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CN101682991A - 无焊料的发光二级管组件 - Google Patents

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CN101682991A
CN101682991A CN200880015306A CN200880015306A CN101682991A CN 101682991 A CN101682991 A CN 101682991A CN 200880015306 A CN200880015306 A CN 200880015306A CN 200880015306 A CN200880015306 A CN 200880015306A CN 101682991 A CN101682991 A CN 101682991A
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约瑟夫·C·菲耶尔斯塔德
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Occam Portfolio LLC
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Abstract

一种发光二极管(LED)组件形式的电气装置。提供了多个LED，其中每一个都具有阳极和阴极。基底以基本固定的关系保持该多个LED。然后，一个或多个阳极导体的每一个以不包括任何焊料为特征的方式电连接到一个或多个LED阳极。类似地，一个或多个阴极导体的每一个以不包括任何焊料为特征的方式电连接到一个或多个LED阴极。

Description

无焊料的发光二级管组件
技术领域
本发明总体上涉及发光二极管(LED)阵列及其组件，更具体地涉及但不限于不采用焊料的发光二极管(LED)阵列及其组件。
背景技术
自电子工业的最早期以来，电子产品的组装，更具体地，将电子部件持久地组装到印刷电路板上已经涉及到了利用某种形式的温度相对较低的焊接合金(例如，锡/铅或Sn63/Pb37)。原因是多样的，但是最重要的一个原因是便于大量地接合印刷电路与大量电子部件的引线之间的上千个电子互连。
铅是剧毒物质，暴露于铅可以产生大量已知的不利于健康的影响。在本文中要强调的是，焊接操作产生的烟雾对工人很危险。该工艺可以产生作为铅氧化物(来自铅基焊料)和松香(来自焊料助熔剂(solder flux))的组合物的烟雾。这些成分的每一个都已显示出潜在的危险。另外，如果减少电子装置中的铅数量，也会减轻开采和冶炼铅的压力。开采铅会污染当地的地下水供应。冶炼会导致工厂、工人和环境的污染。
减少铅用量也会降低废弃电子装置中的铅数量，降低垃圾和其它不安全位置处的铅水平。由于回收用过的电子产品的难度和成本以及疏于对垃圾出口的强制立法，大量用过的电子产品被输送到环境标准较低且工作条件较差的国家，诸如中国、印度和肯尼亚。
因此，存在减少锡/铅焊料的市场和立法压力。具体地，欧盟于2003年2月批准了在电气和电子设备中使用某些有害物质的限制令(Directive on theRestriction of the Use of Certain Hazardous Substances in Electrical andElectronic Equipment)(通常称为有害物质限制令或者RoHS)。RoHS限制令于2006年7月1日生效，被要求强制实行并成为每个成员国的法律。该限制令限制了在各种类型电气和电子设备的制造中使用包括铅的六种有害材料。这与废旧电气和电子设备限制令(WEEE，Waste Electrical and ElectronicEquipment Directive)2002/96/EC紧密相关，其设定了电气产品的收集、回收和再利用的目标，并且是开始解决大量有毒电子装置垃圾问题的立法的一部分。
RoHS没有排除在所有电子装置中使用铅。在要求高可靠性的某些装置中(如医疗装置)允许继续使用铅合金。因此，电子装置中的铅继续受到关注。电子工业一直在寻求锡/铅焊料的可实现的替代物。当前使用的大部分常规替代物是SAC类物质，其是含锡(Sn)、银(Ag)和铜(Cu)的合金。
SAC焊料也具有严重的环境问题。例如，开采锡对于当地和全世界都是有害的。在亚马逊雨林发现了大量的锡矿藏。在巴西，这已经引起了道路修筑、森林砍伐、移民、土壤退化、大坝、尾矿池和土丘的产生、以及冶炼操作。在巴西开采锡的最严重的环境影响大概是河流和小溪的淤泥充塞。这样的退化永久地改变了动物和植物的形态、毁坏了基因库、改变了土壤结构、引入了有害物和疾病、并且造成不可恢复的生态损失。
由巴西环境的管理不善引起的世界范围内的生态问题是众所周知的。这些生态问题覆盖了从雨林破坏引起的全球变暖压力到动植物生命多样性破坏造成的对制药工业的长久损害。巴西采矿仅是锡工业的破坏性影响的一个示例。大量的矿藏和开采操作也出现在印度尼西亚、马来西亚和中国这样的发展经济的态势超过了对生态保护的关注的发展中国家中。
SAC焊料还具有其它问题。它们需要高温、浪费能量、脆弱、并且会引起可靠性问题。熔化温度使得部件和电路板可能被损坏。这对于某些类型的发光部件(诸如LED)而言是非常重要的问题，因为采用的环氧树脂的熔化温度难以承受组件所需的温度。此外，尤其麻烦的是，将装置组装到散热基板上，期望由此可以排放运行部件的热量。
各合金组成的化合物的正确用量仍在研究之中，并且长期稳定性也是未知的。而且，如果表面准备不适当，SAC焊接工艺倾向于形成短路(例如，“锡须(tin whiskers)”和开路。无论采用锡/铅焊料还是SAC类物质，致密金属都会增加电路组件的重量和高度。
因此，需要焊接工艺及其附带的环境和实际问题的替代物。
尽管焊接合金已经很普遍，但是也已经提出和/或采用了其它的接合材料，诸如导电结合剂形式的所谓的“聚合物焊料”。此外，人们还致力于通过为部件提供插口来制作可分离的连接。还有开发为连接功率和信号负载导体的电气和电子连接器，该连接器被描述为具有要施加恒定的力或压力的各种弹性接触结构。
于此同时，人们已经持续地致力于使更多的电子装置具有更小的体积。因此，最近几年，在电子工业内对将集成电路(IC)芯片堆叠在封装体内以及IC封装体本身堆叠的各种方法很感兴趣，所有这些都是旨在减少沿Z或垂直轴的组装尺寸。这对于用于发光应用的LED组件来说比较不重要。
人们也正在致力于通过在电路板内嵌入某些部件(主要为无源器件)来减少印刷电路板(PCB)上的表面安装部件的数量。
在IC封装的创建过程中，人们也曾致力于通过直接在基板内设置未封装的IC器件并通过对芯片接触直接钻孔和镀覆使它们互连来埋设有源器件。尽管这样的解决方案在特定的应用中提供了益处，但是芯片的输入/输出(I/O)端子会非常小，并且成为精确地制作这种连接的挑战。而且，制造完成的器件可能不会成功地通过老化测试，从而使得前功尽弃。
另一个关注的领域是热管理，这是因为密集封装的半导体器件(诸如，LED)会产生降低组件可靠性的高的能量密度。
发明内容
因此，本发明的目标是提供改善的发光二极管(LED)组件。
简言之，本发明的一个优选实施例是发光二极管(LED)组件形式的电气装置。提供了多个LED的组，其中每个LED具有阳极和阴极。基底以基本上固定的关系保持LED，同时一个或多个阳极导体通过以不包括任何焊料为特征的方式电连接到一个或多个LED阳极。类似地，一个或多个阴极导体的每一个也是以不包括任何焊料为特征的方式电连接到一个或多个LED阴极。
简言之，本发明的另一个优选实施例是制造多个发光二极管(LED)的组件的工艺，其中每个LED具有阳极和阴极。LED以基本上固定的关系固定到基底。LED阳极的每一个电连接到阳极导体，其中可以存在一个或多个阳极导体，并且它们到阳极的连接以不包括任何焊料为特征的方式完成。类似地，LED阴极的每一个电连接到阴极导体，其中也可以存在一个或多个阴极导体，并且它们到阴极的连接也以不包括任何焊料为特征的方式完成。
本发明的全部优点源自于在LED组件中去除焊料的使用，并且在LED组件的制造中去除焊接。
去除使用焊料的优点是在LED组件中不再需要焊料中的金属。历史地看，这些金属曾经仅仅是比较昂贵。然而，这里具体关心的是，本发明可以降低LED组件的环境成本。焊料中的金属的开采、冶炼、处理和最后的处置都倾向于损害环境以及以任何方式涉及这些任务的人。
去除使用焊接来制造LED组件的优点是不再需要直接的和外围的操作及它们所涉及的成本。焊接必然涉及加热要焊接的工件。通常，通过根据需要施加热和去除热来进行热操作倾向于比较复杂且使制造更加昂贵。在LED组件的情况下，热倾向于损坏组件的元件，并且在焊接工艺中施加和去除热尤其倾向于产生应力并进一步损坏LED组件。此外，一旦完成焊接，则通常频繁地需要使用化学药品的一个或多个清洗阶段，化学药品比较昂贵且也倾向于损害环境。
而且，去除使用焊料和焊接来制作LED组件的另一个优点是最终的产品可以制作得更紧凑。因为工件之间的焊料，诸如LED与其供导电体的端子，必定占据一定的空间，所以去除焊料可以空出这样的空间。另外，由于当焊料是液体时的表面张力和流动效应，焊料连接倾向于比较“肥大(fat)”，使其最终比工件刚好需要的接合点占据更大的空间。因此，利用本发明可以消除对过大的部件“足迹(footprint)”的需要。
结合这里描述以及附图中示出的对执行本发明的当前已知的最好模式以及优选实施例的工业适用性的描述，本发明的这些及其它目标和优点将对本领域的技术人员而言变得清晰。
附图说明
结合附图，通过下面的详细描述本发明的目的和优点将明显易懂，其中：
图1(背景技术)是典型LED的截面侧视图，该LED可以用于传统的LED组件或根据本发明的LED组件。
图2(现有技术)是包括图1的LED的传统LED组件的截面侧视图。
图3是根据本发明的LED组件的截面侧视图。
图4是也根据本发明的替代LED组件的截面侧视图。
图5是根据本发明的较大LED组件的截面侧视图。
图6a-b是也根据本发明的较大LED组件的示意图，其中图6a是LED组件的俯视图，而图6b是LED组件的截面侧视图。
图7a-b示出了根据本发明的大的三维LED组件的透视图，其中图7a示出了具有常规元件关系的LED组件，而图7b示出了局部分解的LED组件。
图8a-j是处于一系列制造阶段的LED组件的截面侧视图。
图9a-e是处于一系列制造阶段的替代LED组件的截面侧视图。
在各附图中，相同的附图标记用于表示相同或相似的元件或步骤。
具体实施方式
本发明的优选实施例是发光二极管(LED)组件。如这里的各附图所示，尤其在图3的示意图中，本发明的优选实施例由总的附图标记100、200、300、400、500、600和700表示。
图1(背景技术)是典型LED10的截面侧视图，其可以用于传统的LED组件或根据本发明的LED组件。LED10具有发挥多种作用的主体12。例如，主体12以固定关系物理地保持(hold)LED10的其它元件。这用于保护LED10的内部元件免受损坏，用于根据需要设置LED10的外部通讯元件，并且用于通常在将其安装到LED组件中时便于操作LED10。在光学方面，主体12还通常用于使LED10发射的光波通过。为此，主体12具体地具有表面14，在该表面14处光主要发射自LED10。在表面14处，主体12可以选择性地包括类似于透镜以引导光的特征(未示出)和/或类似于外壳以与外部接收光元件(例如，与光纤)匹配。主体12还可以用于从LED10的内部元件传导散热。历史上，该热传导作用一般不重要，但是现在改变了，尤其是对于新兴的大功率LED应用。考虑到所有这些作用，LED10的主体12典型地为单一的塑料材料，有时也采用玻璃、石英或材料混合物。
除主体12之外，LED 10的外部元件是阳极16和阴极18。LED10的内部元件是顶接触20、P型层22、P-N结24、N型层26和底接触28。在图1所示的LED10中，另外设置阳极引线30以将顶接触20连接到阳极16，并且底接触28与阴极18集成在一起。在图1中，阳极16和阴极18示出为接触(或“焊垫”或“端子”)，但是这不是所有LED的情况，引线(或“配线”)也很常见。为此，应当注意的是，LED 10仅为通常LED的代表。
在运行过程中，LED 10接受进入阳极16的电流，该电流通过阳极引线30到达顶接触20且进入P型层22，穿过P-N结24，进入N型层26到达底接触28，并流出阴极18。这使得LED 10以其特征方式在P-N结24的平面中产生光。应当注意的是，LED 10的该边缘发射特征可以启发对主体12的设计(或者给其增加附加结构)，以引导光更加优化地从LED 10的表面14取出。
图2(现有技术)是包括图1的LED 10的传统LED组件50的截面侧视图。这里的LED组件50以其典型的制造方式和通常的使用方式取向，也就是，LED 10的发光面14向上。
以这样的取向，现在讨论通常从下向上“构建”的LED组件50。如果除了如图所示物理地支撑阳极线路54和阴极线路56外没有其它原因，则通常总是提供电绝缘的基板52。然而，可选的元件可以提供在基板52下面的分区域(sub-region)58中。例如，如果基板52是印刷电路板(PCB)的最上面的非导电层，则在该分区域58中也可以存在其它层(例如，如果印刷电路板是双侧的，则可为接地平面或者“相反侧”的特征)。
对于某些新兴的应用，具体地，可以存在于基板52下面的分区域58中的特征是散热器。基板52将典型地在一定程度上用于传递热，但是它不是最佳的。说得更清楚一些，热沉的作用(本领域的技术人员更加熟悉)和散热器的作用不同。尽管这些元件在一定程度上相类似地运行，但是热沉优化为从特定的位置(典型地为点或者较小的位置)去除热能，而散热器优化为使热能遍布某个区域或较大位置来分布和均衡。
继续图2，阳极线路54和阴极线路56设置在基板52上。再次地，通常的PCB在此用作有用的示例。在PCB中，基板52通常为电绝缘材料，线路54、56为铜箔，并且基板52上的线路54、56的必要图案通过丝网印刷、光刻、铣削或其它适当的工艺实现。
这里特别感兴趣的是LED组件50接下来的较高特征，焊接焊垫60组。它们将LED10的阳极线路54电连接到阳极16，并且将阴极线路56电连接到阴极18。焊接焊垫60还物理地将LED10连接到LED组件50的其它位置，从而将LED10保持在适当的位置。
焊接焊垫60中可能的材料已经在这里的其它地方进行了讨论和图示。然而，这里还应当考虑的是，焊接焊垫60固有地将给整个LED组件50增加附加的层级或位移层(displacement layer)62。在LED组件50的总厚度较为关键的应用中，该位移层62将受到关注，于是重要的目标是将其最小化或消除。
图2还示意性地示出了从LED 10进入LED组件50的热流通道64。如这里所看到的，LED 10产生的大量热能通过焊接焊垫60，该热能的大部分流过阴极18和阴极线路56。在某些应用中，该热流将引起严重的问题。例如，如果在LED 10中聚集太多的热，则其内部将被损坏。焊接焊垫60倾向于是导热的，但是它们还是延长和复杂了作为热能传递出LED10的主要通道的通道。此外，因为热能在LED 10的结构中以及整个LED组件50中的流动不是瞬时的，所以导致局部受热(例如，图2中的LED10的阴极端部)。这会使LED组件50受到热应力，在极端的情况下这可以导致焊接焊垫60与阳极16、阴极18或线路54、56分离，或者甚至导致LED10的主体12破裂。
在图2中，通过LED 10的顶面和侧面的热流通道64是很小的(如以较浅的箭头示意性地示出)。因为这里的LED 10的表面14需要发射产生的光，所以对LED 10的顶面几乎做不了什么。但是，LED10的侧面是另一回事。然而，在这里，焊接焊垫60倾向于与可以做的相干扰。当LED 10焊接到LED组件50中时，尤其是在LED组件50的表面安装装置(SMD：surfacemount device)实施例(依赖于液体焊料的表面张力效应来帮助定位LED10)中，期望使LED 10的侧面敞开(如图2所示)。但是，焊接后，焊接焊垫60中的毛细区域(wick region)66通常保留(也是当焊料为液体时由表面张力效应引起)，并且一旦它保留在LED组件50中，将妨碍将热导体添加至LED 10的侧面。
基于焊料(solder-based)的电子组装技术现在已经服务于我们超过了一个世纪，并且它们也已经用于LED大约一半这个时间。然而，如刚刚讨论的示例以及其它很多示例所示，这些技术日益满足不了我们的需要和新的应用，尤其是对于需求逐渐增加的更大功率的LED和紧密接近的大量LED。考虑到这一点，本发明人已经开发了改善的电子组装技术，具体地包括不基于焊料的技术。
图3是根据本发明的LED组件100的截面侧视图。为了在此清楚地呈现本发明，没有过多引入不特别相关的新的细节，图1的LED 10再一次用作示例。虽然如此，本领域的技术人员应该理解的是，LED的设计上存在很多变化，但是，一旦掌握了下面的原理，大规模地改变本发明以用于其它设计将是相对简单的设计问题。
本发明的LED组件100是图3，图3故意示出为与图2中的现有技术的LED组件50相反取向。这便于这里讨论制造LED组件100的一种方式。当然，LED组件100可以根据随后运行中的需求来取向。
因此，从图3的底部开始，可以提供可选的分区域102(现在讨论的示例)。接下来，向上是LED10。这里的示例再一次使用了图1的传统LED 10，上面已经对其进行了详细讨论。然而，这里的LED10示出为被可选的基体(matrix)104围绕。
基体104可以起很多作用。例如，它可以有助于将LED 10永久地保持在适当位置，或者在组装的早期阶段临时保持LED 10并稍后去除。如果基体104是最终的LED组件100的一部分，则它也可以有助于均衡分布和去除热能并使得整个LED组件100更坚固。例如，基体104可以帮助LED组件100抵抗物理应变，并且使LED 10的阳极16和阴极18不受腐蚀和短路污染物的影响。基体104还可以帮助引导光从LED 10的表面14出射。回想一下，光在P-N结24的平面中以边缘方式发射，从而通常不直接朝着LED10的表面14。回过头来参考图2，可以理解的是，这里产生的光的相当一部分可以在侧面处出射，而不是通过LED10的表面14，尽管主体12和围绕LED10的环境区域(典型地为空气)的折射系数具有相对的差别。相反地，图3中的基体104有效地防止了任何光通过LED 10的侧面出射，并且保证大部分光通过LED10的表面14出射，这是所期望的。
继续从图3的底部向上，这里在LED 10之上是基底106、阳极导体108、绝缘层110和阴极导体112。这里不应当对这些层采取过多的隐含限定。例如，可以采用各种制造工艺来设置这些导体层，这些制造工艺包括：无电镀覆；电解质镀覆；溅射；导体(例如，配线)的超声结合；导体、导体填充的聚合物(例如，填充有金属粉或纳米粒子)、类似填充的导电油墨、催化油墨、本征导电聚合物的电阻焊。在功能上结果将大体相同，但是在结构上将相当大地变化。关于这一点，还应当注意的是，图3中的示意图是侧视图，并且对其太草率的解释可能会导致错误的印象。例如，这里阳极导体108和阴极导体112呈现为层，但是当以三维观看LED组件100时，它们可以替代地仅仅为导电线或线路(例如，参见图7a-b，具体示出了这一点的示例)。
如图3所示的实施例中的基底106是绝缘体，以保持LED10的阳极16和阴极18之间的电绝缘。另外，在阳极16和阴极18处或它们之一处需要穿过基底106的较大的开口(orifice)，然后基底106简并成(degenerate into)阳极导体108或阴极导体112。具体地讲，在某些制造工艺(例如，光刻)中基底106可以用作上面的层的基板，和/或它可以用作散热器。
相反地，阳极导体108和阴极导体112都必须是导电的，因为它们的主要作用是传导电流。阳极导体108将电流传导到LED 10的阳极16，阴极导体112将电流传导到LED 10的阴极18。在图3中，阳极导体108示出为在阴极导体112之下，但这不是限制性的，并且没有理由在替代实施例中不能是相反的情况。
顾名思义，绝缘层110需要是绝缘体，因为其作用是电绝缘阳极导体108与阴极导体112。可选地，通过适当的材料选择，绝缘层110可以优化为帮助散热器。
通常，基底106和绝缘层110将为平面层，并且阳极导体108或阴极导体112之一也可以是平面层，或者阳极导体108和阴极导体112可以简单地为线形导体(例如，再一次参见图7a-b)。如果这些导体108、112中的一个是平面的，则这样可以提供电磁屏蔽。另外，因为这些导电的导体108、112也倾向于是导热的，所以当其一个为平面时，也可以用作散热器。
图4是也根据本发明的替代LED组件200的截面侧视图。这里不存在相当于图3中的基底的分离层。替代地，除了作为导体之外，阳极导体108用作LED 10的基底。这一点的直接变化是使阴极导体112成为最下面的导体，并且使其额外地作为LED 10的基底。
至此，已经采用简单的一个LED实施例来介绍本发明的关键原理，而没有以太多的细节来模糊事物。对于现在尚隐蔽一些原理，讨论现在转入一些示例，示出本发明如何能够具体地提供包括大量LED的LED组件。
图5是根据本发明的较大LED组件300的截面侧视图。五个LED 10这里描述为线形布置。考虑到前面的讨论，LED组件300的大部分特征和运行应当一目了然。然而，应当注意到一个新的方面，单个的阳极层302和单个的阴极层304的每一个为这里的所有LED10共用(并且这里还采用了公共的基底306)。从而，这里所有的LED 10一致地运行，全部同时点亮或变暗。然而，本领域的技术人员易于理解的是，可以提供多条阳极线和/或多条阴极线以及适当的绝缘层或等效的机制，然后，LED可以根据需要分别或同时运行。
图6a-b也是根据本发明的较大LED组件400的示意图，其中图6a是LED组件400的俯视图，而图6b是LED组件400的截面侧视图。十个LED10这里描述为两行且每行五个的布置。此外，该LED组件400的大部分特征和运行也应当一目了然。然而，应当注意的不同方面是，这里没有提供绝缘层，这是因为阳极导体402和阴极导体404在相同的平面中，且仍为这里的所有LED10所共用。这里应当注意的另一方面是，阳极层302或阴极层304可以看作这里的“基底”，这是因为两者为所有的LED10所共用并且在某种程度上支撑所有的LED10。这里还可以理解的是，尤其是从图6b可以看出，LED组件400可以相当薄，并且具有非常低的侧面轮廓(例如，甚至比图2中的现有技术的LED组件50还薄)。
简单地回顾图5并继续参考图6a-b，这些不应曲解为暗示本发明仅可以以严格的几何形状来体现。例如，多个LED 10可以名义上以类似线形(linear-like)的方式(如图5中的情况)排列，而不是确实以几何线形的方式。例如，二十五个LED 10可以物理地布置成环形、端部开口的曲线、螺旋线等。或者，多个LED 10可以名义上以类似阵列的方式(如图6a-b的情况)排列，而不是确实以几何平面的方式设置。例如，二十五个LED 10也可以物理地布置成完整的或局部的圆柱、半球或许多其它任何的三维曲线形状。
图7a-b以透视的方式示出了根据本发明的大的三维LED组件500，其中图7a以常规的元件关系示出了LED组件500，而图7b示出了局部分解的LED组件500。
如制造过程中一样，从这里取向的LED组件500的底部向上进行，提供透明的底层(sub-layer)502，并且所有的LED10都具有面向(against)该底层502的表面(这里不可见，例如参见图1)。这里的LED 10都示出为具有相同的取向，即阳极16靠左，阴极18靠右，但是这不是必须的。例如，LED 10可以替代地设置为两行LED 10的阳极16相邻(如图6a所示)，两行LED 10的阴极18相邻，等等。这可以便于布置阳极线路504和阴极线路506(在功能上，以与图3-5的阳极导体108和阴极导体112相同的方式而被采用)。图3-5的基底106和绝缘层110在这里的图7a-b中省略，以避免其遮挡其它元件。
这里的阳极线路504和阴极线路506在图5所示的布置上略有变化。在图7a-b中，LED10的一些组合不能被可控地驱动。例如，从左下到右上以对角线延伸的一组LED10就不能在没有同时驱动所有存在的LED 10情况下被驱动。然而，克服这一点是比较简单的。类似于上面所讨论的选择运行线形组件中的各LED的情况，寻址(address-ably)驱动三维组件中的LED仅需要改变线路(典型地增加附加的线路)并使其绝缘。
图8a-j是处于一系列制造阶段的LED组件600的截面侧视图。在图8a中，已经提供基底602，一些LED 10已经用结合剂(bonding agent)604固定到基底602上，并且一个LED10(最右面的一个)处于用结合剂604固定到基底602上的工艺中。这里的基底602典型地为电绝缘材料，其原因将马上明了。其次，如果需要，这里的基底602也可以是导热材料，其程度为与其作为电绝缘体不过度冲突。这里的结合剂604不需要是特别强的结合剂，因为它仅用于临时结合。然而，这里的结合剂604必需是电绝缘体，并且它可以选择为也是导热的材料。
在图8b中，所有的LED10已经固定(结合)到基底602，并且覆盖层(cover layer)606已经涂覆到LED组件600的当前的顶侧上。该覆盖层606必需某种程度上对LED10发射的光波长透明(即光学传导)，明显的原因是LED10发射的大部分光应当通过覆盖层606。例如，如果覆盖层606做得较薄而没有完全覆盖LED10及其表面14(图1)，则覆盖层606可以替代地为不透明的材料。在本发明的LED组件600的一些实施例中，用于覆盖层606的一个特别合适的材料选择是使其与LED10主体中采用的材料正好相同，因为这将保证LED10的主体与覆盖层606的折射系数基本上相同，并且光以最小的折射和损耗有效地从LED 10进入覆盖层606。然而，在本发明的LED组件600的替代实施例中，与LED10的主体中采用的材料不同的覆盖层606材料可以故意选择为散射来自LED10的光，并从而总体上更均匀地出射来自LED组件600的光。覆盖层606的另一个选择是采用不均匀(non-homogeneous)材料，例如，其被注入很少的空气或气泡或银或铝的颗粒。采用该不均匀材料通常有助于散射来自LED组件600的光。另外，回顾LED10中P-N结24(图1)的边缘光发射，这有助于更好地引导LED组件600产生的光(即，相对于LED组件600的取向向上，如图8a-b所示)。
继续覆盖层606的材料，其也可以选择为导热的材料。在图8a-j中的本发明LED组件600的具体实施例中，覆盖层606的材料是否为电绝缘体并不重要，但是对于其它实施例要适当考虑这一点。
在图8c中，LED组件600被翻转以有利于在后续的制造阶段中增加材料，并且已经执行了接下来的阶段，靠近LED 10的阳极16已经涂敷了散热器区域608。如这里所描述的情况，设置在这些散热器区域608中的材料可以选择地为与结合剂604相同。
在图8d中，已经涂敷了阴极层610(或者一组阴极导体或线路)。其电连接这里所示的LED 10的阴极18，并且当LED组件600以这里其它处描述的方式使用时该阴极层610最终将承载电流。因此，阴极层610是导电材料(图8a-j中以较重实线表示的导体)。
在图8e中，已经去除了阴极层610在LED10的阳极16上的部分。而且，在图8f中，已经涂敷了绝缘体层612。
在图8g中，已经涂敷了散热器层614。如这里所示的情况，典型地但不是必须，其与散热器区域608中采用的材料相同。
在图8h中，已经为LED10的阳极16提供了开口616，并且在图8i中已经涂敷了阳极层618(或一组阳极导体或线路)，其电连接这里所示的LED10的阳极16。当LED组件600以这里其它处描述的方式使用时该阳极层618最终也将承载电流。
最后，在图8j中，已经涂敷了可选的保护层620。典型地，其为物理上兼顾且电绝缘的材料。现在完成了这里的LED组件600。
图9a-e是处于一系列制造阶段的替代LED组件700的截面侧视图。在图9a中，已经提供了基底702，一些LED 10已经放置(固定)到基底702中，并且一个LED 10处于被放置的过程中。这里提供接收LED 10的阳极16的散热器区域704，但不主要依靠这些来使LED10保持在适当位置。替代地，这里基底702已经具有开口706，调节开口706的尺寸使得LED10的阴极18以紧配合(interference fit)来接合。在图9a中，LED组件700取向为LED 10在基板702的上面，但这完全是选择的事情，因为这里不需要提供图8b-i中的LED组件600的覆盖层606的等效特征。
在图9b中，LED组件700已经翻转以便于在后续制造阶段中增加材料。[注意，制造过程中的组件取向不是本发明的限制。在特定工艺的特定阶段中，可以有或者也可以没有最好的取向，但是当应用这里的教导来制造本发明的实施例时，在通常的制造工艺中对这一点的处理对普通技术人员应当是简单的。]
在图9b中，阴极层708(或阴极导体或线路)也已经涂敷在基底702和LED 10的阴极18(在图9a-e中用较重实线表示的导体)上。然而，这里可以看出，该阴极层708也没有覆盖散热器区域704。例如，这是因为阴极层708材料是不粘合到散热器区域704材料的，或者阴极层708材料甚至可以是“回避(shy away)”散热器区域704材料的(例如，由于故意选择表面张力特性)。当然，阴极层708也可以涂敷在散热器区域704上，然后从这里选择性地移除(例如，通过激光融蚀)。
再次暂时离题，在图9a-e所示的LED组件700的特定布置中，如果基底702由导电材料制成并且用于以阴极层的方式承载来自LED10的电流，则阴极层708完全可以简单地省略(dispense with)。
继续，在图9c中，已经涂敷了散热器层710。其可以是(如图所示)或可以不是与散热器区域704相同的材料。
在图9d中，已经为LED 10的阳极16提供了开口712。这些开口712在某些制造工艺中可以称为“通孔(via)”，但是它们可以用激光、电子束或磨蚀清除(abrasive ablution)、或者用光刻蚀刻、或者通过任何其它适合的工艺来实现。因此，为了避免限制解释，这里采用宽泛的词语“开口”。
最后，在图9e中，已经涂敷了阳极层714(或阳极导体或线路)。阳极层714和阴极层708的材料必须是导电的，并且由于散热器层710与它们二者接触，所以这里的散热器层710必须是电绝缘材料。现在完成了这里的LED组件700。
尽管上面已经描述了各种实施例，但是应当理解的是，它们仅通过示例来呈现，并且本发明的幅度和范围不限于任何上述的示范性实施例，而是仅根据随后的权利要求及其等同特征来限定。

Claims (30)

1.一种电气装置，包括：
多个发光二极管(LED)，其中每个所述LED具有阳极和阴极；
基底，以基本固定的关系保持所述多个LED；
一个或多个阳极导体，每一个都以不包括任何焊料为特征的方式电连接到所述LED的一个或多个所述阳极；以及
一个或多个阴极导体，每一个都以不包括任何所述焊料为特征的所述方式电连接到所述LED的一个或多个所述阴极，由此设置了LED组件。
2.如权利要求1所述的装置，其中：
存在一个所述阳极导体并且为所述基底，或者存在一个所述阴极导体并且为所述基底。
3.如权利要求1所述的装置，还包括：
绝缘层，将所述一个或多个阳极导体与所述一个或多个阴极导体分离。
4.如权利要求1所述的装置，还包括：
散热器层，使来自所述多个LED的热量分布遍及所述LED组件。
5.如权利要求1所述的装置，其中除了所述阳极和所述阴极电连接的位置之外，每个所述LED具有期望光主要出射的表面以及至少一个侧面，该装置还包括：
材料基体，围绕所述多个LED的所述侧面的至少一部分。
6.如权利要求5所述的装置，其中：
所述材料基体为适合于在所述多个LED的所述侧面处反射所述光的类型，从而增加所述多个LED的所述表面出射的所述光。
7.如权利要求5所述的装置，其中：
所述材料基体完全围绕所述多个LED的所述侧面，并且还覆盖所述多个LED的所述表面。
8.如权利要求5所述的装置，其中：
所述材料基体为适合于散射所述光的类型。
9.如权利要求1所述的装置，其中：
所述多个LED以类似线形的方式布置。
10.如权利要求1所述的装置，其中：
所述多个LED以类似阵列的方式排列。
11.一种制造多个发光二极管(LED)的组件的工艺，其中每个LED具有阳极和阴极，所述工艺包括：
(a)以基本上固定的关系将LED固定到基底；
(b)将所述LED的所述阳极的每一个电连接到阳极导体，其中可以存在一个或多个所述阳极导体，并且所述连接所述阳极是以不包括任何焊料为特征的方式进行；以及
(c)将所述LED的所述阴极的每一个电连接到阴极导体，其中可以存在一个或多个所述阴极导体，并且所述连接所述阴极是以不包括任何所述焊料为特征的所述方式进行。
12.如权利要求11所述的工艺，其中：
所述基底是电绝缘体；
所述(b)包括：
提供阳极开口，所述阳极开口通过所述基底而到达所述LED的所述阳极；以及
沉积通过所述阳极开口的所述阳极导体；并且
所述(c)包括：
提供阴极开口，所述阴极开口通过所述基底而到达所述LED的所述阴极；以及
沉积通过所述阴极开口的所述阴极导体。
13.如权利要求11所述的工艺，还包括：
在所述基底上分离地布置所述阳极导体和所述阴极导体。
14.如权利要求11所述的工艺，还包括：
(d)在所述一个或多个所述阳极导体与所述一个或多个所述阴极导体之间提供绝缘层。
15.如权利要求14所述的工艺，其中：
存在单个的所述阳极导体
所述基底是导电体并且是所述单个的所述阳极导体；
所述(c)包括：
提供通过所述基底的间隙开口，使得所述基底与所述LED的所述阴极不电连接；并且
所述(d)包括：
提供阳极开口，所述阳极开口通过所述绝缘层而到达所述LED的所述阳极。
16.如权利要求14所述的工艺，其中：
存在单个的所述阴极导体
所述基底为导电体并且是所述单个的所述阴极导体；
所述(c)包括：
提供通过所述基底的间隙开口，使得所述基底与所述LED的所述阳极不电连接；并且
所述(d)包括：
提供阴极开口，所述阴极开口穿过所述绝缘层而到达所述LED的所述阴极。
17.如权利要求11所述的工艺，其中：
存在一个所述阳极导体并且是所述基底，或者存在一个所述阴极导体并且是所述基底。
18.如权利要求11所述的工艺，其中除了所述阳极和所述阴极电连接的位置之外，每个所述LED具有期望光主要出射的表面和至少一个侧面，所述工艺还包括：
用反光材料围绕所述多个LED的所述侧面。
19.如权利要求11所述的工艺，其中除了所述阳极和所述阴极电连接的位置之外，每个所述LED具有期望光主要出射的表面和至少一个侧面，所述工艺还包括：
用光散射材料至少覆盖所述多个LED的所述表面。
20.一种电气装置，包括：
多个发光二极管(LED)，其中每个所述LED具有阳极和阴极；
基底，用于以基本上固定的关系保持所述多个LED；
一个或多个阳极导体部件，每一个以不包括任何焊料为特征的方式电连接所述LED的一个或多个所述阳极；以及
一个或多个阴极导体部件，每一个以不包括任何所述焊料为特征的所述方式电连接所述LED的一个或多个所述阴极，由此设置了LED组件。
21.一种电气装置，包括：
多个发光二极管(LED)，其中每个所述LED具有阳极和阴极；
基底，具有多个第一开孔；以及
一个或多个第一导体，通过所述多个第一开孔连接到所述LED的所述阳极或所述阴极。
22.如权利要求21所述的电气装置，还包括在所述基底中的多个第二开孔以及一个或多个第二导体，所述一个或多个第二导体通过所述多个第二开孔连接到所述LED的一个或多个所述阴极。
23.如权利要求21所述的电气装置，其中所述多个开孔布置成图案。
24.如权利要求22所述的电气装置，还包括在所述第一导体与所述第二导体之间的绝缘层。
25.如权利要求21所述的电气装置，其中所述一个或多个导体选自由无电镀覆金属、电解镀覆金属、溅射金属、超声波结合金属、电阻焊金属、导电聚合物和导电油墨构成的组。
26.如权利要求21所述的电气装置，其中所述基底由导热材料构成。
27.如权利要求21所述的电气装置，其中所述基底由导电材料构成。
28.如权利要求21所述的电气装置，其中所述基底由电绝缘材料构成。
29.如权利要求27所述的电气装置，其中所述基底电连接到所述阳极或者所述阴极的一个或多个，并且与所述阳极或者所述阴极的另一个电绝缘。
30.如权利要求21所述的电气装置，还包括将所述LED固定到所述基底的粘合剂。
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