(57)【要約】プリント配線板及び放熱板を有する、高温動作用の発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージが提供される。ＬＥＤパッケージは、形成された放熱板層を有し、それは、外部放熱板に熱的に結合されてもよい。プリント配線板は、放熱板がプリント配線板の層に集積されるように、放熱板に対応する開口部を有してもよい。ＬＥＤパッケージは、プリント配線板などの第２部材にパッケージを取り付けるためのカステレーションを有してもよい。ＬＥＤパッケージは、ベース金属層と１つ又は複数のＬＥＤダイスとの間に配置されるアイソレーターを有してもよい。ＬＥＤダイスは、ベース金属層に直接配置されてもよい。ＬＥＤパッケージは、１つ又は複数のＬＥＤダイスが配置される、階段状のキャビティを有するＰＷＢアセンブリを有してもよい。ＬＥＤパッケージは、有利には、予め穴開けされたプリプレグ材料または感圧粘着剤を用いて共に積層されてもよい。
2009502024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ又は複数の開口部を有するプリント配線板（ＰＷＢ）と、
前記１つ又は複数の開口部内に固定された１つ又は複数の放熱板スタッドと、
前記１つ又は複数の放熱板スタッド上に取り付けられた１つ又は複数のＬＥＤダイスであって、前記１つ又は複数の放熱板スタッドが、前記１つ又は複数のＬＥＤダイスの熱膨張係数（ＴＣＥ）と略等しい熱膨張係数（ＴＣＥ）を有する材料からなるところのＬＥＤダイスと、
を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）アセンブリ。
【請求項２】
前記ＰＷＢ上に配置される１つ又は複数の反射体をさらに有し、前記１つ又は複数の反射体は、前記１つ又は複数のＬＥＤダイスの周囲に１つ又は複数のキャビティを形成する、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
【請求項３】
前記１つ又は複数のＬＥＤダイスは、少なくとも部分的に前記キャビティ内で封入される、請求項２に記載のＬＥＤアセンブリ。
【請求項４】
前記ＰＷＢ上に配置される１つ又は複数の導電体をさらに有し、前記１つ又は複数のＬＥＤダイスは、前記導電体に電気的に接続される、請求項１に記載のＬＥＤアセンブリ。
【請求項５】
前記ＰＷＢは、前記ＬＥＤパッケージを第２のＰＷＢに取り付けるための１つ又は複数のカステレーションを有する、請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項６】
前記１つ又は複数の放熱板スタッドは、前記１つ又は複数の開口部に適合するように刻み付けられている、請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項７】
前記１つ又は複数の開口部は、その中に前記１つ又は複数の放熱板スタッドを接続する半田材料で鍍金される、請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項８】
前記１つ又は複数の放熱板スタッドは、前記１つ又は複数の開口部に適合するようにピーニングされている、請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項９】
１つ又は複数の開口部を有するＰＷＢと、
前記ＰＷＢを少なくとも部分的に覆う金属放熱板層であって、前記金属放熱板層の１つ又は複数の部分が、前記１つ又は複数の開口部に現れて形成される凹面を有するところの金属放熱板層と、
前記１つ又は複数の凹面部分に取り付けられる１つ又は複数のＬＥＤと、
を有するＬＥＤパッケージ。
【請求項１０】
前記１つ又は複数の凹面は、反射性材料を有する、請求項９に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１１】
１つ又は複数の開口部を有するＰＷＢと、
少なくとも部分的に前記ＰＷＢの下に置かれる金属放熱層であって、前記金属放熱層の１つ又は複数の部分が前記１つ又は複数の開口部に現れて形成される凹面を有するところの金属放熱層と、
前記１つ又は複数の凹面部分に取り付けられる１つ又は複数のＬＥＤダイスと、
を有するＬＥＤパッケージ。
【請求項１２】
前記金属放熱板層の前記凹面の部分は、外部の放熱板に熱的に結合される、請求項１１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１３】
放熱板と、
少なくとも部分的に前記放熱板内に組み込まれる１つ又は複数の放熱板スタッドと、
前記放熱板を覆うＰＷＢであって、前記ＰＷＢが前記１つ又は複数の放熱板スタッドに現れる１つ又は複数の開口部を有するところのＰＷＢと、
前記１つ又は複数の放熱板スタッドに取り付けられる１つ又は複数のＬＥＤダイスと、
を有するＬＥＤパッケージ。
【請求項１４】
前記ＰＷＢに配置される１つ又は複数の反射体をさらに有し、前記１つ又は複数の反射体は、前記１つ又は複数のＬＥＤダイスを少なくとも部分的に囲う１つ又は複数のキャビティを形成する、請求項１３に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１５】
前記１つ又は複数のＬＥＤダイスは、前記１つ又は複数のキャビティ内に少なくとも部分的に封入される、請求項１４に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１６】
前記ＰＷＢに配置される１つ又は複数の導電体をさらに有し、前記１つ又は複数のＬＥＤダイスは、前記導電体に電気的に接続される、請求項１３に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１７】
前記ＰＷＢは、ガラス繊維強化積層材料を有する、請求項１３に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１８】
前記ＰＷＢは、高温ガラス繊維強化積層体材料を有する、請求項１３に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１９】
前記１つ又は複数の放熱板スタッドは、前記１つ又は複数のＬＥＤダイスの前記ＴＣＥに略等しいＴＣＥを有する材料からなる、請求項１３に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項２０】
金属層と、
２つ又はそれ以上の誘電体層を有するＰＷＢアセンブリであって、前記アセンブリは、１つ又は複数の階段状の開口部を有し、前記ＰＷＢは、前記金属層を覆うところのＰＷＢアセンブリと、
前記ＰＷＢアセンブリの前記１つ又は複数の階段状の開口部内に配置され、前記金属層に取り付けられる１つ又は複数のアイソレーターと、
前記１つ又は複数のアイソレーターに取り付けられる１つ又は複数のＬＥＤと、
を有するＬＥＤパッケージ。
【請求項２１】
前記１つ又は複数のアイソレーターは、前記１つ又は複数のＬＥＤダイスの前記ＴＣＥと略等しいＴＣＥを有する材料からなる、請求項２０に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項２２】
前記１つ又は複数のＬＥＤダイス上に配置される光学素子をさらに有する、請求項２０に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項２３】
金属層と、
２つ又はそれ以上の誘電体層を有するＰＷＢアセンブリであって、前記アセンブリが、１つ又は複数の階段状の開口部を有し、前記ＰＷＢが、前記金属層を覆うところのＰＷＢアセンブリと、
前記金属層に配置される１つ又は複数のＬＥＤダイスであって、前記金属層が前記１つ又は複数のＬＥＤダイスのＴＣＥに略等しいＴＣＥを有する材料からなるところのＬＥＤダイスと、
を有するＬＥＤパッケージ。
【請求項２４】
複数のＰＷＢ層を提供する段階であって、前記各々のＰＷＢ層が少なくとも１つの金属層と少なくとも１つの誘電体層とを有するところの段階と、
前記複数のＰＷＢ層の前記少なくとも１つの金属層をパターニングする段階と、
各々のＰＷＢ層内に開口部を形成する段階であって、前記ＰＷＢ層が多層アセンブリに共に積層される際に、前記開口部が１つ又は複数の階段状のキャビティを形成するように位置合わせされてサイジングされるところの段階と、
１つ又は複数の階段状のキャビティを有する多層のＰＷＢアセンブリを形成するために前記複数のＰＷＢ層を共に積層する段階と、
を有する多層ＰＷＢアセンブリの組立方法。
【請求項２５】
前記積層する段階は、前記ＰＷＢ層間に積層体層を配置することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記積層体層は、予め穴を開けられたプリプレグ材料である、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記多層のＰＷＢアセンブリを通る１つ又は複数の鍍金されたビアを提供する段階をさらに有する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記積層体層は、感圧粘着剤をさらに有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記多層のＰＷＢアセンブリを通る１つ又は複数のビアを提供する段階をさらに有する、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記１つ又は複数のビアを鍍金する段階をさらに有する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
請求項２４に記載の方法によって組み立てられるＰＷＢアセンブリ。
【請求項３２】
請求項２７に記載の方法によって組み立てられるＰＷＢアセンブリ。
【請求項３３】
絶縁層に階段状のキャビティを有する多層ＰＷＢアセンブリを配置する段階であって、前記絶縁層が、前記階段状のキャビティに現れる開口部を有するところの段階と、
前記多層ＰＷＢアセンブリと、前記絶縁層と、前記金属ベースを共に積層する段階と、
前記階段状のキャビティに１つ又は複数のＬＥＤダイスを配置する段階と、
を有するＬＥＤパッケージの組立方法。
【請求項３４】
前記１つ又は複数のＬＥＤダイスは、前記金属ベースに配置される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記１つ又は複数のＬＥＤダイスは、前記金属ベースに配置されるアイソレーターに取り付けられる、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記アイソレーターは、前記１つ又は複数のＬＥＤダイスの前記ＴＣＥに略等しいＴＣＥを有する材料からなる、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記絶縁層は、誘電材料を有する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３８】
前記絶縁層は、高温ガラス繊維強化材料を有する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３９】
前記絶縁層は、１つ又は複数の積層材料の層を有する、請求項３３に記載の方法。
【請求項４０】
前記１つ又は複数の積層材料の層は、予め穴を開けられたプリプレグ材料を有する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記１つ又は複数の積層材料の層は、感圧粘着剤を有する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記１つ又は複数のＬＥＤダイスの少なくとも一部分上に封止剤を配置する段階をさらに有する、請求項３３に記載の方法。
【請求項４３】
前記多層ＰＷＢアセンブリに反射体を取り付ける段階をさらに有する、請求項３３に記載の方法。
【請求項４４】
前記積層する段階中に前記積層材料が前記階段状のキャビティ内に入ることを防止するために、前記１つ又は複数の積層材料の層と前記階段状のキャビティとの間に１つ又は複数の堰堤を配置する段階をさらに有する、請求項３３に記載の方法。
【請求項４５】
請求項３３に記載の方法によって組み立てられるＬＥＤパッケージ。
【請求項４６】
前記絶縁層は、予め穴を開けられたプリプレグ材料を有する、請求項４５に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項４７】
前記積層材料が前記階段状のキャビティ内に入ることを防止するために、前記１つ又は複数の積層材料の層と前記階段状のキャビティとの間に１つ又は複数の堰堤をさらに有する、請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
階段状のキャビティと、絶縁層と、積層材料によって積層された金属ベースと、を有する多層のＰＷＢアセンブリと、
前記階段状のキャビティ内に配置される１つ又は複数のＬＥＤダイスと、
を有するＬＥＤパッケージ。
【請求項４９】
前記ＰＷＢアセンブリは、１つ又は複数のビアを有する、請求項４８に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項５０】
前記１つ又は複数のビアは、前記絶縁層によって前記金属ベースから電気的に絶縁される、請求項４９に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項５１】
前記積層体材料は、感圧粘着剤を有する、請求項４８に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項５２】
前記積層体材料は、プリプレグ材料を有する、請求項４８に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項５３】
前記プリプレグ材料は、前記階段状のキャビティに現れる開口部を有する、請求項５２に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項５４】
前記１つ又は複数のＬＥＤダイスは、前記金属ベースに配置される、請求項４８に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項５５】
前記金属ベースは、前記１つ又は複数のＬＥＤダイスの前記ＴＣＥと略等しいＴＣＥを有する材料からなる、請求項５４に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項５６】
前記１つ又は複数のＬＥＤダイスは、前記金属ベースに配置されるアイソレーターに取り付けられる、請求項４８に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項５７】
前記アイソレーターは、前記１つ又は複数のＬＥＤダイスの前記ＴＣＥと略等しいＴＣＥを有する材料からなる、請求項５６に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項５８】
前記絶縁層は、ガラス繊維強化材料を有する、請求項４８に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項５９】
前記絶縁層は、１つ又は複数の積層材料の層を有する、請求項４８に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項６０】
前記１つ又は複数の積層材料の層は、予め穴を開けられたプリプレグ材料を有する、請求項５９に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項６１】
前記１つ又は複数の積層材料の層は、感圧粘着剤を有する、請求項６０に記載のＬＥＤパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００５年６月２７日付けで出願された米国仮出願番号６０／６９４，７８８、２００５年９月２１日付けで出願された米国仮出願番号６０／７３８，４７３及び２００６年１月３１日付けで出願された米国仮出願番号６０／７６３，４７８の利益を請求する。米国仮出願番号６０／６９４，７８８、６０／７３８，４７３及び６０／７６３，４７８は、ここで参照することによってここに含まれる。
【０００２】
本発明は、広く発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージ及びその製造方法に係り、特に高温動作に適合したＬＥＤパッケージに関する。
【背景技術】
【０００３】
一般的な発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージは、特定の光学特性を示す別個の透過カバーを有する特殊化した鋳造可能なプラスチックハウジングを有する。一般に、これらのＬＥＤパッケージは、プリント配線板（ＰＷＢ）への直接表面実装技術（ＳＭＴ）接続専用に設計される。しかしながら、一般的なパッケージは、特別な鋳造されたプラスチックハウジング（すなわち、液晶高分子）及び光学素子を必要とするので、このパッケージは、特定の照明用途に適合するように容易に、素早く、安価に修正されることができるマルチダイスアレイには全く適しない。
【０００４】
高温動作ＬＥＤパッケージに対する他の製造及び設計試みは、ＬＥＤのアレイによって生じる熱を効果的に管理するための要求である。伝統的に、熱管理の問題を取り扱うために、通常のＬＥＤパッケージは、ＬＥＤパッケージの下部全体に広がる、大きくて均質な金属キャリアまたは放熱板を有する。金属キャリアは、一般に比較的高価な材料（例えば、モリブデン銅）からなり、ＬＥＤパッケージの製造に対して大幅なコストの増加をもたらす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、様々な照明用途における高温動作に適合する改善された発光パッケージに対する従来技術における要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、１つ又は複数のスルーホールまたは開口部を有するＰＷＢを有するＬＥＤパッケージアセンブリに関する。放熱板スタッドが集積／モノリシックアセンブリを形成するために各々の開口部に挿入される。本発明の一実施形態によれば、１つ又は複数の光源（すなわち、ＬＥＤダイス）は、放熱板スタッドに（直接）配置されてもよく、それは、ＬＥＤダイスによって生じた熱を取り除く。ある用途では、アセンブリは、外部放熱板などの外部部材に取り付けられてもよい。有利には、ＰＷＢに集積される個別的なサイズの放熱板スタッドの使用は、コンパクトで多用途で効率的な構成を可能にする。
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、ＬＥＤパッケージアセンブリは、ＰＷＢ技術、ＳＭＴアセンブリ技術、及び／又はチップオンボード（ＣＯＢ）半導体ダイス取付技術を利用する。有利には、本発明のＬＥＤパッケージアセンブリは、発光部材のコスト及び設計サイクル時間を減少させ、一般的な照明、アクセント照明、電子ディスプレイ照明、マシンビジョンなどを含むがそれらに限定されない種々の発光用途の使用に相応しい。有利には、ＬＥＤダイスのアレイは、高温環境で動作可能である単一の低コストの多用途のパッケージに配置されてもよい。
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、ＬＥＤパッケージは、１つ又は複数の放熱板スタッドを外部の放熱板に熱的に接続し、プリント配線板（基板）が、１つ又は複数の放熱板スタッドに現れる１つ又は複数の開口／開口部を有する状態で、外部放熱板上にプリント配線板（基板）を配置し、放熱板スタッドが外部放熱板内に少なくとも部分的に組み込まれる状態で、１つ又は複数のＬＥＤダイスを１つ又は複数の放熱板スタッドの各々に取り付けることによって組み立てられてもよい。
【０００９】
１つ又は複数のＬＥＤダイスは、プリント配線板に電気的に接続され、好ましくはワイヤーボンドによって、好ましくはＰＷＢに取り付けられる１つ又は複数の導電体に電気的に接続されてもよい。任意に、１つ又は複数の反射体は、１つ又は複数の反射体が１つ又は複数のＬＥＤダイスを少なくとも部分的に囲うキャビティを形成するように、プリント配線板に配置されてもよい。封止材料は、ＬＥＤダイスを被覆または封入するためにキャビティ内に導入されてもよい。
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、１つ又は複数の放熱板スタッドは、熱グリースを用いて外部放熱板に熱的に結合されてもよい。さらに、ＰＷＢは、ＬＥＤパッケージが、マザーＰＷＢなどの第２部材に組み立てられることを可能にするように適合された１つ又は複数のカステレーションを有してもよい。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、放熱板スタッドの外縁は、放熱板スタッドが、プリント配線板の相当する開口部内に適合されることを可能にするように刻み付けられてもよい。任意には、ＰＷＢの開口部は、半田可能な材料がＰＷＢと放熱板スタッドとを結合するために流れるように、半田可能な材料で鍍金されてもよい。
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、ＬＥＤパッケージは、外部放熱板、外部放熱板と熱的に接触する１つ又は複数の放熱板スタッド、外部放熱板を覆うプリント配線板を有してもよく、ここで、プリント配線板は、１つ又は複数の放熱板スタッドに位置合わせされた１つ又は複数の開口部と、１つ又は複数の放熱板スタッドの各々に取り付けられた１つ又は複数のＬＥＤダイスとを有する。１つ又は複数の放熱板スタッドは、外部放熱板内に組み込まれている。さらに、１つ又は複数の反射体は、プリント配線板に取り付けてもよく、ここで、１つ又は複数の反射体の各々は、１つ又は複数のＬＥＤダイスの周囲にキャビティを形成する。好ましくは、プリント配線板は、標準的なガラス繊維で強化されたエポキシ積層体材料（ＦＲ４）または高温ガラス繊維で強化されたエポキシ積層体材料（ＦＲ４−５）を有してもよく、ＬＥＤダイスは、放熱板スタッド材料の熱膨張係数と厳密に適合した熱膨張係数（ＴＣＥ）を有する材料からなってもよい。好ましくは、１つ又は複数の放熱板スタッドは、銅モリブデン銅などの高熱伝導性材料を含んでもよい。任意には、ＬＥＤパッケージは、マルチカラーＬＥＤを有してもよい。
【００１３】
本発明の一実施形態による例示的なＬＥＤパッケージは、外部放熱板、外部放熱板に熱的に結合された形成された放熱板、形成された放熱板上に取り付けられたＰＷＢ、及び、形成された放熱板に取り付けられた１つ又は複数のＬＥＤダイスを有してもよい。
【００１４】
本発明の一実施形態による例示的なＬＥＤパッケージは、金属層、１つ又は複数の層を有するＰＷＢ及びキャビティを有してもよく、ここで、プリント配線板は、金属層、ＰＷＢのキャビティ内に配置される１つ又は複数のアイソレーターまたはインターポーザーに取り付けられ、金属層、及び、アイソレーターに取り付けられた１つ又は複数のＬＥＤダイスに取り付けられ、ここで、アイソレーターは、その上に取り付けられる１つ又は複数のＬＥＤダイスのＴＣＥと適合するＴＣＥを有する材料を有する。好ましくは、金属層は、銅を含んでもよい。任意に、封止剤は、１つ又は複数のＬＥＤダイス上に配置されてもよい。他のオプションによれば、ＬＥＤアセンブリは、ＰＷＢに取り付けられる反射体をさらに有してもよい。
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、多層ＰＷＢ構造体内に形成され又は埋め込まれた階段状のキャビティを有するＬＥＤアセンブリを組み立てる方法が提供される。多層ＰＷＢ構造体は、１つ又は複数の粘着層を用いて共に固定される複数のＰＷＢの層を有する。本発明に一実施形態によれば、粘着剤は、感圧粘着剤（ＰＳＡ）である。本発明の一実施形態によれば、粘着層は、ここで“プリプレグ材料”と称される、予め含浸された複合体ファイバーからなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の特徴及び利点は、添付された図面と共に以下に示される好ましい実施形態の詳細な説明から明らかになるだろう。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態によるＬＥＤパッケージの側方断面図を示す。
【００１８】
図２は、本発明の一実施形態によるＬＥＤパッケージの上面図を示す。
【００１９】
図３は、本発明の一実施形態によるＬＥＤアセンブリのアレイを有するＬＥＤパッケージの上面図を示す。
【００２０】
図４は、本発明の一実施形態による、パッケージがＳＭＴタイプの取付用のカステレーションを有するＬＥＤアセンブリのアレイを有するＬＥＤパッケージの上面図を示す。
【００２１】
図５は、本発明の一実施形態による、ＳＭＴ技術を用いた第２のＰＷＢ上に取り付けられたカステレーションを有するＬＥＤパッケージの側面図を示す。
【００２２】
図６は、本発明の一実施形態による、反射キャビティを提供する形成された放熱板を有するＬＥＤパッケージの側方断面図を示す。
【００２３】
図７は、本発明の一実施形態による、形成された放熱板を有するＬＥＤアレイパッケージの上面図を示す。
【００２４】
図８は、本発明の一実施形態による、形成された放熱板上に配置されたＰＷＢを有するＬＥＤパッケージの側方断面図を示す。
【００２５】
図９は、本発明の一実施形態による、外部放熱板に熱的に接続された形成された放熱板上に配置されたＰＷＢを有するＬＥＤアレイパッケージの側方断面図を示す。
【００２６】
図１０は、本発明の一実施形態による、直接的な外部放熱板接続を有するＬＥＤアレイパッケージの側方断面図を示す。
【００２７】
図１１は、本発明の一実施形態による、アイソレーターを有するＬＥＤパッケージの側方断面図を示す。
【００２８】
図１２は、本発明の一実施形態による、アイソレーターと光学素子とを有するＬＥＤパッケージの側方断面図を示す。
【００２９】
図１３は、ＴＣＥ適合材料からなる金属層に直接配置された１つ又は複数のＬＥＤダイスを有するＬＥＤパッケージの側方断面図を示す。
【００３０】
図１４は、本発明の一実施形態による、階段状のキャビティを有するＰＷＢアセンブリの製造における例示的な工程の段階を示す。
【００３１】
図１５Ａから１５Ｉは、本発明の一実施形態による、製造工程の種々の段階における階段状のキャビティを有する例示的のＰＷＢアセンブリの断面図を示す。
【００３２】
図１６は、階段状のキャビティを有するＰＷＢを有するＬＥＤパッケージの製造における例示的な工程の段階を示す。
【００３３】
図１７Ａから１７Ｄは、本発明の一実施形態による、製造工程の種々の段階における例示的な多層ＬＥＤパッケージの断面図を示す。
【００３４】
これらの図が本発明の概要を示す目的で本来表されているものであり、実寸ではなく、全ての詳細部において正確なものではないことは理解される。
【００３５】
本発明は、発光パッケージ及びその製造方法に関し、ここで、この発光パッケージは、その上に１つ又は複数の光源を取り付けるためのモノリシック集積化ベースを形成するために、その中に統合された１つ又は複数の放熱板スタッドを有するプリント配線板を有する少なくとも１つの発光アセンブリを有する。“パッケージ”または“ＬＥＤパッケージ”という用語は、本発明によれば、限定されないが、１つのＬＥＤまたはＬＥＤのアレイを有するＬＥＤアセンブリを含むものとする。“アレイ”という用語は、複数の素子を意味するものとし、それは、規則的な列及び／又は行に配列される要素に限定されない。本発明の一実施形態によれば、ＬＥＤパッケージは、各々のＬＥＤアセンブリがＬＥＤダイスのアレイを有した状態でＬＥＤアセンブリのアレイを有してもよい。
【００３６】
本発明の一実施形態によれば、１つ又は複数の光源には、発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイスが含まれる。本発明のこの実施形態によれば、１つ又は複数のＬＥＤダイスの各々は、放熱板スタッドに直接取り付けられる。放熱板スタッドは、外部の放熱板に押圧され又は別な方法で取り付けられてもよい。この外部の放熱板は、アルミニウム、銅、または、高熱伝導率を有する他の適切な材料からなってもよい。放熱板スタッドは、銅、アルミニウム、または、高熱伝導率を有する他の適切な材料からなってもよい。ＬＥＤダイスのＴＣＥに近いＴＣＥを有するタングステン銅などの高熱伝導率材料は、熱的な不整合応力を減少させるために使用されてもよい。好ましくは、例えば熱グリースまたは導電性エポキシなどの熱材料は、アセンブリと外部放熱板との間の機械的及び熱的接続を強化するためにアセンブリと外部放熱板との間に配置される。
【００３７】
本発明は、ＬＥＤパッケージにおける基礎として広く利用可能なＰＷＢ材料を用いて組み立てられるＬＥＤパッケージに関する。図１は、ここでは単一のＬＥＤダイス４０を用いて示される例示的なＬＥＤパッケージ１０４を示し、それは、１つ又は複数の予め形成されたスルーホールまたは開口部を有するＰＷＢ１０を有する。放熱板スタッドまたはスラグ２０は、１つ又は複数の光源（例えば、ＬＥＤダイス４０）を密封するためのベースアセンブリ３０を形成するために開口部の各々に挿入される。当業者は、掘削（ドリリング）、スタンピング、打ち抜き（パンチング）、または、他の適切な技術によって開口部がＰＷＢ１０内に形成されてもよいことを理解するだろう。本発明の一実施形態によれば、ＰＷＢ１０は、大きなパネルに配置された幾つかの部品を含んでもよい。
【００３８】
このＰＷＢ１０は、限定されないが、Frame Retardant 4（FR4）、織り込まれたポリテトラフルオロエチレン（woven PTFE）、ポリアミドなどの標準的なガラス繊維強化エポキシ積層体材料を含む一般的に使用される様々なＰＷＢ材料の何れかを用いて製造されてもよい。任意に、多層ＰＷＢ構造体は、当業者によって理解される他の設計理由において、全体のボードサイズを最小化するために使用してもよい。
【００３９】
好ましい実施形態では、ＰＷＢ１０は、約１５０℃の動作温度を有する。本発明の使用に相応しい例示的なＰＷＢ１０は、Flame Retardant 4-5（FR4-5）などの市販の高温ガラス繊維強化エポキシ積層体である。当業者は、アセンブリの所望の動作仕様に従って選択される他の適切なプリント配線板が本発明に使用することができることを理解するだろう。
【００４０】
放熱板スタッド２０は、不可欠なモノリシックベースアセンブリ３０を形成するために、ＰＷＢ１０の開口部に各々に挿入される。当業者は、放熱板スタッド２０が粘着剤を用いて又は半田付けによってＰＷＢ１０の開口部内に固定されてもよいことを理解するだろう。あるいは、放熱板スタッド２０は、温度変化または機械的応力（ＰＷＢ屈曲部）などの種々の環境条件において所定の位置に放熱板を保持するための適切な機械的手段を用いてＰＷＢ１０内に固定されてもよい。
【００４１】
本発明の一実施形態によれば、放熱板スタッド１０の外縁は、ＰＷＢ１０の開口部内に放熱スタッド２０を適合させるために刻み付けられてもよい。刻み付け（ギザギザ）は、それらが、２つの部材間に適合した接続を形成するためにＰＷＢ１０内に掘られるように配置されてもよい。
【００４２】
本発明の一実施形態によれば、放熱板スタッド２０とＰＷＢ１０の開口部は、しっかりとした摩擦の適合を形成するために放熱板スタッド２０がＰＷＢ１０内に押圧されるように形付けられて寸法合わせされている。
【００４３】
他の実施形態によれば、ＰＷＢ開口部の周辺端部は、半田付け可能な材料で鍍金され又は裏打ちされている。ベースアセンブリ３０を形成するために、放熱板スタッド２０は、半田が溶けて放熱板スタッド２０をＰＷＢ１０に結合することを引き起こすように、開口部内に押圧され加熱される（約２５０℃まで）。
【００４４】
他の実施形態によれば、放熱板スタッド２０は、ピーニングされてもよい。ピーニングされた放熱板スタッド２０は、ＰＷＢ開口部内に適合される。次いで、ピーニングツールは、放熱板スタッド２０が開口部の側部に強制され、所定の位置に固定されるように、放熱板スタッド２０の周囲を機械的に引き延ばすために使用してもよい。任意に、放熱板スタッド２０は、パネル形態のＰＷＢ１０に押圧されてもよい。
【００４５】
当業者は、上述の技術または当分野で知られる他の技術のあらゆる組み合わせを用いて放熱板スタッド２０がＰＷＢ１０内に挿入され固定されてもよいことを理解するだろう。
【００４６】
本発明の一実施形態によれば、放熱板スタッド２０は、銅、アルミニウム、モリブデン銅、または、他の適切な高熱伝導率材料から形成されてもよい。任意に、放熱板スタッド２０は、導電材料または絶縁材料、例えば窒化アルミニウムなどを用いて組み立てられてもよい。
【００４７】
図１を参照すると、アセンブリ３０は、光源（つまりＬＥＤ）パッケージ１００における基板またはベースとして使用されてもよい。本発明の一実施形態によれば、ＬＥＤダイス４０などの光源は、アセンブリ３０の放熱板スタッド２０に直接配置されてもよい。この配置によれば、ＬＥＤダイス４０によって生じる熱は、放熱板スタッド２０によって消散され、従って、ＬＥＤパッケージ１００の高温動作を可能にする。有利には、ＬＥＤダイスの性能信頼性を改善するために、放熱板スタッド２０の材料は、ＬＥＤダイス４０の熱膨張係数に厳密に適合した熱膨張係数（ＴＣＥ）を有するように選択することができる。例えば、放熱板スタッド２０は、タングステン銅、銅モリブデン銅、窒化アルミニウム、銅、または窒化ホウ素を含んでもよい。
【００４８】
本発明の一実施形態によれば、１つ又は複数の導電体５０は、外部電気接続用及びＬＥＤダイス４０への電気的接続を形成するために、例えばワイヤーボンド６０を用いてＰＷＢ１０上に提供されてもよい。
【００４９】
ＬＥＤパッケージ１００は、改善された光抽出を提供するために又はビーム形成のために反射体７０を含んでもよい。反射体７０の配置は、図１に示されるように、例えば、エポキシ樹脂またはシリコーンを用いてＬＥＤダイス４０を保護し、ＬＥＤダイス４０の封入における保持域を提供するＬＥＤダイス４０を囲うキャビティを提供してもよい。反射体７０は、高温プラスチック（例えば、液晶高分子または他の適切なプラスチック）、セラミック、アルミニウム、又は他の任意の反射及び電気絶縁材料などのあらゆる適切な材料からなってもよい。任意には、電気絶縁層が反射体７０と１つ又は複数のＰＷＢ導電体５０の各々との間に配置されるという条件で、反射体の材料は、例えば、アルミニウムまたはニッケルなどの導電材料を含んでもよい。任意には、反射体７０は、あらゆる適切な粘着剤を用いてＰＷＢ１０に取り付けてもよい。
【００５０】
本発明の一実施形態によれば、ＬＥＤダイス４０は、エポキシ樹脂または半田などのあらゆる一般的なチップアンドワイヤー材料を用いて放熱板スタッド２０に取り付けてもよい。ＬＥＤダイス４０の封入は、反射体７０に封止剤８０をディスペンシングすることによって実行してもよい。任意には、光学素子は、第２の部材としてＬＥＤパッケージ１００上に配置され取り付けられる透明な半球体（ドーム）であってもよい。透明な半球体は、粘着剤としての封止剤８０を用いて、第２の粘着剤を用いて、又は他の適切な機械的保持手段によってＬＥＤパッケージ１００内に取り付けてもよい。図１は単一のＬＥＤダイス４０を有するＬＥＤパッケージ１００を示しているが、当業者は、このパッケージがあらゆる数のＬＥＤダイス４０を有してもよいことを理解するだろう。
【００５１】
図２は、本発明の一実施形態による、例示的なＬＥＤパッケージ１００の上面図を示す。示されるように、外部電気接続は、ＬＥＤダイスを１つ又は複数のＰＷＢ導電体５０に取り付けることによってＬＥＤダイス４０に対して形成してもよい。
【００５２】
図３は、本発明の一実施形態による、ＬＥＤアセンブリのアレイを有する例示的なＬＥＤパッケージを示す。図３に示されるように、ＬＥＤダイス４０の対は、ＬＥＤアセンブリを形成するための放熱板スタッド２０を分離するために接続されている。ＬＥＤアセンブリのアレイは、単一のＬＥＤアレイパッケージ２００に共にパッケージされている。ＰＷＢ１０上に放熱板スタッド２０を引き延ばすことによって、ＰＷＢ１０の材料と１つ又は複数の放熱板スタッド２０との間のＴＣＥの不整合から生じるあらゆる応力（ストレス）が減少する。取り付け穴１１は、初期及び長期間の両方において、機械的接続を保証し、熱接続の抵抗を最小化するための部分取り付けのために提供される。
【００５３】
図４は、例示的なＬＥＤアレイパッケージ３００を示し、ここで、ＬＥＤアレイパッケージ３００のＰＷＢ１０は、カステレーション（castellation）として知られ、１つ又は複数の外部接続（例えば、物理的及び／又は電気的接続）を形成するために適合される端子（例えば、金属化された差込止め）を有する。カステレーション３１０は、例えば表面実装技術（ＳＭＴ）の技術などを用いて、より大きいＰＷＢ（図４に示されない）などの第２部材上にＬＥＤアレイパッケージ３００を組み立てるために有用である。任意に、カステレーション３１０は、他のＰＷＢまたは他の第２部材へのＬＥＤパッケージ３１０全体の取り付けを容易にするために半田付け又は鍍金されてもよい。
【００５４】
図５は、一般的なＳＭＴ技術を用いてより大きなＰＷＢ４００（“マザーボード”）上に取り付けられ及び／又は半田付けされた、図４に示されたＬＥＤパッケージ３００（“ドーターボード”）の側面を示す。放熱板スタッドに対する熱接続は、低熱抵抗を有するあらゆる適切な材料、例えば、導電性エポキシ、熱グリースまたは半田などを用いて形成してもよい。本発明の一実施形態によれば、半田又は導電性エポキシフィルター３１５は、ドーターボード３００を、１つ又は複数のカステレーションの位置においてマザーボード４００の導電領域３２０に接続するために使用してもよい。
【００５５】
図６は、本発明の他の実施形態を示し、ここで、ＬＥＤパッケージ５００は、ＰＷＢ１０の１つ又は複数の開口部に位置合わせされ又は現れる凹面を有して形成されるシート状の放熱板を有し、それは、ここで、形成される放熱板５２０として参照される。本発明のこの実施形態によれば、形成された放熱板５２０（すなわち、凹面）の少なくとも一部は、ＰＷＢ１０の開口部に押圧され又は挿入される。形成された放熱板５２０の端部は、開口部の外側まで延長し、ＰＷＢ１０の表面に取り付けられる。当業者は、形成された放熱板５２０の端部がＰＷＢ１０の表面に直接取り付けられてもよく、又は、ＰＷＢ導電体５０に取り付けられてもよい（図１０に示すように）ことを理解するだろう。示されるように、形成された放熱板５２０は、それが、１つ又は複数のＬＥＤダイス４０の中に配置されるためのポケットまたはキャビティを形成するように配置されてもよい。形成された放熱板５２０は、あらゆる適切な粘着剤または機械的な取り付け技術を用いてＰＷＢ１０に取り付けてもよい。
【００５６】
任意に、形成された放熱板５２０のキャビティ部分は、１つ又は複数のＬＥＤダイス４０の周囲に反射性のキャビティを提供するために、例えば、アルミニウムまたはニッケルなどの反射性材料からなり又は反射性材料で被覆されてもよい。形成された放熱板キャビティは、ＬＥＤダイス４０からの光抽出を保護し管理するために封止剤８０で充填されてもよい。本発明のこの実施形態によれば、形成された放熱板５２０は、例えば、アルミニウムまたは銅などのあらゆる適切な熱伝導材料からなってもよい。任意に、シートタイプの放熱板層５２０は、タングステン銅または銅タングステン銅などの、熱伝導性であると共にＬＥＤダイス４０に厳密に適合したＴＣＥを有する材料からなってもよい。
【００５７】
図７は、上記の図６に関連して示されるように、形成された放熱板５２０を有するＬＥＤアレイパッケージ６００の上面図を示す。当業者は、本発明のこの実施形態によれば、形成された放熱板５２０が分離されていてもよい（すなわち、ＬＥＤダイス４０またはＬＥＤクラスター毎に１つの放熱板）ことを理解するだろう。あるいは、本発明の一実施形態によれば、全てのＬＥＤダイス４０及びＬＥＤクラスター４５が配置される１つの個体の形成された放熱板５２０であってもよい。図７に示されるように、形成された放熱板５２０は、ＰＷＢ導電体５０への１つ又は複数のワイヤーボンド６０の接続を可能にする１つ又は複数の開口部を有してもよい。任意に、ソルダーマスクまたは他の電気絶縁層は、電気導電体と形成された放熱板５２０との間に電気的接続を形成することを防止するために、形成された放熱板５２０とＰＷＢ導電体５０との間に提供されてもよい。
【００５８】
図８は、ＬＥＤパッケージ６００を示し、ここで、ＰＷＢ１０は、形成された放熱板５２０上に取り付けられ、それは、ＰＷＢ１０の開口部に現れる凹面を有して形成される。上述のように、形成された放熱板５２０は、それが１つ又は複数のＬＥＤダイス４０が配置されるキャビティ７０を形成するように形付けられていてもよい。形成された放熱板５２０をＰＷＢ１０下に配置することによって、改善された熱接続は、外部の放熱板に形成することができる。当業者は、形成された放熱板５２０が、粘着剤または機械的な手段を含むあらゆる適切な手段を用いてＰＷＢ１０に取り付けてもよいことを理解するだろう。
【００５９】
図９は、外部放熱板７２０を有する典型的な接続配置における本発明の実施形態によるＬＥＤパッケージ６００を示す。図８及び９に示される実施形態における材料及び構成は、図６に示されて上記に詳細に説明されたものと同様のものである。任意に、図９に示されるように、１つ又は複数のホールまたは小穴（アイレット）７２５は、形成された放熱板５２０に穴開けされ又は形成されてもよい。小穴は、ネジまたはリベットなどの、形成される放熱板５２０を接続するための固定機構を受容するように適合される。例えば、１つ又は複数の締め付けネジ７３０は、形成された放熱板５２０、ＰＷＢ１０及び外部放熱板７２０を共に固定するために使用してもよい。任意に、ＬＥＤパッケージ６００及び外部放熱板７２０は、例えば熱グリースなどの適切な粘着剤を用いて結合されてもよい。
【００６０】
図１０は、本発明の一実施形態を示し、ここで、１つ又は複数の溝（グルーブ）、Ｖ字型の刻み目（ノッチ）またはホールが外部放熱板８２０の表面に形成されている。１つ又は複数の放熱板スタッド２０は、外部放熱板８２０の溝に押圧される。放熱板スタッド２０が所定の位置に押圧または取り付けられると、放熱板スタッド２０と位置合わせされた開口（オープニング）または開口部（アパーチャ）を有するＰＷＢ１０は、突出する放熱板スタッド２０上に横たわり、外部放熱板８２０に取り付けられる。次いで、ＬＥＤダイス４０は、放熱板スタッド２０上に取り付けられる。任意に、反射体７０は、例えば粘着剤を用いてＬＥＤダイス４０の各々の周囲に配置される。さらに、ＬＥＤダイス４０は、１つ又は複数のワイヤーボンド６０を用いてＰＷＢ導電体５０に電気的に接続されてもよく、封止剤８０によって封止されてもよい。
【００６１】
任意に、ＬＥＤパッケージ８００は、低熱抵抗接続によって外部放熱板８２０に取り付けてもよく、ここで、放熱板スタッド２０が外部放熱板スタッド８２０とＰＷＢ１０との間で外部放熱板８２０に押圧される。低熱抵抗性の取付は、例えば熱伝導性エポキシ、熱グリース、半田または他の適切な材料を用いて形成されてもよい。動作中に１つ又は複数のＬＥＤダイス４０の各々によって生成する熱は、ＬＥＤダイス４０から放熱板スタッド２０を介して外部放熱板８２０に移動する。有利には、ＬＥＤダイス４０によって生成する熱を除去することによって、ＬＥＤダイスの寿命と光源出力の両方が増加する。この配置の他の利点は、それが、第２アセンブリの熱抵抗を増加することに関連する追加の費用を取り除くということである。図１０は、外部放熱板８２０に取り付けられるＬＥＤパッケージ８００を示すが、当業者は、ＬＥＤパッケージ８００があらゆる適切な部材に取り付けられ又は載置されることを理解するだろう。
【００６２】
図１１は、本発明の実施形態によるＬＥＤパッケージ９００を示し、ここで、金属層９２０は、ＰＷＢ９３０の下に配置される。金属層９２０は、あらゆる適切な積層工程に従って、あらゆる適切なＰＷＢ積層体（例えば、感圧粘着剤または予め穴を開けられたプリプレグ材料）を用いてＰＷＢ９３０に取り付けられ又は積層されてもよい。金属層９２０は、高い熱伝導性（ＴＣ）と低いＴＣＥを有するあらゆる適切な材料、例えば銅などからなってもよい。
【００６３】
ＬＥＤパッケージ９００は、アイソレーター９１０上に配置される１つ又は複数のＬＥＤダイス４０をさらに有する。アイソレーター９１０及びＬＥＤダイス４０のアセンブリは、図１１に示されるように、ＰＷＢ９３０内に形成される開口部（アパーチャ）及びキャビティに配置される。１つ又は複数のＬＥＤダイス４０は、限定されないが導電性エポキシ、半田などを含むあらゆる適切な取付手段を用いて、アイソレーター９１０に取り付けてもよい。
【００６４】
図１１に示されるように、アイソレーター９１０は、導電性エポキシ、半田、ろう付け、機械的な手段などのあらゆる適切な取付手段または材料によって金属層９２０に直接取り付けてもよい。当業者は、製造に際し、ＰＷＢ９３０の開口部またはキャビティがアイソレーター９１０及びＬＥＤダイス４０のアセンブリに位置合わせされる又は対応するように、アイソレーター９１０及びＬＥＤダイス４０のアセンブリは、金属層９２０上に配置されてもよく、その後、金属層上にＰＷＢ９３０の配置が行われることを理解するだろう。あるいは、当業者は、ＰＷＢ９３０が金属層９２０上に配置され、次いで、ＰＷＢ９３０の開口部またはキャビティ内にアイソレーター９１０及びＬＥＤダイス４０のアセンブリの配置が行われてもよいことを理解するだろう。
【００６５】
ＰＷＢ９３０は、１つ又は複数の層を含んでもよく、１つ又は複数のＰＷＢ導電体層９３０Ａを含んでもよい。ＬＥＤダイス４０は、図１１に示されるように、ワイヤーボンド９４０などのあらゆる適切な接続手段を用いてＰＷＢ導電体層９３０Ａに電気的に接続されてもよい。さらに、半田パッド９５０は、ＰＷＢ９３０に配置されてもよい。
【００６６】
本発明の一実施形態によれば、アイソレーター９１０は、取り付けられたＬＥＤダイス４０によって生成される熱による膨張運動原因を許容するように適合された材料からなる。好ましくは、アイソレーター９１０は、ＬＥＤダイス４０のＴＣＥに略適合するＴＣＥを有する材料からなる。本発明によって使用される適切なＴＣＥ適合材料は、限定されないが、銅モリブデン銅（ＣｕＭｏＣｕ）、タングステン銅（ＷＣｕ）、アルミニウムシリコンカーバイド（ＡｌＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリコン（Ｓｉ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、ダイヤモンド、またはＬＥＤのＴＣＥに適合するＴＣＥを有する他の材料を含む。
【００６７】
本発明の一実施形態によれば、ＬＥＤパッケージ９００は、改善された光抽出を提供するために及び／又は効率的なビーム形成のために、ＰＷＢ９３０の層に配置される反射体９６０を含んでもよい。上述のように、反射体９６０は、あらゆる適切な高温プラスチック（例えば、液晶高分子）、セラミック材料、または、他の光学的反射及び電気的絶縁材料からなってもよい。反射体９６０は、あらゆる適切な粘着剤を用いてＰＷＢ９３０に取り付けてもよい。
【００６８】
本発明の一実施形態によれば、封止剤９７０は、封止剤９７０がＬＥＤダイス４０の全体又は一部を覆うように、ＰＷＢ９３０のキャビティ内に配置されてもよい。封止剤の材料は、あらゆる適切な透過性の光学材料からなってもよい。任意には、図１２に示されるように且つ図１に関連して上述されるように、透過性の半球体などの第２の光学要素９８０は、ＬＥＤダイス４０上に配置されてもよい。本発明の一実施形態によれば、光学要素は、封止剤９７０または他の粘着剤を用いてＬＥＤパッケージ９００内に取り付けてもよい。さらに、図１２に示されるように、複数のＬＥＤダイス４０は、ＬＥＤダイス４０のアレイを含むＬＥＤアセンブリを形成するために、単一のＬＥＤパッケージ９００内に含まれるアイソレーター９１０に取り付けられてもよい。
【００６９】
図１３は、本発明の一実施形態による例示的なＬＥＤパッケージ１０００を示し、それは、図１２に関連して上述されたＬＥＤパッケージ９００と同様である。しかしながら、この実施形態において、１つ又は複数のＬＥＤダイス４０は、ＬＥＤダイス４０のＴＣＥに適合するＴＣＥを有する材料からなる金属層１０２０に直接取り付けられる。この金属層１０２０は、好ましくは、例えば、銅モリブデン銅（ＣｕＭｏＣｕ）、タングステン銅（ＷＣｕ）、アルミニウムシリコンカーバイド（ＡｌＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリコン（Ｓｉ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、ダイヤモンド、またはＬＥＤダイス４０のＴＣＥに適合するＴＣＥを有する他の材料などの低いＴＣＥの材料である。ＬＥＤダイス４０は、導電性エポキシ、半田、または、他の適切な取付手段または材料を用いてＴＣＥ適合金属層１０２０に取り付けられ又は接着されてもよい。
【００７０】
有利には、ＬＥＤダイス４０によって生成された熱及びＬＥＤダイス４０及び金属層１０２０の熱膨張に関連する応力は、ＴＣＥ適合金属層１０２０を用いて効率的に管理される。
【００７１】
１つ又は複数のＬＥＤダイス４０は、ＰＷＢ１０３０のキャビティ内に配置される。ＰＷＢ１０３０は、１つ又は複数の層からなってもよく、例えばワイヤーボンド１０４０などのあらゆる適切な接続手段を用いてＬＥＤダイス４０に電気的に接続される導電体層１０３０Ａを有してもよい。
【００７２】
本発明の一実施形態によれば、ＬＥＤパッケージ１０００は、ＰＷＢ１０３０に取り付けられ、少なくとも部分的にＬＥＤダイス４０を囲う反射体１０６０を含んでもよい。任意に、ＬＥＤパッケージ１０６０は、封止剤が少なくとも部分的にＬＥＤダイス４０を覆うように、ＰＷＢ１０３０のキャビティ及び／又は反射体１０６０にディスペンスされる封止剤１０７０を含んでもよい。
【００７３】
本発明の一実施形態によれば、その中に形成された階段状のキャビティを有する多層ＰＷＢアセンブリを組み立てるための方法が提供され、それは、特に、例えば１つ又は複数のＬＥＤダイス４０などの発光素子をハウジングするために特に適している。本発明の一実施形態によれば、階段状のキャビティは、ＰＷＢアセンブリ内に埋め込まれている。本発明は、さらに、この組立方法によって形成される階段状のキャビティを有するＰＷＢアセンブリに関する。さらに、本出願は、階段状のキャビティを有するＰＷＢアセンブリを含むＬＥＤパッケージの組立方法を記述する。
【００７４】
図１４は、本発明の一実施形態による、階段状のキャビティを有するＰＷＢアセンブリを製造する例示的な工程を示す。図１５Ａから１５Ｉは、以下に詳細に説明されて図１４に示される製造工程の種々の段階における例示的なＰＷＢアセンブリを示す。図１５Ｉは、本発明の一実施形態によって組み立てられた、階段状のキャビティ１９００を有する例示的なＰＷＢアセンブリ２０００を示す。
【００７５】
段階１では、組み立てられる数のＰＷＢの層１５００が提供される。ここに記載され、図１４及び図１５Ａから１５Ｉで示される例示的な実施形態は、３つのＰＷＢ層１５００Ａ、１５００Ｂ、１５００Ｃを含むが、当業者は、ＰＷＢアセンブリ２０００があらゆる適切な数のＰＷＢ層１５００を含んでもよいことを理解するだろう。当業者は、ＰＷＢ層１５００Ａ、１５００Ｂ、１５００Ｃの各々があらゆる適切な数の層を含んでもよいことを理解するだろう。
【００７６】
本発明の例示的な実施形態によれば、ＰＷＢ層１５００Ａ、１５００Ｂ、１５００Ｃの各々は、両側性のＦＲ４（またはＦＲ４−５）ボードを含み、それは、図１５Ａに示されるように、上部金属層１５０１と下部金属層１５０３との間に配置される誘電体層１５０２（例えば、ＦＲ４の材料の層）を含む。ＰＷＢ層１５００の金属層１５０１、１５０３は、銅を含むがこれに限定されないあらゆる適切な金属からなってもよい。
【００７７】
ＰＷＢ層１５００Ａ、１５００Ｂ、１５００Ｃは、あらゆる適切な厚さ（例えば、約０．００２インチの厚さ）であってもよい。本発明の一実施形態によれば、最も下のＰＷＢ層（図１５Ａでは、１５００Ｃ）は、他のＰＷＢ層（例えば、約０．００４インチの厚さ）より厚い。
【００７８】
段階２では、１つ又は複数の金属層１５０１、１５０３は、個々のＰＷＢ層の金属部分が所望の配線に対して適切に位置合わせされるように、ＰＷＢ層のアセンブリを可能にするために適しているワイヤートレースを用いてパターニングされる。例えば、図１５Ｂに示されるように、ＰＷＢ層１５００Ａの下部金属層１５０３Ａは、以下に詳細に説明されるように、近接するＰＷＢ層１５００Ｂなどを有するアセンブリに適合する特徴を含むようにパターニングされる。
【００７９】
任意には、段階３では、１つ又は複数の金属層１５０１、１５０３は、発光素子を有する、電気接続性において適切な金属を用いて鍍金されてもよい。例えばニッケルまたは金などのあらゆる適切な材料は、鍍金に使用されてもよい。
【００８０】
段階４では、階段状のキャビティを形成する工程が開始される。特に、開口部は、１つ又は複数の中間のＰＷＢ層の各々の誘電体層１５０２に形成される。図１５Ｃに示された例示的な実施形態では、開口部またはホールはＰＷＢ層１５００Ｂの誘電体層１５０２Ｂに形成される。当業者は、開口部が、円形、正方形などのあらゆるサイズ及び／又は形状でありえることを理解するだろう。さらに、開口部は、打ち抜き、ルーティングまたは掘削（ドリリング）などのあらゆる適切な方法によって形成されてもよい。
【００８１】
段階５では、複数のＰＷＢ層１５００Ａ、１５００Ｂ、１５００Ｃは、図１５Ｄに示されるように、多層ＰＷＢ構造体を形成するために共に積層される。ＰＷＢ層を共に積層するために、適切な粘着剤層１６００は、各々の近接するＰＷＢ層間に配置され、これらの層は、共に押圧される。粘着剤層１６００は、あらゆる適切な粘着材料からなってもよい。本発明の一実施形態によれば、粘着層１６００は、例えば、３ＭＴＭ（商標）のＨｉｇｈ Ｔａｃｋ Ｔａｐｅ ＰＳＡ ３７９４などである適切な感圧粘着剤（ＰＳＡ）からなる。本発明の他の実施形態によれば、粘着層１６００は、Ａｒｌｏｎ ４９Ｎ及びＡｒｌｏｎ ３７Ｎなどの予め穴開けされたプリプレグ材料からなってもよい。
【００８２】
任意に、ビアホールは、図１５Ｅに示されるように、あらゆる適切な方法（例えば、掘削（ドリリング））によってＰＷＢ層１５００Ａ、１５００Ｂ、１５００Ｃを通して形成されてもよい。さらに、このビアホールは、図１５Ｆに示されるように、電気的導通用に適切な金属化材料１７００（例えば、銅）を用いて鍍金されてもよい。
【００８３】
段階６では、ＰＷＢアセンブリ内の階段状のキャビティの形成は、上部及び下部誘電体層１５０２Ａ及び１５０２Ｂの少なくとも一部を除去することによって完了される。本発明の一実施形態によれば、図１５Ｇに示されるように、上部誘電体層１５０２Ａの一部は、例えば、穴開け器、ルーティングツールまたはフラットボトムドリルなどのあらゆる適切な技術またはツールを用いて除去される。さらに、段階６では、下部誘電体層１５０２Ｃの一部は、図１５Ｈに示されるように除去される。
【００８４】
図１４を参照して上記に詳述された工程の結果として、図１５Ｉに示されるように、階段状のキャビティ１９００を有するＰＷＢアセンブリ２０００が形成される。
【００８５】
本発明の一実施形態によれば、階段状のキャビティ１９００を有するＰＷＢアセンブリ２０００は、ＬＥＤパッケージを組み立てるために使用してもよく、特に、高温動作に相応しい。
【００８６】
図１６は、階段状のキャビティのＰＷＢアセンブリ２０００を有するＬＥＤパッケージ５０００の組立における例示的な工程を示す。当業者は、図１６に示されて以下に詳述される工程に記述される段階が提供される順序で実施されることが必ずしも必要でないことを理解するだろう。
【００８７】
段階Ｓ１では、図１７Ａに示されるように、金属ベース３０００からＰＷＢアセンブリ２０００の電気的接続を電気的に分離するように作用する層が提供される。当業者は、“絶縁層”２５００があらゆる適切な誘電材料からなってもよいことを理解するだろう。本発明の一実施形態によれば、絶縁層２５００は、ＰＷＢ層からなってもよい。このＰＷＢ層は、例えば、ガラス繊維強化材料（例えば、ＦＲ４ボード）または高温ガラス繊維強化材料（例えば、ＦＲ４−５ボード）などのあらゆる適切な材料からなってもよい。絶縁層２５００は、図１７Ａに示されるように、ＰＷＢアセンブリ２０００の階段状のキャビティの最下部の開口部に対応するように適合される開口部またはホール２５１０を含む。本発明の他の実施形態によれば、絶縁層２５００は、所望の電圧降下を有する１つ又は複数のプリプレグ層からなってもよい。好ましくは、２５０Ｖまたはそれ以上の電圧降下が維持される。絶縁層２５００は、あらゆる適切な厚さでありえる。好ましくは、絶縁層２５００は、少なくとも約０．００２インチの厚さである。
【００８８】
ＬＥＤパッケージ５０００内に放熱板として作用する金属ベース３０００が提供される。本発明の一実施形態によれば、金属ベース３０００は、例えば銅などのあらゆる適切な金属からなりえる。さらに、金属ベース３０００は、ＬＥＤパッケージ５０００の１つ又は複数のＬＥＤダイスによって生成する熱を管理するために十分なあらゆる適切な厚さであってもよい。この絶縁層２５００は、有利には、ＰＷＢアセンブリ２０００の鍍金されたビアを金属ベース３０００から分離する。
【００８９】
段階Ｓ２では、図１７Ｂに示されるように、ＰＷＢアセンブリ２０００、絶縁層２５００及び金属ベース３０００が共に積層される。本発明の一実施形態によれば、１つ又は複数の積層体層２８００は、ＰＷＢアセンブリ２０００と絶縁層２５００との間、及び、絶縁層２５００と金属ベースとの間に配置される。図１７Ａに示されるように、積層体層２８００は、ＰＷＢアセンブリ２０００の階段状のキャビティと絶縁層２５００の開口部の最下部の開口に相当する開口部（アパーチャ）または開口（オープニング）を含む。当業者は、積層体層２８００が、限定されないが、感圧粘着剤、予め穴開けされたプリプレグ材料または両方の組み合わせを含むあらゆる適切な積層体材料からなってもよい。
【００９０】
任意に、上部誘電体層１５０２Ａは、ＰＷＢアセンブリ２０００が金属ベース３０００に積層される後まで所定の位置に置かれていてもよい。そのようにすることによって、ＰＷＢアセンブリ２０００は、積層工程中に経験する工程変化に耐えることができるより堅牢でより強いアセンブリである。例えば、ＬＥＤパッケージ５０００へのＰＷＢアセンブリ２０００の集積化中に上部誘電体層１５０２Ａを手を付けない状態にしておくことは、
ＰＷＢ層及び／又は金属ベース上へのより少ない予め穴開けされたプリプレグ材料の使い尽くしと、積層工程の応力のために階段状のキャビティ１９００のより少ない分解とをもたらす。
【００９１】
任意に、本発明の一実施形態によれば、段階Ｓ３において、近接するＰＷＢ層の階段状のキャビティまたは１つ又は複数の部分上への積層体材料の流れを防止するために、１つ又は複数の堰堤（ダム）が積層体層２８００に付けられてもよい。堰堤２９００は、図１７Ｃに示されるように、限定されないが、感光性ソルダーレジスト技術、スクリーン印刷マスカント（maskant）技術を含むあらゆる適切な技術、または、１つ又は複数の堰堤を含むための積層体２８００に予め切れ目を入れておくこと（プレスコアリング）によって組み立てられてもよい。堰堤２９００は、例えば、ＤｕＰｏｎｔ Ｖａｃｒｅｌ（登録商標）８１００ Ｓｅｒｉｅｓ Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｒｙ Ｆｉｌｍ Ｓｏｌｄｅｒ Ｍａｓｋなどのあらゆる適切な材料からなってもよい。
【００９２】
段階Ｓ４では、１つ又は複数のＬＥＤダイス４０は、ＬＥＤパッケージ５０００の階段状のキャビティに導入されてもよい。上記に詳細に説明されたように、１つ又は複数のＬＥＤダイス４０は、金属ベース３０００に直接配置されてもよく、あるいは、図１７Ｄに示されるように、ＬＥＤダイス４０は、インターポーザー３１００に配置されてもよい。インターポーザー３１００が含まれない場合には、当業者は、金属ベース３０００が有利にはＣｕＭｏＣｕ、ＷＣｕ、または他の適切なＴＣＥ適合材料からなってもよい。
【００９３】
本発明の一実施形態によれば、１つ又は複数のＬＥＤダイス４０は、限定されないがワイヤーボンド３１２０を含むあらゆる適切な手段によって、ＰＷＢアセンブリ２０００の金属層に電気的に接続されてもよい。
【００９４】
任意に、ＬＥＤパッケージ５０００は、１つ又は複数のＬＥＤダイス４０によって放出される光の少なくとも一部を反射する反射体３１３０を有する。反射体３１３０は、限定されないがアルミニウム、ポリカーボネート及び液晶高分子（ＬＣＰ）を含むあらゆる適切な反射性材料からなってもよい。
【００９５】
任意に、ＬＥＤパッケージ５０００は、レンズなどの光学素子３１４０を有してもよい。光学素子３１４０は、限定されないが、ガラス、シリコーン及びポリカーボネートを含むあらゆる適切な材料からなってもよい。
【００９６】
本発明の一実施形態によれば、反射体３１３０及び光学素子３１４０は、例えば、焦点が合わされた狭い光線などの所定の放射パターンを生成するために適合されてもよい。反射体３１３０を形成するパターンは、鋳造された又は機械加工されたプラスチック（金属化される又は金属化されない）、鋳造された又は機械加工されたアルミニウム、他の適切な反射性材料、または、反射性表面を有する型打ちした金属部分でありえる。反射体３１３０または反射性表面は、色混合を改善し、望まない不均一な光出力を防止するために粗面化されてもよい。
【００９７】
例示的な実施形態は、本発明の単に例示的なものであり、上述の実施形態の多くの変形例が本発明の範囲から逸脱せずに当業者によって修正されることができることは理解されるべきである。従って、全てのこのような変形は、本発明の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の一実施形態によるＬＥＤパッケージの側方断面図を示す。
【図２】本発明の一実施形態によるＬＥＤパッケージの上面図を示す。
【図３】本発明の一実施形態によるＬＥＤアセンブリのアレイを有するＬＥＤパッケージの上面図を示す。
【図４】本発明の一実施形態による、パッケージがＳＭＴタイプのマウンティング用のカステレーションを有するＬＥＤアセンブリのアレイを有するＬＥＤパッケージの上面図を示す。
【図５】本発明の一実施形態による、ＳＭＴ技術を用いた第２のＰＷＢ上に取り付けられたカステレーションを有するＬＥＤパッケージの側面図を示す。
【図６】本発明の一実施形態による、反射キャビティを提供する形成された放熱板を有するＬＥＤパッケージの側方断面図を示す。
【図７】本発明の一実施形態による、形成された放熱板を有するＬＥＤアレイパッケージの上面図を示す。
【図８】本発明の一実施形態による、形成された放熱板上に配置されたＰＷＢを有するＬＥＤパッケージの側方断面図を示す。
【図９】本発明の一実施形態による、外部の放熱板に熱的に接続された形成された放熱板上に配置されたＰＷＢを有するＬＥＤアレイパッケージの側方断面図を示す。
【図１０】本発明の一実施形態による、直接的な外部放熱板接続を有するＬＥＤアレイパッケージの側方断面図を示す。
【図１１】本発明の一実施形態による、アイソレーターを有するＬＥＤパッケージの側方断面図を示す。
【図１２】本発明の一実施形態による、アイソレーターと光学素子とを有するＬＥＤパッケージの側方断面図を示す。
【図１３】ＴＣＥ適合材料からなる金属層に直接配置された１つ又は複数のＬＥＤダイスを有するＬＥＤパッケージの側方断面図を示す。
【図１４】本発明の一実施形態による、階段状のキャビティを有するＰＷＢアセンブリの製造における例示的な工程の段階を示す。
【図１５Ａ】本発明の一実施形態による、製造工程の種々の段階における階段状のキャビティを有する例示のＰＷＢアセンブリの断面図を示す。
【図１５Ｂ】本発明の一実施形態による、製造工程の種々の段階における階段状のキャビティを有する例示のＰＷＢアセンブリの断面図を示す。
【図１５Ｃ】本発明の一実施形態による、製造工程の種々の段階における階段状のキャビティを有する例示のＰＷＢアセンブリの断面図を示す。
【図１５Ｄ】本発明の一実施形態による、製造工程の種々の段階における階段状のキャビティを有する例示のＰＷＢアセンブリの断面図を示す。
【図１５Ｅ】本発明の一実施形態による、製造工程の種々の段階における階段状のキャビティを有する例示のＰＷＢアセンブリの断面図を示す。
【図１５Ｆ】本発明の一実施形態による、製造工程の種々の段階における階段状のキャビティを有する例示のＰＷＢアセンブリの断面図を示す。
【図１５Ｇ】本発明の一実施形態による、製造工程の種々の段階における階段状のキャビティを有する例示のＰＷＢアセンブリの断面図を示す。
【図１５Ｈ】本発明の一実施形態による、製造工程の種々の段階における階段状のキャビティを有する例示のＰＷＢアセンブリの断面図を示す。
【図１５Ｉ】本発明の一実施形態による、製造工程の種々の段階における階段状のキャビティを有する例示のＰＷＢアセンブリの断面図を示す。
【図１６】階段状のキャビティを有するＰＷＢを有するＬＥＤパッケージの製造における例示的な工程の段階を示す。
【図１７Ａ】本発明の一実施形態による、製造工程の種々の段階における例示的な多層ＬＥＤパッケージの断面図を示す。
【図１７Ｂ】本発明の一実施形態による、製造工程の種々の段階における例示的な多層ＬＥＤパッケージの断面図を示す。
【図１７Ｃ】本発明の一実施形態による、製造工程の種々の段階における例示的な多層ＬＥＤパッケージの断面図を示す。
【図１７Ｄ】本発明の一実施形態による、製造工程の種々の段階における例示的な多層ＬＥＤパッケージの断面図を示す。
【符号の説明】
【００９９】
１０  ＰＷＢ
２０  放熱板スタッド
３０  アセンブリ
４０  ＬＥＤダイス
５０  導電体
６０  ワイヤーボンド
７０  反射体
８０  封止剤
１００  光源パッケージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１５Ｆ】
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【図１５Ｇ】
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【図１５Ｈ】
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【図１５Ｉ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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