JP3206038U - 銅シートを有するフローティングヒートシンク支持体及びｌｅｄフリップチップパッケージのためのｌｅｄパッケージ組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】多数の銅シートが別々に加熱され、別々に膨張して、銅シート全体の熱膨張から生じるチップ基盤の損傷を回避し、ＬＥＤ光源の寿命を延ばす銅シートを有するフローティングヒートシンク支持体及びＬＥＤフリップチップパッケージのためのＬＥＤパッケージ組立体を提供する。【解決手段】少なくとも２つの銅シートと銅シートを固定するための可撓性ポリマーとを含むＬＥＤフリップチップパッケージのための銅シートを有するフローティングヒートシンク支持体であり、銅シートが互いに分離し、各銅シートがＬＥＤフリップチップの陽極及び陰極に電気的に接続している。ＬＥＤパッケージ組立体は、この銅シートを有するフローティングヒートシンク支持体上に、フリップチップ法で結合された１つ以上のＬＥＤチップを含む。【選択図】図２

Description

本考案は、ＬＥＤパッケージのためのヒートシンク支持体に関し、より詳細には、銅シートを有するフローティングヒートシンク支持体、及びこれに対応するＬＥＤフリップチップパッケージのためのＬＥＤパッケージ組立体に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）とは、電気エネルギーを光エネルギーに変換する半導体デバイスである。従来の光源に比べて、高い発光効率、低い電力消費、低い放射等の利点を有することにより、ＬＥＤは、照明分野においてますます重要な位置を占めている。しかし、ＬＥＤ光源は、発光している間、大量の熱を発生し、熱の蓄積によりＬＥＤ光源の寿命に大きく影響することがある。例えば、ＬＥＤチップが駆動されて発光すると、電気エネルギーの約３０％しか光に変換されて放射されないので、電気エネルギーの大部分は、熱エネルギーに変換され、ＬＥＤチップを高温環境下で動作させる。ＬＥＤチップの最適な動作温度は、約８０℃である。例えば、１００℃以上の高温下で動作させた場合、ＬＥＤチップの動作寿命及び電気から光への変換効率は、著しく減少する。したがって、より多くの電気エネルギーが残留熱エネルギーに変換され、電気から光への変換効率が低下し続けるという悪循環になる。

ＬＥＤによって発生された熱をＬＥＤチップから遠ざける方向に導く現在の方法は、伝導性接着剤又は非伝導性接着剤材料を用いてチップを基板上に固定し、ＬＥＤ端子を金ワイヤボンディングで基板上の電気配線回路に接続する。チップによって発生した熱は、熱伝導性基板を通して分散され、前記基板は伝熱媒体として働く。銅は、良好な熱導体であるので、銅は、高電力のＬＥＤチップのリードフレームを作製するために最も一般的に用いられる伝熱材料である。特許文献１は、多数のＬＥＤチップがその上部にパッケージされたＬＥＤ銅支持体を開示した。特許文献２は、固定し、熱を伝導し、光を反射するための銅基板を含むＬＥＤチップの高電力ＬＥＤパッケージ構造体を開示した。特許文献３は、円柱状のＬＥＤヒートシンク銅カラムを含む、高い冷却効率を有するＬＥＤ光源モジュールを開示した。

上記の従来技術のいずれも、銅材料を用いたＬＥＤチップの熱放射を達成することに関する。しかしながら、銅の熱膨張率（ＣＴＥ）は、約１９であり、ＬＥＤチップによって頻繁に用いられるサファイア基板のＣＴＥは、約５であり、これらの差は大きい。高電流がＬＥＤチップに印加され、温度上昇が生じると、ＬＥＤチップによって生じた熱は銅リードフレーム上に移動し、銅の急速膨張が生じ、ＬＥＤチップと銅基板の膨張が異なることによって、チップ上のサファイア基板が容易に壊れることがある。

従って、ＬＥＤチップを冷却するよう設計された新規の構造は、チップ基板の破損現象を避けることが望ましい。

中国実用新案第２０１９８５０９３号公報 中国特許第２０２８３９７３９号公報 中国実用新案第２０３１５０６１５号公報

上記した事項に鑑みて、加熱されたときの銅の膨張に起因するチップ基板の破損を回避し、ＬＥＤパッケージ構造の信頼性を改善し、ＬＥＤ光源の寿命を延ばすために、本考案の目的は、銅シートを有するフローティングヒートシンク支持体を設計することである。

本考案は、少なくとも２つの銅シート及び前記銅シートを固定するための可撓性ポリマーを含む、ＬＥＤフリップチップパッケージのための銅シートを有するフローティングヒート放熱支持体を提供し、前記銅シートは、互いに分離され、前記銅シートのそれぞれは、１つのＬＥＤフリップチップの陽極又は陰極に電気的に接続されている。

更なる例においては、前記銅シートは前記ポリマーによって固定され、接続され及び分離され、電源供給の回路網を形成する。

更なる例においては、前記ポリマーは、前記銅シートの側面の溝に埋め込まれている。

更なる例においては、前記銅シートは、前記ポリマーの凹部に配置されている。

更なる例においては、前記少なくとも２つの銅シートは、２片〜１１片の銅シートである。

更なる例においては、前記銅シートの厚みは、０．１ｍｍ〜５０ｍｍである。

更なる例においては、前記ポリマーは、プラスチック材料である。

本発明はまた、上記実施形態において記載されるような銅シートを有するフローティングヒートシンク支持体と；前記フローティングヒート放射銅支持体上に、フリップチップ法で結合された１つ以上のＬＥＤチップとを含む、ＬＥＤパッケージ組立体を提供する。

更なる例においては、ＬＥＤチップの陽極及び陰極は異なる銅シート上に接続されている。

０．５Ｗから３ＷのＬＥＤチップの冷却需要のために、本発明は、フリップチップパッケージ技術を採用し、前記ポリマーによって互いに接続された多数の銅シートを伝熱媒体として使用して、熱エネルギーをラジエーターへ伝導しており、各銅シートは、１つのチップの陽極又は陰極にのみ接続されている。前記チップが駆動され、熱が発生すると、各銅シートは、別々に加熱され、別々に膨張するが、このような熱膨張は、ポリマーコネクターによって軽減され、前記チップ基板の破損問題を回避し、ＬＥＤパッケージ構造の信頼性を改善し、ＬＥＤ光源の寿命を延ばす。

図１は、本考案の第１の実施形態に係るヒートシンク支持体の概略斜視図である。

図２は、図１に示されるヒートシンク支持体の断面図である。

図３は、本考案の第２の実施形態に係るヒートシンク支持体の概略分解図である。

図４は、図３に示されるヒートシンク支持体を用いたＬＥＤパッケージの概略分解図である。

本発明の実施は、本考案の目的、技術的解決策、及び利点をより明確に示すために図面を用いて詳細に説明される。

まず、図１を参照すると、本考案の第１の実施形態に係るヒートシンク支持体の概略斜視図が示される。前記ヒートシンク支持体は、０．３Ｗ〜５Ｗの電力でＬＥＤチップの支持体として機能することができ、２つの銅シート、及び前記２つの銅シートを共に固定するための、プラスチック材料から形成されるプラスチック部品等の可撓性ポリマーを含み、前記２つの銅シートは、前記ポリマー又は他の絶縁性可撓性材料によって分離されている。ＬＥＤチップは、前記銅シートのそれぞれがチップの陽極又は陰極に接続されるように、フリップチップ結合法によって前記銅シート上で固定される。チップが駆動されると、それによって生じた熱は前記銅シートに移動する。ＬＥＤチップ基板の破損を生じないようにするために、前記銅シートのそれぞれは、別々に加熱され、別々に膨張するが、このような熱膨張をポリマーコネクターによって軽減し、それによってＬＥＤチップパッケージの構造の信頼性は、著しく改善される。

図２は、図１のヒートシンク支持体の断面図である。ポリマーが固定して銅シートを囲って銅シートの安定した結合を達成するように、２つの銅シートの左側と右側表面に溝がそれぞれ形成され、ポリマーの２つの側縁を収容していることが分かる。当業者であれば、ポリマーが完全に銅シートに埋め込まれるように、同様の溝を銅シートの正面及び裏面にも形成できることを理解するであろう。更に、分かり易くするために、２つの厚い銅シートのみが図示されているが、ヒートシンク支持体が２つを超える銅シートを含むことができ、銅シートはより厚くても、又はより薄くてもよいことが容易に理解される。銅シートの数は２片〜１１片で、銅シートの厚みは０．１ｍｍ〜５０ｍｍであることが好ましい。更に、複数の銅シートはまた、複数のチップの相互接続回路としても機能し、チップの異なる相互接続を実施することができる。

次に、図３を参照すると、本考案の第２の実施形態に係るヒートシンク支持体の概略分解図が示される。前記ヒートシンク支持体は、プラスチック材料等のポリマーから形成される２つのプラスチック部品を含み、複数の環状の溝（４つの溝が示される）は、第１のプラスチック部品の上面に形成され、複数のＬＥＤチップがそれに応じて配置されることができる。第２のプラスチック部品は、特定の形状（図４に示される銅シート等）を有する銅シートを収容するようにされた窪みを有し、前記窪みにおいて、前記銅シートの内側のギャップに対応する場所が突出してフランジを形成する。銅シートが窪みに配置されると、フランジが銅シート中のギャップと係合し、銅シートを安定にする。更に、前記フランジは、銅シートの様々な部分を電気的に絶縁するよう機能するので、図示される５つの個々の小さなブロックに銅シートを分割する。

図４は、図３に示されるヒートシンク支持体を用いたＬＥＤパッケージの概略分解図である。複数のチップ及び特定の形状を有する大きな銅シートが具体的に示される（銅シートを配置するためのプラスチック部品は、図３で確認することができる）。前記大きな銅シートは、５つの小さな銅シートに分割され、それぞれ電気的に互いに分離されている。ＬＥＤチップ、プラスチック部品、及び銅シートを組み立て、ＬＥＤパッケージを形成した後、各チップは、２つの隣接する小さな銅シートの境界上に置かれ、各銅シートをチップの陽極又は陰極に接続して電源供給の回路網を形成できることが分かる。チップが駆動されると、それによって生じた熱が銅シートに移動し、小さな銅シートのそれぞれは別々に加熱され、別々に膨張する。チップ基板の破損が生じないように、このような熱膨張は、ポリマーコネクターによって軽減され、ＬＥＤパッケージ構造の信頼性は著しく改善される。

上記の実施形態の記載は、例として４つのチップ及び５つの小さな銅シートを用いるが、これに限定されることを意図しない。事実、実際の要件にしたがって、より多い又はより少ないチップを配置することができ、銅シートは、より多い又はより少ないサブ領域に分割することができる。更に、図３及び図４に示される第１のプラスチック部品の上面にある溝は環状であるが、他の形状を有する溝も考えられる。例えば、円錐状の溝は光の散乱を減らして、より良好に集光することができる。更に、反射層を溝の内面に塗工し、更に光の利用を改善することができる。

前記したことは、本考案の好ましい実施形態のための記載に過ぎず、本考案を何ら限定するものではない。本発明の実質的な技術に基づいてなされる改変及び同価な変形はいかなるものも依然として、本考案の請求範囲内にある。

Claims (8)

1. 少なくとも２つの銅シートと；
   前記銅シートを固定するための可撓性ポリマーと、
   を含むＬＥＤフリップチップパッケージのための銅シートを有するフローティングヒートシンク支持体であって、
   前記銅シートは、互いに分離され、各銅シートがＬＥＤフリップチップの陽極又は陰極に電気的に接続されていることを特徴とする銅シートを有するフローティングヒートシンク支持体。
2. ポリマーによって銅シートが固定して結合され且つ分割されて、電源供給の回路網を形成する請求項１に記載の銅シートを有するフローティングヒートシンク支持体。
3. ポリマーが銅シートの側面の溝に埋め込まれている請求項１に記載の銅シートを有するフローティングヒートシンク支持体。
4. 銅シートがポリマーの窪みの中に配置されている請求項１に記載のフローティングヒート放熱銅支持体。
5. 少なくとも２つの銅シートが２片〜１１片の銅シートである請求項１から４のいずれかに記載の銅シートを有するフローティングヒートシンク支持体。
6. 銅シートの厚みが０．１ｍｍ〜５０ｍｍの範囲にある請求項１から４のいずれかに記載の銅シートを有するフローティングヒートシンク支持体。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の銅シートを有するフローティングヒートシンク支持体と；
   前記銅シートを有するフローティングヒートシンク支持体上に、フリップチップ法で結合された１つ以上のＬＥＤチップと、
   を含むことを特徴とするＬＥＤパッケージ組立体。
8. ＬＥＤチップの陽極及び陰極がそれぞれ異なる銅シートに結合されている請求項７に記載のＬＥＤパッケージ組立体。