JP2009517853A

JP2009517853A - 半導体向けマルチチップモジュール単一パッケージ構造

Info

Publication number: JP2009517853A
Application number: JP2008541569A
Authority: JP
Inventors: チェン，ジェン−シアン
Original assignee: ネオバルブテクノロジーズ，インコーポレイテッド
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2009-04-30
Also published as: EP1970967A1; US7786490B2; WO2007059657A1; US20090272988A1

Abstract

本発明は半導体発光デバイスパッケージ構造を提供する。該半導体発光デバイスパッケージ構造は基板、Ｎを２以上の正の整数とするＮ個のサブマウントおよびＮ個の半導体発光ダイモジュールを含む。各サブマウントは基板上に埋め込まれると同時に部分的に露出される。各半導体発光ダイモジュールはサブマウントの１つの露出面にマウントされる。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は半導体発光デバイスパッケージ構造、なかでも特に、半導体発光ダイ向けマルチチップモジュール単一パッケージ構造に関する。

長寿命、軽量、低電力消費、ならびに水銀不在といったメリットのために、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような半導体発光デバイスは理想的な光源となってきており、大きく発展してきた。ＬＥＤは情報、通信、家電製品、車両、交通照明、広告看板、および照明のマーケットを含めた多くの分野に適用可能である。

しかしながら、現在の高出力半導体発光デバイスは継続照明の一定期間後の過熱の問題に直面している。それだけでなく、現在の半導体発光デバイスパッケージ構造は全般的に熱抵抗を越えるという問題に直面していて、この問題が照明の出力と効率に影響を与えている。従って、従来の半導体発光デバイスパッケージ構造は、単純なヒートシンクの設置では発光デバイスの温度を低下させることができない。つまり、パッケージ構造と熱消散モジュールの境界間の熱抵抗を越えるという問題を解決した高熱消散効率のパッケージ構造の提供が必要である。

また、従来の半導体発光デバイス用のパッケージ構造は単一半導体発光デバイス向けに利用されている。しかしながら、新型の照明製品の開発に対処するには、半導体発光ダイ用のマルチチップモジュール単一パッケージ構造の開発の必要がある。

従って、本発明の狙いは半導体発光ダイ用マルチチップモジュール単一パッケージ構造の提供にある。

ある好ましい実施例では、本発明のマルチチップモジュール単一パッケージ構造は基板、Ｎ個のサブマウント、およびＮ個の発光ダイモジュールが含まれる。基板はその上に上面と底面が定められるともに、Ｎ個の第１窪みがその上面に形成されると同時に、Ｎ個の第２窪みがその底面に形成される。各第２窪みは第１窪みの１つを貫通すると同時にこれと一体に連結される。複数の外側電極が上面に配置される。また、Ｎは２以上の正の整数である。また、特に、基板は注入成型では成型されない。

また、Ｎ個の各サブマウントは第２窪みの１つに対応するとともにその上に各第１面および各第２面が定められる。各サブマウントは前記サブマウントの１つが当該第１窪み内部に部分的に露出するよう第１面は当該第２窪みに埋め込まれる。

また、各Ｎ個の半導体発光ダイスモジュールはサブマウントの１つに対応すると同時に、当該第１窪み内部に露出して対応するサブマウントの第１面にマウントされる。各半導体発光ダイモジュールはその内側電極を通じて外側電極に電気接続される。

本発明の範囲は様々な図や図面で例示される好ましい実施例に関する以下の詳細説明を読めば通常の専門技術者には疑いなく明らかとなろう。

本発明は半導体発光ダイ用マルチチップモジュール単一パッケージ構造の提供にある。好ましい実施例は下記のように開示される。

図１Ａおよび図１Ｂを参照されたい。図１Ａは本発明の好ましい実施例の半導体発光デバイスパッケージ構造1の上面図を示す。図１Ｂは図１Ａの半導体発光デバイスパッケージ構造のラインＫ−Ｋに沿った断面図を示す。図１Ａに示されるごとく、半導体発光デバイスパッケージ構造1は基板12、Ｎ個のサブマウント14とＮ個の半導体発光ダイモジュール16を含み、Ｎは２以上の正の整数である。特に、図１Ａと図１Ｂの半導体発光デバイスパッケージ構造1は本発明の例として３個の半導体発光ダイモジュールを有する。

また、図１Ｂに示されるごとく、基板12はその上に上面122と底面124を定める。また、Ｎ個の第１窪み126は上面122に形成され、Ｎ個の第２窪み128は底面124に形成される。特に、各第２窪み128は第１窪み126の１つを貫通するとともにこれと一体に連結される。また、複数の外側電極（図示されず）が上面122に配置される。

また、Ｎ個のサブマウント14のそれぞれは第２窪み128の１つに対応すると同時に、その上にそれぞれの第１面142とそれぞれの第２面144を定める。また、各サブマウント14は当該第２窪み128に埋め込まれ、前記サブマウント14の１つの第１面142は当該第１窪み126内部に部分的に露出する。実際には、各Ｎ個のサブマウント14は半導体材料から構成可能である。

また、Ｎ個の半導体発光ダイモジュール16のそれぞれはサブマウント14の１つに対応すると同時に、当該第１窪み126内部に露出する平たい当該サブマウント14の第１面142にマウントされる。さらに、各半導体発光ダイモジュール16はその内側電極（図示されず）を有し、これが外側電極に電気的に接続される。実際には、基板の形状は限定されず、例えば、図１Ａの基板12は長方形である。しかしながら、例えば、図２に示される基板12は円である。また、図２では、図１Ａと同一符号を有するユニットが図１Ａの各ユニットと同じ機能を果たすが、無用な詳細の検討は省略される。

ある実施例では、本発明の半導体発光デバイスパッケージ構造1はさらにＮ個の突出部分（図示されず）とパッケージ材料（図示されず）を含む。Ｎ個の各突出部分が上面122の各第１窪み126の縁周辺に形成される。パッケージ材料は各半導体発光ダイモジュール16を覆う各突出部分にそれぞれ埋め込まれる。

別の実施例では、本発明の半導体発光デバイスパッケージ構造1はさらに突出部分（図示されず）とパッケージ材料（図示されず）を含む。突出部分はすべての第１窪み126を囲むように上面122に形成される。パッケージ材料は半導体発光ダイモジュール16のすべてを覆うように突出部分に一体に埋め込まれる。

別の実施例では、本発明の半導体発光デバイスパッケージ構造1はさらに透明カバー（図示されず）を含み、これは第１窪み126のすべてを一体に覆うために上面122に配置される。

図３Ａと図３Ｂを参照すると、図３Ａはさらに別の本発明の好ましい実施例の半導体発光デバイスパッケージ構造を例示すると同時に、図３Ｂは図３Ａの半導体発光デバイスパッケージ構造3のラインＯ−Ｏに沿った断面図を示す。同様にして、半導体発光デバイスパッケージ構造3はまた基板32、Ｎを２以上の正の整数とするＮ個のサブマウント（図示されず）とＮ個の半導体発光ダイモジュール34も含む。また、図３Ａは３個の半導体発光ダイモジュール34を示す。

また、半導体発光デバイスパッケージ構造3はさらにキャリア36とほぼ柱状のＮ個の熱伝導デバイス38も含む。Ｎ個の各熱伝導デバイス38はそれぞれ平坦部分を有する。また、基板32はその底面がキャリア36上にマウントされる。キャリア36はそれぞれがサブマウントの１つに対応するＮ個の貫通形成穴を有し、その各穴は１つの熱伝導デバイス38の挿入を受け入れるように合わされて、前記１つの熱伝導デバイス38の平坦部分が対応するサブマウントに密着する。

ある実施例では、各熱伝導デバイス38は熱パイプあるいは熱コラムである。

ある実施例では、各熱伝導デバイス38は銅、アルミニウム、または高熱伝導率の材料である。

図３Ａと図３Ｂに示されるように、半導体発光デバイスパッケージ構造3はさらに少なくとも熱消散フィン40を含む。熱消散フィン40は熱伝導デバイス38の周囲にマウントされる。

図３Ａと図３Ｂに示されるように、半導体発光デバイスパッケージ構造3はさらに固定デバイス42を含むと同時に、熱伝導デバイス38の尾端が固定デバイス42に固定される。

図３Ｃを参照されたい。図３は図３Ａの半導体発光デバイスパッケージ構造3のラインＰ−Ｐに沿った部分断面図であり、半導体発光デバイスパッケージ構造3を明示している。また、図３Ｃでは、ユニットは図３Ｂ中におけるものと同じラベル符号を有すると同時に、これらは図３Ｂの各ユニットと同じ機能を果たすので、余計な細かい吟味は省略される。しかしながら、図３Ｂの半導体発光デバイスパッケージ構造3とは違って、図３Ｃの半導体発光デバイスパッケージ構造3の各熱伝導デバイス38の前面端部は湾曲されると同時に、各熱伝導デバイス38の平坦部分がその前面端部周囲に形成される。

図４を参照されたい。図４は図３Ａの半導体発光デバイスパッケージ構造3の別の実施例を示す。また、図４では、図３Ａまたは図３Ｂと同じラベル符号を有するユニットは図３Ａ又は図３Ｂの各ユニットと同じ機能を果たすので、余計な細かい吟味は省略される。図４と図３Ａ/３Ｂの半導体発光デバイスパッケージ構造間の差は図４の半導体発光デバイスパッケージ構造3の固定デバイス42が丸い形状をしているという点にある。

図４と図３Ａ/３Ｂ間の半導体発光デバイスパッケージ構造のもう１つの差は図４の半導体発光デバイスパッケージ構造3がさらにＮ組の熱消散フィン40を含む点である。また、熱伝導フィン40の各組は熱伝導デバイス38の１つの周辺にマウントされる。

ある実施例では、上述の半導体発光デバイスパッケージ構造はさらに基板に合わせられた孔付きのシェードを含む。また、基板が孔に挿入されて半導体発光ダイスモジュールは該シェード内に配置される。

ある実施例では、上述の半導体発光デバイスパッケージ構造はさらに光学モジュールを含む。光学モジュールは上面にマウンドされ、半導体発光ダイモジュールを覆って半導体発光ダイモジュールによる発光光を収束させる。

ある実施例では、上述の半導体発光デバイスパッケージ構造はさらにＮ個の光学モジュールを含む。Ｎ個の各光学モジュールは上面にマウントされ、半導体発光ダイモジュールの１つを覆って１つの前記半導体発光ダイモジュールによる発光光を収束させる。

ある実施例では、上述の半導体発光デバイスパッケージ構造はさらに外側電極にそれぞれ電気的に接続されると同時に熱伝導デバイスの尾端まで延ばされる複数のワイヤーを含む。

ある実施例では、上述の半導体発光デバイスパッケージ構造の各半導体発光ダイモジュールは少なくとも１つの白色光ダイオードを含む。別の実施例では、半導体発光ダイモジュールの１つは少なくとも青色光ダイオード、緑色光ダイオード、又は赤色光ダイオードを含むことができる。もう１つの実施例では、半導体発光ダイモジュールの１つは少なくとも１つの青色光ダイオード、少なくとも１つの緑色光ダイオードおよび少なくとも１つの赤色光ダイオードを含む。

本発明は高熱消散効率のパッケージ構造を提供すると同時に、該パッケージ構造は少なくとも半導体発光デバイスをパッケージ化するために利用されることが明らかとなった。また、発明のパッケージ構造はさらに熱伝導デバイスと調整するように利用されて高出力半導体発光デバイスによる発生熱をさらに除去して、パッケージ構造の境界と熱消散モジュール間の熱抵抗を越えるという問題の解決が可能である。

上述の例と説明について、本発明の特徴と精神は望まれる通り十分に説明された。専門技術者はデバイスに関する多くの修正と変更が本発明に関する教唆を保持しながら行われうるということを容易に見て取ろう。従って、上述の開示は付録の請求項の範囲と限界によってのみ限定されるものと解釈されなくてはならない。

本発明の好ましい実施例の半導体発光デバイスパッケージ構造1の上面図半導体発光デバイスパッケージ構造1の図１ＡのＫ−Ｋラインに沿った断面図図１Ａの半導体発光デバイスパッケージ構造に関する別の実施例本発明の別の好ましい実施例の半導体発光デバイスパッケージ構造3の図図３Ａの半導体発光デバイスパッケージ構造3のラインＯ−Ｏに沿った断面図図３Ａの半導体発光デバイスパッケージ構造の別の半導体発光デバイスパッケージ構造の形態を例示するためのラインＰ−Ｐに沿った部分断面図図３Ａの半導体発光デバイスパッケージ構造3に関する別の実施例の図

Claims

上面および底面を定め、Ｎを２以上の正の整数とするＮ個の第１窪みが前記上面に形成され、Ｎ個の第２窪みが前記底面に形成される、各第２窪みが前記第１窪みの１つを貫通すると同時にこれと一体に連結され、複数の外側電極が前記上面に配置される基板、
それぞれが前記第２窪みの１つに対応すると同時にそれぞれの第１面とそれぞれの第２面とをその上に定めるＮ個のサブマウントであって、それぞれの前記サブマウントが対応する前記第２窪みに埋め込まれ、該１つのサブマウントの前記第１面が対応する前記第１窪み内部に部分的に露出するＮ個のサブマウント、ならびに
それぞれが前記サブマウントの１つに対応すると同時に、対応する前記第１窪み内部に露出して対応する前記サブマウントの前記第１面上にマウントされると同時に内側電極を経由して外側電極に電気接続されるＮ個の半導体発光ダイモジュール、
が含まれる半導体発光デバイスパッケージ構造。
さらにそれぞれ各第１窪みを埋めて各半導体発光ダイモジュールを覆うパッケージ材料が含まれる請求項１の半導体発光デバイスパッケージ構造。
さらに、すべての前記第１窪みを一体的に埋めて前期Ｎ個の半導体発光ダイモジュールのすべてを一体的に覆うパッケージ材料が含まれる請求項１の半導体発光デバイスパッケージ構造。
さらに前記半導体発光ダイモジュールのすべてを一体的に覆うため前記上面に配置される透明カバーが含まれる請求項１の半導体発光デバイスパッケージ構造。
さらに前記上面に配置されるＮ枚の透明カバーが含まれ、各カバーによって各半導体発光ダイモジュールが覆われる請求項１の半導体発光デバイスパッケージ構造。
さらにそれぞれが平坦部分を有するＮ個の熱伝導デバイス、ならびにキャリアが含まれ、該ギャリアは前記基板がその底面の上にマウントされそれぞれが１つの前記サブマウントに対応するＮ個の貫通形成穴を有し、各穴が１つの前記熱伝導デバイスの挿入物を受け入れるよう適合されて前記１つの熱伝導デバイスの平坦部分が対応する前記サブマウントと密着状態となる、請求項１の半導体発光デバイスパッケージ構造。
さらに前記熱伝導デバイスの周囲上にマウントにされる少なくとも１個の熱消散フィンが含まれる請求項６の半導体発光デバイスパッケージ構造。
さらにＮ個の集合の熱消散フィンが含まれ、前記熱消散フィンの各集合が各前記熱伝導デバイスの周囲上にマウントされる請求項６の半導体発光デバイスパッケージ構造。
前記熱伝導デバイスがヒートパイプあるいはヒートコラムである請求項６の半導体発光デバイスパッケージ構造。
前記熱伝導デバイスが銅、アルミニウム、あるいは高熱伝導性材料から形成される請求項６の半導体発光デバイスパッケージ構造。
さらに、前記上面にマウントされると同時に前記半導体発光ダイモジュールを覆う光学モジュールが含まれ、前記半導体発光ダイモジュールによる発光光を集束させる請求項１の半導体発光デバイスパッケージ構造。
さらにそれぞれが前記上面にマウントされると同時に各前記半導体発光ダイモジュールを覆うＮ個の光学モジュールが含まれ、前記半導体発光ダイモジュールによる発光光を集束させる請求項１の半導体発光デバイスパッケージ構造。
各サブマウントが半導体、セラミック、あるいはメタルから形成される請求項１の半導体発光デバイスパッケージ構造。
さらに固定デバイスが含まれ前記熱伝導デバイスの尾端が該固定デバイスの上に固定される請求項１の半導体発光デバイスパッケージ構造。
さらにそれぞれ外側電極に電気接続すると同時に前記熱伝導デバイスの尾端まで延びる複数のワイヤーが含まれる請求項１の半導体発光デバイスパッケージ構造。
さらに前記基板に適合される孔を有するシェードが含まれ、該基板が該孔に挿入されて、前記半導体発光ダイモジュールが該シェード中に配置される請求項１の半導体発光デバイスパッケージ構造。
各半導体発光ダイモジュールに少なくとも１個の白色光ダイオードが含まれる請求項１の半導体発光デバイスパッケージ構造。
前記半導体発光ダイモジュールの１つに青色光ダイオードが含まれる請求項１の半導体発光デバイスパッケージ構造。
前記半導体発光ダイモジュールの１つに緑色光ダイオードが含まれる請求項１の半導体発光デバイスパッケージ構造。
前記半導体発光ダイモジュールの１つに赤色光ダイオードが含まれる請求項１の半導体発光デバイスパッケージ構造。
前記半導体発光ダイモジュールの１つに少なくとも１個の青色光ダイオード、少なくとも１個の緑色光ダイオードおよび少なくとも１個の赤色光ダイオードが含まれる請求項１の半導体発光デバイスパッケージ構造。