(57)【要約】【課題】ＬＥＤの駆動時に発生する熱を効率的に放熱させる高出力パッケージを提供する。【解決手段】ＬＥＤ401；フリップチップ・ボンディングを形成したシリコン・サブマウント402;シリコン・サブマウントの上部に形成され、ＬＥＤに電気的に接続されてＬＥＤから発光する光の効率を高めるための反射膜；反射膜に接続されて外部回路に接続するための電気配線412；シリコン・サブマウント402の下部に形成する絶縁体403；絶縁体の下部に形成する放熱基板409；放熱基板409の上部に形成される絶縁基板407；および絶縁基板上に形成されて電気配線406に接続される金属配線412を含む。ＬＥＤ401がボンディングされるシリコン・サブマウント402を放熱基板409と直接接合してパッケージすることによって、ＬＥＤの放熱特性を改善する。【選択図】 図 ３
2005354067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ；
フリップチップ・ボンディングを形成したシリコン・サブマウント;
前記シリコン・サブマウントの上部に形成され、前記ＬＥＤに電気的に接続されて前記ＬＥＤから発光する光の効率を高めるための反射膜；
前記反射膜に接続されて外部回路に接続するための電気配線；
前記シリコン・サブマウントの下部に形成する絶縁体；
前記絶縁体の下部に形成する放熱基板；
前記放熱基板の上部に形成される絶縁基板；および
前記絶縁基板上に形成されて前記電気配線に接続される金属配線を含んでいることを特徴とする高出力ＬＥＤパッケージ。
【請求項２】
ＬＥＤ；
フリップチップ・ボンディングを形成したシリコン・サブマウント;
前記シリコン・サブマウントの上部に形成され、前記ＬＥＤと電気的に接続されて前記ＬＥＤから発光する光の効率を高めるための反射膜；
前記反射膜と接続されて外部回路に接続するための電気配線；
前記シリコン・サブマウントの下部に形成する不導体の放熱基板；
前記放熱基板の上部に形成されて前記電気配線に接続される金属配線を含んでいることを特徴とする高出力ＬＥＤパッケージ。
【請求項３】
ＬＥＤ；フリップチップ・ボンディングを形成したシリコン・サブマウント;前記シリコン・サブマウントの上部に形成され、前記ＬＥＤに電気的に接続されて前記ＬＥＤから発光する光の効率を高めるための反射膜；前記反射膜に接続されて外部回路に接続するための電気配線；及び前記シリコン・サブマウントの下部に形成する絶縁体を含む、少なくとも１つの素子部と、
前記絶縁体の下部に形成する放熱基板と、
前記放熱基板の上部に形成される絶縁基板と、
前記絶縁基板上に形成される金属配線とを含んでおり、
前記少なくとも１つの素子部の前記電気配線は、前記放熱基板の上部に形成された前記絶縁基板上の金属配線に接続されていることを特徴とする高出力ＬＥＤパッケージ。
【請求項４】
ＬＥＤ；フリップチップ・ボンディングを形成したシリコン・サブマウント;前記シリコン・サブマウントの上部に形成され、前記ＬＥＤに電気的に接続されて前記ＬＥＤから発光する光の効率を高めるための反射膜；及び前記反射膜に接続されて外部回路に接続するための電気配線を含む、少なくとも１つの素子部と、
前記シリコン・サブマウントの下部に形成する不導体の放熱基板と、
前記放熱基板の上部に接続される金属配線とを含んでおり、
前記少なくとも１つの素子部の前記電気配線は、前記放熱基板の上部に形成された前記金属配線に接続されていることを特徴とする高出力ＬＥＤパッケージ。
【請求項５】
発光するＬＥＤの光の効率を向上させるために、ＬＥＤを覆うためのレンズをさらに含んでいることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
【請求項６】
前記金属配線は、Ｐ-金属配線とＮ-金属配線とを含んでいることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
【請求項７】
前記シリコン・サブマウントは、前記ＬＥＤをフリップチップ・ボンディングする面に溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
【請求項８】
前記溝は、水酸化カリウム溶液を使用する湿式エッチングによって形成されることを特徴とする請求項７に記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
【請求項９】
前記シリコン・サブマウントは、静電気によるＬＥＤの損傷を防止するためにツェナーダイオードを更に含んでいることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
【請求項１０】
前記放熱基板は、熱伝導度の特性が優秀で熱膨張係数が前記シリコン・サブマウントと近似する材料として、SiC(シリコンカーバイド)、AlN(窒化アルミニウム)、AlOx(酸化アルミニウム)、Al及びCuから選択される1種以上の物質を使用することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
【請求項１１】
前記ＬＥＤと前記シリコン・サブマウントは、接着剤を用いて前記放熱基板に直接接合することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
【請求項１２】
前記接着剤は、アルミニウムペースト及びシルバーペーストから選択される1種以上の接着剤を使用することを特徴とする請求項１１に記載の高出力ＬＥＤパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高出力ＬＥＤパッケージに関し、特に、ＬＥＤの駆動時に発生する熱を効率良く放熱させるためのパッケージ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
２1世紀になって化合物半導体が先導する光半導体時代の次世代光源として、既存の光源と比べてエネルギー節減効果が非常に優れていると共に、半永久的に使用することができるＬＥＤが脚光を浴びている。最近では、ＬＥＤの限界であった輝度問題が大きく改善したことから、バックライト用、自動車用、電光板用、交通信号灯用、その他一般照明灯用などの応用市場が産業全般に広がりつつある。
【０００３】
特に、小型でありながら高輝度というメリットを有するバックライトユニット用ＬＥＤは既存のバックライトユニットの光源として使用されてきたＣＣＦＬランプの代りとして、モービル機器の利用と同様に、上昇軌跡を描くであろうと推測される。
【０００４】
しかし、このような高出力ＬＥＤは、駆動時、印加電流の増大に伴って多くの熱が発生する。そのため、高出力・高信頼性のＬＥＤ性能を維持するには、この熱を効率的に放熱させなければならない。この問題と関連して従来の技術を図１及び図２を参照しながら説明する。
【０００５】
図１は、現在市販しているL社のライト用ＬＥＤパッケージの斜視図である。
図１によれば、ライト用ＬＥＤパッケージは、ＬＥＤ(1)とシリコン・サブマウント(2)、アルミニウムスラグ(4)、金属配線(metal line)を有するプリント基板（ＰＣＢ）(3)、アルミニウム放熱基板(5)とによって構成される。
【０００６】
図２の断面図を参照して、より具体的に説明する。
図２に示したＬＥＤパッケージでは、ＬＥＤ(201)は、シリコン・サブマウント(202)にフリップチップ・ボンディングされる。このサブマウント(202)は、平坦なシリコンを使用してＬＥＤ(201)と電気的に接続するための金属配線(図示せず)、ＬＥＤをフリップチップ・ボンディングするためのはんだ(図示せず)、及びはんだダム(図示せず)を有している。さらに、ＬＥＤ(201)がフリップチップ・ボンディングされるシリコン・サブマウント(202)は、接着剤(203)を用いて、ミラー面を有するアルミニウムスラグ(204)に接合されている。
【０００７】
また、ＬＥＤパッケージは、プラスチックボディー(205)によって固定されるリード(206a,206b)を含み、これらのリードは、誘導性ワイヤー(212a,212b)を用いて、シリコン・サブマウント(202)の電極メタルと電気的に接続される。また、リード(206a,206b)は、はんだ(208a，208b)を介して、プリント基板(209，210)の金属配線(209a，209b)に接続される。プリント基板(209，210)の金属配線(209a，209b)は、接着剤(207a，207b)によってプラスチックボディー(205)に接合される。また、熱を放出するためのアルミニウム放熱基板(211)が設けられている。
【０００８】
しかし、このような構造のＬＥＤパッケージは、ＬＥＤを駆動させるときに発生する熱が、放熱効果に優れたアルミニウム放熱基板(211)まで直接に伝達されず、熱伝達の速度が遅いプラスチックボディー(205)及びプリント基板(210)を介して伝達されるため、伝熱による放熱効果が低い。つまりＬＥＤ駆動による発熱の増大によって、ＬＥＤ光特性の低下が依然として避けられない問題として残っている。
【０００９】
特に、ＬＥＤパッケージは、高出力ＬＥＤを利用したＬＣＤバックライト及び一般照明灯などのアプリケーションに適用させるときに、より多量の熱が発生するため、相対的に放熱効果がさらに低下してＬＥＤの光特性がより劣化するという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、このような問題を解決するための発明であって、ＬＥＤがボンディングされるシリコン・サブマウントを放熱基板に直接接合してパッケージすることにより、ＬＥＤの放熱特性を改善し、ＬＣＤバックライト及び一般照明灯などの高出力ＬＥＤ用パッケージを提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、本発明を高出力ＬＥＤパッケージだけでなく、ＰＣＳフォンなどのモービル機器のバックライト、キーパッド用ＬＥＤパッケージにも利用することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、ＬＥＤがフリップチップ・ボンディングされるシリコン・サブマウントを２つ以上のアレイで使用する場合のＬＥＤパッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明の高出力ＬＥＤパッケージは、ＬＥＤ；フリップチップ・ボンディングを形成したシリコン・サブマウント;前記シリコン・サブマウントの上部に形成され、前記ＬＥＤに電気的に接続されて前記ＬＥＤから発光する光の効率を高めるための反射膜；前記反射膜に接続されて外部回路に接続するための電気配線；前記シリコン・サブマウントの下部に形成する絶縁体；前記絶縁体の下部に形成する放熱基板；前記放熱基板の上部に形成される絶縁基板；および前記絶縁基板上に形成されて前記電気配線に接続される金属配線を含んでいることを特徴としている。
【００１４】
本発明における他の高出力ＬＥＤパッケージは、ＬＥＤ；フリップチップ・ボンディングを形成したシリコン・サブマウント;前記シリコン・サブマウントの上部に形成され、前記ＬＥＤと電気的に接続されて前記ＬＥＤから発光する光の効率を高めるための反射膜；前記反射膜と接続されて外部回路に接続するための電気配線；前記シリコン・サブマウントの下部に形成する不導体の放熱基板；前記放熱基板の上部に形成されて前記電気配線に接続される金属配線を含んでいることを特徴としている。
【００１５】
本発明におけるさらに他の高出力ＬＥＤパッケージは、ＬＥＤ；フリップチップ・ボンディングを形成したシリコン・サブマウント;前記シリコン・サブマウントの上部に形成され、前記ＬＥＤに電気的に接続されて前記ＬＥＤから発光する光の効率を高めるための反射膜；前記反射膜に接続されて外部回路に接続するための電気配線；及び前記シリコン・サブマウントの下部に形成する絶縁体を含む、少なくとも１つの素子部と、前記絶縁体の下部に形成する放熱基板と、前記放熱基板の上部に形成される絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成される金属配線とを含んでおり、前記少なくとも１つの素子部の前記電気配線は、前記放熱基板の上部に形成された前記絶縁基板上の金属配線に接続されていることを特徴としている。
【００１６】
本発明におけるさらに他の高出力ＬＥＤパッケージは、ＬＥＤ；フリップチップ・ボンディングを形成したシリコン・サブマウント;前記シリコン・サブマウントの上部に形成され、前記ＬＥＤに電気的に接続されて前記ＬＥＤから発光する光の効率を高めるための反射膜；及び前記反射膜に接続されて外部回路に接続するための電気配線を含む、少なくとも１つの素子部と、前記シリコン・サブマウントの下部に形成する不導体の放熱基板と、前記放熱基板の上部に接続される金属配線とを含んでおり、前記少なくとも１つの素子部の前記電気配線は、前記放熱基板の上部に形成された前記金属配線に接続されていることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明における上記ＬＥＤは、発光する光の効率を向上させるために、レンズによって覆い被せるとともに、上記放熱基板は導体又は不導体であることが望ましい。
【００１８】
本発明における前記金属配線は、Ｐ−金属配線とＮ-金属配線を包含し、シリコン・サブマウントは、前記ＬＥＤをフリップチップ・ボンディングする面に溝を形成することが好ましい。
【００１９】
本発明における前記溝は、水酸化カリウム溶液を使用して湿式エッチングで形成され、前記シリコン・サブマウントには、静電気によるＬＥＤの損傷を防止するためのツェナーダイオードが更に包含され、前記放熱基板は、熱伝導度の特性が優秀で熱膨張係数が前記シリコン・サブマウントと近似する材料として、SiC(シリコンカーバイド)、AlN(窒化アルミニウム)、AlOx(酸化アルミニウム)、Al及びCuから選択される1種以上の物質を使用することが好ましい。
【００２０】
さらに、本発明における前記ＬＥＤとサブマウントはアルミニウムペースト及びシルバーペーストから選択される1種以上の接着剤を用いて直接接合することが望ましい。
前記ＬＥＤと前記シリコン・サブマウントとは接着剤を用いて前記放熱基板に直接接合する。接着剤は、アルミニウムペースト及びシルバーペーストから選択される1種以上の接着剤を使用する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ＬＥＤがボンディングされるシリコン・サブマウントを放熱基板に直接接合することによって、ＬＥＤの駆動時発生する熱を効率的に放熱させることができ、ＬＥＤパッケージの構造が単純化され製造費用を大幅に削減することができる。
【００２２】
更に、本発明によれば、前記高出力ＬＥＤを利用したＬＣＤバックライト及び一般照明灯のアプリケーションに適用できるばかりでなく、既存のＰＣＳフォンのバックライトや、キーパッド用ＬＥＤパッケージにも利用することができるのでＬＥＤ機器のＬＥＤ光特性を向上させることができる効果がある。
【００２３】
特に、ＬＥＤがフリップチップ・ボンディングされるシリコン・サブマウントを２つ以上のアレイでパッケージするため、ＬＣＤバックライトモジュールに適用させる場合、コストを大幅に削減する効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態を添付する図面を参照して詳細に説明する。また、各図面の構成要素などに付与する参照符号は同一の構成要素の場合、他の図面上に図示されても同一の符号を与える。
【００２５】
また、本発明の特徴要旨を必要以上に混同させると判断される公知の機能及び構成に対しては詳細な説明を省略する。
なお、本実施形態は本発明の特許請求範囲を限定するものでない。
【００２６】
図３は、本発明を実施するための第１実施形態を表す高出力ＬＥＤパッケージの断面図である。上記の実施形態における高出力ＬＥＤパッケージは、ＬＥＤ(401)、シリコン・サブマウント(402)、絶縁層(403)、接着剤(404a)、金属配線(metal line)(406a、406b)、絶縁基板(407a、407b)、放熱基板(409)、電気配線（electrical wire）(412a、412b)、レンズ(413)、はんだ(414a、414b)及びはんだダム(415a、415b)で構成される。
【００２７】
この実施形態は、高出力ＬＥＤパッケージの効率的な放熱のために、上記の特性を有する放熱基板(409)上にＬＥＤ(401)がフリップチップ・ボンディングされるシリコン・サブマウント(402)を直接接合させる。
【００２８】
このときの接合に使用される接着剤(404a)は、熱伝導度の特性が優れるばかりでなく、シリコン・サブマウント(402)と熱膨張係数が近似する物質を使用する。
接着剤の種類は、アルミニウム固着剤及びシルバー固着剤などがある。
また、この場合に使用される放熱基板(409)は導体または不導体いずれも適用が可能である。
【００２９】
同じく図３のシリコン・サブマウント(402)は、サブマウント作製に最も多用されるシリコンウエハを使用し、水酸化カリウム溶液で湿式エッチングすることによって、ＬＥＤ(401)が位置する溝を生成させる。
前記溝を生成する方法は前記の方法に限定するのではなく、当業者の技術レベルによって通常のいずれの方法を採択しても良い。
【００３０】
ＬＥＤパッケージは、ＬＥＤ(401)と電気的に接続する電気配線(412a、412b)と、ＬＥＤ(401)から発光する光の効率を高めるための反射膜金属(図示なし)及びＬＥＤ(401)をフリップチップ・ボンディングするためのはんだ(414a、414b)とはんだダム(415a、415b)、放熱基板(409)との絶縁のための絶縁層(403)を包含している。
【００３１】
このようなシリコン・サブマウントにＬＥＤをフリップチップ・ボンディングすることは、前述した従来のパッケージ構造において溝が存在しない平坦なシリコン・サブマウントにＬＥＤをフリップチップ・ボンディングし、ミラー面を有するアルミニウムスラグにボンディングした場合と同様の機能を果たす。
【００３２】
このシリコン・サブマウント(402)は、ＬＥＤ(401)が有するＰ-金属及びＮ−金属の面をフリップチップ・ボンディングすることによって、ＬＥＤ(401)のＰ-金属(図示せず)を高反射の金属で厚くすることができる。これにより、高電流時に抵抗を減少させ、低いVf 特性を実現させるだけでなく、短い熱放出経路による優れた熱放出特性を有するメリットがある。
【００３３】
また、シリコンの高い熱伝導特性とＥ−ビーム蒸着法で蒸着したAuSnなどの金属はんだを用いることによって高温信頼性の向上ばかりでなく、サブマウントにツエナーダイオードを結合させることによって静電放電によるＬＥＤの致命的な損傷を防止することができる。
【００３４】
放熱基板(409)は、熱伝導度の特性が優秀で熱膨張係数がＬＥＤのシリコン・サブマウント(402)と近似する材料である、SiC, AlN, AlOx, Al，Cuなどを用いて表面積を大きくし、ＬＥＤ(401)の駆動時に発生する熱を十分放熱するようにする。
【００３５】
また、ＬＥＤ(401)を外部へ電気的に接続するために、プリント基板等の金属配線基板は、絶縁基板(407a、407b)と、導電性の金属配線(406a、406b)、即ち、Ｐ−金属配線(406a)とＮ−金属配線(406b)を含んでおり、この金属配線基板は、Ｐ−金属配線(406a)とＮ−金属配線(406b)とが互いに接続されるか重さならないように接着させて電気的に短絡が生じないように、放熱基板(409)に取り付けられている。
【００３６】
この時の接着に使用する接着剤(404b、404c)は、シリコン・サブマウント(402)の接着に使用した接着剤(404a)と同一の接着剤を用いて、シリコン・サブマウント(402)の結合の同時に結合させることができる。
【００３７】
ＬＥＤ(401)がフリップチップ・ボンディングされかつ電気的に接続されるシリコン・サブマウント(402)は、Au、Alのような誘導性ワイヤを用いて金属配線(406a、406b)に接続される。さらに、金属配線基板の絶縁基板(407a、407b)又は放熱基板(409)上に、レンズ(413)が覆い被せられて、ＬＥＤから発光する光の効率をより増加させる。
【００３８】
図４は、本発明の他の実施形態による高出力ＬＥＤパッケージの断面図である。
上記ＬＥＤパケージは、ＬＥＤ(401)をフリップチップ・ボンディングしたシリコン・サブマウント(402)が、AlN、AlOx等の絶縁膜からなる不導体の放熱基板(409)上に直接取り付けられている。
【００３９】
また、外部からＬＥＤへ電気的に接続するための金属配線は、図３の実施形態と同様、絶縁基板(407a、407b)上の導電性の金属配線(406a、406b)でなるか、又は、図４のように絶縁基板(407a、407b)を省略し、導電性の金属配線(406a、406b)を直接放熱基板(409)に取り付ける方法がある。
【００４０】
また、接着剤(404a、404b、404c)及び電気配線(412a、412b)、レンズ(413)などは、図３の実施形態と同様に適用させる。
【００４１】
図５は、本発明の他の実施形態によるアレイ配列のＬＥＤパッケージの斜視図である。
図５によれば、ＬＥＤ(501a、501b)がフリップチップ・ボンディングされるシリコン・サブマウント(502a、502b)を夫々放熱基板(504)に直接接合させる。
【００４２】
これによって、ＬＥＤの駆動時に発生する熱が熱伝達速度の遅い絶縁基板を通じることなしに、放熱基板(504)によって放熱させるので、放熱の特性が優れることになる。
【００４３】
図５のように、ＬＥＤ(501a、501b)がフリップチップ・ボンディングされるシリコン・サブマウント(502a、502b)を２つ以上の配列でパッケージする場合、夫々のサブマウント(502a、502b)を放熱基板(504)に直接接合させ、Ｐ−金属配線(503a)とＮ−金属配線(503b)をそれぞれ1個ずつ使用して互いに接続されるか重さならないように接合する。
【００４４】
ＬＥＤ(501a、501b)をフリップチップ・ボンディングして電気的に接続されるシリコン・サブマウント(502a、502b)は、それぞれＰ−金属配線(503a)とＮ−金属配線(503b)に接続されている。そして、シリコン・サブマウント(502a、502b)は、誘導性ワイヤ（505）を用いて放熱基板(504)に接合される。こうして外部からの電流が、Ｐ−金属配線(503a)とＮ−金属配線(503b)に印加されると、すべてのサブマウントのＬＥＤ(501a、501b)にＰ−金属配線(503a)とＮ−金属配線(503b)を介して電流が流れる。
【００４５】
更に、前記シリコン・サブマウント(502a、502b)及び金属配線(503a、503b)の接合に使用される接着剤(図示せず)及びワイヤ(505)、レンズ(図示せず)などは、図３の実施形態と同様に適用される。
【００４６】
また、図４の構成で作製されるＬＥＤパッケージを利用して、図５と同様の放熱基板(504)と金属配線(503a、503b)を含めて他の配列形態のＬＥＤパッケージを構成することもできる。なお、図３又は図４の断面図は、図５のB‐B'の断面図である。
【００４７】
以上のように、本発明の好適な実施形態を参照して詳細に説明したが、この技術分野において通常の知識を有するものは、添付する特許請求範囲に記載された本発明の技術的思想と要旨から外れない範囲で本発明を多様に修正・変更させることが可能であることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】従来技術のライト用ＬＥＤパッケージを表した斜視図である。
【図２】従来技術のライト用ＬＥＤパッケージの断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるＬＥＤパッケージの断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態によるＬＥＤパッケージの断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態によるアレイ配列のＬＥＤパッケージの斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
401；ＬＥＤ
402；シリコン・サブマウント
403；絶縁層
404a、404b；接着剤
406a、406b；金属配線
407a、407b；絶縁基板
409；放熱基板
412a、412b；電気配線
413；レンズ
414a、414b；はんだ
415a、415b；はんだダム
501a、501b；ＬＥＤ
502a、502b；シリコン・サブマウント
503a、503b；金属配線
504；放熱基板
505；電気配線
【図１】
2005354067.tif 000003
【図２】
2005354067.tif 000004
【図３】
2005354067.tif 000005
【図４】
2005354067.tif 000006
【図５】
2005354067.tif 000007