(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一又は二以上の半導体を実装するための第一の表面を含み第一の長さを有する内部導電体と、
前記内部導電体の長さ方向の一部に沿って少なくとも一部が同心状である一又は二以上の外部導電体と、
前記内部導電体と前記一又は二以上の外部導電体のそれぞれとの間に配置された絶縁材と、
第一の表面の上に配置された一又は二以上の半導体デバイスと、
を含み、
前記内部導電体は半導体デバイスを実装するための第二の表面を含み、前記第二の表面は第一の長さ方向に沿って形成され、第二の表面上に配置された一又は二以上の電気デバイスを含み、前記電気デバイスには一又は二以上の半導体デバイス及び個別電気デバイスが含まれている
ことを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項２】
請求項１記載の半導体パッケージにおいて、さらに、前記内部導電体に結合されたヒートシンクと、
一又は二以上の半導体デバイスの一又は二以上の上に配置された光学コーティングと、  を含むことを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項３】
電気部品を実装するための第一の表面とパッケージを電力供給手段に結合するための電気的接続部を含む内部導電体と、
前記内部導電体と共軸にほぼその外側に設けられた一又は二以上の外部導電体と、
前記内部導電体及び前記一又は二以上の外部導電体それぞれの間に配置された電気的絶縁手段と、
を含み、
内部導電体は複数の端面及び一又は二以上の側面を有する立体で、第一の表面は一つの端面上にあり、内部導電体は電気部品を実装するための第二の表面を含み、第二の表面は一又は二以上の側面の上に形成され、一又は二以上の電気デバイスが第二の表面の上に配置されている
ことを特徴とする電気部品を実装するための共軸パッケージ。
【請求項４】
さらに、一又は二以上の内部導電体及び一又は二以上の外部導電体に結合されたヒートシンクと、
第一の表面の上に配置され、一又は二以上の外部導電体にボンディングされた一又は二以上の電気デバイスと、
内部導電体及び一又は二以上の外部導電体の露出された表面の上に配置された導電性のコーティングと、
を含む請求項３記載の共軸パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスを実装するためのパッケージの設計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体デバイスを実装するための現状のパッケージには、「穴を通す」タイプのもの、あるいは表面実装タイプのものがある。これらのパッケージは、プリント配線基板（ＰＣＢ）とともに用いられ、半導体デバイスをＰＣＢに確実に実装するための専用の組み立て工程が必要になる場合がある。すなわち、半導体のリードを、ＰＣＢに電気的かつ熱的に接続するために、ハンダ付け工程が行われる。ＬＥＤの場合には、このＰＣＢとの接続法によって、パッケージ内のＬＥＤへの電力の供給及び発光が可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
現状のＬＥＤパッケージは、ＰＣＢ又は丈夫な配線と接続するために、薄いリード（リードフレーム）を有するもの、あるいはリードのないもの（メッキした金あるいはスズトレース（tin traces）を利用したＰＣＢ）がある。このような現状のＬＥＤパッケージは、本質的に、ＬＥＤパッケージ内のＬＥＤチップによって生じた熱の拡散及び伝導の特性が貧弱である。このため、現状のＬＥＤパッケージには、０．３ワットより高い電力で動作するものはほとんどない。
【０００４】
現状のＬＥＤパッケージにはまた、実装領域が大きいという欠点がある。実装領域面積当たりのパッケージ当たりの光束、たとえば装置パネル内の照度が重要となるような状況には、現状のＬＥＤパッケージを適用するのは難しい。さらに、既存のＬＥＤパッケージは、所定のスペクトル効果及び照度効率を得るために、反射（混色）チャンバー内で異なる色の複数のＬＥＤを近接して配置するには大きすぎる場合がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
同心状にリードが設けられたパワー半導体デバイスパッケージは、現状の半導体パッケージの設計上固有の問題を排除する。このパッケージによれば、実際の組み立て作業におけるハンダ付け工程の必要性を回避するかあるいは最小限に抑えられる可能性がある。またこのパッケージによれば、優れた熱拡散特性が得られる。このパッケージは、一対の共軸の丸いあるいは四角い複数のリードを含んでおり、これらは薄い絶縁フィルムによって電気的に分離されている。このパッケージに電力を供給するのに、ＰＣＢに実装することは必要ではない。パッケージからのリードは、低コストのコネクタに確実に実装される。このコネクタは、単にパッケージをコネクタに差し込むことによってヒートシンクとして機能するようにも設計することができる。コネクタが電力をＬＥＤに供給すると、コネクタは、ＬＥＤによって生じた熱を排除する。このパッケージは、内包された複数のＬＥＤに対して、優れた熱拡散及び熱伝導特性を示す。このようなことは、実際の組み立て作業において、ＬＥＤチップを一方の端部において直線状のワイヤ（内側）の端面に接続することによって、そして、同ワイヤの反対側をヒートシンクに挿入することによって達成される。このようにする代わりに、外部のワイヤ又は導電体をヒートシンクに挿入することも可能である。ワイヤの直径及び材質は、ＬＥＤチップパッケージの熱的な特性に基づいて選択することができる。内側ワイヤの円筒状の表面とコネクタのヒートシンクとの接触面における熱抵抗を低減するために、サーマルコンパウンド（a thermal compound）あるいはグリースを用いてもよい。このような設計上の工夫によって、大きな電力のＬＥＤをパッケージ化し、過熱状態にならずに高いワット数で動作させることができる。
【０００６】
共軸の円筒状あるいは四角形状の設計に加え、パッケージに、複数層の共軸の導電体を採り入れることもできる。たとえは、パッケージが、三つの同心の円筒状の導電体を含むようにすることができる。このような設計は、複数のＬＥＤを使用する場合を考慮したものである。パッケージ構成の他のバリエーションとして、複数のＬＥＤと他のデバイス、たとえば半導体デバイス、抵抗、及びキャパシタなどを、半導体の一部を取り除いた部分に接続させるようにして含むようにすることもできる。このようなパッケージのバリエーションは、たとえば半導体レーザーに対して有用である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して詳細に説明する。図面において、同一又は類似の符号は、同一の要素を指し示している。
【０００８】
図１（ａ）は、同心状にリードが設けられたパワー半導体デバイスパッケージの設計１０の断面図である。同心状にリードが設けられたパワー半導体デバイスパッケージ２０は、内部導電体２２を含んでいる。内部導電体２２の断面形状は、円形、四角、三角形など、適した形状であればどのようなものでもよい。内部導電体２２は、電気接続端２３と、この電気接続端２３の反対側に実装表面端面２５を有している。外部導電体２４は、内部導電体２２を囲み、全体として内部導電体２２と同じ断面形状に沿うように設けられている。内部導電体２２及び外部導電体２４は、絶縁フィルム２６によって分離されている。絶縁フィルム２６は、内部導電体２４と外部導電体２６を、電気的に絶縁している。絶縁フィルム２６としては、たとえば、非常に薄い高温誘電コーティングを用いることができる。
【０００９】
内部導電体２２と外部導電体２４は、しまりばめ（press fit）によってしっかりと固定することができる。内部導電体２２の実装面２５及び外部導電体２４の対応する面２７は、機械加工又は鋳造（打ち抜き）によって、ダイ・アタッチング、ワイヤ・ボンディング及び光学特性を考慮して設計された形状とすることができる。
【００１０】
外部導電体２４をパッケージの長さ方向に沿って内部導電体２２よりも短くし、内部導電体２２及び絶縁フィルム２６が露出するようにしてもよい。絶縁フィルム２６を内部導電体２２から除去し、内部導電体２２に電気的及び熱的な接点としてメッキを施してもよい。パッケージ２０全体を、ダイ・アタッチング、ワイヤ・ボンディング、光学的反射率、電気的及び熱的な接点、および腐食耐性を考慮して、ニッケルを下層、銀、金、あるいは他の貴金属３２を上層としてメッキしてもよい。また、目的とする機能に合致するよう、反射作用のある材料を選択的にメッキあるいはコーティングしてもよい。
【００１１】
実装面２５の部分には、図１（ａ）に示すように、ＬＥＤチップ２８が内部導電体２２に固定されている。ＬＥＤチップ２８と外部導電体２４との接続には、ボンディングワイヤ３０が使われている。ＬＥＤチップ２８を内部導電体２２に固定するのには、たとえば標準的な導電性エポキシあるいはハンダ付けを用いることができる。同様に、ボンディングワイヤ３０のＬＥＤチップ２８及び外部導電体２４への接続には、エポキシ、ハンダ付けその他の標準的なボンディング技術を用いることができる。ＬＥＤチップ２８及びボンディングワイヤ３０は、ドーム状のエポキシ（エポキシドーム）３４によって保護することができる。
【００１２】
図１（ａ）には、ＬＥＤチップ２８は、一つの電気的接続部となるボンディングワイヤ３０と共に示されている。また、ＬＥＤチップ２８は、内部導電体２２と直接ボンディングされて、第二の電気的接続部を形成している。コンピュータチップなどの半導体デバイスからの電気的接続手段のすべてを、その半導体デバイスの上面に形成することができるが、ＬＥＤについても、パッケージ２０内で、このような方法で電気的に接続することができる。あるいは、ＬＥＤなどのように普通は上側に電気的な接続部を有する半導体デバイスは、上下を逆にして、直接基板に接続することもできる（たとえばハンダ付けによって）。このような構成（「フリップチップ」として知られている）を図１（ｂ）に示す。図１（ｂ）では、半導体デバイス２９が、内部導電体２２′及び外部導電体２４′に接続された状態として示されている。内部導電体２２′と外部導電体２４′は、絶縁体２６′によって分離されており、これにより電気的に絶縁される。半導体デバイス２９は、接続点３０′において、内部導電体２２′及び外部導電体２４′に電気的に接続されている。半導体デバイス３９を、たとえばハンダ付けやエポキシ接着で接続することもできる。
【００１３】
設計１０は、パッケージ２０がヒートシンク３６に挿入された状態として示されている。ヒートシンク３６は、内部導電体２２のための電気的なコネクタとしての役割も持つ。戻りの電源線（図１（ａ）には示していない）は、外部コネクタ２４に接続される。パッケージ２０は、たとえば押し込むことによって簡単にヒートシンク３６に挿入することができる。熱的な特性を改善するために、内部導電体２２の電気的な接続端２３に熱グリースなどの熱伝導性材料３８を塗布して、内部導電体２２の表面とヒートシンク３７との境界部の熱抵抗を低減するようにしてもよい。
【００１４】
図１（ａ）では、ヒートシンク３６が内部導電体２２に取り付けられた状態が示されている。これとは別の方法で、パッケージ２０に実装されている半導体デバイスが発する熱を除去するようにしてもよい。たとえば、熱源３６を内部導電体２２に接続する代わりに、あるいは熱源３６を内部導電体２２に接続するのと併せて、ヒートシンクを外部導電体２４に結合させることもできる。
【００１５】
内部導電体２２は、特別の応用に適合するような寸法とすることができる。たとえば、内側導電体２２の直径を０．１ｍｍから５ｍｍもしくはそれ以上の寸法とすることができる。内部導電体２２及び外部導電体２４は、たとえば銅などの適切な導電性材料から形成することができる。
【００１６】
パッケージ２０は非常に細いので、異なる色のＬＥＤを備えたいくつかのパッケージ２０を混色が生じるように配置することができる。たとえば、青のＬＥＤと緑のＬＥＤをパッケージ化して、希望する別の色の光を得ることができる。あるいは、複数のＬＥＤを、白色を発するようパッケージ化することもできる。熱散逸特性が優れているので、パッケージ２０を、複数のＬＥＤから全体として白色の光を発光させるのに用いることができる。
【００１７】
図１（ａ）に示した例では、ＬＥＤチップ２８は、パッケージ２０内にパッケージ化されている。しかしながら、パッケージ２０を、半導体レーザーや他のパワー半導体デバイスを含む電気デバイスや、抵抗、インダクタ、キャパシタなどを含む個別の電気部品とともに使用することもできる。
【００１８】
追加の半導体デバイスをパッケージ２０に含めることもできる。一つの構成として、追加の複数のＬＥＤ（図１（ａ）には示していない）を内部導電体２０に取り付けることができる。他の構成として、第三の導電体（図１（ａ）には示していない）を、外部導電体２４と同心的に配置することもできる。その場合、半導体デバイスを第２の導電体２４に取り付け、内部導電体２２にボンディングすることもできる。このような構成では、内部導電体２４に取り付けられた半導体デバイス（たとえばＬＥＤチップ２８）は、第三の導電体にボンディングされよう。
【００１９】
さらに別の構成では（図１（ａ）には示していない）、第四及びそれ以上の導電体を、内部もしくは第一の導電体と同心的に配置することができる。
【００２０】
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、内部導電体２２の端面２５及びボンディングワイヤ３０の接続についての他の選択可能な例を示している。図２（ａ）〜図２（ｃ）に示したように、ＬＥＤチップ２８は、内部導電体の端面の中央部に配置されている。ＬＥＤチップ２８の周囲の表面のわずかな変更でも、光量分布に大きな影響を与える。図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、内部導電体の端面の設計には、三つの異なる選択肢が考えられる。図２（ａ）は平坦な面４１を例示し、図２（ｂ）は、光束を上方に向けるよう浅い凹型の形状をした反射カップ４３を例示し、図２（ｃ）は、光束が下方に分布するようにして半球の照射空間よりも大きな照射空間を与えるよう、ＬＥＤチップ２８の面が持ち上げられた台座部４５を例示している。
【００２１】
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、また、ボンディングワイヤ３０を外部電極に接続するための選択肢も示している。ＬＥＤチップ２８は、内部導電体の中央部にダイ・アタッチングされている。しかしながら、針状のボンディングワイヤ３０をボンディングする位置は、外部導電体の端面の任意の場所とすることができ、柔軟な設計が可能となる。
【００２２】
図３は、同心的にリードが設けられたパワー半導体デバイスパッケージ５０を示している。パッケージ５０は、長さ方向に沿って縦に加工された平坦面５３を有する内部導電体５２を含んでいる。中間導電体５６は、内部導電体５２を部分的に被包しており、絶縁層５４によって内部導電体５２から分離されている。中間導電体５６は、内部導電体５２の面５３の形状に対応する加工面５７を有している。外部導電体６０は、中間導電体５６を部分的に被包しており、絶縁層５８によって中間導電体５６から分離されている。外部導電体６０の面５９は、中間導電体５６及び内部導電体５２の面５７及び５３と対応するように加工されている。このような加工の結果、平坦面５３が露出し、半導体デバイスなどの電気デバイスの実装に利用される。このように、中間導電体５６及び外部導電体６０は、図３に示すように内部導電体５２と部分的に同心となっている。
【００２３】
パッケージ５０の表面の実装面６１に、たとえばＬＥＤチップなどの複数の半導体デバイス６２が中間導電体５６に実装された状態が示されている。ボンディングワイヤ６４は、半導体デバイス６２から内部導電体５２へ接続されている。半導体デバイス６６は、内部導電体５２に接続された状態で示されており、ボンディングワイヤ６８は、半導体デバイス６６から外部導電体６０へ接続された状態で示されている。内部導電体５２の平坦面５３に沿って、多数の半導体デバイス７０が接続されている。ボンディングワイヤ７２は、半導体デバイス７０を外部導電体６０に接続している。たとえば抵抗やキャパシタなどからなる電気部品７４も、平坦面５３に接続された状態で示されている。
【００２４】
半導体デバイスをパッケージ５０に接続するのに他の選択肢を選ぶこともできる。たとえば、フリップチップ（図３には示されていない）を、ハンダ付けあるいはエポキシを用いて、内部導電体５２と中間導電体５６の間に取り付けることもできる。半導体デバイスを外部導電体６０の面５９に取り付けることもでき、その場合は、ボンディングワイヤによって内部導電体５２に接続することもできる。
【００２５】
パッケージ５０は、半導体デバイス７０をレーザーへの応用に最も適するよう構成していることから、半導体レーザーなどへの応用に特に有用である。パッケージ５０は、ＬＥＤパッケージに加え、他の応用にも用いることができる。たとえば、電気部品７４を半導体デバイス７０、６２、６６と連携させて用いることにより、現在のプリント回路基板が果たしている多くの機能を果たすようにすることができる。
【００２６】
パッケージ５０内に示されている半導体デバイスへの電力を内部導電体５２から供給し、戻りの電気的経路（不図示）として中間導電体５６及び外部導電体６０を利用することもできる。内部導電体５２の端部７５を適当なヒートシンク（不図示）に挿入することによって、内部導電体５２を、パッケージ５０内の半導体デバイスによって生じる熱を除去するのに利用することもできる。他の構成として、中間導電体５６と外部導電体６０のいずれか一方あるいは両方をヒートシンクに結合して熱を除去するようにしてもよい。当該他の構成では、ヒートシンクへの挿入を容易にするために、中間導電体５６及び外部導電体６０の長さを、内部導電体５２の長さより長くすることができる。この場合には、ヒートシンクを、中間導電体５６、外部導電体６０のいずれか一方あるいは両方への電力の供給手段とすることができる。
【００２７】
図３に示したパッケージ５０は、全体として円筒状であり、部分的に同心の三つの導電体を含んでいる。しかしながら、平坦面５３と類似した追加の実装面をパッケージ５０の周辺に設けることによって、さらに変形することができる。あるいは追加の導電体を、それぞれが既存の導電体と全体として同心となるように設けることもできる。さらに、パッケージ５０の導電体の電気的な構成を図３に示すような構成にしたり、あるいは他の構成にすることもできる。さらに他の変形例としては、パッケージ５０を直方体その他の立体として、半導体デバイスその他の電気部品を導電体の複数の面に実装するようにしてもよい。一般に、導電体を共軸、同心、あるいは対称的な構成とすることで、半導体実装面を、優れた熱拡散特性を有する丈夫なものとすることができる。
【００２８】
以上で用いられた用語や説明は、あくまでも例示としてのものであって、制限的に解釈されるべきものではない。当業者によれば、特許請求の範囲に規定された発明の趣旨及び発明の範囲、及び特に示されている場合を除いてすべての用語が最も広い意味に理解されるべきそれらの均等範囲において、多くの変形例を考え得るものであることが認識される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は同心的にリードが設けられたパワー半導体デバイスパッケージの断面図、（ｂ）は同心的にリードが設けられたパワー半導体パッケージの上から見た図で、半導体デバイスの他の実装を示した図である。
【図２】図１（ａ）に示したパッケージに対する種々の光学的設計例及びボンディングの特徴を例示した図である。
【図３】同心的にリードが設けられたパワー半導体デバイスパッケージの他の設計例を示した図である。
【符号の説明】
２０…パワー半導体デバイスパッケージ、２２…内部導電体、２４…外部導電体、２５…実装表面端面、２６…絶縁フィルム、２８…ＬＥＤチップ、３０…ボンディングワイヤ、３４…エポキシ、３６…ヒートシンク、５２…内部導電体、５４…絶縁層、５６…中間導電体、６０…外部導電体、６２…半導体デバイス、６４…ボンディングワイヤ、７０…半導体デバイス、７２…ボンディングワイヤ、７４…電気部品
【図１】
0004833418.tif 000002
【図２】
0004833418.tif 000003
【図３】
0004833418.tif 000004