JP2023510760A - 発光ダイオード（ｌｅｄ）アレイ用のセラミックキャリア及びビルドアップキャリア - Google Patents
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Abstract
回路基板、ＬＥＤ照明システム、及び製造方法が記述される。回路基板は、セラミックキャリアと、該セラミックキャリア上の本体と、を含んでいる。本体は、複数の誘電体層と、該複数の誘電体層の厚さ全体を貫いて形成された複数のスロットと、を含んでいる。これらのスロットは、誘電体材料で充填されている。セラミックキャリアとは反対側の、これらのスロットの各々の表面上に、導電パッドが設けられている。
Description
この出願は、２０２０年１月７日に出願された米国仮出願第６２／９５８，０５８号、２０２０年３月４日に出願された米国特許出願第１６／８０９，１０４号、及び２０２０年３月３０日に出願された欧州特許出願第２０１６６６０１．３号の利益を主張するものであり、それらの内容をここに援用する。
精密制御照明用途は、小型のアドレス指定可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）照明システムの生産及び製造を必要とし得る。そのようなシステムのいっそう小さいサイズは、非従来的なコンポーネント及び製造プロセスを必要とし得る。
回路基板、ＬＥＤ照明システム、及び製造方法が記述される。回路基板は、セラミックキャリアと、該セラミックキャリア上の本体とを含む。本体は、複数の誘電体層と、該複数の誘電体層の厚さ全体を貫いて形成された複数のビアとを含む。これらのビアは、誘電体材料で充填される。セラミックキャリアとは反対側の、これらのビアの各々の表面上に、導電パッドが設けられる。
添付の図面とともに例として与えられる以下の説明から、より詳細な理解が得られることになる。
ＬＥＤアレイの一例の上面図である。
回路基板の一例の断面図である。
図２の回路基板を組み込んだＬＥＤ照明システムの一例の断面図である。
図３のＬＥＤ照明システムを組み込んだ車両ヘッドランプシステムの一例の図である。
車両ヘッドランプシステムの他の一例の図である。
無線装置の一例のブロック図である。
無線装置の他の一例の背面図である。
例えば図３のＬＥＤ照明システムなどのＬＥＤ照明システムを製造する方法の一例のフロー図である。
図９Ａ－９Ｑは、製造方法における様々な段階におけるＬＥＤ照明システムの断面図である。
図９Ａ－９Ｑは、製造方法における様々な段階におけるＬＥＤ照明システムの断面図である。
図９Ａ－９Ｑは、製造方法における様々な段階におけるＬＥＤ照明システムの断面図である。
図９Ａ－９Ｑは、製造方法における様々な段階におけるＬＥＤ照明システムの断面図である。
図９Ａ－９Ｑは、製造方法における様々な段階におけるＬＥＤ照明システムの断面図である。
図９Ａ－９Ｑは、製造方法における様々な段階におけるＬＥＤ照明システムの断面図である。
図９Ａ－９Ｑは、製造方法における様々な段階におけるＬＥＤ照明システムの断面図である。
図９Ａ－９Ｑは、製造方法における様々な段階におけるＬＥＤ照明システムの断面図である。
図９Ａ－９Ｑは、製造方法における様々な段階におけるＬＥＤ照明システムの断面図である。
図９Ａ－９Ｑは、製造方法における様々な段階におけるＬＥＤ照明システムの断面図である。
図９Ａ－９Ｑは、製造方法における様々な段階におけるＬＥＤ照明システムの断面図である。
図９Ａ－９Ｑは、製造方法における様々な段階におけるＬＥＤ照明システムの断面図である。
図９Ａ－９Ｑは、製造方法における様々な段階におけるＬＥＤ照明システムの断面図である。
図９Ａ－９Ｑは、製造方法における様々な段階におけるＬＥＤ照明システムの断面図である。
図９Ａ－９Ｑは、製造方法における様々な段階におけるＬＥＤ照明システムの断面図である。
図９Ａ－９Ｑは、製造方法における様々な段階におけるＬＥＤ照明システムの断面図である。
図９Ａ－９Ｑは、製造方法における様々な段階におけるＬＥＤ照明システムの断面図である。
以下、添付の図面を参照して、複数の異なる光照明システム及び／又は発光ダイオード（“ＬＥＤ”）実装の例がいっそう十分に説明される。これらの例は、相互に排他的なものではなく、更なる実装を達成するために、１つの例に見られる特徴を、１つ以上の他の例に見られる特徴と組み合わせることができる。従って、理解されることには、添付の図面に示される例は、単に例示の目的で提供されており、それらは決して本開示を限定することを意図していない。全体を通して、同様の要素は似通った符号で参照する。
理解されることには、様々な要素を記述するために、ここでは第１、第２、第３などの用語が使用されることがあるが、それらの要素はこれらの用語によって限定されるべきでない。これらの用語は、１つの要素を別の要素から区別するために使用され得る。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、第１の要素が第２の要素と称されてもよく、第２の要素が第１の要素と称されてもよい。ここで使用されるとき、用語“及び／又は”は、関連して列挙されるアイテムのうちの１つ以上のアイテムの任意の及び全ての組み合わせを含み得る。
理解されることには、例えば層、領域、又は基板などの要素が他の要素の“上に”ある又は“上へと”延在するとして言及されるとき、それが直に他の要素の上にある又は直にその上へと延在してもよいし、あるいは、介在する要素も存在してもよい。対照的に、或る要素が他の要素の“直上に”ある又は“直に上へと”延在するとして言及されるときには、介在する要素は存在しないとし得る。これまた理解されることには、或る要素が他の要素に“接続される”又は“結合される”として言及されるとき、それは直に他の要素に接続又は結合されてもよいし、及び／又は、１つ以上の介在要素を介して他の要素に接続又は結合されてもよい。対照的に、或る要素が他の要素に“直に接続される”又は“直に結合される”として言及されるときには、その要素と他の要素との間に介在する要素は存在しない。理解されることには、これらの用語は、図に描かれる向きに加えて、異なる向きの要素を包含することが意図される。
ここでは、図に示されるときの、１つの要素、層又は領域と別の要素、層又は領域との関係を記述するために、例えば“下方”、“上方”、“上側”、“下側”、“水平”又は“鉛直”などの相対的な用語が使用されることがある。理解されることには、これらの用語は、図に描かれる向きに加えて、異なる向きのデバイスを包含することが意図される。
また、ＬＥＤ、ＬＥＤアレイ、電気コンポーネント、及び／又は電子部品が、１つの、２つの、それともそれより多くのエレクトロニクス基板上に収容されるのかは、設計上の制約及び／又は用途にも依存し得る。
現在利用可能な最も効率的な光源の中に、半導体発光デバイス（ＬＥＤ）、又は例えば紫外線（ＵＶ）又は赤外線（ＩＲ）の光出力を放つデバイスなどの光出力放射デバイスがある。これらのデバイス（以下、“ＬＥＤ”）は、発光ダイオード、共振器型発光ダイオード、垂直共振器レーザダイオード、端面発光レーザ、又はこれらに類するものを含み得る。ＬＥＤは、例えば、それらの小型さ及びより低い電力要求により、数多くの様々な用途にとっての魅力的な候補であり得る。例えば、それらは、カメラ及び携帯電話などの手持ち式の電池駆動装置用の光源（例えば、フラッシュ光及びカメラフラッシュ）として使用され得る。それらはまた、例えば、自動車照明、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）照明、園芸照明、街路灯、ビデオ用のトーチ、一般照明（例えば、家庭、店舗、オフィス及びスタジオの照明、劇場／舞台の照明、及び建築照明）、拡張現実（ＡＲ）照明、仮想現実（ＶＲ）照明のために使用され、ディスプレイ用のバックライトとして使用され、また、ＩＲ分光法に使用され得る。単一のＬＥＤでは白熱光源よりも明るくない光を提供することになり、従って、もっと明るいことが望まれる又は必要とされる用途では、マルチジャンクションデバイス又はＬＥＤのアレイ（例えば、モノリシックＬＥＤアレイ、マイクロＬＥＤアレイなど）が使用され得る。
図１は、一例のＬＥＤアレイ１０２の上面図である。図１に示す例において、ＬＥＤアレイ１０２は、エミッタ（発光体）１２０のアレイである。ＬＥＤアレイは、例えばＬＥＤアレイエミッタの精密制御を必要とするものなどの用途で使用されることがある。ＬＥＤアレイ１０２内のエミッタ１２０は、個々にアドレス指定可能であったり、あるいはグループ／サブセットでアドレス指定可能であったりし得る。
ＬＥＤアレイ１０２の３×３部分の拡大図も図１に示している。３×３拡大図に示すように、ＬＥＤアレイ１０２は、各々が幅ｗ１を有する複数のエミッタ１２０を含み得る。実施形態において、幅ｗ１は約１００μｍ以下（例えば、３０μｍ）とし得る。エミッタ１２０間のレーン１２２は幅がｗ２の広さとし得る。実施形態において、幅ｗ２は約２０μｍ以下（例えば、５μｍ）とし得る。レーン１２２は、隣接し合うエミッタ間にエアギャップを提供してもよいし、他の材料を含んでもよい。１つのエミッタ１２０の中心から隣接するエミッタ１２０の中心までの距離Ｄ１は、約１２０μｍ以下（例えば、３０μｍ）とし得る。理解されることには、ここで提供される幅及び距離は単なる例であり、実際の幅及び／又は寸法は様々であり得る。
理解されることには、図１には対称なマトリクスに配置された正方形のエミッタが示されているが、ここに記載される実施形態には任意の形状及び配置のエミッタが適用され得る。例えば、図１のＬＥＤアレイ１０２は、例えば２００×１００マトリクス、対称マトリクス、非対称マトリクス、又はこれらに類するものなど、任意の適用可能な配置で２０，０００個を超えるエミッタを含み得る。これまた理解されることには、ここに記載される実施形態を実装するために、複数組のエミッタ、マトリクス、及び／又は基板が任意の適用可能な形態で配置されてもよい。
上述のように、例えばＬＥＤアレイ１０２などのＬＥＤアレイは、微細なピッチ及びライン間隔を持つ複数のエミッタを含み得る。例えばこれなどのＬＥＤアレイは、マイクロＬＥＤアレイ又は単にマイクロＬＥＤと称されることがある。マイクロＬＥＤは、基板上に提供される個別のエミッタのアレイを含むことができ、あるいは、エミッタを形成するセグメントに分割された単一のシリコンウエハ又はダイとすることができる。後者のタイプのマイクロＬＥＤは、モノリシックＬＥＤと称されることがある。また、このようなＬＥＤアレイは、それらに電力供給するために例えば６０ワット以上などのかなりの電力を必要とし、それ故に、動作中にかなりの熱を発し得る。従って、このようなアレイでは、微細なラインスペースに適合するとともに十分な放熱を提供することができる回路基板が必要とされる。
ここに記載される実施形態は、微細なラインスペースを持つＬＥＤアレイをサポートし得るとともに、そのようなＬＥＤアレイの熱要件を満たすのに十分な放熱を提供し得るような回路基板、該回路基板を組み込んだＬＥＤ照明システム、及び製造方法を提供し得る。このようなＬＥＤアレイ及びＬＥＤ照明システムは、例えば、カメラフラッシュ及び車両照明システム用途を含む様々な用途で使用され得る。
図２は、回路基板２００の断面図である。図２に示す例において、回路基板２００はセラミックキャリア２０２を含んでいる。セラミックキャリア２０２は頂面２１８及び底面２１４を持ち得る。セラミックキャリア２０２の頂面２１８上に本体２１２が配置されている。本体２１２は頂面２２０及び底面２１６を有し、底面２１６がセラミックキャリア２０２の頂面２１８上に置かれている。本体２１２は、複数の誘電体材料の層２０４から形成され得る。誘電体材料の層２０４を貫いて多数のビア２０６が形成される。実施形態において、これらのビアは誘電体材料の層２０４の厚さ（ｔ１）全体を貫いて形成される。ビア２０６は金属材料で充填及び／又はめっきされ得る。誘電体材料の層２０４の厚さ全体を完全に貫いてビアが形成される場合、ビア２０６内の金属がセラミックキャリア２０２に接触する。ビア２０６の各々の、セラミックキャリア２０２とは反対側の表面上に、金属パッド２０８が配置され得る。
ビア２０６は、各々が一対の金属コンタクトを含み得る複数のＬＥＤデバイス又はエミッタ（発光体）との接触を可能にするようにペアで構成され得る。実施形態において、ビア２０６は、マイクロビア又はスロットとし得るとともに、幅ｗ３を持つことができ、また、隣接するビアのペア間の空間は幅ｗ４を持つことができる。実施形態おいて、ｗ３は５０μｍから２００μｍの範囲内とすることができ、ｗ４は２０μｍから２００μｍの範囲内とすることができる。ビア２０６のこの小さい幅、及びビア２０６のペア間のこの小さい間隔は、回路基板２００を、微細なライン間隔を有する例えば図１のＬＥＤアレイ１０２などのＬＥＤアレイとともに使用することを可能にし得る。
ビア２０６は、良好な熱伝導率を持つ金属材料で充填及び／又はめっきされ得る。実施形態において、該金属材料は銅、銀、又はニッケル材料とし得る。セラミックキャリア２０２は、高い熱伝導率及び高い電気抵抗率を持つ材料から形成され得る。実施形態において、セラミックキャリア２０２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）から形成され得る。このような材料をセラミックキャリア２０２に使用することは、導電パッド２０８への電気接続を為すことと、導電パッド２０８上にマウントされたＬＥＤアレイ又は半導体デバイスからの熱を放散させることとの両方のために、ビア２０６を使用することを可能にする。換言すれば、誘電体材料の層２０４の厚さ全体を貫いてビア２０６が形成されるとき、ビア２０６は、金属パッド２０８上にマウントされたＬＥＤアレイ又は他の半導体デバイスからの熱を、その高い熱伝導率によって熱を環境中に迅速に放散させ得るものであるセラミックキャリア２０２へと放散させ得る。さらに、セラミックキャリア２０２は良好な電気抵抗率を持つので、それが、ビア２０６が互いにショートすることを防止し得る。
上述のように、本体２１２は厚さｔ１を持ち得る。実施形態において、厚さｔ１は２０μｍから５０μｍの範囲内とし得る。従って、厚さｔ１は、回路基板によってもたらされる絶縁を最小限にするために比較的薄く保たれ得る。
図３は、図２の回路基板２００を、その上にマウントされた発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイス３０４のアレイとともに含むＬＥＤ照明システム３００の断面図である。図３に示す例は個別のＬＥＤデバイス３０４のアレイを含んでいるが、ここに記載される実施形態は、個別のエミッタのアレイ、又はエミッタを形成するセグメントに分割された単一のシリコンウエハ若しくはダイを含むモノリシックＬＥＤアレイ、とし得る例えば図１のＬＥＤアレイ１０２などの任意のタイプのＬＥＤアレイに適用可能である。モノリシックＬＥＤアレイが使用される場合、アレイ内のエミッタの各々が、回路基板上の対応する金属パッドのペアに（例えば、はんだを介して）電気的に結合され得る一対の金属コンタクトを持つことができる。
図３に示す例において、ＬＥＤデバイス３０４は各々、半導体構造３０８と、半導体構造３０８の上の波長変換層３０６と、２つの金属コンタクト３１０ａ及び３１０ｂとを含んでいる。半導体構造は、励起されたときに光を発する任意のタイプの半導体構造とすることができ、１つ以上のｐ型領域、ｎ型領域、及び活性な発光領域を含むことができる。実施形態において、２つのコンタクト３１０ａ及び３１０ｂは、それぞれ、ｐ型電極及びｎ型電極とし得る。波長変換層３０６は、半導体構造３０８から離れていてもよいし、近位にあってもよいし、直上にあってもよい。半導体構造３０８内の活性層が、オンにされたときに光を波長変換層３０６内に放ち、そして、波長変換層３０６が更に、活性層によって放たれた光の波長を変更するように作用する。波長変換層３０６は、ある波長の光を吸収して異なる波長の光を発する例えば透明若しくは半透明のバインダ若しくはマトリクス内の蛍光体粒子又はセラミック蛍光体素子などの何らかのルミネセント材料を含み得る。
図３に示す例において、ＬＥＤデバイス３０４の各々のコンタクト３１０ａ及び３１０ｂのペアの各々が、回路基板２００上の金属パッド２０８の対応するペアに（例えば、はんだを介して）電気的に結合されている。金属パッド２０８によって占有されない領域の回路基板２００の頂面２２０上にはソルダーマスク層３０２が設けられている。実施形態において、ソルダーマスク層３０２は、回路基板を保護し且つ／或いは光を反射する任意の層又は任意の種類の材料とし得る。
上述のように、例えば図３に示すものなどのＬＥＤ照明システムは、多数の異なる用途に使用されることができ、密に詰め込まれたＬＥＤアレイ及び／又は個別にアドレス指定可能なＬＥＤデバイス若しくはエミッタが望まれ得る車両ヘッドランプシステム及びフラッシュ用途において特に有用であり得る。図４、図５、図６、及び図７は、例えば図３のＬＥＤ照明システム３００などのＬＥＤ照明システムを組み込み得る適用システム例の図である。
図４は、例えば図３のＬＥＤ照明システム３００などのＬＥＤ照明システムを組み込み得る車両ヘッドランプシステム４００の一例の図である。図４に示す車両ヘッドランプシステム４００の例は、電力ライン４０２、データバス４０４、入力フィルタ及び保護モジュール４０６、バストランシーバ４０８、センサモジュール４１０、ＬＥＤ直流－直流（ＤＣ／ＤＣ）モジュール４１２、ロジック低ドロップアウト（ＬＤＯ）モジュール４１４、マイクロコントローラ４１６、及びアクティブヘッドランプ４１８を含んでいる。実施形態において、アクティブヘッドランプ４１８は、例えば図３のＬＥＤ照明システム３００などのＬＥＤ照明システムを含み得る。
電力ライン４０２は、車両から電力を受け取る入力を持つことができ、データバス４０４は、それを介して車両と車両ヘッドランプシステム４００との間でデータが交換され得る入力／出力を持つことができる。例えば、車両ヘッドランプシステム４００は、車両内の他の場所から、例えば方向指示を点灯させたりヘッドランプを点灯させたりするための命令などの命令を受信し得るとともに、望まれる場合に車両内の他の場所にフィードバックを送信し得る。センサモジュール４１０は、データバス４０４に通信可能に結合されることができ、例えば、環境条件（例えば、時刻、雨、霧、又は周辺光レベル）、車両状態（例えば、駐車中、移動中、移動速度、又は移動方向）、及び他の物体（例えば、車両又は歩行者）の存在／位置に関連する追加データを、車両ヘッドランプシステム４００又は車両内の他の場所に提供することができる。車両データバスに通信可能に結合された車両コントローラとは別のヘッドランプコントローラも、車両ヘッドランプシステム４００に含められ得る。図４において、ヘッドランプコントローラは、例えばマイクロコントローラ（μｃ）４１６などのマイクロコントローラとし得る。マイクロコントローラ４１６は、データバス４０４に通信可能に結合され得る。
入力フィルタ及び保護モジュール４０６は、電力ライン４０２に電気的に結合されることができ、例えば、伝導性放射を低減させて電力耐性を提供する様々なフィルタをサポートし得る。さらに、入力フィルタ及び保護モジュール４０６は、静電放電（ＥＳＤ）保護、負荷ダンプ保護、オルタネータフィールド減衰保護、及び／又は逆極性保護を提供し得る。
ＬＥＤ ＤＣ／ＤＣモジュール４１２は、フィルタ及び保護モジュール４０６とアクティブヘッドランプ４１８との間に結合されて、フィルタリングされた電力を受け取り、アクティブヘッドランプ４１８のＬＥＤアレイ内のＬＥＤに電力供給するための駆動電流を提供することができる。ＬＥＤ ＤＣ／ＤＣモジュール４１２は、約１３．２ボルトの公称電圧の、７ボルトと１８ボルトとの間の入力電圧と、ＬＥＤアレイに関する最大電圧（例えば、工場若しくは現地での較正、及び負荷、温度若しくは他の要因による動作条件調整）によって決定される）よりも僅かに（例えば、０．３ボルト）高いとし得る出力電圧とを持ち得る。
ロジックＬＤＯモジュール４１４は、フィルタ及び保護モジュール４０６に結合されて、フィルタリングされた電力を受け取り得る。ロジックＬＤＯモジュール４１４はまた、マイクロコントローラ４１６及びアクティブヘッドランプ４１８に結合されて、マイクロコントローラ４１６及び／又はアクティブヘッドランプ４１８内のシリコンバックプレーン（例えば、ＣＭＯＳロジック）に電力を提供し得る。
バストランシーバ４０８は、例えば、汎用非同期送受信機（universal asynchronous receiver transmitter；ＵＡＲＴ）又はシリアルペリフェラルインタフェース（ＳＰＩ）インタフェースを有し得るとともに、マイクロコントローラ４１６に結合され得る。マイクロコントローラ４１６は、センサモジュール４１０からのデータに基づく又はそれを含む車両入力を翻訳し得る。翻訳された車両入力は、アクティブヘッドランプモジュール４１８内の画像バッファに転送可能なビデオ信号を含み得る。さらに、マイクロコントローラ４１６は、起動時にデフォルト画像フレームをロードしてオープン／ショートピクセルを検査し得る。実施形態において、ＳＰＩインタフェースが画像バッファをＣＭＯＳにロードし得る。画像フレームは、フルフレーム、差分フレーム、又は部分フレームとし得る。マイクロコントローラ４１６の他の機能は、ダイ温度を含むＣＭＯＳ状態及びロジックＬＤＯ出力の制御インタフェースモニタリングを含み得る。実施形態において、ＬＥＤ ＤＣ／ＤＣ出力は、ヘッドルームを最小化するように動的に制御され得る。画像フレームデータを提供することに加えて、例えば車幅灯若しくは方向指示灯と併せた補助的使用、及び／又は日中走行灯の作動などの、他のヘッドランプ機能も制御され得る。
図５は、他の一例の車両ヘッドランプシステム５００の図である。図５に示す車両ヘッドランプシステム５００の例は、アプリケーションプラットフォーム５０２と、２つのＬＥＤ照明システム５０６及び５０８と、光学系５１０及び５１２とを含んでいる。２つのＬＥＤ照明システム５０６及び５０８は、例えば図３のＬＥＤ照明システム３００などのＬＥＤ照明システムであってもよいし、あるいは、ＬＥＤ照明システム３００に付け加えて、図４の車両ヘッドランプシステム４００内のその他のモジュールの一部又は全てを含んでもよい。後者の実施形態において、ＬＥＤ照明システム５０６及び５０８は車両ヘッドランプサブシステムとし得る。
ＬＥＤ照明システム５０８は、光ビーム５１４（図５の矢印５１４ａと５１４ｂとの間に示される）を放射し得る。ＬＥＤ照明システム５０６は、光ビーム５１６（図５の矢印５１６ａと５１６ｂとの間に示される）を放射し得る。図５に示す実施形態では、二次光学系５１０がＬＥＤ照明システム５０８に隣接しており、ＬＥＤ照明システム５０８から放射された光が二次光学系５１０を通り抜ける。同様に、二次光学系５１２がＬＥＤ照明システム５０６に隣接しており、ＬＥＤ照明システム５０６から放射された光が二次光学系５１２を通り抜ける。代わりの実施形態では、二次光学系５１０／５１２は車両ヘッドランプシステムに設けられなくてもよい。
含まれるとき、二次光学系５１０／５１２は、１つ以上のライトガイドであるか、それを含むかし得る。該１つ以上のライトガイドは、エッジリット型であってもよいし、ライトガイドの内縁を画成する内部開口を有してもよい。該１つ以上のライトガイドの内部開口にＬＥＤ照明システム５０８及び５０６（又は車両ヘッドランプサブシステムのアクティブヘッドランプ）が挿入されて、それらが該１つ以上のライトガイドの内縁（内側開口型ライトガイド）又は外縁（エッジリット型ライトガイド）に光を注入するようにし得る。実施形態において、該１つ以上のライトガイドは、ＬＥＤ照明システム５０８及び５０６によって放射される光を、例えば、勾配、面取り分布、狭い分布、広い分布、又は角度分布を持つようになど、所望のように整形し得る。
アプリケーションプラットフォーム５０２は、図４の電力ライン４０２及びデータバス４０４のうちの１つ以上又は一部を含み得るものであるライン５０４を介して、ＬＥＤ照明システム５０６及び／又は５０８に電力及び／又はデータを提供し得る。アプリケーションプラットフォーム５０２の筐体の内部又は外部に１つ以上のセンサ（システム４００内のセンサ又は他の追加のセンサとし得る）があり得る。代わりに、又は加えて、図４のＬＥＤ照明システム４００の例に示したように、各ＬＥＤ照明システム５０８及び５０６は、それ自身のセンサモジュール、接続・制御モジュール、電力モジュール、及び／又はＬＥＤアレイを含んでもよい。
実施形態において、車両ヘッドランプシステム５００は、可動光ビームを備えた自動車を表すことができ、可動ビームを提供するようにＬＥＤが選択的に動作され得る。例えば、ＬＥＤのアレイ（例えば、ＬＥＤアレイ１０２）を使用して、ある形状又はパターンを画成又は投影したり、道路の選択されたセクションのみを照らしたりすることができる。一実施形態例において、ＬＥＤシステム５０６及び５０８内の赤外線カメラ又は検出器ピクセルが、照明を必要とするシーンの部分（例えば、道路又は横断歩道）を特定するセンサ（例えば、図４のセンサモジュール４１０内のセンサと同様）であるとし得る。
図６は、無線装置６００の一例の図である。図６に示す例において、無線装置６００は、プロセッサ６１２、トランシーバ６０２、アンテナ６０４、スピーカ／マイクロホン６０６、キーパッド６０８、ディスプレイ／タッチパッド６１０、メモリ６１６、電源６１８、及びカメラ６１４を含んでいる。
プロセッサ６１２は、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、コンベンショナルなプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、マイクロプロセッサ、ＤＳＰコアに付随した１つ以上のマイクロプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）回路、集積回路（ＩＣ）、状態マシン、及びこれらに類するものとし得る。プロセッサ６１２は、スピーカ／マイクロホン６０６、キーパッド６０８、ディスプレイ／タッチパッド６１０、及び／又はカメラ６１４に結合され、それからユーザ入力データを受け取り得る。プロセッサ６１２はまた、スピーカ／マイクロホン６０６、キーパッド６０８、ディスプレイ／タッチパッド６１０、及び／又はカメラ６１４にユーザデータを出力し得る。さらに、プロセッサ６１２は、例えばメモリ６１６などの任意のタイプの好適なメモリからの情報にアクセスすることができ、また、そこにデータを格納することができる。プロセッサ６１２は、電源６１８から電力を受け取ることができ、無線装置６００内の他のコンポーネントへの電力を分配及び／又は制御するように構成され得る。
プロセッサ６１２はまた、カメラ６１４に結合され得る。実施形態において、カメラ６１４は、例えば、イメージセンサ、読み出し回路、フラッシュモジュール、及び／又は他の必要な回路若しくはカメラ６１４を動作させるのに必要な制御具を含み得る。実施形態において、フラッシュモジュールは、例えば図３のＬＥＤ照明システム３００などのＬＥＤ照明システムと、フラッシュを動作させるのに必要なドライバ、１つ以上のセンサ及び／又は他の回路若しくは制御具とを含み得る。
図７は、カメラ６１４の更なる詳細を示す無線装置７００の背面図である。図７に示す例において、無線装置７００は筐体７２０及びカメラ６１４を含んでいる。カメラ６１４はレンズ７４０を含み、これを介してカメラのイメージセンサ（図７には示さず）がシーンの像をキャプチャし得る。カメラモジュール６１４はまた、１つ以上のＬＥＤアレイを含み得るフラッシュ７５０を含むことができ、これは、例えば図３のＬＥＤ照明システム３００などの１つ以上のＬＥＤ照明システムの一部とし得る。
図８は、例えば図３のＬＥＤ照明システム３００などのＬＥＤ照明システムを製造する方法８００の一例のフロー図である。図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ、９Ｅ、９Ｆ、９Ｇ、９Ｈ、９Ｉ、９Ｊ、９Ｋ、９Ｌ、９Ｍ、９Ｎ、９Ｏ、９Ｐ、及び９Ｑは、製造方法における様々な段階におけるＬＥＤ照明システムの断面図である。実施形態において、セラミックキャリア上に誘電体層を積み重ねるために、より微細なジオメトリの高密度インターコネクトビルドアッププロセスが使用される。例えば、有機材料、又はより具体的にビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）樹脂などの、様々な誘電材料が使用され得る。ビルドアッププロセスのバックボーンとしてセラミックキャリア（例えば、ＡｌＮキャリア）が使用され得る。
図８の方法８００の例では、上述のように、例えばＡｌＮキャリアなどのセラミックキャリア上に第１の金属パッドが形成される（８０２）。図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ、９Ｅ、９Ｆ、及び９Ｇは、第１の金属パッドの形成における様々な時点での構造例を提供する。
実施形態において、当該方法を使用して複数の回路基板を同時に製造し得る。例えば、図９Ａに示すように、２つのセラミックキャリア９０２ａ及び９０２ｂが、例えば接着剤９０４を用いて互いに取り付けられて、構造体９００Ａを形成し得る。実施形態において、接着剤はテープ又は仮接着剤とし得る。図９Ａに示す例では、第１のセラミックキャリア９０２ａと第２のセラミックキャリア９０２ｂとの間に接着剤９０４が配置される。図９Ａ－９Ｑの例は複数の回路基板の同時製造を示しているが、当業者は、同様の方法を使用して（例えば、２つのキャリアを接合せず、両方のキャリア上で処理を行わないことによって）単一の回路基板を製造し得ることを認識するであろう。
図９Ｂに示すように、第１及び第２のキャリア９０２ａ及び９０２ｂの外面（例えば、共に接着されていない表面）上に金属材料９０６ａ及び９０６ｂの層が形成され得る。実施形態において、該金属層はスパッタリングによって形成され得る。例えば、構造体９００Ａに対して銅スパッタリングが行われて、キャリア９０２ａ及び９０２ｂの外面上に銅の薄膜を形成し得る。しかしながら、当業者が理解することには、第１及び第２のキャリア９０２ａ及び９０２ｂの表面上に金属層を形成するために他の方法及び材料が使用されてもよい。
図９Ｃに示すように、金属層９０６ａ及び９０６ｂの各々上に膜９０８ａ及び９０８ｂが形成されて、構造体９００Ｃを形成し得る。実施形態において、該膜は、ドライフィルムラミネーションを用いて形成された例えばフォトレジストなどのドライフィルムとし得る。しかしながら、当業者が理解することには、金属層９０６ａ及び９０６ｂの表面上に膜９０８ａ及び９０８ｂを形成するために例えばスピンコーティングなどの他の方法が用いられてもよい。
図９Ｄに示すように、構造体９００Ｃが、膜９０８ａ及び９０８ｂの一部を除去する結像又はフォトリソグラフィプロセスを受けて、膜内に開口を形成し、構造体９００Ｄを形成し得る。実施形態において、これは、構造体９００Ｃの上に例えばガラスパターンなどのパターン９１０ａ及び９１０ｂを配置し、該パターンを通して放たれる光（例えば、紫外（ＵＶ）光）に構造体９００Ｃを曝すことによって行われ得る。これは、除去することを望む膜９０８ａ及び９０８ｂの部分に、あるいは代わりに、除去すべきでない膜９０８ａ及び９０８ｂの部分に、ＵＶ光が当たることをもたらし得る。
図９Ｅに示すように、例えば構造体９００Ｄに現像液を塗布することによって、膜９０８ａ及び９０８ｂの所望部分が除去され得る。複数の異なるタイプの現像液を用いてもよい。実施形態において、図９Ｄで光に曝された膜９０８ａ及び９０８ｂの部分が現像液に対して可溶性になることができ、あるいは、図９Ｄで光に曝されなかった膜９０８ａ及び９０８ｂの部分が現像液に対して可溶性になることができる。構造体９００Ｄを現像液に晒すことは、膜９０８ａ及び９０８ｂ内に開口９１１ａ及び９１１ｂが形成された構造体９００Ｅをもたらし得る。開口９１１ａ及び９１１ｂは、図２の回路基板２００のビア２０６の一部を形成し得る。
図９Ｆに示すように、膜９０８ａ及び９０８ｂ内の開口９１１ａ及び９１１ｂが金属材料で充填及び／又はめっきされて、構造体９００Ｆを形成し得る。実施形態において、開口は膜９０８ａ及び９０８ｂの全体を貫いて延在し、セラミックキャリア９０２ａ及び９０２ｂの対応する領域を露出されたままにする。開口９１１ａ及び９１１ｂが金属材料（例えば、銅）でめっきされ及び／又はその他の方法で充填されて、金属めっきされた及び／又は金属充填された開口９１２ａ及び９１２ｂを形成し得る。
図９Ｇに示すように、膜９０８ａ及び９０８ｂの残存部分と、それらの下の金属層９０６ａ及び９０６ｂの部分が除去され、キャリア９０２ａ及び９０２ｂ上に第１の金属パッド９１２ａ及び９１２ｂが残って、構造体９００Ｇを形成し得る。これは、例えば、膜９０８ａ及び９０８ｂの残存部分を剥離し、次いで、それらの下の金属層９０６ａ及び９０６ｂの部分に対して銅又は他の金属のエッチングを実行することによって行われ得る。そして、結果として得られたパネルは、更なるビルドアッププロセスの準備が整い得る。
図８を再び参照するに、第１の金属パッドを覆って誘電体材料の層が形成され得る（８０４）。図９Ｈは、第１の金属パッド９１２ａ及び９１２ｂを覆って形成された誘電体材料９１４ａ及び９１４ｂの層を示す構造体９００Ｈの一例を提供する。実施形態において、該誘電体材料は、第１の金属パッド９１２ａ及び９１２ｂを覆ってラミネートされ得るが、当業者が理解することには、例えば成形などの他の方法が使用されてもよい。
第１の金属パッドの上の誘電体材料内にビアが形成され得る（８０６）。図９Ｉは、誘電体材料９１４ａ及び９１４ｂの層内に形成されたビア９１６ａ及び９１６ｂを示す構造体９００Ｉの一例を提供する。実施形態において、ビア９１６ａ及び９１６ｂは、マイクロビア又はスロットとすることができ、例えばレーザアブレーション又はドリル加工を用いて形成され得るが、当業者が理解することには、他の方法が使用されてもよい。ビア９１６ａ及び９１６ｂは、図２の回路基板２００のビア２０６の他の一部を形成し得る。開口９１１ａ及び９１１ｂとビア９１６ａ及び９１６ｂとが組み合わされて、図２の誘電体層２０４の厚さｔ１全体を貫いて形成されたビア２０６を形成し得る。
ビアが金属材料で充填され得る（８０８）。図９Ｊは、金属材料９１８ａ及び９１８ｂで充填されたビア９１６ａ及び９１６ｂを示す構造体９００Ｊの一例を示している。実施形態において、ビアは銅めっきを用いて充填されることができ、それが、図示のように、誘電体材料９１４ａ及び９１４ｂ並びにビア９１６ａ及び９１６ｂの最外面上の金属材料９１８ａ及び９１８ｂの層を残し得る。しかしながら、当業者が理解することには、ビア９１６ａ及び９１６ｂを充填するために他の技術が使用されてもよい。
ビアの各々上に第２の金属パッドが形成されて（８１０）、例えば回路基板の最外面に金属パッドを形成し得る。図９Ｋ、９Ｌ、９Ｍ、９Ｎ、９Ｏ、９Ｐ、及び９Ｑは、第２の金属パッドの形成における様々な時点での構造例を提供する。
図９Ｋに示すように、図９Ｃに関して上述したプロセスと同様に、構造体９００Ｊの最外面（例えば、金属９１８ａ及び９１８ｂ）上に膜９２０ａ及び９２０ｂが形成されて、構造体９００Ｋを形成し得る。実施形態において、該膜は、ドライフィルムラミネーションを用いて形成された例えばフォトレジストなどのドライフィルムとし得る。しかしながら、当業者が理解することには、膜９２０ａ及び９２０ｂを形成するために例えばスピンコーティングなどの他の方法が用いられてもよい。
図９Ｌに示すように、構造体９００Ｋが、ビア９１６ａと９１６ｂとの間の領域の膜９２０ａ及び９２０ｂの部分を除去する結像又はフォトリソグラフィプロセスを受けて、構造体９００Ｌを形成し得る。実施形態において、これは、構造体９００Ｋの上に例えばガラスパターンなどのパターン９２２ａ及び９２２ｂを配置し、該パターンを通して放たれる光（例えば、紫外（ＵＶ）光）に構造体９００Ｋを曝すことによって行われ得る。これは、除去することを望む膜９２０ａ及び９２０ｂの部分に、あるいは代わりに、除去すべきでない膜９２０ａ及び９２０ｂの部分に、ＵＶ光が当たることをもたらし得る。
図９Ｍに示すように、例えば構造体９００Ｌに現像液を塗布することによって、膜９２０ａ及び９２０ｂの所望部分が除去され得る。複数の異なるタイプの現像液を用いてもよい。実施形態において、図９Ｌで光に曝された膜９２０ａ及び９２０ｂの部分が現像液に対して可溶性になることができ、あるいは、図９Ｌで光に曝されなかった膜９２０ａ及び９２０ｂの部分が現像液に対して可溶性になることができる。構造体９００Ｌを現像液に晒すことは、膜９２０ａ及び９２０ｂの一部がビア９１６ａ及び９１６ｂ上に残った構造体９００Ｍをもたらし得る。
図９Ｎに示すように、膜９２０ａと９２０ｂの残存部分間の金属層９１８ａ及び９１８ｂの部分が除去されて、構造体９００Ｎを形成し得る。これは、例えば銅又は他の金属のエッチングによって行われ得る。
図９Ｏに示すように、膜９２０ａ及び９２０ｂの残存部分が除去されて、構造体９００Ｏを形成し得る。これは、例えば膜９２０ａ及び９２０ｂの残存部分を剥離することによって行われ得る。
図９Ｐに示すように、金属充填されたビア９１８ａ及び９１８ｂの各々上に、第２の金属パッド９２２ａ及び９２２ｂが設けられ得る。実施形態において、これはＮｉＡｕめっきを用いて行われ得るが、当業者が理解することには、他の方法及び／又は金属材料が用いられてもよい。
図９Ｑに示すように、２つの回路基板が同時に製造される実施形態において、２つの回路基板が分離され得る。図９Ｑには、分離された回路基板９００Ｑの一方のみが示されている。そして、回路基板は、例えば、個別のＬＥＤデバイス又はモノリシックアレイの金属パッドを当該回路基板の金属パッド９２２ａ及び／又は９２２ｂにはんだ付けすることによる、個別のＬＥＤデバイス又はモノリシックＬＥＤアレイの取り付けの準備が整い得る。
実施形態を詳細に説明してきたが、当業者が理解することには、ここに記載された実施形態には、本明細書を所与として、発明概念の精神から逸脱することなく、変更が為され得る。従って、発明の範囲が、図示して記述した特定の実施形態に限定されるという意図はない。
Claims (17)
- セラミックキャリアと、
前記セラミックキャリア上の本体であり、
複数の誘電体層、
前記複数の誘電体層の厚さ全体を貫いて形成された複数のビアであり、当該複数のビアの各々が５０μｍから２００μｍの範囲内の厚さを持つ、複数のビア、及び
前記複数のビアを充填した金属材料、
を有する本体と、
前記複数のビアの各々の前記セラミックキャリアとは反対側の表面上の導電パッドと、
を有する回路基板。 - 前記複数のビアは、複数のマイクロビア又はスロットである、請求項１に記載の回路基板。
- 前記セラミックキャリアは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、及び酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）のうちの１つを有する、請求項１に記載の回路基板。
- 前記金属材料は、銅、銀、及びニッケルのうちの１つである、請求項１に記載の回路基板。
- 前記複数の誘電体層は有機誘電体材料を有する、請求項１に記載の回路基板。
- 発光ダイオード（ＬＥＤ）照明システムであって、
回路基板であり、
セラミックキャリアと、
前記セラミックキャリア上の複数の誘電体層と、
前記複数の誘電体層の厚さ全体を貫いて形成された複数ペアのビアであり、当該複数ペアのビアの各ペア内の各ビア間の間隔が２０μｍから２００μｍの範囲内である、複数ペアのビア、
前記複数ペアのビアを充填した金属材料、及び
前記複数ペアのビアの各ビアの前記セラミックキャリアとは反対側の表面上の導電パッド、
を有する回路基板と、
前記回路基板上の発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイと、
を有するシステム。 - 前記ＬＥＤアレイは、
複数のエミッタと、
前記複数のエミッタの各々に電気的に結合された導電パッドのペアと、
を有するモノリシックＬＥＤアレイである、請求項６に記載のシステム。 - 前記回路基板の前記導電パッドの複数のペアの各々が、前記複数のエミッタに電気的に結合された前記導電パッドの複数のペアのうちのそれぞれの１つに電気的に結合される、請求項７に記載のシステム。
- 前記ＬＥＤアレイは、各々が導電パッドのペアを持つ複数の個別のＬＥＤデバイスを有し、前記回路基板の前記導電パッドの複数のペアの各々が、前記複数の個別のＬＥＤデバイスのうちのそれぞれの１つの前記導電パッドのペアに電気的に結合される、請求項６に記載のシステム。
- 前記複数のビアは、複数のマイクロビア又はスロットである、請求項６に記載のシステム。
- 前記セラミックキャリアは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、及び酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）のうちの１つを有する、請求項６に記載のシステム。
- 発光ダイオード（ＬＥＤ）照明システムを製造する方法であって、
第１のセラミックキャリアを第２のセラミックキャリアに接着し、
前記第１のセラミックキャリア及び前記第２のセラミックキャリア上に、複数の第１の金属パッドを、当該複数の第１の金属パッドの各々間に空間を持たせて形成し、
前記複数の第１の金属パッドの上に、及び前記複数の第１の金属パッドの各々間の前記空間を充たして、誘電体材料層を形成し、
前記誘電体材料層内に複数のビアを形成し、前記複数の第１の金属パッドの各々の上に当該複数のビアのうちのそれぞれの１つが形成され、
前記複数のビアを金属材料で充填し、
前記複数のビアの各々の上に第２の金属パッドを形成する、
ことを有する方法。 - 前記複数の第１の金属パッドを前記形成すること、前記誘電体材料層を前記形成すること、前記複数のビアを前記形成すること、前記複数のビアを前記充填すること、及び前記第２の金属パッドを前記形成することの後に、前記第１のセラミックキャリアを前記第２のセラミックキャリアから分離する、ことを更に有する請求項１２に記載の方法。
- 前記複数の第１の金属パッドを前記形成することは、
前記セラミックキャリアの上に金属層を形成し、
前記金属層の上にフォトレジスト層を形成し、
前記第１の金属パッドに対応する領域内の前記フォトレジスト層の部分を除去して、複数のキャビティを形成し、
前記複数のキャビティを前記金属材料で充填し、
前記フォトレジスト層の残存部分を全て除去する、
ことを有する、請求項１２に記載の方法。 - 前記誘電体材料層内に前記複数のビアを前記形成することは、複数のマイクロビア又はスロットを形成するための、ドリル加工及びレーザ直接結像のうちの一方を有する、請求項１２に記載の方法。
- 前記第２の金属パッド上に個別のＬＥＤデバイスをはんだ付けする、ことを更に有する請求項１２に記載の方法。
- 前記第２の金属パッド上にモノリシックＬＥＤアレイをはんだ付けする、ことを更に有する請求項１２に記載の方法。
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