JP2008294428A - 発光ダイオードパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】放熱基板、電気絶縁層、回路層及びＬＥＤチップを含む発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージを提供する。
【解決手段】電気絶縁層２２０は、放熱基板２１０上に配置される。回路層２３０は、電気絶縁層上に配置される。回路層は、放熱基板の一部を露出するために電気絶縁層を貫通して延在する受入孔Ｈを有する。ＬＥＤチップ２４０は、受入孔によって露出した放熱基板上に配置され、回路層とボンディングワイヤ２６０によって電気的に接続される。
【選択図】図２

Description

本発明は、概して発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージに関し、特に放熱基板として二相流れの熱伝導媒体を有するＬＥＤパッケージに関するものである。

発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光効率が益々改良されるにつれて、ＬＥＤは、一部の分野、例えば、迅速な応答に必要なスキャナーのランプ光源、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト光源又はフロントライト光源、並びに自動車の計器盤、交通信号灯及び通常の照明装置用の照明において、蛍光灯や白熱灯に取って代わっている。従来のランプと比較すると、ＬＥＤは、絶対的な利点、例えば、小容量、長期寿命、低駆動電圧／電流、非脆性、無水銀（無公害）及び優れた発光効率（省力化）を有する。しかしながら、ＬＥＤの発光効率を改善する場合、放熱効率が、ＬＥＤの信頼性に影響を与える主な要因となってきている。

図１は、従来のＬＥＤモジュールの断面図である。図１を参照すると、従来のＬＥＤモジュール１００では、第一にＬＥＤパッケージ１１０のピン１１２がプリント回路基板（ＰＣＢ）１２０に溶接され、その結果、ＰＣＢ１２０を通して作業電圧をＬＥＤパッケージ１１０に伝える。しかしながら、ＬＥＤパッケージ１１０の発光効率の向上を増大させる場合には、発光過程時に発生する熱が急激に増大する。ＬＥＤパッケージ１１０を損傷させる過熱を避けるため、ＰＣＢ１２０が放熱基板１３０上に配置され、その結果、放熱基板１３０によって外部に熱を急速に導き、それにより、放熱効率を向上させる。しかしながら、ＬＥＤパッケージ１１０によって発生した熱は、ＰＣＢ１２０を通して放熱基板１３０に伝わる。ＰＣＢ１２０は熱伝導率が不十分で、基本的に熱遮断層であると考えられているため、大量の熱エネルギーは、ＰＣＢ１２０内に蓄積され、放熱基板１３０に効果的に伝導することができず、従って、全体的な放熱効果は深刻な影響を受け、有効寿命が短縮される。更に、発光効率を改善する最適位置にＬＥＤパッケージ１１０を設置するため、第一に放熱基板１３０上の正確な位置にＰＣＢ１２０を固定しなければならず、組立てにおいてより多くの時間や費用を導く。

そのため、優れた放熱効率と長期的な有効寿命を達成させることは、ＬＥＤの現在のパッケージ形態を改良する方法を必要とした、実際に重要な問題である。

従って、本発明は、従来技術においてプリント回路基板（ＰＣＢ）上に直接固定されたＬＥＤに起因する放熱効率不良の問題を解決するためのＬＥＤパッケージに向けられている。

本発明は、放熱基板、電気絶縁層、回路層及びＬＥＤチップを含むＬＥＤパッケージを提供する。電気絶縁層は、放熱基板上に配置される。回路層は、電気絶縁層上に配置される。回路層は、放熱基板の一部を露出するために電気絶縁層を貫通して延在する受入孔を有する。ＬＥＤチップは、受入孔によって露出した放熱基板上に配置され、回路層と電気的に接続される。

本発明の一の実施態様においては、放熱基板が、更にヒートパイプ、ヒートコラム又は蒸気室を含む。

本発明の一の実施態様においては、ＬＥＤパッケージが、更に放熱基板の底部に配置された複数の冷却フィンを含む。

本発明の一の実施態様においては、電気絶縁層及び回路層が、プリント回路基板（ＰＣＢ）の電気絶縁層及び回路層からなる。

本発明の一の実施態様においては、電気絶縁層が高分子有機材料からなり、回路層が金属被覆層、金属焼結層又は金属箔からなる。

本発明の一の実施態様においては、電気絶縁層がセラミック材料からなり、回路層が金属被覆層、金属焼結層又は金属箔からなる。

本発明の一の実施態様においては、電気絶縁層が高分子有機材料とセラミック粉末の複合材料からなり、回路層が金属被覆層、金属焼結層又は金属箔からなる。

本発明の一の実施態様においては、ＬＥＤパッケージが、更に接着剤層を含み、該接着剤層によって、ＬＥＤチップが放熱基板上に固定される。

本発明の一の実施態様においては、ＬＥＤパッケージが、更にＬＥＤチップと回路層との間に接続された複数のボンディングワイヤを含む。

本発明の一の実施態様においては、ＬＥＤパッケージが、更に放熱基板上に配置され、ＬＥＤチップ及びボンディングワイヤを封入する成形材料を含む。

本発明のＬＥＤパッケージは、熱伝導媒体として二相流れを有する放熱基板、例えば、ヒートパイプ、ヒートコラム又は蒸気室上にＬＥＤチップを直接配置する。従って、ＬＥＤチップの操作時に発生する熱エネルギーを放熱基板の底部から直接に放散することができ、その結果、現在のＬＥＤパッケージ化における放熱問題を効果的に解決する。また、放熱基板の放熱効果を更に向上させるため、放熱基板の底部に複数の冷却フィンを任意に配置してもよい。

本発明の特徴や利点をより明確且つ理解できるようにするため、下記に示す実施態様を、添付図面を参照しながら、詳細に説明する。

本発明の更なる理解をもたらすために添付図面を含み、そして本願明細書中に組み込まれ、本願明細書の一部を構成する。図面は、本発明の実施態様を説明しており、図面の簡単な説明と共に本発明の本質を説明する役目を果たす。

図１は、従来のＬＥＤモジュールの断面図である。図２は、本発明の一の実施態様に従うＬＥＤパッケージの略断面図である。図３は、本発明の他の実施態様に従うＬＥＤパッケージの略断面図である。図４は、本発明の他の実施態様に従うＬＥＤパッケージの略断面図である。

これから、本発明の実施態様について詳細に言及する。本発明の実施態様の例は、添付図面において説明される。可能である限り、図面及び説明において同一の参照番号を用い、同一の部材又は同様な部材を指す。

図２は、本発明の一の実施態様に従うＬＥＤパッケージの略断面図である。図２を参照すると、ＬＥＤパッケージ２００は、主として放熱基板２１０、電気絶縁層２２０、回路層２３０及びＬＥＤチップ２４０を含む。ＬＥＤパッケージ２００は、主に熱伝導媒体として二相流れを有する放熱素子（例えば、ヒートパイプ、ヒートコラム又は蒸気室）を利用する。そのため、ＬＥＤチップで発生した熱エネルギーは、放熱素子によって直接に取り除かれ、それにより、パッケージの放熱効率を向上させる。以下に、図を参照しながら、ＬＥＤパッケージ２００の要素と該要素間の接続関係を説明する。

放熱基板２１０は、ＬＥＤチップ２４０を載せる。本発明は、ＬＥＤチップ２４０を載せるために、主として、ヒートパイプ、ヒートコラム又は蒸気室等、熱伝導媒体として二相流れを有する高熱伝導素子を利用する。そのため、操作時にＬＥＤチップ２４０により発生する熱エネルギーを放熱基板２１０によって直接に取り除くことができ、それにより、放熱効率を向上させる。この実施態様において、放熱基板２１０は、例えば、平板ヒートパイプ２１０ａである。

電気絶縁層２２０は、放熱基板２１０上に配置される。回路層２３０は、電気絶縁層２２０上に配置される。回路層２３０は、放熱基板２１０の一部を露出するために電気絶縁層２２０を貫通して延在する受入孔Ｈを有する。本発明の一の実施態様においては、電気絶縁層２２０及び回路層２３０が、ＰＣＢの絶縁層及び回路層からなる。更に、電気絶縁層２２０はまた、高分子有機材料又はセラミック材料からなっていてもよいし、また、回路層２３０は、金属被覆層、金属焼結層又は金属箔からなっていてもよい。電気絶縁層２２０及び回路層２３０の材料は、本発明において制限されない。

ＬＥＤチップ２４０は、受入孔Ｈによって露出した放熱基板２１０上に配置され、回路層２３０と電気的に接続される。この実施態様においては、ＬＥＤパッケージ２００は、更に接着剤層２５０を含み、その結果、ＬＥＤチップ２４０は、接着剤層２５０によって放熱基板２１０上に固定される。しかしながら、本発明においては、ＬＥＤチップ２４０を他の手段によって放熱基板２１０上に固定してもよく、それについて制限されるべきではない。また、ＬＥＤチップ２４０と回路層２３０とを電気的に接続するため、ワイヤボンディング技術によって、ＬＥＤチップ２４０と回路層２３０との間に複数のボンディングワイヤ２６０を形成させることができる。更に、ＬＥＤチップ２４０及びボンディングワイヤ２６０の損傷や、ＬＥＤチップ２４０及びボンディングワイヤ２６０に入り込む湿気を防ぐため、放熱基板２１０上に成形材料２７０を任意に適用してもよい。成形材料２７０は、回路層２３０を封入し、受入孔Ｈと、とりわけＬＥＤチップ２４０及びボンディングワイヤ２６０とを覆い、その結果、それらの損傷や、それらに入り込む湿気を防ぐ。

図３は、本発明の他の実施態様に従うＬＥＤパッケージの略断面図である。図３を参照すると、ＬＥＤパッケージ２００'は、図２のＬＥＤパッケージと実質的に同一であり、それらの間の差異は、以下に記載されるもののみである。ＬＥＤパッケージ２００'は、放熱基板２１０としてヒートコラム２１０ｂを利用し、また、ＬＥＤチップ２４０は、ヒートコラム２１０上に直接固定され、その結果、優れた放熱効果を達成する。更に、放熱範囲を増大させるため、放熱基板２１０の底部に複数の冷却フィン２８０を結合してもよい。

図４は、本発明の他の実施態様に従うＬＥＤパッケージの略断面図である。図４を参照すると、ＬＥＤパッケージ２００''は、図２のＬＥＤパッケージと実質的に同一であり、それらの間の差異は、以下に記載されるもののみである。ＬＥＤパッケージ２００''は、放熱基板２１０として蒸気室２１０ｃを利用し、ＬＥＤチップ２４０は、ヒートコラム２１０ｃ上に直接固定され、その結果、優れた放熱効果を達成する。

上記したことを考慮すると、本発明のＬＥＤパッケージは、主として、熱伝導媒体として二相流れを有する放熱基板、例えば、ヒートパイプ、ヒートコラム又は蒸気室上にＬＥＤチップを直接配置することを含み、その結果、操作時にＬＥＤチップによって発生する熱エネルギーを放熱基板の底部から直接放出することができ、現在のＬＥＤパッケージの放熱問題を解決する。また、放熱基板の放熱効果を更に改善するため、放熱基板の底部に複数の冷却フィンを任意に配置してもよい。

本発明の構造に対し、本発明の範囲又は精神から逸脱することなく種々の変更及び変化を行うことができることが、当業者に明らかとなる。上記のことを考慮すると、本発明が、特許請求の範囲及びその均等の範囲内であれば、この発明の変更及び変化に及ぶことが意図される。

従来のＬＥＤモジュールの断面図である。 本発明の一の実施態様に従うＬＥＤパッケージの略断面図である。 本発明の他の実施態様に従うＬＥＤパッケージの略断面図である。 本発明の他の実施態様に従うＬＥＤパッケージの略断面図である。

符号の説明

２００ ＬＥＤパッケージ
２１０ 放熱基板
２２０ 電気絶縁層
２３０ 回路層
２４０ ＬＥＤチップ
２５０ 接着剤層
２６０ ボンディングワイヤ
２７０ 成形材料
２８０ 冷却フィン

Claims (10)

1. 放熱基板と、
   前記放熱基板上に配置された電気絶縁層と、
   前記電気絶縁層上に配置され、前記放熱基板の一部を露出するために電気絶縁層を貫通して延在する受入孔と共に形成される回路層と、
   前記受入孔によって露出した放熱基板上に配置され、前記回路層と電気的に接続されたＬＥＤチップと、
   を具える発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージ。
2. 前記放熱基板が、ヒートパイプ、ヒートコラム又は蒸気室を具える請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
3. 更に、前記放熱基板の底部に配置された複数の冷却フィンを具える請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
4. 前記電気絶縁層及び前記回路層が、プリント回路基板（ＰＣＢ）の絶縁層及び回路層からなる請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
5. 前記電気絶縁層が高分子有機材料からなり、前記回路層が金属被覆層、金属焼結層又は金属箔からなる請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
6. 前記電気絶縁層がセラミック材料からなり、前記回路層が金属被覆層、金属焼結層又は金属箔からなる請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
7. 前記電気絶縁層が高分子有機材料とセラミック粉末とからなる複合材料からなり、前記回路層が金属被覆層、金属焼結層又は金属箔からなる請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
8. 更に、接着剤層を具えてなり、該接着剤層によって、ＬＥＤチップが放熱基板上に固定される請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
9. 更に、前記ＬＥＤチップと前記回路層との間に接続された複数のボンディングワイヤを具える請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
10. 更に、前記回路層上に適用され、前記受入孔を覆う成形材料を具える請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。

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