(57)【要約】      （修正有）【課題】基板、プリント回路基板（ＰＣＢ）及び少なくとも一つの発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを含む放熱モジュールを提供する。【解決手段】基板１１０の表面は、上方に突出する位置決め部１１２を少なくとも一つ有する。ＰＣＢ１２０は、位置決め部に対応する位置決め孔１２２を少なくとも一つ有する。ＰＣＢは基板の表面上に配置され、その結果、位置決め部は位置決め孔内に位置する。ＬＥＤチップ１３０は、位置決め部上に配置され、ＰＣＢと電気的に接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その表面が上方に突出する位置決め部を少なくとも一つ具える基板と、
前記位置決め部に対応する位置決め孔を少なくとも一つ具えるプリント回路基板（ＰＣＢ）であって、前記基板の表面上に配置され、位置決め部が位置決め孔内に位置しているＰＣＢと、
前記位置決め部上に配置され、前記ＰＣＢと電気的に接続される少なくとも一つのＬＥＤチップと、
を具える放熱モジュール。
【請求項２】
前記基板が金属材料で作製される請求項１に記載の放熱モジュール。
【請求項３】
前記金属材料が、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、並びに銅及びアルミニウムの複合材料よりなる群から選択される請求項２に記載の放熱モジュール。
【請求項４】
前記基板が、基板上のＰＣＢの位置を限定するため、更に基板の表面上に配置される位置決め枠を具える請求項１に記載の放熱モジュール。
【請求項５】
前記位置決め部の高さが、前記ＰＣＢの厚さ以下である請求項１に記載の放熱モジュール。
【請求項６】
更に、前記基板の底部上に配置される複数の冷却フィンを具える請求項１に記載の放熱モジュール。
【請求項７】
更に、前記ＬＥＤチップと前記ＰＣＢとの間に接続される複数のボンディングワイヤを具える請求項１に記載の放熱モジュール。
【請求項８】
前記ＬＥＤチップを覆うため、更に、前記ＰＣＢ上に配置される成形材料を具える請求項１に記載の放熱モジュール。
【請求項９】
基板、ＰＣＢ及び少なくとも一つのＬＥＤチップを用意し、ここで、前記基板の表面が上方に突出する位置決め部を少なくとも一つ具え、前記ＰＣＢが該位置決め部に対応する位置決め孔を少なくとも一つ具えることと、
前記基板の表面上にＰＣＢを固定し、前記位置決め部が前記位置決め孔内に収容されることと、
前記位置決め部上にＬＥＤチップを固定することと、
前記ＬＥＤチップと前記ＰＣＢとを電気的に接続することと、
を含む放熱モジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記基板が金属材料で作製される請求項９に記載の放熱モジュールの製造方法。
【請求項１１】
前記金属材料が、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、並びに銅及びアルミニウムの複合材料よりなる群から選択される請求項１０に記載の放熱モジュールの製造方法。
【請求項１２】
前記基板が、基板上のＰＣＢの位置を限定するため、更に基板の表面上に配置される位置決め枠を具える請求項９に記載の放熱モジュールの製造方法。
【請求項１３】
前記位置決め部の高さが、前記ＰＣＢの厚さ以下である請求項９に記載の放熱モジュールの製造方法。
【請求項１４】
前記基板が、更に該基板の底部上に配置される複数の冷却フィンを具える請求項９に記載の放熱モジュールの製造方法。
【請求項１５】
前記ＬＥＤチップと前記ＰＣＢとを電気的に接続する工程において、ワイヤボンディング技術によって、ＬＥＤチップとＰＣＢとの間に複数のボンディングワイヤを形成し、該ボンディングワイヤによって、ＬＥＤチップをＰＣＢと電気的に接続する請求項９に記載の放熱モジュールの製造方法。
【請求項１６】
前記ＬＥＤチップと前記ＰＣＢとを電気的に接続する工程の後に、ＬＥＤチップを覆うため、更にＰＣＢ上に成形材料を形成する工程を含む請求項９に記載の放熱モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して放熱モジュール及び該放熱モジュールの製造方法に関し、特に高出力電子素子パッケージに適した放熱モジュール及び該放熱モジュールの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
技術の進歩と共に、高出力で、軽量で、薄く、短く、小さくする傾向に向かって、種々の電子素子が開発されてきた。しかしながら、発展過程の間において、「熱」は避けられない問題である。従って、放熱の問題を解決する方法は、現在の電子技術開発のための主要な技術である。
【０００３】
電子素子の初期の放熱手段によれば、その素子のパッケージの材料によって、発生した熱をパッケージ表面に導き、次いで、強制対流の放熱効果を達成するため、銅パイプ若しくは放熱フィン上に熱を導くか又はファンを用いる。従来のプリント回路基板（ＰＣＢ）においては、従来の基板によって生じる熱抵抗の問題を解決するため、放熱孔を増大させるか、金属膜をめっきするか、ヒートシンクコンパウンドを被覆するか、更にはＰＣＢの底部に金属ブロックを取り付けて、それにより、放熱効率を向上させる効果を達成する。上記基板の底部上に金属ブロックを追加的に取り付ける方法は、単純で都合のよい構成によって最も広範囲に使用され、そして、その放熱効果は優れる。
【０００４】
ＰＣＢ上に追加的に取り付けられる金属ブロックを有する構造は、底部から上部に向かって、放熱用金属基材、高分子ＰＣＢ、及び基板上に印刷されたワイヤ構造を含む。放熱用金属基材は、銅、アルミニウム、銅系複合材料、アルミニウム系複合材料、又は高い熱伝導率係数を有する種々の金属材料とすることができる。ＰＣＢは、必要に応じて、単層構造又は多層構造とすることができる。熱源を発生させる電子素子はＰＣＢ上に取り付けられ、そのため、該電子素子の操作時に発生する熱エネルギーが、追加的に取り付けられた高い熱伝導率の金属基材を通して、周囲の環境に連続的に導かれ、それにより、放熱効果を達成する。
【０００５】
しかしながら、金属基材に伝導させる場合、熱はＰＣＢを通過しなければならない。ＰＣＢは、高分子で作製されており、巨大な熱抵抗器とみなすことができ、その結果、熱エネルギーが大量に蓄積され、金属ブロックに導くことができず、従って、放熱効果全体に深刻な影響を与える。高い熱伝導率係数を有するセラミック基板を使用することは、高出力電子素子パッケージの問題を解決する方法の一つであるが、価格と加工の問題が適用の範囲を限定する。
【０００６】
そのため、高い発熱電力の電子素子のパッケージ化において直面する現在の放熱問題を解決するには、高い熱伝導率と電気絶縁性を有し且つ極めて高い発熱電力ではんだ付けにされ又はワイヤボンディングされることが可能な放熱モジュールを開発する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明は、従来の高効率電子素子のパッケージ化において直面する放熱の問題を解決するのに適した、放熱モジュール及び該放熱モジュールの製造方法に向けられている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基板、プリント回路基板（ＰＣＢ）及び少なくとも一つの発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを含む放熱モジュールを提供する。基板の表面は、上方に突出する位置決め部を少なくとも一つ有する。ＰＣＢは位置決め部に対応する位置決め孔を少なくとも一つ有しており、ＰＣＢが基板の表面上に配置される結果、位置決め部は位置決め孔内に位置する。ＬＥＤチップは、位置決め部上に配置され、ＰＣＢと電気的に接続される。
【０００９】
本発明の一の実施態様においては、基板が金属材料で作製される。また、上記金属材料は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、並びに銅及びアルミニウムの複合材料よりなる群から選択される。
【００１０】
本発明の一の実施態様においては、基板が、該基板上のＰＣＢの位置を限定するため、更に基板の表面上に配置される位置決め枠を有する。
【００１１】
本発明の一の実施態様においては、位置決め部の高さがＰＣＢの厚さ以下である。
【００１２】
本発明の一の実施態様においては、放熱モジュールが、更に基板の底部上に配置される複数の冷却フィンを含む。
【００１３】
本発明の一の実施態様においては、放熱モジュールが、更にＬＥＤチップとＰＣＢとの間に接続される複数のボンディングワイヤを含む。
【００１４】
本発明の一の実施態様においては、放熱モジュールが、更にＰＣＢ上に配置されＬＥＤチップを覆う成形材料を含む。
【００１５】
本発明は、下記に示す工程を含む放熱モジュールの製造方法を提供する。第一に、基板、ＰＣＢ及び少なくとも一つのＬＥＤチップを用意し、ここで、基板の表面は上方に突出する位置決め部を少なくとも一つ有し、ＰＣＢは該位置決め部に対応する位置決め孔を少なくとも一つ有する。次に、基板の表面上にＰＣＢを固定し、その結果、位置決め部が位置決め孔に収容される。その後、位置決め部上にＬＥＤチップを固定する。最後に、ＬＥＤチップ及びＰＣＢを電気的に接続する。
【００１６】
本発明の一の実施態様においては、基板が金属材料で作製される。また、上記金属材料は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、並びに銅及びアルミニウムの複合材料よりなる群から選択される。
【００１７】
本発明の一の実施態様においては、基板が、更に基板の表面上に配置され、基板上のＰＣＢの位置を限定する位置決め枠を有する。
【００１８】
本発明の一の実施態様においては、位置決め部の高さがＰＣＢの厚さ以下である。
【００１９】
本発明の一の実施態様においては、基板が、更に基板の底部上に配置される複数の冷却フィンを含む。
【００２０】
本発明の一の実施態様においては、ＬＥＤチップとＰＣＢとを電気的に接続する工程において、ワイヤボンディング技術によって、ＬＥＤチップとＰＣＢとの間に複数のボンディングワイヤを形成し、その結果、該ボンディングワイヤによって、ＬＥＤチップをＰＣＢと電気的に接続する。
【００２１】
本発明の一の実施態様においては、ＬＥＤチップとＰＣＢとを電気的に接続する工程の後に、上記方法が、更にＰＣＢ上に成形材料を形成しＬＥＤチップを覆うことを含む。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の放熱モジュールにおいては、ＬＥＤチップが、高熱伝導性を有する基板上に直接固定される。従って、該チップの操作時に発生する熱エネルギーを基板の底部から直接に放散させることができ、その結果、電子素子のパッケージ化において直面する現在の放熱問題を効果的に解決する。
【００２３】
本発明の特徴や利点をより明確且つ理解できるようにするため、添付図面を参照しながら、下記に示す実施態様を詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の更なる理解をもたらすために添付図面を含み、そして本願明細書に組み込まれ、本願明細書の一部を構成する。図面は、本発明の実施態様を説明しており、図面の簡単な説明と共に本発明の本質を説明する役目を果たす。
【００２５】
図１は、本発明の一の実施態様に従う放熱モジュールの略断面図である。図２Ａ及び２Ｂは、基板の底部上に追加的に取り付けられた冷却フィンを有する図１に示す放熱モジュールの略断面図である。図３は、本発明の他の実施態様に従う方熱モジュールの略断面図である。図４Ａ〜４Ｅは、本発明の一の実施態様に従う放熱モジュールの製造の流れ図である。
【００２６】
これから、本発明の実施態様について詳細に言及する。本発明の実施態様の例は、添付図面において説明される。可能である限り、図面及び説明において同一の参照番号を用い、同一の部材又は同様な部材を指す。
【００２７】
図１は、本発明の一の実施態様に従う放熱モジュールの略断面図である。図１を参照すると、本発明の放熱モジュール１００は、主として基板１１０、ＰＣＢ１２０及び少なくとも一つのＬＥＤチップ１３０を含む。この実施態様においては、例えば、基板１１０上に複数のＬＥＤチップ１３０が配置されるが、基板１１０上に単に一つのＬＥＤチップ１３０のみを配置することもできる。本発明において、ＬＥＤチップ１３０の数は制限されない。以下に添付図面を参照しながら、放熱モジュール１００に含まれる各要素と該要素間の接続関係を記載する。
【００２８】
基板１１０の表面Ｓは、上方に突出する複数の位置決め部１１２を有する。ＬＥＤチップ１３０は、基板１１０の位置決め部１１２上に直接固定されており、従って、基板１１０は、操作時のチップによって発生する熱を放散させるため、高熱伝導性を有する材料を採用することを要する。本発明の一の実施態様においては、高熱伝導性を有する金属材料、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、並びに銅及びアルミニウムの複合材料、又はその他の適切な熱伝導性材料によって、基板１１０を製造することができる。ＰＣＢ１２０は、基板１１０の表面Ｓ上に固定され、位置決め部１１２に対応する複数の位置決め孔１２２を有しており、その結果、位置決め部１１２を位置決め孔１２２内に収容することができる。位置決め部１１２と位置決め孔１２２の組み合わせによって、基板１１０に関して揺れないように、基板１１０上にＰＣＢ１２０を固定することもできる。加えて、この実施態様においては、位置決め部１１２の高さがＰＣＢ１２０の厚さと等しく、即ち、位置決め部１１２とＰＣＢ１２０とが同一平面上である。
【００２９】
複数のＬＥＤチップ１３０は、それぞれが対応する位置決め部１１２上に配置され、ＰＣＢ１２０と電気的に接続される。この実施態様において、放熱モジュール１００は、更に、ＬＥＤチップ１３０とＰＣＢ１２０との間に接続される複数のボンディングワイヤ１４０を含み、その結果、ボンディングワイヤ１４０によって、ＬＥＤチップ１３０をＰＣＢ１２０と電気的に接続する。加えて、図１に示す通り、ＰＣＢ１２０上に成形材料１５０を選択的に配置することができ、該成形材料１５０がＬＥＤチップ１３０及びボンディングワイヤ１４０を覆い、その結果、それらを損傷や湿気による影響から保護する。
【００３０】
更に、基板１１０の放熱効率を向上させるには、図２Ａ及び２Ｂに示す通り、熱対流用の放熱区域を増大させるために、放熱モジュール１００'及び１００''が、更に複数の冷却フィン１６０ａ又は冷却フィン１６０ｂを含むことができる。
【００３１】
図３は、本発明の他の実施態様に従う放熱モジュールの略断面図である。図３を参照すると、放熱モジュール１００'''の構造は、放熱モジュール１００'''において基板１１０'の位置決め部１１２'の高さｈがＰＣＢ１２０の厚さｔより小さいことを除き、図１の放熱モジュール１００の構造と同一である。この方法においては、ＰＣＢ１２０と各位置決め部１１２'の間に、ＬＥＤチップ１３０を収容するためのくぼみを形成する。加えて、基板１１０'の表面Ｓ上に、基板１１０'上のＰＣＢ１２０の位置を限定するための位置決め枠１１４'を配置することができる。
【００３２】
図４Ａ〜４Ｅは、本発明の一の実施態様に従う放熱モジュールの製造方法の略断面図である。第一に、図４Ａを参照すると、基板２１０、ＰＣＢ２２０及び複数のＬＥＤチップ２３０を用意する。この実施態様においては、例えば、基板２１０上に複数のＬＥＤチップ２３０を配置するが、基板２１０上に単に一つのＬＥＤチップ２３０のみを配置することもできる。本発明において、ＬＥＤチップ２３０の数は制限されない。図４Ａに示す通り、基板２１０の表面Ｓは上方に突出する複数の位置決め部２１２を有し、また、ＰＣＢ２２０は位置決め部２１２に対応する複数の位置決め孔２２２を有する。本発明の一の実施態様においては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、並びに銅及びアルミニウムの複合材料等の高熱伝導性を有する金属材料、又はその他の適した熱伝導性材料によって、基板１１０を作製することができる。
【００３３】
次に、図４Ｂを参照すると、基板２１０の表面Ｓ上にＰＣＢ２２０を固定する結果、位置決め部２１２が位置決め孔２２２内に収容されており、このようにして、熱伝導機能及び回路制御機能を有する複合基板が形成される。その後、図４Ｃを参照すると、位置決め部２１２上にＬＥＤチップ２３０を固定する。本発明の一の実施態様においては、接着剤（図示せず）を用いることで、位置決め部２１２上にＬＥＤチップ２３０を固定することができる。最後に、図４Ｄを参照すると、ＬＥＤチップ２３０とＰＣＢ２２０とを電気的に接続し、それにより、放熱モジュール２００の製造方法を完了する。この実施態様においては、ワイヤボンディング技術によって、ＬＥＤチップ２３０とＰＣＢ２２０との間に複数のボンディングワイヤ２４０が形成され、その結果、ボンディングワイヤ２４０によって、ＬＥＤチップ２３０をＰＣＢ２２０と電気的に接続する。
【００３４】
放熱モジュール２００の製造方法を完了した後に、図４Ｅに示す通り、ＰＣＢ２２０上に成形材料２５０を選択的に形成させることができる。成形材料２５０は、ＬＥＤチップ２３０及びボンディングワイヤ２４０を覆い、その結果、それらを損傷又は湿気による影響から保護する。
【００３５】
しかしながら、基板２１０上に図３の位置決め枠１１４'を配置し、基板２１０上のＰＣＢ２２０の位置を更に限定することもできる。加えて、位置決め部２１２の高さをＰＣＢの厚さより小さくすることもできる。本発明において、位置決め部２１２の高さは制限されない。更に、基板２１０の放熱効果を更に向上させるには、図２Ａ又は２Ｂに示されるように、放熱区域を増大させるため、基板２１０の底部に複数の冷却フィンを設計することもできる。
【００３６】
上記したことを考慮すると、本発明の放熱モジュールにおいては、主として基板の位置決め部とＰＣＢの位置決め孔とを組み合わせることで、高熱伝導機能及び回路制御機能を有する複合構造が形成される。それから、基板の位置決め部上にＬＥＤチップを配置し、ＰＣＢと電気的に接続して、放熱モジュールを形成する。
【００３７】
放熱モジュールにおいては、高熱伝導性を有する基板上にＬＥＤチップを直接固定する。従って、該チップの操作時に発生する熱エネルギーを基板の底部から直接的に放散することができ、その結果、電子素子のパッケージ化において直面する現在の放熱問題を効果的に解決する。
【００３８】
本発明の構造に対し、本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、種々の変更及び変化を行うことができることが、当業者に明らかとなる。上記のことを考慮すると、本発明が、特許請求の範囲及びその均等の範囲内であれば、この発明の変更及び変化に及ぶことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一の実施態様に従う放熱モジュールの略断面図である。
【図２Ａ】基板の底部上に追加的に取り付けられた冷却フィンを有する図１に示す放熱モジュールの略断面図である。
【図２Ｂ】基板の底部上に追加的に取り付けられた冷却フィンを有する図１に示す放熱モジュールの略断面図である。
【図３】本発明の他の実施態様に従う方熱モジュールの略断面図である。
【図４Ａ】本発明の一の実施態様に従う放熱モジュールの製造の流れ図である。
【図４Ｂ】本発明の一の実施態様に従う放熱モジュールの製造の流れ図である。
【図４Ｃ】本発明の一の実施態様に従う放熱モジュールの製造の流れ図である。
【図４Ｄ】本発明の一の実施態様に従う放熱モジュールの製造の流れ図である。
【図４Ｅ】本発明の一の実施態様に従う放熱モジュールの製造の流れ図である。
【符号の説明】
【００４０】
１００    放熱モジュール
１１０    基板
１１２    位置決め部
１１４  位置決め枠
１２０    ＰＣＢ
１２２    位置決め孔
１３０    ＬＥＤチップ
１４０    ボンディングワイヤ
１５０    成形材料
２００    放熱モジュール
２１０    基板
２１２    位置決め部
２２０    ＰＣＢ
２２２    位置決め孔
２３０    ＬＥＤチップ
２４０    ボンディングワイヤ
２５０    成形材料
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2008277817.tif 000008
【図４Ｃ】
2008277817.tif 000009
【図４Ｄ】
2008277817.tif 000010
【図４Ｅ】
2008277817.tif 000011
【外国語明細書】
2008277817000001.pdf