專利名稱：用于多個(gè)發(fā)光二極管的封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及固態(tài)的光器件，具體涉及用于固態(tài)光器件的封裝。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)是在電流通過其時(shí)產(chǎn)生光的半導(dǎo)體器件。LED具有許多優(yōu)于常 規(guī)光源的優(yōu)點(diǎn)，包括尺寸緊湊、重量輕、壽命長、抗振性高以及可靠性高。除了廣泛應(yīng)用于諸 如指示燈等電子產(chǎn)品，LED還成為傳統(tǒng)上由白熾燈及熒光燈占主導(dǎo)的各種不同應(yīng)用領(lǐng)域的 重要替代光源。此外，通過結(jié)合LED來使用磷光體，使得廣泛應(yīng)用LED成為可能。磷光體是一種發(fā) 光材料，其在被特定波長的光激發(fā)時(shí)產(chǎn)生不同波長的光，由此改變LED的輸出光。因此，在 需要特定顏色但是不能通過可獲得的LED低成本地產(chǎn)生該顏色的情況下，可以使用磷光體 作為光“轉(zhuǎn)換器”以將由可獲得的LED產(chǎn)生的光的顏色改變?yōu)樾枰念伾＠?，近來與單色LED—起使用磷光體以產(chǎn)生白色光。已經(jīng)證明利用磷光體將由 LED產(chǎn)生的光轉(zhuǎn)換為白色光是對常規(guī)白色光源(包括白熾燈光源以及其中多個(gè)單色LED以 RGB機(jī)制組合以產(chǎn)生白色光的直接紅綠藍(lán)(RGB) LED法)的一種可行替代。在常規(guī)的基于LED的白色光產(chǎn)生裝置中，單色LED被包含適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償磷光體的透 明材料封裝。從補(bǔ)償磷光體發(fā)出的光的波長與由LED發(fā)出的光的波長互補(bǔ)，使得來自LED 以及補(bǔ)償磷光體的波長混合在一起以產(chǎn)生白色光。例如，基于藍(lán)色LED的白色光源通過使 用藍(lán)色光LED以及在受到從LED發(fā)出的藍(lán)色光激發(fā)時(shí)發(fā)出黃色光的磷光體來產(chǎn)生白色光。 在這些裝置中，透明材料中磷光體的量受到控制，使得在藍(lán)色光的一部分被磷光體吸收，而 剩余部分未被吸收地透過。黃色光與未被吸收的藍(lán)色光混合以產(chǎn)生白色光。另一種示例性方法使用產(chǎn)生在可見光譜之外的光(例如紫外(UV)光)的LED，并 一起使用與在被激發(fā)時(shí)能夠產(chǎn)生紅色、綠色或藍(lán)色光的磷光體的混合物。在這種方法中，由 LED發(fā)出的光僅起激發(fā)磷光體的作用，而不用于最終顏色平衡。為了提供工作燈，一個(gè)或更多LED切片(dice)通常被安裝在提供電接觸及機(jī)械耦 合的襯底上并覆蓋有一層或更多層光學(xué)透明的及/或波長變換的材料(在一些情況下包括 主透鏡以對出射光進(jìn)行導(dǎo)向)。有時(shí)將LED、襯底以及光學(xué)材料的這種組合稱為“封裝”。燈 自身也可包括輔助透鏡、散熱器、以及允許燈被安裝在燈固定結(jié)構(gòu)中的機(jī)械及/或電連接寸。對更優(yōu)秀的發(fā)光裝置的需求不斷增多，希望提供一種具有高亮度低成本的基于 LED的發(fā)光源。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有的基于LED的燈的亮度部分地受到熱管理方面問題的限制。工作中的LED除 了產(chǎn)生光之外，還會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的熱量。伴隨LED工作電流(即功率)的增大，會(huì)產(chǎn)生更多 的熱量。因?yàn)檫^高熱量會(huì)損壞LED切片，故熱量必須被導(dǎo)離LED?，F(xiàn)有點(diǎn)封裝通常會(huì)因?qū)珊纳⒌臒崃康牧康南拗贫鴮贚ED的燈的整體亮度構(gòu)成限制。本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于基于LED的光器件的襯底及封裝，其可顯著改善熱性 能，由此允許LED在更大的電流下工作，由此產(chǎn)生更高的亮度。此外，一些實(shí)施例通過提供 通過襯底的分離的電氣路徑及熱路徑來提供改善的電特性。電氣路徑與熱路徑的分進(jìn)一步 允許向不同的LED供應(yīng)不同的工作電流，由此提高對裝置的光輸出進(jìn)行控制的能力。本發(fā)明的一個(gè)方面涉及用于發(fā)光設(shè)備的襯底。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底包括多個(gè)電 絕緣基底層。多個(gè)頂側(cè)電接觸部(包括具有特定的尺寸和形狀以容納多個(gè)光器件的光器件 焊盤)被布置在電絕緣基底層中位于頂側(cè)的一個(gè)基底層上。多個(gè)外部電接觸部被布置在襯 底的外表面上。電氣路徑將頂側(cè)電接觸部連接至外部電接觸部。電氣路徑中的一些電器路 徑的至少一部分被布置在電絕緣基底層之間。電氣路徑可被布置為使得可以對光器件焊盤 的不同子集進(jìn)行彼此獨(dú)立地管控。在另一實(shí)施例中，襯底包括由電絕緣材料制成的多個(gè)基底層。多個(gè)頂側(cè)電接觸部 (包括多個(gè)光器件焊盤)被布置在電絕緣基底層中位于頂側(cè)的一個(gè)基底層上。每個(gè)光器件 焊盤均可具有比要布置在其上的光器件更大的尺寸。多個(gè)外部電接觸部布置在襯底的外表 面上。電氣路徑將頂側(cè)電接觸部連接至外部電接觸部，并且電氣路徑中的一些的至少一部 分被布置在基底層之間。散熱金屬片布置在層中位于底側(cè)的一個(gè)層的底表面上，并與多個(gè) 外部接觸焊盤電隔離。另發(fā)明的另一方面涉及制造用于發(fā)光設(shè)備的襯底的方法。在各種實(shí)施例中，可由 諸如陶瓷之類的作為良好電絕緣體及良好導(dǎo)熱體的各種材料來制造襯底層。導(dǎo)電部分可包 括在制造過程中施加至層的金屬跡線及焊盤。在一些實(shí)施例中，金屬跡線及焊盤可包括由 多種不同金屬(例如，鎢、鎳、金以及銀)制成的子層。本發(fā)明的另一方面涉及在燈及其他發(fā)光應(yīng)用領(lǐng)域使用的封裝。在一些實(shí)施例中， 封裝可包括襯底(例如，上述任意實(shí)施例)、安裝在頂側(cè)電接觸部上并電連接至頂側(cè)電接觸 部的光器件(例如，LED及/或光傳感器)以及布置在光器件以上的主透鏡。光器件與主 透鏡之間的區(qū)域可由光學(xué)透明介質(zhì)填充，該介質(zhì)例如可提供光學(xué)指標(biāo)匹配以及將主透鏡保 持在其位置的附著特性。結(jié)合附圖，以下詳細(xì)描述將有助于對本發(fā)明的特性及優(yōu)點(diǎn)的更好的理解。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的燈的簡化剖視圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于LED封裝的襯底的簡化側(cè)視圖。圖3A-3D示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的4-LED封裝。具體而言，圖3A是襯底的簡 化俯視圖；圖3B是圖3A的襯底的簡化剖開俯視圖；圖3C是圖3B所示的特定部件之間的電 連接的簡化示意圖；而圖3D是圖3A的襯底的仰視圖。圖4A-4F示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的12-LED封裝。具體而言，圖4A是襯 底的簡化剖開俯視圖；圖4B是圖4A的襯底的簡化部分俯視圖；圖4C是表明圖4B所示的特 定部件之間的電連接的表；圖4D是圖4B所示的特定部件之間的電連接的簡化示意圖；圖 4E是圖4B所示的特定部件之間的電連接的另一種構(gòu)造的簡化示意性示圖；而圖4F是圖4A 的襯底的仰視圖。
圖5A-5F示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的16-LED封裝。具體而言，圖5A是襯 底的剖開俯視圖；圖5B是圖5A的襯底的簡化部分俯視圖；圖5C是表明圖5B所示的特定部 件之間的電連接的表；圖5D是圖5B所示的特定部件之間的電連接的簡化示意圖；圖5E是 可與圖5A的襯底結(jié)合使用的動(dòng)態(tài)反饋及控制系統(tǒng)的簡化框圖；而圖5F是圖5A的襯底的仰 視圖。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成在陶瓷表面上的金屬層的簡化框圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于制造用于LED封裝的陶瓷襯底的處理的簡化流程 圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例組裝LED封裝的簡化剖開側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例提供了可顯著提高熱性能的基于LED的燈裝置所用的襯底及封 裝，由此允許LED在更大電流下工作，由此產(chǎn)生更高的亮度。此外，一些實(shí)施例還通過設(shè)置 通過襯底的分離的電及熱路徑而提供了改善的電特性。電氣路徑與熱路徑的分離進(jìn)一步允 許向不同的LED供應(yīng)不同的工作電流，由此提高對裝置的光輸出進(jìn)行控制的能力。圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的燈的簡化剖視圖。如圖所示，燈100包括光源襯底
101、主透鏡106以及輔助透鏡110。光源襯底101可包括多個(gè)LED，圖1中示出了其中兩個(gè) 102及104?？梢允褂萌我鈹?shù)量及類型的LED。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)LED均為藍(lán)色LED (發(fā) 出在電磁波譜的藍(lán)色區(qū)域中的光的任何LED)并具有涂布在其頂表面上的由包含黃色磷光 體的材料制成的涂層。黃色磷光體將一些藍(lán)色光的波長轉(zhuǎn)換至電磁波譜的黃色區(qū)域內(nèi)，由 此獲得的藍(lán)色光與黃色光的混合物產(chǎn)生了白色光源。在題為“Lighting Apparatus Having Muliple Light-Emitting Diodes with IndividualLight-Conversion Layers，，、于 2009 年4月8日遞交的本申請人所有的美國專利申請?zhí)?2/420，800中描述了與涂布并布置LED 以產(chǎn)生希望顏色的光相關(guān)的細(xì)節(jié)?？膳c下述封裝實(shí)施例結(jié)合將上述對LED的布置方式用于 燈中。但是，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于任何特定類型以及對LED的布置方式。主透鏡106位于襯底101上。如圖所示，LED 102、104可被布置在襯底101內(nèi)的 腔107中。腔107的側(cè)面可涂布有反射材料。腔107可以是空的，或其可填充有提供與LED
102、104及/或主透鏡106匹配的指標(biāo)的光學(xué)透明物質(zhì)(例如，硅、玻璃、溶膠-凝膠)。在 一些實(shí)施例中，腔107還可包含用于使由LED 102、104發(fā)出的光的顏色發(fā)生改變的波轉(zhuǎn)換 材料(例如，磷光體)。燈100包括位于襯底101上的輔助透鏡110以及主透鏡106。在實(shí)施例中，輔助透 鏡110被構(gòu)造為經(jīng)由全內(nèi)反射來使來自LED 102、104的光至少部分地混合。此外，透鏡110 可被構(gòu)造為即使在光源的位置偏離光軸時(shí)(例如，圖1中的LED 102及104兩者均布置離 開光軸120)也可提供大致集中的投射光。在具體實(shí)施例中，輔助透鏡110具有主體構(gòu)件112，主體構(gòu)件112具有外表面區(qū)域 114以及縱向延伸通過主體構(gòu)件112的內(nèi)部開口通道116。主體構(gòu)件112以及內(nèi)部開口通道 116相對于光軸120大致對稱。在實(shí)施例中，外表面區(qū)域114被成形為提供全內(nèi)反射。位于 與襯底101相反側(cè)的端部區(qū)域具有環(huán)狀表面140，其可被成形為對出射的光的形狀進(jìn)行控
白勺―胃??！。胃^??！力“Total Internal Reflection Lens and Mechanical RetentionandLocating Device”、于2009年4月8日遞交的本申請人所有的美國專利申請?zhí)?2/420，802 中找到適用于燈100的輔助透鏡的進(jìn)一步示例。應(yīng)當(dāng)理解的是，也可使用其他透鏡，并且本 發(fā)明并不限于特定透鏡(或?qū)嶋H上根本并不限于任何透鏡)。燈100還可具有耦合至LED 102、104的功率控制電路(未示出)。具體而言，襯底 101有利地提供了從其外表面至LED 102、104的電連接路徑。如下所述，可為不同LED提供 不同的連接路徑，并且功率控制電路可被構(gòu)造為向不同LED供應(yīng)不同電流，由此允許對燈 100內(nèi)不同LED的相對亮度進(jìn)行控制。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于LED封裝的襯底200的簡化側(cè)視圖。襯底200形 成為由陶瓷材料(例如，氧化鋁或氮化鋁(A1N))制成的一系列層201-205。層201-205具 有可被優(yōu)化以控制熱膨脹及熱應(yīng)力的不同厚度。例如，在總厚度為1. 05mm的情況下，層201 及202可分別為0. 15毫米(mm)，層203可以是0. 10mm，層204可以是0. 50mm，而層205可 以是 0. 15mm。上層204及205界定了凹部210，一個(gè)或更多LED(未示出)可布置在該凹部內(nèi)。 在一個(gè)實(shí)施例中，凹部210具有截錐形狀；側(cè)壁211是環(huán)形并向內(nèi)傾斜(例如，相對于縱軸 為約20度)的。凹部210的側(cè)壁211可涂布有反射材料(例如，銀)以增大裝置的光輸出。上層205可提供圓形開口，以允許光離開凹部210。在本實(shí)施例中，在凹部210的 周邊處，層205的邊緣相比層204的邊緣后擴(kuò)設(shè)置，由此形成可以布置主透鏡的凸緣212。層201-203提供了用于封裝的基底。圖案化金屬層214被沉積在凹部210內(nèi)的最 頂側(cè)基底層203上。圖案化金屬層214提供了各種用于與布置在凹部210內(nèi)的LED電接觸 的接合焊盤(例如，焊盤220)(因?yàn)樗鼈兾挥诨讓又凶铐攤?cè)的基底層上，故這里將其稱為 “頂側(cè)”接合焊盤)。以下描述具體示例，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于接合焊盤或金屬層214 的任何特定構(gòu)造。外部電接觸部216、218設(shè)置在襯底200的周緣處。在一個(gè)實(shí)施例中，外部接觸部 216、218包括沿襯底200的整個(gè)厚度豎直延伸的金屬涂層?？梢栽O(shè)置任意數(shù)量的外部接觸 部。圖案化金屬層214的各個(gè)頂側(cè)接合焊盤例如可利用布置在陶瓷層之間的金屬線以及穿 過陶瓷層的金屬過孔來連接至外部電接觸部中的一個(gè)(或更多個(gè))。圖2示意性地示出了 通過層間金屬線222、224以及過孔226、228連接至外部接觸部216的頂側(cè)接合焊盤220。 可以使用任何構(gòu)造方式的連接。此外，在一些實(shí)施例中，一些頂側(cè)接合焊盤可通過并不連接 至外部電接觸部的層間金屬線及過孔而彼此連接。如下所述，在一些實(shí)施例中，電連接被配 置為使得可以分立地向不同LED或不同LED組供電。在一些實(shí)施例中，外部接觸部216、218 也可例如在襯底200的底表面上向內(nèi)延伸，作為金屬焊盤232、234。金屬片230布置在底層201的底表面上。在一些實(shí)施例中有利地為環(huán)形并盡可能 大的金屬片230提供了用于安裝散熱器的金屬表面。金屬片230有利地與可布置在襯底 200上、內(nèi)及/或下的各個(gè)電氣路徑及焊盤電隔離。如上所述，可以使用襯底200來支撐任何數(shù)量及布置方式的LED。現(xiàn)將描述4-LED、 12-LED以及16-LED構(gòu)造的具體示例。閱讀本說明書的本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解很多其他構(gòu) 造也是可行的。圖3A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于4-LED封裝的襯底300的簡化俯視圖。從上方 觀察的襯底300可以是任何希望尺寸的方形(例如，邊長為約0.4-2cm)；在一個(gè)實(shí)施例中，方形的邊長為約0.7mm。其厚度例如可以約為0.7-2mm，或其他希望的厚度。與圖2的襯底 200類似，襯底300形成為一組不同厚度的陶瓷層。與圖2的凹部210、側(cè)壁211以及凸緣 212類似，凹部302由傾斜側(cè)壁310界定，并被凸緣312圍繞。頂側(cè)金屬接合焊盤314a_e 布置在凹部內(nèi)。在本實(shí)施例中，為外部電接觸部設(shè)置四個(gè)周邊接合焊盤320a-d。LED (未示 出)例如通過接合引線可接合至各個(gè)頂側(cè)接合焊盤314a_e并連接至另一頂側(cè)接合焊盤。取決于LED如何連接以及頂側(cè)接合焊盤314a_e如何電耦合至周邊接合焊盤 320a-d，可采用多種電氣構(gòu)造。例如，圖3B是襯底300的剖開俯視圖，其中形成側(cè)壁310以及凸緣312的上層(例 如，對應(yīng)于圖2的上層204及205)被去除。凹部302的內(nèi)周邊由虛線303表示。如圖所示， 頂側(cè)接合焊盤314a-e可向外延伸超過凹部302的邊界，由此進(jìn)一步在陶瓷襯底300的上表 面上更廣地使熱量擴(kuò)散。圖3B還示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，四個(gè)LED 330a_d如何布置并電連接至襯底 300。在本實(shí)施例中，各個(gè)LED 330a-d均具有位于其底表面(未明確示出)上的電接觸部以 及用于接合引線340a_d的頂側(cè)焊盤(也未明確示出)。以示意為目的，頂側(cè)接合焊盤314a 與周邊接合焊盤320a之間的電連接由線342表示，而LED接合焊盤314e與周邊接合焊盤 320d之間的電連接由線344表示。應(yīng)當(dāng)理解，如圖2所示，可以利用陶瓷層之間的金屬層來 實(shí)現(xiàn)線342、344。例如，線342、344可形成在圖3B所示的層下方的層上，并通過過孔343、 345連接至焊盤314a、314e。具體路線可能與示出的不同。此外，在一些實(shí)施例中，還可設(shè) 置冗余連接；例如，焊盤314a也可連接至周邊接合焊盤320b，而焊盤314e也可連接至周邊 接合焊盤320c。圖3B的焊盤構(gòu)造提供了 LED 330a_d之間的串聯(lián)連接。具體而言，如線342所示， 周邊接合焊盤320a連接至頂側(cè)接合焊盤314a。LED 330a通過接合引線340a連接在頂側(cè) 接合焊盤314a與頂側(cè)接合焊盤314b之間。LED 330b通過接合引線340b連接在頂側(cè)接合 焊盤314b與頂側(cè)接合焊盤314c之間。LED 330c通過接合引線340c連接在頂側(cè)接合焊盤 314c與頂側(cè)接合焊盤314d之間。LED 330d通過接合引線340d連接在頂側(cè)接合焊盤314d 與頂側(cè)接合焊盤314e之間。如線344所示，接合焊盤314e連接至周邊接合焊盤320d。因 此，LED 330a-d串聯(lián)連接在周邊接合焊盤320a與周邊接合焊盤320d之間；還在圖3C中示 意性示出該連接。在本構(gòu)造中，通過在周邊接合焊盤320a與周邊接合焊盤320d之間施加 電勢差來向全部四個(gè)LED 330a-d供電。再參考圖3B，應(yīng)當(dāng)注意，有利地將頂側(cè)接合焊盤314a_e制造為盡可能地大，并可 實(shí)質(zhì)上大于LED 330a-d。接合焊盤的較大面積可允許由LED產(chǎn)生的熱量在陶瓷襯底的上表 面上迅速擴(kuò)散，由此增大可通過襯底豎直傳遞的熱量的量。圖3D是圖3A的襯底300的仰視圖。有利地為圓形的金屬區(qū)域370相對于凹部 302(圖3A)對中。金屬區(qū)域370起散熱片的作用?？刹贾蒙崞饕耘c金屬區(qū)域370熱接 觸，來進(jìn)一步散熱。(類似于圖2中的襯底200)周邊接合焊盤320a_d可沿襯底300的整個(gè)豎直厚度 延伸，并可連接至底焊盤350a_d。外部電極(例如，引線)可根據(jù)需要直接連接至周邊接合 焊盤320a-d并/或連接至底焊盤350a-d。應(yīng)當(dāng)注意，金屬區(qū)域370并未電耦合至以下焊盤中的任一者周邊接合焊盤320a-d ；底部焊盤350a-d ；或LED接合焊盤314a_e。因此，金屬區(qū)域370與襯底300的導(dǎo)熱 陶瓷體結(jié)合，可提供與電氣路徑分離的、通過襯底200的熱路徑。將可以理解的是，圖3A-3D的4-LED封裝為示例性的，并且可進(jìn)行各種改變及變 化。例如，雖然在示出的實(shí)施例中四個(gè)LED串聯(lián)連接，但其他構(gòu)造也是可行的；例如，LED中 的兩個(gè)可以串聯(lián)連接，而另兩個(gè)LED獨(dú)立地串聯(lián)連接，由此提供兩條分立的電氣連接路徑， 并允許對到各對LED的電流或電壓分立地進(jìn)行控制。在其他實(shí)施例中，可為各LED提供分 立的電氣連接。在一些實(shí)施例中，可以使用對LED的不同子集的電流或電壓的分立控制來 對輸出光顏色進(jìn)行控制，例如下文所述。圖4A是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例用于12-LED封裝的襯底400的簡化俯視圖。從 上方觀察的襯底400可以為任何希望尺寸的方形，例如邊長約為0. 7-5cm;在一個(gè)實(shí)施例 中，方形的邊長為約9mm。其厚度例如可以為約0. 5-2mm或希望的其他厚度；在一個(gè)實(shí)施例 中，厚度介于0.7-lmm。與圖2的襯底200類似，襯底400被形成為一組陶瓷層。與圖2的 凹部210及凸緣212類似，凹部402由傾斜側(cè)壁404界定，并可選地被凸緣(未明確示出) 圍繞。包括LED接合焊盤410a-l以及引線接合焊盤412a_l在內(nèi)的頂側(cè)接合焊盤被布置在 凹部內(nèi)。在該實(shí)施例中，對于外部電接觸部設(shè)置了二十四個(gè)周邊接合焊盤420a-x。如圖4B 所示并如下所述，十二個(gè)LED (圖4A中未示出)可接合至LED接合焊盤410a_l，并例如經(jīng)由 接合引線連接至引線接合焊盤412a-l。取決于LED如何連接以及頂側(cè)接合焊盤410a-l、412a-l如何電耦合至周邊接合焊 盤420a_x，多種電氣構(gòu)造均是可行的。例如，圖4B是襯底400的剖開俯視圖，其中去除了形成側(cè)壁404的上層(例如， 對應(yīng)于圖2的層204及205)。凹部402的內(nèi)周由虛線403表示。如圖所示，頂側(cè)接合焊盤 410a-l，412a-l中的一些可向外延伸超過凹部402的邊界，由此進(jìn)一步在陶瓷襯底400的上 表面上更大范圍地散熱。此外，頂側(cè)接合焊盤410a-l、412a-l中的一些可在不使用其他層 之間的過孔或金屬互連的情況下連接至周邊接合焊盤420a-x中的一些。圖4B并未明確示 出與其余接合焊盤的連接；但是，圖4C是表明各周邊接合焊盤420a-x與哪個(gè)頂側(cè)接合焊盤 410a-l、412a-l連接的表。應(yīng)當(dāng)理解，可使用陶瓷層之間的過孔及金屬互連(例如，如圖2 所示)來實(shí)現(xiàn)圖4B中未示出的路徑。例如，金屬互連可形成在圖4B所示層下方的層上，并 通過過孔連接至各個(gè)焊盤。圖4B還示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，十二個(gè)LED 430a_l如何被布置并電連接至 襯底400。在本實(shí)施例中，每個(gè)LED 430a-l均具有位于其底表面(未明確示出)上的電接 觸部以及用于接合引線440a-l的頂焊盤(也未明確示出)。圖4B的焊盤構(gòu)造可提供用于十二個(gè)LED 430a_l中每一者的分立且可獨(dú)立受控的 電連接路徑(本文描述具有分立電連接路徑的LED或LED組可被“獨(dú)立地管控”)。例如， 周邊接合焊盤420b連接至LED接合焊盤410a。LED 430a通過接合引線440a連接在LED 接合焊盤410a與引線接合焊盤412a之間。引線接合焊盤412a連接至周邊接合焊盤420c。 類似的，周邊接合焊盤420w連接至LED接合焊盤410c。LED 430c通過接合引線440c連接 在接合焊盤410c與接合焊盤412c之間。接合焊盤412c連接至周邊接合焊盤420v。此外， 周邊接合焊盤420x連接至LED接合焊盤410d(連接并未明確示出)。LED 430d通過接合 引線440d連接在LED接合焊盤410d與引線接合焊盤412d之間。引線接合焊盤440d連接至周邊接合焊盤420a(連接也并未明確示出)。類似的，各個(gè)其他LED 430也電耦合在不同 的各對周邊接合焊盤之間。因此，可對LED 430a-l分別進(jìn)行單獨(dú)地管控；這也在圖4D中示例性地示出。在該 構(gòu)造中，通過在對合適的一對周邊接合焊盤之間施加電勢差，可以向十二個(gè)LED 430a-l中 的一個(gè)供電?？蛇M(jìn)行獨(dú)立地管控的對LED的連接對于封裝外部進(jìn)行連接提供了靈活性，由 此可以以不同的組將LED連接在一起。例如，LED 430a-l可連接為四組、每組三個(gè)LED，或 連接為兩組、每組六個(gè)LED。組內(nèi)的LED可以根據(jù)需要串聯(lián)或并聯(lián)連接。例如，圖4E是示出 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例每組六個(gè)LED 460串聯(lián)連接的兩組的構(gòu)造的示意圖。在另一實(shí)施例中，多個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)連接的LED可“內(nèi)建“于襯底。例如，如果引線 接合焊盤(例如，焊盤412d)電連接至LED接合焊盤(例如，焊盤410c)，則可為LED 430c、 430d形成固定的串聯(lián)連接?？稍诤副P之間直接實(shí)現(xiàn)上述連接，或者可利用襯底400的基底 層之間的過孔及金屬互連來間接地實(shí)現(xiàn)上述連接。再參考圖4B，應(yīng)當(dāng)注意，LED接合焊盤410a_l被有利地形成為盡可能地大，并可以 實(shí)質(zhì)上大于LED 430a-l。LED接合焊盤的較大面積允許由LED 430a_l產(chǎn)生的熱量在陶瓷 襯底的上表面上迅速擴(kuò)散，由此增大了可通過襯底豎直傳遞的熱量的量。圖4F是圖4A的襯底400的仰視圖。被有利地形成為圓形并盡可能地大的金屬區(qū) 域470相對于凹部402 (圖4A)對中。金屬區(qū)域470起散熱片的作用?？刹贾蒙崞髋c金 屬區(qū)域470熱接觸以進(jìn)一步散熱。(與圖2的襯底200類似)周邊接合焊盤420a_x可沿襯底400的整個(gè)豎直厚度延 伸，并可連接至底焊盤460a_x。外部電極(例如，引線)可以根據(jù)需要直接連接至周邊接合 焊盤420a_x及/或底焊盤460a_x。應(yīng)當(dāng)注意，金屬區(qū)域470并未電耦合至周邊接合焊盤420a_x、底焊盤460a_x或頂 側(cè)接合焊盤410a-l、412a-l中的任一者。因此，金屬區(qū)域470與襯底400的導(dǎo)熱陶瓷主體 結(jié)合，可提供與電氣路徑分離的熱路徑。圖5A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于16-LED封裝的襯底500的簡化俯視圖。從上方 觀察的襯底500可以為任何希望尺寸的方形，例如邊長約為0. 7-5cm ；在一個(gè)實(shí)施例中，方 形的邊長為約0. 9cm。其厚度例如可以為約0. 7-2mm或希望的其他厚度。與圖2的襯底200 類似，襯底500形成為一組陶瓷層。與圖2的凹部210及凸緣212類似，凹部502由傾斜側(cè) 壁504界定，并可選地由凸緣(未明確示出)包圍。包括十六個(gè)LED接合焊盤510a-p以及 十二個(gè)引線接合焊盤512a-p在內(nèi)的二十八個(gè)頂側(cè)接合焊盤布置在凹部502內(nèi)(應(yīng)當(dāng)注意， 十二個(gè)引線接合焊盤被編號為512a-c、512f、512g、及512j-p ；為了簡明而將其總體表示為 512a-p)。在該實(shí)施例中，為外部電接觸部設(shè)置了二十四個(gè)周邊接合焊盤520a-x。LED(圖 5A中未示出)可接合至各個(gè)接合焊盤510a-p，并通過接合引線連接至另一接合焊盤510或 512。取決于LED如何連接以及頂側(cè)接合焊盤510a_p以及512a_p如何電耦合至周邊接 合焊盤520a-x，多種電氣構(gòu)造均是可行的。例如，圖5B是襯底500的剖開俯視圖，其中去除了形成側(cè)壁504的上層(例如，對 應(yīng)于圖2的層204及205)。凹部502的內(nèi)周由虛線503表示。如圖所示，十六個(gè)LED 530a-p 被布置在接合焊盤510a-p、512a-p上并與其電連接。如圖所示，頂側(cè)接合焊盤510a_p、512a-p中的一些可向外延伸超過凹部502的邊界，由此進(jìn)一步在陶瓷襯底500的上表面上 更大范圍地散熱。在一些實(shí)施例中，LED接合焊盤510a-p被有利地制造為盡可能的大，并 可實(shí)質(zhì)上大于LED 530a-p。接合焊盤的較大面積允許由LED產(chǎn)生的熱量在陶瓷襯底的上表 面上迅速擴(kuò)散，由此增大了可通過襯底豎直傳遞的熱量的量。在圖5B的實(shí)施例中，每個(gè)LED 530a_p均連接在LED接合焊盤510a_p與另一接合 焊盤之間。具體而言，每個(gè)LED 530a-p均具有位于其底表面(未明確示出)上的電接觸部 以及用于接合引線540a-p的頂焊盤(也未明確示出)。在圖5A及圖5B的構(gòu)造中，存在十六個(gè)LED接合焊盤510a_p以及十六個(gè)引線 接合焊盤512a-p，但僅有24個(gè)周邊接合焊盤520a_X。利用該特定構(gòu)造，不能獨(dú)立地管 控各個(gè)LED，不過可相互獨(dú)立地管控十六個(gè)LED的各種子集，例如，在一個(gè)實(shí)施例中，LED 530a-530f串聯(lián)連接在周邊接合焊盤520w與520h之間，而LED 530g-5301串聯(lián)連接在周 邊接合焊盤520t與520k之間，由此形成兩組可獨(dú)立管控的LED組。可以對剩余四個(gè)LED 530m-p中的每個(gè)進(jìn)行獨(dú)立地管控。具體而言，周邊接合焊盤520h可(例如，通過圖2所示的過孔及互連)連接至LED 接合焊盤510f。LED 530f通過接合引線540f連接在LED接合焊盤510f與引線接合焊盤 512f之間。引線接合焊盤512f可(例如，通過過孔及互連)連接至LED接合焊盤510e。 LED 530e通過接合引線540e連接在LED接合焊盤510e與LED接合焊盤510b之間。LED 530b通過接合引線540b連接在LED接合焊盤510b與引線接合焊盤512b之間。引線接合 焊盤512b可(例如，通過過孔及互連)連接至LED接合焊盤510a。LED 530a通過接合引 線540a連接在LED接合焊盤510a與引線接合焊盤512a之間。引線接合焊盤512a可(例 如，通過過孔及互連)連接至LED接合焊盤510d。LED 530d通過接合引線540d連接在LED 接合焊盤510d與引線接合焊盤510c之間。LED 530c通過接合引線540c連接在LED接合 焊盤510c與引線接合焊盤512c之間。引線接合焊盤512c可(例如，通過過孔及互連) 連接至周邊接合焊盤520w。在一些實(shí)施例中，可設(shè)置連接至第二周邊接合焊盤的冗余電連 接。例如，LED接合焊盤510f除了連接至周邊接合焊盤520h之外還可連接至周邊接合焊 盤520i。類似的，引線接合焊盤512c除了連接至周邊接合焊盤520w之外還可連接至周邊 接合焊盤520x。類似的，周邊接合焊盤520k可(例如，通過圖2所示的過孔及互連)連接至LED 接合焊盤510j。LED 530j通過接合引線540j連接在LED接合焊盤510j與引線接合焊盤 512j之間。引線接合焊盤512j可(例如，通過過孔及互連)連接至LED接合焊盤510i。 LED 530i通過接合引線540i連接在LED接合焊盤510i與LED接合焊盤5101之間。LED 5301通過接合引線5401連接在LED接合焊盤5101與引線接合焊盤5121之間。引線接合 焊盤5121 (例如，通過過孔及互連)連接至LED接合焊盤510k。LED 530k通過接合引線 540k連接在LED接合焊盤510k與引線接合焊盤512k之間。引線接合焊盤512k可(例如， 通過過孔及互連)連接至LED接合焊盤5IOh。LED 530h通過接合引線540h連接在LED接 合焊盤510h與LED接合焊盤510g之間。LED 530g通過接合引線540g連接在LED接合焊 盤510g與引線接合焊盤512g之間。引線接合焊盤512g可(例如，通過過孔及互連)連 接至周邊接合焊盤520t。在一些實(shí)施例中，可以設(shè)置連接至第二周邊接合焊盤的冗余電連 接。例如，LED接合焊盤510j除了連接至周邊接合焊盤520k之外還可連接至周邊接合焊盤5201。類似的，引線接合焊盤512g除了連接至周邊接合焊盤520t之外還可連接至周邊 接合焊盤520u。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，LED 530a_l電連接為兩個(gè)可獨(dú)立地管控的組，每組六個(gè) LED。應(yīng)當(dāng)理解，可利用陶瓷層之間的過孔及金屬互連(例如，圖2所示)來實(shí)現(xiàn)以上所述 但圖5B中未示出的連接。例如，金屬互連可形成在圖5B所示層下方的層上，并通過過孔連 接至各個(gè)焊盤。其余四個(gè)LED 530m-p可分別被獨(dú)立地管控。例如，如圖所示，周邊接合焊盤520c 可連接至LED接合焊盤510m。LED 530m通過接合引線540m連接在LED接合焊盤510m與 引線接合焊盤512m之間。如圖所示，引線接合焊盤512m連接至周邊接合焊盤520b。類似 的，如圖所示，周邊接合焊盤520e可連接至LED接合焊盤510n。LED 530η通過接合引線 540η連接在LED接合焊盤510η與引線接合焊盤512η之間。如圖所示，引線接合焊盤512η 連接至周邊接合焊盤520f。如圖所示，周邊接合焊盤520q可連接至LED接合焊盤510ο。 LED 530ο通過接合引線540ο連接在LED接合焊盤510ο與引線接合焊盤512ο之間。如圖 所示，引線接合焊盤512ο連接至周邊接合焊盤520r。如圖所示，周邊接合焊盤520ο可連接 至LED接合焊盤510p。LED 530p通過接合引線540p連接在LED接合焊盤510p與引線接 合焊盤512p之間。如圖所示，引線接合焊盤512p連接至周邊接合焊盤520η。圖5C是表明各個(gè)周邊接合焊盤520a_x與哪個(gè)頂側(cè)接合焊盤510a-p、512a-p連接 的表。應(yīng)當(dāng)注意，在本實(shí)施例中，四個(gè)角部處的周邊接合焊盤(焊盤520a、520g、520m、520S) 不具有電連接，類似的，各邊中點(diǎn)位置處的周邊接合焊盤(焊盤520d、520j、520p、520v)也 不具有電連接。如果制造處理更易于造成角部及/或中點(diǎn)位置處的缺陷，則這種設(shè)計(jì)方案 可提高靈活性。也可以選擇其他方案。圖5D是示出用于上述實(shí)施例的電連接情況的示意圖，其中LED 530a-f屬于一個(gè) 串聯(lián)連接組535，而LED 530g-j屬于另一串聯(lián)連接組536?？蓪M535及536進(jìn)行獨(dú)立地 管控，其中通過在周邊接合焊盤520h與520w之間供電來控制組535，并通過在周邊接合焊 盤520k與520t之間供電來控制組536。此外，如圖所示，可對LED 530m_p中的每個(gè)獨(dú)立地
進(jìn)行管控。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，圖中所示及這里所描述的具體的電連接情況僅是示意 性的，其他實(shí)施例也是可行的。例如，LED可連接為四個(gè)可獨(dú)立地管控的組、每組四個(gè)LED， 連接為每組四個(gè)LED的兩組以及每組兩個(gè)LED的四組，或者連接任何其他設(shè)置方式。此外，在圖示的具體實(shí)施例中，存在十六個(gè)LED接合焊盤510a_p以及十二個(gè)引線 接合焊盤512a-p，但僅有24個(gè)周邊接合焊盤520a_X。利用該具體構(gòu)造，可以對各個(gè)LED進(jìn) 行獨(dú)立地管控，不過，如圖5D所示可對十六個(gè)LED的各個(gè)子集進(jìn)行相互獨(dú)立地管控。但是， 本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解其他實(shí)施例也是可行的，包括具有更大數(shù)量的周邊接合焊盤或其 他外部電接觸部的實(shí)施例。因此，通過設(shè)置足夠數(shù)量的電隔離連接焊盤，可以對任何數(shù)量的 LED進(jìn)行獨(dú)立地管控。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用頂側(cè)接合焊盤510a-p、512a-p中的一些來連接至光傳 感器而非發(fā)光器。例如，在圖5B中，第一光傳感器可連接在接合焊盤510m與512m之間(替 代LED 530m)；第二光傳感器可連接在接合焊盤510η與512η之間(替代LED 530η)；第三 光傳感器可連接在接合焊盤510ο與512ο之間(替代LED 530ο)；并且第四光傳感器可連接在接合焊盤510p與512p之間(替代LED 530p)。然后可以使用合適的周邊接合焊盤(例 如，圖5C所列出的)來感測來自各個(gè)光傳感器的信號。可以使用這些信號用于對光器件的 光輸出進(jìn)行的動(dòng)態(tài)反饋及控制。圖5E是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于產(chǎn)生希望光量的動(dòng)態(tài)反饋及控制系統(tǒng)550的簡 化框圖。串聯(lián)且可獨(dú)立管控的連接的結(jié)合使得能夠?qū)Πl(fā)光裝置進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。在本實(shí)施例 中，四個(gè)光傳感器552m-p (替代圖5B的LED530m_p)例如通過將控制器554耦合至圖5A-5B 的襯底500的合適接合焊盤而連接至控制器554。控制器554控制兩個(gè)電源556a-b。電源 556a向串聯(lián)連接的LED的一個(gè)組535 (例如，圖5D所示)供電，而電源556b向串聯(lián)連接的 LED的另一組536 (例如，圖5D所示)供電。在工作時(shí)，光傳感器552m_p產(chǎn)生信號，其對LED 組535、536產(chǎn)生的聚合光的特性進(jìn)行測量?？刂破?54可向傳感器552m_p供應(yīng)信號，并檢 測響應(yīng)信號?；趶膫鞲衅?52m-p接收到的信號，控制器554可控制向LED組535、536供 電的電源556a-b。因此，組535、536例如可由白色LED組成，該白色LED可產(chǎn)生用于白色光的色溫空 間的不同區(qū)域內(nèi)的光；例如，LED組535可產(chǎn)生“暖”白色光，而LED組536可產(chǎn)生“冷”白 色光?？刂破?54可通過改變供應(yīng)至兩個(gè)組535及536的相對電流來調(diào)節(jié)整體光的色溫。 因?yàn)楦叩碾娏骺稍黾恿炼?，故整體色溫將取決于供應(yīng)至兩個(gè)組的相對電流。在上述美國 專利申請?zhí)?2/420，800中描述了采用可獨(dú)立管控的LED組以控制光顏色的特定應(yīng)用示例； 但是，本發(fā)明并不限于可獨(dú)立管控的LED的特定應(yīng)用示例或應(yīng)用領(lǐng)域。在另一實(shí)施例中，LED可連接成任意數(shù)量的可獨(dú)立管控的組，使得一個(gè)或更多LED 組成的每組產(chǎn)生不同顏色的光。例如，可以使用四組，每一組分別用作紅色、綠色、藍(lán)色及黃 色(amber color) LED0可通過改變供應(yīng)至每個(gè)LED或類似顏色的LED組成的組的相對電流 來改變獲得的光的顏色。因此，例如在劇院用聚光燈中，可簡單地通過指示控制器554改變 顏色，來形成不同的希望顏色。圖5F是圖5A的襯底500的仰視圖。有利地為圓形(也可使用其他形狀)并盡可 能地大的金屬區(qū)域570相對于凹部502對中。金屬區(qū)域570起散熱片的作用?？刹贾蒙?器以與金屬區(qū)域570熱接觸來進(jìn)一步散熱。(如圖2中的襯底200所示)周邊接合焊盤520a_x可沿襯底500的整個(gè)豎直厚度 延伸，并可連接至底側(cè)焊盤560a-x。外部電極(例如，引線)可根據(jù)需要直接連接至周邊接 合焊盤520a_x及/或底焊盤560a_x。應(yīng)當(dāng)注意，金屬區(qū)域570并未電耦合至周邊接合焊盤520a_x、底焊盤560a_x或頂 側(cè)接合焊盤510a-p、512a-p中的任一者。因此，金屬區(qū)域570與襯底500的導(dǎo)熱陶瓷主體 結(jié)合可提供與電氣路徑分離的熱路徑。將可以理解的是，這里描述的各種封裝為示例性的，并且可進(jìn)行各種改變及變化。 例如，可獨(dú)立地對LED進(jìn)行管控，或可對LED組一起進(jìn)行管控(例如，上述12-LED封裝或 16-LED封裝中的各由六個(gè)LED構(gòu)成的兩組)。例如圖5E所示，獨(dú)立的管控可以允許更好的 對輸出光的控制。例如，在襯底上的不同LED產(chǎn)生不同顏色的光(例如，紅色、藍(lán)色、綠色及 黃色)的實(shí)施例中，可通過改變供應(yīng)至各個(gè)LED的相對電流來改變獲得的光的顏色。因?yàn)?更大的電流可增大亮度，故光顏色將取決于相對電流。在另一實(shí)施例中，基于產(chǎn)生的白色光的色溫，可將白色LED(例如，與黃色磷光體結(jié)合的藍(lán)色LED)劃分為“暖”及“冷” LED，如業(yè)界所知，其存在各種不同變化。如果可相互 獨(dú)立地管控各組中的LED，則可通過控制供應(yīng)至各組的相對電流來控制最終顏色。在上述專 利申請?zhí)?2/420,800中描述了進(jìn)行控制以調(diào)節(jié)相對亮度的結(jié)合有暖白色及冷白色LED的 發(fā)光設(shè)備的示例；應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于任何具體的設(shè)置方式或LED類型，或任何具體 的控制系統(tǒng)。例如，一些控制系統(tǒng)可在發(fā)光設(shè)備(例如，燈)的制造及/或工作過程中提供 手動(dòng)調(diào)節(jié)，并且可以結(jié)合或不結(jié)合自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。在上述實(shí)施例中，襯底的陶瓷材料是導(dǎo)熱的。因此，只要襯底的底表面的溫度低于 LED的溫度，襯底就會(huì)將熱量從LED傳遞至襯底的底表面。例如可利用散熱器、風(fēng)扇及/或 其他冷卻技術(shù)在裝置工作過程中保持該狀態(tài)。有利地由金屬(其導(dǎo)熱并導(dǎo)電)制成的LED 接合焊盤的較大面積可以有助于在其上布置有LED的襯底層的上表面上迅速地散熱。因橫 向方向上的溫度差異，在較大面積上散熱提高了陶瓷襯底的導(dǎo)熱性并減小了襯底上的機(jī)械 應(yīng)力。此外，用于提供對LED的電連接的焊盤結(jié)構(gòu)以及金屬跡線和過孔用于將熱傳遞路 徑與電傳遞路徑分離開(雖然金屬將導(dǎo)熱，但襯底設(shè)計(jì)并非完全依賴于金屬作為熱傳遞路 徑；襯底基體是電絕緣但導(dǎo)熱的陶瓷)。具體而言，襯底的底表面上的較大散熱焊盤與LED 電隔離。由此允許設(shè)計(jì)LED連接時(shí)較大的靈活性，例如，在有效地將熱量從襯底的底表面導(dǎo) 離的同時(shí)，可允許對LED或LED組進(jìn)行獨(dú)立地管控。上述特征的結(jié)合對熱管理方面也是有利的。LED襯底的熱特性的一個(gè)方面是結(jié)點(diǎn) (即，LED)與殼體(即，襯底底部)之間的導(dǎo)熱率，其以θ 來表示并以攝氏度每瓦特作為 單位CC/W)，表明在該距離上產(chǎn)生的溫度差。在一個(gè)實(shí)施例中，相較于類似尺寸的傳統(tǒng)襯 底(θχ通常處于7-15°C/W的范圍內(nèi))，用于16-LED封裝的襯底具有約1°C/W的θ JC。這 非常重要，因?yàn)楦擀?j。會(huì)限制LED的功率(及亮度)。例如，在9J。= 7°C/W的情況下，以 30W工作的LED (或相同襯底上的LED組)會(huì)產(chǎn)生210°C的結(jié)點(diǎn)至殼體溫度差；在室溫環(huán)境 下，裝置會(huì)超過現(xiàn)有LED的最高工作溫度，由此導(dǎo)致裝置故障。相反，在θ JC = rc /W的情 況下，以30W工作的LED僅會(huì)產(chǎn)生30°C的結(jié)點(diǎn)至殼體溫度差；在室溫(約20°C )環(huán)境下，現(xiàn) 有的LED可保持在其額定工作范圍內(nèi)。因此，相較于之前緊湊封裝可實(shí)現(xiàn)的情況，本發(fā)明的 實(shí)施例允許LED以更高功率(因此更高亮度)工作。但是，應(yīng)當(dāng)理解，即使在顯著減小θ JC的情況下，封裝在所希望的工作條件下仍然 會(huì)承受熱應(yīng)力。應(yīng)當(dāng)有利地選擇材料、厚度及金屬層布局以減小應(yīng)力并防止翹曲、爆裂或分 層剝離。例如，在一些實(shí)施例中，通過在陶瓷層上按順序地沉積不同金屬制成的“子層”來 形成各個(gè)金屬焊盤及互連。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成在陶瓷表面601上的金 屬層600(例如，以上示出的任何襯底中的層)的簡化框圖。在本實(shí)施例中，金屬層600由 依次沉積的鎢(W)子層602、鎳(Ni)子層604、金(Au)子層606以及銀(Ag)子層608構(gòu) 成。這些子層每個(gè)可分別形成數(shù)埃至IOOnm或更大的厚度，并且不同的子層可具有不同的 厚度。在一個(gè)示例中，W子層處于約1.5-4. 5μπι的范圍內(nèi)(例如，約3. OymhNi子層處于 約1.2-8. 9μπι的范圍內(nèi)(例如，約3.0 μ m)，Au子層處于約0.2-0. 35 μ m的范圍內(nèi)(例如， 約0. 3μπι)，而Ag子層處于約2. 0-4. 5μπι的范圍內(nèi)(例如，約4.0 μ m)。在一些實(shí)施例中， 銀子層僅用作頂側(cè)接合焊盤，以增大凹部的底面的反射性。底焊盤及散熱片可由單層鎢制成。過孔及周邊接合焊盤也可由諸如鎢之類的單一金屬或上述金屬的結(jié)合制成。如上所述，在一些實(shí)施例中，在一些或全部陶瓷層之間設(shè)置金屬互連。除了這些互 連之外，沉積的金屬的圖案可包括“偽結(jié)構(gòu)”，該術(shù)語一般而言表示未電連接至任何其他物 體的任何金屬焊盤、線或其他結(jié)構(gòu)。上述偽結(jié)構(gòu)可由作為活性金屬區(qū)域(焊盤、互連等)的 相同子層形成。使用偽結(jié)構(gòu)可在陶瓷表面上減小或更均勻地分布熱應(yīng)力。圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于制造LED封裝所用的陶瓷襯底的處理700的簡化 流程圖。在步驟702，獲得將用于形成陶瓷層的均勻的陶瓷漿。例如，上述漿可包括在溶劑 (通常為液態(tài))中分散的陶瓷顆粒(例如，呈粉末狀)。該漿還可包括其他添加劑，例如用 于使陶瓷顆?；ミB的粘合劑、溶解有機(jī)成分的增塑劑、分散劑、增濕劑、去泡劑、均勻劑、防 腐劑、流動(dòng)控制劑以及抗絮凝劑。例如可通過從第三方獲得該漿或通過獲得各成分并制備 成漿來獲得上述漿。在步驟704，由陶瓷漿形成“帶”。例如，可將漿澆鑄在已經(jīng)涂布有平滑“非粘附”膜 (例如，塑料或聚(四氟乙烯))的移動(dòng)承體表面上。用刀片將漿以特定厚度散布在載體膜 上，由此形成平滑帶。可以控制板材的厚度以制造不同厚度的襯底(例如，用于圖2所示的 不同層)。加熱元件(例如，加熱燈)使溶劑蒸發(fā)。當(dāng)干燥時(shí)，從載體膜取下陶瓷帶。在步驟706，帶被切割成離散的單元，例如，矩形或方形。在步驟708，通過機(jī)械沖 壓、鉆孔、激光切割、光刻或其他技術(shù)來形成沿著襯底邊緣的焊盤凹痕(pad intentation) (對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，registration)以及位于襯底內(nèi)部的過孔。在上層的情況下(例如，圖2中的 層204及205)，可形成更大的開口以界定凹部的側(cè)壁及凸緣?；谙Ｍ牟季謥泶_定對準(zhǔn) 結(jié)構(gòu)、過孔及其他開口的圖案。取決于帶的尺寸，可在帶的不同區(qū)域中形成圖案的多個(gè)復(fù)制 體。在步驟710，例如可以利用包含金屬粉末的均勻墨水或膏體，或者利用一系列不同 金屬(例如，Cu, W，Ni, Au, Ag)(其每一種金屬均可作為墨水或膏體進(jìn)行涂布)來填充對準(zhǔn) 結(jié)構(gòu)及過孔。在步驟712，例如通過使用絲網(wǎng)印刷術(shù)來用金屬鍍覆陶瓷襯底，以形成圖6的 金屬子層中的第一層。在一個(gè)實(shí)施例中，通過位于襯底頂部的絲網(wǎng)來印刷或圖案化包含合 適金屬粉末(例如，W，Ni，Au或Ag)的均勻墨水或膏體?？梢钥刂聘鱾€(gè)金屬的印刷厚度，并 且可以對襯底的一側(cè)或兩側(cè)進(jìn)行鍍覆。如步驟714所示，可為各個(gè)金屬子層重復(fù)進(jìn)行鍍覆 處理以形成圖6的金屬層疊?？蔀楦鱾€(gè)金屬使用相同的絲網(wǎng)(圖案)。也可使用諸如光成 像厚膜處理或擴(kuò)散圖案化處理等其他處理方式來對陶瓷襯底鍍覆連續(xù)的金屬子層。在步驟716，將與襯底的不同陶瓷層(例如，圖2所示)對應(yīng)的板材對準(zhǔn)并層疊(在 高溫下壓在一起)。在一個(gè)實(shí)施例中，步驟716可起始于對各個(gè)板材進(jìn)行烘焙的前置烘焙 (例如，在約50°C的環(huán)境中達(dá)約20-30分鐘)。在層壓處理中，例如在約2000psi的壓力并 在約70°C的溫度的情況下達(dá)約10分鐘的條件下，板材被層疊在一起并被壓緊。例如取決于 層疊的厚度，也可使用其他烘焙及層壓時(shí)間、溫度以及壓力。在步驟718，使層壓板材燒結(jié)。一個(gè)燒結(jié)處理涉及具有控制斜率的兩個(gè)烘焙階段。 在第一階段，板材可在約400°C -500°C烘焙達(dá)約2小時(shí)；可以使用約每分鐘1°C的溫度斜率 來加熱(例如，約從室溫開始)至烘焙溫度并在烘焙時(shí)間經(jīng)過后再進(jìn)行冷卻(例如，冷卻到 約室溫)。在第二階段，可以在約850°C烘焙板材達(dá)約30分鐘；可以使用約每分鐘5°C的溫 度斜率來加熱至烘焙溫度并在烘焙時(shí)間經(jīng)過后再進(jìn)行冷卻。將可以理解的是，這里的燒結(jié)處理是示例性的，可以進(jìn)行各種改變及變化。例如，取決于層疊厚度，可以使用其他時(shí)間、溫 度、溫度斜率、以及壓力；在一些處理中，在烘焙階段之間可不進(jìn)行降溫至室溫。在步驟720，例如通過使用劃片鋸、超聲波切割工具或激光切割工具等分割層壓板 材來劃分出各個(gè)單片襯底。在已經(jīng)制造襯底之后，可將LED接合至位于最頂側(cè)基底層上的焊盤。可以使用任 何類型的LED，并可將多種類型LED (例如，不同顏色)的混合體接合至同一襯底。在一些實(shí) 施例中，LED可具有位于頂部的一個(gè)接觸焊盤以及位于底部的另一個(gè)接觸焊盤；在其他實(shí) 施例中，兩個(gè)接觸焊盤可以均位于頂部。在任一情況下，均可使用常規(guī)的表面安裝及/或引 線接合技術(shù)。包含LED的凹部可填充光學(xué)透明材料(例如，硅)并覆蓋有主透鏡。圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的組裝LED封裝800的簡化剖開側(cè)視圖。例如如上所 述，襯底802可以是多層陶瓷及金屬結(jié)構(gòu)?？墒谷我鈹?shù)量的LED 804接合至接合焊盤(未 明確示出)。凹部區(qū)域806可填充硅或其他光學(xué)透明介質(zhì)，并且主透鏡808布置在頂部上。 在一個(gè)實(shí)施例中，區(qū)域806中的光學(xué)透明介質(zhì)具有與主透鏡808幾乎一致的折射率以減少 界面處的光損耗。光學(xué)透明介質(zhì)還可具有將主透鏡808保持在其位置的附著特性。主透鏡808可由適于抵抗高溫的玻璃、硅樹脂或其他光學(xué)透明材料制成。也可使 用具有陡度折射率的材料。如圖8所示，主透鏡808可具有“松餅(muffin) ”狀剖面(也可 使用其他形狀)，具有圓形頂部810以及具有比頂部810更小直徑的錐形底部812，由此形 成周邊支撐表面814。底部812有利地呈錐形以與凹入?yún)^(qū)域806的側(cè)壁相匹配并向下延伸 到凹部區(qū)域806的一部分內(nèi)，并在透鏡808的底部與LED 804的頂部之間留下間隙。支撐 表面814置于圍繞凹部區(qū)域806的凸緣816上(例如參見圖2的凸緣212)。凸緣816以及 支撐表面814可起對準(zhǔn)特征的作用，用于正確地使主透鏡808相對于LED 804對準(zhǔn)。此外， 在一些實(shí)施例中，透鏡808的底部812可在其被推入凹部區(qū)域806內(nèi)時(shí)迫使空氣離開光學(xué) 透明介質(zhì)，由此減少會(huì)導(dǎo)致光損耗及/或封裝破裂的氣泡(例如，在對封裝制造外部電連接 時(shí)的回流過程中)。還可使用其他主透鏡。還可將輔助透鏡(例如，圖1所示的透鏡110)安裝在封裝800的頂部上。在一些 實(shí)施例中，可以使用襯底802的一些或全部周邊接合焊盤來提供用于使輔助透鏡與主透鏡 808對準(zhǔn)的對準(zhǔn)特征；在其他實(shí)施例中，襯底802可包括其他對準(zhǔn)特征(例如，槽、缺口、凹 痕、擴(kuò)口、孔等)以對輔助透鏡的對準(zhǔn)提供幫助。還可增加散熱器、風(fēng)扇、電連接以及殼體等 來完成對燈的制造。雖然已經(jīng)參考具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解多種改變是 可行的。例如，可根據(jù)需要改變在襯底上設(shè)置的LED的數(shù)量及其電連接方式。因此，在各個(gè) 不同實(shí)施例中，可以對各個(gè)LED進(jìn)行獨(dú)立地管控，或者可以將LED組連接在一起作為一個(gè)單 元進(jìn)行管控。獨(dú)立于電連接方式，有利地由襯底自身來提供熱傳遞?？梢允褂萌我忸愋偷腖ED(其可廣義理解為在供電時(shí)發(fā)光的任何半導(dǎo)體裝置)，包 括但不限于常規(guī)的紅色、綠色、藍(lán)色、黃色、紅外線及紫外線LED。此外，不同類型的LED可在 同一襯底上共存。波長改變材料(例如，包含磷光體的材料)可根據(jù)需要涂布至LED的表 面，結(jié)合在凹部內(nèi)，或完全舍去。此外，可結(jié)合光傳感器來替代一部分LED，該光傳感器可被 用于提供反饋以利用自動(dòng)或手動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)光輸出。因此，可以結(jié)合實(shí)施本發(fā)明來使用 任意類型的固態(tài)的光器件(包括發(fā)光器、光傳感器及/或其任意組合)。
此外，這里描述的材料、處理及工具也僅是示例，并可被改變。例如，可利用其他導(dǎo) 電材料來替代或加強(qiáng)這里的特定金屬子層，并可以使用更多或更少的子層。可以采用不同 的處理技術(shù)。此外，這里所述的尺寸僅是舉例說明的目的，并可根據(jù)需要而改變。襯底或封裝的整體形狀因子可以與所示的示例不同。封裝可以更大或更小并且面 積無需為方形；可用矩形、圓形或其他形狀來代替。襯底厚度也可改變；凹部可在尺寸及形 狀上發(fā)生變化(或完全舍去)，并且可進(jìn)行其他形狀因子的變化。在一些實(shí)施例中，封裝可包括主透鏡或其他折射介質(zhì)及/或覆蓋并保護(hù)襯底上的 LED的光學(xué)透明介質(zhì)。封裝可結(jié)合在具有任何希望形狀因子的燈中；例如，使用上述緊湊襯 底，燈的尺寸和形狀可以受到控制以用作現(xiàn)有的白熾燈、鹵素?zé)簟⒒蚓o湊熒光燈的燈泡的替 代。還可構(gòu)思出全新的形狀因子。燈可結(jié)合有散熱器及/或任何其他熱管理結(jié)構(gòu)，其可有 利地將襯底的頂表面保持充分冷卻，即，在特定襯底的希望裝置功率及θ JC的情況下，處 于可使LED安全工作的溫度。因此，盡管已經(jīng)參考具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明意在涵蓋所附 權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部改變及等同物。
權(quán)利要求
一種用于發(fā)光設(shè)備的襯底，所述襯底包括多個(gè)電絕緣基底層；多個(gè)頂側(cè)電接觸部，其布置在所述電絕緣基底層中位于頂側(cè)的一個(gè)電絕緣基底層上，所述多個(gè)頂側(cè)電接觸部包括多個(gè)光器件焊盤，所述多個(gè)光器件焊盤具有特定的尺寸和位置以容納多個(gè)光器件；多個(gè)外部電接觸部，其布置在所述襯底的外表面上；以及多個(gè)電氣路徑，其將所述頂側(cè)電接觸部連接至所述外部電接觸部，其中，所述多個(gè)電氣路徑中的至少一部分被布置在所述電絕緣基底層之間，并且其中，所述電氣路徑被配置為使得可以對所述光器件焊盤的不同子集進(jìn)行彼此獨(dú)立地管控。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底，其中，所述光器件焊盤中的至少一些具有特定的尺寸 和形狀以容納對兩個(gè)不同光器件的電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的襯底，其中，所述多個(gè)電氣路徑被設(shè)置為提供用于所述兩個(gè) 不同光器件的串聯(lián)電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底，其中，所述外部電接觸部被布置在所述襯底的多個(gè)側(cè) 表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底，其中，所述頂側(cè)電接觸部中的每一者均連接至所述外 部電接觸中各自不同的一個(gè)外部電接觸部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底，其中，所述頂側(cè)電接觸部中的兩個(gè)或更多個(gè)連接至所 述外部電接觸部中的同一個(gè)外部電接觸部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底，其中，所述頂側(cè)電接觸部中的至少一個(gè)連接至所述外 部電接觸部中的至少兩個(gè)外部電接觸部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底，其中，所述多個(gè)頂側(cè)電接觸部還包括多個(gè)輔助接觸部， 每個(gè)輔助接觸部均適于容納接合弓I線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的襯底，其中，所述輔助接觸部的數(shù)量等于所述光器件焊盤的 數(shù)量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的襯底，其中，所述光器件焊盤中的每一者以及所述輔助接觸 部中的每一者通過所述電氣路徑中各自不同的一個(gè)電氣路徑連接至所述外部電接觸部中 各自不同的一個(gè)外部電接觸部。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的襯底，其中，所述輔助接觸部的數(shù)量少于所述光器件焊盤的數(shù)量。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底，其中，所述頂側(cè)電接觸部以及所述電氣路徑被配置為 提供用于兩個(gè)串聯(lián)連接光器件組中的每個(gè)組的分立的電連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底，還包括至少一個(gè)電絕緣上層，其位于所述電絕緣基底層中所述位于頂側(cè)的一個(gè)電絕緣基底層 以上，其中，每個(gè)上側(cè)具有通過其的開口，所述開口具有特定的尺寸和形狀使得每個(gè)所述頂 側(cè)電接觸部的至少一部分被布置在所述開口內(nèi)。
14.一種用于發(fā)光設(shè)備的襯底，所述襯底包括由電絕緣材料制成的多個(gè)基底層；多個(gè)頂側(cè)電接觸部，其布置在所述基底層中位于頂側(cè)的一個(gè)基底層上，所述多個(gè)頂側(cè)電接觸部包括多個(gè)光器件焊盤，每個(gè)所述光器件焊盤均具有比要布置在其上的光器件更大 的尺寸；多個(gè)外部電接觸部，其布置在所述襯底的外表面上；多個(gè)電氣路徑，其將所述頂側(cè)電接觸部連接至所述外部電接觸部，其中，所述多個(gè)電氣 路徑的至少一部分被布置在所述基底層之間；以及散熱金屬片，其布置在所述層中位于底側(cè)的一個(gè)層的底表面上，其中，所述散熱金屬片 與所述多個(gè)外部接觸焊盤電隔離。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的襯底，其中，所述電絕緣材料包括陶瓷材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的襯底，其中，所述多個(gè)頂側(cè)電接觸部中的每個(gè)均包括由不 同金屬制成的多個(gè)子層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的襯底，其中，所述多個(gè)子層包括鎢子層、鎳子層以及金子層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的襯底，其中，所述多個(gè)子層還包括銀子層。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的襯底，其中，所述多個(gè)電氣路徑中被布置在所述基底層之 間的所述一部分包括由不同金屬制成的多個(gè)子層。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的襯底，其中，所述多個(gè)子層包括鎢子層、鎳子層以及金子層。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的襯底，其中，所述基底層中的至少兩個(gè)基底層具有彼此不 同的厚度。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的襯底，其中，所述散熱片由鎢制成。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的襯底，其中，所述散熱片是圓形的。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的襯底，其中，每個(gè)所述光器件焊盤的面積在總面積受到約 束的情況下被最大化，并且與其他頂側(cè)電接觸部電隔離。
25.根據(jù)權(quán)利要求14所述的襯底，還包括至少一個(gè)電絕緣上層，其與所述電絕緣基底層中所述位于頂側(cè)的一個(gè)電絕緣基底層以 上，其中，每個(gè)上側(cè)均具有通過其的開口，所述開口具有特定的尺寸和形狀使得每個(gè)所述頂 側(cè)電接觸部中的至少一部分被布置在所述開口內(nèi)。
26.一種發(fā)光設(shè)備，包括 襯底，所述襯底包括 多個(gè)電絕緣基底層；多個(gè)頂側(cè)電接觸部，其布置在所述電絕緣基底層中位于頂側(cè)的一個(gè)電絕緣基底層上， 所述多個(gè)頂側(cè)電接觸部包括多個(gè)光器件焊盤，所述多個(gè)光器件焊盤具有特定的尺寸和位置 以容納多個(gè)光器件；多個(gè)外部電接觸部，其布置在所述襯底的外表面上；以及多個(gè)電氣路徑，其將所述頂側(cè)電接觸部連接至所述外部電接觸部，其中，所述多個(gè)電氣 路徑中的至少一部分被布置在所述電絕緣基底層之間，并且其中，所述電氣路徑被配置為 使得可以對所述光器件焊盤的不同子集進(jìn)行彼此獨(dú)立地管控；以及多個(gè)光器件，每個(gè)所述光器件均布置在所述光器件焊盤中各自不同的一個(gè)光器件焊盤 上，并電連接至所述一個(gè)光器件焊盤。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的發(fā)光設(shè)備，還包括位于所述多個(gè)光器件以上的主透鏡。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的發(fā)光設(shè)備，還包括至少一個(gè)電絕緣上層，其位于所述電絕緣基底層中所述位于頂側(cè)的一個(gè)電絕緣基底層 以上，其中，每個(gè)上側(cè)具有通過其的開口，所述開口具有特定的尺寸和形狀使得每個(gè)所述頂 側(cè)電接觸部的至少一部分被布置在所述開口內(nèi)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的發(fā)光設(shè)備，還包括位于所述上層以上的主透鏡，其中，所述主透鏡包括延伸超過所述上層中的所述開口 的周緣的頂部、以及延伸到所述上層的所述開口內(nèi)的較窄底部。
30.一種發(fā)光設(shè)備，包括襯底，所述襯底包括由電絕緣材料制成的多個(gè)基底層；多個(gè)頂側(cè)電接觸部，其布置在所述基底層中位于頂側(cè)的一個(gè)基底層上，所述多個(gè)頂側(cè) 電接觸部包括多個(gè)光器件焊盤，每個(gè)所述光器件焊盤均具有比要布置在其上的光器件更大 的尺寸；多個(gè)外部電接觸部，其布置在所述襯底的外表面上；多個(gè)電氣路徑，其將所述頂側(cè)電接觸部連接至所述外部電接觸部，其中，所述多個(gè)電氣 路徑的至少一部分被布置在所述基底層之間；以及散熱金屬片，其布置在所述層中位于底側(cè)的一個(gè)層的底表面上，其中，所述散熱金屬片 與所述多個(gè)外部接觸焊盤電隔離；以及多個(gè)光器件，每個(gè)所述光器件均布置在所述光器件 焊盤中各自不同的一個(gè)光器件焊盤上，并電連接至所述一個(gè)光器件焊盤。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于多個(gè)發(fā)光二極管的封裝。用于基于LED的光器件的襯底及封裝可顯著地改善熱性能并提供通過襯底的分離的電氣路徑及熱路徑。一個(gè)襯底包括多個(gè)電絕緣基底層。在這些層中位于頂側(cè)的層上布置有頂側(cè)電接觸部，其包括容納多個(gè)光器件的光器件焊盤。外部電接觸部布置在襯底的外表面上。電氣路徑將頂側(cè)電接觸部連接至外部電接觸部。電氣路徑中的一些電器路徑的至少一部分被布置在電絕緣基底層之間。電氣路徑可被配置為使得可以對光器件焊盤的不同子集進(jìn)行彼此獨(dú)立地管控。散熱片可以形成在基底層中位于底側(cè)的一個(gè)基底層的底表面上。
文檔編號H01L33/64GK101894901SQ20101014988
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月8日
發(fā)明者賢濤·嚴(yán) 申請人:里德安吉公司