(57)【要約】  発光ダイオードのパッケージ構造は、内部空洞（２１）と、２つの開口端が設けられる金属シェル（２）と、取付平面（４１）を有する二相流熱伝導装置（４）とを含む。金属シェル（２）の第１開口端にレンズ（３）が設置され、少なくとも１つの発光ダイオードチップ（１）は金属シェル（２）の内部空洞（２１）内に位置し、二相流熱伝導装置（４）の取付平面（４１）上に設置される。発光ダイオードチップ（１）は外部電気接続装置（５）と接続し、このうち二相流熱伝導装置（４）、外部電気接続装置（５）、および発光ダイオードチップ（１）は、固定台（６）によって一緒に固定される。二相流熱伝導装置を採用するため、発光ダイオードのパッケージ構造は、長時間の連続動作に対応することができ、さらに、長い使用寿命および高い発光効率を有する。【選択図】図１
2013516076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードチップ（１）を含む、発光ダイオードのパッケージ構造であって、
内部空洞（２１）を有し、２つの開口端が設けられる金属シェル（２）と、
金属シェル（２）の第１開口端に設置されるレンズ（３）と、
金属シェル（２）の第２開口端と接続し、取付平面（４１）を有する二相流熱伝導装置（４）と、
金属シェル（２）の内部空洞（２１）内に位置し、二相流熱伝導装置（４）の取付平面（４１）上に設置される、少なくとも１つの発光ダイオードチップ（１）と、
発光ダイオードチップ（１）および外部の電気回路を接続する、対外電性接続装置（５）と、
二相流熱伝導装置（４）、対外電性接続装置（５）および発光ダイオードチップ（１）を一緒に固定する固定台（６）と、
をさらに含む、パッケージ構造。
【請求項２】
前記レンズ（３）がフレネルレンズである、請求項１に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
【請求項３】
前記金属シェル（２）の内部空洞（２１）が平滑表面を有し、その形状が碗状または円錐状である、請求項１に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
【請求項４】
前記二相流熱伝導装置（４）がヒートカラムであり、該ヒートカラムの上平面が、発光ダイオードチップ（１）を設置する取付平面（４１）である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
【請求項５】
前記二相流伝導装置（４）の取付平面（４１）から離れた方向に、少なくとも１つのヒートシンク（４２）が設けられる、請求項４に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
【請求項６】
前記二相流熱伝導装置（４）が、屈曲および／または平坦なヒートパイプであり、その取付平面（４１）がヒートパイプの中部に位置する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
【請求項７】
前記二相流熱伝導装置（４）の両側に、それぞれ少なくとも１つのヒートシンク（４２）が設けられる、請求項６に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
【請求項８】
前記二相流熱伝導装置（４）が、少なくとも１つの凸平面を有するベイパーチャンバーであり、前記凸平面が、発光ダイオードチップ（１）を設置する取付平面（４１）である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
【請求項９】
前記二相流熱伝導装置（４）がヒートパイプであり、その上方の平らな端面が発光ダイオードチップ（１）を設置する取付平面（４１）であり、ヒートパイプに追加のヒートパイプ（４４）を取り付けるらせん状のくぼみ（４３）が設けられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
【請求項１０】
前記対外電性接続装置（５）の末端が、前記固定台（６）を突き抜けて外部電極を形成する、請求項１に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パッケージモジュールに関し、特に発光ダイオードのパッケージ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
公知の発光ダイオードは、省電力省エネルギー、高集積度の特性を有しており、現在、すでに各種照明分野で広く使用されている。発光ダイオードを使用するとき、放散される熱量は比較的大きい。さらに科学技術の発展に伴って、高輝度照明のニーズに対応するため、発光ダイオードチップのパワーおよび配置密度が次第に高くなっている。このようにして、発光ダイオードチップの熱量蓄積が高いという問題が生じる。発光ダイオードチップの動作時に生じる熱量を、効果的に排出することができない場合、これらの熱量は発光ダイオードチップの発光性能に重大な影響を与えることがある。したがって、業界の発光ダイオードパッケージの放熱に対する要求は高い。現在、公知の発光ダイオードパッケージ構造は、通常、プリント回路上に取り付けられ、プリント回路板を通し、熱量を放熱器に伝達する方式を採用して放熱が行われる。このような構造では、その放熱の効果はあまり良好ではなく、最終的に発光ダイオードチップの損傷を引き起こし、使用寿命が短くなる恐れが生じる。
【０００３】
発光ダイオードチップから発せられる光線は、点光源であり、輝度が不均一である特徴を有するため、光線の収束および発光効率の向上に着手し、その欠点を改善する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の問題に対して、本発明の目的は、発光ダイオードのパッケージ構造を提供することにある。これは、発光ダイオードチップから生じる熱を迅速かつ効果的に排出し、さらに発光効率を効果的に高め、使用寿命を保証する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明において、その技術的問題に対して採用された技術案は、以下のとおりである。
【０００６】
発光ダイオードのパッケージ構造は、内部空洞を有し、２つの開口端が設けられる金属シェル、および取付平面を有する二相流熱伝導装置（ｔｗｏ−ｐｈａｓｅ−ｆｌｏｗ  ｈｅａｔ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｄｅｖｉｃｅ）を含む。金属シェルの第１開口端にはレンズが設置される。少なくとも１つの発光ダイオードチップは、金属シェルの内部空洞内に位置し、二相流熱伝導装置の取付平面上に設置される。発光ダイオードチップは、対外電性接続装置と電気的に接続し、このうち、二相流熱伝導装置、対外電性接続装置および発光ダイオードチップは、固定台によって一緒に固定される。
【０００７】
上記案のさらなる改善として、前記レンズは、フレネルレンズである。
【０００８】
上記案のさらなる改善として、前記二相流熱伝導装置はヒートカラム（ｈｅａｔ  ｃｏｌｕｍｎ）であり、該ヒートカラムの上平面は、発光ダイオードチップを設置する取付平面である。
【０００９】
このうち、前記二相流熱伝導装置の取付平面から離れた方向に、少なくとも１つのヒートシンクが設けられる。
【００１０】
上記案のさらなる改善として、前記二相流熱伝導装置は、屈曲および／または平坦なヒートパイプ（ｈｅａｔ  ｐｉｐｅ）であり、その取付平面はヒートパイプの中部に位置する。
【００１１】
このうち、前記二相流熱伝導装置の両側に、それぞれ少なくとも１つのヒートシンクが設けられる。
【００１２】
上記技術案のさらなる改善として、前記二相流熱伝導装置は、少なくとも１つの凸平面を有するベイパーチャンバー（ｖａｐｏｒ  ｃｈａｍｂｅｒ）である。前記凸平面は、発光ダイオードチップを設置する取付平面である。
【００１３】
上記技術案のさらなる改善として、前記二相流熱伝導装置はヒートパイプである。その上方の平滑端面は、発光ダイオードチップを設置する取付平面である。ヒートパイプに、追加のヒートパイプを取り付けるためのらせん状のくぼみが設けられる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の有益な効果は次の通りである。本発明は、二相流熱伝導装置を含む発光ダイオードパッケージ構造を採用し、二相流熱伝導装置の優れた熱交換性能を通して、発光ダイオードチップの動作時に生じる熱量を、二相流熱伝導装置からパッケージ構造外に、迅速、効果的に発散することができる。したがって、良好な作業効果および使用寿命を達成する。本発明は、フレネルレンズを採用して照射ウィンドウとし、金属シェル内部の発光ダイオードチップから発せられる点光源を屈折照射させ、集光および発光効率を高める効果を達成する。フレネルレンズ全体は偏平状であるため、金属シェルと組み立てるとき、占有空間は小さく、組立はさらに容易であり、金属シェル内部の発光ダイオードチップの位置を、開口部にさらに近づけて設置することができる。光源を十分に取り入れ、チップから生じる熱量はレンズに影響を及ぼすことがなく、より長時間の動作における使用性能を保証した。本発明で採用した二相流熱伝導装置は、ヒートパイプ、ヒートカラムまたはベイパーチャンバーである。これらは、真空環境下で冷却媒体の高速熱伝導原理を採用して放熱を行う。さらに、異なる形状を採用することも、ヒートシンクまたは追加のヒートパイプを増設して放熱面積を増やすこともでき、さらに良好な放熱効果を達成する。本発明のパッケージ構造の発光ダイオードを採用すると、その動作時の熱量を速やかに排出することができる。長時間連続した動作にも対応することができ、その上、長い使用寿命を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
以下に図および具体的実施例を組み合わせて、本発明についてさらに説明を行う。
【図１】図１は、本発明の発光ダイオードのパッケージ構造における、実施例１の構造概要図である。
【図２】図２は、本発明の発光ダイオードのパッケージ構造における、実施例２の構造概要図である。
【図３】図３は、本発明の発光ダイオードのパッケージ構造における、実施例３の構造概要図である。
【図４】図４は、本発明の発光ダイオードのパッケージ構造における、実施例４の構造概要図である。
【図５】図５は、本発明の発光ダイオードのパッケージ構造における、実施例４の全体組立構造の概要図である。
【図６】図６は、本発明の好ましい実施方式において採用した、フレネルレンズの構造概要図である。
【図７】図７は、本発明の好ましい実施方式における、フレネルレンズの側面断面図である。
【図８】図８は、フレネルレンズの光線経路の概要図である。
【図９】図９は、本発明の使用効果の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１、図２、図３、図４、図５および図９を参照されたい。これらは、本発明の発光ダイオードのパッケージ構造である。主に以下の構造で構成される。
【００１７】
金属シェル２は、内部空洞２１を有し、２つの開口が設けられる。内部空洞２１は内部の素子、例えば発光ダイオードチップ１を収容する。これらの素子は、金属シェル２の底部から内部空洞２１内に取り付けられる。
【００１８】
レンズ３は、金属シェル２の第１開口端に設置される。レンズ３は、発光ダイオードチップ１から発せられる光線を集めて、光線にさらに良好な効果を発揮させる。
【００１９】
取付平面４１を有する二相流熱伝導装置４は、金属シェル２の第２開口端と連結する。本発明で採用した二相流熱伝導装置４は、二相物質で構成されるフローシステムであり、通常使用される相状態は、気液系、液液系、液固系、気固系に分けられる。例えば、本発明で採用した装置の典型的な構造は、高度に真空である密閉空間を１つ含む。該密閉空間は、媒質の相状態の転換に有利であり、一般に液体である。例えば密閉空間に少量の作動流体、例えば水、エタノール、アンモニア水、またはその混合物を充填して、二相流伝導の媒質とし、さらに該密閉空間の内壁に一連の毛細管構造を形成しているため、液体媒質を伝送できる。動作時は、作動流体の二相変化の潜熱を利用する。該二相流熱伝導装置は、一端で受けた熱を迅速かつ大量に別の一端に伝導し、熱交換の効果を達成する。本発明の以下に記載する実施例において、二相流熱伝導装置は典型的なヒートパイプ、ヒートカラムまたはベイパーチャンバーの構造形式を採用して実現される。
【００２０】
少なくとも１つの発光ダイオードチップ１は、金属シェル２の内部空洞２１内に位置し、二相流熱伝導装置４の取付平面上に設置される。通常、溶接方式を採用して固定される。
【００２１】
対外電性接続装置５は、発光ダイオードチップ１および外部の電気回路を接続する。一般に、少なくとも１つの該対外電性接続装置５を有し、少なくとも１つの発光ダイオードチップ１と電気的に接続される。例えば、よく見られる構造は、金属導線または金属コンタクトが採用される。
【００２２】
固定台６は、二相流熱伝導装置４、対外電性接続装置５および発光ダイオードチップ１を一緒に固定する。
【００２３】
本発明で記載したレンズ３および金属シェル２は、業界で標準的な構造を採用した。しかしながら、本発明の好ましい実施方式として、前記レンズ３はフレネルレンズであり、その構造は図６および図７で参照できる。フレネルレンズの構造は、一面が平面で、別の一面に大きさが異なる同心円の筋が設けられる。この筋は、光の干渉および回り込みを利用し、相対感度および受容角度の要求に基づき設計され、集束作用を発揮することができる。この特性は、集光効果に優れ、さらに発光効率を高めることができると同時に、構造が簡単で体積が小さく、空間材料などを節約する効果も兼ね備える。図８に示すのは、点光源７の光線がフレネルレンズを通過して屈折した後の効果であり、このことから、発光ダイオードチップが発する点光源について、フレネルレンズによる屈折の後、比較的平均した、かつ集中した光線を照射することができることがわかる。反対に、平行の光源の光線がフレネルレンズを通過する場合、屈折後、光線を集束することができる。したがって、フレネルレンズは、本発明のパッケージ構造に応用され、比較的優れた使用効果を得ることができる。フレネルレンズ全体は偏平状であるため、金属シェル２と組み立てるとき、占有空間が小さく、組立をさらに容易にする。また金属シェル２内部の発光ダイオードチップ１の位置をさらに開口に接近させて設置することができる。したがって、光源を十分に利用し、発光ダイオードチップ１から生じる熱量が、距離が近いためにレンズ３に影響を及ぼすということがなく、さらに長い時間の動作での使用性能を保証した。その実際の使用を図９に示す。本発明のパッケージ構造に実際に応用するとき、該レンズ３の背面に蛍光体材料（図示せず）を塗布しなければならず、さらに発光ダイオードチップに面してパッケージングされる。
【００２４】
さらに、好ましい方式として、前記金属シェル２の内部空洞２１は平滑表面を有し、その形状は碗状または円錐状を呈する。発光ダイオードチップ１の点光源から発せられる光線が屈折して、レンズ３まで達し、それを集束して発光効率を高める。このように、全体設計は最も優れた効果を達成することができる。
【００２５】
前述したように、本発明の二相流熱伝導装置４は、典型的に高度に真空である密閉空間を含む。さらにその内壁に毛細管構造が形成され、この密閉空間内に必要な作動流体が充填される。以下に複数の異なる実施例を挙げて参考とする。
【００２６】
（実施例）
図１に示すのは、本発明の実施例１である。このうち、前記二相流熱伝導装置４はヒートカラムであり、固定台６は金属シェル２の下方に設置される。二相流熱伝導装置４は、固定台６の中部に位置し、下方から延伸および突出して放熱部を形成する。該ヒートカラムの内部は真空であり、作動液および毛細管構造が設けられ、熱伝導を行う。その上平面は、発光ダイオードチップ１を設置する取付平面４１であり、取付平面４１から離れた方向にヒートシンク４２が設けられる。ヒートシンク４２を複数設置してもよく、放熱面積が増加するため、放熱効果の向上に役立つ。
【００２７】
図２に示すのは、本発明の実施例２である。このうち、前記二相流熱伝導装置４は屈曲および／または平坦にして製造されたヒートパイプである。ヒートパイプ内部は二相流伝導の構造であり、さらにその取付平面４１はヒートパイプの中部に位置し、このようにして両端は放熱部となる。固定台６は金属シェル２の下方に設置される。二相流熱伝導装置４はそこに位置し、両方から延伸および突出して両側の放熱部が形成される。その中部に取り付けられた発光ダイオードチップ１の動作時に生じる熱量は、両側から同時に伝達でき、熱交換効率が向上する。さらに、該二相流熱伝導装置４の両側にそれぞれヒートシンク４２が設けられる。ヒートシンク４２を複数設置してもよく、放熱面積が増加するため、熱伝導効果の向上に役立つ。
【００２８】
図３に示すのは、本発明の実施例３である。このうち、前記二相流熱伝導装置４は、少なくとも１つの凸平面を有するベイパーチャンバーである。ベイパーチャンバーも内部が真空であり、作動液が注入される。このうち凸平面は、発光ダイオードチップ１を設置する取付平面４１である。固定台６は二相流熱伝導装置４の上方に設置され、取付平面４１は、固定台６の間に位置する。ベイパーチャンバーの放熱面積は比較的大きく、したがって、追加のヒートシンクを増やさなくてもよい。
【００２９】
図４に示すのは、本発明の実施例４である。このうち、二相流熱伝導装置４はヒートパイプであり、ヒートパイプの内部は典型的な二相流伝導の構造である。固定台６の上方に各種の素子が固定され、中部に二相流熱伝導装置４を提供し、外に延伸および突出する。二相流熱伝導装置４の上方の平滑端面は、発光ダイオードチップ１を設置する取付平面４１である。このほか、放熱効果を向上させるため、ヒートパイプにらせん状のくぼみ４３が設けられる。該くぼみ４３は、形状が互いに適合する追加のヒートパイプ４４を固定することができる。これは、最終的には１つに組み立てられる構造で、図５に示す通りである。
【００３０】
このほか、実際の運用において、電気接続を便利にするため、対外電性接続装置５の末端は、前記固定台６を突き抜けて外部電極を形成する。このようにして、外部の電気回路と直接接続される。
【００３１】
当然、上述の内容は本発明について、比較的優れた実施例を参照して行った説明および模範に過ぎない。ただ、本発明から逸脱しない精神および範疇において、当業者が、依然として多くの変化および修正を行うことを理解すべきである。したがって、本発明は開示した実施例に制限されず、添付する特許請求の範囲の記載を基準とする。つまり、本発明で出願する特許範囲から逸脱しない均等変化および修飾は、すべて本発明の包含する範囲に属するべきである。
【図１】
2013516076.tif 000003
【図２】
2013516076.tif 000004
【図３】
2013516076.tif 000005
【図４】
2013516076.tif 000006
【図５】
2013516076.tif 000007
【図６】
2013516076.tif 000008
【図７】
2013516076.tif 000009
【図８】
2013516076.tif 000010
【図９】
2013516076.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成24年8月30日(2012.8.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードチップ（１）を含む、発光ダイオードのパッケージ構造であって、
内部空洞（２１）を有し、２つの開口端が設けられる金属シェル（２）と、
金属シェル（２）の第１開口端に設置されるレンズ（３）と、
金属シェル（２）の第２開口端と接続され、取付平面（４１）を有するヒートパイプ（４）と、
を含み、
該パイプに、追加のヒートパイプ（４４）を取り付けるのに使用される外部らせん状くぼみ（４３）が設けられ、該追加のヒートパイプ（４４）の内壁に溝（４４１）が設けられ、さらに銅粉焼結体（４４２）が融着しており、このうち銅粉焼結体（４４２）の銅粉の直径は、ほとんどが溝（４４１）の幅より大きく、さらに、
金属シェル（２）の内部空洞（２１）内に位置し、二相流熱伝導装置（４）の取付平面（４１）上に設置される、少なくとも１つの発光ダイオードチップと、
発光ダイオードチップ（１）および外部の電気回路を接続する、対外電性接続装置（５）と、
ヒートパイプ（４）、対外電性接続装置（５）および発光ダイオードチップ（１）を一緒に固定する固定台（６）と、
を含む、発光タイオードのパッケージ構造。
【請求項２】
内部空洞（２１）を有し、２つの開口端が設けられ、内部空洞（２１）が平滑表面を有し、かつその形状が碗状または円錐状を呈する金属シェル（２）と、
金属シェル（２）の第１開口端に設置されるレンズ（３）と、
金属シェル（２）の第２開口端と接続され、取付平面（４１）を有する焼結したヒートパイプ（４）と、
金属シェル（２）の内部空洞（２１）内に位置し、さらにヒートパイプ（４）の取付平面（４１）上に設置され、その波長範囲が３１０〜４７０ｎｍである、少なくとも１つの発光ダイオードチップ（１）と、
発光ダイオードチップ（１）および外部の電気回路を接続する、対外電性接続装置（５）と、
ヒートパイプ（４）、対外電性接続装置（５）および発光ダイオードチップ（１）を一緒に固定する固定台（６）と、
を含み、
このうち、前記レンズ（３）が、複数の同心円構造で形成されるフレネルレンズであり、
前記ヒートパイプ上側の平坦端面が、発光ダイオードチップ（１）を設置する取付平面（４１）であり、ヒートパイプに位置する、発光ダイオードのパッケージ構造。
【請求項３】
前記追加のヒートパイプ（４４）の内壁に溝（４４１）が設けられ、さらに銅粉焼結体（４４２）が融着しており、このうち銅粉焼結体（４４２）の銅粉の直径は、ほとんどが溝（４４１）の幅より大きい、請求項２に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
【請求項４】
前記対外電性接続装置（５）の末端が、前記固定台（６）を通り抜けて外部電極を形成し、前記発光ダイオードチップ（１）がＵＶ−ＬＥＤ、紫色ＬＥＤ、または青色ＬＥＤであり、前記レンズ（３）に蛍光体材料が塗布される、請求項２に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
【請求項５】
内部空洞（２１）を有し、２つの開口端が設けられ、内部空洞（２１）が平滑表面を有し、かつその形状が碗状または円錐状を呈する金属シェル（２）と、
金属シェル（２）の第１開口端に設置され、複数の同心円構造を含むレンズ（３）と、
焼結したヒートパイプ（４）を有し、金属シェル（２）の第２開口端と接続され、取付平面（４１）および追加のヒートパイプ（４４）を取り付けるのに使用される外部らせん状くぼみ（４３）がさらに設けられるヒートパイプと、
金属シェル（２）の内部空洞（２１）内に位置し、さらにヒートパイプ（４）の取付平面（４１）上に設置され、その波長範囲が３１０〜４７０ｎｍである、少なくとも１つの発光ダイオードチップ（１）と、
発光ダイオードチップ（１）および外部の電気回路を接続する対外電性接続装置（５）と、
ヒートパイプ（４）、対外電性接続装置（５）および発光ダイオードチップ（１）を一緒に固定する固定台（６）と、
を含む、請求項２に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
【国際調査報告】
2013516076.tif 000012
2013516076.tif 000013
2013516076.tif 000014
2013516076.tif 000015
2013516076.tif 000016
2013516076.tif 000017
2013516076.tif 000018