(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
杯状部になっている上表面と金属ハンダ層が形成される下表面を有し、杯状部の外表面上には金属酸化物層が形成され、前記金属酸化物層上と前記杯状部の内表面上には、杯状部の内表面上に形成される電極と、杯状部の外表面上に形成される電極と、の両電極を有する電極層が形成される金属基板と、
前記杯状部内に充填され、杯状部の内表面に局限されている電気絶縁クーラントと、
前記金属基板に密着し、前記杯状部に充填される前記電気絶縁クーラントを杯状部内に密封する透明蓋部と、を備え、前記透明蓋部が発光装置の凸面に面して形成された内表面を有することを特徴とする発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造。
【請求項２】
前記金属基板が熱伝導材料からなることを特徴とする請求項１に記載の発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造。
【請求項３】
前記金属酸化物層が前記熱伝導材料の一酸化物で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造。
【請求項４】
少なくとも前記熱伝導材料からなり、
前記印刷回路板の表面上に少なくとも一の電極を形成し、
前記少なくとも一の電極と前記金属ハンダ層を接合することにより、又別の少なくとも一の電極を各杯状部の外表面の底部にある前記別の電極に接合することにより前記発光装置のパッケージと電気接続する印刷回路板と、
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造。
【請求項５】
前記電極層が光を反射する金属から成ることを特徴とする請求項１に記載の発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造。
【請求項６】
前記透明蓋部が、内表面の前記凸面と対向する別の凸面を形成する外表面を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造。
【請求項７】
複数の杯状部が形成され且つ研磨処理された上表面を有する金属基板を提供するステップと、
金属ハンダ層を前記金属基板の下表面上に電気メッキをするステップと、
絶縁インキの上縁部が前記複数の杯状部の上縁部と実質的に揃うように、前記絶縁インキを前記複数の杯状部内に充填するステップと、
前記複数の杯状部の内表面を除去した前記金属基板の前記上表面上に金属酸化物層を形成し、且つ各杯状部の内表面が前記絶縁インキによって保護されて金属酸化物層を形成しないアノード酸化ステップと、
絶縁インキを除去するステップと、
電極層を前記金属酸化物層及び前記複数の杯状部の内表面に電気メッキをするステップと、
前記複数の杯状部の前記上縁部の内側を除去すると同時に、前記複数の杯状部の前記上縁部の内側にある前記金属酸化物層及び前記電極層を除去して、前記電極層を前記複数の杯状部の内表面上に位置する電極と、前記複数の杯状部の外表面上に位置する別の電極と、に分ける電極分離ステップと、
発光装置の電極を前記複数の杯状部の内表面の底部の前記電極に実装し、ワイヤボンディング法によって前記発光装置の別の電極を前記複数の杯状部の外表面上にある前記別の電極に接続する実装ステップと、
電気絶縁クーラントを前記複数の杯状部内に充填し、前記クーラントの上縁部が前記複数の杯状部の上縁部と実質的に揃うようにする充填ステップと、
接着剤を前記複数の杯状部の外表面の底部の周縁に塗装するステップと、
透明蓋部で前記複数の杯状部を覆い、前記接着剤によって透明蓋部の前周縁と前記複数の杯状部の外表面の底部の前記周縁を密着させるカバーステップと、
前記金属基板を切断し、前記発光装置のパッケージを形成する切断ステップと、
を含むことを特徴とする発光装置のパッケージの熱放散構造の製造方法。
【請求項８】
前記提供ステップにおいて、前記金属基板が熱伝導材料から成ることを特徴とする請求項７に記載の発光装置のパッケージの熱放散構造の製造方法。
【請求項９】
前記アノード酸化ステップにおいて、前記金属酸化物層が前記熱伝導材料の一酸化物から成ることを特徴とする請求項８に記載の発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造の製造方法。
【請求項１０】
前記発光装置のパッケージを印刷回路板上に実装する実装ステップをさらに含み、このうち、
前記印刷回路板が少なくとも前記熱伝導材料によって構成され、
前記印刷回路板の表面上に少なくとも一の電極を形成し、
前記少なくとも一の電極と前記金属ハンダ層を接合することにより、又別の少なくとも一の電極を前記複数の杯状部の外表面の底部にある前記別の電極と接合することにより、前記発光装置のパッケージを前記印刷回路板と電気接続することを特徴とする請求項８に記載の発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造の製造方法。
【請求項１１】
前記電極層を前記金属酸化物層及び前記複数の杯状部の内表面上に電気メッキをするステップにおいて、前記電極層が光を反射する金属から成ることを特徴とする請求項７に記載の発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造の製造方法。
【請求項１２】
前記カバーステップにおいて、前記透明蓋部の一内表面が凸面を形成し、前記透明蓋部の外表面が前記凸面と対向する別の凸面を形成することを特徴とする請求項７に記載の発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ）の熱放散構造に関し、特に極めて高い駆動電流のもとで操作可能なＬＥＤに係り、極めて高い輝度が求められる際の応用において、必要な輝度を発することができる。
【従来の技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）とは、その字面の通り、半導体ｐ−ｎ接合ダイオードから成る発光装置である。近年、ＬＥＤはその低輝度が悪影響を及ぼさないような器械表示器又はその表示信号にのみ応用されている。例えば、テレビ等の電源指示器、又は時計及び電子パネル上の数字表示信号など肉眼が至近距離で認識できる輝度範囲内での応用に過ぎない。即ち、その電力消費は極めて小さく、その熱放散効果を考慮にいれなくて済む。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＬＥＤ技術の近年の進歩によって、ＬＥＤは既により高い輝度と、青色から可視光を超えるものまでを含む多種多様な色彩を持つようになった。そのため、可視光範囲でのＬＥＤの応用は、例えば、室外のカラーモニター、交通信号、自動車のライト信号等、先人の予想を遥かに超えるものとなっている。これらの応用において、密集したＬＥＤ電球を用いて十分な輝度を得ているが、クラスター構造は組み立てに密集した高い労力を必要とするだけでなく、パッケージが非常に巨大になるため、関連する光学設計及びその熱放散効果が両立できないという問題を生じる。
【０００４】
このため、目下単一チップ若しくは一配列のチップを密集した構造内に嵌め込んで高輝度の光線を射出することができるＬＥＤデバイスが関連産業の主要課題となっている。
【０００５】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであって、発光装置の熱放散構造を提供することを目的とし、熱放散構造を有する発光装置の高温化を避け、高輝度、高電流、小サイズの応用に適用する。
【０００６】
本発明は、発光装置のパッケージ構造を提供し、このパッケージの構造により、射出された光線を密集させて特定の応用に適用される光ビームとすると同時に、発生した熱量を極めて容易に放散することをもう一つの目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１実施の形態は、杯状部を形成する上表面と、及び前記上表面に対応する下表面に形成された金属ハンダ層を有し、前記杯状部が内表面及び外表面を有し、前記外表面がその上に形成された金属酸化物を有し、前記金属酸化物と前記杯状部の前記内表面はともにその上に形成された電極層を有し、また前記電極層が前記杯状部の前記内表面上に形成された電極層と、前記杯状部の前記外表面上に形成された別の電極、の分かれた二電極を有する金属基板と、
前記杯状部内に充填されて、前記杯状部の前記内表面に局限される電気絶縁クーラントと、
前記金属基板と密着して、前記杯状部内に充填された前記電気絶縁クーラントを前記杯状部内に密封し、また発光装置の凸面に面して形成された内表面を有する透明蓋部と、を備える発光装置のパッケージ熱放散構造を提供する。
【０００８】
金属基板は熱伝導材料によって構成されるのが好ましい。
【０００９】
金属酸化物層は前記熱伝導材料の一酸化物で構成されるのが好ましい。
【００１０】
又、発光装置パッケージの熱放散構造は更に印刷回路板を備え、前記印刷回路板が少なくとも前記熱伝導材料からなり、前記印刷回路板の表面上に少なくとも一の電極が形成され、また前記少なくとも一の電極を前記金属ハンダ層へ接合することにより、また別の少なくとも一の電極を各杯状部の外表面の底部にある前記の別の電極に接合することにより前記発光装置のパッケージを前記印刷回路板に電気接続する。
【００１１】
電極層は光を反射する金属で構成されるのが好ましい。
【００１２】
透明蓋部は、内表面の前記凸面と対向する別の凸面を形成する外表面を有するのが好ましい。
【００１３】
本発明による第２実施の形態である発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造の製造方法は、複数の杯状部が形成され、研磨処理が施された上表面を有する金属基板を提供するステップと、
金属ハンダ層を前記金属基板の下表面上に電気メッキをするステップと、
絶縁インキの上縁部と各杯状部の上縁部が実質的に揃うように、絶縁インキを前記複数の杯状部内に充填するステップと、
各杯状部の内表面を除去した前記金属基板の上表面上に金属酸化物層を形成し、且つ各杯状部の内表面が絶縁インキによって保護されて金属酸化物層を形成しないアノード酸化ステップと、
絶縁インキを除去するステップと、
電極層を前記金属酸化物層と各杯状部の内表面上に電気メッキをするステップと、
各杯状部の前記上縁部の内側を除去すると同時に、各杯状部の前記上縁部の内側にある前記金属酸化物層及び前記電極層を除去して、前記電極層を各杯状部の内表面上に位置する電極と、各杯状部の外表面上に位置する別の電極とに分ける電極分離ステップと、
発光装置の電極を各杯状部の内表面の底部の前記電極上に実装し、ワイヤボンディング法によって発光装置の別の電極を各杯状部の外表面上にある前記別の電極に接続する実装ステップと、
電気絶縁クーラントを前記複数の杯状部に充填して、前記クーラントの上縁部が各杯状部の上縁部と実質的に揃うようにする充填ステップと、
接着剤を各杯状部の外表面の底部の周縁に塗装するステップと、
透明蓋部で各杯状部を覆い、前記接着剤によって前記透明蓋部の前周縁と各杯状部の外表面の底部の前記周縁を密着させるカバーステップと、
前記金属基板を切断し、前記発光装置のパッケージを形成する切断ステップと、を含んでいる。
【００１４】
前記提供ステップにおいて、前記金属基板は熱伝導材料によって構成されるのが好ましい。
【００１５】
前記アノード酸化ステップにおいて、前記金属酸化物層は前記熱伝導材料の一酸化物によって構成されるのが好ましい。
【００１６】
また、発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造の製造方法は、更に、前記発光装置のパッケージを印刷回路板上に実装するための実装ステップを含み、このうち、前記印刷回路板が少なくとも前記熱伝導材料から成り、前記印刷回路板の表面上に少なくとも一電極が形成され、また前記少なくとも一の電極を前記金属ハンダ層と接合することにより、また前記別の少なくとも一の電極を各杯状部の外表面の底部にある前記別の電極と接合することによって前記発光装置のパッケージは前記印刷回路板と電気接続される。
【００１７】
前記電極層を前記金属酸化物層と各杯状部の内表面上に電気メッキをするステップにおいて、前記電極層は光を反射する金属で構成されるのが好ましい。
【００１８】
前記カバーステップにおいて、前記透明蓋部の内表面は凸面を形成し、前記透明蓋部の外表面は前記凸面と対向する別の凸面を形成するのが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図１を参照しながら、本発明による第１実施の形態である発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造を説明する。
【００２０】
熱放散構造を有する半導体発光装置のパッケージ１は、金属基板１０と、少なくとも一のＬＥＤチップ２０と、電気絶縁クーラント３０と、透明蓋部４０と印刷回路板（ＰＣＢ）５０を備える。
【００２１】
好ましくはアルミニウム、銅など最良の熱伝導性を持つ材料から成る金属基板１０はその表面上に直立した壁部１６を形成するので、金属基板１０の前記表面は杯状部１１を形成する。又、杯状部１１と対向する金属基板１０の別の表面上には、例えば銅、銀、もしくは金等の金属ハンダ層１２を有し、ＰＣＢ５０の電極５１に接続され、又、ＰＣＢ５０はアルミニウム基（ａｌｕｍｉｎｉｕｍ−ｂａｓｅｄ）のＰＣＢが好ましい。例えば、表面実装技術（ＳＭＴ）によって金属ハンダ層１２を電極５１に電気接続することができる。又、絶縁層として機能し且つ好ましくはアルミナ層である金属酸化物層１４は、先ず杯状部１１の外表面上に形成されるが、杯状部１１の内表面には形成されない。次に、好ましくは銀、金、若しくはアルミニウム等光を反射する金属からなる電極層１５は、アルミナ層１４上及び杯状部１１の内表面上に形成・カバーする。
【００２２】
詳細に、電極層１５はアルミナ層１４と杯状部１１の内表面全体上に形成される。この状態で適切な処理によって、杯状部１１の上縁の内側を除去すると同時に、杯状部の前記上縁部の内側にあるアルミナ層１４及び電極層１５を除去して、電極層１５を、杯状部の内表面上に位置し実質的に金属基板１０と接続される電極１５ｂと、杯状部の外表面にあり、絶縁機能を有するアルミナ層１４上に位置し、金属基板１０の個別な外部電極として用いられる電極１５ａと、の二部分に分けることができる。電極１５ａと電極１５ｂを形成するために採用される前記適切な処理は機械式研磨法が好ましい。
【００２３】
金属基板１０は上述の構造を備えた上で、少なくとも一のＬＥＤチップ２０は電極１５ｂにおける杯状部１１の内表面の底部に位置する一区域に実装されており、前記少なくとも一のＬＥＤチップ２０の一面と電極１５ｂを電気接続させる。又、前記少なくとも一のＬＥＤチップ２０のもう一面は、杯状部１１の外表面の上縁に位置する、電極１５ａの少なくとも一の区域に電気接続される。この状態において、杯状部１１内に局限されている、例えば、純水、液体ケイ素樹脂等の電気絶縁クーラント３０は杯状部１１の所定高度まで充填され、次いでその内表面と杯状部１１の外表面が緊密に合わさっている状態で透明蓋部４０は接着剤によってその前周縁が対向する金属基板１０の局部と密着されて、蓋部４０は杯状部１１上に固定される。充填不足によって生じる泡３１が杯状部１１内に残留し、ＬＥＤチップ２０の射出する光線が残留泡３１を透過しておこる不利な散乱現象を避けるため、電気絶縁クーラント３０と接触する透明蓋部４０の内表面は、好ましくは乳首状表面の凸面に設計される。よって、泡３１は浮力効果のためＬＥＤチップ２０が射出する光線の通路に残留しない。
【００２４】
電極１５ａとＰＣＢ５０の電極５２が適切に電気接続された後、本発明による第１実施の形態である熱放散構造を有する半導体発光装置のパッケージ１は、極めて大きい外部熱シンクとして機能する外部基板６０上に実装されるので、本発明の熱放散構造によって、発光する少なくとも一つのＬＥＤチップ２０から発生するジュール熱は迅速に電気絶縁クーラント３０を経て直立した杯状部１１に拡散し、杯状部１１に沿って金属基板１０へ下向きに拡散し、又金属基板１０はＰＣＢ５０を介して熱放散用の外部基板６０と接合するため、発光するＬＥＤチップ２０の温度上昇を避けることができる。
【００２５】
さらに、それぞれの屈折率が非常に近い電気絶縁クーラント３０と透明蓋部４０を選択することにより、両構成材料が引き起こす屈折効果を最小限にすることができる。この他、透明蓋部４０の外表面は選択的に光学的外形に成形され、少なくとも一のＬＥＤが射出する光線を特定用途の光ビームに収集することができる。
【００２６】
以下図２Ａ〜２Ｌを参照して、本発明による第２の実施の形態である熱放散構造を有する半導体発光装置のパッケージ１の製造方法を説明する。
【００２７】
先ず、図２Ａに示すように、金属基板１０を提供し、金属基板１０の表面上に複数の杯状部１１を形成し、前記表面に研磨処理を行う。
【００２８】
次に、図２Ｂに示すように、好ましくは銅、銀、又は金から成る金属ハンダ層１２を前記金属基板の別の表面上に電気メッキをする。
【００２９】
次に、図２Ｃに示すように、絶縁インキ１３の上縁部が各杯状部１１の上縁部と実質的に揃うように、前記絶縁インキ１３を前記複数の杯状部１１内に充填する。
【００３０】
次に、図２Ｄに示すように、アノード酸化処理を行って、各杯状部１１の内表面を除去した金属基板１０の表面上に金属酸化物層１４を形成し、且つ各杯状部１１の内表面が絶縁インキ１３によって保護されるため、前記金属酸化物層１４を形成しない。金属酸化物層１４は、アルミナ層が好ましい。
【００３１】
次に、図２Ｅに示すように、前記絶縁インキ１３を除去する。
【００３２】
次に、図２Ｆに示すように、電極層１５を金属酸化物層１４と各杯状部１１の内表面上に電気メッキをし、電極層１５を構成する金属は、例えば銀、金、又はアルミニウム等光を反射する金属で構成されるのが好ましい。
【００３３】
次に、図２Ｇに示すように、回転するドリル１７によって各杯状部１１の上縁部の内側を除去すると同時に、各杯状部１１の上縁部の内側にある金属酸化物層１４と電極層１５とを除去して、前記電極層１５を各杯状部１１の内表面上に位置する電極１５ｂと、各杯状部１１の外表面上に位置する電極１５ａと、に分ける。
【００３４】
次に、図２Ｈに示すように、少なくとも一のＬＥＤチップ２０の電極を各杯状部１１の内表面の底部の電極１５ｂに実装して、ワイヤボンディング法によって前記少なくとも一のＬＥＤチップ２０の別の電極を各杯状部の外表面上にある前記別の電極１５ａに接続する。
【００３５】
次に、図２Ｉに示すように、電気絶縁クーラント３０を前記複数の杯状部１１内に充填して、前記電気絶縁クーラント３０の上縁部が各杯状部１１の上縁部と実質的に揃うようにする。電気絶縁クーラント３０は、純水、液体ケイ素樹脂等電気絶縁性を持つ流動体が好ましい。
【００３６】
次に、図２Ｊに示すように、接着剤４１を各杯状部１１の外表面の底部の周縁上に塗装する。接着剤４１は紫外線で硬化する接着剤が好ましい。
【００３７】
次に、図２Ｋに示すように、透明蓋部４０で各杯状部１１を覆い、接着剤４１によって透明蓋部４０の前周縁と各杯状部１１の外表面の底部の周縁を密着させ、透明蓋部４０の内表面は杯状部１１の外表面と緊密に合わさる状態である。
【００３８】
最後に、図２Ｌに示すように、前記金属基板１０を切断し、前記発光装置のパッケージ１を形成する。
【００３９】
以上、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、例えば、一配列の半導体発光装置のパッケージ１（図３）の中に任意の電気絶縁クーラント３０が充填される。
【００４０】
また、例えば、レーザー・ダイオード（ＬＤ）・パッケージ１’（図４）の中に、任意の電気絶縁クーラント３０が充填される。本発明の熱放散構造がＬＤパッケージ１’に応用されると、ＬＥＤと比較してＬＤはその低効率若しくは高効率に拘らず、ともに温度上昇の影響を受けやすい装置であるため、その熱放散効果はより著しい。また本発明の熱放散構造は操作するレーザー・ダイオードを冷却し、さらに光学拡大率機能、信頼性、及び更に重要なのはある状況下の波長の安定性を高める。
【００４１】
又、例えば、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）パッケージに任意の電気絶縁クーラント３０が充填される。
【００４２】
以上、本発明の実施例を図面を参照しながら詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】既にパッケージが外部基板に実装されている本発明の第１実施の形態による熱放散構造を有するＬＥＤパッケージを示す構造図である。
【図２Ａ】本発明の第２実施の形態による発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造の製造方法を示す略図である。
【図２Ｂ】本発明の第２実施の形態による発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造の製造方法を示す略図である。
【図２Ｃ】本発明の第２実施の形態による発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造の製造方法を示す略図である。
【図２Ｄ】本発明の第２実施の形態による発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造の製造方法を示す略図である。
【図２Ｅ】本発明の第２実施の形態による発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造の製造方法を示す略図である。
【図２Ｆ】本発明の第２実施の形態による発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造の製造方法を示す略図である。
【図２Ｇ】本発明の第２実施の形態による発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造の製造方法を示す略図である。
【図２Ｈ】本発明の第２実施の形態による発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造の製造方法を示す略図である。
【図２Ｉ】本発明の第２実施の形態による発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造の製造方法を示す略図である。
【図２Ｊ】本発明の第２実施の形態による発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造の製造方法を示す略図である。
【図２Ｋ】本発明の第２実施の形態による発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造の製造方法を示す略図である。
【図２Ｌ】本発明の第２実施の形態による発光装置のパッケージに用いられる熱放散構造の製造方法を示す略図である。
【図３】本発明の第１実施の形態の変化を示した構造図である。
【図４】本発明の第１実施の形態の別の変化を示した構造図である。
【符号の説明】
１、  １’        発光装置のパッケージ
１０              金属基板
１１              杯状部
１２              金属ハンダ層
１３              絶縁インキ
１４            金属酸化物層
１５            電極層
１５ａ、１５ｂ、５１、５２          電極
１６              壁部
１７              ドリル
２０        ＬＥＤチップ
３０        クーラント
３１        泡
４０        蓋部
４１        接着剤
５０        印刷回路板
６０        外部基板
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
0003627186.tif 000008
【図２Ｇ】
0003627186.tif 000009
【図２Ｈ】
0003627186.tif 000010
【図２Ｉ】
0003627186.tif 000011
【図２Ｊ】
0003627186.tif 000012
【図２Ｋ】
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【図２Ｌ】
0003627186.tif 000014
【図３】
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【図４】
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