KR20060121261A - 조명 조립체 - Google Patents

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KR20060121261A
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KR
South Korea
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heat dissipation
layer
substrate
assembly
lighting device
Prior art date
Application number
KR1020067013164A
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English (en)
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존 씨. 슐츠
도널드 케이. 라슨
마이클 엔. 밀러
Original Assignee
쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Filing date
Publication date
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Abstract

본 발명은 기판의 제1 측부 상의 전기적 절연층과, 기판의 제2 측부 상의 도전층을 갖는 기판을 포함하는 조명 조립체에 관한 것이다. 복수의 LED 다이는 기판 상에 배치된다. 각각의 LED 다이는 기판의 제1 측부 상의 전기적 절연층을 통해 기판의 제2 측부 상의 도전층으로 연장되는 바이어 내에 배치된다. 각각의 LED 다이는 바이어를 통해 도전층에 작동 가능하게 연결된다.
조명 조립체, 절연층, 도전층, 기판, 바이어, LED 다이

Description

조명 조립체 {ILLUMINATION ASSEMBLY}
본 발명은 대체로 광 또는 조명 조립체에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 발광 소자용 패키지에 관한 것이다.
조명 시스템은 매우 다양하게 응용되어 사용된다. 전통적인 조명 시스템은 예를 들어, 백열광 또는 형광과 같은 광원을 사용하였다. 더 최근에는, 다른 형태의 발광 소자, 특히 LED가 조명 시스템에서 사용된다. LED는 크기가 작고, 수명이 길고, 전력 소비가 낮다는 이점을 갖는다. LED의 이러한 이점은 많은 다양한 적용에서 유용하다.
LED의 광 강도가 증가됨에 따라, LED는 더욱 빈번하게 다른 광원을 대체하고 있다. 많은 광 적용에서, 필요한 광 강도를 공급하기 위해서는 복수의 LED를 갖는 것이 일반적으로 필요하다. 복수의 LED가 어레이 내에 조립되어, 작은 치수 및 높은 조도 및 발광을 갖게 된다.
어레이 내에 개개의 다이오드의 패킹 밀도를 증가시킴으로써 LED 어레이의 광 강도를 증가시키는 것이 가능하다. 패킹 밀도의 증가는 어레이에 의해 점유되는 공간을 증가시키지 않고 어레이 내의 다이오드의 수를 증가시킴으로써, 또는 어레이 내의 다이오드의 수를 유지하고 어레이 치수를 감소시킴으로써 달성된다. 그 러나, 어레이 내에 다수의 LED를 기밀하게 패킹하는 것은, 전체적으로 효율적인 열 전도 기구를 갖는다 해도 국부적인 가열이 LED의 수명을 감소시키므로 장기 신뢰성에 관한 문제가 있다. 따라서, LED의 어레이에 의해 발생된 열을 발산하는 것은, LED의 패킹 밀도가 증감됨에 따라 더욱 중요하게 된다.
종래의 LED 장착 기술은 미국 공개 특허 출원 제2001/0001207 A1호에 개시된, LED로부터 이격된 LED 접합부에서 발생된 열을 신속하게 전달할 수 없는 패키지 형태를 사용한다. 그 결과, 장치의 성능이 제한된다. 더 최근에는, LED가 세라믹과 같이 전기적 절연체이지만 열 전도성 기판 상에 장착되어 배선되거나, 또는 열 전도성 바이어(via)(미국 공개 특허 출원 제2003/0001488 A1호 참조)의 어레이를 갖거나, 또는 열 전도성 및 도전성 운반 매체에 부착된 다이와 전기적으로 접촉하기 위한 리드 프레임을 사용하는(예를 들어, 미국 공개 특허 출원 제2002/0113244 A1호), 열적으로 향상된 패키지가 이용 가능하게 되었다.
더욱 최근의 방법은 LED 어레이의 열적 성질을 개선시키지만, 이러한 방법은 몇가지 단점이 있다. 특히, 기판이 세라믹과 같은 무기 재료 또는 FR4 에폭시와 같은 유기 재료인 경우, 기판은 제한된 열 전도성을 갖고, 열을 발생하는 LED로부터 조립체의 열 발산부로의 열 저항은 LED의 최대 전력 발산을 제한하여, 어레이 내의 LED의 밀도를 제한한다.
열 저항을 감소시키기 위해, LED로부터 기판의 반대 측부로 그리고 그 다음 열 발산 조립체로 열을 전달하기 위해 유기 재료 내에 열적 바이어를 제공하는 것이 알려져 있다. 그러나, 열적 바이어는 열적 바이어 내에 화학 물질을 포획 및 도금하기 위한 전위에 의해 도금 및 폐쇄될 수 없다. 따라서, LED로부터 기판의 후면으로의 열 저항을 낮게 하기 위해서는 비교적 큰 직경의 바이어가 필요하다. 따라서, 열적 바이어의 크기는 LED의 최소 피치를 제한하고, 열적 바이어 직경은 하나의 바이어에 의해 전달될 수 있는 열의 양을 제한한다.
또한, 유기 및 무기 기판은 재료와 관련된 열팽창 계수(CTE)를 갖는다. 열 순환 동안 재료의 균열 가능성을 감소시키기 위해 조립체 내의 재료의 CTE를 일치시키는 것이 바람직하므로, 다른 성분의 재료의 선택이 제한되고, 중합체 재료와 일치시키기 어려운 세라믹과 같은 낮은 CTE의 재료의 경우에는 특히 제한된다.
따라서, 개선된 열적 특성을 갖는 LED 패키지가 필요하다.
본 발명은 개선된 열적 특성을 갖는 조명 조립체를 제공한다. 조립체는 기판의 제1 측부 상에는 전기적 절연층을 갖고 기판의 제2 측부 상에는 도전층을 갖는 기판을 포함한다. 복수의 LED는 기판에 배치된다. 각각의 LED는 기판의 제1 측부 상의 전기적 절연층을 통해 기판의 제2 측부 상의 도전층으로 연장되는 바이어 내에 배치된다. 각각의 LED는 바이어를 통해 도전층으로 작동 가능하게 연결된다.
일 실시예에서, 기판은 가요성을 갖고, 기판의 제2 측부 상의 도전층은 열 전도성을 갖는다. 도전층은 복수의 전기적으로 절연된 열 분산 소자를 형성하도록 패턴화되고, 각각의 LED는 관련된 열 분산 소자에 전기적 및 열적으로 연결된다. 열 발산 조립체는 열 분산 소자에 인접하여 배치되고, 열 전도성 및 전기적 절연성인 재료층에 의해 열 분산 소자로부터 분리된다.
도1은 본 발명에 따른 조명 조립체의 실시예의 개략적인 사시도이다.
도2는 도1의 조립체에서 사용되는 기판의 개략적인 평면도이다.
도3a는 도2의 선 3-3을 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도3b는 본 발명에 따른 조명 조립체의 다른 실시예의 개략적인 단면도이다.
도3c는 본 발명에 따른 조명 조립체의 다른 실시예의 개략적인 단면도이다.
도4는 플립 칩형(flip-chip like) LED와 함께 사용하기 위한 기판의 개략적인 평면도이다.
도5는 도4의 선 5-5를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도6은 와이어결합되는 LED와 함께 사용하기 위한 다른 기판 실시예의 개략적인 평면도이다.
도7은 도6의 선 7-7을 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도8은 본 발명에 따른 조명 조립체와 함께 사용하기 위한 기판의 다른 실시예의 개략적인 평면도이다.
도9는 도8의 선 9-9를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도10a 내지 도10c는 다중층 광 필름을 사용하는 조명 조립체의 실시예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도11a 내지 도11c는 본 발명에 따라 형성된 조명 조립체의 실시예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
바람직한 실시예의 이하의 상세한 설명에서, 본 명세서의 일부를 형성하고 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 도시하는 첨부된 도면을 참조하기로 한다. 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 다른 실시예들이 사용될 수 있고, 구조적 또는 논리적 변화가 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서, 이하의 상세한 설명은 제한적인 의미가 아니고, 본 발명의 범위는 첨부된 청구의 범위에 의해서 한정된다.
여기서 사용되는, LED 다이는 예를 들어, 발광 다이오드(LED), 레이저 다이오드 및 초발광체(super-radiator)와 같은 발광 소자를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다. LED 다이는 다이오드에 전력을 제공하기 위한 접촉 영역을 갖는 발광 반도체 본체로서 대체로 이해된다.
도1은 본 발명에 따른 조명 조립체(20)의 일부의 일 실시예의 사시도이다. 조명 조립체(20)는 정렬되어 배치된 2차원 구성의 LED 다이(22)를 포함한다. LED 다이(22)는 적색, 녹색, 파란색, 자외선 또는 적외선 스펙트럼 영역과 같은 원하는 파장을 방사하도록 선택된다. LED 다이(22)는 동일한 스펙트럼 영역에서 각각 방사하거나, 또는 다른 스펙트럼 영역에서 교대로 방사할 수 있다.
LED 다이(22)는 기판(32) 상의 바이어(30) 내에 배치된다. 기판(32)은 그 표면 상에 배치되는 전기적 및 열적 전도성 재료의 패턴화된 층(36)을 갖는 전기적 절연성 유전층(34)을 포함한다. 바이어(30)는 유전층(34)을 통해 패턴화된 도전층(36)으로 연장되고, LED 다이(22)는 도전층(36)의 (도시되지 않은) 결합 패드에 작동 가능하게 연결된다. 기판(32)의 도전층(36)은 열 싱크 또는 열 발산 조립체(40)에 인접하게 배치되어, 열 전도성 재료의 층(42)에 의해 열 발산 조립체(40)로부터 분리된다. 또한, 층(42)의 재료는 열 발산 조립체(40)가 도전성인 경우 전기적으로 절연성이다.
전기적 절연성 유전층(34)은 예를 들어, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), (미국 특허 제5,882,774호 및 5,808,794호에 개시된 것과 같은) 다중층 광 필름, 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리술폰(polysulfone), 또는 FR4 에폭시 조성물을 포함하는 여러 적절한 재료로 구성될 수 있다.
전기적 및 열적 전도성 층(36)은 예를 들어, 구리, 니켈, 금, 알루미늄, 주석, 납 및 이들의 조합을 포함하는 여러 적절한 재료로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 기판(32)은 가요성을 갖고 변형가능하다. 폴리이미드 절연층 및 구리 도전층을 갖는 적절한 가요성 기판(32)으로는 미국, 미네소타주, 세인트 폴 소재의 3M사로부터 구할 수 있는 상표명 3M 가요성 회로 소자(3M Flexible Circuitry)가 있다.
열 발산 조립체(40)는 알루미늄 또는 구리와 같은 열 전도성 금속, 또는 탄소 함유 폴리머와 같은 열 전도성 폴리머로 이루어진 통상 열 싱크로 불리는 열 분산 장치이다. 층(42)의 재료는 예를 들어, 3M 사로부터 3M 2810으로 구할 수 있는 형태의, 보론 니트라이드 흡착 폴리머(boron nitride loaded polymer)와 같은 열 전도성 접착 재료, 또는 미국, 캘리포니아주, 비사리아 소재의 아크틱 실버사로부 터 아크틱 실버 5(Arctic Silver 5)로 구할 수 있는 형태의 은 함유 화합물과 같은 비접착성 재료일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 열 발산 조립체(40)는 가능한 한 작은 열 저항을 갖고, 바람직하게는 1.0 C/W 보다 작다. 다른 실시예에서, 열 발산 조립체(40)는 0.5 내지 4.0 C/W 범위의 열 저항을 갖는다. 층(42)의 재료는 0.2 내지 10 W/m-K 범위, 바람직하게는 적어도 1 W/m-K의 열 전도성을 갖는다.
도1의 조명 조립체(20)에서, 도시된 LED 다이(22)는 LED 다이의 기부 상에 하나의 전기 접점과, LED 다이의 대향(상부) 표면 상에 다른 전기 접점을 갖는 형태이다. 각각의 LED 다이(22)의 기부 상의 접점은 바이어(30) 하부의 결합 패드(46a)에 전기적 및 열적으로 연결되고, 각각의 LED 다이(22)의 상부의 접점은 LED 다이(22)로부터 바이어(44) 하부의 결합 패드(46a)로 연장되는 와이어결합부(38)에 의해 도전층(36)에 전기적으로 연결된다. 바이어(30)와 더불어, 바이어(44)는 절연층(32)을 통해 도전층(36)으로 연장된다. 제작 공정 및 사용되는 재료에 따라, 바이어(30, 44)는 절연층(32)을 통해 화학적 에칭, 플라즈마 에칭, 레이저 밀링될 수 있다. 조립 동안에, 바이어(30)는 LED 다이(22)를 위치시키기 위한 편리한 정렬 포인트를 제공하는 이점을 갖는다.
도1의 도전층(36)의 패턴은 도2에 잘 도시되어 있다. 도전층(36)은 복수의전기적으로 절연된 열 분산 소자(50)를 형성하도록 패턴화된다. 각각의 열 분산 소자(50)는 관련된 바이어(30, 44)를 통해 관련된 LED 다이(22)로 전기적 및 열적으로 연결되도록 위치된다. 예를 들어, 다이오드 기부의 하나의 전기적 접점과 다이오드 상부의 다른 전기적 접점을 갖는 도1에 도시된 LED 다이에서, 바이어(30, 44)의 위치는 도2에서 점선으로 표시된다. 결합 패드(46a, 46b)는 패턴화된 도전층(36) 내에 위치되어, LED 다이(22)가 특정 적용의 요구에 기초하여 전력 리드선(48a, 48b) 사이에서 직렬로 전기적으로 연결되게 한다.
도2에 잘 도시된 바와 같이, LED 다이(22)와 전기적으로 연결하기 위해 단지 좁은 도전성 배선 트레이스를 제공하도록 도전층(36)을 패턴화하는 대신에, 바람직한 실시예의 도전층(36)은 LED 다이(22)에 의해 발생된 열의 열 발산체로 작용하도록 가능한 한 많은 도전층(36)을 남기면서, 열 분산 소자(50)를 전기적으로 절연시키기 위해 필요한 만큼의 도전성 재료를 제거하도록 패턴화된다. 다른 실시예에서, 열 분산 소자(50)를 형성할 때 층(36)의 추가적인 부분이 LED 다이로부터의 열을 전도하기 위한 열 분산 소자(50)의 능력에 대응하여 감소하는 정도로 제거될 수 있다. 따라서, 각각의 LED 다이(22)는 층(36)의 열 전도성 재료의 비교적 넓은 영역과 직접 접촉한다. 따라서, 각각의 LED 다이(22)를 위한 열 분산 소자(50)의 크기로 인해, 층(36)의 각각의 열 분산 소자(50)는 LED 다이(22)로부터의 열을 효과적으로 전달한다. 도전층(36)과 열 발산 조립체(40) 사이의 층(42)에 열 전도성의 전기적 절연성 재료를 사용하는 것은 LED 다이(22)의 피치[그리고 결과적으로 LED 다이(22) 마다의 열 분산 소자(50)의 크기]를 간단히 조절하여 조립체의 임의의 낮은 열 저항을 가능하게 한다.
열 분산 소자(50)의 피치는 적어도 LED 다이 크기(일반적으로 0.3mm 정도)이지만, 피치의 실질적인 상한은 없고 특정 적용의 요구사항에 따른다. 일 실시예에서, 열 분산 소자의 피치는 2.5mm이다.
도2에서 열 분산 소자(50)가 대체로 정사각형으로 도시되지만, 열 분산 소자(50)는 직사각형, 삼각형 또는 임의의 다른 형상일 수 있다. 바람직하게는 열 분산 소자(50)는 기판(32) 표면에 효과적으로 붙일 수 있도록 형성된다.
도3a는 도2의 선 3-3을 따라 취해진 확대 단면도이다. LED 다이(22)는 바이어(30) 내에 위치되어 등방성의 도전성 접착제(예를 들어, 미국 펜실베니아주 엘버슨 소재의 메텍 사로부터 구할 수 있는 메텍 6144S), 이방성 도전성 접착제, 또는 땜납 중 어느 하나인 층(60)에 의해 도전층(36)의 결합 패드(46a)와 전기적 및 열적으로 연결된다. 땜납은 일반적으로 접착제보다 낮은 열 저항을 갖지만, 모든 LED 다이가 납땜 가능한 기부 금속을 갖는 것은 아니다. 또한, 땜납 부착은 처리 동안 용융된 땜납의 표면 장력에 의해 LED 다이(22)가 자가 정렬되는 이점을 갖는다. 그러나, 일부의 LED 다이(22)는 땜납 리플로우 온도에 민감할 수 있어, 접착제가 바람직하다.
일 실시예에서, LED 다이(22)는 250 ㎛의 공칭 높이를 갖고, 절연층(34)은 25 내지 50 ㎛의 두께를 갖고, 도전층(36)의 두께는 17 내지 34 ㎛이지만, LED 다이(22)의 전력 요구에 따라 이러한 범위보다 다소간 변할 수 있다. 결합 패드(46b)에 와이어결합을 용이하게 하기 위해, 도전층(36)은 니켈 및 금으로 된 표면 금속을 포함한다. 일반적으로 화학적으로 에칭된 바이어인 바이어(30, 44)는 경사진 측벽(49)을 갖는 것으로 도시된다. 그러나, 플라즈마 에칭 또는 레이저 밀링되는 바이어는 사실상 수직 측벽(49)을 갖는다.
일부 적용에서, LED 다이(22)가 (도시되지 않은) 반사기에 대해 위치될 때, LED 다이(22)의 수직 위치는 중요하다. 도3b에 도시된 바와 같이, 이러한 예에서, 금속(52)은 LED 다이(22)의 높이를 조절하도록 바이어(30)에 전기도금된다. 전기도금된 금속(52)은 납땜 도금층을 포함하거나 납땜 도금층으로 구성되어, 일반적인 땜납 페이스트 적층 공정에 비해 정확하게 제어된 납땜 두께를 제공한다.
도3c는 도1 내지 도3b의 와이어결합된 실시예에서처럼 다이오드의 대향 측부가 아닌 LED 다이의 동일 측부 상에 두 개의 전기 접촉 패드(53)를 갖는 와이어결합된 LED 다이(22')의 확대 단면도이다. 광은 접촉 패드(53)를 포함하는 다이오드(22')의 동일 측부로부터 방사된다. 도전층(36)은 도2에서와 유사하게 패턴화되고, 결합 패드(43a)는 바이어(44')의 하부로 이동된다. LED 다이(22')는 바이어(30) 내에 위치되어 열 전도성 접착제 또는 땜납층(60')에 의해 도전층(36)에 열적으로 연결된다. 층(60')은 적용 및 LED 다이(22') 형태에 따라 도전성 또는 전기적 절연성으로 된다.
본 발명에 따른 조명 조립체의 다른 실시예가 도4 및 도5에 도시된다. 도4 및 도5의 실시예는 도1 내지 도3b의 와이어결합된 실시예에서와 같이 다이오드의 대향 측부가 아닌 LED 다이의 동일 측부 상에 두 개의 전기 접촉 패드(53)를 갖는 LED 다이(22'')와 함께 사용하기 위한 것이다. 광은 접촉 패드(53)에 대향되는 다이오드(22'')의 측부로부터 방사된다. 도4에 도시된 바와 같이, 도전층(36)은 열 분산 소자(50) 및 결합 패드(54a, 54b)를 형성하도록 패턴화된다. 두 개의 전기 접촉 패드(53)가 LED 다이(22'')의 동일 측부 상에 있으므로, 전기적으로 분리된 결합 패드(54a, 54b)를 포함하는 하나의 바이어(30)가 사용된다. 바이어(30)의 위 치는 도4에서 점선으로 표시되지만, 전기적 결합 패드(54a, 54b)를 포함하도록 도시된다.
도5는 도4의 선 5-5를 따라 취해진 확대 단면도이다. LED 다이(22'')는 바이어(30) 내에 위치되고 도전층(36)의 결합 패드(54a, 54b)에 전기적 및 열적으로 연결된다. 도1 내지 도3b의 와이어결합 방법과 같이, 부착 방법들 중에서 도전성 접착제, 이방성 도전성 접착제, 또는 땜납 리플로우가 LED 다이(22'')를 도전성 기판(36)에 부착하도록 사용된다. 도1 내지 도3b의 와이어결합 실시예와 같이, 플립 칩형 실시예는 LED 다이 어레이의 2차원 배선을 가능하게 하고, LED 다이(22'')의 기부에 부착된 비교적 큰 열 분산 소자(50)를 통해 개선된 열 전달을 제공한다. 플립 칩형 실시예의 한가지 이점은, 와이어결합 방법이 와이어결합을 형성하기 위해 상당한 높이(100 ㎛)를 필요로 할 수 있지만, 외팔보형 결합 패드(54a, 54b)는 편평하게 존재한다는 것이다. 또한, 플립 칩형 구성은 약한 와이어결합을 제거함으로써 강성을 더한다.
본 발명에 따른 조명 조립체의 다른 실시예가 도6 및 도7에 도시된다. 도6 및 도7의 실시예는 2 금속 기판(32')으로 불리는 것을 사용하고, 도1 내지 도3b의 실시예와 같이, 다이오드의 대향 측부 상에 전기 접촉 패드를 갖는 와이어결합된 LED 다이(22)와 함께 사용하기 위한 것이다. 도7에 잘 도시된 바와 같이, 절연층(34)은 그 상부 표면 상에 제2 도전층(36')을 포함한다. LED 다이(22)는 바이어(30) 내에 위치되어 각각의 도전층(36, 36')의 결합 패드(56a, 56b)에 전기적 및 열적으로 연결된다. 바이어(44)는 금속과 같은 도전성 금속으로 충전되어, 층(36')과 층(36)의 결합 패드(56b) 사이에 전기적 연결을 제공한다. 도1 내지 도3b의 와이어결합 방법과 같이, LED 다이(22)를 도전성 기판(36)에 부착하기 위한 부착 방법들 중에서 도전성 접착제, 이방성 도전성 접착제, 또는 땜납 리플로우가 사용된다.
조명 조립체(20)의 다른 실시예가 도8 및 도9에 도시된다. 도8 및 도9의 실시예에서, 바이어(30, 44)와 다른 영역의 도전층(36)을 노출시키기 위해 절연층(34)의 일부가 제거된다. 그후, (바람직하게는, 1 W/m-K보다 큰 열 전도성을 갖는) 열 전도성 캡슐제(encapsulant)(70)가 LED 다이 및 도전층(36)의 노출된 부분과 접촉하도록 위치되어 LED 다이(22)로부터 도전층(36)으로 추가적인 열 유동 경로를 제공한다. 제거되는 전기적 절연층(34)의 형상 및 면적은 제조 신뢰성 문제에 의해 결정된다. 또한, 도8 및 도9의 실시예는 투명한 열 전도성의 캡슐제가 사용될 때, 측부로부터 광을 방사하는 LED 다이를 갖는 것이 특히 유용하다. 또한, 투명한 열 전도성 캡슐제는 LED 다이의 광 출력을 저하시키지 않고 LED 상에 또는 그 주위의 (색상 변환을 위한) 형광층을 싸기 위해 유용하다. 물론, 절연층(34)의 제거 및 열 전도성 캡슐제(70)의 사용은 도4 및 도5에 도시된 플립 칩형 실시예에서도 유용하다.
여기에 기술된 각각의 실시예에서, 금속을 입힌 폴리머 또는 다중층 광 필름(MOF)과 같은 반사 또는 파장 선택 재료가 전통적인 가요성 회로 구성 기술을 사용하여 형성된 패턴화된 전기 트레이스를 갖는 절연 가요성 기판으로서 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 도6 및 도7의 2 금속 기판(32')의 층(36')은 크롬 또는 은 과 같은 반사성 재료이고, 도전성 회로 통로 층으로서 뿐만 아니라(또는 그 대신에) 반사기로 작용한다. 이와 달리, 적절한 바이어와 함께 반사층이 절연성 기판에 적층될 수 있다. LED 다이가 다수의 다른 적용에서 사용되는 것처럼, 또한 LED 다이를 패키지하기 위해 광 처리 가요성 회로의 사용이 다양한 적용에서 유용하다.
현재, 강성 회로 기판에서 이용 가능한 매우 다양한 LED 다이 어레이가 있다. 이러한 어레이는 신호등, 건축 조명, 투광 조명등, 광 설비 개조 및 다른 다수의 적용에서 사용될 수 있다. 현재 이용 가능한 구성에서, LED 다이는 비반사 회로 기판 상에 장착된다. 회로 기판에 입사하는 LED 다이로부터의 광은 광의 흡수 또는 산란으로 인해 사용될 수 없다. 반사성의 가요성 회로 상에 LED 다이를 장착함으로써, 광의 사용이 개선된다. 또한, 기판의 가요성에 의해, 어레이는 광을 집광 또는 유도하기 위한 포물선 형상과 같은 광 설비의 본체에 적합하도록 장착된다.
여기에 기술된 실시예의 절연층(34)을 위해, 다중층 광 필름과 같은 반사성 표면 재료를 사용함으로써, 부착된 LED 다이로부터 반사된 광은 집광 소자 쪽으로 반사될 가능성이 크다. 도10a 내지 도10c에 도시된 바와 같이, LED 다이(22)는 여기에 기술된 임의의 방식으로 평면 MOF 기판에 부착된다(도10a). 그후, LED 다이(22)를 둘러싸는 다중층 광 필름(80)은 LED 다이(22) 주위로 반사 집광 장치(82)를 형성하도록 절첩된다. 반사 집광 장치(82)의 측면도 및 평면도가 도10b 및 도10c에 각각 도시된다. 도11a 내지 도11c에 도시된 바와 같이, 부착된 LED 다이(22)를 갖는 평면 MOF 기판(80)(도11a)은 튜브형 요소(84) 내로 감겨지고 밝은 광원으로 사용된다. 튜브형 요소(84)의 측면도 및 평면도는 각각 도11b 및 도11c에 도시된다.
여기에 기술된 LED 다이용의 다양한 패키지는 여러 이점을 제공한다. 주된 이점은 LED 다이로부터 기판(32)의 도전층(36)으로 그리고 열 발산 조립체(40)로 우수한 열 전달 특성을 갖는다는 것이다.
상술한 패키지의 추가의 이점은 기판 재료의 낮은 CTE이다. 절연층(34), 불연속 전도성 열 분산층(36) 상에 위치되어 그후 열 발산 조립체(40)에 접착제로 부착되는 LED 다이 어레이의 CTE는 열 발산 조립체(40)의 CTE에 의해 좌우되어, 장치의 온도 순환 동안 여러 층으로 갈라질 가능성을 감소시킨다.
여기서 바람직한 실시예를 설명할 목적으로 특정 실시예들이 도시되고 기술되었지만, 당업자는 동일한 목적을 달성하기 위해 만들어진 매우 다양한 다른 그리고/또는 동등한 실시가 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이, 도시되고 기술된 특정 실시예들을 대체할 수 있음을 이해할 것이다. 화학, 기계, 전기-기계, 전기 기술 분야에서 숙련자들은 본 발명이 매우 다양한 다른 실시예로 수행될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다. 본 발명은 여기에 기술된 바람직한 실시예의 임의의 적용 및 변경을 포함하려는 것이다. 따라서, 본 발명은 청구의 범위 및 그 등가물에 의해서만 제한되도록 하려는 것이 명백하다.

Claims (39)

  1. 조명 조립체이며,
    기판의 제1 측부 상의 전기적 절연층과, 기판의 제2 측부 상의 도전층을 포함하는 기판과,
    기판의 제1 측부 상의 전기적 절연층을 통해 기판의 제2 측부 상의 도전층으로 연장되는 바이어 내에 각각 배치되고, 바이어를 통해 기판의 제2 측부 상의 도전층에 작동 가능하게 연결되는 복수의 LED 다이를 포함하는 조명 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 기판은 가요성을 갖는 조명 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 기판의 제1 측부 상의 전기적 절연층은 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 광 반사성 절연 폴리머, 다중층 광 필름(MOF), 폴리카보네이트, 폴리술폰, FR4 에폭시 조성물 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 조명 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 전기적 절연 재료를 통해 연장되는 바이어는 화학적으로 에칭되는 조명 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 전기적 절연 재료를 통해 연장되는 바이어는 플라즈마 에칭 되는 조명 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 전기적 절연 재료를 통해 연장되는 바이어는 레이저 밀링되는 조명 조립체.
  7. 제1항에 있어서, 기판의 제2 측부 상의 도전층은 구리, 니켈, 금, 알루미늄, 주석, 납 또는 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 조명 조립체.
  8. 제1항에 있어서, 기판의 제2 측부 상의 도전층은 열 전도성 재료를 포함하는 조명 조립체.
  9. 제1항에 있어서, 도전층은 복수의 전기적으로 절연된 열 분산 소자를 형성하도록 패턴화되고, 각각의 LED 다이는 관련된 열 분산 소자에 전기적 및 열적으로 연결되는 조명 조립체.
  10. 제1항에 있어서, 기판의 제2 측부에 인접하여 배치되는 열 발산 조립체를 더 포함하는 조명 조립체.
  11. 제10항에 있어서, 열 발산 조립체는 열 전도성인 재료층에 의해 기판의 제2 측부로부터 분리되는 조명 조립체.
  12. 제11항에 있어서, 열 전도성 재료는 접착제인 조명 조립체.
  13. 제12항에 있어서, 열 전도성 접착 재료는 보론 니트라이드로 흡착된 폴리머 접착제인 조명 조립체.
  14. 제11항에 있어서, 열 전도성 재료는 비접착성을 갖는 조명 조립체.
  15. 제14항에 있어서, 열 전도성 비접착성 재료는 은 입자로 흡착된 폴리머인 조명 조립체.
  16. 제10항에 있어서, 열 발산 조립체는 열 전도성 부재를 포함하는 조명 조립체.
  17. 제16항에 있어서, 열 전도성 부재는 금속 및 폴리머를 포함하는 그룹으로부터 선택된 재료인 조명 조립체.
  18. 조명 장치이며,
    제1 표면 상의 전기적 절연층과 제2 표면 상의 도전층을 갖고, 전기적 절연 층을 통해 도전층으로 연장되는 복수의 장착 바이어를 갖는 기판과,
    복수의 장착 바이어 내에 배치되는 복수의 발광 소자를 포함하고,
    상기 발광 소자는 장착 바이어를 통해 도전층으로 작동 가능하게 연결되는 조명 장치.
  19. 제18항에 있어서, 도전층은 복수의 열 분산 소자를 형성하도록 패턴화되는 조명 장치.
  20. 제18항에 있어서, 발광 소자는 LED 다이인 조명 장치.
  21. 제18항에 있어서, 발광 소자는 발광 다이오드, 레이저 다이오드, 초발광체를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 조명 장치.
  22. 제18항에 있어서, 복수의 장착 바이어의 각각은 하나의 발광 소자를 수용하는 조명 장치.
  23. 제18항에 있어서, 전기적 절연층을 통해 도전층으로 연장되는 복수의 와이어결합 바이어를 더 포함하고,
    각각의 와이어결합 바이어는 도전층의 대응하는 와이어결합 연결 패드를 노출시키는 조명 장치.
  24. 제18항에 있어서, 발광 소자 및 전기적 절연층과 접촉하는 열 전도성 캡슐제를 더 포함하는 조명 장치.
  25. 제18항에 있어서, 기판은 가요성을 갖는 조명 장치.
  26. 조명 장치이며,
    전기적 절연 재료층과,
    절연 재료층의 하부면 상에 배치되고, 복수의 인접하는 열 분산 소자를 형성하도록 패턴화되는 열 및 전기적 전도성 재료층과,
    상기 절연 재료를 통해 관련된 열 분산 소자로 연장되는 절연 재료 내의 복수의 바이어와,
    복수의 바이어 중 하나에 각각 배치되어, 바이어와 관련된 열 분산 소자에 열 및 전기적으로 각각 연결되는 복수의 발광 소자를 포함하는 조명 장치.
  27. 제26항에 있어서, 각각의 발광 소자는 인접하는 열 분산 소자의 전기적 연결 패드에 추가로 전기적으로 연결되는 조명 장치.
  28. 제27항에 있어서, 각각의 발광 소자는 인접하는 열 분산 소자의 전기적 연결 패드에 전기적으로 연결되는 조명 장치.
  29. 제28항에 있어서, 각각의 발광 소자는 와이어결합에 의해 인접하는 열 분산 소자의 전기적 연결 패드에 전기적으로 연결되는 조명 장치.
  30. 제27항에 있어서, 각각의 발광 소자는 바이어 내의 인접하는 열 분산 소자의 전기적 연결 패드에 전기적으로 연결되는 조명 장치.
  31. 제26항에 있어서, 전기적 절연 재료층은 가요성을 갖는 조명 장치.
  32. 제31항에 있어서, 열 및 전기적 전도성 재료층은 가요성을 갖는 조명 장치.
  33. 제26항에 있어서, 복수의 열 분산 소자에 열적으로 연결되는 열 발산 조립체를 더 포함하는 조명 장치.
  34. 제33항에 있어서, 복수의 열 분산 소자는 낮은 계수의 재료에 의해 공간적으로 격리되어, 조명 장치의 CTE가 열 발산 조립체의 CTE에 의해 좌우되게 하는 조명 장치.
  35. 가요성 회로이며,
    전기적 절연 재료의 가요성 층과,
    상기 절연 재료의 제1 표면 상에 배치되는 도전성 재료의 가요성 층으로서, 상기 도전성 재료는 복수의 인접하는 열 분산 소자를 형성하도록 패턴화되고, 각각의 열 분산 소자는 제1 전기 연결 패드와 제2 전기 연결 패드를 갖는 가요성 층과,
    절연 재료를 통해 연장되는 복수의 장착 바이어를 포함하고,
    각각의 장착 바이어는 관련된 열 분산 소자의 제1 전기 연결 패드를 노출시키는 가요성 회로.
  36. 제35항에 있어서, 각각의 장착 바이어는 인접하는 열 분산 소자의 제2 전기 연결 패드를 더 노출시키는 가요성 회로.
  37. 제35항에 있어서, 절연 재료를 통해 연장되는 복수의 연결 바이어를 더 포함하고,
    각각의 연결 바이어는 관련된 열 분산 소자의 제2 전기 연결 패드를 노출시키는 가요성 회로.
  38. 제35항에 있어서, 절연 재료는 적어도 부분적으로 반사성 다중층 광 필름을 포함하는 가요성 회로.
  39. 제38항에 있어서, 다중층 광 필름은 비평면형 광 유도 구조로 형성되는 가요성 회로.
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