具有成形襯底的發光二極體的結合以及用於結合具有成形襯底的發光二極體的夾頭的製作方法
2023-12-11 16:39:17 1
專利名稱：具有成形襯底的發光二極體的結合以及用於結合具有成形襯底的發光二極體的夾頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件，尤其涉及用於安裝半導體器件到呈倒裝結構的底座上的裝置。
背景技術：
基於GaN的發光二極體(LED)一般包括絕緣的或半導體的襯底例如SiC或藍寶石，在其上澱積多個基於GaN的外延層。外延層包括具有p-n結的有源區，其在被激勵時發光。一般的LED被安裝在一個底座上，使其襯底側朝下，底座也稱為封裝或引線框架(下文稱為「底座」)。圖1示意地表示常規的LED，其具有n-型SiC襯底10，包括生成在襯底上的並被形成為平臺的基於GaN的n型層14和基於GaN的p型層16的有源區12。金屬p-電極18被澱積在基於GaN的p型層16上，並在p-電極18上形成對結合焊盤20的導線結合連接28。在導電襯底上的n-電極22利用導電的環氧樹脂26連附於金屬底座24上。在常規的工藝中，導電的環氧樹脂26(通常是銀環氧樹脂)被沉積在底座上，並把LED壓入環氧樹脂26中。然後使環氧樹脂進行熱固化，這使得其變硬，從而對LED晶片提供穩定的導電的安裝。在有源區12產生的光被向上引導，並被引導到器件的外部。不過，產生的光的大部分透射到襯底內並被環氧樹脂26吸收。
LED的倒裝涉及把LED襯底側朝上安裝在底座上。然後通過透明的襯底提取和發射光。對於安裝基於SiC的LED，倒裝安裝可以是一種特別須要的技術。因為SiC比GaN具有較高的折射率，在有源區內產生的光在GaN/SiC交界處不在內部反射(即向回反射進入基於GaN的層)。基於SiC的LED的倒裝可以改善本領域熟知的某些晶片成形技術的效果。SiC LED的倒裝封裝可以具有其它的優點，例如能夠改善散熱，根據晶片的特定的應用，這可能是須要的。
倒裝晶片的一個問題如圖2所示。即，當利用常規技術把晶片倒裝在導電的底座或封裝上時，導電的晶片連附材料26被沉積在晶片與/或底座24上，並把晶片壓入底座24內。這可以導致粘的導電的晶片連附材料26被擠出，因而和器件的基於GaN的n型層14以及n-型SiC襯底10接觸，藉以形成肖特基二極體連接，其將有源區的PN結短路，導致可以斷定的有害的結果。因而，須要對LED的倒裝安裝進行改進。
發明內容
本發明的實施例提供具有不規則的構型的發光器件的倒裝結合。本發明的某些實施例通過用這種方式對襯底施加力，使得在襯底內的剪切力不超過襯底的故障閾值，把具有成形襯底的發光二極體結合到底座上。這種結合例如可以利用熱聲與/或熱壓結合來實現。在本發明的一些實施例中，通過對發光二極體的襯底的表面施加力來把發光二極體結合到底座上，所述表面對於發光二極體的運動方向是傾斜的，藉以把發光二極體結合到底座上。
在本發明的特定的實施例中，通過使一個夾頭和對運動方向是傾斜的襯底的表面匹配，並沿著所述運動方向移動所述夾頭來對成形襯底施加力。這種夾頭的匹配可以藉助於密封具有和襯底的傾斜表面相應的匹配表面的夾頭，使得夾頭的匹配表面和襯底的傾斜表面接觸來提供。在本發明的一些實施例中，夾頭的匹配表面相對於夾頭本體是固定表面。在本發明的另一些實施例中，夾頭的匹配表面相對於夾頭本體是可以運動的表面。
在本發明的另一些實施例中，藉助於把夾頭置於發光二極體的上方，並對夾頭施加真空壓力來使夾頭密封。在本發明的一些實施例中，發光二極體是具有碳化矽的成形襯底的基於氮化鍺的發光二極體。具體地說，碳化矽的成形襯底可以具有一個立方體部分以及一個和所述立方體部分相鄰的截頭稜錐部分。在這種情況下，對碳化矽襯底的截頭稜錐部分的側壁施加力。
在本發明的另一些實施例中，提供一種用於結合具有成形襯底的發光二極體到底座上的夾頭。所述夾頭具有一個本體，在所述本體中具有一個室和與所述室連通的並適用於接收發光二極體的開口。夾頭還包括用於使夾頭的表面和對於夾頭的運動方向是傾斜的成形襯底的表面匹配的裝置。
在本發明的一些實施例中，用於匹配夾頭的表面和成形襯底的裝置由夾頭的固定表面來提供，所述固定表面限定所述的開口，並以和對運動方向是傾斜的成形襯底表面的角度相應的角度被設置。此外，所述本體還包括用於限定所述室的一個頂部和垂直側部，以及一個用於對所述室進行抽真空的開口。
在本發明的另一些實施例中，本體包括用於限定所述室的間隔開的側壁。在這種實施例中，可以藉助於在所述側部的終點的斜的表面提供夾頭的固定表面。此外，所述側部可以被分開相應於對於運動的方向是傾斜的成形襯底的表面的尺寸的一個距離。在這種實施例中，本體還可以包括一個頂部和一個用於在室內形成真空壓力的一個開口。所述側部此時可以是垂直側部。
在本發明的另一些實施例中，本體包括用於限定所述室的一個頂部和幾個垂直側部，以及一個用於在室內形成真空壓力的開口。在這種實施例中，所述側部可以是水平側部，它們從垂直側部延伸，並和頂部分開。
在本發明的另一些實施例中，用於匹配夾頭的表面和成形襯底的裝置藉助於用於限定所述開口的、可以相對於本體運動的、並被配置用於調節到相應於對於運動方向是傾斜的成形襯底表面的角度的一個角度的夾頭的表面來提供。在這種實施例中，本體可以包括用於限定所述室的一個頂部和幾個垂直側部，以及用於在所述室內形成真空壓力的一個開口。此外，本體可以包括被隔開的水平側部。在這種情況下，夾頭的可運動的表面可以藉助於所述水平側部的可運動的端部來提供，所述可運動的端部被配置使得基本上和成形襯底的角度相符，並被分開一個相應於對於運動方向是傾斜的成形襯底的表面的尺寸。
在本發明的一些實施例中，可運動的端部被鉸接，使得能夠圍繞水平側部的端部轉動。在本發明的另一些實施例中，本體還包括用於限定所述室的一個頂部和用於連接所述頂部和水平側部的幾個垂直側部，以及用於在所述室內形成真空壓力的一個開口。所述垂直側部還可以可運動地連接到垂直側部。例如，水平側部可被鉸接到垂直側部上。
在本發明的特定的一些實施例中，夾頭適用於具有成形的碳化矽襯底的基於氮化鍺的發光二極體。所述夾頭還適用於具有截頭稜錐部分的碳化矽的成形襯底，並且其中用於匹配的裝置包括用於使夾頭的表面和成形的碳化矽襯底的截頭稜錐部分的側壁匹配的裝置。
本發明的另一些實施例提供一種用於把具有成形襯底的發光二極體結合到底座上的夾頭。所述夾頭包括其中具有一個室的本體，以及在所述本體中的和所述室連通的開口，所述開口被這樣配置，使得成形襯底的一部分延伸進入所述室內而不和所述本體接觸。所述夾頭還包括在操作上和所述室相關的、用於接合所述襯底、使得在保持所述襯底的內部剪切力在所述襯底的剪切故障閾值以下的同時把發光二極體結合到底座上的裝置。
在本發明的一些實施例中，用於接合的裝置藉助於用於限定所述開口的、以和對於運動方向是斜的成形襯底表面的角度相應的角度設置的夾頭的固定表面來提供。在這種實施例中，本體可以包括用於限定所述室的一個頂部和幾個垂直側部，以及用於在所述室內形成真空壓力的一個開口。在其它實施例中，本體包括用於限定所述開口的幾個分開的側部，並且其中夾頭的固定表面包括在所述側部的端部的斜的表面，其中所述側部被分開一個和對於運動方向是斜的表面的成形襯底的表面的尺寸相應的一個距離。在這種實施例中，本體還包括用於限定所述室的頂部和用於在所述室內形成真空壓力的一個開口，並且所述側部可以是垂直側部。在本發明的其它實施例中，本體包括一個頂部和幾個垂直側部，以及用於在所述室內形成真空壓力的一個開口，並且所述側部是水平側部，其從垂直側部延伸，並和所述頂部分開。
在本發明的另一些實施例中，藉助於用於限定所述開口的、並被配置使得調節到和對於運動方向是斜的成形襯底表面的角度相應的角度的夾頭的可動表面來提供用於接合的裝置。在這種實施例中，本體可以包括限定所述室的頂部和垂直側部，以及用於在所述室內形成真空壓力的一個開口。本體還可以包括隔開的水平側部，並且其中夾頭的可動表面是所述水平側部的可動端部，所述可動端部被配置使得和成形襯底的角度基本相符，並且被隔開一個和對於運動方向是斜的成形襯底的表面的尺寸相應的距離，藉以限定所述開口。在一些實施例中，可動端部被鉸接，以便圍繞水平側部的端部轉動。在這種實施例中，本體也可以包括一個頂部以及用於在所述室內形成真空壓力的一個開口，以及用於連接頂部和水平側部的垂直側部。此外，所述水平側部也可以可動地和所述垂直側部相連。例如，水平側部可被鉸接到垂直側部上。
在本發明的其它實施例中，提供了一種用於連接發光二極體和底座的夾頭，所述夾頭具有一個其中具有一個室的本體，和所述室連通的被配置用於接收發光二極體的開口，以及在所述開口處的和發光二極體的成形襯底接觸的夾頭的固定表面，所述固定表面限定所述開口，並以一個和對於結合期間夾頭的運動方向傾斜的成形襯底表面的角度相應的角度被設置。在本發明的一些實施例中，本體包括分開的側部，並且夾頭的固定表面可以是在側部的終點的斜的表面。所述側部被分開和對於運動方向是斜的成形襯底的表面的尺寸相應的一個距離。在本發明的另一些實施例中，本體包括用於限定所述室的一個頂部和垂直側部，以及用於在所述室內形成真空壓力的一個開口，在這種實施例中，所述側部可以是水平側部，它們從垂直側部延伸，並且和所述頂部分開。
在本發明的另一些實施例中，用於把發光二極體連接到底座上的夾頭包括其中具有一個室的本體，在本體中的和所述室連通的並被配置用於接收發光二極體的開口，以及在所述開口處的、可以相對於所述本體運動的、和一個成形襯底接觸的可以運動的表面，可以運動的表面被配置用於調節到相應於在結合期間對於夾頭的運動方向傾斜的成形襯底表面的角度的一個角度。在本發明的一些實施例中，所述襯底包括分開的水平側部，並且夾頭的可動表面是所述水平側部的可動端部，可動端部被配置使得基本上和成形襯底的角度相符，並被分開相應於對於所述運動方向是斜的成形襯底的表面的尺寸的一個距離。在一些實施例中，可動端部被鉸接，從而圍繞所述水平側部轉動。在本發明的其它的實施例中，本體包括限定所述室的頂部，用於在所述室內形成真空的一個開口，以及連接所述頂部到所述水平側部的垂直側部。在這種實施例中，所述水平側部可以可動地連接到垂直側部上。例如，水平側部可被鉸接到垂直側部上。
在本發明的其它的實施例中，提供一種用於把具有成形襯底的發光二極體結合到底座上的系統。所述系統包括用於接合所述襯底，同時當對成形襯底施加力從而結合發光二極體到所述底座上時，保持襯底的內部剪切力在所述襯底的剪切故障閾值以下的裝置，以及用於移動所述用於接合的裝置，從而對襯底施加力以便把發光二極體結合到所述襯底上的裝置。在本發明的另一些實施例中，所述用於接合的裝置包括用於在對於成形襯底的運動方向是傾斜的成形襯底的表面上接觸所述成形襯底的裝置。在本發明的另一些實施例中，所述用於接觸的裝置藉助於夾頭壁來提供，所述的壁相對於夾頭的本體處於固定位置，所述夾頭被配置用於接收所述發光二極體。在本發明的其它實施例中，用於接觸的裝置藉助於可以相對於夾頭的本體運動的夾頭壁來提供，所述夾頭被配置用於接收發光二極體。
在本發明的另一些實施例中，提供一種用於結合具有成形襯底的發光二極體到底座上的夾頭。所述夾頭包括具有一個室以及與所述室連通的適用於接收發光二極體的開口的本體。所述開口具有靠近所述室的部分和遠離所述室的部分。所述夾頭還具有和所述開口相關的並以一個關於連接所述開口的遠端的軸線傾斜的角度設置的、和成形襯底的表面匹配的匹配表面。
在另一些實施例中，所述匹配表面是限定所述開口的以相應於成形襯底的表面的一個角度的角度設置的固定表面。此外，所述本體可以具有限定所述室的頂部和垂直側部，以及用於在所述室內形成真空的一個開口。所述本體可以是限定所述室的分開的側部，並且所述夾頭的固定表面可以是在所述側部的終端的斜的表面。所述側部分開一個相應於所述固定表面和其匹配的成形襯底的表面的尺寸的距離。所述本體還包括一個頂部，以及用於在所述室內形成真空壓力的一個開口。所述側部可以是垂直側部。所述側部還可以包括從所述垂直側部延伸的並和所述頂部分開的水平側部。
在本發明的其它實施例中，匹配表面藉助於用於限定所述開口的、可以相對於所述本體運動的、被配置用於調節到一個角度的表面來提供，該角度相應於限定所述開口的夾頭的表面和其匹配的成形襯底表面的角度。所述本體可以包括用於限定所述室的一個頂部和垂直側部，用於在所述室內形成真空的一個開口。本體還可以包括分開的水平側部，並且夾頭的可動表面可以是所述水平側部的可動端部。所述可動端部可以被配置使得基本上符合成形襯底的角度，並且可以分開一個距離，該距離相應於所述可動端部和其匹配的成形襯底的表面的尺寸。所述可動端部可以被鉸接，使得圍繞所述水平側部的端部轉動。本體還可以包括連接所述頂部到水平側部上的垂直側部，從而限定所述室。所述水平側部被可動地連接到所述垂直側部上。例如，所述水平側部可被鉸接到所述垂直側部上。
在本發明的一些實施例中，所述夾頭適用於具有成形的碳化矽襯底的基於氮化鍺的發光二極體。所述夾頭還適用於具有截頭稜錐部分的碳化矽的成形襯底，並且其中所述匹配表面和所述成形的碳化矽襯底的截頭稜錐部分的傾斜側壁匹配。
圖1是常規的LED的示意圖；圖2表示利用常規技術倒裝的LED；圖3示意地表示基於成形襯底的LED；圖4是具有成形襯底的LED的平面圖；圖5A和5B是按照本發明的實施例的夾頭的側視圖和頂視圖；圖6是按照本發明的另一個實施例的夾頭的側視圖；以及圖7是按照本發明的另一個實施例的夾頭的側視圖。
具體實施例方式
下面結合附圖更詳細地說明本發明，在附圖中示出了本發明的優選實施例。不過，本發明可以用許多不同的形式實施，因而不應當限於這裡提出的實施例，而是，提供這些實施例是為了更清楚、完整地說明本發明，並且充分地對本領域的技術人員轉達本發明的範圍。在附圖中，相同的標號表示相同的元件。此外，圖中所示的各層和各個區只是一種示意的表示。本領域技術人員應當理解，本文所指的形成在襯底或其它層「上」的層可以指直接形成在襯底或其它層上的層，或者形成在在襯底或其它層上形成的插入的一層或幾層上的層。相應地，本發明不限於附圖中所示的有關的尺寸和間距。
本發明的實施例用於LED晶片到底座上的結合。本發明的實施例包括利用熱聲與/或熱壓方式結合有形晶片的方法以及用於製造有形晶片的夾頭結構。在本發明的特定的實施例中，晶片或電路片可被拾取與/或聯結在一個工具上，並且可以利用一個夾頭拾取晶片，以便利用熱聲與/或熱壓方式結合晶片。
因為SiC具有高的折射率，通過SiC襯底的光趨於在襯底的表面上全部在內部反射到襯底內，除非光以相當低的入射角(即接近垂直)入射到界面上。全部內部反射的臨界角取決於和SiC形成界面的材料。通過用這樣的方式成形SiC襯底，使得通過使更多的光線以低的入射角入射到SiC的表面上，限制總的內部反射，可以增加基於SiC的LED的光輸出。一種這種晶片成形技術和所得的晶片在2002年1月25日申請的美國專利申請序列號為10/057821，名稱為「LIGHT EMITTINGDIODES INCLUDING SUBSTRATE MODIFICATIONS FOR LIGHT EXTRACTIONAND MANUFACTURING METHODS THEREFOR」的專利申請中說明了，該專利申請被包括在此作為參考。
圖3表示具有成形襯底的LED晶片，例如在上述的專利申請中所述的那些晶片。具體地說，圖3所示的LED晶片30具有包括第一表面21和第二表面23的襯底10。發光器件的有源區12由在第一表面21上的基於GaN的n型層14和基於GaN的p型層16構成。p-電極18位於基於GaN的p型層16上。n-電極22位於襯底10的第二表面23上。襯底10的特徵在於傾斜的側面部分15，其基本上形成一個截頭稜錐形19，使得截頭稜錐的底部位於第一表面21附近，或者直接和表面21相鄰或者和表面21相鄰但和其隔開。成形襯底10的特徵還在於具有側壁17的一個基本上是立方體的部分25，每個側壁和相鄰的傾斜的側壁部分15形成一個角度φ。圖4表示圖3的成形襯底的晶片30的平面圖。LED晶片30還包括金屬焊盤31，其可被以熱聲方式結合到底座上。金屬焊盤31最好由Au或合適的金屬合金例如Au/Sn或Pb/Sn製成。
本發明的實施例參照在SiC襯底10上的基於GaN的並具有n型層14、p型層16和p-電極18的LED進行了說明。然而，本發明不應當限於這種結構，而是可以用於具有成形襯底的其它結構。供本發明的實施例中使用的發光器件可以是基於鍺的氮化物的LED，或者是在碳化矽襯底上製造的雷射器，例如由Cree，Inc.of Durham，North Carolina製造和銷售的那些器件。例如，本發明可以適用於以下的美國專利中所述的LED與/或雷射器6201262，6187606，6120600，5912477，5739554，5631190，5604135，5523589，5416342，5393993，5338944，5210051，5027168，4966862與/或4918497，這些專利的全部內容被包括在此作為參考，就如同把這些專利的內容全部寫入本文中一樣。其它的合適的LED與/或雷射器在以下的美國臨時專利申請中說明了2001年5月30日申請的，名稱為「MULTI-QUANTUM WELL LIGHTEMITTING DIODE STRUCTURE」，序列號為60/294445的美國臨時專利申請，2001年5月30日申請的，名稱為「LIGHT EMITTING DIODESTRUCTURE WITH SUPERLATTICE STRUCTURE」，序列號為60/294308的美國臨時專利申請，以及2001年5月30日申請的，名稱為「LIGHTEMITTING DIODE STRUCTURE WITH MULTI-QUANTUM WELL ANDSUPERLATTICE STRUCTURE」，序列號為60/294378的美國臨時專利申請，還有2001年2月1日申請的，名稱為「LIGHT EMITTING DIODE WITHOPTICALLY TRANSPARENT SILICON CARBIDE SUBSTRATE」，序列號為60/265707的美國臨時專利申請，2001年7月23日申請的，名稱為「LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING MODIFICATIONS FOR LIGHTEXTRACTION AND MANUFACTURING METHODS THEREFOR」，序列號為60/307235的美國臨時專利申請，以及2002年1月25日申請的，名稱為「LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING SUBSTRATE MODIFICATIONSFOR LIGHT EXTRACTION AND MANUFACTURING METHODS THEREFOR」，序列號為10/057821的美國臨時專利申請，這些專利的全部內容被包括在此作為參考，就如同把這些專利的內容全部寫入本文中一樣。
在本發明的特定的實施例中，發光器件可以包括p電極，其提供一個反射層用於通過器件向回反射在有源區內產生的光。反射的p電極及其相關的結構在2002年1月25日申請的，名稱為「LIGHTEMITTING DIODES INCLUDING SUBSTRATE MODIFICATIONS FOR LIGHTEXTRACTION AND MANUFACTURING METHODS THEREFOR」，序列號為10/057821的美國臨時專利申請中說明了，該專利的全部內容被包括在此作為參考，就如同把這些專利的內容全部寫入本文中一樣。
一般地說，熱聲結合是一種利用機械振動、加熱和加壓藉以使器件被安裝到襯底或底座上，從而在器件和底座之間形成可以是導電的連接的技術。一般地說，熱壓結合是通過加熱和加壓把器件安裝到襯底或底座上，藉以使器件連接到襯底上的一種技術。一般地，使用真空夾頭拾取器件並物理地使器件和底座接觸。一旦器件和底座接觸，便通過夾頭對器件施加力，並且，對於熱聲結合，還使夾頭振動。通過加熱、振動以及壓力的組合，把器件用熱聲方式結合到底座上。為了形成這種連接，利用金屬例如Au製成的金屬焊盤層，其在加熱、加壓和選擇地振動時將形成連接。其它可以使用的金屬和合金是Au/Sn以及Pb/Sn。金屬焊盤層可被提供在器件上，或者在底座上形成一個金屬的預製品，並使金屬焊盤與/或金屬預製品利用熱聲方法與/或熱壓方法結合，使得器件和底座連接在一起。
由於成形襯底晶片例如圖3所示的LED晶片30的獨特的形狀，和立方體部分25的側壁17接觸的常規的夾頭結構可能是不適宜的。例如，如果使用常規的夾頭機械地振動晶片，同時又僅僅固定到立方體部分25上，則在振動期間產生的剪切力可能導致立方體部分25和晶片分離，使晶片報廢而降低產量。
由利用常規的真空夾頭用熱聲方式或用熱壓方式結合具有成形襯底的發光器件到底座上時可以遇到的上述的困難看來，本發明的某些實施例提供利用一種真空夾頭結合具有成形襯底的發光器件，所述真空夾頭和成形襯底用這樣的方式接觸，使得可以減少當所述夾頭對襯底施加力時施加到襯底中的剪切力。這種力可被降低到一個故障閾值以下，例如導致襯底破裂的門限。特定的故障閾值可以取決於成形襯底的結構以及製成襯底的材料。因而，對於圖3的成形襯底，本發明的實施例藉助於接觸襯底10的截頭稜錐部分19的傾斜的側壁15的至少一部分對襯底施加力。按照本發明的夾頭的例子如圖5A-7所示，並在此進行詳細說明。這種夾頭至少接觸襯底10的截頭稜錐部分19的側壁15，並且選擇地，還可以接觸襯底10的立方體部分25的側壁17。
圖5A和5B表示按照本發明的實施例的夾頭40。圖5A是在圖5B中以頂視圖表示的夾頭40的沿線5A-5A』取的截面圖。夾頭40包括本體41，其具有和頂壁43相連的垂直的側壁42，從而形成室45，其具有和其連通的室47，用於接收發光器件。頂壁43包括通向室45的開口46，通過所述開口把室抽成真空。水平部分44從夾頭40的側壁向內延伸。水平部分44具有端面48，當把夾頭置於LED晶片30的上方時，所述端面和襯底10的傾斜的側壁15實現物理接觸。根據水平部分44的跨度和水平部分44的端面48相對於連接兩個端面48的相對的底部或頂部的平面而成的角度，可以配置水平部分44的端面48使得和側壁15相接觸。如果兩個端面48的長度相同，則連接端面的頂部或底部的兩個平面平行。端面48和所述連接平面所成的角度可以基於側壁15和側壁17所成的角度φ。這個角度基本上等於φ減去90度。另外，端面的角度可以相對於垂直於連接平面的軸線被測量，如圖4所示，這個角度基本上和φ相同。兩個水平部分44應當間隔足夠的距離，以便使得LED晶片30的立方體部分25在其間通過，但是不能大到使得截頭稜錐部分19也能在其間通過的程度。
夾頭40可以包括一個整體的部件，或者包括兩個或多個互連的以便提供如圖5所示的配置的部件。此外，夾頭40可以由金屬材料例如鋁、鋼或其類似物製成，也可以由非金屬材料例如塑料、陶瓷或其它類似的非金屬材料製成。夾頭40可以通過鑄造、機械加工、模製以及這些工藝的組合或者其它類似的工藝製成。
在操作時，夾頭40被置於LED晶片30的上方，使得襯底10的立方體部分延伸進入室45中，並且端面48和襯底10的側壁15接觸。藉助於和端面48接觸，可以在夾頭40的端面48和LED晶片30的傾斜的側壁部分15之間形成氣密封。通過開口46對夾頭40施加的真空壓力在室45內建立一個較低壓力區，並用於在LED晶片30被處理時使其被牢固地保持定位。
可以利用夾頭40的運動用熱聲方式結合LED晶片30，不過，施加到LED晶片30上的力被施加到傾斜的側壁15上，藉以減少在襯底10的立方體部分25和截頭稜錐部分19之間的邊界上的剪切力。因而，在本發明的某些實施例中，通過藉助於接觸對於LED晶片30的運動方向是傾斜的LED晶片30的襯底10的表面來施加力，對LED晶片30進行熱聲結合。和用於對LED晶片30施加力的襯底10接觸的角度可以和運動方向成銳角或鈍角。
類似地，LED晶片30可以通過利用夾頭40藉助於對襯底10的稜錐部分19施加力被熱壓結合。這種力可以通過夾頭40的端面40施加。
按照本發明的其它實施例的夾頭結構如圖6和圖7所示。在圖6中，圖5的水平部分44由圖6所示的夾頭50中的側部51的終結表面代替。夾頭50具有本體61，其包括和頂壁53相連的垂直的側壁52，用於形成室55和與室55連通的開口57，室55用於接收發光器件。頂壁53包括通向室55的開口56，通過所述開口把室抽成真空。如圖6所示，側部51的垂直側壁52在傾斜的端面58終止。側部51的端面58根據兩個側部51的間距和側部51相對於連接兩個端面58的相對的頂部和底部的平面而成的角度，被配置和側壁15接觸。如果兩個端面58的長度相同，則連接兩個端面的頂部或底部的兩個平面平行。端面58和所述連接平面所成的角度可以基於側壁15和側壁17所成的角度φ。這個角度基本上等於φ減去90度。另外，端面58的角度可以相對於垂直於連接平面的軸線被測量，如圖6所示，這個角度基本上和φ相同。兩個側部51應當分開足夠的距離，以便使得LED晶片30的立方體部分25在其間通過，但是不能大到使得截頭稜錐部分19也能在其間通過的程度。
夾頭50可以包括一個整體的部件，或者包括兩個或多個互連的以便提供如圖6所示的配置的部件。此外，夾頭50可以由金屬材料例如鋁、鋼或其類似物製成，或者可以由非金屬材料例如塑料、陶瓷或其它類似的非金屬材料製成。夾頭50可以通過鑄造、機械加工、模製以及這些工藝的組合或者其它類似的工藝製成。圖7表示按照本發明的實施例的另一種夾頭70。在圖7的夾頭70中，水平部分74包括鉸接的端部77，即使夾頭稍微有些對不準，或者傾斜側壁15的角度相對於可動端部77的角度有些偏移，也能使得夾頭70和LED晶片30的傾斜的部分15形成氣密封。夾頭70具有本體71，其包括和頂壁73相連的垂直側壁72，從而形成室79和與室79連通的開口80，從而用於接收發光器件襯底10，如圖7所示。頂壁73包括到室79的開口76，通過這個開口抽成真空。如圖7所示，水平部分74可以圍繞各自的轉動點75被鉸接，使得圍繞各自的轉動點75轉動。類似地，端部77可以圍繞轉動點78鉸接，從而使得端部22能夠和LED晶片30的斜的部分15的斜的表面匹配。
夾頭70可以由一個整體的部件構成，或者由兩個或多個互連的以便提供如圖7所示的配置的部件構成。此外，夾頭70可以由金屬材料例如鋁、鋼或其類似物製成，也可以由非金屬材料例如塑料、陶瓷或其它類似的非金屬材料製成。夾頭70可以通過鑄造、機械加工、模製以及這些工藝的組合或者其它類似的工藝製成。
對於按照本發明的實施例的夾頭，例如夾頭40，50和70，開口46，56和76的尺寸可以足夠大，以便克服夾頭40，50，或70與襯底10的配合中的任何不足，使得可以維持較低壓力的區域。這種尺寸的確定可能要求夾頭40具有不同的結構，以便允許用於施加真空壓力的較大的開口。因而，夾頭的特定的結構可被改變，使得在開口46，56或76與外部環境之間的壓降的大部分加在夾頭和襯底10之間的接觸區域的任何開口或不完整之處上。用這種方式，通過真空壓力，可以使襯底10保持在夾頭40，50或70中，以便進行運動或結合。
如上所述，本發明的實施例提供一種用於匹配夾頭的表面和成形襯底的裝置，本發明的實施例還提供一種用於接合襯底，同時當對成形襯底施加力時又保持襯底的內部剪切力低於襯底的剪切故障閾值的裝置，從而用熱聲方式把發光二極體結合到底座上。用於和襯底進行匹配的裝置與/或用於和襯底進行接合的裝置可以又夾頭的固定表面來提供，或者由可以運動的、可以調節的與/或順從的表面提供，它們相對於夾頭的運動以斜的角度和成形襯底接觸。此外，雖然本發明結合由夾頭形成的矩形室進行了說明，但也可以利用其它形狀的室。因而，例如可以形成稜錐形狀的室或任何其它形狀的室，只要提供一個其中可以接收發光二極體的空腔即可。
在本發明的另一個實施例中，提供了一種用於用熱聲方式與/或用熱壓方式把具有成形襯底的發光二極體結合到底座上的系統。在特定的系統中，可以由常規的用於熱聲與/或熱壓結合的系統使用上述的夾頭。因而，常規的系統可以提供一種用於移動夾頭從而對襯底施加力的裝置，用於用熱聲方式結合與/或用熱壓方式把發光二極體結合到底座上。
此外，雖然本發明的實施例按照具有立方體部分和截頭稜錐部分的成形襯底進行了說明，但是也可以利用其它形狀的襯底，這些襯底的形狀隨室的周邊的形狀而相應地改變。因而，例如襯底可以包括圓柱形的部分，截頭圓錐形的部分與/或錐形的部分。在這種情況下，本發明的實施例可以提供一個具有基本上圓形開口的室，其中開口的側壁被配置和襯底的錐形的與/或截頭圓錐形的側面匹配。因而，本發明的實施例不應當限於這裡所述的特定形狀。
在附圖和說明書中披露了本發明的典型的優選實施例，雖然使用了特定的術語，但這些術語是在一般性的和說明性的意義上使用的，而沒有限制的目的，本發明的範圍在下面的權利要求中提出了。
權利要求
1.一種用熱聲方式把發光二極體結合到底座上的方法，包括對相對於發光二極體的運動的方向是傾斜的所述發光二極體的襯底的表面施加力，使得用熱聲方式把發光二極體結合到所述底座上。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，施加力的步驟包括使一個夾頭和相對於所述運動的方向傾斜的襯底的所述表面匹配；以及沿所述運動的方向移動所述夾頭。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，匹配一個夾頭的步驟包括密封具有一個匹配表面的夾頭，所述匹配表面與所述襯底的傾斜表面相對應，使得所述夾頭的匹配表面接觸所述襯底的傾斜表面。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述夾頭的匹配表面是一個相對於所述夾頭的一個本體固定表面。
5.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述夾頭的匹配表面是一個相對於所述夾頭的一個本體可動表面。
6.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，密封所述夾頭包括把所述夾頭設置在發光二極體的上方；以及對所述夾頭施加一個真空壓力。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述發光二極體包括具有碳化矽成形襯底的基於氮化鍺的發光二極體。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述碳化矽成形襯底具有一個立方體部分和一個與所述立方體部分相鄰的截頭稜錐部分，並且其中施加力的步驟包括對碳化矽襯底的截頭稜錐部分的側壁施加力。
9.一種用於把具有成形襯底的發光二極體結合到一個底座上的夾頭，包括具有一個室的本體；與所述室連通的並適用於接收所述發光二極體的一個開口；以及用於匹配所述夾頭的表面和相對於夾頭的運動方向傾斜的所述成形襯底的表面的裝置。
10.如權利要求9所述的夾頭，其特徵在於，用於匹配夾頭的表面和成形襯底的裝置包括用於限定所述開口的並以一個角度被設置的夾頭的固定表面，所述角度與成形襯底的相對於所述運動方向傾斜的表面的角度相對應。
11.如權利要求10所述的夾頭，其特徵在於，所述本體包括用於限定所述室的頂部和垂直側部，以及用於在所述室內形成真空的開口。
12.如權利要求10所述的夾頭，其特徵在於，所述本體包括用於限定所述室的分開的側部，並且其中所述夾頭的固定表面包括在所述側部的端部的斜的表面，其中所述側部被分開一個距離，所述距離與成形襯底的相對於所述運動方向傾斜的表面的尺寸相對應。
13.如權利要求12所述的夾頭，其特徵在於，所述本體還包括頂部和用於在所述室內形成真空壓力的開口，並且其中所述側部是垂直側部。
14.如權利要求12所述的夾頭，其特徵在於，所述本體包括用於限定所述室的頂部和垂直側部，以及用於在所述室內形成真空的開口，並且其中所述側部是從所述垂直側部延伸並和所述頂部分開的水平側部。
15.如權利要求9所述的夾頭，其特徵在於，用於匹配夾頭的表面和成形襯底的裝置包括用於限定所述開口的、可以相對於所述本體運動的、被配置用於調節到一個角度的所述夾頭的表面，所述角度與成形襯底的相對於所述運動方向傾斜的表面的角度相對應。
16.如權利要求15所述的夾頭，其特徵在於，所述本體包括用於限定所述室的頂部和垂直側部，以及用於在所述室內形成真空的開口。
17.如權利要求15所述的夾頭，其特徵在於，所述本體包括被分開的水平側部，並且其中所述夾頭的可動表面包括所述水平側部的可動端部，所述可動端部被配置使得基本上符合所述成形襯底的角度，其中所述可動端部被分開一個距離，所述距離與成形襯底的相對於所述運動方向傾斜的表面的尺寸相對應。
18.如權利要求17所述的夾頭，其特徵在於，所述可動端部被鉸接，以便圍繞所述水平側部的端部轉動。
19.如權利要求18所述的夾頭，其特徵在於，所述本體包括用於限定所述室的頂部和垂直側部，以及用於在所述室內形成真空壓力的開口，所述垂直側部用於連接所述頂部和所述水平側部。
20.如權利要求19所述的夾頭，其特徵在於，所述水平側部被可動地連接到所述垂直側部。
21.如權利要求20所述的夾頭，其特徵在於，所述水平側部被鉸接到所述垂直側部。
22.如權利要求9所述的夾頭，其特徵在於，所述夾頭適用於具有碳化矽成形襯底的基於氮化鍺的發光二極體。
23.如權利要求9所述的夾頭，其特徵在於，所述夾頭適用於具有一個立方體部分和與所述立方體部分相鄰的截頭稜錐部分的碳化矽成形襯底，並且其中所述用於匹配的裝置包括用於匹配所述夾頭的表面和成形的碳化矽襯底的截頭稜錐部分的側壁的裝置。
24.一種用於把具有成形襯底的發光二極體結合到一個底座上的夾頭，包括具有一個室的本體；與所述室連通的被配置使得所述成形襯底的一部分在不接觸所述本體的情況下進入所述室內的開口；以及在操作上和所述室相關，用於接合所述襯底從而把發光二極體結合到底座上，同時保持所述襯底的內部剪切力在所述襯底的剪切故障閾值以下的裝置。
25.如權利要求24所述的夾頭，其特徵在於，用於接合的裝置包括夾頭的固定表面，所述固定表面用於限定所述開口，並以一個角度被設置，所述角度與成形襯底的相對於所述運動方向傾斜的表面的角度相對應。
26.如權利要求25所述的夾頭，其特徵在於，所述本體包括用於限定所述室的頂部和垂直側部，以及用於在所述室內形成真空的開口。
27.如權利要求25所述的夾頭，其特徵在於，所述本體包括用於限定所述室的分開的側部，並且其中所述夾頭的固定表面包括在所述側部的端部的斜的表面，其中所述側部被分開一個距離，所述距離與成形襯底的相對於所述運動方向傾斜的表面的尺寸相對應。
28.如權利要求27所述的夾頭，其特徵在於，所述本體還包括用於限定所述室的頂部和用於在所述室內形成真空壓力的開口，並且其中所述側部是垂直側部。
29.如權利要求27所述的夾頭，其特徵在於，所述本體還包括頂部和垂直側部以及用於在所述室內形成真空的開口，並且其中所述側部是從所述垂直側部延伸並和所述頂部分開的水平側部。
30.如權利要求24所述的夾頭，其特徵在於，用於接合的裝置包括夾頭的可動表面，用於限定所述開口，並被配置使得調節到一個角度，所述角度與成形襯底的相對於所述運動方向傾斜的表面的角度相對應。
31.如權利要求30所述的夾頭，其特徵在於，所述本體包括用於限定所述室的頂部和垂直側部，以及用於在所述室內形成真空的開口。
32.如權利要求30所述的夾頭，其特徵在於，所述本體包括被分開的水平側部，並且其中所述夾頭的可動表面包括所述水平側部的可動端部，所述可動端部被配置使得基本上符合所述成形襯底的角度，其中所述可動端部被分開一個距離，所述距離與成形襯底的相對於所述運動方向傾斜的表面的尺寸相對應。
33.如權利要求32所述的夾頭，其特徵在於，所述可動端部被鉸接，以便圍繞所述水平側部的端部轉動。
34.如權利要求33所述的夾頭，其特徵在於，所述本體還包括頂部和用於在所述室內形成真空壓力的開口，以及用於連接所述頂部和所述水平側部的垂直側部。
35.如權利要求34所述的夾頭，其特徵在於，所述水平側部被可動地連接到所述垂直側部。
36.如權利要求35所述的夾頭，其特徵在於，所述水平側部被鉸接到所述垂直側部。
37.一種用於把發光二極體結合到一個底座上的夾頭，包括其中具有一個室的本體；與所述室連通的被配置用於接收所述發光二極體的開口；以及在所述開口處的和所述發光二極體的成形襯底接觸的所述夾頭的固定表面，所述固定表面限定所述開口，並以一個角度被配置，所述角度與結合期間成形襯底的相對於所述運動方向傾斜的表面的角度相對應。
38.如權利要求37所述的夾頭，其特徵在於，所述本體包括用於限定所述室的頂部和垂直側部，以及用於在所述室內形成真空的開口。
39.如權利要求37所述的夾頭，其特徵在於，所述本體包括分開的側部，並且其中所述夾頭的固定表面包括在所述側部的端部的斜的表面，其中所述側部被分開一個距離，所述距離與成形襯底的相對於所述運動方向傾斜的表面的尺寸相對應。
40.如權利要求39所述的夾頭，其特徵在於，所述本體還包括用於限定所述室的頂部和用於在所述室內形成真空壓力的開口，並且其中所述側部是垂直側部。
41.如權利要求39所述的夾頭，其特徵在於，所述本體還包括用於限定所述室的頂部和垂直側部以及用於在所述室內形成真空的開口，並且其中所述側部是從所述垂直側部延伸並和所述頂部分開的水平側部。
42.一種用於用熱聲方式把發光二極體結合到一個底座上的夾頭，包括其中具有一個室的本體；與所述室連通的被配置用於接收所述發光二極體的開口；以及在所述開口處的可以相對於所述本體運動的並且和一個成形襯底接觸的可動表面，所述可動表面被配置使得調節到一個角度，所述角度與結合期間成形襯底的相對於所述運動方向傾斜的表面的角度相對應。
43.如權利要求42所述的夾頭，其特徵在於，所述本體包括用於限定所述室的頂部和垂直側部，以及用於在所述室內形成真空的開口。
44.如權利要求42所述的夾頭，其特徵在於，所述本體包括分開的水平側部，並且其中所述夾頭的可動表面包括所述水平側部的可動端部，所述可動端部被配置使得基本上符合成形襯底的所述角度，其中所述可動端部被分開一個距離，所述距離與成形襯底的相對於所述運動方向傾斜的表面的尺寸相對應。
45.如權利要求44所述的夾頭，其特徵在於，所述可動端部被鉸接，以便圍繞所述水平側部的端部轉動。
46.如權利要求45所述的夾頭，其特徵在於，所述本體還包括用於限定所述室的頂部和用於在所述室內形成真空壓力的開口，以及用於連接所述頂部和所述水平側部的垂直側部。
47.如權利要求46所述的夾頭，其特徵在於，所述水平側部被可動地連接到所述垂直側部。
48.如權利要求47所述的夾頭，其特徵在於，所述水平側部被鉸接到所述垂直側部。
49.一種用於用熱聲方式把具有成形襯底的發光二極體結合到一個底座上的系統，包括用於接合所述襯底同時在對所述成形襯底施加力時保持所述襯底的內部剪切力小於所述襯底的剪切故障閾值，從而用熱聲方式把所述發光二極體結合到所述底座上的裝置；以及用於移動所述用於接合的裝置，從而對所述襯底施加力，以便用熱聲方式把所述發光二極體結合到所述襯底上的裝置。
50.如權利要求49所述的系統，其特徵在於，所述用於接合的裝置包括用於在相對於成形襯底的運動方向是傾斜的成形襯底的表面上接觸所述成形襯底的裝置。
51.如權利要求50所述的系統，其特徵在於，用於接觸的裝置包括相對於夾頭的本體處於固定位置的夾頭壁，所述夾頭被配置用於接收所述發光二極體。
52.如權利要求50所述的系統，其特徵在於，用於接觸的裝置包括相對於夾頭的本體可以運動的夾頭壁，所述夾頭被配置用於接收所述發光二極體。
53.一種用於把具有成形襯底的發光二極體結合到一個底座上的夾頭，包括具有一個室的本體；和所述室連通的並適用於接收發光二極體的開口，所述開口具有一個接近所述室的部分和遠離所述室的部分；以及和所述開口相關的並被並以一個相對於連接所述開口的遠端的軸線傾斜的角度設置的並和所述成形襯底的表面匹配的匹配表面。
54.如權利要求53所述的夾頭，其特徵在於，所述匹配表面是限定所述開口的並以與成形襯底的表面的一個角度相對應的角度設置的固定表面。
55.如權利要求54所述的夾頭，其特徵在於，所述本體包括限定所述室的頂部和垂直側部，以及用於在所述室內形成真空的一個開口。
56.如權利要求54所述的夾頭，其特徵在於，所述本體包括限定所述室的分開的側部，並且其中所述夾頭的固定表面包括在所述側部的終端的斜的表面，其中所述側部分開一個距離，所述距離與所述成形襯底的和所述固定表面匹配的表面的尺寸相對應。
57.如權利要求56所述的夾頭，其特徵在於，所述本體還包括頂部，以及用於在所述室內形成真空壓力的一個開口，所述側部是垂直側部。
58.如權利要求56所述的夾頭，其特徵在於，所述本體包括用於限定所述室的頂部和垂直側部，以及用於在所述室內形成真空壓力的一個開口，並且其中所述側部是從所述垂直側部延伸的並和所述頂部分開的水平側部。
59.如權利要求53所述的夾頭，其特徵在於，所述匹配表面包括用於限定所述開口的、可以相對於所述本體運動的、被配置用於調節到一個角度的所述夾頭的表面，所述角度與成形襯底的用於限定所述開口並與夾頭的表面匹配的表面的角度相對應。
60.如權利要求59所述的夾頭，其特徵在於，所述本體包括用於限定所述室的頂部和垂直側部，以及用於在所述室內形成真空的一個開口。
61.如權利要求59所述的夾頭，其特徵在於，所述本體包括分開的水平側部，並且其中所述夾頭的可動表面包括所述水平側部的可動端部，所述可動端部被配置使得基本上符合成形襯底的角度，並且其中所述可動端部被分開一個距離，該距離與所述成形襯底的與可動端部匹配的表面的尺寸相對應。
62.如權利要求61所述的夾頭，其特徵在於，所述可動端部被鉸接，使得圍繞所述水平側部的端部轉動。
63.如權利要求62所述的夾頭，其特徵在於，所述本體還包括用於限定所述室的頂部和垂直側部，以及用於在所述室內形成真空壓力的開口，所述垂直側部將所述頂部連接到所述水平側部上。
64.如權利要求63所述的夾頭，所述水平側部被可動地連接到所述垂直側部上。
65.如權利要求64所述的夾頭，其特徵在於，所述水平側部可被鉸接到所述垂直側部上。
66.如權利要求53所述的夾頭，其特徵在於，所述夾頭適用於基於氮化鍺的發光二極體，該二極體具有成形的碳化矽襯底。
67.如權利要求53所述的夾頭，其特徵在於，所述夾頭適用於碳化矽的成形襯底，該成形襯底具有截頭稜錐部分，並且其中所述匹配表面和所述成形的碳化矽襯底的截頭稜錐部分的傾斜側壁匹配。
全文摘要
本發明提供具有不規則的構型的發光器件的倒裝結合。通過用這種方式對襯底施加力，使得在襯底內的剪切力不超過襯底的故障閾值，把具有成形襯底的發光二極體結合到底座上。通過對發光二極體的襯底的表面施加力來把發光二極體結合到底座上，所述表面對於發光二極體的運動方向是傾斜的，藉以把發光二極體用熱聲方式結合到底座上。還提供了用於把成形襯底結合到底座上的夾頭和用於把成形襯底結合到底座上的系統。
文檔編號H01L33/40GK1557014SQ02818644
公開日2004年12月22日 申請日期2002年7月22日 優先權日2001年7月23日
發明者D·斯拉特, D 斯拉特, J·哈拉坦, 僕, J·埃蒙, 返, M·拉菲託, 窶 , A·莫哈梅德, 侶乘, G·內格利, P·安德魯斯 申請人:克裡公司, 克裡微波公司