JP4602345B2 - 電力表面取り付けの発光ダイ・パッケージ - Google Patents

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Description

本発明は、半導体素子のパッケージングの分野に関し、より詳細には、発光ダイオードのパッケージングに関する。
本出願は、２００２年９月４日に出願された「Power-SMT, LED Package with Dual Heat-Sinks and an Optical System or Chemical-Coated Lens（二重ヒート・シンクを備えた電力ＳＭＴ ＬＥＤパッケージ及び光システム又は化学的被覆レンズ）」と題する米国特許仮出願第６０／４０８，２５４号の優先権を主張する２００３年５月２７日に出願された「Power Surface Mount Light Emitting Die Package（電力表面取り付けの発光ダイ・パッケージ）」と題する米国特許仮出願第１０／４４６，５３２号の一部継続出願である。
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、しばしば、リードフレーム・パッケージ内にパッケージされる。リードフレーム・パッケージは通常、ＬＥＤを収容するモールド・プラスチック・ボディと、レンズ部分と、ＬＥＤに接続され、プラスチック・ボディの外へ延びる複数の薄金属リードとを含む。リードフレーム・パッケージの金属リードは、ＬＥＤに電力を供給するコンジットとして働き、同時にＬＥＤから熱を逃すようにも作用することができる。熱は、光を発生させるためにＬＥＤに電力が加えられると、ＬＥＤによって生成される。リードの一部は、リードフレーム・パッケージの外部の回路への接続のためにパッケージ・ボディから延出する。
ＬＥＤにより生成された熱のいくらかは、プラスチック・パッケージ・ボディにより放散される。しかしながら、熱の殆どは、ＬＥＤからパッケージの金属部材を介して逃れる。金属リードは通常、非常に薄く、小さな断面積を有する。このため、金属リードの、ＬＥＤからの除熱容量は限られる。これによってＬＥＤへ送ることのできる電力量が制限されるため、ＬＥＤにより生成することのできる光量が制限される。
ＬＥＤパッケージの放熱容量を上げるために、１つのＬＥＤパッケージ設計では、ヒート・シンク・スラグが、ＬＥＤパッケージ内の金属リードの下に配置される。ヒート・シンク・スラグはＬＥＤパッケージの放熱容量を上げるが、ＬＥＤパッケージのサイズ、容積、及びコストを上げてしまう。サイズ、容積、及びコストの増大は望ましくない。
別のＬＥＤパッケージ設計では、リードフレームのリードは、ＬＥＤパッケージ・ボディのすぐ端から離れて延びる（様々な形状及び構成で）。これは、周囲空気に曝されるリードの部分の表面積を増大させる。延出リードの露出表面積が増すと、ＬＥＤの放熱容量が増すが、延出リードはＬＥＤパッケージのサイズ、容積、及びコストを増大させる。
現在のリードフレーム・パッケージ設計の別の望ましくない側面は、パッケージの熱膨張に関連する問題に関わる。熱が生成されると、ＬＥＤパッケージは熱膨張する。ＬＥＤパッケージの各部品は異なる熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。例えば、ＬＥＤのＣＴＥ、パッケージ・ボディのＣＴＥ、リードのＣＴＥ、及びレンズのＣＴＥは互いに異なる。このため、これらの各部品は加熱されると異なる程度で熱膨張し、パッケージの部品間に機械的な応力が発生することになるため、信頼性に悪影響が及ぶ。
米国特許第３７６０２３７号明細書 米国特許第５９０７１５１号明細書 米国特許第６５０１１０３号明細書 米国特許第６２７４９２４号明細書 米国特許第６１２４６３５号明細書 米国特許第６２８１４３５号明細書 米国特許第６５４１８００号明細書 米国特許第５８４７５０７号明細書 米国特許第６３６２９６４号明細書 米国特許第６１８０９６２号明細書 米国特許第６４６９３２２号明細書 米国特許第４１６８１０２号明細書 米国特許第３８７５４５６号明細書 米国特許第３４４３１４０号明細書 米国特許第６６１４１０３号明細書 米国特許第５８５７７６７号明細書 米国特許第４６０３４９６号明細書 米国特許第６５２５３８６号明細書 米国意匠特許第４６５２０７号 米国再発行特許発明第３７７０７号明細書 米国特許第４２６７５５９号明細書 米国特許第５１７３８３９号明細書 米国特許第５７８５４１８号明細書 米国特許第５７８９７７２号明細書 米国特許第５８４１１７７号明細書 米国特許第５８６９８８３号明細書 米国特許第５９５９３１６号明細書 米国特許第５９９８９２５号明細書 米国特許第６２３８５９９号明細書 米国特許第６３０７２７２号明細書 米国特許第６３２９７０６号明細書 米国特許第６３３５５４８号明細書 米国特許第６４２９５１３号明細書 米国特許第６４４４４９８号明細書 米国特許第６４５６７６６号明細書 米国特許第６４５７６４５号明細書 米国特許第６４６８８２１号明細書 米国特許第６４９２７２５号明細書 米国特許第６５５９５２５号明細書 米国特許出願公開第２００３／００５７５７３号明細書 米国特許出願公開第２００３／０１６８６７０号明細書 米国特許出願公開第２００３／０１６８７２０号明細書 米国特許出願公開第２００３／０１９３０８０号明細書 特開２００３−２９８１１７号公報
結論として、先行技術によるパッケージの１つ又は複数の欠点を克服又は緩和するような改善されたＬＥＤパッケージの必要性がまだ残っているということである。
本発明の実施の形態は、発光ダイオード等の半導体ダイのためのパッケージを提供し、パッケージは、取り付けパッドにおいて発光ダイオードに接続するための導電要素を有する基板、基板に結合され、取り付けパッドを略囲む反射板、及び取り付けパッドを略覆うレンズを備える。
本発明の他の実施の形態は、底部ヒート・シンク及び上部ヒート・シンクを備えた半導体ダイ・パッケージを提供する。底部ヒート・シンクは、その上面にトレースを有してもよい。半導体チップを底部ヒート・シンクの上面に取り付けて、トレースに電気的に接続してもよい。上部ヒート・シンクは、底部ヒート・シンクに機械的に結合してもよい。
他の実施の形態では、底部ヒート・シンクは、第１の表面及び第２の表面を有する熱伝導性であり、且つ導電性の板を備えてもよい。板は、銅、アルミニウム、又はいずれかの合金等の金属を含むことができる。薄く熱伝導性の絶縁膜が金属板の第１の表面の部分上に形成され、また、金属板の他の表面上にも形成されてもよい。
金属トレース及び／又は金属リード等の導電要素をセラミック／ポリマ膜上に形成してもよい。セラミック／ポリマ膜は絶縁性であるため、導電トレースは金属板と電気的に接触しない。導電要素は、ＬＥＤ等の電子素子を受けるようになっている取り付けパッドを形成するか、又はこの取り付けパッドに電気的に接続してもよい。
いくつかの実施の形態では、基板を通して１つ又は複数のバイヤ・ホールを形成してもよい。いくつかの実施の形態では、バイヤ・ホールは、セラミック／ポリマ膜等の絶縁材料で内側を被覆してもよい。導電トレース等の導電体をバイヤ・ホールに形成して、基板の第１の表面上の導電要素を基板の第２の表面上の導電要素に電気的に接続してもよい。
本発明の実施の形態による基板は、１つ又は複数の導電要素間に接続された、静電気放電（ＥＳＤ）及び／又は過電圧保護のためのツェナーダイオード及び／又は抵抗回路網等の電子回路を備えてもよい。
本発明の他の諸態様及び諸利点が、本発明の原理を例として示す添付図面と併せて行う以下の詳細な説明から明らかになろう。
以下、図１〜図１０Ｂに示す本発明の様々な実施形態を参照しながら本発明を説明する。図に示すように、層又は領域のサイズは図示の都合上誇張されており、本発明の概要構造を図示するために提供されている。さらに、基板上又は他の層若しくは構造の上に形成される層又は構造を参照しながら、本発明の各種態様について説明する。当業者には明白な様に、別の層又は基板「上」に形成される層への言及は、追加的な層が介在し得ることを考慮している。介在層なしで別の層又は基板の上に形成される層への言及は、層又は基板の「直上」に形成されるものとして本明細書では説明する。さらにまた、下方（beneath）のような相対的な用語を本明細書において用いて、図中で図示される或る層の関係又は領域の別の層又は領域に対する関係を説明する場合がある。これらの用語は、図中で描かれる方向に加えて、素子の異なる方向を包含する目的で使われていることが理解されよう。例えば、図中の装置の上下を逆にした場合、他の層又は領域の「下方に」と記載されている層又は領域は、いまやこれらの他の層又は領域の「上方に」向くことであろう。このような場合、「下方に」という用語は、上方にと下方にの両方を包含するものとする。同じ符号は、一貫して同じ要素を指す。
説明の目的で図中に示すように、本発明の実施形態は、取り付けパッド及び取り付けパッドを略囲む上部ヒート・シンク（反射板）のところで発光ダイオードへ接続するための複数のトレースを有する底部ヒート・シンク（基板）を含む発光ダイ・パッケージによって例示される。レンズがその取り付けパッドを覆う。事実上、本発明のいくつかの実施形態によるダイ・パッケージは、二部式ヒート・シンクを含む。底部ヒート・シンクは、（熱を逃し放散するという利用に加えて）ＬＥＤが取り付けられ接続される基板として使われる。上部ヒート・シンクは（熱を逃し放散するという利用に加えて）ＬＥＤによって生成された光を向ける反射板として使われる。底部ヒート・シンク及び上部ヒート・シンクの両方がＬＥＤから熱を逃すので、さらなる電力をＬＥＤに供給することができ、よってＬＥＤは、さらなる光を生成することができる。
さらにまた、本発明においては、ダイ・パッケージはそれ自体が、ＬＥＤからの熱を除去し、放散するヒート・シンクとして働くことができる。このために、本発明のＬＥＤダイ・パッケージは、パッケージから外へ延びる別個のヒート・シンク・スラッグ又はリードを必要としないこともある。したがって、本発明によるＬＥＤダイ・パッケージは、先行技術によるダイ・パッケージに比べて、よりコンパクトで、より信頼性があり、より製造原価の低いものになり得る。
図１Ａは、本発明の一実施形態による半導体ダイ・パッケージ１０の斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａの半導体パッケージの分解組立斜視図である。図１Ａ及び図１Ｂを参照するに、本発明の発光ダイ・パッケージ１０は、底部ヒート・シンク２０、上部ヒート・シンク４０、及びレンズ５０を含む。
底部ヒート・シンク２０は、図２Ａ〜図２Ｄ中にさらに詳しく図示されている。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ及び図２Ｄは、それぞれ、図１Ａの底部ヒート・シンク２０の上面図、側面図、前面図、及び底面図を示す。さらに、図２Ｃもまた、底部ヒート・シンク２０の前面図に加えて、ＬＥＤアセンブリ６０を示す。ＬＥＤアセンブリ６０はまた、図１Ｂ中に図示されている。図１Ａ〜図２Ｄを参照し、底部ヒート・シンク２０は、電気的トレース２２及び２４、半田パッド２６、３２、及び３４、並びにＬＥＤアセンブリ６０のための支持を提供する。このため、底部ヒート・シンク２０は基板２０とも呼ばれる。これらの図中、混乱をさけるために、代表的な半田パッド２６、３２、及び３４のみが参照符号で指示される。トレース２２及び２４並びに半田パッド２６、３２及び３４は、導電材料を使って製造され得る。さらに、追加的なトレース及び接続を基板２０の上面、側面、又は底面に作製するか、又は基板２０内に積層することができる。トレース２２及び２４、半田パッド２６、３２及び３４、並びに他の任意の接続は、既知の方法、例えばバイヤ・ホールを用いて任意の組み合わせで互いに相互接続することができる。
いくつかの実施形態では、基板２０は、高い熱伝導性を有するが電気的に絶縁した材料、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で作ることができる。図７Ａ〜図１０Ｂと併せて以下説明する実施形態等、他の実施形態では、基板２０は、導電性且つ熱伝導性の材料を含むことができる。このような実施形態では、金属リード、導電トレース２２及び２４、又はこれらの両方は、以下より詳述するように、基板の部分上に形成される絶縁膜により基板から絶縁することができる。基板２０の寸法は、用途及びダイ・パッケージ１０の製造に使用される工程に応じて広範にわたって可変である。例えば、図示の実施形態では、基板２０は、1ミリメートル（ｍｍ）の数分の１から数十ミリメートルの範囲の寸法を有し得る。本発明は特定の寸法に限定されないが、本発明のダイ・パッケージ１０の特定の一実施形態は、寸法を示して図中に示される。図中に示すすべての寸法の単位は、図、本明細書、又はこれら両方において別記される場合を除き、ミリメートル（長さ、幅、高さ、及び半径の場合）及び度（角度の場合）である。
基板２０は上面２１を有し、上面２１は電気的トレース２２及び２４を備える。トレース２２及び２４は、半田パッド（例えば、上部半田パッド２６）から取り付けパッド２８への電気的接続を提供する。上部半田パッド２６は、基板２０の側面に概して近接したトレース２２及び２４の部分を含むことができる。上部半田パッド２６は、側面半田パッド３２に電気的に接続されている。取り付けパッド２８は、ＬＥＤアセンブリ６０が取り付けられている上面の部分（トレース２２又はトレース２４、又はこれらの両方部分を含む）である。通常、取り付けパッド２８は、上面２１の中心付近に一般に配置される。本発明の代替的な実施形態では、ＬＥＤアセンブリ６０は他の半導体回路又はチップで置き換えることができる。
トレース２２及び２４は、ＬＥＤアセンブリ６０が半田パッド２６、３２、又は３４に電気的に接続することを可能にする電気的経路を提供する。したがって、トレースのいくつかは第１のトレース２２と呼ばれる一方、他のトレースは、第２のトレース２４と呼ばれる。図示された実施形態においては、取り付けパッド２８は、第１のトレース２２及び第２のトレース２４の両方の部分を含む。図示された実施形態においては、ＬＥＤアセンブリ６０は、取り付けパッド２８の第１のトレース２２の部分上に配置され、これによって第１のトレース２２との接触を行う。図示された実施形態においては、ＬＥＤアセンブリ６０及び第２のトレース２４の上部は、互いにボンド・ワイヤ６２によって接続される。ＬＥＤアセンブリ６０の構造及び方向によって、第１のトレース２２は陽極（正）接続を提供してもよく、第２のトレース２４はＬＥＤアセンブリ６０のための陰極（負）接続を成してもよい（又はその逆であってもよい）。
ＬＥＤアセンブリ６０は、追加的な要素を含むことができる。例えば、図１Ｂ及び図２Ｃにおいて、ＬＥＤアセンブリ６０は、ＬＥＤボンド・ワイヤ６２、ＬＥＤサブアセンブリ６４、及び発光ダイオード（ＬＥＤ）６６を含めて図示されている。このようなＬＥＤサブアセンブリ６４は、当該技術分野で既知であり、本発明を論ずる目的で図示されているが、本発明の限定となるものではない。図中、ＬＥＤアセンブリ６０は、基板２０にダイ取り付けされて示されている。代替的な実施形態において、取り付けパッド２８は、ＬＥＤアセンブリ６０のフリップ・チップ取り付けを可能にするように構成され得る。加えて、複数のＬＥＤアセンブリを取り付けパッド２８上に取り付け可能である。代替的な実施形態において、ＬＥＤアセンブリ６０は複数のトレース上に取り付け可能である。このことは、フリップ・チップ技術を使用する場合に特に当てはまる。
トレース２２及び２４のトポロジは、図に示すトポロジから広範にわたって可変であるが、それでもなお本発明の範囲内にある。図中、３つの別個の陰極（負）トレース２４を示して、異なる陰極（負）トレースにそれぞれ接続された３つのＬＥＤアセンブリを取り付けパッド２８に配置できることを示し、このため、３つのＬＥＤアセンブリを別個に電気的に制御可能とすることができる。トレース２２及び２４は、金、銀、錫、又は他の金属等の導電材料で作られる。トレース２２及び２４は、図中に示す寸法を有することができ、用途に応じて数マイクロメートル（ミクロン）又は数十マイクロメートル（ミクロン）程度の厚さを有することができる。例えば、トレース２２及び２４は１５マイクロメートル（ミクロン）厚にできる。図１Ａ及び図２Ａは方向付マーキング２７を示す。このようなマーキングを用いて、ダイ・パッケージ１０を組み立てた後であってもダイ・パッケージ１０の適切な方向付けを特定することができる。トレース２２及び２４は、示すように、取り付けパッド２８から基板２０の側面に延びることができる。
図１Ａ〜図２Ｄを引き続き参照すると、基板２０は、その側面付近に半円筒空間２３及び四半円筒形空間２５を画定する。図中、混乱を避けるため、代表的な空間２３及び２５のみが、参照符号で指示されている。半円筒形空間２３及び四半円筒形空間２５は、ダイ・パッケージ１０がプリント回路其板（ＰＣＢ）又はダイ・パッケージがその要素である別の機器（示さず）に取り付けられたとき、半田が流れ出、凝固する空間を提供する。さらに、半円筒形空間２３及び四半円筒形空間２５は、製造工程の間、便利な区画点及び分割点を提供する。
基板２０は、複数の隣接区分を有するストリップの１つの個別の区分として製造され得る。各区分は、基板２０である。或いは、基板２０は、複数の区分のアレーのうちの１つの個別の区分として製造され得る。アレーは、隣接区分の複数の行及び複数の列を有する。このような構成において、半円筒形空間２３及び四半円筒形空間２５は、製造工程の間、ストリップ又はアレー用の工具穴(handles)として利用され得る。
さらに、半円筒形空間２３及び四半円筒形空間２５は、区分間のスクライブド・グルーブ又は他のエッチングと組み合わせて、各個別の基板をストリップ又はウェーファから分離する補助をする。この分離は、ストリップ又はウェーファを曲げることによって物理的な応力をエッチド・ライン（半円筒形空間２３及び四半円筒形空間２５を横断する）に導入することにより達成することができる。これらの特徴は、製造工程中、ストリップ又はウェーファを取扱うための特殊担体治具の必要性を除外することによって製造工程を単純化し、よってコストを低減する。さらに、半円筒形空間２３及び四半円筒形空間２５は、上部半田パッド２６、側面半田パッド３２、及び底部半田パッド３４を接続するバイヤ・ホールの役目を果たすことができる。
基板２０は、熱接点パッド３６を含む底面２９を有する。この熱接点パッドは、金、銀、錫、又は他の貴金属を含むがこれらに限定されない材料のような高熱伝導性の材料を使って製造され得る。
図３は、図１Ａ及び図１Ｂの半導体パッケージの部分の切り取り側面図を示す。特に、図３は、上部ヒート・シンク４０及びレンズ５０の切り取り側面図を図示する。図１Ａ、図１Ｂ及び図３を参照するに、上部ヒート・シンク４０は、アルミニウム、銅、セラミック、プラスチック、合成物、又はこれらの材料の組合せのような高熱伝導性を有する材料から作られている。高温で機械的に頑丈な誘電体材料を使用してトレース２２及び２４をオーバーコーティングして（中央のダイ取り付けエリアを除き）、トレース２２及び２４をシールし、引っ掻き及び酸化のような物理的な危害及び環境的な危害からの保護を提供することができる。オーバーコーティング工程は、基板製造工程の一環であり得る。オーバーコートは、使用される場合、基板２０を上部ヒート・シンク４０から絶縁もする。この場合、オーバーコートを、基板２０を上部ヒート・シンク４０に接着するＴＨＥＲＭＯＳＥＴ製の熱伝導材料等の高温接着剤で覆うことができる。
上部ヒート・シンク４０は、取り付けパッド２８（図２Ａ及び図２Ｃの）上に取り付けられたＬＥＤアセンブリ６０を略囲む反射面４２を備えることができる。反射面４２は、ＬＥＤアセンブリ６０からの光の部分をサンプルの光線６３で示すように反射する。光の他の部分は、サンプルの光線６１で示すように反射面４２によって反射されない。説明のための光線６１及び６３は、光学分野においてよく使用される光トレースを意味しない。光の効果的な反射のためには、上部ヒート・シンク４０は、磨くことのできる材料、鋳造することのできる材料、又は磨くことができ、且つ鋳造することができる材料から作られることが好ましい。別法として、高い反射率を実現するために、光学的な反射面４２又は全体ヒート・シンク４０を、銀、アルミニウム、又はこの目的を果たす別の物質等の高反射率材料でメッキ又は被着させることができる。このため、上部ヒート・シンク４０を反射板４０とも呼ぶ。反射板４０は、パッケージ１０の熱的性能によって要求されるときには高い熱伝導性を有する材料で作られる。
図示の実施形態では、反射面４２は、反射板の水平面に対して、例えば４５度の角度を成す平面として示される。本発明は図示の実施形態に限定されない。例えば、反射面４２は、反射板の水平面に対して異なる角度を成すこともできる。別法として、反射板は放物線形又は別の形状を有することができる。
反射板４０は、レンズ５０を支持し、レンズ５０と結合する棚４４を備える。ＬＥＤアセンブリ６０は、封入材４６、単なる例としてシリコーン等を使用して（図１Ａ及び図１Ｂの）ダイ・パッケージ１０内に封入される。封入材４６は、高い透光性及びレンズ５０の屈折率に合った屈折率を有する高温ポリマであることが好ましい。
レンズ５０は、高い透光性を有する材料、単なる例としてガラス、水晶、高温プラスチック、又はこれら材料の組み合わせ等から作られる。レンズ５０は、封入材４６に接触して配置することができる。このため、ダイ・パッケージ１０が加熱され、熱膨張する際に、レンズ５０をダイ・パッケージ１０の他の部品の熱膨張から発生する機械的な応力から保護することができるように、レンズ５０への衝撃を封入材４６で和らげることができる。いくつかの実施形態では、レンズ５０は浅いくぼみ５２を画定し、ここに光学的化学材料、例えば蛍光体、炭酸カルシウム等の光拡散体、蛍光材料等の中心周波数シフト材料、又はこれら材料の組み合わせを充填することができる。
図４は、外部ヒート・シンク７０に結合されたダイ・パッケージ１０を図示する。図４を参照するに、熱接点パッド３６は、エポキシ、半田、又は任意の他の熱伝導接着剤、導電接着剤、又は熱伝導性且つ電導性の接着剤７４を使って外部ヒート・シンク７０に取り付け可能である。外部ヒート・シンク７０は、プリント回路基板（ＰＣＢ）又はダイ・パッケージ１０から熱を逃す他の構造にできる。外部ヒート・シンクは、様々な構成の回路要素（示さず）又は熱拡散フィン７２を含み得る。
特定の代替的な構成を有する本発明の一実施形態が図５〜図６Ｄに示される。この第２の実施形態の部分は、図１Ａ〜図４に示す第１の実施形態の対応する部分と同様である。便宜上、第１の実施形態の部分と同様の、図５〜図６Ｄ中に示す第２の実施形態の部分には同じ参照番号が割り当てられ、類似するが変更されている部分には同じ参照番号に文字「a」を付したものが割り当てられ、異なる部分には異なる参照番号が割り当てられている。
図５は、本発明の他の実施形態によるＬＥＤダイ・パッケージ１０ａの分解組立斜視図である。図５を参照するに、本発明の発光ダイ・パッケージ１０ａは、底部ヒート・シンク（基板）２０ａ、上部ヒート・シンク（反射板）４０ａ、及びレンズ５０を含む。
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｄは、それぞれ、図５の基板２０ａの上面図、側面図、正面図、及び底面図を提供する。図５〜図６Ｄを参照するに、説明する実施形態において、基板２０ａは、１つの正トレース２２ａ、及び４つの負トレース２４ａを含む。これらのトレース２２ａ及び２４ａは、図２Ａのトレース２２及び２４とは異なる構成になっている。基板２０ａは、反射板４０ａの脚３５を受け入れ、よって反射板４０ａを基板２０ａに機械的に係合するためのラッチ・スペース３３を画定するフランジ３１を含む。
本発明の他の実施形態を図７Ａ〜図１０Ｂに示す。これら実施形態によれば、高出力発光素子用の基板は、第１及び第２の表面を有する熱伝導性且つ導電性の板を備える。板は、銅、アルミニウム、又はいずれかの合金等の金属を含むことができる。薄い熱伝導性絶縁膜が、金属板の第１の表面上に形成される。いくつかの実施形態では、熱伝導性絶縁膜は、米国ミネソタ州シャンハッセン（Chanhassen)所在のバーキスト社(The Bergquist Company)から入手可能なＴｈｅｒｍａｌ Ｃｌａｄ膜等のセラミック／ポリマ膜を含む。
金属トレース及び／又は金属リード等の導電要素をセラミック／ポリマ膜上に形成することができる。セラミック／ポリマ膜は絶縁性であるため、導電トレースは金属板に電気的に接触しない。導電要素は、電子素子を受けるようになっている取り付けパッドを形成するか、又は取り付けパッドに電気的に接続することができる。図１〜図６に示した実施形態と併せて上述したように、金属トレースのトポロジは広範にわたって可変であり、それでもなお本発明の範囲内にある。
ＬＥＤアセンブリは、例えば、半田付け、超音波熱圧着、又は熱圧着によって取り付けパッドに接着することができる。ＬＥＤが発する熱は、少なくとも部分的に金属板を通して放散することができる。基板自体がヒート・シンクとして働くことができるため、追加のヒート・シンクを構造体に接着する必要性を小さく、又はなくすことができる。しかしながら、追加のヒート・シンクを金属板と熱的に連通して配置することができ、それによって熱を動作中の素子からより効率的に逃すことができる。
一実施形態では、絶縁膜及び金属板を通して１つ又は複数のバイヤ・ホールを形成することができる。バイヤ・ホールは、セラミック／ポリマ膜等の絶縁材料で内側を被覆することができる。導電トレース等の導電体をバイアに形成することができ、この導電体は、基板の第１の表面上の導電要素を基板の第２の表面上の導電要素に電気的に接続することができる。このような一実施形態による基板は、金属リードを使用せずにプリント回路基板等の表面上に取り付けることができ、これによって機械的により頑丈なパッケージにすることができる。
本発明の実施形態による基板は、静電気放電（ＥＳＤ）及び／又は過電圧保護のために離散ツェナーダイオード(discrete zener diode)及び／又は抵抗回路網等の電子回路を備えることもできる。
図７〜図１０に示していないが、基板は、半円筒形空間及び四半円筒形空間、方向付マーキング、側面半田パッド、フランジ、及び図１〜図６に示す他の特徴等の特徴をさらに備えることができる。
図７Ａ〜図１０Ｂに示す実施形態の部分は、図１〜図６Ｄに示す実施形態の対応する部分と同様である。便宜上、第１の実施形態の部分と同様の、図７Ａ〜図１０Ｂに示す実施形態の部分には同じ参照番号が割り当てられ、類似するが変更されている部分には同じ参照番号に文字「ｂ」を付したものが割り当てられ、異なる部分には異なる参照番号が割り当てられている。
これより図７Ａを参照して、本発明の別の実施形態による基板２０ｂを示す。図７Ａ及び図７Ｂはそれぞれ、基板２０ｂの上面図及び前面図を提供する。さらに、図７Ｂは、基板２０ｂの前面図に加えてＬＥＤアセンブリ６０も示す。基板２０ｂは、第１の表面５１ａ及び第２の表面５１ｂを有する熱伝導性且つ導電性の板５１を備える。板５１は、銅、アルミニウム、又はいずれかの合金等の金属を含むことができる。薄い熱伝導性絶縁膜４８が、金属板５１の第１の表面５１ａの少なくとも部分上に形成される。いくつかの実施形態では、熱伝導性絶縁膜４８は、米国ミネソタ州シャンハッセン所在のバーキスト社から入手可能なＴｈｅｒｍａｌ Ｃｌａｄ膜等のセラミック／ポリマ膜を含む。これに加えて、熱伝導性絶縁膜４９は、板５１の第２の表面５１ｂ上並びに側面に形成することもできる。
基板２０ｂは、電気トレース２２及び２４等の導電要素、半田パッド２６、及びＬＥＤアセンブリ６０に支持を提供する。さらに、追加的なトレース及び接続を基板２０ｂの上面、側面、又は底面に作製するか、又は基板２０ｂ内に積層することができる。トレース２２及び２４、半田パッド２６、並びに他の任意の接続は、既知の方法、例えばバイヤ・ホールを用いて任意の組み合わせで互いに相互接続することができる。
基板２０ｂは上面２１ｂを有し、上面２１ｂは電気トレース２２及び２４を備える。トレース２２及び２４は、半田パッド（例えば、上部半田パッド２６）から取り付けパッド２８への電気的接続を提供する。上部半田パッド２６は、基板２０ｂの側面に概して近接したトレース２２及び２４の部分を含むことができる。取り付けパッド２８は、ＬＥＤアセンブリ６０が取り付けられている上面の部分（トレース２２又はトレース２４、又はこれら両方の部分を含む）である。通常、取り付けパッド２８は、上面２１ｂの中心付近に一般に配置される。本発明の代替的な実施形態では、ＬＥＤアセンブリ６０は他の半導体回路又はチップで置き換えることができる。
トレース２２及び２４のトポロジは、図に示すトポロジから広範にわたって可変であり、それでもなお本発明の範囲内にある。図中、１つのみの陰極（負）トレース及び１つのみの陽極（正）トレースを示す。しかしながら、複数の陰極トレース又は陽極トレースを基板２０ｂ上に備えて、異なる陰極トレース又は陽極トレースにそれぞれ接続された取り付けパッド２８上の複数のＬＥＤアセンブリの取り付けに役立てることができ、これにより、３つのＬＥＤアセンブリが別個に電気制御可能であることができる。トレース２２及び２４は、金、銀、錫、又は他の金属等の導電材料で作られる。
基板２０ｂは、熱接触パッド３６を備えた底面２９ｂを有する。熱接触パッドは、金、銀、錫、又は貴金属が挙げられるがこれに限定されない他の材料等、高い熱伝導性を有する材料を使用して作ることができる。
図７Ｃは、図７Ａの切断線Ａ〜Ａに沿った基板２０ｂの部分の切り取り前面図を示す。図７Ｃに示すように、基板２０ｂを通して１つ又は複数のバイヤ・ホール４５ａ、４５ｂを形成することができる。バイヤ・ホール４５ａ、４５ｂは、セラミック／ポリマ膜等の絶縁材料で内側を被覆することができる。導電トレース４７ａ、４７ｂ等の導電体をバイヤ・ホールに形成することができ、基板の第１の表面上の導電要素を基板の第２の表面上の導電要素に電気的に接続することができる。図７Ｃに示すように、バイヤ・ホール４５ａ内の導電トレース４７ａは、基板２０ｂの第１の側２１ｂ、すなわち上面２１ｂ上のトレース２４を基板２０ｂの第２の側２９ｂ、すなわち底面２９ｂ上の半田パッド３４に接続する。同様に、バイヤ・ホール４５ｂを通って延びる導電トレース４７ｂは、導電トレース２２をボンド・パッド３８に接続する。
このような一実施形態による基板は、金属リードを使用することなくプリント回路基板等の表面上に取り付けることができ、これによって機械的により頑丈なパッケージになることができる。
上述したように、高温で機械的に頑丈な誘電体材料を使用してトレース２２及び２４をオーバーコーティングして（中央のダイ取り付けエリア２８を除き）、トレース２２及び２４をシールし、引っ掻き及び酸化等の物理的な危害及び環境的な危害からの保護を提供することができる。オーバーコーティング工程は、基板製造工程の一環であることができる。オーバーコートは、使用される場合、トレース２２及び２４を上部ヒート・シンク４０から絶縁もする。この場合、オーバーコートを、基板２０ｂを上部ヒート・シンク４０に接着するＴＨＥＲＭＯＳＥＴ製の熱伝導材料等の高温接着材で覆うことができる。
バイヤ・ホールを利用しない他の実施形態を図８及び図９に示す。図８に示すように、導電トレース２２、２４は、パッケージから延出し、且つ回路基板に直接取り付けることができる金属リード３９、４１を形成するか、又はこれに取り付けることができる。このような一実施形態では、基板２０ｂの第１の表面２１ｂのみが熱伝導性電気絶縁膜４８を備えることができる。
図９は、導電トレース２２、２４が基板２０ｂの側壁から下に延びて、基板２０ｂの第２の表面上のボンド・パッド３４及び３８に接触する一実施形態を示す。このような構成では、金属リード又はバイヤ・ホールを使用することなくパッケージを回路基板上に直接取り付けることができる。
図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、基板２０ｂは、離散ツェナーダイオード６５、抵抗回路網６７、他の電子要素、又はこれらの任意の組み合わせ等の電子回路を備えるように構成することができる。このような電子回路は、陽極要素／又は陰極要素として動作することができるトレース２２と２４の間に接続することができる。電子回路は、様々な目的で、例えば静電気放電（ＥＳＤ）を回避するため、過電圧保護のため、又はこれら両方のために使用することができる。図示の例では、図１０Ｂに示すトレース２２とトレース２４の間に接続されたツェナーダイオードＤ１ ６５は、過度の逆電圧が基板２０ｂ上に取り付けられた光電子素子に印加されないようにすることができる。同様に、プリント抵抗６７等の抵抗回路網６７がＥＳＤ保護を、基板２０上に取り付けられた素子に提供することができる。
上記から、本発明は新規なものであり、現在の技術を凌ぐ複数の利点を提供することが明らかであろう。本発明の具体的な実施形態を上に説明し図示したが、本発明は、説明し図示した部品の特定の形態又は配置に限定されるものではない。例えば、異なる構成、サイズ、又は材料を本発明の実施に使用することができる。本発明は、以下の特許請求の範囲によって制限される。以下、米国特許法１１２条に規定の「手段又は工程（means or steps for)」の利益を得るために作成された請求項は、「ための手段（means for）」なる句によって特定される。
本発明の一実施形態による半導体ダイ・パッケージの斜視図である。 図１Ａの半導体パッケージの分解組立斜視図である。 図１Ａの半導体パッケージの部分の上面図である。 図１Ａの半導体パッケージの部分の側面図である。 図１Ａの半導体パッケージの部分の前面図である。 図１Ａの半導体パッケージの部分の底面図である。 図１Ａの半導体パッケージの部分の切り取り側面図である。 追加要素を有する図１Ａの半導体パッケージの側面図である。 本発明の別の実施形態による半導体ダイ・パッケージの組立分解斜視図である。 図５の半導体パッケージの部分の上面図である。 図５の半導体パッケージの部分の側面図である。 図５の半導体パッケージの部分の前面図である。 図５の半導体パッケージの部分の底面図である。 本発明の別の実施形態による半導体パッケージの部分の上面図である。 図７Ａの半導体パッケージの部分の前面図である。 図７Ａの半導体パッケージの部分の、線Ａ−Ａに沿った切り取り前面図である。 本発明の別の実施形態による半導体パッケージの部分の側面図である。 本発明の別の実施形態による半導体パッケージの部分の側面図である。 本発明の別の実施形態による半導体パッケージの部分の上面図である。 本発明の別の実施形態による半導体パッケージの部分の上面図である。

Claims (18)

  1. 金属を含み、第１の表面を有する基板と、
    前記第１の表面の少なくとも一部を覆う絶縁膜と、
    前記絶縁膜により前記基板から絶縁される、前記絶縁膜上の第１の導電要素と、
    前記第１の導電要素から離間され、前記絶縁膜により前記基板から電気的に絶縁される、前記絶縁膜上の第２の導電要素であって、前記第１の導電要素及び前記第２の導電要素のうちの少なくとも一方は、発光ダイを取り付けるための取り付けパッドを備える、第２の導電要素と、
    前記基板に結合され、前記取り付けパッドを囲むように配され、内側に棚を有する反射板と、
    光学的に透明なポリマを含み、前記取り付けパッドおよび前記棚を覆うように前記反射板の内側に配され、前記発光ダイを封入する封入材と、
    前記反射板の前記棚上の前記封入材の上に、前記取り付けパッドを覆うように配されたレンズと、
    を備える発光ダイ・パッケージ。
  2. 前記封入材の中に、前記基板上に取り付けられ、前記第１の導電要素及び前記第２の導電要素に接続された発光ダイオード（ＬＥＤ）をさらに備える、
    請求項１記載の発光ダイ・パッケージ。
  3. 前記第１の導電要素及び前記第２の導電要素は金属トレースを含む、
    請求項１または請求項２に記載の発光ダイ・パッケージ。
  4. 前記基板は、銅及びアルミニウムから成る群から選択される金属を含む、
    請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の発光ダイ・パッケージ。
  5. 前記基板は銅／アルミニウム合金を含む、
    請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の発光ダイ・パッケージ。
  6. 前記基板は、前記第１の表面と対向する第２の表面を備え、
    前記発光ダイ・パッケージは、前記基板を通る少なくとも１つのバイヤ・ホールをさらに備える、
    請求項１から請求項５までの何れか一項に記載の発光ダイ・パッケージ。
  7. 前記バイヤ・ホールの表面は絶縁膜被覆で被覆される、
    請求項６に記載の発光ダイ・パッケージ。
  8. 前記バイヤ・ホールはそこを通る導電トレースを備え、
    前記導電トレースは前記絶縁膜被覆により前記基板から絶縁され、前記第１の導電要素及び前記第２の導電要素のうちの一方と電気的に接触する、
    請求項７に記載の発光ダイ・パッケージ。
  9. 前記基板の前記第２の表面は、前記第２の表面の少なくとも一部上に熱伝導性絶縁膜を備え、
    前記パッケージは、前記第２の表面上に第３の導電要素をさらに備え、
    前記第３の導電要素は、前記熱伝導性絶縁膜により前記基板から絶縁され、前記バイヤ・ホールを通る前記導電トレースと電気的に接触する、
    請求項８に記載の発光ダイ・パッケージ。
  10. 前記基板に結合された外部ヒート・シンクをさらに備える、
    請求項１から請求項９までの何れか一項に記載の発光ダイ・パッケージ。
  11. 前記基板は、前記外部ヒート・シンクに結合するために金属でメッキされた底面を有する、
    請求項１０に記載の発光ダイ・パッケージ。
  12. 少なくとも１つの導電要素は、前記取り付けパッドから前記基板の側面に延びる、
    請求項１から請求項１１までの何れか一項に記載の発光ダイ・パッケージ。
  13. 前記基板は、前記反射板と機械的に係合する、少なくとも１つの側面に沿ったフランジを備える、
    請求項１から請求項１２までの何れか一項に記載の発光ダイ・パッケージ。
  14. 前記反射板は反射面を画定する、
    請求項１から請求項１３までの何れか一項に記載の発光ダイ・パッケージ。
  15. 前記反射板は、アルミニウム、銅、セラミックおよびプラスチックからなる群から選択される材料を含む、
    請求項１から請求項１４までの何れか一項に記載の発光ダイ・パッケージ。
  16. 前記反射板は、熱伝導性を上げるための、前記基板と機械的に係合する少なくとも１つの脚を備える、
    請求項１から請求項１５までの何れか一項に記載の発光ダイ・パッケージ。
  17. 前記レンズは拡散物質を含む、
    請求項１から請求項１６までの何れか一項に記載の発光ダイ・パッケージ。
  18. 前記レンズは蛍光体を含む、
    請求項１から請求項１７までの何れか一項に記載の発光ダイ・パッケージ。
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