JP2019513293A - LED pad configuration to optimize thermal resistance, solder reliability and SMT process yield - Google Patents

LED pad configuration to optimize thermal resistance, solder reliability and SMT process yield Download PDF

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Abstract

カソード及びアノード電極が、LEDサブマウントの底部表面の中心線に沿って、底部表面上に位置づけられる。2つの熱パッドが、底部表面の両側に沿って電極のそれぞれの側に位置づけられる。この構成により、回路基板への電極のハンダボンディングのストレスが小さくなる。さらに、2つの熱パッドによる伝熱が、電極によりチョークされないので、回路基板により一様に熱が拡散する。さらに、外方熱パッドが同形で金属設計が対称的であるので、モルテンハンダが熱パッドじょうに同一形状となり、LEDダイ及びサブマウントが回路基板の表面に関して傾斜しない。他の構成も開示され、それがLEDダイの熱的及び電気的特性を向上させる。A cathode and an anode electrode are positioned on the bottom surface along the centerline of the bottom surface of the LED submount. Two thermal pads are positioned on each side of the electrode along both sides of the bottom surface. This configuration reduces the stress of solder bonding of the electrodes to the circuit board. In addition, the heat transfer from the two thermal pads is not choked by the electrodes so that heat is spread evenly by the circuit board. Furthermore, because the outer heat pads are conformal and the metal design is symmetrical, the molten solder has the same shape as the heat pads, and the LED dies and submounts are not inclined with respect to the surface of the circuit board. Other configurations are also disclosed that improve the thermal and electrical properties of the LED die.

Description

本発明は、電子デバイスに関し、特に、熱抵抗、ハンダ信頼性及び表面実装技術(SMT)処理歩留まりを向上させるための、回路基板(circuit board)のパッドにハンダ付けされる半導体ダイ又はサブマウントの表面上の金属パッドの構成に関する。本出願は、2015年12月2日に出願された米国仮出願第62/262,311号の優先権を主張する。米国仮出願第62/262,311号の内容を本明細書に引用して組み込む。   The present invention relates to electronic devices, and more particularly to a semiconductor die or submount soldered to a circuit board pad to improve thermal resistance, solder reliability and surface mount technology (SMT) processing yield. It relates to the configuration of metal pads on the surface. This application claims the priority of US Provisional Application No. 62 / 262,311, filed Dec. 2, 2015. The contents of US Provisional Application No. 62 / 262,311 are incorporated herein by reference.

図1は、従来のLEDダイ10を示す。LEDダイ10は、LED層12により指示されている、半導体層及び選択的な透明基板を含む。底部カソード電極14は、LEDダイ10内のn型層に電気的に接続され、アノード電極16は、LEDダイ10内のp型層に接続される。LEDダイ10は、フリップチップとして示されているが、その代わりに、ワイヤボンディングされた1個の頂部電極又はワイヤボンディングされた2個の頂部電極を有してもよい。   FIG. 1 shows a conventional LED die 10. The LED die 10 comprises a semiconductor layer and an optional transparent substrate, as indicated by the LED layer 12. Bottom cathode electrode 14 is electrically connected to the n-type layer in LED die 10, and anode electrode 16 is connected to the p-type layer in LED die 10. The LED die 10 is shown as a flip chip, but may instead have one wire bonded top electrode or two wire bonded top electrodes.

LEDダイ10は、AlN本体を有するような、熱伝導性のサブマウント18上に最初に搭載することができる。サブマウントを使用することにより、LEDダイ10の取り扱い及び回路基板への取り付けが非常に容易になる。サブマウント18は、超音波溶接又は他の技術によってLEDダイ電極14及び16に接合される頂部金属パッド20及び22を有する。サブマウントの金属パッド20及び22は、サブマウント18の頂部表面上の金属トレース及びサブマウント本体を貫通する垂直ビア26の手段によって、複数の底部電極24(一方が断面で示されている)に電気的に接続されている。   The LED die 10 can be initially mounted on a thermally conductive submount 18, such as having an AlN body. The use of the submount greatly facilitates the handling of the LED die 10 and its attachment to the circuit board. Submount 18 has top metal pads 20 and 22 bonded to LED die electrodes 14 and 16 by ultrasonic welding or other techniques. The submount metal pads 20 and 22 are formed on the plurality of bottom electrodes 24 (one shown in cross section) by means of vertical vias 26 through metal traces on the top surface of the submount 18 and the submount body. It is electrically connected.

サブマウント18は、LEDダイ10とプリント回路基板30との間のインターフェースのように働き、LEDダイ10によって生成された電流及び熱を伝導する。LEDダイ10によって発生された熱は、主にLEDダイ電極14及び16によってサブマウント本体に伝導される。サブマウント18は、通常銅で形成される電気的に絶縁された熱パッド32を介して回路基板30に熱を伝導する。回路基板30上の電極34(断面内に1つのみが示されている)がサブマウント18の底部電極24にハンダ付けされ、回路基板30上の熱パッド35がサブマウント上の熱パッド32にハンダ付けされる。電極34は、トレース36によって電源に接続される。回路基板30は、アルミニウム又は銅製のコアから形成されるように、しばしば熱伝導性が高く、金属製コアから電極34及びトレース36を電気的に絶縁するための薄い誘電体層38を有する。   The submount 18 acts as an interface between the LED die 10 and the printed circuit board 30 to conduct the current and heat generated by the LED die 10. The heat generated by the LED die 10 is conducted to the submount body primarily by the LED die electrodes 14 and 16. The submount 18 conducts heat to the circuit board 30 through an electrically isolated thermal pad 32, typically formed of copper. The electrodes 34 on the circuit board 30 (only one shown in cross section) are soldered to the bottom electrode 24 of the submount 18, the thermal pads 35 on the circuit board 30 on the thermal pads 32 on the submount It is soldered. Electrode 34 is connected to the power supply by trace 36. Circuit board 30 is often highly thermally conductive, as formed from an aluminum or copper core, and has a thin dielectric layer 38 to electrically isolate the electrodes 34 and traces 36 from the metal core.

回路基板30上の熱パッド35は、熱を横方向に拡散するためにサブマウント18のフットプリントよりもはるかに大きくてしてもよい。   The thermal pads 35 on the circuit board 30 may be much larger than the footprint of the submount 18 to diffuse heat laterally.

図2は、サブマウント18の底部表面上の電極24A及び24B並びに熱パッド32を示し、これらは回路基板30上の電極及び熱パッドパターンに対応する。   FIG. 2 shows the electrodes 24 A and 24 B and the thermal pad 32 on the bottom surface of the submount 18, which correspond to the electrode and thermal pad patterns on the circuit board 30.

このような設計の問題点は、熱パッドと電気パッドとの間の隙間によって熱フローが中断されるため、回路基板30のCu層内の熱拡散が電極34の位置によって部分的に絞られて(choked)しまう(或いは遮られてしまう)ことである。別の問題は、熱パッド35上を濡らす溶融ハンダ40(ハンダ槽からのものなど)が表面張力によって平坦ではなく、小さな電極34上の溶融ハンダ42の高さが、熱パッド35上のハンダ40の高さとは異なってしまうことである。これにより、冷却によってハンダが凝固した後、回路基板30上に取り付けられたときにサブマウント18及びLEDダイ10がわずかに傾斜する。この効果は、特に2.5×2.5mmを超えるような大きなサブマウントで起こる。   The problem with such a design is that the heat flow is interrupted by the gap between the thermal pad and the electrical pad, so that the thermal diffusion in the Cu layer of the circuit board 30 is partially restricted by the position of the electrode 34 It is to be choked (or cut off). Another problem is that the molten solder 40 (such as from the solder bath) that wets the thermal pad 35 is not flat due to surface tension, and the height of the molten solder 42 on the small electrode 34 is solder 40 on the thermal pad 35. It is different from the height of the As a result, after the solder solidifies due to cooling, the submount 18 and the LED die 10 are slightly inclined when mounted on the circuit board 30. This effect occurs with large submounts, in particular more than 2.5 × 2.5 mm.

さらに、図1及び図2の設計では、サブマウント18と回路基板30との間の熱膨張係数(CTE)の不一致に起因するハンダクラック及び層間剥離が起こりやすい。何故ならば、サブマウント18の中心から離れるにつれて応力が増加し、小さな電極24がサブマウント18の中心から最も離れているからである。もし電極がハンダによって互いに電気的に十分に接続されていないと、割れた開放接点でアークが発生し、界面で高熱が発生し、電圧降下が増加する。   Furthermore, the design of FIGS. 1 and 2 is subject to solder cracking and delamination due to the coefficient of thermal expansion (CTE) mismatch between the submount 18 and the circuit board 30. The reason is that as the distance from the center of the submount 18 increases, the stress increases and the small electrode 24 is the farthest from the center of the submount 18. If the electrodes are not sufficiently electrically connected to one another by solder, an arc is generated at the broken open contacts, high heat is generated at the interface, and the voltage drop is increased.

LEDダイ10の底部表面が図2に示したものと同様な電極及び熱パッド構成を有し、LEDダイ10が回路基板上の対応するパッドに直接接合されている場合にも同じ問題が生じる。   The same problem occurs when the bottom surface of the LED die 10 has an electrode and thermal pad configuration similar to that shown in FIG. 2 and the LED die 10 is directly bonded to the corresponding pad on the circuit board.

図3は、LEDダイのためのサブマウントの底部表面上の電極44及び46並びに熱パッド48の別の従来の構成を示す。この3ストライプ設計は、図2の構成に関して上述したものと同様な、傾斜、電極44/46による熱拡散の絞り、及びハンダクラッキング(cracking)/剥離(delamination)の諸欠点を有する。何故ならば、電極44及び46が中心から離れており、熱パッド48を部分的に囲んでいるからである。   FIG. 3 shows another conventional configuration of electrodes 44 and 46 and thermal pad 48 on the bottom surface of the submount for the LED die. This three-stripe design has the same drawbacks of tilting, throttling of heat diffusion by the electrodes 44/46, and solder cracking / delamination, similar to that described above for the configuration of FIG. Because the electrodes 44 and 46 are off center and partially surround the thermal pad 48.

必要とされるものは、上述した欠点のない、LEDダイ又はサブマウントの底部表面上の金属電極及び熱パッドの構成である。   What is needed is a configuration of metal electrodes and thermal pads on the bottom surface of the LED die or submount without the drawbacks described above.

電子デバイス又は光電子デバイスの熱的及び電気的特性を向上させる、半導体ダイ又はサブマウントの底部表面上の様々な金属電極及び熱パッド構成を記載する。   Various metal electrode and thermal pad configurations on the bottom surface of a semiconductor die or submount are described that improve the thermal and electrical properties of electronic or optoelectronic devices.

一実施形態において、LEDモジュールのカソード電極及びアノード電極が、サブマウント底部表面の中心線に沿って配置され、2つの熱パッドが、底部表面の対抗する両側に配置され、電極が2つの熱パッドの間にある。ハンダの応力は、サブマウントの中央付近で最も低いので、電極を回路基板に接合するハンダにかかる応力が小さい。   In one embodiment, the cathode and anode electrodes of the LED module are disposed along the centerline of the submount bottom surface, the two thermal pads are disposed on opposite sides of the bottom surface, and the electrodes are two thermal pads. In between. Because the stress in the solder is lowest near the center of the submount, less stress is placed on the solder joining the electrodes to the circuit board.

さらに、2つの熱パッドによって伝導される熱(の流れ)が電極によって絞られないので、熱は回路基板内外へより均一に拡散する。   Furthermore, the heat is more uniformly spread in and out of the circuit board, since the heat (flow) conducted by the two thermal pads is not squeezed by the electrodes.

さらに、金属設計が対称であり、熱パッドが同一であるので、溶融ハンダは両熱パッド上で同じ形状を有し、ダイ及びサブマウントを回路基板の表面に平行にする。したがって、ダイの傾斜がない。このことは、ダイがLEDダイである場合に特に重要である。何故ならば、傾斜が発光プロファイルに影響するからである。   Furthermore, because the metal design is symmetrical and the thermal pads are identical, the molten solder has the same shape on both thermal pads, making the die and submount parallel to the surface of the circuit board. Thus there is no die tilt. This is particularly important when the die is an LED die. This is because the slope affects the light emission profile.

上記の熱的及び電気的改善を達成するようにダイ又はサブマウントの底部上に様々な金属電極及び熱パッドが配置される、他の構成が記載されている。   Other configurations are described in which various metal electrodes and thermal pads are disposed on the bottom of the die or submount to achieve the above thermal and electrical improvements.

図1は、回路基板上に搭載されるサブマウントの上に搭載される例示的なLEDダイの断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of an exemplary LED die mounted on a submount mounted on a circuit board. 図2は、従来のLEDダイ又はサブマウントの底部上の従来の金属電極及び熱パッドの構成を示す。FIG. 2 shows a conventional metal electrode and thermal pad configuration on the bottom of a conventional LED die or submount. 図3は、他の従来のLEDダイ又はサブマウントの底部上の従来の金属電極及び熱パッドの構成を示す。FIG. 3 shows a conventional metal electrode and thermal pad configuration on the bottom of another conventional LED die or submount. 図4は、本発明の一実施形態に従った、LEDダイ又はサブマウントの底部上の金属電極及び熱パッドの構成を示す。FIG. 4 illustrates the configuration of metal electrodes and thermal pads on the bottom of the LED die or submount, in accordance with one embodiment of the present invention. 図5Aは、回路基板上に搭載されるサブマウントの上に搭載されるLEDダイの断面図であり、サブマウントの底部表面が図4に示す金属構成を有しており、熱パッドの短辺側から見た図である。FIG. 5A is a cross-sectional view of an LED die mounted on a submount mounted on a circuit board, the bottom surface of the submount having the metal configuration shown in FIG. It is the figure seen from the side. 図5Bは、熱パッドの長辺側から見た図であり、図5Aの構造を示す。FIG. 5B is a view from the long side of the thermal pad, showing the structure of FIG. 5A. 図6は、本発明の他の実施形態に従った、LEDダイ又はサブマウントの底部上の金属電極及び熱パッドの構成を示す。FIG. 6 shows the configuration of metal electrodes and thermal pads on the bottom of the LED die or submount in accordance with another embodiment of the present invention. 図7は、本発明の別の実施形態に従った、LEDダイ又はサブマウントの底部上の金属電極及び熱パッドの構成を示す。FIG. 7 shows the configuration of metal electrodes and thermal pads on the bottom of the LED die or submount in accordance with another embodiment of the present invention. 図8は、複数のダイが取り付けられたサブマウントを示し、サブマウントは、図4,6及び7の金属パターンに同様な底部金属パターンを有する。 様々な図において同じ又は等価である要素には、同じ参照符号が付けられている。FIG. 8 shows a submount with a plurality of dies attached, the submount having a bottom metal pattern similar to that of FIGS. Elements that are the same or equivalent in the various figures are given the same reference numerals.

本発明は、回路基板に接合されるべき金属パッドを有する如何なる電子デバイスにも適用可能であるが、LEDモジュールの例を説明する。   While the invention is applicable to any electronic device having a metal pad to be bonded to a circuit board, an example of an LED module is described.

図4は例示的なLEDダイ又はサブマウントの底部表面の図であり、本発明の一実施形態に従った金属カソード電極50、アノード電極52、並びに熱パッド54及び56を示す。この例では、LEDダイがサブマウント上に搭載され、サブマウントが、同じ金属パターンを有する回路基板の上に搭載されるものと仮定する。ゆえに、図4に示す構成は、サブマウント58の底部表面上の構成である。したがって、LEDダイの底部の金属電極構成は重要ではない。何故ならば、サブマウント58が、トレース及び垂直ビアを使用してLEDダイ電極をサブマウント58上の底部電極50/52に電気的に接続し、LEDダイによって生成された熱がサブマウント本体によって熱パッド54/56に伝導されるからである。   FIG. 4 is a view of the bottom surface of an exemplary LED die or submount showing metal cathode electrode 50, anode electrode 52, and thermal pads 54 and 56 in accordance with one embodiment of the present invention. In this example, it is assumed that the LED die is mounted on the submount and the submount is mounted on a circuit board having the same metal pattern. Thus, the configuration shown in FIG. 4 is on the bottom surface of submount 58. Thus, the metal electrode configuration at the bottom of the LED die is not important. Because submount 58 electrically connects the LED die electrode to bottom electrode 50/52 on submount 58 using traces and vertical vias, the heat generated by the LED die is due to the submount body It is because it is conducted to the thermal pad 54/56.

別の実施形態では、LEDダイも熱パッドを含んでもよく、サブマウントが、頂部熱パッドから底部熱パッド54及び56に通じる金属ビアを含んでもよい。   In another embodiment, the LED die may also include a thermal pad, and the submount may include metal vias leading from the top thermal pad to the bottom thermal pads 54 and 56.

図5Aは、LEDダイ10を示し、サブマウント58の頂部表面に搭載される、図1の従来のLEDダイであってもよい。この図は、熱パッド54及び56の短辺に面している。図5Bは、図5Aの構造を示す図であり、この図は熱パッド54の長辺に面している。   FIG. 5A shows the LED die 10 and may be the conventional LED die of FIG. 1 mounted on the top surface of the submount 58. This view faces the short sides of the thermal pads 54 and 56. FIG. 5B illustrates the structure of FIG. 5A, which faces the long side of the thermal pad 54.

LEDダイのアノード電極16は、サブマウント58上の頂部金属アノードパッド60に取り付けられるべく示されており、カソード電極14は、サブマウント58上の頂部金属カソードパッド61に取り付けられるべく示されている。取付けは、超音波溶接その他の技術によって行われる。パッド60は、サブマウント本体内に形成された垂直金属ビア62によって底部アノード電極52に電気的に接続されている。LEDダイのカソード電極14を示す反対側から見た図は、図5Aと同一である。   The anode electrode 16 of the LED die is shown to be attached to the top metal anode pad 60 on the submount 58 and the cathode electrode 14 is shown to be attached to the top metal cathode pad 61 on the submount 58 . The attachment is done by ultrasonic welding or other techniques. The pad 60 is electrically connected to the bottom anode electrode 52 by vertical metal vias 62 formed in the submount body. The view from the opposite side showing the cathode electrode 14 of the LED die is identical to FIG. 5A.

LEDダイ10からの熱は、LEDダイの金属電極14/16からを含むLEDダイの底部表面からサブマウント58の本体に伝導され、最初にサブマウント58全体に熱を拡散する。次に、サブマウント58上の熱パッド54及び56並びに回路基板64上の対応する金属パッド66及び68を介して、熱が金属コア回路基板64に伝達される。サブマウント58のアノード電極52は、回路基板64上のアノードパッド70に電気的に接続される。回路基板64上のパッド66及び68は、パッド66及び68の外側への膨張を阻止する電極がないので、より良好な熱拡散のためにサブマウント58のフットプリントを越えて延在することができる。   Heat from the LED die 10 is conducted from the bottom surface of the LED die, including the metal electrodes 14/16 of the LED die, to the body of the submount 58 and initially diffuses the heat throughout the submount 58. Next, heat is transferred to metal core circuit board 64 through thermal pads 54 and 56 on submount 58 and corresponding metal pads 66 and 68 on circuit board 64. Anode electrode 52 of submount 58 is electrically connected to anode pad 70 on circuit board 64. Pads 66 and 68 on circuit board 64 may extend beyond the footprint of submount 58 for better heat diffusion, as there are no electrodes to prevent outward expansion of pads 66 and 68. it can.

図4に示す金属構成は、LEDダイ10からのヒートシンクを改善し、LEDダイの傾斜を低減し、以下に説明するようにハンダクラッキング/剥離の可能性を低減する。   The metal configuration shown in FIG. 4 improves the heat sink from the LED die 10, reduces the tilt of the LED die, and reduces the possibility of solder cracking / peeling as described below.

熱パッド54及び56がサブマウント58の両側近くに対称的に配置されており、電極50及び52が中央に沿って配置されているので、サブマウント58が回路基板64上に搭載された後に、熱の外方への拡散が絞られない。さらに、この構成により、回路基板64上の熱パッド66及び68がサブマウント58のフットプリントを越えて延びて熱をより良好に拡散することを可能にする。   Since the thermal pads 54 and 56 are symmetrically disposed near both sides of the submount 58 and the electrodes 50 and 52 are disposed along the center, after the submount 58 is mounted on the circuit board 64, The heat can not spread outward. Furthermore, this configuration allows the thermal pads 66 and 68 on the circuit board 64 to extend beyond the footprint of the submount 58 to better spread the heat.

熱パッド66及び68の寸法は同じであり、サブマウント58の実質的に全長に延びているので、パッド66及び68の両方に分配された溶融ハンダ74及び76は、高さ及び体積などについて同じ特性を有する。したがって、サブマウント58が溶融ハンダの上に置かれた時に、サブマウント58及びLEDダイ10は傾斜しない。ハンダが冷却されると、回路基板64上の金属パッド70/66/68は、サブマウント58上のそれぞれの電極50/52及び熱パッド54/56に熱的及び電気的に接続される。   Since the dimensions of thermal pads 66 and 68 are the same and extend substantially the entire length of submount 58, molten solder 74 and 76 distributed to both pads 66 and 68 have the same height and volume, etc. It has a characteristic. Thus, when the submount 58 is placed over the molten solder, the submount 58 and the LED die 10 do not tilt. When the solder is cooled, the metal pads 70/66/68 on the circuit board 64 are thermally and electrically connected to the respective electrodes 50/52 and the thermal pads 54/56 on the submount 58.

サブマウント58と回路基板64との間の固有のCTEの不一致に起因して、ハンダ接合部は熱サイクルにより応力を受ける。この応力は、サブマウント58の中心から遠くなると大きくなる。「中心」電極50及び52に接続されたハンダ接合部は、熱パッド54及び56に接続されたハンダ接合部よりも小さい面積を有するため、クラッキング/デラミネーションの影響をより受けやすく、LEDダイへの電気的接続の信頼性を低下させる。これらの電極ハンダ接合部は、サブマウント58の中心に近いので、熱パッドのハンダ接合部よりも受ける応力が小さい。こうして、この構成がハンダ接合部の信頼性を向上させる。   Due to the inherent CTE mismatch between the submount 58 and the circuit board 64, the solder joints are stressed by thermal cycling. This stress increases with distance from the center of the submount 58. The solder joints connected to the "center" electrodes 50 and 52 have a smaller area than the solder joints connected to the thermal pads 54 and 56 and are thus more susceptible to cracking / delamination and to the LED die Reduce the reliability of electrical connections. Because these electrode solder joints are closer to the center of the submount 58, they receive less stress than the solder joints of the thermal pad. Thus, this configuration improves solder joint reliability.

より対称的であるパッド構成を提供し、かつ熱パッドからの熱分配を絞らないという同じ概念を、サブマウント又はLEDダイの表面上の異なる金属設計に適用することができる。   The same concept of providing a pad configuration that is more symmetrical and not throttling the heat distribution from the thermal pad can be applied to different metal designs on the surface of the submount or LED die.

図6は、サブマウント又はLEDダイの底部表面上の金属電極及び熱パッド構成の別の実施形態を示す。カソード電極80、アノード電極82、熱パッド84及び熱パッド86が、長方形(例えば、正方形)であり、異なる象限に位置する。回路基板には対応するパターンがある。すべての電極/パッドが同じ寸法であるので、溶融ハンダは各電極/パッド上で同じ高さを有するので、傾斜はない。   FIG. 6 illustrates another embodiment of metal electrode and thermal pad configurations on the bottom surface of the submount or LED die. The cathode electrode 80, the anode electrode 82, the thermal pad 84 and the thermal pad 86 are rectangular (e.g. square) and located in different quadrants. Circuit boards have corresponding patterns. Since all the electrodes / pads have the same dimensions, the molten solder has the same height on each electrode / pad, so there is no tilt.

熱パッド84及び86は、それらの外側の2つの上の電極によってブロックされないので、熱は回路基板内により効率的に拡散し、回路基板はサブマウントのフットプリントを十分に越えて延びる熱パッドを使用することができる。   Because the thermal pads 84 and 86 are not blocked by their outer two upper electrodes, heat is more efficiently diffused in the circuit board, and the circuit board extends the thermal pads sufficiently beyond the footprint of the submount It can be used.

電極80及び82はサブマウントの中央に近いので、ハンダ接合部上の熱応力が小さくなり、クラッキング又は剥離の可能性が低減する。   Because the electrodes 80 and 82 are close to the center of the submount, the thermal stress on the solder joints is reduced and the potential for cracking or peeling is reduced.

図7は、サブマウント又はLEDダイの底部表面上の金属電極及び熱パッド構成の別の実施形態を示す。カソード電極90、アノード電極92、熱パッド96及び熱パッド98は、三角形であり、異なる象限に位置する。回路基板は対応する金属パターンを有する。すべての電極/パッドが同じ寸法であるので、溶融ハンダは各電極/パッド上で同じ高さを有するので、傾斜はない。   FIG. 7 shows another embodiment of metal electrode and thermal pad configurations on the bottom surface of the submount or LED die. The cathode electrode 90, the anode electrode 92, the thermal pad 96 and the thermal pad 98 are triangular and located in different quadrants. The circuit board has a corresponding metal pattern. Since all the electrodes / pads have the same dimensions, the molten solder has the same height on each electrode / pad, so there is no tilt.

熱パッド96及び98は、それらの外側にある電極によってブロックされるということがないので、熱は回路基板内へとより効率的に拡散し、回路基板はサブマウントのフットプリントを十分に超えて延在する熱パッドを使用することができる。   Because the thermal pads 96 and 98 are not blocked by the electrodes outside of them, heat is more efficiently diffused into the circuit board, and the circuit board sufficiently exceeds the footprint of the submount An extended thermal pad can be used.

電極90及び92はサブマウントの中央に近いので、ハンダ接合部上の熱応力が小さくなり、クラッキング又は剥離の可能性が減少する。   Because the electrodes 90 and 92 are close to the center of the submount, the thermal stress on the solder joints is reduced and the potential for cracking or peeling is reduced.

他の金属パターンの構成も、図4乃至7に関連して上述したガイドラインを使用して可能である。例えば、熱パッドは3つ以上でもよく、サブマウントの中心に近い電極を対称的に包囲してもよい。熱パッドは、任意の形状とすることができる。   Other metal pattern configurations are also possible using the guidelines described above in connection with FIGS. 4-7. For example, the thermal pad may be three or more, and symmetrically surround the electrode near the center of the submount. The thermal pad can be of any shape.

上述から理解されるように、LEDと回路基板との間の熱抵抗を最適化し(すなわち、システムレベルで)、ハンダ信頼性を向上させ、SMT処理歩留まりを向上させる(即ち、回路基板への接合を成功させる)ようなLED金属パッド構成を説明してきた。   As understood from the above, the thermal resistance between the LED and the circuit board is optimized (i.e. at the system level), the solder reliability is improved, and the SMT processing yield is improved (i.e. bonding to the circuit board) Have made such an LED metal pad configuration possible.

金属パターンは、回路基板などの基板の表面に直接取り付けられるものであればLEDダイ又はそのサブマウントのいずれにも有用であるため、いずれの構造もLEDモジュールと呼ぶことができる。LEDダイは、レーザダイオードダイであってもよく、或いは非レーザダイであってもよい。   Either structure can be referred to as an LED module, as the metal pattern is useful for either the LED die or its submount as long as it can be directly attached to the surface of a circuit board or other substrate. The LED die may be a laser diode die or may be a non-laser die.

図8は、回路基板へのボンディングのための上述の金属パターンのいずれとも一致する底部金属パターンを有するサブマウント102を示す。任意の数のダイを表現する複数のダイ104及び106は、サブマウント102の頂部上のトレースパターンによって相互接続されることができる。ダイ104及び106によって生成された熱を組み合わせて、サブマウントの底部上の熱パッドを介して回路基板に伝達する。一実施形態では、ダイ104及び106のための任意の数の電極が、図4の概念に一致するサブマウント102の底部上の熱パッドの間に配置されてもよい。他の実施形態では、図6及び図7に示すような方法で、熱パッドと一緒に分配されてもよい。   FIG. 8 shows a submount 102 having a bottom metal pattern that matches any of the metal patterns described above for bonding to a circuit board. A plurality of dies 104 and 106 representing any number of dies can be interconnected by a trace pattern on top of submount 102. The heat generated by the dies 104 and 106 is combined and transferred to the circuit board through thermal pads on the bottom of the submount. In one embodiment, any number of electrodes for dies 104 and 106 may be disposed between the thermal pads on the bottom of submount 102 consistent with the concept of FIG. In another embodiment, it may be distributed with the thermal pad in a manner as shown in FIGS. 6 and 7.

すべての電極をサブマウントの中心付近に配置し、熱パッドを電極の両側又はすべての電極の周りに配置することにより、(電極が中心に近いため)電極上の熱(CTE)応力が小さくなり、ハンダボンドの信頼性を高め、傾きの可能性を低減する。複数のLEDダイ(又は他の熱発生ダイ)を支持するようなより大きなサブマウントでは、熱応力の問題が増大し、本発明は、より大きなサブマウントに対して特に有益である。   Placing all the electrodes near the center of the submount and placing thermal pads on both sides of the electrodes or around all the electrodes reduces the thermal (CTE) stress on the electrodes (because the electrodes are near the center) , Increase the reliability of solder bonds and reduce the possibility of tilting. With larger submounts, such as supporting multiple LED dies (or other heat generating dies), the thermal stress problem is increased, and the invention is particularly beneficial for larger submounts.

金属パターンの設計は、熱が発生し、LEDに限定されないダイ及び/又はサブマウントに有益である。例えば、パワートランジスタ及び他の高熱生成ダイは、本発明の恩恵を受けることができる。   The metal pattern design is useful for dies and / or submounts that generate heat and are not limited to LEDs. For example, power transistors and other high heat producing dies can benefit from the present invention.

本発明の特定の実施形態を示し説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく変更及び修正を行うことができることは当業者には明らかであり、ゆえに添付の特許請求の範囲はそのようなすべての変更と修正を包含する。   While particular embodiments of the present invention have been shown and described, it would be obvious to those skilled in the art that changes and modifications can be made without departing from the scope of the invention and, therefore, the appended claims are Cover all changes and modifications.

Claims (15)

少なくともp型層及びn型層を有する半導体発光層(12)を有する半導体ダイオードモジュールであり、前記半導体発光層の第1表面を通じて光が出射し、当該モジュールの第2表面が基板(64)上の金属パッド(66,68,70)に接続するための金属パターンを有し、
前記金属パターンが:
前記n型層に電気的に接続されているカソード電極(50);
前記p型層に電気的に接続されているアノード電極(52);及び
前記カソード電極及び前記アノード電極から絶縁されている2つの熱パッド(54,56)であり、当該モジュールの前記第2表面の両側に沿って位置づけられ、実質的に同じ形状を有する熱パッド;
を有する、
モジュール。
A semiconductor diode module having a semiconductor light emitting layer (12) having at least a p-type layer and an n-type layer, light is emitted through the first surface of the semiconductor light emitting layer, and the second surface of the module is on the substrate (64). Have a metal pattern to connect to the metal pads (66, 68, 70) of the
The metal pattern is:
A cathode electrode (50) electrically connected to the n-type layer;
An anode electrode (52) electrically connected to the p-type layer; and two thermal pads (54, 56) insulated from the cathode electrode and the anode electrode, the second surface of the module A thermal pad positioned along both sides of the and having substantially the same shape;
Have
module.
請求項1に記載のモジュールであり、さらに
サブマウント(58)に搭載されるLEDダイ(10)を有し、
当該モジュールの前記第2表面は前記サブマウントの底部表面である、
モジュール。
A module according to claim 1, further comprising an LED die (10) mounted to the submount (58).
The second surface of the module is the bottom surface of the submount
module.
請求項1に記載のモジュールであり、さらに
LEDダイ(10)を有し、
当該モジュールの前記第2表面は前記LEDダイの底部表面である、
モジュール。
A module according to claim 1, further comprising an LED die (10).
The second surface of the module is the bottom surface of the LED die,
module.
請求項1に記載のモジュールであり、さらに
前記基板(64)が回路基板である、
モジュール。
The module according to claim 1, wherein the substrate (64) is a circuit substrate.
module.
請求項1に記載のモジュールであり、
前記カソード電極(50)及び前記アノード電極(52)が前記第2表面の中心線に沿って位置されており、前記熱パッド(54,56)が前記中心線の両側に位置されており、前記カソード電極及び前記アノード電極が熱パッドと前記中心線との間にある、
モジュール。
The module according to claim 1,
The cathode electrode (50) and the anode electrode (52) are located along the centerline of the second surface, and the thermal pads (54, 56) are located on both sides of the centerline, A cathode electrode and the anode electrode are between the thermal pad and the centerline,
module.
請求項1に記載のモジュールであり、
前記熱パッド(84,86)が長方形であり、前記第2表面の対抗するコーナーに位置されており、前記カソード電極(80)及び前記アノード電極(82)が長方形であり、前記第2表面の対抗するコーナーに位置されている、
モジュール。
The module according to claim 1,
The thermal pad (84, 86) is rectangular and located at opposing corners of the second surface, and the cathode electrode (80) and the anode electrode (82) are rectangular; Located at opposing corners,
module.
請求項1に記載のモジュールであり、
前記熱パッド(96,98)が三角形であり、前記第2表面の対抗する側に位置されており、前記カソード電極(90)及び前記アノード電極(92)が三角形であり、前記第2表面の対抗する側に位置されている、
モジュール。
The module according to claim 1,
The thermal pad (96, 98) is triangular and is located on the opposite side of the second surface, and the cathode electrode (90) and the anode electrode (92) are triangular; Located on the opposing side,
module.
少なくとも第1端子(14)及び第2端子(16)を有する電気デバイスを有する電子デバイスであり、当該電子デバイスの表面が基板(64)上の金属パッド(66,68,70)への接続のための金属パターンを有し、
前記金属パターンが:
前記第1端子に電気的に接続されている第1電極(50);
前記第2端子に電気的に接続されている第2電極(52);及び
前記第1電極及び前記第2電極から絶縁されている少なくとも2つの熱パッド(54,56)であり、前記金属パターンを有する前記電気デバイスの前記表面の両側に沿って位置づけられ、実質的に同じ形状を有する熱パッド;
を有する、
電子デバイス。
An electronic device comprising an electrical device having at least a first terminal (14) and a second terminal (16), the surface of the electronic device being connected to a metal pad (66, 68, 70) on a substrate (64) Have a metal pattern for
The metal pattern is:
A first electrode (50) electrically connected to the first terminal;
A second electrode (52) electrically connected to the second terminal; and at least two thermal pads (54, 56) insulated from the first electrode and the second electrode, the metal pattern A thermal pad positioned along both sides of the surface of the electrical device having substantially the same shape;
Have
Electronic device.
請求項8に記載の電子デバイスであり、
前記電気デバイスが、サブマウント(58)に搭載される半導体ダイ(10)を有し、
前記電気デバイスの前記表面は前記サブマウントの表面である、
電子デバイス。
An electronic device according to claim 8;
Said electrical device comprises a semiconductor die (10) mounted on a submount (58),
The surface of the electrical device is the surface of the submount,
Electronic device.
請求項8に記載の電子デバイスであり、
前記電気デバイスが、半導体ダイ(10)を有し、
前記電気デバイスの前記表面は前記半導体ダイの底部表面である、
電子デバイス。
An electronic device according to claim 8;
The electrical device comprises a semiconductor die (10)
The surface of the electrical device is a bottom surface of the semiconductor die.
Electronic device.
請求項8に記載の電子デバイスであり、
前記電気デバイスが、サブマウント(58)に搭載される複数のダイ(10)を有し、
前記電気デバイスの前記表面は前記サブマウントの底部表面である、
電子デバイス。
An electronic device according to claim 8;
The electrical device comprises a plurality of dies (10) mounted to a submount (58);
The surface of the electrical device is the bottom surface of the submount,
Electronic device.
請求項8に記載の電子デバイスであり、
前記第1電極(50)及び前記第2電極(52)が前記表面の中心線に沿って位置されており、前記熱パッド(54,56)が前記中心線の両側に位置されており、前記第1電極及び前記第2電極が熱パッドと前記中心線との間にある、
電子デバイス。
An electronic device according to claim 8;
The first electrode (50) and the second electrode (52) are located along the centerline of the surface, and the thermal pads (54, 56) are located on both sides of the centerline, A first electrode and the second electrode are between a thermal pad and the centerline,
Electronic device.
請求項8に記載の電子デバイスであり、
前記熱パッド(54,56)が、前記第1電極(50)及び前記第2電極(52)よりも大きい、
電子デバイス。
An electronic device according to claim 8;
The thermal pad (54, 56) is larger than the first electrode (50) and the second electrode (52),
Electronic device.
請求項8に記載の電子デバイスであり、
前記熱パッド(84,86)が長方形であり、前記表面の対抗するコーナーに位置されており、前記第1電極(80)及び前記第2電極(82)が長方形であり、前記表面の対抗するコーナーに位置されている、
電子デバイス。
An electronic device according to claim 8;
The thermal pad (84, 86) is rectangular and located at opposing corners of the surface, and the first electrode (80) and the second electrode (82) are rectangular, opposing the surface Located in the corner,
Electronic device.
請求項8に記載の電子デバイスであり、
前記熱パッド(96,98)が三角形であり、前記表面の対抗する側に位置されており、前記第1電極(90)及び前記第2電極(92)が三角形であり、前記表面の対抗する側に位置されている、
電子デバイス。
An electronic device according to claim 8;
The thermal pad (96, 98) is triangular and is located on opposite sides of the surface, and the first electrode (90) and the second electrode (92) are triangular and opposite of the surface Located on the side,
Electronic device.
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