JP6025787B2 - 発光ダイオードパッケージ - Google Patents
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Description
また、本発明の他の目的は、工程を単純化することができ、大量生産に有利な発光ダイオードパッケージを提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、発生した熱を容易に放出して発光効率を向上させ、構造的に安定した発光ダイオードパッケージを提供することにある。
本発明のいくつかの実施形態において、前記発光ダイオードチップは、前記発光セルを電気的に直列接続する配線を含んでもよい。前記発光セル及び前記配線により前記直列接続された発光セルのアレイが形成される。
本発明の他の実施形態において、前記発光ダイオードチップと前記パッケージ本体との間にサブマウントが介在してもよい。前記サブマウントは、前記発光セルに対応する電極パターンを有してもよく、前記電極パターンが前記発光セルを直列接続してもよい。その結果、前記発光セルと前記電極パターンにより前記直列接続された発光セルのアレイが形成される。
例えば、前記パッケージ本体は、リード電極を有する印刷回路基板であってもよい。前記発光ダイオードチップは、前記リード電極と電気的に接続される。これに加えて、反射部が前記印刷回路基板上に配置され、前記発光ダイオードチップから放射されて入射した光を反射させてもよい。
これに加えて、前記ヒートシンクは、基底部及び前記基底部の中央部分から上向きに突出した突出部を有してもよい。これにより、熱放出面を大きくして熱を容易に放出すると共に、発光ダイオードパッケージの大きさを小型化することができる。前記突出部は、前記パッケージ本体の上部面上に突出されてもよい。
本発明の他の実施形態において、前記パッケージ本体は、前記開口部により露出した貫通孔を有する。また、前記一対のリードフレームは、前記パッケージ本体の開口部内に露出した一対の内部フレーム、及び前記内部リードフレームのそれぞれから延長され、前記パッケージ本体の外部に突出した外部フレームを有する。これに加えて、前記ヒートシンクは、前記貫通孔を通じて前記パッケージ本体の下部と結合される。
一方、前記第1のリード及び第2のリードがピン型脚部を有する場合、前記第1及び第2のリードは、それぞれ二つのピン型脚部を有してもよい。このような発光ダイオードランプは、一般に、ハイフラックス(highflux)発光ダイオードランプとして知られている。したがって、本態様によると、交流電源を用いて駆動することができるハイフラックス発光ダイオードランプを提供することができる。
本態様のいくつかの実施形態において、前記発光ダイオードチップは、前記発光セルを電気的に直列接続する配線を含んでもよい。
一方、前記発光ダイオードチップは、前記直列接続された発光セルのアレイに所定の整流電源を印加するための整流ブリッジ部をさらに含んでもよい。
一方、前記発光ダイオードランプは、前記発光ダイオードチップから放射された光の波長を変換させる蛍光体をさらに含んでもよい。前記蛍光体は、前記モールド部材内に分布してもよく、前記モールド部と前記発光ダイオードチップとの間、又は前記モールド部上に位置してもよい。
前記パッケージ本体は、リード電極を有する印刷回路基板であってもよく、前記サブマウントは、前記リード電極に電気的に接続されてもよい。
本発明による発光ダイオードパッケージは、直列接続された発光セルのアレイを含む。
図1〜図5は、本発明の実施形態に適用可能な直列接続された発光セルのアレイを示す断面図である。ここで、図1及び図2は、配線により直列接続された発光セルのアレイを有する発光ダイオードチップを示す断面図であり、図3及び図5は、サブマウントの電極パターンを介して直列接続された発光セルのアレイを有する発光ダイオードチップを示す断面図であり、図4は、サブマウント基板の電極パターンを介して直列接続された発光セルのアレイを示す断面図である。
また、上述した発光ダイオードチップは、外部交流電圧を整流するための整流用ダイオードセルを有してもよい。ダイオードセルは、整流ブリッジの形態で接続され、ブリッジ整流器を構成する。ブリッジ整流器は、外部電源と直列接続された発光セルのアレイとの間に配置する。これにより、直列接続された発光セルのアレイに一定の方向の電流が供給される。整流用ダイオードセルは、発光セルと同一の構造を有することができる。すなわち、整流用ダイオードセルは、発光セルと同一の工程により形成され得る。
以下、直列接続された発光セルを有する発光ダイオードチップの製造方法について説明する。
先ず、発光セルが形成された基板上に感光膜を形成した後、露光技術を用いて、露出したn型半導体層及びp型半導体層の上部の電極層を露出させる開口部を有する第1の感光膜パターンを形成する。その後、電子ビーム蒸着技術等を用いて、金属物質層を薄く形成する。金属物質層は、開口部及び感光膜パターン上部の全面に形成される。
例えば、n型電極、n型半導体層、活性層、p型半導体層、及びp型電極が、順次積層された形状の複数の垂直型発光セルを基板上に形成し、又は、このような構造を有する発光セルを基板上にボンディングして配列する。以降、隣接した発光セルのn型電極及びp型電極を配線で接続し、複数の発光セルを直列接続して、発光ダイオードチップを作製することができる。
もちろん、垂直型発光セルは、上述した例に限定された構造ではなく、多様な構造が可能である。また、基板上に複数個の発光セルを形成した後、別途のホスト基板上に発光セルをボンディングし、基板をレーザを用いて分離し、又は、化学機械研磨技術を用いて除去することにより、ホスト基板上に複数個の発光セルを形成することも可能である。その後、隣接した発光セルを配線で直列接続することができる。
図3〜図5は、サブマウントを用いて直列接続された発光セルのアレイを説明するための断面図である。
一方、基板110と発光セルとの間にバッファ層120を介在させてもよい。この際、p型半導体層150の接触抵抗を減らすために、別途のp型電極層160がp型半導体層150上に形成されてもよい。p型電極層は、透明電極層であってもよいが、これに限定されるものではない。
基板110、バッファ層120、n型半導体層130、活性層140、及びp型半導体層150は、図1及び図2を参照して説明したような基板20及び半導体層で形成され得る。
n領域は、発光ダイオードチップ1000のn型金属バンパー180が接続すべき領域を称し、p領域は、発光ダイオードチップ1000のp型金属バンパー170が接続すべき領域を称する。
一方、基板が非導電性である場合、誘電体膜210は省略されてもよい。誘電体膜210としては、酸化シリコン(SiO2)、酸化マグネシウム(MgO)、又は窒化シリコン(SiN)を用いることができる。
電極パターン230、n型ボンディングパッド250、及びp型ボンディングパッド240は、電気伝導性に優れた金属を用いることができる。
基板200に凸部及び凹部を形成し、n領域及びp領域と定義する。n領域とp領域は、ボンディングすべき発光ダイオードチップ1000のn型金属バンパー180とp型金属バンパー170の大きさに応じて、その幅と高さ及び形状が極めて多様に変化され得る。本実施形態では、基板200の凸部がn領域となり、基板の凹部がp領域となる。このような形状の基板200は、別途の鋳型を用いて製造されてもよく、所定のエッチング工程を用いて製造されてもよい。すなわち、基板200上にp領域を露出させるマスクを形成した後、露出した基板200の一部を除去し、リセスされたp領域を形成する。以降、マスクを除去すると、リセスされたp領域と相対的に突出したn領域が形成される。これとは異なり、機械的加工を通じてリセスされたp領域を形成してもよい。
この際、直列接続される発光セルの個数は、使用しようとする電源及び使用電力に応じて多様に変化され得る。
図6を参照すると、発光セル(31a、31b、31c)が直列接続され、第1の直列発光セルアレイ31を形成し、また他の発光セル(33a、33b、33c)が直列接続され、第2の直列発光セルアレイ33を形成する。ここで、「直列発光セルアレイ」は、複数の発光セルが直列で接続された発光セルのアレイを意味する。
結果的に、第1及び第2の直列アレイ31、33が、交流電源によりターンオン及びターンオフを交互に繰り返すことにより、第1及び第2の直列アレイを含む発光ダイオードチップは、連続的に光を放射する。
一方、図6の回路は、第1及び第2の直列アレイの両端部が、交流電源35及び接地にそれぞれ接続されるように構成しているが、両端部が交流電源の両端子に接続されるように構成してもよい。また、第1及び第2の直列アレイは、それぞれ三つの発光セルで構成されているが、これは、説明のための例示であって、発光セルの数は、必要に応じてさらに増加させてもよい。また、直列アレイの数も、さらに増加させてもよい。
一方、交流電源45が負の位相を有する場合、ブリッジ整流器のダイオードセルD1、D3がターンオフされ、ダイオードセルD2、D4がターンオンされる。したがって、電流は、ブリッジ整流器のダイオードセルD2、直列発光セルアレイ41、及びブリッジ整流器のダイオードセルD4を経て交流電源に流れる。
以下、直列接続された発光セルのアレイを有する発光ダイオードパッケージ又は発光ダイオードランプについて詳述する。
図8〜図10は、本発明の一実施形態による発光ダイオードパッケージを示す断面図である。
発光素子350は、図1及び図2を参照して説明したような、配線80により直列接続された発光セルのアレイ、又は図3〜図5を参照して説明したような、電極パターン250を有するサブマウント2000と、サブマウント2000の電極パターン250により直列接続された発光セルのアレイで構成させる。発光素子350は、少なくとも一つの発光セルアレイを含み、逆並列で接続された少なくとも二つの発光セルアレイ及び/又は所定の整流動作を行う別途の整流ブリッジ部を含んでもよい。
リード電極(320、325)と発光素子350は、ボンディングワイヤ390を介して電気的に接続される。すなわち、第1の電極320と発光素子350の一つのパッドが、一つのボンディングワイヤ390を介して接続され、第2の電極325と発光素子350の他の一つのパッドが、他のボンディングワイヤ390を介して接続される。
図9を参照すると、発光素子350は、反射部340内に実装される。反射部340は、基板(図8の310)を機械的に加工して、所定の溝を設けることにより形成されてもよい。溝の内壁は、所定の傾きを有して形成される。その結果、発光素子350から放射され、反射部340に入射した光が、反射部340から外へ反射され、光の輝度を向上させることができる。溝の下部面は、発光素子350の実装のために平面であることが好ましい。
図11を参照すると、本実施形態による発光ダイオードパッケージは、基板310と、基板310上に形成されたリード電極(320、325)と、基板310上に実装された複数個の発光素子350とを含む。光の輝度を向上させるために、発光素子350を取り囲んで反射部360を形成してもよく、発光素子350の上部に発光素子350を封止するモールド部材370が形成される。また、リード電極(320、325)が基板310上に形成され、ボンディングワイヤ390を介して複数個の発光素子350に接続される。したがって、リード電極(320、325)及びボンディングワイヤ390を介して、複数個の発光素子350を、外部電源に接続することができる。
各発光素子350は、図8を参照して説明したような、直列接続された発光セルのアレイを含む。
図12を参照すると、本実施形態による発光ダイオードパッケージは、両側にリード電極(320、325)が形成され、貫通孔を有する基板又はハウジング311と、ハウジング311の貫通孔に取り付けられるヒートシンク313と、ヒートシンク313上に実装された発光素子350と、発光素子350を封止するモールド部材370とを含む。
発光素子350を覆うモールド部材370は、図8を参照して説明したように、多様な形状に形成されてもよい。また、蛍光体(図示せず)が目標とする色の光を放射するために発光素子350の上部に形成されてもよい。
図14〜図17を参照すると、発光ダイオードパッケージ410は、一対のリードフレーム415、416、ヒートシンク413、及びリードフレームとヒートシンクを支持するパッケージ本体411を含む。
ボンディングワイヤ419bは、リードフレーム415に直接接続されてもよく、ヒートシンク413に接続されてもよい。
したがって、封止材421とパッケージ本体411との接合力が増加し、封止材が発光ダイオードパッケージから分離することが防止される。一方、封止材421は、レンズであってもよく、発光ダイオードチップ417から放射された光が一定の指向角内に出射されるように、図17に示すように、凸レンズの形状を有してもよく、その他使用目的に応じて、多様な形状を有することができる。
図18を参照すると、本実施形態による発光ダイオードパッケージは、図17を参照して説明したように、一対のリードフレーム415、416、ヒートシンク413、及びパッケージ本体411を有する。また、図17を参照して説明したように、発光素子417が、ヒートシンク413上に搭載され、ボンディングワイヤ419a、419bが、発光素子417とリードフレーム415、416を電気的に接続し、封止材421が発光ダイオードチップ417の上部を覆う。封止材421内には、蛍光体421aが含有されてもよい。以下では、図17の発光ダイオードパッケージとの相違点について説明する。
これに対して、第1及び第2のパッケージ本体506、509がセラミックである場合、第1のパッケージ本体506と第2のパッケージ本体509を別途に形成した後、接着力の大きな接着剤等を用いて取付固定させることができる。
一方、ヒートシンク513の係止段515aは、突出部515の外側面に形成され、第2のパッケージ本体509の貫通孔511の内壁に形成された凹溝部に挿入固定されてもよい。また、係止段515aは、突出部515の上側に形成され、第2のパッケージ本体509の上部面に取り付けられてもよい。これにより、パッケージ本体からヒートシンク513が分離することを防止することができる。係止段は、ヒートシンク513の基底部の側面に形成されてもよい。
ヒートシンク513の上部面516に発光素子517が搭載される。発光素子517は、図17を参照して説明した発光素子417と同一であるので、説明を省略する。
図24を参照すると、発光ダイオードランプは、頂部603と、頂部603から延長されたピン型脚部601aを有する第1のリードとを含む。ピン型脚部601aを有する第2のリードが、第1のリードから離隔して、第1のリードに対応して配置される。
一方、モールド部材611が、第1のリードの頂部603、発光素子617、及び第2のリードの一部を密封する。モールド部材611は、一般に透明樹脂を用いて成形される。モールド部材611は、発光素子617を保護すると共に、発光素子617から放射された光を一定の指向角内に屈折させるレンズの機能を果たすことができる。
これに加えて、封止材609が、キャビティ内に形成され、発光素子617の上部を覆ってもよい。封止材609は、エポキシ樹脂又はシリコン樹脂で形成されてもよい。
ピン型脚部601a、601bは、印刷回路基板(PCB、図示せず)に挿着されてもよく、印刷回路基板を通じて、発光ダイオードランプに電流が供給され、発光素子617が光を放射するようになる。一方、ピン型脚部601a、601bは、家庭用交流電源のソケットに直接接続されてもよく、したがって、一般照明用として家庭で使用してもよい。
図25及び図26は、それぞれ本発明の他の実施形態によるハイフラックス発光ダイオードランプを示す斜視図であり、図27は、図26の断面図である。
頂部703の上部面は、平らな面であってもよい。又は、図27に示すように、頂部703の上部面にキャビティが形成されてもよく、発光素子717は、キャビティ内に搭載される。キャビティの側壁には、発光ダイオードから放射された光を、所定の方向に反射させるための傾斜した反射面を形成する。
一方、封止材709は、図24を参照して説明したように、蛍光体を含有してもよい。
ピン型脚部(701a、701b、701c、701d)は、印刷回路基板(PCB、図示せず)等に挿着され、半田付けにより固定され得る。印刷回路基板を通じて、発光ダイオードランプに電流が供給され、発光素子717が光を放射するようになる。
図28〜図30を参照すると、発光ダイオードランプは、頂部723と、頂部723から延長されたスナップ型脚部721aを有する第1のリードとを含む。スナップ型脚部721aは、広い側面及び下部から略垂直に折り曲げられた折曲部722aを含む。また、スナップ型脚部721bを有する第2のリードが、第1のリードと離隔して、第1のリードに対応して配置される。第2のリードのスナップ型脚部721bはまた、広い側面及び下部から略垂直に折り曲げられた折曲部722bを含む。折曲部722a、722bは、互いに反対方向延長されることが好ましい。第1のリード及び第2のリードは、銅又は鉄のような金属又は合金で形成されてもよく、モールド技術を用いて成形されてもよい。
図31を参照すると、発光ダイオードランプは、図28〜図30を参照して説明した発光ダイオードランプと同一の構成要素を有するが、第1のリード及び/又は第2のリードのスナップ型脚部721a、721bから変形された第1のリードのスナップ型脚部751a及び/又は第2のリードのスナップ型脚部(図示せず)を有する。
20、110、310 基板
30、120 バッファ層
40、130 n型半導体層
50、140 活性層
60、150 p型半導体層
70 透明電極層
80(80−1〜80−n−1)配線
90 p型パッド
95 n型パッド
160 p型電極層
170 p型金属バンパー
180 n型金属バンパー
200 サブマウント基板
210 誘電体膜
230 電極パターン
240 p型ボンディングパッド
250 n型ボンディングパッド
1000 発光ダイオードチップ
2000 サブマウント
313 ヒートシンク
320、325 電極
350 発光素子
360、380 反射部
370 モールド部材
390 ボンディングワイヤ
Claims (5)
- 基底部と前記基底部の一部から突出した柱状部とを含むヒートシンクと、
前記ヒートシンクの前記柱状部の一端部に配置された発光ダイオードと、
前記発光ダイオードと電気的に接続され、パッケージ本体により支持される第1及び第2のリードフレームと、
を含み、
前記ヒートシンクは、前記パッケージ本体に挿入され、前記第1のリードフレームと電気的に接続され、
前記ヒートシンクは、前記パッケージ本体に接する前記基底部の外側面の一部に配置された複数の突出部、及び前記突出部の間に配置された係止溝と、前記基底部よりも前記発光ダイオード側であって前記第1のリードフレーム及び前記第2のリードフレームと同一の高さに対応し前記柱状部の側面周囲の少なくとも一部の領域に沿って配置された収容溝と、を含み、
前記収容溝の少なくとも前記第2のリードフレームに対向する部分は、前記パッケージ本体で満たされ、
前記収容溝に前記第1のリードフレームが収容されることにより、前記ヒートシンクと前記第1のリードフレームとが結合され、
前記係止溝は、前記パッケージ本体で覆われることを特徴とする発光ダイオードパッケージ。 - 前記収容溝は、連続的な一つの溝であることを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオードパッケージ。
- 前記収容溝は、互いに分離して配置された複数の溝を含むことを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオードパッケージ。
- 前記ヒートシンクの下面の全体が、前記パッケージ本体から露出されることを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオードパッケージ。
- 前記突出部は、前記発光ダイオード側に配置された第1の突出部と、前記ヒートシンクの底面を構成する第2の突出部と、を含み、
前記第2の突出部の外側面は、前記パッケージ本体の側面から露出することを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオードパッケージ。
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