発光ダイオードパッケージ及びその製造方法
【課題】発光ダイオードパッケージおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】上面４０および底面を有し、その上面上に複数の上部導電性要素および上部導熱性要素を有するサブマウント３２を備えるＬＥＤパッケージ３０で、ＬＥＤが、上部要素に印加された電気信号がＬＥＤを発光させるように、上部要素の１つの上に設けられ、導電性要素は、ＬＥＤからの熱をサブマウントの上面の大部分にわたって拡散し、下部導熱性要素が、サブマウントの底面上に設けられ、サブマウントからの熱を拡散し、レンズが、ＬＥＤの上に直接に形成される。
【解決手段】上面４０および底面を有し、その上面上に複数の上部導電性要素および上部導熱性要素を有するサブマウント３２を備えるＬＥＤパッケージ３０で、ＬＥＤが、上部要素に印加された電気信号がＬＥＤを発光させるように、上部要素の１つの上に設けられ、導電性要素は、ＬＥＤからの熱をサブマウントの上面の大部分にわたって拡散し、下部導熱性要素が、サブマウントの底面上に設けられ、サブマウントからの熱を拡散し、レンズが、ＬＥＤの上に直接に形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードに関し、より詳細には、モールドレンズを有する発光ダイオードパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤまたはＬＥＤｓ）は、電気エネルギーを光に変換する固体デバイスであり、一般的に、反対にドープされた層の間に挟まれた１つ又は複数の半導体材料の活性層を備える。ドープ層間にバイアスがかけられると、正孔および電子が活性層中に注入され、活性層で再結合して光を生成する。光は、活性層から及びＬＥＤの全表面から発せられる。
【０００３】
回路または他の同様の構成物（ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）においてＬＥＤチップを使用するために、パッケージの中にＬＥＤチップを封入して、環境的および／または機械的保護、色の選択、集束などを可能にすることが知られている。また、ＬＥＤパッケージは、外部回路にＬＥＤパッケージを電気的に接続するためのリード線（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ
ｌｅａｄ）、コンタクトまたはトレース（ｔｒａｃｅ）を備える。図１ａに図示される典型的なＬＥＤパッケージ１０においては、ＬＥＤチップ１２が、はんだ接合剤（ｓｏｌｄｅｒ ｂｏｎｄ）または導電性エポキシ樹脂（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｅｐｏｘｙ）を用いて反射カップ１３上に取り付けられる。１つ又は複数のワイヤボンド１１が、リード１５Ａおよび／または１５ＢにＬＥＤチップ１２のオーミックコンタクトを接続しており、リード１５Ａおよび／または１５Ｂは、反射カップ１３に付着されていても、反射カップ１３と一体化されていてもよい。反射カップ１３は、燐光体などの波長変換物質を含む封入材料（ｅｎｃａｐｓｕｌａｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）１６を充填されていてもよい。ＬＥＤによって第１の波長で発せられた光が燐光体によって吸収されてもよく、燐光体はそれに応答して第２の波長で光を発してもよい。次に、アセンブリ全体が、透明の保護樹脂１４内に封入されるが、透明の保護樹脂１４は、ＬＥＤチップ１２から発せられる光を平行にするために、レンズ形状に成形されてもよい。反射カップ１３は上方向に光を方向付けることができるが、光が反射される際に光学的損失が生じる場合がある（すなわち、光の幾分かが反射されずに、反射体カップに吸収される場合がある。）。さらに、図１ａに図示されるパッケージ１０などのパッケージに関して、リード１５Ａ、１５Ｂを介して熱を取り出すことが困難な場合があるため、保熱（ｈｅａｔ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ）が問題となることがある。
【０００４】
図１ｂに図示される従来のＬＥＤパッケージ２０は、熱をより生成する場合のある高出力動作にさらに適したものである。ＬＥＤパッケージ２０において、１つ又は複数のＬＥＤチップ２２が、プリント回路基板（ＰＣＢ）キャリア、基板またはサブマウント２３などのキャリア（ｃａｒｒｉｅｒ）の上に取り付けられている。サブマウント２３上に取り付けられた金属反射体２４が、ＬＥＤチップ（または複数のＬＥＤチップ）２２を包囲し、ＬＥＤチップ２２により発せられる光をパッケージ２０から離れる方向に反射する。また、反射体２４は、ＬＥＤチップ２２に対して機械的保護を与える。１つ又は複数のワイヤボンド接続部１１が、ＬＥＤチップ２２上のオーミックコンタクトと、キャリア２３上の電気トレース２５Ａ、２５Ｂとの間に形成される。次いで、取り付けられたＬＥＤチップ２２は封入材料２６で覆われるが、封入材料２６は、チップに対して環境的および機械的保護を与えると同時にレンズとしても機能することができる。一般的に、金属反射体２４は、はんだ接合剤またはエポキシ樹脂接合剤を用いてキャリアに付着される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第Ｒｅ．３４８６１号明細書
【特許文献２】米国特許第４９４６５４７号明細書
【特許文献３】米国特許第５２０００２２号明細書
【特許文献４】米国特許出願第１１／６５６７５９号明細書
【特許文献５】米国特許出願第１１／８９９７９０号明細書
【特許文献６】米国特許出願第１１／４７３０８９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１ｂに図示されるパッケージ２０などのパッケージは、高出力動作に関するいくつかの利点を有しうるが、金属反射体として別個の金属部材を使用することに伴ういくつかの潜在的な問題が存在する場合がある。例えば、小さな金属パーツは、手頃な費用で高精度に再現可能に製造することが困難な場合がある。さらに、反射体は一般的に接着剤を使用してキャリアに固着されるため、反射体を慎重に位置合わせして取り付けるためのいくつかの製造ステップが必要となる場合があり、これによって、そのようなパッケージの製造プロセスの費用および複雑性が増す場合がある。
【０００７】
また、より高出力の動作に関しては、ＬＥＤチップ２２により生成される熱を分散することが困難な場合がある。サブマウントは、頑丈ではあるが熱を効率的に伝達しないセラミックスなどの材料から構成することが可能である。ＬＥＤチップからの熱は、ＬＥＤチップの下方のサブマウント内に移動するが、ＬＥＤの下方から、熱を分散することのできる外方へ効率的に広がらない。ＬＥＤからの熱は、ＬＥＤの下方に集中する傾向があり、ＬＥＤパッケージの作動時に上昇するおそれがある。この熱の上昇により、パッケージの寿命の短縮または故障がもたらされる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるＬＥＤパッケージの一実施形態は、上面および底面を有し、その上面の上に複数の上部導電性および導熱性要素（ｔｏｐ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）を有するサブマウントを備える。ＬＥＤが、前記上部要素のうちの１つの上に備えられ、前記上部要素に印加された電気信号がＬＥＤを発光させる。また、前記導電性要素は、ＬＥＤからの熱をサブマウントの上面の大部分にわたって拡散する。下部導熱性要素（ｂｏｔｔｏｍ ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）が、前記サブマウントの底面の上に備えられ、サブマウントからの熱を伝達する。レンズが、ＬＥＤの上に直接に形成される。
【０００９】
本発明によるＬＥＤパッケージの別の実施形態は、上面および底面を有するサブマウントを備え、付着パッド（ａｔｔａｃｈ ｐａｄ）が前記上面の上にあり、前記上面の上の第１のコンタクトパッドが前記付着パッドと一体化されており、第２のコンタクトパッドが前記上面の上にある。ＬＥＤが、前記付着パッドに取り付けられ、電気信号が前記第１のコンタクトパッドおよび前記第２のコンタクトパッドに印加されると、ＬＥＤを発光させる。また、パッドは、前記ＬＥＤからの熱を前記上面の大部分に拡散するために、前記上面のほとんどを覆う導熱性層を備える。光学素子が、前記ＬＥＤの上に直接に形成される。
【００１０】
本発明によるＬＥＤパッケージの別の実施形態は、上面および底面を有するサブマウントを備え、ＬＥＤが前記上面の上に取り付けられる。レンズが、前記ＬＥＤおよび前記上面の一部分の上に直接に形成される。前記上面の上の上部熱拡散要素が、前記ＬＥＤからの熱を前記上面の大部分にわたって拡散し、前記サブマウントの底面の上の下部熱拡散要素が、サブマウントからの熱を伝達する。
【００１１】
本発明によるＬＥＤパッケージを製造する方法の一実施形態は、複数のＬＥＤパッケージサブマウントに分離されるように寸法を設定されたサブマウントパネルを設けるステップを含む。上部導電性要素が、複数のＬＥＤパッケージのためのサブマウントパネルの１つの表面の上に形成される。ＬＥＤが前記上部要素に付着され、前記ＬＥＤは、前記上部導電性要素に電気的に接続される。レンズが前記ＬＥＤの上に成形され、基板パネルが個片化されて複数のＬＥＤパッケージに分離される。
【００１２】
本発明による複数の表面実装ＬＥＤパッケージを製造する方法は、複数のＬＥＤパッケージの形成に適合するように寸法を設定されたサブマウントパネルを設けるステップを含む。付着パッド及びコンタクトパッドの組が、サブマウントパネルの１つの表面の上に形成され、それらの組のそれぞれは、前記サブマウントパネルから形成されることになるＬＥＤパッケージの１つに対応する。複数のＬＥＤがサブマウントパネルに付着され、前記ＬＥＤのそれぞれは、前記付着パッド及びコンタクトパッドの組のうちの１つに付着され、電気的に接続される。複数のレンズが前記サブマウントパネル上に成形され、前記レンズはそれぞれ、前記ＬＥＤのうちの１つの上に位置する。表面実装コンタクトの組が、前記付着パッド及びコンタクトパッドの組とは反対側の前記サブマウントパネルの表面上に形成され、前記表面実装コンタクトの組のそれぞれは、前記付着パッド及びコンタクトパッドの組のそれぞれに対応する。基板パネルが個片化されて複数のＬＥＤパッケージに分離される。
【００１３】
本発明のこれら及びその他の側面および利点は、本発明の特徴を例示として示す以下の詳細な説明および添付図面より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１ａ】先行技術のＬＥＤパッケージの断面図である。
【図１ｂ】別の先行技術のＬＥＤパッケージの断面図である。
【図２ａ】本発明によるＬＥＤパッケージの一実施形態の上面図である。
【図２ｂ】図２ａに図示されるＬＥＤパッケージの側面図である。
【図２ｃ】図２ａに図示されるＬＥＤパッケージの底面図である。
【図２ｄ】図２ａに図示されるＬＥＤパッケージの上面斜視図である。
【図２ｅ】図２ａに図示されるＬＥＤパッケージの底面斜視図である。
【図２ｆ】図２ａに図示されるＬＥＤパッケージの分解図である。
【図２ｇ】図２ａに図示されるＬＥＤパッケージの、切断線２ｇ−２ｇに沿った断面図である。
【図３ａ】本発明によるＬＥＤパッケージの別の実施形態の側面図である。
【図３ｂ】図３ａに図示されるＬＥＤパッケージの上面図である。
【図３ｃ】図３ａに図示されるＬＥＤパッケージの底面図である。
【図３ｄ】図３ａに図示されるＬＥＤパッケージの上面斜視図である。
【図３ｅ】図３ａに図示されるＬＥＤパッケージの底面斜視図である。
【図４ａ】本発明によるＬＥＤパッケージの別の実施形態の上面斜視図である。
【図４ｂ】図４ａに図示されるＬＥＤパッケージの底面斜視図である。
【図５】本発明による製造方法の一実施形態に関する流れ図である。
【図６ａ】本発明によるレンズモールドの一実施形態の断面図である。
【図６ｂ】図６ａに図示されるレンズモールドの別の断面図である。
【図７ａ】本発明にしたがって構成されたレンズを有するサブマウントパネルの一実施形態の平面図である。
【図７ｂ】図７ａに示されたサブマウントパネルの、切断線７ｂ−７ｂに沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、コンパクトで簡易で効率的なＬＥＤパッケージと、その製造方法とを対象とする。種々の実施形態は、一般的に高温で作動する１つ又は複数の高出力ＬＥＤを備えることが可能である。本発明によるパッケージは、ＬＥＤから熱を拡散することによる改善された温度管理を可能にする形体を備えることが可能である。さらに、熱は、大気中に分散させることが可能である。また、本発明によるパッケージは、ＬＥＤを保護しつつ、さらに効率的な発光特性を可能にする、１つ又は複数のＬＥＤの上に直接に成形されたレンズを備えることが可能である。
【００１６】
また、本発明は、複数のパッケージの同時形成を可能にする加工ステップを利用した、ＬＥＤパッケージの製造方法を対象とする。これにより、ＬＥＤパッケージ製造の製造複雑性およびコストを低下させることが可能となる。
【００１７】
本発明は、効率的であるにもかかわらず小サイズの光源を実現する、低コストで比較的小サイズのＬＥＤパッケージを提供する。特に、本発明によるこのパッケージは、表面実装技術に適合し、良好な放熱を可能にする形体を提供して、パッケージが過熱することなく高出力レベルで作動することを可能にする。
【００１８】
層、領域または基板などのある要素が別の要素「の上に」存在する、と言及される場合、ある要素は他方の要素の上に直接に存在しても、介在要素が存在してもよいことが理解される。さらに、本明細書において、「内方」、「外方」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」、「上方（ａｂｏｖｅ）」、「下部（ｌｏｗｅｒ）」、「下方（ｂｅｎｅａｔｈ）」、および「下（ｂｅｌｏｗ）」、ならびに同様の語などの相対的な語が、ある層や領域の関係性を説明するために使用される場合がある。これらの語は、図中に示されたデバイスの方向付けに加えて、デバイスの別の方向付けを包含することが意図されることが理解される。
【００１９】
本明細書において、第１、第２などの語が、様々な要素、コンポーネント、領域、層および／または区域を説明するために使用されることがあるが、これらの要素、コンポーネント、領域、層および／または区域は、これらの語によって限定されるべきではない。これらの語は、ある要素、コンポーネント、領域、層または区域を、別の要素、コンポーネント、領域、層または区域から区別するために使用されるにすぎない。したがって、本発明の教示から逸脱することなく、以下で説明される第１の要素、コンポーネント、領域、層または区域を、第２の要素、コンポーネント、領域、層または区域と呼ぶことが可能である。
【００２０】
本発明の実施形態は、本発明の理想的な実施形態の概略図である断面図を参照して説明される。そのため、例えば製造技術および／または製造公差による、図の形状からの変形が予期される。本発明の実施形態は、本明細書に示される領域の特定の形状に限定されるものと解釈されるべきではなく、例えば製造方法による形状の偏差が含まれるべきである。典型的には、正方形または矩形として図示または説明される領域が、通常の製造公差により丸みのある又は湾曲した形体を有する。したがって、図示される領域は、本質的に概略的なものであり、それらの形状は、デバイスの領域の正確な形状を図示することを意図されておらず、本発明の範囲を限定することを意図されていない。
【００２１】
本発明は、多数の様々な固体エミッタにおいて使用することが可能であり、以下では、本発明の実施形態を、ＬＥＤに、特に白色発光ＬＥＤおよびＬＥＤパッケージに関して説明する。また、本発明は、示される実施形態以外の他の固体エミッタパッケージを使用することが可能であることが理解される。また、本発明は、複数のＬＥＤを有するＬＥＤパッケージなどの複数のエミッタパッケージと共に使用することが可能である。本発明は、エミッタからの光の波長を下降変換するために変換材料を使用する任意の用途において使
用することが可能であり、以下の実施形態を参照する本発明の説明は、そのような特定の実施形態または同様の実施形態に限定するものとして解釈されるべきではない。
【００２２】
図２ａから図２ｇは、本発明によるＬＥＤパッケージ３０の一実施形態を示し、同実施形態は、同一または種々の色を発光する１つ又は複数のＬＥＤを有する基板／サブマウント（「サブマウント」）３２を概して備える。図示される実施形態において、単一のＬＥＤ３４がサブマウント３２上に取り付けられる。ＬＥＤ３４は、様々に構成された多数の種々の半導体層を有することが可能である。ＬＥＤ構造ならびにその製造および作動は、当技術分野において一般的に知られており、本明細書においては簡単にのみ説明する。ＬＥＤ３４の層は、既知のプロセスを使用して製造することが可能であり、適切なプロセスは、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を使用する製造である。概して、ＬＥＤ３４の層には、反対にドープされた第１および第２のエピタキシャル層の間に挟まれた活性層／領域が含まれ、それらはすべて、成長用基板の上に連続的に形成される。ＬＥＤをウェーハの上に形成し、次いでパッケージ内に取り付けるために個片化することが可能である。成長用基板は、個片化された最終ＬＥＤの一部として残るか、完全に又は部分的に除去することが可能であることが理解される。
【００２３】
また、ＬＥＤ３４内には、バッファ層、核形成層、コンタクト層および電流拡散層、ならびに光抽出層および光抽出要素を含むがそれらに限定されない他の層および要素を備えることも可能であることが理解される。活性領域には、単一量子井戸（ＳＱＷ）、多重量子井戸（ＭＱＷ）、ダブルヘテロ構造または超格子構造を含むことが可能である。活性領域およびドープ層は、種々の材料系から製造することができ、好ましい材料系は、ＩＩＩ族窒化物ベースの材料系である。ＩＩＩ族窒化物とは、窒素と、周期表のＩＩＩ族中の元素（通常はアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ））との間で形成される半導体化合物を指す。また、ＩＩＩ族窒化物という語は、アルミニウムガリウム窒化物（ＡｌＧａＮ）及びアルミニウムインジウムガリウム窒化物（ＡｌＩｎＧａＮ）などの三元化合物および四元化合物を指す。好ましい実施形態においては、ドープ層はガリウム窒化物（ＧａＮ）であり、活性領域はＩｎＧａＮである。代替実施形態においては、ドープ層は、ＡｌＧａＮ、アルミニウムガリウムヒ化物（ＡｌＧａＡｓ）またはアルミニウムガリウムインジウムヒ化リン化物（ＡｌＧａＩｎＡｓＰ）であってもよい。
【００２４】
成長用基板は、サファイア、炭化ケイ素、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ＧａＮなどの多くの材料から構成することが可能であり、適切な基板は４Ｈポリタイプの炭化ケイ素であるが、３Ｃ、６Ｈおよび１５Ｒのポリタイプを含む他の炭化ケイ素ポリタイプを使用することも可能である。炭化ケイ素は、サファイアに比べて、ＩＩＩ族窒化物に対する結晶格子の整合性がより近いなどのいくつかの利点を有し、より高品質のＩＩＩ族窒化物膜をもたらす。また、炭化ケイ素は、非常に高い熱伝導性を有し、そのため一般的に、炭化ケイ素上のＩＩＩ族窒化物の総出力は、基板の熱散逸（ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ）により制限されない（サファイア上に形成されたいくつかのデバイスでは制限される。）。ＳｉＣ基板は、米国ノースカロライナ州、ＤｕｒｈａｍのＣｒｅｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社より市販されており、その製造方法は、科学文献および特許文献１〜３に記載されている。
【００２５】
また、ＬＥＤ３４は、その上面上に導電性の電流拡散構造体３６およびワイヤボンドパッド３８を備えることが可能であり、電流拡散構造体３６およびワイヤボンドパッド３８は共に導電性材料から構成され、既知の方法を使用して堆積することが可能である。これらの要素のために使用することが可能ないくつかの材料としては、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ａｇまたはそれらの組合せ、ならびに導電性酸化物および透明導電性酸化物が含まれる。一般的に、電流拡散構造体３６は、ＬＥＤ３４上にグリッド状に配置された導電性フィンガー３７を備え、これらのフィンガーは、パッド３８からＬＥＤの上面への電流拡散を高めるために離間される。作動時に、電気信号が、以下で説明されるワイヤボン
ドを介してなど、パッド３８に印加され、電気信号は、電流拡散構造体３６のフィンガー３７とＬＥＤの上面とを介して、ＬＥＤ３４内に拡散する。電流拡散構造体は、ＬＥＤにおいてしばしば使用され、上面はｐ型であるが、ｎ型材料についても使用することが可能である。
【００２６】
ＬＥＤを１つ又は複数の燐光体で被覆することが可能であり、燐光体は、ＬＥＤ光の少なくとも幾分かを吸収して異なる波長の光を発し、それによって、ＬＥＤは、ＬＥＤおよび燐光体からの光の組合せを発する。好ましい実施形態においては、ＬＥＤは、ＬＥＤおよび燐光体の光の組合せの白色光を発する。ＬＥＤは、多数の様々な方法を使用して被覆し製造することが可能であり、１つの適切な方法が、共に「Wafer Level Phosphor Coating Method and Devices Fabricated Utilizing Method」と題された特許文献４および５
に記載されており、これらは共に参照により本明細書に組み込まれる。あるいは、電気泳動堆積法（ＥＰＤ）などの他の方法を使用してＬＥＤを被覆することが可能であり、１つの適切なＥＰＤ方法が、「Close Loop Electrophoretic Deposition of Semiconductor Devices」と題された特許文献６に記載されており、これもまたは参照により本明細書に組み込まれる。また、本発明によるＬＥＤパッケージは、種々の色の複数のＬＥＤを有することが可能であり、それらの中の１つ又は複数が白色発光であってもよいことが理解される。
【００２７】
サブマウント３２は、多数の様々な材料から形成することが可能であり、好ましい材料は電気的に絶縁性のものである。適切な材料としては、酸化アルミニウムおよび窒化アルミニウムなどのセラミック材料、またはポリイミド（ＰＩ）およびポリフタルアミド（ＰＰＡ）などの有機絶縁体が含まれるが、それらに限定されない。他の実施形態においては、サブマウント３２は、プリント回路基板（ＰＣＢ）、サファイアまたはシリコン、あるいは米国ミネソタ州ＣｈａｎｈａｓｓｅｎのＢｅｒｇｑｕｉｓｔ社より市販の、Ｔ−Ｃｌａｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｌａｄ ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌなどの他の適切な材料を含むことができる。ＰＣＢの実施形態に関して、標準ＦＲ−４ＰＣＢ、メタルコアＰＣＢ、または任意の他のタイプのプリント回路基板などの種々のＰＣＢのタイプを使用することが可能である。以下でさらに十分に説明されるように、本発明によるＬＥＤパッケージは、複数のサブマウントを収容するように寸法が設定されたサブマウントパネルを使用する方法を用いて製造することが可能である。複数のＬＥＤパッケージをこのパネルの上に形成することが可能であり、個々のパッケージが、このパネルから個片化される。
【００２８】
サブマウント３２は、一体化された第１のコンタクトパッド４４を有するダイ付着パッド４２を備えることが可能なパターニングされた導電性形体を備える上面４０を有する。また、第２のコンタクトパッド４６が、サブマウントの上面４０上に設けられ、ＬＥＤ３４は、付着パッド４２のほぼ中央に取り付けられる。これらのパターニングされた導電性形体は、既知の接触方法を使用して、ＬＥＤ３４への電気的接続のための導電性パスを提供する。ＬＥＤは、導熱性および導電性のものであってもよいフラックス（ｆｌｕｘ）材料またはディスペンスト・ポリマー（ｄｉｓｐｅｎｓｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ）材料を含むことがある、または含まないことがある、従来のはんだ材料などを使用した、既知の方法および材料実装法を使用して、付着パッド４２に取り付けることが可能である。
【００２９】
パッケージ３０におけるサブマウント３２のサイズは、種々の要因に応じて変わることが可能であり、１つとしては、ＬＥＤのサイズがある。例えば、パッケージ３０のサイズは、付着パッド４２、第１のコンタクトパッド４４および第２のコンタクトパッド４６内の有効熱拡散領域と実質的に同一の寸法であることが可能である。１ｍｍのＬＥＤを有するパッケージにおいては、サブマウントは、約３．５ｍｍ×３．５ｍｍであることが可能であり、０．７ｍｍのチップを有するパッケージについては、サブマウントは、３．２ｍ
ｍ×３．２ｍｍであることが可能であり、どちらの場合でも概して正方形の形状である。さらに、サブマウントは、円形、矩形または他の多辺形の形状を含む他の形状を有することが可能であることが理解される。
【００３０】
付着パッド４２、ならびに、第１および第２のコンタクトパッド４４、４６は、金属その他の導電性材料などの大きく異なる材料を含むことが可能である、一実施形態においては、パッド４２、４４、４６は、めっきなどの既知の技術を使用して堆積された銅を含む。典型的なめっきプロセスにおいては、チタン接着層および銅シード層が、基板上に連続してスパッタされる。次いで、約７５ミクロンの銅が、この銅シード層上にめっきされる。堆積された結果として得られる銅層は、次いで標準的なリソグラフィプロセスを使用してパターニングすることが可能である。他の実施形態においては、この層を、所望のパターンを形成するためのマスクを使用してスパッタすることが可能である。
【００３１】
本発明によるいくつかの実施形態においては、導電性形体のあるものが銅のみを含み、導電性形体の他のものが他の材料を含むことが可能である。例えば、付着パッド４２をＬＥＤ３４の取付により適したものにするために、付着パッド４２を追加の金属または材料でめっき又は被覆することが可能である。例えば、付着パッド４２は、接着材料またはボンディング材料、あるいは反射層およびバリア層でめっきすることが可能である。
【００３２】
第２のパッド４６と付着パッド４２との間に、サブマウント３２の表面に至るギャップ４８（図２ａおよび図２ｄにおいて最も良く図示される）が含まれ、このギャップは、付着パッド４２と第２のパッド４６との間に電気的絶縁を与える。以下でさらに説明されるように、電気信号が、第２のパッド４６および第１のパッド４４を介してＬＥＤ３４に印加され、第１のパッド４４への電気信号は、付着パッド４２を介してＬＥＤ３４へ直接に進み、第２のパッドからの信号は、ワイヤボンドを介してＬＥＤ３４に進む。ギャップ４８は、ＬＥＤ３４に印加された信号の短絡を回避するために、第２のパッド４６と付着パッドとの間に電気的絶縁を与える。
【００３３】
いくつかの実施形態においては、ＰＣＢへのはんだコンタクトその他の導電性パスなどにより、第１および第２のボンドパッド４４、４６への外部からの電気的接触を可能にすることによって、電気信号をパッケージ３０に印加することが可能である。図示される実施形態においては、ＬＥＤパッケージ３０は、表面実装技術を使用して実装し、内部導電性パスを有するように構成されている。ＬＥＤ３０は、第１および第２のコンタクトパッド４４、４６のそれぞれに少なくとも部分的に整列された状態でサブマウントの背面５４上に形成することが可能な第１および第２の表面実装パッド５０、５２（図２ｃおよび２ｅに最もよく示されている）を備える。導電性ビア５６が、第１の実装パッド５０と第１のコンタクトパッド４４との間にサブマウント３２を貫通して形成され、それにより、信号が第１の実装パッド５０に印加されると、その信号は、第１のコンタクトパッド４４に伝達される。同様に、導電性ビア５６は、第２の実装パッド５２と第２のコンタクトパッド４６との間に形成されて、第２の実装パッド５２と第２のコンタクトパッド４６との間で電気信号を伝達する。第１および第２の実装パッド５０、５２は、ＬＥＤ３４に印加されるべき電気信号が第１および第２の実装パッド５０、５２の間に印加される状態でのＬＥＤパッケージ３０の表面実装を可能にする。ビア５６および実装パッド５０、５２は、付着パッド４２およびコンタクトパッド４４、４６について使用される技術などの種々の技術を用いて堆積される多数の様々な材料から形成することが可能である。
【００３４】
実装パッド５０、５２およびビア５６は、多数の様々な様式で構成することが可能であり、多数の様々な形状およびサイズを有することが可能であることが理解される。また、ビアの代わりに、１つ又は複数の導電性トレースを、サブマウントの側部表面に沿ってなど、実装パッドとコンタクトパッドとの間にサブマウントの表面上に設けることが可能で
あることが理解される。
【００３５】
従来の材料から構成されるソルダマスク（ｓｏｌｄｅｒ ｍａｓｋ）５８をサブマウントの上面４０上に設け、付着パッド４２と第１および第２のコンタクトパッド４４、４６とを少なくとも部分的に覆い、ギャップ４８を少なくとも部分的に覆うことが可能である。ソルダマスク５８は、その後の加工ステップの間、特にＬＥＤ３４を付着パッド４２に取り付けてワイヤボンディングする間、これらの形体を保護する。これらのステップの間に、望ましくない領域にはんだその他の材料が堆積する危険がある可能性があり、これは、この領域に損傷を与える、または電気的短絡をもたらすおそれがある。ソルダマスクは、これらの危険を減らす又は回避させることが可能な絶縁および保護材料としての役割を果たす。ソルダマスクは、付着パッド４２にＬＥＤ３４を実装するための、かつ第２のコンタクトパッド４６にワイヤボンドを装着するための開口を備える。また、ソルダマスクは、製造の際のパッケージ３０の検査のための、コンタクトパッド４４、４６への好都合な電気的アクセスを可能にする側部開口６０を備える。また、ソルダマスク５８は、パッケージ３０の製造の際の位置合わせを可能にし、またエンドユーザが定位置に取り付ける際の位置合わせを可能にするアラインメントホールを有する。
【００３６】
いくつかの実施形態においては、ソルダマスクは、パッケージに印加すべき信号のプラスまたはマイナスに、ＬＥＤパッケージ３０のどちらの側を結合すべきかを示すための記号または標識６９を備えることが可能である。これによって、機械または手作業のいずれによってかにかかわらず、ＰＣＢその他の固定物（ｆｉｘｔｕｒｅ）にＬＥＤパッケージ３０を確実に正確に実装することが可能となる。図示される実施形態においては、記号６９は、第１のコンタクトパッド４４の上にプラス（＋）の符号を備えており、正の信号が第１の実装パッド５０に結合される状態でパッケージ３０が実装されるように指示する。したがって、負の信号が第２の実装パッド５２に結合されることとなる。多数の様々な記号タイプを使用することが可能であり、また第２の導電性パッド４６の上に記号を含むことが可能であることが理解される。また、ソルダマスク５８以外の他の位置に記号を配置することが可能であることが理解される。
【００３７】
また、パッケージ３０は、静電放電（ＥＳＤ）による破壊から保護するための素子を備えることが可能である。図示される実施形態においては、この素子はオンチップのものであり、様々な垂直シリコン（Ｓｉ）ツェナーダイオード、並列に配置され、ＬＥＤ３４に対して逆バイアスが印加される様々なＬＥＤ、表面実装バリスタおよび水平Ｓｉダイオードなどの、種々の素子を使用することが可能である。図示される実施形態においては、ツェナーダイオード６２が使用され、既知の実装技術を使用して付着パッド４２に実装される。このダイオードは、比較的小さく、そのためサブマウント３２の表面上の過大な領域を覆わない。
【００３８】
ソルダマスク５８は、ＥＳＤダイオード６２を付着パッド４２に取り付けることが可能となるように、ＥＳＤダイオード６２のための開口を備えることが分かる。付着パッド４２にＬＥＤ３４を実装するために使用される材料および方法などの、様々な実装材料および方法を使用することが可能である。ＥＳＤワイヤボンド６４が、ソルダマスク開口の位置の第２のコンタクトパッド４６と、ＥＳＤダイオード６２との間に設けられる。また、２つのＬＥＤワイヤボンド６５が、第２のコンタクトパッド４６中のソルダマスク開口と、ＬＥＤ３４上のワイヤボンドパッド３８との間に設けられる。他の実施形態においては、１つのワイヤボンドだけを、ＬＥＤ３４と第２のコンタクトパッドとの間に設けることが可能である。このＬＥＤ３４とＥＳＤダイオード６２との構成は、ＥＳＤの発生によりＬＥＤパッケージ３０を貫流する過剰電圧および／または過剰電流が、ＬＥＤ３４の代わりにダイオード６２を貫流するのを可能にし、ＬＥＤ３４を損傷から保護する。ワイヤボンド６４および６５は、既知の方法を用いて適用することが可能であり、既知の導電性材
料を含むことが可能であり、適切な材料は金（Ａｕ）である。ＥＳＤ素子／ダイオードを伴わずに、またはＬＥＤパッケージ３０の外部に存在するＥＳＤ素子／ダイオードを伴って、本発明によるＬＥＤパッケージの他の実施形態を提供することが可能であることが理解される。
【００３９】
上述のように、熱は一般的に、サブマウント３２、特にセラミックなどの材料から構成されるサブマウント中に効率的に拡散しない。ＬＥＤが、ＬＥＤの下方にのみ概して延在する付着パッドの上に設けられる場合には、熱は、サブマウントのほとんどの部分にわたり拡散せず、ＬＥＤの直下の領域に概して集中する。これは、ＬＥＤパッケージの作動出力レベルを制限するおそれのあるＬＥＤの過熱を引き起こす可能性がある。
【００４０】
ＬＥＤパッケージ３０における放熱性の改善のため、熱がＬＥＤ３４の直下の領域を越えてサブマウントの他の領域に拡散することが可能となるように、ＬＥＤ３４から離れるように熱を側方に伝達するための導熱性パスが、パッド４２、４４、４６によって実現される。付着パッド４２は、ＬＥＤ３４よりも広くサブマウント３２の表面を覆い、付着パッドは、ＬＥＤ３４の端部からサブマウント３２の端部の方に延在する。図示される実施形態においては、付着パッド４２は、全体的に円形であり、ＬＥＤ３４からサブマウント３２の端部の方に径方向に延在する。付着パッド４２の一部分が、第１および第２のコンタクトパッド４４、４６と交差し、ギャップ４８が、第２のコンタクトパッド４６に隣接する付着パッドの一部を分離する。コンタクトパッド４２は多数の他の形状であることが可能であり、いくつかの実施形態では、コンタクトパッド４２はサブマウント３２の端部まで延在することが可能であることが理解される。
【００４１】
また、コンタクトパッド４４、４６が、ビアから外方に延在してサブマウント３２の表面を覆い、ビア５６の間の領域と、ビア５６とサブマウント３２の端部との間の領域とを覆う。このようにパッド４２、４４、４６を延在させることにより、ＬＥＤ３４からの熱拡散が改善される。これは、ＬＥＤ３４において生成される熱の放熱性を改善し、これにより、ＬＥＤ３４の作動寿命が向上し、より高い作動出力が可能となる。パッド４２、４４、４６は、サブマウント３２の上面４０の様々なパーセンテージを覆うことが可能であり、覆う面積は、典型的には５０％を超える。このＬＥＤパッケージ３０では、パッド４２、４４、４６は、サブマウントの約７０％を覆うことが可能である。他の実施形態においては、覆う面積は７５％を超えることが可能である。
【００４２】
さらに、ＬＥＤパッケージ３０は、サブマウントの背面５４の上に、第１の実装パッド５０と第２の実装パッド５２との間に金属領域６６を備えることが可能である。この金属領域は、好ましくは導熱性材料から構成され、好ましくはＬＥＤ３４に少なくとも部分的に垂直方向に整列される。一実施形態においては、金属領域は、サブマウント３２の上面上の素子と、またはサブマウント３２の背面上の第１および第２の実装パッドと電気的接触状態にない。ＬＥＤからの熱は、付着パッド４２およびパッド４４、４６によってサブマウントの上面にわたって側方に拡散するが、より多くの熱が、ＬＥＤ３４の直下および周囲のサブマウント３２中に進む。金属領域は、この熱がより容易に分散可能である金属領域中へのこの熱の拡散を可能にすることによって、この拡散を補助することが可能である。また、熱はサブマウント３２の上面からビア５６を介して伝達することが可能であり、熱はビア５６において第１および第２の実装パッド５０、５２中に拡散することが可能であり、熱は第１および第２の実装パッド５０、５２で分散することも可能であることを指摘しておく。表面実装において使用されるパッケージ３０について、金属領域６６（図２ｃおよび図２ｅにおいて最も良く図示される）と、第１および第２のパッド５０、５２とは、これら３つが全てＰＣＢなどの外側面に接触するように、ほぼ同一の厚さにすべきである。
【００４３】
ＬＥＤ３４の実装のために、付着パッド４２の領域の周囲に３つのはんだダム６７を設けることが可能であり、これらのはんだダムは、ＬＥＤを中央に置くのを補助し、実装用はんだが液体状態にある間にＬＥＤが実装領域から移動するのを低減させる役割を果たす。液状はんだがそれらのダムのうちの任意の１つに接触すると、移動が弱まる、または止まる。これは、はんだが硬化するまで、ＬＥＤの移動を低減させるのに役立つ。
【００４４】
光学素子またはレンズ７０が、環境的および／または機械的保護を実現するために、ＬＥＤ３４の上方に、サブマウント３２の上面４０上に形成される。レンズ７０は、上面４０上の様々な位置に位置することが可能であり、レンズベースのほぼ中央にＬＥＤ３４がある状態ではレンズは図示されるように配置される。いくつかの実施形態においては、レンズは、ＬＥＤ３４およびサブマウントの上面４０に直接に接触する状態で形成することが可能である。他の実施形態においては、介在する材料または層が、ＬＥＤ３４および／または上面４０の間にあってもよい。ＬＥＤ３４に直接に接触させることにより、光抽出の向上および製造の容易化などのいくつかの利点がもたらされる。
【００４５】
以下でさらに説明されるように、レンズ７０は、様々な成形技術を用いて成形することが可能であり、レンズは、光出力の所望の形状に応じて多数の様々な形状のものが可能である。図示される１つの適切な形状は、半球形であり、他の形状のいくつかの例としては、楕円弾（ｅｌｌｉｐｓｏｉｄ ｂｕｌｌｅｔ）形、平形、六角形および正方形がある。シリコーン、プラスチック、エポキシ樹脂またはガラスなどの多数の様々な材料をレンズ用に使用することが可能であるが、適切な材料は、成形プロセスに適合するものである。シリコーンは、成形に適しており、適切な光伝送特性を実現する。また、シリコーンは、後のリフロープロセスに耐えることが可能であり、経時的に著しく劣化することがない。また、光抽出を向上させるためにレンズ７０をテクスチャリングすることが可能であり、あるいはレンズ７０が燐光体または散乱粒子などの材料を含むことが可能であることが理解される。
【００４６】
また、ＬＥＤパッケージ３０は、レンズ７０とサブマウント３２の端部との間に、サブマウントの上面４０を覆う保護層７４を備えることが可能である。この層７４は、上面上の素子に対して追加の保護を与えて、後の加工ステップの際および使用の際の損傷および汚染を低減させる。保護層７４は、レンズ７０の形成の際に形成することが可能であり、レンズ７０と同一の材料を含むことが可能である。しかし、ＬＥＤパッケージ３０は、保護層７４を伴わずに提供することも可能であることが理解される。
【００４７】
また、レンズ７０は、サブマウント３２から移動させられる前にいくらかの剪断力に耐えることが可能であるべきである。一実施形態においては、レンズは、１キログラム（ｋｇ）またはそれ以上の剪断力に耐えることが可能である。硬化後にはより硬くなり、ショアＡ（Ｓｈｏｒｅ Ａ）７０またはそれ以上などのより高いデュロメータ（ｄｕｒｏｍｅｔｅｒ）測定値を有するシリコーンを用いたＬＥＤパッケージの実施形態は、剪断力に対して耐えることにより優れている傾向がある。また、高密着性および高引張強度などの特性が、剪断力に耐えるレンズの能力に寄与することがある。
【００４８】
また、ＬＥＤパッケージ３０のレンズ構成は、ビーム成形を容易にするためにエンドユーザがレンズの上に設けることが可能な二次レンズまたは光学素子と共に使用するように容易に適合される。これらの二次レンズは、当技術分野において一般的に知られており、それらの多くは市販されている。
【００４９】
図３ａから図３ｅは、ＬＥＤパッケージ３０におけるものと同様の形体を有する、本発明によるＬＥＤパッケージの別の実施形態１００を図示する。同様の形体については、上述の説明がこの実施形態に対して等しく適用されるという理解により、本明細書および以
下の図４ａおよび図４ｂにおいて同一の参照番号が使用される。ＬＥＤパッケージ１００は、サブマウント３２、ＬＥＤ３４、レンズ７０およびワイヤボンド６４、６５を備える。ＬＥＤパッケージ３０と同様に、ＬＥＤパッケージ１００は、表面実装用に構成されるが、サブマウント３２の一側部での接触を可能にする導電性パッドについて異なる構成を有する。
【００５０】
ＬＥＤパッケージは、第２のコンタクトパッド１０６からギャップ１０８によって離隔される、一体化された第１のコンタクトパッド１０４を有する付着パッド１０２を備える。ギャップ１０８は、上述のような電気的絶縁を与える。ＬＥＤ３４は、上述の方法を用いて付着パッドに実装され、ワイヤボンド６５は、第２のコンタクトパッド１０６との間に延びて、ＬＥＤ３４に第２のコンタクトパッド１０６の電気信号を伝達する。第１および第２のコンタクトパッド１０４、１０６は、サブマウント３２の対向する側に位置しているのではなく同一の側に位置する。付着パッド１０２は、サブマウントの上面４０の大部分を覆って、上述のような熱拡散の向上を可能にする。また、第１および第２のコンタクトパッド１０４、１０６は、上面の一部分を覆って、電流拡散を補助する。
【００５１】
サブマウントの背面５４上には、第１および第２のコンタクトパッド１０４、１０６のそれぞれに少なくとも部分的に垂直に整列された状態で、第１および第２の表面実装コンタクト１１０、１１２が設けられる。導電性ビア１１４が、第１の表面実装コンタクト１１０と第１のコンタクトパッド１０４との間、および第２の表面実装コンタクト１１２と第２のコンタクトパッド１０６との間でサブマウントを貫通して延び、それによって、表面実装コンタクト１１０、１１２上の電気信号が、ビアを介してコンタクトパッド１０４、１０６に伝達される。次いで、この信号は、ＬＥＤ３４に伝達される。また、ＬＥＤパッケージ１００は、ＬＥＤ３４およびサブマウント３２からの熱拡散をさらに向上させるために、金属領域（ｍｅｔａｌｌｉｚｅｄ ａｒｅａ）１１６を備える。しかし、金属領域１１６は、表面実装コンタクト１１０、１１２の間にはなく、それらに対向する背面５４の領域を覆う。
【００５２】
図示されるＬＥＤパッケージ１００は、レンズ７０の端部と上面４０の端部との間に、サブマウントの上面４０を覆う保護層を有しないが、他の実施形態においてはそのような保護層を備えることが可能である。また、ＬＥＤパッケージ１００は、上述のように、ＥＳＤ保護素子６２およびソルダマスク５８を備えることが可能である。ＬＥＤパッケージ１００は、ＬＥＤパッケージ３０における場合のように、改善された温度管理を可能にするが、サブマウントの両側に沿ってではなく、サブマウントの一側部に沿った表面実装接触を可能にする。また、このＬＥＤパッケージは、エンドユーザによる位置合わせを補助する記号１１８を備えることが可能である。
【００５３】
図４ａおよび図４ｂが、サブマウント３２、ＬＥＤ３４、第１および第２のコンタクトパッド５０、５２、ビア５６、ＥＳＤダイオード６２、ワイヤボンド６４、６５、金属領域６６、レンズ７０ならびに保護層７４を概して備える、本発明によるＬＥＤパッケージのさらに別の実施形態１５０を示している。しかし、この実施形態においては、付着パッドは、円形ではなく、第１のコンタクトパッドと共に、サブマウント３２の大部分の上を覆う矩形形状の第１の導電性層１５２を備える。ビア５６は、第１の層１５２の一側方で、第１の層１５２と第１のコンタクトパッド５０との間に延び、ＬＥＤおよびＥＳＤダイオードは、付着パッド領域にその反対側で実装される。
【００５４】
第２の導電性層１５４が、サブマウントの上面の残りの部分のほとんどを覆い、ギャップ１５６が、第１および第２の層１５２、１５４の間にある。ビア５６は、第２の層１５４と第２のコンタクトパッド５２との間に延び、ワイヤボンド６４、６５は、第２の層１５４とＬＥＤ３４及びＥＳＤダイオード６２との間に延びる。上述の実施形態と同様に、
第１および第２のコンタクトパッド５０、５２に印加される電気信号が、ＬＥＤ３４に伝達され、ＬＥＤ３４を発光させる。
【００５５】
この実施形態においては、第１および第２の層１５２、１５４は、サブマウントの上面の全てを実質的に覆い、ＬＥＤ３４からの広い側方への熱拡散の能力をもたらす。しかし、この構成は、組立ての際のパターン認識のために最小限のパターンを呈している。比較によれば、図２ａ〜図２ｇに図示されるパッドの構成は、組立てのためのより優れたパターン認識を可能にするとともに、同時に適切な側方電流拡散を実現する。
【００５６】
また、本発明は、複数のパッケージを同時に製造することが可能な、ＬＥＤパッケージを製造するための改善された方法を提供する。これは、製造におけるコストおよび複雑性を軽減し、制御された形体および発光特性を有するデバイスの製造を可能にする。図５は、本発明によるＬＥＤパッケージ製造方法の一実施形態２００を示している。２０２において、その後の製造ステップにおいてさいの目状に切断して、複数の個別のサブマウントを提供することが可能な基板（サブマウント）パネルが、複数のパッケージの同時製造を可能にするために提供される。このパネルの上にＬＥＤパッケージ導電性形体（ＬＥＤ ｐａｃｋａｇｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｆｅａｔｕｒｅ）を形成するために、独立した加工ステップが必要であることが理解される。これらの形体としては、付着パッド、コンタクトパッド、表面実装パッド、ビアおよび金属領域が含まれることが可能であり、それらは全て、ＬＥＤにより生成される熱の放散を補助するように構成することが可能である。パネルは、組として構成された複数のこれらの形体を備え、これらの組のそれぞれが、パネルから形成されることとなる複数のパッケージの１つに対応する。例えば３インチ×４インチ、２インチ×４インチ、および４インチ×４インチなどの、多数の様々なパネルサイズを使用することが可能である。
【００５７】
２０４において、複数のＬＥＤが提供され、ＬＥＤはそれぞれ、基板パネルの上の付着パッドのそれぞれに実装される。一実施形態においては、複数のＬＥＤは、白色発光ＬＥＤチップを備え、多数の様々な白色チップを使用することが可能であるが、適切な白色チップは、上述のおよび本明細書に組み込まれる特許文献において説明されるものである。他の実施形態においては、付着パッドのそれぞれに実装するために２つ以上のＬＥＤを提供することが可能である。また、このステップにおいては、複数のＥＳＤ保護素子を提供することが可能であり、ＥＳＤ保護素子はそれぞれ、そのＬＥＤパッケージのＥＳＤ保護を行うために、付着パッドの１つと組み合わせて実装することが可能である。
【００５８】
２０６において、ＬＥＤはそれぞれ、付着パッドの１つにダイ付着され、上述のように、多数の様々な取付方法および材料を使用することが可能であるが、適切な方法は、従来のはんだ材料および方法を用いた取付方法である。また、このステップにおいては、ＥＳＤ素子はそれぞれ、同一の取付方法および材料を用いて各付着パッドに実装することが可能である。また、ＥＳＤ素子は、他の方法を用いて他の位置に実装することが可能であることが理解される。
【００５９】
２０８において、パネルは、前の加工ステップの際に蓄積される場合がある任意のフラックスを除去するために、はんだフラックス洗浄を受ける。２１０において、ワイヤボンドが、各ＬＥＤおよびＥＳＤ素子の上に形成され、各コンタクトパッドの適切な１つに各ＬＥＤおよびＥＳＤ素子を電気的に接続する。上述のように、ＬＥＤおよび付随するＥＳＤ素子はそれぞれ、第２のコンタクトパッドにワイヤボンディングすることが可能である。ワイヤボンドは、既知のプロセスを用いて形成することが可能であり、金などの既知の導電性材料から形成することが可能である。
【００６０】
いくつかの実施形態においては、ＬＥＤは、所望の変換物質を伴わずに設け、パネルに
実装することが可能である。これらの実施形態においては、変換材料は、ワイヤボンディングの後にＬＥＤ上に堆積させることが可能である。任意の２１２において、従来の材料または燐光体をＬＥＤ上に堆積するが、電気泳動堆積またはＥＰＤなどの多数の様々な既知の燐光体堆積方法を使用することが可能である。多数の様々な燐光体堆積プロセスを、上述の特許文献中に説明される適切なＥＰＤプロセスと共に用いることが可能である。
【００６１】
２１４において、レンズが、ＬＥＤのそれぞれの上に成形されるが、多数の様々な成形方法を使用することが可能である。一実施形態においては、サブマウントパネル内のＬＥＤの上にレンズを同時形成する成形プロセスを使用する。そのような１つの成形プロセスは、圧縮成形プロセス（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）と呼ばれる。次に図６ａおよび図６ｂを参照すると、圧縮成形の一実施形態が図示され、レンズと逆の形状をそれぞれが有する複数の空洞（ｃａｖｉｔｙ）２５２を有するモールド（ｍｏｌｄ）２５０が提供され、各空洞２５２は、基板パネル２５６の上のＬＥＤ２５４のそれぞれと整列するように構成されている。モールド２５０は、空洞２５２を満たす液体状態のレンズ材料２５７を充填されるが、好ましい材料は、液状硬化可能シリコーンである。図６ｂを参照すると、パネル２５６は、空洞の方向に移動され、ＬＥＤ２５４はそれぞれ、空洞２５２のそれぞれの中の液状シリコーン中に嵌め込まれる。また、一実施形態においては、サブマウントの上面の上に保護層を提供するシリコーンの層が、隣接し合うレンズ間に残ることが可能である。次いで、液状シリコーンは、既知の硬化プロセスを用いて硬化させることが可能である。次いで、モールドからパネルを除去することが可能であり、図７ａおよび図７ｂに図示されるように、パネルは、複数のレンズ２５８を備えることが可能であり、レンズ２５８はそれぞれ、ＬＥＤ２５４のそれぞれの上にある。次いで、個々のＬＥＤパッケージは、図示される破線に沿ってなど、パネルから分離することが可能である。
【００６２】
再度図５を参照すると、次いで２１６において、パネルをさいの目状に切断／個片化して、個々のＬＥＤパッケージに分離するが、既知のソーによる個片化方法（ｓａｗ ｓｉｎｇｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）などの様々な方法を使用することが可能である。この方法を用いる場合には、パネルおよび個々のＬＥＤパッケージを保持し安定化させるために、個片化の前にパネルにテープを装着することが可能である。個片化に続いて、ＬＥＤパッケージを洗浄し乾燥させることが可能である。
【００６３】
２１８において、ＬＥＤパッケージが正確に作動していることを確認するために、かつ各デバイスの出力光特性を測定するために、ＬＥＤパッケージのそれぞれを検査することが可能である。また、サブマウントパネルをプロービングすることによって、この方法において様々な位置でパッケージを検査することが可能であることが理解される。２２０において、ＬＥＤパッケージは、それらの出力特性に応じて分類し、各分類に応じてパッケージし、顧客に配送することが可能である。
【００６４】
本明細書においては方法の一実施形態が説明されたが、本発明による方法の様々な実施形態が、異なる順序で同一のステップを使用することが可能であり、または異なるステップを有することが可能であることが理解される。ＬＥＤパッケージに関して、そのいくつかの好ましい構成を参照として本発明が詳細に説明されてきたが、他の変形形態が可能である。したがって、本発明の精神および範囲は、上述の形態に限定されるべきではない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードに関し、より詳細には、モールドレンズを有する発光ダイオードパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤまたはＬＥＤｓ）は、電気エネルギーを光に変換する固体デバイスであり、一般的に、反対にドープされた層の間に挟まれた１つ又は複数の半導体材料の活性層を備える。ドープ層間にバイアスがかけられると、正孔および電子が活性層中に注入され、活性層で再結合して光を生成する。光は、活性層から及びＬＥＤの全表面から発せられる。
【０００３】
回路または他の同様の構成物（ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）においてＬＥＤチップを使用するために、パッケージの中にＬＥＤチップを封入して、環境的および／または機械的保護、色の選択、集束などを可能にすることが知られている。また、ＬＥＤパッケージは、外部回路にＬＥＤパッケージを電気的に接続するためのリード線（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ
ｌｅａｄ）、コンタクトまたはトレース（ｔｒａｃｅ）を備える。図１ａに図示される典型的なＬＥＤパッケージ１０においては、ＬＥＤチップ１２が、はんだ接合剤（ｓｏｌｄｅｒ ｂｏｎｄ）または導電性エポキシ樹脂（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｅｐｏｘｙ）を用いて反射カップ１３上に取り付けられる。１つ又は複数のワイヤボンド１１が、リード１５Ａおよび／または１５ＢにＬＥＤチップ１２のオーミックコンタクトを接続しており、リード１５Ａおよび／または１５Ｂは、反射カップ１３に付着されていても、反射カップ１３と一体化されていてもよい。反射カップ１３は、燐光体などの波長変換物質を含む封入材料（ｅｎｃａｐｓｕｌａｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）１６を充填されていてもよい。ＬＥＤによって第１の波長で発せられた光が燐光体によって吸収されてもよく、燐光体はそれに応答して第２の波長で光を発してもよい。次に、アセンブリ全体が、透明の保護樹脂１４内に封入されるが、透明の保護樹脂１４は、ＬＥＤチップ１２から発せられる光を平行にするために、レンズ形状に成形されてもよい。反射カップ１３は上方向に光を方向付けることができるが、光が反射される際に光学的損失が生じる場合がある（すなわち、光の幾分かが反射されずに、反射体カップに吸収される場合がある。）。さらに、図１ａに図示されるパッケージ１０などのパッケージに関して、リード１５Ａ、１５Ｂを介して熱を取り出すことが困難な場合があるため、保熱（ｈｅａｔ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ）が問題となることがある。
【０００４】
図１ｂに図示される従来のＬＥＤパッケージ２０は、熱をより生成する場合のある高出力動作にさらに適したものである。ＬＥＤパッケージ２０において、１つ又は複数のＬＥＤチップ２２が、プリント回路基板（ＰＣＢ）キャリア、基板またはサブマウント２３などのキャリア（ｃａｒｒｉｅｒ）の上に取り付けられている。サブマウント２３上に取り付けられた金属反射体２４が、ＬＥＤチップ（または複数のＬＥＤチップ）２２を包囲し、ＬＥＤチップ２２により発せられる光をパッケージ２０から離れる方向に反射する。また、反射体２４は、ＬＥＤチップ２２に対して機械的保護を与える。１つ又は複数のワイヤボンド接続部１１が、ＬＥＤチップ２２上のオーミックコンタクトと、キャリア２３上の電気トレース２５Ａ、２５Ｂとの間に形成される。次いで、取り付けられたＬＥＤチップ２２は封入材料２６で覆われるが、封入材料２６は、チップに対して環境的および機械的保護を与えると同時にレンズとしても機能することができる。一般的に、金属反射体２４は、はんだ接合剤またはエポキシ樹脂接合剤を用いてキャリアに付着される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第Ｒｅ．３４８６１号明細書
【特許文献２】米国特許第４９４６５４７号明細書
【特許文献３】米国特許第５２０００２２号明細書
【特許文献４】米国特許出願第１１／６５６７５９号明細書
【特許文献５】米国特許出願第１１／８９９７９０号明細書
【特許文献６】米国特許出願第１１／４７３０８９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１ｂに図示されるパッケージ２０などのパッケージは、高出力動作に関するいくつかの利点を有しうるが、金属反射体として別個の金属部材を使用することに伴ういくつかの潜在的な問題が存在する場合がある。例えば、小さな金属パーツは、手頃な費用で高精度に再現可能に製造することが困難な場合がある。さらに、反射体は一般的に接着剤を使用してキャリアに固着されるため、反射体を慎重に位置合わせして取り付けるためのいくつかの製造ステップが必要となる場合があり、これによって、そのようなパッケージの製造プロセスの費用および複雑性が増す場合がある。
【０００７】
また、より高出力の動作に関しては、ＬＥＤチップ２２により生成される熱を分散することが困難な場合がある。サブマウントは、頑丈ではあるが熱を効率的に伝達しないセラミックスなどの材料から構成することが可能である。ＬＥＤチップからの熱は、ＬＥＤチップの下方のサブマウント内に移動するが、ＬＥＤの下方から、熱を分散することのできる外方へ効率的に広がらない。ＬＥＤからの熱は、ＬＥＤの下方に集中する傾向があり、ＬＥＤパッケージの作動時に上昇するおそれがある。この熱の上昇により、パッケージの寿命の短縮または故障がもたらされる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるＬＥＤパッケージの一実施形態は、上面および底面を有し、その上面の上に複数の上部導電性および導熱性要素（ｔｏｐ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）を有するサブマウントを備える。ＬＥＤが、前記上部要素のうちの１つの上に備えられ、前記上部要素に印加された電気信号がＬＥＤを発光させる。また、前記導電性要素は、ＬＥＤからの熱をサブマウントの上面の大部分にわたって拡散する。下部導熱性要素（ｂｏｔｔｏｍ ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）が、前記サブマウントの底面の上に備えられ、サブマウントからの熱を伝達する。レンズが、ＬＥＤの上に直接に形成される。
【０００９】
本発明によるＬＥＤパッケージの別の実施形態は、上面および底面を有するサブマウントを備え、付着パッド（ａｔｔａｃｈ ｐａｄ）が前記上面の上にあり、前記上面の上の第１のコンタクトパッドが前記付着パッドと一体化されており、第２のコンタクトパッドが前記上面の上にある。ＬＥＤが、前記付着パッドに取り付けられ、電気信号が前記第１のコンタクトパッドおよび前記第２のコンタクトパッドに印加されると、ＬＥＤを発光させる。また、パッドは、前記ＬＥＤからの熱を前記上面の大部分に拡散するために、前記上面のほとんどを覆う導熱性層を備える。光学素子が、前記ＬＥＤの上に直接に形成される。
【００１０】
本発明によるＬＥＤパッケージの別の実施形態は、上面および底面を有するサブマウントを備え、ＬＥＤが前記上面の上に取り付けられる。レンズが、前記ＬＥＤおよび前記上面の一部分の上に直接に形成される。前記上面の上の上部熱拡散要素が、前記ＬＥＤからの熱を前記上面の大部分にわたって拡散し、前記サブマウントの底面の上の下部熱拡散要素が、サブマウントからの熱を伝達する。
【００１１】
本発明によるＬＥＤパッケージを製造する方法の一実施形態は、複数のＬＥＤパッケージサブマウントに分離されるように寸法を設定されたサブマウントパネルを設けるステップを含む。上部導電性要素が、複数のＬＥＤパッケージのためのサブマウントパネルの１つの表面の上に形成される。ＬＥＤが前記上部要素に付着され、前記ＬＥＤは、前記上部導電性要素に電気的に接続される。レンズが前記ＬＥＤの上に成形され、基板パネルが個片化されて複数のＬＥＤパッケージに分離される。
【００１２】
本発明による複数の表面実装ＬＥＤパッケージを製造する方法は、複数のＬＥＤパッケージの形成に適合するように寸法を設定されたサブマウントパネルを設けるステップを含む。付着パッド及びコンタクトパッドの組が、サブマウントパネルの１つの表面の上に形成され、それらの組のそれぞれは、前記サブマウントパネルから形成されることになるＬＥＤパッケージの１つに対応する。複数のＬＥＤがサブマウントパネルに付着され、前記ＬＥＤのそれぞれは、前記付着パッド及びコンタクトパッドの組のうちの１つに付着され、電気的に接続される。複数のレンズが前記サブマウントパネル上に成形され、前記レンズはそれぞれ、前記ＬＥＤのうちの１つの上に位置する。表面実装コンタクトの組が、前記付着パッド及びコンタクトパッドの組とは反対側の前記サブマウントパネルの表面上に形成され、前記表面実装コンタクトの組のそれぞれは、前記付着パッド及びコンタクトパッドの組のそれぞれに対応する。基板パネルが個片化されて複数のＬＥＤパッケージに分離される。
【００１３】
本発明のこれら及びその他の側面および利点は、本発明の特徴を例示として示す以下の詳細な説明および添付図面より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１ａ】先行技術のＬＥＤパッケージの断面図である。
【図１ｂ】別の先行技術のＬＥＤパッケージの断面図である。
【図２ａ】本発明によるＬＥＤパッケージの一実施形態の上面図である。
【図２ｂ】図２ａに図示されるＬＥＤパッケージの側面図である。
【図２ｃ】図２ａに図示されるＬＥＤパッケージの底面図である。
【図２ｄ】図２ａに図示されるＬＥＤパッケージの上面斜視図である。
【図２ｅ】図２ａに図示されるＬＥＤパッケージの底面斜視図である。
【図２ｆ】図２ａに図示されるＬＥＤパッケージの分解図である。
【図２ｇ】図２ａに図示されるＬＥＤパッケージの、切断線２ｇ−２ｇに沿った断面図である。
【図３ａ】本発明によるＬＥＤパッケージの別の実施形態の側面図である。
【図３ｂ】図３ａに図示されるＬＥＤパッケージの上面図である。
【図３ｃ】図３ａに図示されるＬＥＤパッケージの底面図である。
【図３ｄ】図３ａに図示されるＬＥＤパッケージの上面斜視図である。
【図３ｅ】図３ａに図示されるＬＥＤパッケージの底面斜視図である。
【図４ａ】本発明によるＬＥＤパッケージの別の実施形態の上面斜視図である。
【図４ｂ】図４ａに図示されるＬＥＤパッケージの底面斜視図である。
【図５】本発明による製造方法の一実施形態に関する流れ図である。
【図６ａ】本発明によるレンズモールドの一実施形態の断面図である。
【図６ｂ】図６ａに図示されるレンズモールドの別の断面図である。
【図７ａ】本発明にしたがって構成されたレンズを有するサブマウントパネルの一実施形態の平面図である。
【図７ｂ】図７ａに示されたサブマウントパネルの、切断線７ｂ−７ｂに沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、コンパクトで簡易で効率的なＬＥＤパッケージと、その製造方法とを対象とする。種々の実施形態は、一般的に高温で作動する１つ又は複数の高出力ＬＥＤを備えることが可能である。本発明によるパッケージは、ＬＥＤから熱を拡散することによる改善された温度管理を可能にする形体を備えることが可能である。さらに、熱は、大気中に分散させることが可能である。また、本発明によるパッケージは、ＬＥＤを保護しつつ、さらに効率的な発光特性を可能にする、１つ又は複数のＬＥＤの上に直接に成形されたレンズを備えることが可能である。
【００１６】
また、本発明は、複数のパッケージの同時形成を可能にする加工ステップを利用した、ＬＥＤパッケージの製造方法を対象とする。これにより、ＬＥＤパッケージ製造の製造複雑性およびコストを低下させることが可能となる。
【００１７】
本発明は、効率的であるにもかかわらず小サイズの光源を実現する、低コストで比較的小サイズのＬＥＤパッケージを提供する。特に、本発明によるこのパッケージは、表面実装技術に適合し、良好な放熱を可能にする形体を提供して、パッケージが過熱することなく高出力レベルで作動することを可能にする。
【００１８】
層、領域または基板などのある要素が別の要素「の上に」存在する、と言及される場合、ある要素は他方の要素の上に直接に存在しても、介在要素が存在してもよいことが理解される。さらに、本明細書において、「内方」、「外方」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」、「上方（ａｂｏｖｅ）」、「下部（ｌｏｗｅｒ）」、「下方（ｂｅｎｅａｔｈ）」、および「下（ｂｅｌｏｗ）」、ならびに同様の語などの相対的な語が、ある層や領域の関係性を説明するために使用される場合がある。これらの語は、図中に示されたデバイスの方向付けに加えて、デバイスの別の方向付けを包含することが意図されることが理解される。
【００１９】
本明細書において、第１、第２などの語が、様々な要素、コンポーネント、領域、層および／または区域を説明するために使用されることがあるが、これらの要素、コンポーネント、領域、層および／または区域は、これらの語によって限定されるべきではない。これらの語は、ある要素、コンポーネント、領域、層または区域を、別の要素、コンポーネント、領域、層または区域から区別するために使用されるにすぎない。したがって、本発明の教示から逸脱することなく、以下で説明される第１の要素、コンポーネント、領域、層または区域を、第２の要素、コンポーネント、領域、層または区域と呼ぶことが可能である。
【００２０】
本発明の実施形態は、本発明の理想的な実施形態の概略図である断面図を参照して説明される。そのため、例えば製造技術および／または製造公差による、図の形状からの変形が予期される。本発明の実施形態は、本明細書に示される領域の特定の形状に限定されるものと解釈されるべきではなく、例えば製造方法による形状の偏差が含まれるべきである。典型的には、正方形または矩形として図示または説明される領域が、通常の製造公差により丸みのある又は湾曲した形体を有する。したがって、図示される領域は、本質的に概略的なものであり、それらの形状は、デバイスの領域の正確な形状を図示することを意図されておらず、本発明の範囲を限定することを意図されていない。
【００２１】
本発明は、多数の様々な固体エミッタにおいて使用することが可能であり、以下では、本発明の実施形態を、ＬＥＤに、特に白色発光ＬＥＤおよびＬＥＤパッケージに関して説明する。また、本発明は、示される実施形態以外の他の固体エミッタパッケージを使用することが可能であることが理解される。また、本発明は、複数のＬＥＤを有するＬＥＤパッケージなどの複数のエミッタパッケージと共に使用することが可能である。本発明は、エミッタからの光の波長を下降変換するために変換材料を使用する任意の用途において使
用することが可能であり、以下の実施形態を参照する本発明の説明は、そのような特定の実施形態または同様の実施形態に限定するものとして解釈されるべきではない。
【００２２】
図２ａから図２ｇは、本発明によるＬＥＤパッケージ３０の一実施形態を示し、同実施形態は、同一または種々の色を発光する１つ又は複数のＬＥＤを有する基板／サブマウント（「サブマウント」）３２を概して備える。図示される実施形態において、単一のＬＥＤ３４がサブマウント３２上に取り付けられる。ＬＥＤ３４は、様々に構成された多数の種々の半導体層を有することが可能である。ＬＥＤ構造ならびにその製造および作動は、当技術分野において一般的に知られており、本明細書においては簡単にのみ説明する。ＬＥＤ３４の層は、既知のプロセスを使用して製造することが可能であり、適切なプロセスは、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を使用する製造である。概して、ＬＥＤ３４の層には、反対にドープされた第１および第２のエピタキシャル層の間に挟まれた活性層／領域が含まれ、それらはすべて、成長用基板の上に連続的に形成される。ＬＥＤをウェーハの上に形成し、次いでパッケージ内に取り付けるために個片化することが可能である。成長用基板は、個片化された最終ＬＥＤの一部として残るか、完全に又は部分的に除去することが可能であることが理解される。
【００２３】
また、ＬＥＤ３４内には、バッファ層、核形成層、コンタクト層および電流拡散層、ならびに光抽出層および光抽出要素を含むがそれらに限定されない他の層および要素を備えることも可能であることが理解される。活性領域には、単一量子井戸（ＳＱＷ）、多重量子井戸（ＭＱＷ）、ダブルヘテロ構造または超格子構造を含むことが可能である。活性領域およびドープ層は、種々の材料系から製造することができ、好ましい材料系は、ＩＩＩ族窒化物ベースの材料系である。ＩＩＩ族窒化物とは、窒素と、周期表のＩＩＩ族中の元素（通常はアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ））との間で形成される半導体化合物を指す。また、ＩＩＩ族窒化物という語は、アルミニウムガリウム窒化物（ＡｌＧａＮ）及びアルミニウムインジウムガリウム窒化物（ＡｌＩｎＧａＮ）などの三元化合物および四元化合物を指す。好ましい実施形態においては、ドープ層はガリウム窒化物（ＧａＮ）であり、活性領域はＩｎＧａＮである。代替実施形態においては、ドープ層は、ＡｌＧａＮ、アルミニウムガリウムヒ化物（ＡｌＧａＡｓ）またはアルミニウムガリウムインジウムヒ化リン化物（ＡｌＧａＩｎＡｓＰ）であってもよい。
【００２４】
成長用基板は、サファイア、炭化ケイ素、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ＧａＮなどの多くの材料から構成することが可能であり、適切な基板は４Ｈポリタイプの炭化ケイ素であるが、３Ｃ、６Ｈおよび１５Ｒのポリタイプを含む他の炭化ケイ素ポリタイプを使用することも可能である。炭化ケイ素は、サファイアに比べて、ＩＩＩ族窒化物に対する結晶格子の整合性がより近いなどのいくつかの利点を有し、より高品質のＩＩＩ族窒化物膜をもたらす。また、炭化ケイ素は、非常に高い熱伝導性を有し、そのため一般的に、炭化ケイ素上のＩＩＩ族窒化物の総出力は、基板の熱散逸（ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ）により制限されない（サファイア上に形成されたいくつかのデバイスでは制限される。）。ＳｉＣ基板は、米国ノースカロライナ州、ＤｕｒｈａｍのＣｒｅｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社より市販されており、その製造方法は、科学文献および特許文献１〜３に記載されている。
【００２５】
また、ＬＥＤ３４は、その上面上に導電性の電流拡散構造体３６およびワイヤボンドパッド３８を備えることが可能であり、電流拡散構造体３６およびワイヤボンドパッド３８は共に導電性材料から構成され、既知の方法を使用して堆積することが可能である。これらの要素のために使用することが可能ないくつかの材料としては、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ａｇまたはそれらの組合せ、ならびに導電性酸化物および透明導電性酸化物が含まれる。一般的に、電流拡散構造体３６は、ＬＥＤ３４上にグリッド状に配置された導電性フィンガー３７を備え、これらのフィンガーは、パッド３８からＬＥＤの上面への電流拡散を高めるために離間される。作動時に、電気信号が、以下で説明されるワイヤボン
ドを介してなど、パッド３８に印加され、電気信号は、電流拡散構造体３６のフィンガー３７とＬＥＤの上面とを介して、ＬＥＤ３４内に拡散する。電流拡散構造体は、ＬＥＤにおいてしばしば使用され、上面はｐ型であるが、ｎ型材料についても使用することが可能である。
【００２６】
ＬＥＤを１つ又は複数の燐光体で被覆することが可能であり、燐光体は、ＬＥＤ光の少なくとも幾分かを吸収して異なる波長の光を発し、それによって、ＬＥＤは、ＬＥＤおよび燐光体からの光の組合せを発する。好ましい実施形態においては、ＬＥＤは、ＬＥＤおよび燐光体の光の組合せの白色光を発する。ＬＥＤは、多数の様々な方法を使用して被覆し製造することが可能であり、１つの適切な方法が、共に「Wafer Level Phosphor Coating Method and Devices Fabricated Utilizing Method」と題された特許文献４および５
に記載されており、これらは共に参照により本明細書に組み込まれる。あるいは、電気泳動堆積法（ＥＰＤ）などの他の方法を使用してＬＥＤを被覆することが可能であり、１つの適切なＥＰＤ方法が、「Close Loop Electrophoretic Deposition of Semiconductor Devices」と題された特許文献６に記載されており、これもまたは参照により本明細書に組み込まれる。また、本発明によるＬＥＤパッケージは、種々の色の複数のＬＥＤを有することが可能であり、それらの中の１つ又は複数が白色発光であってもよいことが理解される。
【００２７】
サブマウント３２は、多数の様々な材料から形成することが可能であり、好ましい材料は電気的に絶縁性のものである。適切な材料としては、酸化アルミニウムおよび窒化アルミニウムなどのセラミック材料、またはポリイミド（ＰＩ）およびポリフタルアミド（ＰＰＡ）などの有機絶縁体が含まれるが、それらに限定されない。他の実施形態においては、サブマウント３２は、プリント回路基板（ＰＣＢ）、サファイアまたはシリコン、あるいは米国ミネソタ州ＣｈａｎｈａｓｓｅｎのＢｅｒｇｑｕｉｓｔ社より市販の、Ｔ−Ｃｌａｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｌａｄ ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌなどの他の適切な材料を含むことができる。ＰＣＢの実施形態に関して、標準ＦＲ−４ＰＣＢ、メタルコアＰＣＢ、または任意の他のタイプのプリント回路基板などの種々のＰＣＢのタイプを使用することが可能である。以下でさらに十分に説明されるように、本発明によるＬＥＤパッケージは、複数のサブマウントを収容するように寸法が設定されたサブマウントパネルを使用する方法を用いて製造することが可能である。複数のＬＥＤパッケージをこのパネルの上に形成することが可能であり、個々のパッケージが、このパネルから個片化される。
【００２８】
サブマウント３２は、一体化された第１のコンタクトパッド４４を有するダイ付着パッド４２を備えることが可能なパターニングされた導電性形体を備える上面４０を有する。また、第２のコンタクトパッド４６が、サブマウントの上面４０上に設けられ、ＬＥＤ３４は、付着パッド４２のほぼ中央に取り付けられる。これらのパターニングされた導電性形体は、既知の接触方法を使用して、ＬＥＤ３４への電気的接続のための導電性パスを提供する。ＬＥＤは、導熱性および導電性のものであってもよいフラックス（ｆｌｕｘ）材料またはディスペンスト・ポリマー（ｄｉｓｐｅｎｓｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ）材料を含むことがある、または含まないことがある、従来のはんだ材料などを使用した、既知の方法および材料実装法を使用して、付着パッド４２に取り付けることが可能である。
【００２９】
パッケージ３０におけるサブマウント３２のサイズは、種々の要因に応じて変わることが可能であり、１つとしては、ＬＥＤのサイズがある。例えば、パッケージ３０のサイズは、付着パッド４２、第１のコンタクトパッド４４および第２のコンタクトパッド４６内の有効熱拡散領域と実質的に同一の寸法であることが可能である。１ｍｍのＬＥＤを有するパッケージにおいては、サブマウントは、約３．５ｍｍ×３．５ｍｍであることが可能であり、０．７ｍｍのチップを有するパッケージについては、サブマウントは、３．２ｍ
ｍ×３．２ｍｍであることが可能であり、どちらの場合でも概して正方形の形状である。さらに、サブマウントは、円形、矩形または他の多辺形の形状を含む他の形状を有することが可能であることが理解される。
【００３０】
付着パッド４２、ならびに、第１および第２のコンタクトパッド４４、４６は、金属その他の導電性材料などの大きく異なる材料を含むことが可能である、一実施形態においては、パッド４２、４４、４６は、めっきなどの既知の技術を使用して堆積された銅を含む。典型的なめっきプロセスにおいては、チタン接着層および銅シード層が、基板上に連続してスパッタされる。次いで、約７５ミクロンの銅が、この銅シード層上にめっきされる。堆積された結果として得られる銅層は、次いで標準的なリソグラフィプロセスを使用してパターニングすることが可能である。他の実施形態においては、この層を、所望のパターンを形成するためのマスクを使用してスパッタすることが可能である。
【００３１】
本発明によるいくつかの実施形態においては、導電性形体のあるものが銅のみを含み、導電性形体の他のものが他の材料を含むことが可能である。例えば、付着パッド４２をＬＥＤ３４の取付により適したものにするために、付着パッド４２を追加の金属または材料でめっき又は被覆することが可能である。例えば、付着パッド４２は、接着材料またはボンディング材料、あるいは反射層およびバリア層でめっきすることが可能である。
【００３２】
第２のパッド４６と付着パッド４２との間に、サブマウント３２の表面に至るギャップ４８（図２ａおよび図２ｄにおいて最も良く図示される）が含まれ、このギャップは、付着パッド４２と第２のパッド４６との間に電気的絶縁を与える。以下でさらに説明されるように、電気信号が、第２のパッド４６および第１のパッド４４を介してＬＥＤ３４に印加され、第１のパッド４４への電気信号は、付着パッド４２を介してＬＥＤ３４へ直接に進み、第２のパッドからの信号は、ワイヤボンドを介してＬＥＤ３４に進む。ギャップ４８は、ＬＥＤ３４に印加された信号の短絡を回避するために、第２のパッド４６と付着パッドとの間に電気的絶縁を与える。
【００３３】
いくつかの実施形態においては、ＰＣＢへのはんだコンタクトその他の導電性パスなどにより、第１および第２のボンドパッド４４、４６への外部からの電気的接触を可能にすることによって、電気信号をパッケージ３０に印加することが可能である。図示される実施形態においては、ＬＥＤパッケージ３０は、表面実装技術を使用して実装し、内部導電性パスを有するように構成されている。ＬＥＤ３０は、第１および第２のコンタクトパッド４４、４６のそれぞれに少なくとも部分的に整列された状態でサブマウントの背面５４上に形成することが可能な第１および第２の表面実装パッド５０、５２（図２ｃおよび２ｅに最もよく示されている）を備える。導電性ビア５６が、第１の実装パッド５０と第１のコンタクトパッド４４との間にサブマウント３２を貫通して形成され、それにより、信号が第１の実装パッド５０に印加されると、その信号は、第１のコンタクトパッド４４に伝達される。同様に、導電性ビア５６は、第２の実装パッド５２と第２のコンタクトパッド４６との間に形成されて、第２の実装パッド５２と第２のコンタクトパッド４６との間で電気信号を伝達する。第１および第２の実装パッド５０、５２は、ＬＥＤ３４に印加されるべき電気信号が第１および第２の実装パッド５０、５２の間に印加される状態でのＬＥＤパッケージ３０の表面実装を可能にする。ビア５６および実装パッド５０、５２は、付着パッド４２およびコンタクトパッド４４、４６について使用される技術などの種々の技術を用いて堆積される多数の様々な材料から形成することが可能である。
【００３４】
実装パッド５０、５２およびビア５６は、多数の様々な様式で構成することが可能であり、多数の様々な形状およびサイズを有することが可能であることが理解される。また、ビアの代わりに、１つ又は複数の導電性トレースを、サブマウントの側部表面に沿ってなど、実装パッドとコンタクトパッドとの間にサブマウントの表面上に設けることが可能で
あることが理解される。
【００３５】
従来の材料から構成されるソルダマスク（ｓｏｌｄｅｒ ｍａｓｋ）５８をサブマウントの上面４０上に設け、付着パッド４２と第１および第２のコンタクトパッド４４、４６とを少なくとも部分的に覆い、ギャップ４８を少なくとも部分的に覆うことが可能である。ソルダマスク５８は、その後の加工ステップの間、特にＬＥＤ３４を付着パッド４２に取り付けてワイヤボンディングする間、これらの形体を保護する。これらのステップの間に、望ましくない領域にはんだその他の材料が堆積する危険がある可能性があり、これは、この領域に損傷を与える、または電気的短絡をもたらすおそれがある。ソルダマスクは、これらの危険を減らす又は回避させることが可能な絶縁および保護材料としての役割を果たす。ソルダマスクは、付着パッド４２にＬＥＤ３４を実装するための、かつ第２のコンタクトパッド４６にワイヤボンドを装着するための開口を備える。また、ソルダマスクは、製造の際のパッケージ３０の検査のための、コンタクトパッド４４、４６への好都合な電気的アクセスを可能にする側部開口６０を備える。また、ソルダマスク５８は、パッケージ３０の製造の際の位置合わせを可能にし、またエンドユーザが定位置に取り付ける際の位置合わせを可能にするアラインメントホールを有する。
【００３６】
いくつかの実施形態においては、ソルダマスクは、パッケージに印加すべき信号のプラスまたはマイナスに、ＬＥＤパッケージ３０のどちらの側を結合すべきかを示すための記号または標識６９を備えることが可能である。これによって、機械または手作業のいずれによってかにかかわらず、ＰＣＢその他の固定物（ｆｉｘｔｕｒｅ）にＬＥＤパッケージ３０を確実に正確に実装することが可能となる。図示される実施形態においては、記号６９は、第１のコンタクトパッド４４の上にプラス（＋）の符号を備えており、正の信号が第１の実装パッド５０に結合される状態でパッケージ３０が実装されるように指示する。したがって、負の信号が第２の実装パッド５２に結合されることとなる。多数の様々な記号タイプを使用することが可能であり、また第２の導電性パッド４６の上に記号を含むことが可能であることが理解される。また、ソルダマスク５８以外の他の位置に記号を配置することが可能であることが理解される。
【００３７】
また、パッケージ３０は、静電放電（ＥＳＤ）による破壊から保護するための素子を備えることが可能である。図示される実施形態においては、この素子はオンチップのものであり、様々な垂直シリコン（Ｓｉ）ツェナーダイオード、並列に配置され、ＬＥＤ３４に対して逆バイアスが印加される様々なＬＥＤ、表面実装バリスタおよび水平Ｓｉダイオードなどの、種々の素子を使用することが可能である。図示される実施形態においては、ツェナーダイオード６２が使用され、既知の実装技術を使用して付着パッド４２に実装される。このダイオードは、比較的小さく、そのためサブマウント３２の表面上の過大な領域を覆わない。
【００３８】
ソルダマスク５８は、ＥＳＤダイオード６２を付着パッド４２に取り付けることが可能となるように、ＥＳＤダイオード６２のための開口を備えることが分かる。付着パッド４２にＬＥＤ３４を実装するために使用される材料および方法などの、様々な実装材料および方法を使用することが可能である。ＥＳＤワイヤボンド６４が、ソルダマスク開口の位置の第２のコンタクトパッド４６と、ＥＳＤダイオード６２との間に設けられる。また、２つのＬＥＤワイヤボンド６５が、第２のコンタクトパッド４６中のソルダマスク開口と、ＬＥＤ３４上のワイヤボンドパッド３８との間に設けられる。他の実施形態においては、１つのワイヤボンドだけを、ＬＥＤ３４と第２のコンタクトパッドとの間に設けることが可能である。このＬＥＤ３４とＥＳＤダイオード６２との構成は、ＥＳＤの発生によりＬＥＤパッケージ３０を貫流する過剰電圧および／または過剰電流が、ＬＥＤ３４の代わりにダイオード６２を貫流するのを可能にし、ＬＥＤ３４を損傷から保護する。ワイヤボンド６４および６５は、既知の方法を用いて適用することが可能であり、既知の導電性材
料を含むことが可能であり、適切な材料は金（Ａｕ）である。ＥＳＤ素子／ダイオードを伴わずに、またはＬＥＤパッケージ３０の外部に存在するＥＳＤ素子／ダイオードを伴って、本発明によるＬＥＤパッケージの他の実施形態を提供することが可能であることが理解される。
【００３９】
上述のように、熱は一般的に、サブマウント３２、特にセラミックなどの材料から構成されるサブマウント中に効率的に拡散しない。ＬＥＤが、ＬＥＤの下方にのみ概して延在する付着パッドの上に設けられる場合には、熱は、サブマウントのほとんどの部分にわたり拡散せず、ＬＥＤの直下の領域に概して集中する。これは、ＬＥＤパッケージの作動出力レベルを制限するおそれのあるＬＥＤの過熱を引き起こす可能性がある。
【００４０】
ＬＥＤパッケージ３０における放熱性の改善のため、熱がＬＥＤ３４の直下の領域を越えてサブマウントの他の領域に拡散することが可能となるように、ＬＥＤ３４から離れるように熱を側方に伝達するための導熱性パスが、パッド４２、４４、４６によって実現される。付着パッド４２は、ＬＥＤ３４よりも広くサブマウント３２の表面を覆い、付着パッドは、ＬＥＤ３４の端部からサブマウント３２の端部の方に延在する。図示される実施形態においては、付着パッド４２は、全体的に円形であり、ＬＥＤ３４からサブマウント３２の端部の方に径方向に延在する。付着パッド４２の一部分が、第１および第２のコンタクトパッド４４、４６と交差し、ギャップ４８が、第２のコンタクトパッド４６に隣接する付着パッドの一部を分離する。コンタクトパッド４２は多数の他の形状であることが可能であり、いくつかの実施形態では、コンタクトパッド４２はサブマウント３２の端部まで延在することが可能であることが理解される。
【００４１】
また、コンタクトパッド４４、４６が、ビアから外方に延在してサブマウント３２の表面を覆い、ビア５６の間の領域と、ビア５６とサブマウント３２の端部との間の領域とを覆う。このようにパッド４２、４４、４６を延在させることにより、ＬＥＤ３４からの熱拡散が改善される。これは、ＬＥＤ３４において生成される熱の放熱性を改善し、これにより、ＬＥＤ３４の作動寿命が向上し、より高い作動出力が可能となる。パッド４２、４４、４６は、サブマウント３２の上面４０の様々なパーセンテージを覆うことが可能であり、覆う面積は、典型的には５０％を超える。このＬＥＤパッケージ３０では、パッド４２、４４、４６は、サブマウントの約７０％を覆うことが可能である。他の実施形態においては、覆う面積は７５％を超えることが可能である。
【００４２】
さらに、ＬＥＤパッケージ３０は、サブマウントの背面５４の上に、第１の実装パッド５０と第２の実装パッド５２との間に金属領域６６を備えることが可能である。この金属領域は、好ましくは導熱性材料から構成され、好ましくはＬＥＤ３４に少なくとも部分的に垂直方向に整列される。一実施形態においては、金属領域は、サブマウント３２の上面上の素子と、またはサブマウント３２の背面上の第１および第２の実装パッドと電気的接触状態にない。ＬＥＤからの熱は、付着パッド４２およびパッド４４、４６によってサブマウントの上面にわたって側方に拡散するが、より多くの熱が、ＬＥＤ３４の直下および周囲のサブマウント３２中に進む。金属領域は、この熱がより容易に分散可能である金属領域中へのこの熱の拡散を可能にすることによって、この拡散を補助することが可能である。また、熱はサブマウント３２の上面からビア５６を介して伝達することが可能であり、熱はビア５６において第１および第２の実装パッド５０、５２中に拡散することが可能であり、熱は第１および第２の実装パッド５０、５２で分散することも可能であることを指摘しておく。表面実装において使用されるパッケージ３０について、金属領域６６（図２ｃおよび図２ｅにおいて最も良く図示される）と、第１および第２のパッド５０、５２とは、これら３つが全てＰＣＢなどの外側面に接触するように、ほぼ同一の厚さにすべきである。
【００４３】
ＬＥＤ３４の実装のために、付着パッド４２の領域の周囲に３つのはんだダム６７を設けることが可能であり、これらのはんだダムは、ＬＥＤを中央に置くのを補助し、実装用はんだが液体状態にある間にＬＥＤが実装領域から移動するのを低減させる役割を果たす。液状はんだがそれらのダムのうちの任意の１つに接触すると、移動が弱まる、または止まる。これは、はんだが硬化するまで、ＬＥＤの移動を低減させるのに役立つ。
【００４４】
光学素子またはレンズ７０が、環境的および／または機械的保護を実現するために、ＬＥＤ３４の上方に、サブマウント３２の上面４０上に形成される。レンズ７０は、上面４０上の様々な位置に位置することが可能であり、レンズベースのほぼ中央にＬＥＤ３４がある状態ではレンズは図示されるように配置される。いくつかの実施形態においては、レンズは、ＬＥＤ３４およびサブマウントの上面４０に直接に接触する状態で形成することが可能である。他の実施形態においては、介在する材料または層が、ＬＥＤ３４および／または上面４０の間にあってもよい。ＬＥＤ３４に直接に接触させることにより、光抽出の向上および製造の容易化などのいくつかの利点がもたらされる。
【００４５】
以下でさらに説明されるように、レンズ７０は、様々な成形技術を用いて成形することが可能であり、レンズは、光出力の所望の形状に応じて多数の様々な形状のものが可能である。図示される１つの適切な形状は、半球形であり、他の形状のいくつかの例としては、楕円弾（ｅｌｌｉｐｓｏｉｄ ｂｕｌｌｅｔ）形、平形、六角形および正方形がある。シリコーン、プラスチック、エポキシ樹脂またはガラスなどの多数の様々な材料をレンズ用に使用することが可能であるが、適切な材料は、成形プロセスに適合するものである。シリコーンは、成形に適しており、適切な光伝送特性を実現する。また、シリコーンは、後のリフロープロセスに耐えることが可能であり、経時的に著しく劣化することがない。また、光抽出を向上させるためにレンズ７０をテクスチャリングすることが可能であり、あるいはレンズ７０が燐光体または散乱粒子などの材料を含むことが可能であることが理解される。
【００４６】
また、ＬＥＤパッケージ３０は、レンズ７０とサブマウント３２の端部との間に、サブマウントの上面４０を覆う保護層７４を備えることが可能である。この層７４は、上面上の素子に対して追加の保護を与えて、後の加工ステップの際および使用の際の損傷および汚染を低減させる。保護層７４は、レンズ７０の形成の際に形成することが可能であり、レンズ７０と同一の材料を含むことが可能である。しかし、ＬＥＤパッケージ３０は、保護層７４を伴わずに提供することも可能であることが理解される。
【００４７】
また、レンズ７０は、サブマウント３２から移動させられる前にいくらかの剪断力に耐えることが可能であるべきである。一実施形態においては、レンズは、１キログラム（ｋｇ）またはそれ以上の剪断力に耐えることが可能である。硬化後にはより硬くなり、ショアＡ（Ｓｈｏｒｅ Ａ）７０またはそれ以上などのより高いデュロメータ（ｄｕｒｏｍｅｔｅｒ）測定値を有するシリコーンを用いたＬＥＤパッケージの実施形態は、剪断力に対して耐えることにより優れている傾向がある。また、高密着性および高引張強度などの特性が、剪断力に耐えるレンズの能力に寄与することがある。
【００４８】
また、ＬＥＤパッケージ３０のレンズ構成は、ビーム成形を容易にするためにエンドユーザがレンズの上に設けることが可能な二次レンズまたは光学素子と共に使用するように容易に適合される。これらの二次レンズは、当技術分野において一般的に知られており、それらの多くは市販されている。
【００４９】
図３ａから図３ｅは、ＬＥＤパッケージ３０におけるものと同様の形体を有する、本発明によるＬＥＤパッケージの別の実施形態１００を図示する。同様の形体については、上述の説明がこの実施形態に対して等しく適用されるという理解により、本明細書および以
下の図４ａおよび図４ｂにおいて同一の参照番号が使用される。ＬＥＤパッケージ１００は、サブマウント３２、ＬＥＤ３４、レンズ７０およびワイヤボンド６４、６５を備える。ＬＥＤパッケージ３０と同様に、ＬＥＤパッケージ１００は、表面実装用に構成されるが、サブマウント３２の一側部での接触を可能にする導電性パッドについて異なる構成を有する。
【００５０】
ＬＥＤパッケージは、第２のコンタクトパッド１０６からギャップ１０８によって離隔される、一体化された第１のコンタクトパッド１０４を有する付着パッド１０２を備える。ギャップ１０８は、上述のような電気的絶縁を与える。ＬＥＤ３４は、上述の方法を用いて付着パッドに実装され、ワイヤボンド６５は、第２のコンタクトパッド１０６との間に延びて、ＬＥＤ３４に第２のコンタクトパッド１０６の電気信号を伝達する。第１および第２のコンタクトパッド１０４、１０６は、サブマウント３２の対向する側に位置しているのではなく同一の側に位置する。付着パッド１０２は、サブマウントの上面４０の大部分を覆って、上述のような熱拡散の向上を可能にする。また、第１および第２のコンタクトパッド１０４、１０６は、上面の一部分を覆って、電流拡散を補助する。
【００５１】
サブマウントの背面５４上には、第１および第２のコンタクトパッド１０４、１０６のそれぞれに少なくとも部分的に垂直に整列された状態で、第１および第２の表面実装コンタクト１１０、１１２が設けられる。導電性ビア１１４が、第１の表面実装コンタクト１１０と第１のコンタクトパッド１０４との間、および第２の表面実装コンタクト１１２と第２のコンタクトパッド１０６との間でサブマウントを貫通して延び、それによって、表面実装コンタクト１１０、１１２上の電気信号が、ビアを介してコンタクトパッド１０４、１０６に伝達される。次いで、この信号は、ＬＥＤ３４に伝達される。また、ＬＥＤパッケージ１００は、ＬＥＤ３４およびサブマウント３２からの熱拡散をさらに向上させるために、金属領域（ｍｅｔａｌｌｉｚｅｄ ａｒｅａ）１１６を備える。しかし、金属領域１１６は、表面実装コンタクト１１０、１１２の間にはなく、それらに対向する背面５４の領域を覆う。
【００５２】
図示されるＬＥＤパッケージ１００は、レンズ７０の端部と上面４０の端部との間に、サブマウントの上面４０を覆う保護層を有しないが、他の実施形態においてはそのような保護層を備えることが可能である。また、ＬＥＤパッケージ１００は、上述のように、ＥＳＤ保護素子６２およびソルダマスク５８を備えることが可能である。ＬＥＤパッケージ１００は、ＬＥＤパッケージ３０における場合のように、改善された温度管理を可能にするが、サブマウントの両側に沿ってではなく、サブマウントの一側部に沿った表面実装接触を可能にする。また、このＬＥＤパッケージは、エンドユーザによる位置合わせを補助する記号１１８を備えることが可能である。
【００５３】
図４ａおよび図４ｂが、サブマウント３２、ＬＥＤ３４、第１および第２のコンタクトパッド５０、５２、ビア５６、ＥＳＤダイオード６２、ワイヤボンド６４、６５、金属領域６６、レンズ７０ならびに保護層７４を概して備える、本発明によるＬＥＤパッケージのさらに別の実施形態１５０を示している。しかし、この実施形態においては、付着パッドは、円形ではなく、第１のコンタクトパッドと共に、サブマウント３２の大部分の上を覆う矩形形状の第１の導電性層１５２を備える。ビア５６は、第１の層１５２の一側方で、第１の層１５２と第１のコンタクトパッド５０との間に延び、ＬＥＤおよびＥＳＤダイオードは、付着パッド領域にその反対側で実装される。
【００５４】
第２の導電性層１５４が、サブマウントの上面の残りの部分のほとんどを覆い、ギャップ１５６が、第１および第２の層１５２、１５４の間にある。ビア５６は、第２の層１５４と第２のコンタクトパッド５２との間に延び、ワイヤボンド６４、６５は、第２の層１５４とＬＥＤ３４及びＥＳＤダイオード６２との間に延びる。上述の実施形態と同様に、
第１および第２のコンタクトパッド５０、５２に印加される電気信号が、ＬＥＤ３４に伝達され、ＬＥＤ３４を発光させる。
【００５５】
この実施形態においては、第１および第２の層１５２、１５４は、サブマウントの上面の全てを実質的に覆い、ＬＥＤ３４からの広い側方への熱拡散の能力をもたらす。しかし、この構成は、組立ての際のパターン認識のために最小限のパターンを呈している。比較によれば、図２ａ〜図２ｇに図示されるパッドの構成は、組立てのためのより優れたパターン認識を可能にするとともに、同時に適切な側方電流拡散を実現する。
【００５６】
また、本発明は、複数のパッケージを同時に製造することが可能な、ＬＥＤパッケージを製造するための改善された方法を提供する。これは、製造におけるコストおよび複雑性を軽減し、制御された形体および発光特性を有するデバイスの製造を可能にする。図５は、本発明によるＬＥＤパッケージ製造方法の一実施形態２００を示している。２０２において、その後の製造ステップにおいてさいの目状に切断して、複数の個別のサブマウントを提供することが可能な基板（サブマウント）パネルが、複数のパッケージの同時製造を可能にするために提供される。このパネルの上にＬＥＤパッケージ導電性形体（ＬＥＤ ｐａｃｋａｇｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｆｅａｔｕｒｅ）を形成するために、独立した加工ステップが必要であることが理解される。これらの形体としては、付着パッド、コンタクトパッド、表面実装パッド、ビアおよび金属領域が含まれることが可能であり、それらは全て、ＬＥＤにより生成される熱の放散を補助するように構成することが可能である。パネルは、組として構成された複数のこれらの形体を備え、これらの組のそれぞれが、パネルから形成されることとなる複数のパッケージの１つに対応する。例えば３インチ×４インチ、２インチ×４インチ、および４インチ×４インチなどの、多数の様々なパネルサイズを使用することが可能である。
【００５７】
２０４において、複数のＬＥＤが提供され、ＬＥＤはそれぞれ、基板パネルの上の付着パッドのそれぞれに実装される。一実施形態においては、複数のＬＥＤは、白色発光ＬＥＤチップを備え、多数の様々な白色チップを使用することが可能であるが、適切な白色チップは、上述のおよび本明細書に組み込まれる特許文献において説明されるものである。他の実施形態においては、付着パッドのそれぞれに実装するために２つ以上のＬＥＤを提供することが可能である。また、このステップにおいては、複数のＥＳＤ保護素子を提供することが可能であり、ＥＳＤ保護素子はそれぞれ、そのＬＥＤパッケージのＥＳＤ保護を行うために、付着パッドの１つと組み合わせて実装することが可能である。
【００５８】
２０６において、ＬＥＤはそれぞれ、付着パッドの１つにダイ付着され、上述のように、多数の様々な取付方法および材料を使用することが可能であるが、適切な方法は、従来のはんだ材料および方法を用いた取付方法である。また、このステップにおいては、ＥＳＤ素子はそれぞれ、同一の取付方法および材料を用いて各付着パッドに実装することが可能である。また、ＥＳＤ素子は、他の方法を用いて他の位置に実装することが可能であることが理解される。
【００５９】
２０８において、パネルは、前の加工ステップの際に蓄積される場合がある任意のフラックスを除去するために、はんだフラックス洗浄を受ける。２１０において、ワイヤボンドが、各ＬＥＤおよびＥＳＤ素子の上に形成され、各コンタクトパッドの適切な１つに各ＬＥＤおよびＥＳＤ素子を電気的に接続する。上述のように、ＬＥＤおよび付随するＥＳＤ素子はそれぞれ、第２のコンタクトパッドにワイヤボンディングすることが可能である。ワイヤボンドは、既知のプロセスを用いて形成することが可能であり、金などの既知の導電性材料から形成することが可能である。
【００６０】
いくつかの実施形態においては、ＬＥＤは、所望の変換物質を伴わずに設け、パネルに
実装することが可能である。これらの実施形態においては、変換材料は、ワイヤボンディングの後にＬＥＤ上に堆積させることが可能である。任意の２１２において、従来の材料または燐光体をＬＥＤ上に堆積するが、電気泳動堆積またはＥＰＤなどの多数の様々な既知の燐光体堆積方法を使用することが可能である。多数の様々な燐光体堆積プロセスを、上述の特許文献中に説明される適切なＥＰＤプロセスと共に用いることが可能である。
【００６１】
２１４において、レンズが、ＬＥＤのそれぞれの上に成形されるが、多数の様々な成形方法を使用することが可能である。一実施形態においては、サブマウントパネル内のＬＥＤの上にレンズを同時形成する成形プロセスを使用する。そのような１つの成形プロセスは、圧縮成形プロセス（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）と呼ばれる。次に図６ａおよび図６ｂを参照すると、圧縮成形の一実施形態が図示され、レンズと逆の形状をそれぞれが有する複数の空洞（ｃａｖｉｔｙ）２５２を有するモールド（ｍｏｌｄ）２５０が提供され、各空洞２５２は、基板パネル２５６の上のＬＥＤ２５４のそれぞれと整列するように構成されている。モールド２５０は、空洞２５２を満たす液体状態のレンズ材料２５７を充填されるが、好ましい材料は、液状硬化可能シリコーンである。図６ｂを参照すると、パネル２５６は、空洞の方向に移動され、ＬＥＤ２５４はそれぞれ、空洞２５２のそれぞれの中の液状シリコーン中に嵌め込まれる。また、一実施形態においては、サブマウントの上面の上に保護層を提供するシリコーンの層が、隣接し合うレンズ間に残ることが可能である。次いで、液状シリコーンは、既知の硬化プロセスを用いて硬化させることが可能である。次いで、モールドからパネルを除去することが可能であり、図７ａおよび図７ｂに図示されるように、パネルは、複数のレンズ２５８を備えることが可能であり、レンズ２５８はそれぞれ、ＬＥＤ２５４のそれぞれの上にある。次いで、個々のＬＥＤパッケージは、図示される破線に沿ってなど、パネルから分離することが可能である。
【００６２】
再度図５を参照すると、次いで２１６において、パネルをさいの目状に切断／個片化して、個々のＬＥＤパッケージに分離するが、既知のソーによる個片化方法（ｓａｗ ｓｉｎｇｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）などの様々な方法を使用することが可能である。この方法を用いる場合には、パネルおよび個々のＬＥＤパッケージを保持し安定化させるために、個片化の前にパネルにテープを装着することが可能である。個片化に続いて、ＬＥＤパッケージを洗浄し乾燥させることが可能である。
【００６３】
２１８において、ＬＥＤパッケージが正確に作動していることを確認するために、かつ各デバイスの出力光特性を測定するために、ＬＥＤパッケージのそれぞれを検査することが可能である。また、サブマウントパネルをプロービングすることによって、この方法において様々な位置でパッケージを検査することが可能であることが理解される。２２０において、ＬＥＤパッケージは、それらの出力特性に応じて分類し、各分類に応じてパッケージし、顧客に配送することが可能である。
【００６４】
本明細書においては方法の一実施形態が説明されたが、本発明による方法の様々な実施形態が、異なる順序で同一のステップを使用することが可能であり、または異なるステップを有することが可能であることが理解される。ＬＥＤパッケージに関して、そのいくつかの好ましい構成を参照として本発明が詳細に説明されてきたが、他の変形形態が可能である。したがって、本発明の精神および範囲は、上述の形態に限定されるべきではない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面および底面を有するサブマウントと、
前記サブマウントの前記上面の上の複数の上部導電性要素および上部導熱性要素と、
前記上部要素のうちの１つの上のＬＥＤであって、前記上部要素に印加された電気信号が前記ＬＥＤを発光させ、前記導電性要素は前記ＬＥＤからの熱を前記サブマウントの前記上面の大部分にわたって拡散するものであるＬＥＤと、
前記上部要素と電気的接触状態になく、前記サブマウントからの熱を伝達する、前記底面の上の下部導熱性要素と、
前記ＬＥＤの上に直接に形成されたレンズと
を備えることを特徴とするＬＥＤパッケージ。
【請求項２】
前記上部要素は、一体化された第１のコンタクトパッドと、第２のコンタクトパッドとを有する付着パッドを備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項３】
前記ＬＥＤは、前記付着パッドに取り付けられ、
前記付着パッドは、前記サブマウントの前記上面の上で、前記ＬＥＤの端部を越えて延在することを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項４】
前記付着パッドは、前記上面の上で、前記ＬＥＤの前記端部を越えて径方向に延在することを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項５】
前記上部要素は、前記上面の５０％超を覆うことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項６】
前記底面の上の第１および第２の実装パッドと、
前記サブマウントを貫通して延在する複数の導電性ビアと
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項７】
前記第１および第２の実装パッドは、前記第１および第２のコンタクトパッドと少なくとも部分的にそれぞれ整列され、
前記ビアは、前記実装パッドと前記コンタクトパッドとの間の電気パスの間を延在すること、および、前記電気パスを提供することを特徴とする請求項６に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項８】
静電放電から前記ＬＥＤを保護するためにＥＳＤ素子をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項９】
前記上部要素の少なくとも一部分を覆うソルダマスクをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１０】
前記レンズの端部と前記上面の端部との間に存在し、前記上面および前記上部要素を覆う保護層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１１】
ＬＥＤパッケージを製造する方法であって
複数のＬＥＤパッケージサブマウントに分離されるように寸法を設定されたサブマウントパネルを設けるステップと、
複数のＬＥＤパッケージのための前記サブマウントパネルの１つの表面の上に上部導電性要素を形成するステップと、
前記上部要素にＬＥＤを付着するステップであって、前記ＬＥＤは前記上部導電性要素
に電気的に接続されるステップと、
前記ＬＥＤの上にレンズを成形するステップと、
前記基板パネルを個片化して、複数のＬＥＤパッケージに分離するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１】
上面および底面を有するサブマウントと、
前記サブマウントの前記上面の上の複数の上部導電性要素および上部導熱性要素と、
前記上部要素のうちの１つの上のＬＥＤであって、前記上部要素に印加された電気信号が前記ＬＥＤを発光させ、前記導電性要素は前記ＬＥＤからの熱を前記サブマウントの前記上面の大部分にわたって拡散するものであるＬＥＤと、
前記上部要素と電気的接触状態になく、前記サブマウントからの熱を伝達する、前記底面の上の下部導熱性要素と、
前記ＬＥＤの上に直接に形成されたレンズと
を備えることを特徴とするＬＥＤパッケージ。
【請求項２】
前記上部要素は、一体化された第１のコンタクトパッドと、第２のコンタクトパッドとを有する付着パッドを備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項３】
前記ＬＥＤは、前記付着パッドに取り付けられ、
前記付着パッドは、前記サブマウントの前記上面の上で、前記ＬＥＤの端部を越えて延在することを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項４】
前記付着パッドは、前記上面の上で、前記ＬＥＤの前記端部を越えて径方向に延在することを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項５】
前記上部要素は、前記上面の５０％超を覆うことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項６】
前記底面の上の第１および第２の実装パッドと、
前記サブマウントを貫通して延在する複数の導電性ビアと
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項７】
前記第１および第２の実装パッドは、前記第１および第２のコンタクトパッドと少なくとも部分的にそれぞれ整列され、
前記ビアは、前記実装パッドと前記コンタクトパッドとの間の電気パスの間を延在すること、および、前記電気パスを提供することを特徴とする請求項６に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項８】
静電放電から前記ＬＥＤを保護するためにＥＳＤ素子をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項９】
前記上部要素の少なくとも一部分を覆うソルダマスクをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１０】
前記レンズの端部と前記上面の端部との間に存在し、前記上面および前記上部要素を覆う保護層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１１】
ＬＥＤパッケージを製造する方法であって
複数のＬＥＤパッケージサブマウントに分離されるように寸法を設定されたサブマウントパネルを設けるステップと、
複数のＬＥＤパッケージのための前記サブマウントパネルの１つの表面の上に上部導電性要素を形成するステップと、
前記上部要素にＬＥＤを付着するステップであって、前記ＬＥＤは前記上部導電性要素
に電気的に接続されるステップと、
前記ＬＥＤの上にレンズを成形するステップと、
前記基板パネルを個片化して、複数のＬＥＤパッケージに分離するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図２ｅ】
【図２ｆ】
【図２ｇ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図３ｄ】
【図３ｅ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図１ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図２ｅ】
【図２ｆ】
【図２ｇ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図３ｄ】
【図３ｅ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【公開番号】特開２０１３−９３６０４（Ｐ２０１３−９３６０４Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２８８０００（Ｐ２０１２−２８８０００）
【出願日】平成２４年１２月２８日（２０１２．１２．２８）
【分割の表示】特願２００８−２８１５３３（Ｐ２００８−２８１５３３）の分割
【原出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【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２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１２月２８日（２０１２．１２．２８）
【分割の表示】特願２００８−２８１５３３（Ｐ２００８−２８１５３３）の分割
【原出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【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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