JP6740446B2

JP6740446B2 - 集積ｌｅｄドライバ用のプリント回路基板

Info

Publication number: JP6740446B2
Application number: JP2019500482A
Authority: JP
Inventors: ソン，ジンフア; ソエル，ヴァウター; ボーン，ロン; チュ，イーフォン
Original assignee: ルミレッズリミテッドライアビリティカンパニー
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2017-05-05
Publication date: 2020-08-12
Anticipated expiration: 2037-05-05
Also published as: EP3482604A1; EP3482604B1; KR20190027376A; CN109792813A; KR102196341B1; JP2019523552A; CN109792813B

Description

本出願は、２０１６年７月６日に出願された米国仮特許出願第６２／３５９，１１２号及び２０１６年９月２７日に出願された欧州特許出願第１６１９０８４１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。

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、一部の用途において多量の熱を発生し得る。１つのそのような用途は、照明器具用の光源を形成するために使用される高出力ＬＥＤのアレイであり得る。発生された熱は除去されなければならない。

それを遂行するため、それらのＬＥＤは典型的に、例えばガラス強化エポキシラミネートＰＣＢなどの誘電体基板からなる従来のプリント回路基板を使用するのではなく、金属コアプリント回路基板（metal core printed circuit boardＭＣＰＣＢ）上に実装される。

ＭＣＰＣＢは、例えばアルミニウムなどの金属基板と、該金属基板の上の誘電体層と、該誘電体層の上のパターン形成された金属層とを含み得る。パターン形成された金属層は銅からなり得る。パターン形成された金属層は、ＬＥＤを電源に接続し得る。そして、金属基板は、接地された金属ヒートシンクに熱的及び／又は電気的に結合されるか、あるいは、フローティングにされるかし得る。

ＭＣＰＣＢは、横方向の熱拡散及びヒートシンクへの放熱を改善し得る金属基板の相応の厚みにより、他のＰＣＢよりも良好な熱性能を有し得る。

発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュール、及びＬＥＤモジュールを形成する方法が開示される。ＬＥＤモジュールは、１つ以上のＬＥＤコンポーネントと、１つ以上の他の回路とを包含し得る。ＬＥＤモジュールは、ベース金属基板上に第１の誘電体層を含み得る。第１の誘電体層上に第１のパターン形成された金属層が形成され得る。第１のパターン形成された金属層は電気インターコネクトを提供し得る。第１のパターン形成された金属層内に局所遮蔽領域が形成され得る。局所遮蔽領域は、実質的に連続した導電材料の領域とし得る。第１のパターン形成された金属層上に第２の誘電体層が形成され得る。第２の誘電体層上に第２のパターン形成された金属層が形成され得る。第２のパターン形成された金属層は電気インターコネクトを提供し得る。第２の金属層は、第１及び第２の誘電体層の少なくとも一部によって、ベース金属基板から電気絶縁され得る。

１つ以上のＬＥＤが、第２のパターン形成された金属層上にマウントされて、ベース金属基板に熱的に結合され得る。１つ以上のデバイスが、第２のパターン形成された金属層上に形成されて、上記１つ以上のＬＥＤに目標電流を供給するように構成され得る。上記１つ以上のデバイスは、急勾配電圧波形を搬送するデバイスを含み得る。急勾配電圧波形を搬送するデバイスは、局所遮蔽領域の少なくとも一部の上方にあるとし得る。第２のパターン形成された金属層上にＤＣ電圧ノードが実装され得る。ＤＣ電圧ノードは局所遮蔽領域に電気的に接続され得る。

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よう。
単層金属コアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）を使用するドライバオンボード（ＤＯＢ）モジュールの断面図である。図２Ａ−２Ｃは、局所遮蔽の様々な構成を有する多層ＭＣＰＣＢ上のＤＯＢモジュールの断面図である。図２Ａ−２Ｃは、局所遮蔽の様々な構成を有する多層ＭＣＰＣＢ上のＤＯＢモジュールの断面図である。図２Ａ−２Ｃは、局所遮蔽の様々な構成を有する多層ＭＣＰＣＢ上のＤＯＢモジュールの断面図である。遮蔽されたスイッチモード電源（ＳＭＰＳ）として単一段ブーストコンバータを使用するＤＯＢモジュールの一例を示す回路図である。遮蔽されたＤＯＢモジュールの第２のパターン形成された金属層及び局所遮蔽領域を上から見た透視図である。

以下の説明では、本発明の完全なる理解を提供するために、例えば特定の構造、コンポーネント、材料、寸法、処理ステップ、及び技法などの数多くの具体的詳細が説明される。しかしながら、当業者によって理解されることには、本発明はこれらの具体的詳細を用いずに実施されることもできる。また、本発明を不明瞭にしないよう、周知の構造又は処理ステップは詳細には説明されていない。理解されることには、層、領域、又は基板のような要素が他の要素の“上に”又は“上方に”あるとして言及されるとき、それが直に他の要素の上にあってもよいし、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”又は“直接的に上に”あ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。これまた理解されることには、或る要素が他の要素の“真下に”、“下方に”、又は“下に”あるとして言及されるとき、それは直に他の要素の真下又は下にあってもよいし、あるいは、介在する要素が存在してもよい。対照的に、或る要素が他の要素の“直に真下に”又は“直接的に下に”あ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。

本発明の実施形態の提示を不明瞭にしないために、以下の詳細な説明においては、技術的に知られた一部の処理ステップ又は動作は、提示及び例示の目的で、ともに組み合わされていることがあり、また、一部の例では、詳細に説明されていないことがある。また、他の例では、技術的に知られた一部の処理ステップ又は動作が全く説明されないこともある。理解されるべきことには、以下の説明はむしろ、本発明の様々な実施形態の特有の特徴又は要素に焦点を当てるものである。

以下の説明は、同じ金属コアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）上に実装された発光ダイオード（ＬＥＤ）及びスイッチング電源ドライバに関し、特に、モジュールからの不所望の電磁干渉（ＥＭＩ）を抑制する技術に関する。

１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）が金属コアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）上に実装されるときに、該１つ以上のＬＥＤに電流を供給するように構成された１つ以上のデバイスもそのＭＣＰＣＢ上に実装され得る。該１つ以上のデバイスは、電流を制御するＬＥＤドライバを含み得る。この構成は、ドライバオンボード（Driver On Board；ＤＯＢ）モジュールとして参照されることができ、小型のＬＥＤモジュールに使用され得る。ＬＥＤドライバは、レギュレートされていない電圧を外部電源から受け取って、目標輝度レベルを達成するように、レギュレートされた電流をＬＥＤに供給するスイッチングモード電源（switching mode power supply；ＳＭＰＳ）とし得る。

図１を参照するに、単層ＭＣＰＣＢ１０２を用いたドライバオンボード（ＤＯＢ）モジュール１００の断面図が示されている。上述のように、ＭＣＰＣＢ１０２は、ベース金属基板１０４と、ベース金属基板１０４上の誘電体層１０６と、誘電体層１０６上のパターン形成された金属層１０８と、デバイス層１１０とを含み得る。

ベース金属基板１０４は、例えばアルミニウム、銅、鋼、又はそれらの合金などの、１つ以上の熱伝導性金属で構成され得る。ベース金属基板１０４は、以下に限られないが、何百ミクロン厚とし得る。例えば、ベース金属基板１０４は、およそ０．５ｍｍからおよそ１．５ｍｍの範囲の厚さを有し得る。

ベース金属基板１０４はその上に誘電体層１０６を形成され得る。誘電体層１０６は、例えば誘電ポリマー、高い熱伝導率を有するセラミック、及びそれらの組み合わせなどの、任意の熱伝導性の誘電体材料を含み得る。誘電体層１０６は、単層の誘電体材料又は複数層の誘電体材料を有し得る。誘電体層１０６は、従来からの堆積プロセス又はラミネーションプロセスを用いて形成され得る。誘電体層１０６は、およそ３０μｍからおよそ１５０μｍの範囲の厚さを有し得る。

誘電体層１０６はその上にパターン形成された金属層１０８を形成され得る。パターン形成された金属層１０８は、デバイス層１１０上の回路用の１つ以上のインターコネクトを提供し得る。パターン形成された金属層１０８は、例えばポリＳｉ、導電性金属、少なくとも１つの導電性金属を含む合金、導電性金属シリサイド、又はそれらの組み合わせなどの、導電材料で構成され得る。好ましくは、その導電材料は、例えばＣｕ、Ｗ、又はＡｌなどの導電性金属とし得る。この導電材料は、従来からの堆積プロセス又はラミネーションプロセスを利用して形成され得る。

１つの層として示されているが、パターン形成された金属層１０８は、交差（クロスオーバ）導体を必要とするいっそう複雑な回路のために、一種以上の誘電体材料によって絶縁された複数の領域及び／又は層の導電材料を含んでいてもよい。それらの誘電体材料は、誘電体層１０６における材料と同様とすることができ、また、同様の技術を用いて形成された後に、１つ以上の従来からのリソグラフィ技術によってパターニングされることができる。パターン形成された金属層は、およそ９μｍからおよそ７０μｍの範囲の厚さを有し得る。

上述のように、ＭＣＰＣＢ１０２はまた、パターン形成された金属層１０８上にデバイス層１１０を含み得る。デバイス層１１０は、１つ以上のＬＥＤ１１２に目標電流を供給するための１つ以上のデバイス及び回路を包含し得る。該１つ以上のデバイスは、例えばＳＭＰＳ１１４のスイッチングトランジスタ１１８などの、急勾配電圧波形を搬送するデバイスを含み得る。デバイス層は、１つ以上のＬＥＤ１１２、ＳＭＰＳ１１４、及び隣接回路１１６を包含し得る。該１つ以上のＬＥＤ１１２は、２リードの半導体光源とすることができ、それらの各々が、活性化されるときに光を発するｐｎ接合ダイオードとあるとし得る。適切な電圧がそれらのリードに印加されるとき、デバイス内で電子が正孔と再結合することができ、光子の形態でエネルギーを放出する。

ＳＭＰＳ１１４は、例えばステップアップコンバータ又はステップダウンコンバータなど、入力電圧を受け取って、１つ以上のＬＥＤ１１２を駆動するためのレギュレートされた電流を出力する任意のタイプのコンバータとし得る。ＳＭＰＳ１１４は、バックレギュレータ、ブーストレギュレータ、又は１つ以上のＬＥＤ１１２に定電圧を供給することができるその他のタイプのスイッチングレギュレータとし得る。

ＳＭＰＳ１１４は、およそ１０ｋＨｚからおよそ１ＭＨｚなどの比較的高い周波数でスイッチオン及びオフするスイッチングトランジスタ１１８を含み得る。例えば、スイッチングトランジスタ１１８は、上昇又は低下された出力電圧を生成するよう、ＳＭＰＳ１１４のタイプに応じて、グランド又は正電圧のいずれかの間で高周波数にてインダクタを結合し得る。スイッチングトランジスタ１１８は、矩形波電圧１３２とし得るものである急勾配電圧波形をスイッチング周波数で搬送する金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）又はバイポーラトランジスタとし得る。

なお、用語“矩形波”は、ここで使用されるとき、波形が方形パルスを有することを要求するものではない。波形が５０％のデューティサイクルを有すること（すなわち、ハイレベル及びローレベルを等しい継続期間で有すること）を要求するものでもない。一部の用途では、瞬間的ではないスイッチング及び寄生効果が、矩形ではない波形をもたらし得る。従って、用語“矩形波”は、ＳＭＰＳ１１４から目標の出力電圧又は電流を達成するための時点でスイッチングトランジスタがターンオン及びオフされることの結果としてハイレベルとローレベルとの間でスイングするスイッチング電圧を意味する。

従って、高周波矩形波電圧１３２は、比較的高い電圧（例えば、５００Ｖに至る）と、比較的大きい平均電流（例えば、１Ａに至る）とを有して生成され得る。レギュレートされたＤＣ電流を上記１つ以上のＬＥＤ１１２に供給するために、リップルを幾分フィルタリングするよう、小さいオンボードキャパシタが使用され得る。一例において、矩形波電圧１３２は、グランドと約５００Ｖとの間で急速に遷移して、直列に接続された１つ以上のＬＥＤ１１２のストリングを駆動し得る。

スイッチングトランジスタ１１８に隣接して、例えばコントローラ１２０などの、１つ以上のデバイスが存在し得る。コントローラ１２０は、１つ以上の既知の技術を使用して、１つ以上のＬＥＤ１１２のための目標駆動電流を生成し得る。さらに、デバイス層１１０は、１つ以上の更なるデバイス１１６を含み得る。スイッチングトランジスタ１１８に近接して示されているが、コントローラ１２０は、他のデバイス１１６の間で、さらに遠くに配置されてもよい。

デバイス層１１０は、技術的に知られた１つ以上の測定デバイスを含み得る電磁干渉（ＥＭＩ）測定ネットワーク１２４に接続される電源１２２によって電力供給され得る。ＥＭＩ測定ネットワーク１２４はまた、物理的アース（ＰＥ）接続１２８を介してヒートシンク１２６に接続されることができ、これが、ＤＯＢモジュール１００に対するグランドとして作用し得る。大きくなり得る電流及び電圧の高周波スイッチングに起因して、ＥＭＩの可能性が存在する。一部のケースにおいて、ＤＯＢモジュール１００は、他のシステムとの電磁適合性（electromagnetic compatibility；ＥＭＣ）に関する閾値をＥＭＩが下回ることを保証するための試験を受けることがある。ヒートシンク１２６にＡＣカップリングされる測定電流が閾値レベルを超える場合、そのＤＯＢモジュール１００は、産業上の又は法的な要件であるとし得るものである電磁適合性（ＥＭＣ）試験に不合格になり得る。

図１に示すように、ＤＯＢモジュール１００内に１つ以上の寄生キャパシタが形成し得る。矩形波電圧１３２を搬送するスイッチングトランジスタ１１８の端子及び／又は該端子の直に下のパターン形成された金属層１０８である一方のキャパシタ端子と、スイッチングトランジスタ１１８の下方の領域内のベース金属基板１０４である他方のキャパシタ端子とで、第１の寄生キャパシタＣ１が形成され得る。誘電体層１０６がキャパシタ誘電体として作用し得る。第１の寄生キャパシタＣ１は、スイッチングサイクルごとに充填及び放電され得る。様々なキャパシタンスの充電及び放電の結果である、矩形波電圧１３２パルスの開始時及び終了時の大きい電流スパイクが、ＥＭＩを発生させ得る。

第１の寄生キャパシタＣ１の容量値は、端子面積に比例するとともに、誘電体厚さに反比例する。従って、良好な熱性能のために使用される薄い誘電体層１０６と、双方の端子における大きい導電領域とに起因して、第１の寄生キャパシタＣ１の容量値が高くなり得る（たとえば、数十ｐＦ）。なお、図１では、第１の寄生キャパシタＣ１が単純化されている。第１の寄生キャパシタＣ１は、ＤＯＢモジュール１００の全体に広がった関連する全ての寄生容量の合計とし得る。

第１の寄生キャパシタＣ１からの電流１３０は、ベース金属基板１０４を通ってヒートシンク１２６内に導かれ得る。ヒートシンク１２６から、電流１３０は、ＰＥ接続１２８を介してＥＭＩ測定ネットワーク１２４によって検出され得るとともに、同じグランドに接続された他のシステムに結合され得る。電流１３０は検出されて測定され得る。電流１３０が閾値を上回る場合、ＤＯＢモジュール１００はＥＭＣ試験に不合格となり得る。

第１の寄生キャパシタＣ１に加えて、矩形波電圧１３２の寄生ＡＣカップリングによるベース金属基板１０４内の高周波電流に起因して、コントローラ１２０の下方に第２の寄生キャパシタＣ２が形成され得る。第２の寄生キャパシタＣ２は、コントローラ１２０の中での内部擾乱を引き起こし得る。なお、図１では、第２の寄生キャパシタＣ２が単純化されている。第２の寄生キャパシタＣ２は、デバイス層１１０内のいずれのデバイスの位置でも発生し得る。

ベース金属基板１０４が、ヒートシンク１２６を介して接地されるのではなく、フローティングである場合、第２の寄生キャパシタＣ２による擾乱が大幅に増強され得る。しかしながら、ベース金属基板１０４が接地される場合であっても、スイッチングトランジスタ１１８からコントローラ１２０への寄生容量結合が、ゼロではなくて、問題を生じさせることがある。これは何故なら、長い接地経路のインピーダンスが高い周波数においてゼロでなく、ベース金属基板１０４がなおも第１の寄生キャパシタＣ１を介してスイッチングトランジスタ１１８の矩形波電圧１３２の一部を搬送し、それが次いで、第２の寄生キャパシタＣ２を介してコントローラ１２０にカップリングされ得るからであるとし得る。

ＤＯＢモジュール１００への電力入力１２２が増大するにつれて、ＥＭＣ問題も増大し得る。誘電体層１０６の厚さを増加させることは、第１の寄生キャパシタＣ１及び第２の寄生キャパシタＣ２のキャパシタンスを減少させ得るが、熱抵抗を望ましくないほど増大させてしまい得る。従って、ＥＭＩ規格をもっと容易に満たすようにＥＭＩを抑制することが望ましいとし得る。

次に、図２Ａを参照するに、局所遮蔽を有する多層ＭＣＰＣＢ２０２上のＤＯＢモジュール２００の断面図が示されている。多層ＭＣＰＣＢ２０２は、ベース金属基板２０４と、ベース金属基板２０４上の第１の誘電体層２０６と、第１の誘電体層２０６上の第１のパターン形成された金属層２０８と、第１のパターン形成された金属層２０８上の第２の誘電体層２１０と、第２の誘電体層２１０上の第２のパターン形成された金属層２１２と、デバイス層２１４とを含み得る。

ベース金属基板２０４は、例えばアルミニウム、銅、鋼、及びそれらの合金などの、１つ以上の熱伝導性金属で構成され得る。ベース金属基板２０４は、以下に限られないが、何百ミクロン厚とし得る。例えば、ベース金属基板２０４は、およそ０．５ｍｍからおよそ１．５ｍｍの範囲の厚さを有し得る。

ベース金属基板２０４はその上に第１の誘電体層２０６を形成され得る。第１の誘電体層２０６は、例えば誘電ポリマー、高い熱伝導率を有するセラミック、及びそれらの組み合わせなどの、任意の熱伝導性の誘電体材料を含み得る。第１の誘電体層２０６は、単層の誘電体材料又は複数層の誘電体材料を有し得る。第１の誘電体層２０６は、従来からの堆積プロセス又はラミネーションプロセスを用いて形成され得る。第１の誘電体層２０６は、およそ３０μｍからおよそ１５０μｍの範囲の厚さを有し得る。

第１の誘電体層２０６はその上に第１のパターン形成された金属層２０８を形成され得る。第１のパターン形成された金属層２０８は、より高い層内の回路用の１つ以上のインターコネクトを提供し得る。第１のパターン形成された金属層２０８は、例えばポリＳｉ、導電性金属、少なくとも１つの導電性金属を含む合金、導電性金属シリサイド、又はそれらの組み合わせなどの、導電材料で構成され得る。好ましくは、その導電材料は、例えばＣｕ、Ｗ、又はＡｌなどの導電性金属とし得る。この導電材料は、従来からの堆積プロセス又はラミネーションプロセスを利用して形成され得る。

１つの層として示されているが、第１のパターン形成された金属層２０８は、交差導体を必要とするいっそう複雑な回路のために、一種以上の誘電体材料によって絶縁された複数の領域及び／又は層の導電材料を含んでいてもよい。それらの誘電体材料は、第１の誘電体層２０６における材料と同様とすることができ、また、同様の技術を用いて形成された後に、１つ以上の従来からのリソグラフィ技術によってパターニングされることができる。第１のパターン形成された金属層２０８は、およそ９μｍからおよそ７０μｍの範囲の厚さを有し得る。

第１のパターン形成された金属層２０８はその上に第２の誘電体層２１０を形成され得る。第２の誘電体層２１０は、第１の誘電体層２０６と同様の材料で構成されることができ、同様の技術を用いて形成され得る。第２の誘電体層２１０は、およそ３０μｍからおよそ１５０μｍの範囲の厚さを有し得る。

第２の誘電体層２１０はその上に第２のパターン形成された金属層２１２を形成され得る。第２のパターン形成された金属層２１２は、第１のパターン形成された金属層２０８と同様の材料で構成されることができ、同様の技術を用いて形成され得る。第２のパターン形成された金属層２１２は、およそ９μｍからおよそ７０μｍの範囲の厚さを有し得る。

デバイス層２１４は、１つ以上のＬＥＤ１１２及び他のデバイス１１２を含め、図１のデバイス層１１０を参照して上述したものと同様のデバイスを包含し得る。デバイス層は、矩形波電圧１３２を搬送するスイッチングトランジスタ１１８とＤＣ電圧ノード２１８とを含む遮蔽されたＳＭＰＳ２１６を包含し得る。

ＤＣ電圧ノード２１８は、導電ビア２２２によって、第１のパターン形成された金属層２０８内の局所遮蔽領域２２０に接続され得る。局所遮蔽領域２２０は、急勾配電圧波形を直接的又は間接的に搬送するデバイスの下方に位置し得る。図２Ａに示すように、局所遮蔽領域２２０は、矩形波電圧１３２を搬送するものであるスイッチングトランジスタ１１８の下に位置し得る。局所遮蔽領域２２０は、第１のパターン形成された金属層２０８内の実質的に連続した導電材料の領域とし得る。遮蔽領域は、例えばＣｕ、Ｗ、又はＡｌなどの導電性金属で構成され得る。

遮蔽領域２２０は、第１のパターン形成された金属層２０８の形成と同時に形成され得る。一例において、第１のパターン形成された金属層２０８の第１の部分２２４が、第１の誘電体層２０６上に堆積され得る。第１の部分２２４は、第１の誘電体層２０６の誘電体材料と同様の誘電体材料で構成され得る。第１の部分２２４が、開口部を形成するように、従来からのリソグラフィプロセスを用いてパターニング及びエッチングされ得る。この開口部が、以下に限られないが例えばＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、スパッタリング、化学溶液堆積、又はめっきなどの、従来からの堆積プロセスを用いて導電材料で充填され得る。該導電材料が堆積された後、該導電材料の上面が上記第１の部分の上面と実質的に同一平面となるように、例えば化学機械平坦化（ＣＭＰ）などの従来からのプロセスによって、該導電材料が平坦化され得る。第１のパターン形成された金属層２０８の第２の部分２２６が第１の部分２２４上に堆積されて、第１のパターン形成された金属層２０８が完成され得る。第２の部分２２６は、第１の部分と同様の材料で構成されることができ、同様の技術を用いて形成されることができる。

遮蔽領域２２０は、およそ９μｍからおよそ７０μｍの範囲の厚さを有し得る。遮蔽領域２２０は、少なくともスイッチングトランジスタ１１８及びＤＣ電圧ノード２１８の断面領域よりも大きい断面領域を有し得る。遮蔽領域２２０の部分は、或る距離だけスイッチングトランジスタ１１８の外縁の外側を延在することができ、この距離は、数マイクロメートルであってもよいし、ＤＯＢモジュール２００の幅全体に至ってもよい。遮蔽領域２２０の部分は、或る距離だけＤＣ電圧ノード２１８の外縁の外側を延在することができ、この距離は、数マイクロメートルであってもよいし、ＤＯＢモジュール２００の幅全体に至ってもよい。

上述のように、局所遮蔽領域２２０は、導電ビア２２２によってＤＣ電圧ノード２１８に物理的且つ電気的に接続され得る。導電ビア２２２は、従来からのリソグラフィ技術を用いて、第２の部分２２６、第２の誘電体層２１０、及び第２のパターン形成された金属層２１２をパターニング及びエッチングすることによって形成され得る。このパターニング及びエッチングは、これらの層の各々が形成されているときに行われ得る。このパターニング及びエッチングによって形成された開口部が、例えば遮蔽領域２２０を参照して上述したものなどの従来からの堆積プロセスを用いて、例えばＣｕ、Ｗ、又はＡｌなどの導電性金属で充填され得る。なお、局所遮蔽領域２２０とＤＣ電圧ノード２１８とが導電ビア２２２によって接続されるとして示されているが、それらは例えばシャント導体又は外部導体などの他の手段によって接続されてもよい。

ＤＣ電圧ノード２１８は、グランドノード、入力電圧ノード、又は電流をシンクすることができる他の比較的安定なノードとし得る。ＤＣ電圧ノード２１８におけるＤＣ電圧は、ＤＯＢモジュール２００内のいずれかのノード又はデバイスから取られ得る。該ＤＣ電圧は、内部グランド（０ボルト）又は数百ボルトの範囲の電圧とし得る。該電圧は、矩形波電圧１３２のレベルとは関係のない任意のＤＣレベルで、任意の方法によって生成され得る。ＤＣ電圧ノード２１８は、矩形波電圧１３２の高周波域で低いＡＣインピーダンスで局所遮蔽領域２２０に接続されてＤＣ電圧を供給し得る。これらの条件が満たされる場合、ＤＣ電圧ノード２１８及び局所遮蔽領域２２０は、スイッチングトランジスタ１１８と他のデバイスとの間の寄生容量結合を遮断することができる。

この遮蔽効果は、導電ビア２２２が比較的短く且つその高周波インピーダンスが最小限であるので生成され得る。従って、局所遮蔽領域２２０における電圧は、高周波領域において、ＤＣ電圧ノード２１８のＤＣ電位と基本的に同じになり得る。これにより、スイッチングトランジスタ１１８の下方のベース金属基板２０４及びヒートシンク１２６への容量ＡＣカップリングを効果的に遮断することができる。

図２Ａに示すように、スイッチングトランジスタ１１８と局所遮蔽領域２２０との間に第３の寄生容量Ｃ３が存在し得る。第３の寄生容量Ｃ３は、矩形波電圧１３２を搬送するスイッチングトランジスタ１１８の端子及び／又は該端子の直に下の第２のパターン形成された金属層２１２である一方のキャパシタ端子と、スイッチングトランジスタ１１８の下方の領域内の局所遮蔽領域２２０である他方のキャパシタ端子との結果であるとし得る。第２の誘電体層２１０がキャパシタ誘電体として作用し得る。

第３の寄生容量Ｃ３は、局所遮蔽領域２２０とベース金属基板２０４との間の第４の寄生容量Ｃ４からアイソレートされ得る。第４の寄生容量Ｃ４は、ＤＣ電圧を担持する局所遮蔽領域２２０である一方のキャパシタ端子と、ベース金属基板２０４である他方のキャパシタ端子との結果であるとし得る。第１の誘電体層２０６がキャパシタ誘電体として作用し得る。従って、スイッチングトランジスタ１１８とベース金属基板２０４との間を流れる寄生容量電流、すなわち、最終的に、スイッチングトランジスタ１１８とヒートシンク１２６との間を流れ、物理的アース（ＰＥ）接続１２８を介してＥＭＩ測定ネットワーク１２４まで進むことになる寄生容量電流が存在しなくなり得る。

局所遮蔽領域２２０が十分に大きい場合、局所遮蔽領域２２０の外側の寄生容量は、寄生キャパシタ端子間の長い距離のために非常に小さくなることができ、結果として生じるカップリング効果は無視できるものとなり得る。局所遮蔽領域２２０は、寄生容量結合によって生じるＥＭＣ問題を抑制し得る。

図２Ａに示すように、局所遮蔽領域２２０は、スイッチングトランジスタ１１８のスイッチングによって生じる高周波／高パワー矩形波電圧１３２を搬送する回路の下方のみに配置され得る。

他の一例では、図２Ｂに示すように、局所遮蔽領域２２０は、ベース金属基板２０４の表面全体の上にあってもよい。

他の一例では、図２Ｃに示すように、スイッチングトランジスタ１１８の下方の局所遮蔽領域２２０に直に接続されて局所遮蔽を提供するのに適した位置に、ＤＣ電圧ノード２１８がないことがある。例えば、ＤＣ電圧ノード２１８が、多層ＭＣＰＣＢ２０２の別のセクションに置かれていたり、あるいは、多層ＭＣＰＣＢの外部にあったりすることがある。中間誘電体層２４０が、第１のパターン形成された金属層２０８上に形成され得る。中間誘電体層２４０は、第１の誘電体層２０６と同様とすることができ、同様の技術を用いて形成されることができる。中間誘電体層２４０上に、パターン形成された中間金属層２４２が形成され得る。パターン形成された中間金属層２４２は、第１のパターン形成された金属層２０８と同様とすることができ、同様の技術を用いて形成されることができる。この場合、第２の誘電体層２１０は、パターン形成された中間金属層２４２上に形成され得る。

ＤＣ電圧ノード２１８は、第１の導電ビア２２２Ａによって、第１のパターン形成された金属層２０８内の局所遮蔽領域の第１の部分２２０Ａに接続され得る。第１の部分２２０Ａは、第１のパターン形成された金属層２０８を横切って第２の導電ビア２２２Ｂまで横方向にＤＣ電圧を搬送し得る。第２の導電ビア２２２Ｂは、中間誘電体層２４０を貫いて延在することができ、局所遮蔽領域の第２の部分２２０Ｂに電気的に接続され得る。結果として、多層の局所遮蔽領域が形成され得る。

図３を参照するに、遮蔽されたＳＭＰＳ２１６として単一段（シングルステージ）ブーストコンバータを使用するＤＯＢモジュール２００の一例を図示する回路図が示されている。この概略図は、ＡＣ幹線入力を有して、直列に接続された１つ以上（例えば、１５８個）のＬＥＤ３０２Ａ−３０２Ｎを駆動し得る高出力照明モジュールを表している。１つ以上のＬＥＤ３０２Ａ−３０２Ｎは各々、青色発光するＧａＮ系ＬＥＤとすることができ、約３ボルト電圧降下するとし得る。故に、このブースト回路は、整流されたＡＣ幹線電圧を少なくとも４７４Ｖまで上昇させなければならない。蛍光体が、青色ＬＥＤ光を、全般照明用の白色光へと変換し得る。

ＡＣ幹線電圧が、ヒューズ３０４を介して、ＥＭＩフィルタ３０６（図２に示したＭＣＰＣＢ２０２上にあってもよいし、なくてもよい）に与えられ得る。フルダイオードブリッジ３０８がＡＣ電圧を整流し、入力キャパシタ３１０が、整流されたＡＣ電圧を少なくとも部分的にフィルタリングし得る。インダクタ３１４を充電するため、コントローラ３１２がスイッチングトランジスタ１１８をターンオンさせて、インダクタ３１４の右端がグランドに引き下げられ得る。スイッチングサイクル中の特定の時点で、１つ以上のＬＥＤ３０２Ａ−３０２Ｎを通る目標電流を生成するために、スイッチングトランジスタ１１８がターンオフされ得る。これは、インダクタ３１４の右端の電圧が上昇してダイオード３１６を順バイアスすることをもたらし得る。これにより、波形を平滑化して基本的にレギュレートされた電流でＤＣ電圧を１つ以上のＬＥＤ３０２Ａ−３０２Ｎに供給し得るものである出力キャパシタ３１８が再充電され得る。故に、矩形波電圧１３２は、この場合、グランドとダイオード３１６を順バイアスする電圧との間を行き来する。スイッチングトランジスタ１１８のドレインノード３２０が矩形波電圧１３２を搬送し得る。ピーク電流が１つ以上のＬＥＤ３０２Ａ−３０２Ｎの電流定格内に留まる限り、いかなる高周波リップルも知覚されないとし得るので、１つ以上のＬＥＤ３０２Ａ−３０２Ｎに供給される電流における高周波リップルは許容可能であるとし得る。

１つ以上のＬＥＤ３０２Ａ−３０２Ｎによって導通される電流が、低い値の抵抗Ｒ１を流れ抜け得る。抵抗Ｒ１にかかる電圧が、調光制御回路として機能する制御可能な電圧源３２２によって生成される電圧と比較され得る。抵抗Ｒ２及びキャパシタ３２４が、誤差増幅器として機能し得る差動増幅器３２６の出力をフィルタリングし得る。差動増幅器３２６の入力に与えられるこれらの電圧が一致するように、フィードバックネットワークがスイッチングトランジスタ１１８のデューティサイクル又はスイッチング周波数を制御し得る。分圧器（抵抗Ｒ３及びＲ４）が、分圧した電圧をコントローラ３１２に与え、コントローラ３１２が、誤差信号を用いてスイッチングトランジスタ１１８のスイッチングを制御し得る。

コントローラ３１２は、インダクタ３１４によって導通されるゼロ電流によってトリガーされる自励発振を生じさせ得る。それに代えて、あるいは加えて、コントローラ３１２は、固定発振器周波数を用いてサイクルごとにスイッチングトランジスタ１１８をターンオンさせ戻すパルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラであってもよい。それに代えて、あるいは加えて、コントローラ３１２は、１つ以上のＬＥＤ３０２Ａ−３０２Ｎに対する目標駆動電流を生成するために、他の既知の技術を用いてもよい。ＳＭＰＳ２１６はまた、電流モードのレギュレータであってもよいし、電圧モードのレギュレータであってもよい。

この例において、ＤＣ電圧ノード２１８は、フルダイオードブリッジ３０８内の内部グランドとすることができ、それが局所遮蔽領域２２０に電気的に結合されて局所遮蔽を提供し得る。

次に図４を参照するに、遮蔽されたＤＯＢモジュール２００の第２のパターン形成された金属層２１２及び局所遮蔽領域２２０を上から見た透視図が示されている。図４に示すように、第２のパターニングされた金属層２１２は局所遮蔽領域２２０の上に重ねられている。スイッチングトランジスタ１１８のドレインノード４０２が示されている。ドレインノード４０２は、スイッチングトランジスタ１１８を、下に位置する第２のパターン形成された金属層２１２に電気的に接続し得る。ドレインノード４０２は、スイッチングトランジスタ１１８のドレインに接続された銅パッド又はボンディングワイヤとし得る。ドレインノード４０２は、パターン形成された金属層２１２内のインターコネクトパターンを介してＤＯＢモジュール２００のその他の部分に接続されて示されている。インターコネクトパターンは、例えば、Ｃｕ、Ｗ、又はＡｌなどの導電材料で構成され得る。上述のように、インターコネクトパターンは、１つ以上の従来からのエッチング及び堆積プロセスによって形成され得る。インターコネクトパターンは矩形波電圧１３２を搬送し得る。局所遮蔽領域２２０は、矩形波電圧１３２を搬送する第２のパターン形成された金属層２１２の部分のフットプリントの外側を延在して、下に位置するベース金属基板２０４を上記部分から遮蔽することで、影響のあるＡＣカップリングを抑制し得る。

第２のパターン形成された金属層２１２に、例えばはんだ付けプロセスなどの従来手法によって、図３に示した様々な電気コンポーネントが実装され得る。この例において、局所遮蔽領域をバイアスするためのＤＣ電圧ノード２１８は、図３に示した内部グランドとし得る。ＤＣ電圧ノード２１８を局所遮蔽領域２２０に接続する導電ビア２２２の２つの例が示されている。

上述のように、第２のパターン形成された金属層２１２内の様々な他のＤＣノードも、局所遮蔽領域２２０への電気的接続に使用され得る。局所遮蔽領域２２０は、垂直導電ビア２２２によるノードへの接続のために好適なＤＣ電圧ノードの下方に位置するように、矩形波電圧を搬送する第２のパターン形成された金属層の領域を十分に超えて延在し得る。

出力キャパシタ３１８による平滑化により、１つ以上のＬＥＤ３０２Ａ−３０２Ｎは実質的にＤＣ電流を導通し得るので、図４に示す例において、局所遮蔽領域２２０は、熱を発生する１つ以上のＬＥＤ３０２Ａ−３０２Ｎの下には位置していない。故に、１つ以上のＬＥＤ３０２Ａ−３０２Ｎとベース金属基板２０４との間に、良好な熱結合が存在し得る。熱伝導性を改善するために、ＬＥＤ３０２Ａ−３０２Ｎとベース金属基板２０４との間には１つの薄い誘電体層が存在するのみとし得る。

例えば、大きいキャパシタ及びインダクタ、並びに電流設定コンポーネントなどの、ＳＭＰＳ２１６の特定の部分は、ＭＣＰＣＢ２０２の外部にあってもよい。１つ以上のスイッチングトランジスタ１１８及び制御回路は、通常、オンボードドライバの利益を得るためにＭＣＰＣＢ上に実装されることになる。

以上にて提供した例は、ＬＥＤからの熱をシンクするために多層ＭＣＰＣＢ２０２が使用されることを示しているが、多層ＭＣＰＣＢ２０２は、ＳＭＰＳ２１６と同じ多層ＭＣＰＣＢ２０２上に実装された、例えばマイクロプロセッサなどのその他の発熱部品からの熱をシンクするために使用されてもよい。

交差（クロスオーバ）のために複数の絶縁された銅階層が必要とされる複雑な回路のために３次元プリント回路を提供することが知られているが、頂部の銅パターンの下に位置するそのような銅パターンは、高周波／高パワー矩形波のＡＣ遮蔽のためではないことがあり、また、ＡＣ遮蔽機能を達成するように頂部の銅層のノードからのＤＣ電圧によってバイアスされていない。

機構及び要素が特定の組み合わせで上述されているが、当業者が理解することには、各々の機構又は要素が、単独で、あるいは他の機構及び要素との組み合わせで使用されることができる。また、ここに記載された方法は、コンピュータ又はプロセッサによる実行のためにコンピュータ読み取り可能媒体に組み込まれたコンピュータプログラム、ソフトウェア、又はファームウェアにて実装され得る。コンピュータ読み取り可能媒体の例は、電子信号（有線又は無線の接続上で伝送される）及びコンピュータ読み取り可能記憶媒体を含む。コンピュータ読み取り可能記憶媒体の例は、以下に限られないが、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、レジスタ、キャッシュメモリ、半導体メモリデバイス、例えば内蔵ハードディスク及びリムーバブルディスクなどの磁気媒体、光磁気媒体、並びに、例えばＣＤ−ＲＯＭディスク及びデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）などの光媒体を含む。

Claims

スイッチングトランジスタ、及び電圧ノードを有する発光ダイオード（ＬＥＤ）ドライバ回路と、
多層基板であり、
前記ＬＥＤドライバ回路の下方に配置され、前記スイッチングトランジスタ及び前記電圧ノードに電気的に結合された第１のパターン形成された金属層と、
前記第１のパターン形成された金属層の下方に配置され、局所遮蔽領域を含む第２のパターン形成された金属層と、
前記第２のパターン形成された金属層の下方に配置されたベース金属基板と、
１つ以上の誘電体層と、
を有する多層基板と、
前記局所遮蔽領域から前記電圧ノードまで、少なくとも前記第１のパターン形成された金属層と前記１つ以上の誘電体層のうちの第１の誘電体層とを貫いて延在するめっきビアと、
を有するモジュール。
前記局所遮蔽領域は、連続した導電性金属の領域を有する、請求項１に記載のモジュール。
前記電圧ノードは、前記ＬＥＤドライバ回路の動作中に内部グランドを提供するように構成される、請求項１に記載のモジュール。
前記ベース金属基板はヒートシンクへの取付け領域を提供する、請求項１に記載のモジュール。
前記ＬＥＤドライバ回路は、単一段のブーストコンバータ回路を有する、請求項１に記載のモジュール。
前記局所遮蔽領域は、前記ＬＥＤドライバ回路の少なくとも一部の下方で、横方向に２次元で延在している、請求項１に記載のモジュール。
前記ＬＥＤドライバ回路は、ＬＥＤアレイに矩形波電圧信号を供給するように構成される、請求項１に記載のモジュール。
当該モジュールは更にＬＥＤアレイを有し、該ＬＥＤアレイは前記ＬＥＤドライバ回路に電気的に結合される、請求項１に記載のモジュール。
スイッチングトランジスタ及び電圧ノードを有する発光ダイオード（ＬＥＤ）ドライバ回路を形成することと、
前記ＬＥＤドライバ回路の下方に配置され、前記スイッチングトランジスタ及び前記電圧ノードに電気的に結合された第１のパターン形成された金属層と、該第１のパターン形成された金属の下方に配置され、局所遮蔽領域を含む第２のパターン形成された金属層と、前記第２のパターン形成された金属層の下方に配置されたベース金属基板と、１つ以上の誘電体層と、を有する多層基板を形成することと、
少なくとも前記第１のパターン形成された金属層と前記１つ以上の誘電体層のうちの第１の誘電体層とを貫くめっきビアを形成することであり、該めっきビアは、前記電圧ノードと前記局所遮蔽領域とを電気的に結合する、めっきビアを形成することと、
を有する方法。
前記局所遮蔽領域は、連続した導電性金属の領域を有する、請求項９に記載の方法。
前記電圧ノードは、前記ＬＥＤドライバ回路の動作中に内部グランドを提供するように構成される、請求項９に記載の方法。
前記ベース金属基板はヒートシンクへの取付け領域を提供する、請求項９に記載の方法。
前記ＬＥＤドライバ回路は、単一段のブーストコンバータ回路を有する、請求項９に記載の方法。
前記局所遮蔽領域は、前記ＬＥＤドライバ回路の少なくとも一部の下方で、横方向に２次元で延在する、請求項９に記載の方法。
前記ＬＥＤドライバ回路は、前記第１のパターン形成された金属層上のＬＥＤアレイに矩形波電圧信号を供給するように構成される、請求項９に記載の方法。
発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールであって、
第１の層上に形成された直流（ＤＣ）電圧ノードであり、第１の電流をシンクするように構成されたＤＣ電圧ノードと、
１つ以上のＬＥＤへの第２の電流を提供するように構成された、前記第１の層上に形成された１つ以上のデバイスであり、当該１つ以上のデバイスのうちのあるデバイスが急勾配電圧波形を搬送する、１つ以上のデバイスと、
前記ＤＣ電圧ノード及び前記１つ以上のデバイスの少なくとも一部の下方で第２の層内に形成された局所遮蔽領域であり、実質的に連続した導電材料の領域を有する局所遮蔽領域と、
１つ以上の層を貫いて延在する導電ビアであり、前記ＤＣ電圧ノードと前記局所遮蔽領域とを電気的に結合する導電ビアと、
を有するＬＥＤモジュール。
前記導電ビアは、前記第１の層の厚さ全体、前記第１の層と前記第２の層との間に形成された第１の誘電体層の厚さ全体、及び前記第２の層の一部を貫いて延在している、請求項１６に記載のＬＥＤモジュール。
前記第２の層は第２の誘電体層上に形成され、該第２の誘電体層はベース金属基板上に形成されている、請求項１６に記載のＬＥＤモジュール。
前記局所遮蔽領域は、横方向に、前記ＤＣ電圧ノードの外縁及び前記急勾配電圧波形を搬送する前記デバイスの外縁の外側まで延在している、請求項１６に記載のＬＥＤモジュール。
前記急勾配電圧波形を搬送する前記デバイスは、ＡＣ電圧入力から矩形波電圧波形を生成するスイッチングトランジスタを有する、請求項１６に記載のＬＥＤモジュール。