JP2016539508A - 取付けアセンブリ及び発光デバイス - Google Patents

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Abstract

電気デバイス、特に発光ダイオード、をマウント及び接続するための取付けアセンブリ（１０）が開示される。取付けアセンブリ（１０）は、各々が頂面（２４）及び底面（２６）を持つ少なくとも２つの金属層（１４、１６）を含む取付け素子（１２）を有する。金属層の各々の頂面に、電気デバイスへの平面的な電気的且つ熱的な接触を提供する頂部コンタクトパッドが形成される。金属層の各々の底面に、取付けボード（３４）への平面的な電気的且つ熱的な接触を提供する底部コンタクトパッドが形成される。

Description

本発明は、電気デバイス、特に発光ダイオード、をマウント及び接続するための取付け（マウンティング）アセンブリに関する。さらに、本発明は、光を放つ発光ダイオードを有する照明装置に関する。
照明の分野においては、そして特に、自動車の前方照明の分野においては、標準的なフィラメントベースの光源と比較して低電力消費且つ長寿命であることにより、光源として発光ダイオードを使用することが一般的に知られている。一般に照明装置のサイズを小さくするために、また、光源としてＬＥＤを有する照明装置の光放射を高めるために、ＬＥＤの電力消費は一定のままで、発光ダイオード及び対応するパッケージの機構サイズが継続的に縮小されている。従って、発光ダイオードの電力密度が増大し、ますます多くの熱が、ますます小さい発光ダイオードデバイス及び／又は発光ダイオードパッケージによって放散される。このことが、小さい機構サイズ及び改善された電力放散特性に対する絶え間なく増す要求をもたらしている。次いで、このことが、技術的労力並びにパッケージ及び基板のコスト（例えば、セラミックを使用しなければならない）を増大させている。
集積回路又は発光ダイオードの電力放散を増大させるため、特許文献１（ＪＰ２０１１−１０８９９８Ａ）は、電力を放散するために集積回路又は発光ダイオードの裏面を金属リードフレームに層状に接続することを提案しており、そこでは、集積回路デバイス又は発光ダイオードが、表面（フロント面）側で、ワイヤボンディングによって接続されている。このパッケージコンセプトの欠点は、電気デバイスのフロント面における電気コンタクトパッドのために、ワイヤボンディングの技術的労力が増すとともに発光面のサイズが小さくなることである。
特許文献２（ＵＳ２００４／０２４５５９１Ａ）は、特には発光ダイオードである電気デバイスをマウント及び接続するための取付けアセンブリを開示している。その取付けアセンブリは、２つの金属層を備えた取付け素子を有している。取付け素子の頂面に、具体的には２つの金属層の頂面に、電気デバイスがマウントされて、電気デバイスと取付け素子との間の電気的及び熱的な接触がもたらされる。その取付けアセンブリは、取付け素子による放熱及び取付け素子への電気供給を提供しない。
特開２０１１−１０８９９８号公報 米国特許出願公開第２００４／０２４５５９１号明細書
故に、本発明の１つの目的は、低い技術的労力で小さい機構サイズ及び向上された電力放散を持つ取付けアセンブリ及び照明装置を提供することである。
本発明の一態様によれば、電気デバイス、特に発光ダイオード、をマウント及び接続するための取付けアセンブリが提供され、当該取付けアセンブリは、
各々が頂面及び底面を持つ少なくとも２つの金属層を含む取付け素子と、
前記電気デバイスへの平面的な電気的且つ熱的な接触を提供する、前記金属層の各々の前記頂面にある頂部コンタクト領域又は頂部コンタクトパッドと、
前記金属層の各々の前記底面にある底部コンタクト領域又は底部コンタクトパッドと、
取り付けボードと
を有し、
前記取付け素子の前記底部コンタクト領域又は底部コンタクトパッドが、前記取付けボードに電気的且つ熱的に接続される。
本発明の他の一態様によれば、光を放つ発光ダイオードと、該発光ダイオードをマウント及び接続するための本発明に従った取付けアセンブリと、を有する照明装置が提供される。
本発明の好適実施形態が従属請求項にて規定される。
本発明は、電気デバイスを電気的に接続するとともに、電気デバイスをヒートシンクに熱的に接続するために、電気デバイスの裏面に配置された電気コンタクトを使用するという考えに基づく。取付け素子が、電気デバイスに接続される２つの金属層を有するので、電気デバイスで生成される出力を、電気的且つ熱的な接触を介して金属層へと容易に放散させ、そして更に、底部コンタクトを介して、概して当該取付けアセンブリをマウントするのに使用される例えばＰＣＢボードなどの取付けボードへと放散させることができる。取付けボードは、電気デバイスに対するヒートシンクを形成する。従って、電気コンタクトが熱接触として利用されるとともに電気デバイスの裏面に設けられているので、低い技術的労力で電気デバイスの電力を放散させることができるとともに、電気デバイスの機構サイズを更に小さくすることができる。
好適な一実施形態において、前記底面は、前記頂面とは反対側の前記金属層の表面に形成される。これは、熱的なコンタクトが金属層の両面に配されるので、機構サイズを縮小し且つ電力放散を向上させるための１つの可能性である。
好適な一実施形態において、前記底面は、前記頂面に平行に形成される。これは、金属層がリードフレームとして形成されて、ラミネートされた層のスタックにて組み立てられることができるので、機構サイズを縮小するための１つの可能性である。
好適な一実施形態において、前記金属層は、前記金属層間に形成される隙間によって互いに隔てられる。これは、電気デバイスに対する熱的及び電気的接触を形成する電気的に分離されてアイソレートされたコンタクトを、低い技術的労力で形成するための１つの可能性である。
好適な一実施形態において、前記金属層は、前記金属層間に相異なる距離を形成する２つの距離部分を有し、前記頂面の距離が前記底面の距離よりも小さい。これは、電気デバイスの小さい機構サイズ及び小さいピッチ距離が、取付けボードの標準的なピッチ及び機構サイズに合わせて適応され得るように、電気デバイスの電気コンタクトのピッチを、異なるピッチ又はコンタクト間隔の取付けボードに適応させるための１つの可能性である。
好適な一実施形態において、前記頂部コンタクト領域又は頂部コンタクトパッドと、前記底部コンタクト領域又は底部コンタクトパッドとが、前記頂面を上下に眺める方向で、それぞれ重なり合う。これは、それぞれの熱接触が重なり合って互いに対して小さい距離を持つので、電気デバイスから取付けボードへの電力放散を更に増大させるための１つの可能性である。
好適な一実施形態において、前記電気デバイスを取り囲むように、前記頂面上に、誘電体層が配置される。これは、固い筐体が提供され得るように、電気デバイス用の小型パッケージを形成するため及び金属プレート用のキャリアを形成するための１つの可能性である。
好適な一実施形態において、前記電気デバイスを取り囲むように、前記誘電体層の頂面上に、金属層が配置される。これは、電気デバイス用の固い筐体が提供され得るように、取付けアセンブリの剛性を高めるための更なる可能性である。
好適な一実施形態において前記金属層は、金属板であり、特に、銅の金属板である。これは、金属板の大きい熱容量により、そして特に、銅の高い熱伝導率により、電力放散を増大させるための１つの可能性である。
好適な一実施形態において、前記金属層は２１０−３００マイクロメートルの厚さを有する。これは、取付けアセンブリの機構サイズを縮小するための１つの可能性である。
好適な一実施形態において、前記誘電体層は、ガラス繊維強化エポキシ層によって形成される。これは、低い技術的労力で高い熱的安定性を備えるアイソレーション層を提供するための１つの可能性である。
照明装置の好適な一実施形態において、前記発光ダイオードは、発光面とは反対側の表面にコンタクトパッドを有し、該コンタクトパッドが、前記頂部コンタクト領域又は頂部コンタクトパッドに層状接続される。これは、発光ダイオードの電気的且つ熱的なコンタクトが発光ダイオードの裏面に配置され、それ故に、表面（フロント面）全体を光の放射に使用することができるので、照明装置の機構サイズを更に縮小するための１つの可能性である。
上述のように、本発明は、電気デバイスの裏面に形成された電気コンタクトが、電気的且つ熱的なコンタクトとして作用し、それ故に、電気デバイスで生成された熱を金属層に放散させることができ、そして更に、接続した取付けボードへと放散させることができるので、向上された電力放散を有した、電気デバイス用の取付けアセンブリ又はパッケージアセンブリを提供する。従って、低い技術的労力で電力放散が向上されるとともに、電気デバイスの裏面に電気コンタクトが形成されるので電気デバイスの機構サイズが縮小され得る。
本発明のこれら及びその他の態様が、以下に記載される実施形態を参照して明らかになる。
発光ダイオードを含んだ取付けアセンブリの模式的な断面図を示している。 図１の取付けアセンブリの分解図を示している。 取付けアセンブリの実施形態の断面図を示している。 取付けアセンブリの実施形態の断面図を示している。 発光ダイオードを含んだ取付けアセンブリの斜視図を示している。 取付けアセンブリの実施形態の斜視図を示している。 取付けアセンブリの実施形態の分解図を示している。
図１は、電気デバイスをマウント及び接続する取付けアセンブリを示しており、全体を参照符号１０により示している。この取付けアセンブリは、２つの金属層１４、１６によって又は２つの金属板１４、１６によって形成されるリードフレーム１２を有している。金属層１４、１６は、頂部コンタクト領域又は頂部コンタクトパッドによって、電気デバイス２２のコンタクトパッド１８、２０に電気的に接続されている。コンタクトパッド１８、２０は、はんだのような接続材２６によってリードフレーム１２又は金属層１４、１６の頂面２４に層状接続されている。リードフレーム１２又は金属層１４、１６は、底面２８を有しており、底面２８は、一般に取付けアセンブリをマウントするため及び取付けアセンブリ１０を電気接続するための印刷回路基板３４のコンタクトパッド３０、３２に、底部コンタクト領域又は底部コンタクトパッドによって接続されている。底面２８は、はんだのような接続材３６によってコンタクトパッド３０、３２に層状接続されている。誘電体層３８が、リードフレーム１２の頂面２４に接続されて、少なくとも部分的に、電気デバイス２２を取り囲み且つ／或いは電気デバイス２２を受けている。誘電体層３８は、入射光を反射するための反射層を有する頂面４０を持っている。誘電体層３８は、電気デバイス２２のためのキャビティを形成している。電気デバイス２２は好ましくは、光を放つ発光ダイオード２２である。
電気デバイス２２のコンタクトパッド１８、２０が、底部コンタクトとして形成され、且つリードフレーム１２の頂面２４に層状接続されているので、この接続は良好な熱接触を形成し、それ故に、熱出力を電気デバイス２２からリードフレーム１２の金属層１４、１６へと放散させることができる。リードフレーム１２の金属層１４、１６が、印刷回路基板のコンタクトパッド３０、３２に層状接続されているので、金属層１４、１６を介して熱エネルギーを印刷回路基板３４へと放散させることができ、それ故に、全体的な電力放散が向上される。従って、電気的性能を一定に維持することができながら、電気デバイス２２の寸法を縮小させることができる。
図１に示されるリードフレーム１２は、電気デバイス２２を電気的に接続するため及び電気デバイス２２から放散される電力に対するヒートシンクを提供するために、１つの平面内に置かれた２つの金属層１４、１６を有するパターンリードフレームとして形成されている。理解されるべきことには、このパターン形成されたリードフレーム１２は、電気デバイス２２に対して複数の独立した電気接続を提供するために、２つの金属層１４、１６よりも多くの金属層を有していてもよい。
金属層１４、１６は、金属層１４と１６との間の電気的アイソレーションを提供するために、距離又は隙間によって隔てられている。この特定の実施形態において、金属層１４、１６は、肩部４２又は段差４２を有している。肩部４２又は段差４２により、頂面２４での金属層１４、１６間の距離は、底面２８での金属層１４、１６間の距離よりも小さい。これら異なる距離により、異なるピッチの電気デバイス２２のコンタクトパッド１８、２０と印刷回路基板３４のコンタクトパッド３０、３２とが互いに適応され得る。
図２は、図１の取付けアセンブリ１０の分解図を示している。同じ要素は同じ参照符号で示しており、ここでは、違いのみを詳細に説明する。
金属層１４、１６は、当該金属層１４、１６の反対側で互いに平行に形成された頂面２４及び底面２８を有する。電気デバイス２２のコンタクトパッド１８、２０は、接続パッド１８、２０をリードフレーム１２に電気的且つ熱的に接続するために、金属層１４、１６の各々の頂面２４に接続材２６によって層状接続されている。金属層１４、１６の底面２８は、金属層１４、１６が印刷回路基板３４に電気的且つ熱的に接続されるように接続材３６によって印刷回路基板３４のコンタクトパッド３０、３２に層状接続されている。従って、電気デバイス２２を電気的に接続するため及び熱出力放散のためにコンタクトパッド１８、２０が使用されるので、電気デバイス２２の電力放散を向上させることができ、それ故に、電気デバイス２２の熱出力を放散させ、電気デバイス２２の改善された冷却を達成することができる。
図３ａは、取付けアセンブリ１０の一実施形態を示している。同じ要素は同じ参照符号で示しており、ここでは、違いのみを詳細に説明する。
リードフレーム１２は、１つの平面内に置かれた２つの金属層１４、１６を有しており、金属層１４、１６間の距離ｄは、頂面２４と底面２８とで等しい。その中に電気デバイス２２を配置するキャビティ４４を形成するために、頂面２４に誘電体層３８が接続されている。距離ｄは、電気デバイス２２のコンタクトパッド１８、２０間及び印刷回路基板３４のコンタクトパッド３０、３２間のピッチを形成し、このリードフレーム１２は、等しいピッチの電気デバイス２２及び印刷回路基板３４に使用され得る。
図３ｂは、取付けアセンブリ１０の更なる一実施形態を示している。同じ要素は同じ参照符号で示しており、ここでは、違いのみを詳細に説明する。
１つの平面内に置かれた金属層１４、１６は、金属層１４、１６の頂面２４が第１の距離ｄ１で置かれ金属層１４、１６の底面２８が第２の距離ｄ２で置かれるように、肩部４２又は段差４２を有している。第１の距離ｄ１は第２の距離ｄ２よりも小さく、それ故に、大きいピッチの印刷回路基板３４のコンタクトパッド３０、３２（図３ｂには示されず）が、小さいピッチの電気デバイス２２のコンタクトパッド１８、２０に対して適応され得る。
概して取付けアセンブリ１０の機械的強化を提供するために、誘電体層３８の頂面４０に第２のリードフレーム４６が接続されており、取付けアセンブリ１０の反射機能がリードフレーム４６の頂面４８にて提供される。従って、頂面４８によって取付けアセンブリ１０の反射機能を実現して、低い技術的労力で、取付けアセンブリ１０の機械的安定化を達成することができる。リードフレーム４６は、電気デバイス２２を受け入れるキャビティ４４を形成することができるように、誘電体層３８のリセスと同じ又は誘電体層３８のリセスよりも大きいリセス又は開口を有する。
図４に、取付けアセンブリ１０及び電気デバイス２２の斜視図を模式的に示す。同じ要素は同じ参照符号で示しており、ここでは、違いのみを詳細に説明する。
金属層１４、１６は、電気デバイス２２を受けるとともに電気デバイス２２によって放散された熱を伝導する金属板１４、１６として、特に銅板１４、１６として、形成される。金属板１４、１６は、１つの平面内で隣り合わせて配置されている。誘電体層３８は、金属層１４、１６の頂面２４に層状接続されており、電気デバイス２２が中に配置されるキャビティ４４を形成する。誘電体層３８は好ましくは、ガラス繊維強化エポキシ層又はポリイミド誘電体層によって形成され、その頂面４０は、概して入射光を反射するため及びリードフレーム１２を保護するために白色反射層及び／又は保護層を有する。金属層１４、１６は好ましくは、電気デバイス２２の出力放散におけるピークを平衡させるのに良好な熱伝導性及び大きい熱容量を提供するために、２１０−３００マイクロメートルの厚さを有する。電気デバイス２２は、セラミックキャリア５４に接続されたＬＥＤユニット５０及びＴＶＳダイオード５２を有しており、セラミックキャリア５４は、キャビティ４４の中に配置されて、ＬＥＤ５０及びＴＶＳダイオード５２をリードフレーム１２に電気的且つ熱的に接続するために金属層１４、１６に接続されている。
図５ａは、取付けアセンブリ１０の一実施形態の斜視図を示している。同じ要素は同じ参照符号で示しており、ここでは、違いのみを詳細に説明する。
取付けアセンブリ１０は、誘電体層３８と、銅層として形成されたリードフレーム４６とを有しており、ＬＥＤ５０及びＴＳＶダイオード５２を受け入れるために、２つのキャビティ４４及び５６が誘電体層３８及びリードフレーム４６の中に形成されている。
図５ｂは、図５ａに示した取付けアセンブリ１０の分解図を示している。金属層１４、１６が或る距離だけ隔てられ、金属層１４、１６の各々に段差４２が形成されることで、金属層１４、１６の頂面２４が第１の距離ｄ１だけ隔てられ、且つ金属層１４、１６の底面２８が第２の距離ｄ２だけ隔てられるようにされる。短絡回路を防止するために、ＰＣＢボード３４へのリードフレーム１２の接続からのはんだが金属層１４、１６間の隙間に流れ込むことを防ぐよう、金属層１４、１６間のスリット又は距離の中に、アイソレーション素子５８が配置される。アイソレーション素子５８は、フィリング又はシーリングとして形成される。
従って、異なる層を互いにラミネートすることで、低い技術的労力及び低いコストで取付けアセンブリ１０を提供することができる。
図面及び以上の記載にて本発明を詳細に図示して説明してきたが、これらの図示及び説明は、限定的なものではなく、例示的あるいは典型的なものとみなされるべきであり、本発明は、開示の実施形態に限定されるものではない。開示の実施形態へのその他の変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解されて実現され得る。
請求項において、用語“有する”はその他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は複数であることを排除するものではない。単一の要素又はその他のユニットが、請求項に記載される複数のアイテムの機能を果たしてもよい。特定の複数の手段が相互に異なる従属項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組合せが有利に使用され得ないということを指し示すものではない。
請求項中の如何なる参照符号も、範囲を限定するものとして解されるべきでない。
本発明の一態様によれば、電気デバイス、特に発光ダイオード、をマウント及び接続するための取付けアセンブリが提供され、当該取付けアセンブリは、
各々が頂面及び底面を持つ少なくとも２つの金属層を含む取付け素子であり、前記金属層は、前記金属層間に相異なる距離を形成する２つの距離部分を有し、前記頂面の距離が前記底面の距離よりも小さい、取付け素子と、
前記電気デバイスへの平面的な電気的且つ熱的な接触を提供する、前記金属層の各々の前記頂面にある頂部コンタクト領域又は頂部コンタクトパッドと、
前記金属層の各々の前記底面にある底部コンタクト領域又は底部コンタクトパッドと、
取り付けボードと
を有し、
前記取付け素子の前記底部コンタクト領域又は底部コンタクトパッドが、前記取付けボードに電気的且つ熱的に接続される。
前記金属層は、前記金属層間に相異なる距離を形成する２つの距離部分を有し、前記頂面の距離が前記底面の距離よりも小さい。これは、電気デバイスの小さい機構サイズ及び小さいピッチ距離が、取付けボードの標準的なピッチ及び機構サイズに合わせて適応され得るように、電気デバイスの電気コンタクトのピッチを、異なるピッチ又はコンタクト間隔の取付けボードに適応させるための１つの可能性である。

Claims (14)

  1. 電気デバイス、特に発光ダイオード、をマウント及び接続するための取付けアセンブリであって、
    各々が頂面及び底面を持つ少なくとも２つの金属層を含む取付け素子と、
    前記電気デバイスへの平面的な電気的且つ熱的な接触を提供する、前記金属層の各々の前記頂面にある頂部コンタクト領域又は頂部コンタクトパッドと、
    前記金属層の各々の前記底面にある底部コンタクト領域又は底部コンタクトパッドと、
    取り付けボードと
    を有し、
    前記取付け素子の前記底部コンタクト領域又は底部コンタクトパッドが、前記取付けボードに電気的且つ熱的に接続されている、
    取付けアセンブリ。
  2. 前記底面は、前記頂面とは反対側の前記金属層の表面に形成されている、請求項１に記載の取付けアセンブリ。
  3. 前記底面は、前記頂面に平行に形成されている、請求項１に記載の取付けアセンブリ。
  4. 前記金属層は、前記金属層間に形成された隙間によって互いに隔てられている、請求項１に記載の取付けアセンブリ。
  5. 前記金属層は、前記金属層間に相異なる距離を形成する２つの距離部分を有し、前記頂面の距離が前記底面の距離よりも小さい、請求項４に記載の取付けアセンブリ。
  6. 前記金属層間の前記隙間にアイソレーション素子が配置されている、請求項４に記載の取付けアセンブリ。
  7. 前記頂部コンタクト領域又は頂部コンタクトパッドと、前記底部コンタクト領域又は底部コンタクトパッドとが、前記頂面を上下に眺める方向で、それぞれ重なり合っている、請求項１に記載の取付けアセンブリ。
  8. 前記電気デバイスを取り囲むように、前記頂面上に、誘電体層が配置されている、請求項１に記載の取付けアセンブリ。
  9. 前記電気デバイスを取り囲むように、前記誘電体層の頂面上に、第２の金属層が配置されている、請求項８に記載の取付けアセンブリ。
  10. 前記金属層は銅板である、請求項１に記載の取付けアセンブリ。
  11. 前記金属層は２１０−３００マイクロメートルの厚さを有する、請求項１に記載の取付けアセンブリ。
  12. 前記誘電体層は、ガラス繊維強化エポキシ層によって形成されている、請求項８に記載の取付けアセンブリ。
  13. 光を放つ発光ダイオードと、前記発光ダイオードをマウント及び接続するための請求項１乃至１２の何れかに記載の取付けアセンブリと、を有する照明装置。
  14. 前記発光ダイオードは、発光面とは反対側の表面にコンタクトパッドを有し、該コンタクトパッドが、前記頂部コンタクト領域又は頂部コンタクトパッドに層状接続されている、請求項１３に記載の照明装置。
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