KR20130067264A - 3차원 ｌｅｄ 기판 및 ｌｅｄ 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 1개 이상의 LED 소자와, 상기 LED 소자가 마이크로범프를 통하여 실장되며, 내부에 형성된 배선이 상기 마이크로범프에 접속된 실리콘 기판과, 상기 실리콘 기판상의 LED 소자 실장면과 반대측의 면에 접합되며, 상기 배선이 통과하는 관통 구멍을 가지는 단열용 유기기판과, 상기 단열용 유기기판상의 상기 실리콘 기판측과 반대측의 면에 접합되며, 내부에 형성된 배선이 상기 단열용 유기기판의 관통 구멍 내의 배선에 접속된 칩 실장기판과, 마이크로범프를 통하여 상기 칩 실장기판의 상기 배선에 접속되는 동시에, 상기 칩 실장기판상의 단열용 유기기판 측과 반대측의 면에, 상기 마이크로범프를 통하여 실장된 LED 제어회로 칩을 구비하고 있다.

Description

3차원 ＬＥＤ 기판 및 ＬＥＤ 조명 장치{THREE-DIMENSIONAL LED SUBSTRATE AND LED LIGHTING DEVICE}
본 발명은, 3차원 LED 기판 및 LED 조명 장치에 관한 것이다.
종래, LED(레이저 발광 다이오드)전구의 수명을 길게 하기 위해서, LED 소자로부터 발생하는 열을 효율적으로 방열하고, LED 소자나 LED 제어 회로가 열에 의해 손상되는 것을 억제할 필요가 있다. 따라서, LED 점등시의 점등 회로의 온도상승을 억제해서 점등 회로의 수명을 유지하는 LED 전구가 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 특허문헌 1의 LED 전구에서는, 동 문헌의 도 1에 나타낸 바와 같이, LED 모듈(11)이 방열부(12)에 부착되며, 방열부(12)의 복수의 방열 핀(heat releasing fins, 18)으로부터 LED의 열을 방열한다. 방열부(12)의 글로브(globe, 14)의 반대측의 구금(口金, metal cap)(16)의 중공부(23)에는, LED를 점등하는 점등 회로(17)가 내장되어 있다.
이러한 특허문헌 1의 LED 전구에 있어서는, LED 모듈(11)과 점등 회로(11)의 거리를 길게 할 수 있고, 또한, 방열부(12)와 구금(16)과는 절연부(15)에 의해 격리되어 있다. 이것에 의해, LED 모듈(11)의 LED로부터 발생한 열은, 점등 회로(17)에 전해지지 않고, 대부분 방열부(12)에서 방열되므로, 점등 회로(17)의 온도상승이 억제된다.
일본 특허공개공보 2010-56059호
본 발명은, 종래 기술의 문제점을 해결하는 것이다.
본 발명의 제 1의 양태는, 1개 이상의 LED 소자와, 상기 LED 소자가 마이크로범프(micro bumps)를 통하여 실장되며, 내부에 형성된 배선이 상기 마이크로범프에 접속된 실리콘 기판과, 상기 실리콘 기판상의 LED 소자 실장면과 반대측의 면에 접합되며, 상기 배선이 통과하는 관통 구멍을 가지는 단열용 유기기판과, 상기 단열용 유기기판상의 실리콘 기판측과 반대측의 면에 접합되며, 내부에 형성된 배선이 상기 단열용 유기기판의 관통 구멍 내의 배선에 접속된 칩 실장기판과, 마이크로범프를 통하여 상기 칩 실장기판의 상기 배선에 접속되는 동시에, 상기 칩 실장기판상의 상기 단열용 유기기판측과 반대측의 면에, 상기 마이크로범프를 통하여 실장된 LED 제어회로 칩을 구비하고 있다.
본 발명의 제 2의 양태는, 1개 이상의 LED 소자와, 상기 LED 소자가 마이크로범프를 통하여 실장되며, 내부에 형성된 배선이 상기 마이크로범프에 접속된 실리콘 기판과, 상기 실리콘 기판상의 LED 소자 실장면과 반대측의 면에 접합되며, 상기 배선이 통과하는 관통 구멍을 가지는 단열용 유기기판과, 상기 단열용 유기기판상의 상기 실리콘 기판측과 반대측의 면에 접합되며, 내부에 형성된 배선이 상기 단열용 유기기판의 관통 구멍 내의 배선에 접속된 칩 실장기판과, 마이크로범프를 통하여 상기 칩 실장기판의 상기 배선에 접속되는 동시에, 상기 칩 실장기판상의 상기 단열용 유기기판측과 반대측의 면에, 상기 마이크로범프를 통하여 실장된 LED 제어회로 칩을 가지는 3차원 LED 기판과, 알루미늄을 포함하고, 상기 3차원 LED 기판의 단부를 둘러싸도록 형성된 방열부와, 알루미늄을 포함하여 형성되고, 상기 방열부와 상기 3차원 LED 기판의 상기 실리콘 기판에 각각 접합되며, 상기 실리콘 기판의 열을 상기 방열부에 전도하는 열전도부재와, 상기 방열부의 개구부에 상기 LED 기판의 LED 소자측을 덮도록 형성된 글로브와, 상기 방열부에 접속된 구금을 구비하고 있다.
본 발명의 제 3의 양태는, 1개 이상의 LED 소자와, 상기 LED 소자가 마이크로범프를 통하여 실장되며, 내부에 형성된 배선이 상기 마이크로범프에 접속된 실리콘 기판과, 상기 실리콘 기판상의 LED 소자 실장면과 반대측의 면에 접합되며, 상기 배선이 통과하는 관통 구멍을 가지는 단열용 유기기판과, 상기 단열용 유기기판상의 상기 실리콘 기판측과 반대측의 면에 접합되며, 내부에 형성된 배선이 상기 단열용 유기기판의 관통 구멍 내의 배선에 접속된 칩 실장기판과, 마이크로범프를 통하여 상기 칩 실장기판의 상기 배선에 접속되는 동시에, 상기 칩 실장기판상의 상기 단열용 유기기판측과 반대측의 면에, 상기 마이크로범프를 통하여 실장된 LED 제어회로 칩과, 상기 실리콘 기판과 상기 단열용 유기기판 사이에 설치되며, 상기 실리콘 기판 내의 배선과 상기 단열용 유기기판 내의 배선이 접속되기 위한 관통 구멍을 가지는 알루미늄 기판을 가지는 3차원 LED 기판과, 알루미늄을 포함하고, 상기 3차원 LED 기판의 단부를 둘러싸는 동시에 상기 알루미늄 기판에 접합된 방열부와, 상기 방열부의 개구부에 상기 LED 기판의 LED 소자측을 덮도록 형성된 글로브와, 상기 방열부에 접속된 구금을 구비하고 있다.
본 발명의 제 4의 양태는, 기름한 형상으로 형성된(a longitudinally formed) 알루미늄 기판과, 상기 알루미늄 기판의 일방의 면에 소정의 배열로 접착된 복수의 실리콘 기판과, 마이크로범프를 통하여 상기 실리콘 기판의 배선에 접속되는 동시에, 상기 실리콘 기판 위에 상기 마이크로범프를 통하여 실장된 1개 이상의 LED 소자와, 상기 알루미늄 기판의 타방의 면에 접착되며, 배선을 통과시키기 위한 관통 구멍을 가지는 단열용 유기기판과, 상기 단열용 기판의 상기 알루미늄 기판측과 반대측의 면에 소정의 배열로 접착되며, 내부의 배선이 상기 단열용 유기기판의 관통 구멍을 통하여 실리콘 기판의 배선에 접속된 칩 실장기판과, 마이크로범프를 통하여 상기 칩 실장기판의 배선에 접속되는 동시에, 상기 칩 실장기판상의 단열용 유기기판측과 반대측의 면에, 상기 마이크로범프를 통하여 실장된 LED 제어회로 칩과, 상기 알루미늄 기판의 상기 칩 실장기판측을 덮도록 형성되며, 상기 알루미늄 기판에 접합되어, 상기 알루미늄 기판으로의 열을 방열하는 방열부와, 상기 알루미늄 기판의 상기 칩 실장기판측과 반대측을 덮도록 형성되어, 상기 LED 소자의 광을 외부에 방출하는 광투과 부재와, 상기 알루미늄 기판의 길이방향의 양단에 형성되어, 전원전압이 공급되는 한 쌍의 단자를 구비하고 있다.
본 발명에 따르면, LED 소자의 장수명화, 고휘도화를 도모할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관한 LED 조명 장치의 단면도이다.
도 2는, 알루미늄 다이캐스트의 내부에 배치된 3차원 실리콘 인터포저(interposer)를 나타내는 단면도이다.
도 3은, 3차원 실리콘 인터포저의 상세한 구조를 나타내는 확대 단면도이다.
도 4는, LED 소자측에서 본 3차원 실리콘 인터포저의 평면도이다.
도 5는, LED 소자 실장면의 반대측으로부터 본 3차원 실리콘 인터포저의 평면도이다.
도 6은, 제 2의 실시 형태에 관한 3차원 실리콘 인터포저의 상세한 구조를 나타내는 단면도이다.
도 7은, 3차원 실리콘 인터포저(20)의 상세한 구조를 나타내는 확대 단면도이다.
도 8은, 제 3의 실시 형태에 관한 3차원 실리콘 인터포저의 상세한 구조를 나타내는 확대 단면도이다.
도 9는, LED 소자측에서 본 3차원 실리콘 인터포저의 평면도이다.
도 10은, LED 소자 실장면의 반대측으로부터 본 3차원 실리콘 인터포저의 평면도이다.
도 11은, 실리콘 기판인 제 2 기판을 이용한 경우의 3차원 실리콘 인터포저의 상세한 구조를 나타내는 확대 단면도이다.
도 12는, 제 4의 실시 형태에 관한 LED 조명 장치의 길이방향의 단면도이다.
도 13은, LED 조명 장치의 길이방향에 직교하는 방향의 단면도이다.
도 14는, LED 소자측의 LED 조명 장치의 평면도이다.
도 15는, LED 실장면의 반대측의 LED 조명 장치의 평면도이다.
도 16은, 제 2 기판이 실리콘 기판일 경우의 LED 조명 장치의 길이방향에 직교하는 방향의 단면도이다.
도 17은, LED 실장면과 반대측의 LED 조명 장치의 평면도이다.
도 18은, LED 조명 장치의 길이방향에 직교하는 방향의 단면도이다.
도 19는, 제 5의 실시 형태에 관한 LED 조명 장치의 길이방향의 단면도이다.
도 20은, LED 조명 장치의 길이방향에 직교하는 방향의 단면도이다.
도 21은, 제어회로 칩 기판이 실리콘 기판일 경우의 LED 조명 장치의 길이방향의 단면도이다.
도 22는, LED 조명 장치의 길이방향에 직교하는 방향의 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
[제 1의 실시 형태]
도 1은, 제 1의 실시 형태에 관한 LED 조명 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 제 1의 실시 형태에 관한 LED 조명 장치는, 전구형(a form of a light bulb)으로 성형되어 있으며, LED 소자(21)가 실장된 3차원 실리콘 인터포저(20)와, LED 소자(21)에서 발생된 광을 외부에 방출하는 글로브(11)와, 3차원 실리콘 인터포저(20)를 지지하는 동시에 열을 외부에 방열하는 알루미늄 다이캐스트(die cast, 12)와, 복수의 방열 핀(13a)을 가지는 방열부(13)와, 전구 소켓에 나사삽입되는 금속부분인 구금(14)을 구비하고 있다. 한편, 상기 LED 조명 장치는, 글로브(11) 대신에 렌즈를 구비해도 좋다.
도 2는, 알루미늄 다이캐스트(12)의 내부에 배치된 3차원 실리콘 인터포저(20)를 나타내는 단면도이다. 알루미늄 다이캐스트(12)는, 열전도성이 높고, 3차원 실리콘 인터포저(20)를 지지하는 기판 지지부재이다. 알루미늄 다이캐스트(12)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 원통형상이며 3차원 실리콘 인터포저(20)의 단부를 둘러싸도록 형성된 원통형상부재(12A)와, 이 원통형상부재(12A)의 2개의 개구단부 중 LED 소자(21)가 설치된 측과 반대측의 개구단부를 덮도록 형성된 저면(底面)부(12B)를 가지고 있다. 한편, 원통형상부재(12A)의 2개의 개구단부 중 LED 소자(21)가 설치된 측에는, LED 소자(21)를 덮도록 글로브(11)의 개구부가 접합되어 있다.
알루미늄 다이캐스트(12)의 원통형상부재(12A)의 내부에는, 4개의 LED 소자(21)가 면실장(面實裝)된 3차원 실리콘 인터포저(20)가 배치되어 있다. 한편, LED 소자(21)의 수는 4개로 한정되지 않으며, 1개 이상이면 된다. 그리고, 3차원 실리콘 인터포저(20)에서 발생한 열은, 알루미늄 다이캐스트(12)에 전도해서 외부에 방열되는 동시에, 방열부(13)에도 전도된다.
방열부(13)는, 알루미늄 다이캐스트(12)의 저면부(12B)에 접합된 복수의 방열 핀(13a)을 가지고 있다. 이 때문에, 방열부(13)는, 3차원 실리콘 인터포저(20)에서 발생한 열을 효율적으로 방열한다. 구금(14)은, 소켓에 나사삽입가능하도록 홈이 형성되어 있다. 또한, 구금(14)은, 3차원 실리콘 인터포저(20)의 배선(L)과 전기적으로 접속되어 있는 동시에, 방열부(13)에 접합되어 있다.
도 3은, 3차원 실리콘 인터포저(20)의 상세한 구조를 나타내는 확대 단면도이다.
3차원 실리콘 인터포저(20)는, 4개의 LED 소자(21)를 가지는 LED 모듈(21A), 제 1 기판(22), 단열용 유기기판(23), 제 2 기판(24), LED 제어회로 칩(25), 애플리케이션 칩(26)을 가지고 있다.
4개의 LED 소자(21)는, 각각 다른 발광색이어도 좋고, 전부 또는 일부가 같은 발광색이어도 좋다. LED 소자(21)는, 제 1 기판(22)의 상면에, 마이크로범프(ＭＢ)를 통하여, 실장되어 있다. 한편, 제 1 기판(22)은, 복수의 계층(hierarchical layers)을 가지고 있으며, 실리콘을 포함하는 기판(이하 「실리콘 기판」이라고 함.)으로 구성되어 있다. 또한, LED 소자(21)의 한쪽 면 측에 양(兩) 전극이 설치되고, 이 양 전극에 각각 마이크로범프(ＭＢ)가 접속되며, 전극측과 반대인 면으로부터 발광된다.
한편, LED 소자(21)의 수는 특히 한정되는 것이 아니고, 1개인 것으로도 좋고, 2개 또는 4개 이상이어도 좋다. 더욱이, LED 소자의 타입은, 싱글칩(single chip) 방식이어도 좋고, 멀티칩 방식이어도 좋다.
또한, LED 소자(21)에 접속된 각 마이크로범프(ＭＢ)는, 제 1 기판(22) 내의 배선(L)에 접속되어 있다. 제 1 기판(22) 위의 LED 소자 실장면과 반대측의 면은, 단열용 유기기판(23)에 접합되어 있다.
단열용 유기기판(23)은, 제 1 기판(22)과 제 2 기판(24)의 사이에 설치되며, 제 1 기판(22)과 제 2 기판(24)간을 단열하고 있다. 또한, 단열용 유기기판(23)은 관통 구멍(23A)을 가지고 있어, 관통 구멍(23A)을 통하여, 제 1 기판(22)의 배선(L)과 제 2 기판(24)의 배선(L)이 접속되어 있다. 이것에 의해, LED 소자(21)를 와이어 본딩 접속할 필요가 없어져, 와이어 본딩의 단선(斷線)이 없어진다.
제 2 기판(24)은, 일반적인 유기기판으로 구성되어 있다. 제 2 기판(24)의 한쪽 면에는, 단열용 유기기판(23)이 접착되어 있다. 제 2 기판(24)의 다른 쪽의 면에는, 마이크로범프(ＭＢ), 기판(25K1)을 통하여, LED 제어회로 칩(25)이 실장되어 있는 동시에, 마이크로범프(ＭＢ), 기판(26K1)을 통하여, 애플리케이션 칩(26)이 실장되어 있다. 또한, 제 2 기판(24) 내의 배선은, 단열용 유기기판(23)의 관통 구멍(23A) 내의 배선(L)에 접속되어 있는 동시에, LED 제어회로 칩(25) 및 애플리케이션 칩(26)에 접속된 마이크로범프(ＭＢ)에 접속되어 있다.
LED 제어회로 칩(25)은, 예를 들면 ＢＧＡ(Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ) 패키지로 구성되어 있다. 구체적으로는, LED 제어회로 칩(25)은, 패키지(25P)로 덮이는 동시에, 기판(25K1)과 와이어로 본딩되며, 마이크로범프(ＭＢ)를 통하여 제 2 기판(24)에 실장되어 있다.
애플리케이션 칩(26)은, 예를 들면 ＢＧＡ 패키지로 구성되어 있다. 구체적으로는, 애플리케이션 칩(26)은, 패키지(26P)로 덮이는 동시에, 기판(26K1)과 와이어로 본딩되며, 마이크로범프(ＭＢ)를 통하여 제 2 기판(24)에 실장되어 있다.
제 1 기판(22) 및 제 2 기판(24)은, 방열 전도용 히트파이프(The heat conducting and dissipating heat pipes, 31)를 통하여, 알루미늄 다이캐스트(12)에 접속되어 있다. 한편, 방열 전도용 히트파이프(31)는, 주로 알루미늄으로 형성되어 있으며, 열전도성이 높다.
도 4는, LED 소자측에서 본 3차원 실리콘 인터포저의 평면도이다. 도 5는, LED 소자 실장면의 반대측으로부터 본 3차원 실리콘 인터포저의 평면도이다. 도 5 에 나타낸 바와 같이, 제 2 기판(24)의 LED 소자 실장면의 반대측의 면에는, 상술한 LED 제어회로 칩(25) 및 애플리케이션 칩(26) 이외에, 센서 칩(27), 애플리케이션 칩(28)이 마이크로범프를 통하여 실장되어 있다. 한편, 센서 칩(27), 애플리케이션 칩(28)은, ＢＧＡ 패키지로 구성되어 있다. 또한, LED 소자 실장면의 반대측의 면에는, 여기에서 예시된 칩에 한하지 않고, 다른 칩이 실장되어도 좋다.
이러한 구성의 LED 조명 장치에 있어서, LED 점등시에서는, LED 제어회로 칩(25) 및 도시하지 않은 전원회로가 동작하며, LED 소자(21)는, 애플리케이션 칩(26)의 동작에 영향을 받지 않고 점등한다. 애플리케이션 칩(26), 센서 칩(27), 애플리케이션 칩(28) 등의 회로 소자는, 필요에 따라서 동작하므로(단독으로도 동작 가능), 소켓의 인프라(infrastructure)를 이용한 전자기기로서 동작할 수도 있다.
그런데, LED 소자의 전기의 변환 효율은 약10%이며, 약90%는 열로 변하고 있다. 따라서, LED 소자를 구동하는 구동 전류의 전류값에 따라서는 LED 소자의 온도는 상당히 상승한다. 그래서, LED 소자에 의해 발생된 열을 어떻게 방출시키는지에 따라서, LED 조명 장치의 수명이 크게 다르다.
여기서, 제 1 기판(22)은, 주로 실리콘을 포함하여 구성되어 있으며, 일반의 유기기판보다도 열전도율이 높아, 열이 전해지기 쉽다. 이 때문에, LED 소자(21)의 발광에 의해 발생한 열은, 제 1 기판(22), 방열 전도용 히트파이프(31)를 거쳐, 알루미늄 다이캐스트(12)에 전도된다. 또한, 알루미늄 다이캐스트(12)는 열전도성이 높은 알루미늄으로 주로 형성되어 있으므로, LED 소자(21)에 의해 발생한 열은, 알루미늄 다이캐스트(12)로부터 방열되며, 또한 방열부(13)로부터도 방열된다.
또한, 제 1 기판(22)과 제 2 기판(24)의 사이에는 단열용 유기기판(23)이 설치되어 있으므로, LED 소자(21)에서 발생한 열은, 제 2 기판(24)에 전도되지 않는다. 이것에 의해, LED 제어회로 칩(25), 애플리케이션 칩(26,28), 센서 칩(27)은 열에 의해 손상을 받지 않는다.
한편, 단열용 유기기판(23)의 관통 구멍(23A)의 지름은 예를 들면 100∼300㎛정도의 크기이므로, 관통 구멍(23A)의 배선(L)을 통하여, LED 소자(21)에 의해 발생한 열이 제 2 기판(24)에 전해지는 일은 거의 없다.
이상과 같이, 본 실시의 형태에 관한 LED 조명 장치에서는, LED 소자(21)에 열이 발생해도, 그 열이, 단열용 유기기판(23)에 의해 LED 제어회로 칩(25), 애플리케이션 칩(26) 등에 전도되지 않고, 열전도성이 좋은 제 1 기판(22)을 통하여 외부에 방열된다.
이것에 의해, LED 소자를 점등시키기 위한 칩이 1칩으로 구성되어 있지만, LED 소자(21), LED 제어회로 칩(25), 애플리케이션 칩(26) 등이, 열에 의해 손상되지 않고, LED 소자(21)의 장수명화, 고휘도화를 도모할 수 있다. 또한, LED 소자(21)는 제 1 기판(22) 위에 실장되어 있기 때문에, LED 기판과 제 1 기판(22)의 열팽창율에 큰 차이가 없으므로, 크랙의 발생이 억제된다.
한편, 애플리케이션 칩(26,28)은, 어느 실시 형태에 있어서도 특히 한정되는 것이 아니지만, 예컨대, 고속무선 ＬＡＮ 칩(예를 들면 ＷｉＦｉ 등), ＰＨＳ전파 중계 칩, ＴＶ/라디오 튜너 칩(radio tuner chips) 등이 해당된다. 또한, 센서 칩(27)은, 특히 한정되는 것이 아니지만, 인감(人感) 센서, 자기(磁氣) 센서, 온도 센서, 진동 센서, 이미지 센서, 스모크 센서(smoke sensors), 전자파 센서, 지진 센서 등이 해당된다. 또한, 방열부(13)는, 복수의 방열 핀(13a)을 구비하고 있지만, 방열가능하다면, 이러한 구성으로 한정되는 것은 아니다.
[제 2의 실시 형태]
다음에 제 2의 실시 형태에 대해서 설명한다. 한편, 제 1의 실시 형태와 동일한 부위에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다. 제 1의 실시 형태에서는, 제 2 기판(24)은, 일반적인 유기기판으로 구성되어 있었다. 이에 대하여, 제 2의 실시 형태에서는, 제 2 기판(24)에 대신하여, 실리콘 기판으로 구성된 제 2 기판(24A)이 이용된다.
도 6은, 제 2 기판(24A)이 실리콘 기판일 경우의 3차원 실리콘 인터포저(20)를 나타내는 단면도이다. 도 7은, 3차원 실리콘 인터포저(20)의 상세한 구조를 나타내는 확대 단면도이다.
제 2 기판(24A)은, 제 1 기판(22)과 같이 복수의 계층으로 구성되어 있다. 또한, 제 2 기판(24A) 내의 배선(L)은, 단열용 유기기판(23)의 관통 구멍(23A) 내의 배선(L)에 접속되어 있는 동시에, 마이크로범프(ＭＢ) 및 기판(25K2)을 통하여 LED 제어회로 칩(25)에 접속되며, 또한 마이크로범프(ＭＢ) 및 기판(26K2)을 통하여 애플리케이션 칩(26)에 접속되어 있다.
이러한 구성에 의해, 제 2의 실시 형태에 관한 LED 조명 장치에서는, LED 제어회로 칩(25), 애플리케이션 칩(26) 등의 동작에 의해 제 2 기판(24)에 열이 발생했다고 하여도, 그 열이, 방열 전도용 히트파이프(31), 알루미늄 다이캐스트(12), 방열부(13)를 통하여, 외부에 방열된다. 따라서, 제 2 기판(24)에 실장되어 있는 각 칩이 열에 의해 파괴되지 않는다.
또한, 3차원 실리콘 인터포저(20)는 소위 1칩으로 구성되어 있지만, LED 소자(21)에 의해 발생해서 제 1 기판(22)에 전도된 열뿐만 아니라, LED 제어회로 칩(25), 애플리케이션 칩(26) 등에 의해 발생해서 제 2 기판(24)에 전도된 열도, 효율적으로 방열된다. 이 때문에, 제 3의 실시 형태는, 예컨대 E17 구경과 같이, 비교적 작은 구경의 LED 조명 장치에도 적용되어, 구경이 작은 LED 조명 장치의 수명이 길어진다.
[제 3의 실시 형태]
다음에 제 3의 실시 형태에 대해서 설명한다. 한편, 상술한 실시 형태와 동일한 부위에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 8은, 제 3의 실시 형태에 관한 3차원 실리콘 인터포저(20)의 상세한 구조를 나타내는 확대 단면도이다. 제 1의 실시 형태에서는, 제 1 기판(22)의 열은, 방열 전도용 히트파이프(31)에 의해 알루미늄 다이캐스트(12)에 전도되었다. 이에 대하여, 제 3의 실시 형태에서는, 제 1 기판(22)의 열은, 방열 전도용 알루미늄 기판 (32)에 의해 알루미늄 다이캐스트(12)에 전도된다.
방열 전도용 알루미늄 기판(32)은, 단열용 유기기판(23)과 제 1 기판(22)의 사이에 설치되어 있다. 방열 전도용 알루미늄 기판(32)의 표면은 절연물(예를 들면 산화막)에 의해 피막(被膜)되어 있다. 한편, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)의 표면을 피막하는 대신에, 제 1 기판(22)의 표면이 절연물로 피막되어도 좋다. 또한, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)은, 단열용 유기기판(23) 상에 접착되는 동시에, 알루미늄 다이캐스트(12)에 접합되어 있다. 더욱이, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)은 복수의 관통 구멍(32A)을 가지고 있다. 제 1 기판(22)의 배선(L)은, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)의 관통 구멍(32A), 단열용 유기기판(23)의 관통 구멍(23A)을 통과하여, 제 2 기판(24)의 배선에 접속되어 있다.
도 9는, LED 소자측에서 본 3차원 실리콘 인터포저(20)의 평면도이다. 도 1 0은, LED 소자 실장면의 반대측으로부터 본 3차원 실리콘 인터포저(20)의 평면도이다. 본 실시 형태에서는, 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)은 원형상으로 형성되며, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)의 가장자리는 알루미늄 다이캐스트(12)의 내측에 접합되어 있다. 단, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)이 알루미늄 다이캐스트(12)에 접합되어, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)이 알루미늄 다이캐스트(12)에 열을 전도할 수 있으면, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)의 형상은 이것으로 한정되는 것은 아니다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 방열 전도용 알루미늄 기판(32) 위에는, 제 1 기판(22)이 접착되어 있다. 또한, 도 8에 나타낸 바와 같이, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)에는, 제 1 기판(22) 내의 배선(L)과 제 2 기판(24) 내의 배선(L)을 접속하기 위한 복수의 관통 구멍(32A)이 형성되어 있다.
이상과 같은 구성에 의해, LED 소자(21)에서 발생한 열이 제 1 기판(22)에 전도되면, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)은, 제 1 기판(22)의 열을 전면(全面)에서 받으며, 이 열을 알루미늄 다이캐스트(12)에 전도한다.
이 때문에, 제 3의 실시 형태에 관한 LED 조명 장치에서는, LED 소자(21)의 발광에 의해 제 1 기판(22)에 생긴 열이, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)의 전면에서 흡수되며, 알루미늄 다이캐스트(12)에 전도하여 방열되어, LED 소자(21)의 장수명화, 고휘도화를 도모할 수 있다.
이상의 설명에서는, 제 2 기판(24)이 일반적인 유기기판일 경우(제 1의 실시 형태의 변형예)를 예로 들었지만, 실리콘 기판인 제 2 기판(24A)을 이용한 경우(제 2의 실시 형태의 변형예)도 마찬가지이다.
도 11은, 실리콘 기판인 제 2 기판(24A)을 이용한 경우의 3차원 실리콘 인터포저(20)의 상세한 구조를 나타내는 확대 단면도이다. 이 경우, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)은, 제 1 기판(22)의 열을 전면에서 받아, 이 열을 알루미늄 다이캐스트(12)에 전도한다. 더욱이, 제 2 기판(24)은, 열전도성이 좋으므로, LED 제어회로 칩(25), 애플리케이션 칩(26) 등의 동작에 의해 생긴 열을, 방열 전도용 히트파이프(31)에 효율적으로 전도하여, 열이 알루미늄 다이캐스트(12)를 통하여 외부에 방열된다.
[제 4의 실시 형태]
다음으로 제 4의 실시 형태에 대해서 설명한다. 한편, 상술한 실시 형태와 동일한 부위에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다. 제 1 내지 제 3의 실시 형태에서는, 전구 타입에 대해서 설명했지만, 제 4의 실시 형태에서는, 직관형 형광관형(linear tube fluorescent light form)에 대해서 설명한다.
도 12는, 제 4의 실시 형태에 관한 LED 조명 장치의 길이방향의 단면도이다. 도 13은, LED 조명 장치의 길이방향에 직교하는 방향의 단면도이다. 이와 같이, 본 실시 형태에 관한 LED 조명 장치는, 제 3의 실시 형태와 비교하여, 거의 동일한 요소로 구성되어 있지만, 직관형 형광관의 형상에 대응하도록 각 요소의 배치가 다르게 되어 있다.
LED 조명 장치는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 복수의 방열 핀(41)을 가지는 방열부(40)와, LED 소자(21)의 광을 외부에 방출하는 아크릴 렌즈(acrylic lens, 50)와, 방열부(40) 및 아크릴 렌즈(50)의 내부에 수납되는 방열 전도용 알루미늄 기판(32)을 구비하고 있다. 한편, LED 조명 장치는, LED 소자(21)의 광을 외부에 방출할 수 있는 것이면, 아크릴 렌즈(50) 대신에, 다른 광투과 부재를 이용해도 좋다.
방열부(40) 및 아크릴 렌즈(50)는, 한 쌍의 박스형 형상으로 되어 있으며, 기름한 형상으로 형성된 방열 전도용 알루미늄 기판(32)을 수납하고 있다. 이 때문에, 방열부(40)의 단면은 도 13에 나타낸 바와 같이 직사각형상으로 되어 있으며, 방열부(40)의 외측에 복수의 방열 핀(41)이 설치되어 있다. 또한, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)의 길이방향의 가장자리는, 방열부(40)의 개구부에 접합되어 있다. 이것에 의해, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)의 일방의 면(제 2 기판(24) 측)이 방열부(40)로 덮여 있다.
아크릴 렌즈(50)의 단면은, 방열부(40)와 같이 직사각형상으로 형성되어 있다. 아크릴 렌즈(50)는, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)의 타방의 면(제 1 기판(22)측)을 덮도록, 방열부(40)의 단부에 접합되어 있다. 더욱이, 도 12에 나타낸 바와 같이, 길이방향의 양단에는 전원전압이 공급되는 한 쌍의 단자(52)가 각각 설치되며, 단자(52)는 제 1 기판(22) 및 제 2 기판(24)의 배선에 접속되어 있다.
도 14는, LED 소자측의 LED 조명 장치의 평면도이다. 복수의 LED 모듈(21A)이 매트릭스 형상으로 실장된 제 1 기판(22)은, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)의 일방의 면을 덮도록 접착되어 있다. 또한, 도 12에 나타낸 바와 같이, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)의 타방의 면에는, LED 제어회로 칩(25) 및 애플리케이션 칩(26)이 실장된 제 2 기판(24, 24A)이, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)의 길이방향을 따라 접착되어 있다. 한편, 제 1 기판(22) 및 제 2 기판(24,24A)의 배열은, 상술한 예에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)의 LED 실장면과 반대측의 면(제 2 기판(24) 측)에는, 각종의 모듈이 실장되어도 좋다.
도 15는, LED 실장면의 반대측의 LED 조명 장치의 평면도이다. 방열 전도용 알루미늄 기판(32)에는, LED 제어 모듈(55), 무선 모듈(56), 화상처리 모듈(57)이, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)의 길이방향을 따라 접착되어 있다.
상기한 바와 같이 구성된 LED 조명 장치에서는, LED 소자(21)가 발광하면, 광은 아크릴 렌즈(50)를 투과해서 외부로 방출된다. 또한, LED 소자(21)에 의해 발생한 열은, 제 1 기판(22), 방열 전도용 알루미늄 기판(32)을 통하여 방열부(40)에 전도되며, 복수의 방열 핀(41)으로부터 방열된다.
이상과 같이, 제 4의 실시 형태에 관한 LED 조명 장치에서는, 방열 전도용 알루미늄 기판(32) 위에 많은 LED 소자(21)가 배열되며, 일반적인 직관형(로드형상(棒狀))의 형광관에 비해 박형(薄型)으로 된다. 한편, LED 조명 장치는, 상술한 예에 한정되지 않고, 다음과 같은 구성이어도 좋다.
도 16은, 제 2 기판(24A)이 실리콘 기판일 경우의 LED 조명 장치의 길이방향에 직교하는 방향의 단면도이다. 동 도면에 나타낸 바와 같이, 애플리케이션 칩(26)은, 마이크로범프(ＭＢ)를 통하여, 실리콘 기판인 제 2 기판(24)에 실장되어 있다. 또한, 애플리케이션 칩(26), 그 밖의 칩은, ＢＧＡ패키지가 아니므로, ＢＧＡ패키지에 비해서 박형으로 구성되어 있다. 이 때문에, LED 조명 장치는, 더욱 박형으로 구성된다.
도 17은, LED 실장면과 반대측의 LED 조명 장치의 평면도이다. 동 도면에 나타낸 바와 같이, LED 제어회로 칩(25) 및 애플리케이션 칩(26)이 실장된 제 2 기판(24A)이, 방열 전도용 알루미늄 기판(32)의 길이방향을 따라, 방열 전도용 알루미늄 기판(32) 상에 접착되어 있다. 또한, LED 조명 장치는, 다음과 같은 형상이어도 좋다.
도 18은, LED 조명 장치의 길이방향에 직교하는 방향의 단면도이다. 이 LED 조명 장치는, 종래의 관형 형광관과 같은 형상이다. 따라서, 방열부(40) 및 아크릴 렌즈(50)의 단면이 반원형상으로 되어 있다.
[제5의 실시 형태: 센서 탑재형]
다음에 제5의 실시 형태에 대해서 설명한다. 한편, 상술한 실시 형태와 동일한 부위에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 19는, 제 5의 실시 형태에 관한 LED 조명 장치의 길이방향의 단면도이다. 도 20은, LED 조명 장치의 길이방향에 직교하는 방향의 단면도이다. 즉, 본 실시 형태에 관한 LED 조명 장치는, 제 4의 실시 형태의 구성에, 센서(61) 및 이것을 제어하는 센서 제어회로 칩(71)을 추가한 것이다.
센서(61)는, 실리콘 기판으로 구성된 센서 기판(60)에 실장되며, 마이크로범프(ＭＢ)를 통하여 센서 기판(60) 내의 배선(L)에 접속되어 있다. 또한, 센서(61)의 주위에는, 차광 후드(a shading hood, 62)가 부착되어 있다. 한편, 센서(61)는, 예컨대, 열 센서, ＣＭＯＳ센서, ＣＣＤ센서 등 특히 한정되는 것이 아니다. 센서 기판(60)은, 제 1 기판(22)과 같이 방열 전도용 알루미늄 기판(32)에 접착되어 있다.
센서 제어회로 칩(71)은, 센서(61)를 제어하기 위한 칩이며, 예를 들면 ＢＧＡ패키지로 구성되어 있다. 구체적으로는, 센서 제어회로 칩(71)은, 패키지(71P)로 덮이는 동시에, 기판(71K1)과 와이어로 본딩되어, 마이크로범프(ＭＢ)를 통하여 제어회로 칩 기판(70)에 실장되어 있다. 그리고, 단자(52)를 통하여, 전원이 센서(61) 및 센서 제어회로 칩(71)에 공급된다.
이상과 같은 구성에 의해, 제5의 실시 형태에 관한 LED 조명 장치는, 센서(61)를 구비하고 있으므로, 사람에 의해 인식되지 않고, 인물이나 물체를 검출할 수 있다. 또한, LED 조명 장치는, 센서(61)가 화상 센서인 경우, 센서(61)에 의해 생성된 화상을 애플리케이션 칩(26)의 메모리 내에 격납하고, 이 화상을 압축하여, 무선통신에 의해 외부로 송신하는 것도 가능하다.
도 21은, 제어회로 칩 기판(70A)이 실리콘 기판일 경우의 LED 조명 장치의 길이방향의 단면도이다. 도 22는, LED 조명 장치의 길이방향에 직교하는 방향의 단면도이다. 이 경우, 센서 제어회로 칩(71)은, 기판(71K2), 마이크로범프(ＭＢ)를 통하여, 실리콘 기판인 제어회로 칩 기판(70A)에 실장되어 있다. 즉, 이 LED 조명 장치는, 제어회로 칩 기판(70A)이 실리콘 기판인 경우에도, 적용가능하다.
한편, 본 발명은, 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 특허청구의 범위에 기재된 사항의 범위 내에서 설계 변경된 것에 대해서도 적용가능하다. 예를 들면, 상술한 실시 형태에서는, 3차원 실리콘 인터포저(20)는, 방열 전도용 히트파이프(31)를 통하여 알루미늄 다이캐스트(12)에 접합되어 있었지만, 알루미늄 다이캐스트(12)에 직접 접합되어도 좋다.
또한, 상술한 각 실시 형태에 있어서, 제 1 기판(22), 제 2 기판(24), 센서 기판(60), 제어회로 칩 기판(70)을 구성하는 실리콘 기판으로서, 아몰퍼스 실리콘 기판을 이용해도 좋다. LED 소자(21)가 발광했을 경우에 아몰퍼스 실리콘 기판에서 얻어지는 전기 에너지를, LED 소자(21)나 그 밖의 칩에 공급해도 좋다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명은, 3차원 LED 기판 및 LED 조명 장치에 대하여 이용가능하다.
11 글로브
12 알루미늄 다이캐스트
13 방열부
14 구금(口金, metal cap)
20 3차원 실리콘 인터포저
21 LED 소자
22 제 1 기판
23 단열용 유기기판
24 제 2 기판
25 LED 제어회로 칩
26 애플리케이션 칩

Claims (7)

1개 이상의 LED 소자와,
상기 LED 소자가 마이크로범프를 통하여 실장되며, 내부에 형성된 배선이 상기 마이크로범프에 접속된 실리콘 기판과,
상기 실리콘 기판상의 LED 소자 실장면과 반대측의 면에 접합되며, 상기 배선이 통과하는 관통 구멍을 가지는 단열용 유기기판과,
상기 단열용 유기기판상의 상기 실리콘 기판측과 반대측의 면에 접합되며, 내부에 형성된 배선이 상기 단열용 유기기판의 관통 구멍 내의 배선에 접속된 칩 실장기판과,
마이크로범프를 통하여 상기 칩 실장기판의 상기 배선에 접속되는 동시에, 상기 칩 실장기판상의 상기 단열용 유기기판 측과 반대측의 면에, 상기 마이크로범프를 통하여 실장된 LED 제어회로 칩을 구비한 3차원 LED 기판.
제1항에 있어서,
마이크로범프를 통하여 상기 칩 실장기판의 상기 배선에 접속되는 동시에, 상기 칩 실장기판상의 상기 단열용 유기기판측과 반대측의 면에, 상기 마이크로범프를 통하여 실장된 애플리케이션 칩을 더 구비한 3차원 LED 기판.
제1항에 있어서,
상기 실리콘 기판과 상기 단열용 유기기판 사이에 설치되며, 상기 실리콘 기판 내의 배선과 상기 단열용 유기기판 내의 배선이 접속되기 위한 관통 구멍을 가지는 알루미늄 기판을 더 구비한 3차원 LED 기판.
1개 이상의 LED 소자와, 상기 LED 소자가 마이크로범프를 통하여 실장되며, 내부에 형성된 배선이 상기 마이크로범프에 접속된 실리콘 기판과, 상기 실리콘 기판상의 LED 소자 실장면과 반대측의 면에 접합되며, 상기 배선이 통과하는 관통 구멍을 가지는 단열용 유기기판과, 상기 단열용 유기기판상의 상기 실리콘 기판측과 반대측의 면에 접합되며, 내부에 형성된 배선이 상기 단열용 유기기판의 관통 구멍 내의 배선에 접속된 칩 실장기판과, 마이크로범프를 통하여 상기 칩 실장기판의 상기 배선에 접속되는 동시에, 상기 칩 실장기판상의 상기 단열용 유기기판 측과 반대측의 면에, 상기 마이크로범프를 통하여 실장된 LED 제어회로 칩을 가지는 3차원 LED 기판과,
알루미늄을 포함하고, 상기 3차원 LED 기판의 단부를 둘러싸도록 형성된 방열부와,
알루미늄을 포함하여 형성되며, 상기 방열부와 상기 3차원 LED 기판의 상기 실리콘 기판에 각각 접합되어, 상기 실리콘 기판의 열을 상기 방열부에 전도하는 열전도부재와,
상기 방열부의 개구부에 상기 LED 기판의 LED 소자 측을 덮도록 형성된 글로브와,
상기 방열부에 접속된 구금을 구비한 LED 조명 장치.
1개 이상의 LED 소자와, 상기 LED 소자가 마이크로범프를 통하여 실장되며, 내부에 형성된 배선이 상기 마이크로범프에 접속된 실리콘 기판과, 상기 실리콘 기판상의 LED 소자 실장면과 반대측의 면에 접합되며, 상기 배선이 통과하는 관통 구멍을 가지는 단열용 유기기판과, 상기 단열용 유기기판상의 상기 실리콘 기판측과 반대측의 면에 접합되며, 내부에 형성된 배선이 상기 단열용 유기기판의 관통 구멍 내의 배선에 접속된 칩 실장기판과, 마이크로범프를 통하여 상기 칩 실장기판의 상기 배선에 접속되는 동시에, 상기 칩 실장기판상의 상기 단열용 유기기판측과 반대측의 면에, 상기 마이크로범프를 통하여 실장된 LED 제어회로 칩과, 상기 실리콘 기판과 상기 단열용 유기기판 사이에 설치되며, 상기 실리콘 기판 내의 배선과 상기 단열용 유기기판 내의 배선이 접속되기 위한 관통 구멍을 가지는 알루미늄 기판을 가지는 3차원 LED 기판과,
알루미늄을 포함하고, 상기 3차원 LED 기판의 단부를 둘러싸는 동시에 상기 알루미늄 기판에 접합된 방열부와,
상기 방열부의 개구부에 상기 LED 기판의 LED 소자측을 덮도록 형성된 글로브와,
상기 방열부에 접속된 구금을 구비한 LED 조명 장치.
기름한 형상으로 형성된 알루미늄 기판과,
상기 알루미늄 기판의 일방의 면에 소정의 배열로 접착된 복수의 실리콘 기판과,
마이크로범프를 통하여 상기 실리콘 기판의 배선에 접속되는 동시에, 상기 실리콘 기판 위에 상기 마이크로범프를 통하여 실장된 1개 이상의 LED 소자와,
상기 알루미늄 기판의 타방의 면에 접착되며, 배선을 통과시키기 위한 관통 구멍을 가지는 단열용 유기기판과,
상기 단열용 기판의 상기 알루미늄 기판측과 반대측의 면에 소정의 배열로 접착되며, 내부의 배선이 상기 단열용 유기기판의 관통 구멍을 통하여 실리콘 기판의 배선에 접속된 칩 실장기판과,
마이크로범프를 통하여 상기 칩 실장기판의 배선에 접속되는 동시에, 상기 칩 실장기판상의 상기 단열용 유기기판측과 반대측의 면에, 상기 마이크로범프를 통하여 실장된 LED 제어회로 칩과,
상기 알루미늄 기판의 상기 칩 실장기판측을 덮도록 형성되며, 상기 알루미늄 기판에 접합되어, 상기 알루미늄 기판으로부터의 열을 방열하는 방열부와,
상기 알루미늄 기판의 상기 칩 실장기판측과 반대측을 덮도록 형성되어, 상기 LED 소자의 광을 외부에 방출하는 광투과 부재와,
상기 알루미늄 기판의 길이방향의 양단에 형성되어, 전원전압이 공급되는 한 쌍의 단자를 구비한 LED 조명 장치.
제6항에 있어서,
상기 알루미늄 기판의 상기 일방의 면에 접착된 제 3 실리콘 기판과,
마이크로범프를 통하여 상기 제 3 실리콘 기판의 배선에 접속되는 동시에, 상기 제 3 실리콘 기판 위에 상기 마이크로범프를 통하여 실장된 센서와,
상기 알루미늄 기판 부분에 타방의 면에 접착된 제 4 실리콘 기판과,
마이크로범프를 통하여 상기 제 4 실리콘 기판의 배선에 접속되는 동시에, 상기 제 4 실리콘 기판 위에 상기 마이크로범프를 통하여 실장된 센서 제어 회로 팁을 더 구비한 LED 조명 장치.
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