CN101599524A - 安装在基板上的半导体发光器件和包括空腔和盖板的封装及其封装方法 - Google Patents

安装在基板上的半导体发光器件和包括空腔和盖板的封装及其封装方法 Download PDF

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Abstract

一种用于半导体发光器件的安装基板包括具有第一和第二相对金属表面的固体金属块。第一金属表面包括空腔，其被配制成在其中安装至少一个半导体发光器件和将由安装在其中的至少一个半导体发光器件发射的从空腔光反射出去。一个或者多个半导体发光器件安装在空腔中。配置具有孔径的盖子，以匹配地固定到和第一金属表面相邻的固体金属块，使得该孔径和空腔对准。可以在封装中提供反射涂层、导电轨迹、绝缘层、基座、通孔、透镜、柔性膜、光学元件、磷光体、集成电路、光耦合媒介、凹槽和/或新月形控制区。还提供了相关的封装方法。

Description

安装在基板上的半导体发光器件和包括空腔和盖板的封装及其封装方法
发明领域
本发明涉及半导体发光器件及其制造方法，更尤其涉及半导体发光器件的封装和封装方法。
背景技术
半导体发光器件，例如发光二极管(LED)或者激光二极管广泛地使用于很多应用中。如本领域技术人员所公知的，半导体发光器件包括一个或者多个半导体层，它们被配置成当对其加电时发射出相干光和/或不相干光。还已知的是，通常将半导体发光器件封装，以提供外部电连接、散热器、透镜或者波导、环境保护和/或其它功能。
例如，已知的是，为半导体发光器件提供两片封装，其中将半导体发光器件安装在包括氧化铝、氮化铝和/或其它材料的基板上，其包括在其上的电轨迹，以便为半导体发光器件提供外部连接。例如使用胶，围绕半导体发光器件，将可能包括镀银的铜的第二基板安装在第一基板上。可以将透镜放置在半导体发光器件之上的第二基板上面。在Loh的申请序列号US2004/0041222A1中描述了如上所述的具有两片封装的发光二极管，标题为Power Surface Mount Light Emitting Die Package，2004年3月4日公布，转让给本申请的受让人，其公开的内容在此全部引作参考，如同在这里全部陈述一样。
发明内容
本发明的一些实施例提供了半导体发光器件的安装基板，其包括具有第一和第二相对金属表面的固体金属块。第一金属表面包括在其中的空腔，其配制成在其中安装至少一个半导体发光器件和将由安装在其中的至少一个半导体发光器件发射的光从空腔反射出去。安装基板还包括具有贯穿延伸的孔径的盖子。设置该盖子以匹配地固定到和第一金属表面相邻的固体金属块，使得该孔径和空腔对准。在一些实施例中，第二金属表面包括其中的多个散热片。
在一些实施例中，反射涂层设置在空腔中和孔径中。在其它实施例中，第一导电轨迹设置在第一金属表面上，第二导电金属轨迹设置在空腔中，将它们设置成连接到安装在空腔中的至少一个半导体发光器件。在一个实施例中，孔径包括在其中的凹槽，将其设置成露出第一表面上的第一导电轨迹。仍然在另一个实施例中，在第一金属表面上设置绝缘层，在绝缘层上设置导电层，将导电层构图以提供在空腔中的反射涂层、和第一和第二导电轨迹。固体金属块可以是具有氧化铝绝缘层的固体铝块。在其它实施例中，固体金属块是具有陶瓷绝缘层的固体钢块。
仍然在本发明的其它实施例中，第一金属表面包括其中的基座，并且空腔在基座中。仍然在其它的实施例中，固体金属块包括其中的通孔，其从第一表面延伸到第二表面。通孔包括其中的导电孔，其电连接到第一或者第二导电轨迹。
在本发明的一些实施例中，半导体发光器件安装在空腔中。在其它的实施例中，透镜跨过空腔延伸。仍然在其它的实施例中，当空腔在基座中时，透镜跨过基座并跨过空腔延伸。仍然在其它的实施例中，在其中包括光学元件的柔性膜设置在第一金属表面上，其中光学元件跨过空腔延伸或者跨过基座并跨过空腔延伸。因此，可以提供半导体发光器件封装。
还可以根据本发明的多个元件提供磷光体。在一些实施例中，在透镜或者光学元件的内和/或外表面上设置包括磷光体的涂层。在其它实施例中，透镜或者光学元件包括分散在其中的磷光体。仍然在其它的实施例中，在半导体发光器件本身上设置磷光体涂层。还可以提供这些实施例的组合。
还可以在电连接到第一和第二轨迹的固体金属块上设置集成电路。集成电路可以是发光器件驱动集成电路。
可以在空腔和孔径中设置光耦合媒介。而且，在一些实施例中，覆盖板包括其中的至少一个新月形控制区，将其设置成控制空腔中的光耦合媒介的新月形物。
本发明的其它实施例提供了用于半导体发光器件阵列的安装基板。在这些实施例中，第一金属表面包括其中的多个空腔，将其中的每一个设置成在其中安装至少一个半导体发光器件，并将由安装在其中的至少一个半导体发光器件发射的光从各个空腔反射出去。第二金属表面可以包括多个散热片。根据上述的任何一个实施例，还可以设置反射涂层、导电轨迹、绝缘层、基座、通孔、透镜、柔性膜、光学元件、磷光体、集成电路和/或光耦合媒介，以提供半导体发光器件封装。而且，空腔可以均匀地和/或不均匀地间隔彼此设置在第一表面中。还设置有其中包括多个贯穿延伸的孔径的盖子。设置该盖子以匹配地固定到和第一金属表面相邻的固体金属块，使得各个孔径和各个空腔对准。根据上述的任何一个实施例，还可以设置凹槽和/或新月形控制区。
根据本发明的一些实施例可以封装半导体发光器件，通过在其第一表面中制造包括一个或者多个空腔的固体金属块、在第一表面上形成绝缘层、在其中的至少一个空腔中形成导电层并安装半导体发光器件。将盖子匹配地固定到和第一金属表面相邻的固体金属块上。该盖子包括多个穿过其延伸的孔径，使得各个孔径和各个空腔对准。可以根据上面所述的任何一个实施例提供基座、通孔、透镜、柔性膜、光学元件、磷光体、集成电路、光耦合媒介、凹槽和/或新月形控制区。
附图说明
图1A-1H是根据本发明的多个实施例用于半导体发光器件的安装基板的侧视截面图。
图2是根据本发明的多个实施例用于制造半导体发光器件的安装基板的步骤的流程图。
图3A和3B是根据本发明的多个实施例半导体发光器件的顶视图和底视图。
图4是根据本发明的多个实施例封装的半导体发光器件的分解透视图。
图5是根据本发明的多个实施例封装的半导体发光器件的组装透视图。
图6A-6H是根据本发明的多个实施例的可以和半导体发光器件一起使用的透光学元件的横截面图。
图7是根据本发明的其它实施例的半导体发光器件封装的横截面图。
图8是根据本发明的实施例可以用于制成光学元件的模制设备的示意图。
图9和10是根据本发明的多个实施例可以执行封装半导体发光器件的步骤的流程图。
图11A和11B、12A和12B、13A和13B是根据本发明的多个实施例在中间制造步骤中半导体发光器件封装的横截面图。
图14是根据本发明的多个实施例半导体发光器件封装及其制造方法的分解截面图。
图15-25是根据本发明的多个实施例半导体发光器件封装的横截面图。
图26是根据本发明的多个实施例半导体发光器件封装的透视图。
图27是根据本发明的多个实施例的封装的半导体发光器件的侧视截面图。
图28是图27的透视图。
图29是根据本发明的其它实施例封装的半导体发光器件的侧视截面图。
图30是根据本发明的多个实施例可以执行封装半导体发光器件的步骤的流程图。
图31是根据本发明的多个实施例安装半导体发光器件的基板的侧视截面图。
图32是根据本发明的多个实施例封装的半导体发光器件的侧视截面图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述本发明，其中示出了本发明的实施例。然而，该发明不应当解释为局限到这里所述的实施例。相反，提供这些实施例，使得该公开将变得更详细和完整，并向本领域技术人员全面地传送了本发明的范围。在图中，为了清楚起见放大了层和区域的厚度。全文中相同的数字指代相同的元件。如这里所使用的术语“和/或”包括相关列表项的一种或者多种的任何一个以及所有组合，并可以缩写为“/”。
这里使用的技术术语仅仅是描述特殊实施例的目的，并不意味着对本发明的限定。如这里使用的，单数形式“一”、“一个”和“该一个”意味着也包括多种形式，除非上下文另外清楚地表明。另外将理解的是，当用在说明书中时，术语“包括”和/或“包含”指明所述特征、区域、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或者多个其它特征、区域、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或者添加。
将理解的是，当称元件例如层或者区域在另一个元件“上面”或者在“其上”延伸时，它可以直接在其它元件的上面或者在其上延伸，或者还可以存在插入元件。相反，当称元件“直接在另一个元件之上”或者直接“延伸到另一个元件之上”时，没有插入元件存在。还将可以理解的是，当称元件“连接到”或者“耦合到”另一个元件时，它可以直接连接或者耦合到另一个元件或者可以存在插入元件。相反，当称元件“直接连接到”或者“直接耦合到”另一个元件时，没有插入元件存在。
将理解的是，尽管这里可以使用术语第一、第二等等描述不同的元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不受这些术语的限制。只是使用这些术语区分一个元件、部件、区域、层或部分和另一个区域、层或者部分。因此，在不超出本发明的教导的范围时，下面讨论的第一个元件、部件、区域、层或者部分也可以叫做第二元件、部件、区域、层或者部分。
另外，在这里可以使用相对术语，例如“下面”、“底部”或者“水平”，以及“上面”、“顶部”或者“垂直”描述如图中所示的一个元件相对于另一元件的关系。将可以理解的是，相对术语意味着除了图中所描述的方向之外还包括器件的不同方向。例如，如果将图中的器件翻转，那么可以将描述为在其它元件“下”侧的元件定位在其它元件的“上”侧。因此，根据图的特殊方向，典型术语“下”可以包含“下”和“上”的方向。类似地，如果将其中一个图中的器件翻转，那么可以将描述为“下”或者“下面”的元件定位在其它元件“上面”。因此，典型术语“下”或者“下面”可以包含上和下的方向。
这里参考示意性描述本发明的理想实施例的横截面图描述本发明的实施例。同样，例如，可以预期到由于制造技术和/或误差导致的多种图形状。因此，本发明的实施例不应当解释为局限于这里所图解的区域的特殊形状，而是包括例如由于制造导致的形状偏离。例如，图解或者描述成平面的区域通常可以具有粗糙的和/或非线性的特征。而且，图解的锐角通常可以成为圆形。因此，图中所图解的区域实质上是示意性的，它们的形状不意味着图解区域的精确性状并且不意味着限制本发明的范围。
除非另外限定，这里所使用的术语(包括技术和科技术语)具有和本发明所属普通技术员通常理解的相同含义。还将理解的是，例如在平常使用的字典中定义的那些术语应当解释为具有和相关领域的上下文中它们的含义相一致的含义，并且不以理想的或者非常正式的含义解释，除非在这里清楚地定义。
图1A-1H是根据本发明的多个实施例用于半导体发光器件的安装基板的侧视截面图。参考图1A，据本发明的多个实施例用于半导体发光器件的安装基板包括在其第一金属表面100a中具有空腔110的固体金属块100，其配置成在其中安装半导体发光器件，并将安装在其中的至少一个半导体发光器件发生的光从空腔110反射出去。在一些实施例中，固体金属块100是固体铝块或者固体钢块。空腔110可以通过机械加工、压印加工、刻蚀和/或其它常规技术形成的。可以配置空腔110的尺寸和形状，以增强或者优化将来自安装在空腔110中的半导体发光器件的光从空腔110反射出去的数量和/或方向。例如，可以提供倾斜的侧壁110a和/或半椭圆形的横截面剖面，以便于将由安装在其中的至少一个半导体发光器件发生的光从空腔110反射出去。还可以在空腔侧壁和/或地板上提供附加的反射层，这将在下面描述。
仍然参考图1A，固体金属块100的第二金属表面100b包括在其间的多个散热片190。为了理想的散热可以改变散热片190的数量、间隔和/或几何形状，这是本领域技术人员公知的。而且，散热片没必要均匀地间隔开，没必要时直的，横截面没必要是矩形的，并可以使用本领域公知的技术以一维伸长阵列和/或二维阵列散热片柱设置。每个散热片本身可以包括在其上的一个或者多个突起叶片。在一些实施例中，金属块100可以是大约6mm×大约9mm并且大约2mm厚的铝或者钢矩形固体金属块，空腔110可以是大约1.2mm深，具有直径大约为2.5mm的圆形平面，具有任何简单或者复杂形状的侧壁110a，获得了所需的辐射图案。然而，块100可以具有其它的多边形和/或椭圆形状。而且，在一些实施例中，可以提供散热片190的阵列，其中散热片具有2mm的宽度、5mm的节距和9mm的深度。然而，可以提供很多其它结构的散热片190。例如，可以在Web at aavid.com上找到很多散热片设计外形。
图1B示出了根据本发明的其它实施例的安装基板。如图1B所示，在固体金属块100的表面上提供电绝缘涂层120。可以在固体金属块的整个露出表面上提供绝缘涂层120，包括散热片190，或者不包括图1B所示的散热片190，或者只是在固体金属块的露出表面的很小一部分上。在一些实施例中，这将在下面描述，绝缘涂层120包括氧化铝(Al2O3)薄层，例如其可以通过在固体金属块100是铝的实施例中阳极氧化固体金属块100来形成。在其它实施例中，绝缘涂层120包括在固体钢块100上的陶瓷涂层。在一些实施例中，涂层120足够厚以提供电绝缘体，但是保持足够薄以至于不能够不适当地增加可经过的导热路径。
可以使用由IRC Advanced Film Division of TT Electronics，Corpus Christi，Texas销售的，名称为AnothermTM的基板提供包括氧化铝的绝缘涂层120的铝固体金属块100，例如它们在小册子中描述了标题为“Thick Film Application Specific Capabilities and InsulatedAluminum Substrates”，2002，它们都可以在Web at irctt.com上找到。而且，可以使用由Heatron有限公司，Leavenworth，Kansas销售的，名称为
Figure A20091015180900101
的基板提供具有陶瓷的绝缘涂层120的钢的固体金属块100，例如它们在小册子中描述了标题为“Metal Core PCBs for LED LightEnglines”，它们都可以在Web at heatron.com上找到。可以根据这里描述的任何实施例在这些固体金属块中提供空腔110和散热片190。具有绝缘涂层120的其它固体金属块100可以在其第一金属表面100a中设置有至少一个空腔110，并在本发明的其它实施例中在第二金属表面100b中设置多个散热片190。
现在参考图1C，第一和第二间隔分开的导电轨迹130a、130b设置在空腔110中的绝缘涂层120上。将第一和第二间隔分开的导电轨迹130a、130b配置成连接到安装在空腔110中的半导体发光器件。如图1C所示，在一些实施例中，第一和第二间隔分开的导电轨迹130a、130b可以从空腔110延伸到固体金属块100的第一表面100a上。当仅仅在固体金属块100的一部分上提供绝缘涂层120时，它可以设置在第一和第二间隔分开的导电轨迹130a、130b与固体金属块100之间，由此使得第一和第二间隔分开的导电轨迹130a、130b与固体金属块100绝缘。
图1D示出了本发明的其它实施例，其中第一和第二间隔分开的导电轨迹130a’、130b’从空腔110延伸到围绕金属块的至少一侧100c的第一表面100a并且延伸到和第一表面100a相对的固体金属块的第二表面100b。因此，可以提供背面的接触。
在本发明的一些实施例中，第一和第二间隔分开的导电轨迹130a、130b和/或130a’、130b’包括金属，并且在一些实施例中，包括反射金属例如银。因此，在本发明的一些实施例中，在绝缘层120提供导电层，构图该导电层以提供在空腔110中的反射涂层、和第一和第二导电轨迹130a、130b，设置该第一和第二导电轨迹130a、130b以连接到安装在空腔110中的至少一个半导体发光器件。
在其它实施例中，如在图1E中所示的，可以在第一和第二间隔分开的导电轨迹130a’、130b’和/或空腔110中提供一个或者多个分开的反射层132a、132b。在这些实施例中，导电轨迹130a’、130b’可以包括铜，并且反射层132a、132b可以包括银。相反，在图1C和/或1D的实施例中，导电轨迹可以包括银以提供集成反射器。
在又一个其它的实施例中，不需要提供分开的反射层。而是，包括侧壁110a的空腔110的表面可以提供足够的反射率。因此，几何地配置空腔110，以将由安装在其中的至少一个半导体发光器件发射的光反射出去，例如通过在空腔110的倾斜侧壁110a和/或地板上提供倾斜侧壁110a、反射倾斜侧壁110a和/或反射涂层132a和/或132b，使得空腔的尺寸和/或侧壁几何形状起到将由安装在空腔110中的至少一个半导体发光器件发射的光从空腔110反射出去的作用。通过在空腔110中附加反射涂层132a和/或132b可以提供或者增强反射。
在本发明的又一个其它实施例中，如图1F所示的，可以通过第一和/或第二通孔140a和/或140b提供背面接触，这些通孔可以通过机械加工、刻蚀和/或其它常规技术形成。而且，如图1F所示，绝缘涂层120延伸到通孔140a和140b中。第一和第二导电孔142a、142b提供在第一和第二通孔140a、140b中，并通过通孔140a、140b中的绝缘涂层120和固体金属块100绝缘。
在图1F中，通孔140a、140b和导电孔142a和142b从空腔110延伸到第二表面100b中。通孔140a、140b可以垂直于和/或倾斜于第一和第二表面100a、100b。第一和第二间隔分开的导电轨迹130a’、130b’可以被提供在空腔110中，并电连接到相应的第一和第二导电孔142a、142b。在第二个表面100b上，还可以提供电连接到相应的第一和第二导电孔142a、142b的第三和第四间隔分开的导电轨迹130c、130d。在一些实施例中可以提供焊料掩模层，以隔离第二表面100b上的第三和第四导电轨迹130c、130d，从而便于电路板组装。焊料掩模层是本领域技术人员公知的，不需要在这里描述。如图1F所示，可以在固体金属块100的中心和/或边缘，也就是空腔110的附近和/或偏移处提供散热片190。
在图1F的实施例中，第一和第二通孔140a、140b和第一和第二导电孔142a、142b从空腔110延伸到第二表面100b。在图1G的实施例中，第一和第二通孔140a’、140b’和第一和第二导电孔142a’、142b’从空腔110外面的第一表面100a延伸到第二表面100b。通孔140a’、140b’可以垂直于和/或倾斜于第一和第二表面100a、100b。第一和第二间隔分开的导电轨迹130a”、130b”从空腔110延伸到第一表面100a上的相应第一和第二导电孔142a’、142b’。在第二表面100b上提供电连接到各自第一和第二导电孔142a’、142b’的第三和第四轨迹130c’、130d’。如图1G所示，可以在固体金属块100的中心和/或边缘，也就是空腔110的附近和/或偏移处提供散热片190。
图1H示出了结合图1D描述的本发明的实施例，其进一步包括安装在空腔中并连接到第一和第二间隔分开的电轨迹130a’、130b’的半导体发光器件150。而且，图1H示出了在其它实施例中，透镜170横跨空腔延伸。在又一个其它的实施例中，在半导体发光器件150和透镜170之间提供密封剂160。密封剂160可以包括纯的环氧树脂并可以增强从半导体发光器件150到透镜170的光耦合。密封剂160在这里还被称作光耦合媒介。在一些实施例中，在固体金属块100上提供透镜保持器180，以保持透镜170跨越空腔110。在其它实施例中，可以不使用透镜保持器180。
半导体发光器件150可以包括发光二极管、激光二极管和/或可能包括一个或者多个半导体层的其它器件，其可以包括硅、碳化硅、氮化镓和/或其它半导体材料，基板，其可以包括蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓或者其它微电子基板，和一个或者多个接触层，其可以包括金属和/或其它导电层。半导体发光器件的设计和制造是本领域技术人员公知的。
例如，发光器件150可以是氮化镓基的LED或者在碳化硅基板上制造的激光器，例如由Durham，North Carolina的Cree有限公司制造和出售的那些器件。例如，本发明可适用于和在美国专利号6201262，6187606，6120600，5912477，5739554，5631190，5604135，5523589，5416342，5393993，5338944，5210051，5027168，5027168，4966862和/或4918497中描述的LED和/或激光器一起使用，其公开的内容在这里引作参考，如同完全在这里陈述。其它适当的LED和/或激光器在公开的美国专利公开号US2003/0006418A1中公开，其标题为“Group IIINitride Based Light Emitting Diode Structures With a Quantum Welland Superlattice，Group III Nitride Based Quantum Well Structuresand Group III Nitride Based Superlattice Structures”，公开日期为2003年1月9日，并还在公开的美国专利公开号US2002/0123164A1中公开了，标题为“Light Emitting Diodes Including Modifications forLight Extration and Manufacturing Methods Therefor”。此外，磷光体涂覆的LED也可以适用于本发明的实施例中，例如在美国专利申请号US2004/0056260A1中描述的那些LED，公开日为2004年3月25日，标题为“Phosphor-Coated Light Emitting Diodes Including TaperedSidewalls，and Fabrication Methods Therefor”，其公开的内容在这里引作参考，如同完全在这里陈述。
可以配置LED和/或激光器来操作，使得通过基板出现发光。在这种实施例中，可以构图该基板以便于增强该器件的光输出，例如在上述美国专利公开号US2002/0123164A1中描述的。
本领域技术人员将理解的是，尽管将图1A-1H的实施例描述为独立的实施例，但是可以共同使用图1A-1H的多个元件以提供对这些元件的多种组合和/或子组合。因此，例如，可以在所示的任何实施例中使用反射层132a、132b，并可以在所示的任何实施例中使用半导体发光器件150、透镜170、密封剂160和/或透镜保持器180。因此，本发明不局限于图1A-1H所示的单独的实施例。
图2是根据本发明的多个实施例用于进行封装半导体发光器件的步骤的流程图。参考图2，如在块210所示的，在其表面中提供了固体块，例如图1A-1H的铝或者钢块100，包括空腔例如空腔100，配置该空腔以在其中安装半导体发光器件，并将由安装在其中的至少一个半导体发光器件发射的光从空腔110中反射出去。块100在其中还包括在其第二表面100b上的多个散热片190。如在上面描述的，可以通过机械加工、压印加工、刻蚀和/或其它常规技术提供空腔。还可以通过这些和/或其它技术提供散热片190。另外，在其它实施例中，固体金属块还可以包括穿过其延伸的第一和第二间隔分开的通孔例如通孔140a、140b和/或140a’、140b’，其可以通过机械加工、刻蚀和/或其它常规技术制造。
再次参考图2，在块220，在固体金属块的至少一些表面上形成绝缘涂层。在一些实施例中，氧化固体铝块。在其它实施例中，在固体钢块上提供陶瓷涂层。可以提供其它绝缘涂层和其它固体金属块。在一些实施例中，涂覆固体金属块的整个露出表面。另外，当提供通孔时，还可以涂覆通孔的内表面。在其它实施例中，例如，通过在不希望被涂覆的那些部分上提供掩蔽层来仅仅涂覆金属块部分。铝的氧化是本领域技术人员公知的并且可以通过例如阳极氧化工艺和/或其它氧化工艺进行，以在铝上提供Al2O3的薄层。钢上的陶瓷涂层是本领域技术人员公知的，在这里没必要进一步描述。
仍然参考图2，在块230上，根据该结构，在第一表面上的空腔中、第二表面的侧面和/或之上制造第一和第二间隔分开的导电轨迹，例如轨迹130a、130b和/或130a’、130b’，如在上面所述的。另外，在一些实施例中，可以在通孔中制造导电孔，例如孔142a、142b和/或1420a’、142b’。可以在导电轨迹之前、同时和/或之后制造导电孔和/或反射层。在涂覆有绝缘层的固体金属块上制造导电轨迹是公知的，以提供具有铝、钢和/或其它核心的电路板状结构，并因此不需要在此具体描述。
最后，在块240，可以进行其它的操作以在基板上安装半导体器件、透镜、柔性膜等装和/或保持器，如这里所述的。还将注意的是，在一些可替换的实施方案中，可以不按照流程中所示的顺序执行图2的块中所示的功能/行动。例如，根据包含的功能/行动，实际上基本上可以同时执行连续所示的两个块，或者有时可以以相反的顺序执行块。
图3A和3B是根据本发明的多个实施例封装分别的顶视图和底视图，其可以对应于图1D的横截面图。图3A和3B描述了固体金属块100、空腔110、叶片190、围绕固体金属块缠绕的第一和第二间隔分开的导电轨迹130a’、130b’，以及安装在空腔110中的半导体发光器件150。绝缘层120可以是透明的并且没有示出。可以在这些和/或任何其它实施例中的第一和/或第二间隔分开的导电轨迹上提供第二绝缘层和/或焊料掩模。
图4描述了本发明的其它实施例分解透视图，其可以对应于图1H。如图4所示，固体金属块100在其中包括空腔110，和在其上的多个间隔分开的电轨迹。在图4中，示出了第一电轨迹130a’。然而，可以提供多个第二电轨迹330a’、330b’和330c’而不是一个第二电轨迹来连接可以安装在空腔110中的多个半导体发光器件150’，以提供例如用于白光源的红、绿和蓝半导体发光器件。示出密封剂160和透镜保持器180。透镜保持器180的其它结构可以提供用于在固体金属块100上安装透镜170的脊梁和/或其它常规安装装置。还将理解的是，可以在透镜保持器180中使用环氧树脂或者其它胶。在本发明的一些实施例中透镜保持器180还可以提供附加的顶部散热能力。图5示出了图4的组装封装。
因此，本发明的一些实施例使用固体金属块作为半导体发光器件的安装基板并包括一个或者多个集成空腔和多个集成散热片。当提供集成散热片时，铝或者钢具有用作有效散热器的充分导热性。另外，材料的成本和制造成本可能是低的。而且，生长高质量绝缘氧化物和/或提供陶瓷涂层的能力允许形成理想的电轨迹，而没有对耐热性产生严重冲击，因为可以精确控制阳极氧化的厚度或者其它涂层。还可以选择性地构图该绝缘层，其可以允许将另一镀层金属添加到基板，例如仅仅在空腔侧壁上镀银，用于增加光特性。
在固体金属块中形成光学空腔和散热片的能力，而不是单独的反射器帽和单独的散热器，可以减少组装成本，因为可以减少用于封装的总元件数量。因此，相对于固体金属块固定反射器(空腔)位置的事实还可以降低组装的复杂性。最终，集成散热片可以增强热效率。本发明的实施例对大功率发光器件尤其有用，例如大功率LED和/或激光二极管。在申请序列号10659108中描述了根据本发明的实施例可以使用的固体金属块安装基板的其它实施例，其提交日期为2003年9月9日，标题为“Solid Metal Block Mounting Substrates for Semiconductor LightEmitting Devices，and Oxidizing Methods For Fabricating Same”，转让给本发明的受让人，其公开的内容在此全部引作参考，如同在这里完全陈述。
通常理想的是，将磷光体引入到发光器件中，以增强在特殊的频带中的发射辐射和/或将至少一些辐射转化成其它的频带。可以使用常规的技术将磷光体包括在发光器件中。在一种技术中，在器件的内和/或外塑料外壳涂覆磷光体。在其它技术中，例如，使用电泳沉积将磷光体涂覆在半导体发光器件自身上。仍然在其它的实施例中，可以将一滴材料例如在其中包含磷光体的环氧树脂放置在半导体发光器件上的塑料外壳内和/或该器件和外壳之间。例如，在美国专利6252254；6069440；5858278；5813753；5277840和5959316中描述了应用磷光体涂层的LED。
现在将要描述的本发明的一些实施例提供了在透镜上包括磷光体的涂层。在其它实施例中，透镜包括分散在其中的磷光体。
图6A-6H是根据本发明的多个实施例透光学元件的横截面图。可以使用这些光学元件封装半导体发光器件，这还将在下面描述。
如图6A所示，根据本发明的一些实施例的透光学元件包括包含透明塑料的透镜170。如这里使用的，术语“透明的”意思是来自半导体发光器件的光辐射可以在没有全部吸收或者全部反射的情况下穿过材料。透镜170包括分散在其中的磷光体610。这是本领域技术人员公知的，透镜170可以包括聚碳酸酯材料和/或用于制造透光学元件的其它常规塑料材料。另外，磷光体610可以包括任何常规的磷光体，包含铈基掺杂的YAG和/或其它常规磷光体。在一些特定实施例中，磷光体包括铈基掺杂钇铝石榴石的(YAG:Ge)，在其它实施例中，可以使用纳米磷光体。磷光体是本领域技术人员公知的，在这里不需要进一步描述。
在图6A中，磷光体610均匀地分散在透镜170中。相反，在图6B中，磷光体620不均匀地分散在透镜170中。例如，可以形成磷光体620的多种图案，以提供高强度和/或不同颜色的区域和/或当照射时在透镜上提供多种指示。在图6A-6B中，透镜110是圆盖形透镜。如这里使用的，术语“圆盖”和“圆盖形”指的是通常具有弓形表面剖面的结构，包括规则的半球形结构以及没有形成规则半球形的其它通常弓形的结构，它们是偏心的形状和/或具有其它特征结构和/或表面。
现在参考图6C，可以在透镜170的外部上提供一个或者多个涂层630。涂层可以是保护涂层、极化涂层、具有显示的涂层和/或对于本领域技术人员公知的光学元件的任何其它常规涂层。在图6D中，在透镜170的内表面上提供一个或者多个内涂层640。再一次，可以使用任何常规涂层或者涂层的组合。
另外，本发明的其它实施例提供用于透镜170的内和外涂层，该透镜包括在其中均匀分布的磷光体610和/或不均匀分布的磷光体620。通过提供内和外涂层，可以提供和磷光体匹配的改善的系数。因此，根据本发明的一些实施例，可以注模三层。本发明的其它实施例可以在外壳内使用系数匹配媒介，例如液体和/或固体凝胶，以帮助系数匹配。内和外层的使用可以降低光子的数量，由于系数匹配的问题所以可以将这些光子捕获在含磷光体的层中。
图6E描述本发明的其它实施例，其中在透镜170内提供透明内核心650。在一些实施例中，还如图6E所示，透明内核心650填充透镜170以提供半球形的光学元件。透明内核心650可以是均匀透明的和/或可以在其中包括半透明的和/或不透明的区域。透明内核心650可以包括玻璃、塑料和/或其它光耦合媒介。
图6F描述了本发明的其它实施例，其中含磷光体的透镜170和半导体发光器件150组合在一起，配置该半导体发光器件150以将光662发射到并穿过透明的内核心650和穿过透镜170，以从透镜170射出。
图6G是本发明的其它实施例的横截面图。如图6G所示，提供安装基板100，使得发光器件150在安装基板100和透明内核心650之间。还如在图6G中所示的，安装基板100在其中包括空腔110，并且发光器件150至少部分地在空腔110中。还提供了散热片190。
图6H仍然描述了本发明的其它实施例。在这些实施例中，可以用密封剂680填充空腔110，例如环氧树脂和/或其它光耦合媒介(例如硅)。密封剂680可以增强从发光器件150到透明内核心650的光耦合。还提供了散热片190。
本领域技术人员将理解的是，尽管将图6A-6H的实施例描述成单独的实施例，但是可以以元件的不同组合和子组合一起使用图6A-6H的多个实施例。因此，例如可以一起使用内和外涂层640和630、均匀分布的磷光体610和不均匀分布的磷光体620、发光器件150、安装基板100、空腔110、内核心650和密封剂680的组合。另外，图6A-6H组合可以和这里公开的任何其它实施例组合在一起。
图7是根据本发明的其它实施例发光器件的横截面图。如图7所示，这些实施例包括透镜170，其可以由装载有磷光体和/或其它化学物质的透光材料构成。内核心650可以由透光材料例如塑料或者玻璃构成，并可以放置在包括散热片190的安装基板100中的含密封剂的空腔110上。透镜170和内核心650形成用于发光二极管150的透镜。
图8是根据本发明的多种实施例用于形成透光学元件的设备的示意图。尤其是，图8描述了根据本发明的多种实施例可用于形成透光学元件的注模设备。如图8所示，注模设备包括储料器810或者其它存储装置，其中提供了透明塑料和/或磷光体添加剂850。可以以小球状、粉末和/或固体形式提供透明塑料和/或磷光体添加剂。可以包括其它添加剂，例如溶剂、粘合剂等等，这是本领域技术人员公知的。注射器820可以包括加热器和用于熔化透明塑料和磷光体添加剂的螺旋机构，和/或保持这些材料在熔融状态以提供包含透明材料和磷光体添加剂的熔融液体。注射剂820通过喷嘴830将熔融的液体注射到模具840中。模具840包括其中的适当沟槽860，其可以用于限定光学元件的形状，例如圆顶型或者小键盘的键。光学元件的注塑模制是本领域技术人员公知的并例如在美国专利4826424；5110278；5882553；5968422；6156242和6383417中描述了，在这里不需要进一步描述。还将理解的是，还可以使用浇铸技术，其中在凹形模具中提供包含透明塑料和磷光体添加剂的熔融液体，该凹形模具然后耦合到突起模具(或者反之亦然)以浇铸光学元件。例如，在美国专利4107238；4042552；4141941；4562018；5143660；5374668；5753730和6391231中描述了光学元件的浇铸，在这里不需要进一步描述。
图9是根据本发明的多个实施例可以用于封装半导体发光器件的步骤的流程图。如图9所示，在块910，模具例如图8的模具840被包含透明塑料和磷光体添加剂的熔融液体填充。在块920，允许熔融液体固化以产生在其中具有分散磷光体的光学元件。然后从模具中去除掉光学元件并横跨固体金属块中的空腔安装。
图10是根据本发明的多个实施例可以执行封装半导体发光器件的步骤的流程图。如图10所示，在块1010，使用注射模塑、浇铸和/或其它常规技术模制透镜，例如圆顶型的透镜170，其包括在其中分散有磷光体的透明塑料。在块1020，形成核心例如图6E的核心650。将可以理解的是，在一些实施例中，在透镜170内部放置或者形成核心650，然而，在其它实施例中，通过形成透明核心650并用包含透明塑料和磷光体添加剂的熔融液体填充包括透明核心650的模具，使块1020在块1010之前，以形成围绕透明核心的透镜170。
仍然参考图10，将半导体发光器件例如器件150放置在安装基板例如安装基板100的反射空腔110中。在块1040，将密封剂例如图6H的密封剂680应用到安装基板100、发光器件150和/或核心650上。最终，在块1050，使用环氧树脂、搭扣配合和/或其它常规安装技术使得透镜或者外壳和安装基板匹配。
对于内核心650理想的是填充整个透镜，以便于减少或者最小化可以使用的密封剂680的数量。如本领域技术人员所公知的，密封剂680可以具有与安装基板100和/或内核心650不同的热膨胀系数。通过减少或者最小化在块1040使用的密封剂680的数量，可以降低或者最小化这些热不匹配的效果。
应当注意的是，在一些替换实施中，在图9和/或10的块中标注的功能/动作可能不按照流程图标注的顺序进行。例如，连续示出的两个块实际上可以基本上同时地执行，或者根据包含的功能/动作有时候可以以相反的顺序执行块。
因此，本发明的一些实施例使用模制或者浇铸技术可能形成复合光学元件例如透镜。在一些实施例中，可以使用注射模塑以将扩散在模制材料中的磷光体层放置在内或者外表面上，并然后在剩余的体积中完成模制或者浇铸工艺，以形成所需的光学元件。在一些实施例中，这些光学元件可以转换透镜后面的蓝色发光二极管以导致出现白光。
本发明的其它实施例可以使用磷光体均匀地分散光和/或或者以所需的图案分散光。例如，常规的发光器件可以以“蝙蝠翼”的辐射图案发光，其中以离轴的角度提供较大的光强度，例如和在轴上(0°)或者在侧面相比，离轴大约40°的角度(例如，大于大约40°的角度)。其它的发光二极管可以提供“Lambertian”的辐射图案，其中最强的强度聚集在离轴大约40°的中心区域中，并然后在最大角度处快速地下降。仍然另外的常规器件可以提供侧面发射辐射图案，其中在最大角处提供最大的光强度，例如从轴的90°，并在接近轴的较小角度处快速地下降。相反，本发明的一些实施例可以降低或者消除从发光器件输出的光的辐射图案对于角度的依赖性，例如颜色相关温度(CCT)对于角度的依赖性。因此，在一些实施例中光强度和从透镜的所有表面的x，y色度值/坐标可能保持相对恒定。当用于照明应用时这可能是有利的，例如在聚光灯效果不理想的房间中。
根据本发明的一些实施例，上述的注射模塑工艺可以允许具有多特征的单一光学元件的形成，例如透镜化和白色转换。因此，借助于两次模制或者浇铸技术，根据一些实施例，人们可以将磷光体层形成它的所需结构，从观看的角度来说，降低或者最小化颜色温度对于角度的依赖性。
在2003年9月9日提交的申请序列号10/659240中描述了包括分散在其中的磷光体的透镜的其它实施例，标题为“Transmissive OpticalElements Including Transparent Plastic Shell Having a PhosphorDispersed Therein，and Methods of Fabricating Same”，转让给本申请的受让人，其公开的内容在这里全部引作参考如同完全被陈述。
在本发明其它实施例中，在半导体发光器件150本身上提供包括磷光体的涂层。尤其是，可能所需的是为LED提供磷光体，例如以提供固态的发光。在一个例子中，用于固态白色发光的LED可以在短波长时产生高辐射通量输出，例如在大约380nm到大约480nm的范围中。可以提供一种或者多种磷光体，其中使用LED的短波、高能量质子输出部分地或者全部地激发磷光体，由此下变频LED的输出的一部分或者全部，以导致出现白光。
在一个特定例子中，可以结合红色、绿色以及蓝色磷光体一起使用从LED输出的大约390nm的紫外光，以导致白光的出现。在另一个特定例子中，可以使用从LED输出的大约470nm的蓝光以激发黄色磷光体，以通过传输470nm的蓝色输出的一部分以及当LED输出的一部分被磷光体吸收时出现的一些第二黄色发射，导致出现白光。
使用很多常规技术可以将磷光体包含在半导体发光器件中。在一种技术中，将磷光体涂覆在LED的塑料外壳的内部和/或外部。在其它技术中，将磷光体涂覆在半导体发光器件本身上，例如使用电泳沉积。仍然在其它的技术中，可以将一滴材料例如包含在其中的磷光体的环氧树脂放置在塑料外壳的内部、半导体发光器件上面和/或器件和外壳之间。这种技术可以称作“液滴顶”。磷光体涂层还可以包含系数匹配材料和/或可以提供单独的系数匹配材料。
另外，如上面所述的，公布的美国专利申请号US2004/0056260A1描述了一种发光二极管，包括具有第一和第二相对表面的基板和在第一和第二相对表面之间从第二表面朝着第一表面以倾斜角延伸的侧壁。在倾斜侧面上提供共形磷光体层。倾斜侧壁可以允许比常规直角侧壁更均匀的磷光体涂层。
根据本发明的其它实施例，通过在半导体发光器件的发光表面的至少一部分上放置包含悬浮在溶剂中的磷光体颗粒的悬浮液，并蒸发至少一部分溶剂以使得磷光体颗粒沉积在发光表面的至少一部分上，来制造半导体发光器件。由此在发光表面的至少一部分上形成包括磷光体颗粒的涂层。
如这里使用的，“悬浮液”表示两相固体液体系统，其中在液体中(“溶剂”)混合了固体颗粒，但是没有溶解(“悬浮的”)。而且，如这里使用的，“溶液”表示单相液体系统，其中在液体中(“溶剂”)溶解了固体颗粒。
图11A是根据本发明的多个实施例在中间制造步骤中半导体发光器件封装的横截面图。如图11A所示，将包括悬浮在溶剂1124中的磷光体颗粒1122的悬浮液1120放置在半导体发光器件150的至少一部分发光表面150a上。如这里使用的，“光”指的是任何辐射、由半导体发光学元件150发射的可见光和/或不可见光(例如紫外光)。然后蒸发至少一部分溶剂1124，如图11A和11B箭头连接所示的，以使得磷光体颗粒1122沉积在发光表面150a的至少一部分上，并在其上形成包括磷光体颗粒1122的涂层1130。在一些实施例中，搅动包括悬浮在溶剂1124中的磷光体颗粒的悬浮液1120，同时进行图11A的放置和/或同时进行蒸发。而且，如图11B所示，可以进行蒸发以使得磷光体颗粒1122均匀地沉积在发光表面150a的至少一部分上，由此形成磷光体颗粒1122的均匀涂层1130。在一些实施例中，磷光体颗粒1122均匀地沉积在整个发光表面150a上。而且，在一些实施例中，基本上可以蒸发全部溶剂1124。例如，在一些实施例中，可以蒸发至少大约80％的溶剂。在一些实施例中，基本上蒸发全部的溶剂1124，使得磷光体颗粒1122均匀地沉积在整个发光表面150a上。
在本发明的一些实施例中，溶剂1124包括甲基乙基酮(MEK)、酒精、甲苯、醋酸戊酯和/或其它常规溶剂。而且，在其它实施例中，磷光体颗粒1122的尺寸可以是大约3-4μm，并且可以将这些磷光体颗粒1122的大约0.2gm混合成大约5cc的MEK溶剂1124，以提供悬浮液1120。可以通过点药器吸管分配悬浮液1120，并在室温下或者高于室温或者低于室温下，例如在大约60℃和/或大约100℃温度下进行蒸发。
对本领域技术人员来说磷光体也是公知的。如这里使用的，磷光体颗粒1122可以是掺杂铈的钇铝石榴石(YAG:Ge)和/或其它常规的磷光体，并可以使用常规混合技术将其混合到溶剂1124中，由此提供包括磷光体颗粒1122的悬浮液1120。在一些实施例中，配置磷光体以转换从发光表面150a发射的至少一些光，使得从半导体发光器件出现的光呈现为白光。
图12A是本发明的其它实施例的横截面图。如图12A所示，提供安装基板100，并将半导体发光学元件150安装在其中的空腔110中。还提供了散热片190。将包括悬浮在溶剂1124中的磷光体颗粒的悬浮液1120放置在空腔110中。因此，可以使用空腔110来限制悬浮液1120，并由此提供悬浮液1120的可控数量和几何形状。
现在参考图12B，进行蒸发，由此蒸发掉至少一些溶剂1124，以使得磷光体颗粒1122沉积在发光表面150a的至少一部分上，并形成包括磷光体颗粒1122的涂层1130。
图13A和13B描述了本发明的其它实施例。如图13A所示，在这些实施例中，空腔110包括空腔底板110b，半导体发光器件150安装在空腔底板110b上。而且，半导体发光器件150从空腔底板110b突出出去。在一些实施例中，半导体发光器件150的发光表面150a包括远离空腔底板110b的表面150b，和在表面150b和空腔底板110b之间延伸的侧壁150c。如图13B所示，进行蒸发以蒸发掉至少一部分溶剂1124，以使得磷光体颗粒1122均匀地沉积在发光表面150a的至少一部分上，由此形成包括磷光体颗粒1122的均匀厚度的涂层1130。还如图13B所示，在一些实施例中，涂层在表面150b和侧壁150c上可以是均匀的厚度。在一些实施例中，涂层1130可以均匀地在发光学元件150外面的底板110b上延伸。在其它实施例中，涂层1130还可以至少部分地延伸到空腔110的侧壁110a上。
在本发明的其它实施例中，可以将粘合剂添加到悬浮液1120中，使得当蒸发时，磷光体颗粒1122和粘合剂沉积在发光表面150a的至少一部分上，并在其上形成包括磷光体颗粒1122和粘合剂的涂层。在一些实施例中，可以使用纤维素材料，例如乙基纤维素和/或硝基纤维素作为粘合剂。而且，在其它实施例中，至少一部分粘合剂可以随同溶剂一起蒸发。
在本发明的其它实施例中，悬浮液1120包括磷光体颗粒1122和悬浮在溶剂1124中的光散射颗粒，并且其中蒸发掉至少一些溶剂1124，以使得磷光体颗粒1122和光散射颗粒沉积在发光器件150的至少一部分上，并形成包括磷光体颗粒1122和光散射颗粒的涂层1130。在一些实施例中，光散射颗粒可以包括SiO2(玻璃)颗粒。在一些实施例中，通过选择散射颗粒的尺寸，可以有效地将蓝光散射以使得发射源(对于白光应用)更均匀(更特别地，任意地)。
还将理解的是，根据本发明的多个实施例，还可以提供图11A-13B的实施例的组合和子组合。而且，根据本发明的多个实施例还可以提供图11A-13B和其它图中的任一个或者全部的实施例的组合和子组合。在2004年9月21日提交的申请序列号10/946587中描述了通过从悬浮液中蒸发溶剂来涂覆半导体发光器件的其它实施例，标题为“Method ofCoating Semiconductor Light Emitting Elements by EvaporatingSolvent From a Suspension”，转让给本发明的受让人，其公开的内容在此引作参考，如同全部陈述。在2004年9月23日提交的申请序列号10/947704中描述了通过在半导体发光器件上涂覆包括透明硅树脂和磷光体的构图膜来涂覆半导体发光器件的其它实施例，标题为“Semiconductor Light Emitting Devices Including PatternableFilms Comprising Transparent Silicone and Phosphor，and Mehtodsof Manufacturing Same”，转让给本发明的受让人，其公开的内容在此引作参考，如同全部陈述。
本发明的其它实施例在第一金属表面上提供了在其中包括光学元件的柔性膜，其中光学元件跨过空腔延伸。在一些实施例中，光学元件是透镜。在其它实施例中，光学元件可以包括磷光体涂层和/或可以包括扩散在其中的磷光体。
图14是根据本发明的多个实施例的半导体发光器件封装及其组装方法的分解截面图。参考图14，这些半导体发光器件封装包括固体金属块100，其具有在其中包括空腔110的第一表面100a和在其中包括多个散热片190的第二表面100b。在其中包括光学元件1430的柔性膜1420被提供在第一表面100a上，并且半导体发光器件150被提供在金属块100和柔性膜1120之间，并配制成通过光学元件发光662。可以使用固定元件1450以将柔性膜1420和固体金属块100彼此固定。
仍然参考图14，柔性膜1420可以提供可以由柔性材料例如常规的室温硫化(RTV)硅树脂橡胶构成的盖片。还可以使用其它的硅树脂基和/或柔性材料。通过由柔性材料构成，当操作过程中柔性膜膨胀和缩短时，柔性膜1420可以和固体金属块100相一致。而且，通过简单的低成本技术例如传递模塑、注射模塑和/或本领域技术人员公知的其它常规技术可以制成柔性膜1420。
如上所述的，柔性膜1420在其中包括光学元件1430。光学元件可以包括透镜、棱镜、光发射增强和/或转换元件，例如磷光体、光散射元件和/或其它光学元件。还可以提供一种或者多种光学元件1430，这将在下面具体描述。而且，如图14所示，在一些实施例中，可以在光学元件1430和半导体发光学元件150之间提供光耦合媒介1470，例如光耦合胶和/或其它系数匹配材料。
仍然参考图14，可以将固定元件1450具体化为粘合剂，其可以围绕固体金属块100的周围、围绕柔性膜1420的外围和/或其所选择的部分处放置，例如在其拐角处。在其它实施例中，可以围绕柔性膜1420压印加工固体金属块100，以提供固定元件1450。可以使用其它的常规固定元件。
图14还描述了根据本发明的多个实施例组装或者封装半导体发光器件的方法。如图14所示，半导体发光学元件150安装在固体金属块100的第一表面100a的空腔110中，该金属块在其第二表面100b上包括叶片190。例如，使用固定元件1450将在其中包括光学元件1430的柔性膜1420固定到第一表面100a上，使得在操作中，半导体发光器件150通过光学元件1430发光662。在一些实施例中，将光耦合媒介1470放置在半导体发光器件150和光学元件1430之间。
图15是根据本发明的其它实施例，图14的封装的半导体发光器件的横截面图。柔性膜1420延伸到空腔110之外的表面100a上面。光学元件1430覆盖在空腔110上面，半导体发光器件150在空腔110中，并配置成通过光学元件1430发光662。在图15中，光学元件1430包括凹透镜。在一些实施例中，光耦合媒介1470设置在光学元件1430和半导体发光器件150之间的空腔110中，在一些实施例中，光耦合媒介1470填充空腔110。
图16是本发明的其它实施例的横截面图。如图16所示，两个光学元件1430和1630包含在柔性膜1420中。第一光学元件1430包括透镜，第二光学元件1630包括棱镜。来自半导体发光器件150的光穿过棱镜1630并穿过透镜1430。还可以提供光耦合媒介1470。在一些实施例中，光耦合媒介1470填充空腔110。光耦合媒介1470可以具有和棱镜1630明显不同的折射系数，使得棱镜1630可以减少阴影。如图16所示，半导体发光器件150包括朝着柔性膜1420延伸的线1650，棱镜1630配置成通过线1650减少从半导体发光器件150发射的光的阴影。由此可以提供更均匀的光发射，具有线1650的减少的阴影。将理解的是，这里使用的术语“线”是广义的含义，涵盖对于半导体发光器件150的任何电连接。
图17是本发明的其它实施例的横截面图。如图17所示，磷光体1710被提供在透镜1430和半导体发光器件150之间的柔性膜1320上。磷光体410可以包括掺杂铈的钇铝石榴石(YAG)和/或其它常规的磷光体。在一些实施例中，磷光体包括掺杂铈的钇铝石榴石(YAG:Ge)。在其它的实施例中，可以使用纳米磷光体。磷光体是本领域技术人员公知的，在这里不需要进一步描述。还可以提供可以填充空腔110的光耦合媒介1470。
图18仍然描述了本发明的其它实施例。在这些实施例中，透镜1430包括和半导体发光器件150相邻的凹入内表面1430a，并且磷光体1710包括在凹入内表面1430a上的共形磷光体层。还可以提供可以填充空腔110的光耦合媒介1470。
图19是其它实施例的横截面图。如图19所示，覆盖空腔119的柔性膜1420的至少一部分1420d是透光的。而且，延伸到超出空腔110的表面100a上的柔性膜1420的至少一部分1420c是不透光的，如柔性膜1420的虚线部分1420c所示。不透明部分1420c可以减少或者阻止光射线的跳跃，并由此部分地产生了更理想的光图案。还可以提供可以填充空腔110的光耦合媒介1470。
图20是本发明的其它实施例的横截面图，其中透性膜1420可以由多种材料制成。如图20所示，覆盖空腔110的柔性膜1420的至少一部分1420d包括第一材料，超出空腔110延伸到表面100a上面的柔性膜1420的至少一部分1420c包括第二材料。在一些实施例中，可以在柔性膜1420中可以使用两种或者多种材料，以便为柔性膜1420的该部分提供不同的特性，光通过该柔性膜发射并且光通过该柔性膜不发射。在其它实施例中为了其它目的可以使用多种材料。例如，可以将非柔性和/或柔性塑料透镜固定到柔性膜上。例如，可以使用常规的多种模制技术制造具有多种材料的这种柔性膜1420。在一些实施例中，模制的第一材料可以不完全固化，以便于提供固定到随后模制的第二材料的满意连接。在其它实施例中，对于光学元件和柔性膜可以使用相同的材料，其中形成光学元件，并然后围绕光学元件形成柔性膜。还可以提供可以填充空腔110的光耦合媒介1470。
图21是本发明的其它实施例的横截面图。在这些实施例中，半导体发光学元件150包括线1650，其朝着空腔110中的柔性膜1420延伸并与其接触。柔性膜1420包括透明导体2110，其可以包括氧化铟锡(ITO)和/或其它的常规透明导体。透明导体在空腔110中延伸并电连接导线。由此可以通过线1650提供减少的阴影。而且，可以减少或者消除连接到金属块100的线，和继而可能的光扭曲。还可以提供可以填充空腔110的光耦合媒介1470。
图22是本发明的其它实施例的横截面图。如图22所示，光学元件1430包括透镜，其覆盖在空腔110上并从空腔110突出去。柔性膜1420还包括在透镜1430和发光学元件150之间的突出元件2230，其朝着空腔110突出去。如图22所示，共形磷光体层1710被提供在突出元件2230上。通过在透镜1430的背面提供突出元件2230，可以替代在器件中的光耦合媒介1470。由此图22的布置可以在离发光学元件150的理想距离处提供更均匀的磷光体涂层，从而提供更均匀的照明。光耦合媒介1470可以填充空腔110。
图23和24描述了根据本发明的多个实施例包括多个半导体发光器件和/或多个光学元件的封装。例如，如图23所示，光学元件1430是第一光学元件，以及半导体发光器件150是第一半导体发光器件。柔性膜1420还在其中包括第二光学元件1430’，其和第一光学元件1430间隔分开，并且该器件还包括在基板100和柔性膜1420之间的第二半导体发光器件150’，并配制成通过第二光学元件1430’发光。而且，还可以提供第三光学元件1430”和第三半导体发光器件150”。光学元件1430、1430’、1430”可以彼此相同和/或彼此不同，并且半导体发光器件150、150’、150”可以彼此相同和/或彼此不同。而且，在图23的实施例中，空腔110是第一空腔，第二和第三空腔110’、110”分别为第二和第三半导体发光器件150’、150”提供。空腔110、110’、110”可以是彼此相同和/或是彼此不同的结构。还可以提供可以填充空腔110的光耦合媒介1470。将理解的是在其它实施例中可以提供更大数量或者更少数量的半导体发光器件和/或空腔。
还如图23所示，磷光体1710可以是第一磷光体层，并且第二和/或第三磷光体层1710’和1710”可以分别提供在第二光学元件1430’和第二半导体发光器件150’之间，以及第三光学元件1430”和第三半导体发光器件150”之间上的柔性膜1420上。磷光体层1710、1710’、1710”可以是相同的，可以是不同的和/或可以被去掉。特别地，在本发明的一些实施例中，配置第一磷光体层1710和第一半导体发光器件150以产生红光，配置第二磷光体层1710’和第二半导体发光器件150’以产生蓝光，并配置第三磷光体层1710”和第三半导体发光器件150”以产生绿光。可以在一些实施例中提供能发射白光的红、绿、蓝(RGB)发光学元件。
图24是本发明的其它实施例的横截面图。在这些实施例中，分别为第一、第二和第三半导体发光器件150、150’、150”提供一个空腔2400。还可以提供可以填充空腔2400的光耦合媒介1470。将理解的是在其它实施例中可以提供更大数量或者更少数量的半导体发光器件和/或空腔。
图25仍然是本发明的其它实施例的横截面图。在图25中，光学元件1530包括具有分散在其中的磷光体的透镜。上面描述了包括分散在其中的磷光体的透镜的很多实施例，没必要重复。仍然在本发明的其它实施例中，可以将光散射元件嵌入透镜中，如图25所示，和/或被提供为单独层，例如在图22中所示的，还有或者代替磷光体。
图26是根据本发明的其它实施例半导体发光器件封装的透视图。
本领域技术人员将理解的是，已经结合图14-26分别描述了本发明的多个实施例。然而，根据本发明的多个实施例可以提供图14-26的实施例的组合和子组合，并还可以和根据这里描述其它图的任何一个的实施例相结合。
图27是根据本发明的多个实施例半导体发光器件封装的横截面图。如图27所示，固体金属块110包括在其第一金属表面100a中的多个空腔110和在其第二金属表面100b中的多个散热片190。绝缘层120被提供在第一金属表面100a上面。导电层130被提供在绝缘层上面并且被构图以提供在空腔110中的反射涂层2730a、和在空腔110中的第一2730b和2730c导电轨迹，将导电轨迹配置成连接到安装在空腔中的至少一个半导体发光器件150。如图27所示，轨迹可以提供在半导体发光器件之间的串联连接。然而，还可以提供并联和/或串联/并联或者反并联连接。将理解的是在其它实施例中可以提供更大数量或者更少数量的半导体发光器件和/或空腔。
仍然参考图27，在第一金属表面100a上提供在其中包括光学元件1430例如透镜的柔性膜1420，其中各个光学元件1430跨过各个空腔110延伸。可以提供柔性膜1420和光学元件1430的多个实施例，如上面广泛描述的。而且如上所述，可以集成磷光体。在其它实施例中，也可以提供分立的透镜170，以代替包含光学元件1430的柔性膜1420。在一些实施例中，导体130连接到固体金属块110上的集成电路2710，例如发光器件驱动集成电路。在一些实施例中，可以将图27的半导体发光封装配置成提供插入式的来代替常规灯泡。
图28是根据图27的实施例的透视图。如图28所示，通过导电层连接的空腔110的阵列可以提供在固体金属块100的第一表面100a上。在图28中，示出了在柔性膜1420上空腔的均匀间隔10％10阵列和相应的光学元件1430的10％10阵列。然而，可以提供更大或者更小的阵列，并且阵列可以是圆形的、任意的间隔和/或其它结构。而且，可以在空腔110和光学元件1430阵列的一些或者所有部分中提供不均匀的间隔。更特别地，均匀的间隔可以促进均匀的光输出，然而，可以提供不均匀的间隔以补偿跨过固体金属块100的多个部分的散热片190的散热能力中的不同。
将理解的是可以将图27和28的实施例以和这里描述的其它实施例的组合和子组合组合在一起。
图29是本发明的其它实施例封侧视截面图。在这些实施例中，第一金属表面100a还包括在其中的多个基座2900，多个空腔110中的每一个都在多个基座2900的相应一个中。为了清楚，没有在图29中示出绝缘层120和导电层130。在其它实施例中还可以在所给的基座2900中提供多个空腔110。在图29的实施例中，柔性膜1420’包括多个光学元件1430’，例如透镜，其中的每一个跨过相应基座2900和跨过相应空腔110延伸。将理解的是在其它实施例中可以提供更大数量或者更少数量的半导体发光器件和/或空腔。
根据本发明的一些实施例通过提供基座2900，可以更靠近光学元件1430’的径向中心放置发光器件150，由此允许发射的均匀性得到增强。还将理解的是，图29的实施例可以被配置有分立的光学元件，例如透镜，其中的每一个跨过相应的基座2900和空腔110，并且图29的实施例可以和上面所述其它实施例的任何组合或者子组合组合在一起。
图30是根据本发明的多个实施例可以执行封装半导体发光器件的步骤的流程图。可以使用图30的方法封装一个或者多个半导体发光器件，以提供在之前任一个图中描述的结构。
在块3010处如图30中所示的，制造包括空腔和散热片的固体金属块，如在上面广泛描述的。在块3020，绝缘层形成在固体金属块的至少一部分上，例如在其第一金属表面上，如上面广泛描述的。在块3030，导电层形成在绝缘层上。可以构图导电层以提供在空腔中的反射涂层、和在延伸到空腔中的第一表面上的第一和第二导电轨迹，如在上面广泛描述的。在块3040，将至少一个半导体发光器件安装在各个空腔中，并电连接到各个空腔中的第一和第二导电轨迹上，如在上面广泛描述的。在块3050，可以添加光耦合媒介，如在上面广泛描述的。在块3060，将透镜，光学元件和/或柔性膜放置在第一表面上，如在上面广泛描述的。在其它实施例中，还可以提供在上面广泛描述的通孔、反射层和/或其它结构。
还将注意的是，在一些可替换的实施方案中，图30中的块中标注的功能/动作可能不按照流程图中标注的顺序进行。例如连续示出的两块实际上可能基本上同时执行，或者根据包含的功能/动作，有时以相反的顺序执行块。
现在将提供本发明的多个实施例的附加讨论。本发明的实施例可以在固体金属块上提供三维顶层和背面拓扑，由此在一个工件中提供集成反射器空腔和集成散热片。集成光空腔可以有利于对准并容易制造。集成散热器可以增强热效率。根据本发明的一些实施例，通过采用三维顶层拓扑形成用于LED的反射器，可以避免独立封装LED、将该封装安装到散热器并添加所需的驱动电子组件的必要。因此，可以将“集成反射器散热器上的芯片”提供为单个部件。由此可以提供高的光学效率和高的热效率。增加驱动电路可以为功能发光体提供完整的解决方案，该功能发光体可能只需要电源电压和最终的发光体壳体。
可以提供任何形状或者密度的器件。例如，一种可以是希望具有高流明强度(流明/平方毫米)，或者一种可以是希望通过分配空腔布局来增强或者优化热效率。高密度实施例可以具有四个高功率LED，例如由本发明的受让人Cree有限公司标注的标记为XB900，以提供2％2阵列，同时分配的热通路可以具有100个低功率的LED，例如由本发明的受让人Cree有限公司标注的标记为XB290，以提供10％10阵列，以实现相同的流明输出。在出版物CPR3AX，Rev.D，2001-2002中，标题为“CreeOptoelectronics LED Product Line”的产品手册中描述了XB900和XB290器件。还可以使用在该产品手册中描述的其它器件，例如XT290、XT230和/或来自其它制造商的其它器件。
如上面所描述的，光空腔或者可以凹进去或者可以提供为基座中的光学空腔。导电层可以提供芯片连接焊盘和线焊接焊盘。可以为红色、绿色或者蓝色LED提供单独的轨迹，或者可以串联或者并联所有的LED。
本发明的实施例可以提供这样的结构，其可以能够代替标准MR16或者其它光学固定装置。在一些实施例中，6.4瓦特的输入可以提供大约2.4瓦特的光功率和4瓦特的热消耗。
图31描述了本发明的其它实施例。如上面结合图1A-1H描述的，用于半导体发光器件的安装基板包括在其第一金属表面100a中的具有空腔110的固体金属块100，将该第一金属表100a配置成在其中安装半导体发光器件150。空腔110可以包括反射的不透明侧壁110a，其反射由器件150发射的光，并将反射的光引导到空腔110的外部。绝缘涂层120被提供在金属块100的表面上。半导体发光器件150电连接到第一和第二电轨迹130a’、130b’，它们形成在绝缘涂层120上，并且在所示的实施例中，它们围绕金属块100的至少一个侧面100c延伸并延伸到和第一表面100a相对的金属块100的第二表面100b上。
如结合本发明的其它实施例描述的，用于半导体发光器件的封装可以附加地包括安装空腔110上面的光学元件例如透镜170，并且空腔110可以包括密封剂160例如环氧树脂或者硅树脂，在一些实施例中，该空腔可以被密封剂160例如环氧树脂或者硅树脂填充。在一些实施例中，密封剂160可以包括波长转换材料，例如磷光体、光散射元件和/或其它材料。
在制造的过程中，可以将作为液体的密封剂注射到空腔110中。如在2004年3月31日提交的美国临时专利申请序列号60/557924中，标题为“Methods For Packaging A light Emitting Device”和在2004年3月31日提交的美国临时专利申请序列号60558314中，标题为“Reflector Packages And Methods For Packaging Of A SemiconductorLight Emitting Device”描述的，其每一个公开的内容在这里全部引作参考，如同在这里完全陈述，希望的是，控制注射到空腔110中的密封剂160的量。而且，制造约束可以使得很难控制注射到空腔110中的密封剂160的量，尤其是当空腔110非常小时，在注射的液体中的表面张力可能导致该液体形成特性的新月形物。如在上面参考临时申请描述的，可以使用这种新月形物帮助控制注射的密封剂的量，并通过使新月形物在基板上形成所需的特征来降低或者阻止密封剂的挤出。典型地，这些新月形控制特征形成在透镜170接触封装的位置处，这些新月形特征可以包括拐角、边缘。然而，在空腔110的边缘上形成新月形控制特征，并还提供从空腔110延伸的电轨迹130a’、130b’可能是困难的。
另外，当密封剂160包括波长转换材料时，可能希望的是将预定量的密封剂注射到空腔110中，以便于获得理想的波长转换特征。这意味着，在一些实施例中，空腔110可以非常深，以提供密封剂160的理想容积。在那种情况中，在块110的第一表面100a上形成电轨迹130a’、130b’以及空腔110的底板110b可以包括在被基本上垂直距离隔开的两个平面上的印刷电轨迹，其可以展示出艰难的挑战。这不仅可以使得制造工艺更昂贵和/或更耗时，而且它可能使得牺牲了线公差，以便于在被更多个小距离隔开的平面上形成电轨迹。
为了允许形成接收密封剂的大容积空腔同时保持可接受的轨迹尺寸，本发明的实施例包括盖板3100，其匹配地固定到块100上，并在其中包括完全穿过盖板3100延伸并配置成和空腔110对准的孔径3110。可以使用非导电环氧树脂和/或通过其它适当方式例如机械扳手，将该盖板3100匹配地固定到块100上，该盖板3100可以包括反射和/或非反射材料。在一些实施例中，盖板3100可以包括金属，例如铝、铜和/或钢。可替换地，盖板3100可以包括陶瓷或者液晶聚合物(LCP)塑料。可以将LCP塑料设计成具有和块100相一致的热膨胀系数，并还可以经受得住用于制造发光器件封装的典型处理温度。
在一些实施例中，可能希望的是使用具有高导热性的材料形成盖板3100，由此使得盖板3100起到第二散热器的作用。而且，在一些实施例中，不需要存在散热片190。
一旦盖板3100在适当的位置，孔径3110产生和光学空腔110相邻的第二空腔3120，配置该光学空腔110以接收密封剂160。在一些实施例中，孔径3110包括可能是垂直和/或倾斜的侧壁3110a。在一些实施例中，侧壁3110a是反射性的并可以被成形为增强和/或优化从第二空腔3120反射出去的光的量和/或方向。以不同的方式陈述，可以将第二空腔3120成形为延伸或者增强空腔110的光学特性。孔径3110的侧壁3110a可以由反射材料例如铝构成，和/或可以用反射材料涂覆。
盖板3100还可以包括新月形控制特征，例如拐角3130a、3130b，在其上可以形成液体密封剂160的新月形物160a。盖板3100还可以包括凹槽3140，该凹槽3140被配置成在其中接收透镜170。
图31中描述的实施例的附加的潜在优点是，可以通过盖板3100覆盖块100的第一表面100a上的电轨迹。因此，可以保护电轨迹不受环境和/或机械的损坏。
在一些实施例中，孔径3110可以包括凹槽3150以限定突出部分和露出块100的表面110a的一部分，在其上面形成电轨迹例如130a’，以允许接触线1650从器件150焊接到电轨迹例如130a’。而且，如图31所示，可以通过在固体金属块100的第一表面100a上而不是在空腔110中构图，来限定第一和第二电轨迹130a’、130b’。然后可以将接触线1650焊接到第一表面100a上而不是空腔110中的电轨迹130a’。可以简单地制造第一表面100a上的构图，因为可以在平坦表面上进行断开，并还可以增加空腔110中的反射材料的量。
在图32所示的一些实施例中，金属块100可以包括多个光学空腔110。在这些实施例中，盖板3100同样包括和空腔110对准的多个孔径3110。
还将理解的是，根据本发明的多个实施例，可以和图1A-30一起使用图31和/或32的实施例的组合和子组合。例如，可以提供基座。而且，在一些实施例中可以在彼此之上堆叠多个盖子。
在附图和说明书中，已经公开了本发明的实施例，尽管应用了特定的术语，但是可以仅仅以通常的和说明性的含义使用它们，并不是限制的目的，本发明的范围在下述的权利要求中陈述。

Claims (14)

1、一种用于半导体发光器件的安装基板，其包括：
固体金属块，其包括第一和第二相对的金属表面；
第一金属表面，被配置成在其上安装至少一个半导体发光器件，并反射由安装在其上的至少一个半导体发光器件发射的光；
第二金属表面在其中包括多个金属散热片；以及
盖子，其包括穿过其延伸的孔径，该盖子被配置成匹配地固定到和第一金属表面相邻的固体金属块。
2、根据权利要求1的安装基板，还包括在孔径中的反射涂层。
3、根据权利要求1的安装基板，还包括在第一金属表面上的第一导电轨迹和第二导电轨迹，将该第一和第二导电轨迹配置成连接到至少一个半导体发光器件。
4、根据权利要求1的安装基板，其组合了安装在第一金属表面上的至少一个半导体发光器件。
5、根据权利要求4的安装基板，其还组合了穿过孔径延伸的透镜。
6、根据权利要求4的安装基板，其组合了在孔径中的光耦合媒介。
7、根据权利要求3的安装基板，其中孔径在其中包括凹槽，该凹槽被配置成露出第一表面上的第一导电轨迹。
8、根据权利要求6的安装基板，其中盖子在其中包括至少一个新月形控制区，其被配制成控制光耦合媒介的新月形物。
9、一种半导体发光器件的封装方法，其包括：
制造包括第一和第二相对金属表面的固体金属块，该第一金属表面被配置成在其上安装至少一个半导体发光器件，并反射由安装在其上的至少一个半导体发光器件发射的光，和第二金属表面在其中包括多个金属散热片；
在该第一金属表面上形成绝缘层；
在该绝缘层上形成导电层，构图该导电层以提供在第一表面上的反射涂层、在第一表面上的第一导电轨迹和第二导电轨迹，将该第一和第二导电轨迹配置成连接到安装在第一表面上的多个半导体发光器件；
安装多个半导体发光器件，并将其电连接到第一和第二导电轨迹；以及
匹配地固定到和第一金属表面相邻的固体金属块、盖子，该盖子包括穿过其延伸的多个孔径，使得各个孔径和相应的半导体发光器件对准。
10、根据权利要求9的方法，其中进行匹配固定之后将光耦合媒介放置在孔径中，其中盖子在其中包括多个新月形控制区，该新月形控制区控制光耦合媒介的新月形物。
11、根据权利要求10的方法，其中放置该光耦合媒介之后将各个透镜跨过相应的孔径放置。
12、一种半导体发光器件的封装，其包括：
固体金属块，其包括第一和第二相对的金属表面，该第一金属表面被配置成在其上安装至少一个半导体发光器件，并反射由安装在其上的至少一个半导体发光器件发射的光，和该第二金属表面在其中包括多个金属散热片；
在该第一金属表面上的绝缘层；
在第一表面上的至少一个半导体发光器件；
在该绝缘层上的导电层，该导电层被构图以提供在第一表面上的反射涂层、在第一表面上的第一导电轨迹和第二导电轨迹，该第一和第二导电轨迹电连接到至少一个半导体发光器件；以及
盖子，其匹配地固定到和第一表面相邻的固体金属块，该盖子包括穿过其延伸且被固定的多个孔径，使得各个孔径和半导体发光器件对准。
13、根据权利要求12的封装，还包括在孔径中的光耦合媒介，其中盖子在其中包括多个新月形控制区，该新月形控制区控制光耦合媒介的新月形物。
14、根据权利要求13的封装，还包括：
多个透镜，其中的每一个透镜跨过相应的孔径延伸。
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