(57)【要約】  照明組立体は、第１の側に電気絶縁層を有しかつ第２の側に導電層を有する基板を含んでいる。複数のＬＥＤダイがこの基板に配列される。各ＬＥＤダイは、基板の第１の側の電気絶縁層を貫通して基板の第２の側の導電層に延びるビアの中に配列される。さらに、各ＬＥＤダイは、ビアを貫通して導電層に作動的に結合される。
2007513520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と複数のＬＥＤダイを含んで成る照明組立体であって、前記基板は、当該基板の第１の側にある電気絶縁層と当該基板の第２の側にある導電層を含み、各ＬＥＤダイが、前記基板の第１の側にある前記電気絶縁層を貫通して前記基板の第２の側の前記導電層に延びるビアの中に配置され、さらに、各ＬＥＤダイが、ビアを貫通して前記基板の第２の側の前記導電層に作動的に結合された複数のＬＥＤダイと、
を含む照明組立体。
【請求項２】
前記基板がフレキシブルである、請求項１に記載の照明組立体。
【請求項３】
前記基板の第１の側の電気絶縁層が、ポリイミド、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、光学的反射性の絶縁ポリマー、多層光学フィルム（ＭＯＦ）、ポリカーボネート、ポリスルホン、ＦＲ４エポキシ複合体、およびこれらの組み合わせを含む群から選択された材料を含む、請求項１に記載の照明組立体。
【請求項４】
前記電気絶縁材料を貫通して延びるビアが化学的にエッチングされたものである、請求項１に記載の照明組立体。
【請求項５】
前記電気絶縁材料を貫通して延びるビアがプラズマエッチングされたものである、請求項１に記載の照明組立体。
【請求項６】
前記電気絶縁材料を貫通して延びるビアがレーザー加工されたものである、請求項１に記載の照明組立体。
【請求項７】
前記基板の第２の側の導電層が、銅、ニッケル、金、アルミニウム、スズ、鉛、またはこれらの組み合わせを含む群から選択された材料を含む、請求項１に記載の照明組立体。
【請求項８】
前記基板の第２の側の導電層が熱伝導性の材料を含む、請求項１に記載の照明組立体。
【請求項９】
前記導電層が、パターン化されていて電気絶縁された複数の熱拡散要素を画定しており、各ＬＥＤダイが、関連する熱拡散要素に電気的かつ熱的に連結された、請求項１に記載の照明組立体。
【請求項１０】
前記基板の第２の側に隣接して配置される放熱組立体をさらに含む、請求項１に記載の照明組立体。
【請求項１１】
前記放熱組立体が、熱伝導性である材料の層によって前記基板の第２の側から分離されている、請求項１０に記載の照明組立体。
【請求項１２】
前記熱伝導性の材料が接着剤である、請求項１１に記載の照明組立体。
【請求項１３】
前記熱伝導性の接着材料が窒化ホウ素を添加したポリマー接着剤である、請求項１２に記載の照明組立体。
【請求項１４】
前記熱伝導性の材料が非接着性である、請求項１１に記載の照明組立体。
【請求項１５】
前記熱伝導性の非接着材料が銀粒子を添加したポリマーである、請求項１４に記載の照明組立体。
【請求項１６】
前記放熱組立体が熱伝導性の部材を含む、請求項１０に記載の照明組立体。
【請求項１７】
前記熱伝導性の部材が、金属およびポリマーを含む群から選択された材料を含む、請求項１６に記載の照明組立体。
【請求項１８】
第１面に電気絶縁層を有し、第２面に導電層を有する基板であって、複数の取り付け用ビアが前記電気絶縁層を貫通して前記導電層に延びる基板と、
前記複数の取り付け用ビアの中に配置され、かつ、前記取り付け用ビアを貫通して前記導電層に作動的に結合された複数の発光要素と、
を含む照明装置。
【請求項１９】
前記導電層が、パターン化されていて複数の熱拡散要素を画定している、請求項１８に記載の照明装置。
【請求項２０】
前記発光要素がＬＥＤダイである、請求項１８に記載の照明装置。
【請求項２１】
前記発光要素が、発光ダイオード、レーザーダイオードおよび超放射体を含む群から選択される、請求項１８に記載の照明装置。
【請求項２２】
前記複数の取り付け用ビアのそれぞれが単一の発光要素を受け入れる、請求項１８に記載の照明装置。
【請求項２３】
前記電気絶縁層を貫通して前記導電層に延びる複数のワイヤボンドビアであって、各ワイヤボンドビアが前記導電層の対応するワイヤボンド接続パッドを露出させているワイヤボンドビアをさらに含む、請求項１８に記載の照明装置。
【請求項２４】
前記発光要素および前記導電層に接触する熱伝導性の封入材をさらに含む、請求項１８に記載の照明装置。
【請求項２５】
前記基板がフレキシブルである、請求項１８に記載の照明装置。
【請求項２６】
電気絶縁材料の層と、
前記絶縁材料の層の底面に配置された熱伝導性かつ導電性の材料の層であって、この伝導性材料がパターン化されていて複数の隣接する熱拡散要素を形成している層と、
各々が前記絶縁材料を貫通して関連する熱拡散要素に延びる前記絶縁材料の複数のビアと、
前記複数のビアのそれぞれの中に１つずつ配置される発光要素であって、各発光要素が前記ビアに関連する前記熱拡散要素に熱的かつ電気的に連結された複数の発光要素と、
を含む照明装置。
【請求項２７】
各発光要素が、隣接する熱拡散要素の電気接続パッドにさらに電気的に連結された、請求項２６に記載の照明装置。
【請求項２８】
各発光要素が、隣接する熱拡散要素の前記電気接続パッドに電気的に連結された、請求項２７に記載の照明装置。
【請求項２９】
各発光要素が、隣接する熱拡散要素の前記電気接続パッドに、ワイヤボンドによって電気的に連結された、請求項２８に記載の照明装置。
【請求項３０】
各発光要素が、前記ビアの範囲内で、隣接する熱拡散要素の前記電気接続パッドに電気的に連結された、請求項２７に記載の照明装置。
【請求項３１】
前記電気絶縁材料の層がフレキシブルである、請求項２６に記載の照明装置。
【請求項３２】
前記熱伝導性かつ導電性の材料の層がフレキシブルである、請求項３１に記載の照明装置。
【請求項３３】
前記複数の熱拡散要素に熱的に連結された放熱組立体をさらに含む、請求項２６に記載の照明装置。
【請求項３４】
前記複数の熱拡散要素が、前記照明装置のＣＴＥが前記放熱組立体のＣＴＥによってほぼ決定されるように、低弾性率の材料によって空間的に絶縁される、請求項３３に記載の照明装置。
【請求項３５】
電気絶縁材料のフレキシブルな層と、
前記絶縁材料の第１面に配置された導電材料のフレキシブルな層であって、この伝導性材料がパターン化されていて複数の隣接する熱拡散要素を形成しており、各熱拡散要素が第１電気接続パッドおよび第２電気接続パッドを有するフレキシブルな層と、
前記絶縁材料を貫通して延びる複数の取り付け用ビアであって、各取り付け用ビアが、関連する熱拡散要素の前記第１電気接続パッドを露出させている複数の取り付け用ビアと、
を含むフレキシブル回路。
【請求項３６】
各取り付け用ビアが、関連する熱拡散要素の前記第２電気接続パッドをさらに露出させている、請求項３５に記載のフレキシブル回路。
【請求項３７】
前記絶縁材料を貫通して延びる複数の接続ビアであって、各接続ビアが、関連する熱拡散要素の前記第２電気接続パッドを露出させている複数の接続ビアをさらに含む、請求項３５に記載のフレキシブル回路。
【請求項３８】
前記絶縁材料が、少なくとも部分反射する多層光学フィルムを含む、請求項３５に記載のフレキシブル回路。
【請求項３９】
前記多層光学フィルムが、非平面の光導出構造体に成形された、請求項３８に記載のフレキシブル回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にはライティング組立体または照明組立体に関し、さらに詳しくは発光要素用のパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
照明システムはきわめて多様な用途に用いられる。従来の照明システムは、例えば白熱光または蛍光のような光源を使用してきたが、最近は、他の種類の発光要素、特にＬＥＤが照明システムに使用されるようになっている。ＬＥＤは、小型で、長寿命で、かつ電力消費が小さいという長所を有しており、これらの長所がＬＥＤを多様な用途に有用なものにしている。
【０００３】
ＬＥＤの光の強度が増大するにつれて、他の光源がＬＥＤに置き換えられる例がますます増大している。多くのライティング用途について、一般的には、要求される光の強度を供給するために複数のＬＥＤを使用する必要がある。複数のＬＥＤを、小さい寸法と、高い照度または放射照度とを備えたアレイに組み立てることができる。
【０００４】
アレイにおける個々のダイオードの実装密度を高めることによって、ＬＥＤアレイの光の強度の増大を達成することができる。実装密度の増大は、アレイにおけるダイオードの数をアレイの占拠空間の拡大なしに増大することによって、あるいは、アレイのダイオードの数を維持したままアレイの寸法を低減することによって、実現することができる。しかし、多数のＬＥＤを１つのアレイに密に集合実装することは、全体として効率的な熱伝導機構を備えていても生じる局所加熱によってＬＥＤの寿命が低減する可能性があるので、長期の信頼性に懸念を抱かせる。従って、ＬＥＤのアレイが発生する熱の消散が、ＬＥＤの実装密度の増大と共に一層重要になる。
【０００５】
従来のＬＥＤ取り付け技術は、米国特許出願公開第２００１／０００１２０７Ａ１号明細書に示されるようなパッケージを利用しているが、これは、ＬＥＤ接合部に発生する熱をＬＥＤから速やかに除去することができないので、デバイスの性能が制限される。さらに最近は、熱的に強化されたパッケージが利用できるようになっている。このようなパッケージには、ＬＥＤが、セラミックのような電気絶縁性であるが熱伝導性の基板上に取り付けられて結線されるもの、あるいは、熱伝導用サーマルビアのアレイを備えたもの（例えば、米国特許出願公開第２００３／０００１４８８Ａ１号明細書）、あるいは、熱伝導性かつ導電性の熱伝達媒体に接合されたダイを電気的に接触させるリードフレームを用いるもの（例えば、米国特許出願公開第２００２／０１１３２４４Ａ１号明細書）がある。
【０００６】
これら最近の対策方法はＬＥＤアレイの熱的特性を改善しているが、これらの方法にはいくつかの欠点がある。特に、基板がセラミックのような無機材料であれＦＲ４エポキシのような有機材料であれ、基板の熱伝導性が制限されており、発熱するＬＥＤから組立体の放熱部分への熱抵抗によってＬＥＤにおける最大エネルギー消散が制限されるので、アレイにおけるＬＥＤの密度に限界がある。
【０００７】
熱抵抗を減少するため、熱をＬＥＤから基板の反対側、次いで放熱組立体に伝達するサーマルビアを有機材料中に設けることが知られている。しかし、サーマルビアをメッキして閉じることは、メッキの化学物質をサーマルビアの中に閉じ込める可能性があるので不可能である。従って、ＬＥＤから基板背後への低い熱抵抗を実現するには比較的大きな直径のビアが必要である。この結果、サーマルビアの寸法がＬＥＤの最小ピッチを制限することになり、また、サーマルビアの直径が単一のビアによって伝達し得る熱の量を制限する。
【０００８】
さらに、有機基板および無機基板共に、材料に関係する熱膨張係数（ＣＴＥ）を有している。熱サイクルの間の材料の層間剥離の可能性を低減するために、組立体内の材料のＣＴＥを一致させることが好ましいので、他の構成要素の材料の選択が制限される。特に、セラミックのようなＣＴＥの低い材料の場合には、ポリマー材料のＣＴＥと一致させることは難しい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上の状況から、熱的な特性を改善したＬＥＤパッケージが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、熱的特性が改善された照明組立体を提供する。この組立体は、第１の側にある電気絶縁層と、第２の側にある導電層とを有する基板を含む。複数のＬＥＤがその基板上に配列される。各ＬＥＤは、基板の第１の側の電気絶縁層を貫通して基板の第２の側の導電層に延びるビアの中に配置され、ビアを貫通して導電層に作動的に結合されている。
【００１１】
１つの実施形態においては、基板はフレキシブルであり、基板の第２の側の導電層が熱伝導性である。この導電層は、パターン化されていて電気絶縁された複数の熱拡散要素を画定しており、各ＬＥＤは、関連する熱拡散要素に電気的かつ熱的に連結される。放熱組立体が、この熱拡散要素に隣接し、かつ熱伝導性であるが電気絶縁性の材料の層によってそれから分離して、配設される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、添付の図面を参照しながら好ましい実施形態について詳細に説明する。但し、添付の図面は好ましい実施形態の一部を構成するものであり、本発明を実施し得る特定の実施形態を例として示している。他の実施形態を利用することが可能であり、本発明の範囲から逸脱することなく構造的または論理的変更をなし得ることが理解されるべきである。従って、以下の詳細説明は限定的な意味に取られるべきではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲に規定されるとおりである。
【００１３】
ここで用いるＬＥＤダイは、少例を挙げれば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオードおよび超放射体（ｓｕｐｅｒ−ｒａｄｉａｔｏｒｓ）のような発光要素を含むが、それに限定されるわけではない。ＬＥＤダイは、一般的に、ダイオードに電力を供給する接点領域を備えた発光半導体物体として理解されている。
【００１４】
図１は、本発明による照明組立体２０の一部分の１つの実施形態を斜視図として示す。照明組立体２０は、アレイに配列された２次元形態のＬＥＤダイ２２を含んでいる。ＬＥＤダイ２２は、赤、緑、青、紫外線、または赤外線の各スペクトル域のような所望の波長を放射するように選択することができる。ＬＥＤダイ２２は、それぞれ同じスペクトル域において、あるいは交互に異なるスペクトル域において放射することができる。
【００１５】
ＬＥＤダイ２２は、基板３２のビア３０内に配置される。基板３２は、電気絶縁性の誘電体層３４から構成されるが、この誘電体層３４の面には、導電性かつ熱伝導性の材料のパターン化された層３６が配置装着される。ビア３０は、誘電体層３４を貫通してパターン化された伝導層３６に延びている。この伝導層３６において、ＬＥＤダイ２２は伝導層３６のボンドパッド（図示されていない）に作動的に結合される。基板３２の伝導層３６は、ヒートシンクまたは放熱組立体４０に隣接して配置され、熱伝導性材料の層４２によって放熱組立体４０から分離されている。放熱組立体４０が導電性であれば、層４２の材料は電気絶縁性である。
【００１６】
電気絶縁性の誘電体層３４は種々の適切な材料から構成することができる。この材料としては、例えば、ポリイミド、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、多層光学フィルム（米国特許第５，８８２，７７４号明細書および同第５，８０８，７９４号明細書に開示されているようなもの）、ポリカーボネート、ポリスルホン、またはＦＲ４エポキシ複合体が挙げられる。
【００１７】
電気的かつ熱的伝導層３６は種々の適切な材料から構成することができる。この材料としては、例えば、銅、ニッケル、金、アルミニウム、スズ、鉛、およびこれらの組み合わせが挙げられる。
【００１８】
本発明の好ましい１つの実施形態においては、基板３２がフレキシブルであり、変形可能である。ポリイミドの絶縁層および銅の伝導層を備えた１つの適切なフレキシブル基板３２は、スリーエム社（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ：米国ミネソタ州セントポール市）から販売されているスリーエム（３Ｍ：登録商標）フレキシブル回路部品（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）である。
【００１９】
放熱組立体４０は、例えば、普通ヒートシンクと呼称される放熱デバイス、すなわち、アルミニウムまたは銅のような熱伝導性金属製、あるいは炭素充填ポリマーのような熱伝導性ポリマー製の放熱デバイスとすることができる。層４２の材料は、例えば、窒化ホウ素添加ポリマーのような熱伝導性の接着材料、あるいは、銀充填コンパウンドのような熱伝導性の非接着材料である。前者の例としては、スリーエム社から販売されているスリーエム（３Ｍ）２８１０が利用可能であり、後者の例としては、アークティックシルバー社（Ａｒｃｔｉｃ  Ｓｉｌｖｅｒ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ：米国カリフォルニア州ビサリア市）からアークティックシルバー５（Ａｒｃｔｉｃ  Ｓｉｌｖｅｒ  ５）として販売されているものが利用できる。好ましい実施形態においては、放熱組立体４０は、できる限り熱抵抗率が小さいものが好ましく、１．０Ｃ／Ｗより低いのが望ましい。別の実施形態においては、放熱組立体４０は０．５〜４．０Ｃ／Ｗの範囲の熱抵抗率を有する。層４２の材料は０．２〜１０Ｗ／ｍ−Ｋの範囲の熱伝導率、好ましくは少なくとも１Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有する。
【００２０】
図１の照明組立体２０においては、表現されているＬＥＤダイ２２は、ＬＥＤダイのベースに１つの電気接点を有し、ＬＥＤダイの反対側の表面（上面）にもう１つの電気接点を有するタイプである。各ＬＥＤダイ２２のベース上の接点は、ビア３０の底面においてボンドパッド４６ａに電気的かつ熱的に結合される。一方、各ＬＥＤダイ２２の上面の接点は、ＬＥＤダイ２２からビア４４の底面におけるボンドパッド４６ｂに延びるワイヤボンド３８によって、伝導層３６に電気接続される。ビア３０の場合と同様に、ビア４４も絶縁層３２を貫通して伝導層３６に延びている。製造法および使用材料に応じて、ビア３０、４４は、化学的エッチング、プラズマエッチング、あるいはレーザー加工で絶縁層３２を貫通させることができる。ビア３０は、組立中、ＬＥＤダイ２２をセットするための便利なアライメント点となる利点を提供する。
【００２１】
図１の伝導層３６のパターンは図２によく見ることができる。伝導層３６はパターン化されて、電気的に絶縁された複数の熱拡散要素５０を構成する。各熱拡散要素５０は、関連するビア３０、４４を通して、関連するＬＥＤダイ２２に電気的かつ熱的に連結されるように位置決めされている。例えば、ダイオードのベースに１つの電気接点を有し、ダイオードの上面にもう１つの電気接点を有する図１のＬＥＤダイに対しては、ビア３０および４４の位置が図２に破線で示されている。ボンドパッド４６ａ、４６ｂは、ＬＥＤダイ２２を、特定の用途の要件に基づいて、電力リード線４８ａ、４８ｂ間に直列に電気接続するように、パターン化された伝導層３６の範囲内に配置することができる。
【００２２】
図２に詳しく見られるように、ＬＥＤダイ２２を電気的に接続する狭い導電結線トレースのみを設けるパターン化伝導層３６の代わりに、１つの好ましい実施形態においては、伝導層３６を、熱拡散要素５０の電気的絶縁に必要なだけの導電材料を除去するようにパターン化して、ＬＥＤダイ２２が発生する熱の熱拡散体として作用させるために可能な限り多くの伝導層３６を残す。また別の実施形態においては、熱拡散要素５０を形成する際に、層３６のさらに付加的な部分を除去することができるが、この場合は、ＬＥＤダイからの熱を導く熱拡散要素５０の能力が対応して低下する。以上の結果、各ＬＥＤダイ２２は、層３６の熱伝導性材料の比較的大きな面積と直接接触することになる。このため、層３６の各熱拡散要素５０は、各ＬＥＤダイ２２当たりの熱拡散要素５０の寸法が大きいので、ＬＥＤダイ２２からの熱を効率的に伝達することができる。伝導層３６と放熱組立体４０との間の層４２に、熱伝導性で電気絶縁性の材料を使用すると、単にＬＥＤダイ２２のピッチ（従って、ＬＥＤダイ２２当たりの熱拡散要素５０の寸法）を調整するだけで、任意に低い熱抵抗の組立体を得ることができる。
【００２３】
熱拡散要素５０のピッチは少なくともＬＥＤダイの寸法（典型的にはおよそ０．３ｍｍ程度）であるが、特殊な用途の要件に応じてそのピッチに実際上の上限はない。１つの実施形態においては、熱拡散要素のピッチは２．５ｍｍである。
【００２４】
図２においては、熱拡散要素５０を一般的な正方形の形で示しているが、熱拡散要素５０は長方形、三角形、あるいは他の任意の形状であってもよい。熱拡散要素５０は基板３２の表面を効率的に重なり合うことなく覆うような形状であることが望ましい。
【００２５】
図３Ａは図２の線３−３に沿った断面の拡大図である。ＬＥＤダイ２２は、ビア３０内に配置され、伝導層３６のボンディングパッド４６ａに電気的かつ熱的に結合される。この結合は、等方性の導電接着剤（例えば、メテック社（Ｍｅｔｅｃｈ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ：米国ペンシルバニア州エルバーソン市）から販売されているメテック（Ｍｅｔｅｃｈ）６１４４Ｓ）あるいは非等方性の導電接着剤あるいはハンダのいずれかの層６０によって行われる。通常、ハンダの熱抵抗は接着剤よりも低いが、すべてのＬＥＤダイが、ハンダ可能な金属化ベースを備えているわけではない。ハンダ接合は、また、加工中、溶融ハンダの表面張力によるＬＥＤダイ２２の自己アライメントという長所をも有している。しかし、いくつかのＬＥＤダイ２２は、ハンダのリフロー温度には敏感である場合があり、この場合は接着剤の方が好ましい。
【００２６】
１つの実施形態においては、ＬＥＤダイ２２の呼称高さは２５０マイクロメータであり、絶縁層３４の厚さは２５〜５０マイクロメータの範囲である。伝導層３６の厚さは、１７〜３４マイクロメータの範囲であるが、ＬＥＤダイ２２の電力の必要度に基づいて、この範囲からさらに多少変化させることができる。ボンドパッド４６ｂにおける良好なワイヤボンディングを容易にするため、伝導層３６はニッケルおよび金の表面金属化を含むことができる。ビア３０および４４は、傾斜側壁面４９を有するものとして表現されているが、これは、化学エッチングされたビアに典型的なものである。しかし、プラズマエッチングまたはレーザー加工されたビアは、ほぼ垂直の側壁４９を備える場合がある。
【００２７】
いくつかの用途では、ＬＥＤダイ２２が反射器（図示されていない）に対して位置決めされる場合のように、ＬＥＤダイ２２の垂直方向の位置が重要である。このような場合には、図３Ｂに示すように、ＬＥＤダイ２２の高さを調整するために、ビア３０内に金属５２を電気メッキすることができる。電気メッキされた金属５２は、ハンダのメッキ層を含むか、あるいはハンダのメッキ層から構成することが可能であり、それによって、通常のハンダペーストの塗布法に比べて、正確に制御されたハンダ厚さが実現される。
【００２８】
図３Ｃは、図１〜３Ｂのワイヤボンディングされた実施形態のようにダイオードの反対側に両電気接点を有するタイプではなく、ＬＥＤダイの同じ側に２つの電気接点パッド５３を有するワイヤボンディングされたＬＥＤダイ２２’の拡大断面図である。光は接点パッド５３を含むダイオード２２’の同じ側から放射される。伝導層３６は、図２の場合と同様にパターン化され、ボンドパッド４３ａはビア４４’の底部に移されている。ＬＥＤダイ２２’はビア３０内に配置され、熱伝導性の接着剤またはハンダの層６０’によって伝導層３６に熱的に結合される。層６０’は、用途およびＬＥＤダイ２２’の種類に応じて、導電性であるか、あるいは電気絶縁性である。
【００２９】
本発明による照明組立体のもう１つの実施形態を図４および５に示す。図４および５の実施形態は、図１〜３Ｂのワイヤボンディングされた実施形態のようにダイオードの反対側に両電気接点を有するタイプではなく、ＬＥＤダイの同じ側に２つの電気接点パッド５３を有するＬＥＤダイ２２”を用いるように意図されている。光は接点パッド５３とは反対側のダイオード２２”の側から放射される。図４に詳しく見られるように、伝導層３６はパターン化されて、熱拡散要素５０およびボンドパッド５４ａ、５４ｂを構成する。２つの電気接点パッド５３がＬＥＤダイ２２”の同じ側にあるので、電気的に分離されたボンドパッド５４ａ、５４ｂを包囲する単一のビア３０を用いることができる。ビア３０の位置は図４において破線で示され、電気ボンドパッド５４ａ、５４ｂを包囲している状況を見ることができる。
【００３０】
図５は図４の線５−５に沿った断面の拡大図である。ＬＥＤダイ２２”は、ビア３０内に配置され、伝導層３６のボンドパッド５４ａ、５４ｂに電気的かつ熱的に結合される。図１〜３Ｂのワイヤボンディングによる方法の場合と同様に、導電性接着剤、非等方性の導電性接着剤、またはハンダのリフローが、ＬＥＤダイ２２”を伝導層３６に接合するために使用し得る接合方法の中の一部である。図１〜３Ｂのワイヤボンディングされた実施形態の場合と同様に、フリップチップ型の実施形態は、ＬＥＤダイ２２”のベースに接合された比較的大きな熱拡散要素５０によって熱の伝達を改善しながら、ＬＥＤダイアレイの２次元結線を可能にする。フリップチップ型の実施形態の１つの利点は、ワイヤボンディングによる方法がワイヤボンドを形成するためにかなりの高さ（１００マイクロメータ）を必要とするのに対して、カンチレバー化されたボンドパッド５４ａ、５４ｂが平坦なままであるという点にある。さらに、フリップチップ型の形態の場合、脆弱なワイヤボンドを取り除くことによって頑丈さが付加される。
【００３１】
本発明による照明組立体のもう１つの実施形態を図６および７に示す。図６および７の実施形態は、いわゆる２金属基板３２’を用いており、図１〜３Ｂの実施形態の場合と同様に、ダイオードの反対側に電気接点パッドを有するワイヤボンディングされたＬＥＤダイ２２を用いるように意図されている。図７に詳しく示されているように、絶縁層３４は、その上面に第２の伝導層３６’を含む。ＬＥＤダイ２２はビア３０内に配置され、伝導層３６および３６’のそれぞれのボンドパッド５６ａ、５６ｂに電気的かつ熱的に結合される。ビア４４には、層３６’のボンドパッド５６ｂと層３６との間の電気接続を確立するために、金属のような導電材料を充填する。図１〜３Ｂのワイヤボンディングによる方法の場合と同様に、導電性接着剤、非等方性の導電性接着剤、またはハンダのリフローが、ＬＥＤダイ２２を導電基板３６に接合するために使用し得る接合方法の中の一部である。
【００３２】
照明組立体２０のもう１つの実施形態を図８および９に示す。図８および９の実施形態においては、ビア３０および４４以外の範囲において伝導層３６を露出させるために、絶縁層３４の一部分が除去されている。続いて、熱伝導性の封入材７０（１Ｗ／ｍ−Ｋより高い熱伝導率を有するものが望ましい）を、ＬＥＤダイと伝導層３６の露出された部分とに接触するように被覆し、ＬＥＤダイ２２から伝導層３６への追加的な熱流路を形成させる。除去する電気絶縁層３４の形状および範囲は、製造上の信頼度の問題によって決定される。図８および９の実施形態は、透明な熱伝導性封入材を用いると、側面から光を放射するＬＥＤダイについても特に有用である。透明な熱伝導性封入材は、また、ＬＥＤダイ上または周囲の蛍光体層（色変換用）を、ＬＥＤダイの光出力を劣化させることなく封入するのにも有用である。絶縁層３４の除去と、熱伝導性封入材７０の使用とは、図４および５に示すようなフリップチップ型の実施形態に対しても当然有用である。
【００３３】
以上述べた各実施形態において、金属被膜ポリマーまたは多層光学フィルム（ＭＯＦ）のような反射材料または波長選択材料を、従来のフレキシブル回路構成技法を用いて形成されるパターン化電気トレースを備えた絶縁性フレキシブル基板として使用することができる。１つの実施形態においては、図６および７の２金属基板３２’の層３６’がクロムまたは銀のような反射材料であり、反射器並びに導電性の回路ルーティング層として（あるいは導電性回路ルーティング層の代わりの反射器として）作用する。代替的に、適切なビアを有する反射層を絶縁基板に積層することができる。ＬＥＤが多数の異なる用途に使用されつつあるのと全く同様に、ＬＥＤダイをパッケージ化するために光制御フレキシブル回路構成部品を用いることも多様な用途において有用である。
【００３４】
現在、硬質の回路基板上で使用し得る非常に多様なＬＥＤダイアレイが存在している。これらのアレイは、交通信号灯、建築照明、投光器、電灯設備の改造、その他多くの用途に使用することができる。現在利用可能な形態においては、ＬＥＤダイは非反射性の回路基板に取り付けられる。回路基板に当たるＬＥＤからの光は、光の吸収や散乱のために全く利用されない。ＬＥＤダイを反射性のフレキシブル回路に取り付けることによって、光の利用が改善される。また、この場合、基板のフレキシブルな特性によって、アレイを、例えば光を集中させあるいは導く放物線形状のような照明設備の本体に合致させて取り付けることができる。
【００３５】
以上に述べた実施形態において、絶縁層３４用として、多層光学フィルムのような反射性表面の材料を使用すると、接合されたＬＥＤダイから反射される光は、焦点合わせ要素の方に向かって反射される高い確率を有する。図１０Ａ〜１０Ｃに表現されるように、ＬＥＤダイ２２を、平面のＭＯＦ基板に、上記に説明したいずれかの方法で取り付けることができる（図１０Ａ）。続いて、ＬＥＤダイ２２を取り囲む多層光学フィルム８０を折り曲げて、ＬＥＤダイ２２の周りに反射集光器８２を形成させる。反射集光器８２の側面図および平面図が、それぞれ図１０Ｂおよび１０Ｃに示されている。図１１Ａ〜１１Ｃに表現されるように、接合されたＬＥＤダイ２２を備える平坦なＭＯＦ基板８０（図１１Ａ）を筒型の要素８４に巻いて、明るい光源として用いることができる。筒型要素８４の側面図および平面図が、それぞれ図１１Ｂおよび１１Ｃに示されている。
【００３６】
以上に説明したＬＥＤダイ用の種々のパッケージは多くの利点を提供する。基本的な利点は、ＬＥＤダイから、基板３２の伝導層３６への、さらに続いて放熱組立体４０への優れた熱伝達特性である。
【００３７】
以上述べたパッケージの付加的な利点は基板材料のＣＴＥが低い点である。絶縁層３４および不連続の導電性熱拡散層３６の上に装着され、次いで放熱組立体４０に接着接合されたＬＥＤダイアレイのＣＴＥは、放熱組立体４０のＣＴＥによってほぼ決定されるであろう。これによって、デバイスの温度サイクル中の異なる層の層間剥離の可能性が低減する。
【００３８】
以上、好ましい実施形態を説明するために特定の実施形態を図解し、説明したが、当業者は、同じ目的を実現するように考えられた代替的および／または等価のきわめて多様な実施形態を、本発明の範囲から逸脱することなく、例示し説明した特定の実施形態に置き換え得ることを認めるであろう。化学、機械、電気機械、および電気の各分野の当業者であれば、本発明がきわめて多様な実施形態において実施し得るものであることを容易に評価するであろう。本出願は、上述した好ましい実施形態のいかなる応用または変形態をも包含するように意図されている。従って、本発明は、特許請求の範囲とその等価物とによってのみ限定されることが明白に意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による照明組立体の実施形態を斜視図として概略的に示す。
【図２】図１の組立体に用いられる基板の平面図を概略的に示す。
【図３Ａ】図２の線３−３に沿った断面図を概略的に示す。
【図３Ｂ】本発明による照明組立体の別の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図３Ｃ】本発明による照明組立体のさらに別の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図４】フリップチップ型のＬＥＤを使用する基板の平面図を概略的に示す。
【図５】図４の線５−５に沿った断面図を概略的に示す。
【図６】ワイヤボンディングされたＬＥＤを使用する基板の別の実施形態の平面図を概略的に示す。
【図７】図６の線７−７に沿った断面図を概略的に示す。
【図８】本発明による照明組立体を使用する基板の別の実施形態の平面図を概略的に示す。
【図９】図８の線９−９に沿った断面図を概略的に示す。
【図１０Ａ】多層光学フィルムを用いる照明組立体の１つの実施形態を概略的に示す。
【図１０Ｂ】多層光学フィルムを用いる照明組立体の１つの実施形態を概略的に示す。
【図１０Ｃ】多層光学フィルムを用いる照明組立体の１つの実施形態を概略的に示す。
【図１１Ａ】本発明による成形された照明組立体の１つの実施形態を概略的に示す。
【図１１Ｂ】本発明による成形された照明組立体の１つの実施形態を概略的に示す。
【図１１Ｃ】本発明による成形された照明組立体の１つの実施形態を概略的に示す。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【国際調査報告】
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