JP2009524234A - 静電放電保護を内蔵した発光素子用のパッケージ - Google Patents

Abstract

パッケージは、その内部に発光素子が取り付けられる凹部を有する基板を含んでいる。基板の表面は、パッケージの外部表面を形成している。蓋を基板に装着することにより、その内部に発光素子が取り付けられるシーリングされた領域を定義可能である。蓋は、発光素子によって放射される光の波長に対して透明である。基板内の静電放電保護回路は、発光素子に電気的に結合されている。

Description

本開示は、発光ダイオードなどの発光デバイス用のパッケージに関するものである。

発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージのサイズの低減は、携帯電話機やハンドヘルド型コンピュータなどのコンパクトな設計を必要とする様々な携帯型ディスプレイ技術の設計において重要なファクタである。従来、ＬＥＤは、ＬＥＤチップ自体を大幅に上回るエリアを占有する複数のコンポーネントを含むパッケージ内に収容されている。図６に示されているように、ＬＥＤチップは、ＬＥＤの損傷を防止する静電放電（ＥＳＤ）保護回路を収容した熱伝導性のサブマウントに接合可能である。ＬＥＤ及びサブマウントは、ヒートシンクスラグ上に更に取り付けられており、幅の広い金属リードフレームがこれを通じて延長するプレモールドされたサーモプラスチックレンズ内にカプセル状に包み込まれている。

しかしながら、いくつかのアプリケーションにおいては、パッケージサイズを低減することが望ましいであろう。

本開示は、発光デバイス用のパッケージの改善に関するものである。一態様によれば、パッケージは、その内部に発光素子が取り付けられる凹部を有する基板を包含可能であり、この場合に、基板の表面は、パッケージの外部表面を形成可能である。いくつかの実装においては、例えば、発光素子から放射される光の波長に対して透明である蓋を基板に装着することにより、その内部に発光素子が収容されるシーリングされた領域を定義可能である。基板内のＥＳＤ保護回路を発光素子に電気的に接続可能である。

様々な実装は、以下の特徴の中の１つ又は複数のものを包含可能である。パッケージ基板は、例えば、シリコンなどの半導体材料から構成可能である。発光素子は、発光ダイオードから構成可能である。基板の凹部の側壁は、反射性コーティングを具備可能であり、この場合には、基板の凹部の実質的にすべての側壁が反射性コーティングによってカバーされている。反射性コーティングは、金属などの高度な反射性を有する材料を包含可能である。

透明な蓋を基板に対して密封シーリング可能であり、この場合には、発光素子は、密封シーリングされた領域内に収容される。透明な蓋は、ガラスから構成可能である。

パッケージは、凹部から基板を通じてパッケージの外部に延長する導電性フィードスルー材料を包含可能である。接合パッドを基板上に提供可能であり、この場合には、発光素子は、接合バッドを通じて基板に取り付けられる。更には、接合パッドは、発光素子をフィードスルー材料に電気的に結合可能である。基板内に提供されているＥＳＤ保護回路は、例えば、複数のツェナーダイオードから構成可能であり、且つ、接合パッドを通じて発光素子と並列に電気的に接続可能である。

様々な実施例においては、以下の利点の中の１つ又は複数のものが存在可能である。ＥＳＤ保護回路及び電気フィードスルー接続を基板内に内蔵することにより、パッケージのサイズを低減可能である。又、基板は、その上部に発光素子が支持される薄いメンブレインを包含することにより、低い熱抵抗を提供して熱伝達を改善可能である。更には、ＥＳＤ保護回路、フィードスルー接続、及びサブマウントを１つのパッケージ内において組み合わせることにより、別個に組み立てることを要するコンポーネント数を低減可能である。

基板の凹部の金属コーティングされた側壁は、発光素子から放射された散乱光を透明な蓋に向かって、そして、パッケージの外部に導波するのに有用である。パッケージから外部に多くの散乱光を導波することにより、装置の効率を改善可能である。金属コーティングされた側壁を含む凹部内に素子を取り付けることにより、発光素子用の反射器及びコンテナの両方としてパッケージを使用可能である。

密封シーリングされた領域内に発光素子をカプセル状に包み込むことにより、カプセル状に包み込まれたデバイスの信頼性及び寿命を改善可能である。

このようなパッケージは、例えば、携帯型の電話機及び装置内に提供されるカメラ用のＬＥＤフラッシュとして使用可能である。小さなパッケージは、利用可能な追加の空間を生成し、これにより、携帯型装置のサイズを低減可能である。更には、可視ディスプレイを有する携帯型装置は、光要素の高密度のパッキングを要するディスプレイのバックライトとして、このような複数のパッケージを使用可能である。同様に、複数のパッケージを組み合わせることにより、高分解能且つ大面積の看板及びディスプレイを提供可能である。

別のアプリケーションは、いくつかのパッケージを自動車のブレーキ及びヘッドライトとして使用する段階を包含可能である。高密度のパッキングという利益に加えて、薄いメンブレインが装置から外部への熱伝達を改善している。

添付の図面及び以下の説明には、本発明の１つ又は複数の実施例の詳細が示されている。本発明のその他の特徴及び利点については、以下の説明及び添付の図面、並びに、請求項から明らかとなろう。

様々な図面における類似の参照符号は、類似の要素を示している。

図１に示されているように、パッケージ２０は、蓋２２、凹部２４、及び基板２６を含んでいる。１つ又は複数の光電子デバイスを基板２６と蓋２２の間の凹部２４内に取り付け可能である。この特定の実装においては、光電子デバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）２８である。

基板２６は、凹部２４を既知のエッチングプロセスによって形成できるように、例えば、シリコンなどの半導体材料から構成可能である。水酸化カリウムなどの異方性ウェットエッチング溶液を使用することにより、傾斜した側壁３０を形成可能である。図１の実装においては、凹部２４の側壁３０の中の少なくとも１つは、約５４．７°の角度βにおいて傾斜している。側壁３０の角度は、その他の実装においては異なるものであってよい。このエッチングプロセスにおいては、その上部にＬＥＤ２８を支持可能である薄いメンブレイン２５を残している。側壁３０は、金属などの材料によってコーティング可能であり、このコーティングは、反射表面３２として機能することにより、ＬＥＤ２８から出射された迷光を蓋２２に向かって導波している。

蓋２２は、少なくともＬＥＤ２８によって放射される光の規定の波長（又は、波長帯域）に対して透明であるガラス又はシリコンなどの材料から構成する必要がある。好ましくは、蓋２２は、凹部２４全体の上方に配置されており、且つ、これをカバーしている。図２に示されているように、凹部２４を取り囲む金属リング３４を基板２６の表面上に形成可能である。凹部２４の全体の上方に配置された蓋２２を、例えば、はんだリフロープロセスを使用して金属リング３４に溶着させることにより、密封シーリングを形成可能である。

ＬＥＤ２８は、例えば、凹部２４の底部に堆積及びパターニングされている接合パッド３５ａ及び３５ｂ上にデバイスをはんだ付けすることにより、凹部２４内に取り付け可能である（図１〜図２を参照されたい）。好ましくは、接合パッド３５ａ、３５ｂは、金属などの導電性材料から構成されている。図１に示されているように、接合パッド３５ａ、３５ｂは、薄いメンブレイン２５内に形成された導電性フィードスルー材料３８を含む薄いメンブレイン２５の表面の一部上に提供可能である。導電性フィードスルー材料３８は、ＬＥＤ２８及び接合パッド３５ａ、３５ｂから、基板２６を通じて、パッケージの外部への電気的接点を提供している。或いは、この代わりに、ボンディングワイヤ又はその他の電気的接続を提供することにより、ＬＥＤ２８を導電性フィードスルー材料３８に接続することも可能である。導電性フィードスルー材料３８は、例えば、電気鍍金フィードスルーメタライゼーションプロセスを使用して提供可能であり、且つ、これにより、ＬＥＤ２８をパッケージ内において密封シーリングされた状態に保持可能である。特定の実装においては、スルーホールを密封シーリングする段階は、接着剤レイヤ、鍍金ベース、フィードスルーメタライゼーション、拡散バリア、ウェッティングレイヤ、並びに、例えば、貴金属などからなる抗酸化バリアを提供する段階を含んでいる。パッケージと外部支持部の間の改善された熱伝達が望ましいアプリケーションにおいては、金属パッド３９ａを凹部２４とは反対側のパッケージの外部上に提供可能である（図４を参照されたい）。更には、金属パッド３９ｂにより、導電性フィードスルー材料３８をカバーしてこれに電気的に接続すると共に、外部支持部に対する改善された熱伝達を提供可能である。

過剰な電荷の結果として発生可能であるＬＥＤ２８に対する損傷から保護するべく、例えば、リン及びホウ素拡散プロセスにより、静電放電（ＥＳＤ）保護回路４０を基板２６の薄いメンブレイン２５の領域内に形成可能である（図２を参照されたい）。好ましくは、ＥＳＤ回路４０は、接合パッド３５ａ、３５ｂを通じてＬＥＤ２８と並列に接続されている。本実装においては、例えば、ＥＳＤ回路４０は、バックツーバック方式で構成された２つのツェナーダイオード４０ａ、４０ｂを有している。図５は、ＬＥＤ２８及び外部電圧源４２に接続されたＥＳＤ回路の回路図を示している。過剰な電荷が閾値電圧を上回る電圧（Ｖ）をＬＥＤ２８の両端に生成した際に、ＥＳＤ回路４０は、電圧（Ｖ）をクランプ電圧にクランプすると共に、電流（Ｉ_s）をＬＥＤ２８から逃がしている。閾値電圧及びクランプ電圧は、逆バイアス下におけるツェナーダイオードの破壊電圧と順バイアス下におけるツェナーダイオードの閾値電圧によって決定される。

以上、本発明のいくつかの実施例について説明した。但し、本発明の精神及び範囲を逸脱することなしに、様々な変更を実施可能であることを理解されたい。従って、その他の実施例も、添付の請求項の範囲内に含まれている。

本発明の一実装による光学パッケージの断面図を示している。 図１のパッケージの一部の詳細を示している。 図１のパッケージの一部の詳細を示している。 図１のパッケージの一部の詳細を示している。 ＬＥＤ及びＥＳＤ回路の回路図である。 既知のパッケージ構成を示している。

Claims (21)

1. パッケージにおいて、
   凹部を含む基板と、
   前記凹部内において前記基板に取り付けられた発光素子であって、この場合に、前記基板の表面は、前記パッケージの外部表面を形成している、発光素子と、
   前記基板内の静電放電保護回路であって、前記発光素子に電気的に接続されている静電放電保護回路と、
   を有するパッケージ。
2. 蓋を前記基板に装着することにより、その内部に前記発光素子が収容される領域を規定しており、且つ、この場合に、前記蓋の少なくとも一部は、前記発光素子が放射するべく適合されている光の波長に対して透明である請求項１記載のパッケージ。
3. 前記透明な蓋は、前記基板に対して密封シーリングされている請求項２記載のパッケージ。
4. 前記透明な蓋は、ガラスを有する請求項２記載のパッケージ。
5. 前記発光素子は、前記パッケージ内において密封シーリングされている請求項２記載のパッケージ。
6. 前記発光素子は、発光ダイオードを有する請求項１記載のパッケージ。
7. 前記凹部の側壁は、反射性コーティングを含む請求項１記載のパッケージ。
8. 前記反射性コーティングは、実質的に前記側壁のすべての表面をカバーしている請求項７記載のパッケージ。
9. 前記反射性コーティングは、金属を有する請求項７記載のパッケージ。
10. 導電性フィードスルー材料が前記凹部から前記基板を通じて前記パッケージの外部に延長している請求項１記載のパッケージ。
11. 前記フィードスルー材料は、前記発光素子に電気的に接続されている請求項１０記載のパッケージ。
12. 前記基板の前記外部表面上に位置し、且つ、前記フィードスルー材料に電気的に結合された金属パッドを含む請求項１０記載のパッケージ。
13. 前記静電放電保護回路は、複数のツェナーダイオードを有する請求項１記載のパッケージ。
14. 前記基板は、半導体材料を有する請求項１記載のパッケージ。
15. 前記基板は、シリコンを有する請求項１記載のパッケージ。
16. 前記基板上に接合パッドを含んでおり、この場合に、前記発光素子は、接合パッドを通じて前記基板に取り付けられている請求項１記載のパッケージ。
17. 前記静電放電保護回路は、接合パッドを通じて前記発光素子と並列に電気的に接続されている請求項１記載のパッケージ。
18. 前記発光素子は、薄いメンブレイン上に支持されている請求項１記載のパッケージ。
19. パッケージにおいて、
    凹部を含む基板であって、この場合に、前記基板は、半導体材料を有しており、且つ、この場合に、前記凹部の側壁は、反射性コーティングを含んでいる、基板と、
    前記凹部内において前記基板に取り付けられた発光素子であって、この場合に、前記基板の表面は、前記パッケージの外部表面を形成している、発光素子と、
    その内部に前記発光素子が収容される密封シーリングされた領域を定義するべく前記基板に装着された蓋であって、この場合に、前記蓋の少なくとも一部は、前記発光素子が放射するべく適合された光の波長に対して透明である、蓋と、
    前記基板内の静電放電保護回路であって、前記発光素子に電気的に接続されている静電放電保護回路と、
    を有するパッケージ。
20. 前記静電放電保護回路は、複数のツェナーダイオードを有する請求項１９記載のパッケージ。
21. 前記基板は、シリコンを有する請求項１９記載のパッケージ。

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