JP4841614B2 - ヘッドランプ用セラミックパッケージ及びこれを備えるヘッドランプモジュール - Google Patents

Description

本発明はヘッドランプ用セラミックパッケージ及びこれを備えるヘッドランプモジュールに関するもので、より詳しくは、熱伝達メタル基板上に接合されたセラミックパッケージから熱の放出が円滑に行われるようにして放熱特性を向上させることができるヘッドランプ用セラミックパッケージ及びこれを備えるヘッドランプモジュールに関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ、Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）はＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＧａＩｎＰなどの化合物半導体（ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）材料の変更を通して発光源を構成することにより、多様な色の光を具現することができる半導体素子を言う。

発光ダイオードを利用した光源が次々と出ている状況で初期モバイル用として出ていた小型パッケージが、今は大型ＴＶや広告板、照明、自動車用ヘッドランプなどに使用されるにつれ、徐々に大型化する傾向にある。

このような状況で発光ダイオードを実装するパッケージは、高効率、高信頼性が必要となり、熱的、電気的信頼性だけでなく、光学的特性を発揮しなければならないため、通常の半導体パッケージとは異なる構造を有するようになる。

プラスチックは加工が容易で所望の反射角度と構造を容易に作ることができるという長所のため、低電力及び低出力の発光ダイオード（ＬＥＤ、Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）において既存のパッケージは、プラスチック材質にメタルメッキ層を備える構造からなってきた。

しかし、高電力及び高出力の発光ダイオードが一般照明用及び自動車ヘッドランプ用として開発が進行されるにつれ、耐熱性と熱伝達特性に優れた材質が求められ、このような要求に適した材質としてセラミックが浮き彫りになった。

そして、その中でも信号の伝達と保護機能を中心とした低温焼成加工（ＬＴＣＣ）技術より熱的特性に優れた高温焼成加工（ＨＴＣＣ）技術が選り好まれていた。

発光ダイオードは熱伝達特性によってその性能が大きく左右され、熱伝達が良好で同一な電流量が流れてもより低い温度が維持されると光出力が増加するため熱伝達特性は非常に重要である。

セラミックパッケージをモジュールに付着する方法は主にＳＭＤタイプが一般で、既存のリード（ｌｅａｄ）が外部に出ていないため、通常プラス及びマイナスの両極性が底面に同時に存在することになる。

このように、両極性が同じ平面に共存する場合、セラミックパッケージと熱伝達メタル基板との間には必ず非伝導絶縁層が存在しなければならず、これは熱伝達特性を劣らせる要因となる。

本発明は、上記の従来技術の問題を解決するためのもので、その目的は、構造が簡単で、基板上に接合されたセラミックパッケージから熱の放出が円滑に行われるようにして放熱特性を向上させることにより、光効率を極大化することができるヘッドランプ用セラミックパッケージ及びこれを備えるヘッドランプモジュールを提供することにある。

本発明の実施例によるヘッドランプ用セラミックパッケージは、発光ダイオードを備えるセラミックパッケージにおいて、実装部上に実装された上記発光ダイオードが露出するよう上部側に開放されたキャビティを形成する胴体部と、上記胴体部内で上記発光ダイオードと電気的に連結される内部電極と、上記内部電極が上記胴体部の内側から上方向に向かって外部に露出するよう上記胴体部の両側面が段差があるよう形成される電極露出部と、を含むことができる。

また、上記胴体部は高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）基盤で製造されるセラミック基板を積層してなることができる。

また、上記電極露出部は上記胴体部を成す上記セラミック基板より小さいサイズの断面積を有するよう、両側端面が上記胴体部の側面の長さ方向に沿って内側にそれぞれ切断されるセラミック基板を上記胴体部を成す上記セラミック基板の上端部に積層して形成されることができる。

また、上記電極露出部は、上記胴体部を成す上記セラミック基板と同一なサイズの断面積を有し、両側端面の一部が内側に引入された凹溝をそれぞれ備えるセラミック基板を上記胴体部を成す上記セラミック基板の上端部に積層して形成されることができる。

また、上記電極露出部は、上記胴体部の両側面において上端面と側端面の一部が内側に陥没され上方向に向かって露出される段差面を形成することができる。

また、上記電極露出部は、上記胴体部の両側面において上端面と側端面が上記胴体部の側面の長さ方向に沿って内側に陥没され上方向に向かって露出される段差面を形成することができる。

また、上記内部電極は、上端面が上記電極露出部を通して上記胴体部の両側面において上記胴体部の上方向に向かって外部に露出されることができる。

また、上記内部電極は、上端面と側端面が上記電極露出部を通して上記胴体部の両側面においてそれぞれ上記胴体部の上方向と水平方向に向かって外部に露出されることができる。

また、上記内部電極は、相互異なる極性で上記発光ダイオードと電気的に連結されることができる。

また、上記胴体部は、上記実装部を貫通して形成されるビアホールと、上記胴体部の下端面に備えられ上記ビアホールと電気的に連結されるメッキ層をさらに含むことができる。

また、上記内部電極は、相互同一な極性で上記発光ダイオードと電気的に連結され、上記ビアホールとメッキ層は、上記内部電極の極性と異なる極性で上記発光ダイオードと電気的に連結されることができる。

また、上記胴体部は、上記キャビティを形成する縁の内側面が底面に向かって下向傾斜するよう備えられ反射面を形成することができる。

また、上記キャビティ内に充填され上記発光ダイオードを覆うモールディング部材をさらに含むことができる。

一方、本発明の実施例によるヘッドランプモジュールは、実装部上に実装された発光ダイオードが露出するよう上部側に開放されたキャビティを形成する胴体部と、上記胴体部内で上記発光ダイオードと電気的に連結される内部電極と、上記内部電極が上記胴体部の内側から上方向に向かって外部に露出するよう上記胴体部の両側面が段差があるよう形成される電極露出部を備えるセラミックパッケージと、上記セラミックパッケージが安着され固定される安着部と、上記安着部の外側面に沿って配置される絶縁層と、上記絶縁層上にパターニングされる外部電極を備える基板と、を含むことができる。

また、上記電極露出部は、上記セラミックパッケージが上記安着部上に安着される場合、上記絶縁層と相互対向することができる。

また、上記電極露出部と上記絶縁層は、実質的に同一な高さを有することができる。

また、上記内部電極は、相互異なる極性を有し上記絶縁層上の外部電極と相互電気的に連結されることができる。

また、上記セラミックパッケージは、上記胴体部の実装部を貫通して形成されるビアホールと、上記安着部と接触する下端面に備えられ上記ビアホールと電気的に連結されるメッキ層をさらに含むことができる。

また、上記内部電極は、相互同一な極性を有し上記絶縁層上の外部電極と相互電気的に連結され、上記ビアホールとメッキ層は、上記内部電極の極性と異なる極性を有し上記基板と電気的に連結されることができる。

また、上記内部電極と上記外部電極は、ソルダー、金属ワイヤまたは板スプリングのうちいずれか一つを通して上記内部電極と上記外部電極を相互電気的に連結することができる。

本発明の実施形態によるヘッドランプ用セラミックパッケージ及びこれを備えるヘッドランプモジュールは、構造が簡単で、熱の放出が円滑に行われ放熱特性を大きく向上させることにより、発光ダイオードの全体光効率を向上させ、セラミックパッケージと基板を多様な方法で連結することができ、優れた信頼性を得ることができるという効果を有する。

また、セラミックパッケージと基板の電極がいずれも上部面に向かうよう備えられ、電極を連結するのが容易であるという長所がある。

本発明によるヘッドランプ用セラミックパッケージ及びこれを備えるヘッドランプモジュールの実施例に関する具体的な事項を図面を参照して説明する。

図１ａ及び図１ｂはそれぞれ本発明によるヘッドランプ用セラミックパッケージの一実施例を表した斜視図で、図２ａは図１ａに図示したヘッドランプ用セラミックパッケージをＸ−Ｘ'軸に切断した状態を表した断面図で、図２ｂは図１に図示したヘッドランプ用セラミックパッケージの他の実施例を表した断面図である。

先ず、図１及び図２を参照して本発明の一実施例によるヘッドランプ用セラミックパッケージについて説明する。

図１及び図２に図示されたように、本発明の一実施例によるヘッドランプ用セラミックパッケージ２０は、胴体部２１、電極露出部２２、内部電極２３を含んで構成される。

上記胴体部２１は、高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）基盤で製造されるセラミック基板を複数積層して成る。

そして、発光ダイオードＬが上記胴体部２１内の実装部２６上に実装され、外部に露出するよう上部側に開放されたキャビティ２５を内部に形成する。

上記胴体部２１は上記キャビティ２５を形成する縁の内側面が底面の実装部２６に向かって下向傾斜するよう備えられるか、垂直に備えられて反射面２４、２４'を形成し、これを通して上記発光ダイオードＬから出射される光が上記反射面２４、２４'を通して反射されて外部に向かうようにすることによって光効率を高める。

より効率的な具現のため上記反射面２４、２４'上には高反射率を有する反射膜が備えられることができる。

図１及び図２のように、上記電極露出部２２は上記内部電極２３が上記胴体部２１の内側において上方向に向かって外部に露出するよう、上記胴体部２１の両側面が段差があるよう形成される。

上記電極露出部２２は、上記胴体部２１を成す上記セラミック基板より小さいサイズの断面積を有するよう、両側端面が上記胴体部２１の側面の長さ方向に沿って内側にそれぞれ切断されるセラミック基板を、上記胴体部２１を成す上記セラミック基板の上端部に積層して形成されることができる。

また、上記電極露出部２２は上記胴体部２１を成す上記セラミック基板と同一サイズの断面積を有し、両側端面の一部が内側に引入された凹溝をそれぞれ備えるセラミック基板を上記胴体部２１を成す上記セラミック基板の上端部に積層して形成されることもできる。

しかし、これに限定されず、上記電極露出部２２は上記胴体部２１の両側面において上端面と側端面の一部が内側に陥没され上方向に向かって露出される段差面を形成して備えられることができる。

また、上記電極露出部２２は、上記胴体部２１の両側面において上端面と側端面が上記胴体部２１の側面の長さ方向に沿って内側に陥没され、上方向に向かって露出される段差面を形成して備えられることもできる。

一方、上記内部電極２３は一端部が上記電極露出部２２上に配置され上記胴体部２１の外部に露出され、他端部は上記実装部２６まで延長され上記発光ダイオードＬと電気的に連結される。

ここで、上記電極露出部２２上に配置される上記内部電極２３の上記一端部は、その上端面が上記電極露出部２２を通して上記胴体部２１の両側面において上記胴体部２１の上方向に向かって外部に露出される。

また、上記電極露出部２２上に配置される上記内部電極２３の上記一端部は、その上端面と側端面が上記電極露出部２２を通して上記胴体部２１の両側面においてそれぞれ上記胴体部２１の上方向と水平方向に向かって外部に露出されることも可能である。

本発明によるセラミックパッケージ２０の一実施例を図示した図２ａのように、上記内部電極２３は一対で備えられ相互異なる極性で上記発光ダイオードＬと電気的に連結される。

すなわち、一側内部電極がマイナス極性（−）を有する場合、他側内部電極はプラス極性（＋）を有し、それぞれ上記発光ダイオードＬと電気的に連結される。

そして、本発明によるセラミックパッケージ２０の他の実施例を図示した図２ｂのように、上記胴体部２１は上記実装部２６を貫通して形成されるビアホール２７と、上記胴体部２１の下端面に備えられ上記ビアホール２７と電気的に連結されるメッキ層２８をさらに含む。

この場合、上記一対の内部電極２３は相互同一な極性で上記発光ダイオードＬと電気的に連結され、上記ビアホール２７とメッキ層２８は上記内部電極２３の極性と異なる極性で上記発光ダイオードＬと電気的に連結される。

すなわち、上記一対の内部電極２３が全てマイナス極性（−）を有する場合、上記ビアホール２７とメッキ層２８はプラス極性（＋）を有し、上記発光ダイオードＬと電気的に連結される。

一方、上記胴体部２１は上記キャビティ２５内に充填され上記発光ダイオードＬを覆うモールディング部材（未図示）をさらに含み、上記モールディング部材は上記発光ダイオードＬから出射される光によって励起される蛍光体をさらに含有することが好ましい。

このように、本発明によるヘッドランプ用セラミックパッケージ２０は、上記一対の内部電極２３が上記電極露出部２２を通して上記胴体部２１の両側面に位置して上方向に向かって外部に露出される構造を有することにより、従来の両極性が同じ平面（セラミックパッケージの下端面）に共存して発生する問題を解決することができる。

次に、図３乃至図７を参照して本発明の一実施例によるヘッドランプモジュールについて説明する。

図３乃至図５に図示されたように、本発明の一実施例によるヘッドランプモジュール１０は、セラミックパッケージ２０、基板３０を含んで構成される。

上記セラミックパッケージ２０及びこれを構成する構成要素は、上記図１及び図２ａで図示するヘッドランプ用セラミックパッケージ２０と同一であり、従ってこれに対する説明は省略する。

上記基板３０は上記セラミックパッケージ２０を固定支持し、上記セラミックパッケージ２０の内部電極２３と電気的に連結され、上記セラミックパッケージ２０から発生する熱の伝達を受け外部に放出する熱伝達導体である。

図３及び図４のように、上記基板３０は、安着部３４、絶縁層３１、外部電極３２から成る。

上記セラミックパッケージ２０は、上記基板３０上の特定の位置に配置される上記安着部３４上に安着され接着剤を通して固定支持される。

すなわち、セラミックパッケージ２０と基板３０との間に非伝導性絶縁層がさらに備えられる従来の構造とは異なって、セラミックパッケージ２０と基板３０が直接接触して結合される構造を有して高い熱伝導特性を得ることが可能である。

そして、上記安着部３４の外側面に沿って非伝導性絶縁層３１が配置され、上記絶縁層３１の上部面には外部電極３２がパターニングされて備えられる。

本発明の好ましい実施例では、上記絶縁層３１が上記安着部３４の外側面に沿って備えられるものと説明したが、これに限定されず、上記安着部３４を除いた上記基板３０の上部面の全体を覆うよう備えられることも可能である。

一方、図３及び図５のように上記セラミックパッケージ２０が上記安着部３４上に安着される場合、上記電極露出部２２は上記絶縁層と相互対向するよう配置される。

ここで、上記電極露出部２２と上記絶縁層３１は、実質的に同一な高さを有することが好ましい。

本発明によるヘッドランプモジュールの一実施例を図示した図３及び図５のように、上記内部電極２３は一対に備えられ相互異なる極性で上記絶縁層３１上の外部電極３２と相互電気的に連結される。

すなわち、一側内部電極２３がマイナス極性（−）を有する場合、他側内部電極２３はプラス極性（＋）を有し、上記外部電極３２と電気的に連結される。

そして、本発明によるヘッドランプモジュールの他の実施例を図示した図６及び図７のように、上記セラミックパッケージ２０は、上記胴体部２１の実装部２６を貫通して形成されるビアホール２７と、上記胴体部２１の下端面に備えられ上記ビアホール２７と電気的に連結されるメッキ層２８をさらに含む。

この場合、上記一対の内部電極２３は相互同一な極性で上記絶縁層３１上の外部電極３２と相互電気的に連結され、上記ビアホール２７とメッキ層２８は上記内部電極２３の極性と異なる極性で上記基板３０と電気的に連結される。

すなわち、上記一対の内部電極２３が全てマイナス極性（−）を有し、上記外部電極３２と電気的に連結される場合、上記ビアホール２７とメッキ層２８はプラス極性（＋）を有し、上記基板３０と電気的に連結される。

ここで、上記セラミックパッケージ２０を上記基板３０の安着部３４上に固定させる接着剤は伝導性ペーストであることが好ましい。

一方、上記内部電極２３と上記外部電極３２は、ソルダー３３、金属ワイヤ３３'または板スプリング３３''のうちいずれか一つを通して上記内部電極２３と外部電極３２の上面を相互電気的に連結する。

このように、本発明によるヘッドランプモジュールは、セラミックパッケージの内部電極が胴体部の両側面において上方向に向かって外部に露出される構造を有することにより、上記セラミックパッケージと基板との間に別途の非伝導性絶縁層が存在しないため高い熱伝達特性を得ることができる。

また、内部電極と外部電極の上部面をソルダーボンディング、ワイヤボンディング方式を通して連結することが可能であるのは勿論、板スプリングを通して電気的に連結することにより、スプリングの弾性を通してより確実に支持するようにして優れた信頼性を得ることができる。

尚、上記内部電極と外部電極が上部面に向かうよう備えられ、上記のような方法を通して両側電極を連結するのがより容易であるという長所がある。

なお、添付の図面から明らかなように、本願において、「上部側」、「上方向」、および「上端面」、における「上」とは、発光ダイオードから光が出向する方向をいい、物理的な天地方向の天側を意味するものではない。また、「下端面」における「下」とは、発光ダイオードから光が出向する方向と逆の方向をいう。

本発明によるヘッドランプ用セラミックパッケージの一実施例を表した斜視図である。 本発明によるヘッドランプ用セラミックパッケージの一実施例を表した斜視図である。 図１に図示したヘッドランプ用セラミックパッケージをＸ−Ｘ'軸に切断した状態を表した断面図である。 図１に図示したヘッドランプ用セラミックパッケージの他の実施例を表した断面図である。 図２ａに図示したヘッドランプ用セラミックパッケージを備えるヘッドランプモジュールの一実施例を表した断面図である。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ図３に図示したヘッドランプモジュールにおいて基板を表した断面図及び平面図である。 図２ａに図示したヘッドランプ用セラミックパッケージを備えるヘッドランプモジュールの他の実施例を表した断面図である。 図２ａに図示したヘッドランプ用セラミックパッケージを備えるヘッドランプモジュールのさらに他の実施例を表した断面図である。 図２ｂに図示したヘッドランプ用セラミックパッケージを備えるヘッドランプモジュールの一実施例を表した断面図である。 図２ｂに図示したヘッドランプ用セラミックパッケージを備えるヘッドランプモジュールの他の実施例を表した断面図である。 図２ｂに図示したヘッドランプ用セラミックパッケージを備えるヘッドランプモジュールのさらに他の実施例を表した断面図である。

Claims (14)

1. 発光ダイオードを備えるセラミックパッケージにおいて、
   実装部上に実装された前記発光ダイオードが露出するよう上部側に開放されたキャビティを形成する胴体部と、
   前記胴体部内で前記発光ダイオードと電気的に連結される内部電極と、
   前記内部電極が前記胴体部の内側から上方向に向かって外部に露出するよう前記胴体部の両側面が段差があるよう形成される電極露出部と、
   を含み、
   前記胴体部は、前記実装部を貫通して形成されるビアホールと、前記胴体部の下端面に備えられ前記ビアホールと電気的に連結されるメッキ層をさらに含み、
   前記内部電極は、相互同一な極性で前記発光ダイオードと電気的に連結され、前記ビアホールと前記メッキ層は前記内部電極の極性と異なる極性で前記発光ダイオードと電気的に連結されることを特徴とするヘッドランプ用セラミックパッケージ。
2. 前記胴体部は、高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）基盤で製造されるセラミック基板を積層して成ることを特徴とする請求項１に記載のヘッドランプ用セラミックパッケージ。
3. 前記電極露出部は、前記胴体部を成す前記セラミック基板より小さいサイズの断面積を有するよう、両側端面が前記胴体部の側面の長さ方向に沿って内側にそれぞれ切断される前記セラミック基板を、前記胴体部を成す前記セラミック基板の上端部に積層して形成されることを特徴とする請求項２に記載のヘッドランプ用セラミックパッケージ。
4. 前記電極露出部は、前記胴体部を成す前記セラミック基板と同一サイズの断面積を有し、両側端面の一部が内側に引入された凹溝をそれぞれ備えるセラミック基板を前記胴体部を成す前記セラミック基板の上端部に積層して形成されることを特徴とする請求項２に記載のヘッドランプ用セラミックパッケージ。
5. 前記電極露出部は、前記胴体部の両側面において上端面と側端面の一部が内側に陥没され上方向に向かって露出される段差面を形成することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のヘッドランプ用セラミックパッケージ。
6. 前記電極露出部は、前記胴体部の両側面において上端面と側端面が前記胴体部の側面の長さ方向に沿って内側に陥没され上方向に向かって露出される段差面を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のヘッドランプ用セラミックパッケージ。
7. 前記内部電極は、上端面が前記電極露出部を通して前記胴体部の両側面において前記胴体部の上方向に向かって外部に露出されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のヘッドランプ用セラミックパッケージ。
8. 前記内部電極は、上端面と側端面が前記電極露出部を通して前記胴体部の両側面においてそれぞれ前記胴体部の上方向と水平方向に向かって外部に露出されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のヘッドランプ用セラミックパッケージ。
9. 前記胴体部は、前記キャビティを形成する縁の内側面が底面に向かって下向傾斜するよう備えられ反射面を形成することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のヘッドランプ用セラミックパッケージ。
10. 前記キャビティ内に充填され前記発光ダイオードを覆うモールディング部材をさらに含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のヘッドランプ用セラミックパッケージ。
11. 実装部上に実装された発光ダイオードが露出するよう上部側に開放されたキャビティを形成する胴体部と、前記胴体部内で前記発光ダイオードと電気的に連結される内部電極と、前記内部電極が前記胴体部の内側から上方向に向かって外部に露出するよう前記胴体部の両側面が段差があるよう形成される電極露出部を備えるセラミックパッケージと、
    前記セラミックパッケージが安着され固定される安着部と、前記安着部の外側面に沿って配置される絶縁層と、前記絶縁層上にパターニングされる外部電極を備える基板と、
    を含み、
    前記セラミックパッケージは、前記胴体部の実装部を貫通して形成されるビアホールと、前記安着部と接触する下端面に備えられ前記ビアホールと電気的に連結されるメッキ層をさらに含み、
    前記内部電極は、相互同一な極性を有し前記絶縁層上の外部電極と相互電気的に連結され、前記ビアホールとメッキ層は、前記内部電極の極性と異なる極性を有し前記基板と電気的に連結されることを特徴とするヘッドランプモジュール。
12. 前記電極露出部は、前記セラミックパッケージが前記安着部上に安着される場合、前記絶縁層と相互対向することを特徴とする請求項１１に記載のヘッドランプモジュール。
13. 前記電極露出部と前記絶縁層は、実質的に同一な高さを有することを特徴とする請求項１１または１２に記載のヘッドランプモジュール。
14. 前記内部電極と前記外部電極は、ソルダー、金属ワイヤまたは板スプリングのうちいずれか一つを通して前記内部電極と前記外部電極を相互電気的に連結することを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載のヘッドランプモジュール。

Images