(57)【要約】  ＬＥＤデバイスを製造する方法であって、  回路板基板を提供するステップであって、回路板基板は、コア層（２６，２７）と、プリプレグ層（２８）と、銅層（２５，２９）との積層体を含み、回路板基板は、ＬＥＤモジュール（１４）を受ける受け部分を更に含む、ステップと、受け部分内にＬＥＤモジュールを提供するステップであって、ＬＥＤモジュールは、ＬＥＤ基板の上に実装されるＬＥＤチップを含む、ステップと、ＬＥＤモジュールを受け部分内に提供した後、熱及び圧力を加えて回路板基板のコア層を互いに接合し、ＬＥＤ基板を回路板基板と一体化するステップとを含む、方法。
2018529231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤデバイスを製造する方法であって、
回路板基板を提供するステップであって、前記回路板基板は、コア層と、プリプレグ層と、銅層との積層体を含み、前記回路板基板は、ＬＥＤモジュールを受ける受け部分を更に含む、ステップと、
前記受け部分内に前記ＬＥＤモジュールを提供するステップであって、前記ＬＥＤモジュールは、ＬＥＤ基板の上に実装されるＬＥＤチップを含む、ステップと、
前記ＬＥＤモジュールを前記受け部分内に提供した後、熱及び圧力を加えて前記回路板基板の前記コア層を互いに接合し、前記ＬＥＤ基板を前記回路板基板と一体化するステップとを含む、
方法。
【請求項２】
前記回路板基板の外面に銅層を提供するステップと、
積層後に、前記銅層にエッチング工程を実行するステップを更に含み、前記銅層の残部は、複数の導電性トラックを含む回路を形成する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＬＥＤモジュールの実装面に第１の接触部分と第２の接触部分とを提供するステップと、
前記エッチング工程の後に、電気メッキ工程を実行して、前記回路板の第１の導電性トラックを前記ＬＥＤモジュールの前記第１の接触部分に接続し、且つ、前記ＬＥＤモジュールの前記第２の接触部分を前記回路板の第２の導電性トラックに接続するステップとを更に含む、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＬＥＤモジュールの側壁に側壁接触部分を提供するステップと、電気メッキ工程を実行して前記側壁接触部分を前記回路板の導電性トラックに接続するステップとを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記ＬＥＤモジュールの実装面に第１の接触部分と第２の接触部分とを提供するステップと、
第１の表面実装部品を実装して前記回路板の第１の導電性トラックを前記ＬＥＤモジュールの前記第１の接触部分に接続するステップと、第２の表面実装部品を実装して前記ＬＥＤモジュールの第２の接触部分を前記回路板の第２の導電性トラックに接続するステップとを更に含む、
請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記ＬＥＤモジュールを前記受け部分内に提供するステップは、前記ＬＥＤチップを前記回路板基板の外面の下に実装するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記回路板基板の前記外面に光学素子を提供するステップを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記光学素子は、光ガイドである、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤデバイス、例えば、ＬＥＤ照明ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤデバイスの性能を支える重要な要因は、ＬＥＤデバイスの熱管理である。ＬＥＤ技術が進歩するに応じて、ＬＥＤの輝度レベルが増加している。結果的に、ＬＥＤデバイスによって生成される熱を放散するＬＥＤの能力は、ますます重要になってきている。
【０００３】
表面実装技術を用いて製造されるデバイスは、電子部品がプリント回路基板（ＰＣＢ）の表面に直接的に実装される表面実装デバイス（ＳＭＤ）として知られている。このように電子デバイスを製造することは、低い製造コスト、高い部品密度及びコンパクトな設計のような、数多くの利点をもたらす。しかしながら、このようにして回路基板(circuit  board)表面に実装される（取り付けられる）ＬＥＤによって生成される熱負荷は、典型的には、回路基板の本体を通じて伝導される。これは、ＬＥＤを実装するＰＣＢが、ＰＣＢを通じて熱を効果的に伝導するそれらの能力のために特に選択される高性能材料で構成されることを必要とする。例えば、表面実装デバイスにおける使用に適したＰＣＢは、金属コアと、熱ビアのような追加的な手段を備える、熱伝導性を有するが電気絶縁性を有する、誘電体層又は「古典的な」ＰＣＢ材料（ＦＲ４，ＢＴ）とから成る、絶縁金属基板（ＩＭＳ）としても知られる、金属コアＰＣＢ（ＭＣＰＣＢ）である。回路基板材料の選択は、回路基板がＬＥＤによって生成される熱を放散するという要件によって制約され、適切な材料は高価である。結果として、高性能ＬＥＤデバイスを製造することはコストがかかる。
【０００４】
表面実装型ＬＥＤに関連する高コストを回避するために、ＰＣＢの実装面とＬＥＤとの間にヒートシンク（又は一般的にパッケージ若しくはインターポーザ）を設ける代替的な構成を使用されることがある。この構成において、ＬＥＤは、ＬＥＤチップから回路基板の表面まで延びるボンドワイヤによってＰＣＢの電子回路に接続される。他の構成では、ＬＥＤチップをＰＣＢに接続するために、ビアがパッケージ又はインターポーザを通じて設けられる。このようにして、表面実装デバイスが提供される。
【０００５】
米国特許出願公開第２０１２／０３２９１８３Ａ１号明細書は、銅及びプリプレグの層を提供するステップと、銅層およびプリプレグ層に１つ又はそれよりも多くの取付穴を製造するステップと、銅層およびプリプレグ層を積層し且つプレスするステップと、１つ又はそれよりも多くの円筒形マイクロラジエータを形成するステップと、円筒型マイクロラジエータ上にＬＥＤチップを取り付けるステップと、銅及びプリプレグ層を積層した後、円筒形マイクロラジエータを取付穴内に埋め込むステップとを含む、プリント回路基板の製造方法を開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、ＬＥＤへの簡単な接続を可能にし、低コストのＰＣＢでさえも良好な熱管理を可能にし且つ製造が簡単である、設計の必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、請求項によって定められる。
【０００８】
ＬＥＤ基板と、ＬＥＤ基板の実装面(取付面)(mounting  surface)に実装される(取り付けられる)(mounted)ＬＥＤチップとを含む、ＬＥＤモジュールと、
回路板基板(circuit  board  substrate)と、回路板基板の第１の表面にある複数の導電性トラックとを含む、回路板(circuit  board)とを含み、
回路板基板は、ＬＥＤ基板を受けるように構成された受け部分(receiving  portion)を含み、ＬＥＤ基板は、回路板基板内に埋め込まれる、
ＬＥＤデバイスが提供される。
【０００９】
この構成では、回路板の受け部分がＬＥＤ基板を収容するように成形されて、ＬＥＤデバイスがＬＥＤモジュールを回路板内に挿入することによって容易に組み立てられるのを可能にする。組み立てられたＬＥＤデバイスにおいて、ＬＥＤモジュールのＬＥＤ基板は、ＬＥＤチップが設けられるＬＥＤ基板の実装面が露出した状態で、回路板基板に一体化（集積）される。導電性トラックは、ＬＥＤチップが接続される回路を形成するために、回路板基板の第１の表面上に配置される。ＬＥＤ基板は、ＬＥＤ基板の実装面及び回路板基板の第１の表面が互いに近接近するような方法において、回路板基板内に配置される。このようにして、ＬＥＤチップは回路板基板上に配置された導電性トラックに容易に接続されることができるので、ＬＥＤチップは回路に接続される。ＬＥＤ基板は、良好な放熱をもたらす材料で作られるので、ＬＥＤチップによって生成される熱はＬＥＤ基板によって放散される。このようにして、ＬＥＤデバイスは、より費用効率がよく、コンパクトな設計で高い熱性能を達成する。
【００１０】
ＬＥＤ基板の実装面は、回路板基板の第１の表面と同一平面にあってよい。このようにして、ＬＥＤチップは、回路板の導電性トラックに近接近して設けられる。従って、ＬＥＤチップと回路板との間の電気的接続を提供することは簡単である。加えて、構成はコンパクトである。
【００１１】
ＬＥＤモジュールは、回路板基板を貫通して延在してよい。よって、ＬＥＤ受け部分は、回路板基板の第１の表面と同一平面にある第１のキャビティ開口と回路板基板の第２の表面と同一平面にある第２のキャビティ開口とを有するキャビティ（空洞）であってよい。ＬＥＤ基板は、ＬＥＤチップによって生成される熱がＬＥＤ基板によってＬＥＤモジュール及び回路板から効率的に引き出されるよう、熱伝導性であってよい。ＬＥＤ基板はＬＥＤチップの熱管理を提供することができるので、回路板基板は放熱に適した材料で製造される必要がない。従って、回路板は、ＬＥＤデバイスの性能を損なうことなく安価な材料で作られることがある。
【００１２】
回路板基板は、第１の表面に対向する第２の表面を含んでよく、ＬＥＤモジュールは、実装面に対向する底面を含んでよく、底面及び第２の表面は、ＬＥＤデバイスの放熱面を定め、ＬＥＤデバイスは、放熱面とインターフェース接続するように構成されたヒートシンク部分を更に含んでよい。このようにして、ＬＥＤチップによって生成される熱は、ＬＥＤ基板を通じてヒートシンク部分に伝導され、それはＬＥＤチップによって生成される熱を拡散させて、ＬＥＤデバイスを冷却する。このようにして、ＬＥＤによって生成される熱は、ＬＥＤ基板を通じて、回路板基板に取り付けられたヒートシンク部分にルーティング（経路指定）される。この構成を提供することによって、ヒートシンク部分を回路板基板に固定することができる。回路板基板は安価で機械的に堅牢なＰＣＢ材料で作られてよいので、ヒートシンク部分を容易に取り付けることができる。例えば、ヒートシンク部分を回路板基板にネジ止めすることができる。代替的に、ヒートシンク部分を回路板基板にクランプすることができる。これはＬＥＤデバイスが容易に製造されるのを可能にすることがある。
【００１３】
ＬＥＤモジュールは、ＬＥＤ基板の実装面に配置された第１の接触部分と第２の接触部分とを更に含んでよく、第１の接触部分は、ＬＥＤチップを回路板の第１の導電性トラックに電気的に接続するように構成され、第２の接触部分は、ＬＥＤチップを回路板の第２の導電性トラックに電気的に接続するように構成される。第１及び第２の接触部分は、ＬＥＤモジュールが回路板基板内に位置付けられるときに、第１及び第２の接触部分が回路板基板上の回路の第１及び第２の導電性トラックとそれぞれ整列させられるように、ＬＥＤ基板上に位置付けられてよい。このようにして、ＬＥＤチップは、回路に電気的に接続されることがある。
【００１４】
第１の接触部分は、ＬＥＤ基板の実装面に亘って延在してよく、回路板の第１の導電性トラックと整列するように位置付けられてよく、第２の接触部分は、ＬＥＤ基板の実装面に亘って延在してよく、回路板の第２の導電性トラックと整列するように位置付けられてよい。第１及び第２の接触部分は、ＬＥＤチップから、回路板と接触するＬＥＤ基板の縁まで延びてよい。
【００１５】
第１の接触部分及び第２の接触部分は、回路板の導電性トラックと同一平面にあってよい。このようにして、第１の接触部分と回路との間に並びに第２の接触部分と回路との間に良好な電気的接続が提供されてよい。加えて、導電性トラック及び接触部分は同一平面にあるので、接続は嵩張らない。
【００１６】
第１の接触部分は、回路板の第１の導電性トラックに接触してよく、第２の接触部分は、回路板の第２の導電性トラックに接触してよい。ＬＥＤ基板は、回路板の回路とＬＥＤチップ又は多数のＬＥＤチップ、例えば、ＬＥＤ行列（ＬＥＤマトリクス）との間に電気的接触を提供するために、多数の接触部分を含んでよい。
【００１７】
ＬＥＤデバイスは、第１の接触部分を回路板の第１の導電性トラックに電気的に接続する第１の表面実装部品と、第２の接触部分を回路板の第２の導電性トラックに電気的に接続する第２の表面実装部品とを更に含んでよい。
【００１８】
ＬＥＤデバイスは、ＬＥＤを回路板の導電性トラックに接続するために、ＬＥＤ基板の側壁に設けられた側壁接触部分を更に含んでよい。側壁接触部分は、使用中に回路板基板とインターフェース接続するように構成されるＬＥＤ基板の縁に沿って設けられてよい。側壁はＬＥＤチップを回路板の回路に電気的に接続してよい。
【００１９】
回路板基板は、第１のコア層と、接合層と、第２のコア層とを含んでよく、接合層は、第１のコア層と第２のコア層との間に設けられる。複数の導電性トラックが第１のコア層に設けられてよい。ＬＥＤ基板は、実装面とは反対側のＬＥＤ基板の底面に配置される第３の部分を更に含んでよい。第３の部分は、ＬＥＤ基板と異なる熱膨張係数を有してよい。例えば、第３の接触部分は、対称構造を創り出すために、導電性トラックと同じ材料、即ち、銅で作られてよい。銅の熱膨張係数とＬＥＤ基板の熱膨張係数との間に不一致があるので、対称設計はＬＥＤ基板の応力（よって、曲げ）を減少させる。
【００２０】
本発明によれば、ＬＥＤデバイスを製造する方法であって、
回路板基板を提供するステップであって、回路板基板は、コア層と、プリプレグ層と、銅層との積層体を含み、回路板基板は、ＬＥＤモジュールを受ける受け部分を更に含む、ステップと、
受け部分内にＬＥＤモジュールを提供するステップであって、ＬＥＤモジュールは、ＬＥＤ基板の上に実装されるＬＥＤチップを含む、ステップと、
ＬＥＤモジュールを受け部分内に提供した後、熱及び圧力を加えて回路板基板のコア層を互いに接合し、ＬＥＤ基板を回路板基板と一体化するステップとを含む、
方法が提供される。
【００２１】
ＬＥＤモジュール及び回路板をこのように提供することによって、ＬＥＤデバイスを製造するのは簡単である。ＬＥＤ基板は、回路板基板の層が、露出するＬＥＤ基板の実装面（及び底面）を除いて、ＬＥＤ基板を取り囲むように、初期的な回路板基板内に位置付けられてよい。
【００２２】
本方法は、回路板基板の外面に銅層を提供するステップと、銅層に保護（エッチング停止）層を提供するステップであって、保護層は回路を定める、ステップと、保護層によって保護されていない銅層の部分を除去するためにエッチング工程を実行するステップであって、銅層の残部は、複数の導電性トラックを含む回路を形成する、ステップとを更に含んでよい。
【００２３】
第１及び第２のコア層は、それぞれ、第１の表面及び第２の表面に銅層でクラッディングされてよい。銅層は金属化工程において第１及び第２のコア層に被覆されてよい。代替的に、銅層は回路板基板に積層されてよい。
【００２４】
本方法は、ＬＥＤモジュールの実装面に第１の接触部分と第２の接触部分とを提供するステップと、回路板の第１の導電性トラックをＬＥＤモジュールの第１の接触部分に接続し、ＬＥＤモジュールの第２の接触部分を回路板の第２の導電性トラックに接続するために、電気めっき工程を実行するステップとを更に含んでよい。
【００２５】
第１の接触部分及び第２の接触部分は、積層構造(laminated  structure)において、第１の接触部分が回路板の第１の導電性トラックと整列させられ且つ第２の接触部分が回路板の第２の導電性トラックと整列させられるよう、ＬＥＤ基板の実装面に配置されてよい。
【００２６】
本方法は、ＬＥＤモジュールの側壁に側壁接触部分を提供するステップと、側壁接触部分を回路板の導電性トラックに接続するために電気めっき工程を実行するステップとを更に含んでよい。側壁接触部分は、ＬＥＤ基板の側壁を電気めっきすることによって形成されてよい。
【００２７】
代替的に、本方法は、
ＬＥＤモジュールの実装面に第１の接触部分と第２の接触部分とを提供するステップと、
第１の表面実装部品を実装して回路板の第１の導電性トラックをＬＥＤモジュールの第１の接触部分に接続するステップ及び第２の表面実装部品を実装してＬＥＤモジュールの第２の接触部分を回路板の第２の導電性トラックに接続するステップとを更に含んでよい。
【００２８】
本方法は、ＬＥＤチップを回路板基板の外面の下に実装するステップを含んでよい。本方法は、ＬＥＤチップが回路板基板の外面の下にある状態で、回路板基板の外面に光学素子を提供するステップを更に含んでよい。そのような光学素子は、光ガイドであってよい。
【００２９】
これらの表面実装部品は、ゼロオーム抵抗器(zero  ohm  resistors)として機能することがある。
【００３０】
次に、添付の図面を参照して本発明の例を詳細に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】既知のＬＥＤデバイスを示している。
【図２】本発明の１つの実施形態に従ったＬＥＤデバイスを単純化した形態において示している。
【図３】図２のＬＥＤデバイスにおいて用いられる回路基板を示している。
【図４】図２のＬＥＤデバイスにおいて用いられるＬＥＤモジュールを示している。
【図５】本発明の１つの実施形態に従ったＬＥＤデバイスをより詳細に断面図において示している。
【図６】本発明の他の実施形態に従ったＬＥＤデバイスを断面図において示している。
【図７】本発明の他の実施形態に従ったＬＥＤデバイスを断面図において示している。
【図８】本発明の他の実施形態に従ったＬＥＤデバイスを断面図において示している。
【図９】本発明の１つの実施形態に従ったＬＥＤデバイスを製造する方法を例示している。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１を参照すると、ＬＥＤチップ３がヒートシンク部分５（又は一般的にパッケージ若しくはインターポーザ）の上に取り付けられ、ヒートシンク部分５が回路板基板８(circuit  board  substrate)の頂面７に取り付けられ、回路を定める導電性トラックが回路基板８の上に設けられた、既知のＬＥＤデバイス１が示されている。ＬＥＤ３とＰＣＢ８との間にヒートシンク部分５を設けることによって、ＬＥＤによって生成される熱は、回路板(circuit  board)を通じて伝導される前に、ヒートシンク部分を通じて拡散される。ＬＥＤ３はヒートシンク部分５の上に取り付けられるので、ＬＥＤデバイス１は表面実装デバイスでない。代わりに、ＬＥＤ３を電子回路に接続するために、ボンディングワイヤ９がＬＥＤ３の接点と回路板の導電性トラックとの間に設けられている。他の既知の構成では、ワイヤボンドの代わりに、ＬＥＤチップをＰＣＢに接続するために、ビアがパッケージ又はインターポーザを通じて提供される。このようにして、表面実装デバイスが提供される。
【００３３】
本発明は、ＬＥＤモジュールの基板が回路板に埋め込まれたＬＥＤデバイスを提供する。
【００３４】
図２は、本発明の１つの実施形態に従ったＬＥＤデバイスを簡略化した形態で示している。ＬＥＤデバイス１０は、回路板１２と、ＬＥＤモジュール１４とを含み、回路板１２及びＬＥＤモジュール１４は互いに協働して、コンパクトで、費用効率がよく、高い熱性能を有するＬＥＤデバイス１０を提供する。回路板１２は、回路板基板１６を含み、複数の導電性トラック１７が回路板基板１６の第１の表面１８の上に設けられている。導電性トラックは、電子デバイスが接続されてよい電気回路を定める。ＬＥＤモジュール１４は、ＬＥＤチップ２２を支持するＬＥＤ基板２０と、ＬＥＤ基板２０の実装面２４（取付面）に実装された（取り付けられた）ＬＥＤチップ２２とを含む。ＬＥＤデバイス１０が組み立てられると、ＬＥＤ基板２０は、ＬＥＤ基板２０の実装面２４が回路板基板１６の第１の表面１８と同一平面にあるよう、回路板基板１６内に位置付けられる。
【００３５】
図３を参照すると、本発明の１つの実施形態に従った回路板１２がより詳細に示されている。回路板基板１６は、第１のコア層２６と、第２のコア層２７と、第１のコア層２６と第２のコア層２７との間に設けられた接合層２８とを含む。いわゆるプリプレグ層から接合層２８を形成する。第１及び第２のコア層は、ＰＣＢ、例えば、ＦＲ４を構成する任意の既知の材料で作られてよい。回路板基板１６は、比較的安価な回路板材料で作られてよい。ＬＥＤ基板１４は放熱をもたらすので、回路板基板１６が放熱において特に効果的であることは必要とされない。接合層２８とインターフェース接続し且つ積重ね方向に対して実質的に法線方向にある第１のコア層２６の表面とは反対の第１のコア層２６の表面にある回路板基板１６の第１の表面１８に複数の導電性トラック１７を設ける。導電性トラックは、第１の回路を定める。
【００３６】
回路板１２は、第１のキャビティ開口が回路板基板の第１の表面１８と同一平面にあり且つ第２のキャビティ開口が回路板基板１６の第２の表面１９と同一平面にあるよう、回路板基板１６を通じて延びる、ＬＥＤ基板２０を受け入れるキャビティ３０を含む。キャビティ３０は、ＬＥＤ基板を受けるように成形される。
【００３７】
図４は、本発明の１つの実施形態に従ったＬＥＤモジュール１４を示している。ＬＥＤモジュール１４は、ＬＥＤ基板２０を含む。ＬＥＤ基板２０は、効果的な放熱を提供するように構成される。例えば、ＬＥＤ基板２０は、窒化アルミニウム（ＡＮＩ）又は任意の他のセラミック材料で作られ、或いは金属で作られる。ＬＥＤチップ２２は、ＬＥＤ基板２０の実装面２４に実装される。変換層(converter  layer)が、ＬＥＤチップの上に設けられる。ＬＥＤチップは、例えば、青色ＬＥＤチップ２２を含み、変換層２３は、青色ＬＥＤチップ２２上に設けられた蛍光体層であるので、白色光出力が望ましいならば、ＬＥＤデバイス１０は、白色光を放射する。車両インジケータライト用の琥珀色(amber)のような他の色出力が望ましいことがある。（図５に示す）側面コーティング２１(side-coating)が、ＬＥＤチップ及び変換層の側面に沿って提供されてよい。一例において、側面コーティングは、オーバーモールドされた側面コーティングである。第１の接触部分３２及び第２の接触部分３４が、ＬＥＤ基板２０の実装面２４に設けられる。第１の接触部分３２はアノードであってよく、第２の接触部分３４はカソードであってよい。第１及び第２の接触部分は金属で作られ、例えば、第１及び第２の部分は銅で作られる。ＬＥＤチップ２２は、第１及び第２の接触部分に実装されている。第３の接触部分３６が、実装面２４とは反対側のＬＥＤ基板の底面３５に設けられている。
【００３８】
図５は、本発明の実施形態に従ったＬＥＤデバイス１０を図２よりも詳細に示している。ＬＥＤモジュール１４は、ＬＥＤ基板２０の実装面２４が回路板基板１６の第１の表面１８と同一平面にあるよう、回路板基板１６のキャビティ３０内に収容される。回路板基板１６上の導電性トラック及びＬＥＤモジュールの第１及び第２の接触部分３２，２４は、ＬＥＤチップ２２が電気回路に電気的に接続されるように整列させられる。キャビティ３０は、ＬＥＤ基板２０がキャビティ３０内に位置付けられるときに、ＬＥＤ基板の底面３５が回路板基板の第２の表面１９と同一平面にあるよう、回路板基板１６を通じて延びる。ＬＥＤ基板２０は、接合層２８によって回路板基板１６内の所定位置に保持される。
【００３９】
本デバイスを製造するために、第１のコア層２６、第２のコア層２７、及びプリプレグ材料のシート２８を提供する。第１のステップでは、例えば、各層に穴を切削すること(milling)によって、コア層の各々に並びにプリプレグ材料のシートに孔を形成する。
【００４０】
第１の銅層２５を第１のコア層の第１の表面１８に設け、第２の銅層２９を第２のコア層の第２の表面１９に設ける。銅層は、箔層を含んでよい。
【００４１】
引き続き、プリプレグ層が第１のコア層と第２のコア層との間に配置された状態で、第１及び第２のコア層とプリプレグ材料のシートとを積み重ねる。銅層２５，２９は、積層体（スタック）の外面を提供し、銅クラッド面とは反対の第１及び第２のコア層２６，２７の表面は、プリプレグ層２８とインターフェース接続する。層を積み重ねると、各層は、層の孔がスタックにある他の孔と整列させられるよう位置付けられるので、各々の層の開口は他の開口と協働して、積層構造(stacked  structure)にキャビティ３０を形成する。孔は、整列させられる孔によって形成されるキャビティ３０がＬＥＤ基板２０を受けるよう成形されるように、成形される。
【００４２】
次に、ＬＥＤ基板２０と、ＬＥＤ基板２０に接合された第１の接触部分３２及び第２の接触部分３４と、第１及び第２の接触部分３２，３４と接触してＬＥＤ基板２０に実装されたＬＥＤチップ２２とを含む、ＬＥＤモジュール１４を提供する。
【００４３】
ＬＥＤモジュール１４を、積み重ねられたコア層、プリプレグ層及び銅層のキャビティ３０内に配置する。ＬＥＤ基板の側壁が回路板基板の積み重ねられた層（コア層及びプリプレグ層）によって取り囲まれるよう、ＬＥＤモジュールをＬＥＤ基板２０と共にキャビティ３０内に位置付ける。次に、積層プロセス工程(lamination  process)を行う。
【００４４】
積層プロセスでは、熱及び圧力をＬＥＤデバイスに加えて、基板の第１及び第２のコア層２６，２７を互いに接合させ、ＬＥＤ基板２０を回路板基板と一体化させる。回路板基板の第１及び第２のコア層２６，２７は、プリプレグ材料２８によって接合される。最初に、プリプレグ材料が層間の空隙に流入して積み重ねられた層を互いに「接着」するよう、プリプレグ材料の粘度を下げる。プリプレグ材料は、ＬＥＤ基板と回路板基板との間のキャビティにある間隙にも流入する。次に、プリプレグ材料を硬化させて層を互いに固定し、ＬＥＤ基板２０を回路板基板１６に接合する。積層プロセス及び硬化の後に、ＬＥＤモジュールは、積層板構造(laminated  board  structure)の部分である。
【００４５】
次に、パターニングステップ(patterning  step)を行う。パターニングステップでは、第１の銅層２５の上に保護（エッチング停止）層を形成する。保護層は、ＰＣＢ上に提供されるべき電気回路のルーティング(routing)を定める。少なくとも第１の導電性トラック及び第２の導電性トラックを形成する。ＬＥＤモジュールの第１の接触部分３２と整列するように第１の導電性トラックを位置付け、ＬＥＤモジュールの第２の接触部分と整列するように第２の導電性トラックを位置付ける。
【００４６】
これに続いて、エッチングステップを実行して、保護層によって覆われていない銅層の部分である銅層の望ましくない部分を除去する。エッチングステップを実行した後に、保護層は除去され、残りの銅層は回路を形成する導電性トラック１７を提供する。
【００４７】
最後に、更なるめっきステップを実行して、ＰＣＢのトラックとＬＥＤモジュールのトラック３２，３４との間の接続を架橋する。
【００４８】
積層ステップ、パターニングステップ及びエッチングステップを含む製造プロセス中にＬＥＤチップを保護するために、ＬＥＤチップ２２を一時的な膜で覆ってよい。
【００４９】
１つの実施形態において、ＬＥＤ基板２０の実装面２４は銅層でクラッディングされる。ＬＥＤモジュールを回路板基板１６のキャビティ３０内に配置し、積層ステップを実行した後、次に、ＬＥＤモジュールの第１の接触部分３２及び第２の接触部分３４をパターニング及びエッチングステップにおいて形成する。
【００５０】
代替的な実施形態では、第１のコア層２６と、接合層２８と、第２のコア層２７とを含む、積層回路板基板を提供する。第１の銅層２５を第１のコア層２６の第１の表面18に接合し、第２の銅層２９を第２のコア層２７の第２の表面１９に接合する。回路板基板１６及び銅層に穴を切削する。ＬＥＤモジュールを穴の内側に配置し、ＬＥＤモジュールと回路板基板との間の「圧力嵌め」接続(‘press  fit’  connection)によって穴内に保持する。次に、パターニング及びエッチングステップを実行して、回路板基板上に回路を定める。最後に、電気メッキステップを実行して、ＬＥＤ基板の接点をＰＣＢ上に定めた回路に接続する。このバージョンは既に積層されたＰＣＢ構造内にＬＥＤモジュールを埋め込む。
【００５１】
図６は、ＬＥＤデバイス１０が側壁接触部分４０を更に含む本発明の実施形態を示している。側壁接触部分４０は、ＬＥＤ基板２０と回路板基板１６との間で第１及び第２の接触部分３２，３４からＬＥＤ基板の側面を下る。側壁接触部分４０は銅で作られ、回路とＬＥＤチップ２２との間の電気的接続を提供するように配置されている。側壁接触部分４０は、電気メッキによって形成されてよい。
【００５２】
再び、ＰＣＢトラックを（その場合には側面の上及び下にある）ＬＥＤモジュールの接点に接続するために、更なる電気メッキステップが用いられてよい。
【００５３】
図７は、第１及び第２の接触部分３２，３４が表面実装部品４２によって回路板１２の回路に接続される実施形態を示している。表面実装部品４２は、例えば、ゼロオームブリッジ抵抗(zero  ohm  bridging  resistors)として機能する。
【００５４】
この場合における積層後、ＬＥＤモジュールを機械的はのみ接続され、ＰＣＢトラックの端とＬＥＤ接点との間には空間が存在する。表面実装部品４２によって空間を架橋する。このアプローチは、例えば、最終ＰＣＢがどんな場合でも表面実装部品の提供を必要とする場合に適している。
【００５５】
図８は、ＬＥＤデバイス１０がヒートシンク部分４４を更に含む実施形態を示している。回路板１２の底（即ち、銅層を省略した第２の表面１９）及び実装面１８とは反対側のＬＥＤ基板２０の底４６（即ち、下方にある導電性パッドを省略した表面３５）は同一平面にあり、それらは全体的に放熱面を形成する。熱界面材料（ＴＩＭ）層４８が放熱面とヒートシンク部分４４との間に設けられている。ＴＩＭ層４８は、放熱面上に設けられて、ＬＥＤ基板２０の底面及び回路板基板１６の第２の表面の両方を覆う。ＴＩＭ層４８は、放熱面とヒートシンク部分４４との間の空間を充填し、ＬＥＤ基板２０からヒートシンク部分４４に熱を伝えるように配置される。このようにして、ＬＥＤチップ２２によって生成される熱は、ＬＥＤ基板２０を通じて効率的に伝導され、ヒートシンク部分４４によって放散される。ヒートシンク部分４４は、ヒートシンク部分の表面積を最大にして効果的な放熱をもたらすために、複数のフィンを含む。ヒートシンク部分４４は、ＴＩＭ層によって放熱面に取り付けられる。
【００５６】
１つの実施形態では、ヒートシンク部分４４は、回路板基板にネジ止めされる。代替的に、ヒートシンク部分は、回路板基板にクランプされる。このようにして、ヒートシンク部分をＬＥＤデバイスの残部に容易に取り付けることができ、セラミックの場合よりも容易にそうすることができる。
【００５７】
図８に示すようなヒートシンクは、上述の設計のうちのいずれに適用されてもよい。
【００５８】
図９は、本発明の１つの実施形態に従ったＬＥＤデバイスを製造する方法を示している。
【００５９】
図９Ａは、第１のコア層２６、第２のコア層２７及びプリプレグ材料の層２８にＬＥＤモジュールを受ける孔を形成する第１のステップを示しており、銅層２５，２９は、積層体の外面に設けられている。それらの層は、孔が整列させられた状態で積み重ねられている。
【００６０】
図９Ｂは、ＬＥＤモジュールのために設計された開口に導入されたＬＥＤモジュール１４を示している。ＬＥＤモジュール１４は、セラミック基板、例えば、ＡＩＮを有する。表面に単一のＬＥＤ又は多数のＬＥＤ、例えば、１〜１００個のＬＥＤがあってよい。モジュール１４は、後続の積層プロセス中にＬＥＤを保護する保護カバーを備えてよい。ＬＥＤチップは、例えば、共晶金（ＡｕＳｎ８０／２０）を使用して、下に位置する基板にはんだ付けされる。これはモジュールが取り付けられる前に実施される。何故ならば、安価な回路板材料は、高いはんだ付け温度に耐えないからである。
【００６１】
ＬＥＤモジュールは、オーバーモールドされた側面コーティング(side  coating)及び／又は過渡電圧抑制（ＴＶＳ）ダイオードを含んでもよい。
【００６２】
図９Ｃは、頂部及び底部コア層２６，２７の積層を示している。積層プロセスにおいて、プリプレグ材料の粘度は、プリプレグ材料が受ける熱及び圧力の故に低下する。プリプレグ材料は、回路板基板及びＬＥＤモジュール１４の層の周りを流れ、第１及び第２のコア層２６，２７の間の間隙及び回路板基板１６とＬＥＤモジュール１４との間のキャビティ３０内の間隙を満たす。次に、プリプレグ材料が第１及び第２のコア層２６，２７を互いに接着させ、ＬＥＤモジュール１４をＰＣＢ構造内に固定するように、プリプレグ材料を硬化させる。
【００６３】
コア層は、例えば、ＲＦ４である。
【００６４】
図９Ｄは、ＰＣＢトラックを従来的な方法でメッキし且つエッチングした後の構造を示している。ＰＣＢトラックは、第１のＬＥＤ接触部分３２と整列させられる第１の導電性トラックと、第２のＬＥＤ接触部分３４と整列させられる第２の導電性トラックとを含む。積層、印刷又はめっき、及びエッチング中、ＬＥＤは、保護カバーによって保護される。電気メッキステップを実行して、ＬＥＤ接触部分とＰＣＢトラック（図示せず）とを接続する。プロセスの終わりに、あらゆる使用した保護カバーを取り外す。
【００６５】
上記で説明したように、幾つかの例では、表面実装部品の形態における電気的接続も適用されてよい。
【００６６】
ＬＥＤデバイスは、ＬＥＤデバイスがマルチチップデバイスであるように、複数のＬＥＤチップを含んでよい。これらの多数のチップは、単一のモジュールの部分として形成されてよいが、同様に、ＬＥＤデバイスは、回路板基板に集積された複数の別個のＬＥＤモジュールを含んでよい。ＬＥＤ基板は、ＬＥＤ基板に取り付けられた各ＬＥＤチップが個別にアドレス可能であるように、複数の接触部分（のペア）を含んでよい。これはマトリックスビーム用途(matrix  beam  application)にとって特に重要性(interest)を有する。
【００６７】
ＬＥＤ基板及び回路板基板の受入れキャビティは、上に示した例のような円筒形でなくてよい。その代わりに、ＬＥＤ基板及び受入れキャビティは、長方形の断面又は他の任意の形状の断面を有してよい。ＬＥＤモジュール基板は、ＰＣＢを貫通して延在してよいが、その代わりに、ＬＥＤモジュール基板は、基板を部分的に通じて延在するに過ぎない凹部に形成されてよい。
【００６８】
ＬＥＤ基板は、上記の与えられた例と異なるセラミック材料を含んでよい。代替的に、ＬＥＤ基板は、金属で作られてよい。ＬＥＤ基板はＡｌ２Ｏ３を含んでよい。ＬＥＤ基板は、Ａｌで作られてよく、薄い絶縁膜を更に含んでよい。
【００６９】
ＬＥＤモジュールは、ウェハレベルチップパッケージを含んでよく、ＬＥＤチップは、ウェハレベルチップパッケージの部分である。
【００７０】
ＰＣＢの第１及び第２のコア層は、上述の例におけるようなＦＲ４だけでなく、ＲＲ１、ビスマレイミド／トリアジン（ＢＴ）若しくは複合エポキシ材料（ＣＥＭ）、又は任意の他のＰＣＢ積層材料のような、回路板基板に適した任意の既知の素材を含んでよい。
【００７１】
変換層は、ＬＥＤチップによって放射される光の特定の波長範囲を選択するフィルタを含んでよい。例えば、フィルタは、ＬＥＤデバイスがオレンジ色の光を放射するようなオレンジ色のフィルタであってよい。
【００７２】
ＬＥＤデバイスは、多層回路板を含んでよい。
【００７３】
製造方法において、第１及び第２のコア層は、孔が第１及び第２のコア層に形成される前に、コア層の表面に接合される銅層を備えてよい。代替的に、銅層は、例えば、銅箔を積層させることによって、孔が形成された後に第１及び第２のコア層に付加されてよい。
【００７４】
銅層は、その代わりに、メタライゼーションステップにおいて第１及び第２のコア層にコーティングされてよい。
【００７５】
請求される発明を実施する当業者は、図面、本開示、及び添付の請求項の研究から、開示の実施形態に対する他の変更を理解し且つ行うことができる。請求項において、「含む（comprising）」という用語は、他の要素又はステップを排除せず、単数形の表現は複数を排除しない。特定の手段が相互に異なる従属項に引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に用い得ないことを示さない。請求項中の如何なる参照符号も、その範囲を限定するものとして解釈されてならない。
【図１】
2018529231.tif 000003
【図２】
2018529231.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018529231.tif 000007
【図６】
2018529231.tif 000008
【図７】
2018529231.tif 000009
【図８】
2018529231.tif 000010
【図９Ａ】
2018529231.tif 000011
【図９Ｂ】
2018529231.tif 000012
【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年3月6日(2018.3.6)
【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デバイスを製造する方法であって、
回路板基板を提供するステップであって、前記回路板基板は、コア層と、プリプレグ層と、銅層との積層体を含み、前記回路板基板は、ＬＥＤモジュールを受ける受け部分を更に含む、ステップと、
前記受け部分内に前記ＬＥＤモジュールを提供するステップであって、前記ＬＥＤモジュールは、ＬＥＤ基板の上に実装されるＬＥＤチップを含む、ステップと、
前記ＬＥＤモジュールを前記受け部分内に提供した後、熱及び圧力を加えて前記プリプレグ材料が前記ＬＥＤ基板と前記回路板基板との間に流入し且つ前記プリプレグ材料を硬化させるのを可能にして、前記回路板基板の前記コア層を互いに接合し且つ前記ＬＥＤ基板を前記回路板基板と一体化するステップとを含む、
方法。
【請求項２】
前記回路板基板の外面に銅層を提供するステップと、
積層後に、前記銅層にエッチング工程を実行するステップを更に含み、前記銅層の残部は、複数の導電性トラックを含む回路を形成する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＬＥＤモジュールの実装面に第１の接触部分と第２の接触部分とを提供するステップと、
前記エッチング工程の後に、電気メッキ工程を実行して、前記回路板の第１の導電性トラックを前記ＬＥＤモジュールの前記第１の接触部分に接続し、且つ、前記ＬＥＤモジュールの前記第２の接触部分を前記回路板の第２の導電性トラックに接続するステップとを更に含む、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＬＥＤモジュールの側壁に側壁接触部分を提供するステップと、電気メッキ工程を実行して前記側壁接触部分を前記回路板の導電性トラックに接続するステップとを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記ＬＥＤモジュールの実装面に第１の接触部分と第２の接触部分とを提供するステップと、
第１の表面実装部品を実装して前記回路板の第１の導電性トラックを前記ＬＥＤモジュールの前記第１の接触部分に接続するステップと、第２の表面実装部品を実装して前記ＬＥＤモジュールの第２の接触部分を前記回路板の第２の導電性トラックに接続するステップとを更に含む、
請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記ＬＥＤモジュールを前記受け部分内に提供するステップは、前記ＬＥＤチップを前記回路板基板の外面の下に実装するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記回路板基板の前記外面に光学素子を提供するステップを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記光学素子は、光ガイドである、請求項７に記載の方法。
【国際調査報告】
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