CN101657911A - 用于恶劣环境的发光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于恶劣环境的发光二极管(30)，其包括基本透明的衬底(33)；沉积在所述衬底(33)的底表面上的半导体层；耦合到所述半导体层并且形成在所述衬底(33)的所述底表面上的多个键合焊盘(5，6)；以及形成在所述键合焊盘(5，6)上并且用于将所述发光二极管(30)电连接到印刷电路板(20)的多个微柱(27，28)。可以在所述衬底(33)的所述底表面与所述印刷电路板(20)的顶表面之间设置底部填充层(40)，以降低所述发光二极管衬底(33)下面的水渗透。此外，可以将漫射器(50)安装到所述发光二极管衬底(33)的顶表面以漫射通过所述顶表面发射的光。

Description

用于恶劣环境的发光二极管
本申请要求享有2007年3月8日提交的申请号为60/905,590的临时专利申请的优先权，在此引入其全部内容作为参考。
技术领域
本发明总体上涉及发光二极管。具体而言，本发明涉及一种用于恶劣环境的发光二极管。
背景技术
发光二极管，或者LED，是在向LED的阳极和阴极端子之间施加正向偏置时发射特定频谱的非相干光的半导体器件。通过掺杂具有各种杂质的半导体材料以形成p-n结的方式来形成LED，所述p-n结在电流从该结的p侧(阳极)流向该结的n侧(阴极)时发射光子。由LED发射的光的颜色或者波长取决于形成该二极管p-n结的材料。例如，由砷化铝镓(AlGaAs)构成的LED辐射红外线和红光，由磷化铝镓(AlGaP)构成的LED辐射绿光，由氮化镓(GaN)构成的LED辐射绿光和蓝光，并且由氮化铟镓(InGaN)构成的LED辐射近紫外、蓝绿和蓝光，等等。
通常，通过在n型衬底上沉积p型层来形成LED。将耦合到p型层的阳极焊盘安装到LED芯片的顶表面，并且将耦合到n型衬底的阴极焊盘也安装到LED芯片的顶表面上。LED也可以形成在诸如蓝宝石(AL2O3)的透明衬底上。例如，在蓝宝石上GaN的LED中，首先在蓝宝石衬底的上表面上形成至少一个n型层，并且然后在该上表面上形成包括p型层的一个或多个附加层以生成p-n结。可以使用许多公知的工艺来形成这些层，例如以金属有机化学气相沉积(MOCVD)、等离子沉积等。在该蓝宝石衬底的底表面上形成反射的金属层以将向下发射的光反射回并且通过该上表面。
图1示出了安装到印刷电路板10的现有技术LED管芯1，即，“板上芯片”设计。在蓝宝石衬底3的顶表面上形成p-n结2，并且在蓝宝石衬底3的底表面上形成反射的金属层4。在LED管芯1的顶表面上，将引线7，8(分别地)键合到阳极和阴极焊盘5、6，并且(分别地)键合到印刷电路板10上的相应阳极和阴极焊盘11、12。诸如热压，热超声，超声等的引线键合是用于将引线7、8(分别地)附着到LED焊盘5、11和印刷电路板焊盘6、12的标准方法。金属层4将从p-n结2向下发射的光向上反射，理想地通过LED管芯1的顶表面。结果，尽管由p-n结2发射的一些光会漏出蓝宝石衬底3的侧面，但是大多数光从LED管芯1的顶表面发射。图2示出了安装到印刷电路板10的LED管芯1的正视图，表示(分别地)键合到LED焊盘5、6的引线7、8。
已经在体内的非密封传感器中使用LED，并且在这些应用中，印刷电路板10通常是陶瓷(铝)的或者陶瓷合成物，而LED衬底3通常是蓝宝石、硅或者其他类似材料。尽管对于水或者水蒸汽来说，通常是不能透过这些材料，但是必须保护引线7和8，LED焊盘5和6以及印刷电路板焊盘11和12不受人体恶劣环境的影响。结果，这些组件通常被装入聚合物材料中，不幸的是，该聚合物材料易于被水或者水蒸汽渗透。随着时间的过去，该不期望的水渗透不仅影响聚合物的属性，而且也通过各种机制助长了LED的过早失效，所述机制包括例如介电常数劣化，氧化，电短路，形成空隙空间，衬底上金焊盘的分层等等。
图3示出了在安装到印刷电路板并且其电连接已经被装入聚合物材料中的现有技术LED管芯上水渗透的影响。尽管印刷电路板10有效地阻挡了水从底部渗透到LED管芯1的电连接中，但是如图3所示，水会从其它方向进入到聚合物材料15中。为了强调水渗透问题，图3中在尺寸上夸大了聚合物材料15。
尽管已经知道可以将LED以反向方式安装到印刷电路板，即“倒装芯片”取向，但是这些现有技术本身不能克服当在恶劣环境中使用LED时产生的水渗透问题。然而，与板上芯片设计的标准相比较，由于倒装芯片LED从该LED的下表面发射的光，即从与印刷电路板最接近的表面发射的光，通常被散射，即，没有被反射回LED中而是通过该上表面发射，所以倒装芯片LED发射更少的光。结果，现有技术的倒装芯片LED不仅不能解决水渗透到体内的非密封传感器的问题，而且与标准的板上芯片设计相比发射更少的光。
发明内容
根据本发明的实施例，公开了被设计成经得起恶劣环境并且包括非密封电路封装，壳体和包装的半导体LED器件、芯片以及通常的板上芯片电路。在一个实施例中，半导体LED器件包括基本上透明的衬底，沉积在该衬底的底表面上的半导体层，耦合到该半导体层并且形成在该衬底的底表面上的几个键合焊盘，以及形成在每一个键合焊盘上的用于将LED电连接到印刷电路板的微柱。可以在衬底的底表面与印刷电路板的顶表面之间设置底部填充层，以减少发光二极管衬底下方的水渗透。在另一实施例中，可以将漫射器安装到发光二极管衬底的顶表面以漫射通过该顶表面发射的光。
在另一实施例中，构建半导体LED器件以用于可植入传感器(例如葡萄糖传感器)，其中LED被包含在非密封的包装中，并且该植入的传感器在恶劣的环境暴露中工作延长的时间段。在一个实施例中，用于确定介质中被分析物的存在或者浓度的基于光学的传感器包括用作光学波导的光透射的传感器主体，其中该传感器主体具有围绕该传感器主体的外表面。该传感器还包括传感器主体中的辐射源，该辐射源在该传感器主体内发射辐射，其中该辐射源包括基本透明的衬底，沉积在该衬底的底表面上的半导体层，耦合到该半导体层并且形成在该衬底的底表面上的多个键合焊盘，以及形成在该键合焊盘上并且用于将发光二极管电连接到印刷电路板的多个微柱。该传感器还提供具有光学特性的指示器元件，该光学特性受被分析物的存在或者浓度的影响，其中该指示器元件位于该传感器主体上以接收来自辐射源的辐射并且将辐射传送到该传感器主体中。该传感器还包括位于该传感器主体中并且被定位成接收该传感器主体内的辐射的光敏元件，该光敏元件响应于从所述指示器元件接收的辐射而发射信号。
在另一实施例中，公开了用于将发光二极管以倒装芯片取向的方式安装到印刷电路板的方法，所述方法包括：(1)从该发光二极管的第一表面去除反射层；(2)在该发光二极管的第二表面上将微柱键合到每一个键合焊盘，该第二表面与第一表面相对；(3)将该微柱键合到印刷电路板上的相应键合焊盘，使得该发光二极管以倒装芯片取向的方式安装；以及(4)在该发光二极管的第一表面上安装漫射器以漫射通过该发光二极管的第一表面发射的光。
附图说明
本发明的上述和其它优点将通过下面结合附图的详细说明而变得更加明显。
图1示出了安装到印刷电路板的现有技术LED。
图2示出了安装到印刷电路板的现有技术LED的俯视图。
图3示出了水渗透对安装到印刷电路板的现有技术LED管芯的影响，该LED管芯的组件已经涂覆有聚合物材料。
图4示出了根据本发明实施例水渗透对安装到印刷电路板的倒装芯片LED管芯的限制影响。
图5A和5B分别示出了未被屏蔽的现有技术印刷电路板和根据本发明实施例的被屏蔽的印刷电路板。
图6示出了根据本发明实施例的使用热超声键合将LED管芯以倒装芯片取向的方式安装到印刷电路板的工艺。
图7示出了根据本发明实施例表示包含玻璃微球和氰酸酯的混合物的底部填充的电子显微照片。
图8示出了根据本发明实施例通过热超声键合到印刷电路板的具有底部填充层的倒装芯片LED管芯。
图9示出了根据本发明实施例的安装到倒装芯片LED的漫射器的示意图。
图10A和10B示出了根据本发明实施例的处于非通电状态和通电状态的具有漫射器的倒装芯片LED的图片。
图11示出了根据本发明实施例的安装在传感器内的倒装芯片LED。
具体实施方式
本发明的实施例提供了被设计成受得住恶劣环境、位于非密封或者近似密封的电路封装，壳体和包装内的半导体LED器件，芯片和板上芯片电路，以及将由该LED发射的光有利地漫射出以激发最大数量的传感器指示器分子的漫射器。
本发明所预期的恶劣环境包括各种充满湿气或者吸湿的环境，例如以诸如水下或者海下传感器的浸没应用，诸如葡萄糖传感器的植入医疗应用，经历湿度和雨水的极端情况的户外应用等等为例。该LED器件可以在这些恶劣环境中连续地和间歇地暴露至水或者水蒸汽。
本发明的优选实施例提供一种被键合到印刷电路板衬底的倒装芯片LED管芯，位于该倒装芯片LED管芯和印刷电路板衬底之间的底部填充层以防止水渗透并且增强光反射。在另一优选实施例中，本发明提供一种利用漫射器以增强光分布的倒装芯片LED。该倒装芯片取向有利地增加了LED的远场辐射模式并且将该大多数LED管芯定位在位于该LED管芯和该印刷电路板之间的键合点上方，这在很大程度上保护了这些电气连接不受恶劣环境的影响。如上所述，可以在用于检测人体内诸如葡萄糖的各种感兴趣的被分析物的可植入传感器内采用该优选实施例。在该实施例中，倒装芯片LED被包含在非密封的或者近似密封的包装中并且在恶劣环境，即人体内工作延长的时间段。使用多种技术中的任意一种将该倒装芯片键合到印刷电路板衬底，例如热超声键合，热压键合，超声键合，焊接等等。例如，如现有技术所述，由于使用超声波能量将金焊接到金，热超声键合对于焊料的医疗应用提供了重要的优点。当然，金具有生物惰性。
图4示出了根据本发明的实施例安装到印刷电路板20的倒装芯片LED管芯30。倒装芯片LED管芯30包括形成在蓝宝石衬底33上的p-n结32，耦合到p-n结32的金阳极和阴极焊盘5、6，热超声(分别地)键合到LED焊盘5、6和金印刷电路板焊盘21、22的金微柱27、28。图4还示出了水渗透对安装到印刷电路板20的倒装芯片LED管芯30的限制影响。不仅印刷电路板20阻挡了水从底部渗透到该热超声键合的连接，而且LED衬底33本身也阻挡了水渗透到这些连接。
由于水的渗透性取决于扩散材料的表面区域，因此如图4所示，仅有窄且暴露的可扩散表面区域16呈现给恶劣环境。在一个实施例中，LED衬底33和印刷电路板20之间的间隙高度优选为大约20-60μm，更优选为大约30-50μm，并且最优选为大约40μm。在一个实施例中，倒装芯片LED 30的可扩散表面区域16优选为大约0.01mm2到大约1mm2，更优选为大约0.02mm2到大约0.09mm2，并且最优选为0.05mm2。间隙高度与管芯外周的乘积为该可扩散表面区域，其明显小于图3中示出的现有技术LED管芯1的表面区域(例如小103倍)。
通常，设计印刷电路板20以最小化地暴露金属导体迹线，并且优选地仅暴露位于安装到衬底上的部件正下方的接触区域，即，倒装芯片LED，支撑芯片，无源电路元件等等。在一个实施例中，仅暴露临界镀金属，例如以高阻抗迹线、焊盘、电路布线等为例。这通过精心地布局以及所有金属导体的屏蔽以仅暴露完全需要电连接基本部件的金属来实现。有利的是，暴露的金属将基本由安装在该印刷电路板衬底表面上的部件覆盖。图5A示出了未被屏蔽的具有焊盘17的现有技术印刷电路板10。图5B示出了根据本发明实施例的被屏蔽的具有焊盘23的印刷电路板20。
图6示出了根据本发明实施例的用于使用热超声键合将商用LED管芯以倒装芯片取向的方式安装到印刷电路板的工艺。在一个实施例中，商用LED管芯1包括p-n结2，蓝宝石衬底3，金属层4和焊盘5、6，例如以Nichia 377nm LED管芯，Fox 360nm LED管芯等为例。在优选实施例中，LED的管芯尺寸为大约310μm到320μm，而在其它实施例中，该管芯尺寸可以更大或者更小。焊盘5、6优选地分隔开大约5mm。在步骤1中，使用本领域普通技术人员公知的适当方法从LED衬底3上去除底部金属层4，例如以包括硫酸和过氧化氢混合物(即，食人鱼浴)的酸蚀刻和基本蚀刻等为例。在步骤2中，例如通过热超声键合将金微柱27、28(分别地)焊接到焊盘5、6。视图A代表键合到焊盘5、6之后微柱的图片。在步骤3中，将LED管芯1反向以变为倒装芯片LED管芯30，并且将金微柱27、28通过热超声键合到印刷电路板20上的金焊盘21、22。
在现有技术的倒装芯片应用中，可以在倒装芯片和印刷电路板之间提供底部填充材料。该底部填充材料的目的是补偿倒装芯片与印刷电路板之间的热膨胀不匹配，并且加强焊接的倒装芯片到印刷电路板的粘附。与上述的现有技术聚合物涂覆材料类似，水或者水蒸汽渗透到该底部填充材料中并且改变该底部填充材料的介电常数，这会使现有技术的倒装芯片产生过早失效。典型的商用底部填充材料允许实质的水蒸汽扩散，并且结果是不可应用于恶劣环境中。
本发明的实施例提供一种基本上不能渗透水蒸汽扩散的底部填充材料，并且因此适合于在恶劣环境中使用。换句话说，本发明提供一种具有极度降低的和最小的渗透性的底部填充材料。通常，该底部填充材料是聚合物，例如以氰酸酯，Epo-Tek 301-2等为例，其中添加有例如以固体或者气体填充的玻璃微球，玻璃或者乳胶微滴，白色铝陶瓷，钛(IV)氧化物等为例的填充物。通常，填充物的重量占该合成物的总重量的百分比为大约5％到大约70％w/w，并且聚合物的重量占该合成物的总重量的百分比为大约95％到大约30％w/w。在优选实施例中，填充物为大约30％w/w并且聚合物为大约70％w/w。
在实施例中，底部填充材料是通过向具有很低介电常数和很低的固有水蒸气扩散属性的聚合物，例如氰酸酯添加玻璃微球形成的合成泡沫。在该实施例中，如下所述，固体玻璃或者陶瓷微球很好地工作以抵抗蒸汽浸注并且提供电介质优化。微球可以具有任何适当的尺寸。例如，微球在截面上可以小到大约2μm并且大到大约11μm。在一个实施例中，可以使用粘结促进剂来改善合成泡沫的有机和无机成分的粘结。
在优选实施例中，使用硅烷来促进玻璃微球与氢酸酯之间的粘结。在该实施例中，将由95％的乙醇与5％的水构成的溶液调整到pH值大约为5，并且添加大致2％体积-到-体积(v/v)的缩水甘油丙基三甲氧基硅烷(GPS)。将微球添加到包含该溶液的破碎机中并且搅拌(例如，搅动)，通过真空过滤将其从该溶液中分离，在大约110℃下干燥大约1小时，并且然后将其连同少量而且额外量的GPS以及可选的少量着色剂一起添加到氰酸酯中。也可以使用其它的硅烷基粘结促进剂、非硅烷基粘结促进剂、桥接试剂等。
通常，将电介质定义为位于两个导体之间的绝缘介质，即，电绝缘材料。将材料的介电常数定义为该材料的电容率与自由空间的电容率之间的比值，并且好的绝缘体具有低于5的介电常数。例如，空气的介电常数是1，固体聚丙烯是2.18，FR-4(通用的电路板合成物)是4.5，水是80，氰酸酯是2.7，冰是3.2，石蜡是2，并且玻璃是3.8。材料混合物的介电常数是成分的介电常数的简单加权平均。例如，按照上面列出的数值，由冰、水和空气构成的雪的介电常数可以表示为：(％空气)×(1)+(％水)×(80)+(％冰)×(3.2)。尽管空气和冰都具有低于5的很好的绝缘值，但是很明显，水的相对百分比最影响雪的最终绝缘特性。
在优选的高阻抗实施例中，底部填充层由介电常数为2.7的氰酸酯，介电常数为3.8的玻璃以及介电常数为1的空气制成，上述介电常数均小于5。钛氧化物可以包括在该底部填充层中以在不需要高阻抗保护的情况下使光学反射率最大化。当水蒸汽在正常扩散下进入该底部填充层时，将影响该底部填充层的介电常数。在一个实施例中，每一个气体微球是直径为大约11μm并且壁厚度为大约1μm的填充有空气的球体。当氰酸酯填充有微球(例如，大约30％)时，这些玻璃球体降低了可渗透水蒸气的体积，这在玻璃球体是固体时当然也是相同的。微球内的空气保持干燥并且稳定，具有很低的介电值(即，1)。因而，极大地降低了可渗透水蒸气的底部填充层的部分，即，只是氰酸酯材料，而不是微球。底部填充层的介电常数可以表示为：(％空气)×(1)+(％氰酸酯)×(2.7)+(％玻璃)×(3.8)。
在该实施例中，仅氰酸酯部分由于水蒸气侵蚀而易于变化。玻璃以及密封在该玻璃内的空气不受水蒸气的影响。如上所述，氰酸酯还具有很低的水蒸气渗透系数。当水侵蚀时，氰酸酯的有效值增加一些；然而，通过高的，干燥的并且稳定的空气分量，极大地抵消了该增加，并且该合成物在水蒸气的最大饱和处被维持为低于5，因而保持很好的绝缘特性。
图7示出了根据本发明实施例的包含玻璃微球和氰酸酯的底部填充的电子显微照片。在该实施例中，玻璃微球填充有空气，具有大约11μm的直径并且大约1μm的壁厚度，并且如上所述，使用硅烷进行了预处理以改善与氰酸酯的粘结。该实施例的重量百分比是大约30％w/w微球，67％w/w氰酸酯，2％w/w GPS以及1％w/w黑色着色剂。
在另一实施例中，通过向诸如Epo-Tek 301-2的光学环氧树脂中添加诸如钛(IV)氧化物、玻璃微滴等光散射滤光器来形成该底部填充层。在该实施例中，光散射滤光器有利地增加了底部填充层的反射率。也可以使用粘结促进剂。
图8示出了根据本发明的实施例通过热超声键合到印刷电路板的具有底部填充层的倒装芯片LED管芯。底部填充层40基本防止了水或者水蒸气渗透到LED微柱27、28和焊盘5、6以及印刷电路板焊盘21、22。底部填充层40可以与倒装芯片安装取向结合以防止水对于安装在印刷电路板20上的其它电路部件的侵蚀，该其它电路部件例如是微电子管芯、公共集成电路、ASIC等。这里描述的葡萄糖传感器的各种组件就可以以这种方式安装。
图9示出了根据本发明实施例的安装到倒装芯片LED的漫射器的示意图。倒装芯片LED管芯30热超声键合到印刷电路板20，并且具有底部填充层40以及安装到上表面的漫射器50。在一个实施例中，以拱形或者半球形设计漫射器50的形状以在更宽的区域上分配通过倒装芯片LED管芯30的上表面发射的光，并且通常，该漫射器由例如以Epo-Tek 301-2为例的聚合物制成。在其它实施例中，漫射器50也可以具有改善光分布的其它形状。此外，诸如玻璃微球，钛(IV)氧化物等的光散射滤光器可以结合到漫射器50中以改善光分布，这与上述的底部填充层类似。图10A和10B示出了在非通电状态(图10A)和通电状态(图10B)情况下具有漫射器的倒装芯片LED的图片。本发明的漫射器基本增加了来自LED管芯的光的远场发射模式，并且导致光的更加对称的分布。该漫射器可以通过使用吸液管等向倒装芯片LED 30的上表面传递预定量的聚合物/填充物混合物而在倒装芯片LED 30上直接形成，或者可选地，可以将预形成的漫射器粘附到倒装芯片LED 30的上表面。
图11示出了根据本发明实施例的安装在传感器内的倒装芯片LED。在该实施例中，传感器60是在患者内部体内监视感兴趣的被分析物(例如以葡萄糖为例)的传感器。根据上述技术，将倒装芯片LED管芯30安装到印刷电路板衬底62的顶表面上。优选地根据上述技术，将光检测器64和支撑电子器件66也安装在印刷电路板20上。该印刷电路板62由非密封的壳体68包围，在该壳体的外侧表面的一些或者全部上连接有荧光指示器分子70。倒装芯片LED管芯30以特定的波长照亮指示器分子70，该指示器分子70基于患者体内特定被分析物(例如，葡萄糖)的浓度而以不同的波长发出荧光。通过光检测器64测量由荧光指示器分子70发射的荧光，并且然后通过位于患者体外的接收器检测信号。根据本发明的教导可以得出许多不同的传感器架构，包括例如US专利No.6,330,464(Colvin等人)，在此引入其全部内容作为参考。在该实施例中，具有漫射器的LED管芯被配置成具有更加对称的光分布，这激发了位于传感器表面上的更多指示器分子。
在各种实施例中，本发明使得衬底印刷电路，集成芯片电路并且尤其是LED管芯能够经得住恶劣环境和使用非密封或者接近密封的聚合物包装的浸没应用。本发明还能够使用非密封的电路包装，该电路包装通常被更加经济地制造，能够被更大程度地小型化并且能够更加适合医疗植入应用。本发明的各种实施例还不需要如在现有技术的倒装芯片应用中描述的焊料和焊剂的倒装芯片安装使用。例如，本发明的实施例使用金焊接的微柱代替焊料和焊剂，这对于医疗用途很重要，从而不会滤去诸如铅的焊料成分。由于使用焊料块的焊剂残留以及从衬底及芯片下方充分清洗焊剂残留的难度或者不可能性，这对于改善恶劣环境中的电子器件可靠性也是有利的。
本发明的各种实施例还提供了使用芯片主体本身作为湿气扩散屏障的板级镀金属的本质保护，并且将暴露的聚合物化合物底部填充最小化到20-70微米×芯片周围的可扩散区域。这产生了暴露的和易受来自器件外侧的水蒸气扩散的聚合物区域的100和1000几何倍数的降低。
在进一步的实施例中，当水以其它方式使底部填充分层时，在底部填充之前对任何倒装芯片管芯和/或具有粘结促进剂的电路板的预处理增加了无机/有机界面的键合强度，在恶劣环境下尤其如此。
在其它实施例中，构建在LED管芯上的漫射器允许在可植入传感器结构内的激发光的更好分布以激发更多的指示器分子并且向传感器提供更高的信噪比。
本发明的其它优点包括改善的电子器件可靠性。在本发明的一方面的实施例中，这通过使用金镀金属和热超声焊接实现，这提供了更好的生物兼容性，不会随着时间过去而倾向于金属氧化，并且没有使用焊料那样的有毒金属。
在本发明的进一步实施例中，设计用于倒装芯片LED管芯的底部填充合成物材料以提供最大的反射率，优化光量并且最小化水蒸气侵蚀。还设计该底部填充合成物材料应用在恶劣环境中，以最小化水蒸气侵蚀并且维持优选的介电值。
在本发明的再一方面中，公开了用于设计在恶劣环境中使用的电路或者微电路“板上芯片”衬底的方法以及用于组装在恶劣环境中使用的电路的工艺。而且，提供了用于对来自LED的“红尾”(red tail)发射以及更高质量带宽发射进行滤光的低通滤光器。
尽管已经结合了具体实施例描述了本发明，但是很明显，本领域的普通技术人员可以做出许多替代，修改和变型。因此，这里所阐述的本发明优选实施例只是示例性的，而非限制性的。可以在不偏离这里所述的本发明的精神和范围的情况下做出各种修改。

Claims (42)

1、一种用于恶劣环境的发光二极管，包括：
基本透明的衬底；
沉积在所述衬底的底表面上的半导体层；
耦合到所述半导体层并且形成在所述衬底的所述底表面上的多个键合焊盘；以及
形成在所述键合焊盘上并且用于将所述发光二极管电连接到印刷电路板的多个微柱。
2、如权利要求1所述的发光二极管，其中，所述衬底是蓝宝石。
3、如权利要求1所述的发光二极管，其中，所述半导体层包括至少一个p-n结。
4、如权利要求1所述的发光二极管，其中，所述多个键合焊盘以及所述多个微柱是金。
5、如权利要求4所述的发光二极管，其中，所述多个微柱键合到所述多个键合焊盘并且键合到所述印刷电路板上的相应多个金键合焊盘，其中一个微柱对应于每一个键合焊盘对。
6、如权利要求5所述的发光二极管，其中，使用热压键合、热超声键合、超声键合或者焊接将所述微柱键合到所述键合焊盘。
7、如权利要求1所述的发光二极管，还包括安装到所述衬底的顶表面的漫射器，所述漫射器用于漫射通过所述衬底的所述顶表面发射的光。
8、如权利要求1所述的发光二极管，还包括设置在所述衬底的所述底表面与所述印刷电路板的顶表面之间并且包括聚合物和填充物的底部填充层，所述底部填充层用于降低所述衬底下面的水渗透。
9、如权利要求8所述的发光二极管，其中，所述填充物包括多个微球并且所述聚合物是氰酸酯。
10、如权利要求8所述的发光二极管，其中，所述填充物是光散射填充物并且所述聚合物是光学环氧树脂。
11、如权利要求8所述的发光二极管，其中，所述底部填充层是大约70％重量的聚合物和大约30％重量的填充物。
12、如权利要求9所述的发光二极管，其中，每一个微球具有大约2μm到大约11μm的直径。
13、如权利要求9所述的发光二极管，其中，每一个微球是具有大约11μm直径和大约1μm壁厚度的填充有气体的球体。
14、如权利要求7所述的发光二极管，其中，所述漫射器包括用于增加光反射率的钛(IV)氧化物。
15、如权利要求7所述的发光二极管，其中，所述漫射器包括用于增加光反射率的微球。
16、如权利要求8所述的发光二极管，其中，所述光散射填充物是钛(IV)氧化物并且所述光学环氧树脂是Epo-Tek 301-2。
17、如权利要求9所述的发光二极管，其中，使用粘结促进剂预处理所述微球。
18、如权利要求17所述的发光二极管，其中，所述粘结促进剂是硅烷。
19、如权利要求7所述的发光二极管，其中，所述漫射器是基本透明的、半球形的漫射器。
20、一种用于恶劣环境的半导体器件，包括：
具有顶表面的印刷电路板，所述顶表面具有多个金键合焊盘；
发光二极管，所述发光二极管包括：
基本透明的衬底，
沉积在所述衬底的底表面上的半导体层，
耦合到所述半导体层并且形成在所述衬底的所述底表面上的多个
金键合焊盘，以及
形成在所述键合焊盘上并且键合到所述印刷电路板的所述金键合焊盘的多个金微柱；
设置在所述衬底的所述底表面与所述印刷电路板的所述顶表面之间并且包括聚合物和填充物的底部填充层，所述底部填充层用于降低所述发光二极管衬底下面的水渗透；以及
安装到所述衬底的顶表面并且是基本透明的、半球形的漫射器，所述漫射器用于漫射通过所述衬底的所述顶表面发射的光。
21、如权利要求20所述的半导体器件，其中，所述填充物包括多个填充有气体的玻璃微球并且所述聚合物是氰酸酯。
22、如权利要求20所述的半导体器件，其中，所述底部填充层是大约70％重量的环氧树脂和大约30％重量的填充物。
23、如权利要求21所述的半导体器件，其中，每一个微球具有大约2μm到大约11μm的直径以及大约1μm的壁厚度。
24、如权利要求20所述的半导体器件，其中，所述填充物是光散射填充物并且所述聚合物是光学环氧树脂。
25、如权利要求24所述的半导体器件，其中，所述光散射填充物是钛(IV)氧化物并且所述光学环氧树脂是Epo-Tek 301-2。
26、如权利要求20所述的半导体器件，其中，使用热压键合、热超声键合、超声键合或者焊接将所述微柱键合到所述键合焊盘。
27、如权利要求21所述的半导体器件，其中，使用粘结促进剂预处理所述微球。
28、如权利要求27所述的半导体器件，其中，所述粘结促进剂是硅烷。
29、一种用于确定介质中被分析物的存在或者浓度的基于光学的传感器，所述传感器包括：
用作光学波导的光学透射的传感器主体，所述传感器主体具有围绕所述传感器主体的外表面；
所述传感器主体中的辐射源，所述辐射源在所述传感器主体内发射辐射，所述辐射源包括：
基本透明的衬底，
沉积在所述衬底的底表面上的半导体层，
耦合到所述半导体层并且形成在所述衬底的所述底表面上的多个
键合焊盘，以及
形成在所述键合焊盘上并且用于将所述发光二极管电连接到印刷电路板的多个微柱；
具有受所述被分析物的存在或者浓度影响的光学特性的指示器元件，所述指示器元件位于所述传感器主体上以接收来自所述辐射源的辐射并且将辐射传输到所述传感器主体中；以及
位于所述传感器主体中并且被定位成接收所述传感器主体内的辐射的光敏元件，所述光敏元件响应于从所述指示器元件接收的辐射而发射信号。
30、如权利要求29所述的传感器，还包括设置在所述衬底的所述底表面与所述印刷电路板的顶表面之间并且包括聚合物和填充物的底部填充层，所述底部填充层用于降低所述衬底下面的水渗透。
31、如权利要求30所述的传感器，其中，所述填充物包括多个微球并且所述聚合物是氰酸酯。
32、如权利要求30所述的传感器，其中，所述填充物是光散射填充物并且所述聚合物是光学环氧树脂。
33、如权利要求30所述的传感器，其中，所述底部填充层是大约70％重量的聚合物和大约30％重量的填充物。
34、如权利要求31所述的传感器，其中，每一个微球具有大约2μm到大约11μm的直径。
35、如权利要求31所述的传感器，其中，每一个微球是具有大约11μm直径和大约1μm壁厚度的填充有气体的球体。
36、如权利要求29所述的传感器，还包括安装到所述辐射源衬底的顶表面的基本透明的、半球形的漫射器，所述漫射器用于漫射通过所述辐射源衬底的所述顶表面发射的光。
37、如权利要求36所述的传感器，其中，所述漫射器包括用于增加光反射率的钛氧化物。
38、如权利要求36所述的传感器，其中，所述漫射器包括用于增加光反射率的微球。
39、如权利要求31所述的传感器，其中，所述光散射填充物是钛(IV)氧化物并且所述光学环氧树脂是Epo-Tek 301-2。
40、如权利要求30所述的传感器，其中，使用粘结促进剂预处理所述微球。
41、如权利要求40所述的传感器，其中，所述粘结促进剂是硅烷。
42、一种用于将发光二极管以倒装芯片取向的方式安装到印刷电路板的方法，包括：
从所述发光二极管的第一表面去除反射层；
在所述发光二极管的第二表面上将微柱键合到每一个键合焊盘，所述第二表面与所述第一表面相对；
将所述微柱键合到所述印刷电路板上的相应键合焊盘，以便以倒装芯片取向的方式安装所述发光二极管；以及
在所述发光二极管的所述第一表面上安装漫射器，以漫射通过所述发光二极管的所述第一表面发射的光。
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