JP5958770B2 - リードフレームとセラミック材料とを有する固体発光ダイオードパッケージ及びその形成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、固体発光ダイオードに関し、特に、固体発光ダイオードのためのパッケージ、及び固体発光ダイオードのためのパッケージを形成する方法に関する。
半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）のような固体光源をこの発光ダイオードによる放射光に関する防護、色選択、及び集束などを提供することができるパッケージ内に取り付けることは公知である。固体発光ダイオードは、例えば、有機又は無機発光ダイオードとすることができる。発光ダイオードのための一部のパッケージは、米国特許付与前公開第２００４／００７９９５７号明細書、第２００４／０１２６９１３号明細書、第２００５／０２６９５８７号明細書、及び第２００８／００１２０３６号明細書に説明されており、それらは、本出願の譲渡人に譲渡され、あたかも本明細書で完全に示すように引用によって本明細書に組み込まれている。
図１Ａ及び図１Ｂにより、典型的なリードフレームベースＬＥＤパッケージ１６０は、ＬＥＤパッケージを外部回路に電気的に接続するための電気リード、接点、又はトレースを含む。パッケージ１６０は、リードフレーム１０２と、リードフレーム１０２及びリードフレーム１０２の中央領域の上に取り付けられたレンズ１４０を取り囲む成形パッケージ本体１３０とを含むことができる。電気リード１０４、１０６が、パッケージ本体１３０の側部から延びる。反射器、拡散器などのような他の光学特徴部をレンズ１４０の代わりに又はそれに加えて提供することができる。
パッケージ本体１３０は、リードフレーム１０２の周りにトランスファ成形又は射出成形により、例えば、熱硬化性及び／又は熱可塑性樹脂で形成することができる。熱可塑性樹脂は、「Ｔｉｃｏｎａ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ」から市販されているＶｉｃｔｒａ（登録商標）系列ポリマーＡ１３０及び／又はＳ１３５のような液晶ポリマーを含むことができる。他の適切な液晶ポリマーは、「Ｓｏｌｖａｙ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ」から市販されている。ポリカーボネート、「ＧＥ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ」が提供しているレキサン（登録商標）、及び／又は「Ｓｏｌｖａｙ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ」が提供しているＰＰＡ（ポリフタルアミド）もパッケージ本体１３０のための熱可塑性樹脂として使用することができる。
パッケージ本体１３０は、リードフレーム１０２の中央領域の底面を露出することができ、かつリード１０４、１０６の下面１０４ｂ、１０６ｂとリードフレーム１００の中央領域の下面１０２ｂの間に中央領域の下面１０２ｂの少なくとも一部分を露出した状態で少なくとも部分的に拡がることができる。更に、パッケージ本体１３０は、リードフレーム１０２の中央領域の底面１０２ｂと同一平面にある底面１３０ｂを有することができる。パッケージ１６０が取り付けられる時に、リードフレーム１０２の中央領域の露出表面１０２ｂは、例えば、外部ヒートシンク（図示せず）との熱接触の状態になることができる。
図２に示すような他のパッケージは、ＬＥＤ１０３をその上に有するサブマウント１０１を支持するリードフレーム１０２を含むことができる。ガラスレンズ１４０をＬＥＤ１０３の上に取り付けることができ、反射器をパッケージの一部として提供することができる。ＬＥＤ１０３は、ワイヤ１５０によってリード１０４、１０６に電気的に接続することができる。更に他のパッケージは、サブマウント１０１上に射出成形されたシリコンレンズを含むことができる。
本発明による実施形態は、リードフレーム及び低温同時焼成セラミック材料を有する固体発光ダイオードパッケージ、並びにこのパッケージを形成する方法を提供することができる。これらの実施形態により、電子デバイスをその上に取り付けるための構造体は、セラミック材料とこのセラミック材料上のリードフレーム構造体とを含むことができ、リードフレーム構造体は、リードフレーム構造体をセラミック材料と一体化させるリードフレーム構造体の一部分を含む。
本発明による一部の実施形態では、リードフレーム構造体をセラミック材料と一体化させるリードフレーム構造体の一部分は、リードフレーム構造体内をセラミック材料の中に延びる導電性バイアを含む。
本発明による一部の実施形態では、セラミック材料は、同時焼成セラミック材料を含み、リードフレーム構造体をセラミック材料と一体化させるリードフレーム構造体の一部分は、セラミック材料と共に同時焼成される。
本発明による一部の実施形態では、リードフレーム構造体をセラミック材料と一体化させるリードフレーム構造体の一部分は、セラミック材料の上面上及び反対側下面上に連続的に延びるリードフレーム構造体のリードを含む。
本発明による一部の実施形態では、セラミック材料は、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）材料を含み、リードフレーム構造体をＬＴＣＣ材料と一体化させるリードフレーム構造体の一部分は、ＬＴＣＣ材料と共に同時焼成される。
本発明による一部の実施形態では、ＬＥＤをその上に取り付けるための構造体は、セラミック材料とセラミック材料上のリードフレーム構造体とを含むことができ、リードフレーム構造体は、リードフレーム構造体をセラミック材料と一体化させるリードフレーム構造体の一部分を含む。導電性バイアが、リードフレーム構造体内をセラミック材料の中に延び、リードフレーム構造体をセラミック材料と一体化させる。
本発明による一部の実施形態では、リードフレーム構造体は、セラミック材料の第１の表面上の第１のリードフレーム構造体を含み、この構造体は、第１のリードフレーム構造体の上のＬＥＤと、セラミック材料の第１の表面と反対側の第２の表面上の第２のリードフレーム構造体とを更に含むことができる。
本発明による一部の実施形態では、導電性バイアが、セラミック材料を通って第２のリードフレーム構造体まで更に延びる。
本発明による一部の実施形態では、リードフレーム構造体は、セラミック材料の第１の表面上に存在し、この構造体は、セラミック材料の第１の表面と反対側の第２の表面上にＬＥＤを更に含む。
本発明による一部の実施形態では、セラミック材料は、リードフレーム構造体の第１の表面上の第１のセラミック材料を含み、この構造体は、第１のセラミック材料上のＬＥＤと、リードフレーム構造体の第１の表面と反対側の第２の表面上の第２のセラミック材料とを更に含むことができる。
本発明による一部の実施形態では、導電性バイアは、第１のセラミック材料においてリードフレーム構造体を通って第２のセラミック材料内に更に延びる。
本発明による一部の実施形態では、ＬＥＤをその上に取り付けるための構造体は、セラミック材料と、このセラミック材料上のリードフレーム構造体とを含み、このリードフレーム構造体は、セラミック材料の第１及び第２の対向する表面上に連続的に延びるリードフレーム構造体のリードを含む。
本発明による一部の実施形態では、低温同時焼成セラミック材料は、素地状態セラミック材料とすることができる。本発明による一部の実施形態では、リードフレーム構造体は、金属とすることができる。本発明による一部の実施形態では、低温同時焼成セラミック材料と共に同時焼成されるリードフレーム構造体は、その接合部でリードフレーム構造体の金属と低温同時焼成セラミック材料との混合物とすることができる。
本発明による一部の実施形態では、この混合物は、接合部でのリードフレーム構造体の金属の成分と低温同時焼成セラミック材料との間の化学結合とすることができる。本発明による一部の実施形態では、リードフレーム構造体は、低温同時焼成セラミック材料内に引っ込んだリードフレーム構造体の突き抜け部分を更に含むことができる。
本発明による一部の実施形態では、突き抜け部分は、低温同時焼成セラミック材料とリードフレーム構造体との温度係数の差を補償するのに十分な距離で互いに離間している。本発明による一部の実施形態では、突き抜け部分は、温度係数の差を補償するように互いに対して位置決めされる。本発明による一部の実施形態では、この構造体は、リードフレームの離間突き抜け部分の間の低温同時焼成セラミック材料の表面上に導電性インクを含むことができ、リードフレームの離間突き抜け部分を電気的に接続することができる。
本発明による一部の実施形態では、低温同時焼成セラミック材料は、比較的軟質状態の低温同時焼成セラミック材料とすることができ、リードフレーム構造体は、比較的軟質状態の低温同時焼成セラミック材料の表面に圧入され、それによってリードフレーム構造体の一部分がこの表面より下に引っ込み、残りの部分はこの表面より上に突出する。
本発明による一部の実施形態では、低温同時焼成セラミック材料は、比較的軟質状態の低温同時焼成セラミック材料とすることができ、リードフレーム構造体は、比較的軟質状態の低温同時焼成セラミック材料の表面に圧入され、それによってリードフレーム構造体の一部分がこの表面より下に引っ込み、残りの部分はこの表面より上に突出する。本発明による一部の実施形態では、リードフレーム構造体は、低温同時焼成セラミック材料の表面に圧入された圧搾非穿刺部分を更に含むことができる。
本発明による一部の実施形態では、リードフレーム構造体及び低温同時焼成セラミック材料は、少なくとも摂氏約８５０度の低温で同時焼成される。本発明による一部の実施形態では、リードフレーム構造体及び低温同時焼成セラミック材料は、少なくとも摂氏約１０００度の高温で同時焼成される。本発明による一部の実施形態では、リードフレーム構造体は、リードフレーム構造体と低温同時焼成セラミック材料との接合部を横断する熱伝達及びリードフレーム構造体内の側方の熱伝達を容易にするように同時焼成される。
本発明による一部の実施形態では、リードフレーム構造体は、低温同時焼成セラミック材料の表面上に圧搾された粗化面を含む。本発明による一部の実施形態では、リードフレーム構造体は、直接隣接するリードフレーム構造体を分離する低温同時焼成セラミック材料内に引っ込んだリードフレーム構造体の突き抜け縁部部分を更に含む。
本発明による一部の実施形態では、リードフレーム構造体は、低温同時焼成セラミックの第１の表面に接続した第１のリードフレーム構造体を含むことができ、この構造体は、第１の表面に対向する低温同時焼成セラミックの第２の表面に接続した第２のリードフレーム構造体を更に含むことができる。本発明による一部の実施形態では、この構造体は、低温同時焼成セラミックを通って延びて第１及び第２のリードフレーム構造体を接続する導電材料が内部に堆積した複数のバイア孔を更に含むことができる。
本発明による一部の実施形態では、リードフレーム構造体は、低温同時焼成セラミックの第１の表面に接続され、この構造体は、低温同時焼成セラミック材料をその第１の表面から反対側の第２の表面まで通過して延びる導電材料が内部に堆積した複数のバイア孔を更に含むことができる。更に、複数の導電接点を複数のバイア孔に接続することができる。
本発明による一部の実施形態では、電子デバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。本発明による一部の実施形態では、リードフレーム構造体の一部分は、低温同時焼成セラミックの表面内の凹部と同じ場所に位置付けられた反射器凹部を更に含む。
本発明による一部の実施形態では、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、低温同時焼成セラミック材料と、低温同時焼成セラミック材料と共に同時焼成されたリードフレームとを含むことができる。ＬＥＤチップは、リードフレーム構造体上に存在し、リードフレームに結合されたワイヤを含む。
本発明による一部の実施形態では、ＬＥＤチップは、リードフレーム構造体にそれらの間のサブマウント構造体なしに接続される。本発明による一部の実施形態では、ＬＥＤチップは、リードフレーム構造体に接続したプラスチックパッケージ本体の具備なしに封入体に収容される。
本発明による一部の実施形態では、電子デバイスのための取り付け構造体を形成する方法は、リードフレーム構造体を低温同時焼成セラミックセラミック材料の表面に付加する段階と、低温同時焼成セラミック材料とリードフレームとを一緒に同時焼成する段階とによって提供することができる。
本発明による一部の実施形態では、リードフレームを付加する段階は、低温同時焼成セラミック材料の表面にリードフレーム構造体を圧入する段階によって提供することができる。本発明による一部の実施形態では、この表面にリードフレーム構造体を圧入する段階は、低温同時焼成セラミック材料とリードフレーム構造体との温度係数の差を補償するのに十分な距離で互いに離間したリードフレームの部分を低温同時焼成セラミック材料内に引っ込ませるように突き抜け加工する段階によって更に提供することができる。
本発明による一部の実施形態では、この凹部は、温度係数の差を補償するように互いに対して位置決めされる。本発明による一部の実施形態では、この構造体は、リードフレームのこの離間部分の間の低温同時焼成セラミック材料の表面上に導電性インクを付加し、この離間部分を電気的に接続する段階によって更に提供することができる。
本発明による一部の実施形態では、低温同時焼成セラミック材料は、比較的軟質状態の低温同時焼成セラミック材料とすることができ、リードフレーム構造体をこの表面に圧入する段階は、リードフレーム構造体を比較的軟質状態の低温同時焼成セラミック材料の表面に圧入し、それによってリードフレーム構造体の一部分がこの表面より下に引っ込み、残りの部分がこの表面より上に突出する段階によって更に提供することができる。
本発明による一部の実施形態では、リードフレーム構造体をこの表面に圧入する段階は、リードフレーム構造体の非穿刺部分を低温同時焼成セラミック材料の表面に圧入する段階によって更に提供することができる。本発明による一部の実施形態では、同時焼成する段階は、リードフレーム構造体と低温同時焼成セラミック材料とを少なくとも摂氏約８５０度の低温で同時焼成する段階によって更に提供することができる。
本発明による一部の実施形態では、同時焼成する段階は、リードフレーム構造体と低温同時焼成セラミック材料とを少なくとも摂氏約１０００度の高温で同時焼成する段階によって更に提供することができる。本発明による一部の実施形態では、同時焼成する段階は、リードフレーム構造体と低温同時焼成セラミック材料とを摂氏約８５０度未満の温度で同時焼成する段階によって更に提供することができる。
本発明による一部の実施形態では、同時焼成する段階は、リードフレーム構造体と低温同時焼成セラミック材料とを摂氏約１０００度よりも高い温度で同時焼成する段階によって更に提供することができる。本発明による一部の実施形態では、低温同時焼成セラミック材料は、セラミックスラリーを含む。本発明による一部の実施形態では、低温同時焼成セラミック材料は、セラミック湿潤ペーストとすることができる。
本発明による一部の実施形態では、電子デバイスのための取り付け構造体を形成する方法は、リードフレーム構造体を低温同時焼成セラミックセラミック材料の表面に付加する段階と、低温同時焼成セラミック材料とリードフレームとを一緒に同時焼成する段階とによって提供することができる。本発明による一部の実施形態では、発光ダイオード（ＬＥＤ）を形成する方法は、ＬＥＤリードフレーム構造体と共に同時焼成された低温同時焼成セラミック材料を含む構造体上にＬＥＤを取り付ける段階と、ＬＥＤリードフレーム構造体からのワイヤをＬＥＤの端子に結合する段階とによって提供することができる。封入体は、ＬＥＤの上に形成することができる。
以下、本発明の実施形態を示す添付図面を参照して本発明に関してより完全に説明する。しかし、本発明は、多くの異なる形で具現化することができ、本明細書で説明する実施形態に制限されると解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本発明の開示を徹底的かつ完全なものとして当業者に本発明の範囲を十分に伝えるように提供するものである。添付図面において、説明を明確にするために、層及び領域のサイズ及び相対サイズは誇張している場合がある。全体を通じ、同様の要素は同じ番号によって示している。
層、領域、又は基板のような要素が、別の要素「上に」存在している、又は「の上に」延びるとして参照される場合、この要素は他の要素の上に直接存在し、又は他の要素の上に直接延びる場合もあれば、又は介在要素が存在する場合もあると理解すべきである。対照的に、要素が別の要素「上に直接」存在し、又は別の要素「の上に直接」延びるとして参照される場合、介在要素は存在しない。要素が別の要素に「接続」されている、又は「結合」されているとして参照される場合、この要素は他の要素に直接接続又は結合している場合もあり、又は介在要素が存在する場合もあることも理解すべきである。対照的に、要素が別の要素に「直接接続」されている、又は「直接結合」されているとして参照される場合、介在要素は存在しない。
本明細書では、「下方」、「上方」、「上側」、「下側」、「水平」、「側方」、「垂直」のような相対語を使用して、図に示すような要素、層、又は領域同士の関係を説明することがある。これらの用語は、図に示す方向に加えて、デバイスの異なる方向を含むことを意図されたものであると理解すべきである。
本明細書では、様々な要素、構成要素、領域、層、及び／又は区域を説明するために「第１」、「第２」のような用語を使用するが、これらの要素、構成要素、領域、層、及び／又は区域をこれらの用語によって制限すべきではないと理解すべきである。これらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、層、及び／又は区域を別の領域、層、及び／又は区域と区別するために使用するものに過ぎない。従って、以下で説明する第１の要素、構成要素、領域、層、又は区域は、本発明の教示から逸脱することなく第２の要素、構成要素、領域、層、又は区域と呼ぶことができる。
特に定めがない限り、本明細書で使用する全ての用語（技術用語及び科学用語を含む）は、本発明が属する技術の当業者が一般的に理解している意味と同じ意味を有する。本明細書で使用する用語は、本明細書及び当業技術との関連におけるこれらの意味に従う意味を有すると解釈すべきであり、本明細書で明確に定義しない限り、理想的な又は過度に形式的な意味で解釈されないことは更に理解されるであろう。
本明細書では、本発明の理想的な実施形態（及び中間構造）の概略図である断面図を参照して本発明の実施形態を説明する。説明を明確にするために、図面内の層及び領域の厚みは誇張している場合がある。また、例えば、製造技術及び／又は製造公差の結果として形状が説明図のものとは異なることが予想される。従って、本発明の実施形態は、本明細書に示す領域の特定の形状に制限されると解釈すべきではなく、例えば、製造に起因する形状の変動を含むと解釈すべきである。
本明細書で用いられる用語「半導体発光ダイオード」は、発光ダイオード、レーザダイオード、及び／又はシリコン、シリコンカーバイド、窒化ガリウム、及び／又は他の半導体材料を含むことができる１つ又はそれよりも多くの半導体層と、サファイア、シリコン、シリコンカーバイド、及び／又は他のマイクロ電子基板を含むことができる基板と、金属及び／又は他の導電層を含むことができる１つ又はそれよりも多くの接点層とを含む他の半導体デバイスを含むことができる。一部の実施形態では、紫外、青色、及び／又は緑色発光ダイオード（ＬＥＤ）を提供することができる。赤色及び／又は橙色ＬＥＤも提供することができる。半導体発光ダイオードの設計及び製造は当業者に公知であり、本明細書での詳細説明は要しない。
本発明の実施形態による半導体発光ダイオードパッケージは、ノースカロライナ州ダラム所在の「Ｃｒｅｅ，Ｉｎｃ．」によって製造かつ販売されているデバイスのようなシリコンカーバイド基板上に製造された窒化ガリウムベースのＬＥＤ又はレーザとすることができる。本発明の実施形態による半導体発光ダイオードパッケージは、例えば、図３−図６に示すように構成することができる。
特に、図３は、活性領域４１５上に形成されたＰ型領域４１０上の第１の接点４０５を含み、時に２トップサイド水平型又は横型ＬＥＤ４００と呼ばれるものを示している。活性領域４１５は、第１の接点４０５から側方に離間した第２の接点４３０をその上に含むＮ型領域４２０上に位置する。Ｎ型領域４２０は、サファイア材料４２５上に位置することができる。一部の実施形態では、図４に示すように、図３での配列を反転することができ、それによって接点はうつ伏せ状態になる。
図５は、活性領域６１５上に形成されたＰ型領域６１０上の第１の接点６０５を含み、時に１トップサイド垂直型ＬＥＤ６００と呼ばれるものを示している。活性領域６１５は、Ｎ型領域６２０の上に位置し、その全てはシリコンカーバイド基板６２５上にあり、デバイス内の空洞内に取り付けることができる。
図６は、うつ伏せ状態にあるＰ型領域７１０を有する時にフリップチップＬＥＤ７００構成と呼ぶものを示している。下側接点７３０がＰ型領域７１０の下に位置し、活性領域７１５がその上に形成される。上側接点７０５をその上に有するＮ型領域７２０が、活性領域７１５上に存在する。
本明細書で用いられる用語「セラミック」は、アルミナ、ジルコニアなどを含む酸化物のような無機結晶性酸化物材料、炭化物、硼化物、窒化物、珪化物などを含む非酸化物、及び酸化物と非酸化物との複合材料を含む。例えば、セラミック材料は、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＺｎＯなどとすることができる。このリストは、本発明による一部の実施形態に使用することができる材料の例を含み、こうしたセラミック材料の網羅的なリストではない。用語「セラミック」は、プラスチック又は熱硬化性材料を含むようには意図されない。
本明細書に説明するように、本発明による様々な実施形態は、セラミック材料上のリードフレームを含むことができるＬＥＤをその上に取り付けるための構造体を提供することができ、リードフレーム構造体は、セラミック材料とリードフレーム構造体とが互いに一体化することを可能にする部分を含む。例えば、本発明による一部の実施形態では、リードフレーム構造体内の導電性バイアがセラミック材料の中に延びてその一体化を提供する。
本発明による一部の実施形態では、リードフレーム構造体は、セラミック材料の上面と対向するその下面の両方の上に延びてこの一体化を提供する。本発明による更に別の実施形態では、この一体化は、リードフレームと共に同時焼成されるセラミック材料として同時焼成セラミックを例えばリードフレーム構造体の構成材料と同時焼成セラミックとが互いに混合することができるように使用することによって提供することができる。本発明による一部の実施形態では、セラミック材料は低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）材料とすることができる。
図７は、本発明によるその上にリードフレーム構造体１００を有するセラミック材料２００を含むＬＥＤパッケージの断面図である。特に、ＬＥＤ１９０は、リードフレーム構造体１００の上面の上に位置し、リードフレーム構造体１００の一部分に接合するワイヤ１９３を含む。ＬＥＤパッケージは、リードフレーム構造体１００と下側セラミック材料２００の間の接着を強化することができる特徴部２１５を更に含む。
セラミック材料２００の反対側は、その上に形成されセラミック材料２００を通って延びてリードフレーム構造体１００に電気的に接触するバイア２０５に電気的に接続するいくつかの導電接点２１０を含む。バイア２０５は、リードフレーム構造体１００と接点２１０の間の導電性を提供するように導電材料で満たされていることは理解されるであろう。更に、バイア２０５内の導電材料及び接点２１０は、例えば、電気鍍金処理によって形成することができる。バイア２０５は、リードフレーム構造体１００を下側のセラミック材料２００に一体化することができ、特徴部２１５によって提供される接着に加えてそれらの間の接着を強化することは理解されるであろう。
リードフレーム構造体１００は、信号をＬＥＤ１９０に提供することができ、かつセラミック材料２００内に延びるバイア２０５に接続するようにワイヤ１９３が接続することができるフレームワークを提供する金属構造体とすることができることは理解されるであろう。リードフレーム構造体１００は、ＬＥＤパッケージの組立の間でのＬＥＤ１９０への機械的支持を提供することができる。リードフレーム構造体１００は、金、銀などのような金属で製造することができることは理解されるであろう。リードフレーム構造体１００とのセラミック材料２００の一体化は、図７での矢印に示すように、ＬＥＤ１９０から出てリードフレーム１００に入りセラミック材料２００に達する熱伝達、及び構造体及び材料それら自体内での側方の熱伝達を容易にすることができる。
図８は、本発明による一部の実施形態における第１及び第２のリードフレーム１００、３００とそれらの間に挟まれたセラミック材料２００とを含むＬＥＤパッケージの断面図である。特に、第１のリードフレーム構造体１００は、図７に関して上述したように、セラミック材料２００の上面の上に形成される。第２のリードフレーム構造体３００は、第１のリードフレーム構造体１００と面してセラミック材料２００の反対側表面上に形成される。
第２のリードフレーム３００は、導電材料で満たされた導電性バイア３０５を受け取る位置でのセラミック材料２００の下面への第２のリードフレーム構造体３００の接着を強化する特徴部３１０を含む。ＬＥＤパッケージは、リードフレーム構造体１００と下側セラミック材料２００の間の接着をこれも強化することができる特徴部２１５を更に含むことは理解されるであろう。
図８に示すように、バイア３０５はセラミック材料２００を通って第１のリードフレーム構造体１００から第２のリードフレーム構造体３００に延び、それによって２つのリードフレーム構造体は、互いに電気的に接続することができ、同時にセラミック材料２００に電気的に接続することができる。
バイア３０５は、リードフレーム構造体１００、３００及び挟まれたセラミック材料２００の間の一体化を提供し、特徴部２１５によって提供される接着に加えてそれらの間の接着を強化することができることは理解されるであろう。リードフレーム構造体１００、３００とのセラミック材料２００の一体化は、図８での矢印に示すように、ＬＥＤ１９０から出てリードフレーム１００に入りセラミック材料２００及びリードフレーム構造体３００に達する熱伝達、及び構造体及び材料それら自体内での側方の熱伝達を容易にすることができる。
図９は、本発明による一部の実施形態におけるリードフレーム構造体１００の上にセラミック材料２００を含むＬＥＤパッケージの断面図である。特に、リードフレーム構造体１００は、セラミック材料２００の下面に取り付けられ、ＬＥＤ１９０は、セラミック材料２００の下面と反対側のセラミック材料２００の上面に取り付けられる。更に、導電性バイア２０５が、リードフレーム構造体１００の中でセラミック材料２００の中に延び、セラミック材料２００とリードフレーム構造体１００との一体化を提供し、それらの間の接着を強化することができる。更に、リードフレーム１００内の特徴部２１５も、セラミック材料２００とリードフレーム構造体１００の間の接着を強化することができる。リードフレーム構造体１００は、リードフレーム構造体１００から側方に延びるリード１０７を含み、その一部分をセラミック材料２００によって覆うことができる。リードフレーム構造体１００とのセラミック材料２００の一体化は、図９での矢印に示すように、ＬＥＤ１９０から出てセラミック材料２００に入りリードフレーム構造体１００に達する熱伝達、及び構造体及び材料それら自体内での側方の熱伝達を容易にすることができる。
図１０は、本発明による一部の実施形態における上側及び下側セラミック材料２００、２０１とそれらの間に挟まれたリードフレーム構造体１００とを含むＬＥＤパッケージの断面図である。特に、上側セラミック材料２００はリードフレーム構造体１００の上面の上に取り付けられ、その中央部分に空洞を含む。図１０に示すように、ＬＥＤ１９０は、上側セラミック材料２００の中央部分に配置することができる。下側セラミック材料２０１は、リードフレーム構造体１００のその上面と対向する下面に取り付けられる。導電性バイア２０５が、上側及び下側セラミック材料２００、２０１の各々の中をリードフレーム構造体１００の中に延び、セラミック材料２００、２０１とそれらの間に挟まれたリードフレーム構造体１００との一体化を提供し、それらの間の接着を強化することができる。リードフレーム構造体１００とのセラミック材料２００、２０１の一体化は、図１０での矢印に示すように、ＬＥＤ１９０から出てセラミック材料２００に入りリードフレーム構造体１００及びセラミック材料２０１に達する熱伝達、及び構造体及び材料それら自体内での側方の熱伝達を容易にすることができる。
図１１は、本発明による一部の実施形態におけるセラミック材料２００の上面とその対向する下面の両方の上に延びるリードフレーム構造体１００を含むＬＥＤパッケージの断面図である。図１１により、リードフレーム構造体１００は、セラミック材料２００の中央部分上に、かつその上面の外側部分上に延び、セラミック材料２００の側部上に、並びにセラミック材料２００のその上面と対向する下面上に引き続き延びる。更に、ＬＥＤ１９０は、リードフレーム構造体１００の中央部分に取り付けられ、かつリードフレーム構造体１００の一部分にＬＥＤ１９０を接続するワイヤ１９３を含む。その結果、セラミック材料２００とリードフレーム構造体１００とが、セラミック材料２００の対向する上面上と下面上の両方に連続したリードフレーム構造体の延長によって互いに一体化されて接着される。リードフレーム構造体１００とのセラミック材料２００の一体化は、図１１での矢印に示すように、ＬＥＤ１９０から出てリードフレーム構造体１００に入ってセラミック材料２００に達する熱伝達、及び構造体及び材料それら自体内での側方の熱伝達を容易にすることができる。図１２は、本明細書に説明する実施形態のいずれにも使用することができるリードフレーム構造体１００の代替的な実施形態の平面図である。
本発明による一部の実施形態では、図７−図１１に関して説明したものを含む本明細書に説明するセラミック材料２００は、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）とすることができる。ＬＴＣＣ材料は、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＺｎＯなどのような本明細書に説明するセラミック材料で形成された素地状態セラミックテープと呼ばれることもあるもので提供することができる。素地状態において、ＬＴＣＣ材料は、様々な形状にプレス成形することができるように展性を有することができる。リードフレーム１００は、例えば、ＬＴＣＣ材料２００の上面に圧入され、次に一緒に同時焼成することができる。リードフレーム構造体１００とＬＴＣＣ材料２００との同時焼成は、リードフレーム構造体１００及びＬＴＣＣ材料２００を構成する成分要素を例えばその接合部で互いに混合させることができ、それによってリードフレーム構造体１００とＬＴＣＣ材料２００とは一体化するようになる。一部の実施形態では、同時焼成は、その中の材料の互いの化学結合又は共有結合を容易にする。
そのような実施形態では、ＬＴＣＣ材料とリードフレーム構造体１００とは互いと一緒に同時焼成することができる。例えば、本発明による一部の実施形態では、ＬＴＣＣ材料２００とリードフレーム構造体１００とは一緒に圧搾されかつ一緒に加熱されてそれによってＬＣＴＴ材料２００とリードフレーム構造体１００との成分要素は、互いの混合により一体化するようになる。
本発明による一部の実施形態では、ＬＴＣＣ材料２００とリードフレーム構造体１００とは、１０００℃未満の温度で同時焼成される。本発明による更に他の実施形態では、ＬＴＣＣ材料２００とリードフレーム構造体１００とは、８５０℃よりも高く、しかし１０００℃未満の温度で同時焼成される。一部の実施形態では、ＬＴＣＣ材料２００とリードフレーム構造体１００とは、８５０℃未満の温度で同時焼成されるが、適切な同時焼成を可能にするためにより長い時間加熱されることがあることは理解されるであろう。一部の実施形態では、ＬＴＣＣ材料２００とリードフレーム構造体１００とは、１０００℃よりも高い温度で同時焼成されるが、適切な同時焼成を可能にするためにより短い時間にわたって加熱されることがある。図３−図２０に関して本明細書に説明するあらゆる実施形態は、上述の温度で同時焼成のために加熱することができることは理解されるであろう。
本発明による他の実施形態では、ＬＴＣＣ材料２００とリードフレーム構造体１００とが特定の温度で同時焼成される時に、ＬＴＣＣ材料２００とリードフレーム構造体との十分な同時焼成を容易にするために１つ又はそれよりも多くの付加的なエネルギ源を提供することができ、それらの成分材料が互いに一体化するようになる。例えば、ＬＴＣＣ材料２００とリードフレーム構造体との同時焼成は、圧力をかけて行うことができる。一部の実施形態では、ＬＴＣＣ材料２００とリードフレーム構造体との十分な同時焼成を容易にする付加的なエネルギを提供するために超音波エネルギを使用することができる。その結果、ＬＴＣＣ材料２００とリードフレーム構造体１００とが例えば８５０℃未満で同時焼成される場合、ＬＴＣＣ材料２００とリードフレーム構造体１００との十分な同時焼成を容易にするために１つ又はそれよりも多くの付加的なエネルギ源を提供することができ、それらの成分材料が互いに一体化するようになる。図３−図２０に関して本明細書に説明するあらゆる実施形態は、上述のような１つ又はそれよりも多くの付加エネルギ源と併せて、上述の温度で同時焼成のために加熱することができることは理解されるであろう。
リードフレーム構造体１００とＬＴＣＣ材料２００との同時焼成の後、ＬＥＤ１９０からの熱伝達を容易にするために、同時焼成されたリードフレーム構造体１００とＬＴＣＣ材料２００との内部に経路を提供することができる。例えば、図２に示すように、ＬＥＤデバイス１９０から出てリードフレーム構造体１００とＬＴＣＣ材料２００との接合部に向いかつそれを横断する熱の伝導、並びにリードフレーム構造体１００それ自体の側方の熱の伝導を高めることができる。図２は、熱伝導のための個別の経路を示しているが、多くの経路が提供されることは理解されるであろう。
ＬＴＣＣ材料２００は、その中に導電性バイア又は他の特徴部を形成するようにパンチ加工、カット加工、及び／又は穿孔することができる。ＬＴＣＣ材料２００は、ＬＥＤパッケージの組立中のＬＥＤ１９０及びリードフレーム構造体１００のための機械的支持を提供することができ、かつダイ取り付けパッド、電気トレースのような電気的接続を提供する特徴部、並びに熱エネルギの消散を容易にする特徴部、及び反射器及び／又はレンズのような光学的機能性及び／又は他の機能性を高める特徴部を含むことができる。
バイアは、導電材料で鍍金及び／又は充填することができ、かつＬＴＣＣ材料２００、リードフレーム構造体（並びにバイア）は、ＬＴＣＣ材料を硬化状態に変換するように同時焼成することができる。上述のように、例えば、金属トレースを鍍金及びパターン化することによって形成することができる接点２１０が、バイア２０５に電気的に接続される。
図１３Ａ及び図１３Ｂは、リードフレーム構造体１００の平面図と、図１３ＡのＡ−Ａ’ラインに沿って得られた断面図とをそれぞれ示し、一部の実施形態におけるセラミック材料２００としてのＬＴＣＣ材料の使用が強調されている。リードフレーム１００は、中央領域１０２と、中央領域１０２から離れて延びる複数のリード１０４、１０６とを含む。電気リード１０４、１０６は互いに及び／又はリードフレーム構造体１００の中央領域１０２から電気的に分離することができる。それらのリードは、逆の極性型（例えば、アノード又はカソード）のリードがリードフレーム構造体１００の反対側に提供されるように配列することができる。本発明による一部の実施形態では、電気リード１０４、１０６は同じ厚みを有することができる。本発明による一部の実施形態では、電気リード１０４、１０６は異なる厚みを有することができる。
図１３Ａに示すように、リードフレーム構造体１００は、上面１０２ａを更に有する。リードフレーム構造体１００の中央部分１０２は、側壁１０２ｃによってリード１０４、１０６の下面１０４ｂ、１０４ｃから離間した実質的に平坦な下面１０２ｂを有する。中央領域１０２は、第１の厚み（すなわち、リードフレーム構造体１００の上面１００ａと中央領域１０２の下面１０２ｂの間の間隔）を有し、電気リード１０４、１０６は、第１の厚みよりも薄い第２の厚み（すなわち、リードフレーム構造体１００の上面１００ａとそれぞれのリード１０４、１０６の下面１０４ｂ、１０６ｂの間の間隔）を有する。
空洞１２０が中央領域１０２内に形成される。本発明による一部の実施形態では、空洞１２４はリードフレーム構造体１００の上面１００ａから中央領域１０２の内部に位置する基部１２４ｂまで延びる傾斜側壁を含む。空洞１２４は、任意の周囲形状を有することができる。しかし、図１３Ａ及び図１３Ｂに示す実施形態では、空洞１２４は、ほぼ円形の周囲形状を有する。従って、空洞１２４の傾斜側壁は、空洞１２４がそこでリードフレーム構造体１００の上面１０２ａと交差するほぼ円形の上側リップ１２４ａを形成することができる。図１３Ａ−図１３Ｂに示されている空洞１２４の側壁は、円錐断面の形状（例えば、円錐台）を有する。しかし、空洞１２４の側壁は、例えば、立体放物線断面である他の形状を形成することができる。本発明による一部の実施形態では、空洞１２０の側壁は、図１３Ｂに示すような傾斜ではなく実質的に垂直である。本発明による一部の実施形態では、空洞１２４は少なくとも１つの反射性表面を含む。
空洞１２４の基部１２４ｂは、中央領域１０２の幅（すなわち、中央領域１０２の側壁１０２ｃの間の間隔）よりも小さい直径を有する。更に、空洞１２４の上側リップ１２４ａは、中央領域１０２の幅以下とすることができる直径を有する。更に、空洞１２４の基部１２４ｂと中央領域１０２の下面１０２ｂの間の中央領域１０２の厚みは、電気リード１０４、１０６よりも厚い場合がある。ＬＥＤ１９０は、中央領域１０２内に空洞基部１２４ｂ上に位置付けられ、リードフレーム構造体１００のリードに接合された端子ワイヤを含む。
図１３Ｂに示すように、リードフレーム構造体１００は、ＬＴＣＣ材料２００上に位置付けられ、かつそれと共に同時焼成され、ＬＴＣＣ材料は、同時焼成の後に比較的軟質な状態から硬化した状態に変化する。複合したリードフレーム構造体１００及びＬＴＣＣ材料２００は、ＬＥＤ１９０は経路１９４を通じて（リードフレーム構造体１００とＬＴＣＣ材料２００との接合部に向い）、かつリードフレーム１００の外側縁部に向う熱の伝導を高める。リードフレーム構造体１００とＬＴＣＣ材料２００との同時焼成は、リードフレーム構造体１００及びＬＴＣＣ材料２００を構成する成分要素を例えばその接合部で互いに混合させることができ、それによってリードフレーム構造体１００とＬＴＣＣ材料２００とは一体化するようになる。
図１４は、本発明による一部の実施形態におけるタブ５１０を通じて取り付けられたリードフレーム構造体５０５のアレイを示す略平面図である。リードフレーム構造体５０５のアレイは、例えば、銅である金属の単シートから形成することができ、単シートは圧断されて図示のパターンが生成されることは理解されるであろう。リードフレーム構造体５０５が下側のＬＴＣＣ材料２００に付加される時に、タブ５１０、並びに個々のリードフレーム構造体５０５内の他の特徴部は、リードフレーム構造体５０５の部分のみがＬＴＣＣ材料２００に付加されるように除去することができることは更に理解されるであろう。
図１５Ａ及び図１６Ｂは、本発明による実施形態におけるＬＴＣＣ材料を伴うリードフレーム構造体の形成を示す断面図である。図１５Ａにより、リードフレーム構造体６０５を、ＬＴＣＣ材料２００の上に置くことができる。リードフレーム構造体６０５は、リードフレーム構造体のアレイ５００にまだ接続されている時に（すなわち、タブ５１０によって他のリードフレーム構造体５０５にまだ接続されている時に）ＬＴＣＣ材料２００上に置くことができることは理解されるであろう。
図１５Ａに更に示すように、突起６１５を含むプレス６００が、リードフレーム構造体６０５に接触することができる。その結果、リードフレーム構造体６０５は、プレス６００によって下側のＬＴＣＣ材料２００に付加することができる。本明細書に説明されているように、ＬＴＣＣ材料２００は展性を有する形態にあることができ、それによって突起６１５がリードフレーム構造体６０５に接触する時にリードフレーム構造体６０５は図５に示すフレームから離され、例えば、ＬＥＤ１９０がその中に位置することができる基部を提供するように更に成形される。更に、下側のＬＴＣＣ材料２００は、突起６１５、並びにリードフレーム構造体６０５の突起６１５に近接する部分を収容するように変形する。本発明による更に別の実施形態では、ＬＴＣＣ材料２００の上面と向い合うリードフレーム構造体１００の表面は、それらの付加中のリードフレーム構造体１００と下側のＬＴＣＣ材料２００との間の接着を強化するために粗化することができる。
図１５Ｂにより、図１５Ａに示すリードフレーム構造体６０５は、ＬＴＣＣ材料２００の上面に空洞１２４の形状で圧入される。更に、ＬＴＣＣ材料２００及びリードフレーム構造体１００は互いと共に同時焼成され、それによってそれらの中の成分要素がリードフレーム構造体１００とＬＴＣＣ材料２００の間の接合部で混合して互いに一体化するようになり、それによってＬＥＤから出てリードフレーム構造体１００を通ってＬＴＣＣ材料２００に入る熱の伝達を容易にすることができる。図１５Ａ及び図１５Ｂは、リードフレーム構造体を下側のＬＴＣＣ材料に付加することができる処理の一般的な説明を提供することは理解されるであろう。
図１６−図２０は、リードフレーム構造体を下側のＬＴＣＣ材料に付加することができる一部の代替的な実施形態を示している。特に、図１６により、リードフレーム構造体７０５は、リードフレーム構造体７０５の穿刺加工によって作成された突き抜け部分７１５を含む。図１７に示すように、リードフレーム構造体７０５の突き抜け部分８００は、ＬＴＣＣ材料２００内に引っ込んでいる。
リードフレーム構造体７０５とＬＴＣＣ材料２００との同時焼成は、リードフレーム構造体１００とＬＴＣＣ材料２００とを構成する成分要素を例えばそれらの接合部で互いに混合させることができ、それによってリードフレーム構造体１００とＬＴＣＣ材料２００とは一体化するようになる。突き抜け部分８００が、ＬＴＣＣ材料２００の上面の下に引っ込んでいるので、それらの突き抜け部分８００は、リードフレーム構造体からＬＴＣＣ材料２００内への更に別の熱伝達を容易にすることができる。
図１７で更に示すように、突き抜け部分８００は、ＬＴＣＣ材料２００とリードフレーム構造体７０５との温度係数の差を補償するのに足りる間隔で互いに離間することができる。特に、ＬＴＣＣ材料とリードフレーム構造体７０５とは異なる材料で形成され、それによってそれら材料の各々はそれぞれの温度係数を有することになり、これは、加熱中の膨張の異なる程度を説明することになる。その結果、離間突き抜け部分８００の間の間隔は、ＬＴＣＣ材料２００の比較的低い温度係数と比較してリードフレーム構造体７０５を形成するのに使用される金属のより大きい温度係数を補償することができる。従って、離間突き抜け部分８００の間の間隔は、それらの間の膨脹接合部を提供することができ、それによって加熱中にリードフレーム構造体がＬＴＣＣ材料２００よりも膨張する時に、それら２つの材料は一体のままとすることができ、分離する可能性は低い。更に、突き抜け部分８００の間の間隔を導電性インク８１５で満たすことができ、そのインクは、リードフレーム構造体７０５の突き抜け部分８００の間の導電性を提供すると同時に突き抜け部分８００のより大きい膨張も依然として補償することができる。従って、ＬＥＤパッケージを提供するために、ＬＥＤ１９０をリードフレーム構造体７０５の突き抜け部分上に配置することができることは理解されるであろう。
本発明による更に別の実施形態では、突き抜け部分７１５のパターンは、温度係数の差を更に補償するように構成することができる。例えば、突き抜け部分７１５は、リードフレーム構造体７０５内部に様々に位置することができる。
図１８は、比較的軟質状態にある時のＬＴＣＣ材料２００内に圧入される突起９００を含むリードフレーム構造体９０５の断面図である。特に、リードフレーム構造体９０５は、ＬＴＣＣ材料２００に向い合うその表面上に突起９００を含むように形成することができる。リードフレーム構造体９０５は、次に、突起９００がＬＴＣＣ材料２００の上面の下に延びてＬＴＣＣ材料２００内部に引っ込むようにＬＴＣＣ材料の上面に付加される。その結果、突起９００は、ＬＥＤ１９０から出る熱の伝達を更に容易にすることができる。
リードフレーム構造体９０５とＬＴＣＣ材料２００との同時焼成は、リードフレーム構造体９０５及びＬＴＣＣ材料２００を構成する成分要素を例えばその接合部で互いに混合させることができ、それによってリードフレーム構造体９０５とＬＴＣＣ材料２００とが一体化されるようになる。
図１９は、本発明による実施形態におけるタブ１００５によって接続した構造体のアレイの一部とすることができるリードフレーム構造体１０００の概略図を示す平面図である。図１９で更に示すように、圧搾非穿刺部分１０１０がリードフレーム構造体１０００内に形成される。例えば、圧搾非穿刺部分１０１０は、図５に示すアレイからリードフレーム構造体１０００を分離する時に又はリードフレーム構造体１０００をＬＴＣＣ材料２００の上面に付加する時に形成することができる。リードフレーム構造体１０００とＬＴＣＣ材料２００との同時焼成は、リードフレーム構造体１０００及びＬＴＣＣ材料２００を構成する成分要素を例えばその接合部で互いに混合させることができ、それによってリードフレーム構造体１０００とＬＴＣＣ材料２００とが一体化されるようになる。
図２０は、ＬＴＣＣ材料２００に付加された圧搾非穿刺部分１００を示す断面図であり、リードフレーム構造体１０００の圧搾非穿刺部分はＬＴＣＣ材料の表面に圧入されているが、リードフレーム構造体は、ＬＴＣＣ材料２００への付加の後に連続した材料のままに残る。本発明による一部の実施形態では、セラミック材料のスラリ又は湿潤ペーストが、ＬＴＣＣ材料２００を提供することができる。従って、セラミック材料のスラリ又は湿潤ペーストは、材料の改善した一体化に互いをもたらすように、リードフレーム構造体１００との同時焼成を可能にする治具、型、又は他の構造体に提供することができる。
本明細書に説明されているように、本発明による様々な実施形態は、セラミックリードフレーム材料上にリードフレームを含むことができるＬＥＤをその上に取り付けるための構造体を提供することができ、リードフレーム構造体は、セラミック材料とリードフレームとが互いに一体化することを可能にする部分を含む。例えば、本発明による一部の実施形態では、リードフレーム構造体内の導電性バイアがセラミック材料の中に延びて一体化を提供する。
本発明による一部の実施形態では、リードフレーム構造体は、セラミック材料の上面上及び対向する下面上の両方に延びてこの一体化を提供する。本発明による更に別の実施形態では、この一体化は、例えば、リードフレーム構造体及び同時焼成セラミック材料の成分要素が互いに混合することができるように、リードフレーム構造体と共に同時焼成されるセラミック材料として同時焼成セラミックを使用することによって提供することができる。本発明による一部の実施形態では、セラミック材料は、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）材料とすることができる。
添付図面及び本明細書においては、本発明の典型的な好ましい実施形態を開示し、かつ特定の用語が使用されているが、それらは、網羅的及び説明的な意味のみで使用されて制限の目的では用いられず、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲に示されている。
４００ ２トップサイド接点水平型又は横型ＬＥＤ
４０５ 第１の接点
４１０ Ｐ型領域
４１５ 活性領域
４２０ Ｎ型領域
４３０ 第２の接点
４０５ 第１の接点
４１０ Ｐ型領域
４１５ 活性領域
４２０ Ｎ型領域
４３０ 第２の接点
Claims (4)
- 電子デバイスのための取り付け構造体を形成する方法であって、
リードフレーム構造体を低温同時焼成セラミック材料の表面に付加する段階であって、前記リードフレーム構造体は、中央領域と該中央領域から離れて延びる複数のリードとを含み、前記複数のリードは、ワイヤに結合するように構成された、段階と、
前記低温同時焼成セラミック材料と前記リードフレームとを一緒に同時焼成し、該リードフレーム構造体と前記セラミック材料を互いに混合した成分要素を含む、前記リードフレーム構造体を、該リードフレーム構造と前記セラミック材料との接合部で、前記セラミック材料と一体化する該リードフレーム構造体の一部分を形成する段階と、
前記リードフレーム構造体上にＬＥＤを取り付ける段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - リードフレーム構造体を付加する段階は、
前記低温同時焼成セラミック材料の前記表面内に前記リードフレーム構造体を圧入する段階、
を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記表面内に前記リードフレーム構造体を圧入する段階は、
前記低温同時焼成セラミック材料と該リードフレーム構造体の各々の膨張の程度の差を補償するのに十分な距離で互いに離間した該リードフレームの各部分を、該低温同時焼成セラミック材料内に圧入する段階である、
ことを特徴とする請求項２に記載の方法。 - 前記圧入したリードフレームの各部分は、前記各々の膨張の程度の前記差を補償するように互いに対して位置決めされることを特徴とする請求項３に記載の方法。
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