JP2013543277A - 発光デバイスのための点在キャリア - Google Patents

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Abstract

低コストの導体キャリア素子が、発光デバイス(LED)ダイに対して構造的支持を供給し、電気的及び熱的な結合をLEDダイに供給する。少なくとも1つのキャリア素子を含むリードフレームが供給され、当該キャリア素子は、LEDダイが取り付けられる区別可能な導体領域を形成するために分割される。キャリア素子がフレームによって分離された場合、導体領域は、互いに、電気的に絶縁される。誘電体が、キャリア素子の導体領域間に配置されてもよい。

Description

本発明は、集積回路(IC)の製造及び組み立ての分野に関し、特に、発光デバイス(LED)の製造に関する。
半導体発光デバイス(LED)の発光能力が改善され続けており、また、従来的な照明アプリケーションにおける使用が増加し続けているため、信頼性のある、長寿命の製品を費用効率の良い方法で供給する競争圧力も同様に増加し続けている。LED製品のコストは比較的低いが、ますます成長している当該デバイスの市場のために、デバイス当たりわずか数セントの節約が、利鞘に重大な影響を与え得る。
発光デバイスを供給する個々のダイのサイズを小さくすることにおいて進歩が続いており、これにより、材料コストは小さくなっているが、ダイがより大きな基板上にマウントされるということに対処する必要がある。例えば、半導体製造業者は、1mm×1mmほどの大きさの個々のダイをピックアンドプレースでき、各ダイ上のコンタクトへの接続を供給できる設備を有するが、従来プリント回路基板の製造に用いられてきた当該設備は、かかるダイの配置又は接続に適していない。同様に、発光デバイスは、しばしば、プラグイン再配置可能な部品であり、人間の手によって把持されるほど十分に大きい必要がある。
図1A及び図1Bは、LEDダイ110をマウントするための基板150の例を示している。基板150は、通常、硝酸アルミニウム(AlN)又はアルミナ(Al)などのセラミックであり、ダイ110と基板150との組み合わせは、一般的に、デバイスオンセラミック(DoC:Device on Ceramic)と称される。
図1のLEDダイ110の例は、4つの発光素子116の使用を示している。コンタクト112は、発光素子が外部電源に結合できるようにしている。この例では、圧力クリップ122が、ダイ110を基板150に保持し、さらに、コンタクト112への電気的結合を供給している。圧力クリップの使用は、ダイ110を再配置しやすくする。
パッド120は、LEDデバイスがマウントされた基板を外部電源に取り付けるために供給され、例えば、デバイスをプリント回路基板又は同様の構造体に接着するための接着パッドとして用いられ得る。接着パッド120は、一般的なプリント回路基板製造の設備及び技術を手助けするためのコンタクト112と同じ機能を供給するが、前述のように、コンタクト112よりもかなり大きい。
基板150は、発光素子116によって生成された熱を放散するためのヒートシンクとしても機能する。
図1Cは、LEDダイ110が基板150上のパッド120に、はんだ素子122を介して、はんだ付けされた代替的な配置を示している。この実施例では、1又は複数のビア115、又は、ダイ110内の他の内部経路が、発光素子116への結合を供給する。図1Cの例では、上側のコンタクト112も設けられ、これにより、LEDダイは、図1B又は図1Cのいずれの構成においても使用されることができる。
図1Cの例は、LEDダイにはんだ付けされたヒートシンクパッド130の使用についても示している。この配置は、一般的に、LEDダイ110と基板150との間に改善された熱結合を与えるが、一般的に、ダイ110の下側の表面上に、然るべきはんだ付け可能な熱輸送コンタクト118を必要とする。
パッド120,130などの、セラミック上への導体配線の配置は成熟技術であるが、かかるパッド120,130を有するセラミック基板の製造はコストがかかるとともに、これらのパッドを供給するために一般的に用いられる金属の熱膨張係数とセラミック基板の熱膨張係数との間の不整合のために、基板からパッド120,130が分離する恐れがある。
低コストの発光製品を供給することが好適であろう。また、より高い信頼性及び/又はより長い動作寿命を潜在的に有する発光製品を供給することが好適であろう。さらに、かかる発光製品のコスト効果的な製造方法を供給することが好適であろう。
これらの利点、及び、他の利点は、LEDダイに対して構造的支持を供給するとともに、電気的及び熱的な結合をLEDダイに供給する低コストの導体キャリア素子を使用するプロセスによって実現可能である。少なくとも1つのキャリア素子を含むリードフレームが供給され、当該キャリア素子は、LEDダイが取り付けられる区別可能な導体領域を形成するために分割される。キャリア素子がフレームによって分離された場合、導体領域は、互いに、電気的に絶縁される。誘電体が、キャリア素子の導体領域間に配置されてもよい。
本発明は、添付の図面を参照して、より詳細に、且つ、一例として、説明される。
図1Aは、従来のダイオンセラミック(DoC)配置を示している。 図1Bは、従来のダイオンセラミック(DoC)配置を示している。 図1Cは、従来のダイオンセラミック(DoC)配置を示している。 図2Aは、導体キャリア素子上のダイの配置例を示している。 図2Bは、導体キャリア素子上のダイの配置例を示している。 図3は、3つの区別可能な導体領域を有するキャリア構造を含むリードフレームの例を示している。 図4は、キャリアベースの発光デバイスを供給するためのフロー図の例を示している。 図5は、複数のキャリア構造を含むリードフレームの例を示している。 図6は、複数のキャリア構造を含むリードフレームの他の例を示している。 図7Aは、キャリア構造の例を示している。 図7Bは、キャリア構造の例を示している。 図7Cは、キャリア構造の例を示している。 図面を通じて、同一の参照符号は、同様又は対応する特徴又は機能を示す。図面は、図示目的のために含まれ、本発明の範囲を限定するように意図されていない。
以下の説明において、限定というよりもむしろ例示の目的のため、特定の詳細が、本発明の概念の深い理解を与えるために、特定の構造、インタフェース、技術などとして示される。しかしながら、当該技術分野における当業者にとって、本発明が、これらの特定の詳細から逸脱した他の実施形態において実施可能であることが理解されるであろう。同様に、当該説明の文章は、図面に示されたような実施例を示すものであって、請求項に明示的に含まれる限定を越えて本発明を限定するようには意図されていない。簡単化及び明確化の目的のため、よく知られたデバイス、回路、及び、方法の詳細な説明は、不要な詳細によって本発明の説明を曖昧にしないように、省略されている。
また、以下の説明では、当該技術分野における当業者は、本発明の原理が以下の言及に限定されないことを理解するであろうが、ここで提示される原理のよりよい及び/又は容易な理解の促進のため、一般的な要素及び工程が言及されている。以下、例を示す。
図2A及び図2Bは、導体キャリア上のダイの配置例を示している。この例では、LEDダイ110が、ダイ110に構造的支持と電気的及び熱的な結合との両方を与える導体キャリア構造210,220上にマウントされている。この例におけるキャリア構造は、2つの導電体210と熱輸送導体220とを含んでいる。
この実施例では、従来的な表面実装デバイス(SMD:Surface Mount Device)はんだリフロー技術を用いて、LEDダイ110が、導体210及び導体220にはんだ付けされていてもよい。導体210が導電性であるため、外部電源からLEDダイ110への電気的結合が、任意のアクセス可能な導体210の側部又は端部を用いて達成され得る。同様に、熱結合が、任意のアクセス可能な導体220の側部又は端部を用いて達成され得る。
図3は、図2A及び図2Bにおける導体210,220に対応する、3つの区別可能な導体領域を有するキャリア構造を含むリードフレーム350を例示している。即ち、リードフレーム350は、LEDダイ110に結合するための導体210,220の意図された形状及び配置を規定するパターン状のスリット又は開口355を含んでいる。開口355間のタブ357は、導体210,220をフレーム構造全体に取り付けられたままにする。例えば、リードフレーム350は、図2の発光デバイス200のための主な構造的支持を与えるのに十分厚い(サイズに依存して、0.75mmよりも厚く、好ましくは1.5mmよりも厚い)銅のシートであってもよいが、他の導体材料が使用されてもよい。
明確化のため、「領域」なる用語は、ここでは、最終的には図2のデバイス200などのキャリアベースの発光デバイスのための意図された導体になるフレーム上の領域を称するために用いられている。これらの領域及び最終的な導体は、同じ素子であるので、フレーム上の領域又はデバイス上の導体のいずれかを参照する場合、同じ参照符号210,220が用いられる。同様に、これらの導体210,229の組み合わせがキャリア構造全体を形成するので、当該組み合わせは、キャリア構造210,220として参照されるであろう。
このリードフレーム350の使用は、図4のフロー図を参照して最もよく理解される。この例では、当該技術分野における当業者は、フローがこの特定の例に限定されないことを理解するであろうが、図4は、リードフレーム450及びLEDダイ110の例の参照符号を用いて説明されている。
410において、キャリア構造210,220を有するリードフレーム350が供給される。420において、LEDダイ110が、キャリア構造210,220上に配置される。複数のLEDダイが単一のキャリア構造上にマウントされてもよいが、一般的に、1つのLEDダイ110が、各キャリア構造210,220上に配置される。
430において、LEDダイ110が、一般的にはSMDはんだリフロー技術を用いて、キャリア構造210,220の然るべき導体領域210,220に取り付けられるが、LEDダイ110をこれらの領域210,220に結合する他の手段が用いられてもよい。例えば、LEDダイが、ビア115、又は、LEDダイの底面を介して結合する他の手段を含まない場合、ダイ上のコンタクト112は、従来的なワイヤボンディング技術を用いて、領域210にワイヤボンディングされてもよい。
ある実施形態では、LEDダイ110自体は、機械的コンタクトに依存して、領域220に取り付けられなくてもよく、LEDダイ110と領域220との間の効率的な熱結合を保証するため、熱輸送ペースト又は化合物が拡張されてもよい。同様に、ある実施形態では、リードフレーム350は、LEDダイ110と領域210との間の信頼性のある電気的結合を保証するため、少なくともLEDダイ110へのコンタクト箇所において、金メッキされていてもよい。
440において、(LEDダイ110が取り付けられた)キャリア構造210,220は、一般的には、キャリア構造210,220をフレーム350の残りに接続するタブ357を切断することによって、フレーム350から分離され、これにより、図2A及び図2Bの発光デバイス200が作り出される。
フレーム350の例が、1つのキャリア構造210,220を形成するように示されているが、当該技術分野における当業者は、図5及び図6のフレーム550,650の例に示されるように、複数のキャリア構造が単一のフレーム上に設けられてもよいことを理解するであろう。
フレーム550の例は、図3のフレーム350の例の複製を含んでいる。この例では、16個のキャリア構造210,220が、フレーム550中に設けられ、各キャリア構造210,220は、取り付けられたLEDダイ110を有している。
フレーム650の例は、LEDダイ110が取り付けられたキャリア構造210,220がフレームから除去された場合に、無駄になる材料を最小化するように設計されている。この例では、フレーム650において必要とされる開口355の数を減少するため、キャリア構造210,220が交互に位置しており、領域210,220をフレーム650に取り付けられたままにするタブ357が、キャリア構造210,220がフレーム650から分離された場合に作り出される切れ目660に沿って配置されている。この例では、16個の発光デバイス(図2中の200)が作り出されるが、フレーム650のサイズは、図5のフレーム550のサイズよりも著しく小さくなる。
図7A〜図7Cは、キャリア構造の例を示している。これらの例では、キャリア構造210,220のサイズは、ダイ110に関して、図1中の基板150と略同じサイズである。これらのより大きな構造210,220によって引き起こされるダイ110上の潜在的な応力を減少させるため、導体210,220間の空間が、誘電材料で満たされる。当該態様では、構造210,220は、実質的に、自己支持でき、ダイ110上に最小の応力をもたらす。
誘電体は、LEDダイ110がキャリア構造210,220に取り付けられる前又は後で、キャリア構造210,220がフレームから分離される前又は後で、あるいは、これら両方の組み合わせで、追加されてもよい。例えば、図7Bにおいて、導体210は、誘電体715によって絶縁されており、従って、誘電体715の少なくとも一部は、(導体210をフレームに保持していたタブの位置において)導体210がフレームから分離された後で追加されなければならない。しかしながら、導体210,220の間の空間は、LEDダイ110がこれらの導体に取り付けられた後で満たされてもよい。
図7Cは、導体210が追加的な機能を提供してもよいという事実を示している。この例では、導体210は、プリント回路基板におけるホール、又は、デバイス700を再配置可能にするプラグなどの、デバイス700を然るべきレセプタクル内に挿入しやすくするピン形状の部分710を含んでいる。
これらの請求項を解釈する際、以下のことが理解されるべきである。即ち、
(a)「有する」なる用語は、他の要素の存在を除外せず、又は、所与の請求項中に挙げられた以上のものを示す。
(b)要素の前の「a」又は「an」なる用語は、かかる要素が複数あることを除外しない。
(c)請求項中の任意の参照符号は、本発明の範囲を限定しない。
(d)幾つかの「手段」は、同じ部品、ハードウェア、ソフトウェア実装構造体、又は、機能によって、実現されてもよい、
(e)開示された要素のそれぞれは、ハードウェア部品(例えば、ディスクリート及び集積電子回路)、ソフトウェア部品(例えば、コンピュータプログラム)、及び、これらの組み合わせに分類されてもよい。
(f)ハードウェア部品は、プロセッサを含んでいてもよく、ソフトウェア部品は、非トランジェント(non-transient)なコンピュータ読み取り可能な媒体に格納されてもよく、さらに、開示された要素の1又は複数の幾つか又は全部の機能をプロセッサに実行させるように構成されていてもよい。
(g)ハードウェア部品は、アナログ及びディジタルの部分のいずれか又は両方に分類されてもよい。
(h)任意の、開示されたデバイス又は当該デバイスの部品は、一緒に組み合わせられてもよいし、又は、特に明示しない場合、更なる部品に分割されてもよい。
(i)特に明示しない場合、特定の動作順序が必要とされる意図はない。
(j)「複数の」要素なる用語は、2つ又は2つ以上の請求項の要素を含み、要素の数の任意の特定の範囲を示すものではない、即ち、複数の要素は、わずか2つの要素であってもよいし、とてつもなく大きな数の要素を含んでいてもよい。

Claims (20)

  1. 伝導性、且つ、複数の区別可能な導体領域を形成するために分割された少なくとも1つのキャリア素子を含むリードフレームを供給するステップと、
    前記キャリア素子上に少なくとも1つのLEDダイを配置するステップと、
    前記LEDダイ上のコンタクトを前記導体領域に結合するステップと、
    互いに電気的に絶縁された前記導体領域のそれぞれを有するLEDデバイスを供給するために、前記リードフレームから前記キャリア素子を分離するステップとを有する、方法。
  2. 前記区別可能な導体領域間に誘電材料を配置するステップを有する、請求項1記載の方法。
  3. 前記区別可能な導体領域は、前記LEDダイからの熱を放散する熱伝導領域と、前記LEDダイを外部エネルギー源に結合する1又は複数の電極とを含む、請求項1記載の方法。
  4. 前記複数の区別可能な導体領域に対応するパターンに従って、前記リードフレームから材料を除去することによって、前記リードフレームを形成するステップを有する、請求項1記載の方法。
  5. 前記複数の区別可能な導体領域は、アノード領域、カソード領域、及び、熱輸送領域を含み、前記アノード領域及び前記カソード領域は、それぞれ、前記LEDダイと関連付けられたアノード電極及びカソード電極の結合を促進するために設けられる、請求項1記載の方法。
  6. 前記結合するステップは、リフローはんだ付けステップを含む、請求項1記載の方法。
  7. 前記リードフレームは、銅シートを有する、請求項1記載の方法。
  8. 複数のキャリア素子と、
    前記複数のキャリア素子に接着されたLEDダイとを有する発光デバイスであって、
    前記キャリア素子は、
    前記発光デバイスのための主な構造的支持と、前記LEDダイへの電気的及び熱的な結合を供給する、発光デバイス。
  9. 前記キャリア素子を互いに分離する誘電材料を有する、請求項8記載の発光デバイス。
  10. 前記キャリア素子の1又は複数は、対応するレセプタクルへの前記発光デバイスの挿入を促進するピン構造を有する、請求項8記載の発光デバイス。
  11. 前記キャリア素子のそれぞれは、銅を有する、請求項8記載の発光デバイス。
  12. 前記キャリア素子のそれぞれは、少なくとも0.75mmの厚さを有する、請求項8記載の発光デバイス。
  13. 前記LEDダイは、前記複数のキャリア素子にはんだで接着されている、請求項8記載の発光デバイス。
  14. 前記LEDダイは、前記LEDダイの上面を通じて光を放射する1又は複数の発光素子を有し、前記LEDダイは、前記上面とは反対側の前記LEDダイの底面上のコンタクトを介して、前記複数のキャリア素子に接着されている、請求項8記載の発光デバイス。
  15. 前記キャリア素子の1又は複数は、前記キャリア素子の底面及び1又は複数の端部表面を介して、前記LEDダイに電気的結合を供給する、請求項8記載の発光デバイス。
  16. 伝導性、且つ、複数の区別可能な導体領域を形成するために分割された少なくとも1つのキャリア素子と、
    前記複数の区別可能な導体領域に結合された、前記キャリア素子上の少なくとも1つのLEDダイとを有する、リードフレーム。
  17. 前記区別可能な導体領域間に誘電材料を有する、請求項16記載のリードフレーム。
  18. 前記リードフレームは、銅シートである、請求項16記載のリードフレーム。
  19. 前記リードフレームは、少なくとも0.75mmの厚みを有する、請求項16記載のリードフレーム。
  20. 前記キャリア素子の1又は複数は、前記キャリア素子の底面及び1又は複数の端部票目を介して、前記LEDダイに電気的結合を供給する、請求項16記載のリードフレーム。
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