固体金属ブロック半導体発光デバイス実装基板ならびにキャビティおよびヒートシンクを含むパッケージ、ならびにそれらをパッケージングする方法
【課題】実装基板、キャビティおよびヒートシンクを含むパッケージ、ならびにそれらをパッケージングする方法を提供する。
【解決手段】半導体発光素子用の実装基板は、第１および第２の対向する金属面１００ａ、１００ｂを有する固体金属ブロック１００を含む。第１の金属面１００ａは、１つのキャビティ１１０を有し、このキャビティは、少なくとも１つの半導体発光素子を中に実装するように、またキャビティ１１０から離れる方向に中に実装されている少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射するように構成される。第２の金属面１００ｂは、中に複数のヒートシンクフィン１９０を備える。１つまたは複数の半導体発光素子は、キャビティ１１０内に実装される。反射被覆、配線、絶縁層も、パッケージ内に形成することができる。
【解決手段】半導体発光素子用の実装基板は、第１および第２の対向する金属面１００ａ、１００ｂを有する固体金属ブロック１００を含む。第１の金属面１００ａは、１つのキャビティ１１０を有し、このキャビティは、少なくとも１つの半導体発光素子を中に実装するように、またキャビティ１１０から離れる方向に中に実装されている少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射するように構成される。第２の金属面１００ｂは、中に複数のヒートシンクフィン１９０を備える。１つまたは複数の半導体発光素子は、キャビティ１１０内に実装される。反射被覆、配線、絶縁層も、パッケージ内に形成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、半導体発光デバイスおよびその製造方法に関し、より具体的には、半導体発光デバイスのパッケージングおよびパッケージング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザーダイオードなどの半導体発光デバイスは、さまざまな用途に広く使用されている。当業者にはよく知られているように、半導体発光デバイスは、通電後、コヒーレントおよび／またはインコヒーレント光を放出するように構成された１つまたは複数の半導体層を含む。また、半導体発光デバイスは、一般に、外部電気的接続、ヒートシンク、レンズまたは導波路、環境保護機能、および／または他の機能を備えるようにパッケージングされることも知られている。
【０００３】
例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、および／または他の材料を含む基板上に実装された、半導体発光デバイスを外部に接続するための配線がなされている、半導体発光デバイス用のツーピースパッケージを形成することが知られている。銀メッキされた銅を含む第２の基板は、例えば接着剤を使用して第１の基板上に載せられ、半導体発光素子を囲む。レンズは、半導体発光素子に被さる形で第２の基板上に置くことができる。上述のようなツーピースパッケージを使用する発光ダイオードは、特許文献１に記載されている（開示全体が本明細書内で全部述べられているかのように参照により本明細書に組み込まれている、本発明の譲受人に譲渡された、２００４年３月４日に出願された「Power, Surface Mount Light Emitting Die Package」という表題のＬｏｈによる特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／００４１２２２Ａ１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，２０１，２６２号明細書
【特許文献３】米国特許第６，１８７，６０６号明細書
【特許文献４】米国特許第６，１２０，６００号明細書
【特許文献５】米国特許第５，９１２，４７７号明細書
【特許文献６】米国特許第５，７３９，５５４号明細書
【特許文献７】米国特許第５，６３１，１９０号明細書
【特許文献８】米国特許第５，６０４，１３５号明細書
【特許文献９】米国特許第５，５２３，５８９号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，４１６，３４２号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，３９３，９９３号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，３３８，９４４号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，２１０，０５１号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，０２７，１６８号明細書
【特許文献１５】米国特許第４，９６６，８６２号明細書
【特許文献１６】米国特許第４，９１８，４９７号明細書
【特許文献１７】米国特許出願公開第２００３／０００６４１８Ａ１号明細書
【特許文献１８】米国特許出願公開第２００２／０１２３１６４Ａ１号明細書
【特許文献１９】米国特許出願公開第２００４／００５６２６０Ａ１号明細書
【特許文献２０】特許出願第１０／６５９，１０８号明細書
【特許文献２１】米国特許第６，２５２，２５４号明細書
【特許文献２２】米国特許第６，０６９，４４０号明細書
【特許文献２３】米国特許第５，８５８，２７８号明細書
【特許文献２４】米国特許第５，８１３，７５３号明細書
【特許文献２５】米国特許第５，２７７，８４０号明細書
【特許文献２６】米国特許第５，９５９，３１６号明細書
【特許文献２７】米国特許第４，８２６，４２４号明細書
【特許文献２８】米国特許第５，１１０，２７８号明細書
【特許文献２９】米国特許第５，８８２，５５３号明細書
【特許文献３０】米国特許第５，９６８，４２２号明細書
【特許文献３１】米国特許第６，１５６，２４２号明細書
【特許文献３２】米国特許第６，３８３，４１７号明細書
【特許文献３３】米国特許第４，１０７，２３８号明細書
【特許文献３４】米国特許第４，０４２，５５２号明細書
【特許文献３５】米国特許第４，１４１，９４１号明細書
【特許文献３６】米国特許第４，５６２，０１８号明細書
【特許文献３７】米国特許第５，１４３，６６０号明細書
【特許文献３８】米国特許第５，３７４，６６８号明細書
【特許文献３９】米国特許第５，７５３，７３０号明細書
【特許文献４０】米国特許第６，３９１，２３１号明細書
【特許文献４１】米国特許出願第１０／６５９，２４０号明細書
【特許文献４２】米国特許出願第１０／９４６，５８７号明細書
【特許文献４３】米国特許出願第１０／９４７，７０４号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Thick Film Application Specific Capabilities
【非特許文献２】Insulated Aluminum Substrates, 2002
【非特許文献３】Metal Core PCBs for LED Light Engines
【非特許文献４】Cree Optoelectronics LED Product Line, Publication CPR3AX, Rev. D, 2001-2002
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の半導体発光デバイスおよびそのパッケージングには、その性能およびパッケージング方法に関して様々な改善の余地があった。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、固体金属ブロックであって、１つまたは複数の一体型キャビティおよび複数の一体型ヒートシンクフィンを備える半導体発光デバイス実装基板、キャビティおよびヒートシンクを含むパッケージ、ならびにそれらをパッケージングする方法などを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のいくつかの実施形態は、第１および第２の対向する金属面を有する固体金属ブロックを含む半導体発光デバイス用の実装基板を実現する。第１の金属面は、中に１つのキャビティ（cavity）を有し、このキャビティは、少なくとも１つの半導体発光素子を中に実装するように、またキャビティから離れる方向に中に実装されている少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射するように構成される。第２の金属面は、中に複数のヒートシンクフィン（heat sink fin）を備える。
【０００８】
いくつかの実施形態では、キャビティ内に反射被覆が施される。他の実施形態では、第１および第２の配線は、キャビティ内に実装される少なくとも１つの半導体発光素子に接続するように構成されたキャビティ内に施される。さらに他の実施形態では、第１の金属面に絶縁層が施され、キャビティ内に反射被覆を形成し、キャビティ内に第１および第２の配線を形成するようにパターン形成された絶縁層に導電層が施される。固体金属ブロック（solid metal block）は、酸化アルミニウム絶縁層を持つ固体アルミニウムブロックとすることができる。他の実施形態では、固体金属ブロックは、セラミック絶縁層を有する固体スチールブロックである。
【０００９】
本発明のさらに他の実施形態では、第１の金属面は、中に台（pedestal）を備え、キャビティは、その台の中にある。さらに他の実施形態では、固体金属ブロックは、第１の面から第２の面に抜けるスルーホール（through hole）を中に備える。スルーホールは、第１または第２の配線に電気的に接続されている導電ビア（conductive via）を中に含む。
【００１０】
本発明のいくつかの実施形態では、半導体発光素子は、キャビティ内に実装される。他の実施形態では、レンズは、キャビティ上に広がる（extend）。さらに他の実施形態では、キャビティが台の中にある場合に、レンズは、台上に広がるとともにキャビティ上にも広がる。さらに他の実施形態では、光学素子がその中に含まれる軟質フィルム（flexible film）が、第１の金属面に備えられ、光学素子は、キャビティ上に伸びるか、または台とキャビティ上に伸びる。それに応じて、半導体発光デバイスパッケージを用意することができる。
【００１１】
蛍光体（phosphor）も、本発明のさまざまな要素に従って備えることができる。いくつかの実施形態では、蛍光体を含む被覆が、レンズまたは光学素子の内面および／または外面に施される。他の実施形態では、レンズまたは光学素子は、中に分散された蛍光体を含む。さらに他の実施形態では、蛍光体被覆が、半導体発光素子自体に施される。これらの実施形態の組合せも実現できる。
【００１２】
集積回路は、さらに、第１および第２の配線に電気的に接続される固体金属ブロック上に備えることもできる。集積回路は、発光デバイスドライバ集積回路とすることができる。最後に、光結合媒体（optical coupling medium）は、キャビティ内に備えられ、少なくとも部分的に発光素子を囲む。
【００１３】
本発明の他の実施形態は、半導体発光デバイスのアレイ用の実装基板を用意する。これらの実施形態では、第１の金属面は、中に複数のキャビティを有し、それぞれのキャビティは、少なくとも１つの半導体発光素子を中に実装するように、またそれぞれのキャビティから離れる方向に中に実装されている少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射するように構成される。第２の金属面は、複数のヒートシンクフィンを備える。反射被覆、配線、絶縁層、台、スルーホール、レンズ、軟質フィルム、光学素子、蛍光体、集積回路、および／または光結合媒体も、上述した実施形態のどれかにより備えることができ、これにより半導体発光デバイスパッケージを形成することができる。さらに、キャビティは、第１の面において互いから離れて均一な、および／または不均一な間隔で並べることができる。
【００１４】
半導体発光デバイスは、第１の面内に１つまたは複数のキャビティを含み、第２の面内に複数のヒートシンクフィンを含む固体金属ブロックを加工し、第１の面上に絶縁層を形成し、導電層を形成し、キャビティのうちの少なくとも１つの中に半導体発光素子を実装することにより、本発明のいくつかの実施形態に従ってパッケージングすることができる。台、スルーホール、レンズ、軟質フィルム、光学素子、蛍光体、集積回路、および／または光結合媒体は、上述した実施形態のどれかに従って備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板の側断面図である。
【図１Ｂ】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板の側断面図である。
【図１Ｃ】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板の側断面図である。
【図１Ｄ】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板の側断面図である。
【図１Ｅ】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板の側断面図である。
【図１Ｆ】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板の側断面図である。
【図１Ｇ】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板の側断面図である。
【図１Ｈ】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板の側断面図である。
【図２】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板を加工するために実行することができる工程の流れ図である。
【図３Ａ】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの上側斜視図である。
【図３Ｂ】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの下側斜視図である。
【図４】本発明のさまざまな実施形態によるパッケージングされた半導体発光デバイスの分解斜視図である。
【図５】本発明のさまざまな実施形態によるパッケージングされた半導体発光デバイスの組立斜視図である。
【図６Ａ】半導体発光デバイスとともに使用することができる本発明のさまざまな実施形態による透過的光学素子の断面図である。
【図６Ｂ】半導体発光デバイスとともに使用することができる本発明のさまざまな実施形態による透過的光学素子の断面図である。
【図６Ｃ】半導体発光デバイスとともに使用することができる本発明のさまざまな実施形態による透過的光学素子の断面図である。
【図６Ｄ】半導体発光デバイスとともに使用することができる本発明のさまざまな実施形態による透過的光学素子の断面図である。
【図６Ｅ】半導体発光デバイスとともに使用することができる本発明のさまざまな実施形態による透過的光学素子の断面図である。
【図６Ｆ】半導体発光デバイスとともに使用することができる本発明のさまざまな実施形態による透過的光学素子の断面図である。
【図６Ｇ】半導体発光デバイスとともに使用することができる本発明のさまざまな実施形態による透過的光学素子の断面図である。
【図６Ｈ】半導体発光デバイスとともに使用することができる本発明のさまざまな実施形態による透過的光学素子の断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図８】本発明のいくつかの実施形態による光学素子を形成するために使用することができる成型装置の略図である。
【図９】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスをパッケージングするために実行することができる工程の流れ図である。
【図１０】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスをパッケージングするために実行することができる工程の流れ図である。
【図１１Ａ】本発明のさまざまな実施形態による中間加工工程における半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図１１Ｂ】本発明のさまざまな実施形態による中間加工工程における半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図１２Ａ】本発明のさまざまな実施形態による中間加工工程における半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図１２Ｂ】本発明のさまざまな実施形態による中間加工工程における半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図１３Ａ】本発明のさまざまな実施形態による中間加工工程における半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図１３Ｂ】本発明のさまざまな実施形態による中間加工工程における半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図１４】本発明のさまざまな実施形態による、半導体発光デバイスパッケージおよびその製造方法を説明する分解断面図である。
【図１５】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図１６】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図１７】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図１８】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図１９】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図２０】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図２１】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図２２】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図２３】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図２４】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図２５】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図２６】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの斜視図である。
【図２７】本発明のさまざまな実施形態によるパッケージングされた半導体発光デバイスの側断面図である。
【図２８】図２７の斜視図である。
【図２９】本発明の他の実施形態によるパッケージングされた半導体発光デバイスの側断面図である。
【図３０】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスをパッケージングするために実行することができる工程の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態で示されている、本発明についてさらに詳しく以下で説明する。しかし、本発明は、本明細書で説明されている実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底して完全なものとなるように、また当業者に本発明の範囲が全部伝達されるように用意されているのである。図面では、層および領域の厚さは、分かりやすくするために誇張されている。全体を通して、類似の番号は、類似の要素を指す。本明細書で使用されているように、「および／または」という言い回しは、関連する列挙品目の１つまたは複数のありとあらゆる組合せを含み、「／」と略記する場合がある。
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することを目的としており、本発明の制限となることを意図していない。本明細書で使用されているように、「１つ」および「その」、「この」、「本」など（原文の英語では単数形を表す「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」）は、文脈において明らかに単数であることを示していない限り、複数形も含むことが意図されている。さらに、「備える、含む」および／または「備えること、含むこと」という言い回しは、本明細書内で使用されている場合、記載されている特徴、領域、工程、動作、要素、および／またはコンポーネント（または構成要素）の存在を意味し、１つまたは複数の他の特徴、領域、工程、動作、要素、コンポーネント（または構成要素）、および／またはそれらからなる群の存在もしくは追加を除外しないことも理解されるであろう。
【００１７】
層または領域などの要素が、他の要素の「上に」ある、または「上へ」広がる、及ぶ、伸びるなどという場合、要素は、直接他の要素の上にあるか、上へ広がる、及ぶ、伸びるか、または介在する要素も存在しうることは理解されるであろう。対照的に、要素が、他の要素の「上に直接」ある、「上へ直接」広がる、及ぶ、伸びるという場合、介在する要素は存在しない。要素が、他の要素に「接続されている」、または「結合されている」という場合、要素は、直接他の要素に接続されるか、または結合されうるか、または介在する要素が存在しうることも理解されるであろう。対照的に、要素が、他の要素に「直接接続される」、または「直接結合される」という場合、介在する要素は存在しない。
【００１８】
「第１」、「第２」などの用語は、本明細書では、さまざまな要素、コンポーネント、領域、層、および／またはセクションを記述するために使用されるが、これらの要素、コンポーネント、領域、層、および／またはセクションは、これらの用語により限定されるべきではないことは理解されるであろう。これらの用語は、一方の要素、コンポーネント、領域、層、またはセクションを他方の領域、層、またはセクションから区別するためにのみ使用される。そのため、以下で説明される第１の要素、コンポーネント、領域、層、またはセクションは、本発明の教示から逸脱することなく第２の要素、コンポーネント、領域、層、またはセクションと呼ぶことが可能であろう。
【００１９】
さらに、「下側」、「底部」、または「水平」、および「上側」、「上部」、または「垂直」などの相対語は、本明細書では、図に示されているように一方の要素と他方の要素との関係を記述するために使用することができる。相対語は、図に示されている向きに加えて、デバイスの異なる向きを包含することが意図されていることは理解されるであろう。例えば、図中のデバイスがひっくり返された場合、他の要素の「下側」にあると記述された要素は、他の要素の「上側」で向け付けられるであろう。したがって、例示的用語「下側」は、図の特定の向きに応じて、「下側」および「上側」の両方の向きを包含しうる。同様に、図の１つのデバイスがひっくり返された場合、他の要素の「下」または「真下」にあると記述された要素は、他の要素の「上」に向け付けられるであろう。例示的用語「下」または「真下」は、したがって、上と下の両方の向きを包含することができる。
【００２０】
本発明のいくつかの実施形態は、本発明の理想化された実施形態の概略図である断面図を参照しつつ本明細書で説明される。そのようなものとして、例えば製造技術および／または許容誤差の結果として例示の形状からのバラツキは、予想される。そのため、本発明のいくつかの実施形態は、本明細書で例示されている領域の特定の形状に限定されると解釈すべきではなく、例えば製造から生じる形状の逸脱を含む。例えば、平坦であると例示されている、または説明されている領域は、典型的には、でこぼこしている、および／または非線形の特徴を持ちうる。さらに、例示されている鋭角は、典型的には、丸みを帯びていてもよい。そのため、これらの図に例示されている領域は、本質的に概略であり、その形状は、領域の正確な形状を例示することを意図されておらず、また本発明の範囲を限定することを意図されていない。
【００２１】
断りのない限り、本明細書で使用されるすべての（技術および科学用語を含む）用語は、本発明が属している技術分野の当業者に通常理解される意味と同じ意味を有する。さらに、よく使われる辞書で定義されているような用語は、関連する技術の背景状況における意味と矛盾しない意味を持つものと解釈すべきであり、本明細書で明確に定められていない限り、理想化された、または過度に正式の意味で解釈されないことは理解されるであろう。
【００２２】
図１Ａ〜１Ｈは、本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板の側断面図である。図１Ａを参照すると、本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板は、中に半導体発光素子を実装し、キャビティ１１０から離れる方向に中に実装されている少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射するように構成されている、その第１の金属面１００ａ内にキャビティ１１０を有する固体金属ブロック１００を備える。いくつかの実施形態では、固体金属ブロック１００は、固体アルミニウムブロックまたは固体スチールブロックである。キャビティ１１０は、機械加工、コイニング加工（coining）、エッチング加工、および／または他の従来の技術により形成することができる。キャビティ１１０のサイズおよび形状は、キャビティ１１０内に実装された半導体発光素子からキャビティ１１０から離れる方向に反射される光の量および／または方向を増強または最適化するように構成することができる。例えば、傾いた側壁１１０ａおよび／または半楕円断面形状を形成し、キャビティ１１０から離れる方向に中に実装されている少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射するようにすることができる。さらに、以下で説明されるように、追加の反射層をキャビティ側壁および／または床面に形成することもできる。
【００２３】
なおも図１Ａを参照すると、固体金属ブロック１００の第２の金属面１００ｂは、複数のヒートシンクフィン１９０を中に備えている。ヒートシンクフィン１９０の個数、間隔、および／または幾何学的形状は、当業者によく知られているように、所望の熱放散を行うように変えることができる。さらに、ヒートシンクフィンは、均一な間隔で並んでいる必要もなく、まっすぐである必要もなく、矩形の断面である必要もなく、当業者によく知られている技術を使用して、ヒートシンクフィン支柱の一次元の細長いアレイ、および／または二次元のアレイとして実現することができる。それぞれのフィンは、それ自体、１つまたは複数の突き出ているフィンを含むことができる。いくつかの実施形態では、金属ブロック１００は、約６ｍｍ×約９ｍｍ、厚さ約２ｍｍのアルミニウムまたはスチール製の矩形固体金属ブロックとすることができ、またキャビティ１１０は、深さ約１．２ｍｍで、直径約２．５ｍｍの円形の床、所望の放射パターンが得られる単純なまたは複雑な形状の側壁１１０ａを有するものとすることができる。しかし、ブロック１００は、他の多角形および／または楕円体形状とすることができる。さらに、いくつかの実施形態では、幅２ｍｍ、ピッチ５ｍｍ、奥行き９ｍｍのヒートシンクフィン１９０ １２個からなるアレイを備えることができる。しかし、ヒートシンクフィン１９０の他の構成も多数備えられる。例えば、多くのヒートシンク設計形状が、Ｗｅｂ上のａａｖｉｄ．ｃｏｍに公開されている。
【００２４】
図１Ｂは、本発明の他の実施形態による実装基板を例示している。図１Ｂに示されているように、電気的絶縁被覆１２０が、固体金属ブロック１００の表面に施されている。絶縁被覆１２０は、ヒートシンクフィン１９０を含むか、または図１Ｂに示されているようなヒートシンクフィン１９０を除く、固体金属ブロックの露出面全体に、または固体金属ブロックの露出面の小さな部分のみに、施すことができる。いくつかの実施形態では、後述のように、絶縁被覆１２０は、例えば、固体金属ブロック１００がアルミニウム製である実施形態において固体金属ブロック１００の陽極酸化により形成することができる酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）の薄層を含む。他の実施形態では、絶縁被覆１２０は、固体スチールブロック１００上のセラミック被覆を含む。いくつかの実施形態では、被覆１２０は、電気的絶縁体になるほど十分に厚いが、中を通る熱伝導経路を過度に大きくしないように十分に薄く保たれる。
【００２５】
酸化アルミニウムの薄い絶縁被覆１２０を含むアルミニウム製の固体金属ブロック１００は、テキサス州コーパスクリスティのＩＲＣ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｆｉｌｍ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ ＴＴ ＥＩｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社が販売しているＡｎｏｔｈｅｒｍ（商標）とい名称の基板を使用して実現できる（例えば、Ｗｅｂ上でｉｒｃｔｔ．ｃｏｍから入手できる非特許文献１および２を参照）。さらに、セラミックの絶縁被覆１２０を使用するスチール製の固体金属ブロック１００は、カンザス州レブンワースのＨｅａｔｒｏｎ Ｉｎｃ．社が販売している、ＥＬＰＯＲ（登録商標）という名称の基板を使用して実現できる（例えば、Ｗｅｂ上でｈｅａｔｒｏｎ．ｃｏｍから入手できる非特許文献３を参照）。キャビティ１１０およびヒートシンクフィン１９０は、本明細書で説明されている実施形態のいずれかに従って固体金属ブロック内に備えることができる。本発明の他の実施形態では、絶縁被覆１２０を持つ他の固体金属ブロック１００は、第１の金属面１００ａ内に少なくとも１つのキャビティ１１０を、また第２の金属面１００ｂ内に複数のヒートシンクフィン１９０を備えることができる。
【００２６】
次に図１Ｃを参照すると、第１および第２の相隔てられている配線（conductive trace）１３０ａ、１３０ｂは、キャビティ１１０内の絶縁被覆１２０上に配置される。第１および第２の相隔てた配線１３０ａ、１３０ｂは、キャビティ１１０内に実装された半導体発光素子に接続するように構成されている。図１Ｃに示されているように、いくつかの実施形態では、第１および第２の相隔てられた配線１３０ａおよび１３０ｂは、キャビティ１１０から固体金属ブロック１００の第１の面１００ａ上へ伸ばすことができる。絶縁被覆１２０が固体金属ブロック１００の一部のみに設けられる場合、これは、第１および第２の相隔てられた配線１３０ａおよび１３０ｂと固体金属ブロック１００との間に設けることができ、これにより、第１および第２の金属配線（metal trace）１３０ａおよび１３０ｂを、固体金属ブロック１００から絶縁することができる。
【００２７】
図１Ｄは、第１および第２の相隔てられた配線１３０ａ’、１３０ｂ’がキャビティ１１０から金属ブロックの少なくとも一方の側１００ｃの周りの第１の面１００ａに、また第１の面１００ａの向かい側の金属ブロックの第２の面１００ｂ上へ伸びる本発明の他の実施形態を例示している。そのため、背面接点（backside contact）を備えることができる。
【００２８】
本発明のいくつかの実施形態では、第１および第２の相隔てられた配線１３０ａ、１３０ｂおよび／または１３０ａ’、１３０ｂ’は、金属、およびいくつかの実施形態では、銀などの反射する金属（reflective metal）を含む。そのため、本発明のいくつかの実施形態では、導電層がパターン形成される絶縁層１２０上に設けられ、これは、キャビティ１１０およびキャビティ１１０内に実装された少なくとも１つの半導体発光素子に接続するように構成された第１および第２の配線１３０ａ、１３０ｂ内に反射被覆を形成する。
【００２９】
他の実施形態では、図１Ｅに示されているように、１つまたは複数の別々の反射層１３２ａ、１３２ｂを、相隔てられた配線１３０ａ、１３０ｂ’上に、および／またはキャビティ１１０内に設けることができる。これらの実施形態では、配線１３０ａ’、１３０ｂ’は、銅を含み、反射層１３２ａ、１３２ｂは、銀を含むことができる。対照的に、図１Ｃおよび／または１Ｄのいくつかの実施形態では、配線は、一体型反射体を実現する銀を含むことができる。
【００３０】
さらに他の実施形態では、別の反射体層を備える必要はない。むしろ、側壁１１０ａを含むキャビティ１１０の表面に、十分な反射率を持たせることができる。そのため、キャビティ１１０は、例えば、斜めになった（複数の）側壁１１０ａ、反射する斜めになった（複数の）側壁１１０ａ、および／または斜めになった（複数の）側壁１１０ａ上のおよび／またはキャビティ１１０の床上の反射被覆１３２ａおよび／または１３２ｂを設けることにより、中に実装されている少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射する幾何学的形状をなすように構成され、これにより、キャビティの寸法および／または側壁幾何学的形状は、キャビティ１１０から離れる方向に、キャビティ１１０内に実装される少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射する作用をする。反射は、キャビティ１１０内に反射被覆１３２ａおよび／または１３２ｂを加えることにより実現されるか、または増強されるようにできる。
【００３１】
本発明のさらに他の実施形態では、図１Ｆに例示されているように、機械加工、エッチング加工、および／または他の従来の技術により固体金属ブロック１００内に形成されうる、第１および／または第２のスルーホール１４０ａおよび／または１４０ｂを設けることにより背面接点を形成することができる。さらに、図１Ｆに示されているように、絶縁被覆１２０は、スルーホール１４０ａおよび１４０ｂ内に伸びる。第１および第２の導電性ビア１４２ａ、１４２ｂは、第１および第２のスルーホール１４０ａ、１４０ｂ内に設けられ、スルーホール１４０ａ、１４０ｂ内の絶縁被覆１２０により固体金属ブロック１００から絶縁される。
【００３２】
図１Ｆにおいて、スルーホール１４０ａおよび１４０ｂ、および導電性ビア１４２ａおよび１４２ｂは、キャビティ１１０から第２の面１００ｂに伸びる。スルーホール１４０ａ、１４０ｂは、第１および第２の面１００ａ、１００ｂに対し直交し、および／または斜めにすることができる。第１および第２の相隔てられた配線１３０ａ’、１３０ｂ’を、キャビティ１１０内に設け、それぞれの第１および第２の導電性ビア１４２ａ、１４２ｂに電気的に接続することができる。第２の面１００ｂでは、第３および第４の相隔てられた配線１３０ｃ、１３０ｄもそれぞれの第１および第２の導電性ビア１４２ａ、１４２ｂに電気的に接続されるようにすることができる。いくつかの実施形態では、はんだマスク層（solder mask layer）は、第２の面１００ｂ上で第３および第４の配線１３０ｃ、１３０ｄを孤立させ、回路基板組立てを容易にするために備えることができる。はんだマスク層は、当業者にはよく知られており、本明細書でこれ以上説明を要しない。図１Ｆに示されているように、ヒートシンクフィン１９０を固体金属ブロック１００の中心および／または縁に、つまり、キャビティ１１０に隣接して、および／またはキャビティ１１０からオフセットして設けることができる。
【００３３】
図１Ｆの実施形態では、第１および第２のスルーホール１４０ａ、１４０ｂ、ならびに第１および第２の導電性ビア１４２ａ、１４２ｂは、キャビティ１１０から第２の面１００ｂに伸びる。図１Ｇの実施形態では、第１および第２のスルーホール１４０ａ’、１４０ｂ’、ならびに第１および第２の導電性ビア１４２ａ’、１４２ｂ’は、キャビティ１１０の外側の第１の面１００ａから第２の面１００ｂに伸びる。スルーホール１４０ａ’、１４０ｂ’は、第１および第２の面１００ａ、１００ｂに対し直交し、および／または斜めにすることができる。第１および第２の相隔てられた配線１３０ａ”、１３０ｂ”は、キャビティ１１０から第１の面１００ａ上のそれぞれの第１および第２の導電性ビア１４２ａ’、１４２ｂ’に伸びている。第３および第４の配線１３０ｃ’、１３０ｄ’は、それぞれの第１および第２の導電性ビア１４２ａ’、１４２ｂ’に電気的に接続される第２の面１００ｂに設けられる。図１Ｇに示されているように、ヒートシンクフィン１９０を固体金属ブロック１００の中心および／または縁に、つまり、キャビティ１１０に隣接して、および／またはキャビティ１１０からオフセットして設けることができる。
【００３４】
図１Ｈは、図１Ｄに関して説明されている本発明の実施形態を示しており、これはさらに、キャビティ内に実装され、第１および第２の相隔てられている配線１３０ａ’、１３０ｂ’に接続されている半導体発光素子１５０を含む。さらに、図１Ｈは、他の実施形態では、レンズ１７０は、キャビティ上に広がることを例示している。さらに他の実施形態では、封止材１６０は、半導体発光素子１５０とレンズ１７０との間に用意される。封止材（encapsulant）１６０は、透明エポキシを含み、半導体発光素子１５０からレンズ１７０への光結合を増強することができる。封止材１６０は、さらに、本明細書では光結合媒体とも呼ばれる。いくつかの実施形態では、キャビティ１１０上に広がったレンズ１７０を保持するために、固体金属ブロック１００上にレンズリテーナ（lens retainer）１８０が備えられる。他の実施形態では、レンズリテーナ１８０は使用できない。
【００３５】
半導体発光素子１５０は、シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム、および／または他の半導体材料を含むことができる発光ダイオード、レーザーダイオード、および／または１つまたは複数の半導体層を含むことができる他のデバイス、サファイア、シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム、または他のマイクロ電子工学的基板を含むことができる基板、および金属および／または他の導電層を含むことができる１つまたは複数の接触層を備えることができる。半導体発光デバイスの設計および加工は、当業者によく知られている。
【００３６】
例えば、発光素子１５０は、ノースカロライナ州ダラムの本件特許出願人が製造、販売しているデバイスなど、炭化ケイ素基板上に加工された窒化ガリウムベースのＬＥＤまたはレーザーとすることができる。例えば、本発明は、複数の特許文献で説明されているようなＬＥＤおよび／またはレーザーとともに使用するのに好適であると思われる（開示全体が本明細書内で全部述べられているかのように参照により本明細書に組み込まれている、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３、特許文献１４、特許文献１４、特許文献１５、特許文献１６を参照）。他の好適なＬＥＤおよび／またはレーザーも、その他の特許文献で説明されている（２００３年１月９日に公開された「Group III Nitride Based Light Emitting Diode Structures With a Quantum Well and Superlattice, Group III Nitride Based Quantum Well Structures and Group III Nitride Based Superlattice Structures」という表題の特許文献１７、さらに「Light Emitting Diodes Including Modifications for Light Extraction and Manufacturing Methods Therefor」という表題の特許文献１８を参照）。さらに、蛍光体コーティングＬＥＤも、本発明の実施形態で使用するのに好適であると思われる（開示全体が本明細書内で全部述べられているかのように参照により本明細書に組み込まれている、「Phosphor-Coated Light Emitting Diodes Including Tapered Sidewalls, and Fabrication Methods Therefor」という表題の２００４年３月２５日に公開された特許文献１９を参照）。
【００３７】
ＬＥＤおよび／またはレーザーは、光の放出が基板を通して発生する形で動作するように構成することができる。このような実施形態では、基板は、説明されているようにデバイスの光出力を増強するためにパターン形成することができる（上述の特許文献１８を参照）。
【００３８】
当業者であれば、図１Ａ〜１Ｈの実施形態は、別々の実施形態として例示されているが、図１Ａ〜１Ｈのさまざまな要素は、要素のさまざまな組合せおよび／または部分的組合せを形成するために一緒に使用することができることを理解するであろう。そのため、例えば、反射層１３２ａ、１３２ｂは、図に示されている実施形態のどれにおいても使用することができ、半導体発光素子１５０、レンズ１７０、封止材１６０、および／またはレンズリテーナ１８０は、図に示されている実施形態のどれにおいても使用できる。したがって、本発明は、図１Ａ〜１Ｈに示されている別の実施形態に限定されるべきではない。
【００３９】
図２は、本発明のさまざまな実施形態による、半導体発光デバイスをパッケージングするために実行することができる工程の流れ図である。図２を参照すると、ブロック２１０に示されているように、図１Ａ〜１Ｈのアルミニウムまたはスチールブロック１００などの固体ブロックが用意される。そのブロックの１つの面内にキャビティ１１０などのキャビティがあり、キャビティは、半導体発光素子を実装しキャビティ１１０から離れる方向に、中に実装されている少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射するように構成される。ブロック１００は、さらに、その中に、第２の面１００ｂ上の複数のヒートシンクフィン１９０を備える。上述のように、キャビティは、機械加工、コイニング加工、エッチング加工、および／または他の従来の技術により実現することができる。ヒートシンクフィン１９０は、さらに、これらの技術および／または他の技術により実現することもできる。さらに、他の実施形態では、固体金属ブロックは、中を通って伸び、機械加工、エッチング加工、および／または他の従来の技術により加工することができるスルーホール１４０ａ、１４０ｂ、および／または１４０ａ’、１４０ｂ’などの第１および第２の相隔てられているスルーホールも含むことができる。
【００４０】
図２を再び参照すると、ブロック２２０において、固体金属ブロックの表面の少なくとも一部に、絶縁被覆が形成される。いくつかの実施形態では、固体アルミニウムブロックが酸化される。他の実施形態では、セラミック被覆が、固体スチールブロック上に施される。他の絶縁被覆および他の固体金属ブロックも備えることができる。いくつかの実施形態では、固体金属ブロックの露出表面全体が被覆される。さらに、スルーホールが備えられる場合、スルーホールの内面も、被覆することができる。他の実施形態では、金属ブロックの一部のみ、例えば、被覆されるのが望ましくない部分にマスク層を施すことにより被覆される。アルミニウムの酸化は、当業者にはよく知られており、例えば、陽極酸化プロセスおよび／または他の酸化プロセスを使用して実行し、これにより、アルミニウム上にＡｌ2Ｏ3の薄層を形成することができる。スチール上のセラミック被覆も、当業者にはよく知られており、本明細書ではこれ以上説明を要しない。
【００４１】
なおも図２を参照すると、ブロック２３０において、配線１３０ａ、１３０ｂ、および／または１３０ａ’、１３０ｂ’などの第１および第２の相隔てられている配線は、上述のように、構成に応じて、第１の面、側面、および／または第２の面のキャビティ内に加工される。さらに、いくつかの実施形態では、ビア１４２ａ、１４２ｂ、および／または１４２ａ’、１４２ｂ’などの導電性ビアは、スルーホール内に加工することができる。導電性ビアおよび／または反射体層は、配線の前、配線と同時に、および／または配線の後に加工することができる。絶縁層を被覆されている固体金属ブロック上の配線の加工は、回路基板状構造にアルミニウム、スチール、および／またはその他のコアを設けることがよく知られており、したがって、本明細書では詳しい説明を要しない。
【００４２】
最後に、ブロック２４０において、本明細書で説明されるように、半導体デバイス、レンズ、軟質フィルム封止材、および／またはリテーナを基板上に実装するためにその他の作業が実行される。また、いくつかの他の実装では、図２のブロックで示される機能／動作は、流れ図内に記載されている順序と異なる順序で行われることがあることにも留意されたい。例えば、連続して示される２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行することができるか、またはブロックは、ときには、関わる機能／動作に応じて、逆の順序で実行することができる。
【００４３】
図３Ａおよび３Ｂは、図１Ｄの断面図に対応しうる、本発明のいくつかの実施形態によるパッケージの、それぞれ上側斜視図および下側斜視図である。図３Ａおよび３Ｂは、固体金属ブロック１００、キャビティ１１０、フィン１９０、固体金属ブロックの周りを囲む第１および第２の相隔てられている配線１３０ａ’、１３０ｂ’、およびキャビティ１１０内に実装された半導体発光素子１５０を例示している。絶縁被覆１２０は、透過的であり、図に示されていない。第２の絶縁層および／またははんだマスクは、これらの実施形態および／または他の実施形態における第１および／または第２の相隔てられている配線上に施すことができる。
【００４４】
図４は、図１Ｈに対応しうる、本発明の他の実施形態の分解斜視図である。図４に示されているように、固体金属ブロック１００は、中にキャビティ１１０があり、上に複数の相隔てられている配線がある。図４には、第１の配線１３０ａ’が示されている。しかし、単一の第２の配線ではなく、複数の第２の配線３３０ａ’、３３０ｂ’、および３３０ｃ’を設けて、キャビティ１１０内に実装することができる複数の半導体発光素子１５０’に接続し、例えば、白色光源用に赤色、緑色、青色の半導体発光素子を備えることができる。封止材１６０およびレンズリテーナ１８０が図に示されている。レンズリテーナ１８０の他の構成は、固体金属ブロック１００上にレンズ１７０を実装するためのリッジおよび／または他の従来の実装手段を備えることができる。また、レンズリテーナ１８０においてエポキシまたは他の接着剤を使用できることも理解されるであろう。レンズリテーナ１８０は、さらに、本発明のいくつかの実施形態において追加の上部ヒートシンク機能を実現することもできる。図５は、図４の組み立てられたパッケージを例示している。
【００４５】
したがって、本発明のいくつかの実施形態では、固体金属ブロックを半導体発光デバイス用の実装基板として使用し、１つまたは複数の一体型キャビティおよび複数の一体型ヒートシンクフィンを備える。アルミニウムまたはスチールは、一体型フィンが備えられた場合に有効なヒートシンクとして使用できる十分な熱伝導性を有する。さらに、材料のコストおよび加工のコストは、低くできる。さらに、高品質絶縁酸化物を成長させ、および／またはセラミック被覆を形成することができるため、陽極酸化または他の被覆の厚さを正確に制御できることから、熱抵抗に対し深刻な影響を及ぼすことなく所望の配線を形成することができる。この絶縁層は、さらに、選択的にパターン形成することができ、これにより、キャビティ側壁のみに銀をメッキするなど、他のメッキ金属を基板に加え、光学性能を高めることができる。
【００４６】
別個の反射体カップおよび別個のヒートシンクではなく、固体金属ブロック内に光キャビティおよびヒートシンクフィンを形成でき、パッケージ用の要素の総数を減らせるため、組立てコストを低減することができる。さらに、反射体（キャビティ）位置が固体金属ブロックに関して固定されているという事実からも、組立ての複雑さを軽減することができる。最後に、一体型ヒートシンクフィンは、熱効率を高められる。本発明のいくつかの実施形態は、高出力ＬＥＤおよび／またはレーザーダイオードなどの高出力半導体発光素子に特に有用であると考えられる。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態により使用することができる固体金属ブロック実装基板の他の実施形態は、その他の特許文献で説明されている（開示全体が本明細書内で全部述べられているかのように参照により本明細書に組み込まれている、本発明の譲受人に譲渡された「Solid Metal Block Mounting Substrates for Semiconductor Light Emitting Devices, and Oxidizing Methods For Fabricating Same」という表題の２００３年９月９日に出願された特許文献２０を参照）。
【００４８】
蛍光体を発光デバイス内に組み込み、特定の周波数帯域の放出される放射線を増強し、および／または放射線の少なくとも一部を他の周波数帯域に変換することが望ましい場合もある。蛍光体は、多くの従来の技術を使用して発光デバイスに含めることができる。一技術において、蛍光体は、デバイスのプラスチック製外殻の内側および／または外側にコーティングされる。他の技術では、蛍光体は、例えば、電気泳動塗装法を使用して半導体発光素子自体にコーティングされる。さらに他の実施形態では、蛍光体が中に入っているエポキシなどの物質一滴をプラスチック製外殻の内側、半導体発光素子の上、および／またはデバイスと外殻との間に施すことができる。蛍光体被覆を使用するＬＥＤは、その他の特許文献において説明されている（特許文献２１、特許文献２２、特許文献２３、特許文献２４、特許文献２５、特許文献２６を参照）。
【００４９】
これから説明する本発明のいくつかの実施形態では、レンズ上に蛍光体を含む被覆を施す。他の実施形態では、レンズは、その中に分散された蛍光体を含む。
【００５０】
図６Ａ〜６Ｈは、本発明のさまざまな実施形態による、透過的光学素子（element）の断面図である。これらの光学素子は、以下でも説明されるように、半導体発光デバイスをパッケージングするために使用することができる。
【００５１】
図６Ａに示されているように、本発明のいくつかの実施形態による透過的光学素子は、透明プラスチックを含むレンズ１７０を備える。本明細書で使用されているように、「透過的」という用語は、半導体発光素子からの光学的放射線が、完全な吸収も完全な反射も生じることなく物質を通過することができることを意味する。レンズ１７０は、中に分散された蛍光体６１０を含む。当業者によく知られているように、レンズ１７０は、ポリカーボネート材料および／または透過的光学素子を製造するために使用される他の従来のプラスチック材料を含むことができる。さらに、蛍光体６１０は、セリウム添加ＹＡＧを含む従来の蛍光体および／または他の従来の蛍光体を含むことができる。いくつかの特定の実施形態では、蛍光体は、セリウム添加イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）を含む。他の実施形態では、ナノ蛍光体を使用することができる。蛍光体は、当業者にはよく知られており、本明細書でこれ以上説明を要しない。
【００５２】
図６Ａでは、蛍光体６１０は、レンズ１７０内に均一に分散されている。対照的に、図６Ｂでは、蛍光体６２０は、レンズ１７０内に不均一に分散されている。蛍光体６２０のさまざまなパターンを形成し、例えば、輝度の高い領域および／または異なる色を生じさせ、および／または点灯されたときにレンズ１７０上にさまざまなしるしを形成することができる。図６Ａ〜６Ｂでは、レンズ１１０は、ドーム形レンズである。本明細書で使用されているように、「ドーム」および「ドーム形」という用語は、偏心形状である、および／または他の特徴、構造、および／または表面を有する、通常の半球構造を含む一般的アーチ形表面形状を有する構造、さらには通常の半球を形成しない他の一般的アーチ形構造を指す。
【００５３】
次に図６Ｃを参照すると、１つまたは複数の被覆６３０をレンズ１７０の外側に施すことができる。被覆は、保護被膜、偏光コーティング、しるしのある被覆、および／または当業者によく知られている光学素子用の他の従来の被覆とすることができる。図６Ｄでは、１つまたは複数の内側被覆６４０が、レンズ１７０の内面に施される。ここでもまた、従来の被覆または被覆の組合せを使用することができる。
【００５４】
さらに、本発明の他の実施形態では、均一に分布する蛍光体６１０および／または不均一に分布する蛍光体６２０を中に含むレンズ１７０用に内側被覆と外側被覆の両方を備える。内側および外側被覆を施すことにより、蛍光体との屈折率整合を改善することができる。そのため、３つの層を、本発明のいくつかの実施形態により射出成形（injection mold）することができる。本発明の他の実施形態では、液体および／または固体ゲルなどの屈折率整合媒体を殻内で使用し、屈折率整合を助けることができる。内層および外層を使用することで、屈折率整合問題による蛍光体含有層にトラップされうる光子の数を減らすことができる。
【００５５】
図６Ｅは、レンズ１７０の内側に透明内部コア６５０が形成される本発明の他の実施形態を説明するものである。いくつかの実施形態では、図６Ｅにも示されているように、透明内部コア６５０は、レンズ１７０を満たしており、半球状光学素子を形成する。透明内部コア６５０は、均一に透明であり、および／または半透明および／または不透明領域を中に含むことができる。透明内部コア６５０は、ガラス、プラスチック、および／または他の光結合媒体を含むことができる。
【００５６】
図６Ｆは、蛍光体含有レンズ１７０が、光６６２を放出して透明内部コア６５０内に入れ、透明内部コア６５０に通し、またレンズ１７０に通し、レンズ１７０から現れるように構成された半導体発光素子１５０と組み合わされる本発明の他の実施形態を例示している。
【００５７】
図６Ｇは、本発明の他の実施形態の断面図である。図６Ｇに示されているように、実装基板１００が用意され、発光素子１５０は、実装基板１００と透明内部コア６５０との間に配置される。また図６Ｇにも示されているように、実装基板１００は、キャビティ１１０を中に備え、発光素子１５０は、キャビティ１１０内に少なくとも一部は配置される。ヒートシンクフィン１９０も、備えられる。
【００５８】
図６Ｈは、本発明のさらに他の実施形態を例示する。これらの実施形態では、キャビティ１１０は、エポキシおよび／または他の光結合媒体（例えば、シリコン）などの封止材６８０で満たすことができる。封止材６８０は、発光素子１５０から透明内部コア６５０への光結合を増強することができる。ヒートシンクフィン１９０も、備えられる。
【００５９】
当業者であれば、図６Ａ〜６Ｈの実施形態は、別々の実施形態として例示されているが、図６Ａ〜６Ｈのさまざまな要素は、要素のさまざまな組合せおよび部分的組合せにおいて一緒に使用することができることを理解するであろう。そのため、例えば、内部被覆６４０および外部被覆６３０の組合せ、均一に分布する蛍光体６１０および不均一に分布する蛍光体６２０、発光素子１５０、実装基板１００、キャビティ１１０、内部コア６５０、および封止材６８０を一緒に使用することができる。さらに、図６Ａ〜６Ｈの実施形態は、本明細書で開示されている他の実施形態と組み合わせることができる。
【００６０】
図７は、本発明の他の実施形態による発光デバイスの断面図である。図７に示されているように、これらの実施形態は、蛍光体および／または他の化学物質を装填した光学的に透明な材料で作ることができるレンズ１７０を含む。内部コア６５０は、プラスチックまたはガラスなどの光学的に透明な材料から作ることができ、ヒートシンクフィン１９０を含む実装基板１００内の、封止材を含むキャビティ１１０上に位置することができる。レンズ１７０および内部コア６５０は、発光ダイオード１５０の複合レンズ（composite lens）を形成する。
【００６１】
図８は、本発明のさまざまな実施形態による、透過的光学素子を形成するための装置の略ブロック図である。特に、図８は、本発明のさまざまな実施形態による、透過的光学素子を形成するために使用することができる射出成型装置を例示している。図８に示されているように、射出成型装置は、透明プラスチックおよび／または蛍光体添加剤８５０が供給されるホッパー８１０または他の貯蔵デバイスを含む。透明プラスチックおよび／または蛍光体添加剤は、ペレット、粉末、および／または固形物とすることができる。溶媒、結合剤などの他の添加剤も、当業者によく知られているように、含めることができる。インジェクタ８２０は、透明プラスチックおよび蛍光体添加剤を溶融し、および／またはこれらの材料を溶融状態に保ち、透明プラスチックおよび蛍光体添加剤を含む溶融液体を形成するために使用される、ヒーターおよびねじ機構を備えることができる。インジェクタ８２０は、溶融液体をノズル８３０を介して金型８４０内に注入する。金型８４０は、中に適切な溝８６０を備え、これは、ドームまたはキーパッドキー（keypad key）などの光学素子の形状を定めるために使用することができる。光学素子の射出成形は、当業者によく知られており（特許文献２７、特許文献２８、特許文献２９、特許文献３０、特許文献３１、及び、特許文献３２を参照）、本明細書ではさらに詳しい説明を要しない。さらに、鋳造技術も使用することができ、この場合、透明プラスチックおよび蛍光体添加剤を含む溶融液体を、次にオス金型（male mold）に結合されるメス金型（female mold）に入れ（またはその逆に）、光学素子を鋳造する。光学素子の鋳造も文献で説明されており（特許文献３３、特許文献３４、特許文献３５、特許文献３６、特許文献３７、特許文献３８、特許文献３９、及び、特許文献４０を参照）、本明細書ではさらに詳しい説明を要しない。
【００６２】
図９は、本発明のさまざまな実施形態による、半導体発光デバイスをパッケージングするために使用することができる工程の流れ図である。図９に示されているように、ブロック９１０では、図８の金型８４０などの金型に、透明プラスチックおよび蛍光体添加剤を含む溶融液体を満たす。ブロック９２０で、溶融液体を固めて、中に蛍光体が分散されている光学素子を生産することができる。次いで、光学素子は、金型から取り外され、固体金属ブロック内のキャビティ上に実装される。
【００６３】
図１０は、本発明のいくつかの実施形態による、半導体発光デバイスをパッケージングするために実行することができる工程の流れ図である。図１０のブロック１０１０に示されているように、射出成形、鋳造、および／または他の従来技術を使用して、中に分散されている蛍光体を含む透明プラスチックを含むドーム型レンズ１７０などのレンズが成形される。ブロック１０２０では、図６Ｅのコア６５０などのコアが形成される。いくつかの実施形態では、コア６５０は、レンズ１７０の内側に取り付けられるか、または形成される。一方、他の実施形態では、ブロック１０２０は、透明コア６５０を形成し、透明コア６５０を含む金型（mold）に、透明プラスチックおよび蛍光体添加剤を含む溶融液体を充填して、透明コアの周りにレンズ１７０を形成することにより、ブロック１０１０の前に来る。
【００６４】
なおも図１０を参照すると、デバイス１５０などの半導体発光素子は、実装基板１００などの実装基板の反射キャビティ１１０内に配置される。ブロック１０４０において、図６Ｈの封止材６８０などの封止材は、実装基板１００、発光素子１５０、および／またはコア６５０に施される。最後に、ブロック１０５０において、レンズまたは外殻（shell）は、エポキシ、スナップ（snap-fit）、および／または他の従来の実装技術を使用して、実装基板にはめられる。
【００６５】
使用される封止材６８０の量を減らすか、または最小限となるように、内部コア６５０がレンズ全体を満たすことが望ましい場合がある。当業者によく知られているように、封止材６８０は、実装基板１００および／または内部コア６５０と異なる熱膨張係数を持つことがある。ブロック１０４０で使用されている封止材６８０の量を減らすか、または最小にすることにより、これらの熱の不整合（thermal mismatch）の影響を低減または最小限に抑えることができる。
【００６６】
また、いくつかの他の実装では、図９および／または１０のブロックで示されている機能／動作は、流れ図内に記載されている順序と異なる順序で行われることがあることにも留意されたい。例えば、連続して示されている２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行することができるか、またはそれらのブロックは、ときには、関わる機能／動作に応じて、逆の順序で実行することができる。
【００６７】
したがって、本発明のいくつかの実施形態は、成形または鋳造技術を使用してレンズなどの複合光学素子を形成することができる。いくつかの実施形態では、射出成形を使用して、成形材料内に分散されている蛍光体層を内面または外面に配置し、次いで、残り体積中で成形または鋳造プロセスを完了させて、所望の光学素子を形成することができる。これらの光学素子は、いくつかの実施形態では、レンズの背後にある青色発光ダイオードを変換し、白色光に見せることができる。
【００６８】
本発明の他の実施形態では、蛍光体を使用して、光を均一に分散させ、および／または所望のパターンで光を分散させることができる。例えば、従来の発光デバイスは、軸上（０°）または側面（例えば、約４０°を超える角度）と比べて４０°の軸外角度などの軸外角度でより大きな光強度を生じる、「コウモリの翼形（Batwing）」放射パターンで光を放出する。他の発光ダイオードは、「ランベルト（Lambertian）」放射パターンを発生することができ、この場合、約４０°の軸外に対する中心領域に最大の強度が集中し、その後、角度が大きくなるほど急激に衰える。さらに他の従来のデバイスでは、側面放出放射線パターンを形成することができ、軸から９０°などの大きな角度で最大光強度が得られ、軸に近いより小さな角度で急激に落ち込む。対照的に、本発明のいくつかの実施形態では、相関色温度（ＣＣＴ）の角度依存など、発光デバイスからの光出力の角度依存放射線パターンを低減するか、またはなくすことができる。そのため、光強度およびレンズのすべての表面からのｘ、ｙ色度値／座標は、いくつかの実施形態では比較的一定させることができる。これは、スポットライト効果が望ましくない部屋などの照明用途に使用する場合に都合がよいと思われる。
【００６９】
本発明のいくつかの実施形態による、上述のような射出成形プロセスでは、レンジング（lensing）および白色変換などの、複数の特徴を持つ単一の光学素子を形成することができる。さらに、いくつかの実施形態による二成形（two-molding）または鋳造技術を使用することにより、望みの形状に合わせて蛍光体層を整形し、視角とともに色温度の角度依存を減らすか、または最小限に抑えることができる。
【００７０】
中に分散されている蛍光体を含むレンズの他の実施形態は、他の特許文献において説明されている（開示全体が本明細書内で全部述べられているかのように参照により本明細書に組み込まれている、本発明の譲受人に譲渡された、「Transmissive Optical Elements Including Transparent Plastic Shell Having a Phosphor Dispersed Therein, and Methods of Fabricating Same」という表題の２００３年９月９日に出願された特許文献４１を参照）。
【００７１】
本発明の他の実施形態では、蛍光体を含む被覆は、半導体発光素子１５０自体に施される。具体的には、ＬＥＤ用の蛍光体を施し、例えば、固体発光（solid-state lighting）を実現することが望ましい。一実施例では、固体白色光に使用されるＬＥＤは、例えば、約３８０ｎｍから約４８０ｎｍまでの範囲内の短波長の高い放射束出力を発生することができる。１つまたは複数の蛍光体が備えられ、ＬＥＤの短波長、高エネルギー光子出力が蛍光体を励起するために一部または全部使用され、それにより、ＬＥＤの出力の一部または全部を低い周波数に変換し、白色光を生み出すことができる。
【００７２】
具体的な一実施例として、約３９０ｎｍのＬＥＤからの紫外線出力は、白色光を生み出すために赤色、緑色、および青色の蛍光体とともに使用することができる。他の具体的な実施例としては、ＬＥＤからの約４７０ｎｍの青色光出力を使用して黄色蛍光体を励起し、ＬＥＤ出力の一部がその蛍光体により吸収されたときに生じる、一部の二次黄色放射とともに、４７０ｎｍ青色出力の一部を伝送することにより、白色光を生み出す。
【００７３】
蛍光体は、多くの従来技術を使用して半導体発光デバイスに含めることができる。一技術では、蛍光体は、ＬＥＤのプラスチック製外殻の内側および／または外側にコーティングされる。他の技術では、蛍光体は、例えば、電気泳動塗装法を使用して半導体発光素子自体にコーティングされる。さらに他の技術では、蛍光体が中に入っているエポキシなどの物質一滴をプラスチック製外殻の内側、半導体発光素子の上、および／または素子と外殻との間に施すことができる。この技術は、「グロブトップ（glob top）」と呼ばれることがある。また、蛍光体被覆は、屈折率整合材料を組み込むことができ、および／または、別個の屈折率整合材料を用意することもできる。
【００７４】
さらに、上述のように、第１および第２の対向する面および第２の面から第１面に向かって斜角で伸びる第１と第２の対向する面の間の側壁を含む発光ダイオードは、他の特許文献に公開されている（特許文献２０を参照）。斜めの側壁に、共形の蛍光体層が施される。斜めの側壁では、従来の直交する側壁よりも均一な蛍光体被覆を備えることができる。
【００７５】
半導体発光デバイスは、本発明の他の実施形態に従って、半導体発光素子の発光面の少なくとも一部に溶媒中に懸濁された蛍光体粒子を含む懸濁液を置き、溶媒の少なくとも一部を蒸発させて蛍光体粒子を発光面の少なくとも一部に析出させることにより加工される。蛍光体粒子を含む被覆は、これにより、発光面の少なくとも一部に形成される。
【００７６】
本明細書で使用されているように、「懸濁液」は、固体粒子が液体（「溶媒」）と混合されているが、溶解されていない（「懸濁されている」）二相固液系を意味する。また、本明細書使用されているように、「溶液」は、固体粒子が液体（「溶媒」）中に溶解されている単相液系を意味する。
【００７７】
図１１Ａは、本発明のさまざまな実施形態による、中間加工工程における半導体発光デバイスパッケージの断面図である。図１１Ａに示されているように、溶媒１１２４中に懸濁されている蛍光体粒子１１２２を含む懸濁液１１２０は、半導体発光素子１５０の発光面１５０ａの少なくとも一部の上に置かれる。本明細書で使用されているように、「光」は、半導体発光素子１５０により放出される可視および／または不可視（紫外線など）の放射線を指す。次いで、溶媒１１２４の少なくとも一部が、図１１Ａおよび１１Ｂを連結している矢印により示されているように、蒸発させられ、蛍光体粒子１１２２が発光面１５０ａの少なくとも一部に析出し、蛍光体粒子１１２２を含む被覆１１３０がその上に形成される。いくつかの実施形態では、溶媒１１２４中に懸濁された蛍光体粒子１１２２を含む懸濁液１１２０は、図１１Ａの配置を実行している間、および／または蒸発を実行している間に、撹拌される。さらに、図１１Ｂに示されているように、蒸発させることにより、蛍光体粒子１２２を発光面１５０ａの少なくとも一部に均一に析出させ、それにより、蛍光体粒子１１２２の均一な被覆１１３０を形成することができる。いくつかの実施形態では、蛍光体粒子１１２２は、すべての発光面１５０ａ上に均一に析出する。さらに、いくつかの実施形態では、溶媒１１２４の実質的にすべてを蒸発させることができる。例えば、いくつかの実施形態では、溶媒の少なくとも約８０％を蒸発させることができる。いくつかの実施形態では、実質的にすべての溶媒１１２４を蒸発させて、蛍光体粒子１１２２をすべての発光面１５０ａ上に均一に析出させる。
【００７８】
本発明のいくつかの実施形態では、溶媒１１２４は、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、アルコール、トルエン、酢酸アミル、および／または他の従来の溶媒を含む。さらに、他の実施形態では、蛍光体粒子１１２２は、サイズが約３〜４μｍであり、これらの蛍光体粒子１１２２の約０．２ｇｍを、ＭＥＫ溶媒１１２４約５ｃｃ中に混合し、懸濁液１１２０を得ることができる。懸濁液１１２０は、点眼器ピペットを使って分注することができ、蒸発は、室温で、または約６０℃および／または約１００℃などの室温よりも高い、または低い温度で生じさせることができる。
【００７９】
蛍光体は、当業者にもよく知られている。本明細書で使用されているように、蛍光体粒子１１２２は、セリウム添加イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）および／または他の従来の蛍光体とすることができ、従来の混合技術を使用して溶媒１１２４中に混合し、それにより、蛍光体粒子１１２２を含む懸濁液１１２０を形成することができる。いくつかの実施形態では、蛍光体は、発光面１５０ａから放出される少なくとも一部の光を変換し、半導体発光素子から現れる光が白色光として現れるように構成される。
【００８０】
図１２Ａは、本発明の他の実施形態の断面図である。図１２Ａに示されているように、実装基板１００が用意され、半導体発光素子１５０は、中のキャビティ１１０に実装される。ヒートシンクフィン１９０も、備えられる。溶媒１１２４中に懸濁されている蛍光体粒子１１２２を含む懸濁液１１２０は、キャビティ１１０内に置かれる。そこで、キャビティ１１０を使用して、懸濁液１１２０を封じ込め、それにより、懸濁液１１２０の量および幾何学的形状を制御することができる。
【００８１】
次に図１２Ｂを参照すると、蒸発が実行され、そこで、溶媒１１２４の少なくとも一部が蒸発して、蛍光体粒子１１２２が発光面１５０ａの少なくとも一部に析出し、蛍光体粒子１１２２を含む被覆１１３０が形成される。
【００８２】
図１３Ａおよび１３Ｂは、本発明の他の実施形態を例示している。図１３Ａに示されているように、これらの実施形態では、キャビティ１１０は、キャビティの底１１０ｂを含み、半導体発光素子１５０は、キャビティの底１１０ｂ上に実装される。さらに、半導体発光素子１５０は、キャビティの底１１０ｂから離れる方向に突き出る。いくつかの実施形態では、半導体発光素子１５０の発光面１５０ａは、キャビティの底１１０ｂから離れている面１５０ｂ、および面１５０ｂとキャビティの底１１０ｂとの間に広がる側壁１５０ｃを含む。図１３Ｂに示されているように、蒸発が実行され、そこで、溶媒１１２４の少なくとも一部が蒸発して、蛍光体粒子１１２２が発光面１５０ａの少なくとも一部に均一に析出し、それにより蛍光体粒子１１２２を含む均一な厚さの被覆１１３０が形成される。さらに図１３Ｂにも示されているように、いくつかの実施形態では、被覆は、面１５０ｂと側壁１５０ｃの上で均一な厚さにすることができる。いくつかの実施形態では、被覆１１３０は、発光素子１５０の外側の底１１０ｂ上に均一に広がりうる。他の実施形態では、被覆１１３０は、さらに、キャビティ１１０の側壁１１０ａ上に少なくとも部分的に広がりうる。
【００８３】
本発明の他の実施形態では、結合剤（binder）を懸濁液１１２０に添加し、蒸発後、蛍光体粒子１１２２および結合剤が発光面１５０ａの少なくとも一部に析出し、蛍光体粒子１１２２および結合剤を含む被覆をその上に形成する。いくつかの実施形態では、エチルセルロースおよび／またはニトロセルロースなどのセルロース材料を結合剤として使用することができる。さらに、他の実施形態では、結合剤の少なくとも一部は、溶媒とともに蒸発させることができる。
【００８４】
本発明の他の実施形態では、懸濁液１１２０は、溶媒１１２４中に懸濁された蛍光体粒子１１２２および光散乱粒子を含み、溶媒１１２４の少なくとも一部は、蒸発して、蛍光体粒子１１２２および光散乱粒子を発光素子１５０の少なくとも一部に析出させ、蛍光体粒子１１２２および光散乱粒子を含む被覆１１３０を形成する。いくつかの実施形態では、光散乱粒子は、ＳｉＯ2（ガラス）粒子を含むことができる。散乱粒子のサイズを選択することにより、青色光を効果的に散乱させ、いくつかの実施形態では放出源（白色の用途）をより均一（より具体的には、ランダム）にすることができる。
【００８５】
また、図１１Ａ〜１３Ｂの実施形態の組合せおよび部分的組合せも、本発明のさまざまな実施形態により、実現することができることは理解されるであろう。さらに、他の図のどれかまたはすべてと図１１Ａ〜１３Ｂの実施形態の組合せおよび部分的組合せも、本発明のさまざまな実施形態により、実現することができる。懸濁液から溶媒を蒸発させることにより半導体発光素子をコーティングする他の実施形態は、他の特許文献において説明されている（開示全体が本明細書内で全部述べられているかのように参照により本明細書に組み込まれている、本発明の譲受人に譲渡された、「Methods of Coating Semiconductor Light Emitting Elements by Evaporating Solvent From a Suspension」という表題の２００４年９月２１日に出願された特許文献４２を参照）。透明シリコンおよび蛍光体を含むパターン形成可能フィルムを半導体発光素子上にコーティングすることにより半導体発光素子をコーティングする他の実施形態は、他の特許文献において説明されている（開示全体が本明細書内で全部述べられているかのように参照により本明細書に組み込まれている、本発明の譲受人に譲渡された、「Semiconductor Light Emitting Devices Including Patternable Films Comprising Transparent Silicone and Phosphor, and Methods of Manufacturing Same」という表題の２００４年９月２３日に出願された特許文献４３を参照）。
【００８６】
本発明の他の実施形態は、第１の金属面上に光学素子を配置した軟質フィルムを備え、光学素子は、キャビティ上に広がる。いくつかの実施形態では、光学素子はレンズである。他の実施形態では、光学素子は、蛍光体被覆を含み、および／または中に分散された蛍光体を含むことができる。
【００８７】
図１４は、本発明のさまざまな実施形態による、半導体発光デバイスパッケージおよびその組立て方法の分解断面図である。図１４を参照すると、これらの半導体発光デバイスパッケージは、中にキャビティ１１０を含む第１の面１００ａ、および中に複数のヒートシンクフィン１９０を含む、第２の面１００ｂを持つ固体金属ブロック１００を備える。光学素子１４３０を中に含む軟質フィルム１４２０は、第１の面１００ａ上に備えられ、半導体発光素子１５０は、金属ブロック１００と軟質フィルム１１２０との間に備えられ、光学素子を通して光６６２を放出するように構成されている。取付け要素１４５０は、軟質フィルム１４２０および固体金属ブロック１００を互いに結合するために使用することができる。
【００８８】
さらに図１４を参照すると、軟質フィルム１４２０は、従来の室温加硫（ＲＴＶ）シリコンゴムなどの可撓性材料で作ることができるカバースリップ（cover slip）を備えることができる。他のシリコンベースおよび／または可撓性材料を使用することができる。可撓性材料で作ることにより、軟質フィルム１４２０は、動作中の膨張、収縮とともに固体金属ブロック１００の形に合わせて変化しうる。さらに、軟質フィルム１４２０は、トランスファー成形、射出成形、および／または当業者によく知られている他の従来技術などの単純な低コスト技術により作ることができる。
【００８９】
上述のように、軟質フィルム１４２０は、中に光学素子１４３０を含む。光学素子としては、レンズ、プリズム、蛍光体などの光放出増強および／または変換素子、光散乱素子、および／または他の光学素子が含まれる。１つまたは複数の光学素子１４３０は、さらに、以下で詳しく説明されるように実現できる。さらに、図１４に示されているように、いくつかの実施形態では、光結合ゲルおよび／または他の屈折率整合材料などの光結合媒体１４７０を、光学素子１４３０と半導体発光素子１５０との間に備えることができる。
【００９０】
さらに図１４を参照すると、取付け要素１４５０は、固体金属ブロック１００の周囲に、軟質フィルム１４２０の周囲に、および／またはその隅などの選択された部分に置くことができる接着剤として具現化することができる。他の実施形態では、固体金属ブロック１００は、軟質フィルム１４２０の周りにコイニング加工され、これにより、取付け要素１４５０を実現することができる。他の従来の取付け技術を使用することができる。
【００９１】
図１４は、本発明のさまざまな実施形態により半導体発光デバイスを組み立てるか、またはパッケージングする方法も例示している。図１４に示されているように、半導体発光素子１５０は、第２の面１００ｂ上にフィン１９０を備える固体金属ブロック１００の第１の面１００ａ内のキャビティ１１０に実装される。中に光学素子１４３０が備えられる軟質フィルム１４２０は、例えば、取付け要素１４５０を使用して第１の面１００ａに取り付けられ、動作したときに、半導体発光素子１５０は、光学素子１４３０を通して光６６２を放出する。いくつかの実施形態では、光結合媒体１４７０は、半導体発光素子１５０と光学素子１４３０との間に配置される。
【００９２】
図１５は、本発明の他の実施形態による、図１４のパッケージングされた半導体発光デバイスの断面図である。軟質フィルム１４２０は、キャビティ１１０を超えて面１００ａ上に広がる。光学素子１４３０は、キャビティ１１０上に被さり、半導体発光素子１５０は、キャビティ１１０内にあり、光学素子１４３０を通して光６６２を放出するように構成される。図１５では、光学素子１４３０は、凹レンズを含む。いくつかの実施形態では、光結合媒体１４７０は、光学素子１４３０と半導体発光素子１５０との間のキャビティ１１０内に備えられる。いくつかの実施形態では、光結合媒体１４７０は、キャビティ１１０を満たす。
【００９３】
図１６は、本発明の他の実施形態の断面図である。図１６に示されているように、２つの光学素子１４３０および１６３０が軟質フィルム１４２０内に含まれる。第１の光学素子１４３０は、レンズを含み、第２の光学素子１６３０は、プリズムを含む。半導体発光素子１５０からの光は、プリズム１６３０を通過し、レンズ１４３０を通過する。光結合媒体１４７０を、さらに、備えることができる。いくつかの実施形態では、光結合媒体１４７０は、キャビティ１１０を満たす。光結合媒体１４７０は、プリズム１６３０が陰影を減らせるようにプリズム１６３０からの屈折率の十分な差を持つことができる。図１６に示されているように、半導体発光素子１５０は、軟質フィルム１４２０に向かって伸びる電線（wire）１６５０を備え、プリズム１６３０は、半導体発光素子１５０から放出される光の電線１６５０による陰影を減らすように構成される。これにより均一性の高い光放出を実現することができ、しかも電線１６５０の陰影を減らすことができる。「電線（wire）」という用語は、本明細書では、半導体発光素子１５０の電気的接続を包含する一般的意味で使用されることは理解されるであろう。
【００９４】
図１７は、本発明の他の実施形態の断面図である。図１７に示されているように、蛍光体１７１０は、レンズ１４３０と半導体発光素子１５０との間の軟質フィルム１４２０上に備えられる。蛍光体１７１０は、セリウム添加イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）および／または他の従来の蛍光体を含むことができる。いくつかの実施形態では、蛍光体は、セリウム添加イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）を含む。他の実施形態では、ナノ蛍光体を使用することができる。蛍光体は、当業者にはよく知られており、本明細書でこれ以上説明を要しない。キャビティ１１０を満たしうる光結合媒体１４７０も備えることができる。
【００９５】
図１８は、本発明のさらに他の実施形態を例示する。これらの実施形態では、レンズ１４３０は、半導体発光素子１５０に隣接する凹形内面１４３０ａを持ち、蛍光体１７１０は、凹形内面１４３０ａ上に共形の蛍光体層（conformal phosphor layer）を含む。キャビティ１１０を満たしうる光結合媒体１４７０も備えることができる。
【００９６】
図１９は、他の実施形態の断面図である。図１９に示されているように、キャビティ１１０に被さる軟質フィルム１４２０の少なくとも一部１４２０ｄは、光を透過させる。さらに、キャビティ１１０を超えて面１００ａ上に広がる軟質フィルム１４２０の少なくとも一部１４２０ｃは、軟質フィルム１４２０の点々部分１４２０ｃにより示されているように、不透明で光を透過させない。不透明領域１４２０ｃは、光線の跳ね返りを低減するか、または防ぎ、それにより、より望ましい光パターンを潜在的に発生させうる。キャビティ１１０を満たしうる光結合媒体１４７０も備えることができる。
【００９７】
図２０は、本発明の他の実施形態の断面図であり、軟質フィルム１４２０は、複数の材料から作ることができる。図２０に示されているように、キャビティ１１０に被さる軟質フィルム１４２０の少なくとも一部１４２０ｄは、第１の材料を含み、キャビティ１１０を超えて面１００ａ上に広がる軟質フィルム１４２０の少なくとも一部１４２０ｃは、第２の材料を含む。いくつかの実施形態では、２つまたはそれ以上の材料を軟質フィルム１４２０で使用することができ、これにより、放出される光が通る、また通らない軟質フィルム１４２０の部分について異なる特性をもたらすことができる。他の実施形態では、他の目的のために複数の材料を使用することができる。例えば、軟質でない、および／または軟質のプラスチックレンズを軟質フィルムに取り付けることができる。複数の材料を使用するこのような軟質フィルム１４２０は、例えば、従来の複数の成形技術を使用して作ることができる。いくつかの実施形態では、成形される第１の材料は、その後成形される第２の材料に取り付ける十分な結合をもたらすように、完全には硬化させない場合がある。他の実施形態では、光学素子と軟質フィルムに対し同じ材料を使用することができ、その場合、光学素子がまず形成され、次いで軟質フィルムが、光学素子の周りに形成される。キャビティ１１０を満たしうる光結合媒体１４７０も備えることができる。
【００９８】
図２１は、本発明の他の実施形態の断面図である。これらの実施形態では、半導体発光素子１５０は、キャビティ１１０内の軟質フィルム１４２０に向かって伸び、軟質フィルム１４２０に接触する、電線１６５０を備える。軟質フィルム１４２０は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）および／または他の従来の透明導体を含むことができる透明導体２１１０を含む。透明導体２１１０は、キャビティ１１０内に広がり、電線に電気的に接続する。電線１６５０による陰影をこれで低減させることができる。さらに、金属ブロック１００への電線結合、および結果として生じうる光歪みを低減するか、またはなくすことができる。キャビティ１１０を満たしうる光結合媒体１４７０も備えることができる。
【００９９】
図２２は、本発明の他の実施形態の断面図である。図２２に示されているように、光学素子１４３０は、キャビティ１１０に被さり、キャビティ１１０から外へ突き出るレンズを含む。軟質フィルム１４２０は、さらに、レンズ１４３０とキャビティ１１０に向かって突き出る発光素子１５０との間の突き出し要素２２３０を含む。図２２に示されているように、共形の蛍光体層１７１０は、突き出し要素２２３０上に設けられる。突き出し要素２２３０をレンズ１４３０の背面に備えることにより、デバイス内の光結合媒体１４７０を追い出すことができる。そのため、図２２の配置により、発光素子１５０から所望の距離のところの蛍光体被覆の均一さを高め、発光をより均一にすることができる。光結合媒体１４７０は、キャビティ１１０を満たすことができる。
【０１００】
図２３および２４は、本発明のさまざまな実施形態による複数の半導体発光デバイスおよび／または複数の光学素子を含むパッケージを例示している。例えば、図２３に示されているように、光学素子１４３０は、第１の光学素子であり、半導体発光素子１５０は、第１の半導体発光素子である。軟質フィルム１４２０は、さらに、第１の光学素子１４３０から相隔てられている第２の光学素子１４３０’を中に備え、デバイスは、さらに、基板１００と軟質フィルム１４２０との間に第２の半導体発光素子１５０’を備え、第２の光学素子１４３０’を通して光を放出するように構成されている。さらに、第３の光学素子１４３０”および第３の半導体発光素子１５０”も、備えることができる。光学素子１４３０、１４３０’、および１４３０”は、互いに同じ、および／または異なっていてもよく、半導体発光素子１５０、１５０’、および１５０”は、互いに同じ、および／または異なっていてもよい。さらに、図２３の実施形態では、キャビティ１１０は、第１のキャビティであり、第２および第３のキャビティ１１０’、１１０”はそれぞれ、第２および第３の半導体発光素子１５０’、１５０”用に用意される。キャビティ１１０、１１０’、および１１０”は、同じであってもよく、および／または互いに異なる構成を持つこともできる。さらに、１つまたは複数のキャビティを満たしうる光結合媒体１４７０も備えることができる。他の実施形態では、半導体発光素子および／またはキャビティの数を加減できることは理解されるであろう。
【０１０１】
図２３にも示されているように、蛍光体１７１０は、第１の蛍光体層とすることができ、第２および／または第３の蛍光体層１７１０’および１７１０”は、それぞれ、第２の光学素子１４３０’と第２の半導体発光素子１５０’との間に、また第３の光学素子１４３０”と第３の半導体発光素子１５０”との間の軟質フィルム１４２０上に施すことができる。蛍光体層１７１０、１７１０’、および１７１０”は、同じであってもよく、異なっていてもよく、および／またはなくすこともできる。特に、本発明のいくつかの実施形態では、第１の蛍光体層１７１０および第１の半導体発光素子１５０は、赤色光を発生するように構成され、第２の蛍光体層１７１０’および第２の半導体発光素子１５０’は、青色光を発生するよう構成され、第３の蛍光体層１７１０”および第３の半導体発光素子１５０”は、緑色光を発生するように構成される。いくつかの実施形態では、白色光を放出することができる赤色、緑色、青色（ＲＧＢ）発光素子を備えることができる。
【０１０２】
図２４は、本発明の他の実施形態の断面図である。これらの実施形態では、第１、第２、および第３の半導体発光素子１５０、１５０’、１５０”用に単一キャビティ２４００が用意される。キャビティ２４００を満たしうる光結合媒体１４７０も備えることができる。他の実施形態では、半導体発光素子および／またはキャビティの数を加減できることは理解されるであろう。
【０１０３】
図２５は、本発明のさらに他の実施形態の断面図である。図２５では、光学素子２５３０は、蛍光体が中に分散されているレンズを含む。中に分散されている蛍光体を含むレンズの多くの実施形態は、上述されており、繰り返す必要はない。本発明のさらに他の実施形態では、図２５に示されているように光散乱素子をレンズ内に埋め込み、および／または蛍光体に加えて、またはそれの代わりに、例えば、図２２に示されているように、別の層として備えることができる。
【０１０４】
図２６は、本発明の他の実施形態による半導体発光デバイスパッケージの斜視図である。
【０１０５】
当業者であれば、本発明のさまざまな実施形態は、図１４〜２６に関して個別に説明されていることを理解するであろう。しかし、図１４〜２６の実施形態の組合せおよび部分的組合せは、本発明のさまざまな実施形態に従って実現することができ、また、本明細書で説明されている他の図のいずれかによる実施形態と組み合わせることもできる。
【０１０６】
図２７は、本発明の他の実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。図２７に示されているように、固体金属ブロック１００は、その第１の金属面１００ａ内に複数のキャビティ１１０を備え、その第２の金属面１００ｂ内に複数のヒートシンクフィン１９０を備える。第１の金属面１００ａに、絶縁層１２０が施される。導電層１３０は、絶縁層の上に施され、キャビティ１１０内の反射被覆２７３０ａおよび、キャビティ内に実装される少なくとも１つの半導体発光素子１５０に接続するように構成されているキャビティ１１０内の第１の配線２７３０ｂおよび第２の配線２７３０ｃを備えるようにパターン形成される。図２７に示されているように、配線は、半導体発光素子間の直列接続を行うことができる。しかし、並列および／または直列／並列もしくは逆並列接続も実現できる。他の実施形態では、半導体発光素子および／またはキャビティの数を加減できることは理解されるであろう。
【０１０７】
さらに図２７を参照すると、中にレンズなどの光学素子１４３０を含む軟質フィルム１４２０は、第１の金属面１００ａ上に施され、それぞれの光学素子１４３０は、それぞれのキャビティ１１０上に広がる。軟質フィルム１４２０および光学素子１４３０のさまざまな実施形態は、上で広く述べたように実現することができる。さらに、蛍光体は、上で広く述べたように一体化することができる。他の実施形態では、個別レンズ１７０を、光学素子１４３０を含む軟質フィルム１４２０の代わりに、備えることもできる。いくつかの実施形態では、導線１３０は、固体金属ブロック１１０上の、発光素子ドライバ集積回路などの集積回路２７１０に接続される。いくつかの実施形態では、図２７の半導体発光パッケージは、従来の電球のプラグイン代替えとなるように構成することができる。
【０１０８】
図２８は、図２７によるいくつかの実施形態の斜視図である。図２８に示されているように、導電層１３０により接続されるキャビティ１１０のアレイは、固体金属ブロック１００の第１の面１００ａ上に施すことができる。図２８では、軟質フィルム１４２０上の、均一な間隔の１０％１０アレイのキャビティおよび対応する１０％１０アレイの光学素子１４３０が示されている。しかし、アレイのサイズは加減することができ、またアレイの形状も、円形とするか、ランダムな間隔で並べられるか、および／または他の形状とすることができる。さらに、キャビティ１１０および光学素子１４３０のアレイの一部または全部において不均一な間隔を設定することもできる。より具体的には、均一な間隔とすることで、光出力は均一になるが、不均一な間隔は、固体金属ブロック１００のさまざまな部分にわたるヒートシンクフィン１９０の熱散逸能力の変動を補正するように設定することができる。
【０１０９】
図２７および２８の実施形態は、本明細書で説明されている他の実施形態のどれかとのさまざまな組合せおよび部分的組合せで、組み合わせることができることも理解されるであろう。
【０１１０】
図２９は、本発明の他の実施形態の側断面図である。これらの実施形態では、第１の金属面１００ａは、さらに、複数の台２９００を中に備え、複数のキャビティ１１０のうちのそれぞれ１つは、複数の台２９００のそれぞれの１つの中にある。絶縁層１２０および導電層１３０は、分かりやすくするために図２９には例示されていない。他の実施形態では、複数のキャビティ１１０は、さらに、所定の台２９００内に設けることができる。図２９の実施形態では、軟質フィルム１４２０’は、レンズなどの複数の光学素子１４３０’を含み、それぞれの光学素子は、それぞれの台２９００およびそれぞれのキャビティ１１０上に広がる。他の実施形態では、半導体発光素子および／またはキャビティの数を加減できることは理解されるであろう。
【０１１１】
本発明のいくつかの実施形態による、台２９００を備えることにより、発光素子１５０は、光学素子１４３０’の半径方向中心（radial center）に近い位置に置くことができる。また、図２９の実施形態は、レンズなどの個別の光学素子を備えることができ、それぞれの光学素子はそれぞれの台２９００およびキャビティ１１０上に広がり、図２９の実施形態は、上述の他の実施形態の組合せまたは部分的組合せと組み合わせることができることも理解されるであろう。
【０１１２】
図３０は、本発明のさまざまな実施形態による、半導体発光デバイスをパッケージングするために実行することができる工程の流れ図である。図３０の方法は、１つまたは複数の半導体発光素子をパッケージングするために使用することができ、上述の図のどれかで説明された構造を実現する。
【０１１３】
図３０のブロック３０１０に示されているように、キャビティおよびヒートシンクフィンを含む固体金属ブロックは、上で広く説明されているように作成される。上で広く説明されているように、ブロック３０２０で、固体金属ブロックの少なくとも一部、例えば第１の金属面上に絶縁層が形成される。ブロック３０３０では、導電層が、絶縁層上に形成される。導電層は、上で広く説明されたように、キャビティ内の反射被覆、およびキャビティ内に広がる第１の面上の第１および第２の配線を形成するようにパターン形成することができる。ブロック３０４０では、少なくとも１つの半導体発光素子が、それぞれのキャビティ内に実装され、上で広く説明されているように、それぞれのキャビティ内の第１および第２の配線に電気的に接続される。ブロック３０５０では、上述のように、光結合媒体を加えることができる。ブロック３０６０では、上で広説明されているように、レンズ、光学素子、および／または軟質フィルムが第１の面に置かれる。他の実施形態では、スルーホール、反射体層、および／または上に広く説明された他の構造も、備えることができる。
【０１１４】
また、いくつかの他の実装では、図３０のブロックで示されている機能／動作は、流れ図内に記載されている順序と異なる順序で行われることがあることにも留意されたい。例えば、連続して示されている２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行することができるか、またはこれらのブロックは、ときには、関わる機能／動作に応じて、逆の順序で実行することができる。
【０１１５】
本発明のさまざまな実施形態に関する補足的説明を提供する。本発明のいくつかの実施形態では、固体金属ブロック上に三次元の上側および後側トポロジを与え、それにより、一体の反射体キャビティ（integral reflector cavity）および一体のヒートシンクをすべてワンピースで形成することができる。一体の光学的キャビティを使用することで、配置および製造がしやすくなる。一体のヒートシンクは、熱効率を高められる。三次元上側トポロジを採用してＬＥＤ用の反射体を形成すると、本発明のいくつかの実施形態により、ＬＥＤの個別パッケージング、パッケージのヒートシンクへの実装、所望の駆動電子回路の付加を不要にすることができる。そのため、「チップオン一体反射体ヒートシンク（chip on integral reflector heat sink）」を単一コンポーネントとして実現することができる。これにより、高い光学効率および高い熱効率を付与することができる。駆動回路を付加することにより、ソース電圧および最終的な発光体ハウジングだけを必要とする機能的発光体の完全な解決が得られる。
【０１１６】
任意の形状または密度のデバイスを備えることができる。例えば、高いルーメン強度（lumen intensity）（ルーメン／平方ミリメートル）を持たせたり、キャビティレイアウトを分配することにより熱効率を高め、または最適化したりしたい場合がある。高密度の実施形態は、本件特許出願人のＸＢ９００という名称で販売されているような４つの高出力ＬＥＤを備え、２％２アレイを実現することができ、一方、分散熱アプローチでは、本件特許出願人のＸＢ２９０という名称で販売されているような１００個の低出力ＬＥＤを備え、１０％１０アレイを実現し、同じルーメン出力を得ることができる。ＸＢ９００およびＸＢ２９０デバイスは、製品カタログで説明されている（非特許文献４を参照）。ＸＴ２９０、ＸＴ２３０などのこの製品カタログで説明されている他のデバイス、および／または他のメーカーの他のデバイスも使用することができる。
【０１１７】
上述のように、光学的キャビティは、凹んでいてもよいし、また台の中の光学的キャビティとして実現することもできる。導電層は、ダイ接着パッドおよびワイヤボンドパッドを備えることができる。赤色、緑色、または青色ＬＥＤ用に別々の配線を用意することができるか、またはすべてのＬＥＤを直列または並列に接続することができる。
【０１１８】
本発明のいくつかの実施形態では、標準のＭＲ１６または他の照明器具を置き換えられる構成を実現することができる。いくつかの実施形態では、６．４ワットの入力で、約２．４ワットの光出力および４ワットの放熱が得られる。
【０１１９】
図面および明細書では、本発明のいくつかの実施形態が開示されており、また特定の用語が使用されているが、それらは、汎用的な、記述的な意味に限り、また制限することを目的とせず、請求項で規定されている本発明の範囲内で使用される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、半導体発光デバイスおよびその製造方法に関し、より具体的には、半導体発光デバイスのパッケージングおよびパッケージング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザーダイオードなどの半導体発光デバイスは、さまざまな用途に広く使用されている。当業者にはよく知られているように、半導体発光デバイスは、通電後、コヒーレントおよび／またはインコヒーレント光を放出するように構成された１つまたは複数の半導体層を含む。また、半導体発光デバイスは、一般に、外部電気的接続、ヒートシンク、レンズまたは導波路、環境保護機能、および／または他の機能を備えるようにパッケージングされることも知られている。
【０００３】
例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、および／または他の材料を含む基板上に実装された、半導体発光デバイスを外部に接続するための配線がなされている、半導体発光デバイス用のツーピースパッケージを形成することが知られている。銀メッキされた銅を含む第２の基板は、例えば接着剤を使用して第１の基板上に載せられ、半導体発光素子を囲む。レンズは、半導体発光素子に被さる形で第２の基板上に置くことができる。上述のようなツーピースパッケージを使用する発光ダイオードは、特許文献１に記載されている（開示全体が本明細書内で全部述べられているかのように参照により本明細書に組み込まれている、本発明の譲受人に譲渡された、２００４年３月４日に出願された「Power, Surface Mount Light Emitting Die Package」という表題のＬｏｈによる特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／００４１２２２Ａ１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，２０１，２６２号明細書
【特許文献３】米国特許第６，１８７，６０６号明細書
【特許文献４】米国特許第６，１２０，６００号明細書
【特許文献５】米国特許第５，９１２，４７７号明細書
【特許文献６】米国特許第５，７３９，５５４号明細書
【特許文献７】米国特許第５，６３１，１９０号明細書
【特許文献８】米国特許第５，６０４，１３５号明細書
【特許文献９】米国特許第５，５２３，５８９号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，４１６，３４２号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，３９３，９９３号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，３３８，９４４号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，２１０，０５１号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，０２７，１６８号明細書
【特許文献１５】米国特許第４，９６６，８６２号明細書
【特許文献１６】米国特許第４，９１８，４９７号明細書
【特許文献１７】米国特許出願公開第２００３／０００６４１８Ａ１号明細書
【特許文献１８】米国特許出願公開第２００２／０１２３１６４Ａ１号明細書
【特許文献１９】米国特許出願公開第２００４／００５６２６０Ａ１号明細書
【特許文献２０】特許出願第１０／６５９，１０８号明細書
【特許文献２１】米国特許第６，２５２，２５４号明細書
【特許文献２２】米国特許第６，０６９，４４０号明細書
【特許文献２３】米国特許第５，８５８，２７８号明細書
【特許文献２４】米国特許第５，８１３，７５３号明細書
【特許文献２５】米国特許第５，２７７，８４０号明細書
【特許文献２６】米国特許第５，９５９，３１６号明細書
【特許文献２７】米国特許第４，８２６，４２４号明細書
【特許文献２８】米国特許第５，１１０，２７８号明細書
【特許文献２９】米国特許第５，８８２，５５３号明細書
【特許文献３０】米国特許第５，９６８，４２２号明細書
【特許文献３１】米国特許第６，１５６，２４２号明細書
【特許文献３２】米国特許第６，３８３，４１７号明細書
【特許文献３３】米国特許第４，１０７，２３８号明細書
【特許文献３４】米国特許第４，０４２，５５２号明細書
【特許文献３５】米国特許第４，１４１，９４１号明細書
【特許文献３６】米国特許第４，５６２，０１８号明細書
【特許文献３７】米国特許第５，１４３，６６０号明細書
【特許文献３８】米国特許第５，３７４，６６８号明細書
【特許文献３９】米国特許第５，７５３，７３０号明細書
【特許文献４０】米国特許第６，３９１，２３１号明細書
【特許文献４１】米国特許出願第１０／６５９，２４０号明細書
【特許文献４２】米国特許出願第１０／９４６，５８７号明細書
【特許文献４３】米国特許出願第１０／９４７，７０４号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Thick Film Application Specific Capabilities
【非特許文献２】Insulated Aluminum Substrates, 2002
【非特許文献３】Metal Core PCBs for LED Light Engines
【非特許文献４】Cree Optoelectronics LED Product Line, Publication CPR3AX, Rev. D, 2001-2002
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の半導体発光デバイスおよびそのパッケージングには、その性能およびパッケージング方法に関して様々な改善の余地があった。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、固体金属ブロックであって、１つまたは複数の一体型キャビティおよび複数の一体型ヒートシンクフィンを備える半導体発光デバイス実装基板、キャビティおよびヒートシンクを含むパッケージ、ならびにそれらをパッケージングする方法などを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のいくつかの実施形態は、第１および第２の対向する金属面を有する固体金属ブロックを含む半導体発光デバイス用の実装基板を実現する。第１の金属面は、中に１つのキャビティ（cavity）を有し、このキャビティは、少なくとも１つの半導体発光素子を中に実装するように、またキャビティから離れる方向に中に実装されている少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射するように構成される。第２の金属面は、中に複数のヒートシンクフィン（heat sink fin）を備える。
【０００８】
いくつかの実施形態では、キャビティ内に反射被覆が施される。他の実施形態では、第１および第２の配線は、キャビティ内に実装される少なくとも１つの半導体発光素子に接続するように構成されたキャビティ内に施される。さらに他の実施形態では、第１の金属面に絶縁層が施され、キャビティ内に反射被覆を形成し、キャビティ内に第１および第２の配線を形成するようにパターン形成された絶縁層に導電層が施される。固体金属ブロック（solid metal block）は、酸化アルミニウム絶縁層を持つ固体アルミニウムブロックとすることができる。他の実施形態では、固体金属ブロックは、セラミック絶縁層を有する固体スチールブロックである。
【０００９】
本発明のさらに他の実施形態では、第１の金属面は、中に台（pedestal）を備え、キャビティは、その台の中にある。さらに他の実施形態では、固体金属ブロックは、第１の面から第２の面に抜けるスルーホール（through hole）を中に備える。スルーホールは、第１または第２の配線に電気的に接続されている導電ビア（conductive via）を中に含む。
【００１０】
本発明のいくつかの実施形態では、半導体発光素子は、キャビティ内に実装される。他の実施形態では、レンズは、キャビティ上に広がる（extend）。さらに他の実施形態では、キャビティが台の中にある場合に、レンズは、台上に広がるとともにキャビティ上にも広がる。さらに他の実施形態では、光学素子がその中に含まれる軟質フィルム（flexible film）が、第１の金属面に備えられ、光学素子は、キャビティ上に伸びるか、または台とキャビティ上に伸びる。それに応じて、半導体発光デバイスパッケージを用意することができる。
【００１１】
蛍光体（phosphor）も、本発明のさまざまな要素に従って備えることができる。いくつかの実施形態では、蛍光体を含む被覆が、レンズまたは光学素子の内面および／または外面に施される。他の実施形態では、レンズまたは光学素子は、中に分散された蛍光体を含む。さらに他の実施形態では、蛍光体被覆が、半導体発光素子自体に施される。これらの実施形態の組合せも実現できる。
【００１２】
集積回路は、さらに、第１および第２の配線に電気的に接続される固体金属ブロック上に備えることもできる。集積回路は、発光デバイスドライバ集積回路とすることができる。最後に、光結合媒体（optical coupling medium）は、キャビティ内に備えられ、少なくとも部分的に発光素子を囲む。
【００１３】
本発明の他の実施形態は、半導体発光デバイスのアレイ用の実装基板を用意する。これらの実施形態では、第１の金属面は、中に複数のキャビティを有し、それぞれのキャビティは、少なくとも１つの半導体発光素子を中に実装するように、またそれぞれのキャビティから離れる方向に中に実装されている少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射するように構成される。第２の金属面は、複数のヒートシンクフィンを備える。反射被覆、配線、絶縁層、台、スルーホール、レンズ、軟質フィルム、光学素子、蛍光体、集積回路、および／または光結合媒体も、上述した実施形態のどれかにより備えることができ、これにより半導体発光デバイスパッケージを形成することができる。さらに、キャビティは、第１の面において互いから離れて均一な、および／または不均一な間隔で並べることができる。
【００１４】
半導体発光デバイスは、第１の面内に１つまたは複数のキャビティを含み、第２の面内に複数のヒートシンクフィンを含む固体金属ブロックを加工し、第１の面上に絶縁層を形成し、導電層を形成し、キャビティのうちの少なくとも１つの中に半導体発光素子を実装することにより、本発明のいくつかの実施形態に従ってパッケージングすることができる。台、スルーホール、レンズ、軟質フィルム、光学素子、蛍光体、集積回路、および／または光結合媒体は、上述した実施形態のどれかに従って備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板の側断面図である。
【図１Ｂ】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板の側断面図である。
【図１Ｃ】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板の側断面図である。
【図１Ｄ】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板の側断面図である。
【図１Ｅ】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板の側断面図である。
【図１Ｆ】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板の側断面図である。
【図１Ｇ】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板の側断面図である。
【図１Ｈ】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板の側断面図である。
【図２】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板を加工するために実行することができる工程の流れ図である。
【図３Ａ】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの上側斜視図である。
【図３Ｂ】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの下側斜視図である。
【図４】本発明のさまざまな実施形態によるパッケージングされた半導体発光デバイスの分解斜視図である。
【図５】本発明のさまざまな実施形態によるパッケージングされた半導体発光デバイスの組立斜視図である。
【図６Ａ】半導体発光デバイスとともに使用することができる本発明のさまざまな実施形態による透過的光学素子の断面図である。
【図６Ｂ】半導体発光デバイスとともに使用することができる本発明のさまざまな実施形態による透過的光学素子の断面図である。
【図６Ｃ】半導体発光デバイスとともに使用することができる本発明のさまざまな実施形態による透過的光学素子の断面図である。
【図６Ｄ】半導体発光デバイスとともに使用することができる本発明のさまざまな実施形態による透過的光学素子の断面図である。
【図６Ｅ】半導体発光デバイスとともに使用することができる本発明のさまざまな実施形態による透過的光学素子の断面図である。
【図６Ｆ】半導体発光デバイスとともに使用することができる本発明のさまざまな実施形態による透過的光学素子の断面図である。
【図６Ｇ】半導体発光デバイスとともに使用することができる本発明のさまざまな実施形態による透過的光学素子の断面図である。
【図６Ｈ】半導体発光デバイスとともに使用することができる本発明のさまざまな実施形態による透過的光学素子の断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図８】本発明のいくつかの実施形態による光学素子を形成するために使用することができる成型装置の略図である。
【図９】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスをパッケージングするために実行することができる工程の流れ図である。
【図１０】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスをパッケージングするために実行することができる工程の流れ図である。
【図１１Ａ】本発明のさまざまな実施形態による中間加工工程における半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図１１Ｂ】本発明のさまざまな実施形態による中間加工工程における半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図１２Ａ】本発明のさまざまな実施形態による中間加工工程における半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図１２Ｂ】本発明のさまざまな実施形態による中間加工工程における半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図１３Ａ】本発明のさまざまな実施形態による中間加工工程における半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図１３Ｂ】本発明のさまざまな実施形態による中間加工工程における半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図１４】本発明のさまざまな実施形態による、半導体発光デバイスパッケージおよびその製造方法を説明する分解断面図である。
【図１５】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図１６】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図１７】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図１８】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図１９】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図２０】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図２１】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図２２】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図２３】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図２４】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図２５】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。
【図２６】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスパッケージの斜視図である。
【図２７】本発明のさまざまな実施形態によるパッケージングされた半導体発光デバイスの側断面図である。
【図２８】図２７の斜視図である。
【図２９】本発明の他の実施形態によるパッケージングされた半導体発光デバイスの側断面図である。
【図３０】本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスをパッケージングするために実行することができる工程の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態で示されている、本発明についてさらに詳しく以下で説明する。しかし、本発明は、本明細書で説明されている実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底して完全なものとなるように、また当業者に本発明の範囲が全部伝達されるように用意されているのである。図面では、層および領域の厚さは、分かりやすくするために誇張されている。全体を通して、類似の番号は、類似の要素を指す。本明細書で使用されているように、「および／または」という言い回しは、関連する列挙品目の１つまたは複数のありとあらゆる組合せを含み、「／」と略記する場合がある。
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することを目的としており、本発明の制限となることを意図していない。本明細書で使用されているように、「１つ」および「その」、「この」、「本」など（原文の英語では単数形を表す「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」）は、文脈において明らかに単数であることを示していない限り、複数形も含むことが意図されている。さらに、「備える、含む」および／または「備えること、含むこと」という言い回しは、本明細書内で使用されている場合、記載されている特徴、領域、工程、動作、要素、および／またはコンポーネント（または構成要素）の存在を意味し、１つまたは複数の他の特徴、領域、工程、動作、要素、コンポーネント（または構成要素）、および／またはそれらからなる群の存在もしくは追加を除外しないことも理解されるであろう。
【００１７】
層または領域などの要素が、他の要素の「上に」ある、または「上へ」広がる、及ぶ、伸びるなどという場合、要素は、直接他の要素の上にあるか、上へ広がる、及ぶ、伸びるか、または介在する要素も存在しうることは理解されるであろう。対照的に、要素が、他の要素の「上に直接」ある、「上へ直接」広がる、及ぶ、伸びるという場合、介在する要素は存在しない。要素が、他の要素に「接続されている」、または「結合されている」という場合、要素は、直接他の要素に接続されるか、または結合されうるか、または介在する要素が存在しうることも理解されるであろう。対照的に、要素が、他の要素に「直接接続される」、または「直接結合される」という場合、介在する要素は存在しない。
【００１８】
「第１」、「第２」などの用語は、本明細書では、さまざまな要素、コンポーネント、領域、層、および／またはセクションを記述するために使用されるが、これらの要素、コンポーネント、領域、層、および／またはセクションは、これらの用語により限定されるべきではないことは理解されるであろう。これらの用語は、一方の要素、コンポーネント、領域、層、またはセクションを他方の領域、層、またはセクションから区別するためにのみ使用される。そのため、以下で説明される第１の要素、コンポーネント、領域、層、またはセクションは、本発明の教示から逸脱することなく第２の要素、コンポーネント、領域、層、またはセクションと呼ぶことが可能であろう。
【００１９】
さらに、「下側」、「底部」、または「水平」、および「上側」、「上部」、または「垂直」などの相対語は、本明細書では、図に示されているように一方の要素と他方の要素との関係を記述するために使用することができる。相対語は、図に示されている向きに加えて、デバイスの異なる向きを包含することが意図されていることは理解されるであろう。例えば、図中のデバイスがひっくり返された場合、他の要素の「下側」にあると記述された要素は、他の要素の「上側」で向け付けられるであろう。したがって、例示的用語「下側」は、図の特定の向きに応じて、「下側」および「上側」の両方の向きを包含しうる。同様に、図の１つのデバイスがひっくり返された場合、他の要素の「下」または「真下」にあると記述された要素は、他の要素の「上」に向け付けられるであろう。例示的用語「下」または「真下」は、したがって、上と下の両方の向きを包含することができる。
【００２０】
本発明のいくつかの実施形態は、本発明の理想化された実施形態の概略図である断面図を参照しつつ本明細書で説明される。そのようなものとして、例えば製造技術および／または許容誤差の結果として例示の形状からのバラツキは、予想される。そのため、本発明のいくつかの実施形態は、本明細書で例示されている領域の特定の形状に限定されると解釈すべきではなく、例えば製造から生じる形状の逸脱を含む。例えば、平坦であると例示されている、または説明されている領域は、典型的には、でこぼこしている、および／または非線形の特徴を持ちうる。さらに、例示されている鋭角は、典型的には、丸みを帯びていてもよい。そのため、これらの図に例示されている領域は、本質的に概略であり、その形状は、領域の正確な形状を例示することを意図されておらず、また本発明の範囲を限定することを意図されていない。
【００２１】
断りのない限り、本明細書で使用されるすべての（技術および科学用語を含む）用語は、本発明が属している技術分野の当業者に通常理解される意味と同じ意味を有する。さらに、よく使われる辞書で定義されているような用語は、関連する技術の背景状況における意味と矛盾しない意味を持つものと解釈すべきであり、本明細書で明確に定められていない限り、理想化された、または過度に正式の意味で解釈されないことは理解されるであろう。
【００２２】
図１Ａ〜１Ｈは、本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板の側断面図である。図１Ａを参照すると、本発明のさまざまな実施形態による半導体発光デバイスの実装基板は、中に半導体発光素子を実装し、キャビティ１１０から離れる方向に中に実装されている少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射するように構成されている、その第１の金属面１００ａ内にキャビティ１１０を有する固体金属ブロック１００を備える。いくつかの実施形態では、固体金属ブロック１００は、固体アルミニウムブロックまたは固体スチールブロックである。キャビティ１１０は、機械加工、コイニング加工（coining）、エッチング加工、および／または他の従来の技術により形成することができる。キャビティ１１０のサイズおよび形状は、キャビティ１１０内に実装された半導体発光素子からキャビティ１１０から離れる方向に反射される光の量および／または方向を増強または最適化するように構成することができる。例えば、傾いた側壁１１０ａおよび／または半楕円断面形状を形成し、キャビティ１１０から離れる方向に中に実装されている少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射するようにすることができる。さらに、以下で説明されるように、追加の反射層をキャビティ側壁および／または床面に形成することもできる。
【００２３】
なおも図１Ａを参照すると、固体金属ブロック１００の第２の金属面１００ｂは、複数のヒートシンクフィン１９０を中に備えている。ヒートシンクフィン１９０の個数、間隔、および／または幾何学的形状は、当業者によく知られているように、所望の熱放散を行うように変えることができる。さらに、ヒートシンクフィンは、均一な間隔で並んでいる必要もなく、まっすぐである必要もなく、矩形の断面である必要もなく、当業者によく知られている技術を使用して、ヒートシンクフィン支柱の一次元の細長いアレイ、および／または二次元のアレイとして実現することができる。それぞれのフィンは、それ自体、１つまたは複数の突き出ているフィンを含むことができる。いくつかの実施形態では、金属ブロック１００は、約６ｍｍ×約９ｍｍ、厚さ約２ｍｍのアルミニウムまたはスチール製の矩形固体金属ブロックとすることができ、またキャビティ１１０は、深さ約１．２ｍｍで、直径約２．５ｍｍの円形の床、所望の放射パターンが得られる単純なまたは複雑な形状の側壁１１０ａを有するものとすることができる。しかし、ブロック１００は、他の多角形および／または楕円体形状とすることができる。さらに、いくつかの実施形態では、幅２ｍｍ、ピッチ５ｍｍ、奥行き９ｍｍのヒートシンクフィン１９０ １２個からなるアレイを備えることができる。しかし、ヒートシンクフィン１９０の他の構成も多数備えられる。例えば、多くのヒートシンク設計形状が、Ｗｅｂ上のａａｖｉｄ．ｃｏｍに公開されている。
【００２４】
図１Ｂは、本発明の他の実施形態による実装基板を例示している。図１Ｂに示されているように、電気的絶縁被覆１２０が、固体金属ブロック１００の表面に施されている。絶縁被覆１２０は、ヒートシンクフィン１９０を含むか、または図１Ｂに示されているようなヒートシンクフィン１９０を除く、固体金属ブロックの露出面全体に、または固体金属ブロックの露出面の小さな部分のみに、施すことができる。いくつかの実施形態では、後述のように、絶縁被覆１２０は、例えば、固体金属ブロック１００がアルミニウム製である実施形態において固体金属ブロック１００の陽極酸化により形成することができる酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）の薄層を含む。他の実施形態では、絶縁被覆１２０は、固体スチールブロック１００上のセラミック被覆を含む。いくつかの実施形態では、被覆１２０は、電気的絶縁体になるほど十分に厚いが、中を通る熱伝導経路を過度に大きくしないように十分に薄く保たれる。
【００２５】
酸化アルミニウムの薄い絶縁被覆１２０を含むアルミニウム製の固体金属ブロック１００は、テキサス州コーパスクリスティのＩＲＣ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｆｉｌｍ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ ＴＴ ＥＩｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社が販売しているＡｎｏｔｈｅｒｍ（商標）とい名称の基板を使用して実現できる（例えば、Ｗｅｂ上でｉｒｃｔｔ．ｃｏｍから入手できる非特許文献１および２を参照）。さらに、セラミックの絶縁被覆１２０を使用するスチール製の固体金属ブロック１００は、カンザス州レブンワースのＨｅａｔｒｏｎ Ｉｎｃ．社が販売している、ＥＬＰＯＲ（登録商標）という名称の基板を使用して実現できる（例えば、Ｗｅｂ上でｈｅａｔｒｏｎ．ｃｏｍから入手できる非特許文献３を参照）。キャビティ１１０およびヒートシンクフィン１９０は、本明細書で説明されている実施形態のいずれかに従って固体金属ブロック内に備えることができる。本発明の他の実施形態では、絶縁被覆１２０を持つ他の固体金属ブロック１００は、第１の金属面１００ａ内に少なくとも１つのキャビティ１１０を、また第２の金属面１００ｂ内に複数のヒートシンクフィン１９０を備えることができる。
【００２６】
次に図１Ｃを参照すると、第１および第２の相隔てられている配線（conductive trace）１３０ａ、１３０ｂは、キャビティ１１０内の絶縁被覆１２０上に配置される。第１および第２の相隔てた配線１３０ａ、１３０ｂは、キャビティ１１０内に実装された半導体発光素子に接続するように構成されている。図１Ｃに示されているように、いくつかの実施形態では、第１および第２の相隔てられた配線１３０ａおよび１３０ｂは、キャビティ１１０から固体金属ブロック１００の第１の面１００ａ上へ伸ばすことができる。絶縁被覆１２０が固体金属ブロック１００の一部のみに設けられる場合、これは、第１および第２の相隔てられた配線１３０ａおよび１３０ｂと固体金属ブロック１００との間に設けることができ、これにより、第１および第２の金属配線（metal trace）１３０ａおよび１３０ｂを、固体金属ブロック１００から絶縁することができる。
【００２７】
図１Ｄは、第１および第２の相隔てられた配線１３０ａ’、１３０ｂ’がキャビティ１１０から金属ブロックの少なくとも一方の側１００ｃの周りの第１の面１００ａに、また第１の面１００ａの向かい側の金属ブロックの第２の面１００ｂ上へ伸びる本発明の他の実施形態を例示している。そのため、背面接点（backside contact）を備えることができる。
【００２８】
本発明のいくつかの実施形態では、第１および第２の相隔てられた配線１３０ａ、１３０ｂおよび／または１３０ａ’、１３０ｂ’は、金属、およびいくつかの実施形態では、銀などの反射する金属（reflective metal）を含む。そのため、本発明のいくつかの実施形態では、導電層がパターン形成される絶縁層１２０上に設けられ、これは、キャビティ１１０およびキャビティ１１０内に実装された少なくとも１つの半導体発光素子に接続するように構成された第１および第２の配線１３０ａ、１３０ｂ内に反射被覆を形成する。
【００２９】
他の実施形態では、図１Ｅに示されているように、１つまたは複数の別々の反射層１３２ａ、１３２ｂを、相隔てられた配線１３０ａ、１３０ｂ’上に、および／またはキャビティ１１０内に設けることができる。これらの実施形態では、配線１３０ａ’、１３０ｂ’は、銅を含み、反射層１３２ａ、１３２ｂは、銀を含むことができる。対照的に、図１Ｃおよび／または１Ｄのいくつかの実施形態では、配線は、一体型反射体を実現する銀を含むことができる。
【００３０】
さらに他の実施形態では、別の反射体層を備える必要はない。むしろ、側壁１１０ａを含むキャビティ１１０の表面に、十分な反射率を持たせることができる。そのため、キャビティ１１０は、例えば、斜めになった（複数の）側壁１１０ａ、反射する斜めになった（複数の）側壁１１０ａ、および／または斜めになった（複数の）側壁１１０ａ上のおよび／またはキャビティ１１０の床上の反射被覆１３２ａおよび／または１３２ｂを設けることにより、中に実装されている少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射する幾何学的形状をなすように構成され、これにより、キャビティの寸法および／または側壁幾何学的形状は、キャビティ１１０から離れる方向に、キャビティ１１０内に実装される少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射する作用をする。反射は、キャビティ１１０内に反射被覆１３２ａおよび／または１３２ｂを加えることにより実現されるか、または増強されるようにできる。
【００３１】
本発明のさらに他の実施形態では、図１Ｆに例示されているように、機械加工、エッチング加工、および／または他の従来の技術により固体金属ブロック１００内に形成されうる、第１および／または第２のスルーホール１４０ａおよび／または１４０ｂを設けることにより背面接点を形成することができる。さらに、図１Ｆに示されているように、絶縁被覆１２０は、スルーホール１４０ａおよび１４０ｂ内に伸びる。第１および第２の導電性ビア１４２ａ、１４２ｂは、第１および第２のスルーホール１４０ａ、１４０ｂ内に設けられ、スルーホール１４０ａ、１４０ｂ内の絶縁被覆１２０により固体金属ブロック１００から絶縁される。
【００３２】
図１Ｆにおいて、スルーホール１４０ａおよび１４０ｂ、および導電性ビア１４２ａおよび１４２ｂは、キャビティ１１０から第２の面１００ｂに伸びる。スルーホール１４０ａ、１４０ｂは、第１および第２の面１００ａ、１００ｂに対し直交し、および／または斜めにすることができる。第１および第２の相隔てられた配線１３０ａ’、１３０ｂ’を、キャビティ１１０内に設け、それぞれの第１および第２の導電性ビア１４２ａ、１４２ｂに電気的に接続することができる。第２の面１００ｂでは、第３および第４の相隔てられた配線１３０ｃ、１３０ｄもそれぞれの第１および第２の導電性ビア１４２ａ、１４２ｂに電気的に接続されるようにすることができる。いくつかの実施形態では、はんだマスク層（solder mask layer）は、第２の面１００ｂ上で第３および第４の配線１３０ｃ、１３０ｄを孤立させ、回路基板組立てを容易にするために備えることができる。はんだマスク層は、当業者にはよく知られており、本明細書でこれ以上説明を要しない。図１Ｆに示されているように、ヒートシンクフィン１９０を固体金属ブロック１００の中心および／または縁に、つまり、キャビティ１１０に隣接して、および／またはキャビティ１１０からオフセットして設けることができる。
【００３３】
図１Ｆの実施形態では、第１および第２のスルーホール１４０ａ、１４０ｂ、ならびに第１および第２の導電性ビア１４２ａ、１４２ｂは、キャビティ１１０から第２の面１００ｂに伸びる。図１Ｇの実施形態では、第１および第２のスルーホール１４０ａ’、１４０ｂ’、ならびに第１および第２の導電性ビア１４２ａ’、１４２ｂ’は、キャビティ１１０の外側の第１の面１００ａから第２の面１００ｂに伸びる。スルーホール１４０ａ’、１４０ｂ’は、第１および第２の面１００ａ、１００ｂに対し直交し、および／または斜めにすることができる。第１および第２の相隔てられた配線１３０ａ”、１３０ｂ”は、キャビティ１１０から第１の面１００ａ上のそれぞれの第１および第２の導電性ビア１４２ａ’、１４２ｂ’に伸びている。第３および第４の配線１３０ｃ’、１３０ｄ’は、それぞれの第１および第２の導電性ビア１４２ａ’、１４２ｂ’に電気的に接続される第２の面１００ｂに設けられる。図１Ｇに示されているように、ヒートシンクフィン１９０を固体金属ブロック１００の中心および／または縁に、つまり、キャビティ１１０に隣接して、および／またはキャビティ１１０からオフセットして設けることができる。
【００３４】
図１Ｈは、図１Ｄに関して説明されている本発明の実施形態を示しており、これはさらに、キャビティ内に実装され、第１および第２の相隔てられている配線１３０ａ’、１３０ｂ’に接続されている半導体発光素子１５０を含む。さらに、図１Ｈは、他の実施形態では、レンズ１７０は、キャビティ上に広がることを例示している。さらに他の実施形態では、封止材１６０は、半導体発光素子１５０とレンズ１７０との間に用意される。封止材（encapsulant）１６０は、透明エポキシを含み、半導体発光素子１５０からレンズ１７０への光結合を増強することができる。封止材１６０は、さらに、本明細書では光結合媒体とも呼ばれる。いくつかの実施形態では、キャビティ１１０上に広がったレンズ１７０を保持するために、固体金属ブロック１００上にレンズリテーナ（lens retainer）１８０が備えられる。他の実施形態では、レンズリテーナ１８０は使用できない。
【００３５】
半導体発光素子１５０は、シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム、および／または他の半導体材料を含むことができる発光ダイオード、レーザーダイオード、および／または１つまたは複数の半導体層を含むことができる他のデバイス、サファイア、シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム、または他のマイクロ電子工学的基板を含むことができる基板、および金属および／または他の導電層を含むことができる１つまたは複数の接触層を備えることができる。半導体発光デバイスの設計および加工は、当業者によく知られている。
【００３６】
例えば、発光素子１５０は、ノースカロライナ州ダラムの本件特許出願人が製造、販売しているデバイスなど、炭化ケイ素基板上に加工された窒化ガリウムベースのＬＥＤまたはレーザーとすることができる。例えば、本発明は、複数の特許文献で説明されているようなＬＥＤおよび／またはレーザーとともに使用するのに好適であると思われる（開示全体が本明細書内で全部述べられているかのように参照により本明細書に組み込まれている、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３、特許文献１４、特許文献１４、特許文献１５、特許文献１６を参照）。他の好適なＬＥＤおよび／またはレーザーも、その他の特許文献で説明されている（２００３年１月９日に公開された「Group III Nitride Based Light Emitting Diode Structures With a Quantum Well and Superlattice, Group III Nitride Based Quantum Well Structures and Group III Nitride Based Superlattice Structures」という表題の特許文献１７、さらに「Light Emitting Diodes Including Modifications for Light Extraction and Manufacturing Methods Therefor」という表題の特許文献１８を参照）。さらに、蛍光体コーティングＬＥＤも、本発明の実施形態で使用するのに好適であると思われる（開示全体が本明細書内で全部述べられているかのように参照により本明細書に組み込まれている、「Phosphor-Coated Light Emitting Diodes Including Tapered Sidewalls, and Fabrication Methods Therefor」という表題の２００４年３月２５日に公開された特許文献１９を参照）。
【００３７】
ＬＥＤおよび／またはレーザーは、光の放出が基板を通して発生する形で動作するように構成することができる。このような実施形態では、基板は、説明されているようにデバイスの光出力を増強するためにパターン形成することができる（上述の特許文献１８を参照）。
【００３８】
当業者であれば、図１Ａ〜１Ｈの実施形態は、別々の実施形態として例示されているが、図１Ａ〜１Ｈのさまざまな要素は、要素のさまざまな組合せおよび／または部分的組合せを形成するために一緒に使用することができることを理解するであろう。そのため、例えば、反射層１３２ａ、１３２ｂは、図に示されている実施形態のどれにおいても使用することができ、半導体発光素子１５０、レンズ１７０、封止材１６０、および／またはレンズリテーナ１８０は、図に示されている実施形態のどれにおいても使用できる。したがって、本発明は、図１Ａ〜１Ｈに示されている別の実施形態に限定されるべきではない。
【００３９】
図２は、本発明のさまざまな実施形態による、半導体発光デバイスをパッケージングするために実行することができる工程の流れ図である。図２を参照すると、ブロック２１０に示されているように、図１Ａ〜１Ｈのアルミニウムまたはスチールブロック１００などの固体ブロックが用意される。そのブロックの１つの面内にキャビティ１１０などのキャビティがあり、キャビティは、半導体発光素子を実装しキャビティ１１０から離れる方向に、中に実装されている少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射するように構成される。ブロック１００は、さらに、その中に、第２の面１００ｂ上の複数のヒートシンクフィン１９０を備える。上述のように、キャビティは、機械加工、コイニング加工、エッチング加工、および／または他の従来の技術により実現することができる。ヒートシンクフィン１９０は、さらに、これらの技術および／または他の技術により実現することもできる。さらに、他の実施形態では、固体金属ブロックは、中を通って伸び、機械加工、エッチング加工、および／または他の従来の技術により加工することができるスルーホール１４０ａ、１４０ｂ、および／または１４０ａ’、１４０ｂ’などの第１および第２の相隔てられているスルーホールも含むことができる。
【００４０】
図２を再び参照すると、ブロック２２０において、固体金属ブロックの表面の少なくとも一部に、絶縁被覆が形成される。いくつかの実施形態では、固体アルミニウムブロックが酸化される。他の実施形態では、セラミック被覆が、固体スチールブロック上に施される。他の絶縁被覆および他の固体金属ブロックも備えることができる。いくつかの実施形態では、固体金属ブロックの露出表面全体が被覆される。さらに、スルーホールが備えられる場合、スルーホールの内面も、被覆することができる。他の実施形態では、金属ブロックの一部のみ、例えば、被覆されるのが望ましくない部分にマスク層を施すことにより被覆される。アルミニウムの酸化は、当業者にはよく知られており、例えば、陽極酸化プロセスおよび／または他の酸化プロセスを使用して実行し、これにより、アルミニウム上にＡｌ2Ｏ3の薄層を形成することができる。スチール上のセラミック被覆も、当業者にはよく知られており、本明細書ではこれ以上説明を要しない。
【００４１】
なおも図２を参照すると、ブロック２３０において、配線１３０ａ、１３０ｂ、および／または１３０ａ’、１３０ｂ’などの第１および第２の相隔てられている配線は、上述のように、構成に応じて、第１の面、側面、および／または第２の面のキャビティ内に加工される。さらに、いくつかの実施形態では、ビア１４２ａ、１４２ｂ、および／または１４２ａ’、１４２ｂ’などの導電性ビアは、スルーホール内に加工することができる。導電性ビアおよび／または反射体層は、配線の前、配線と同時に、および／または配線の後に加工することができる。絶縁層を被覆されている固体金属ブロック上の配線の加工は、回路基板状構造にアルミニウム、スチール、および／またはその他のコアを設けることがよく知られており、したがって、本明細書では詳しい説明を要しない。
【００４２】
最後に、ブロック２４０において、本明細書で説明されるように、半導体デバイス、レンズ、軟質フィルム封止材、および／またはリテーナを基板上に実装するためにその他の作業が実行される。また、いくつかの他の実装では、図２のブロックで示される機能／動作は、流れ図内に記載されている順序と異なる順序で行われることがあることにも留意されたい。例えば、連続して示される２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行することができるか、またはブロックは、ときには、関わる機能／動作に応じて、逆の順序で実行することができる。
【００４３】
図３Ａおよび３Ｂは、図１Ｄの断面図に対応しうる、本発明のいくつかの実施形態によるパッケージの、それぞれ上側斜視図および下側斜視図である。図３Ａおよび３Ｂは、固体金属ブロック１００、キャビティ１１０、フィン１９０、固体金属ブロックの周りを囲む第１および第２の相隔てられている配線１３０ａ’、１３０ｂ’、およびキャビティ１１０内に実装された半導体発光素子１５０を例示している。絶縁被覆１２０は、透過的であり、図に示されていない。第２の絶縁層および／またははんだマスクは、これらの実施形態および／または他の実施形態における第１および／または第２の相隔てられている配線上に施すことができる。
【００４４】
図４は、図１Ｈに対応しうる、本発明の他の実施形態の分解斜視図である。図４に示されているように、固体金属ブロック１００は、中にキャビティ１１０があり、上に複数の相隔てられている配線がある。図４には、第１の配線１３０ａ’が示されている。しかし、単一の第２の配線ではなく、複数の第２の配線３３０ａ’、３３０ｂ’、および３３０ｃ’を設けて、キャビティ１１０内に実装することができる複数の半導体発光素子１５０’に接続し、例えば、白色光源用に赤色、緑色、青色の半導体発光素子を備えることができる。封止材１６０およびレンズリテーナ１８０が図に示されている。レンズリテーナ１８０の他の構成は、固体金属ブロック１００上にレンズ１７０を実装するためのリッジおよび／または他の従来の実装手段を備えることができる。また、レンズリテーナ１８０においてエポキシまたは他の接着剤を使用できることも理解されるであろう。レンズリテーナ１８０は、さらに、本発明のいくつかの実施形態において追加の上部ヒートシンク機能を実現することもできる。図５は、図４の組み立てられたパッケージを例示している。
【００４５】
したがって、本発明のいくつかの実施形態では、固体金属ブロックを半導体発光デバイス用の実装基板として使用し、１つまたは複数の一体型キャビティおよび複数の一体型ヒートシンクフィンを備える。アルミニウムまたはスチールは、一体型フィンが備えられた場合に有効なヒートシンクとして使用できる十分な熱伝導性を有する。さらに、材料のコストおよび加工のコストは、低くできる。さらに、高品質絶縁酸化物を成長させ、および／またはセラミック被覆を形成することができるため、陽極酸化または他の被覆の厚さを正確に制御できることから、熱抵抗に対し深刻な影響を及ぼすことなく所望の配線を形成することができる。この絶縁層は、さらに、選択的にパターン形成することができ、これにより、キャビティ側壁のみに銀をメッキするなど、他のメッキ金属を基板に加え、光学性能を高めることができる。
【００４６】
別個の反射体カップおよび別個のヒートシンクではなく、固体金属ブロック内に光キャビティおよびヒートシンクフィンを形成でき、パッケージ用の要素の総数を減らせるため、組立てコストを低減することができる。さらに、反射体（キャビティ）位置が固体金属ブロックに関して固定されているという事実からも、組立ての複雑さを軽減することができる。最後に、一体型ヒートシンクフィンは、熱効率を高められる。本発明のいくつかの実施形態は、高出力ＬＥＤおよび／またはレーザーダイオードなどの高出力半導体発光素子に特に有用であると考えられる。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態により使用することができる固体金属ブロック実装基板の他の実施形態は、その他の特許文献で説明されている（開示全体が本明細書内で全部述べられているかのように参照により本明細書に組み込まれている、本発明の譲受人に譲渡された「Solid Metal Block Mounting Substrates for Semiconductor Light Emitting Devices, and Oxidizing Methods For Fabricating Same」という表題の２００３年９月９日に出願された特許文献２０を参照）。
【００４８】
蛍光体を発光デバイス内に組み込み、特定の周波数帯域の放出される放射線を増強し、および／または放射線の少なくとも一部を他の周波数帯域に変換することが望ましい場合もある。蛍光体は、多くの従来の技術を使用して発光デバイスに含めることができる。一技術において、蛍光体は、デバイスのプラスチック製外殻の内側および／または外側にコーティングされる。他の技術では、蛍光体は、例えば、電気泳動塗装法を使用して半導体発光素子自体にコーティングされる。さらに他の実施形態では、蛍光体が中に入っているエポキシなどの物質一滴をプラスチック製外殻の内側、半導体発光素子の上、および／またはデバイスと外殻との間に施すことができる。蛍光体被覆を使用するＬＥＤは、その他の特許文献において説明されている（特許文献２１、特許文献２２、特許文献２３、特許文献２４、特許文献２５、特許文献２６を参照）。
【００４９】
これから説明する本発明のいくつかの実施形態では、レンズ上に蛍光体を含む被覆を施す。他の実施形態では、レンズは、その中に分散された蛍光体を含む。
【００５０】
図６Ａ〜６Ｈは、本発明のさまざまな実施形態による、透過的光学素子（element）の断面図である。これらの光学素子は、以下でも説明されるように、半導体発光デバイスをパッケージングするために使用することができる。
【００５１】
図６Ａに示されているように、本発明のいくつかの実施形態による透過的光学素子は、透明プラスチックを含むレンズ１７０を備える。本明細書で使用されているように、「透過的」という用語は、半導体発光素子からの光学的放射線が、完全な吸収も完全な反射も生じることなく物質を通過することができることを意味する。レンズ１７０は、中に分散された蛍光体６１０を含む。当業者によく知られているように、レンズ１７０は、ポリカーボネート材料および／または透過的光学素子を製造するために使用される他の従来のプラスチック材料を含むことができる。さらに、蛍光体６１０は、セリウム添加ＹＡＧを含む従来の蛍光体および／または他の従来の蛍光体を含むことができる。いくつかの特定の実施形態では、蛍光体は、セリウム添加イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）を含む。他の実施形態では、ナノ蛍光体を使用することができる。蛍光体は、当業者にはよく知られており、本明細書でこれ以上説明を要しない。
【００５２】
図６Ａでは、蛍光体６１０は、レンズ１７０内に均一に分散されている。対照的に、図６Ｂでは、蛍光体６２０は、レンズ１７０内に不均一に分散されている。蛍光体６２０のさまざまなパターンを形成し、例えば、輝度の高い領域および／または異なる色を生じさせ、および／または点灯されたときにレンズ１７０上にさまざまなしるしを形成することができる。図６Ａ〜６Ｂでは、レンズ１１０は、ドーム形レンズである。本明細書で使用されているように、「ドーム」および「ドーム形」という用語は、偏心形状である、および／または他の特徴、構造、および／または表面を有する、通常の半球構造を含む一般的アーチ形表面形状を有する構造、さらには通常の半球を形成しない他の一般的アーチ形構造を指す。
【００５３】
次に図６Ｃを参照すると、１つまたは複数の被覆６３０をレンズ１７０の外側に施すことができる。被覆は、保護被膜、偏光コーティング、しるしのある被覆、および／または当業者によく知られている光学素子用の他の従来の被覆とすることができる。図６Ｄでは、１つまたは複数の内側被覆６４０が、レンズ１７０の内面に施される。ここでもまた、従来の被覆または被覆の組合せを使用することができる。
【００５４】
さらに、本発明の他の実施形態では、均一に分布する蛍光体６１０および／または不均一に分布する蛍光体６２０を中に含むレンズ１７０用に内側被覆と外側被覆の両方を備える。内側および外側被覆を施すことにより、蛍光体との屈折率整合を改善することができる。そのため、３つの層を、本発明のいくつかの実施形態により射出成形（injection mold）することができる。本発明の他の実施形態では、液体および／または固体ゲルなどの屈折率整合媒体を殻内で使用し、屈折率整合を助けることができる。内層および外層を使用することで、屈折率整合問題による蛍光体含有層にトラップされうる光子の数を減らすことができる。
【００５５】
図６Ｅは、レンズ１７０の内側に透明内部コア６５０が形成される本発明の他の実施形態を説明するものである。いくつかの実施形態では、図６Ｅにも示されているように、透明内部コア６５０は、レンズ１７０を満たしており、半球状光学素子を形成する。透明内部コア６５０は、均一に透明であり、および／または半透明および／または不透明領域を中に含むことができる。透明内部コア６５０は、ガラス、プラスチック、および／または他の光結合媒体を含むことができる。
【００５６】
図６Ｆは、蛍光体含有レンズ１７０が、光６６２を放出して透明内部コア６５０内に入れ、透明内部コア６５０に通し、またレンズ１７０に通し、レンズ１７０から現れるように構成された半導体発光素子１５０と組み合わされる本発明の他の実施形態を例示している。
【００５７】
図６Ｇは、本発明の他の実施形態の断面図である。図６Ｇに示されているように、実装基板１００が用意され、発光素子１５０は、実装基板１００と透明内部コア６５０との間に配置される。また図６Ｇにも示されているように、実装基板１００は、キャビティ１１０を中に備え、発光素子１５０は、キャビティ１１０内に少なくとも一部は配置される。ヒートシンクフィン１９０も、備えられる。
【００５８】
図６Ｈは、本発明のさらに他の実施形態を例示する。これらの実施形態では、キャビティ１１０は、エポキシおよび／または他の光結合媒体（例えば、シリコン）などの封止材６８０で満たすことができる。封止材６８０は、発光素子１５０から透明内部コア６５０への光結合を増強することができる。ヒートシンクフィン１９０も、備えられる。
【００５９】
当業者であれば、図６Ａ〜６Ｈの実施形態は、別々の実施形態として例示されているが、図６Ａ〜６Ｈのさまざまな要素は、要素のさまざまな組合せおよび部分的組合せにおいて一緒に使用することができることを理解するであろう。そのため、例えば、内部被覆６４０および外部被覆６３０の組合せ、均一に分布する蛍光体６１０および不均一に分布する蛍光体６２０、発光素子１５０、実装基板１００、キャビティ１１０、内部コア６５０、および封止材６８０を一緒に使用することができる。さらに、図６Ａ〜６Ｈの実施形態は、本明細書で開示されている他の実施形態と組み合わせることができる。
【００６０】
図７は、本発明の他の実施形態による発光デバイスの断面図である。図７に示されているように、これらの実施形態は、蛍光体および／または他の化学物質を装填した光学的に透明な材料で作ることができるレンズ１７０を含む。内部コア６５０は、プラスチックまたはガラスなどの光学的に透明な材料から作ることができ、ヒートシンクフィン１９０を含む実装基板１００内の、封止材を含むキャビティ１１０上に位置することができる。レンズ１７０および内部コア６５０は、発光ダイオード１５０の複合レンズ（composite lens）を形成する。
【００６１】
図８は、本発明のさまざまな実施形態による、透過的光学素子を形成するための装置の略ブロック図である。特に、図８は、本発明のさまざまな実施形態による、透過的光学素子を形成するために使用することができる射出成型装置を例示している。図８に示されているように、射出成型装置は、透明プラスチックおよび／または蛍光体添加剤８５０が供給されるホッパー８１０または他の貯蔵デバイスを含む。透明プラスチックおよび／または蛍光体添加剤は、ペレット、粉末、および／または固形物とすることができる。溶媒、結合剤などの他の添加剤も、当業者によく知られているように、含めることができる。インジェクタ８２０は、透明プラスチックおよび蛍光体添加剤を溶融し、および／またはこれらの材料を溶融状態に保ち、透明プラスチックおよび蛍光体添加剤を含む溶融液体を形成するために使用される、ヒーターおよびねじ機構を備えることができる。インジェクタ８２０は、溶融液体をノズル８３０を介して金型８４０内に注入する。金型８４０は、中に適切な溝８６０を備え、これは、ドームまたはキーパッドキー（keypad key）などの光学素子の形状を定めるために使用することができる。光学素子の射出成形は、当業者によく知られており（特許文献２７、特許文献２８、特許文献２９、特許文献３０、特許文献３１、及び、特許文献３２を参照）、本明細書ではさらに詳しい説明を要しない。さらに、鋳造技術も使用することができ、この場合、透明プラスチックおよび蛍光体添加剤を含む溶融液体を、次にオス金型（male mold）に結合されるメス金型（female mold）に入れ（またはその逆に）、光学素子を鋳造する。光学素子の鋳造も文献で説明されており（特許文献３３、特許文献３４、特許文献３５、特許文献３６、特許文献３７、特許文献３８、特許文献３９、及び、特許文献４０を参照）、本明細書ではさらに詳しい説明を要しない。
【００６２】
図９は、本発明のさまざまな実施形態による、半導体発光デバイスをパッケージングするために使用することができる工程の流れ図である。図９に示されているように、ブロック９１０では、図８の金型８４０などの金型に、透明プラスチックおよび蛍光体添加剤を含む溶融液体を満たす。ブロック９２０で、溶融液体を固めて、中に蛍光体が分散されている光学素子を生産することができる。次いで、光学素子は、金型から取り外され、固体金属ブロック内のキャビティ上に実装される。
【００６３】
図１０は、本発明のいくつかの実施形態による、半導体発光デバイスをパッケージングするために実行することができる工程の流れ図である。図１０のブロック１０１０に示されているように、射出成形、鋳造、および／または他の従来技術を使用して、中に分散されている蛍光体を含む透明プラスチックを含むドーム型レンズ１７０などのレンズが成形される。ブロック１０２０では、図６Ｅのコア６５０などのコアが形成される。いくつかの実施形態では、コア６５０は、レンズ１７０の内側に取り付けられるか、または形成される。一方、他の実施形態では、ブロック１０２０は、透明コア６５０を形成し、透明コア６５０を含む金型（mold）に、透明プラスチックおよび蛍光体添加剤を含む溶融液体を充填して、透明コアの周りにレンズ１７０を形成することにより、ブロック１０１０の前に来る。
【００６４】
なおも図１０を参照すると、デバイス１５０などの半導体発光素子は、実装基板１００などの実装基板の反射キャビティ１１０内に配置される。ブロック１０４０において、図６Ｈの封止材６８０などの封止材は、実装基板１００、発光素子１５０、および／またはコア６５０に施される。最後に、ブロック１０５０において、レンズまたは外殻（shell）は、エポキシ、スナップ（snap-fit）、および／または他の従来の実装技術を使用して、実装基板にはめられる。
【００６５】
使用される封止材６８０の量を減らすか、または最小限となるように、内部コア６５０がレンズ全体を満たすことが望ましい場合がある。当業者によく知られているように、封止材６８０は、実装基板１００および／または内部コア６５０と異なる熱膨張係数を持つことがある。ブロック１０４０で使用されている封止材６８０の量を減らすか、または最小にすることにより、これらの熱の不整合（thermal mismatch）の影響を低減または最小限に抑えることができる。
【００６６】
また、いくつかの他の実装では、図９および／または１０のブロックで示されている機能／動作は、流れ図内に記載されている順序と異なる順序で行われることがあることにも留意されたい。例えば、連続して示されている２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行することができるか、またはそれらのブロックは、ときには、関わる機能／動作に応じて、逆の順序で実行することができる。
【００６７】
したがって、本発明のいくつかの実施形態は、成形または鋳造技術を使用してレンズなどの複合光学素子を形成することができる。いくつかの実施形態では、射出成形を使用して、成形材料内に分散されている蛍光体層を内面または外面に配置し、次いで、残り体積中で成形または鋳造プロセスを完了させて、所望の光学素子を形成することができる。これらの光学素子は、いくつかの実施形態では、レンズの背後にある青色発光ダイオードを変換し、白色光に見せることができる。
【００６８】
本発明の他の実施形態では、蛍光体を使用して、光を均一に分散させ、および／または所望のパターンで光を分散させることができる。例えば、従来の発光デバイスは、軸上（０°）または側面（例えば、約４０°を超える角度）と比べて４０°の軸外角度などの軸外角度でより大きな光強度を生じる、「コウモリの翼形（Batwing）」放射パターンで光を放出する。他の発光ダイオードは、「ランベルト（Lambertian）」放射パターンを発生することができ、この場合、約４０°の軸外に対する中心領域に最大の強度が集中し、その後、角度が大きくなるほど急激に衰える。さらに他の従来のデバイスでは、側面放出放射線パターンを形成することができ、軸から９０°などの大きな角度で最大光強度が得られ、軸に近いより小さな角度で急激に落ち込む。対照的に、本発明のいくつかの実施形態では、相関色温度（ＣＣＴ）の角度依存など、発光デバイスからの光出力の角度依存放射線パターンを低減するか、またはなくすことができる。そのため、光強度およびレンズのすべての表面からのｘ、ｙ色度値／座標は、いくつかの実施形態では比較的一定させることができる。これは、スポットライト効果が望ましくない部屋などの照明用途に使用する場合に都合がよいと思われる。
【００６９】
本発明のいくつかの実施形態による、上述のような射出成形プロセスでは、レンジング（lensing）および白色変換などの、複数の特徴を持つ単一の光学素子を形成することができる。さらに、いくつかの実施形態による二成形（two-molding）または鋳造技術を使用することにより、望みの形状に合わせて蛍光体層を整形し、視角とともに色温度の角度依存を減らすか、または最小限に抑えることができる。
【００７０】
中に分散されている蛍光体を含むレンズの他の実施形態は、他の特許文献において説明されている（開示全体が本明細書内で全部述べられているかのように参照により本明細書に組み込まれている、本発明の譲受人に譲渡された、「Transmissive Optical Elements Including Transparent Plastic Shell Having a Phosphor Dispersed Therein, and Methods of Fabricating Same」という表題の２００３年９月９日に出願された特許文献４１を参照）。
【００７１】
本発明の他の実施形態では、蛍光体を含む被覆は、半導体発光素子１５０自体に施される。具体的には、ＬＥＤ用の蛍光体を施し、例えば、固体発光（solid-state lighting）を実現することが望ましい。一実施例では、固体白色光に使用されるＬＥＤは、例えば、約３８０ｎｍから約４８０ｎｍまでの範囲内の短波長の高い放射束出力を発生することができる。１つまたは複数の蛍光体が備えられ、ＬＥＤの短波長、高エネルギー光子出力が蛍光体を励起するために一部または全部使用され、それにより、ＬＥＤの出力の一部または全部を低い周波数に変換し、白色光を生み出すことができる。
【００７２】
具体的な一実施例として、約３９０ｎｍのＬＥＤからの紫外線出力は、白色光を生み出すために赤色、緑色、および青色の蛍光体とともに使用することができる。他の具体的な実施例としては、ＬＥＤからの約４７０ｎｍの青色光出力を使用して黄色蛍光体を励起し、ＬＥＤ出力の一部がその蛍光体により吸収されたときに生じる、一部の二次黄色放射とともに、４７０ｎｍ青色出力の一部を伝送することにより、白色光を生み出す。
【００７３】
蛍光体は、多くの従来技術を使用して半導体発光デバイスに含めることができる。一技術では、蛍光体は、ＬＥＤのプラスチック製外殻の内側および／または外側にコーティングされる。他の技術では、蛍光体は、例えば、電気泳動塗装法を使用して半導体発光素子自体にコーティングされる。さらに他の技術では、蛍光体が中に入っているエポキシなどの物質一滴をプラスチック製外殻の内側、半導体発光素子の上、および／または素子と外殻との間に施すことができる。この技術は、「グロブトップ（glob top）」と呼ばれることがある。また、蛍光体被覆は、屈折率整合材料を組み込むことができ、および／または、別個の屈折率整合材料を用意することもできる。
【００７４】
さらに、上述のように、第１および第２の対向する面および第２の面から第１面に向かって斜角で伸びる第１と第２の対向する面の間の側壁を含む発光ダイオードは、他の特許文献に公開されている（特許文献２０を参照）。斜めの側壁に、共形の蛍光体層が施される。斜めの側壁では、従来の直交する側壁よりも均一な蛍光体被覆を備えることができる。
【００７５】
半導体発光デバイスは、本発明の他の実施形態に従って、半導体発光素子の発光面の少なくとも一部に溶媒中に懸濁された蛍光体粒子を含む懸濁液を置き、溶媒の少なくとも一部を蒸発させて蛍光体粒子を発光面の少なくとも一部に析出させることにより加工される。蛍光体粒子を含む被覆は、これにより、発光面の少なくとも一部に形成される。
【００７６】
本明細書で使用されているように、「懸濁液」は、固体粒子が液体（「溶媒」）と混合されているが、溶解されていない（「懸濁されている」）二相固液系を意味する。また、本明細書使用されているように、「溶液」は、固体粒子が液体（「溶媒」）中に溶解されている単相液系を意味する。
【００７７】
図１１Ａは、本発明のさまざまな実施形態による、中間加工工程における半導体発光デバイスパッケージの断面図である。図１１Ａに示されているように、溶媒１１２４中に懸濁されている蛍光体粒子１１２２を含む懸濁液１１２０は、半導体発光素子１５０の発光面１５０ａの少なくとも一部の上に置かれる。本明細書で使用されているように、「光」は、半導体発光素子１５０により放出される可視および／または不可視（紫外線など）の放射線を指す。次いで、溶媒１１２４の少なくとも一部が、図１１Ａおよび１１Ｂを連結している矢印により示されているように、蒸発させられ、蛍光体粒子１１２２が発光面１５０ａの少なくとも一部に析出し、蛍光体粒子１１２２を含む被覆１１３０がその上に形成される。いくつかの実施形態では、溶媒１１２４中に懸濁された蛍光体粒子１１２２を含む懸濁液１１２０は、図１１Ａの配置を実行している間、および／または蒸発を実行している間に、撹拌される。さらに、図１１Ｂに示されているように、蒸発させることにより、蛍光体粒子１２２を発光面１５０ａの少なくとも一部に均一に析出させ、それにより、蛍光体粒子１１２２の均一な被覆１１３０を形成することができる。いくつかの実施形態では、蛍光体粒子１１２２は、すべての発光面１５０ａ上に均一に析出する。さらに、いくつかの実施形態では、溶媒１１２４の実質的にすべてを蒸発させることができる。例えば、いくつかの実施形態では、溶媒の少なくとも約８０％を蒸発させることができる。いくつかの実施形態では、実質的にすべての溶媒１１２４を蒸発させて、蛍光体粒子１１２２をすべての発光面１５０ａ上に均一に析出させる。
【００７８】
本発明のいくつかの実施形態では、溶媒１１２４は、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、アルコール、トルエン、酢酸アミル、および／または他の従来の溶媒を含む。さらに、他の実施形態では、蛍光体粒子１１２２は、サイズが約３〜４μｍであり、これらの蛍光体粒子１１２２の約０．２ｇｍを、ＭＥＫ溶媒１１２４約５ｃｃ中に混合し、懸濁液１１２０を得ることができる。懸濁液１１２０は、点眼器ピペットを使って分注することができ、蒸発は、室温で、または約６０℃および／または約１００℃などの室温よりも高い、または低い温度で生じさせることができる。
【００７９】
蛍光体は、当業者にもよく知られている。本明細書で使用されているように、蛍光体粒子１１２２は、セリウム添加イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）および／または他の従来の蛍光体とすることができ、従来の混合技術を使用して溶媒１１２４中に混合し、それにより、蛍光体粒子１１２２を含む懸濁液１１２０を形成することができる。いくつかの実施形態では、蛍光体は、発光面１５０ａから放出される少なくとも一部の光を変換し、半導体発光素子から現れる光が白色光として現れるように構成される。
【００８０】
図１２Ａは、本発明の他の実施形態の断面図である。図１２Ａに示されているように、実装基板１００が用意され、半導体発光素子１５０は、中のキャビティ１１０に実装される。ヒートシンクフィン１９０も、備えられる。溶媒１１２４中に懸濁されている蛍光体粒子１１２２を含む懸濁液１１２０は、キャビティ１１０内に置かれる。そこで、キャビティ１１０を使用して、懸濁液１１２０を封じ込め、それにより、懸濁液１１２０の量および幾何学的形状を制御することができる。
【００８１】
次に図１２Ｂを参照すると、蒸発が実行され、そこで、溶媒１１２４の少なくとも一部が蒸発して、蛍光体粒子１１２２が発光面１５０ａの少なくとも一部に析出し、蛍光体粒子１１２２を含む被覆１１３０が形成される。
【００８２】
図１３Ａおよび１３Ｂは、本発明の他の実施形態を例示している。図１３Ａに示されているように、これらの実施形態では、キャビティ１１０は、キャビティの底１１０ｂを含み、半導体発光素子１５０は、キャビティの底１１０ｂ上に実装される。さらに、半導体発光素子１５０は、キャビティの底１１０ｂから離れる方向に突き出る。いくつかの実施形態では、半導体発光素子１５０の発光面１５０ａは、キャビティの底１１０ｂから離れている面１５０ｂ、および面１５０ｂとキャビティの底１１０ｂとの間に広がる側壁１５０ｃを含む。図１３Ｂに示されているように、蒸発が実行され、そこで、溶媒１１２４の少なくとも一部が蒸発して、蛍光体粒子１１２２が発光面１５０ａの少なくとも一部に均一に析出し、それにより蛍光体粒子１１２２を含む均一な厚さの被覆１１３０が形成される。さらに図１３Ｂにも示されているように、いくつかの実施形態では、被覆は、面１５０ｂと側壁１５０ｃの上で均一な厚さにすることができる。いくつかの実施形態では、被覆１１３０は、発光素子１５０の外側の底１１０ｂ上に均一に広がりうる。他の実施形態では、被覆１１３０は、さらに、キャビティ１１０の側壁１１０ａ上に少なくとも部分的に広がりうる。
【００８３】
本発明の他の実施形態では、結合剤（binder）を懸濁液１１２０に添加し、蒸発後、蛍光体粒子１１２２および結合剤が発光面１５０ａの少なくとも一部に析出し、蛍光体粒子１１２２および結合剤を含む被覆をその上に形成する。いくつかの実施形態では、エチルセルロースおよび／またはニトロセルロースなどのセルロース材料を結合剤として使用することができる。さらに、他の実施形態では、結合剤の少なくとも一部は、溶媒とともに蒸発させることができる。
【００８４】
本発明の他の実施形態では、懸濁液１１２０は、溶媒１１２４中に懸濁された蛍光体粒子１１２２および光散乱粒子を含み、溶媒１１２４の少なくとも一部は、蒸発して、蛍光体粒子１１２２および光散乱粒子を発光素子１５０の少なくとも一部に析出させ、蛍光体粒子１１２２および光散乱粒子を含む被覆１１３０を形成する。いくつかの実施形態では、光散乱粒子は、ＳｉＯ2（ガラス）粒子を含むことができる。散乱粒子のサイズを選択することにより、青色光を効果的に散乱させ、いくつかの実施形態では放出源（白色の用途）をより均一（より具体的には、ランダム）にすることができる。
【００８５】
また、図１１Ａ〜１３Ｂの実施形態の組合せおよび部分的組合せも、本発明のさまざまな実施形態により、実現することができることは理解されるであろう。さらに、他の図のどれかまたはすべてと図１１Ａ〜１３Ｂの実施形態の組合せおよび部分的組合せも、本発明のさまざまな実施形態により、実現することができる。懸濁液から溶媒を蒸発させることにより半導体発光素子をコーティングする他の実施形態は、他の特許文献において説明されている（開示全体が本明細書内で全部述べられているかのように参照により本明細書に組み込まれている、本発明の譲受人に譲渡された、「Methods of Coating Semiconductor Light Emitting Elements by Evaporating Solvent From a Suspension」という表題の２００４年９月２１日に出願された特許文献４２を参照）。透明シリコンおよび蛍光体を含むパターン形成可能フィルムを半導体発光素子上にコーティングすることにより半導体発光素子をコーティングする他の実施形態は、他の特許文献において説明されている（開示全体が本明細書内で全部述べられているかのように参照により本明細書に組み込まれている、本発明の譲受人に譲渡された、「Semiconductor Light Emitting Devices Including Patternable Films Comprising Transparent Silicone and Phosphor, and Methods of Manufacturing Same」という表題の２００４年９月２３日に出願された特許文献４３を参照）。
【００８６】
本発明の他の実施形態は、第１の金属面上に光学素子を配置した軟質フィルムを備え、光学素子は、キャビティ上に広がる。いくつかの実施形態では、光学素子はレンズである。他の実施形態では、光学素子は、蛍光体被覆を含み、および／または中に分散された蛍光体を含むことができる。
【００８７】
図１４は、本発明のさまざまな実施形態による、半導体発光デバイスパッケージおよびその組立て方法の分解断面図である。図１４を参照すると、これらの半導体発光デバイスパッケージは、中にキャビティ１１０を含む第１の面１００ａ、および中に複数のヒートシンクフィン１９０を含む、第２の面１００ｂを持つ固体金属ブロック１００を備える。光学素子１４３０を中に含む軟質フィルム１４２０は、第１の面１００ａ上に備えられ、半導体発光素子１５０は、金属ブロック１００と軟質フィルム１１２０との間に備えられ、光学素子を通して光６６２を放出するように構成されている。取付け要素１４５０は、軟質フィルム１４２０および固体金属ブロック１００を互いに結合するために使用することができる。
【００８８】
さらに図１４を参照すると、軟質フィルム１４２０は、従来の室温加硫（ＲＴＶ）シリコンゴムなどの可撓性材料で作ることができるカバースリップ（cover slip）を備えることができる。他のシリコンベースおよび／または可撓性材料を使用することができる。可撓性材料で作ることにより、軟質フィルム１４２０は、動作中の膨張、収縮とともに固体金属ブロック１００の形に合わせて変化しうる。さらに、軟質フィルム１４２０は、トランスファー成形、射出成形、および／または当業者によく知られている他の従来技術などの単純な低コスト技術により作ることができる。
【００８９】
上述のように、軟質フィルム１４２０は、中に光学素子１４３０を含む。光学素子としては、レンズ、プリズム、蛍光体などの光放出増強および／または変換素子、光散乱素子、および／または他の光学素子が含まれる。１つまたは複数の光学素子１４３０は、さらに、以下で詳しく説明されるように実現できる。さらに、図１４に示されているように、いくつかの実施形態では、光結合ゲルおよび／または他の屈折率整合材料などの光結合媒体１４７０を、光学素子１４３０と半導体発光素子１５０との間に備えることができる。
【００９０】
さらに図１４を参照すると、取付け要素１４５０は、固体金属ブロック１００の周囲に、軟質フィルム１４２０の周囲に、および／またはその隅などの選択された部分に置くことができる接着剤として具現化することができる。他の実施形態では、固体金属ブロック１００は、軟質フィルム１４２０の周りにコイニング加工され、これにより、取付け要素１４５０を実現することができる。他の従来の取付け技術を使用することができる。
【００９１】
図１４は、本発明のさまざまな実施形態により半導体発光デバイスを組み立てるか、またはパッケージングする方法も例示している。図１４に示されているように、半導体発光素子１５０は、第２の面１００ｂ上にフィン１９０を備える固体金属ブロック１００の第１の面１００ａ内のキャビティ１１０に実装される。中に光学素子１４３０が備えられる軟質フィルム１４２０は、例えば、取付け要素１４５０を使用して第１の面１００ａに取り付けられ、動作したときに、半導体発光素子１５０は、光学素子１４３０を通して光６６２を放出する。いくつかの実施形態では、光結合媒体１４７０は、半導体発光素子１５０と光学素子１４３０との間に配置される。
【００９２】
図１５は、本発明の他の実施形態による、図１４のパッケージングされた半導体発光デバイスの断面図である。軟質フィルム１４２０は、キャビティ１１０を超えて面１００ａ上に広がる。光学素子１４３０は、キャビティ１１０上に被さり、半導体発光素子１５０は、キャビティ１１０内にあり、光学素子１４３０を通して光６６２を放出するように構成される。図１５では、光学素子１４３０は、凹レンズを含む。いくつかの実施形態では、光結合媒体１４７０は、光学素子１４３０と半導体発光素子１５０との間のキャビティ１１０内に備えられる。いくつかの実施形態では、光結合媒体１４７０は、キャビティ１１０を満たす。
【００９３】
図１６は、本発明の他の実施形態の断面図である。図１６に示されているように、２つの光学素子１４３０および１６３０が軟質フィルム１４２０内に含まれる。第１の光学素子１４３０は、レンズを含み、第２の光学素子１６３０は、プリズムを含む。半導体発光素子１５０からの光は、プリズム１６３０を通過し、レンズ１４３０を通過する。光結合媒体１４７０を、さらに、備えることができる。いくつかの実施形態では、光結合媒体１４７０は、キャビティ１１０を満たす。光結合媒体１４７０は、プリズム１６３０が陰影を減らせるようにプリズム１６３０からの屈折率の十分な差を持つことができる。図１６に示されているように、半導体発光素子１５０は、軟質フィルム１４２０に向かって伸びる電線（wire）１６５０を備え、プリズム１６３０は、半導体発光素子１５０から放出される光の電線１６５０による陰影を減らすように構成される。これにより均一性の高い光放出を実現することができ、しかも電線１６５０の陰影を減らすことができる。「電線（wire）」という用語は、本明細書では、半導体発光素子１５０の電気的接続を包含する一般的意味で使用されることは理解されるであろう。
【００９４】
図１７は、本発明の他の実施形態の断面図である。図１７に示されているように、蛍光体１７１０は、レンズ１４３０と半導体発光素子１５０との間の軟質フィルム１４２０上に備えられる。蛍光体１７１０は、セリウム添加イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）および／または他の従来の蛍光体を含むことができる。いくつかの実施形態では、蛍光体は、セリウム添加イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）を含む。他の実施形態では、ナノ蛍光体を使用することができる。蛍光体は、当業者にはよく知られており、本明細書でこれ以上説明を要しない。キャビティ１１０を満たしうる光結合媒体１４７０も備えることができる。
【００９５】
図１８は、本発明のさらに他の実施形態を例示する。これらの実施形態では、レンズ１４３０は、半導体発光素子１５０に隣接する凹形内面１４３０ａを持ち、蛍光体１７１０は、凹形内面１４３０ａ上に共形の蛍光体層（conformal phosphor layer）を含む。キャビティ１１０を満たしうる光結合媒体１４７０も備えることができる。
【００９６】
図１９は、他の実施形態の断面図である。図１９に示されているように、キャビティ１１０に被さる軟質フィルム１４２０の少なくとも一部１４２０ｄは、光を透過させる。さらに、キャビティ１１０を超えて面１００ａ上に広がる軟質フィルム１４２０の少なくとも一部１４２０ｃは、軟質フィルム１４２０の点々部分１４２０ｃにより示されているように、不透明で光を透過させない。不透明領域１４２０ｃは、光線の跳ね返りを低減するか、または防ぎ、それにより、より望ましい光パターンを潜在的に発生させうる。キャビティ１１０を満たしうる光結合媒体１４７０も備えることができる。
【００９７】
図２０は、本発明の他の実施形態の断面図であり、軟質フィルム１４２０は、複数の材料から作ることができる。図２０に示されているように、キャビティ１１０に被さる軟質フィルム１４２０の少なくとも一部１４２０ｄは、第１の材料を含み、キャビティ１１０を超えて面１００ａ上に広がる軟質フィルム１４２０の少なくとも一部１４２０ｃは、第２の材料を含む。いくつかの実施形態では、２つまたはそれ以上の材料を軟質フィルム１４２０で使用することができ、これにより、放出される光が通る、また通らない軟質フィルム１４２０の部分について異なる特性をもたらすことができる。他の実施形態では、他の目的のために複数の材料を使用することができる。例えば、軟質でない、および／または軟質のプラスチックレンズを軟質フィルムに取り付けることができる。複数の材料を使用するこのような軟質フィルム１４２０は、例えば、従来の複数の成形技術を使用して作ることができる。いくつかの実施形態では、成形される第１の材料は、その後成形される第２の材料に取り付ける十分な結合をもたらすように、完全には硬化させない場合がある。他の実施形態では、光学素子と軟質フィルムに対し同じ材料を使用することができ、その場合、光学素子がまず形成され、次いで軟質フィルムが、光学素子の周りに形成される。キャビティ１１０を満たしうる光結合媒体１４７０も備えることができる。
【００９８】
図２１は、本発明の他の実施形態の断面図である。これらの実施形態では、半導体発光素子１５０は、キャビティ１１０内の軟質フィルム１４２０に向かって伸び、軟質フィルム１４２０に接触する、電線１６５０を備える。軟質フィルム１４２０は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）および／または他の従来の透明導体を含むことができる透明導体２１１０を含む。透明導体２１１０は、キャビティ１１０内に広がり、電線に電気的に接続する。電線１６５０による陰影をこれで低減させることができる。さらに、金属ブロック１００への電線結合、および結果として生じうる光歪みを低減するか、またはなくすことができる。キャビティ１１０を満たしうる光結合媒体１４７０も備えることができる。
【００９９】
図２２は、本発明の他の実施形態の断面図である。図２２に示されているように、光学素子１４３０は、キャビティ１１０に被さり、キャビティ１１０から外へ突き出るレンズを含む。軟質フィルム１４２０は、さらに、レンズ１４３０とキャビティ１１０に向かって突き出る発光素子１５０との間の突き出し要素２２３０を含む。図２２に示されているように、共形の蛍光体層１７１０は、突き出し要素２２３０上に設けられる。突き出し要素２２３０をレンズ１４３０の背面に備えることにより、デバイス内の光結合媒体１４７０を追い出すことができる。そのため、図２２の配置により、発光素子１５０から所望の距離のところの蛍光体被覆の均一さを高め、発光をより均一にすることができる。光結合媒体１４７０は、キャビティ１１０を満たすことができる。
【０１００】
図２３および２４は、本発明のさまざまな実施形態による複数の半導体発光デバイスおよび／または複数の光学素子を含むパッケージを例示している。例えば、図２３に示されているように、光学素子１４３０は、第１の光学素子であり、半導体発光素子１５０は、第１の半導体発光素子である。軟質フィルム１４２０は、さらに、第１の光学素子１４３０から相隔てられている第２の光学素子１４３０’を中に備え、デバイスは、さらに、基板１００と軟質フィルム１４２０との間に第２の半導体発光素子１５０’を備え、第２の光学素子１４３０’を通して光を放出するように構成されている。さらに、第３の光学素子１４３０”および第３の半導体発光素子１５０”も、備えることができる。光学素子１４３０、１４３０’、および１４３０”は、互いに同じ、および／または異なっていてもよく、半導体発光素子１５０、１５０’、および１５０”は、互いに同じ、および／または異なっていてもよい。さらに、図２３の実施形態では、キャビティ１１０は、第１のキャビティであり、第２および第３のキャビティ１１０’、１１０”はそれぞれ、第２および第３の半導体発光素子１５０’、１５０”用に用意される。キャビティ１１０、１１０’、および１１０”は、同じであってもよく、および／または互いに異なる構成を持つこともできる。さらに、１つまたは複数のキャビティを満たしうる光結合媒体１４７０も備えることができる。他の実施形態では、半導体発光素子および／またはキャビティの数を加減できることは理解されるであろう。
【０１０１】
図２３にも示されているように、蛍光体１７１０は、第１の蛍光体層とすることができ、第２および／または第３の蛍光体層１７１０’および１７１０”は、それぞれ、第２の光学素子１４３０’と第２の半導体発光素子１５０’との間に、また第３の光学素子１４３０”と第３の半導体発光素子１５０”との間の軟質フィルム１４２０上に施すことができる。蛍光体層１７１０、１７１０’、および１７１０”は、同じであってもよく、異なっていてもよく、および／またはなくすこともできる。特に、本発明のいくつかの実施形態では、第１の蛍光体層１７１０および第１の半導体発光素子１５０は、赤色光を発生するように構成され、第２の蛍光体層１７１０’および第２の半導体発光素子１５０’は、青色光を発生するよう構成され、第３の蛍光体層１７１０”および第３の半導体発光素子１５０”は、緑色光を発生するように構成される。いくつかの実施形態では、白色光を放出することができる赤色、緑色、青色（ＲＧＢ）発光素子を備えることができる。
【０１０２】
図２４は、本発明の他の実施形態の断面図である。これらの実施形態では、第１、第２、および第３の半導体発光素子１５０、１５０’、１５０”用に単一キャビティ２４００が用意される。キャビティ２４００を満たしうる光結合媒体１４７０も備えることができる。他の実施形態では、半導体発光素子および／またはキャビティの数を加減できることは理解されるであろう。
【０１０３】
図２５は、本発明のさらに他の実施形態の断面図である。図２５では、光学素子２５３０は、蛍光体が中に分散されているレンズを含む。中に分散されている蛍光体を含むレンズの多くの実施形態は、上述されており、繰り返す必要はない。本発明のさらに他の実施形態では、図２５に示されているように光散乱素子をレンズ内に埋め込み、および／または蛍光体に加えて、またはそれの代わりに、例えば、図２２に示されているように、別の層として備えることができる。
【０１０４】
図２６は、本発明の他の実施形態による半導体発光デバイスパッケージの斜視図である。
【０１０５】
当業者であれば、本発明のさまざまな実施形態は、図１４〜２６に関して個別に説明されていることを理解するであろう。しかし、図１４〜２６の実施形態の組合せおよび部分的組合せは、本発明のさまざまな実施形態に従って実現することができ、また、本明細書で説明されている他の図のいずれかによる実施形態と組み合わせることもできる。
【０１０６】
図２７は、本発明の他の実施形態による半導体発光デバイスパッケージの断面図である。図２７に示されているように、固体金属ブロック１００は、その第１の金属面１００ａ内に複数のキャビティ１１０を備え、その第２の金属面１００ｂ内に複数のヒートシンクフィン１９０を備える。第１の金属面１００ａに、絶縁層１２０が施される。導電層１３０は、絶縁層の上に施され、キャビティ１１０内の反射被覆２７３０ａおよび、キャビティ内に実装される少なくとも１つの半導体発光素子１５０に接続するように構成されているキャビティ１１０内の第１の配線２７３０ｂおよび第２の配線２７３０ｃを備えるようにパターン形成される。図２７に示されているように、配線は、半導体発光素子間の直列接続を行うことができる。しかし、並列および／または直列／並列もしくは逆並列接続も実現できる。他の実施形態では、半導体発光素子および／またはキャビティの数を加減できることは理解されるであろう。
【０１０７】
さらに図２７を参照すると、中にレンズなどの光学素子１４３０を含む軟質フィルム１４２０は、第１の金属面１００ａ上に施され、それぞれの光学素子１４３０は、それぞれのキャビティ１１０上に広がる。軟質フィルム１４２０および光学素子１４３０のさまざまな実施形態は、上で広く述べたように実現することができる。さらに、蛍光体は、上で広く述べたように一体化することができる。他の実施形態では、個別レンズ１７０を、光学素子１４３０を含む軟質フィルム１４２０の代わりに、備えることもできる。いくつかの実施形態では、導線１３０は、固体金属ブロック１１０上の、発光素子ドライバ集積回路などの集積回路２７１０に接続される。いくつかの実施形態では、図２７の半導体発光パッケージは、従来の電球のプラグイン代替えとなるように構成することができる。
【０１０８】
図２８は、図２７によるいくつかの実施形態の斜視図である。図２８に示されているように、導電層１３０により接続されるキャビティ１１０のアレイは、固体金属ブロック１００の第１の面１００ａ上に施すことができる。図２８では、軟質フィルム１４２０上の、均一な間隔の１０％１０アレイのキャビティおよび対応する１０％１０アレイの光学素子１４３０が示されている。しかし、アレイのサイズは加減することができ、またアレイの形状も、円形とするか、ランダムな間隔で並べられるか、および／または他の形状とすることができる。さらに、キャビティ１１０および光学素子１４３０のアレイの一部または全部において不均一な間隔を設定することもできる。より具体的には、均一な間隔とすることで、光出力は均一になるが、不均一な間隔は、固体金属ブロック１００のさまざまな部分にわたるヒートシンクフィン１９０の熱散逸能力の変動を補正するように設定することができる。
【０１０９】
図２７および２８の実施形態は、本明細書で説明されている他の実施形態のどれかとのさまざまな組合せおよび部分的組合せで、組み合わせることができることも理解されるであろう。
【０１１０】
図２９は、本発明の他の実施形態の側断面図である。これらの実施形態では、第１の金属面１００ａは、さらに、複数の台２９００を中に備え、複数のキャビティ１１０のうちのそれぞれ１つは、複数の台２９００のそれぞれの１つの中にある。絶縁層１２０および導電層１３０は、分かりやすくするために図２９には例示されていない。他の実施形態では、複数のキャビティ１１０は、さらに、所定の台２９００内に設けることができる。図２９の実施形態では、軟質フィルム１４２０’は、レンズなどの複数の光学素子１４３０’を含み、それぞれの光学素子は、それぞれの台２９００およびそれぞれのキャビティ１１０上に広がる。他の実施形態では、半導体発光素子および／またはキャビティの数を加減できることは理解されるであろう。
【０１１１】
本発明のいくつかの実施形態による、台２９００を備えることにより、発光素子１５０は、光学素子１４３０’の半径方向中心（radial center）に近い位置に置くことができる。また、図２９の実施形態は、レンズなどの個別の光学素子を備えることができ、それぞれの光学素子はそれぞれの台２９００およびキャビティ１１０上に広がり、図２９の実施形態は、上述の他の実施形態の組合せまたは部分的組合せと組み合わせることができることも理解されるであろう。
【０１１２】
図３０は、本発明のさまざまな実施形態による、半導体発光デバイスをパッケージングするために実行することができる工程の流れ図である。図３０の方法は、１つまたは複数の半導体発光素子をパッケージングするために使用することができ、上述の図のどれかで説明された構造を実現する。
【０１１３】
図３０のブロック３０１０に示されているように、キャビティおよびヒートシンクフィンを含む固体金属ブロックは、上で広く説明されているように作成される。上で広く説明されているように、ブロック３０２０で、固体金属ブロックの少なくとも一部、例えば第１の金属面上に絶縁層が形成される。ブロック３０３０では、導電層が、絶縁層上に形成される。導電層は、上で広く説明されたように、キャビティ内の反射被覆、およびキャビティ内に広がる第１の面上の第１および第２の配線を形成するようにパターン形成することができる。ブロック３０４０では、少なくとも１つの半導体発光素子が、それぞれのキャビティ内に実装され、上で広く説明されているように、それぞれのキャビティ内の第１および第２の配線に電気的に接続される。ブロック３０５０では、上述のように、光結合媒体を加えることができる。ブロック３０６０では、上で広説明されているように、レンズ、光学素子、および／または軟質フィルムが第１の面に置かれる。他の実施形態では、スルーホール、反射体層、および／または上に広く説明された他の構造も、備えることができる。
【０１１４】
また、いくつかの他の実装では、図３０のブロックで示されている機能／動作は、流れ図内に記載されている順序と異なる順序で行われることがあることにも留意されたい。例えば、連続して示されている２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行することができるか、またはこれらのブロックは、ときには、関わる機能／動作に応じて、逆の順序で実行することができる。
【０１１５】
本発明のさまざまな実施形態に関する補足的説明を提供する。本発明のいくつかの実施形態では、固体金属ブロック上に三次元の上側および後側トポロジを与え、それにより、一体の反射体キャビティ（integral reflector cavity）および一体のヒートシンクをすべてワンピースで形成することができる。一体の光学的キャビティを使用することで、配置および製造がしやすくなる。一体のヒートシンクは、熱効率を高められる。三次元上側トポロジを採用してＬＥＤ用の反射体を形成すると、本発明のいくつかの実施形態により、ＬＥＤの個別パッケージング、パッケージのヒートシンクへの実装、所望の駆動電子回路の付加を不要にすることができる。そのため、「チップオン一体反射体ヒートシンク（chip on integral reflector heat sink）」を単一コンポーネントとして実現することができる。これにより、高い光学効率および高い熱効率を付与することができる。駆動回路を付加することにより、ソース電圧および最終的な発光体ハウジングだけを必要とする機能的発光体の完全な解決が得られる。
【０１１６】
任意の形状または密度のデバイスを備えることができる。例えば、高いルーメン強度（lumen intensity）（ルーメン／平方ミリメートル）を持たせたり、キャビティレイアウトを分配することにより熱効率を高め、または最適化したりしたい場合がある。高密度の実施形態は、本件特許出願人のＸＢ９００という名称で販売されているような４つの高出力ＬＥＤを備え、２％２アレイを実現することができ、一方、分散熱アプローチでは、本件特許出願人のＸＢ２９０という名称で販売されているような１００個の低出力ＬＥＤを備え、１０％１０アレイを実現し、同じルーメン出力を得ることができる。ＸＢ９００およびＸＢ２９０デバイスは、製品カタログで説明されている（非特許文献４を参照）。ＸＴ２９０、ＸＴ２３０などのこの製品カタログで説明されている他のデバイス、および／または他のメーカーの他のデバイスも使用することができる。
【０１１７】
上述のように、光学的キャビティは、凹んでいてもよいし、また台の中の光学的キャビティとして実現することもできる。導電層は、ダイ接着パッドおよびワイヤボンドパッドを備えることができる。赤色、緑色、または青色ＬＥＤ用に別々の配線を用意することができるか、またはすべてのＬＥＤを直列または並列に接続することができる。
【０１１８】
本発明のいくつかの実施形態では、標準のＭＲ１６または他の照明器具を置き換えられる構成を実現することができる。いくつかの実施形態では、６．４ワットの入力で、約２．４ワットの光出力および４ワットの放熱が得られる。
【０１１９】
図面および明細書では、本発明のいくつかの実施形態が開示されており、また特定の用語が使用されているが、それらは、汎用的な、記述的な意味に限り、また制限することを目的とせず、請求項で規定されている本発明の範囲内で使用される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光デバイス用の実装基板であって、
第１および第２の対向する金属面を有する固体金属ブロックを備え、
前記第１の金属面は、中に１つのキャビティを有し、前記キャビティは、少なくとも１つの半導体発光素子を中に実装するように、また前記キャビティから離れる方向に中に実装されている少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射するように構成され、
前記第２の金属面は、中に複数のヒートシンクフィンを備えることを特徴とする実装基板。
【請求項２】
前記キャビティ内に反射被覆をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の実装基板。
【請求項３】
前記キャビティ内に実装される少なくとも１つの半導体発光素子に接続するように構成された、前記キャビティ内の第１および第２の配線をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の実装基板。
【請求項４】
前記第１の金属面上の絶縁層と、
前記キャビティ内の反射被覆、ならびに、前記キャビティ内に実装される少なくとも１つの半導体発光素子に接続するように構成されている前記キャビティ内の第１の配線および第２の配線を備えるようにパターン形成される前記絶縁層の上の導電層と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の実装基板。
【請求項５】
前記固体金属ブロックは、固体アルミニウムブロックを含み、前記絶縁層は、酸化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項４に記載の実装基板。
【請求項６】
前記固体金属ブロックは、固体スチールブロックを含み、前記絶縁層は、セラミックを含むことを特徴とする請求項４に記載の実装基板。
【請求項７】
前記第１の金属面は、中に台をさらに備え、前記キャビティは、前記台の中にあることを特徴とする請求項１に記載の実装基板。
【請求項８】
前記固体金属ブロックは、前記第１の面から前記第２の面へ伸びるスルーホールを中に備え、前記スルーホールは、前記第１または第２の配線に電気的に接続されている導電性ビアを中に備えることを特徴とする請求項３に記載の実装基板。
【請求項９】
前記キャビティ内に実装された少なくとも１つの半導体発光素子と組み合わせることを特徴とする請求項１に記載の実装基板。
【請求項１０】
前記キャビティ上に広がるレンズとさらに組み合わせることを特徴とする請求項９に記載の実装基板。
【請求項１１】
前記台の前記キャビティ内に実装された少なくとも１つの半導体発光素子と組み合わせることを特徴とする請求項７に記載の実装基板。
【請求項１２】
前記台および前記キャビティ上に広がったレンズとさらに組み合わせることを特徴とする請求項１１に記載の実装基板。
【請求項１３】
前記第１の金属面上に光学素子を配置した軟質フィルムとさらに組み合わせ、前記光学素子は、前記キャビティ上に広がることを特徴とする請求項９に記載の実装基板。
【請求項１４】
前記第１の金属面上に光学素子を配置した軟質フィルムとさらに組み合わせ、前記光学素子は、前記台および前記キャビティ上に広がることを特徴とする請求項１１に記載の実装基板。
【請求項１５】
前記光学素子は、レンズを含むことを特徴とする請求項１３に記載の実装基板。
【請求項１６】
前記光学素子は、レンズを含むことを特徴とする請求項１４に記載の実装基板。
【請求項１７】
前記レンズ上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項１０に記載の実装基板。
【請求項１８】
前記レンズ上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項１２に記載の実装基板。
【請求項１９】
前記光学素子上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項１３に記載の実装基板。
【請求項２０】
前記光学素子上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項１４に記載の実装基板。
【請求項２１】
前記レンズは、中に分散された蛍光体を含むことを特徴とする請求項１０に記載の実装基板。
【請求項２２】
前記レンズは、中に分散された蛍光体を含むことを特徴とする請求項１２に記載の実装基板。
【請求項２３】
前記光学素子は、中に分散された蛍光体を含むことを特徴とする請求項１３に記載の実装基板。
【請求項２４】
前記光学素子は、中に分散された蛍光体を含むことを特徴とする請求項１４に記載の実装基板。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの半導体発光素子上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項９に記載の実装基板。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの半導体発光素子上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項１１に記載の実装基板。
【請求項２７】
前記第１および第２の配線に電気的に接続される前記固体金属ブロック上の集積回路をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の実装基板。
【請求項２８】
前記第１および第２の配線に電気的に接続される前記固体金属ブロック上の半導体発光デバイスドライバ集積回路をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の実装基板。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの半導体発光素子は、少なくとも１つの発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項９に記載の実装基板。
【請求項３０】
少なくとも部分的に前記発光素子を囲む前記キャビティ内の光結合媒体と組み合わせることを特徴とする請求項９に記載の実装基板。
【請求項３１】
半導体発光デバイス用の実装基板であって、
第１および第２の対向する金属面を有する固体金属ブロックを備え、
前記第１の金属面は、中に複数のキャビティを有し、それぞれの前記キャビティは、少なくとも１つの半導体発光素子を中に実装するように、また前記それぞれのキャビティから離れる方向に中に実装されている前記少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射するように構成され、
前記第２の金属面は、中に複数のヒートシンクフィンを備えることを特徴とする実装基板。
【請求項３２】
前記複数のキャビティ内に反射被覆をさらに備えることを特徴とする請求項３１に記載の実装基板。
【請求項３３】
前記複数のキャビティ内に広がり、前記それぞれのキャビティ内に実装される少なくとも１つの半導体発光素子に接続するように構成された前記第１の面上の第１および第２の配線をさらに備えることを特徴とする請求項３１に記載の実装基板。
【請求項３４】
前記第１の金属面上の絶縁層と、
前記複数のキャビティ内の反射被覆および、前記複数のキャビティ内に広がり、前記キャビティ内に実装される少なくとも１つの半導体発光素子に接続するように構成されている前記第１の面上の第１および第２の配線を備えるようにパターン形成される前記絶縁層の上の導電層と
をさらに含むことを特徴とする請求項３１に記載の実装基板。
【請求項３５】
前記固体金属ブロックは、固体アルミニウムブロックを含み、前記絶縁層は、酸化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項３４に記載の実装基板。
【請求項３６】
前記固体金属ブロックは、固体スチールブロックを含み、前記絶縁層は、セラミックを含むことを特徴とする請求項３４に記載の実装基板。
【請求項３７】
前記第１の金属面は、複数の台を中にさらに備え、前記複数のキャビティのうちのそれぞれ１つは、前記複数の台のそれぞれの１つの中にあることを特徴とする請求項３１に記載の実装基板。
【請求項３８】
前記固体金属ブロックは、前記第１の面から前記第２の面へ伸びるスルーホールを中に備え、前記スルーホールは、前記第１または第２の配線に電気的に接続されている導電性ビアを中に備えることを特徴とする請求項３３に記載の実装基板。
【請求項３９】
前記それぞれのキャビティ内に実装された少なくとも１つの半導体発光素子と組み合わせることを特徴とする請求項３１に記載の実装基板。
【請求項４０】
複数のレンズとさらに組み合わせ、前記それぞれのレンズは、前記複数のキャビティのうちのそれぞれ１つのキャビティ上に広がることを特徴とする請求項３９に記載の実装基板。
【請求項４１】
それぞれの台のそれぞれのキャビティ内に実装された少なくとも１つの半導体発光素子と組み合わせることを特徴とする請求項３７に記載の実装基板。
【請求項４２】
複数のレンズとさらに組み合わせ、前記それぞれのレンズは、前記複数の台のうちのそれぞれの台および前記複数のキャビティのうちのそれぞれのキャビティ上に広がることを特徴とする請求項４１に記載の実装基板。
【請求項４３】
前記第１の金属面上に複数の光学素子を配置した軟質フィルムとさらに組み合わせ、前記それぞれの光学素子は、それぞれのキャビティ上に広がることを特徴とする請求項３９に記載の実装基板。
【請求項４４】
前記第１の金属面上に複数の光学素子を配置した軟質フィルムとさらに組み合わせ、前記それぞれの光学素子は、それぞれの台およびそれぞれのキャビティ上に広がることを特徴とする請求項４１に記載の実装基板。
【請求項４５】
前記光学素子は、レンズを含むことを特徴とする請求項４３に記載の実装基板。
【請求項４６】
前記光学素子は、レンズを含むことを特徴とする請求項４４に記載の実装基板。
【請求項４７】
前記レンズ上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項４０に記載の実装基板。
【請求項４８】
前記レンズ上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項４２に記載の実装基板。
【請求項４９】
前記光学素子上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項４３に記載の実装基板。
【請求項５０】
前記光学素子上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項４４に記載の実装基板。
【請求項５１】
前記レンズは、中に分散された蛍光体を含むことを特徴とする請求項４０に記載の実装基板。
【請求項５２】
前記レンズは、中に分散された蛍光体を含むことを特徴とする請求項４２に記載の実装基板。
【請求項５３】
前記光学素子は、中に分散された蛍光体を含むことを特徴とする請求項４３に記載の実装基板。
【請求項５４】
前記光学素子は、中に分散された蛍光体を含むことを特徴とする請求項４４に記載の実装基板。
【請求項５５】
前記半導体発光素子上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項３９に記載の実装基板。
【請求項５６】
前記半導体発光素子上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項４１に記載の実装基板。
【請求項５７】
前記第１および第２の配線に電気的に接続される前記固体金属ブロック上の集積回路をさらに備えることを特徴とする請求項３３に記載の実装基板。
【請求項５８】
前記第１および第２の配線に電気的に接続される前記固体金属ブロック上の半導体発光デバイスドライバ集積回路をさらに備えることを特徴とする請求項３３に記載の実装基板。
【請求項５９】
前記半導体発光素子は、複数の発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項３９に記載の実装基板。
【請求項６０】
少なくとも部分的に前記発光素子を囲む前記キャビティ内の光結合媒体と組み合わせることを特徴とする請求項３９に記載の実装基板。
【請求項６１】
前記複数のキャビティは、前記第１の面において互いに均一な、および／または不均一な間隔で並べられることを特徴とする請求項３１に記載の実装基板。
【請求項６２】
半導体発光デバイスパッケージング方法であって、
第１および第２の対向する金属面を備え、前記第１の金属面は中に複数のキャビティを有し、それぞれのキャビティは、少なくとも１つの半導体発光素子を中に実装するように、また前記それぞれのキャビティから離れる方向に中に実装されている前記少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射するように構成され、前記第２の金属面は中に複数のヒートシンクフィンを備える固体金属ブロックを加工することと、
前記第１の金属面上に絶縁層を形成することと、
前記複数のキャビティ内の反射被覆および、前記複数のキャビティ内に広がり、前記キャビティ内に実装される複数の半導体発光素子に接続するように構成されている前記第１の面上の第１および第２の配線を備えるようにパターン形成される前記絶縁層の上に導電層を形成することと、
少なくとも１つの半導体発光素子をそれぞれのキャビティ内に実装し、前記それぞれのキャビティ内の前記第１および第２の配線に電気的に接続されることと
を含むことを特徴とする半導体発光デバイスパッケージング方法。
【請求項６３】
前記実装の前に、前記複数のキャビティ内に反射被覆を加工することを含むことを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記第１の金属面は、複数の台を中にさらに備え、前記複数のキャビティのうちのそれぞれ１つは、前記複数の台のそれぞれの１つの中にあることを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項６５】
前記固体金属ブロックは、前記第１の面から前記第２の面に抜けるスルーホールを中に備え、
前記第１または第２の配線に電気的に接続されている前記スルーホール内に導電ビアを形成すること
をさらに含むことを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項６６】
前記実装の後に、前記複数のキャビティのうちのそれぞれのキャビティにそれぞれのレンズを配置することを含むことを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項６７】
前記実装の後に、前記複数の台のうちのそれぞれの台および前記複数のキャビティのうちのそれぞれのキャビティにそれぞれのレンズを配置することを含むことを特徴とする請求項６４に記載の方法。
【請求項６８】
前記実装の後に、前記第１の金属面上に複数の光学素子を含む軟質フィルムを配置することを含み、前記それぞれの光学素子は、前記それぞれのキャビティ上に広がることを含むことを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項６９】
前記実装の後に、前記第１の金属面上に複数の光学素子を含む軟質フィルムを配置することを含み、前記それぞれの光学素子は、前記それぞれの台および前記それぞれのキャビティ上に広がることを含むことを特徴とする請求項６４に記載の方法。
【請求項７０】
前記レンズを蛍光体でコーティングすることをさらに含むことを特徴とする請求項６６に記載の方法。
【請求項７１】
前記レンズを蛍光体でコーティングすることをさらに含むことを特徴とする請求項６７に記載の方法。
【請求項７２】
前記光学素子を蛍光体でコーティングすることをさらに含むことを特徴とする請求項６８に記載の方法。
【請求項７３】
前記光学素子を蛍光体でコーティングすることをさらに含むことを特徴とする請求項６９に記載の方法。
【請求項７４】
前記半導体発光素子を蛍光体でコーティングすることをさらに含むことを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項７５】
集積回路を前記第１および第２の配線に電気的に接続することをさらに含むことを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項７６】
半導体発光デバイスドライバ集積回路を前記第１および第２の配線に電気的に接続することをさらに含むことを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項７７】
光結合媒体を、少なくとも部分的に前記発光素子を囲むキャビティ内に配置することをさらに含むことを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項７８】
半導体発光デバイスパッケージであって、
第１および第２の対向する金属面を備え、前記第１の金属面は中に複数のキャビティを有し、それぞれのキャビティは、少なくとも１つの半導体発光素子を中に実装するように、また前記それぞれのキャビティから離れる方向に中に実装されている前記少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射するように構成され、前記第２の金属面は中に複数のヒートシンクフィンを備える固体金属ブロックと、
前記第１の金属面上の絶縁層と、
前記それぞれのキャビティ内の少なくとも１つの半導体発光素子と、
前記複数のキャビティ内の反射被覆および、前記複数のキャビティ内に広がり、前記それぞれのキャビティ内に実装される前記少なくとも１つの半導体発光素子に電気的に接続する前記第１の面上の第１および第２の配線を備えるようにパターン形成される前記絶縁層の上の導電層と
を含むことを特徴とする半導体発光デバイスパッケージ。
【請求項７９】
前記複数のキャビティ内に反射被覆をさらに備えることを特徴とする請求項７８に記載
のパッケージ。
【請求項８０】
前記第１の金属面は、複数の台を中にさらに備え、前記複数のキャビティのうちのそれぞれ１つは、前記複数の台のそれぞれの１つの中にあることを特徴とする請求項７８に記載のパッケージ。
【請求項８１】
前記固体金属ブロックは、前記第１の面から前記第２の面に抜けるスルーホールを中に備え、
前記第１または第２の配線に電気的に接続されている前記スルーホール内に導電ビアをさらに備えることを特徴とする請求項７８に記載のパッケージ。
【請求項８２】
複数のレンズをさらに備え、前記それぞれのレンズは前記複数のキャビティのうちのそれぞれのキャビティ上に広がることを特徴とする請求項７８に記載のパッケージ。
【請求項８３】
複数のレンズをさらに備え、前記それぞれのレンズは前記複数の台のうちのそれぞれの台および前記複数のキャビティのうちのそれぞれのキャビティ上に広がることを特徴とする請求項８０に記載のパッケージ。
【請求項８４】
前記第１の金属面上に複数の光学素子を備える軟質フィルムをさらに備え、前記それぞれの光学素子は、それぞれのキャビティ上に広がることを特徴とする請求項７８に記載のパッケージ。
【請求項８５】
前記第１の金属面上に複数の光学素子を備える軟質フィルムをさらに備え、前記それぞれの光学素子は、それぞれの台およびそれぞれのキャビティ上に広がることを特徴とする請求項８０に記載のパッケージ。
【請求項８６】
前記第１および第２の配線に電気的に接続される前記固体金属ブロック上に集積回路をさらに備えることを特徴とする請求項７８に記載のパッケージ。
【請求項８７】
前記第１および第２の配線に電気的に接続される前記固体金属ブロック上に半導体発光デバイスドライバ集積回路をさらに備えることを特徴とする請求項７８に記載のパッケージ。
【請求項８８】
少なくとも部分的に前記発光素子を囲む前記キャビティ内に光結合媒体をさらに備えることを特徴とする請求項７８に記載のパッケージ。
【請求項１】
半導体発光デバイス用の実装基板であって、
第１および第２の対向する金属面を有する固体金属ブロックを備え、
前記第１の金属面は、中に１つのキャビティを有し、前記キャビティは、少なくとも１つの半導体発光素子を中に実装するように、また前記キャビティから離れる方向に中に実装されている少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射するように構成され、
前記第２の金属面は、中に複数のヒートシンクフィンを備えることを特徴とする実装基板。
【請求項２】
前記キャビティ内に反射被覆をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の実装基板。
【請求項３】
前記キャビティ内に実装される少なくとも１つの半導体発光素子に接続するように構成された、前記キャビティ内の第１および第２の配線をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の実装基板。
【請求項４】
前記第１の金属面上の絶縁層と、
前記キャビティ内の反射被覆、ならびに、前記キャビティ内に実装される少なくとも１つの半導体発光素子に接続するように構成されている前記キャビティ内の第１の配線および第２の配線を備えるようにパターン形成される前記絶縁層の上の導電層と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の実装基板。
【請求項５】
前記固体金属ブロックは、固体アルミニウムブロックを含み、前記絶縁層は、酸化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項４に記載の実装基板。
【請求項６】
前記固体金属ブロックは、固体スチールブロックを含み、前記絶縁層は、セラミックを含むことを特徴とする請求項４に記載の実装基板。
【請求項７】
前記第１の金属面は、中に台をさらに備え、前記キャビティは、前記台の中にあることを特徴とする請求項１に記載の実装基板。
【請求項８】
前記固体金属ブロックは、前記第１の面から前記第２の面へ伸びるスルーホールを中に備え、前記スルーホールは、前記第１または第２の配線に電気的に接続されている導電性ビアを中に備えることを特徴とする請求項３に記載の実装基板。
【請求項９】
前記キャビティ内に実装された少なくとも１つの半導体発光素子と組み合わせることを特徴とする請求項１に記載の実装基板。
【請求項１０】
前記キャビティ上に広がるレンズとさらに組み合わせることを特徴とする請求項９に記載の実装基板。
【請求項１１】
前記台の前記キャビティ内に実装された少なくとも１つの半導体発光素子と組み合わせることを特徴とする請求項７に記載の実装基板。
【請求項１２】
前記台および前記キャビティ上に広がったレンズとさらに組み合わせることを特徴とする請求項１１に記載の実装基板。
【請求項１３】
前記第１の金属面上に光学素子を配置した軟質フィルムとさらに組み合わせ、前記光学素子は、前記キャビティ上に広がることを特徴とする請求項９に記載の実装基板。
【請求項１４】
前記第１の金属面上に光学素子を配置した軟質フィルムとさらに組み合わせ、前記光学素子は、前記台および前記キャビティ上に広がることを特徴とする請求項１１に記載の実装基板。
【請求項１５】
前記光学素子は、レンズを含むことを特徴とする請求項１３に記載の実装基板。
【請求項１６】
前記光学素子は、レンズを含むことを特徴とする請求項１４に記載の実装基板。
【請求項１７】
前記レンズ上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項１０に記載の実装基板。
【請求項１８】
前記レンズ上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項１２に記載の実装基板。
【請求項１９】
前記光学素子上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項１３に記載の実装基板。
【請求項２０】
前記光学素子上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項１４に記載の実装基板。
【請求項２１】
前記レンズは、中に分散された蛍光体を含むことを特徴とする請求項１０に記載の実装基板。
【請求項２２】
前記レンズは、中に分散された蛍光体を含むことを特徴とする請求項１２に記載の実装基板。
【請求項２３】
前記光学素子は、中に分散された蛍光体を含むことを特徴とする請求項１３に記載の実装基板。
【請求項２４】
前記光学素子は、中に分散された蛍光体を含むことを特徴とする請求項１４に記載の実装基板。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの半導体発光素子上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項９に記載の実装基板。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの半導体発光素子上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項１１に記載の実装基板。
【請求項２７】
前記第１および第２の配線に電気的に接続される前記固体金属ブロック上の集積回路をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の実装基板。
【請求項２８】
前記第１および第２の配線に電気的に接続される前記固体金属ブロック上の半導体発光デバイスドライバ集積回路をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の実装基板。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの半導体発光素子は、少なくとも１つの発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項９に記載の実装基板。
【請求項３０】
少なくとも部分的に前記発光素子を囲む前記キャビティ内の光結合媒体と組み合わせることを特徴とする請求項９に記載の実装基板。
【請求項３１】
半導体発光デバイス用の実装基板であって、
第１および第２の対向する金属面を有する固体金属ブロックを備え、
前記第１の金属面は、中に複数のキャビティを有し、それぞれの前記キャビティは、少なくとも１つの半導体発光素子を中に実装するように、また前記それぞれのキャビティから離れる方向に中に実装されている前記少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射するように構成され、
前記第２の金属面は、中に複数のヒートシンクフィンを備えることを特徴とする実装基板。
【請求項３２】
前記複数のキャビティ内に反射被覆をさらに備えることを特徴とする請求項３１に記載の実装基板。
【請求項３３】
前記複数のキャビティ内に広がり、前記それぞれのキャビティ内に実装される少なくとも１つの半導体発光素子に接続するように構成された前記第１の面上の第１および第２の配線をさらに備えることを特徴とする請求項３１に記載の実装基板。
【請求項３４】
前記第１の金属面上の絶縁層と、
前記複数のキャビティ内の反射被覆および、前記複数のキャビティ内に広がり、前記キャビティ内に実装される少なくとも１つの半導体発光素子に接続するように構成されている前記第１の面上の第１および第２の配線を備えるようにパターン形成される前記絶縁層の上の導電層と
をさらに含むことを特徴とする請求項３１に記載の実装基板。
【請求項３５】
前記固体金属ブロックは、固体アルミニウムブロックを含み、前記絶縁層は、酸化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項３４に記載の実装基板。
【請求項３６】
前記固体金属ブロックは、固体スチールブロックを含み、前記絶縁層は、セラミックを含むことを特徴とする請求項３４に記載の実装基板。
【請求項３７】
前記第１の金属面は、複数の台を中にさらに備え、前記複数のキャビティのうちのそれぞれ１つは、前記複数の台のそれぞれの１つの中にあることを特徴とする請求項３１に記載の実装基板。
【請求項３８】
前記固体金属ブロックは、前記第１の面から前記第２の面へ伸びるスルーホールを中に備え、前記スルーホールは、前記第１または第２の配線に電気的に接続されている導電性ビアを中に備えることを特徴とする請求項３３に記載の実装基板。
【請求項３９】
前記それぞれのキャビティ内に実装された少なくとも１つの半導体発光素子と組み合わせることを特徴とする請求項３１に記載の実装基板。
【請求項４０】
複数のレンズとさらに組み合わせ、前記それぞれのレンズは、前記複数のキャビティのうちのそれぞれ１つのキャビティ上に広がることを特徴とする請求項３９に記載の実装基板。
【請求項４１】
それぞれの台のそれぞれのキャビティ内に実装された少なくとも１つの半導体発光素子と組み合わせることを特徴とする請求項３７に記載の実装基板。
【請求項４２】
複数のレンズとさらに組み合わせ、前記それぞれのレンズは、前記複数の台のうちのそれぞれの台および前記複数のキャビティのうちのそれぞれのキャビティ上に広がることを特徴とする請求項４１に記載の実装基板。
【請求項４３】
前記第１の金属面上に複数の光学素子を配置した軟質フィルムとさらに組み合わせ、前記それぞれの光学素子は、それぞれのキャビティ上に広がることを特徴とする請求項３９に記載の実装基板。
【請求項４４】
前記第１の金属面上に複数の光学素子を配置した軟質フィルムとさらに組み合わせ、前記それぞれの光学素子は、それぞれの台およびそれぞれのキャビティ上に広がることを特徴とする請求項４１に記載の実装基板。
【請求項４５】
前記光学素子は、レンズを含むことを特徴とする請求項４３に記載の実装基板。
【請求項４６】
前記光学素子は、レンズを含むことを特徴とする請求項４４に記載の実装基板。
【請求項４７】
前記レンズ上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項４０に記載の実装基板。
【請求項４８】
前記レンズ上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項４２に記載の実装基板。
【請求項４９】
前記光学素子上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項４３に記載の実装基板。
【請求項５０】
前記光学素子上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項４４に記載の実装基板。
【請求項５１】
前記レンズは、中に分散された蛍光体を含むことを特徴とする請求項４０に記載の実装基板。
【請求項５２】
前記レンズは、中に分散された蛍光体を含むことを特徴とする請求項４２に記載の実装基板。
【請求項５３】
前記光学素子は、中に分散された蛍光体を含むことを特徴とする請求項４３に記載の実装基板。
【請求項５４】
前記光学素子は、中に分散された蛍光体を含むことを特徴とする請求項４４に記載の実装基板。
【請求項５５】
前記半導体発光素子上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項３９に記載の実装基板。
【請求項５６】
前記半導体発光素子上の蛍光体を含む被覆とさらに組み合わせることを特徴とする請求項４１に記載の実装基板。
【請求項５７】
前記第１および第２の配線に電気的に接続される前記固体金属ブロック上の集積回路をさらに備えることを特徴とする請求項３３に記載の実装基板。
【請求項５８】
前記第１および第２の配線に電気的に接続される前記固体金属ブロック上の半導体発光デバイスドライバ集積回路をさらに備えることを特徴とする請求項３３に記載の実装基板。
【請求項５９】
前記半導体発光素子は、複数の発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項３９に記載の実装基板。
【請求項６０】
少なくとも部分的に前記発光素子を囲む前記キャビティ内の光結合媒体と組み合わせることを特徴とする請求項３９に記載の実装基板。
【請求項６１】
前記複数のキャビティは、前記第１の面において互いに均一な、および／または不均一な間隔で並べられることを特徴とする請求項３１に記載の実装基板。
【請求項６２】
半導体発光デバイスパッケージング方法であって、
第１および第２の対向する金属面を備え、前記第１の金属面は中に複数のキャビティを有し、それぞれのキャビティは、少なくとも１つの半導体発光素子を中に実装するように、また前記それぞれのキャビティから離れる方向に中に実装されている前記少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射するように構成され、前記第２の金属面は中に複数のヒートシンクフィンを備える固体金属ブロックを加工することと、
前記第１の金属面上に絶縁層を形成することと、
前記複数のキャビティ内の反射被覆および、前記複数のキャビティ内に広がり、前記キャビティ内に実装される複数の半導体発光素子に接続するように構成されている前記第１の面上の第１および第２の配線を備えるようにパターン形成される前記絶縁層の上に導電層を形成することと、
少なくとも１つの半導体発光素子をそれぞれのキャビティ内に実装し、前記それぞれのキャビティ内の前記第１および第２の配線に電気的に接続されることと
を含むことを特徴とする半導体発光デバイスパッケージング方法。
【請求項６３】
前記実装の前に、前記複数のキャビティ内に反射被覆を加工することを含むことを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記第１の金属面は、複数の台を中にさらに備え、前記複数のキャビティのうちのそれぞれ１つは、前記複数の台のそれぞれの１つの中にあることを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項６５】
前記固体金属ブロックは、前記第１の面から前記第２の面に抜けるスルーホールを中に備え、
前記第１または第２の配線に電気的に接続されている前記スルーホール内に導電ビアを形成すること
をさらに含むことを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項６６】
前記実装の後に、前記複数のキャビティのうちのそれぞれのキャビティにそれぞれのレンズを配置することを含むことを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項６７】
前記実装の後に、前記複数の台のうちのそれぞれの台および前記複数のキャビティのうちのそれぞれのキャビティにそれぞれのレンズを配置することを含むことを特徴とする請求項６４に記載の方法。
【請求項６８】
前記実装の後に、前記第１の金属面上に複数の光学素子を含む軟質フィルムを配置することを含み、前記それぞれの光学素子は、前記それぞれのキャビティ上に広がることを含むことを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項６９】
前記実装の後に、前記第１の金属面上に複数の光学素子を含む軟質フィルムを配置することを含み、前記それぞれの光学素子は、前記それぞれの台および前記それぞれのキャビティ上に広がることを含むことを特徴とする請求項６４に記載の方法。
【請求項７０】
前記レンズを蛍光体でコーティングすることをさらに含むことを特徴とする請求項６６に記載の方法。
【請求項７１】
前記レンズを蛍光体でコーティングすることをさらに含むことを特徴とする請求項６７に記載の方法。
【請求項７２】
前記光学素子を蛍光体でコーティングすることをさらに含むことを特徴とする請求項６８に記載の方法。
【請求項７３】
前記光学素子を蛍光体でコーティングすることをさらに含むことを特徴とする請求項６９に記載の方法。
【請求項７４】
前記半導体発光素子を蛍光体でコーティングすることをさらに含むことを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項７５】
集積回路を前記第１および第２の配線に電気的に接続することをさらに含むことを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項７６】
半導体発光デバイスドライバ集積回路を前記第１および第２の配線に電気的に接続することをさらに含むことを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項７７】
光結合媒体を、少なくとも部分的に前記発光素子を囲むキャビティ内に配置することをさらに含むことを特徴とする請求項６２に記載の方法。
【請求項７８】
半導体発光デバイスパッケージであって、
第１および第２の対向する金属面を備え、前記第１の金属面は中に複数のキャビティを有し、それぞれのキャビティは、少なくとも１つの半導体発光素子を中に実装するように、また前記それぞれのキャビティから離れる方向に中に実装されている前記少なくとも１つの半導体発光素子により放出される光を反射するように構成され、前記第２の金属面は中に複数のヒートシンクフィンを備える固体金属ブロックと、
前記第１の金属面上の絶縁層と、
前記それぞれのキャビティ内の少なくとも１つの半導体発光素子と、
前記複数のキャビティ内の反射被覆および、前記複数のキャビティ内に広がり、前記それぞれのキャビティ内に実装される前記少なくとも１つの半導体発光素子に電気的に接続する前記第１の面上の第１および第２の配線を備えるようにパターン形成される前記絶縁層の上の導電層と
を含むことを特徴とする半導体発光デバイスパッケージ。
【請求項７９】
前記複数のキャビティ内に反射被覆をさらに備えることを特徴とする請求項７８に記載
のパッケージ。
【請求項８０】
前記第１の金属面は、複数の台を中にさらに備え、前記複数のキャビティのうちのそれぞれ１つは、前記複数の台のそれぞれの１つの中にあることを特徴とする請求項７８に記載のパッケージ。
【請求項８１】
前記固体金属ブロックは、前記第１の面から前記第２の面に抜けるスルーホールを中に備え、
前記第１または第２の配線に電気的に接続されている前記スルーホール内に導電ビアをさらに備えることを特徴とする請求項７８に記載のパッケージ。
【請求項８２】
複数のレンズをさらに備え、前記それぞれのレンズは前記複数のキャビティのうちのそれぞれのキャビティ上に広がることを特徴とする請求項７８に記載のパッケージ。
【請求項８３】
複数のレンズをさらに備え、前記それぞれのレンズは前記複数の台のうちのそれぞれの台および前記複数のキャビティのうちのそれぞれのキャビティ上に広がることを特徴とする請求項８０に記載のパッケージ。
【請求項８４】
前記第１の金属面上に複数の光学素子を備える軟質フィルムをさらに備え、前記それぞれの光学素子は、それぞれのキャビティ上に広がることを特徴とする請求項７８に記載のパッケージ。
【請求項８５】
前記第１の金属面上に複数の光学素子を備える軟質フィルムをさらに備え、前記それぞれの光学素子は、それぞれの台およびそれぞれのキャビティ上に広がることを特徴とする請求項８０に記載のパッケージ。
【請求項８６】
前記第１および第２の配線に電気的に接続される前記固体金属ブロック上に集積回路をさらに備えることを特徴とする請求項７８に記載のパッケージ。
【請求項８７】
前記第１および第２の配線に電気的に接続される前記固体金属ブロック上に半導体発光デバイスドライバ集積回路をさらに備えることを特徴とする請求項７８に記載のパッケージ。
【請求項８８】
少なくとも部分的に前記発光素子を囲む前記キャビティ内に光結合媒体をさらに備えることを特徴とする請求項７８に記載のパッケージ。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図１Ｇ】
【図１Ｈ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図６Ｇ】
【図６Ｈ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図１Ｇ】
【図１Ｈ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図６Ｇ】
【図６Ｈ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２０１２−８９８７０（Ｐ２０１２−８９８７０Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２７０８４０（Ｐ２０１１−２７０８４０）
【出願日】平成２３年１２月１２日（２０１１．１２．１２）
【分割の表示】特願２００７−５３８８９０（Ｐ２００７−５３８８９０）の分割
【原出願日】平成１７年７月５日（２００５．７．５）
【出願人】（５９２０５４８５６）クリー インコーポレイテッド (468)
【氏名又は名称原語表記】ＣＲＥＥ ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７０８４０（Ｐ２０１１−２７０８４０）
【出願日】平成２３年１２月１２日（２０１１．１２．１２）
【分割の表示】特願２００７−５３８８９０（Ｐ２００７−５３８８９０）の分割
【原出願日】平成１７年７月５日（２００５．７．５）
【出願人】（５９２０５４８５６）クリー インコーポレイテッド (468)
【氏名又は名称原語表記】ＣＲＥＥ ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
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