KR20070013294A - 광 추출을 개선하는 발광 다이오드 어레이 - Google Patents

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KR20070013294A
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에드마르 아마야
조셉 마초체트
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라미나 세라믹스, 인크.
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Abstract

본 발명에 따라, 조명 소자는 표면을 갖는 높은 열적(thermally) 전도성 기판, 상기 표면에 의해 지지되며 조명을 제공하기 위하여 어레이로 정렬되는 복수의 발광 다이오드들(LEDs)을 포함한다. 적어도 하나의 반사 배리어는 적어도 부분적으로 각 LED를 둘러싼다. 반사 배리어는 상기 어레이의 다른 LED들에 의하여 방출된 LED 광으로부터 반사되도록 형성된다. 이롭게 기판 및 반사 배리어는 LED들에 의해 발생된 열을 방산하기 위하여 열 스프레더에 열적으로 결합된다. 기판은 LTCC-M 열스프레더 및 바람직하게는 금속 리지들 또는 컵들을 포함하는 반사 열적 배리어들을 포함하는 것이 바람직하다.

Description

광 추출을 개선하는 발광 다이오드 어레이{LIGHT EMITTING DIODE ARRAYS WITH IMPROVED LIGHT EXTRACTION}
본 발명은 발광 다이오드(LED) 어레이에 관한 것으로서, 특히, 전반사 배리어를 갖는 LED 어레이 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드들(LEDs)은 통신 및 설비로부터 가사 용품, 자동차 및 다른 영상 표시들로 연장하는 다양한 어플리케이션의 증가에 있어 광 소스로서 사용되고 있다. LED 어레이는 공통 기판 상에 배열된 복수의 LED들을 포함한다. LED 어레이의 문제점 중 하나는 LED들의 조밀한 밀도에 의해 발생하는 상당한 열이다. LED 어레이와 관련된 열적인 문제에 대한 해결책은, 관련 특허인 2003년 8월 11일자로 출원된 "Light Emitting Diodes Packaged For High Temperature Operation"이라는 제목의 미국 특허 제 10/638,579호의 주제이다. 이러한 특허 제 10/638,579호는 본 명세서에 참조로 통합된다.
LED 어레이의 또 다른 문제점은 조명 효율(illumination efficiency)과 관련된다. 조명 효율은 실제로 LED 패키지에서 허용되며 의도된 어플리케이션에서 사용 가능한 빛으로서 사용될 수 있는 생성된 빛의 퍼센트의 측정치이다. 도 1 및 2는 전형적인 LED 어레이를 도시한다. LED 다이들(반도체 칩들)(12)은 빛을 생성한 다. LED 다이들(12)은 일반적으로 6면 구조의 박스형(box-like)이다. 그들은 거의 항상 광 표면들 중 하나에 장착되기 때문에, 다른 5개 표면들은 상기 소자에 의해 발생된 빛을 방출할 수 있다. 이러한 빛의 일부는 어레이 패키지(11)의 인접한 벽들(22)에 흡수되고, 일부는 방출 다이에 다시 반사되며, 일부는 상기 어레이의 인접한 LED 다이(12)에 직접적으로 흡수된다. 나머지 빛은 패키지에서 방출된다.
조명 효율 및 LED 어레이의 열적 문제들 간에는 상관 관계가 있다. 흡수에 의한 자체-가열은 열적 문제의 원인이 된다. 따라서, LED 패키지 배열은 LED 어레이 소자들의 조명 효율을 증가시키고 흡수에 의해 발생되는 열적 문제들을 감소시킬 필요가 있다.
본 발명에 따라, 조명 소자는 표면을 가지며 열적 전도성이 높은 기판, 상기 표면에 의해 지지되고 조명을 제공하기 위해 어레이로 배열되는 복수의 발광 다이오드들(LEDs)을 포함한다. 적어도 하나의 반사 배리어는 적어도 부분적으로 각 LED를 둘러싼다. 반사 배리어는 상기 어레이의 다른 LED들에 의해 방출된 LED 광으로부터 반사되도록 형성된다. 바람직하게 상기 기판 및 반사 배리어는 열을 방산하기 위해 열 스프레더(heat spreader)에 열적으로 결합된다. 이러한 기판은 LTTC-M 열 스프레더를 포함하며, 바람직하게 반사 열적 배리어는 금속 리지들(ridges) 및 컵들을 포함한다.
본 발명의 장점들, 성질 및 다양한 추가적인 특징들은 첨부된 도면들과 관련하여 상세하게 기재되는 도식적인 실시예들을 보다 충분히 고려하여 나타날 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 전형적인 LED 어레이를 도시하고;
도 2는 도 2의 LED 어레이의 측면도를 도시하고;
도 3은 종래 기술의 전형적인 LED패키지를 도시하고;
도 4는 아코디언 테이퍼형(accordion-tapered) 반사 열적 배리어들을 도시하고;
도 5는 완전 테이퍼형(tapered) 열적 배리어 반사면(reflector)을 갖는 LED 어레이의 측면도를 도시하고;
도 6은 금속 컵 테이퍼형 반사 배리어를 도시하고;
도 7은 멀티-컵 테이퍼형 반사 배리어를 도시하며; 및
도 8은 원형 어레이를 형성하도록 배열된 웨지(wedge) 모양의 테이퍼형 배리어들을 도시한다.
이러한 도면들은 본 발명의 개념을 도시하기 위한 것이며, 비교(scale)하기 위한 것이 아니다.
본 명세서는 두 파트(part)로 나누어진다. 파트 Ⅰ은 본 발명에 따른 높은 조명 효율을 위해 어레이로 패키징된 발광 다이오드들(LEDs)의 구조 및 특징을 기술하고, 전형적인 실시예들을 도시한다. 파트 Ⅱ는 LED 어레이들에 적용할 수 있는 LTCC-M 패키징 기술의 상세한 설명을 제공한다.
Ⅰ. 높은 조명 효율을 위해 패키징된 LED들
도 4는 홈통들(troughs)(41) 및 반사 리지들(42)의 주기적인 어레이로 제작된다. 이러한 아코디언형 구조는 제조에 있어서 특히 비용면에서 효율적이다. 금속 반사 재료는 테이퍼형 반사 배리어들(42)을 형성하기 위하여 아코디언형으로 접힐 수 있다. LED 다이들(12)은 반사 배리어들(42) 사이의 홈통들(43)에 부착될 수 있다.
배리어 반사면(40)은 LED 다이들(12)의 애노드 또는 캐소드로의 연결을 제공할 수 있다. 배리어(40)는 또한 열적 냉각 기능을 수행한다. LED 다이(12)로부터의 열은 배리어 반사면(40)에 의하여 관련 열적 스프레더들 및 지지 LTCC-M 기판에 전달될 수 있다.
도 5는 개별 반사 배리어 구조물들(52)을 포함하는 대안적 고효율 LED 어레이(50)를 도시한다. 반사 열적 배리어들(52)은 열이 LED(12)의 하부로부터 열적 전도성 재료(접합물 또는 은 에폭시(53)와 같은)를 통해 핀의 상부로 이동하도록 하는 핀들로서 바람직하게 형성화된다. 이러한 핀의 길이 및 각도는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의하여 수정될 수 있다. LED 어레이 패키지의 열적 저항은 열 방산 면적에 반비례한다. 따라서, 반사 열적 배리어들(52)이 더 많아지고, 더 길어짐에 따라, 열 방산을 위한 면적은 더 커진다. LED 소자들은 그 후에 빛 추출을 증가시키고 전체 내부 반사(TIR: total internal reflection)를 최소화하기 위하여 돔형상으로 형성된 선택적으로 매칭된 클리어(clear) 에폭시(55)에 의해 순차적으로 캡슐화된다.
LED 다이들(12)은 기판(54) 위에 놓인 어레이 패턴으로 배치된다. 테이퍼형 분리 반사 배리어들(52)은 다른 다이 또는 패키지의 벽들에 의해 흡수될 수 있는 빛을 어레이 패키지 외부로 반사하게 하여, 조명 효율을 증가시킨다. LED 다이들(12)은 솔더(납땜) 또는 에폭시(53)에 의해 기판(54)에 부착될 수 있다.
기판(54)은 비전도성 또는 전도성일 수 있다. 기판(54)이 전도성인 경우, 또는 위에 놓인 전도성 패턴들 및 트레이스들(미도시)을 갖는 경우, LED 다이들(12)의 애노드 또는 캐소드 중 어느 하나에 대한 전기 연결이 장착 표면 상에서 이루어질 수 있다. 전도성 트레이스의 경우, 애노드 또는 캐소드 연결 모두가 다이들(12)의 장착 표면들 상에서 이루어질 수 있다.
도 3은 다이(12)의 가능한 전기적 연결을 보다 상세하게 도시한다. LED 애노드 및 캐소드에 대한 전기적 연결은 와이어 결합들(32)을 통해 이루어질 수 있다. 대안적으로 애노드 또는 캐소드 중 어느 하나는 절연 기판 또는 전도성 기판 상의 전도체와 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 경우, 나머지 단자는 그 후 단일 와이어 결합에 의해 다이들(12)과 연결될 수 있다. LED 다이는 금속 기판(36) 또는 위에 놓인 전도체(35)와 솔더링 되거나, 또는 기판(36)에 에폭시 수지로 접착될 수 있다. 일반적인 반투명 또는 투명 패키지 벽(34)은 반투명 또는 투명 LED 캡슐(31)을 지지할 수 있다.
다시 도 5를 참조로, 액체 에폭시(53)는 금속 전도체(52)에 증착될 수 있고, 전도체(52)는 기판(54)에 부착될 수 있음을 볼 수 있다. 전도체(52)는 후막, 박막, 전기-증착, 금속 적층 또는 다른 적절한 전기적 및 열적 전도체일 수 있다. 전기적 연결이 필요하지 않다면, 전도체(52)는 생략될 수 있다; 그러나 전도체(52)가 사용된다면, 다이로부터의 부가적인 열 스프레딩(spreading)이 달성될 수 있다. 기판(54)은 세라믹, 와이어 보드 인쇄된 다층, 저온동시소성세라믹(LTCC: low temperature cofired ceramic), 금속 상의 LTCC(LTCC-M), 고온 동시소성세라믹(HTCC: high temperature cofired ceramic) 또는 다른 적합한 전기적 절연체 및 열적 전도체일 수 있다. 다이(12)에 대한 전기적 연결이 요구된다면, 기판(54)은 전기적으로 전도성 재료이거나, 또는 기판과 다이(12) 사이에 형성된 전기적 절연층일 수 있다.
도 6은 테이퍼형 배리어가 반사 컵(61)인 경우의 소자(60)를 도시한 분해 조립도이다. LED 다이들은 각 컵(61) 내에 부착될 수 있다. 각 컵(61)은 솔더 또는 에폭시에 의해 기판(54)에 부착된다. 다이의 폭보다 약간 작은 지름을 갖는 작은 구멍(62)이 컵(61) 내에 형성될 수 있다. 구멍(62)은 약간의 액체 에폭시 또는 솔더가 컵 내부에 침투하도록 한다. 다이(12)는 그 후 에폭시 또는 솔더의 상부 상의 컵 내부에 배치된다. 유사하게, LED 다이(12)는 컵(61)에 배치되고, 에폭시 또는 솔더에 의하여 구멍(62)을 통해 기판(54)에 직접 결합될 수 있다. 구멍(62)은 어셈블리(60)를 요구하지 않는 반면, 다이를 위해 컵에 에폭시 또는 솔더를 부가하는 추가적인 단계를 막을 수 있기 때문에, 제작을 용이하게 한다.
컵(61)은 알루미늄, 스테인레스 스틸, 주석, 니켈 또는 다른 반사 재료로 제조될 수 있다. 이러한 컵들은 스탬핑, 에칭, 코이닝, 기계가공 또는 다른 제작 방법에 의해 형성될 수 있다. 반사 컵 테이퍼형 배리어들에서 LED 다이 어레이의 어 셈블리는 값싼 픽-앤-플레이스(pick-and-place) 어셈블리를 사용하여 달성될 수 있다.
도 7은 컵들(71)의 어레이를 사용한 이로운 실시예(70)를 도시한다. 이러한 멀티-컵 어셈블리는 압축되고, 스탬핑되며, 또는 금속(72)의 시트로부터 그 반대로 형성될 수 있다. 컵들(71)은 원형일 필요는 없고, 타원형, 정사각형, 또는 직사각형일 수 있다. 금속은 0.002" 내지 0.030"로 측정하며, 놋쇠, 구리, 인, 청동, 베릴륨 구리, 스테인레스 스틸, 티타늄, 인코넬, 탄소 또는 스틸 합금 또는 귀금속을 포함할 수 있다.
도 8은 웨지형 섹터 컵들(81)로부터 생성된 원형 어레이(80)를 도시한다. 각 웨지(81)는 LED 다이(12)를 포함할 수 있으며, 섹터 컵들은 원형으로 배열될 수 있다.
도 9, 10 및 11을 참조하여, LED 공동(cavity) 벽 상의 반사 표면을 생성하기 위한 또 다른 방법은 은과 같은 두꺼운 또는 얇은 반사 금속 막(101)을 이용하여 상기 공동의 벽을 금속화하는 것이다. 그 후, 공동 에지를 모세관 용기로 사용하기 위하여 솔더와 같이 주조된(molten) 반사 금속(92)이 적용된다(도 9). 주조된 금속은 에지 모세관에 합치하고, 어셈블리들(100 및 110)에 보여지는 바와 같이 포물선형으로 반사물 컵 벽을 형성할 것이다. 컵의 중앙은 고온 솔더 볼(91)(도 10) 또는 금속/솔더 기둥(111)(도 11)과 같은 금속 삽입물을 가질 수 있다.
상기 언급된 모든 실시예들에서, 반사 배리어들을 형성하기 위해 사용된 재료들은 300 내지 800 nm 전자 파장과 같은 낮은 흡수 특성들을 가져야 한다. 배리 어 표면들은 어플리케이션에 따라 분산적 또는 비-분산적일 수 있다.
때때로 어떠한 타깃을 향해 LED로부터 나오는 빛의 방향을 설정(direct)하는 것이 바람직하다. 도 12는 버섯형태의 열 싱크(heat sink)(122)의 표면으로부터 조명하는 복수의 서브어셈블리들(121)로 구성된 종래 어셈블리(120)를 도시한다. 이러한 서브어셈블리의 타깃 조명 프로파일은 경사각 θ에서 360도이다. 이러한 각에서 빛의 방향 설정을 위하여, 원뿔대 형태의 열 싱크는 기계가공되어야 할 것이다. 열 싱크의 이러한 모난 표면상에 서브어셈블리들을 배치하는 것은 어렵다. 표준 표면 실장 기술(SMT:surface mount technology)은 사용될 수 없다. 따라서, 제작은 복잡하고 어려워지며, 값비싼 프로세스가 될 것이다.
본 발명의 이러한 관점에 따라, 반사물 벽들은 어레이로부터 지향적으로 빛을 반사하기 위한 가이드로서 사용된다. 배리어 표면들은 특정 타깃 각에서 빛을 반사하기 위하여 빛 가이드로서 형성될 수 있다. 도 13은 지향성 조명 어레이에 맞춰진 스탬핑된(stamped) 반사물 컵(131)의 윤곽을 도시한다. 각 θ에서의 지시는 컵을 형성하는 단계에 의하여 달성된다. 다이는 컵의 경사로 인한 각에 놓일 것이다. LED 다이는 구멍(132)에도 불구하고 와이어 결합을 사용한 유선 및 전도성 에폭시를 사용한 기판과 결합될 수 있다. 다이/컵 어셈블리들은 SMT 어셈블리에 의한 평면 기판상에 장착될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예가 도 14에 도시된다. LED(12)는 열적 전도성 기판과 유사한 표준 SMT 장비를 사용하여 배치될 수 있다. 전도성 에폭시의 작은 방울(142)은 컵(141)의 하부 상에 분산되어, 컵과 LED 다이 모두를 보드에 부착시킨다. 컵은 대부분의 광선들이 각도 θ에서 나오도록 형성된다. 전기적 결합은 컵의 구멍(132)을 통한 금 와이어 결합(32)을 이용해 이루어질 수 있다. 이러한 실시예는 체적 제조의 간결성 및 용이성으로 인하여 바람직하다. 컵(141)은 알루미늄, 스테인레스 스틸, 주석, 니켈 또는 다른 반사 재료들로 제작될 수 있다. 이것은 스탬핑, 에칭, 코이닝, 기계가공 또는 다른 제작 방법에 의해 형성될 수 있다.
Ⅱ. LTCC -M 패키징
LTCC-M 패키징은 LED 다이의 조밀하게 패키징된 어레이들에 의해 발생된 열을 공급하기에 특히 적합하다. 본 섹션은 반사 배리어들을 이용하여 LED 어레이들을 제작하는데 적용 가능한 LTCC-M 패키징의 몇몇 중요한 관점들에 중점을 둔다.
다중층 세라믹 회로 보드들은 녹색 세라믹 테이프들의 층들로 만들어진다. 녹색 테이프는 유기 바인더들 및 용매와 혼합되며 테이프를 형성하기 위해 용융되고 절단되는 선택적인 세라믹 파우더들 및 특정한 유리 조성물들로 만들어진다. 배선 패턴들은 다양한 기능들을 실행하기 위해 테이프 층들상으로 스크린 인쇄될 수 있다. 이후 비아들은 그 후 테이프에 펀칭되어, 하나의 그린 테이프 상의 배선을 다른 그린 테이프 상의 배선에 연결하기 위하여 전도체 잉크로 충전된다. 다음 테이프들은 유기 재료들을 제거하고, 금속 패턴들을 소결하며, 유리들을 결정화시키기 위해 정렬되고, 적층되며, 가열된다(fired). 이것은 일반적으로 약 1,000 ℃이하의 온도에서, 바람직하게는 약 750-950 ℃에서 수행된다. 유리의 조성은 열 팽창 계수, 유전 상수 및 다양한 전기 성분들에 대한 다중층 세라믹 회로의 양립성(compatibility)을 결정한다. 700 내지 1,000 ℃ 온도 범위에서 소결되는 무기 충 전재들을 이용한 예시적인 결정화 유리들로는 마그네슘 알루미노-규산염, 칼슘 붕규산염, 납 붕규산염 및 칼슘 알루미노-보리케이트가 있다.
더욱 최근에, 금속 지지 기판들(금속 보드들)은 녹색 테이프들을 지지하도록 사용되어왔다. 금속 보드들은 유리층들에 내구성을 제공한다. 또한 그린 테이프 층들은 금속 보드의 양면에 장착될 수 있으며, 적합한 결합 유리들을 사용하여 금속 보드에 부착될 수 있기 때문에, 금속 보드들은 회로들 및 소자들의 증가된 복잡성 및 밀도를 허용한다. 게다가, 레지스터들, 인덕터들 및 캐패시터들과 같은 수동 및 능동 성분들은 부가적인 기능성을 위해 회로 보드들로 통합될 수 있다. LED들과 같은 광학 부품들이 장착되는 경우, 세라믹 층들의 벽들은 패키지의 반사 광학 특성들을 향상시키기 위하여 형성되고/형성되거나 코팅되고, 또는 본 명세서의 파트 Ⅰ에 기재된 바와 같은 반사 배리어들은 LED 어레이 패키지의 조명 및 열적 효율을 더욱 향상시키기 위해 사용될 수 있다.
저온 소성 세라믹-금속 지지 보드들 또는 LTCC-M으로 알려진 본 시스템은 단일 패키지의 다양한 소자들 및 회로의 고 집적화를 위한 수단임이 증명되었다. 본 시스템은, 예를 들어, 지지 보드를 위한 금속 및 그린 테이프들의 유리들의 적합한 선택에 의해, 실리콘-기반 소자들, 인듐 인화물-기반 소자들 및 갈륨 비화물-기반 소자들을 포함하는 소자들과 양립하도록 제조될 수 있다.
LTCC-M 구조물의 세라믹층들은 금속 지지 보드의 확장의 열적 계수에 매칭되어야 한다. 유리 세라믹 조성들은 다양한 금속 또는 금속 매트릭스 합성물들의 열 팽창 특성들과 매칭되는 것으로 알려졌다. LTCC-M 구조물 및 재료들은 2002년 9월 24일 Ponnuswamy 외에게 발생되고, Lamina 세라믹스에 양도된, "Integrated heat sinking packages using low temperature co-fired ceramic metal circuit board technology"라는 제목의, 미국 특허 제6,455,930호에 개시된다. 미국 특허 제 6,455,930호는 본 명세서에 참조로 통합된다. LTCC-M 구조물은 또한 미국 특허 제5,581,876호, 제5,725,808호, 제5,953,203호 및 6,618,102호에 보다 상세히 개시되고, 이는 모두 Lamina 세라믹스에 양도되며, 또한 본 명세서에 참조로 통합된다.
LTCC-M 기술에 사용되는 금속 지지 보드들은 높은 열적 전도성을 갖지만, 몇몇 금속 보드들은 높은 열 팽창 계수를 갖고, 따라서, 가공되지 않은 다이는 항상 그러한 금속 지지 보드들에 직접 장착되지는 못한다. 그러나, 몇몇 금속 지지 보드들은 파우더 야금 기술을 사용하여 만들어지는 구리 및 몰리브덴의 금속 합성물(10-25%의 구리 중량을 포함하는) 또는 구리 및 텅스텐의 금속 합성물(10-25%의 구리 중량을 포함하는)과 같은 어떠한 목적을 위해 사용될 수 있음이 알려졌다. Carpenter Technology의 트레이드마크인, 구리가 덮인 Kovar®, 철, 니켈, 코발트 및 망간의 금속 합금은 매우 유용한 지지 보드이다. AlSiC는 캔 알루미늄 또는 구리 그래파이트 합성물과 같은 직접 부착에 사용될 수 있는 또 다른 재료이다.
우수한 냉각을 요하는 다른 실시예는 플립 칩 패키징의 열적 처리를 위한 것이다. 많은 양의 열을 생성하는 디코더/드라이버들, 증폭기들, 오실레이터들 및 기타 같은 종류의 것들과 같은 조밀하게 패키징된 마이크로회로 및 소자들은 또한 LTCC-M 기술들을 바람직하게 이용할 수 있다. 집적 회로의 상부 층들 상의 금속화는 이러한 칩을 포함하는 패키지 또는 모듈로의 와이어 결합이 가능하도록 칩의 에 지로 입력/출력을 유도한다. 따라서, 와이어 결합의 와이어 길이는 문제가 된다: 너무 긴 와이어는 와류(parasitics)를 초래한다. 매우 높은 집적 칩들의 가격은 회로를 생성하기 위해 필요한 실리콘의 면적에 의해서라기보다는 결합 패드들의 정렬에 의해 결정될 수 있다. 플립 칩의 패키징은 결합을 위한 와이어 결합 패드들보다는 솔더 범프를 사용함으로써 이러한 문제점들 중 적어도 일부를 극복한다. 이러한 솔더 범프들은 와이어 결합 패드들보다 작으며, 칩이 뒤집히거나 넘겨질 때, 솔더 리플로우는 패키지에 칩을 부착하기 위하여 사용될 수 있다. 솔더 범프들은 작기 때문에, 다중층 패키징이 사용된다면, 칩은 내부에 입력/출력 연결들을 포함할 수 있다. 따라서, 결합 패드들의 크기 및 개수보다는 그 내부의 다이의 개수가 칩의 크기를 결정할 것이다.
그러나 단일 칩 상의 기능들의 증가된 밀도 및 집적은 칩 상에 높은 온도를 초래하고, 이는 최적의 회로 밀도의 완전한 이용을 방지할 것이다. 단지 열 싱크들만이 칩을 패키지에 연결하는 작은 솔더 범프가 된다. 이것이 충분치 않다면, 작은 능동 또는 수동 열 싱크들은 플립 칩의 상부 상에 부가되어야 한다. 그러한 부가적인 열 싱크들은 어셈블리 비용, 필요한 부품들의 갯수 및 패키지 비용을 증가시킨다. 특히, 이러한 열 싱크들이 작은 열량(thermal mass)을 갖는다면, 그것들은 마찬가지로 제한된 유효성을 갖는다.
본 발명의 가장 간단한 형식으로, LTCC-M 기술은 반도체 성분을 위한 집적 패키지 및 수반되는 회로를 제공하기 위해 사용되고, 여기서, 전도성 금속 지지 보드는 이러한 성분을 위해 열 싱크를 제공한다. 예를 들어, 가공되지 않은 반도체 다이는 반도체 부품을 냉각시키기 위해 높은 열적 전도성을 갖는 LTCC-M 시스템의 금속 베이스 상으로 직접 장착될 수 있다. 이러한 경우에, 성분을 조종하기 위한 전기 신호들은 세라믹으로부터 상기 부품에 연결되어야 한다.
금속 지지 보드로의 간접 부착 또한 사용될 수 있다. 이러한 패키지에 있어서, 모든 요구되는 부품들은 열적으로 금속 지지 보드에 결합되고, 또한 그것은 집적 패키지와 다양한 부품들, 즉, 반도체 부품들, 회로들, 열 싱크 및 기타 같은 종류의 것들을 결합하기 위해 전도체들 및 레지스터들과 같은 내장형 수동 성분들을 멀티층 세라믹 부분으로 통합할 수 있다. LED 어레이들의 경우, 전기 회로의 조건들이 사용되는 절연 재료를 지정하면, 열 전도성은 문제가 될 수 있다. 여기서, 본 발명의 반사 배리어들은 또한 절연층을 통한 전도 및 방사에 의해 수신된 열이 금속 베이스로 전달되는 것을 보존하는 열적 스프레딩 소자들로서 동작한다.
개선된 열 싱크를 갖는 보다 복잡한 구조물에 대해, 본 발명의 집적 패키지는 제1 및 제2 LTCC-M 기판을 결합시킨다. 제1 기판은 그 상부에 장착되는 반도체 소자, 및 부품의 동작을 위한 내장형 회로를 갖춘 다층 세라믹 회로 보드를 포함할 수 있고; 제2 기판은 열 싱크 또는 그 상부에 장착된 전도성 열 스프레더를 포함한다. 열전기(TEC: thermoelectirc) 판들(peltier 소자들) 및 온도 제어 회로는 반도체 소자들의 개선된 온도 제어를 제공하기 위하여 제1 및 제2 기판들 사이에 장착된다. 허메틱 엔클로져(hermetic enclosure)가 금속 지지 보드에 부착될 수 있다.
LTCC-M 기술의 사용은 또한 집적 열 싱킹과 함께 플립 칩 패키징의 강점을 이용할 수 있다. 본 발명의 패키지들은 현재 존재하는 패키징보다 작고, 저렴하며, 더욱 효율적일 수 있다. 금속 기판은 열 스프레더 또는 열 싱크로서 동작한다. 플립 칩은 금속 기판상에 직접 장착될 수 있고, 이것은 패키지의 필수적인 부분이며, 추가적인 열 싱킹에 대한 필요성을 제거한다. 플렉시블 회로는 플립 칩 상의 범프들 위에 장착될 수 있다. 다중층 세라믹 층들의 사용은 또한 패키지의 표면으로의 트레이스들의 팬-아웃(fan-out) 및 라우팅, 및 열 싱킹의 개선을 달성할 수 있다. 높은 열적 처리 요구를 갖는 고 전원 집적 회로들 및 소자들은 이러한 새로운 LTCC-M 기술을 이용하여 사용될 수 있다.
상기 기술된 실시예들은 많은 가능한 특정 실시예들 중 단지 몇 가지를 설명한 것이며, 이는 본 발명의 어플리케이션들을 나타낼 수 있음은 물론이다. 본 발명의 정신 및 원칙에서 벗어나지 않으면서 다양하고 변형된 다른 배열들이 동일한 기술 분야의 당업자들에 의하여 이루어질 수 있다.

Claims (9)

  1. 조명 소자로서,
    표면을 가지며, 열적 전도성이 높은 열(heat) 스프레더(spreader)를 포함하는 기판;
    상기 표면에 의해 지지되는 복수의 발광 다이오드(LED)-상기 LED들은 조명을 제공하기 위하여 어레이로 정렬됨-;
    적어도 부분적으로 각 LED를 둘러싸는 적어도 하나의 반사 배리어-상기 반사 배리어는 상기 어레이의 다른 LED들에 의하여 방출된 LED 광으로부터 반사되도록 형상화됨-
    을 포함하며,
    상기 LED들 및 상기 반사 배리어는 상기 LED들에 의하여 생성된 열 및 빛 흡수에 의해 생성된 열과 상기 열 스프레더를 열적으로 결합시키는 조명 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 LTCC-M 열 스프레더를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반사 배리어는 홈통들 및 반사 리지들의 규칙적인 어레이를 포함하며, 상기 리지들은 인접 홈통의 LED로부터의 LED 빛이 반사되도록 형상 화되는 것을 특징으로 하는 조명 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반사 배리어는 인접 LED로부터의 LED 빛이 반사되도록 형상화된 반사 리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반사 배리어는 인접 LED들로부터 빛을 반사시키기 위하여 실질적으로 LED 주변을 둘러싸는 컵을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 소자.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반사 배리어는 컵들의 어레이를 포함하며, 상기 각각의 컵은 인접 LED들로부터의 빛을 반사시키기 위하여 실질적으로 개별적인 LED 주변을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 조명 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반사 배리어는 원형으로 정렬된 복수의 반사 원형 섹터들을 포함하며, 각각의 반사 섹터는 상기 어레이 내의 다른 섹터들로부터의 빛은 반사되도록 형상화되는 것을 특징으로 하는 조명 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반사 배리어는 반사 벽들을 가지며 공동 및 주조된 금속의 냉각에 의하여 형성된 부드럽게 구부러진 하나 이상의 반사 에지들을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반사 배리어는 지향성 조명을 제공하도록 형상화되는 것을 특징으로 하는 조명 소자.
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