KR100768539B1 - 반도체 방사 에미터 패키지 - Google Patents

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Abstract

반도체 광 방사 패키지(200)는 리드프레임(201), 하나이상의 반도체 광 방사 에미터(202) 및 피포체(203)을 포함한다. 리드프레임(201)은 반도체 광 방사 에미터(202)를 지지하는 열추출부재(204)을 가지며 주위환경에 대해 에미터(2020내에 서 발생한 열을 제거하는 하나이상의 열 통로는 물론, 반도체 광 방사 에미터(202) 대한 전기 연결을 제공하는 두개이상의 전기 리드(205)을 제공한다. 피포체는 에미터로부터 주위 환경으로 방출될 방사를 손상하거나 허여로부터 에미터(202)와 임의의 와이어 본드(211)을 보호한다. 반도체와 방사 패키지(200)는 높게 방출된 플럭스를 제공하고 자동화한 처리 기술과 바람직하게 양립한다.
피포체

Description

반도체 방사 에미터 패키지{SEMICONDUCTOR RADIATION EMITTER PACKAGE}
본 발명은 예를들어, 발광다이오드 패키지와 같은 반도체 발광 에미터 패키지에 관한 것이다.
발광다이오드(LED)디바이스와 같은 반도체 광 에미터 소자는 여러 소비자와 산업 광 전자 응용에서 일반적으로 되어 있다. 유기계 발광다이오드(OLED), 발광 폴리머(LEP) 등을 포함하는 기타 형태의 반도체 광 에미터 소자는 이들 이용에 있어서의 종래의 무기질 LED의 대체물로 별개의 소자내에서 패키지 할 수 있다.
전체의 칼라의 가시 LED 소자는 컴퓨터 모니터, 커피 마커, 스트레오 수신기, CO플레이어, VCR등과 같은 제품에 있어서의 상황 인디케이터로서 단독으로 또는 작은 군으로 사용되고 있다. 이러한 상황 인디케이터는 항공기, 기차, 배, 차량, 트럭, 미니벤 및 스포츠차 등에 있어서의 계기판과 같은 여러 시스템에서 볼 수 있다.
수백 또는 수천 개의 가시 LED를 유지하는 호출가능한 어드레스는 많은 항공기, 증권 거래소에서 및 많은 스포츠 시설 및 어떤 도시 광고판에서 서 사용되고 있는 고휘도 대면적의 옥외 TV스크린과 같은 메세지가 흐르는 디스플레이에서 볼 수 있다.
자동차의 중앙 위쪽에 설치된 스톱 랩프(vehicle Center High Mounted Stop)(CHMSL), 제동램프(break lamps), 외부의 방향 변경 신호 및 위험 프래셔, 외부의 신호 미러 및 도로공사의 위험 마커와 같은 시각적 표시 발생 장치에서 100개의 소자의 열에 있어서 황색, 적색 및 적색-오렌지 방출 가시가능한 LED가 사용되고 있다. 황색, 적색 및 푸른-녹색 방출 가시가능 한 LED는 도시 및 시골 교차로에서의 정지/서행/통과 라이트로 최대 300개 소자의 대형 어레이에서 이용이 증가하고 있다.
가시가능한 다수의 색채 LED로 이루어진 다색 결합이 2 원 보조적 및 3원 RGB조명기에서 조명을 위해 투사된 백색광의 소오스로 이용된다. 이러한 조명기는 차량 또는 항공기 맵 라이트로 이용할 수 있거나 차량 또는 항공기 판독 및 개인용 라이트, 화물 라이트, 번호판의 조명기, 후진등 및 외부 거울 푸들 라이트로 이용가능하다. 기타의 관련 있는 용도는 견고, 컴팩트, 경량, 고효율, 긴수명, 백색의 저 전압원이 사용되는 휴대가능 한 프래쉬 라이트 및 기타 조명기 용도를 포함한다. 조명장치로서 이 경우의 가타에 있어서, 형광 증진 "LED"을 이용할 수 있다. 적외(IR) 방출 LED는 VCR, TV, CD 및 기타 오디오-비쥬얼 원격 제어 유닛과 같은 장치의 원격제어 및 통신에 이용되고 있다. 유사하게, 고 강도 IR방출 LED는 데스크 탑, 랩탑 및 팝탑 컴퓨터, PDA(개인휴대단말기)와 같은 IRDA장치와, 프린터, 네트워크 어탭터, 포인팅 장치("마우스", 트렉볼등)와 같은 컴퓨터 주변기기사이의 통신을 위해 이용된다. IR LED에미터 및 IR 리시버는 포인팅 장치 및 광학적 엔코더와 같은 광 전자 장치 및 바코드 스케너와 같은 시스템에서의 판독헤드 내에서 공업적 제어장치 내에서의 근접 또는 존재, 위치 또는 방향에 대한 센서로서도 기능하다. 황색, 보라 및 UV 방출 LED 및 LED 레이저가 판독 및 고밀도의 광학적 기억 디스크로의 기록과 같은 데이터의 존재 및 검색 용도를 위해 광범위하게 이용된다.
일반적인 표준형의 LED 형태는 비교적 적지 않기 때문에, 또한, 세계의 일렉트로닉의 조립에 의해 업계에서 개략 범용적으로 사용되고 있는 자동화한 가공 장치에 의해 이의 형태는 용이하게 가공되기 때문에 상술한 바와 같은 용도에서 수십억이라는 LED 소자가 이용된다. 주류 장치 및 방법을 이용하여 행해지는 자동화한 가공은 투자 코스트의 감쇠, 불량률 저하, 노동비 감소, 생산량 향상, 높은 정밀도 및 고 반복성을 실현 또는 자유도가 높은 제조방법에 기여한다. 이러한 기여가 없다면, LED의 사용은 코스트 적으로 실현불가능하게 되거나 다른 최고의 고용량의 용도에 대한 품질의 관점으로부터 매력적이지 못하게 된다.
현대의 일렉트로닉 조립 방법에 있어 가장 중용한 단계는 고속 자동화한 끼움(insertion)과 대량의 자동화한 솔더링(soldering)이다. 개별적인 반도체 광학 에미터(LED를 포함)에 대하여 자동적인 끼움 또는 배치 기계 및 한개 이상의 공통의 대량 솔더링 방법의 접합성이 극히 중요하다.
따라서, 사용되는 대수의 LED는 개별적으로 포장된 THD(관통구멍장치) 또는 SMD(표면실장장치) 소자의 형태를 한다. 이들의 형태는 주로 "T-1" 및 "T-1 3/4" 으로 알려진 방사상 리드 THD 형태 또는 직사각형 형상을 하는 유사한 장치를 포함하는데, 이들 모두는 방사상 인터트상의 인쇄회로기판으로의 편리한 이송, 처리 및 고속 자동화 끼움 위해 테이프 및 릴 또는 테이프 및 탄약 패키징에 용이하게 적용된다. 또 다른 일반적인 개별 THD LED패키지는 축방향 인서터위의 인쇄회로기판으로의 편리한 수송, 처리, 및 고속 자동화 끼움에 용이하게 적합되는 "폴리LED"와 같은 축방향 소자를 포함한다. "탑PLED"(TOP LED) 및 픽사)(Pixar)과 같은 일반적인 SMD LED소자는 마찬가지로, 인기화되고, 이의 소자는 편리한 운송, 취급, 및 칩 슈터(chip shooter)를 갖는 인쇄회로기판상으로의 고속도의 자동화한 배치를 위해 브리스터 팩 릴(blister-pack reel)내에 용이하게 적용되기 때문이다.
솔리딩은 THD이건 SMD이건 간에 표준화된 개별적 전자 장치를 이용하여 가장 종래의 회로 어샘블리의 제조에 중심적인 처리이다. LED와 같은 개별적인 전자 소자의 접점 또는 리드를 인쇄회로기판(PBC)에 납땜함으로써 소자는 PBC의 전도성 트레이스(trace)에 전기적으로 접속되고, 또한 개별적인 전자 장치로의 전기의 공급, 이 장치의 제어, 이 장치와 전자적인 상호작용을 위해 사용되는 다른 근접 또는 원격 전자장치에 접속된다. 솔더링은 웨이브 솔리더(wave solder), IR 리플로 솔더(IR reflow solder), 대류형 IR 리플로 솔더, 증기 상 리플로 솔더(vapor phase reflow solder) 또는 핸드 솔더링(hand soldering)에 의해 일반적으로 성취된다. 각각의 이들 방법은 서로 다르지만, 실질적인 동일한 효과(end effect)를 발생한다. 즉, 금속 또는 내부 금속 본드에 의한 개별적인 전자 장치를 인쇄회로 기판으로 경제적으로 전기적으로 접속하는 것을 가능케 한다. 웨이브 및 리플로 솔더 방법은 극히 다수의 개별적인 장치를 솔더링하는 능력이 있는지가 알려 져 있고 우수한 솔더 접착의 질 및 균일성과 함께 극히 고생산능력 및 저 코스트을 실현한다.
대량생산을 위한 웨이브 솔더 및 리플로 솔더에 대한 광법위하게 이용가능한 비용면에서 효과적인 대안이 현재 존재하지 않는다. 수조작의 솔딩은 불균일성 및 높은 비용이라는 문제가 있다. 기계적인 접속 방법은 많은 회로에 있어서 다수의 전기 접속에 적합하지 않으며 비용이 고가이고 부피가 크다. 은을 함유하는 에폭시와 같은 전도성 접착제는 회로 조립체에 전기 접속을 실현하기 위해 사용될 수 있지만, 이들 재료는 솔더보다도 시공이 보다 비용이 높고 비경제적이다. 레이저에 의한 스폿 솔더링(spot soldering)과 그 기타 선택적인 솔더 기술은 특정의 형태 및 용도에 극히 전문화되고 자동화한 전자 회로 조립 공정에서 바람직한 자유성이 많은 제조방법을 손상할 가능성이 있다. 웨이브 솔더 또는 리플로 솔더 방법과의 적합성은 효과적인 반도체 광 에미터의 소자로 하기 위한 사실상의 필요성이다. 그것은 이들의 솔더 방법은 소자를 열화 시키거나 파괴하는 충분한 응력을 전자 소자내에 도입하기 때문에 필요성의 영향은 극히 광법위하게 미친다. 따라서, 효과적인 반도체 광 에미터 소자는 납땜 중 장치의 봉입재 및 봉입된 와이어 접착부, 다이의 접착부 및 칩을 열로의 일시적인 노정으로부터 보호하여 얻도록 한 형태의 구조이야 한다.
종래의 솔더 처리는 장치의 도선의 단부(임의의 분리점 또는 도선 PCB상의 소정의 패드에 접촉하는 장소의 아래쪽)을 상당한 시간, 솔더의 융점까지 가열하는 것을 필요로 한다. 이 프로화일은 장치의 도선에 있어서의 온도가 15초간 긴 사이 230-300도에서 변화하는 가능성을 수반한다. 장치의 도선은 동 또는 강과 같은 도금된 금속 또는 합금에서 어떠한 문제를 생기지 않는다. 대신, 이 도선이 길이를 따라 장치의 봉입 된 본체 내에 열을 전달하는 이들 도선의 능력이 문제가 된다. 이들 가열된 도선은 장치의 본체의 내부와 접촉하고 있기 때문에 이들의 도선은 솔더링 공정 중, 장치의 국부적인 내부온도를 일시적으로 상승시킨다. 이것은 손상이 쉬운 봉입재, 봉입 된 선의 접착부분, 다이 부착부 및 칩을 손상할 가능성이 있다. 이 원리는 오늘날 저 비용의 광 전자 반도체 장치의 기본적인 난점의 하나이다.
솔더 공정 중, 전자 소자의 본체가 그 봉입재의 글라스 천이 정도 이상으로 과도하게 상승하는 방지하는 것은 극히 중요하고 이것은 폴리머 봉입재의 열팽창률은 전형적으로 2배 이상, 그 글라스 천이 온도 이상으로 극적으로 상승하기 때문이다. 폴리머는 글라스 천이점 이상으로 점차 연화하고, 팽창 및 가성변형한다. 봉입재에 있어서의 폴리머 상 천이(polymer phase transition) 및 열 팽창에 의한 이 변형은 개별적인 반도체 장치를 손상시키는데 충분하게 엄격한 기계적 응력 및 누적 피로를 생기게 할 가능성이 있고, 이 결과 장치의 성능은 불량하게 되고 조기에 부착되어서 조기의 전계의 손상을 생기게 할 가능성이 있다. 이러한 손상은 1) 전선의 접합부의 피로 또는 손상(칩 본드 패드 또는 도선 프레임에서); 2) 다이 접착제의 부분적인 층 분리; 3) 칩 자체의 마이크로 파괴; 4) 특히, 도선이 봉입재에 들어오는 점 부근에 있어서의 장치의 봉입재의 열화, 및 환경적인 영구 증기, 산소 또는 기타의 손상을 방지하는 매체를 밀봉으로 제거하는 능력의 저하에서 기인한다.
이러한 열적으로 손상에 약한 것에 관하여, 비(非)광학적 전자 장치에 접합한 봉입재와 광학 장치에 적합한 재료 사이의 중요한 차이점을 인식해야 한다. 비 광학적 장치에 대하여 사용되는 봉입재는 불투명하게 할 수 있는 반면, 광-전자 에미터 및 리시버를 제조하는데 사용되는 것은 장치를 작동 파장대역에서 실질적으로 투명하게 해야 한다. 이 상위에 의한 부차적인 효과는 사소하고 또한 광범위하게 미친다. 비 광학장치가 투명성이 필요하지 않기 때문에, 비 광학 반도체 장치에 대한 봉입재는 여러 불투명한 폴리머 바인더, 가교결합제, 필러 안정화제 등을 포함하는 광범위의 조성물을 함유할 수 있다. 현저히 충전된 에폭시와 같은 이 형식의 조성물은 고 글라스 천이온도(Tg), 저 열팽창계률 (Cte) 및 높은 열전도도를 포함하여 이 조성물은 최고 175℃까지의 일반적인 노정에 적합하다. 불투명한 세라믹은 극단적인 상(相)변화를 수반하지 않고 극히 낮은 열팽창률 Cte 및 높은 열전도도에서 약 수 백도까지 열적으로 안정가능하다. 이들 이유 때문에, 비 광적인 장치의 종래의 불투명의 봉입재를 10초동안 130℃ 이상에서 가열된 도선에 10초간 노출된 경우에도(230-300℃에서의 솔더 웨이브에서) 통상 어떠한 문제로 되지 않는다.
그러나, 광 전자 에미터 및 리시버의 봉입재이 광학적으로 투명하게 되는 것이 필요로 하는 것은 비 광학적인 반도체에 적합한 최고 고성능의 폴리머-필러 브렌드, 세라믹 및 조성물을 사용하는 것이 요구되지 않는다. 무기질 필러, 가교결합제 또는 기타의 불투명 첨가제가 존재하지 않으면, 대부분의 광 전자 장치를 포위하기 위해 사용되는 투명 폴리머 재료는 낮은 Tg값, 보다 큰 Cte 및 낮은 열 전도도를 갖는 다양한 에폭시이다. 이렇기 때문에, 이들은 약 130도씨 이상의 한계 천이온도에서 노출되는 것이 적합하지 않다.
솔더 가공에 의한 현저한 손상 효과의 가능성을 보상하기 위해 선행기술의 광 전자 장치는 여러 개량이 되었다. 가장 주목할 만한 개량은 종래부터 이용가능한 온도보다도 10℃ 내지 20℃ 높은 온도(종래의 110℃에 대하여 현재의 지금 130℃)에 견딜수 있는 봉입재에 대하여 투명한 에폭시를 도입한 비교적 최근의 것이다. 이는 이용은 가능하지만, 상술 된 문제점의 일부분 만 비 광학적 반도체 봉입재와 유사하게 50℃ 이상 하강한다.
솔더링과 관계하는 천이온도의 상승이라는 문제점을 해결하여 사용된 가장 일반적인 타협책은 간단히 장치의 제조시에 사용되는 전기도선의 열저항성을 증가하는 것이다. 이들 솔더링 가능한 도선의 열 저항을 증가시킴으로써 솔더링중 장치 본체 내에서 발생하는 열천이가 최소로 된다. 이러한 열 저항의 증가는 1) 저 열전도률의 도선재료(강철과 같은)를 사용하는 것; 2) 도선의 분단 길이(솔더 접점과 장치 본체 사이의 거리)를 증가시키는 것; 또는 3) 도선의 단면적을 작게하는 것이다. 이들 3개의 기술을 이용하면, 솔더링 공정으로부터의 바람직한 보호를 제공하도록, 전기 도선의 열 저항을 증가시킨 종래기술의 장치를 구체화할 수 있다.
솔더링과 관련된 열적 천이로부터 종래기술의 장치를 보호하는데 효과적이지만, 특히, 고 전력의 반도체 광 전자 에미터의 적용 예에 있어서, 이 어프로치법에는 난점이 있다. 도선의 열 저항이 증가한 결과, 종래 기술의 장치의 내부의 작동온도가 상승하는 이 장치의 동작 성능 및 신뢰성을 현저하게 손상하게 한다. 대부분의 종래기술의 LED장치의 솔더 된 전기 도선은 장치에 전력을 전도하고, 동작 중에 장치 내에서 발생 된 열의 주요한 열비산로서 기능을 한다. 따라서, 이와 같이 종래 기술의 장치의 전기 도선은 통상의 동작 중, 열 흡인을 촉진하여 열 저항을 가능한 적게 유지하도록 한 형태를 해야한다. 종래 기술의 장치로부터의 방사 및 자연의 대류는 내부의 열을 주위에 전도할 때 작은 역할만 하고 이 봉입 매질을 통한 열전도는 사용되는 광학적 재료의 열 저항 전도율에 의해 현저히 방해된다. 이 때문에, 전도성 및 열 전도성의 금속도선은 전도 메카니즘에 의해 열의 대부분을 분위기에 흡수해야 한다. 이 때문에 솔더링 공정의 천이온도의 효과로부터 장치를 보호하는데 필요한 이 장치의 솔더가능한 핀의 저항성이 크게 되는 것은 작동 중, 봉입 된 장치의 본체내의 내부온도를 보다 높은 온도로 상승시키게 된다.
안정상태 하에서 반도체 에미터와 접촉하고 있는 장치 본체의 일 부분의 최대 온도 상승은 에미터의 전력의 비산 및 에미터와 주위환경과의 열 저항의 적(積)과 거의 같다.
전술했듯이, 장치 내부 온도가 봉입재의 Tg값보다도 실질적으로 상승하는 경우, 현저한 결과가 생긴다. 이 온도 이상의 경우, 봉입재의 Cte는 전형적으로 극히 신속하게 증가하고 LED 접속부분 및 부착 부분에서 큰 열 기계적 응력 및 누적 피로를 생기게 한다. 자동차와 항공기 등의 대부분의 이동체의 적용예의 경우, 주위온도가 일반적으로 80℃에 도달하게 된다. 이 때문에, 봉입재의 최대 작동온도는 1300℃ 범위에 있을 때 이 용도용 광 전자 에미터는 동작온도 △t을 약 50℃의 절대 최고온도로 제한해야 한다. 이는 한편, 소정의 성분 내에서 비산가능한 전력을 제한하고, 또한 구송요소에 통과할 수 있는 전류를 제한한다. 반도체 발광 에미터의 방출된 광속은 전형적으로 이 에미터를 통과하는 전류에 비례하기 때문에 최대 전류에 대한 제한은 또한 발생 된 광속을 제한하게 된다.
LED의 또 다른 기본적인 성질은 작동시 유용한 온도 △T을 제한하게 된다. IR, 가시광 및 및 UV 에미터를 포함하는 반도체 LED는 전자 발광의 물리적 구성을 개재하여 광을 발생시킨다. 이들 발광은 구성된 재료의 대역 공극의 특징이며, 이 양자 효과는 그 내부온도에 역으로 변화한다. LED칩 온도의 증가하면, 그 방출효율이 그에 상응하여 저하하는 결과로 된다. 이 효과는 가시광, UV 및 IR방출 광에 대한 일반적인 형식의 LED에 대하여 극히 현저하다. 일반적으로, 일정의 전력에서 작동하는 것을 상정하면, 칩 온도가 1℃ 증가(△t)하면, 유효광선은 1% 감소하고 방출광의 최고파장이 0.1nm 변화한다. 따라서, 40℃의 △T의 경우, 전형적으로 방출된 광속은 40%감소하고 최대 파장이 4nm변화한다. 상술한 효과를 고려하면, 패키지 열 설계의 계수로서의 LED성능은 식(1)과 같다.
(식1)
Figure 112001023669887-pct00036
ΦTa=정규화한 LED플럭스
β=온도에 대한 LED방출된 광속의 변화율
(통상적으로 -0.011)
I=평형상태의 장치의 평균전류
a= (2.0-7.0, 일반적으로는 5.5 범위의) 에미터 등 가치 직렬 저항에 대한 상수
b=(1.2-5.0 범위의)의 에미터의 최대 순 방향 전압에 대한 상수
식(1)은 여러 전력 레벨 및 패키지 설계에 대한 식 1이 도 1에 도시했다.
상술한 내용으로부터 열적 손상을 방지하고 최적한 LED방출성능을 실현하기 위해서는 작동 중에, LED 장치의 칩 및 패키지가 경험하는△T을 최소로 하는 것은 극히 중요한 것으로 이해된다. 이는 전력을 제한 또는 열 저항을 감소시키것만으로써 성취된다.
물론, LED전력은 제한하는 것은 보다 높은 전력의 LED의 목적, 즉, 보다 유용한 광선을 발생시킨다는 것과 상반된다. LED에 의해 보다 높은 광속을 발생시키기 위해서는 전체적으로 보다 높은 전류(따라서, 보다 높은 전력)를 필요로 한다. 그러나, 대부분의 선행기술의 장치는 그 반도체 발광 에미터로부터 주위로의 열 저항이 비교적 크고 이 때문에, 내부의 손상을 방지하기 위해서는 전력의 비산을 제한한다. 따라서, 최량의 5mm T-1.3/4 THD 패키지는 110mW연속 비산을 25℃ 주위온도에서 제한된다.
종래의 기타 장치는 이 제약을 회피하지만, 표준적인 자동화된 전자 조립체의 작동의 필요성을 무시하고 그리고 이 방법과 적합 불능한 형태를 채용함으로만 고성능을 실현한다. 또한, 다른 선행기술 장치는 그 자체의 구조에 상당히 고가인 재료, 부차적인 구성요소 또는 방법을 채용하는 것으로 고성능을 실현하고 있다.
예를 들어, 이들 제한을 극복하는데 이용되는 하나의 선행기술의 방법은 밀폐적 반도체 패키지, 하이브리드의 칩 온 보드 기술, 세라믹, KOVAR 및 유리와 같은 재료를 사용하고 또는 폴리마의 봉입 대신에 또는 폴리머의 봉입에 추가하여 복잡한 조립체를 사용하는 것이다.
이러한 장치는 특정의 높은 코스트의 우주공간 및 전기 통신의 용도(소자의 코스트가 중요한 관심사는 아니다)에 관계하는 한편, 고가인 재료 및 특수한 조립에서 방법을 필요로 한다. 그 결과, 높은 코스트 및 제조능력이 제한된다(그 쌍방은 어느 구성요소를 대량 생산의 시장의 용도에서 사용하는 것을 방해한다). Johnson의 미국 특허 제 4,267, 599호에 개시된 장치는 이의 좋은 예이다.
Johnson는 LED칩을 실장하여 내부에서 발생한 열을 외부의 열비산수단에 전도하는 TO-18 헤더 소자 및 열 커플링 수단을 포함하는 장치를 개시하고 있다. 이 헤더는 KOVAR부재, 절연체 슬리이브 및 전기 포스트를 포함하는 여러 소자로 구성되어 있고 포스트가 헤더를 통과할 때, 이 포스트가 전기적으로 절연되는 것을 보장하는 특수한 공정에서 제조된다. 이 열 커플링 수단은 헤더와 별개의 소자이며 동, 동 합금, 알류미늄 또는 기타 고 열 전도율의 재료로 이루어져 있다. 미국 특허 제 4,267, 559호의 기술에 따라, KOVAR 헤더 서브 조립체 및 동의 열 커플링수단은 전기적 도통성을 확보하는 솔더 또는 도전성 접착제로 함께 붙여져서 열 결합 수단 내로, 그 후, LED칩 내로의 전류의 흐름을 허용해야 한다.
더구나, 미국특허 제 4,267,559호의 헤더 및 열 커플링 수단은 완전히 이물의 재료에서 야기되고 이는 상술한 조립체에서 독특한 특성으로 인해 그러하다. 헤더는 그 헤더를 관통하여 신장하는 절연체의 슬리이브와 같은 열팽창률을 가지도록 KOVER에서 제조되어야 한다. 전기 핀을 헤더 자체로부터 전기적으로 격리하기 위해 이러한 슬리브가 적어도 1개 필요하다. 그러나, KOVAR은 열전도율이 비교적 적고 동과 같은 고전도율의 재료에서 야기된 별개의 열 결합 수단을 포함하는 것을 필요로 한다.
헤더는 그 자체가 복잡한 서브 어셈블리이며, 그리고 열 결합수단과 상위하는 재료로 되어 있기 때문에 헤더는 열 결합수단과 별개로 형성된 후, 솔더나 전도성 접착제에 의해 열 결합 수단에 부착되어야 한다.
미국특허 제 4,267, 559호에 설명된 장치와 유사한 LED장치는 TO-66 패키지와 유사한 특정형태로 현재 시판되고 있다. 이들 장치는 복잡하고 절연된 핀 및 헤더 구조를 가지고 있고 이 내부에 세라믹 간격 시트와 같은 특수한 소자를 포함한다.
솔더링에 의한 광 전자 에미터에 대한 손상을 방지하기 위해 이용되어 온 또 다른 방법은 소자를 함께 솔더링 하는 것을 방지하고 또는 그렇지 않으면, 레이저 스폿 솔더링 또는 그 기타의 특수한 전기적인 부착 방법을 사용하는 것을 필요로 한다.
HP가 제조된 SnapLED 및 수퍼 SnapLED 장치는 이 방법을 설명한다. 이 장치에 있어서, 솔더링은 하지 않고 도선을 간단한 회로에 기계적으로 스템핑(stamping)함으로써 회로로의 전기적인 접속이 이루어진다. 형성된 장치는 온실에서 474mW의 높은 전력을 연속적으로 비산시킬수 있다. 그러나, 이 형태는 보다 복잡한 전자회로(어느 회로는 종래 인쇄회로기판, 자동화한 끼움 장치 및 파상(波狀) 또는 리플로 솔더 공정(reflow solder operation)을 사용하여 만들어진다)을 가지는 소자를 집적화하는 것을 복잡하게 할 가능성이 있다.
최종 방법은 HP로부터 입수가능한 SuperFlux 패키지라고 하는 LED패키지에 의해 설명된다. SuperFlux 장치는 봉입된 칩과 핀의 솔더 된 분리 부분간의 적절한 열 저항을 공급한 광학적 봉입 부분, 특수한 칩 재료 및 광학적 설계와 조합시키는 것이다. 이 장치는 SnapLED와 같은 솔더 가능한 형태를 이용하지 않고 통상정도의 전력의 비산을 실현한다. 그러나, 그 형태보다 넓은 사용을 방지하는 어떠한 현저한 문제가 있다.
SuperFlux의 패키지 기하학적 형태는 종래의 고속 THD 방사상 및 축 방향 끼음 기계 또는 해당 출원인이 아는 SMT칩 슈터(SMT chip shooter)를 부적합하게 한다. 대신, 이 패키지는 고가로 느린 로버트 식의 특이한 형태의 끼음 장치의 어느 것에 의해 배치되어야 한다. SuperFlux 패키지 엔드온(end-on) 만으로 사용가능한 형태로 되고, 이 장치를 90°의 "사이드 로커"(side looker)원으로 변환하기 위한 현저한 편리한 도선 만곡 기술은 존재하지 않는다. 이 장치의 솔더링 가능한 핀의 통상 정도의 열 저항 및 비교적 적은 열용량은 제어가 불충분한 솔더링 공정에 의한 손상을 받기가 쉽다. 일부의 전자회로의 제조자는 그 솔더링 공정을 이 형태에 필요로 하는 정도까지 제어하는 것은 비효율적이고 또한 코스트가 높을 수 있다. 마지막으로, SuperFlux 패키지에 종래의 수동적 또는 수동적인 흡열체를 장착하는데에는 편리한 기계는 없다. 이 장치의 솔더링 가능한 핀의 통상 정도의 열 저항 및 비교적 적은 열용량은 제어가 불충분한 솔더링 공정에 의해 손상을 받기가 쉽다. 최후로, SuperFlux 패키지에 종래의 능동적 또는 수동적인 흡열체를 장착하는 데에 편리하다고 하는 해당 발명자에게 공지된 기구는 존재하지 않는다. 신호의 발생은 조명 및 디스플레이에 있어서의 이들의 및 기타의 LED를 실용적으로 이용하는 것을 방해하거나 또는 이의 제약은 소망의 광속 방출량을 실현할 수 있기 때문에 많은 LED 소자의 열을 필요로 한다.
결론적으로. 자동화된 가공중, 고 방출량의 출력을 열로부터의 보호와 조합시킨 반도체 발광 에미터 패키지를 제공하는 것이 바람직하다.
도 1은 여러 이론 적인 패키지 디자인에 대한 전류대 방출된 광속의 그래프.
도 2는 반도체 발광 에미터 패키지의 일 예의 개략도.
도 3은 봉입재이 존재하지 않고 그리고 일체화 전의 반도체 발광 에미터 패키지의 도면.
도 4는 도 3의 실시예를 따는 봉입되고 그리고 일체화한 패키지의 도면.
도 5는 에미터의 투시도.
도 6은 에미터의 교차단면도.
도 7a-도 7c는 여러 에미터 전기 구성의 개략도.
도 8은 반도체 발광 에미터 장치의 또 다른 실시예의 도면.
도 9a-도 9d는 여러 렌즈구성의 도면.
도 10은 반도체 발광 에미터 패키지에 이용하기 위한 리드프레임의 부분의 단면도.
도 11은 반도체 발광 에미터 패키지를 제조하는 공정을 도시한 흐름도.
도 12a-도 12c는 리드프레임의 제조에 이용되는 일체 금속 스트립을 도시한 사시도 및 단면도.
도 13은 타이 바에 의해 연결된 한 세트의 리드프레임의 도면.
도 14는 반도체 발광 에미터 패키지대 선행기술의 LED에 대한 상대적 조사량 대 전력의 비산을 도시한 그래프.
도 15는 반도체 발광 에미터 장치에 대한 이론상의 강도대 각도의 도면.
도 16a 및 도 16b는 봉입재을 가지거나 없는 반도체 발광 에미터 장치의 또 다른 예의 실시예의 도면.
도 17a-c는 반도체 발광 에미터 장치의 여러 또 다른 실시예의 도면.
도 18은 반도체 발광 에미터 장치의 또 다른 실시예의 도면.
도 19a 및 도 19b는 봉입재이 있거나 없는 반도체 광 방사 에미터 장치의 또 다른 실시예의 도면.
도 20은 반도체 발광 에미터 장치의 또 다른 실시예의 도면.
도 21은 반도체 발광 에미터 장치의 또 다른 실시예의 도면.
도 22는 반도체 광 발광 에미터 장치의 또다른 실시예의 도면
도 23은 반도체 광 발광 에미터 장치의 또 다른 실시예의 도면.
도 24는 히트싱크에 설치된 반도체 발광 에미터 장치의 도면.
도 2를 먼저 참조하면, 본 발명이 반도체 광 발광 장치 또는 패키지(200)는 3개의 주요 소자, 즉 리드 프레임(201), 하나 이상의 반도체 발광 에미터(202) 및 봉입재(203)을 포함한다. 각각의 이들 구성요소에 관하여 이하에서 설명한다.
리드프레임(201)은 반도체 발광 에미터(202)를 실장하는 지지체로서 기능을 하고, 반도체 발광 에미터(202)로의 전기 접속용 메카니즘을 제공하고, 또한, 동작 중에 반도체 발광 에미터(202)에서 발생한 열을 제거하여 이 열을 근접하는 매질, 근접하는 구조체 또는 주위환경에 전송하기 위한 열 경로를 제공한다. 리드프레임은 두 개의 주요 요소, 즉, 열추출부재(204) 및 (205)로 표시된 다수의 전기도선을 포함한다.
열추출부재(204)는 열전도체로 이루어져 있으며 이 열전도체는 금속으로 구성되어 있지만, 장치의 에미터에 의해 발생한 열을 주위환경으로 전송하기 위한 주요 경로(도선(205)와는 다른)를 제공하는 열 전도성 세라믹 또는 기타 재료로 이루어지는 것이 가능하다. 바람직하기로는, 열추출부재(204)는 전기 리드(205)에 의해 전달되는 것보다 장치밖으로 에미터에 의해 발행된 더 많은 열을 주위환경에 전달하는 역할을 한다. 가장 바람직하기로는, 열추출부재(204)는 이 열의 5%-90%이상을 장치 밖으로 부터 주위환경, 근접하는 구조체, 또는 주위의 매질에 전도하도록 하는 구조이다. TO-18 헤더 구성요소, 열 결합 수단 및 헤더를 관통하여 돌출하는 전기 핀의 쌍방을 포함하는 죤슨(Johnson)의 복잡한 서브 어셈블리와는 달리, 본 발명에 의한 반도체 광선 패키지(200)에서 복잡한 헤더 구성요소는 전적으로 필요하지 않다. 또 다른 현저한 특징은 열추출부재(204)가 전기 도선(205)의 봉입 부분 내로의 입구점으로부터 분리된 위치를 갖는 경로를 개재하여 열을 봉입재(203) 바깥으로부터 주위환경에 전도되는 것이다. 열추출부재(204)는 장치(200)내의 반도체 발광 에미터(202)로 그리고 그 발광 에미터로부터의 주요한 열도관, 즉, 장치로의 그리고 장치로부터의 전기 도관을 실질적으로 독립적인 도관을 형성한다.
확장하여 말하면, 열추출부재(204)는 두께가 0.25mm-5.0, 폭(크기 207)이 2mm-25mm이고 길이(208)가 2mm-25mm이다. 바람직하기로는, 열추출부재(204)는 두께가 1.0-2.0mm이고, 폭이 9.5-12.0mm(크기(207)) 및 길이가 10.0-17.0mm(크기(208))의 수정된 직사각형 고체이다. 또 다른 더 바람직한 실시예에서, 열추출부재(204)는 개략 두께가 1.625mm, 폭이 11.0mm(크기 107) 및 길이가 12.5mm(크기 208)인 개략적으로 개량된 직사각형 고체이다. 이들 크기는 표준적인 자동차 인서트(insert) 장치 및 표준적인 부착 및 열 구성 요소와의 적합성을 보장한다. 이들 치수의 범위는 흡열를 허용가능한 큰 단면적을 가지는 열추출부재를 제공하게 된다.
상세히 후술되어 있듯이, 열추출부재(204)는 타원, 원형 또는 기타 비직사각형 형으로 구성될수 있고 챔퍼되거나 그렇지 않으면, 확장부, 슬롯, 구멍, 홈 등을 포함하고 광학적 성능을 향상하기 위해 시준컵 또는 기타 형태와 같은 오목부를 포함할 수 있다. 열 추출부재(204)는 베릴늄 동, 알류미늄, 알류미늄, 강철 또는 기타 금속과 같은 동합금, 세라믹과 같은 또 다른 열전도재료로 구성될수 있다.
열추출부재(204)의 표면부분은 구성요소의 봉입재의 열추출부재에 대한 접착을 향상시키도록 작은 구멍을 설치하고 텍스쳐화하거나 엠보스 가공을 할 수 있다. 열 추출부재(204)는 도금되어 기본 금속의 여러 물리적인 특성을 향상시키는 것이 바람직하다. 도 10을 참조하면, 반도체 발광 에미터(202)의 부착 장소의 바로 아래에 위치한 열추출부재(204)의 영역(1002)은 다이 부착의 품질 및 신뢰성을 향상시키도록, 니켈, 파라듐, 금, 은 또는 합금을 포함하는 재료로 피복할 수 있다. 기타 얇은 층 재료는 에미터와 열추출부재 사이에 임의로 끼워져 있어서, 본 발명의 정신과 범위에서 벗어나지 않고 여러 바람직한 효과를 성취할 수 있다. 에미터와 열추출부재사이에 기타의 얇은 층 재료를 선택적으로 끼울 수 있다. 이 재료는 접착제, 전기 절연성, 도전성 또는 패턴화한 한 전기 절연성 및 도전성 재료의 복합체로 할 수 있고, 또한, 열전도를 현저히 손상하지 않고, 에미터를 지지하고, 접착 및 열추출부재에 전기적으로 접속하고 또는 그 기타 방법으로 부착하여 사용할 수 있다. 임의의 광학적 향상 컵 작용부분(301)내의 추출부재(204)의 영역(1004)은, 알류미늄, 금등으로 피복되어 반사율을 증가시키고 장치의 광학적인 효과를 향상시킨다. 도 2를 참조하면, 봉입재(203)외측의 열추출부재(204)의 영역(222)은 니크롬, 흑산화물(black oxide) 또는 기타 고방출율의 처리에서 피복 할 수 있다. 부식과 같은 환경으로 영향으로부터 장치를 보호 또는 반도체 광선 패키지내에서 사용되는 다이 부착 접착제 또는 봉입재의 접착을 향상시키 위해 열추출부재(204)의 여러 표면에 에 대하여 기타의 피복을 실시할 수 있다. 이러한 피복은 여러 애노딩, 전자 도금 또는 기타 웨이트 도금 기술 및/또는 선행기술에 공진 된 E-빔 증기(E-beam vapor), 스퍼터링과 같은 물리적인 증착방법을 이용하여 적용된다.
열추출부재(204)는 반도체 발광 에미터(202)에 의해 발생 된 열을 패키지로부터 주위환경으로 또는 패키지(200)에 근접하는 구조체 또는 매질까지의 주요한 경로를 제공한다. 이를 성취하기 위해, 열추출부재(204)는 그 부재가 반도체 발광 에미터(202)에 부착인 표면영역과 주위환경 또는 인접하는 구조체 사이에서 작은 열 저항을 나타내야 한다. 열추출부재(204)는 다음 성질의 1개 이상을 조합시킴에 의해 주위 환경 또는 인접하는 구조체에 대한 작은 열 저항을 실현한다. 즉, 1) 벨리늄동, 동, 알류미늄, 연강 또는 기타 금속 또는 대안적으로, 세라믹과 같은 다른 고열전도률 재료를 가지는 구조인 것; 2) 반도체 발광 에미터가 부착된 표면영역으로부터 떨어진 하나 이상으로 방향으로 실질적으로 큰 단면적을 갖는 구조인 것; 3) 반도체 발광 에미터가 주위환경 또는 인접하는 구조체에 부착된 표면영역으로부터 하나 이상의 방향에서 실질적으로 비교적 짧은 경로길이를 갖는 구조인 것; 4) 대류 및 방사에 의한 열손실을 개선하는 장치의 파워에 대한 공기, 주위의 매질 또는 인접하는 구조체(장치의 봉입재의 외측)에 노출된 큰 표면적을 실현하는 핀, 또는 구멍 또는 기타의 작용부분과 같은 구조적인 세부(細部)를 가지는 구조인 것; 5) 방출에 의한 방사열 손실을 개선하기 위해 니크롬, 흑-산화물 또는 메트 최종물(matte finish)과 같은 개량된 방출 열을 갖는 텍스쳐 또는 피복재료로 공기, 주위의 매질 또는 인접하는 구조체(장치의 봉입재의 외측)에 노출된 표면을 처리하는 것이다. 본 발명의 어떤 실시예에서의 열추출부재(204)의 또 다른 기능은 전기 도선(205)의 솔더 사이, 장치가 경험하는 천이적 열 노출의 효과를 감쇠하는 것이다. 이 열추출부재(204)는, 이 열추출부재(204)를 직접적으로 혹은 간접적으로 실현할 수 있다. 전기 도선(205)의 솔더에 의한 극단적인 온도를 흡열부재(204)에 의해 직접 감쇠하는 것은 솔더링하는 1개 이상의 전기적도선(205)에 접속 또는 그 도선(205)과 일체화시킨다. 열추출부재(204)는 그 부재에 실질적으로 큰 열용량을 제공하는 재료 및 기하학적 형태를 가지는 구조로 되어 있으며, 또한, 솔더링 가능한 전기도선(205)는 그 분리 착좌면(standoff seating plane)과 열추출부재(204)사이에 비교적 큰 열 저항을 가지는 구조로 되어 있기 때문에 솔더링 중에 전기도선(205)까지 상승하는 열에 기인하는 온도변화는 감쇠 된다. 이 기능은 전기회로 내에서 전압의 천이를 감쇠시키는 전기적인"RC"필터의 기능과 유사하다.
전기도선(205)의 솔더링에 기인하는 극단적인 온도의 간접적인 감쇠는 전기도선에 의해 나타나는 열 경로로부터 실질적으로 독립된 장치(200) 외의 주요한 저열저항 경로를 제공함으로써 열추출부재(204)에 의해 실현된다. 이로 인해 전기도선(205)을 LED의 작동성 등을 손상하지 않고 비교적 큰 열 저항을 가지는 구조로하는 것을 허용한다. 어느 작동성능으로의 악영향은 전류를 제공하고 그리고 열을 흡수하기 때문에 이 전기도선에 의존하는 솔더링 가능한 종래기술의 장치에서 실현된다. 본 발명에 있어서, 전기도선(205)은 작동 중의 그 열적 영향을 고려하지 않고 임의의 큰 열 저항을 가지는 구조를 할 수 있기 때문에, 솔더링 중 전기도선(205)까지 상승하는 열적 천이에 대하여 그 장치를 매우 효과적으로 보호할 수 있다. 이 큰 열 저항은 그렇지 않으면 전기도선(205)이 봉입재(203)에 들어온 장소에 있는 점에서 그리고 그 점을 넘어서 장치의 봉입재에 도달하는 극단적인 온도를 저하시킨다. 열추출부재(204)의 부가적인 기능은 다음을 포함할 수 있다. 1) 장치를 기계적으로 잡거나 위치하는 수단으로서의 기능; 2) 이차적인 광학장치, 지지 부재 또는 이차 열 추출기와 같은 인접한 소자에 부착하거나 정합하는 수단으로서의 기능; 3) 반도체 발광 에미터에 의해 방출된 에너지의 부분적 광학 평행 또는 그 기타의 비임을 수정하는 기능; 4) 복수로 존재하지만, 복수의 반도체 발광 에미터에 의해 방출된 에너지를 부분적으로 혼합하는 기능이다.
이들 부가적인 기능을 지원하기 위해, 열추출부재(204)에 대하여 추가적인 특성을 요구할 수 있고, 이것이 도 3에 도시되어 있다. 슬롯(230), 관통구멍(232), 태브(234) 또는 (도시하지 않은) 분리부분(standoff)은 열추출부재(204)의 금속 중에 직접적으로 스탭프(stamp)가공 되고 자동화 취급을 쉽게 하고 그리고 기계적인 그리퍼(gripper)에 의한 처리 사이 장치를 쉽게 할 수 있다. 본 발명의 장치를 인접하는 소자에 부착하기 위해 마찬가지의 구조적인 세부를 조립할 수 있다. 히트싱크, 하우징 또는 기타 인접한 소자 또는 재료에 부착함으로써, 장치로부터의 흡열을 또한 향상시킬 수 있다. 유사한 작용부분을 사용함으로써 이차적인 광학적인 소자를 본 발명의 장치에 용이하게 스넵(snap)하여 끼우거나 장치에 대하여 정합시켜서 광학적 성능을 또한 우수하게 그리고 변화를 최소로할 수 있다.
오목부분 또는 컵(301)을 열 추출부재(204)에 스탭핑한 다음 반도체 발광 에미터(202)를 이 리세스에 실장함으로써, 열추출부재(204)의 오목형상면은 광선을 컬렉터 및 반사기로서 기능을 하여 장치의 광학적 성능을 향상시킬 수 있다.
광학적 컵 또는 오목부분(301)(존재한다면)이 표면을 포함하는 반도체 발광 에미터(202)를 포위하는 열추출부재(204)의 표면은 광학적 효과를 향상시키도록, 은, 알류미늄, 금 등과 같은 고 반사성 피복에서 피복할 수 있다. 어떤 스탭핑(stamping) 및 피복작용부분은 또한 보다 협소하게 그리고 보다 강력한 비임을 제공하고 또한 보다 균일하게 분배된 비임을 제공하는 것도 가능하다. 광학적 컵 또는 오목부분(301)(존재한다면)의 표면을 포함하는 반도체 발광 에미터(202)를 포위하는 열추출부재(204)의 표면은 확산 반사 또는 산란을 증가시키기 위해 또는 대안적으로 피복하고 또는 텍스쳐화할 수 있다. 1개 이상의 반도체 발광 에미터(202)을 유지하는 장치에 있어서 이 처리는 또한 그 내부에 유지된 복수의 에미터의 조합에 걸친 방출 광에 기인하는 비임내에서의 에너지의 혼합을 향상시킬 수도 있다.
도 2를 다시 참조하면, 리드프레임(201)은 205로 전체적으로 나타낸 다수의 전기도선을 포함하는 제 1의 주요 요소를 유지하고 있다. 본 발명의 목적을 위해 전기도선(205)은 주로 반도체 발광 에미터(202)와 전원(도시하지 않음)과 같은 외부의 전기 회로 사이에 전기적 접속부를 설정하는 것을 목적으로 하는 형태로된 금속제의 도전체 구성요소를 의미하는 것이다. 전기적 접속부를 제공하는 것 외에, 전기도선(205)은 회로기판, 와이어 하니스, 커넥터 등으로의 기계적인 유지방법으로 작용하는 것이 가능하다. 전기도선(205)은 또한 장치외로의 이차적인 열 경로를 제공하고 이 열 경로는 열추출부재(204)에 의해 설정된 주요한 열 경로와 비교하여 작다. 사실, 전기도선(205)에 의해 형성된 적절한 재료는 동, 베리늄 동과 같은 동합금, 알류미늄, 동 또는 기타의 금속을 포함한다. 이들 재료는 Olin Brass of East Alton, Illinois를 포함하는 여러 박판금속의 회사로부터 입수가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 하나이상의 전기도선(209)은 열추출부재(204)의 협소한 일체적인 신장부로서 형성된다. 이것이 도 2에서 점(206)에서 열추출부재(204)와 도선(209)사이의 직접적인 물리적인 접속에 의해 예시되어 있다. 이 물리적인 접속부(206)는 봉입재(203)의 가장자리부 내에 또는 봉입재의 외측의 어느 부분에서 행해질 수 있다. 이와 같이하여, 일체적인 전기 도선(209)은 열추출부재(204)와 전기적으로 도통하며, 열추출부재(204)의 짧은 부분을 통하여 일체적인 전기 도선(209)로 부터 반도체 발광 에미터(202)의 기부면의 접촉점까지 전류를 공급할 수 있다. 나머지 1개 이상의 이격 된 전기도선(210)은 열추출부재(204)에 접속되어 있지 않다.
상술했듯이, 본 발명에 있어서, 전기도선(205)은 솔더에 노출된 일체적인 전기도선(209)의 부분과 장치의 봉입재 내의 반도체 발광 에미터(202)의 부분사이에 비교적 큰 열 저항을 가지고 있다. 본 발명의 실시예에서, 일체적인 전기도선(209)의 부분과 장치의 봉입재 내의 반도체 발광 에미터(202)의 부분 사이에 비교적 큰 열 저항을 가지고 있다. 전기도선(205)은 그 열 저항을 증대시키도록 비교적 작은 단면적으로 되도록 형성하는 것이 바람직하지만, 도선의 치수는 장치(200)의 최종적인 용도에 의존하여 변경가능하다. 전기도선(205)은 열 추출 부재의 두께의 약 1/3-1/4 일 수 있고 두께가 약 0.25mm-2.0mm이고, 폭이 약 0.25mm-2.0mm이고 길이가 약 2mm-25.0mm이다. 전기도선(205)의 현재 바람직한 크기는 두께가 약 0.51mm이고 도선이 봉입물(203)을 탈출하는 점에서 측정된 폭이 약 0.87mm이고 (도선이 봉입물을 분리부분의 착좌면에 탈출시키는 점으로부터 측정된)길이가 대략적으로 9.0mm이다. 그 결과, 각 도선에 대해 0.44mm2의 단면적으로 되고, 도선의 길이 및 도선을 형성하기 위해 사용하는 동금 합금을 고려하면, 비교적 큰 열 저항으로 된다. 도 4에 도시되고 현재 바람직한 크기를 따른 열추출부재(204)는 태브가 봉입재(203)으로부터 나오는 점에서 17.875mm2의 단면적을 가질 수 있다. 현재의 바람직한 실시예에서, 전기도선(205)은 많은 일반적인 전기적 장치의 형태를 가지는 표준화를 유지하도록 중심간의 간격이는 2.54mm이다. 전기도선(205)의 열 저항은 전기도선(205)을 저열전도율의 금속에서 형성되고 그리고 열추출부재(204)를 고열전도율의 금속에서 형성하고, 열추출부재(204)를 통해서 형성할 수 있다. 이 경우, 동으로 만들어진 일체적인 전기도선(209)은 동으로 된 열추출부재(204)와 일체로 할 수 있다. 이 이질의 구조를 실현하는 방법에 관하여 아래에서 설명한다.
직류(DC)전원에 의해 동작 되는 반도체 방사 에미터(202)를 사용하는 실시예의 경우에, 전기도선(205)은 전형적으로 양극 및 음극의 전기도선으로 구분된다. 음극전기 도선은 외부의 전기 회로 또는 커넥터에 전기적으로 부착될 때, 마이너스(-)전위(양극의 전기도선에 대하여)을 제공하는 전기도선을 의미하는 것이다. 마찬가지고 양극 전기도선은 외부의 전기회로 또는 케넥터에 부착될 때 플러스(+)전위(음극전기 도선에 대하여)가 제공되는 전기도선을 의미한다.
실시예의 전기도선(205) 중 하나가 일체적인 전기도선(209)인 경우, 반도체 발광 에미터(202)는 그 기부에 전기접점을 가지는 형식이고, 이 경우 이 도선(209)의 극성은 전형적으로 반도체 발광 에미터(202)의 기부의 접점의 극성과 반대의 극성을 가지는 하나 이상의 격리된 전기도선(210)이 패키지내에 포함되고, 반도체 발광 에미터(202) 상부접합 본드에 선접합부(211)를 개재하여 전기적으로 접속된다. 이와 같이, 이 일체적인 전기도선(209)은 반도체 발광 에미터가 그 기부에 캐소우드 접점 또는 애노드 접점을 가짐에 의존하여 반도체 발광 에미터(202)의 기부에 전기적으로 접속된 음극전선 또는 양극전선으로 할 수 있다. 도 3에 도시되어 있듯이, 본 발명은 다수의 반도체 발광 에미터(202)를 유지하도록 할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 두 개의 반도체 발광 에미터가 존재하고 그리고 열추출부재(204)에 형성된 컵(301)에 부착된다. 이들 두 개의 반도체 발광 에미터는 그 기부에 추출부재(204)에 전기적으로 접속된 음극접점을 유지하고 있다. 단일의 일체적인 음극전기 도선(209)은 반도체 발광 에미터 모두에 대하는 전기경로를 제공한다. 2개의 개별의 이격된 양극전기 도선(210)은 반도체 발광 에미터의 각각에 대하여 이격 된 양극전기 경로를 제공한다. 상술했듯이, 격리된 2개의 양극전기 도선(210)을 사용하는 것은 각 에미터에 대한 독립적인 전류 공급원의 접속부를 제공함으로써, 2개의 다른 반도체 발광 에미터(202)를 사용하는 것을 용이하게 한다. 반도체 발광 에미터(202)의 각각은 실질적으로 동일의 형태인 경우, 공통의 음극도선에 더하여 공통의 양극 전기도선을 사용할 수 있다. 또한, 본 발명은 형태의 2개 이상의 반도체 발광 에미터를 제공하도록 2개 또는 3개 이상의 전기도선을 포함하도록 개량가능하다.
도 4를 참조하면, 바람직한 실시예에서, 전기도선(205)은 모두 서로 평행하게 형성되고 그리고 실질적으로 동일면 또는 평행한 면내에 유지되어 있다. 도 4에 도시되어 있듯이, 전기도선(205)의 평면은 전기도선이 봉입재(203)으로부터 나오는 장소의 점에서 또는 대안적으로, 도선이 봉입재으로부터 나오기 전에 구부러지는 경우, 전기도선과의 선접합이 행해진 장소의 점에서 전기도선의 상면(209a, 210a)을 유지하는 면으로 형성된다.
전기 도선(205)의 상면은 반도체 발광 에미터(202)로부터의 광선의 주요한 방사방향에 대하여 수직으로 그리고 그 방향에 대하는 면으로 형성된다. 이 실시예에서, 이격된 전기도선(302)으로의 선접합부의 부착은 전기도선의 상면에서 행해진다. 열추출부재(204)의 평면은 반도체 발광 에미터(들)(202)가 접착된표면을 포함하는 면으로 형성된다. 도3에 도시되어 있듯이, 전기도선(205)의 각각의 면은 이 실시형태에 있어서, 열추출부재(204)의 면에 대하여 실질적으로 평행하다. 전기도선(205)은 직사각형 단면을 가지는 것으로 도시되고 그리고 상기에서 설명했지만, 필요할 때 선접합부분(302)에 접속하는데 적합한 도선의 특징이 얻는데 한계가 있으며, 원형의 단면, 변화하는 단면 또는 기타의 단면형상을 가지는 도선도 본 발명의 범위 및 정신에 속하는 것이다.
이격된 전기도선(210)은 열추출부재(204)의 외주면의 외측에 배치되어 있고 열추출부재을 통하여 신장되지는 않는다. 이격된 열추출부재(204)를 열추출부재(204)의 외주 가장자리의 외측에 배치하는 것은 전기도선이 열추출체를 통과하여 이 열추출체로부터 전기적으로 절연되어야하는 종래기술의 장치에 필요한 절연성 슬리이브, 부싱 등을 필요로 하지 않는다, 이 절연성 부싱 및 슬리브 등을 필요로 하지 않는 것은 이 종래기술에 대하여 본 발명의 구성요소의 수를 적게하여 동등의 성능의 고 파워 LED장치를 실현 가능한 종래의 방법 보다 도 간단하게 그리고 경제적인 제조 방법을 실현할 수 있다.
도 2에서 개략적으로 도시하고 도 4에서 도해적으로 도시된 바람직한 실시예에서, 전기도선(205)은 봉입재(203)의 1개의 면 밖으로 연장하고, 열추출부재(204)는 봉입재의 반대측의 면 밖으로 신장한다. 이 열추출부재(204)는 봉입재(203)의 저면(광선의 주요한 방출 방향과 반대측의 면)을 통하여 간단히 또는 추가적으로 노출될 수 있다.
전기도선(205)은 직선형상으로 또는 여러 각도로 구부러질 수 있다. 여러 도선의 구부러짐 각도를 선택하므로써, 엔드 록커(end looker) 또는 사이드 로커(side-looker) 중 어느 형태에서도 본 발명을 이용하는 것을 허용한다. 엔드 로커의 형태는 광선의 주요한 방향이 전기도선이 회로기판, 컨넥터 등에 접속하는 점의 장소에서 1개 이상의 전기도선(205)의 축선에 대하여 전체적으로 평행한 형태로서 형성된다. 이는 주요한 광선의 방향이 외부의 매질로의 접촉점에 있어서의 1개 이상의 전기도선의 측선에 대하여 전체적으로 수직한 사이드 록커의 형태와 상이하다. 전기도선(205)을 봉입재(203)의 외측으로부터 직선형상으로 신장하는 형태로 함으로써 이 장치를 사이드 록커의 형태에서 사용하는 것이 허용된다. 여러 용도는 장치를 사이드 록커 또는 엔드 로커의 형태에서 또는 그 사이의 각도에서 사용하는 것이 필요할 수 있다. 본 발명의 매우 유용한 면은 도선의 간단한 구부림 공정에 의해 리드프레임(201) 중 어느 것의 형태에서도 용이하게 적용하도록 할 수 있다는 점이다. 전기도선(205)은 본 발명을 유지하는 장치의 제조를 돕고 여러 특징을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전기도선(205)은 리드프레임(201)을 인쇄회로 기판에 정합시키는데 도움을 주어 분리부분(standoff)을 포함할 수 있다. 이들 분리부분은 리드프레임이 인쇄회로기판에 대하여 경사를 방지하도록 전기도선의 면에 대하여 수직으로 구부러질 수 있다.
여러 도선의 구부림 각도, 형태, 트림(trim) 및 스탭핑(stamping)의 선택은 본 발명의 리드프레임을 엔드 로커, 사이드 록커, 관통구멍, 표면 실장, 커넥터 부착물을 포함하는 광범위한 범위에 적용되게 된다. 이들 여러 구성에 대한 리드프레임의 적합의 여러 예는 본 명세서에서 후에 제공된다.
전기도선(205)의 전부 또는 일부는 도선의 기능의 여러 물리적인 성질을 향상시키도록 여러 재료에서 도금이나 피복될 수 있다. 공통적으로, 구성요소의 봉입재(203)의 외측의 이들 도선부분은 도선이 내식성을 증가하고 그리고 완성된 구성요소에 대한 도선의 땝납 가능성의 용이성을 향상시키도록 니켈, 은, 금, 알류미늄, 금속 합금 및/또는 납땜으로 도금되거나 피복된다.
구성요소의 봉입재(203)의 내측의 도선(205)의 부분은 일반적으로 선접합이 이루어진 장소인 도선의 표면의 선접합 특성을 향상시키도록 이들 재료 또는 기타의 재료로 피복되어 있다.
본 발명의 목적을 위해 반도체 발광 에미터(202)는 전류가 구성요소 또는 재료를 통하여 흐를 때 전자 발광의 물리적인 구조에 의해 100nm 와 2000nm사이의 파장을 갖는 전자방사선을 방사하는 임의의 구성요소 또는 재료를 포함한다. 본 발명에 있어서의 반도체 발광 에미터(202)의 주요한 기능은 전도된 전력을 방사 한 광학 파워로 변환하는 것이다. 반도체 발광 에미터(202)는 그 기술분야에 주지되고 그리고 여러 종래 기술의 장치에서 사용되는 전형적인 적외선, 가시 또는 극 자외선발생 다이오드(LED) 칩 또는 다이을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어 사용가능한 반도체 발광 다이오드의 대안적인 형태는 발광 폴리머(LEP), 폴리머 발광 다이오드(PLED) 및 유기질 발광다이오드(OLED) 등을 포함한다. 이러한 재료 및 그 재료로 만들어진 광전자 구조는 전기적으로 종래의 무기질 LED와 마찬가지이지만, 전자발광을 위하여 전도성 폴리머폴리라인의 유도체와 같은 유기질 조성물을 이용한다. 이러한 발광 에미터는 비교적 신규하지만, Combrige Display Technology, Ltd. of Cambrige and Uniax of Santa Barbara와 같은 소오스로부터 얻어질 수 있다. 이러한 재료가 바인더(binder) 중 포함되고 그리고 열추출부재의 표면에 직접 분배되면, LEP 반도체 발광 에미터와 열추출부재사이의 전기적인 접속, 열전도율 또는 기계적인 유지에는 부착재료는 필요로 하지 않는다. 간단히, 반도체 발광 에미터 라는 말은 상술 또는 그 기술분야에서 주지의 LED 또는 대안적인 형태의 에미터 라는 말과 치환할 수 있을 것이다. 본 발명에 적합한 에미터의 예는 전기적으로 부착하기 위한 관계한 전도성 바이어스 및 패드를 가지는 여러 LED칩을 포함하고 이들은 AlGaAs, A1GaAs, AIInGaP, GaAs, GaP, InGaN, GaN, SiC의 첨가된 무기질의 화합물 내에서 P-N접합으로 주로 방출한다. 본 발명의 범위 내에 포함된 다른 여러 LED 칩은 유기질 또는 무기질 염료 또는 형광을 사용함으로써 형광의 물리적 구조를 통하여 방출하는 것이 향상되는 것을 포함한다.
대표적인 LED 칩은 광범위하게 서로 개별적인 종래기술의 LED장치(SMD 및 THD) 및 세계 중의 광범위의 용도에서 하이브리드 LED 어레이 내에서 사용된다. 사용되는 반도체 재료와는 무관하게, 본 발명에 적합한 모든 LED칩은 광의 방출을 행하는 접합부의 양측부에서 전기적으로 접속하는 수단을 제공한다. 도 5를 참조하면, 이러한 수단은 통상 칩의 최상면에 있어서의 1개의 전극에 대한 금속화한 또는 금속용사 된 접합 패드(502) 및 기타의 전극에 대한 도전성 기부의 형태를 취한다. 일반적으로, 금속화 접합 패드(502)는 볼 선접합부(볼 와이어 본드)(503 및 211)에 의해 금속 애노드선에 전기도통 가능하게 접속하여 얻어진 최적화한 애노드이다. 상부의 접합 패드(502)가 캐소우드 로, 도전성 기부가 애노드로 되도록 극성이 역으로 되어 있다. 또 다른 구성에 있어서는, LED칩의 최상면은 2개의 접합 패드를 가지고 LED 애노드 및 캐소우드의 모두로의 전기적인 접속이 선접합부(211)에 의해 행해진다.
본 발명에 이용하기에 적합한 LED칩은 다음 참조의 회사로 부터 만들어졌다.
(참조; hewlett-Packard, Nichia Chemical, Siemens Optoelectronics, Sharp, Stanley, Toshiba, Lite-On, Cree Research, Toyoda Gosei, Showa, Tyntec, and other). 통상의 동작의 경우, 이러한 칩은 전형적으로 각 측부에서 .0008" 과 0.16"사이의 길이거리, 약 .08"-.020"의 길이, 15도 이하의 테이퍼 각도를 가지는 사각형의 기부의 테이퍼퍼부의 입체형상으로 제조된다. 그러나, 본 발명의 어느 실시예에서, 여러 효과를 실현하도록 보다 큰 칩(각측부에서 .25"이내의 길이의 사각형의 기부를 가진다)이 사용된다.
도 6은 본 발명에 이용하기에 적합한 전형적인 LED칩(202)의 개략적인 다이어그램이다. LED 칩(202)은 전형적으로 칩의 상부상에 중심이 약 0.1mm-0.15mm의 직경이고, 선접합부를 부착하는데 적합한 원형의 금속화 영역인 상부 전극의 접합 패드(502)를 유지하고 있다. 그러나, 본 발명의 기타 실시형태에서, 보다 대형의 칩을 사용하기 위해서는 접합패드(502)는 직경 0.3mm의 크기로하는 것이 필요할 것이다. 이러한 패드의 금속화는 전형적으로 전자 비임 증착, 이온 지지 증착, 이온 도금 및 매가트론 스퍼터링과 같은 진공물리적 증착에서 칩의 친웨이퍼에 증착된 알루미늄, 은 , 동 ITO, 이들 금속의 합금 또는 도전성 재료의 1개 이상으로 이루어진 층을 구비하고 있다. 마지막으로, 다수의 용장(冗長)한 접합 패드를 이들 패드에 대한 다수의 선접합부 접속을 하는 칩을 서로 배치시킬 수 있다. 이 형태는 또한 용장한 접속구를 제공하고 그리고 선접합부가 파단(破斷)된 경우, 파국적인 고장을 감소시킨다는 이점을 가지고 있다. 그러나, 다수의 접합 패드가 존재하는 것은 칩의 방출 표면적을 작게하고 이 기술에 의해 대형 LED칩만 나타난다. 도 5에 도시되어 있듯이, 결합패드(502)는 칩(202)의 상면을 걸쳐 전류의 분배를 향상시키는 목적을 위해 신장부(404)를 유지할 수 있다. 이들 신장부분은 벌집, 격자, 성형(星形)과 같은 여러 패턴으로 할 수 있다.
결합패드(502)의 아래쪽 또는 접합 패드(502)의 동일면에 배치된 선택적인 전류 확산층(601)은 다이를 통한 전류의 흐름을 분배하고 그리고 P-N접합부를 통하여 균일한 전류 밀도를 제공하는 기능을 한다. 전류 확산층(601)은 ITO와 같은 투명한 도전성 측으로 이루어질 수 있다.
방출층(602)은 광의 방출이 행해지는 능동적인 접합영역을 나타낸다. 방출층이 하나 이상의 P_N접합부를 형성하는 1개 이상의 P또는 N첨가 반도체 층을 포함할 수 있다. 방출층(602)은 이종결합 장치의 경우와 같이, 1개 이상의 확산 반도체를 유지하거나 초 격자구조체를 포함할 수 있다.
또 다른 일반적인 구조에 있어서는, P-N접합은 첨가된 반도체 층(602)과 첨가된 기판(501)사이에 형성된다. 이 경유에 방출은 방출층(602) 및 기판(501)의 조합뿐아니라 특히 방출층(602) 및 기판(501)의 접합을 포위하여 형성된 공핍 영역으로부터 발생한다. 상술한 것처럼, 이러한 구성은 추가적인 동종접합부, 즉 이종접합부를 형성하도록 추가된 첨가 반도체층과 결합시킬 수 있다.
기판(501)은 방출층(602)의 에픽텍셜 성장에 적합한 도핑(첨가)된 도전성의 반도체 기판이다. 기판(501)은 불투명하거나 투명하다.
기판(501)은 방출층(602)의 형성에 사용되는 것과 실질적으로 동일하게 동일 또는 마찬가지의 반도체 재료로 형성될 수 있다. 기타 형태에 있어서는, 기판(501)은 방출층(602)의 재료의 재료와 실질적으로 상위하는 재료로 형성되고 이 경우 방출층(602)과 기판(501)사이에 중간의 완충재료(버퍼링재료)를 배치시킬 수 있다. 방출층(602)은 항상 기판 (501)에서 에피텍셜적으로 성장되지는 않고 특정 공지의 형태에 있어서, 방출층(602)은 기판(501)과 별개로 형성하고 그 후에, 웨이퍼 접착기술을 사용하여 기판(501)에 개별적으로 접착된다. 선택적인 금속 피복(603)이 전형적으로 기판(501)의 후측에 형성되고 접촉밀도를 향상시켜 안정성을 증가시키고 옴 접촉(ohmic contact)을 형성하고 그리고 전기저항을 작게 한다. 어떠한 경우에, 기판은 비 전도성, 예를 들어, 사파이어 기판의 상에 형성된 GaN LED칩으로 한다. 이 상태에서, LED칩(202)의 상부에는 2개의 접합 패드(502)가 존재하고 그 한쪽은 방출층(602)의 후부와 전기적 접점을 형성하는 구조로 되어 있고 또한 편은 상부와 전기적 접점을 형성하는 구조로 되어 있다.
여러 종류의 상기 구성은 당업자에게 공지되어 있다. 일체적 반사기 및 광도출 표면처리와 같은 추가적인 특성을 포함하는 LED칩이 개시되어 있다. 여러 수치 및 다른 기하학적 형태의 칩도 알려져 있다. 본 발명은 LED칩의 임의의 특별한 구조 또는 구조 군으로 한정하는 것을 의도하는 것은 아니다. 칩(202)의 폭과 길이를 증가시키는 것은 칩을 통해 흐르는 전류밀도를 저하시키고 소망할때, 전체량이 보다 많은 전류를 흐르는 것을 허용한다. 또한, LED칩(202)의 기부면적을 증가시키는 것은 칩과 리드프레임(201)사이의 접착제 또는 솔더링 접합부(505)의 접촉면적도 증가시킨다. 이것은 경계부의 열 저항을 감소시키고 그리고 칩이 소정의 전력 비산을 위한 보다 낮은 작동온도를 유지하는 것(또는 이것과는 대안적으로, 보다 높은 전력비산 또는 보다 높은 주위온도와 같을 때 동등의 작동온도를 유지하는 것)을 허용한다. 상술했듯이, 보다낮은 작동온도인 것이 중요하다. 또한, LED칩(202)의 기부면적을 증가시키는 것은 LED칩과 열추출부재(204)사이의 접착제 또는 솔더 된 접합부의 접착면적을 증가하게도 한다. 상술했듯이, 다량의 방출 광속 및 구성요소의 신뢰성을 유지하기 위해서는 보다 낮은 작동온도인 것이 중요하다.
LED칩 (202)의 기부 면적을 증가하는 것은 LED칩 과 열추출부재(204)사이의 접착제 또는 솔더 본드의 접착영역을 증가시킨다. 이러한 더 큰 접합면적은 보다 견고하고 그리고 천이 적인 열 기계적인 응력과 나란히 반복하는 열기계적으로 발생 된 응력에 기인하는 누적하는 피로에 대하여 보다 저항적이다.
최종적으로, LED칩(202)의 기부면적 및 칩(202)과 열추출부재(204)사이의 접착제 그리고 솔더 된 접합부(505)사이의 접합부의 전기저항을 저하시키게도 한다. 이것은 기부면에 캐소우드 또는 애노드 접점을 가지는 구조로 된 LED칩에 대하여 중요하다는 것이다. 이러한 기부 전극을 통한 접점저항이 작다는 것은 다량의 전류레벨일 때 도전성 접합부에 있어서의 과도한 옴 전력의 비산을 작게하게 한다. 이는 칩이 소정의 전력 비산을 위해 보다 낮은 동작온도를 유지하는 것(또는 이들과 이와 대안적으로 고전력 비산 또는 보다 높은 주위 온도 값과 동등의 작동온도를 유지하는 것)을 허용한다. 칩 기판(501)두께를 얇게 하는 것은 본 발명과 같은 고 전력의 장치에 사용될 때, LED칩의 성능이 향상된다. 통상의 LED칩은 두께가 0.010"-0.012"의 범위이다. 0.006"이하로 가능한 얇게 하기 위해 칩 기판(501)두께를 감소하면 기판(501)을 통한 전기 저항이 감소하게 되어 기부 전기 접점으로부터 방출층(602)으로 흐른 전류에 의해 야기된 기판의 저항 가열을 감소시킨다. 이 결과 전력의 비산이 저하되고 소정의 작동전류에 대하고 접합의 온도가 보다 낮게 되어 동작효율을 향상시킨다. 또한, 기판(501)의 두께를 얇게하는 것은 방출 층(602)과 LED칩(202)가 접합 된 열추출부재(204) 사이의 열 저항을 낮게 하게 함으로써 접합부로부터의 열의 흡수를 향상시키고 그리고 이 장치의 효율을 향상시킨다. 이것은 GaAs와 같은 열 저항이 더 큰 기판재료로 제조된 칩에 특히 관련이 된다. 상측 애노드 또는 캐소우드 접합 패드에 대한 전기적 접속은 통상 그 기술분야에서 주지되고 그리고 이하에서 설명한 것처럼, 상측부 전극과 전기 도선(205) 사이에 전기적 도통성을 확립하기 위한 선접합부(211)에 의해 행해진다. 후술 된 또 다른 실시예에서, 이 상측접합부선 접합부(211)는 본 발명의 단일의 LED장치 내에 배치된 복수의 LED칩의 다른 칩의 애노드 또는 캐소우드에 대하여 연속적인 체인방식으로 형성될 수 있다. 선접합부(211)는 최대 전력의 실시형태의 수치로 한다는 점을 제외하고 종래기술의 LED장치에서 주지의 전형적인 구조인 것이다.
LED칩(202)의 애노드, 캐소우드 또는 그 모두의 전극이 칩의 상부에 있어서의 금속용사 된 또는 금속화 한 접합 패드(502)로 이루어진 본 발명의 최고 전형적인 실시의 형태에서 선접합부(211)가 포함되어 있다. 이하에 설명되어 있듯이, 본 발명에 있어서의 선접합부의 주요한 기능은 LED 전극과 적당한 전기도선(205)사이의 전기적 접촉을 확립하는 것이다. 선접합부(211) 및 접합 패드(502)는 집합적으로 전형적인 LED칩에 공급된 전체의 전류가 흘러야하는 저 전기 저항의 경로를 형성하는 것을 요한다. 본 발명에서 선접합을 위해 사용되는 선은 전형적으로 직경이 0.04mm-0.3mm의 금, 알루미늄 또는 그 합금으로부터 야기된다. 선접합에서 적합한 선은 다음의 참조로부터 얻을 수 있다.
(참조; American Fine Wire, a division of Kulicke and Soffa Industrial of Philadelpia, PA).
그 기술분야에 주지되어 있듯이, 열 음파 또는 초음파 볼 접합법을 이용하여 LED칩(202)상에서 선접합부재(211)과 상측부 접합 패드(502)사이의 전기적인 접속이 이루어 지지만 어떠한 상황에 있어서 웨지 또는 스티치 접속으로 하는 것이 바람직하다. 선접합부재(211)의 타단에 있어서의 전기적인 접속은 전기도선(205)의 일부분, 열추출부재(204) 또는 그와 대안적으로 장치 내의 근접하는 LED칩의 상측 부분 패드(502)에 대하여 확립된다. 전기도선(205) 또는 열추출부재(204)에 대하여 이루어진 접합은 열 웨지 또는 스티치 결합이다.
LED 칩(202)을 열추출부재(204)에 부착하는 가장 일반적인 수단은 특수한 형식의 도전성 접착제 타입 부착 에폭시를 사용하는 것이다. 이들 접착제는 통상 접착제 중에 은과 같은 금속필러를 개재시켜서 우수한 도전율을 실현한다. 적절한 다이 부착 접착제는 선행기술에 공지되어 있고 이는 다음을 참고하면 된다(Quantum Materials of San Diego, CA, from Ablestisk division of National Starch and Chemical and EpoTek of Billerica, MA). 전도성 접착제의 대체품으로 어떤 실시예의 형태에 있어서 LED칩(202)을 열추출부재(204)에 부착된 수단으로 솔더를 사용할 수 있다.
LED칩(202)이 도전성 접착제 또는 솔더에 의해 부착되든 간에, 접합부는 LED칩(202)과 열추출부재(204) 사이에 우수한 도전율 및 열전도율을 확립한다. 이것은 LED칩의 기부 케소우드로부터 열추출부재(204)의 일부분을 통해 음극전기 도선(또는, 그 도선에 이루는 전선도체로)의 흐름을 용이하게 한다. 다이 부착 또는 솔더 된 접합부(505)는 또한 열추출부재(204) 또는 장치의 봉입재(203)의 어떤 것과 일체 되게 형성된 임의의 광학적 작용부분에 정합 된 상태로 LED칩(202)을 유지한다.
사파이어 기판상에 InGaN 및 GaN구조상으로 작동하는 것과 같은 두 개의 상부 전극을 가지는 LED칩(202)의 경우, 다이 부착부(505)는 상술한 것처럼, 열적으로 결합하고 그리고 구조적으로 유지 또는 정합시킬 수 있는 2개의 주요한 기능만을 수행한다. 그 이유는 이러한 칩의 전극(애노드 및 케소우드)의 모두가 그 기부가 아니어서 이들 LED칩(202)의 상부에서 도전성 접합 패드(502)로서 나타나나기 때문에 다이 부착부(505) 대신 선접합부(211)에 의해 전기적 부착이 행해지는 것이다. 이 상황에서, 부착재료는 전도성으로도 할 수 이지만(공정의 표준화 및 편리성을 위해)장치가 적절히 기능을 필요로 하지 않는다.
애노드 및 캐소우드의 접속위치에 대하여 역으로 된 전기 극성을 가지는 LED칩(202)을 형성하는 것은 가능한 것을 인식할 수 있다. 이러한 칩은 접합부 패드(502)가 상면에 위치하여 전기접점이 그 기부 면과 같은 정도로 신장가능한 종래의 LED칩과 현실적으로 동일한 것과 같은 외관을 하고 있다. 그러한 칩은 본 발명에서 사용될 수 있지만, 장치에 인가되는 전위의 적절한 극성을 보증하도록 주위해야 한다.
플립 칩으로 주지의 LED칩의 1개의 대안적인 구조체가 최근 등장했다. 플립 칩LED는 특수한 내부 및 표면구조를 가지기 때문에 애노드 및 캐소우드 모두는 LED칩의 기부 또는 측부의 일부분에 배치된 이격 된 금속화 접점의 형태이다. 이러한 플립 칩LED칩에서 모두의 전극으로의 전기접점을 확립하는 것은 도전성 다이 부착 접착제 또는 솔더에 의해 실현되고, 선접합부는 모두 필요하지 않다(즉, 이때문에 실현가능하다). 본 발명에서 플립 칩 LED을 사용하기 위해서는 패턴화한 금속 용사 세라믹 부재와 같은 추가적인 격리층을 LED 애노드와 캐소우드사이의 전기적 격리를 보증하여 플립 칩과 열추출부재사이에 사용할 수 있다.
이것은 장치의 복잡성 및 코스트을 증가시키고 또한 본 발명의 다른 기타점에서는 우수한 열적 성능을 약간 손상할 가능성이 있지만, 특정의 실시의 형태에서 바람직한 것이다.
이 플립 칩의 적응예에 따른 방출효율을 약간 포함할지라도 본 발명의 프플립칩의 실시의 형태는 선접합부를 포함하지 않아서 극단적인 온도 사이클 중 특정의 환경에서 보다 긴 시간, 작동가능하다. 본 발명에 있어서 사용되는 플립칩 어댑터는 작고 얇은 열 전도성, 전기절연성의 기판으로 되어 있고 이 기판상에 전기적으로 절연된 2개의 도전성의 접합 패드가 배치된다. 플립칩 어탭터는 1) 플립칩 LED를 지지하고; 2) 플립 칩 애노드와 캐소우드 접점으로의 전기적 접속수단을 제공하고; 3) 플리 칩LED를 어탭터에 부착하고 어댑터를 열추출부재에 부착할 때 플립 칩 애노드와 캐소우드접점 사이의 전기적 격리를 유지하고 40플리 칩과 열추출부재 사이에 효율적인 열 경로를 제공하는 역할을 한다.
반도체 발광 에미터(202)의 가능한 형태, 및 전기도선(205)과 더불어, 열추출부재(204)의 가능한 형태를 이해하면, 기타의 전기적인 형태가 가능하게 된다. 여러 가능한 형태에 관하여 설명한다.
도 7a에서는 단일의 에미터의 전기적 형태가 도시되어 있다. 반도체 광 방출 에미터(202)는 열추출부재(204)에 설치된 LED칩이다. 이 실시예에서, LED칩의 기부를 통하여 흡열 에미터의 캐소우드 접점이 형성된다. 일체의 캐소우드 전기 도선(209)은 외부회로 로의 캐소우드 전기 경로를 제공한다. 일체형의 캐소우드 전기 도선(209)은 칩의 상부에 캐소우드 접합 패드를 가지고 있고 이 접합 패드는 이격 된 애노드 전기도선(210)에 선결합 된 와이어(211)이고 애노드 전기 경로를 제공한다.
도 7b에서는 칩의 기부에 캐소우드 접점을 가지는 LED칩인 2개의 반도체 발 에미터(202)를 유지하는 1개의 실시의 형태를 개략적으로 도시한다. 칩(202)은 공통의 캐소우드 접점과 더불어 열추출부재(204)에 부착되어 있다. 일체형의 캐소우드 전기 도선(209)은 모두의 칩(202)에 대한 개소우드 전 경로를 형성한다. 칩(202)의 각각으로의 애노드 접속부가 선접합부(211)에 형성되어서 이격된 전기도선(210)을 분리시킨다. LED칩(202)은 동일 또는 실질적으로 상위한 형식으로 할 수 있다. 제1 및 제 2의 애노드 전기도선(210)을 격리하는 것은 칩(202)의 각각을 통하여 흐르는 전류를 독립적으로 제어하는 것을 허용한다.
도 7b의 형태는 칩의 후부에 캐소우드 전기접점을 가지지 않지만 이 상면에 애노드 및 캐소우드 접합 패드의 모두를 가지는 LED칩을 사용하는 것을 허용한다. 이는 청 및 녹의 방출 LED에 대하여 사파이어 구조체에 공통의 InGaN이 경우이다. LED칩(202)의 한쪽 또는 모두의 구조로 된 경우, 칩 상부에 있어서의 캐소우드 접합 패드를 열추출부재(204) 또는 일체형의 캐소우드 전기도선(209)에 접속하기 위해 추가의 접합선을 설치할 수 있다. 보다 많은 격리된 애노드 전기도선(210)추가에 의해 2개 이상의 칩(202)을 사용하는 것이 용이하게 된다.
직렬로 접속된 LED칩의 예가 도 7c에 도시되어 있다. 이 예에서, 제 1 LED칩(701)은 그 기부를 통하여 형성된 캐소우드 접속부와, 그 상면의 접합 패드를 통하여 형성된 애노드 접속부를 가지는 형태로 되어 있다. 제 2 LED 칩(702)은 그 기부를 통해 형성된 애노드 접속부와, 칩의 상면에 있어서의 접합 패드에 의해 형성된 캐소우드 접속부를 가지는 형태로 되어 있다. LED(701, 702)는 도전성 에폭시 또는 솔더에 의해 열추출부재(204)와 접속되어 있다. 이와 같이 하여, LED칩의 캐소우드는 LED칩(702)의 애노드에 전기적으로 접속되어 있어 있고 이들 모두는 열추출부재(204)를 통해 일체형의 전기 도선(706)에 전기적으로 접속되어 있다. LED칩(702)의 애노드 접합 패드는 선접합부(703)를 통하여 이격된 애노드 전기 도선(707)에 접속되어 있다. LED칩(701)의 캐소우드는 선접합부(704)을 통해 격리된 캐소우드 전기도선(705)에 전기적으로 접속되어 있다.
선택적인 분로 저항(708)은 LED칩(702)에 대하여 LED칩(701)을 통한 전류를 감소시킨다. 두개이상의 LED에 공급된 전류를 제어하는 또 다른 외부 회로는 John Roberts 의 1999, 10, 22에 제출된 공동출원 미국특허 출원 제 09/425,792호에 개시되어 있다.
또 다른 실시예에서, 열추출부재(204)를 패키지(200)내의 한개 이상의 LED로부터 전기적으로 격리하는 것이 바람직하다. 이를 성취하기 위해, 패턴화한 금속화 세라믹 부재와 같은 추가적인 격리 층을 LED와 추출부재사이에 사용하고, 전기적격리를 보증할 수 있다. 이는 여러 장치가 직렬로 사용되고 그리고 공통의 금속 히트싱크에 부착되어진 용도로 유용하다. 이 실시예에서, 전체의 전기도선은 열추출부재로부터 격리된다. 다이의 상부로의 선접합부을 개재하여 격리된 전기도선으로의 양극 및 음극접속이 행해진다. LED의 기부와 전기적 접촉이 행해지는 경우, 절연성 기판을 금속 화 혹은 금속용사하고 또한, 기부와 전기적 접속을 위해 부착부를 형성할 수 있고 또한 이격 된 전기 도선과 절연성 기판상의 금속화부분을 접속하기 위해 선접합부를 사용할 수 있다.
여러 용도에 있어서, 외부의 볼레스트(ballast)를 LED칩과 전기적으로 직렬로 사용하지 않고 일정 전압의 공급을 통하여 LED에 전류를 공급하는 것이 가능하다. 예를 들면, 내부의 전류제한 기구를 제공하도록 LED칩 및 양극적으로 격리된 전기 도선과 직렬로 저항을 배치할 수 있다.
봉입재는 주로 반도체 발광 에미터(202) 및 선접합부(211)를 피복 그리고 보호하는 역할을 하는 재료 또는 재료의 조합시키는 것이다. 유용하게 하기 위해서는 봉입재(203)의 적어도 일부분은 반도체 발광 에미터(202)에 의해 방출되는 광선의 파장에 대하여 투명 또는 반투명이어야 한다. 본 발명의 목적을 위해, 실질적으로 투명한 봉입재으로는 이 봉입재이 피복된 1개 이상의 반도체 발광 에미터에 의해 방출되는 100nm-2000nm범위의 에너지의 임의의 파장에 있어서의 전 투과량의 10%을 나타내는 평탄두께 0.5mm의 재료를 의미하는 것이다. 봉입재는 전형적으로 투명한 에폭시 또는 다른 열경화성 수지, 실리콘 또는 아크릴레이트를 포함한다. 대안적으로, 봉입재는 아크릴, 폴리카본네이트, COC등과 같은 유리 또는 열가소성 재료를 포함한다. 봉입재은 실온에서 고체, 액체, 겔인 재료를 고려할 수 있다. 봉입재는 Nitto Denko로부터 얻어질 수 있는 NT 300H와 같은 트랜스퍼(transfer)성형 합성물, 또는 단일의 부분 또는 다수의 부분으로 개시 그리고 고 온도 경화, 2부분 경화, 극자외 경화, 마이크로파경화 등으로 가공된 포팅(potting), 봉입 또는 그 기타의 재료를 포함할 수 있다. 적절한 투명 봉입재는 다음으로부터 얻어질 수 있다(다음; Eopy Technology of Billerica, Massacchusetts, from Nitto Denko American, Inc., of Fremont, from Dexter Electronic Materials of Industry, CA.).
봉입재(203)는 전기도선(205), 열추출부재(204), 에미터(202) 및 임의의 전도성 전극선(211)을 포함하는 패키지(200)의 구조적 일체화를 가능하게 한다. 봉입재(203)는 에미터(202)를 덮고 그리고 열추출부재(204) 및 도선(205)의 일부분이 봉입재의 측부 또는 후부를 통하여 신장하는 것을 허용한다.
봉입재(203)는 에미터(202)에 의해 방출되고 그리고 열추출부재(204)의 표면에 의해 반사된 전자 에너지의 부분적인 광학적 평행 화를 행하고 또는 그 기타의 비임의 형태를 제공할 수 있다. 예를 들어, 비임의 형태는 평행화, 확산, 편이, 필터링 또는 그 기타의 광학적 기능을 포함할 수 있다. 패키지(200)가 복수의 에미터(202)를 포함하게 되면, 봉입재(203)는 에너지를 부분적으로 혼합하는 가능하게 할 수 있다.
봉입재(203)는 에미터, 접합부(505)와 같은 내부 접착제, 접합 패드(502)을 산소로의 노정, 혼합 또는 그 기타의 부식성 증기로의 노정, 용제로의 노정, 물리적인 마찰 또는 외상 등에 기인하는 환경적 손상으로부터 보호하는 화학적 장벽, 물리적 슈라이드로서의 작용도 행한다.
봉입재(203)는 전기적 절연 효과를 제공한다. 봉입재(203)는 또한 이차원적 광학소자, 지지부재, 이차원 열추출체 등과 같은 인접하는 구성요소에 대한 부착 또는 정합을 가능케 한다.
봉입재의 열창창 봉입재의 열행창계수를 감소하고, 봉입재의 유리 천이 온도를 증가하거나 봉입재의 열전도도를 증가하기 위해, 봉입재(203)는 필러 소자를 포함한다. 이용되는 필러 형은 바람직한 물리적인 특성과 함께 바람직한 광 효과에 다소 의존한다.
반도체 발광 에미터 비임의 광의 확산이 허용가능하거나 바람직한 경우, 필러 성분은 낮은 열팽창, 높은 융점, 높은 화학적 불활성 및 봉입재 자체에 대한 저 산소 또는 수분투성과 같은 소망의 성질을 나타내는 봉입재(203)와 실질적으로 다른 굴절률을 가지는 임의의 재료로 할 수 있다. 이들 바람직한 성질을 가지는 전형적인 필러 재료는 TiO2, 유리, Nb2O3, 다이어몬드 분말 등을 포함한다. 필러재료는 어느 경우에, 총 봉입재(203)의 중량비에서 70%까지 치할 할 수 있지만, 보다 전형적으로는 10%-30%범위로 치환된다.
반도체 발광 에미터 비임의 광 확산을 방지되어야 하는 경우, 본 발명자는 필러는 벌크 봉입재의 굴절률에 약 ±15%의 범위에서 적합한 굴절률을 갖는다. 실질적으로 투명한 분말재료는 비드 로 하는 것이 가능하다는 것을 발견하였다. 바람지한 실시예에서, 이 굴절률이 정합된 필러는 총 봉입재의 중량비에서 25%로 혼합된 50내지 137㎛의 SiO2비드를 포함한다. 대안적으로, 필러재료는 에미터(202)에 의해 방출된 광의 파장보다 실질적으로 작은 나노 입자로 이로어 질 수 있다. 이 실시예에서, 나노 입자는 벌크 봉입재에 근접한 굴절률을 나타내는데 필요하지 않을 수 있다. 나노 입자 필러는 그 투명성을 실질적으로 저하시키지 않고, 봉입재(203)의 열적 성질을 향상시킬 수 있다는 이점을 제공할 수 있다.
봉입재(203)는 하나 이상의 재료의 이질의 덩어리로 이루어진 것으로, 그 재료의 각각이 봉입재의 전체 용적의 일부분을 점유 그리고 특수한 기능 또는 성질을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 실리콘 "글로브탑"("glob top")과 같은 응력 제거 겔을 에미터(202) 및 선접합부(211)의 위쪽에 배치될 수 있다. 그러한 국부적인 응력제거 겔은 유연하고 그리고 변형가능하게 유지되고 이 후의 구성요소의 가공 중에 생기는 응력 또는 열팽창 또는 충격에 기인하는 응력으로부터 에미터(202) 및 선접합부(211)를 완충하는 역할을 한다. 에폭시와 같은 경질 성형화합물은 다음에 응력제거 겔의 위쪽에 형성되고 구성요소의 여러 특성이 얻어지도록 구조적 일체화를 실현하고 전기도선(205)을 유지하고 구성요소의 내부기구를 환경적 영향으로부터 보호하고 반도체 발광 에미터(202)를 전기적으로 절연하고 또한, 에미터(202)로부터 방출된 방사 에너지의 여러 광학적 조절을 행할 수 있다.
반도체 발광 에미터 비임의 광 확산이 허용되거나 바람직한 경우, 응력제거 겔은 에미터(202)로부터의 광을 확산하는 확산제을 포함할 수 있다. 봉입재의 응력제거 겔을 부분적으로 광을 확산시키지만, 겔을 포위하는 경질 성분화합물 중에서는 광을 확산시키지 않게 되면, 다수의 에미터(202)로부터의 광을 약한 성형화합물에서 성형 된 렌즈에 의해 실질적으로 평행화 하는 능력을 유지하면서, 평활한 방출 패턴을 가능케 하고 그리고 다수의 에미터로부터의 광을 혼합하는 역할을 할 수 있다. 응력제거 겔과 혼합할 필러 성분은 겔 자체에 비하여 열팽창률, 고융점, 고 화학적 불활성 및 산소 또는 수분의 저 투과성과 같이 바람직한 성질도 나타내는 응력 제거 겔과 실질적으로 상위한 굴절률을 가지는 임의의 재료로 할 수 있다.
이들 바람직한 특성을 갖는 일반적인 필러 재료는 TiO2, 유리, Nb2O5, Al2O3 다이어몬드 분말 등을 포함할 수 있다. 필러 재료는 어느 경우에 전체 겔의 중량비로 70%이내, 보다 전형적으로는 10%-30%범위로 치환할 수 있다.
응력 제거 겔내에서 사용되는 필러는 다이어몬드 분말과 같은 고열전도율의 재료를 포함할 수 있다. 다이어몬드는 매우 높은 열전도를 갖는 화학적 활성 재료이다. 응력 제거 겔 중에 다이어몬드가 존재하는 것은 겔의 열전도율을 현저히 증대시켜 LED칩(202)내에서 발생 된 열 칩의 기판을 통하는 것 외에, 열추출부재(204)에 도달하기 위한 추가적인 경로를 제공한다. 많은 LED칩에 있어서, 발광 P-N접합은 GaAs와 같은 높은 열 저항이 큰 기판상에 제조되기 때문에 접합부에서 발생 된 열이 응력 제거 겔을 통하여 열추출부재(204)에 도달하기 위한 추가적인 경로는 에미터의 효율을 향상시키게 된다.
또 다른 실시예에서, 전체적인 봉입재(203)의 일부분은 실질적으로 불투명의 재료로 형성될 수 있다. 도 8에 도시되어 있듯이, 봉입재의 제 1의 부분(801)은 각 전기도선(205)의 일부를 덮고 그리고 그 전기도선(205)을 열추출부재(204)에 대한 소정의 위치에 유지되는 역할을 하는 재료로 이루어져 있다.
이 제 1의 부분은 LED칩(숨어 있음), 칩에 연결된 접속부분(숨어 있음) 및 칩의 바로 근처에 있는 열추출부재(204)의 임의의 중요한 광학적 증강면을 덮지 않는다. 따라서, 이 재료는 칩으로부터 방출된 광선에 대하여 투명 또는 불투명할 필요가 없다.
이 실시예에서는 여러 불투명한 봉입재는 봉입재(203)의 대부분을 구성할 수 있다. 상술했듯이, 여러 불투명한 봉입재는 투명한 봉입재 보다도 뛰어난 기계적, 화학적 및 열적 성질을 가지고 있고, 최고 가혹한 용도에서 개량 된 내구성을 지니는 전기도선의 보유기능을 제공하는데 이용되고 있다. 이 실시형태에 있어서 여러 불투명한 봉입재의 우수한 특성이 많은 것은 LED칩으로부터 방출된 광이 장치로부터 나가기 위한 구조를 제공함과 동시에 실현할 수 있다.
또 다른 실시예에서 염료 또는 안료을 봉입재의 투명한 부분 내에 혼합하고 또는 분산하고, 장치의 외관을 변경하고 또는 발광 에미터에 의해 방출되고 그리고 장치로부터 나온 광선의 스펙트럼을 조절 또는 증강할 수 있다. 이러한 기능에 적용된 염료는 그 기술분야의 당업자에게 주지의 스펙트럼 선택가능한 광을 흡수하는 염료 또는 색소를 포함할 수 있다.
형광염료 안료 또는 형광단을 봉입재 중에 보다 구체적으로는 응력제거 겔중에 사용하고 본 발명의 여러 실시예에 있어서 바람직하듯이, 발광 에미터에 의해 방출된 에너지를 흡수하고 그리고 이 에너지를 보다 저 파장에서 재 방출할 수 있다.
도 2를 참조하면, 에미터(202)에 의해 방출된 에너지는 봉입재의 표면(203a)을 통하여 진행하고 그리고 장치로부터 나와서 주위환경에 들어간다. 표면(203a)은 도2에 도시되어 있듯이, 평면으로 형성되고 또는 대안적으로 방출된 광선의 바람직한 방출 패턴에 의존하여 도4에 참조번호 401로 표시되어 있듯이, 돔형상과 같은 다양한 형상으로도 좋다. 대부분의 반도체발광 에미터는 장치의 이용성을 최대한으로 모두 광학적으로 개량해야하는 램브런스(Lambertian)패턴으로 광선을 방사 한다. 이를 실현하기 위해, 봉입재의 표면은 예를 들면, 도9a에 도시되어 있듯이, 구상 볼록형의 시준기, 도9d 도시되어 있듯이, 비구상렌즈, TIR렌즈, 키노폼(kinoform), 이원 광학요소, HOE등의 형태로 형성되어 있으면, 방출된 광선에 대한 시준기로 사용될 수 있다. 봉입재의 표면은 도9c에 개략도적으로 도시되어 있듯이, 텍스쳐화한 표면, 구조적 디퓨져(diffuser), 일체형 디퓨져, 할로그래픽 디퓨져 등가 같은 형태로 되어 있으면, 디퓨져로서 대안적으로 또는 추가적으로 기능 할 수 있다. 그 기술분야의 당업자가 이해하듯이, 광학소자(401)(도4)는 컵(301)(도3)과 협동하여 작용하고 소망의 용도에 대한 장치의 방출 패턴을 조절하는 기능을 한다.
본발명을 제조하는 방법
광 방출 에미터 패키지를 제조하는 방법을 도 2-4 및 도 10-13을 참고로하면서 설명할 것이다.
리드프레임(1101)(도 11)의 제조는 도12a에 도시되어 있듯이 공통의 금속 스트립 또는 금속 판(1200)으로 개시한다. 금속판(1200)은 얇은 부분(1202) 및 두꺼운 부분(1201)을 유지하는 것이 바람직하다. 이 얇은 부분은 전기도선을 형성하기 위해 주로 사용되고 두꺼운 부분은 열추출부재를 형성하기 위해 주로 사용한다. 금속 스트립(1200)의 단면이 도 12b에 도시되어 있다. 부분(1201, 1202)의 상이한 두께는 여러 방식으로 형성된다.
예를 들어, 균일한 두께의 금속 스트립이 다이를 통해 연장하고 이 다이는 스트립의 일부분을 선택적으로 압축한다. 도 12b에 도시되어 있듯이, 여러 방법에 의해 가변 두께의 단면을 가지는 일반적인 고체인 금속 스트립이 얻어 질 수 있다. 대안적으로는, 두께가 다른 2개의 금속 스트립을 도 12c에 도시되어 있듯이 함께 결합 그리고 조인트(1203)로 접속할 수 있다. 조인트(1203)는 용접, 솔더 등에 의해 형성될 수 있고 조인트(1203)의 두께의 변화는 리드프레임의 소기의 용도에 의존하여 급격하게 또는 평활하게 할 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
두꺼운 금속부분(1201)과 얇은 금속부분(1202)은 동일의 조성인 것이 필요하지는 않다. 예를 들어, 얇은 금속부분(1202)은 금속으로 형성되고 두꺼운 금속부분(1202)은 동으로 구성되어 있다. 또한 금속부(1202, 1201)에 대하여 금속재료를 사용하는 것은 통상 바람직하지만, 받드시 그런것은 아니다. 전기도선(205)의 제조에 적합한 임의의 열전도성재료(예를들면, 세라믹)를 두꺼운 금속부분(1201)에 사용할 수 있다. 마지막으로, 금속 스트립(1200)은 2개의 두께가 다른 부분으로 이루어진 것을 필요는 없다는 것을 이해할 수 있다. 열추추출부재와 마찬가지의 두께의 전기도선을 유지하는 리드프레임은 전기도선(205)이 반도체발광 에미터(202)로부터 열 에너지를 흡수하기 위한 주요 경로를 형성하지 않는 한, 본 발명의 범위 및 정신에 속하는 것이다. 도 16-19, 21 및 23에 도시된 대안적인 실시예의 구조를 용이하게 하기 위해 금속 스트립(1200)은 다수의 두께를 가지는 2개 이상의 부분으로 이루어 지는 것도 가능하다. 어떠한 경우에도, 1개 이상의 금속재료 또는 균일한 두께 또는 상이한 두께의 비금속재료로 금속 스트림(1200)을 제조하는 결과, 본 발명의 목적을 위해, 일체형의 금속 스트립으로 정의된다.
일체의 금속 스트립(1200)에 의해 리드프레임을 성형하는 것은 일반적인 다이 스탭핑법 또는 압연법에 의해 행해진다. 리드 프레임의 제조기술의 당업자에게 공지된 방법은 스텝핑, 코닝(conning) , 천공 및 시어링의 여러 단계와 관련이되어 제거 형성, 스탭핑, 구브림, 압축을 하거나 그렇지 않은 경우 일체의 금속 스트립(1200)을 리드프레임(201)(도 13)의 바람직한 형상으로 형성한다. 특히, 재료는 이들을 서로 부분적으로 분리하고 격리된 전기도선(210)을 열추출부재(204)와 분리하는 포위하는 전기도선(209, 210)이 제거된다. 또한, 반사기 컵(301)은 물론 슬롯, 태브, 상술한 관통구멍이 일체의 금속 스트립(1200)의 두꺼운 금속부분(1201)에 스탭프될 수 있다.
리드 프레임(201)을 제조하는 시점에서, 여러 타이바(tie-bar)(303)를 리드프레임(201)상에 남기고 전기도선(209, 210) 및 열추출부재(204)를 서로 기계적으로 접속하고 최종적인 장치의 그 후의 제조중, 그 상대적인 위치를 유지한다. 타이바(303)는 여러 리드프레임(201)을 서로 접속하도록 이용가능하다. 이것은 여러 장치를 동시에 대량 생산하는 것을 용이하게 하고 이 장치의 제조 방법의 코스트를 감소하고 그리고 그 생산 능력을 향상시킨다.
일련의 리드프레임(201)에 금속스트립(1200)을 형성한 후, 이들의 리드 프레임은 여러 서로 재료에서 완전히 또는 선택적으로 도금 또는 피복하고 (1102), 열방출율을 향상시켜, 광학적 성질을 개량하고 솔더링성을 개량하고 또는 부식성을 유지시킬 수 있다. 그러나 그 기술분야의 당업자는 이 도금의 일부분 또는 전부에서는 리드프레임의 제조 전에 행해질 수가 있다는 것이 이해될 것이다.
이 설명을 위해 리드칩이라고 상정된 반도체 발광 에미터(202)는 다음과 같이 하여 리드프레임(201)에 부착된다. 바람하기로는, 도 13에도시된 타이바(303)에 의해 부착된 리드프레임의 스트립은 장치의 대량 생산을 위해 사용된다. 다음, 예를들면, 열추출부재에 스탭프된 반사컵(301)에 LED칩을 부착하는 위치에서 다이를 부착하는데 적합한 도전성 에폭시 또는 그 기타의 재료를 열추출부재(204)상에 분배한다(1103). 다음에, 바람직하기로는 자동적인 다이 부착 장치(1104)를 사용하여 LED칩을 다이부착 재료상에 배치한다. 다음 이 다이 부착 재료를 이용하는 재료에 적합한 방법에 의해 경화시킨다.
LED 다이(202)를 열추출부재(204)에 부착한 후, 전기도선에 대하는 LED다이 상에 있어서의 전극의 결합 패드로부터 선접합부를 형성한다(1105). 선접합부는 전선에 의해 열 음파성 볼 접합법을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 그러나 초음파 웨지 접합법과 같은 대안적인 접합기술을 사용하는 경우와 같이, 알류미늄 또는 그 기타의 선 재료를 이용하는 하는 것도 적합하다. 응력제거 겔을 사용해야 하는 경우(선택적인 임의의 필러, 디퓨져 및 그 내부에 배치된 것과 같이), 다음 LED칩 및 선접합부상에 겔을 분배하고(1107), 다음에 겔재료에 적합한 방법에 의해 경화시킨다.
다음, 전기 도선(205) 및 열추출부재(204)의 일부를 덮고 그리고 상술된 여러 일체화, 보호, 광학적 및 기타의 기능을 제공하기 위해, LED칩(202) 및 선접합부(211)을 덮도록 봉입재(203)(선택적인 임의의 필러, 디퓨져 및 및 그 내부에 배치된 마찬가지의 것과 함께)을 형성한다.
봉입재(203)는 봉입재의 성형, 포팅(potting), 주조, 수지 트렌스퍼성, 인서트(insert) 성형 등과 같은 그 기술분야에서 주지의 여러 방법에 의해 성형될 수 있다(1108).
성형과정이 완료된 후, 타이바(303)를 리드프레임(201)로부터 제거하고 전기도선(205)을 전기적으로 격리하고 그리고 개별의 패키지를 서로 분리한다. 일반적으로 일체화로 주지의 과정은 전기도선(205) 및 열추출부재(204)에 접속하는 점에서 타이바(303)를 시어(share) 하는 다이 또는 기타의 단면기구내에서 장치가 배치되는 시어 공정(1109)에 의해 행해진다.
장치를 유지하는 장치의 대량생산을 용이하게 하는 장치의 제조의 최종적인 단계는 균일하게 이격된 간격(1110)에서 개별의 장치를 연속적인 테이프에 접착시키는 것이다. 일반적으로 테이프-릴 또는 테이프 및 황색 패키징으로 알려진 패키징 방법은 배치장치에 그 후에 장착하는 것을 용이하게 한다. 장치를 테이프 부착의 형태의 페키지로 하는 과정은 업계에서 충분히 이해되고 있다.
실시예
본 발명의 이용을 도시한 특정 실시예는 다음과 같다.
이 실시예에 있어서의 리드프레임(201)은 봉입재(203)의 일측부로부터 연장하는 3개의 도선(205)과, 반대측부로부터 연장하고 그리고 봉입재(203)의 후부를 통해 노출된 열추출부재(204)의 일부분을 구비한 구조이다. 이 형태는 도 3 및 도 4에 도시되어 있다. 열추출부재(204)의 전체는 전체로서 직사각형의 형상을 하며, 길이가 13mm이고 두께가 1.35mm이다. 열추출부재의 일부분은 봉입재(203)로부터 6mm연장하고 있으며 폭은 11mm이다. 태브는 직경이 2mm인 부착구멍을 가지고 있다. 봉입재(203)에 의해 덮여진 열추출부재의 나머지는 8mm 폭의 수정된 직사각형의 형상체이며, 도선에 가장 가까운 열추출부재의 단부로부터 2mm점에 중심이 설정된 컵(301)을 가지고 있다. 컵은 전체적으로 타원형의 형상이며, 기부에서 0.64mm의 폭 및 1.3mm 길이이며, 또한, 깊이는 0.88mm이다. 컵의 벽은 법선으로부터 저면까지 측정할 때 32,6°의 드프트(draft)각도를 가진다.이 실시예에서 3개의 전기도선(205)이 존재하고, 중간의 음극전기 도선(209)은 열추출부재와 일체로 되어 있고 나머지 2개의 도선(210)은 전기적으로 이격되어 있다. 도선은 0.15mm두께× 0.87mm폭이며, 분리부분의 시팅면으로부터 도선이 장치의 봉입재에 들어가는 점까지 측정될 때의 길이는 약 9mm 이다. 도선(205) 및 열추출부재는 단일의 동의 조각으로 제조되어 있다. 전체 리드프레임(201)의 전체는 니켈 및 파라듐 도금으로 피복된다.
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이 실시예에서, 2개의 적-오랜지 LED 에미터가 이용된다. 이들 에미터의 각각은 약 615nm의 파장에서 최고 방출량의 GaAs기판상에서가 .016mm× .016mm의 수치로 형성된 A1InGaP LED 다이이다. Dimat, Massachusetts로부터 입수가능한 전도성 다이의 부착 에폭시 6030 HK을 사용하여 이 쌍방의 에미터 다이(202)를 컵(301)의 기부에서 열추출부재(204)에 접합된다. 양쪽의 다이의 전극을 중앙의 일체형의 음극전기 도선(209)에 전기적으로 접속하는 다이 부착부(505)를 통하여 이 양쪽의 에미터 다이(202)의 기부에서 음극접점을 형성한다.
각 다이의 상부에 있어서의 원형의 접합 패드(502)는 다이의 각각에 대한 양극접합을 용이하게 한다. 다이의 각각의 애노드를 각각의 다이에 가장 가까운 이격된 전기도선(210)에 접속하는 선 웨지 접속부를 형성하는 직경0.003mm알류미늄/ 1% 실리콘의 선을 이용했다.
다음에, 봉입재 성형법을 이용하여 그 어셈블리를 투명한 에폭시 내에서 봉입했다. Epoxy Technology, Inc.,로부터 입수가능한 투명한 포팅 성형 에폭시 301-2FL을 리드프레임 상에 소망의 형상으로 형성하고 그리고 경화시켰다. 성형된 봉입재의 형상은 도3에 도시되어 있다. 특히, 이 봉입재은 10mm 폭 × 9mm 높이 × 3.8mm 두께의 전체적으로 직사각형 단면을 형성한다.
직사각형의 부분의 상부에 배치되고 그리고 이 실시예에서 컵 상에 중심결정된 렌즈(401)는 약 2.5mm의 곡률반경 및 약 5.0mm의 개구부를 갖는 큐션 볼록형면이다. 렌즈의 선단으로부터 다이의 상부까지의 거리는 약 4.9mm이다.
2개의 개별의 전원을 이용하여 2개의 격리된 양극전기 도선의 각각에 별개로 제어된 정전압을 인가함으로써, 이 장치의 성능을 측정했다. 10 전원의 정단자와 격리된 각 양극 전기 도선(210)사이에 10 오옴의 저항을 직렬로 배치하고 그 에미터(202)를 통한 소망의 전류를 확립했다. 각 전원의 부의 단자로 서로 그리고 공통의 중앙음극 일체형 전기도선(209)에 접속했다. 비산 된 총 전력대 장치의 상대적 방사량을 상업적으로 이용가능한 종래 기술의 설더가능한 파워 LED와의 비교 시의 도면이 도 14에 도시되어 있다. 도시되어 있듯이, 본 발명은 종래기술의 장치의 전력의 약 5배를 비산할 수 있다.도 15는 장치(200)으로부터의 광방사의 분배상태를 나타내는 강도대 각도를 도시한 도면이다.
도 14를 참조하면, 프로트(plot)의 상대적인 조도는 전력이 증가함에 따라 점근 최대치까지 특징적으로 지수함수적으로 증가 된다는 것이 이해된다. 상대 조도에 도달한 이 접근최대치는 연구중의 반도체발광 에미터의 최대 유효 전력용량을 나타내낸다. 이 도면에 도시된 상대 조도는 비교목적을 위해 약 20mW로 정규화한 것을 이해해야 한다. 열평형 상태, 즉 적어도 5분간의 장시간, 안정상태로 특정의 전력이 인가된 후, 상대조도를 또한 측정하는 것을 또한 이해해야 한다. 연구된 두 개의 장치의 경우, 약 160mW 및 90mW에서 점근 최대치가 얻어지지만, 이들 측정된 값은 그 자체 인쇄회로 기판 또는 히트싱크에 부착되지 않으면, 장치를 열적으로 이격하는 고열저항 접속부를 사용하는 시험 중의 장치에도 적용된다는 것을 이해해야 한다. 실질적으로 설명하며, 각 장치의 전기 용량의 보다 유요한 정격값은 반도체 발광 에미터의 실질적인 유효 전력 용량이며, 이는 장치가 그 최고 상대각도의 약 75%을 방출할 때의 정력과 같아다고 추정한다
도 14에 도시된 장치의 경우에, 이 실질적인 유효 전력 용량은 각각 약 140mW 및 675mW이다. 도시된 성능 작동은 접속부와 흡열을 행하지 않는 약 300도 C/W의의 주위상태사이에 열 저항을 가지는 장치와 일치하고 또한 약 2.1볼트 순방향 전압을 갖는 에미터를 유지하는 장치에 대하여 약 65m A 및 약 300mA의 실질적인 전류 용량에 또한 상응한다.
반도체 발광 에미터 패키지는 본 발명의 범위 및 정신에서 이탈되지 않으면서 여러 리드프레임, 에미터 및 봉입재의 형태로 형성될 수 있다. 비교복적을 위해 본 명세서에 기재된 교시에 따라서 형성된 장치는 바람직하기로는 약 50mW-약 300mW의 범위, 더 바람직하기로는 약 600mW-약 800mW 범위의 최대의 실질적인 전력용량에서 구체화가능하며, 이 범위는 흡열 형 형식의 경우 약 1.0mW-1.5mW이하로 할 수 있다.
본 명세서에 기재된 교시에 따라서 제조된 장치는 약 약 200℃/W-약 250℃/W, 더 바람직하기로는 약 100℃/W-dir 25℃/W이하, 흡열형 형태에 대해서 약 15℃/W이하일수 있는 접합부로부터 주위 상황으로의 열 저항을 나타내는 것이 바람직하다.
본 명세서에에 기재된 교시에 따라서 제조되고 그리고 가시광을 방출가능한 상태로된 장치는 약 1루멘스-약 2.5루멘스이상, 더바람직하기로는 4.0-6.0루멘스의 광속을 방사하고 또한 10.0루멘스 이상의 광선을 방사하는 것도 바람직하다.
대안적인 실시예
본 발명을 검토하면, 그 기술분야의 당업자는 상술 된 실시예에 더하여 본 발명의 다수의 여러 형태 및 실시형태가 가능하다는 것이 이해될 것이다. 전기도선(205)의 수, 전기도선의 방향을 변경하고 다른 도선의 구부러짐 형태를 채용하고 열추출부재(204)의 치수, 형상 및 방향을 변경하고 여러 형식의 사이드 록커의 형태, 엔드록커의 형태 및 드루 홀 디바이스(through-hole device)는 서피스 마운트 디바이스(surface-mount device)에서 사용가능하도록 본 발명의 형태를 설정할 수 있다. 여러 디바이스 및 어셈블리의 형태에 전형하도록 하는 본 발명의 자유도를 나타내는 대안적인 실시예에 관하여 아래에 기재되어 있다. 이들 실시예는 가능한 대안적인 형태의 일예에 불과하고 본 발명의 범위를 명시적으로 설명한 이 실시형태로 한정하는 것으로 해석되지 않는다.
도 16a에는 열추출부재(204)의 양측부로부터의 전기도선이 연장하는 1개의 실시 형태가 도시되어 있다. 하나의 전기도선(209)은 열추출부재(204)에 기계적으로 그리고 전기적으로 부착된 일체형의 전기도선인 반면, 반대측의 전기도선(210)은 이격된 전기도선이다. 두개의 LED칩(202)은 열추출부재(204)가 스탭프된 컵(301)내에 부착되어 있고 다이의 기부에 배치된 각각의 다이(202)의 캐소우드와 일체적인 전기도선(209)사이의 전기적 접점을 형성한다. 양방의 다이(202)는 동일의 형태로 되도록 조립되어 있어서, 각각의 다이의 애노드는 선접합부(211)를 통하여 동일의 이격 된 전기도선(210)에 전기적으로 접착될 수 있다. 도 16b는 도 16a에 도시된 리드프레임 상에 형성된 봉입재(203)가 도시되어 있다. 예시되어 있듯이, 도선(209, 210)은 봉입재(203)의 양측부로부터 신장하고, 열추출부재는 도선(209, 210)이 관통하여 연장하는 측부에 대하여 직각의 2개의 양측부로부터 신장하고 있다.
원통형 컷오프(cutout)(1601)가 열 추출 부재 (204)와 봉입재 중에 존재하고 자동적인 인서트장치에 의한 파지를 허용하게 한다. LED칩(202)로부터 방출된 광을 부분적으로 평행하게 하도록 열추출부재(204)내에 컵(301)의 렌즈위쪽으로 중심결정된 봉입재(303)내에 렌즈(401)가 존재한다.
도 16과 유사한 실시예는 도 17a, 17b, 17c에서 3개의 도면으로 도시되어 있다. 이 실시예에서, 4개의 전기도선이 2개의 전기도선 대신에 제공되어 있다. 전기도선(205)은 광의 방출방향으로 향하여 전방으로 90도 구브러져 있다. 이 장치는 인쇄회로기판에 부착되고 그리고 회로기판의 방향에 광을 방사 하는 구조로 되어 있다. 분리부분(1701)은 렌즈(401)의 상부와 회로기판의 면사이의 거리를 정확히 정합시키는 것을 허용한다. 통상적으로, 구멍은 회로기판에 존재하여 광을 조사시킨다. 이 형태는 장치의 제약을 위해 회로기판을 통과하여 광을 조사하는 것을 필요로 하는 경우 유용하다.
도 18에 도시어 있듯이, 도선(205)을 반대방향으로 구부리는 것은 광선의 방향이 회로기판의 면으로부터 반대방향을 향하는 전형적인 엔드록커의 형태를 가능하게 한다. 도 17c에서 실시예의 배면도에 도시되어 있듯이, 열추출부재(204)는 봉입재의 2개의 측면으로부터 연장하고 그리고 봉입재(203)의 후부를 통하여 노출되어 열을 방사하기 위한 큰 노출 표면적을 허용한다.
표면 실장 어샘블리(surface mount assembly)에 적합한 실시예는 도 19a 및 19b에 도시되어 있다.
열추출부재(204)는 도 16 및 도 17에 도시된 실시예와 유사하게 도시되어 있다. 그러나, 컵(301)은 3개의 에미터를 포함하도록 확대되어 있다. 모든 전기 도선은 이격된 전기도선(210)이며, 회로기판으로부터 도선을 통하여 에미터로의 열저항을 최대로 한다.
이 각각이 선접합부(1905) 및 전기도선(1901)을 통하여 열추출부재에 전기적으로 그리고 기계적으로 접합 된 다이의 기부를 통하여 각 다이의 캐소우드에 대한 전기접점이 형성되어 있다. 각각의 다이(1909, 1910, 1911)의 애노드 접점은 선접합부(1906, 1907, 1908) 및 전기도선(1902, 1903, 1904)를 통해 이루어 진다. 전기도선은 회로기판으로의 표면실장 접착을 허용하도록 도시된 것처럼 구부러져 있다. 봉입재(203)는 컵(301)위에 직접 형성된 렌즈(401)에서 리드 프레임(201)을 덮는다. 열추출부재(204)는 봉입재의 두 개의 측 밖으로 연장하고 배면으로부터 노출되어 있다. 이 구성은 , 3개의 다이(1909, 1910 및 1911)가 적, 청 및 녹의 파장을 각각 방출할 때 특히 유익하다. 각각의 다이에 대한 전류는 이격 된 전기도선(1902, 1903, 1904)을 통하여 독립적으로 제어되고 적, 청 및 녹색의 비의 조합에 의해 사용될 수 있다. 공지되어 있듯이, 적색, 푸른 및 녹색의 조합은 바람직한 칼라의 광을 발생하는데 이용될 수 있다. 따라서, 이예의 장치는 바람직한 색의 방출된 광을 만드는데 이용될 수 있다. 이러한 장치는 대형 표시형 또는 대형 스타디움 또는 유사한 장소에 이용하는 TV스크린에서 특히 유용하다.
도20에는 도선(205)이 주요한 광의 방출방향으로부터 90°구부러진 점을 제외하여 상술 된 도3과 같은 실시형태가 도시되어 있다. 도선을 만곡 된 이 간단한 형태는 장치를 엔드록커의 형태로 사용하는 것을 허용한다. 관통구멍 조립체 도시되 되지만, 도선(205)은 표면 실장 어셈블리를 지지하기 위해 도 19의 도선과 유사하다.
도 21에 도시된 실시예에서, 두 개의 이격 된 전기도선은 봉입재(203)의 일측으로부터 신장하고 열추출부재(204)는 반대측부로부터 연장하고 있다. 제 3 일체의 전기 도선(209)은 열추출부재 (204)로부터 연장되어 있다. 열추출부재(204)와 일체의 전기도선(209)사이의 접합은 봉입부분(203)의 외부에서 행해진다. 이 실시의 형태는 구조상의 이유때문에, 장치의 두개 이상의 외측으로부터 솔더에 의해 장치를 유지할 필요가 있을 때, 엔드 록커의 형태용의 것으로할 수 있다.
도 22에 도시된 실시예는 여러 유효한 점을 실시하기 위해 열추출부재(204) 또는 도선(205)에 대하여 행해질 수 있는 개량예를 나타낸다.
장치를 부착하고 열추출부재(204)의 표면적을 증대함으로써 열방사량을 증가하기 때문에 열추출부재(204)에는 구멍(2202)가 설치되어 있다. 열추출부재(204)에 추가된 핀(2201)은 또한 열추출부재(204)의 표면적을 증대시킨다. 태브(2204)는 그 용적 및 수치를 증가하도록 열추출부재(204)로부터 신장한다. 이들 태브(2204)는 조립 중에 여러 리드프레임(201)을 함께 유지하기 위해 사용되는 타이바(303)의 나머지로할 수 있다. 도선(205)의 S자형의 구부러부분(2203)은 도선(205)와 그 도선을 유지하는 봉입재(203)사이의 조인트에 과도한 응력을 가하지 않고 도선을 여러 각도로 구부리는 것을 허용한다.
최종적으로, 분리부분(1701)은 패키지를 그 패키지가 끼워진 스탠드오프회로기판의 위쪽의 특정의 높이에 정합시키는 역할을 한다.
도 23에서는 이 도면있어서 열추출부재(204)는 타원형의 형상을 하며, 봉입재(203)의 후측부를 통해서만 노출된다는 점을 제외하고 도 17과 마찬가지의 다른 가능한 형태가 도시되어 있다.
도 24를 참조하면, 본 발명의 1개의 중요한 특징은 수동적 또는 활성적인 히트싱크(전체로 참조번호 2402로 표시)를 패키지(2000)에 부착하고 장치의 성능현저하게 개입하는 능력이 있다. 능동적인 히트싱크를 장치의 열추출부재에 부착하는 것은 이격 된 장치보다도 큰 장치의 열용량을 현저히 증가시키게 된다. 또한, 이 표면적을 증대시키는 핀(2404)을 내장하는 히트싱크는 패키지의 열추출부재에 부착할 때, 주의환경으로의 열의 방사를 현저히 개량하는 역할을 한다. 이 적용예에 적합한 히트싱크는 Aavid Thermal Product, Inc of NConcord, New Hampshire로부터 얻을 수 있다. 패키지에 히트싱크를 추가하는 것은 이 전력비산능력을 50% 이상 증대시키게 된다. 펠티러(Peltier)효과를 이용하는 열전기 냉각기와 같은 수동적인 냉각기구를 사용하는 것은 장치의 전력비산능력을 현저하게 증대시킬 수 있다. 이 경우, 도3에 도시된 것과 같은 본 발명의 형태는 열 전기 냉각기를 부착할 수 있는 열추출부재의 큰 표면을 노출시키게 된다. 본 발명에 있어서, 열전기냉각기는 소정의 극성의 경우, 열전기냉각기의 냉각기측이 열추출부재에 열적으로 접합하도록, 패키지에 부착된다. 냉각기의 반대측부는 수동적인 히트싱크에 또는 그 기타의 큰 열용량의 구조체에 부착될 수 있다.
열전기 냉각기 모듈은 2개의 두개의 세라믹판사이에서 P 및 N으로 피복된 비스마스 테루리드(Bismuth Telluride)의 예를 채용함으로써 제조되지만 다른 반도체재료도 사용할 수 있다. 교반적인 P 및 N다이는 세라믹 자체에 의해 세라믹의 내면상에 금속 피복판에 의해 전기적으로 직렬로 그리고 열적으로 병렬로 접합된다. 다이에 전류를 흐르면, 세라믹의 2개의 판 내에 온도차가 생긴다. 이와 같은 컴퓨터와 같은 일렉트로닉 구성요소의 냉각을 위해 사용된다. 열전기 냉각기는 다음에서 얻어진다(다음; Advanced Thermoleelectic Products, Inc. of Nashua, New Hampshire).
이러한 수동적 또는 능동적 히트싱크에 대하여 열추출부재의 효과적인 열접합을 용이하게 하기 위해 본 발명의 1개의 대안적인 실시의 형태는 열추출부재의 노출된 표면상에 부착되고 또는 그 표면상에 배치된 추가적인 흡열 패드 또는 열적으로 활성화한 흡열 화합물을 포함할 수 있다. 그러한 열접합제 또는 층은 겔 또는 고체의 형태로 할 수 있고 또한 접합제로서의 봉입재을 형성된 후의 임의의 시점에서 본 발명의 반도체 발광 에미터에 대하여 상기에 개시된 제조방법으로 제조될 수 있다. 이러한 열접합층이 겔의 형태를 하는 경우, 후의 시점에서 장치를 어셈블리내에 부착될 때까지 장치의 제조시에 층을 덮도록 열적으로 활성화시킨 상변화열접합 패드, 또는 감압 접착제를 유지하는 중실부재,릴리스 라이너를 채용할 수 있다. 본 발명의 장치의 특징적인 고 전력 제조 가능성 및 열효율은 독립적인 기능을 가지는 2개 이상의 전기도선 및 상이한 형식의 2개 이상의 반도체 발광 에미터를 조립하는 성능상의 적성과 조합시켜서 본 발명을 반도체 조사 및 전력이 신호표시의 용도에 의해 특히 유용한 것이다.
본 발명의 1개의 관련하는 실시의 형태에 있어서, 반도체 발광장치는 램프의 백색광원으로 단독 또는 열상으로 사용하고 또는 이와 대안적으로 극 고강도, 직시형의 백색 인디케이터로서 사용할 수 있다. 이를 실현하는 3개의 방법은 특히 중요하다.
백색 조명기의 제 1의 실시형태에 있어서 이 장치는 에미터로서 복수의 가시광방출LED칩을 보호하기 때문에 LED칩의 하나 이상에 의해 방출된 광이 방사 그리고 다른 LED칩에 의해 방출되고 그리고 방사되는 광과 혼합시켜서 턴볼(Turnbull)씨의 미국특허 제5,803,579호의 교시에 따라서 이원의 상보적인 백색광을 형성한다. 약 580-610nm범위의 최고방출 파장을 가지는 LED칩은 약 480-510nm의 범위의 최고방출파장을 가지는 LED칩과 함께 사용하고 이러한 이원 보상적인 추가 혼합체를 실현하다. 이 구성의 장치는 램프용 백색광으로 또는 대안적으로 매우 높은 강도, 직시성 인디케이터로서 단독 또는 열상에서 사용할 수 있다. 2개의 칩이 상술한 것처럼 서로 역 극성이며, 또한, 도 7c에 도시된 것과 같은 장치의 전기적 형태로 되면, 장치에 의해 방사되는 백색광의 색도 및 색은 온도는 선택적인 분로 레지스터(708)의 값을 조절하고 또한 분로 레지스터를 생략하고 그리고 외부회로(도시되어 있지 않음)를 개재하여 전기도선(705, 706)을 통해 흡인되는 상대적인 전류를 조작하여 조절할 수 있다.
백색 조명기의 형태의 제2의 형식에 있어서, 장치는 에미터로서 복수의 가시광의 발광 LED를 유지기 때문에 하나 이상의 LED칩에 의해 방출되는 광은 LED의 타방의 2개에 의해 방출되고 그리고 방사되는 광과 혼합되고 RGB와 같은 3원적인 상보적인 백색조명광을 형성한다.이 구성의 장치는 조명용의 백색광으로 또는 대안적으로 극 고강도, 지시형의 인디케이터로 단독 또는 열상으로 사용할 수 있다. 이들 3개의 칩 중 2개는 상술했듯이, 서로에 대하여 역전극성이며, 또한, 도 7c에 도시되어 있듯이, 장치내에서 전기적인 형태로 되면, 장치가 방출하는 백색조명광의 색도 및 색의 온도는 선택적인 분로 저항(708)의 값을 조절하고 또는 분로 저항을 생략하고 그리고 외부회로(도시되어 있지 않음)를 개재하여 전기도선(705, 706)을 통해 흐르는 상보적인 전류를 조작함으로써 조절할 수 있다.
백색조명기의 실시의 형태의 제 3의 형식에 있어서, 장치는 장치의 봉입재내에 유지된 형광 매질(예를들어, 형광염료 또는 형광단)과 조합시킨 에미터로서 550nm이하의 최고방출광을 가지는 1개의 이상의 LED칩을 유지하고 있다. 이 형식에 있어서, 하나 이상의 LED칩에 의해 방출된 광은 형광매질에 의해 흡수되고 그리고 하나 이상의 보다 긴 가시광원의 파장으로 다시 방출되고 이 다시 방출된 광은 단독으로 또는 그 매질에 의해 흡수되지 않는다.
상술 된 본 발명의 백색광의 실시형태에 의해 제 1 및 제 2의 형식에 있어서, 그 발명자는 특히 유용한 광학적인 형태를 발견했다 도 4, 16b, 17, 9b 및 22를 참고하면, 렌즈 표면(401)은 장치 내의 복수의 에미터에 의해 방출된 가시광을 평행 화하고 그리고 혼합하는 것을 가능게 하도록 최적화할 수 있다. 이 최적화는 1)렌즈표면의 바깥쪽으로 볼록한 곡률반경을 감소하거나 렌즈 표면의 촛점길이의 근접한 에미터로부터의 거리에 이 표면을 배치함으로써 패키지로부터 방출하는 비임의 감도를 증가시키고, 2) 렌즈표면의 바깥으로 볼록한 곡률반경을 증가시키거나 렌즈표면의 촛점길이로부터 보아서 에미터로부터의 거리에 이표면을 배치함으로써 렌즈표면의 스폿크기를 증가시키고 비임 혼합을 향상시키는 것과 관련있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 렌즈표면은 곡률반경이 약 4.25mm+/-1.0mm인 오목렌즈이며 이 렌즈의 구멍은 약 6.5-10.5mm이고 에미터 상부에 대한 렌즈 표면(401)의 상부 또는 크라운사이의 거리는 약 5.5mm+/-mm이다.
본 발명의 실시예가 설명되었을 지라도, 청구범위내에서 벗어나지 않으면 여러 수정과 변경이 가능하다.
자동처리중 열 보호를 갖는 고방출 출력을 결합하는 반도체 광 에미터에 이용된다

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  80. 반도체 발광 에미터 패키지에 있어서,
    두 개 이상의 전기 도선과;
    제 1 표면과 이 제 1표면과 대향하는 제 2 표면을 지닌 열추출부재와;
    상기 열추출부재의 제 1 면에 설치된 하나 이상의 반도체 방사 에미터를 구비하며,
    상기 두 개 이상의 전기도선이 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터에 전기적으로 접속되어 있으며, 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터는 반도체 방사 에미터 패키지가 백색광을 방사하도록 선택되며;
    또한, 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터, 상기 하나 이상의 전기도선 및 상기 열추출부재의 일부를 덮도록 형성된 봉입재를 구비하며,
    상기 봉입재는 상기 열추출부재의 제 2 표면의 일부를 노출시키도록 형성되어 있으며, 이 열추출부재의 노출된 일부는 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터가 설치된 제 1 표면상의 위치에 정반대인 영역을 포함하여, 상기 봉입재의 일부는 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터로부터 방사된 방사의 실질적인 부분에 대해 투명하며;
    상기 열추출부재는 일차열통로를 하나 이상의 반도체 방사 에미터로부터 장치밖에 제공하며, 상기 전기도선은 이차열통로를 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터로부터 장치밖으로 제공하며, 상기 이차 열 통로는 상기 일차 열통로보다 큰 열저항을 처리를 하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  81. 반도체 방사 에미터 패키지에 있어서,
    열추출부재와;
    상기 열추출부재보다 큰 열 저항을 갖는 두 개 이상의 전기도선과;
    상기 열추출부재의 제 1 표면에 설치된 하나 이상의 반도체 방사 에미터를 구비하며,
    상기 하나이상의 반도체 방사 에미터가 구동할 때, 반도체 방사 에미터 패키지는 백색광을 방사 하며;
    또한, 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터를 덮는 봉입재를 구비하며,
    상기 봉입재가 일부는 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터에 의해 방사된 파장에 대해 투명하며, 상기 봉입재가 상기 열추출부재의 제 1표면의 일부를 덮으면서, 제 1 표면과 반대인 상기 열추출 부재의 제 2 표면의 일부를 노출시키며, 제 2 표면의 노출된 일부는 하나 이상의 반도체 방사 에미터가 설치된 제 1표면의 영역과 정반대인 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  82. 반도체 방사 에미터 패키지에 있어서,
    열추출부재와;
    상기 열추출부재보다 열 저항이 큰 두 개 이상의 전기 도선을 구비하며,
    상기 열추출 부재는 상기 전기도선의 두께보다 큰 반도체 방사 에미터 패키지로부터 방사된 방향에 평행한 방향으로 두께를 갖으며;
    또한, 상기 열추출부재에 설치된 하나 이상의 반도체 방사 에미터를 구비하며,
    이 반도체 방사 에미터 패키지는 백색광을 방사 하며;
    그리고, 하나 이상의 반도체 방사 에미터를 포위하는 봉입재를 구비하며,
    상기 봉입재의 일부가 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터에 의해 방사된 파장에 투명한 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  83. 반도체 방사 에미터 패키지에 있어서,
    열추출부재와;
    상기 열추출부보다 큰 열저항을 갖는 두 개 이상의 전기도선과;
    상기 열추출부재의 제 1 표면상에 설치된 하나이상의 반도체 방사 에미터를 구비하며,
    상기 하나이상의 반도체 방사 에미터가 구동할 때, 반도체 방사 에미터 패키지는 백색광을 방사하며;
    또한, 제 1 경질 성형 화합물과 제 2 경질 성형 화합물을 구비하며,
    상기 제 1 경질 성형 화합물은 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터에 의해 방사된 방사에 대해 투명하고 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터로부터 방사한 방사의 광 통로 내에 제공되어 있으며;
    상기 제 2 경질 성형 화합물은 상기 열추출부재의 제 1 표면의 일부를 덮음과 아울러 제 1 표면에 반대인 상기 열추출부재의 제 2 표면의 일부를 노출시키며, 제 2 표면의 노출된 일부는 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터가 설치된 제 1 표면의 영역에 정반대인 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  84. 반도체 방사 에미터 패키지에 있어서,
    열추출부재와;
    상기 열추출부재보다 큰 열 저항성을 갖는 두 개 이상의 전기도선을 구비하며, 상기 열추출부재는 방사가 상기 전기 도선의 두께보다 큰 반도체 방사 에미터 패키지로부터 방사된 방향에 평행한 방향으로 두께를 가지며;
    또한, 상기 열추출부재에 설치된 하나 이상의 반도체 방사 에미터를 구비하고, 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터가 구동할 때, 반도체 방사 에미터 패키지는 백색광을 방사하며;
    또한, 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터를 덮는 제 1 경질 성형 화합물을 구비하며,
    상기 제 1 경질 성형 화합물의 일부가 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터에 의해 방사되는 파장에 대해 투명한 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  85. 반도체 방사 에미터 패키지에 있어서,
    열추출부재와;
    상기 열추출부재보다 큰 열 저항을 갖는 두 개 이상의 전기 도선과;
    상기 열추출부재의 제 1 표면에 설치된 하나 이상의 반도체 방사 에미터와;
    하나 이상의 반도체 방사 에미터, 상기 열 추출 부재의 일부 및 상기 전기 도선의 일부를 포위하는 봉입재를 구비하며,
    상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터와 상기 열추출부재의 가장 근접한 포위되지 않은 표면 사이의 통로에 직교하는 평면에서 측정된 상기 열추출부재의 단면면적은 패키지 동작 동안, 하나 이상의 반도체 방사 에미터와 전기도선의 가장 근접한 포위되지 않은 표면 사이의 열 흐름의 통로에 직교하는 통로에서 측정된 상기 각각의 전기 도선의 단면적 보다 크며, 상기 봉입재는 다수의 측을 형성하며, 상기 열추출부재는 상기 두 개의 측을 통해 밖으로 연장하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  86. 반도체 방사 에미터 패키지에 있어서,
    열추출부재와;
    상기 열추출부재보다 큰 열저항을 갖는 두개 이상의 전기도선과;
    상기 열추출부재의 제 1 표면에 설치된 하나 이상의 반도체 방사에미터를 구비하며,
    하나 이상의 반도체 에미터가 구동할 때, 반도체 방사 에미터 패키지는 백색광을 방출하며;
    또한, 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터에 의해 방사된 방사에 대하여 투명한 제 1 경질 성형 화합물을 구비하며, 상기 제 1 경질 성형 화합물은 상기 하나이상의 반도체 방사 에미터로부터 방출된 방사의 광통로 내에 제공되며;
    또한, 상기 열추출부재의 일부를 덮음과 동시에 상기 열추출부재의 일부를 노출시키게 하는 제 2 경질 성형 화합물을 구비하고,
    상기 제 2 경질 성형 화합물은 상기 제1 경질 성형 화합물과 다르며, 상기 전기도선을 유지하도록 상기 전기 도선의 부분을 포위하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  87. 제 80항, 제 81항, 제 83항, 제 85항 또는 제 86항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열추출부재는 방사가 상기 전기 도선의 두께보다 큰 반도체 방사 에미터 패키지로부터 방출되는 방향에 평행한 방향으로 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  88. 제 87항에 있어서,
    열추출부재의 두께는 전기 도선의 두께의 3배인 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  89. 제 82 또는 제84항에 있어서,
    열추출부재의 두께는 전기 도선의 3배인 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  90. 제 80항, 제 81항, 제 82항 또는 제 85항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 봉입재는 제 1 경질 성형 화합물 및 제 2 경질 성형 화합물을 포함하며, 상기 제 1 경질 성형 화합물은 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터에 의해 방사된 방사에 대해 투명하고 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터로부터 방출된 방사의 광통로 내에 제공된 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  91. 제 90항에 있어서,
    상기 제 2 경질 성형 화합물은 상기 열 추출 부재의 제 1 표면의 일부를 덮음과 아울러 제 1 표면에 반대인 상기 열추출 부재의 제 2 표면의 일부를 노출되게 하며, 제 2 표면의 노출된 일부는 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터가 설치된 제 1 표면의 영역에 정반대인 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  92. 제 91항에 있어서,
    상기 제 2 경질 성형 화합물은 불투명한 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  93. 제 83항 또는 제 84항에 있어서,
    상기 열추출 부재의 일부를 덮음과 아울러 상기 열추출부재의 일부를 노출시키는 제 2 경질 성형 화합물을 더 포함하며, 상기 제 2 경질 성형 화합물은 상기 제 1 경질 성형 화합물과 다르며 상기 전기 도선을 유지하도록 상기 전기 도선의 부분을 포위하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  94. 제 93항에 있어서,
    상기 제2 경질 성형 화합물은 불투명한 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  95. 제86항에 있어서,
    상기 제 2 경질 성형 화합물은 불투명한 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  96. 제 84항에 있어서,
    상기 제 1 경질 성형 화합물은 상기 열추출 부재의 일부와 상기 전기도선의 부분을 덮음과 아울러 상기 열추출부재와 상기 전기도선 모두의 부분을 덮혀지지 않게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  97. 제 96항에 있어서,
    상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터와 상기 열추출부재의 가장 근접한 덮혀 지지 않은 표면 사이의 통로에 직교하는 평면에서 측정된 상기 열추출부재의 단면적은 패키지의 동작 중, 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터와 상기 전기 도선의 가장 가까운 포위되지 않은 표면 사이의 열 흐름의 통로에 대해 직교하는 평면에서 측정된 각각의 상기 전기 도선의 단면적 보다 큰 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  98. 제 86항에 있어서,
    상기 열추출부재는 하나 이상의 반도체 방사 에미터가 설치된 제 1 표면을 포함하며, 상기 제 2 경질 성형 화합물은 상기 열추출부재의 제 1 표면의 일부를 덮음과 동시에 제 1 표면에 반대인 상기 열추출부재의 제2표면의 일부를 노출시키며, 제 2 표면의 노출된 일부는 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터가 설치된 제 1 표면의 영역에 정반대인 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  99. 제 80항 내지 제 86항 중 어느 한 항에 있어서,
    열추출부재는 하나 이상의 반도체 방사 에미터를 포함하는 디프레션(depression)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  100. 제 99항에 있어서,
    상기 디프레션은 광 반사 코팅으로 피복된 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  101. 제 80 내지 86항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 열추출부재는 봉입재로 덮여진 열추출부재의 일부 외측의 표면적을 증가하도록 하나 이상의 핀, 슬롯 및 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  102. 제 80항, 제81항, 제82항 또는 제85항 중 어느 한 항에 있어서,
    봉입재의 일부는 렌즈로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  103. 제 83항, 제 84항 또는 제 86항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 경질 성형 화합물의 일부는 렌즈로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  104. 제 80항, 제 81항, 제 82항 또는 제 85항 중 어느 한 항에 있어서,
    봉입재는 필러 성분과 벌크 성분을 포함하고, 필러 성분은 벌크 성분의 열팽창계수를 낮추고, 필러 성분은 벌크 성분의 굴절률에 정합하는 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  105. 제 80항, 제 81항, 제82항 또는 제 85항 중 어느 한 항에 있어서,
    봉입재는 반도체 방사 에미터 출력 방사를 확산하도록 작동하는 필러 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  106. 제 83항, 제 84항 또는 제 86항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 경질 성형 화합물은 반도체 방사 에미터 출력 방사를 확산하도록 동작하는 필러 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  107. 제 80항 내지 제 86항 중 어느 한 항에 있어서,
    반도체 방사 에미터는 열추출부재와 전기 접촉하는 전도 베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  108. 제 80항 내지 제 86항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 반도체 방사 에미터는 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  109. 제 80항 내지 제 86항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 반도체 방사 에미터는 광 방사 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  110. 제 80항 내지 86항 중 어느 한 항에 있어서,
    형광 재료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  111. 제 110항에 있어서,
    상기 형광 재료는 상기 봉입재 내에 확산 되는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  112. 제 111항에 있어서,
    상기 형광 물질은 하나 이상의 형광 염료, 안료 및 형광체인 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  113. 제 80항 내지 제 86항 중 어느 한 항에 있어서,
    열 추출 부재와 열접촉하는 히트싱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  114. 제 80항, 제 81 항 또는 제 82항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 봉입재는 다수의 측을 형성하고;
    각각의 전기 도선은 제 1 세트의 봉입 재 측 중 하나를 통해 연장하며,
    상기 열추출부재는 하나이상의 제 2세트의 봉입재 측을 통해 연장하며, 제 2 세트의 봉입재 측은 제 1 세트의 봉입재 측과 다른 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  115. 제 114항에 있어서,
    제 1 세트의 봉입재 측은 제1측을 포함하고 제 2 세트의 봉입재 측은 제 1 측과 대향하는 제 2측을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  116. 제 114항에 있어서,
    제 1 세트의 봉입재측은 대향측을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  117. 제114항에 있어서,
    제 1세트의 봉입재 측은 대향측을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  118. 제86항에 있어서,
    상기 제 2 경질 성형 복합물은 다수의 측을 포함하고,
    각각의 상기 전기 도선은 제 1 세트의 측들 중 하나를 통해 연장하고;
    상기 열 추출 부재는 하나 이상의 제 2세트의 측을 통해 연장하고, 제 2 세트의 측은 제 1세트의 측과 다른 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  119. 제 80항, 제 81항, 제 82항 또는 제 85항 중 어느 한 항에 있어서,
    두 개 이상의 상기 전도 도선은 상기 봉입재에 의해 유지되는 것을 특징으로 반도체 방사 에미터 패키지.
  120. 제 80항, 제 81항, 제 82항 또는 제 85항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 봉입재는 상기 열추출부재의 전체 표면적의 65%와 같거나 미만인 상기 열추출 부재의 일부를 덮는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  121. 제 80항 내지 제 86항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 도선과 상기 열추출 부재의 벌크는 동일한 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  122. 제 80항 내지 제 86항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나이상의 반도체 방사 에미터는 백색광을 형성하도록 혼합되는 2원 상보적 색상을 갖는 조명을 방출하는 두 개의 반도체 방사 에미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  123. 제 80항 내지 제 86항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터는 백색광을 형성하도록 혼합될 수 있는 3원 상보적 색상을 갖는 조명을 방출하는 3개의 반도체 방사 에미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  124. 제 123항에 있어서,
    상기 3개의 반도체 방사 에미터 중 제 1 반도체 방사 에미터는 적색상을 갖는 광선을 방사하고, 상기 3개의 반도체 방사 에미터 중 제 2의 반도체 방사 에미터는 녹색상을 가지는 광선을 방사하고, 상기 3개의 반도체 방사 에미터 중 제 3의 반도체 방사 에미터는 청색상을 갖는 광선을 방사하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  125. 제 80항 내지 제 86항 중 어느 한 항에 있어서,
    반도체 방사 에미터 패키지의 전력 용량은 150mW인 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  126. 제 80항 내지 제 86항 중 어느 한 항에 있어서,
    열추출 부재에 형성된 하나 이상의 리세스 된 광 반사 컵을 더 포함하며, 상기 하나이상의 반도체 방사 에미터는 상기 하나 이상의 리세스된 광 반사 컵내에 설치되어 있으며, 상기 하나 이상의 리세스된 광 반사컵의 깊이는 상기 하나이상의 반도체 방사 에미터의 높이와 같거나 크며, 각각은 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터가 설치된 반사컵의 광축에 평행한 크기로 측정되는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  127. 제 80항, 제 81항 또는 제 82항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나이상의 반도체 방사 에미터와 상기 열추출부재의 가장 근접한 포위되지 않은 표면 사이의 통로에 직교하는 평면에서 측정된 상기 열추출부재의 단면적은 패키지 동작 동안, 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터와 상기 전기도선의 가장 근접한 포위되지 않은 표면 사이의 열 흐름의 통로에 직교하는 평면에서 측정된 각각의 전기 도선의 단면적 보다 큰 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  128. 제 80항에 있어서,
    상기 봉입재는 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터로부터의 방사가 방출되는 상면을 포함하고, 상기 상면에 대향하는 저면을 더 포함하며, 상기 봉입재는 상기 열추출부재의 저면의 노출된 일부가 봉입재의 저면을 통해 노출되게 하도록 형성된 것을 특징으로 반도체 방사 에미터 패키지.
  129. 제 80 내지 제 86항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 추출 부재는 열 전도도가 높은 재료로 된 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  130. 제 129항에 있어서,
    상기 재료는 세라믹 재료, 동, 동합금, 알류미늄, 연강(soft steel) 또는 기타 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  131. 제 80항에 있어서,
    상기 반도체 방사 에미터로부터 상기 열추출부재의 저면의 노출된 일부까지의 열 통로는 상기 반도체 방사 에미터로부터 상기 전기도선이 상기 봉입재로부터 나온 위치까지의 열통로보다 짧은 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  132. 제 80항에 있어서,
    상기 열추출부재의 노출된 일부는 열방사성이 강화된 코팅 재료로 코팅된 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  133. 제 132항에 있어서,
    상기 코팅 재료는 니크롬, 흑산화물(black oxide)로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  134. 제 80항에 있어서,
    상기 열추출부재의 노출된 일부는 텍스쳐(texture)된 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  135. 제 134항에 있어서,
    상기 열추출부재의 노출된 일부는 메트 최종물(matte finish)을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  136. 제 80항에 있어서,
    열추출부재의 노출된 일부는 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터로부터의 광 방사 방출의 일차 방향과 대향 하는 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  137. 제 80항, 제 81 항, 제 82항 또는 제 85항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 봉입재는 두 개의 상이한 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  138. 제 137항에 있어서,
    상기 두 개의 상이한 재료 중 하나는 투명한 에폭시인 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  139. 제 137항에 있어서,
    상기 두개의 상이한 재료 중 하나의 재료는 응력 완화 겔인 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  140. 제 139항에 있어서,
    응력 완화 겔은 실리콘인 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  141. 제 139항에 있어서,
    응력 완화 겔은 하나 이상의 반도체 방사 에미터에 걸쳐 접착되는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  142. 제 141항에 있어서,
    상기 두 개의 상이한 재료 중 하나의 재료는 응력 완화 겔에 걸쳐 형성된 경질 성형 화합물인 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  143. 제 142항에 있어서,
    상기 경질 성형 화합물은 에폭시인 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  144. 제 137항에 있어서,
    상기 두개의 상이한 재료는 제 1 경질 성형 화합물과 제 2 경질 성형 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  145. 제 144항에 있어서,
    상기 제 1 경질 성형 화합물은 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터에 의해 방사된 방사에 대하여 투명한 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  146. 제 145항에 있어서,
    상기 제 1 경질 성형 화합물은 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터의 광 통로내에 제공되어 있고 렌즈를 형성하도록 형상을 한 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  147. 제 146항에 있어서,
    상기 제 2 경질 성형 화합물은 상기 하나 이상의 반도체 방사 에미터의 광통로내에 있지 않은 영역에 제공되는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  148. 제 147항에 있어서,
    상기 제 2 경질 성형 소자는 불투명한 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  149. 제 144항에 있어서,
    상기 제 2 경질 성형 화합물은 상기 봉입재가 상기 전기 도선에 유지되는 곳에 제공되는 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  150. 제 80항, 제81항, 제82항 또는 제 85항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 봉입재는 상기 열 추출 부재의 일부로 직접 성형 되는 것을 특징으로 하
    는 반도체 방사 에미터 패키지.
  151. 제 86항에 있어서,
    상기 제 2 경질 성형 화합물은 상기 열추출부재의 일부로 직접 성형된 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  152. 제 80항, 제 81 항, 제 82항 또는 제 86항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 봉입재는 다수의 측을 형성하며, 상기 열추출부재는 두 개의 측을 통해 밖으로 연장한 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  153. 제 80항, 제 81항, 제82항 또는 제86항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 경질 성형 화합물은 다수의 측을 형성하고 상기 열추출 부재는 두개의 상기 측을 통해 밖으로 연장한 것을 특징으로 하는 반도체 방사 에미터 패키지.
  154. 제 80항, 제 81항, 제 82항 또는 제 86항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 봉입재는 단일의 투명한 재료로 된 것을 특징으로 하는 반도체 방사 반도체 패키지.
  155. 제 1 표면과 이 제 1 표면에 대향 하는 제 2 표면을 가지는 열추출 부재와;
    상기 열추출부재의 제 1 표면에 설치되어 광 통로를 따라 광을 방사 하는 LED칩과,
    이 LED칩은 상기 제 1 및 제 2 전기도선을 경유하여 구동하며, 상기 LED칩이 구동할 때, LED패키지는 백색광을 방사 할 수 있으며;
    또한, 상기 제 1 및 제 2 전기 도선의 일부, 상기 LED칩 및 상기 열 추출 부재의 일부를 덮는 봉입재를 구비하며,
    상기 봉입재는 상기 열추출부재의 제 2 표면의 일부로 노출되게 형성되어 있으며,
    상기 열 추출 부재의 노출된 일부는 상기 LED칩이 설치된 제 1 표면상의 위치에 정반대인 영역을 포함하며;
    상기 봉입재는 제 1 경질 성형 화합물과 제 2 경질 성형 화합물을 포함하는 두개의 다른 재료를 포함하고, 상기 제 1 경질 성형 화합물은 상기 LED칩에 의해 방사된 광에 대하여 투명하며, 상기 LED칩으로부터 방출된 광의 광 통로 내에 제공되어 렌즈를 형성되도록 형상을 하고 있으며, 상기 제 2 경질 성형 화합물은 상기 봉입재가 상기 전기 도선을 덮는 곳과 상기 LED칩으로부터 방사된 광의 광통로내에 있지 않은 영역에 제공되어 있으며, 상기 제 2 경질 성형 화합물은 투명하며,
    상기 LED칩과 상기 열추출부재의 가장 근접한 노출된 표면 사이의 통로에 직교하는 평면에서 측정된 상기 열추출 부재의 단면적은 패키지의 동작 중에 상기 LED칩과 상기 전기도선의 가장 근접한 노출된 표면의 통로에 직교하는 평면에서 측정된 각각의 전기도선의 단면적보다 크며,
    상기 봉입재는 다수의 측을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 전기 도선은 제 1 세트의 봉입재 측들 중 한 개를 통해 연장하고 있으며, 상기 열추출 부재는 두개이상의 측을 포함하는 하나이상의 제 2 세트의 봉입재 측을 통해 연장하고 있으며, 제 2 세트의 봉입재 측은 제 2 세트의 봉입재 측과 다르며,
    상기 열추출 부재는 광이 상기 전기도선의 두께보다 큰 LED패키지로부터 방
    사 되는 방향에 평행한 방향으로 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  156. 제 155항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 경질 성형 화합물은 투명한 에폭시인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  157. 제 155항에 있어서,
    상기 봉입재는 응력 완화 겔을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  158. 제157항에 있어서,
    응력 완화 겔은 실리콘인 것을 특징으로 하는 LED패키지.
  159. 제 157항에 있어서,
    응력 완화 겔은 상기 LED칩에 걸쳐 부착된 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  160. 제 155항에 있어서,
    상기 열 추출 부재의 상기 제 1 표면은 상기 전기 도선의 저면 전체 표면 아래의 평면에 위치한 저면이며, 상기 제 2 경질 성형 화합물은 상기 열추출 부재의 저면의 평면 아래로 연장하지 않은 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  161. 제 155항에 있어서,
    상기 봉입재의 상기 제 2 세트의 측은 인접 측을 포함하고, 상기 봉입재의 제 2 세트의 측은 상기 봉입재의 단일측을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  162. 제156항에 있어서,
    추가적인 LED칩을 더 포함하며, 상기 LED칩과 상기 추가적인 LED 칩은 백색광을 형성하도록 혼합될 수 있는 2원 상보적 색상을 광을 방사 하는 것을 특징으로 하는 LED패키지.
  163. 제 156항에 있어서,
    형광 재료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED패키지.
  164. 제 163항에 있어서,
    상기 형광 물질은 하나 이상의 형광염료, 안료 및 형광체인 것을 특징으로 하는 LED패키지.
  165. 제 156항에 있어서,
    LED패키지의 전력 용량은 150mV인 것을 특징으로 하는 LED패키지.
  166. 제 156항에 있어서,
    상기 제 2 경질 성형 화합물은 상기 열추출부재의 일부에 직접적으로 성형 된 것을 특징으로 하는 LED패키지.
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