein zweites Substrat, das eine dritte Oberfläche aufweist, auf der mindestens zwei dritte elektrisch leitende Platten und mindestens zwei vierte elektrisch leitende Platten ausgebildet sind, wobei auf dem zweiten Substrat eine Vielzahl von Leiterbahnen (traces) ausgebildet ist, um die dritten und die vierten elektrisch leitenden Platten aneinander elektrisch anzuschließen, wobei jede der dritten elektrisch leitenden Platten und jede der vierten elektrisch leitenden Platten durch eine Lötverbindung jeweils an eine entsprechende der zweiten elektrisch leitenden Platten und/oder an eine entsprechende der ersten elektrisch leitenden Platten elektrisch angeschlossen sind, wobei das erste Substrat und die anhaftende Schicht transparent sind, wobei eine Reflexionsschicht auf der dritten Oberfläche derart ausgebildet ist, dass die Reflexionsschicht außerhalb der dritten und der vierten elektrisch leitenden Platten positioniert ist.
Die vorliegende Erfindung stellt des Weiteren eine Anordnung von Hochvolt-Wechselstrom-LEDs bereit, die umfasst: ein Schaltungssubstrat; und eine Vielzahl von Hochvolt-LED-Chips, die auf dem Schaltungssubstrat befestigt und an dasselbe elektrisch angeschlossen sind und mittels des Schaltungssubstrats einen seriell geschalteten Schaltkreis bilden, wobei die Hochvolt-LED-Chips jeweils folgendes umfassen: ein erstes Substrat mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche; eine anhaftende Schicht, die auf der ersten Oberfläche ausgebildet ist; mindestens zwei erste ohmsche Kontaktschichten, die auf der anhaftenden Schicht ausgebildet sind; mindestens zwei Epi-Schichten, die jeweils eine auf einer entsprechenden Schicht der ersten ohmschen Kontaktschichten ausgebildete untere Plattierungsschicht, eine auf den unteren Plattierungsschichten ausgebildete aktive Schicht, eine auf der aktiven Schicht ausgebildete obere Plattierungsschicht und eine zweite Auskehlung umfassen, wobei die zweiten Auskehlungen senkrecht durch die oberen Plattierungsschichten und die aktive Schicht und teilweise durch die unteren Plattierungsschichten verlaufen; eine zweite Isolationsschicht, die jede der oberen Plattierungsschichten bedeckt und zwischen je zwei der Epi-Schichten und je zwei der ersten ohmschen Kontaktschichten ausgebildet ist, wobei eine dritte und eine vierte Öffnung in ihren Positionen jeweils jeder der oberen Plattierungsschichten und einer Innenseite der zweiten Auskehlung entsprechend in der zweiten Isolationsschicht ausgebildet sind; mindestens zwei fünfte elektrisch leitende Platten, die jeweils in jeder der dritten Öffnungen ausgebildet und an die oberen Plattierungsschichten elektrisch angeschlossen sind; und mindestens zwei sechste elektrisch leitende Platten, die jeweils in jeder der vierten Öffnungen ausgebildet und mit einem sich nach unten erstreckenden Erstreckungsteil versehen sind, wobei die Erstreckungsteile durch die Epi-Schichten senkrecht verlaufen und an die ersten ohmschen Kontaktschichten elektrisch angeschlossen sind.
Die vorliegende Erfindung beruht mindestens auf folgenden erfinderischen Tätigkeiten:

1. im Wafer-Level-Verfahren hergestellte Hochvolt-LED-Chips werden an ein preiswertes Schaltungssubstrat koppelt, um eine verkleinerte Anordnung von Hochvolt-Wechselstrom- LEDs herzustellen,
2. eine Anordnung von Hochvolt-Wechselstrom-LEDs wird auf einfache Art und Weise und schnell hergestellt und
3. Anordnungen von Hochvolt-Wechselstrom-LEDs vielfältiger Art können hergestellt werden.

Im Folgenden werden Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung anhand der detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Jedoch soll die Erfindung nicht auf die Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen beschränkt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung von Hochvolt-Wechselstrom-LEDs gemäß einem Ausführungsbeispiel.
1B ist ein seriell geschalteter, äquivalenter Schaltplan gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2A ist ein parallel-seriell geschalteter, äquivalenter Schaltplan in der ersten Perspektive gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2B ist ein parallel-seriell geschalteter, äquivalenter Schaltplan in der zweiten Perspektive gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 ist ein Querschnitt eines singulierten Hochvolt-LED-Chips gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4A ist eine schematische Darstellung eines Herstellungsverfahrens vor dem ersten Ätz-Vorgang des Hochvolt-LED-Chips aus 3.
4B ist eine schematische Darstellung eines Herstellungsverfahrens des zweiten Ätz-Vorgangs nach Durchführen des ersten Ätz-Vorgangs aus 4A.
5 ein Querschnitt des singulierten Hochvolt-LED-Chips aus 3 mit einer ersten Isolationsschicht und elektrisch leitenden Platten.
6A ist ein Querschnitt eines weiter an ein zweites Substrat gekoppelten Hochvolt-LED-Chips gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6B ist eine Draufsicht des Hochvolt-LED-Chips aus 6A.
6C ist ein äquivalenter Schaltplan des Hochvolt-LED-Chips aus 6A.
7A ist ein Querschnitt eines weiter mit einer ersten Leiterschicht versehenen Hochvolt-LED-Chips gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7B ist eine Draufsicht des Hochvolt-LED-Chips aus 7A.
8 ist ein Querschnitt eines singulierten Hochvolt-LED-Chips, der die Singulation, die Epi-Schicht-Separation und die Produktion einer zweiten Auskehlung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung durchlaufen hat.
9 ein Querschnitt eines weiter an ein zweites Substrat gekoppelten Hochvolt-LED-Chips gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
10 ein Querschnitt eines weiter mit einer zweiten Leiterschicht versehenen Hochvolt-LED-Chips gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
11A bis 11G zeigen äquivalente Schaltpläne von verschiedenen Hochvolt-LED-Chips gemäß der Erfindung.
Ausführungsbeispiele
Wie in 1A dargestellt, umfasst eine erfindungsgemäße Anordnung von Hochvolt-Wechselstrom-LEDs 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Schaltungssubstrat 200 und eine Vielzahl von Hochvolt-LED-Chips 300. Die vorliegende Erfindung stellt zwei Arten von Hochvolt-LED-Chips 300 bereit, nämlich einen Hochvolt-LED-Chip 301 und einen Hochvolt-LED-Chip 302 in ihren jeweiligen Ausführungsformen.
Das Schaltungssubstrat 200 ist ein Aluminium- oder ein Keramik-Substrat. In einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Hochvolt-LED-Chips 300 an das Schaltungssubstrat 200 gekoppelt sind, ist das Volumen des Schaltungssubstrats 200 viel größer als das der Hochvolt-LED-Chips 300. Dadurch wird dem Schaltungssubstrat 200 ermöglicht, einen elektrischen Anschluss für die Hochvolt-LED-Chips 300 bereitzustellen, sodass ein verschiedenartiger parallel-seriell geschalteter Stromkreis konzipiert werden kann. Somit wird eine einfache, schnelle und vielfältige Herstellung der Anordnung von Hochvolt-Wechselstrom-LEDs 100 ermöglicht.
Zusätzlich zur Verbindung zum Stromkreis sorgt das Schaltungssubstrat 200 für Wärmabführung. In einem Ausführungsbeispiel mit dem Schaltungssubstrat 200 als keramisches Substrat kann eine Vielzahl von wärmleitfähigen Stiften oder eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Stiften im keramischen Substrat angeordnet werden, um die von den Hochvolt-LED-Chips 300 erzeugte Betriebswärme effektiv abzuleiten und gleichzeitig einer Elektrode des Hochvolt-LED-Chips 300 eine problemlose Erstreckung zur anderen Seite des keramischen Substrats zu ermöglichen.
Wie in 1B gezeigt, ist eine Vielzahl von Hochvolt-LED-Chips 300 auf dem Schaltungssubstrat 200 fixiert und an dasselbe elektrisch angeschlossen. Die Hochvolt-LED-Chips 300 bilden einen seriell geschalteten Stromkreis 400, was durch die verschiedenen elektrischen Anschlüsse auf dem Schaltungssubstrat 200 ermöglicht wird. In einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Hochvolt-LED-Chips 300 mit Wechselstrom (AC) betrieben werden, können die Hochvolt-LED-Chips 300 auch bei der Anordnung von Hochvolt-Wechselstrom-LEDs 100 angewendet werden. Das ist der wesentliche Aspekt des seriell geschalteten Stromkreises 400 in diesem Ausführungsbeispiel.
Wie in 2A und 2B gezeigt, ist es zusätzlich zum oben genannten wesentlichen Aspekt möglich, je zwei der Hochvolt-LED-Chips 300 parallel zu schalten, sodass der seriell geschaltete Stromkreis 400 ferner mindestens einen parallel geschalteten Stromkreis umfasst, oder es ist möglich, den seriell geschalteten Stromkreis 400 weiter parallel mit mindestens einem der genannten seriell geschalteten Stromkreise 400 zu verbinden, um so einen durch Mannigfaltigkeit gekennzeichneten Hochvolt-Wechselstromkreis zu bilden.
Die Anordnung von Hochvolt-LED-Chips 300 wird im Folgenden beschrieben. In dem dortigen Ausführungsbeispiel wird die Anordnung einer jeden Schicht der Hochvolt-LED-Chips 300 in einem herkömmlichen Halbleiter-Fabrikationsverfahren hergestellt und wird daher nicht weiter im Detail beschrieben. Um eine umständliche Beschreibung zu vermeiden, wird ein Begriff wie „Ätzvorgang“ oder „Ätzmittel“ vereinfacht definiert und bezieht sich auf einen Lithographie-Vorgang im ganzen Ausmaß. Auch können die Hochvolt-LED-Chips 300 ein mehrdimensionales Array bilden, wobei sie in den unten gezeigten Ausführungsbeispielen nicht auf die dort offengelegte Anzahl beschränkt bleiben.
Erstes Ausführungsbeispiel der Hochvolt-LED-Chips
Typischerweise werden Hochvolt-LED-Chips 300 in einem Halbleiter-Verfahren hergestellt, bei dem auf einem Wafer die vorverarbeiteten Hochvolt-LED-Chips gebildet werden, die weder singuliert wurden noch mit einer weiteren Isolierschicht oder einer weiteren elektrisch leitfähigen Platte versehen wurden. Bevor die Hochvolt-LED-Chips 300 eingesetzt werden, muss der Wafer entfernt werden, weil er zu dick und undurchsichtig ist und deswegen unbrauchbar ist. Der Wafer ist also nur ein temporäres Substrat während des Herstellungsverfahrens der Hochvolt-LED-Chips 300.
Im Allgemeinen werden zur Entfernung eines temporären Substrats meistens Ätzmittel benutzt. Um die Hochvolt-LED-Chips 300 vor Schäden beim Ätzen zu schützen, ist eine Ätz-Stopp-Schicht nötig. Während der Wafer geätzt wird, wird auch der größte Teil der Ätz-Stopp-Schicht geätzt. Daher schützt die Ätz-Stopp-Schicht die Hochvolt-LED-Chips 300. Nach Beendigung des beschriebenen Vorgangs wird die Vorverarbeitung der Hochvolt-LED-Chips vollendet. Wie in 3 bis 7B gezeigt, umfasst ein Hochvolt-LED-Chip 301 in diesem Ausführungsbeispiel ein erstes Substrat 21, eine anhaftende Schicht 22, mindestens zwei erste ohmsche Kontaktschichten 23, mindestens zwei Epi-Schichten 24, eine erste Isolationsschicht 25, mindestens zwei erste elektrisch leitende Platten 26 und mindestens zwei zweite elektrisch leitende Platten 27.
Das erste Substrat 21 weist eine erste und eine zweite Oberfläche 211, 212 auf. Das erste Substrat 21 dient hauptsächlich zum Stützen (underpin) des Hochvolt-LED-Chips 301 im ganzen Ausmaß. Das erste Substrat 21 ist monokristallin, polykristallin oder amorph und besteht aus Glas, Saphir, Siliziumcarbid (SiC), Galliumphosphid (GaP), Galliumarsenidphosphid (GaAsP), Zinkselenid (ZnSe), Zinksulfid (ZnS) oder Americium-Schwefel-Selenid (AmSSe). Das erste Substrat 21 kann in Abhängigkeit der Richtung der Lichtemission des Hochvolt-LED-Chips 301 oder der Gestaltung einer Reflexionsschicht transparent oder durchsichtig sein. In einem Ausführungsbeispiel, bei dem geführte bidirektionale (aufwärts/abwärts) Lichtemission erforderlich ist, muss das erste Substrat 21 transparent sein.
Die anhaftende Schicht 22 ist auf der ersten Oberfläche 211 ausgebildet und geeignet, das erste Substrat 21 und die erste ohmsche Kontaktschicht 23 aneinander zu koppeln. Die anhaftende Schicht 22 besteht aus einem Material, das wahlweise B-stufiges (B-staged) Benzocyclobuten (BCB), ein Epoxid, ein Silikon, Polymethylmethacrylat (PMMA), ein Polymer oder ein Spin-On Glass (SOG) ist. Die anhaftende Schicht 22 kann in Abhängigkeit der Richtung der Lichtemission des Hochvolt-LED-Chips 301 oder der Gestaltung einer Reflexionsschicht transparent oder durchsichtig sein. In einem Ausführungsbeispiel, bei dem geführte bidirektionale (aufwärts/abwärts) Lichtemission erforderlich ist, muss die anhaftende Schicht 22 transparent sein.
Wie in 3 gezeigt, umfasst eine lichtemittierende Diode (LED) 28, die erste ohmsche Kontaktschicht 23 und die Epi-Schicht 24, wobei beide auf dem ersten Substrat 21 und der anhaftenden Schicht 22 angeordnet sind. Daher wird das Singulieren nur auf der ersten ohmschen Kontaktschicht 23 und der Epi-Schicht 24 durchgeführt, um so die Einheiten A1, A2, A3... etc. zu bilden.
Wie in 4A gezeigt, ist die erste ohmsche Kontaktschicht 23 auf der anhaftenden Schicht 22 gebildet. Die erste ohmsche Kontaktschicht 23, die eine p-Typ-Ohmsch-Kontaktschicht sein kann, ist zuerst auf einem Wafer ausgebildet und mithilfe eines Ätzmittels in verschiedene Einheiten unterteilt.
Wie in 3 gezeigt, wird die Epi-Schicht 24, die eine einzelne LED 28 ist, durch Ätzen unterteilt, um verschiedene Einheiten zu bilden. Eine erste Auskehlung 291 wird in der Epi-Schicht 24 durch einen Ätz-Vorgang ausgebildet. Infolge der Bildung der ersten Auskehlung 291 weist die erste ohmsche Kontaktschicht 23 einen exponierten Abschnitt 231 auf, durch den die erste Auskehlung 291 teilweise exponiert wird, wodurch die Positionierung der zweiten elektrisch leitenden Platten 27 ermöglicht wird. Die Positionierung der zweiten elektrisch leitenden Platten 27 an dieser Stelle ermöglicht die serielle/parallele Schaltung der LEDs 28 verschiedener Einheiten. Dadurch wird es einfach, die Hochvolt-LEDs 28 zu verarbeiten.
Wie in 3, 4A und 4B gezeigt, werden das Singulieren der ersten ohmschen Kontaktschicht 23 und die Herstellung der ersten Auskehlung 291 jeweils in verschiedenen Ätzschritten durchgeführt. Unter den zahlreichen Ätzschritten beinhaltet der erste Schritt das Ätzen einer Einkerbung in der entsprechenden Position und mit derselben Größe wie der Abstand zwischen zwei benachbarten ersten ohmschen Kontaktschichten 23, wogegen im Folgenden zweiten Ätzvorgang eine Auskehlung 291 entsprechender Größe erzeugt wird. Die genannten zwei Ätzvorgänge führen zu einer großen Vereinfachung.
Wie in 5 gezeigt, umfassen die Epi-Schichten 24 jeweils eine untere Plattierungsschicht 241, eine aktive Schicht 242, und eine obere Plattierungsschicht 243. Jede der unteren Plattierungsschichten 241 ist auf einer entsprechenden der ersten ohmschen Kontaktschichten 23 ausgebildet. Die unteren Plattierungsschichten 241 umfassen p-Typ-Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid (AlGaInP). Die aktive Schicht 242 ist auf den unteren Plattierungsschichten 241 ausgebildet und weist eine Einzel-Hetero-Struktur (single hetero-structure, SH), eine Doppel-Hetero-Struktur (double hetero-structure, DH) oder Mehrfach-Quantentöpfe (multiple quantum wells, MQW) auf. Die oberen Plattierungsschichten 243 sind auf den aktiven Schichten 242 ausgebildet. Die oberen Plattierungsschichten 243 umfassen n-Typ-Aluminum-Gallium-Indium-Phosphid (AlGaInP). Eine zweite ohmsche Kontaktschicht 292 kann auch zwischen der oberen Plattierungsschicht 243 und der ersten elektrisch leitenden Platte 26 ausgebildet werden.
Die erste Isolationsschicht 25 umfasst beispielsweise Silizium-Oxid (SiO₂), bedeckt die exponierten Oberflächen von jeder der ersten ohmschen Kontaktschichten 23 und den exponierten Oberflächen von jeder der oberen Plattierungsschichten 243 und ist zwischen je zwei ersten ohmschen Kontaktschichten 23 ausgebildet. Die erste Isolationsschicht isoliert nicht nur die LEDs 28 verschiedener Einheiten von einander, um dadurch eine gegenseitige Beeinflussung zu verhindern, sondern stellt auch sicher, dass die LEDs 28 nicht durch die äußere Umgebung beeinflusst werden, wie Nässe oder Feuchtigkeit, was sich negativ auf die Lebensdauer auswirken würde.
Eine erste Öffnung 251 und eine zweite Öffnung 252, die in ihren Positionen jeweils den Plattierungsschichten 243 und dem exponierten Abschnitt 231 jeder der ohmschen Kontaktschichten 23 entsprechen, sind in der ersten Isolationsschicht 25 ausgebildet. Die erste Öffnung 251 und die zweite Öffnung 252 werden mithilfe eines Ätzmittels hergestellt, nachdem die erste Isolationsschicht 25 hergestellt worden ist.
Die ersten elektrisch leitenden Platten 26 sind jeweils innerhalb der ersten Öffnung 251 jeder Einheit ausgebildet und an eine entsprechende der oberen Plattierungsschichten 243 elektrisch angeschlossen. Die zweiten elektrisch leitenden Platten 27 sind jeweils innerhalb der zweiten Öffnung 252 jeder Einheit ausgebildet und an eine entsprechende der ersten ohmschen Kontaktschichten 23 elektrisch angeschlossen. Die Epi-Schichten 24 werden über die ersten elektrisch leitenden Platten 26 und die zweiten elektrisch leitenden Platten 27 mit Strom versorgt, sodass die Epi-Schichten 24 Licht aussenden können.
In einem Ausführungsbeispiel des Hochvolt-LED-Chips 301 mit Face-Up-Struktur hat der Hochvolt-LED-Chip 301 folgende Merkmale: das erste Substrat 21 ist transparent ausgebildet die anhaftende Schicht 22 ist transparent ausgebildet; eine Reflexionsschicht (nicht dargestellt) ist auf der zweiten Oberfläche 212 des ersten Substrats 21 ausgebildet und dafür geeignet, das von den Epi-Schichten 24 ausgesendete Licht zu reflektieren. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Lichtemission des Hochvolt-LED-Chips 301 erhöht. Weiterhin ist es möglich, nur die anhaftende Schicht 22 transparent auszuformen, während die Reflexionsschicht (nicht dargestellt) durch ihre Anordnung zwischen dem ersten Substrat 21 und der anhaftenden Schicht 22 reflektierend wirken kann. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Lichtemission des Hochvolt-LED-Chips 301 erhöht.
Wie in 6A bis 6C gezeigt, umfasst der Hochvolt-LED-Chip 301 ein zweites Substrat 50, um eine Flip-Chip-Struktur zu bilden. In der Flip-Chip Struktur ist das erste Substrat 21 transparent, ebenso ist die anhaftende Schicht 22 transparent. Das zweite Substrat 50 weist mindestens eine dritte Oberfläche 51 auf. Auf der dritten Oberfläche 51 sind mindestens zwei dritte elektrisch leitende Platten 52 und mindestens zwei vierte elektrisch leitende Platten 53 ausgebildet. Jede der dritten elektrisch leitenden Platten 52 und jede der vierten elektrisch leitende Platten 53 sind jeweils durch eine Lötverbindung 60 an eine entsprechende der zweiten elektrisch leitenden Platten 27 und an eine entsprechende der ersten elektrisch leitenden Platten 26 elektrisch angeschlossen.
Es ist möglich, die dritten elektrisch leitenden Platten 52 und die vierten elektrisch leitenden Platten 53 direkt derart zu vergrößern, dass zwischen ihnen ein elektrischer Anschluss hergestellt wird. Alternativ ist es möglich, dass eine Vielzahl von Leiterbahnen (nicht dargestellt) auf dem zweiten Substrat 50 zur Herstellung eines elektrischen Anschlusses der dritten elektrisch leitenden Platten 52 an die vierten elektrisch leitenden Platten 53 ausgebildet wird. Die vorher beschriebenen Wege des elektrischen Anschlusses ermöglichen die Bildung komplizierter Leiterbahnen. Das zweite Substrat 50 bietet den Vorteil, dass seriell/parallel geschaltete Stromkreise zwischen den verschiedenen LEDs 28 auf dem zweiten Substrat 50 gebildet werden können. Das zweite Substrat 50 kann in Bezug auf seine Fläche und Dicke flexibel gestaltet werden, um die Bildung komplizierter Leiterbahnen zu unterstützen. Wenn die komplizierten Leiterbahnen einmal genutzt werden, kann der Hochvolt-LED-Chip 301 vielfältig eingesetzt werden.
Das zweite Substrat 50 ist ein Silizium-Substrat, eine Leiterplatte (PCB) oder ein Keramik-Substrat, hergestellt aus Aluminium-Oxid (Al₂O₃), Aluminium-Nitrid (AlN), Beryllium-Oxid (BeO), Niedertemperatur-Einbrand-Keramiken (Low Temperature Cofired Ceramic, LTCC) oder Hochtemperatur-Einbrand-Keramiken (High Temperature Cofired Ceramic, HTCC).
Hinsichtlich des Aufbaus der Flip-Chip-Struktur zur Verbesserung der Lichtemission der LEDs 28 ist es möglich, eine Reflexionsschicht auf der dritten Oberfläche 51 des zweiten Substrats 50 in der Weise zu bilden, dass die Reflexionsschicht außerhalb der dritten elektrisch leitenden Platten 52 und der vierten elektrisch leitenden Platten 53 gebildet wird. Alternativ ist es möglich, eine Reflexionsschicht auf der ersten Isolationsschicht 25 zu bilden, oder noch genauer, auf einer exponierten Oberfläche der ersten Isolationsschicht 25.
Die Reflexionsschichten werden aus einem Material aus Aluminium (Al), Silber (Ag), Gold (Au), etc. hergestellt. Hinsichtlich der Herstellung der Reflexionsschichten ist Folgendes zu beachten: in einem Ausführungsbeispiel sind die Reflexionsschichten aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt, wobei die Reflexionsschichten weder in Kontakt mit den dritten elektrisch leitenden Platten 52 oder den vierten elektrisch leitenden Platten 53 kommen, noch sollten die Reflexionsschichten mit den ersten elektrisch leitenden Platten 26 oder den zweiten elektrisch leitenden Platten 27 in Kontakt kommen. Vorzugsweise werden die Reflexionsschichten von jeder der elektrisch leitenden Platten durch einen spezifischen Abstand getrennt, um einen Kurzschluss zu vermeiden, der ansonst zwischen den elektrisch leitenden Platten verursacht werden könnte.
Wie in 7A und 7B gezeigt, umfasst der Hochvolt-LED-Chip 301 ferner eine erste Leiterschicht 293. Die erste Leiterschicht 293 weist mindestens einen Leiter auf und bedeckt die erste Isolationsschicht 25 teilweise. Die beiden Enden des Leiters sind jeweils an die zweite elektrisch leitende Platte 27 einer Einheit und an die erste elektrisch leitende Platte 26 einer anderen Einheit elektrisch angeschlossen. Dadurch können die LEDs 28 leicht seriell und/oder parallel miteinander geschaltet werden. Durch die Unterstützung von der ersten Isolationsschicht 25 eignet sich die erste Leiterschicht 293 für kompliziertes Stromkreis-Layout.
Die AC-Hochvolt-LED-Chips 301 sind mittels inverser Parallelschaltung von mindestens zwei der besagten LEDs 28 entsprechend aufgebaut. Dann bieten die AC-Hochvolt-LED-Chips 301 durch das Schaltungssubstrat 200 verschiedene Stromkreis-Anschlüsse, um die Hochvolt-Wechselstrom-LED-Struktur 100 mit den seriell, parallel oder parallel-seriell geschalteten AC-Hochvolt-LED-Chips 301 zu konstruieren.
Zweites Ausführungsbeispiel von Hochvolt-LED-Chips
Wie in 8 bis 10 gezeigt, umfasst ein Hochvolt-LED-Chip 302 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein erstes Substrat 21, eine anhaftende Schicht 22, mindestens zwei erste ohmsche Kontaktschichten 23, mindestens zwei Epi-Schichten 24, eine zweite Isolationsschicht 31, mindestens zwei fünfte elektrisch leitende Platten 32 und mindestens zwei sechste elektrisch leitende Platten 33.
Beim Hochvolt-LED-Chip 302 im zweiten Ausführungsbeispiel sind das mit der anhaftenden Schicht 22 beschichtete erste Substrat 21 und die auf einem Wafer ausgebildeten, vorverarbeiteten LEDs 28 in ähnlicher Weise miteinander gekoppelt wie im ersten Ausführungsbeispiel. Dann werden das temporäre Substrat und die Ätzstoppschicht durch Ätzen entfernt, um so einen Hochvolt-LED-Chip zu erhalten, der noch nicht einer Singulierung unterzogen wurde.
Das erste Substrat 21 weist eine erste Oberfläche 211 und eine zweite Oberfläche 212 auf. Das erste Substrat 21 dient hauptsächlich zum Stützen (underpin) des Hochvolt-LED-Chips 302 im ganzen Ausmaß. Das erste Substrat 21 ist monokristallin, polykristallin oder amorph und besteht aus Glas, Saphir, Siliziumcarbid (SiC), Galliumphosphid (GaP), Galliumarsenidphosphid (GaAsP), Zinkselenid (ZnSe), Zinksulfid (ZnS) oder Americium-Schwefel-Selenid (AmSSe). Das erste Substrat 21 kann transparent oder durchsichtig sein in Abhängigkeit der Richtung der Lichtemission des Hochvolt-LED-Chips 302 oder der Gestaltung einer Reflexionsschicht. In einem Ausführungsbeispiel, bei dem geführte bidirektionale (aufwärts/abwärts) Lichtemission erforderlich ist, muss das erste Substrat 21 transparent sein.
Die anhaftende Schicht 22 ist auf der ersten Oberfläche 211 ausgebildet und geeignet, das erste Substrat 21 und die erste ohmsche Kontaktschicht 23’ aneinander zu koppeln. Die anhaftende Schicht 22 besteht aus einem Material, das wahlweise B-stufiges (B-staged) Benzocyclobuten (BCB), ein Epoxid, ein Silikon, Polymethylmethacrylat (PMMA), ein Polymer oder ein Spin-On-Glass (SOG) ist. Die anhaftende Schicht 22 kann transparent oder durchsichtig sein in Abhängigkeit der Richtung der Lichtemission des Hochvolt-LED-Chips 302 oder der Gestaltung einer Reflexionsschicht. In einem Ausführungsbeispiel, bei dem geführte bidirektionale (aufwärts/abwärts) Lichtemission erforderlich ist, muss die anhaftende Schicht 22 transparent sein.
Wie in 8 gezeigt, werden das erste Substrat 21 und die anhaftende Schicht 22 im zweiten Ausführungsbeispiel gemeinsam und zwischen den Hochvolt-LED-Chips 302 genutzt. Deshalb wird das Singulieren nur auf den ersten ohmschen Kontaktschichten 23’ und den Epi-Schichten 24 durchgeführt, um Einheiten A1, A2, A3... etc. zu bilden.
Die erste ohmsche Kontaktschicht 23’ ist auf der anhaftenden Schicht 22 ausgebildet. Die erste ohmsche Kontaktschicht 23’, die p-Typ-Ohmsch-Kontaktschichten sein kann, ist zuerst auf einem Wafer ausgebildet und mithilfe eines Ätzmittels in verschiedene Einheiten unterteilt.
Die Epi-Schicht 24, die eine einzelne LED ist, wird durch Ätzen unterteilt, um verschiedene Einheiten zu bilden. Die Epi-Schichten 24 umfassen jeweils eine untere Plattierungsschicht 241, eine aktive Schicht 242, eine obere Plattierungsschicht 243 und eine zweite Auskehlung 34.
Jede der unteren Plattierungsschichten 241 ist auf einer entsprechenden der ersten ohmschen Kontaktschichten 23’ ausgebildet. Die unteren Plattierungsschichten 241 bestehen aus p-Typ-Aluminium-Gallium-Indium Phosphid (AlGaInP). Die aktive Schicht 242 ist auf den unteren Plattierungsschichten 241 ausgebildet und weist eine Einzel-Hetero-Struktur (single hetero-structure, SH), eine Doppel-Hetero-Struktur (double hetero-structure, DH) oder Mehrfach-Quantentöpfe (multiple quantum wells, MQW) auf. Die oberen Plattierungsschichten 243 sind auf den aktiven Schichten 242 ausgebildet. Die oberen Plattierungsschichten 243 bestehen aus n-Typ-Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid (AlGaInP).
Eine zweite Auskehlung 34 wird durch ein Ätzmittel erzeugt, um senkrecht durch die oberen Plattierungsschichten 243 und die aktive Schicht 242 und teilweise durch die unteren Plattierungsschichten 241 verlaufen zu können Die zweite Auskehlung 34 stellt einen Platz bereit, der für eine elektrische Isolierung zwischen einem flankierenden Bereich der aktiven Schicht 242 und einem flankierenden Bereich der oberen Plattierungsschichten 243 erforderlich ist. Um den Herstellungsprozess zu vereinfachen, kann die zweite Auskehlung 34 im Randbereich der sechsten elektrisch leitenden Platten 33 ausgebildet werden, um eine effiziente elektrische Isolierung der aktiven Schicht 242 zu ermöglichen, und zwar derart, dass ein Erstreckungsteil 331 der sechsten elektrisch leitenden Platten 33 die ersten ohmschen Kontaktschichten 23’ problemlos mit Strom versorgen kann. Um die folgenden Prozesse leichter zu gestalten, ist es günstig, die Herstellung der zweiten Isolationsschicht 31 und das Füllen der zweiten Auskehlung 34 mit der zweiten Isolationsschicht 31 gleichzeitig vorzunehmen.
Die zweite Isolationsschicht 31 ist beispielsweise aus Silizium-Oxid hergestellt (SiO₂), bedeckt die exponierten Oberflächen einer jeden der oberen Plattierungsschichten 243 und ist zwischen je zwei der Epi-Schichten 24 und je zwei der ersten Ohmschen-Kontakt-Schichten 23’ ausgebildet. Die zweite Isolationsschicht 31 isoliert nicht nur die LEDs verschiedener Einheiten voneinander, um dadurch eine gegenseitige Beeinflussung zu vermeiden, sondern stellt auch sicher, dass die LEDs nicht durch die äußere Umgebung wie Nässe oder Feuchtigkeit beeinflusst werden, was sich negativ auf die Lebensdauer auswirken würde. Eine dritte Öffnung 35 und eine vierte Öffnung 36, die in ihren Positionen jeder der oberen Plattierungsschichten 243 und der inneren Seite der zweiten Auskehlung 34 entsprechen, sind in der zweiten Isolationsschicht 31 ausgebildet. Die dritte Öffnung 35 und die vierte Öffnung 36 werden mithilfe eines Ätzmittels hergestellt, nachdem die zweite Isolationsschicht 31 hergestellt worden ist.
Die fünfte elektrisch leitende Platte 32 ist innerhalb jeder der dritten Öffnungen 35 ausgebildet und an eine entsprechende der oberen Plattierungsschichten 243 elektrisch angeschlossen. Eine zweite ohmsche Kontaktschicht 292 ist zwischen der oberen Plattierungsschicht 243 und der fünften elektrisch leitenden Platte 32 ausgebildet. Die sechste elektrisch leitende Platte 33 ist innerhalb jeder der vierten Öffnungen 36 ausgebildet und weist ein sich nach unten erstreckendes Erstreckungsteil 331 auf. Das Erstreckungsteil 331 verläuft durch die Epi-Schichten 24 senkrecht und ist an eine entsprechende der ersten Ohmschen-Kontakt-Schichten 23’ elektrisch angeschlossen. Die Stromversorgung der Epi-Schichten 24 geschieht über die fünften elektrisch leitenden Platten 32 und die sechsten elektrisch leitenden Platten 33, sodass die Epi-Schichten 24 Licht emittieren können.
In einem Ausführungsbeispiel des Hochvolt-LED-Chips 302 mit Face-Up-Struktur sind sowohl das erste Substrat 21 als auch die anhaftende Schicht 22 transparent ausgebildet. Eine Reflexionsschicht ist auf der zweiten Oberfläche 212 des ersten Substrats 21 ausgebildet und dafür geeignet, das von den Epi-Schichten 24 emittierte Licht zu reflektieren. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Lichtemission des Hochvolt-LED-Chips 302 erhöht. Alternativ ist es möglich, nur die anhaftende Schicht 22 transparent auszuformen, während die Reflexionsschicht zwischen dem ersten Substrat 21 und der anhaftenden Schicht 22 angeordnet wird, um Licht zu emittieren. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Lichtemission des Hochvolt-LED-Chips 302 erhöht.
Wie in 9 gezeigt, umfasst der Hochvolt-LED-Chip 302 ferner ein zweites Substrat 50, um eine Flip-Chip-Struktur zu bilden. In der Flip-Chip Struktur sind das erste Substrat 21 und die anhaftende Schicht 22 transparent. Das zweite Substrat 50 weist mindestens eine dritte Oberfläche 51 auf. Mindestens zwei dritte elektrisch leitende Platten 52 und mindestens zwei vierte elektrisch leitende Platten 53 sind auf der dritten Oberfläche 51 ausgebildet. Jede der dritten elektrisch leitenden Platten 52 und jede der vierten elektrisch leitenden Platten 53 sind durch eine Lötverbindung 60 an eine entsprechende der sechsten elektrisch leitenden Platten 33 bzw. an eine entsprechende der fünften elektrisch leitenden Platten 32 elektrisch angeschlossen.
Es ist möglich, die dritten elektrisch leitenden Platten 52 und die vierten elektrisch leitende Platten 53 direkt derart zu vergrößern, dass zwischen ihnen ein elektrischer Anschluss hergestellt wird. Alternativ ist es möglich, dass eine Vielzahl von Leiterbahnen (nicht dargestellt) auf dem zweiten Substrat 50 zur Herstellung eines elektrischen Anschlusses der dritten elektrisch leitenden Platten 52 an die vierten elektrisch leitenden Platten 53 ausgebildet wird. Die vorher beschriebenen Wege des elektrischen Anschlusses ermöglichen die Bildung komplizierter Leiterbahnen. Das zweite Substrat 50 bietet den Vorteil, dass seriell/parallel geschaltete Stromkreise zwischen den verschiedenen LEDs auf dem zweiten Substrat 50 gebildet werden können. Das zweite Substrat 50 kann in Bezug auf seine Fläche und Dicke flexibel gestaltet werden, um die Bildung komplizierter Leiterbahnen zu unterstützen. Wenn die komplizierten Leiterbahnen einmal genutzt werden, kann der Hochvolt-LED-Chip 301 vielfältig eingesetzt werden.
Das zweite Substrat 50 ist ein Silizium-Substrat, eine Leiterplatte (PCB) oder ein Keramik-Substrat, hergestellt aus Aluminum-Oxid (Al₂O₃), Aluminum-Nitrid (AlN), Beryllium-Oxid (BeO), Niedertemperatur-Einbrand-Keramiken (Low Temperature Cofired Ceramic, LTCC) oder Hochtemperatur-Einbrand-Keramiken (High Temperature Cofired Ceramic, HTCC).
Hinsichtlich des Aufbaus der Flip-Chip-Struktur zur Verbesserung der Lichtemission der LEDs ist es möglich, eine Reflexionsschicht auf der dritten Oberfläche 51 des zweiten Substrats 50 in der Weise zu bilden, dass die Reflexionsschicht außerhalb der dritten elektrisch leitenden Platten 52 und der vierten elektrisch leitenden Platten 53 gebildet wird. Alternativ ist es möglich, eine Reflexionsschicht auf der zweiten Isolationsschicht 31 zu bilden, oder noch genauer, auf einer exponierten Oberfläche der zweiten Isolationsschicht 31.
Bei der Herstellung der Reflexionsschichten kommen Materialien wie Aluminum (Al), Silber (Ag), Gold (Au) etc. zum Einsatz. Hinsichtlich der Herstellung der Reflexionsschichten ist Folgendes zu beachten: in einem Ausführungsbeispiel sind die Reflexionsschichten aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt, wobei die Reflexionsschichten weder mit den dritten elektrisch leitenden Platten 52 oder den vierten elektrisch leitenden Platten 53 in Kontakt kommen, noch sollten die Reflexionsschichten mit den ersten elektrisch leitende Platten 32 oder den zweiten elektrisch leitenden Platten 33 in Kontakt kommen. Vorzugsweise werden die Reflexionsschichten von jeder der elektrisch leitenden Platten durch einen spezifischen Abstand getrennt, um einen Kurzschluss zu vermeiden, der ansonst zwischen den elektrisch leitenden Platten verursacht werden könnte.
Um das Verbinden der LEDs der Hochvolt-LED-Chips 302 zu erleichtern, um zu gewährleisten, dass der Hochvolt-LED-Chip 302 und das zweite Substrat 50 in einer Ebene und vollständig miteinander gekoppelt sind und zur Erleichterung des Herstellungsprozesses, sind alle Oberflächen der fünften elektrisch leitenden Platten 32 und der sechsten elektrisch leitenden Platten 33 von gleicher Höhe.
Wie in 10 gezeigt, umfasst der Hochvolt-LED-Chip 302 ferner eine zweite Leiterschicht 37. Die zweite Leiterschicht 37 weist mindestens einen Leiter auf und bedeckt die zweite Isolationsschicht 31. Die zwei Enden eines jeden der Leiter sind jeweils an die fünfte elektrisch leitende Platte 32 einer Einheit und an die sechste elektrisch leitende Platte 33 der anderen Einheit elektrisch angeschlossen. Dadurch können die LEDs leicht seriell und/oder parallel geschaltet werden. Durch die Unterstützung von der zweiten Isolationsschicht 31 eignet sich die zweite Leiterschicht 37 für kompliziertes Stromkreis-Layout.
Wie in 11A bis 11G gezeigt, sind in diesem Ausführungsbeispiel die erste und die zweite Isolationsschicht 25, 31 des Hochvolt-LED-Chips 302 vollständig. Auf diese Weise können identische oder ähnlich komplizierte Stromkreise auf den Isolationsschichten produziert werden. Insbesondere ist es einfach, einen ähnlichen Stromkreis zu erhalten, wenn eine Flip-Chip-Struktur aus dem zweiten Substrat 50 gebildet wird.
In einem Ausführungsbeispiel sind die AC Hochvolt-LED-Chips 302 mittels inverser Parallelschaltung von mindestens zwei der besagten LEDs aufgebaut. Dann bieten die AC Hochvolt-LED-Chips 302 durch das Schaltungssubstrat 200 verschiedene Stromkreis-Anschlüsse, um die Hochvolt-Wechselstrom-LED-Struktur 100 mit den seriell, parallel oder parallel-seriell geschalteten AC-Hochvolt-LED-Chips 302 zu konstruieren.
In einem Ausführungsbeispiel sind die Hochvolt-LED-Chips 301, 302 Gleichstrom-Hochvolt-LED-Chips, die durch das Schaltungssubstrat 200 verschiedene Stromkreis-Anschlüsse bereitstellen, um die Anordnung von Hochvolt-Wechselstrom-LEDs 100 zu bilden, die mindestens zwei der genannten parallel und invers geschalteten Gleichstrom-Hochvolt-LED-Chips 301, 302 umfassen. Diesbezüglich kann die Anordnung von Hochvolt-Wechselstrom-LEDs 100, die die mithilfe des Schaltungssubstrats 200 aneinander angeschlossenen Hochvolt-LED-Chips 301, 302 umfassen, in jeder Form vorkommen und daher wird hier aus Gründen der Kürze nicht beschrieben, wie die Hochvolt-LED-Chips 301, 302 aneinander angeschlossen werden.
Die vorstehende Beschreibung stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und soll nicht die Patentansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die die in diesem technischen Bereich Sachkundigen gemäß der Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung vornehmen, gehören zum Schutzbereich der vorliegenden Erfindung. Der Schutzbereich der Erfindung richtet sich auf die nachstehenden Patentansprüche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6853011 [0002, 0004]
US 6998642 [0003, 0004]

Claims

Anordnung von Hochvolt-Wechselstrom-LEDs, die umfasst: – ein Schaltungssubstrat (200) und – eine Vielzahl von Hochvolt-LED-Chips (301), die am Schaltungssubstrat (200) befestigt und an dasselbe elektrisch angeschlossen sind, wobei die Hochvolt-LED-Chips (301) mittels des Schaltungssubstrats (200) einen seriell geschalteten Stromkreis (400) bildet, wobei die Hochvolt-LED-Chips (301) jeweils folgendes umfassen: – ein erstes Substrat (21) mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche (211, 212), – eine anhaftende Schicht (22), die auf der ersten Oberfläche (211) ausgebildet ist, – mindestens zwei erste ohmsche Kontaktschichten (23), die auf der anhaftenden Schicht (22) ausgebildet sind, – mindestens zwei Epi-Schichten (24), die mindestens eine erste Auskehlung (291) aufweisen, die zwischen je zwei benachbarten Epi-Schichten (24) ausgebildet ist, wobei jede der Epi-Schichten (24) eine auf einer entsprechenden der ersten ohmschen Kontaktschichten (23) ausgebildete untere Plattierungsschicht (241), eine auf den unteren Plattierungsschichten (241) ausgebildete aktive Schicht (242) und eine auf der aktiven Schicht (242) ausgebildete obere Plattierungsschicht (243) umfasst, – eine erste Isolationsschicht (25), die exponierte Oberflächen aller ersten ohmschen Kontaktschichten (23) und exponierte Oberflächen aller oberen Plattierungsschichten (243) bedeckt und zwischen je zwei der ersten ohmschen Kontaktschichten (23) ausgebildet ist, wobei eine erste Öffnung (251) und eine zweite Öffnung (252) in ihren Positionen entsprechend jeder der oberen Plattierungsschichten (243) und einem exponierten Abschnitt (231) jeder der ersten ohmschen Kontaktschichten (23) in der ersten Isolationsschicht (25) ausgebildet sind, – mindestens zwei erste elektrisch leitende Platten (26), die jeweils innerhalb einer entsprechenden der ersten Öffnungen (251) ausgebildet und an eine entsprechende der oberen Plattierungsschichten (243) elektrisch angeschlossen sind, – mindestens zwei zweite elektrisch leitende Platten (27), die jeweils innerhalb einer entsprechenden der zweiten Öffnungen (252) ausgebildet und an eine entsprechende der ohmschen Kontaktschichten (23) elektrisch angeschlossen sind, und – ein zweites Substrat (50), das eine dritte Oberfläche (51) aufweist, auf der mindestens zwei dritte elektrisch leitende Platten (52) und mindestens zwei vierte elektrisch leitende Platten (53) ausgebildet sind, wobei auf dem zweiten Substrat (50) eine Vielzahl von Leiterbahnen ausgebildet ist, die die dritten elektrisch leitenden Platten (52) und die vierten elektrisch leitende Platten (53) aneinander elektrisch anschließen, wobei jede der dritten elektrisch leitenden Platten (52) und jede der vierten elektrisch leitende Platten (53) jeweils durch eine Lötverbindung (60) an eine entsprechende der zweiten elektrisch leitenden Platten (27) und/oder an eine entsprechende der ersten elektrisch leitende Platten (26) elektrisch angeschlossen sind, wobei das erste Substrat (21) und die anhaftende Schicht (22) transparent sind, wobei eine Reflexionsschicht auf der dritten Oberfläche (51) in der Weise ausgebildet ist, dass die Reflexionsschicht außerhalb der dritten elektrisch leitenden Platten (52) und der vierten elektrisch leitenden Platten (53) positioniert ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (100) ferner eine erste Leiterschicht (293) umfasst, die mindestens einen Leiter aufweist und die erste Isolationsschicht (25) teilweise bedeckt, wobei die Leiter jeweils zwei Enden aufweisen, die jeweils an die zweiten elektrisch leitenden Platten (27) und an die ersten elektrisch leitenden Platten (26) verschiedener Einheiten elektrisch angeschlossen sind.
Anordnung von Hochvolt-Wechselstrom-LEDs, die umfasst: – ein Schaltungssubstrat (200) und – eine Vielzahl von Hochvolt-LED-Chips (302), die am Schaltungssubstrat (200) befestigt und an dasselbe elektrisch angeschlossen sind, wobei die Hochvolt-LED-Chips (302) mittels des Schaltungssubstrats (200) einen seriell geschalteten Stromkreis (400) bilden, wobei die Hochvolt-LED-Chips (302) jeweils folgendes umfassen: – ein erstes Substrat (21) mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche (211, 212), – eine anhaftende Schicht (22), die auf der ersten Oberfläche (211) ausgebildet ist, – mindestens zwei erste ohmsche Kontaktschichten (23), die auf der anhaftenden Schicht (22) ausgebildet sind, – mindestens zwei Epi-Schichten (24), von denen jede eine auf einer entsprechenden der ersten ohmschen Kontaktschichten (23) ausgebildete untere Plattierungsschicht (241), eine auf den unteren Plattierungsschichten (241) ausgebildete aktive Schicht (242), eine auf der aktiven Schicht (242) ausgebildete obere Plattierungsschicht (243) und eine zweite Auskehlung (34) umfasst, wobei die zweite Auskehlung (34) durch die oberen Plattierungsschichten (243) und die aktive Schicht (242) senkrecht und teilweise durch die unteren Plattierungsschichten (241) verläuft, – eine zweite Isolationsschicht (31), die jede der oberen Plattierungsschichten (243) bedeckt und zwischen je zwei der Epi-Schichten (24) und je zwei der ersten ohmschen Kontaktschichten (23) ausgebildet ist, wobei eine dritte und eine vierte Öffnung (35, 36) vorgesehen sind, die in ihrer Position entsprechend jeder der oberen Plattierungsschichten (243) und einer Innenseite der zweiten Auskehlung (34) in der zweiten Isolationsschicht (31) ausgebildet sind, – mindestens zwei fünfte elektrisch leitende Platten (32), die jeweils in einer der dritten Öffnungen (35) ausgebildet und an die oberen Plattierungsschichten (243) elektrisch angeschlossen sind, und – mindestens zwei sechste elektrisch leitende Platten (33), die jeweils in einer der vierten Öffnungen (36) ausgebildet und mit einem sich nach unten erstreckenden Erstreckungsteil (331) versehen sind, das durch die Epi-Schichten (24) senkrecht verläuft und an die ersten ohmschen Kontaktschichten (23) elektrisch angeschlossen ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungssubstrat (200) ein Aluminium- oder ein Keramik-Substrat ist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von wärmeleitfähigen Stiften oder eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Stiften im Keramik-Substrat angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass je zwei der Hochvolt-LED-Chips (302) parallel geschaltet sind, sodass der seriell geschaltete Stromkreis (400) ferner einen parallel geschalteten Stromkreis aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der seriell geschaltete Stromkreis (400) ferner mit mindestens einem seriell geschalteten Stromkreis (400) parallel geschaltet ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Isolationsschicht (31) in der zweiten Auskehlung (34) ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Substrat (21) und die anhaftende Schicht (22) transparent sind und eine Reflexionsschicht auf der zweiten Oberfläche (212) ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die anhaftende Schicht (22) transparent ist und eine Reflexionsschicht zwischen dem ersten Substrat (21) und der anhaftenden Schicht (22) ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 3, die ferner ein zweites Substrat (50) mit einer dritten Oberfläche (51) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei dritte elektrisch leitende Platten (52) und mindestens zwei vierte elektrisch leitende Platten (53) auf der dritten Oberfläche (51) ausgebildet sind, wobei das zweite Substrat (50) mit einer Vielzahl von darauf ausgebildeten Leiterbahnen versehen ist, um die dritten und die vierten elektrisch leitenden Platten (52, 53) aneinander elektrisch anzuschließen wobei jede der dritten elektrisch leitenden Platten (52) und jede der vierten elektrisch leitenden Platten (53) durch eine Lötverbindung (60) an eine entsprechende der sechsten elektrisch leitenden Platten (33) und/oder an eine entsprechende der fünften elektrisch leitenden Platten (32) elektrisch angeschlossen sind, wobei das erste Substrat (21) und die anhaftende Schicht (22) transparent sind.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reflexionsschicht auf dem zweiten Substrat (50) derart angeordnet ist, dass die Reflexionsschicht außerhalb der dritten und der vierten elektrisch leitenden Platten (52, 53) positioniert ist.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reflexionsschicht auf der zweiten Isolationsschicht (31) ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Oberflächen der fünften und sechsten elektrisch leitenden Platten (32, 33) von gleicher Höhe sind.
Anordnung nach Anspruch 3, die ferner eine zweite Leiterschicht (37) umfasst, die mindestens einen Leiter aufweist und die zweite Isolationsschicht (31) teilweise bedeckt, wobei jeder der Leiter zwei Enden aufweist, die jeweils an die fünften und die sechsten elektrisch leitenden Platten (32, 33) verschiedener Einheiten elektrisch angeschlossen sind.