(57)【要約】  高電力、高光出力のＬＥＤを使用するためのＬＥＤ光モジュールアセンブリは、表面実装ＬＥＤを有する柔軟性のある薄い回路基板と、熱伝導性エポキシ接着剤のような熱伝導性接着剤の層を用いて金属ヒートシンクに取り付けられた他の電子部品とを含んでいる。伝導経路は、ＬＥＤを柔軟性のある回路基板へ接合するために用いられる取付パッドの領域にある１つまたはそれ以上の熱伝導性のビアを柔軟性のある回路基板に内蔵することによって、ＬＥＤ担体から柔軟性のある回路基板を通るように提供される。これらのビアはＬＥＤ担体の背面から回路基板を通って熱伝導性接着剤およびヒートシンクまでの伝導経路を提供する。ＬＥＤ光モジュールアセンブリは、約１２５℃の最大ＬＥＤ接合温度を超えることなく、約１０〜１４Ｗの間の電力を発散させる能力を有している。
2008530822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ光モジュールアセンブリであって、
ＬＥＤ担体の第１の表面に動作可能に接続された少なくとも１つのＬＥＤを含み、前記ＬＥＤ担体は第２の表面に担体メタライゼーション層を有し、前記ＬＥＤ光モジュールアセンブリはさらに、
第１のメタライゼーション層と、誘電体層と、第２のメタライゼーション層とを含む柔軟性のある回路基板を含み、前記誘電体層は前記第１のメタライゼーション層と前記第２のメタライゼーション層との間に位置し、前記第１のメタライゼーション層は前記第１のメタライゼーション層上に定義される少なくとも１つのＬＥＤ取付パッドを有し、前記結合パッドは前記誘電体層を貫通する少なくとも１つのビアを有し、前記ビアは前記第１のメタライゼーション層と前記第２のメタライゼーション層とを接合するビアメタライゼーション層を有し、前記ＬＥＤ光モジュールアセンブリはさらに、
担体メタライゼーション層をＬＥＤ取付パッドに接合するための第１の手段を含み、前記第１の手段はＬＥＤとＬＥＤ取付パッドとの間に好ましい熱伝導経路を提供するように作用し、前記ＬＥＤ光モジュールアセンブリはさらに、
ベースと、前記ベースから離れるように延在する隆起した複数の冷却フィンとを有する金属ヒートシンクをさらに含み、前記フィンは互いに間隔を置いて存在しており、前記ＬＥＤ光モジュールアセンブリはさらに、
前記取付パッドおよび前記ビアに隣接した前記第２メタライゼーションの一部を前記金属ヒートシンクに接合するための第２の手段をさらに含み、前記第２の手段は前記第２メタライゼーション層と前記金属ヒートシンクとの間の好ましい熱伝導経路を提供するように作用する、ＬＥＤ光モジュールアセンブリ。
【請求項２】
前記少なくとも１つのＬＥＤは、対応する複数の取付パッドに関連し、かつ少なくとも対応する複数のビアに関連する複数のＬＥＤを含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記複数のＬＥＤは間隔の置かれたＬＥＤのアレイに配置される、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記間隔が置かれたアレイは、前記ＬＥＤの中央から中央までの間隔が約１６．７ｍｍ以上である、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記複数のＬＥＤの最大電力出力は１０〜１４Ｗの範囲の熱負荷である、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記第１の接合手段は前記第１のメタライゼーション層と前記担体メタライゼーション層との間に位置し、かつ前記第１のメタライゼーション層および前記担体メタライゼーション層に金属結合によって接合されている、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記第１のメタライゼーション層および前記第２のメタライゼーション層はＣｕベースの合金を含む、請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記金属合金ははんだである、請求項７に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記はんだは無鉛はんだである、請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記第１接合手段は熱伝導性の接着剤を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記第２の接合手段は熱伝導性の接着剤を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記熱伝導性の接着剤は熱伝導性のエポキシである、請求項１１に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記金属ヒートシンクは、Ｃｕベースの合金、Ａｌベースの合金、およびＭｇベースの合金からなる群より選ばれる１つの金属を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記金属ヒートシンクの隆起したフィンは、フィンの一般的に平行なアレイのように互いに間隔をおかれて存在している、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記間隔をおいたフィンは中央部から中央部までの間隔が６〜８ｍｍである、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
前記フィンは前記ベースより上の高さが６〜１０ｍｍである、請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
前記フィンは、先端の厚みから根元の厚みまで１つのドラフト角に従ってテーパ状となるようなテーパ状の厚みの断面を有しており、前記先端の厚みは約１．５ｍｍ未満であり、前記ドラフト角は約１〜４度の範囲である、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
前記ベースは３ｍｍ以上の厚みを有する、請求項１７に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのビアは、前記複数のＬＥＤの各々に関連した間隔の置かれた複数のビアを含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項２０】
前記取付パッドの各々は約１９６ｍｍ2以上の面積を有する導電経路を定義する、請求項１９に記載のアセンブリ。
【請求項２１】
前記誘電体層はポリマーである、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項２２】
前記ポリマーは、ポリイミドベースのポリマー、ポリエステルベースのポリマー、およびポリエチレンナフタレートベースのポリマーからなる群より選ばれる、請求項２１に記載のアセンブリ。
【請求項２３】
前記第１メタライゼーションの外部表面上に塗布された第１の誘電体はんだマスクと、前記第２メタライゼーションの外部表面上に塗布された第２誘電体はんだマスクとをさらに含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願のクロスリファレンス
この特許出願は、２００５年２月１７日に出願された米国仮特許出願番号６０／６５４，０２７の優先権を主張し、参照によりここに全文を引用する。
【０００２】
発明の背景
１．  技術分野
この発明は、一般的に光アセンブリに関連する。より特定的には、この発明はＬＥＤ光モジュールアセンブリに関連する。最も特定的には、この発明は、ＬＥＤおよび関連する電子機器の動作によって生じる熱を取除くための、制御された熱経路およびヒートシンクを有する、高出力ＬＥＤアレイのためのＬＥＤ光モジュールアセンブリに関連する。
【背景技術】
【０００３】
２．  関連技術
光源として光放出ダイオード（ＬＥＤ）を利用する光モジュールは、自動車用途を含む多岐にわたる光用途で現在用いられている。単位面積当たりで比較的高い光出力を供給するという能力、および様々な配列のモジュール式の光アレイに柔軟に配置されるという能力によって、ＬＥＤ光モジュールアセンブリの商業的な要求が現在増加している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＩｎＧａＡｌＰまたはＩｎＧａＮ半導体材料から製造されるような、１〜５Ｗの範囲またはそれ以上の電力を使用するより高出力で高電力のＬＥＤの発展、および近年の商業的な利用可能性について、特に興味を示されている。これらの高電力で高光出力のＬＥＤは、一般的に推奨される温度動作限界を有している。これらの限界の一つは、ＬＥＤを構成するｐ−ｎ接合の最大温度に関連して特定され、接合温度として参照される。たとえば、商業的に利用可能なＩｎＧａＡｌＰのＬＥＤデバイスの場合、最大接合温度（Ｔj）は１２５℃と特定される。異なる半導体材料および/または処理方法を用いた他のＬＥＤデバイスは、異なるが類似した動作温度限界を有している。光出力を改善し、ＬＥＤのサイズを小さくすることにおいては大きな進歩があった一方で、ＬＥＤの商業化は、部分的にいくらか制限されていた。この制限は、存在する電子機器のパッケージ化技術および光モジュール設計を用いると、これらの高電力デバイスによって発生した熱の増加量を取除くのが難しいことに起因していた。現在のところ、このようなＬＥＤは、一般的に標準的なＧ１０／ＦＲ４、ＣＥＭ、および他の印刷された回路基板材料を用いて、かつこれらの回路基板材料に関連する部品のパッケージング技術およびボンディング技術を用いて、光モジュールにパッケージ化されている。このパッケージ化の際には、モジュールからの熱の増加量を取除くためのヒートシンクまたは他の手段は用いられておらず、光モジュールの熱的な取扱性および操作性は改善されていない。
【０００５】
ＬＥＤの電力消費の増加に加えて、回路基板上におけるＬＥＤのパッケージ密度を増加させ、今までより密度の高いアレイおよび他の配置とすることへの要求がある。これは単位面積当たりの光出力をより高くすることに対応するが、これらのデバイスの電力密度および動作温度の増加を伴う。そしてさらに、ＬＥＤを組込む光モジュールの熱を取り扱い、Ｔjのような必要な動作限界を維持することに関連した問題を悪化させる。これは高密度ＬＥＤアレイに特有の問題である。しかしながら、上述の熱の取り扱いの問題によって、パッケージ密度を増加することが制限されていた。
【０００６】
上述の高電力、高密度のＬＥＤのパッケージングに関連する制限に加えて、光モジュール用途に使用されるＬＥＤの電子機器パッケージング技術における現在の最先端技術は、高容量アセンブリ法を用いた組立ておよび操作に特に上手く適用することができない。たとえば、標準的な技術を用いたリフローはんだ付を用いた回路基板上へのＬＥＤの表面実装は、これらの新たに発表されたＬＥＤの高電力パッケージの多くには、目下のところ適していないおよび／または非常に難しい。さらに、ＬＥＤ光モジュールの中へ、またはＬＥＤ光モジュールを通して、またはＬＥＤ光モジュールの周りへ、上述の熱経路および／またはヒートシンクを高容量で自動化し、集積化することは、今まで大きなスケールでは説明されていない。
【０００７】
ゆえにＬＥＤ光モジュールアセンブリの関連技術の制限を解消することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の要約
１つの局面において、本発明はＬＥＤ光モジュールアセンブリを提供し、このＬＥＤ光りモジュールアセンブリは、ＬＥＤ担体の第１の表面に動作可能に接続された少なくとも１つのＬＥＤを含み、ＬＥＤ担体は第２の表面に担体メタライゼーションを有し、ＬＥＤ光モジュールアセンブリはさらに、柔軟性のある回路基板を含み、柔軟性のある回路基板は、第１のメタライゼーション層と、誘電体層と、第２のメタライゼーション層とを備え、誘電体層は第１のメタライゼーション層と第２のメタライゼーション層との間に位置し、第１のメタライゼーション層はその上に規定される少なくとも１つのＬＥＤ取付パッドを有し、接合パッドは誘電体層を通る少なくとも１つのビアを有し、ビアは第１のメタライゼーション層と第２のメタライゼーション層とに連結されたビアメタライゼーション層を有し、ＬＥＤ光モジュールアセンブリはさらに、ＬＥＤ取付パッドに担体メタライゼーション層を連結するための第１の手段を含み、この第１の手段はＬＥＤとＬＥＤ取付パッドとの間に好ましい熱伝導経路を提供するように作用し、ＬＥＤ光モジュールアセンブリはさらに、ベースと、このベースから離れるように延在する隆起した複数の冷却フィンとを有する金属ヒートシンクを含み、フィンは互いに間隔をおいて存在し、ＬＥＤ光モジュールアセンブリはさらに、取付パッドに近接する第２メタライゼーションの一部を金属ヒートシンクに連結するための第２の手段とを含み、第２の手段は、第２のメタライゼーション層と金属ヒートシンクとの間に好ましい熱伝導経路を提供するように作用する。このＬＥＤ光モジュールアセンブリは、自動車用途を含む広い範囲の光用途に有用である。
【０００９】
第２の局面において、本発明のＬＥＤ光アセンブリは、間隔の置かれたＬＥＤのアレイを含む複数のＬＥＤ光源を組込んでいてもよい。間隔の置かれたＬＥＤのアレイは、中心部から中心部までの間隔が１６．７ｍｍという狭さを有していてもよい。
【００１０】
この発明の第３の局面において、ＬＥＤ光モジュールアセンブリは、約１２５℃未満の接合温度を維持しつつ、１０〜１４Ｗの範囲の総電力出力を有していてもよい。
【００１１】
この発明の第４の局面において、柔軟性のある回路基板は、銅被覆の柔軟性のある様々な誘電体材料を利用してもよく、この誘電材料は、柔軟性のあるポリマー誘電材料を含んでいてもよく、特にポリイミドベースのポリマー、ポリエステルベースのポリマー、およびポリエチレンナフタレートベースのポリマーを含んでいてもよい。
【００１２】
この発明の第５の局面において、複数のＬＥＤに関連する取付パッドの各々は、約１９６ｍｍ2以上の面積を有する伝導経路を規定する。
【００１３】
この発明の第６の局面において、金属ヒートシンクは、Ｃｕベースの合金、Ａｌベースの合金、およびＭｇベースの合金よりなる群から選ばれる。
【００１４】
この発明の第７の局面において、金属ヒートシンクは、間隔の置かれた、一般的には平行なフィンのアレイを有している。金属ヒートシンクの自然なまたは抵抗のない対流の冷却のために、間隔の置かれたフィンは、中心部から中心部までの間隔が６〜８ｍｍの範囲であってもよく、高さが６〜１０ｍｍであってもよい。
【００１５】
この発明の第８の局面において、本発明のＬＥＤ光モジュールアセンブリは、表面実装ＬＥＤや、キャパシタ、抵抗素子、および集積回路ドライバなどの他の電子部品を用いて組立てられてもよい。これらは、柔軟性のある回路基板に搭載されてもよく、１回のリフロー動作を用いて組立てられてもよい。さらに、熱的に処理されたエポキシ接着剤のように、連結のための第２の手段を適切に選ぶことによって、表面実装部品をリフローするための熱サイクルと同じ熱サイクルを用いて、柔軟性のある回路基板がヒートシンクに連結されてもよい。
【００１６】
この特許または出願のファイルは、色がついた少なくとも１枚の図面を含んでいる。色がついた図面を有する、この特許または特許出願の公報のコピーは、要求および必要な料金の支払いを行うことによって、庁から提供されるであろう。本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付の図に関連付けて考慮された場合に、一層容易に評価することができるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１〜図１１を参照して、この発明は、自動車の光用途を含む多くの光用途への使用のためのＬＥＤ光モジュールアセンブリ１０である。ＬＥＤ光モジュールアセンブリ１０は、ＬＥＤ担体１６の第１の表面１４に動作可能に接続された、少なくとも１つのＬＥＤ１２を含んでいる（図１および８）。ＬＥＤ担体１６はまた、第２の表面２０上に担体メタライゼーション層１８を有している。ＬＥＤ光モジュールアセンブリ１０はまた、柔軟性のある回路基板２２を含んでおり、この回路基板２２は、第１のメタライゼーション層２４と、誘電体層２６と、第２のメタライゼーション層２８とを含んでいる。誘電体層２６は第１のメタライゼーション層２４と第２のメタライゼーション層２８との間に位置している。第１のメタライゼーション層２４は、その上に定義された少なくとも１つのＬＥＤ取付パッド３０を有している。取付パッド３０は、誘電体層２６を通り抜けて第１のメタライゼーション層２４から第２のメタライゼーション層２８へ延びる、少なくとも１つのビア３２または開口を有している。ビア３２は、その周囲３４にビアメタライゼーション層３６を有しており、ビアメタライゼーション層３６は第１のメタライゼーション層２４および第２のメタライゼーション層２８に連結されている。ＬＥＤ光モジュールアセンブリ１０はまた、担体メタライゼーション層１８をＬＥＤ取付パッド３０に連結するための第１の手段３８を含んでいる。連結のための第１の手段３８は、ＬＥＤ１２と、ＬＥＤ担体１６と、ＬＥＤ取付パッド３０との間の好ましい熱伝導経路を提供するために作用する。ＬＥＤ光モジュールアセンブリ１０はまた、金属ヒートシンク４０を含んでいる。金属ヒートシンク４０は、ベース４２と、隆起した複数のフィン４４とを有しており、複数の冷却フィンはベース４２から離れるように延在しており、かつ互いに間隔が置かれている。ＬＥＤ光モジュールアセンブリ１０はまた、連結のための第２の手段４６を含んでおり、連結のための第２の手段４６は、取付パッド３０に近接した第２のメタライゼーション２８の部分４８とビアとを、金属ヒートシンク４０に連結するためのものである。連結のための第２の手段４６は、第２のメタライゼーション層と金属ヒートシンク４０との間の好ましい熱伝導経路を提供するために作用する。ＬＥＤ光モジュールアセンブリ１０のこれらの要素は、一層詳細に以下に説明されている。
【００１８】
本発明のＬＥＤ光モジュールアセンブリ１０は、一般的には図７および図８に示されるような、約１〜５Ｗの熱という形式の電力出力を有するような高電力、高光出力のＬＥＤ
を収容するのに特に適している。ＬＥＤは、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＧａＮ、または周知の他の半導体材料から製造されてもよい。そのようなＬＥＤは、オスラムオプトセミコンダクターズ（Osram  Opto  Semiconductors）ＧｍｂＨによって製造される、ＬＡ  Ｗ５７Ｂ−ＦＹＧＹ−２４およびＬＹ  Ｗ５７Ｂ−ＦＩＧＹ−２６というモデル番号で例示される。熱モデル分析に基づいて、本発明のＬＥＤ光モジュールアセンブリ１０は、約５８℃までの周囲の操作温度における推奨される最大接合温度（これはその構造に用いられる個々のＬＥＤや、下に存在する半導体材料に依存し、約１２５℃である）未満の温度にモジュール上のすべてのデバイスの接合温度を維持しつつ、約１０〜１４Ｗの間のアセンブリのＬＥＤ全てから放出される、組合された熱出力で動作するよう適合されるものと思われる。ＬＥＤ１２のデバイスの操作およびより高いレベルの電子アセンブリへのＬＥＤ１２のパッケージングを促進するために、公知の構造の担体１６の中にＬＥＤ１２は収容あるいはパッケージングされる。これらのパッケージは、一般的には、ＬＥＤ１２に電力を供給するために用いられる２つの金属リード１９を有している。ＬＥＤ１２は、一般的にはＬＥＤ担体１６の上面である第１の表面に搭載される。ＬＥＤ担体１６はまた、一般的には第１の表面に対向する下部表面である第２の表面上に、担体メタライゼーション１８を含んでいる。担体メタライゼーション１８は、ＬＥＤの操作の間にＬＥＤ担体１６およびＬＥＤ１２から熱を取除くための熱伝導経路を供給するとともに、物理的に担体１６を基板に取付けるために用いられる。
【００１９】
ＬＥＤ１２およびＬＥＤ担体１６は柔軟性のある回路基板２２の上に搭載される（図１および８を参照）。柔軟性のある回路基板２２は、ＬＥＤ１２およびＬＥＤ担体１６を物理的に取付ける手段として用いられるとともに、ＬＥＤ１２およびＬＥＤ担体１６に電力を供給するために用いられる。柔軟性のある回路基板２２は電子パッケージングの中間のレベルを表しており、必要な電気的な入力を提供するための手段を提供し、かつより高いレベルにあるＬＥＤデバイスの機械的なパッケージングを提供する。柔軟性のある回路基板２２は、第１のメタライゼーション層２４と第２のメタライゼーション層２８との間に位置する誘電体層２６を有する二面の回路基板である。図１〜１１の実施例の例では、第１のメタライゼーション層２４は、ＬＥＤ担体１６の端子１９へ電気的な信号を供給するための回路経路を定義するために用いられる。第１のメタライゼーション層２４はまた、ＬＥＤによって発生させられた熱が柔軟性のある回路基板２２の上面の実質的な部分を横切って広がるための熱伝導経路として作用する。そしてそれによって、第１のメタライゼーション層２４は、誘電体層２６を通って第１のメタライゼーション層２４から第２のメタライゼーション層２８への、別のまたは第２の熱伝導経路を提供する。この別のまたは第２の熱伝導経路では、従って、熱接着剤４６を通ってヒートシンク４０の中へ熱伝導される。ゆえに回路基板の上面に搭載されたＬＥＤおよび他の電子デバイスへの必要な回路経路を定義することが可能である一方で、柔軟性のある回路基板２２の上面ができるだけ多く被覆されるように第１のメタライゼーション層２４は設計される必要がある。第２のメタライゼーション層２８は、回路基板のための熱的な背面として用いられ、またＬＥＤ１２およびＬＥＤ担体１６からヒートシンク４０への熱伝導経路の一部として用いられる。第２のメタライゼーション層２８はまた、よく知られているように、第１のメタライゼーション層２４内の電気回路経路から分離してまたはこの電気回路経路に関連して、電気的な回路経路を提供するように用いられてもよい。第１のメタライゼーション層２４および第２のメタライゼーション層２８はまた、電気的に導電性のビアまたは他の手段を用いて電気的に内部接続されていもよい。担体メタライゼーション１８が電気的に中立でない場合（たとえば、担体メタライゼーション１８がＬＥＤにエネルギを与えるために用いられる電気回路の一部を形成する場合）、連結のための第２の手段４６を電気的に絶縁することを利用することによって、または金属ヒートシンク４０を電気的に絶縁することによって（たとえば両極酸化）、または第２のメタライゼーション層２８の外部表面の一部にわたって存在する第２の誘電体はんだマスク５２を使用することによって、第２のメタライゼーション層２８と金属ヒートシンク４０との間の電気的な絶縁を行うことが一般的に
望ましい。柔軟性のある回路基板２２は、第１のメタライゼーション層２４、誘電体層２６、および第２のメタライゼーション層２８に利用される材料の厚みから柔軟性を得ている。高容量の自動化されたアセンブリおよび製造によく適したテープおよびリール取扱装置と連結して柔軟性のある回路基板を取り扱い、かつ利用可能とするという点で、回路基板の柔軟性が要求される一方で、回路基板２２の柔軟性はこの発明に必須ではない。柔軟性のある回路基板２２は、本発明のＬＥＤ光モジュールアセンブリ１０に従って、同様の大きさ、電気的性質、および熱的性質を有する硬い回路基板で置換えることもできる。誘電体層２６自身が一部となっている熱伝導経路を改善するために、誘電体層２６の厚みを最小化することが要求される。誘電体層２６は、好ましくは約２５ミクロンの厚みであり、ポリイミドベースの材料、ポリエステルベースの材料、およびポリエチレンナフタレンベースの材料を含むどの誘電材料を利用してもよい。第１のメタライゼーション層２４および第２のメタライゼーション層２８は、個々の用途に従ってどのような厚みであってもよい。１つの例示的な実施例では、第１のメタライゼーション層は約５０ミクロンの厚みを有しており、第２のメタライゼーション層は約３５ミクロンの厚みを有していた。第１のメタライゼーション層２４および第２のメタライゼーション層２８は、様々な公知のＣｕベースの合金を含む、印刷された回路基板の製造で用いられる様々な公知のメタライゼーションのいずれから製造されてもよい。図１〜図１１の例示的な実施例において、第１のメタライゼーション層２４は好ましくは誘電体はんだマスク５０の外部表面に取付けられているであろう（図５、６、および８参照）。はんだマスク５０は、回路の下部に存在する要素を隔離および保護するために用いられ、かつ端子１９と担体メタライゼーション１８との取付および結合に用いられる第１メタライゼーション２４の部分を定義するために用いられる。第１のメタライゼーション層２４の第１の部分２３は、端子１９の取付および結合に用いられ、第１のメタライゼーション層２４の第２の部分２５は、担体メタライゼーション１８の結合および取付のための取付パッド３０として用いられる。取付パッド３０はまた、それに関連して、第１のメタライゼーション層２４、誘電体層２６、および第２のメタライゼーション層２８を通って延在する少なくとも１つのビア３２を有している。ビア３２はまた、ビアメタライゼーション層３６を含んでおり、ビアメタライゼーション層３６は第１のメタライゼーション層２４および第２のメタライゼーション層２８の関連する部分と連結されており、またこれらの部分から連続している。複数の取付パッド３０が、関連する複数のＬＥＤ１２および複数のＬＥＤ担体１６と連結してもし利用されるならば、取付パッド３０の各々は少なくとも１つのビア３２を内蔵するであろう。しかし、取付パッド３０は複数のビア３２を内蔵することが好ましい。ビア３２は、パンチング、機械的またはレーザドリリングを含むドリリング、またはビアを構成するための他の周知の技術を用いて形成されてもよい。ビアメタライゼーション３６は、ビアメタライゼーション層３６の電気めっきまたは化学めっきを含むどのような技術を用いて柔軟性のある回路基板に加えられてもよい。柔軟性のある回路基板２２は、柔軟性のある二面の回路基板の製造のための周知の方法を用いて、第１のメタライゼーション層２４および第２のメタライゼーション層２８を被覆することによって製造されてもよい。
【００２０】
ＬＥＤ光モジュールアセンブリ１０はまた、担体メタライゼーション層１８を取付パッド３０に連結するための第１の手段３８を内蔵している。連結のための第１の手段３８は、熱源すなわちＬＥＤ１２と、関連するＬＥＤ担体１６との間の、ＬＥＤ取付パッド３０まで下がる好ましい熱伝導経路を提供するよう作用する。好ましい熱伝導経路によって、伝導経路が、熱エネルギの伝達および／または放射のような、ＬＥＤ１２およびＬＥＤ担体１６からの熱の除去のための他の経路であることが好ましい。連結のための第１の手段３８は、好ましくは、はんだペーストまたはそのような機能のものである形で、第１の部分２３と、第１のメタライゼーション層２４の第２の部分２５との両方に塗布されたはんだの層である。ＬＥＤ担体１６は、柔軟性のある回路基板２２のこれらの部分の上に配置されてもよい。そのような配置の次に、担体の端子１９と第１のメタライゼーション層２４の第１の部分２３と担体メタライゼーション層１８と第２メタライゼーション層２４の
第２の部分２５との間（図８および９参照）の各々にはんだペーストをリフローし、はんだ結合を形成するために、ＬＥＤ担体および柔軟性のある回路基板は、連続的なベルトＩＲオーブンのような熱源に晒されてもよい。無鉛である数多くのはんだと同様に、周知の数多くのＰｂベースのはんだを含むどのようなはんだ材料を、連結のための第１の手段３８に利用してもよい。加えて、数多くの熱伝導性エポキシ接着剤のような、数多くの熱伝導性接着剤が、連結のための第１の手段３８として適しているかもしれないと考えられる。
【００２１】
ＬＥＤ光モジュールアセンブリ１０はまた、連結のための第２の手段４６を用いて柔軟性のある回路２２に取付けられる金属のヒートシンク４０を含んでいる。連結のための第２の手段４６は、好ましくは、ヒートシンク４０の上部表面４９または柔軟性のある回路基板２２の下部表面の一方または両方に塗布された熱伝導性接着剤の層である。連結のための第２の手段４６は、第２のメタライゼーション層２８と金属のヒートシンク４０との間の、特に連結のための第１の手段３８に近接した第２のメタライゼーション層２８の部分４８の好ましい熱伝導経路を提供するように作用する。これは、連結のための第１の手段３８、第１のメタライゼーション層２４、ビアメタライゼーション層３６、および第２のメタライゼーション層２８を通じてのＬＥＤ１２と担体１６との間の好ましい熱伝導経路の連続性を提供するためであり、この熱伝導経路は、ＬＥＤ取付パッド３０に近接した連結のための第２の手段４６の部分を通り、ヒートシンク４０の内部へ延在する。連結のための第２の手段４６として、様々な熱伝導性エポキシ接着剤を含む様々な熱伝導性接着剤を採用することができる。熱伝導性接着剤として適したものは、３Ｍコーポレーションによって製造されたＴＣ２８１０と命名された熱伝導性エポキシ接着剤である。この材料は、ボロンナイトライドが充填された２つの部分からなる熱伝導性エポキシ接着剤である。
【００２２】
金属ヒートシンク４０は、ベース４２と、複数の隆起した冷却フィン４４とを有しており、複数の隆起した冷却フィン４４は、ベース４２から延在しており、かつ互いに間隔を置いて存在している。好ましい実施例においては、冷却フィン４４は図１０および図１１に示されているようなテーパ状の断面を有している。隆起した冷却フィン４４は、隆起した冷却フィン４４の先端に定義された軸Ａに関して互いに一般的に平行となるように延在している。ＬＥＤ光モジュールアセンブリ１０の多くの用途では、ＬＥＤ１２によって発生した熱を金属ヒートシンク４０から取除くために、自然に発生するまたは強制的でないモジュールにおける対流のみによってモジュールを操作することが望ましい。そのような条件のもとで、１０〜１４Ｗの間のすべてのＬＥＤから生じる組合された熱荷重および約５８℃までの周囲の温度の中で、ＬＥＤの接合温度を推奨される最大接合温度（すなわち１２５℃）未満の温度に維持できるようにする、隆起した冷却フィン４４の好ましい配置が存在するということを出願人は見出した。この配置は、隆起した冷却フィン４４の中央部から中央部までの間隔が６〜８ｍｍであることを含んでいる。この配置においては、隆起した冷却フィン４４は、ベースより上の部分の最大高さ（Ｈ2）が約６〜１０ｍｍの範囲であることが好ましい。また、図１１に示されるように、フィンはテーパ状の厚みの断面を有しており、先端の厚み（Ｔ1）から根元の厚み（Ｔ2）にかけてドラフト角（α）に従ってテーパ状であることが好ましい。実質的な機械研削の必要のないＭｇベースおよびＡｌベースの合金の成形または鋳造されたヒートシンクでは、先端の最小厚みは約１．０〜１．５ｍｍの間であると思われる。金属ヒートシンク４０のベース４２は３ｍｍ以上の厚みまたは高さ（Ｈ1）を有していることが好ましい。金属ヒートシンク４０としてはどのような金属を用いてもよい一方で、Ｃｕベースの合金、Ａｌベースの合金、およびＭｇベースの合金がヒートシンク４０を成形または鋳造するためには好ましい。
【００２３】
表１は、ＬＥＤ光モジュールアセンブリ１０の一実施例における、様々な要素の厚み、熱膨張係数、および熱伝導性に関する情報を示しており、特に、ここで述べた好ましい熱
伝導経路に関連した要素について示している。上述したように、１２５℃という推奨される最大接合温度以下の接合温度を維持する一方での、ＬＥＤ光モジュールアセンブリ１０を用いるＬＥＤの中央部から中央部までの最小の間隔は約１６．７ｍｍである。取付パッド３０の領域は、好ましい熱伝導経路の効率性の観点、およびＬＥＤの温度を推奨される最大接合温度より低く保つ能力という観点で、重要な考慮すべき事項であることが見出された。この点で、取付パッド３０の最小領域は約１９６ｍｍ2であることが見出された。取付パッド３０ははんだマスク５０を部分的に覆っていてもよく、はんだマスク５０の下に延在していてもよい。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
本発明のＬＥＤ光モジュールアセンブリは、表面実装ＬＥＤや、キャパシタ、抵抗素子、および集積回路ドライバなどの他の電子部品を用いて組立てられてもよく、これらは、柔軟性のある回路基板に搭載されてもよく、１回のリフロー動作を用いて組立てられてもよい。さらに、熱的に処理されたエポキシ接着剤のように、連結のための第２の手段を適切に選ぶことによって、表面実装部品をリフローするための熱サイクルと同じ熱サイクルを用いて、柔軟性のある回路基板がヒートシンクに連結されてもよい。
【００２６】
明らかに、本発明の多くの修正および変更が上記の教唆の観点から可能である。ゆえに、添付のクレームの範囲内において、詳細に記述された方法以外の方法によって本発明が実施されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のＬＥＤ光モジュールアセンブリの斜視図である。
【図２】図１のＬＥＤ光モジュールアセンブリの分解図である。
【図３】柔軟性のある回路基板の斜視図である。
【図４】図３の柔軟性のある回路基板の下表面の斜視図である。
【図５】ビアを有する取付パッドの斜視図である。
【図６】図５の取付パッドの拡大部の斜視図である。
【図７】テープおよびリールの操作システムや、担体メタライゼーションを含む担体の底面で用いられるようなテープの上に搭載されたＬＥＤおよびＬＥＤ担体を説明する図である。
【図８】柔軟性のある回路基板に結合されたＬＥＤおよびＬＥＤ担体を説明する斜視図である。
【図９】本発明のＬＥＤ光モジュールアセンブリの部分断面図である。
【図１０】ヒートシンクの斜視図である。
【図１１】図１０の１１−−１１線に沿った断面図である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成19年7月30日(2007.7.30)
【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】
ＬＥＤ光モジュールアセンブリであって、
ＬＥＤ担体の第１の表面に動作可能に接続された少なくとも１つのＬＥＤを含み、前記ＬＥＤ担体は第２の表面に担体メタライゼーション層を有し、前記ＬＥＤ光モジュールアセンブリはさらに、
第１のメタライゼーション層と、誘電体層と、第２のメタライゼーション層とを含む柔軟性のある回路基板を含み、前記誘電体層は前記第１のメタライゼーション層と前記第２のメタライゼーション層との間に位置し、前記第１のメタライゼーション層は前記第１のメタライゼーション層上に定義される少なくとも１つのＬＥＤ取付パッドを有し、前記ＬＥＤ取付パッドは前記誘電体層を貫通する少なくとも１つのビアを有し、前記ビアは前記第１のメタライゼーション層と前記第２のメタライゼーション層とを接合するビアメタライゼーション層を有し、前記ＬＥＤ光モジュールアセンブリはさらに、
担体メタライゼーション層をＬＥＤ取付パッドに接合するための第１の手段を含み、前記第１の手段はＬＥＤとＬＥＤ取付パッドとの間に好ましい熱伝導経路を提供するように作用し、前記ＬＥＤ光モジュールアセンブリはさらに、
ベースと、前記ベースから離れるように延在する隆起した複数の冷却フィンとを有する金属ヒートシンクをさらに含み、前記フィンは互いに間隔を置いて存在しており、前記ＬＥＤ光モジュールアセンブリはさらに、
前記ＬＥＤ取付パッドおよび前記ビアに隣接した前記第２メタライゼーションの一部を前記金属ヒートシンクに接合するための第２の手段をさらに含み、前記第２の手段は前記第２メタライゼーション層と前記金属ヒートシンクとの間の好ましい熱伝導経路を提供するように作用する、ＬＥＤ光モジュールアセンブリ。
【請求項２】
前記少なくとも１つのＬＥＤは、対応する複数のＬＥＤ取付パッドに関連し、かつ少なくとも対応する複数のビアに関連する複数のＬＥＤを含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記複数のＬＥＤは間隔の置かれたＬＥＤのアレイに配置される、請求項２に記載のア
センブリ。
【請求項４】
前記間隔が置かれたアレイは、前記ＬＥＤの中央から中央までの間隔が約１６．７ｍｍ以上である、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記複数のＬＥＤの最大電力出力は１０〜１４Ｗの範囲の熱負荷である、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記第１の接合手段は前記第１のメタライゼーション層と前記担体メタライゼーション層との間に位置し、かつ前記第１のメタライゼーション層および前記担体メタライゼーション層に金属結合によって接合されている、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記第１のメタライゼーション層および前記第２のメタライゼーション層はＣｕベースの合金を含む、請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記金属合金ははんだである、請求項７に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記はんだは無鉛はんだである、請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記第１接合手段は熱伝導性の接着剤を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記第２の接合手段は熱伝導性の接着剤を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記熱伝導性の接着剤は熱伝導性のエポキシである、請求項１１に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記金属ヒートシンクは、Ｃｕベースの合金、Ａｌベースの合金、およびＭｇベースの合金からなる群より選ばれる１つの金属を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記金属ヒートシンクの隆起したフィンは、フィンの一般的に平行なアレイのように互いに間隔をおかれて存在している、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記間隔をおいたフィンは中央部から中央部までの間隔が６〜８ｍｍである、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
前記フィンは前記ベースより上の高さが６〜１０ｍｍである、請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
前記フィンは、先端の厚みから根元の厚みまで１つのドラフト角に従ってテーパ状となるようなテーパ状の厚みの断面を有しており、前記先端の厚みは約１．５ｍｍ未満であり、前記ドラフト角は約１〜４度の範囲である、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
前記ベースは３ｍｍ以上の厚みを有する、請求項１７に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのビアは、前記複数のＬＥＤの各々に関連した間隔の置かれた複数のビアを含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項２０】
前記ＬＥＤ取付パッドの各々は約１９６ｍｍ2以上の面積を有する導電経路を定義する、請求項１９に記載のアセンブリ。
【請求項２１】
前記誘電体層はポリマーである、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項２２】
前記ポリマーは、ポリイミドベースのポリマー、ポリエステルベースのポリマー、およびポリエチレンナフタレートベースのポリマーからなる群より選ばれる、請求項２１に記載のアセンブリ。
【請求項２３】
前記第１メタライゼーションの外部表面上に塗布された第１の誘電体はんだマスクと、前記第２メタライゼーションの外部表面上に塗布された第２誘電体はんだマスクとをさらに含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【国際調査報告】
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