TWI378554B - Optoelectronic headlight, its manufacturing method and light-emitting diode chip - Google Patents
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Description
1378554 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種光電探照燈,其具有至少一個發出電磁 輻射的發光二極體晶片。本發明亦涉及此種光電探照燈之 製造方法以及此光電探照燈用之發光二極體晶片。 本專利申請案主張德國專利申請案10 2006 015 117.8之 優先權,其已揭示的內容藉由參考而收納於此處。 【先前技術】 光電探照燈例如已描述在WO 2004/088200中,其具有多 個探照燈元件,每個元件具有至少一個發光二極體晶片, 與此發光二極體晶片相關聯之主光學元件以及探照燈輸出 元件。該探照燈輸出元件被以下述方式以二組配置:它們 的配置對應於探照燈所期望的發射特性。此二組探照燈元 件可彼此獨立地運作。 【發明內容】 本發明的目的是提供一種在「先前技術」部分所描述之 類型的光電探照燈的替代品,藉此其可實現預定的發射特 性。此外,本發明還提供一種這種類型的光電探照燈之製 造方法以及這種類型的光電探照燈用之發光二極體晶片。 上述目的藉由申請專利範圍獨立項所述的光電探照燈、 方法和發光二極體晶片來達成。此探照燈、其製造方法和 發光二極體晶片之有利的延伸形式及較佳配置描述在各別 的附屬項中。 提供在「發明所屬之技術領域」部分所描述之類型的探 1378554 照燈’該探照燈具有一個發光二極體晶片,該發光二極體 晶片具有至少二個空間發射區,或該探照燈具有至少二個 發光二極體晶片’每個發光二極體晶片具有至少一個空間 發射區。該發射區的至少部份區域彼此橫向隔開,即,該 發射區不橫向重疊或不橫向完全重疊。該發射區在其所屬 的主延伸面之俯視圖中具有不同的形狀,具有不同的大小 及/或不是矩形’且被不同地定位。特佳地,可彼此獨立地 驅動發射區。 有利地,該等發射區的主延伸面大致彼此平行。使用不 同形狀、或不同大小及/或不是矩形或被不同地定位的多個 不同的發射區’能夠以精確的方式來實現用於多種應用領 域之探照燈的不同的期望發射特性。此探照燈較佳是用作 機動車輛之前頭燈,或例如視頻投影機之投影應用的照明 單元的聚光燈。 可以使用探照燈來有益地實現各種探照燈功能。例如, 在用於機動車輛的前頭燈的情況下,例如有高速公路燈、 城市燈、國道燈以及轉彎燈,可藉由多個發射區之對應的 互連(corresponding interconnection)和驅動來實現。 以下述方式來有益地選擇發射區的形狀、大小及/或方 位:一個或多個發射區一起產生大致對應於期望的探照燈 光錐(desired headlight cone)的橫切面形狀。在此和以下, 探照燈光錐表示任意形狀的體積,通過其探照燈光發光, 其中,不包括其中亮度比在與探照燈相同距離處的最大亮 度低一個數量級的區域。應當明白,發射特性表示探照燈 -6- 1378554 光錐之一個或多個屬性,例如,在不同的立體角之光強度、 亮/暗過渡或橫切面形狀。橫切面形狀表示探照燈光錐在與 探照燈之主發射方向垂直的平面中之橫切面的形狀。 依據一個有利的實施形式,在主延伸面的俯視圖中之至 少一個發射區的形狀不是矩形的。此發射區具有沿著線之 邊界,特別是相對於彼此偏斜的邊界。 依據一個特別有利的實施形式,在主延伸面的俯視圖中 之至少一個發射區的形狀具有銳角或鈍角的轉角。作爲補 充或者替換,在主延伸面之俯視圖中之至少一個發射區之 形狀具有擁有優角的彎曲部分。”彎曲部分”不必然被理解 爲尖的轉角。而是,該彎曲部分亦可以例如是圓形的。 較佳地,在主延伸面之俯視圖中之至少一個發射區之形 狀不具有對稱軸。對於此種類型的發射區,有可能特別地 實現具有不對稱之橫切面及/或不對稱之發光分布的探照燈 光錐。 作爲適當的方式,相鄰的發射區在橫向上彼此具有較小 的距離。有利地。此距離小於或等於1 00微米,較佳地小 於或等於50微米,更佳地小於或等於20微米。對於此種 小距離,有可能實現具有特別均句的發光分布的探照燈光 錐。在另一個實施形式中’該發射區在橫向上部分地重疊。 依據一個特定的有利的實施形式,該一個或多個發光二 極體晶片被配置在載體上,且與該載體一起被覆蓋電性絕 緣層。在該絕緣層上形成導電軌結構,其中,該發射區之 每一者具有至少一個與該導電軌結構相連接的電性連接 4 4137*8554 墊。尤其是’該電性連接墊導電地與該導電軌結構相連接。 較佳地’該連接墊另外也機械地與該導電軌結構相連接。 原則上’可任意地構成或建構該導電軌結構;在一個個 案中’其也可以特別地由無結構的導電層構成。較佳地, 此導電軌結構包含多條導電軌,其可彼此連接,或作爲補 充或替代地彼此電性絕緣。 用於一個或多個發光二極體晶片之導電接觸連接及互連 的、以這種方式形成的導電軌結構對於探照燈之應用特別 有利。結果,不僅使得探照燈可精確地實現不同的發射特 性’而且亦可被合算地導電安裝和互連,且亦可配置非常 靠近該發射區的光學元件。具體而言,光學元件可以比在 一個或多個發光二極體晶片藉由一條或多條焊線地被電性 接觸連接的情況下更靠近發射區。 上述探照燈可有利地具有至少一個光學元件。較佳的 是,至少一個光學元件與每個發光二極體晶片相關聯;特 佳的是,多個或全部的發射區一起與一個光學元件相關 聯。此光學元件用來形成具有最大光束強度和最小發散度 的光束錐體。 較佳的是,一個光學元件與多個發光二極體晶片一起相 關聯。與專用光學元件與每一個發光二極體晶片相關聯的 情況相比較,這例如具有簡化安裝的優點。 特別有利的是’如果該光學元件之光輸入儘可能地靠近 發光二極體晶片,有利地可能特別適宜於指定的無導線接 觸連接,因爲與藉由焊線的接觸連接相比較,該無導線接 1378554 觸連接可以實現爲具有特別小的高度。作爲適當的方式’ 藉由與發光二極體晶片盡可能靠近的光學元件來減少從光 學元件發出之立體角,光束錐體之橫切面面積在此仍然很 小。這特別在下述情況下是必要的’當最高的可能輻射強 度意欲被投射至最小的可能區域上’就像探照燈應用或投 影裝置情況那樣。 依據一個特定的有利的實施形式,除了一個或多個發光 二極體晶片之外,在該載體上配置電子組件,該組件具有 至少一個電性連接墊,該連接墊經由導電軌結構而導電地 連接。較佳的是,此組件之該連接墊經由該導電軌結構而 與該發射區之至少一個連接墊導電性地相連接。此電子組 件相對於該一個或多個發光二極體晶片具有不同類型。”具 有不同類型”是指:該組件在功能上及/或結構特徵上不同, 在這種情況下,它們可以具體實現不同的目的,在它們的 工作模式上基於不同的物理效應,具有不同形狀的電性連 接墊或可以以不同的方式被安裝。 在一個特別適當的實施形式中,該電子組件是被動組件 及/或積體電路’其較佳地適合於SMD安裝(表面可安裝裝 置的安裝)。作爲補充或替代,該組件適合於包括使用焊 線的安裝。在探照燈中,這種類型的組件可以至少部分地 基於導電軌結構而不是藉由焊料或藉由焊線來有利地導電 連接。 在上述光電探照燈中’原則上有可能將作爲在傳統的探 照燈內的載體的構成部分的導電軌,部分地或者完全地替 -9- 1378554 換爲被施加到絕緣層的導電軌結構。這樣首先允許了 和發光二極體晶片的電性安裝,其在技術上實現簡單 次允許了使用合算的載體。 有利的是,至少一個發射區的電性連接墊經由該導 結構而與載體之連接區導電地相連接。 有利地,上述絕緣層特別地包括發光轉換材料。藉 發光轉換材料,可以將要由該組件所發出的第一波長 內的電磁輻射轉換成第二波長範圍內的電磁輻射。舉 說,可以以這種方式將藍色輻射部分地轉換成黃色輻 在給定藍色和黃色輻射之適當強度比例的情況下,可 這種方式來產生白光。在這種類型的發光轉換的情況 如果絕緣層直接地鄰接用來耦合出輻射的發射區之那 面,則在效率上是特別有利的。 在一個適當的實施形式中,該一個或多個發光二極 片被安裝在被施加在載體上的晶片載體上。藉由使用 的晶片載體,可以例如在給定材料的適當選擇的情況 實現發光二極體晶片之特別良好的散熱。該晶片載體 以是發光二極體組件之殼體,其中,有利地不須將發 極體晶片完全地電性安裝至該晶片外殼上。而是,有 僅僅在藉由導電軌結構而在載體上施加晶片載體後導 連接該發光二極體晶片》 本發明亦提供一種發出電磁輻射的光電探照燈之製 法。此方法包括:提供一種載體和至少一個發光二極 片,其中,此發光二極體晶片具有至少二個發射區, 組件 ,其 電軌 由該 範圍 例來 射。 以以 下, 個表 體晶 獨立 下, 亦可 光二 可能 電地 造方 ΒΆ Β 體晶 該二 -10- 1378554 個發射區在其所屬的主延伸面的俯視圖中具有不同的形 狀,具有不同的大小及/或在相同類型的形狀的情況下被不 同地定位。每個該發射區具有至少一電性連接墊。該發射 區較佳是彼此獨立地被驅動。 該發光二極體晶片被施加在載體上。然後,向該發光二 極體晶片和該載體施加絕緣層。在另一個方法步驟中,爲 了將該發射區之至少一個相對應的電性連接墊露出,而在 絕緣層中形成多個切出部分(cutout)。以下述方法在絕緣 層上施加導電材料:其與電性連接墊相連接,以便形成導 電軌結構。 作爲適當的方式,該導電材料係以層的形式施加。根據 實施形式及要實現的導電軌結構之形狀,該層可以隨後被 適當地結構化,結果是,具體而言,亦可能產生彼此電性 絕緣的導電軌結構的導電軌。 本發明提供另一種發出電磁輻射之光電探照燈之製造方 法,其中,靠著載體提供了至少二個發光二極體晶片。該 發光二極體晶片之每一者具有至少一個發射區’該發射區 具有至少一個電性連接墊。該發射區在所屬的主延伸面的 俯視圖中,具有不同的形狀,具有不同的大小及/或不是矩 形,且被不同地定位。 其他的方法步驟包括:在載體上施加該發光二極體晶 片;向該發光二極體晶片和該載體施加絕緣層;在絕緣層 中形成切出部分,以將該發射區之至少一個相對應的電性 連接墊露出;以及以將導電材料連接到該電性連接墊的方 -11- 1378554 式來向該絕緣層施加該導電材料,以形成導電軌結構。可 以以上述方式來具體實現此導電軌結構。 在本方法之一個較佳的實施形式中,在施加絕緣層之 前’至少一個電子組件被提供且被施加在載體上。以該電 子組件也部分地或完全地被覆蓋的方式來施加該絕緣層。 而且,本實施形式的其他方法步驟包括:在該絕緣層中形 成切出部分以使該組件之電性連接墊露出;以及以導電材 料連接到該組件的電性連接墊的方式,向該絕緣層施加導 電材料,以形成導電軌結構。 特別有利的是,一起且基本上同時地製造多個探照燈。 具體而言,可以以一系列批次處理來執行絕緣層之施加、 切出部分之形成、和導電材料之施加的步驟。可以在這些 批次處理中並行地處理多個光電探照燈,這是對於使用單 獨的處理的合算的替代方式,該單獨的處理例如爲在使用 焊線焊接的情況下所需要的處理。而且,在使用批次處理 時’亦可將必要的操作安裝所需的資金耗費保持爲低。 可針對子同的產品靈活地設計該批次處理。基本上,有 可能在一條生產線上製造不同的產品。可以在相互不同的 方法的參數改變後並行地如此進行》本方法可以特別地用 於導電接觸連接和來自不同裝置類型的組件的連接。 有利地,絕緣層的施加包括預製層之施加。作爲補充或 替代,絕緣層的施加有利地包括:藉由印刷、噴射或旋轉 塗布來施加絕緣層的材料。藉由這些手段,可以在技術上 以簡單且合算的方式來實現施加絕緣層。 -12- 1378554 在本方法之一種特佳的變化形式中,爲了施加該絕緣 層,首先’向該發光二極體晶片和載體施加先質層 (precursor layer)。例如藉由溶膠凝膠方法,藉由氣相沉 積或藉由懸浮液之旋轉塗布來如此進行。執行第一熱處 理,其適合於由該先質層去除有機成分。對該材料隨後進 行第二熱處理,其適合於將該先質層硬化。具體而言,可 以藉由上述方法來產生薄和均勻的玻璃層。 較佳是藉由包括雷射加工的方法步驟來產生在絕緣層中 的切出部分。在這種情況下,使用雷射輻射在即將產生切 出部分之區域中去除絕緣層。在雷射加工期間,可精確地 設置且直接地產生切出部分之大小、形狀和深度。 施加導電材料有利地包括:藉由PVD方法來施加金屬 層,以及藉由電沉積(electrodeposition )使該金屬層強化》 適當的PVD方法例如是濺鍍。 作爲替代方式•亦可使用印刷法,特別是網版印刷法, 來施加導電材料。而且,亦可使用噴射法或旋轉塗布法來 產生導電材料。 提供一種發出電磁輻射的發光二極體晶片。此發光二極 體晶片具有至少二個發射區,該發射區可以彼此獨立地被 驅動,並且在其所屬的主延伸面之俯視圖中’具有不同的 形狀,具有不同的大小及/或在相同類型的形狀的情況下被 不同地定位。此發光二極體晶片特別有利地適合應用在光 電探照燈中。 依據該發光二極體晶片之一個特別有利的實施形式,該 -13- 1378554 I # 至少一個發射區的形狀在該主延伸面之俯視圖中不是矩形 的,具有擁有銳角或鈍角之轉角,具有擁有優角的彎曲部 分及/或不具有對稱軸。 藉由下面結合附圖所述之示範性實施形式,上述探照 燈,上述方法和發光二極體晶片之其它優點、較佳實施形 式和便利(expediencies)將更加清楚。 【實施方式】 在圖式和示範性實施例中相同或相同作用的部分在每種 情況下被賦予相同的元件符號。所示的元件和元件彼此之 間的關係應當視爲不必然是真實依比例繪出。而是,使用 誇大的尺寸來圖示在圖式內的一些細節,以便提供更好的 理解。 第1圖所示的發光二極體晶片具有第一發射區21、第二 發射區22和第三發射區23。該發射區被配置在共用的載體 基板24上= 第一發射區21和第三發射區23在其主延伸面之俯視圖 中具有五邊形的形狀。第一發射區21之五邊形的形狀具有 三個直角和二個鈍角a、|3。第三發射區23同樣包括三個直 角。但是其還具有優角(reflex angle) γ和銳角δ。”發射區 之形狀的角”用於表示該形狀的輪廓的兩條相鄰的局部直 線相對於彼此定位的角度,該角是在該形狀內被測量,如 第1圖所示。 優角γ例如在185度和205度(包含兩者)之間。較佳是, 優角γ大約是195度。 -14- 4 1378554 第二發射區22具有四邊形形狀,其包括二個直角、一 銳角和一個鈍角。第二發射區22被配置在第一發射區 和第三發射區23之間。 在它們的整體配置中,三個發射區21、22和23形成 致矩形的,特別是正方形的形狀。彼此面對的發射區21 22、23的外側邊大致彼此平行。該發射區可彼此獨立地 作。 第4圖顯示在沿著第1圖中所示的虛線的切面上的示 切面圖。可以在這個切面圖中看出,發射區21、23是由 光二極體層210、230所形成。發光二極體層210、230 如是半導體層序列,其具有適合用來在施加電流時發出 磁輻射的活性區(active zone)。 該發光二極體層例如基於氮化物化合物半導體材料, 適合於從藍色及/或紫外線光譜發出電磁輻射。氮化物化 物半導體材料是含有氮之化合物半導體材料,例如•來 InxAlyGai-x-yN 系的材料,其中 OSxgl,OSygl 且 x + y$ 該發光二極體層具有例如由氮化物化合物半導體材料所 成的至少一個半導體層。 該發光二極體層可包含傳統的pn接面、雙異質結構、 量子井結構(SQW結構)或多量子井結構(MQW結構)°這 結構已爲此行的專家所知悉,因此此處不進一步詳細 明。MQW結構的例子已描述在 US 5,831,277和 5,684,309中,在這些發明中的揭示的內容藉由參考而被 含於此。 個 2 1 大 、 運 意 發 例 電 且 合 白 1 ° 構 單 些 說 US 包 •15- 1378554 發光二極體層210、230被施加在基板24上。此基板可 以是生長基板,在其上發光二極體層以半導體層序列形式 生長。作爲替代方式,基板24亦可以是載體基板,在其上 發光二極體層210,230在它們形成後被施加。 在此種情況下,可以例如在發光二極體層210、23 0和基 板24之間配置反射器,其使在發光二極體層210、230中 所產生的電磁輻射被反射。舉例而言,可以在這種情況下 包含金屬或電介質的鏡面。較佳地,該反射器包含電介質 層和在此電介質層上施加的金屬層,其中,該電介質層是 與發光二極體層210、230相鄰(未圖示)。 發光二極體層210、230彼此隔開。結果,可彼此獨立地 驅動它們的發射區21、23。可以以任何其他方式來實現不 同的發射區的互相獨立的可驅動性。也可以例如,發射區 沿著其所屬的主延伸面而部分地彼此重疊,即,該發射區 不必被配置在物理上彼此分離的區域中。 可以例如藉由電流阻障(current barrier )來實現部分重 疊的發射區,該電流阻障僅僅部分地防止電流--例如在第一 發射區中被施加--流過第二發射區所屬的發光二極體層的 區域。在激發第二發射區後,一個或多個電流阻障亦對應 地部分屏蔽電流。整體而言’可以以上述方式來實現二個 不同的、但有部分互相重疊之發射區。 第2圖中所示的發光二極體晶片具有第一發射區21和二 個第二發射區22。第一發射區21具有三角形形狀,其具有 一個直角和二個銳角α,β。該二個第二發射區22具有長矩 -16- 1378554 形形狀。它們係以下述方式並排配置:它們的二個長邊彼 此平行且彼此面對。第一發射區21以下述方式相對於該二 個第二發射區22被配置:藉由發射區的整體配置來形成具 有優角γ的五邊形形狀。此鈍角γ可以如第1圖所示的發光二 極體晶片之第三發射區之優角那樣來配置。 第3圖所示的發光二極體晶片具有五個發射區21、22, 其具有相同類型的形狀。三個第一發射區21的形狀具有第 一方向,且二個第二發射區22的形狀具有第二方向。其中, 該第一方向相對於與發射區之主延伸面平行的第二方向旋 轉180度。 該發射區都具有三角形形狀,其具有一個直角和二個銳 角。該發射區的整體配置再一次產生具有優角γ的五邊形形 狀,可以像先前之例子中所述的優角γ那樣來配置該優角γ。 第1至3圖中所示的發光二極體晶片良好地適用於機動 車輛前頭燈的探照燈模組中。對於此種類型的前頭燈,在 許多國家中規定了不對稱的發射特性,其中,所發出的探 照燈光錐具有擁有優角的不對稱的橫切面。 在第5圖所示的光電探照燈具有光電組件5 0和被動組件 100。這些不同類型的電子組件被配置在載體10上。可以 在第13圖的切面圖中看出,組件50、100和載體10被電 性絕緣層3覆蓋。在絕緣層3上形成導電軌結構1 4。光電 組件50和被動組件100具有連接到導電軌結構14的電性 連接墊7 、 6 、 106 。 光電組件50具有晶片載體20,其具有電性連接墊7。在 -17- 1378554 電性連接墊7之部分上施加發光二極體晶片1。此晶片在遠 離該晶片載體20之電性連接墊7之一側上具有三個發射區 21、22、23,其中每個具有電性連接墊6。這些電性連接墊 6和未被發光二極體晶片1覆蓋的電性連接墊7之那個部分 形成光電組件50之相對應的電性連接墊。 被動組件1〇〇例如是電阻器、變阻器或電容器。其電性 連接墊106之一經由導電軌結構14之導電軌而導電地與發 光二極體晶片1之第三發射區23之電性連接墊6相連接。 第二電性連接墊106同樣地與導電軌結構14之導電軌導電 地相連接,然而,這個導電軌不直接地引向光電組件50之 連接墊,而是與後者遠離。 第一發射區21和第二發射區22之連接墊6以及光電組 件50之形成在晶片載體20上的電性連接墊7也導電地與 導電軌結構14之導電軌相連接。該電性連接墊6、7、106 較佳是全部導電地且機械直接地與導電軌結構14相連接。 可以例如使用沒有導電軌或電性連接墊的載體10來生產 第5圖所示的探照燈’。探照燈之全部的導電軌有利地例如 被形成爲在該絕緣層3上之導電軌結構14之一部分。 作爲替代方式,亦可將在絕緣層3上所形成的導電軌結 構14來與相對應的載體10之導電軌及/或連接墊相組合, 即,該組件之電性互連包括導電軌結構1 4和該載體1 0之 導電軌及/或連接墊。此種類型的探照燈之例子已顯示在第 6圖中。 第6圖所示的探照燈具有載體10,其包括電性連接墊7, -18- 1378554 在其上施加第一發光二極體晶片1和第二發光二極體晶片 2。第一發光二極體晶片1具有單個發射區,該發射區在其 主延伸面之俯視圖中具有矩形形狀。第二發光二極體晶片2 具有單個發射區,其在其主延伸面之俯視圖中具有三角形 形狀。發光二極體晶片之間的距離例如大約是20微米。 發光二極體晶片1、2之面向電性連接墊7之側面導電地 與連接墊7相連接。遠離電性連接墊7之發光二極體晶片 1、2之側面每個具有電性連接墊6,其導電地與導電軌結 構14之導電軌相連接。第一發光二極體晶片1之連接墊6 經由該導電軌結構而導電地與該載體1〇之電性連接區8相 連接。 導電軌結構14之另一個導電軌將該電性連接墊7與同樣 位於載體10上的被動組件1〇〇之連接墊106相連接。被動 組件100具有二個電性連接墊106,其中,第二電性連接墊 也導電地與導電軌結構1 4之導電軌相連接。 有可能導電軌結構1 4,例如,沒有將探照燈的組件的電 性連接墊彼此直接地導電連接的導電軌。多個發光二極體 晶片較佳爲可以用在如從第5和6圖中所示的探照燈選取 之部分的情況下。舉例來說,包含四個(含)至十個(含)發光 二極體晶片。作爲替代方式,該探照燈具有例如四個(含) 至十個(含)光電組件,每個光電組件包含至少一個發光二極 體晶片1。 在這種類型的探照燈中,該被動組件例如用來使施加在 光電組件上的電壓獲得穩定。變阻器被方便地用於這個目 -19- 1378554 的。作爲補充或替代方式,可以獲得相對於光電組件50不 同類型之電子組件來用於任何目的,例如用於在探照燈中 形成適當的電子驅動電路。這也特別包含使用積體電路所 形成的邏輯電路。舉例來說,邏輯晶片及/或記憶體晶片可 被配置在載體10上,且將其導電地與導電軌結構14相連 接。 在第7圖中顯示了來自具有積體電路200之示範性探照 燈之選取部分。積體電路200具有例如外殼,且適合於被 以類似於SMD組件的方式安裝且連接。作爲補充或者替 代,亦可使用沒有外殻之積體電路(裸晶粒,bare die)。此 種裸晶粒通常藉由黏合劑黏接或焊接而被機械地安裝,且 藉由引線接合(wire bonding)製程而被導電地連接。而且, 亦可使用適合於藉由凸塊安裝(bump mounting)來連接之 積體電路。 在第7圖所示的探照燈的情況中,這種類型的積體電路 200被施加在載體10上,且使用施加在絕緣層3上的導電 軌結構14而導電地相連接。舉例來說,積體電路200之全 部的電性連接墊206直接導電地與導電軌結構14之導電軌 相連接。 在載體10上施加具有第一和第二非矩形發射區21、22 的第一發光二極體晶片1。該第一發射區21是三角形的’ 第二發射區是四邊形的。它們每個都具有電性連接墊6。與 載體10上的晶片一起並排配置了用於發光二極體晶片之電 性連接用的另外的連接墊7。該電性連接墊6、7經由導電 -20- 1378554 軌結構之導電軌而導電地與積體電.路200之連接墊相連接。 爲了清楚之故,該絕緣層未顯示在第5、6、7圖中。該 絕緣層被配置在該導電軌結構14和圖中所示的其它元件之 ' 間,其中,該絕緣層在要接觸連接的連接墊之區域中具有 用於鍍通孔的切出部分(cutout for plated-through holes)。 藉由以下參照第8至21圖所述之用於生產探照燈之示範性 方法來說明此種構造。 第8至13圖中包含第5圖所示的探照燈之製造方法之不 ® 同方法階段的示意切面圖。第13圖所示的切面圖是沿著第 5圖中所示的虚線之部分之圖示。第8至12圖所示之切面 _ 圖是在所述的示範性方法之在前方法階段期間的相對應部 分的圖示。 第8圖顯示載體10之提供方法步驟。該載體10具有例 如平板的形狀。作爲替代方式,該載體亦可具有結構且不 平坦。其包含例如陶瓷材料、塑料及/或金屬,或基本上由 這些材料之一者所構成。舉例來說,該載體由氮化鋁所構 ⑩成。 在載體10上施加不同類型的至少兩種電子組件50, 1〇〇’請參照第9圖。這些組件被方便地固定到載體1〇。雖 然將該組件導電地連接至載體1 〇是不必要的,但在該組件 和該載體1 〇之間的具有高導熱率的連接是有利的。組件 50、100例如藉由黏結劑及/或藉由焊料而與該載體相連 接。然而,原則上亦可不需上述的連接。 該組件之一是光電組件5 0,其包括:晶片載體2 〇 ,施加 •21- 1378554 在晶片載體20上的電性連接層7以及施加在電 上的發光二極體晶片1。 發光二極體晶片1在其面對電性連接層7之 具有例如藉由焊接(未圖式)而導電地或機械地 層7相連接的電性連接墊。在遠離電性連接層Ί 該發光二極體晶片1具有一電性連接墊6。此連 由接觸層或接觸層序列形成,該接觸層或接觸 加至發光二極體晶片1之發光二極體層上,且 微影術而被結構化。 晶片載體20包括陶瓷、金屬和塑料材料中K 或由這些材料中的一者所構成。舉例來說,其 構成。 被動組件100係與光電組件50相隔一定距離 載體10上。該組件具有以下述方式形成的二個 1 06 :組件1 00適合於SMD安裝。SMD表示”表 置”》SMD安裝應當被理解爲表示通常是SMD釋 其一般包括:將該組件施加至安裝區,以及將 性連接墊焊接在安裝區內。 第10圖所示的方法階段中,向電子組件50、 體10施加絕緣層3»較佳是藉由噴射或旋轉塗 液來施加絕緣層3。而且,例如,印刷法,特別 法也可有利地用於施加絕緣層3。 在第11圖所示的方法步驟中,於該絕緣層3 第一切出部分11和兩個第二切出部分12,藉由 :性連接層7 外部區域上 與電性連接 之一側上, 接墊6例如 層序列被施 例如藉由光 丨至少一者, 由氮化鋁所 地被施加在 電性連接墊 面可安裝裝 I件的安裝, 該組件之電 1 0 0和向載 布聚合物溶 是網版印刷 中產生一個 該第一切出 -22- 1378554 部分11使發光二極體晶片1之電性連接墊6之部分區域露 出,藉由第二切出部分12在每種情況下使被動組件100之 電性連接墊106之部分區域露出。切出部分n、12係例如 藉由光微影製程或藉由雷射加工而產生,其中雷射加工是 較佳的。 < 然後,以使導電材料與電性連接墊6、106相連接的方式 來向絕緣層施加導電材料。作爲適當的方式,以導電材料 塡入切出部分11、12且覆蓋絕緣層3的方式來施加。其被 施加來形成電性的導電軌結構14。 該導電材料包括例如至少一種金屬、或由該金屬所構 成。例如’以金屬層的形式來施加。這是例如藉由氣相沉 積或濺鍍來進行的。然後,將該金屬層結構化,其例如藉 由光微影術來進行的。 作爲替代,首先,向絕緣層3的整個區域上施加具有1〇〇 奈米厚度之較薄的金屬層。在被提供用來形成導電軌結構 14之區域中’選擇性地以電解(eiectr〇 lytically)來強化, 且隨後蝕刻該金屬直至未被強化的區域被除去爲止。例如 藉由向該金屬層施加光阻層來進行,其中,藉由光微影術, 在被提供用於導電軌結構14的區域中(未圖示)產生切出部 分。 在光阻層的切出部分之區域中,先前施加的金屬層係藉 由電解沉積而被強化。以下述方式來有利地如此進行:在 電解強化層內的金屬層較預先在整個區域上施加的金屬層 厚的多。舉例來說,在電解強化區域中之金屬層的厚度可 -23- 1378554 以是幾個微米。然後,去除光阻層,且進行蝕刻處理,其 具體去除了在沒有被電解強化的區域中的金屬層。相反 地,在該電鍍強化的區域中,金屬層由於其較大的厚度而 只有一部分地被去除,結果是它保留在這些區域中以形成 導電軌結構14 » 作爲另一替代方式,也可以將該導電軌結構直接地以結 構化的形式施加在絕緣層3。可以例如使用印刷法,特別是 使用網版印刷法來進行。 作爲對於金屬之替代,有利地使用例如透明的導電材 料,其特別地對於由發光二極體晶片1所發出的電磁輻射 是透明的。具體地,如銦錫氧化物(ITO)之透明導電氧化物 (TCO),適合用於作爲此種類型的透明導電材料。作爲替 代,例如使用透明的導電塑料層。透明導電材料較佳是藉 由氣相沉積、印刷、噴射、或旋轉塗布來施加。 在形成該導電軌結構14之後(請參照第12圖),在另一 個可選擇的方法步驟中,可向該導電軌結構施加電性絕緣 覆蓋層15,請參照第13圖。絕緣覆蓋層15較佳是塑料層 (plastic layer ),例如阻劑層(resist layer),其特別地 覆盡導電軌結構 14,以產生一種無電勢之表面 (potential - fre e surface ) 〇 在第14圖中顯示了上面參照第10圖所述的施加絕緣層3 的—種替代變化形式。在這種情況下,在向載體10施加之 前預製電性絕緣層。舉例來說,以可撓膜(flexible film ) 之形式來提供它,然後被施加至該組件和載體1 0 »可使用 -24- 1378554 黏結劑藉由例如積層或黏結劑黏結來施加該膜。對於其餘 部分,可以以如上所述的方式來進行本方法。 下面參照第15至18圖所示的方法的示範性實施例的描 ' 述說明了施加絕緣層3的另一種替代變化形式。 • 與上面參照第8至14圖所述的方法相反,提供了具有二 個連接區7、8的載體10。該電性連接區7、8在電性上彼 此絕緣。它們係藉由例如金屬層所形成,該金屬層被施加 在載體10之基體上。該載體10可以例如是PCB(印刷電路 •板),特別是MCPCB。 發光二極體晶片1被施加至第一連接區7上,且導電地 與終端區7相連接,例如藉由下述方式來進行:藉由透過 焊料或導電黏結劑焊接、或黏結劑黏接來施加該發光二極 體晶片之面向該連接區之那個區。在其與連接區7遠離的 —側,發光二極體晶片1具有電性連接墊6。發光二極體晶 片1是被施加在載體_ 1 0上的光電組件的一個例子。 作爲替代方式,該光電組件亦可具有外殻,其中,發光 Φ 二極體晶片1如果適合的話與在第6圖所示的第二發光二 極體晶片2 —起被安裝,且如果適合的話,亦被封裝。該 外殼可以適合於例如SMD安裝。 第1 5至21圖係顯示對應於在生產探照燈之不同方法階 段期間沿著第6圖所示虛線之在第6圖所示之探照燈的切 面圖。第21圖所示的切面圖對應於已製成的探照燈的切面 的圖示。 包含有機和無機成分 (organic and inorganic -25- 1378554 constituents)的先質層(precursor layer) 9被施加到載體 10和其上所施加的組件上,請參照第16圖。該先質層之施 加,例如藉由溶膠-凝膠方法,藉由氣相沉積、濺鍍、噴射, 或藉由懸浮液之旋轉塗布來達成》 然後,該先質層進行第一熱處理。在這種情況下,其例 如在較佳爲大約200°C至400°C之溫度^下被置於中性或 略含氧氣的空氣中達到約4小時至8小時。舉例來說,純 氮空氣或具有低氧氣分壓的中性空氣適合於這個目的。在 第一熱處理期間,先質層9之有機成分被去除,如第17圖 中的箭頭1 8所示。 然後,所形成的層藉由第二熱處理來硬化,如第18圖之 示意圖示,以便製成絕緣層3。該第二熱處理包含燒結,其 在較佳爲大約3 00°C至500°C之溫度T2下進行大約4小時 至5小時》該第二熱處理較佳是在還原性空氣(reducing atmosphere)或氧化性空氣中進行。具體而言,可以藉由上 述方法來產生玻璃層。 這樣所產生的絕緣層3隨後設有多個切出部分11、12, 以便將電性連接墊6之部分區域或載體之電性連接區8露 出,請參照第19圖。然後,向絕緣層3施加用於形成導電 軌結構14的導電材料,請參照第20圖。然後,可選擇地 (optionally),向導電軌結構14施加絕緣覆蓋層15,如第 2 1圖所示。 可以以類似於絕緣層3的製造方式來製造覆蓋層15。其 可以具體包括玻璃或由玻璃所構成。在此種情況下,上面 -26- 137.8554 參照第16至18圖所描述的方法步驟較佳爲第一次被執 行,以產生絕緣層3,且在施加導電軌結構14之後被重複 進行,以形成覆蓋層1 5。 藉由多次重複施加電性絕緣層和導電層,亦可實現多層 之導電軌結構。這在下述情況下特別有利:如果要在受限 的空間內實現多個電子組件的複雜互連。 在上述的方法和光電探照燈中,絕緣層及/或絕緣覆蓋層 可以包括發光轉換材料,後者被提供爲例如粉末形式的至 少一種螢光體。適當的發光轉換材料例如是用於LED應用 的所有習知轉換劑。 適合於作爲轉換劑之這樣的螢光體和螢光體化合物的例 子是: -氯矽酸鹽,係例如已揭示在DE 1 003 6940及其中所述的 先前技術中者: -正矽酸鹽、硫化物、硫代金屬酸鹽(thiometal)、和釩 酸鹽,係例如已揭示在WO 2000/3 3 3 90及其中所述的先前 技術中者; -銀酸鹽、氧化物、鹵化磷酸鹽(halophosphate),係例 如已揭示在US 6,616,862及其中所述的先前技術中者; -氮化物、氮氧化砂(s i ο n e )和塞龍(s i a 1 ο n e ),係例如 已描述在DE 10147040及其中所述的先前技術中者; -如 YAG:Ce 之稀土 石榴石(garnet of rare earths)、和 鹼土金屬元素,係例如已揭示在US 2004-062699及其中所 述的先前技術中者。 -27- 1378554 本發明當然不限於依據各實施例中所作的描述。反之, 本發明包含每一新的特徵和各特徵的每一種組合,特別是 包含各申請專利範圍-或不同實施例之各別特徵之每一種組 合,當相關的特徵或相關的組合本身未明顯地顯示在各申 請專利範圍中或各實施例中時亦同。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示根據第一示範性實施例之發光二極體晶片 之示意俯視圖。 第2圖係顯示根據第二示範性實施例之發光二極體晶片 之示意俯視圖。 第3圖係顯示根據第三示範性實施例之發光二極體晶片 之示意俯視圖。 第4圖係顯示根據第1圖所示的發光二極體晶片之示意 切面圖。 第5圖係顯示從根據第一示範性實施例之光電探照燈選 取之部分的示意俯視圖。 第6圖係顯示從根據第二示範性實施例之光電探照燈選 取之部分的示意俯視圖。 第7圖係顯示從根據第三示範性實施例之光電探照燈選 取之部分的示意俯視圖。 第8至13圖係顯示根據第一示範性實施例之方法、用於 製造在第5圖所示的探照燈的不同方法階段的示意切面圖 〇 第14圖係顯示根據第二示範性實施例之方法、用於製造 -28- 137*8554 #第5圖所示的探照燈的方法階段的示意切面圖。 第15至21圖係顯示根據第三示範性實施例之用於製造 在第6圖所示的光電探照燈的方法的不同方法階段的示意 切面圖。 【主要元件符號說明】
1,2 發 光 二 極 體 晶片 3 絕 緣 層 6, 7, 106 連 接 墊 8 連 接 區 9 先 質 層 10 載 體 11, 1 2 切 出 部 分 14 導 電 軌 結 構 15 覆 蓋 層 20 晶 片 載 體 200 積 體 電 路 21, 22, 23 發 射 丨品- 206 連 接 墊 2 10, 230 發 光 二 極 體 層 24 基 板 50 光 電 組 件 100 電 子 組 件 -29-
Claims (1)
1378554
第 96 1 1 096 1 號 片」專利案 光電探照燈、其製造方法及發光二極體晶 (2010年12月30日修正) 十、申請專利範圍: 1· 一種發出電磁輻射之光電探照燈,其特徵爲: 其包含發光二極體晶片’該發光二極體晶片具有至少二個 發射區,該等發射區之每一者係藉由半導體層序列形成, 其中,該等發射區可以彼此獨立地被驅動,且該等發射區 在所屬的主延伸面的俯視圖中具有不同的形狀,具有不同 的大小,及/或不是矩形,及/或被不同地定位,其中, 該至少二個發射區每一者具有適合發出電磁輻射的活性 區,且該至少二個發射區及該等活性區係彼此隔開;或 該等發射區局部重疊,其中具有至少一個電流阻障 (current barrier) ’透過該電流阻障僅局部地防止該施加在 第一發射區之電流流經半導體層序列中與第二發射區關 連的區域。 2. 如申請專利範圍第1項之光電探照燈,其中在該主延伸面 之俯視圖中,至少一個發射區的形狀不是矩形的。 3. 如申請專利範圍第1或2項之光電探照燈,其中在該主延 伸面之俯視圖中,至少一個發射區的形狀具有擁有銳角或 鈍角的轉角。 4. 如申請專利範圍第1項之光電探照燈,其中在該主延伸面 之俯視圖中,至少一個發射區的形狀具有擁有優角(reflex angle )的彎曲部分。 I37S554 5. 如申請專利範圍第1項之光電探照燈,其中在該主延伸面 之俯視圖中,至少一個發射區的形狀不具有對稱軸》 6. 如申請專利範圍第1項之光電探照燈,其中相鄰的發射區 彼此的距離是小於或等於ΙΟΟμιη。 7. 如申請專利範圍第1項之光電探照燈,其中一個或多個該 發光二極體晶片被配置在載體上,且與該載體一起被覆蓋 電性絕緣層,在該電性絕緣層上形成導電軌結構,其中, 該發射區之每一者具有至少一個連接到該導電軌結構的 # 電性連接墊。 8. 如申請專利範圍第7項之光電探照燈,其中除了一個或多 個該發光二極體晶片之外,在該載體上另配置電子組件, 該電子組件具有至少一個電性連接墊,該電性連接墊經由 該導電軌結構而導電地與該發射區之至少一個連接墊相 連接。 9·如申請專利範圍第8項之光電探照燈,其中該電子組件是 被動組件及/或積體電.路。 ® 1〇·如申請專利範圍第8或9項之光電探照燈,其中該電子 組件適合於 SMD 安裝(Surface Mountable Device mounting )° 11. 如申請專利範圍第7項之光電探照燈,其中至少一個發 射區的連接墊是經由該導電軌結構而導電地與該載體的 連接區相連接。 12. 如申請專利範圍第7項之光電探照燈,其中該絕緣層含 有發光轉換材料。 1378554 13.如申請專利範圍第7項之光電探照燈,其中一個或 該發光二極體晶片係安裝在被施加於該載體上的晶 體上。 14· —種發出電磁輻射之光電探照燈之製造方法,包括 步驟: 提供載體和至少一個發光二極體晶片,該發光二極 片具有至少二個發射區,該等發射區之每一者係藉由 體層序列形成,該等發射區能彼此獨立地被驅動,且 發射區在所屬的主延伸面的俯視圖中具有不同的形狀 有不同的大小,及/或在相同類型的形狀的情況下被 地定位,其中,該等發射區每一者具有至少一個電性 墊,且其中該至少二個發射區係彼此隔開,且其中 該至少二個發射區每一者具有適合發出電磁輻射的 區,且該至少二個發射區與該等活性區係彼此隔開; 該等發射區局部重疊,其中具有至少一個電流阻障, 該電流阻··障僅局部地防止該施加在第一發射區之電 經半導體層序列中與第二發射區關連的區域; 在該載體上施加該發光二極體晶片; 向該發光二極體晶片和該載體施加絕緣層; 在絕緣層中形成多個切出部分,以便露出該發射區之 —個相對應的電性連接墊;及 以下述方式在該絕緣層上施加導電材料:使此材料與 性連接墊相連接,以形成導電軌結構。 15.如申請專利範圍第14項之製造方法,其中另具有以 多個 片載 以下 ΆΆ 曰 渥日日 半導 該等 ,具 不同 連接 活性 或 透過 流流 至少 該電 下的 -3- 1378554 步驟: 在施加該絕緣層之前,向該載體施加至少一個電子組件; 以也覆蓋該電子組件的方式施加該絕緣層; 在該絕緣層中形成多個切出部分,以便露出該組件之電性 連接墊;及 以導電材料連接到該組件的電性連接墊的方式向該絕緣層 施加導電材料,以便形成導電軌結構。 16. —種發出電磁輻射之發光二極體晶片,其特徵爲: 其具有至少二個發射區,該等發射區之每一者係藉由半 導體層序列形成,該等發射區可以彼此獨立地被驅動,並 且在所屬的主延伸面的俯視圖中,具有不同的形狀,具有 不同的大小,及/或在相同類型的形狀的情況下被不同地 定位,其中該至少二個發射區每一者具有適合發出電磁輻 射的活性區,且該至少二個發射區與該等活性區係彼此隔 開;或 該等發射區局部重疊.,其中具有至少一個電流阻障,透過 該電流阻障僅局部地防止該施加在第一發射區之電流流 經半導體層序列中與第二發射區關連的區域。 17·如申請專利範圍第16項之發光二極體晶片,其中該至少 一個發射區的形狀在該主延伸面的俯視圖中不是矩形的 ’具有擁有銳角或鈍角的轉角,具有擁有優角的彎曲部分 ’及/或不具有對稱軸。 1378554 七、指定代表圖: (一) 本案指定代表圖為:第(5 )圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明: 1 發光二極體晶片 6, 7, 106 連接墊 10 載體 14 導電軌結構 20 晶片載體 21, 22, 23 發射區 50 光電組件 100 電子組件 八、本案若有化學式時,請揭示最能顯示發明特徵的化學式 益。 **»、 -4-
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