CN1938855A - 发光二极管的成组封装 - Google Patents

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Abstract

提供了通过在半导体衬底上划线构成发光二极管的方法，从而在多个发光二极管每一个之间提供划线，其中衬底具有在其上面形成的发光区域。于是，半导体衬底沿选定的划线切开，从而提供多个发光二极管的成组子集。成组子集包括至少两个发光二极管。向多个发光二极管成组子集中的发光二极管提供电连接。这些划线还可以定义单个发光二极管。

Description

发光二极管的成组封装
技术领域
本发明涉及微电子设备，尤其涉及发光二极管。
背景技术
发光二极管(LED)广泛用于消费和商业应用。如本领域技术人员众所周知的，发光二极管通常包括微电子衬底上的二极管区域。微电子衬底可以包括，例如，砷化镓、磷化镓、其合金、碳化硅和/或蓝宝石。LED的持续发展已经使得可以获得可覆盖可见光谱及超出该范围的高效且机械鲁棒的光源。结合固态设备可能的长使用寿命，这些属性使得可以有很多新的显示应用，而且可以使LED与相当根深蒂固的白炽灯和荧光灯竞争。
为了提高LED的输出，已经采用了几种方法。两种这样的方法包括增加LED的尺寸和并联多个独立的LED。通过增加LED的发光面积，增加LED的尺寸可以提供增加的输出。但是，随着尺寸的增加，通常产出会减少。而且，随着LED尺寸的增加，光提取更加困难。因此，联系由LED产生的发光量，增加LED的尺寸会增加LED的成本。
提供多个经过单独测试并互连的独立LED可以克服增加尺寸的LED的产出问题及LED的光提取问题。但是，单独测试、匹配和/或互连多个LED有可能增加产品的成本。
发明概述
本发明的实施方案提供了通过在半导体衬底上划线构成发光二极管的方法，从而在多个发光二极管每一个之间都提供划线，其中衬底具有在其上形成的发光区域。然后将半导体衬底沿选定的划线分开，从而提供多个发光二极管的成组子集。该成组子集包括至少两个发光二极管。向多个发光二极管的成组子集中的发光二极管提供电连接。
在本发明的其它实施方案中，划线定义多个发光二极管中的单个发光二极管。
在本发明的特定实施方案中，半导体衬底包括碳化硅衬底。可选地，半导体衬底也可以是蓝宝石衬底。
在本发明的其它实施方案中，选定的划线是提供发光二极管带的划线，其中半导体衬底沿该划线切开。此外，选定的划线也可以是提供具有至少两行平行发光二极管的发光二极管矩形块的划线，其中半导体衬底沿该划线切开。类似地，选定的划线还可以是提供发光二极管方形块的划线，其中半导体衬底沿该划线切开。
此外，电连接可以通过焊接到发光二极管的触点来提供。发光二极管可以具有一个用于成组子集中每个发光二极管的公共触点和对应于成组子集中每个发光二极管的单独触点。在这种实施方案中，电连接可以通过为公共触点提供公共连接及为单独触点提供串并联连接来提供。公共连接可以通过将一个接头焊接到公共触点来提供。并联连接可以通过将每个单独触点连接到导电总线片来提供。这种并联连接还可以通过将第一个单独触点连接到导电总线而剩余的一系列单独触点连接到第一个单独触点来提供。
在本发明的附加实施方案中，选定的划线是为提供发光二极管成组子集而选择的划线，其中半导体衬底沿该划线切开，而该成组子集提供选定的波长分布。选定的波长分布可以是选定范围的波长。
在本发明的其它实施方案中，选定的划线是为提供发光二极管成组子集而选择的划线，其中半导体衬底沿该划线切开，而该成组子集提供选定的光输出电平。
在本发明的附加实施方案中，划线为每个发光二极管提供ATON形状。
在本发明的其它实施方案中，向多个发光二极管成组子集中的发光二极管提供电连接，以便有选择地连接多个发光二极管成组子集中的发光二极管，从而提供一组具有预定特性的发光二极管。该预定特性可以是光输出特性和/或电特性，如正向偏压。
附图简述
图1是根据本发明实施方案在切开之前已划线的半导体衬底的顶视图；
图2是根据本发明实施方案多个发光二极管成组子集的侧视图；
图3是根据本发明实施方案互连的发光二极管的顶视图；及
图4是说明根据本发明实施方案的操作的流程图。
发明详述
现在参考说明本发明各种实施方案的图1至4对本发明进行描述。如图所示，为了说明，层或区域的大小都是夸大的，因此提供它们是为了说明本发明的通用结构。此外，本发明的各个方面是参考在衬底或另一层上构成的层进行描述的。如本领域技术人员应当理解的，参考在另一层或衬底上构成的层是期望附加的层可以插入。参考在另一层或衬底上构成而没有插入层的层在此描述为在层或衬底上“直接”构成。相同的标号自始至终都表示相同的元件。
图1至4说明了本发明的各种实施方案及根据本发明实施方案构成发光二极管的各种方法。如从图1看到的，晶片10，如碳化硅或蓝宝石晶片，在其上面形成多个发光器件12，如发光二极管。每个发光器件12的边界是由多条划线14定义的。划线14可以通过，例如，锯和/或蚀刻晶片10来提供，从而在晶片10上提供凹槽，晶片10沿这些凹槽被隔开。例如，对于碳化硅衬底，划线可以进入衬底一定的深度，使得设备结构剩下大约20至25μm。发光器件12可以具有在晶片10上形成的公共发光区域或者也可以是独立的设备，如在晶片10上和/或其中和/或在晶片10上形成的层中构成的由台式晶体管、保护环、植入区域等隔离的单个设备。
可选地，例如，使得设备结构剩下大约30至40μm的划线可以用于光提取，使得在晶片打算切开的地方，使用只剩下大约20至25μm的设备结构。例如，这可以通过选择相对邻近的设备并确定设备阵列的边界在哪里来实现。然后，这种决定可用于改变构成划线的锯的切割高度。通过改变沿切口的划线深度和为区分设备和用于光输出而提供的划线的深度，由于疏忽而使得沿不正确划线切开晶片的可能性可以降低。
根据本发明的实施方案，晶片10有选择地沿划线14切开，选择划线14使得提供发光器件12的成组子集。因此，例如，晶片10可以沿划线A-A′、B-B′、E-E′和F-F′切开以便提供发光器件12的成组子集16，该子集提供了8个发光器件的线性阵列。类似地，晶片10可以沿划线B-B′、C-C′、E-E′和F-F′切开以便提供发光器件12的成组子集18，该子集提供了2×8个发光器件的矩形阵列。如图1中进一步所示的，晶片10还可以沿划线C-C′、D-D′、E-E′和F-F′切开以便提供发光器件12的成组子集20，该子集提供了8×8个发光器件的方形阵列。
尽管图1中的发光器件12示为基本上呈方形，但通过重新布置和/或增加划线14，其它形状的发光器件也可以提供。例如，通过在晶片10上划更多的线来进一步划分发光器件12，可以提供三角形的发光二极管。类似地，通过重新布置和/或增加划线14，不同形状发光二极管的组合也可以提供。因此，例如，可以在单个晶片中提供矩形和三角形设备。类似地，也可以在单个晶片中提供不同多边形的设备。此外，不同形状，如弧形、曲线形等，也可以由划线提供，因此通过沿选定划线的分隔可以提供任何结果形状。但是，特定的分隔技术可能会限制某些形状的实现。因此，设备成组子集中设备的特定形状和/或形状组合可以通过划线的选择来确定，其中晶片10沿这些划线切开。
晶片10沿晶片10划线的选择性切开或不切开可以用于许多不同类型的发光器件，其中晶片10定义发光二极管。本发明的实施方案尤其适用于2002年1月25日提交、标题为“LIGHT EMITTING DIODES INCLUDINGSUBSTRATE MODIFICATIONS FOR LIGHT EXTRACTION AND MANUFACTURINGMETHODS THEREFOR”、序列号为-----(代理人卷号为5308-162)的美国专利申请中描述的发光二极管，该申请的全部公开内容在此引入作为参考。
图2说明了根据本发明实施方案发光二极管成组子集的互连。发光二极管的成组子集40包括具有在其上形成的发光区域52的衬底50。发光二极管成组子集40中的发光二极管42、44、46和48可以具有图2所示由划线提供的ATON形状，或者也可以具有其它形状或形状组合。支撑衬底60上的导电材料54向发光二极管成组子集40的触点区域提供电触点。导电材料54可以是焊锡、共晶粘合剂和/或导电环氧树脂。支撑衬底60上面有导电区域58，如金属带和/或总线，发光二极管成组子集40的第二触点和/或其它触点通过导体56电连接到该金属带和/或总线。
导体56可以通过焊接连接到发光二极管的成组子集40。但是，还可以提供其它的导电连接，如共晶粘合剂和/或导电环氧树脂。此外，发光二极管成组子集40中的发光二极管42、44、46和48还可以单独连接到导电区域84(例如，如图3所示)，或者可以由导体56连在一起后连接到导电区域58(例如，如图2所示)。一系列连接到导电区域58、84的触点和单独连接的组合也可以提供。
尽管图2所示本发明的实施方案是参考“倒装晶片”配置及参考在设备对侧具有触点的发光二极管进行描述的，其中光是通过衬底50提取的，但本公开内容光学领域的技术人员应当理解，在仍然能够从本发明教义获益的同时，其它配置也可以使用。例如，在设备同侧具有两个触点的设备可以使用。此外，非“倒装晶片”配置的设备也可以使用。另外，尽管图2说明了安装在支撑衬底60上的发光二极管的成组子集，但这种支撑衬底可以忽略。
现在看图3，说明了发光二极管的2×4成组子集82互连的顶视图。如从图3看到的，发光二极管的成组子集82安装在支撑衬底80上。发光二极管成组子集82中发光二极管的触点连接到支撑衬底80的导电区域84，从而向发光二极管提供电连接。发光二极管的第二触点可以在发光二极管的相对侧，而且可以，例如，通过焊接方法直接焊到支撑衬底80上。
尽管图3中发光二极管的触点示为在发光二极管的相对侧，但也可以提供两个触点都在发光二极管的同一侧。在这种情况下，可以通过，例如，有选择的焊接、共晶粘合剂和/或导电环氧树脂提供从支撑衬底80的直接电连接。可选地，如果触点在相对于支撑衬底80的发光二极管一侧，则导体可以连接到两个触点。
图4说明了根据本发明实施方案的操作。如从图4看到的，构成了具有发光区域的晶片(块100)。然后在该晶片上划线以定义独立的发光二极管(块110)。这种划线过程可以产生发光二极管边界的任何期望形状，而且可以通过，例如，锯开和/或蚀刻晶片以提供划线来执行。晶片的划痕要足够深，从而使得晶片可以沿划线切开。然后，晶片沿选定的划线切开，以便提供其中包括两个或多个二极管的发光二极管成组子集(块120)。
选定的划线可以根据一个或多个标准进行选择。例如，可以选择划线使得在发光二极管成组子集中提供期望个数的二极管。还可以选择划线使得提供具有期望光学和/或电属性的二极管成组子集。例如，可以选择划线使得提供具有期望光输出电平、波长的二极管。还可以选择划线使得提供期望的波长分布，如一定范围的波长。类似地，还可以选择划线使得提供具有期望电特性，如正向偏压Vf，的发光二极管成组子集。这种选择可以根据对晶片上发光二极管的实际测量进行，或者根据发光二极管的预测特性进行。类似地，晶片内的发光二极管可以设计成具有不同的特性，如输出波长。在这种情况下，可以选择划线使得提供具有不同特性的发光二极管的期望组合。
在切开晶片以提供发光二极管的成组子集后，连接发光二极管成组子集中的发光二极管(块130)。优选地，这种连接是利用焊接技术实现的，但共晶粘合剂和/或导电环氧树脂也可以使用。此外，优选地，发光二极管具有在衬底相对侧的接头，并且用在通过衬底提取光的“倒装晶片”配置中。在这种实施方案中，碳化硅衬底是优选的。
尽管在此本发明的实施方案主要描述为通过切开分隔成发光二极管的成组子集，但本公开内容光学领域的技术人员应当理解，其它分离发光器件成组子集的方法也可以使用。例如，子集可以通过锯、激光切割、喷水式铣削或其它通常用于分离单个金属模具的此类技术来分离。
类似地，尽管本发明的实施方案主要是参考发光二极管成组子集中每个发光二极管都具有向其提供的电连接进行描述的，但不应当认为本发明是限定到这种实施方案。在本发明的其它实施方案中，成组子集中可以是全部发光二极管或少于全部发光二极管的选定发光二极管可以具有提供的连接。如上所述，具有提供的电连接的发光二极管可以选出来提供特定特性，如波长或波长范围，电压特性和/或输出电平等。这种选定的发光二极管可以具有如上所述提供的接头。例如，这种选择性互连可以如在2001年10月17日提交、标题为“LARGE AREA SILICON CARBIDEDEVICES AND MANUFACTURING METHODS THEREFOR”、序列号为09/981,523的公共代理美国专利申请中所描述的那样来提供，该申请的全部公开内容在此引入作为参考。
在附图和说明书中，公开了本发明典型的优选实施方案，尽管采用了特定术语，但它们只是用在通用、说明性的方面，而不是为了限制，本发明的范围在下述权利要求中阐明。

Claims (20)

1、一种构成发光二极管的方法，包括：
在半导体衬底上划线，从而在多个发光二极管中的每一个之间提供划线，其中所述衬底具有在其上面形成的发光区域；然后
沿选定的划线分隔半导体衬底，从而提供所述多个发光二极管的成组子集，该成组子集包括至少两个发光二极管；及
向该多个发光二极管的成组子集中的发光二极管提供电连接。
2、如权利要求1所述的方法，其中所述半导体衬底包括碳化硅衬底。
3、如权利要求1所述的方法，其中所述半导体衬底包括蓝宝石衬底。
4、如权利要求1所述的方法，其中沿着其将所述半导体衬底分隔的所述选定的划线包括被选择提供作为成组子集的发光二极管带的划线。
5、如权利要求1所述的方法，其中沿着其将所述半导体衬底分隔的所述选定的划线包括被选择提供作为成组子集的具有至少两行平行发光二极管的发光二极管矩形块的划线。
6、如权利要求1所述的方法，其中沿着其将所述半导体衬底分隔的所述选定的划线包括被选择提供作为成组子集的发光二极管方形块的划线。
7、如权利要求1所述的方法，其中所述提供电连接的步骤包括焊接到发光二极管接触点的步骤。
8、如权利要求1所述的方法，其中所述发光二极管成组子集中的多个发光二极管具有一个用于该成组子集中每个发光二极管的公共接触点和对应于该成组子集中每个发光二极管的单独接触点，而且其中所述提供电连接的步骤包括步骤：
为所述公共接触点提供公共连接；及
提供所述单独触点的并行连接。
9、如权利要求8所述的方法，其中所述提供公共连接的步骤包括将一个接头焊接到所述公共接触点的步骤。
10、如权利要求8所述的方法，其中所述提供并行连接的步骤包括将所述单独接触点连接到一个导电总线带的步骤。
11、如权利要求8所述的方法，其中所述提供并行连接的步骤包括步骤：
将第一个单独接触点连接到导电总线；及
将其余的单独触点连到该第一个单独触点。
12、如权利要求1所述的方法，其中沿着其将所述半导体衬底分隔的所述选定的划线包括被选择提供发光二极管成组子集的划线，该成组子集提供选定的波长分布(profile)。
13、如权利要求12所述的方法，其中所述选定的波长分布包括波长的选定范围。
14、如权利要求1所述的方法，其中沿着其将所述半导体衬底分隔的所述选定的划线包括被选择提供发光二极管成组子集的划线，该成组子集提供选定的光输出亮度。
15、如权利要求1所述的方法，其中所述划线为发光二极管提供ATON形状。
16、如权利要求1所述的方法，其中所述向多个发光二极管的成组子集中的发光二极管提供电连接的步骤包括有选择地连接所述多个发光二极管成组子集中的发光二极管，从而提供一组具有预定特性的发光二极管。
17、如权利要求16所述的方法，其中所述预定特性包括光输出特性。
18、如权利要求16所述的方法，其中所述预定特性包括电特性。
19、如权利要求18所述的方法，其中所述电特性包括正向偏置电压。
20、如权利要求1所述的方法，其中所述划线定义所述多个发光二极管中的各单个发光二极管。
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