具有半導(dǎo)體光源和承載板的發(fā)光模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有多個(gè)半導(dǎo)體光源、尤其LED芯片的發(fā)光模塊其中發(fā)光模塊具有承載板。本發(fā)明也涉及一種用于運(yùn)行這種發(fā)光模塊的方法。本發(fā)明尤其能夠應(yīng)用到CoB(“Chip-on-Board”板上芯片)工藝的LED發(fā)光模塊上。
【背景技術(shù)】
[0002]圖1示出CoB工藝的常規(guī)的發(fā)光模塊101，所述發(fā)光模塊具有由鋁構(gòu)成的承載板102，在所述承載板的鏡反射的前側(cè)103上施加有呈LED芯片104形式的多個(gè)半導(dǎo)體光源。這種承載板102的使用具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即在導(dǎo)熱性高的同時(shí)的高的反射能力。
[0003]LED芯片104借助于介電的芯片基板相對(duì)于承載板102電絕緣并且通過鍵合線105彼此串聯(lián)地電連接。串聯(lián)級(jí)的第一 LED芯片104、104h經(jīng)由鍵合線105與第一連接接觸部106h連接，所述第一連接接觸部位于最高的電勢(shì)HV上。串聯(lián)級(jí)的最后的LED芯片1041與第二連接接觸部1061連接，所述第二連接接觸部位于最低的電勢(shì)LV上。因此，各個(gè)LED芯片104應(yīng)串聯(lián)地連接，使得其正向電壓的總和對(duì)應(yīng)于總共施加到該LED串聯(lián)級(jí)104h、……、1041上的電壓HV-LV0
[0004]承載板102的具有LED芯片104和鍵合線105的前側(cè)103借助于能透光的囊封料107，例如硅酮或環(huán)氧樹脂囊封，所述囊封料例如可以具有填充材料，如擴(kuò)散體顆粒和/或發(fā)光材料顆粒。
[0005]因?yàn)槌休d板102是能導(dǎo)電的，所以所述承載板不太適合于在LED芯片104的串聯(lián)級(jí)104h……1041上或在連接接觸部106h、1061上施加的高壓HV-LV的情況下使用發(fā)光模塊101。高壓例如可以對(duì)應(yīng)于交流電壓信號(hào)的峰值電壓或?qū)?yīng)于直流電壓。
[0006]因?yàn)長(zhǎng)ED芯片104的厚度是相對(duì)小的(典型地在幾百微米的范圍中)，所以高壓HV-LV的施加造成在鍵合線105和LED芯片104的芯片基板之間的穿過囊封料106和LED芯片104的其余部分的、尤其在第一 LED芯片104h的區(qū)域中的強(qiáng)的電場(chǎng)F。在此情況下，不利地閉合到LED串聯(lián)電路的電分路P。
[0007]如果如圖2中所示出的那樣承載板102以其后側(cè)108經(jīng)由用于電絕緣的中間層109與金屬的冷卻體110連接，那么出現(xiàn)另一問題。冷卻體110典型地與接地GND電連接。在此情況下，也在鍵合線105和冷卻體110之間出現(xiàn)電容性耦合。
[0008]如在圖3中的對(duì)應(yīng)于圖2的等效電路圖中示出的那樣，每個(gè)鍵合線105存在在所述鍵合線105和冷卻體110之間的至少兩個(gè)電容，即在鍵合線105和承載板102之間的第一電容Cws，所述第一電容具有囊封料107作為電介質(zhì)；和在承載板102和冷卻體110之間的第二電容Csh，所述第二電容具有中間層109作為電介質(zhì)。第一電容Cws典型地顯著小于第二電容Csh。由此，第一電容Cws上的施加在鍵合線105上的電勢(shì)顯著地下降。這附加地造成穿過囊封料107的強(qiáng)的電場(chǎng)。
[0009]已知的用于應(yīng)對(duì)這些問題的措施在于由導(dǎo)熱的、然而電絕緣的陶瓷材料構(gòu)成的，例如由AlN構(gòu)成的承載板的應(yīng)用。然而，所述解決方案是非常昂貴的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是，至少部分地克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)并且尤其以簡(jiǎn)單的且成本適宜的方式提高在鍵合線和承載基板之間的放擊穿安全性或減少形成分路和/或局部放電的危險(xiǎn)。
[0011]所述目的根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的特征來實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選的實(shí)施方式尤其能由從屬權(quán)利要求中得出。
[0012]所述目的通過具有多個(gè)半導(dǎo)體光源的發(fā)光模塊來實(shí)現(xiàn)，所述發(fā)光模塊具有金屬的承載板，其中在承載板上并且與所述承載板電絕緣地設(shè)置有多個(gè)金屬的基板(在下文中稱作“承載基板”)，在所述承載基板上分別設(shè)置有至少一個(gè)半導(dǎo)體光源。承載基板的半導(dǎo)體光源優(yōu)選串聯(lián)地電連接。
[0013]通過將半導(dǎo)體光源劃分或“團(tuán)簇(Clustern)”成η個(gè)組或“集”，其中η>1，減小在設(shè)置在共同的載體上的半導(dǎo)體光源的串聯(lián)級(jí)之上的電勢(shì)差或“集電壓” A Vn = HVn-LVn。換言之，現(xiàn)在不再應(yīng)用對(duì)于所有的半導(dǎo)體光源共同的載體(即承載板)，而是使用多個(gè)彼此電絕緣的載體(即承載基板)。因此實(shí)現(xiàn)，在組的或承載基板η的第一半導(dǎo)體光源和最后的半導(dǎo)體光源之間施加的集電壓A Vn通過選擇位于一個(gè)承載基板上的半導(dǎo)體光源的數(shù)量m(m> = I)來限制于期望的最大值。因此，用于m個(gè)串聯(lián)的具有正向電壓Vf的半導(dǎo)體光源的集電壓AVn可以確定為△ Vg=m.Vf。由此，能夠減小在鍵合線和承載板之間的電場(chǎng)F。由此，又降低在發(fā)光模塊之內(nèi)的局部放電的和/或電分路的構(gòu)成的危險(xiǎn)。發(fā)光模塊還能夠簡(jiǎn)單地且價(jià)格便宜地構(gòu)成。
[0014]優(yōu)選地，至少一個(gè)半導(dǎo)體光源包括至少一個(gè)發(fā)光二極管。在存在多個(gè)發(fā)光二極管的情況下，所述發(fā)光二極管能夠以相同的顏色或以不同的顏色發(fā)光。顏色能夠是單色的(例如紅色、綠色、藍(lán)色等)或多色的(例如白色)。由至少一個(gè)發(fā)光二極管放射的光也能夠是紅外光(IR-LED)或紫外光(UV-LED)。多個(gè)發(fā)光二極管能夠產(chǎn)生混合光;例如白色的混合光。至少一個(gè)發(fā)光二極管能夠包含至少一個(gè)用于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的發(fā)光材料(轉(zhuǎn)換式LED)。發(fā)光材料能夠替選地或附加地以遠(yuǎn)離發(fā)光二極管的方式設(shè)置(“Remote phosphor”遠(yuǎn)程熒光粉)。至少一個(gè)發(fā)光二極管能夠以至少一個(gè)單獨(dú)封裝的發(fā)光二極管的形式或以至少一個(gè)LED芯片的形式存在。多個(gè)LED芯片能夠安裝在共同的基板(“Submount”)上。至少一個(gè)發(fā)光二極管能夠裝配有至少一個(gè)自身的和/或共同的用于引導(dǎo)射束的光學(xué)裝置，例如至少一個(gè)菲涅爾透鏡、準(zhǔn)直儀等。代替例如基于InGaN或AlInGaP的無機(jī)的發(fā)光二極管或除了其以外，通常也能夠使用有機(jī)LED(0LED，例如聚合物0LED)。替選地，至少一個(gè)半導(dǎo)體光源例如能夠具有至少一個(gè)二極管激光器。在至少一個(gè)二極管激光器下游也可以連接有用于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的發(fā)光材料，例如以LARP( uLaserActivated Remote Phosphor激光激活遠(yuǎn)程焚光粉”)設(shè)置的方式。特別優(yōu)選的是例如基于GaN結(jié)構(gòu)的、尤其具有電絕緣的安置區(qū)域或底部區(qū)域的LED芯片。
[0015]金屬的承載板尤其可以具有鋁和/或銅或者由其構(gòu)成。承載板尤其可以圓盤形地或方形地成形。承載板的厚度尤其明顯小于承載板的平面中的擴(kuò)展。承載板可以是平坦的或彎曲的。厚度可以是恒定的，然而不限制于此。
[0016]金屬的承載基板同樣例如可以具有鋁和/或銅或者由其構(gòu)成。承載基板尤其也可以圓盤形地或方形地成形。承載基板的厚度尤其明顯比承載基板的平面中的擴(kuò)展更小。厚度能夠是恒定的，然而不限制與此。承載基板優(yōu)選設(shè)置在承載板的一側(cè)上。金屬的承載基板優(yōu)選具有鏡反射的表面，以便將光損失保持得小。
[0017]施加到半導(dǎo)體光源上的電壓或電勢(shì)差HV-LV尤其可以是高壓。高壓尤其可以理解為對(duì)于交流電壓而言具有至少50V的有效值的電壓以及對(duì)于直流電壓而言具有至少120V的值。高壓尤其可以理解為230V或更多、尤其400V的直流電壓。
[0018]在一個(gè)設(shè)計(jì)方案中，半導(dǎo)體光源串聯(lián)地電連接尤其表示所有半導(dǎo)體光源串聯(lián)地電連接。在此，半導(dǎo)體光源能夠全部連接為唯一的串聯(lián)級(jí)，或者半導(dǎo)體光源能夠以電的方式劃分為多個(gè)能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的串聯(lián)級(jí)或“支路”。尤其在不同顏色的半導(dǎo)體光源中，劃分為多個(gè)支路是有意義的，其中支路優(yōu)選包括相同顏色的串聯(lián)的半導(dǎo)體光源。因此，在一個(gè)變型形式中，在承載基板上可以設(shè)置有多個(gè)支路。
[0019]—個(gè)設(shè)計(jì)方案為，發(fā)光模塊構(gòu)建用于在至少一個(gè)承載基板上施加電勢(shì)Vc，尤其將相應(yīng)的電勢(shì)Vc施加到所有承載基板上。自由的電勢(shì)Vc減小在鍵合線和承載基板之間的電勢(shì)差。這引起在鍵合線和承載基板之間的明顯更小的電場(chǎng)，這又降低在發(fā)光模塊之內(nèi)的局部放電的風(fēng)險(xiǎn)。所述設(shè)計(jì)方案能夠簡(jiǎn)單地且價(jià)格便宜地實(shí)現(xiàn)。所述設(shè)計(jì)方案與Cws和Csh的值無關(guān)地工作。
[0020]能特別簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)的且有效的設(shè)計(jì)方案是，承載基板的電勢(shì)Vc對(duì)應(yīng)于施加在所述承載基板的至少一個(gè)半導(dǎo)體光源的串聯(lián)級(jí)上的電勢(shì)的平均值。因此，承載基板的電勢(shì)Vc對(duì)應(yīng)于施加在承載基板的第一 LED芯片上的電勢(shì)HV的和施加在承載基板的最后的LED芯片上的電勢(shì)LV的平均值，即Vc = (HV+LV)/2。由此，實(shí)現(xiàn)在鍵合線和承載基板之間的特別小的電勢(shì)差，即在從承載基板的第一連接接觸部引導(dǎo)至承載基板的第一LED芯片的鍵合線上的，或者在從承載基板的最后的LED芯片引導(dǎo)至承載基板的第二連接接觸部的鍵合線上的絕對(duì)值最大為(HV-LV)/2的電勢(shì)差。
[0021]對(duì)于將電勢(shì)Vc施加到承載基板上的特別簡(jiǎn)單的實(shí)施方案是如下優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案:發(fā)光模塊具有用于提供至少一個(gè)承載基板的電勢(shì)Vc的分壓器或與其連接。
[0022]如果在承載基板上設(shè)置有相同數(shù)量的半導(dǎo)體光源，那么能特別簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)發(fā)光模塊。
[0023]此外，一個(gè)設(shè)計(jì)方案是，將承載板固定在冷卻體上。這改進(jìn)半導(dǎo)體光源的冷卻。
[0024]所述目的也通過用于運(yùn)行如上描述的發(fā)光模塊的方法實(shí)現(xiàn)，其中在至少一個(gè)承載基板上施加電勢(shì)。該方法能夠與發(fā)光設(shè)備類似地構(gòu)成并且得到相同的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0025]結(jié)合實(shí)施例的下面的示意的描述，本發(fā)明的如上文所描述的特性、特征和優(yōu)點(diǎn)以及如何實(shí)現(xiàn)其的方式和方法變得更加明確和顯而易見，所述實(shí)施例結(jié)合附圖詳細(xì)闡述。在此，為了概覽，相同的或起相同作用的元件能夠設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。
[0026]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光模塊的側(cè)視剖面圖；以及
[0027]圖5示出圖4中的發(fā)光模塊連同所連接的分壓器。
【具體實(shí)施方式】
[0028]圖4示出CoB工藝的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光模塊，所述發(fā)光模塊具有由鋁構(gòu)成的承載板2，在所述承載板的前側(cè)3上在介電層4之上側(cè)向隔開地施加有由鋁構(gòu)成的多個(gè)承載基板5或5-1、5-2和5-3。板狀的承載基板5以其后側(cè)6安置在介電層4上并且在其前側(cè)7上分別承載多個(gè)LED芯片8，其中在此僅分別示出所述多個(gè)LED芯片中的第一 LED芯片8h和最后的LED芯片81。純示例地，在此存在三個(gè)(n = 3)相同類型的承載基板5，所述承載基板分別具有相同數(shù)量m個(gè)相同的LED芯片8，例如其中隙相應(yīng)地m = 45。因此，發(fā)光模塊I總共具有3m= 135個(gè)LED芯片8。所有LED芯片8以唯一的串聯(lián)級(jí)的方式電連接。承載基板5尤其可以具有鏡反射的表面，例如根據(jù)Alanod公司的MIRO或MIRO SILVER的類型的鏡反射的表面