Led封裝和制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種LED封裝（40）和制造方法，其中該封裝具有接合在一起的LED襯底（50）和電路襯底（54），其中LED在集成電路上方，并且在LED和對(duì)應(yīng)的集成電路之間具有電連接。該封裝僅在帶有提供LED襯底和電路襯底之間的連接的通孔（58a、58b）的一個(gè)面上具有封裝端子（56a、56b）。
【專(zhuān)利說(shuō)明】LED封裝和制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED封裝和制造這樣的封裝的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]各種LED封裝是已知的。例如，在適當(dāng)?shù)囊r底上直接可焊的晶片級(jí)芯片規(guī)模的LED封裝是已知的。這樣的封裝通常具有到二極管的p-n結(jié)的兩個(gè)觸頭。LED封裝可以例如被安裝至承載用于LED的控制電路(例如，ESD 二極管或者控制晶體管)的襯底。
[0003]舉例來(lái)說(shuō)，LED管芯可以被安裝在硅襯底上，其中該襯底包含嵌入式ESD保護(hù)二極管。在襯底頂部上的觸頭做出與LED管芯端子的電連接，并且襯底在相同頂面上、在LED管芯被安裝所在的區(qū)域之外具有另外的外部觸頭。這要求襯底上方的每個(gè)LED管芯的單獨(dú)放置，例如使用球柵陣列。
[0004]還已知的是，除了 ESD保護(hù)之外，通過(guò)將LED與控制晶體管相關(guān)聯(lián)，驅(qū)動(dòng)和控制LED串成為可能。例如，通過(guò)將各個(gè)FET晶體管并聯(lián)連接至每個(gè)LED，可以單獨(dú)地控制串聯(lián)的多個(gè)LED。通過(guò)閉合晶體管開(kāi)關(guān)，對(duì)應(yīng)的LED被短路并且將被切斷。
[0005]仍然有針對(duì)用于LED和相關(guān)聯(lián)的控制器件(例如晶體管或者ESD保護(hù)二極管或者更復(fù)雜的控制電路)的有成本效益且緊湊的封裝解決方案的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明，提供了如在獨(dú)立權(quán)利要求中限定的方法和裝置。
[0007]根據(jù)一個(gè)方面，提供了形成LED封裝的方法，包括:
-形成集成電路LED的陣列作為第一半導(dǎo)體襯底的部分；
-形成集成電路組件的陣列作為第二半導(dǎo)體襯底的部分；
-將第一和第二半導(dǎo)體襯底接合在一起，其中第一半導(dǎo)體襯底的每一個(gè)LED定位在第二半導(dǎo)體襯底的對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)集成電路組件上方，從而做出LED和對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)集成電路組件之間的電連接；
-對(duì)所接合的第一和第二半導(dǎo)體襯底進(jìn)行劃片以形成各個(gè)LED封裝或者LED封裝的組。
[0008]該方法提供作為L(zhǎng)ED封裝的部分、并且直接在LED下方的電路。這允許緊湊的設(shè)計(jì)。晶片級(jí)接合發(fā)生在LED襯底和電路襯底之間，使得僅要求一個(gè)劃片步驟來(lái)形成封裝，并且在兩個(gè)襯底之間僅需要一次對(duì)準(zhǔn)過(guò)程。
[0009]形成集成電路組件的陣列可包括形成在第二半導(dǎo)體襯底的相對(duì)面之間延伸的通孔。這樣，第二襯底的一側(cè)具有連接至LED (使用過(guò)孔)以及(直接地)連接至一個(gè)或多個(gè)集成電路組件的所有所要求的封裝端子。
[0010]形成集成電路組件的陣列可包括形成晶體管的陣列。這些可被用作控制器件，以控制各個(gè)LED。這可例如被用于調(diào)光控制或者LED陣列的照射圖案的控制。
[0011]形成集成電路組件的陣列可包括形成二極管的陣列，所述二極管陣列然后可被用于ESD保護(hù)。
[0012]根據(jù)另一方面，提供了 LED封裝，包括:
-被形成為第一半導(dǎo)體襯底并且在一面上具有LED連接端子的集成電路LED ;
-被形成為第二半導(dǎo)體襯底的集成電路，其中第一半導(dǎo)體襯底的所述一面和第二半導(dǎo)體襯底的第一面接合在一起，其中第一半導(dǎo)體襯底的LED定位在集成電路上方，并且在LED和對(duì)應(yīng)的集成電路之間具有電連接，
其中封裝在第二半導(dǎo)體襯底的與第一面相對(duì)的面上具有封裝端子，并且第二襯底具有提供封裝端子和LED連接端子之間的連接的至少一個(gè)通孔。
[0013]該封裝具有使得能夠?qū)崿F(xiàn)到LED和相關(guān)聯(lián)的電路的連接的單個(gè)連接面。通過(guò)將LED堆疊在其相關(guān)聯(lián)的電路上方，該布置是空間高效的。
[0014]使得能夠?qū)崿F(xiàn)到至少一個(gè)LED端子的連接。例如，如果LED與集成電路串聯(lián)，則封裝端子可做出到一個(gè)LED端子和一個(gè)集成電路端子(即串聯(lián)連接的端部)的連接。然而，第二襯底可具有提供相應(yīng)的封裝端子和兩個(gè)LED連接端子之間的連接的至少兩個(gè)通孔。因而，使得能夠?qū)崿F(xiàn)到兩個(gè)LED端子的連接。
[0015]集成電路可包括ESD保護(hù)二極管。然而，在優(yōu)選的示例中，集成電路包括晶體管。這可被用于控制LED的操作。例如，晶體管可與LED并聯(lián)。這樣，其可提供旁路功能并且因而可以被用來(lái)中斷通過(guò)LED的電流。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)用作電阻性驅(qū)動(dòng)器方案的部分，以切斷電壓源之間的一個(gè)LED或串聯(lián)的多個(gè)LED。
[0016]封裝端子然后可包括到晶體管源極、漏極和柵極的連接。
[0017]LED電路可包括安裝在印刷電路板上的本發(fā)明的至少一個(gè)封裝，其中印刷電路板具有用于到三個(gè)封裝端子的連接的跡線(xiàn)(track)。
[0018]三個(gè)端子使得能夠?qū)崿F(xiàn)LED串的控制。柵極端子提供開(kāi)關(guān)功能，開(kāi)關(guān)功能是通過(guò)在器件的底部處的相關(guān)聯(lián)的封裝端子被激活的。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例，其中:
圖1示出了安裝在底座上的已知LED封裝；
圖2示出了為串中的每個(gè)LED提供開(kāi)關(guān)的已知電路；
圖3示出了實(shí)施圖2的電路的已知方式；
圖4示出了本發(fā)明的電路；
圖5示出了在圖4的電路中使用的一個(gè)LED封裝；
圖6示出了在劃片之前于晶片級(jí)接合之后的一串LED封裝的側(cè)視圖；
圖7a以透視陰影視圖示出了一個(gè)封裝的分解視圖并且圖7b示出了作為線(xiàn)條圖的相同視圖；
圖8示出了在晶片級(jí)接合之前并且在劃片之前，并且從上方的分離的器件陣列；和圖9示出了在晶片級(jí)接合之前并且在劃片之前，并且從下方的分離的器件陣列。
[0020]所有的圖都是示意性的，不一定是按比例的，并且為了闡明本發(fā)明，一般僅示出必要的部分，其中其它的部分可以被省略或者僅僅被暗示。

【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明提供LED封裝和制造方法，其中封裝具有接合在一起的LED襯底和電路襯底，其中LED在集成電路上方，并且在LED和對(duì)應(yīng)的集成電路之間具有電連接。該封裝僅在帶有通孔的一個(gè)面上具有封裝端子，所述通孔提供一個(gè)襯底上的封裝端子之間的連接以及其它襯底的LED連接。因而，即使封裝具有兩個(gè)襯底，它也具有用于以簡(jiǎn)單的方式在諸如PCB的載體上方進(jìn)行安裝的單個(gè)連接面。
[0022]單個(gè)連接面使得能夠?qū)崿F(xiàn)到LED以及到相關(guān)聯(lián)的電路的電連接。通過(guò)在其相關(guān)聯(lián)的電路上方堆疊LED，該布置是空間高效的。
[0023]圖1示出了已知的LED封裝。LED 10被形成為分立的封裝，其例如通過(guò)焊球被安裝在硅底座12上。到LED封裝的連接是通過(guò)焊球做出的，并且從底座的外部連接是由引線(xiàn)接合(wirebond) 14做出的。如圖1中示意性地示出的，底座12可以實(shí)施一對(duì)ESD保護(hù)二極管。因而，ESD保護(hù)是將附加的組件與每個(gè)LED相關(guān)聯(lián)的一個(gè)原因。
[0024]將附加的組件與每個(gè)LED相關(guān)聯(lián)的另一原因是提供開(kāi)關(guān)功能性。圖2示出了已知的電路，其為L(zhǎng)ED串(LEDI至LED4)中的每個(gè)LED提供并聯(lián)開(kāi)關(guān)Ml至M4。通過(guò)接通開(kāi)關(guān)，旁路通路被提供使得單獨(dú)的LED被關(guān)斷。
[0025]圖3示出了實(shí)施圖2的電路的已知方式。多個(gè)分立的LED封裝30被安裝在PCB32上的跡線(xiàn)的上方。兩條跡線(xiàn)31連接至兩條電力線(xiàn)。各個(gè)LED封裝30之間的附加跡線(xiàn)提供LED封裝之間的串聯(lián)連接。另外的跡線(xiàn)連接至也安裝在PCB上的晶體管34，并且晶體管具有形成連接至它們的柵極的控制線(xiàn)36的PCB跡線(xiàn)。圖3還以分解的形式示出了 LED封裝中的一個(gè)。該布置占據(jù)大量的空間。它還要求LED封裝以及晶體管的安裝。
[0026]圖4示出了本發(fā)明的電路。該電路再次具有安裝在PCB 42上的LED封裝40，具有連接至電力線(xiàn)的PCB跡線(xiàn)42以用于LED的串聯(lián)布置。LED封裝40將LED和相關(guān)聯(lián)的晶體管集成到單個(gè)封裝中，其中LED覆蓋晶體管。該封裝僅在一個(gè)面(也就是，背對(duì)PCB 42的面)上具有封裝端子。存在三個(gè)封裝端子、兩個(gè)電力線(xiàn)端子和用于連接至封裝內(nèi)的晶體管柵極的控制端子?？刂贫俗舆B接至PCB跡線(xiàn)46。這提供了更加緊湊的布置并且具有減少的安裝要求。圖4還以分解的形式示出了 LED封裝中的一個(gè)以及平面視圖。
[0027]圖5更加詳細(xì)地示出了在圖4的電路中使用的一個(gè)LED封裝40。每個(gè)LED封裝包括形成為第一半導(dǎo)體襯底50并且在一個(gè)面上具有LED連接端子52a、52b的集成電路LED。這些端子連接至LED的η-和P-結(jié)。LED可以是ρη 二極管、或者pin 二極管或者任何其它的已知二極管配置。它可以是豎直的或者橫向的。
[0028]集成電路(在該示例中，開(kāi)關(guān)晶體管)被形成為第二半導(dǎo)體襯底54。第一第二半導(dǎo)體襯底50的承載端子52a、52b的面與第二半導(dǎo)體襯底54的第一面接合在一起。為了清楚起見(jiàn)，這兩個(gè)襯底在圖5中被分離地示出。
[0029]第二襯底54的接合面承載用于到端子52a、52b的連接的接觸墊55a、55b。
[0030]當(dāng)被連接時(shí)，第一半導(dǎo)體襯底50的LED定位在集成電路上方，并且具有LED和對(duì)應(yīng)的集成電路之間的電連接。
[0031]封裝在第二半導(dǎo)體襯底54的相對(duì)面上具有封裝端子56a、56b、56c。第二襯底54具有通孔58a、58b，通孔58a、58b提供封裝端子56a、56b和用于到LED連接端子52a、52b的連接的接觸墊55a、55b中的兩個(gè)之間的連接。第三封裝端子56c連接至晶體管的柵極，其以常規(guī)的方式形成在半導(dǎo)體襯底內(nèi)。
[0032]這樣，單組的封裝端子使得能夠?qū)崿F(xiàn)到LED以及到晶體管的連接。如果對(duì)于LED封裝的特定使用而言，不需要封裝的晶體管，則不需要做出到晶體管柵極的連接，并且封裝可以被用作正常的兩端子LED封裝。
[0033]圖6示出了一串LED封裝的截面視圖，并且示出了于劃片之前在晶片級(jí)接合之后的彼此接觸的兩個(gè)襯底。
[0034]圖7a示出了一個(gè)封裝的分解的透視圖。使用與圖5中的相同的附圖標(biāo)記。第二襯底54的晶體管結(jié)構(gòu)被一般性地示出在70處，其連接在接觸墊55a、55b之間。圖7a是透視陰影視圖并且圖7b示出了作為線(xiàn)條圖的相同視圖。
[0035]在示出的示例中，柵極形成在第二襯底的第一面中。過(guò)孔被形成，以使得能夠?qū)崿F(xiàn)從第二襯底的相對(duì)側(cè)上的封裝端子到柵極的連接。
[0036]注意，晶體管結(jié)構(gòu)可能在第二半導(dǎo)體襯底54的底表面上，并且在該情形中，將不需要用于柵極的過(guò)孔。
[0037]該布置可以更容易地被制造。特別地，在劃片之前，兩個(gè)襯底之間的晶片級(jí)接合是可能的。
[0038]如圖8中所示，兩個(gè)襯底50、54可以被形成為全陣列。然后，執(zhí)行兩個(gè)襯底之間的晶片接合。可能的互連方法包括微凸塊或者金納米海綿(gold nanosponge)。圖8示出了從上方的視圖，并且示出了在頂部襯底50的頂部處的劃片線(xiàn)和在底部襯底54的頂部處的接觸墊。圖9示出了從下方的視圖，并且示出了在頂部襯底50的底部處的LED接觸墊和在底部襯底54的底部處的封裝端子。
[0039]為了避免由于熱膨脹導(dǎo)致的應(yīng)力失配，晶片級(jí)接合應(yīng)當(dāng)避免高溫過(guò)程。利用適當(dāng)?shù)囊r底設(shè)計(jì)，可以使用通常針對(duì)單個(gè)管芯附接方法使用的超聲接合。替代性地，可以應(yīng)用冷互連方法，例如導(dǎo)電粘合。
[0040]只有在晶片級(jí)接合之后，各個(gè)LED、或形成各個(gè)封裝的LED組才被分離。使用硅通孔技術(shù)的晶片級(jí)連接被已知用于3D封裝解決方案。如針對(duì)第二襯底54所示的，這些允許將接觸帶到器件的底部。
[0041 ] 在以上的示例中，并聯(lián)開(kāi)關(guān)被添加至每個(gè)LED。當(dāng)然，串聯(lián)開(kāi)關(guān)也可以相同的方式被添加。在該情形中，可能不需要到兩個(gè)LED端子的外部連接。而是，則需要到串聯(lián)電路的每個(gè)端以及到晶體管柵極的連接。因而，三個(gè)封裝端子則可包括晶體管源極或者漏極(未連接至LED的那個(gè))、晶體管柵極以及LED連接端子中的僅一個(gè)。
[0042]電路被示出作為單個(gè)晶體管，但是其可作為替代地為ESD 二極管。當(dāng)然，可以在第二襯底中提供更加復(fù)雜的電路。例如，ESD 二極管以及晶體管可以被集成到封裝中。另外，在每個(gè)封裝中可以實(shí)施更加復(fù)雜的晶體管控制電路，例如為了局部調(diào)光控制。
[0043]一般地，本發(fā)明可被用來(lái)形成LED封裝。特別感興趣的是用于要求各個(gè)LED的控制的LED陣列的封裝。特別地，在汽車(chē)應(yīng)用中，用于提供光方向的動(dòng)態(tài)控制的動(dòng)態(tài)LED矩陣陣列是已知的。
[0044]晶體管與每個(gè)LED的使用使得串聯(lián)的多個(gè)LED能夠被單獨(dú)地控制。本發(fā)明提供開(kāi)關(guān)到LED封裝中的集成，所述開(kāi)關(guān)直接在LED的下方。這允許緊湊的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)并且簡(jiǎn)化了 LED串的控制。
[0045]另外，組件可適合于從市電電壓驅(qū)動(dòng)的多LED源，在市電電壓中根據(jù)市電電壓的相位控制跨LED的正向電壓。在220V市電電壓網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)際的電壓在+325和-325V之間周期性地振蕩。如果LED串包含具有3V左右的平均正向電壓的100個(gè)LED，則市電電壓可直接被施加至串，而沒(méi)有過(guò)驅(qū)動(dòng)LED的風(fēng)險(xiǎn)(實(shí)踐中，這樣的電路通常將包含整流器和保護(hù)性電阻器)。如果所有的LED總是保持成串，則各個(gè)LED處的電壓在市電循環(huán)時(shí)在用于光生成的接通電壓以下。已知的是，與減小市電電壓同步，增加數(shù)量的LED可以被切斷以允許余下的LED高效地提供光的生成。
[0046]用來(lái)形成集成電路LED和集成電路晶體管的過(guò)程沒(méi)有被詳細(xì)描述，因?yàn)樗鼈兪浅Ｒ?guī)的。實(shí)際上，可以使用任何的二極管技術(shù)和任何的晶體管技術(shù)。另外，不同的襯底可以使用不同的材料以及制造過(guò)程，因?yàn)樗鼈兪仟?dú)立形成的。
[0047]本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)踐要求保護(hù)的發(fā)明時(shí)，通過(guò)繪圖、公開(kāi)內(nèi)容以及所附權(quán)利要求的研宄，可以理解和實(shí)現(xiàn)所公開(kāi)的實(shí)施例的其它變型。在權(quán)利要求中，詞語(yǔ)“包括”不排除其它的元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。某些措施被記載在相互不同的從屬權(quán)利要求中這一純粹事實(shí)不指示這些措施的組合不能被用于獲益。權(quán)利要求中的任何參考標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種形成LED封裝的方法，包括: -形成集成電路LED (40)的陣列作為第一半導(dǎo)體襯底(50)的部分； -形成集成電路組件的陣列作為第二半導(dǎo)體襯底(54)的部分； -將第一和第二半導(dǎo)體襯底(50、54)接合在一起，其中所述第一半導(dǎo)體襯底(50)的每一個(gè)LED (40)定位在所述第二半導(dǎo)體襯底的對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)集成電路組件上方，從而做出所述LED和對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)集成電路組件之間的電連接； -對(duì)所接合的第一和第二半導(dǎo)體襯底(50、54)進(jìn)行劃片以形成各個(gè)LED封裝或者LED封裝的組。
2.如權(quán)利要求1中要求保護(hù)的方法，其中形成集成電路組件的陣列包括形成在所述第二半導(dǎo)體襯底的相對(duì)面之間延伸的通孔(58a、58b)。
3.如權(quán)利要求1或2中所要求保護(hù)的方法，其中形成集成電路組件的陣列包括形成晶體管的陣列。
4.如權(quán)利要求1或2中所要求保護(hù)的方法，其中形成集成電路組件的陣列包括形成二極管的陣列。
5.一種LED封裝，包括: -被形成為第一半導(dǎo)體襯底(50)并且在一面上具有LED連接端子(52a、52b)的集成電路 LED (40)； -被形成為第二半導(dǎo)體襯底(54)的集成電路，其中所述第一半導(dǎo)體襯底(50)的所述一面和所述第二半導(dǎo)體襯底(54)的第一面接合在一起，其中所述第一半導(dǎo)體襯底的所述LED (40)定位在所述集成電路上方，并且在LED和對(duì)應(yīng)的集成電路之間具有電連接， 其中所述封裝在所述第二半導(dǎo)體襯底(54)的與第一面相對(duì)的面上具有封裝端子(56a、56b、56c)，并且所述第二襯底具有提供封裝端子和LED連接端子之間的連接的至少一個(gè)通孔(58a、58b )。
6.如權(quán)利要求5中所要求保護(hù)的封裝，其中并且所述第二襯底(54)具有提供相應(yīng)的封裝端子(56a、56b )和兩個(gè)LED連接端子(52a、52b )之間的連接的至少兩個(gè)通孔(58a、58b )。
7.如權(quán)利要求5中所要求保護(hù)的封裝，其中所述集成電路包括ESD保護(hù)二極管。
8.如權(quán)利要求5中所要求保護(hù)的封裝，其中所述集成電路包括晶體管。
9.如權(quán)利要求8中所要求保護(hù)的封裝，其中所述晶體管與所述LED并聯(lián)。
10.如權(quán)利要求9中所要求保護(hù)的封裝，其中所述封裝端子包括到所述晶體管源極、漏極和柵極的連接。
11.如權(quán)利要求8中所要求保護(hù)的封裝，其中所述晶體管與所述LED串聯(lián)。
12.如權(quán)利要求11中所要求保護(hù)的封裝，其中所述封裝端子包括到所述晶體管源極或者漏極、所述晶體管柵極以及所述LED連接端子中的一個(gè)的連接。
13.—種LED電路，包括安裝在印刷電路板上的如權(quán)利要求10中所要求保護(hù)的至少一個(gè)封裝，其中所述印刷電路板具有用于到三個(gè)封裝端子的連接的跡線(xiàn)。
14.一種LED電路，包括安裝在印刷電路板上的如權(quán)利要求12中所要求保護(hù)的至少一個(gè)封裝，其中所述印刷電路板具有用于到三個(gè)封裝端子的連接的跡線(xiàn)。
【文檔編號(hào)】H01L25/16GK104508811SQ201380041899
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2013年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月7日
【發(fā)明者】A. 楚格 J. 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司