JP2008530822A - Led光モジュールアセンブリ - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
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***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。
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。
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。
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。
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。
Claims (23)
- 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***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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 前記金属ヒートシンクの***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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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