電力表面取り付けの発光ダイ・パッケージ
【課題】熱放散容量を増加した発光ダイ・パッケージを提供する。
【解決手段】ダイ・パッケージ１０は、基板２０、反射板４０、およびレンズ５０を含む。基板は熱伝導性ではあるが電気的には絶縁性の材料から作られ、取り付けパッドにおいて外部電源を発光ダイオード（ＬＥＤ）に接続するための複数のトレースを有する。反射板は、基板に結合され、取り付けパッドを略囲む。レンズは、反射板に対して自由に動け、それを濡らし接着するカプセル材によって上げたり下げたりでき、ＬＥＤチップから最適距離に置かれる。レンズは、装置の性能に影響する化学物質の任意の光学的システムで被覆することができる。動作中にＬＥＤから生成される熱は、ＬＥＤから基板（底部ヒート・シンクとして働く）および反射板（上部ヒート・シンクとして働く）の両者によってうばわれる。反射板は、ＬＥＤから光を所望の方向に向けるための反射面を含む。
【解決手段】ダイ・パッケージ１０は、基板２０、反射板４０、およびレンズ５０を含む。基板は熱伝導性ではあるが電気的には絶縁性の材料から作られ、取り付けパッドにおいて外部電源を発光ダイオード（ＬＥＤ）に接続するための複数のトレースを有する。反射板は、基板に結合され、取り付けパッドを略囲む。レンズは、反射板に対して自由に動け、それを濡らし接着するカプセル材によって上げたり下げたりでき、ＬＥＤチップから最適距離に置かれる。レンズは、装置の性能に影響する化学物質の任意の光学的システムで被覆することができる。動作中にＬＥＤから生成される熱は、ＬＥＤから基板（底部ヒート・シンクとして働く）および反射板（上部ヒート・シンクとして働く）の両者によってうばわれる。反射板は、ＬＥＤから光を所望の方向に向けるための反射面を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００２年９月４日に出願された「二重ヒート・シンクを備えた電力ＳＭＴ ＬＥＤパッケージおよび１つの光システムまたは化学的被覆レンズ（Ｐｏｗｅｒ−ＳＭＴ， ＬＥＤ Ｐａｃｋａｇｅ ｗｉｔｈ Ｄｕａｌ Ｈｅａｔ−Ｓｉｎｋｓ ａｎｄ ａｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｃｏａｔｅｄ Ｌｅｎｓ．）」と題する米国仮特許出願第６０／４０８，２５４号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、複数の半導体素子のパッケージングの分野、より詳細には、複数の発光ダイオードのパッケージングに関する。
【背景技術】
【０００３】
複数の発光ダイオード（ＬＥＤＳ）は、しばしば、リードフレーム・パッケージ内にパッケージされる。１つのリードフレーム・パッケージは通常、１つのＬＥＤを収容する１つのモールド・プラスチック・ボディまたはキャスト・プラスチック・ボディと、１つのレンズ部分と、ＬＥＤに接続され、ボディの外へ伸びる複数の薄金属リードとを含む。リードフレームの金属リードは、ＬＥＤに電力を供給するコンジットとして働き、同時にＬＥＤから熱を逃がすようにも作用する。熱は、光を発生させるためにＬＥＤに電力が加えられると、ＬＥＤによって生成される。リードの一部は、リードフレーム・パッケージの外部の回路への接続のためにパッケージ・ボディから伸び出る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＥＤにより生成された熱のいくらかは、プラスチック・パッケージ・ボディにより放散される。しかしながら、熱の殆どは、ＬＥＤからパッケージの金属接続を介して出る。金属リードは通常、非常に薄く、１つの小さい断面積を有する。このため、金属リードの熱を除く容量は限られる。これによって、ＬＥＤへ送ることのできる電力量を制限し、ＬＥＤにより生成される光量が制限される。
【０００５】
ＬＥＤパッケージが熱放散する容量を増加させるために、１つのＬＥＤパッケージ設計の中で、１つのヒート・シンク・スラグがパッケージに導入される。このヒート・シンク・スラグは、ＬＥＤチップから熱を逃がす。したがって、これによってＬＥＤパッケージの熱放散容量が増す。しかしながら、この設計はパッケージ中に複数の空の空間を作り、ＬＥＤチップを保護するためには充填材を詰めなければならない。さらには、ＬＥＤパッケージ内の様々な部品の間のＣＴＥ（熱膨張係数）の著しい差によって、充填材中に泡が形成されたり、充填材がパッケージ内の様々な部分からはがれたりする傾向がある。このことは、光出力と製品の信頼性に悪影響を及ぼす。加えて、この設計は、一対の薄いリードを含み、通常、熱したアイロンで半田付けされる。この製造工程は、電子基板組立では普及している便利な表面取り付け技術（ＳＭＴ）と両立しない。
【０００６】
別のＬＥＤパッケージ設計においては、リードフレーム・パッケージのリードは、ＬＥＤパッケージ・ボディのすぐ端から離れて伸びる（様々な形状および構成で）複数の異なる厚みを有する。１つの厚いリードは、１つの熱拡散器として利用され、ＬＥＤチップはその上に取り付けけられる。この配置により、ＬＥＤチップにより発生した熱が、外部のヒート・シンクにしばしば接続される厚いリードを通じて放散される。この設計は、プラスチック・ボディとリードフレーム材料間の熱膨張係数（ＣＴＥ）の著しい差に起因して生来的に信頼性が低い。温度サイクルに曝されると、金属リードに接着された硬いプラスチック・ボディが多方向に高度の熱応力を受ける。このことが、プラスチック・ボディのクラック、ＬＥＤチップからのプラスチック・ボディの分離、接続ワイヤの破損、インタフェースにおける様々な部品からのプラスチック・ボディの剥離のような様々な望ましくない結果、またはこれらの結果の１つの組合せをもたらすことになりかねない。これに加えて、伸びたリードは、パッケージ寸法とそのフットプリントを増す。このために、さらに明るい光を生成するためにプリント回路基板上にこれらのＬＥＤパッケージを１つの密度の高いクラスタとして林立させるのは困難である。
【０００７】
現在のリードフレーム設計の別の欠点は、一部の製造者によって共通して原価低減と素子性能向上のために使われているＬＥＤのフリップ・チップ取り付けのために厚いリードを１つの細かい回路に作る、またはスタンプすることができない点がある。
【０００８】
結論として、先行技術によるパッケージの１つ以上の欠点を克服または緩和するような改善されたＬＥＤパッケージの１つの必要性がまだ残っているということである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この必要性は、本発明によって満たされる。本発明の複数の実施形態は、１つの発光ダイオードのような１つの半導体ダイのための１つのパッケージを提供する。このパッケージは、１つの取り付けパッドにおいて１つの発光ダイオードに接続するための複数のトレースを有する１つの基板、基板に接続され取り付けパッドを略囲む１つの反射板、および取り付けパッドを略カバーする複数のレンズを含む。
【００１０】
本発明の他の実施形態は、１つの底部ヒート・シンクおよび上部ヒート・シンクを含む１つの半導体ダイ・パッケージを提供する。底部ヒート・シンクは、その上面にトレースを有する。１つの半導体チップは、底部ヒート・シンクの上面上の取り付けけられ、トレースに電気的に接続される。上部ヒート・シンクは、底部ヒート・シンクに結合されている。
【００１１】
本発明の他の複数の側面と複数の利点は、本発明の複数の原理の実例を通じての図示である添付図面と組み合わせた次の詳細な説明によって明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図１から図６Ｄに示す様々な本発明の実施形態を参照しながら本発明を説明する。図に示すように、複数の層または複数の領域は図示の都合上誇張されており、本発明の概要構造を図示するために提供されている。さらに、１つの基板または他の層または基板上に形成される１つの層または構造を参照しながら本発明の様々な複数の側面を説明する。当業者には明白な様に、別の層または基板”上”に形成される１つの層への言及は、追加的な複数の層が介在することを考慮している。１つの介在層が存在しない別の層または基板上に形成される１つの層への複数の言及は、層または基板の”直上”に形成されるものとしてここでは説明する。さらにまた、下方（ｂｅｎｅａｔｈ）のような複数の相対的な用語が、図中で図示される別の層または領域に対する１つの層の関係または複数領域の関係を説明するために本願明細書において使用され得る。これらの用語は、複数の図中で描かれる方向に加えて、異なる複数の方向を包含する目的で使われていることが理解されよう。例えば、図中の装置がひっくりかえされたら、他の複数層または複数領域の”下方に”と記載されている複数層または複数領域は、いまやこれらの他の複数層または複数領域の”上方に”向くことであろう。このような場合、”下方に”という用語は、上方にと下方にの両方を包含するものとする。同じ複数の番号は、一貫して同じ複数の要素を指す。
【００１３】
説明の目的で図中に示すように、本発明の複数の実施形態は、１つの取り付けパッドおよび取り付けパッドを略囲む上部ヒート・シンク（反射板）のところで１つの発光ダイオードへ接続するための複数のトレースを有する１つの底部ヒート・シンク（基板）を含む１つの発光ダイ・パッケージによって例示される。１つのレンズがその取り付けパッドを覆う。事実上、本発明のいくつかの実施形態によるダイ・パッケージは、１つの二部式ヒート・シンクを含む。底部ヒート・シンクは、（熱を逃がし放散するという利用に加えて）ＬＥＤが取り付けけられ接続される基板として使われる。上部ヒート・シンクは（熱を逃がし放散するという利用に加えて）ＬＥＤによって生成された光を方向付ける１つの反射板として使われる。底部ヒート・シンクおよび上部ヒート・シンクの両方がＬＥＤから熱を取り除くので、さらなる電力がＬＥＤに供給され得、ＬＥＤはこれによって、さらなる光を生成し得る。
【００１４】
さらにまた、本発明においては、ダイ・パッケージのボディは、ＬＥＤからの熱を除去し、それを放散するヒート・シンクとして働く。このために、本発明のＬＥＤダイ・パッケージは、パッケージから外へ伸びる１つの個別のヒート・シンク・スラッグまたはヒート・シンク・スラッグ・リードを必要としないこともある。したがって、本発明のＬＥＤダイ・パッケージは、先行技術によるダイ・パッケージに比べて、よりコンパクトで、より信頼性のある、より製造原価の低いものになりうる。
【００１５】
図１Ａは、本発明の一実施例による１つの半導体ダイ・パッケージ１０の１つの透視図であり、図１Ｂは、図１Ａの半導体パッケージの１つの組立分解透視図である。図１Ａおよび１Ｂを参照するに、本発明の発光ダイ・パッケージは、１つの底部ヒート・シンク２０、１つの上部ヒート・シンク４０、および１つのレンズ５０を含む。
【００１６】
底部ヒート・シンク２０は、図２Ａから２Ｄ中にさらに詳しく図示されている。図２Ａ，２Ｂ，２Ｃおよび２Ｄは、それぞれ、図１Ａの底部ヒート・シンクの１つの平面図、１つの側面図、１つの正面図、および１つの底面図を示す。さらに、図２Ｃもまた、底部ヒート・シンク２０の正面図に加えて、１つのＬＥＤアセンブリ６０を示す。ＬＥＤアセンブリ６０はまた、図１Ｂ中に図示されている。図１Ａから２Ｄまでを参照し、底部ヒート・シンク２０は、複数の電気的トレース２２および２４、複数の半田パッド２６，３２、および３４、およびＬＥＤアセンブリ６０のための支持を提供する。このため、底部ヒート・シンク２０はまた、１つの基板２０とも言及される。これらの図中、混乱をさけるために、複数の半田パッド２６，３２、および３４のみが代表的に参照番号で指示される。トレース２２および２４ならびに３２，３４および３６は、導電材料を使って製造されうる。さらに、複数の追加的なトレースおよび接続が、基板２０の上、横、または底の上に、基板２０内部に層として製造可能である。トレース２２および２４ならびに３２，３４および３６、およびどの他の接続も、例えば複数のバイヤ・ホールのような公知の複数の方法を使って任意の組合せで互いに接続され得る。
【００１７】
基板２０は、高い熱伝導率を有する材料でできているが、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）またはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの電気的絶縁材料である。基板２０の複数の寸法は、ダイ・パッケージ１０を製造するのに使われる適用および複数の工程によって大幅に変更できる。例えば、図示された実施形態においては、基板２０は、ミリメートルの数分の一から数十ミリメートルの範囲の複数の寸法を有しても良い。本発明は、特定の複数の寸法に限定されていないが、本発明のダイ・パッケージ１０の１つの具体的な実施例が、その中に指定の寸法を有する図で図示されている。図中に示すすべての寸法は、図、この明細書または両方の中で別の単位で指定されているものを除いて、ミリメートル（長さ、幅、高さ、および半径に関して）および度（角度に関して）である。
【００１８】
図示された実施形態においては、基板２０は、１つの上面２１を有し、この上面２１は電気的トレース２２および２４を含む。トレース２２および２４は、半田パッド（例えば、上部半田パッド２６）から１つの取り付けパッド２８までの複数の電気的接続を提供する。上部半田パッド２６は、トレース２２および２４の部分であり、概して、基板２０の複数の側に近い。上部半田パッド２６は、複数の側面半田パッド３２に電気的に接続されている。取り付けパッド２８は、ＬＥＤアセンブリ６０が取り付けけられる上面（トレース２２、トレース２４または両方を含む）の一部である。通常、取り付けパッド２８は、概して、上面２１の中心近くに位置する。本発明の別の実施形態においては、ＬＥＤアセンブリ６０は他の複数の半導体回路または複数のチップによって取替えることができる。
【００１９】
トレース２２および２４は、ＬＥＤアセンブリ６０に半田パッド２６，３２、または３４への電気的接続を可能にする電気的経路を提供する。したがって、トレースのいくらかは第１トレース２２と呼ばれる一方、複数の他のトレースは、複数の第２トレース２４と呼ばれる。図示された実施形態においては、取り付けパッド２８は、第１トレース２２および第２トレース２４の両方の複数の部分を含む。図示された実施形態においては、ＬＥＤアセンブリ６０は、取り付けパッド２８の第１トレース２２上に置かれ、これによって第１トレース２２との接触を行う。図示された実施形態においては、ＬＥＤアセンブリ６０および第２トレース２４の上部は、互いに１つのボンド・ワイヤ６２によって接続される。ＬＥＤアセンブリ６０の構造と方向によって、複数の第１トレース２２は、複数の陽極（正）接続を提供することができ、複数の第２トレース２４は、ＬＥＤアセンブリ６０（または逆）のための複数の陰極（負）接続を含むことができる。
【００２０】
ＬＥＤアセンブリ６０は、複数の追加的な要素を含むことができる。例えば、図１Ｂおよび図２Ｃにおいて、ＬＥＤアセンブリ６０は、ＬＥＤボンド・ワイヤ６２、１つのＬＥＤサブアセンブリ６４、および１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）６６を含めて図示されている。このようなＬＥＤサブアセンブリ６４は、この業界で公知であり、本発明を論ずる目的で図示されているが、本発明の１つの限界を示すものではない。図中、ＬＥＤアセンブリ６０は、基板２０にダイ取り付けされて示されている。代替的な実施形態において、取り付けパッド２８は、ＬＥＤアセンブリ６０のフリップ・チップ取り付けを可能にするように構成されうる。加えて、複数のＬＥＤアセンブリが取り付けパッド２８上に取り付け可能である。代替的な実施形態において、ＬＥＤアセンブリ６０は複数のトレース上に取り付け可能である。フリップ・チップ技法を使用すれば、これは特に真実味を増す。
【００２１】
トレース２２および２４のトポロジは、図中に示すトポロジから大幅に変更可能であり、それらも本発明の範囲内に入る。図中、三つの分離された陰極（負）トレース２４が示され、これらが取り付けパッド２８上に置けることが図示されており、おのおのは１つの陰極（負）トレースに接続されている。したがって、三つのＬＥＤアセンブリは、個別に電気的制御可能である。トレース２２および２４は、金、銀、錫、または他の複数の金属のような導電材料でできている。トレース２２および２４は、図中に示す複数の寸法を持ち得、適用によってミクロンまたは数十ミクロンのオーダの厚みを持つ。例えば、トレース２２および２４は、１５ミクロン厚にできる。図１Ａおよび２Ａは、１つの方向付マーキング２７を図示する。このような複数のマーキングは、ダイ・パッケージ１０の組立後でも、ダイ・パッケージの適切な方向付けを特定するのに使用可能である。方向付けマーキング２７は、１つのバイヤまたは１つのスルー・ホールではない。トレース２２および２４は、図示のとおり、取り付けパッド２８から基板２０の複数の側に伸びる。
【００２２】
図１Ａから２Ｄまで参照し続けると、基板２０は、その側の近傍に複数の半円筒空間２３および四半円筒形空間２５を画定する。図中、混乱を避けるため、代表的な複数の空間２３および２５のみが、複数の参照番号で指示されている。半円筒形空間２３および四半円筒形空間２５は、ダイ・パッケージ１０が１つのプリント回路板（ＰＣＢ）またはダイ・パッケージがその要素である別の機器（示さず）に取り付けられたとき、半田が流れ出、凝固する複数の空間を提供する。さらに、半円筒形空間２３および四半円筒形空間２５は、製造工程の間、便利な区画および複数の分割点を提供する。
【００２３】
基板２０は、複数の隣接区分を有する１つの個別の区分、１つのストリップまたは１つの板として製造されうる。各区分は、１つの基板２０である。あるいは、基板２０は、複数の区分の１つのアレーの個別の区分として製造されうる。アレーは、隣接区分の複数の行および複数の列を有する。このような構成において、半円筒形空間２３および四半円筒形空間２５は、製造工程の間のストリップ、板、またはアレー用の複数の工具穴として利用されうる。
【００２４】
さらに、半円筒形空間２３および四半円筒形空間２５は、スクライブド・グルーブまたは他のエッチングと組み合わせて、各基板をストリップ、板、またはウェーファから分離する補助をする。分離は、ストリップ、板、またはウェーファを曲げることによって物理的な応力をパーフォレーション（１つの接近したピッチを持つ複数の半貫通穴）またはレーザで作られた複数のスクライブ・ライン、またはプレモールド、またはエッチド・ライン（半円筒形空間２３および四半円筒形空間２５）に導入することにより達成される。これらの特徴は、製造工程を単純化し、製造工程中、基板２０の個々のユニットを取扱うための特殊担体治具の必要性を除外することによって複数のコストを低減する。さらに、半円筒形空間２３および四半円筒形空間２５は、上部半田パッド２６、側半田パッド３２、および底部半田パッド３４を接続する複数のバイヤ・ホールとして供される。
【００２５】
基板２０は、１つの熱接点パッド３６を含む１つの底面２９を有する。熱接点パッド３６は、金、銀、錫、または他の複数の貴金属を含むがこれらに限らない材料のような高熱伝導性および電気導電性の材料を使って製造されうる。
【００２６】
図３は、図１Ａおよび１Ｂの半導体パッケージの複数の部分の切除側面図を示す。特に、図３は、上部ヒート・シンク４０およびレンズ５０の１つの切除側面図を図示する。図１Ａ、１Ｂおよび３を参照するに、上部ヒート・シンク４０は、アルミニウム、銅、セラミックス、プラスチックス、合成物、またはこれらの材料の１つの組合せのような材料から作られている。１つの高温、機械的に強い、誘電体材料が、トレース２２および２４を密封するためにトレース２２および２４（中央ダイ取り付けエリアを除いて）を被覆するのに使え、複数のスクラッチおよび酸化のような物理的および環境的な危害からの保護を提供する。被覆工程は、基板製造工程の一部分であり得る。この被覆は、使用中、上部ヒート・シンク４０から基板２０を絶縁することができる。被覆は、その上で、基板２０を上部ヒート・シンク４０に接着するＴＨＥＲＭＯＳＥＴ製の熱インタフェース材料のような１つの高温接着剤で被覆されてもよい。
【００２７】
上部ヒート・シンク４０は、取り付けパッド２８（図２Ａおよび２Ｃの）上に取り付けけられたＬＥＤアセンブリ６０を略囲む１つの反射面４２を含みうる。上部ヒート・シンク４０がダイ・パッケージ１０中のＬＥＤによって生成された熱を拡散するのに使われるとき、それは１つの外部ヒート・シンク上に１つの接着剤または半田接合によって直接”上部取り付け”され、熱を効果的に発散させ得る。別の実施形態において、もし熱が空気または冷却液のような圧縮性または非圧縮性媒体によって放散させられねばならないときには、上部ヒート・シンク４０にフィンまたは上部ヒート・シンク４０と冷却媒体熱との間で伝達を促進する任意の仕様を装備させてもよい。これらの実施形態の両方において、ダイ・パッケージ１０の電気的端子と底部ヒート・シンク２０は、例えば、標準の表面取り付け技術（ＳＭＴ）方法を使ってその適用プリント回路ボード（ＰＣＢ）に依然として接続可能である。
【００２８】
反射面４２は、複数のサンプル光線６３によって図示されるＬＥＤアセンブリ６０からの光の複数の部分を反射する。光の他の複数の部分は、サンプル光線６１によって図示されるようには反射面４２によって反射されない。説明用の光線６１および６３は、光学的技術でよく使われる光トレースを意味しない。光の効果的な反射のためには、上部ヒート・シンク４０は、磨くことのできる材料、鋳造することのできる材料またはモールドすることのできる材料、またはこれらの組合せから作られることが好ましい。あるいは、高い反射率を実現するために、光学的な反射面４２または全体ヒート・シンク４０を、メッキするか、銀、アルミニウム、またはこの目的を果たす任意の物質のような高反射率材料で堆積することができる。このため、上部ヒート・シンク４０はまた、１つの反射板４０と呼ばれる。反射板４０は、パッケージ１０の熱的性能によって要求されるときには高熱導電性を有する材料から作られる。実施形態によって図示するように、反射板４２は、例えば、反射板の水平面に関して４５°の１つの角度をなす１つの平面として図示される。本発明は、説明用の実施形態に限定されるものではない。例えば、反射面４２は、反射板の水平面に関して１つの異なる角度をなすようにできる。あるいは、反射板は、１つの放物線面、円錐曲線回転面またはパッケージの所望のスペクトル発光性能を満たす助けになる任意の他の形状を持つことができる。
【００２９】
反射板４０は、レンズ５０を支持し、それと結合する１つの棚４４を含む。ＬＥＤアセンブリ６０は、例えば、軟質プラスチック・シリコーンまたはポリマのようなエンカプセレーション材料４６を使ってダイ・パッケージ１０（図１Ａおよび１Ｂ）内にカプセル化される。エンカプセレーション材料４６は、高光伝導性およびレンズ５０の屈折率に整合するか近似する屈折率を有する高温ポリマが好ましい。カプセル材４６は、その光伝導性または透明度を変える複数の殆どの波長によって影響されないものが好ましい。
【００３０】
レンズ５０は、例えば、ガラス、水晶、高温および透明プラスチック、またはこれらの材料の１つの組合せのような高光伝導性を有する材料からできている。レンズ５０は、エンカプセレーション材料４６の上に置かれ、これに接着される。レンズ５０は、反射板４０に固くは接着されない。この”浮動レンズ”設計により、エンカプセレーション材料４６が問題なく高温または低温の状況下において膨張したり収縮したりする事が出来る。例えば、ダイ・パッケージ１０が動作しているとき、または高温環境に曝されているとき、カプセル材は、それを含む空洞空間より大きな体積膨張を経験する。レンズ５０にカプセル材の上で幾分自由に浮き上がらせることによって、その空洞空間からカプセル材が押出されることがない。同様にして、ダイ・パッケージ１０が低い温度に曝されたときには、カプセル材４６はカプセル材用の空洞空間を形成している他の複数の構成要素よりよく収縮する。レンズは、カプセル材が収縮しそのレベルを下げる間、カプセル材４６の上で自由に浮遊する。したがって、ダイ・パッケージ１０の信頼性が、カプセル材に誘導される熱応力が浮動レンズ設計によって低減されるために１つの比較的大きな温度範囲に亘って維持される。
【００３１】
いくらかの実施形態において、レンズ５０は、曲がった、半球形の、または他の幾何学形状の１つのくぼみ５２を画定する。このくぼみ５２は、ＬＥＤチップによって放射された光の性質にダイ・パッケージ１０から出る前に影響を与えたり変更したりするための光学的材料によって満たしうる。光学的材料の１つのタイプの複数の例には、複数のルミネッセンス変換蛍光体、複数の染料、複数の蛍光ポリマ、またはチップによって放射される光のいくらかを吸収し異なる波長の光を再放射する他の複数の材料がある。複数の光学的材料の別のタイプの複数の例には、炭化カルシウム、分散粒子（酸化チタンのような）または光を分散または離散させるボイドのような複数の光拡散剤がある。上の材料の任意の１つまたは組合せは、一定のスペクトル発光性能を得るためにレンズ上に適用可能である。
【００３２】
図４は、１つの外部ヒート・シンク７０に結合されたダイ・パッケージ１０を図示する。図４を参照するに、熱接点パッド３６は、エポキシ、半田、または任意の他の熱伝導接着剤、導電接着剤、または熱電導接着剤７４を使って外部ヒート・シンク７０に取り付け可能である。外部ヒート・シンク７０は、１つのプリント回路ボード（ＰＣＢ）またはダイ・パッケージ１０から熱を引出す他の構造にできる。外部ヒート・シンクは、様々な構成での複数の回路要素（示さず）または複数の熱拡散フィン７２を含み得る。
【００３３】
特定の代替的な構成を有する本発明の１つの実施形態が図５から６Ｄに示される。この第２の実施例の複数の部分は、図１Ａから４の中に示す第１実施形態の複数の対応部分に類似している。便宜上、第１実施形態の複数部分に類似の図５から６Ｄ中に図示される第２の複数部分は、同じ参照番号を与えられている。相似ではあるが変更された部分には、”ａ”を伴った同じ参照番号が付けられ、異なる部分には異なる参照番号が割当られている。
【００３４】
図５は、本発明の他の複数の実施形態による１つのＬＥＤダイ・パッケージ１０ａの１つの組立分解透視図である。図５を参照するに、本発明の発光ダイ・パッケージ１０ａは、１つの底部ヒート・シンク（基板）２０ａ、１つの上部ヒート・シンク（反射板）４０ａ、および１つのレンズ５０を含む。
【００３５】
図６Ａ、６Ｂ、６Ｃおよび６Ｄは、それぞれ、図５の基板２０ａの１つの平面図、１つの側面図、１つの正面図、および１つの底面図を提供する。図５から６Ｄを参照するに、説明用の実施形態において、基板２０ａは、１つの第１トレース２２ａ、および四つの第２トレース２４ａを含む。これらのトレース２２ａおよび２４ａは、図２Ａのトレース２２および２４とは異なる構成になっている。基板２０ａは、反射板４０ａを基板２０ａに機械的に係合する反射板４０ａの複数の脚３５の受入のための複数のラッチ・スペース３３を画定する複数のフランジ３１を含む。
【００３６】
前述から明らかなことは、本発明は、新規なものであり、現在の技法を凌ぐ複数の利点を提供することである。本発明の具体的な実施形態を上に述べ、図示したが、本発明はその説明と図示の複数の部分の具体的な形状または配置に限定されるものではない。例えば、異なる複数の構成、複数の寸法、または複数の材料を本発明の実施に使用可能である。
本発明は、添付の特許請求の範囲によって制限される。次において、複数の請求項は、米国特許法１１２条に定められた”手段又は工程（ｍｅａｎｓ ｏｒ ｓｔｅｐ ｆｏｒ）”の利益を得るために作成された複数の請求項は、”ための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）”なる句によって特定される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による１つの半導体ダイ・パッケージの１つの透視図である。
【図１Ｂ】図１Ａの半導体パッケージの１つの組立分解透視図である。
【図２Ａ】図１Ａの半導体パッケージの１つの平面図である。
【図２Ｂ】図１Ａの半導体パッケージの１つの側面図である。
【図２Ｃ】図１Ａの半導体パッケージの１つの部分の１つの前面図である。
【図２Ｄ】図１Ａの半導体パッケージの１つの部分の１つの底面図である。
【図３】図１Ａの半導体パッケージの複数の部分の１つの切り取り側面図である。
【図４】複数の追加要素を有する図１Ａの半導体パッケージの１つの側面図である。
【図５】本発明の別の実施形態による１つの半導体ダイ・パッケージの１つの組立分解透視図である。
【図６Ａ】図５の半導体パケージの１つの部分の１つの平面図である。
【図６Ｂ】図５の半導体パッケージの１つの部分の１つの側面図である。
【図６Ｃ】図５の半導体パッケージの１つの部分の１つの前面図である。
【図６Ｄ】図５の半導体パッケージの１つの部分の１つの底面図である。
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００２年９月４日に出願された「二重ヒート・シンクを備えた電力ＳＭＴ ＬＥＤパッケージおよび１つの光システムまたは化学的被覆レンズ（Ｐｏｗｅｒ−ＳＭＴ， ＬＥＤ Ｐａｃｋａｇｅ ｗｉｔｈ Ｄｕａｌ Ｈｅａｔ−Ｓｉｎｋｓ ａｎｄ ａｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｃｏａｔｅｄ Ｌｅｎｓ．）」と題する米国仮特許出願第６０／４０８，２５４号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、複数の半導体素子のパッケージングの分野、より詳細には、複数の発光ダイオードのパッケージングに関する。
【背景技術】
【０００３】
複数の発光ダイオード（ＬＥＤＳ）は、しばしば、リードフレーム・パッケージ内にパッケージされる。１つのリードフレーム・パッケージは通常、１つのＬＥＤを収容する１つのモールド・プラスチック・ボディまたはキャスト・プラスチック・ボディと、１つのレンズ部分と、ＬＥＤに接続され、ボディの外へ伸びる複数の薄金属リードとを含む。リードフレームの金属リードは、ＬＥＤに電力を供給するコンジットとして働き、同時にＬＥＤから熱を逃がすようにも作用する。熱は、光を発生させるためにＬＥＤに電力が加えられると、ＬＥＤによって生成される。リードの一部は、リードフレーム・パッケージの外部の回路への接続のためにパッケージ・ボディから伸び出る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＥＤにより生成された熱のいくらかは、プラスチック・パッケージ・ボディにより放散される。しかしながら、熱の殆どは、ＬＥＤからパッケージの金属接続を介して出る。金属リードは通常、非常に薄く、１つの小さい断面積を有する。このため、金属リードの熱を除く容量は限られる。これによって、ＬＥＤへ送ることのできる電力量を制限し、ＬＥＤにより生成される光量が制限される。
【０００５】
ＬＥＤパッケージが熱放散する容量を増加させるために、１つのＬＥＤパッケージ設計の中で、１つのヒート・シンク・スラグがパッケージに導入される。このヒート・シンク・スラグは、ＬＥＤチップから熱を逃がす。したがって、これによってＬＥＤパッケージの熱放散容量が増す。しかしながら、この設計はパッケージ中に複数の空の空間を作り、ＬＥＤチップを保護するためには充填材を詰めなければならない。さらには、ＬＥＤパッケージ内の様々な部品の間のＣＴＥ（熱膨張係数）の著しい差によって、充填材中に泡が形成されたり、充填材がパッケージ内の様々な部分からはがれたりする傾向がある。このことは、光出力と製品の信頼性に悪影響を及ぼす。加えて、この設計は、一対の薄いリードを含み、通常、熱したアイロンで半田付けされる。この製造工程は、電子基板組立では普及している便利な表面取り付け技術（ＳＭＴ）と両立しない。
【０００６】
別のＬＥＤパッケージ設計においては、リードフレーム・パッケージのリードは、ＬＥＤパッケージ・ボディのすぐ端から離れて伸びる（様々な形状および構成で）複数の異なる厚みを有する。１つの厚いリードは、１つの熱拡散器として利用され、ＬＥＤチップはその上に取り付けけられる。この配置により、ＬＥＤチップにより発生した熱が、外部のヒート・シンクにしばしば接続される厚いリードを通じて放散される。この設計は、プラスチック・ボディとリードフレーム材料間の熱膨張係数（ＣＴＥ）の著しい差に起因して生来的に信頼性が低い。温度サイクルに曝されると、金属リードに接着された硬いプラスチック・ボディが多方向に高度の熱応力を受ける。このことが、プラスチック・ボディのクラック、ＬＥＤチップからのプラスチック・ボディの分離、接続ワイヤの破損、インタフェースにおける様々な部品からのプラスチック・ボディの剥離のような様々な望ましくない結果、またはこれらの結果の１つの組合せをもたらすことになりかねない。これに加えて、伸びたリードは、パッケージ寸法とそのフットプリントを増す。このために、さらに明るい光を生成するためにプリント回路基板上にこれらのＬＥＤパッケージを１つの密度の高いクラスタとして林立させるのは困難である。
【０００７】
現在のリードフレーム設計の別の欠点は、一部の製造者によって共通して原価低減と素子性能向上のために使われているＬＥＤのフリップ・チップ取り付けのために厚いリードを１つの細かい回路に作る、またはスタンプすることができない点がある。
【０００８】
結論として、先行技術によるパッケージの１つ以上の欠点を克服または緩和するような改善されたＬＥＤパッケージの１つの必要性がまだ残っているということである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この必要性は、本発明によって満たされる。本発明の複数の実施形態は、１つの発光ダイオードのような１つの半導体ダイのための１つのパッケージを提供する。このパッケージは、１つの取り付けパッドにおいて１つの発光ダイオードに接続するための複数のトレースを有する１つの基板、基板に接続され取り付けパッドを略囲む１つの反射板、および取り付けパッドを略カバーする複数のレンズを含む。
【００１０】
本発明の他の実施形態は、１つの底部ヒート・シンクおよび上部ヒート・シンクを含む１つの半導体ダイ・パッケージを提供する。底部ヒート・シンクは、その上面にトレースを有する。１つの半導体チップは、底部ヒート・シンクの上面上の取り付けけられ、トレースに電気的に接続される。上部ヒート・シンクは、底部ヒート・シンクに結合されている。
【００１１】
本発明の他の複数の側面と複数の利点は、本発明の複数の原理の実例を通じての図示である添付図面と組み合わせた次の詳細な説明によって明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図１から図６Ｄに示す様々な本発明の実施形態を参照しながら本発明を説明する。図に示すように、複数の層または複数の領域は図示の都合上誇張されており、本発明の概要構造を図示するために提供されている。さらに、１つの基板または他の層または基板上に形成される１つの層または構造を参照しながら本発明の様々な複数の側面を説明する。当業者には明白な様に、別の層または基板”上”に形成される１つの層への言及は、追加的な複数の層が介在することを考慮している。１つの介在層が存在しない別の層または基板上に形成される１つの層への複数の言及は、層または基板の”直上”に形成されるものとしてここでは説明する。さらにまた、下方（ｂｅｎｅａｔｈ）のような複数の相対的な用語が、図中で図示される別の層または領域に対する１つの層の関係または複数領域の関係を説明するために本願明細書において使用され得る。これらの用語は、複数の図中で描かれる方向に加えて、異なる複数の方向を包含する目的で使われていることが理解されよう。例えば、図中の装置がひっくりかえされたら、他の複数層または複数領域の”下方に”と記載されている複数層または複数領域は、いまやこれらの他の複数層または複数領域の”上方に”向くことであろう。このような場合、”下方に”という用語は、上方にと下方にの両方を包含するものとする。同じ複数の番号は、一貫して同じ複数の要素を指す。
【００１３】
説明の目的で図中に示すように、本発明の複数の実施形態は、１つの取り付けパッドおよび取り付けパッドを略囲む上部ヒート・シンク（反射板）のところで１つの発光ダイオードへ接続するための複数のトレースを有する１つの底部ヒート・シンク（基板）を含む１つの発光ダイ・パッケージによって例示される。１つのレンズがその取り付けパッドを覆う。事実上、本発明のいくつかの実施形態によるダイ・パッケージは、１つの二部式ヒート・シンクを含む。底部ヒート・シンクは、（熱を逃がし放散するという利用に加えて）ＬＥＤが取り付けけられ接続される基板として使われる。上部ヒート・シンクは（熱を逃がし放散するという利用に加えて）ＬＥＤによって生成された光を方向付ける１つの反射板として使われる。底部ヒート・シンクおよび上部ヒート・シンクの両方がＬＥＤから熱を取り除くので、さらなる電力がＬＥＤに供給され得、ＬＥＤはこれによって、さらなる光を生成し得る。
【００１４】
さらにまた、本発明においては、ダイ・パッケージのボディは、ＬＥＤからの熱を除去し、それを放散するヒート・シンクとして働く。このために、本発明のＬＥＤダイ・パッケージは、パッケージから外へ伸びる１つの個別のヒート・シンク・スラッグまたはヒート・シンク・スラッグ・リードを必要としないこともある。したがって、本発明のＬＥＤダイ・パッケージは、先行技術によるダイ・パッケージに比べて、よりコンパクトで、より信頼性のある、より製造原価の低いものになりうる。
【００１５】
図１Ａは、本発明の一実施例による１つの半導体ダイ・パッケージ１０の１つの透視図であり、図１Ｂは、図１Ａの半導体パッケージの１つの組立分解透視図である。図１Ａおよび１Ｂを参照するに、本発明の発光ダイ・パッケージは、１つの底部ヒート・シンク２０、１つの上部ヒート・シンク４０、および１つのレンズ５０を含む。
【００１６】
底部ヒート・シンク２０は、図２Ａから２Ｄ中にさらに詳しく図示されている。図２Ａ，２Ｂ，２Ｃおよび２Ｄは、それぞれ、図１Ａの底部ヒート・シンクの１つの平面図、１つの側面図、１つの正面図、および１つの底面図を示す。さらに、図２Ｃもまた、底部ヒート・シンク２０の正面図に加えて、１つのＬＥＤアセンブリ６０を示す。ＬＥＤアセンブリ６０はまた、図１Ｂ中に図示されている。図１Ａから２Ｄまでを参照し、底部ヒート・シンク２０は、複数の電気的トレース２２および２４、複数の半田パッド２６，３２、および３４、およびＬＥＤアセンブリ６０のための支持を提供する。このため、底部ヒート・シンク２０はまた、１つの基板２０とも言及される。これらの図中、混乱をさけるために、複数の半田パッド２６，３２、および３４のみが代表的に参照番号で指示される。トレース２２および２４ならびに３２，３４および３６は、導電材料を使って製造されうる。さらに、複数の追加的なトレースおよび接続が、基板２０の上、横、または底の上に、基板２０内部に層として製造可能である。トレース２２および２４ならびに３２，３４および３６、およびどの他の接続も、例えば複数のバイヤ・ホールのような公知の複数の方法を使って任意の組合せで互いに接続され得る。
【００１７】
基板２０は、高い熱伝導率を有する材料でできているが、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）またはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの電気的絶縁材料である。基板２０の複数の寸法は、ダイ・パッケージ１０を製造するのに使われる適用および複数の工程によって大幅に変更できる。例えば、図示された実施形態においては、基板２０は、ミリメートルの数分の一から数十ミリメートルの範囲の複数の寸法を有しても良い。本発明は、特定の複数の寸法に限定されていないが、本発明のダイ・パッケージ１０の１つの具体的な実施例が、その中に指定の寸法を有する図で図示されている。図中に示すすべての寸法は、図、この明細書または両方の中で別の単位で指定されているものを除いて、ミリメートル（長さ、幅、高さ、および半径に関して）および度（角度に関して）である。
【００１８】
図示された実施形態においては、基板２０は、１つの上面２１を有し、この上面２１は電気的トレース２２および２４を含む。トレース２２および２４は、半田パッド（例えば、上部半田パッド２６）から１つの取り付けパッド２８までの複数の電気的接続を提供する。上部半田パッド２６は、トレース２２および２４の部分であり、概して、基板２０の複数の側に近い。上部半田パッド２６は、複数の側面半田パッド３２に電気的に接続されている。取り付けパッド２８は、ＬＥＤアセンブリ６０が取り付けけられる上面（トレース２２、トレース２４または両方を含む）の一部である。通常、取り付けパッド２８は、概して、上面２１の中心近くに位置する。本発明の別の実施形態においては、ＬＥＤアセンブリ６０は他の複数の半導体回路または複数のチップによって取替えることができる。
【００１９】
トレース２２および２４は、ＬＥＤアセンブリ６０に半田パッド２６，３２、または３４への電気的接続を可能にする電気的経路を提供する。したがって、トレースのいくらかは第１トレース２２と呼ばれる一方、複数の他のトレースは、複数の第２トレース２４と呼ばれる。図示された実施形態においては、取り付けパッド２８は、第１トレース２２および第２トレース２４の両方の複数の部分を含む。図示された実施形態においては、ＬＥＤアセンブリ６０は、取り付けパッド２８の第１トレース２２上に置かれ、これによって第１トレース２２との接触を行う。図示された実施形態においては、ＬＥＤアセンブリ６０および第２トレース２４の上部は、互いに１つのボンド・ワイヤ６２によって接続される。ＬＥＤアセンブリ６０の構造と方向によって、複数の第１トレース２２は、複数の陽極（正）接続を提供することができ、複数の第２トレース２４は、ＬＥＤアセンブリ６０（または逆）のための複数の陰極（負）接続を含むことができる。
【００２０】
ＬＥＤアセンブリ６０は、複数の追加的な要素を含むことができる。例えば、図１Ｂおよび図２Ｃにおいて、ＬＥＤアセンブリ６０は、ＬＥＤボンド・ワイヤ６２、１つのＬＥＤサブアセンブリ６４、および１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）６６を含めて図示されている。このようなＬＥＤサブアセンブリ６４は、この業界で公知であり、本発明を論ずる目的で図示されているが、本発明の１つの限界を示すものではない。図中、ＬＥＤアセンブリ６０は、基板２０にダイ取り付けされて示されている。代替的な実施形態において、取り付けパッド２８は、ＬＥＤアセンブリ６０のフリップ・チップ取り付けを可能にするように構成されうる。加えて、複数のＬＥＤアセンブリが取り付けパッド２８上に取り付け可能である。代替的な実施形態において、ＬＥＤアセンブリ６０は複数のトレース上に取り付け可能である。フリップ・チップ技法を使用すれば、これは特に真実味を増す。
【００２１】
トレース２２および２４のトポロジは、図中に示すトポロジから大幅に変更可能であり、それらも本発明の範囲内に入る。図中、三つの分離された陰極（負）トレース２４が示され、これらが取り付けパッド２８上に置けることが図示されており、おのおのは１つの陰極（負）トレースに接続されている。したがって、三つのＬＥＤアセンブリは、個別に電気的制御可能である。トレース２２および２４は、金、銀、錫、または他の複数の金属のような導電材料でできている。トレース２２および２４は、図中に示す複数の寸法を持ち得、適用によってミクロンまたは数十ミクロンのオーダの厚みを持つ。例えば、トレース２２および２４は、１５ミクロン厚にできる。図１Ａおよび２Ａは、１つの方向付マーキング２７を図示する。このような複数のマーキングは、ダイ・パッケージ１０の組立後でも、ダイ・パッケージの適切な方向付けを特定するのに使用可能である。方向付けマーキング２７は、１つのバイヤまたは１つのスルー・ホールではない。トレース２２および２４は、図示のとおり、取り付けパッド２８から基板２０の複数の側に伸びる。
【００２２】
図１Ａから２Ｄまで参照し続けると、基板２０は、その側の近傍に複数の半円筒空間２３および四半円筒形空間２５を画定する。図中、混乱を避けるため、代表的な複数の空間２３および２５のみが、複数の参照番号で指示されている。半円筒形空間２３および四半円筒形空間２５は、ダイ・パッケージ１０が１つのプリント回路板（ＰＣＢ）またはダイ・パッケージがその要素である別の機器（示さず）に取り付けられたとき、半田が流れ出、凝固する複数の空間を提供する。さらに、半円筒形空間２３および四半円筒形空間２５は、製造工程の間、便利な区画および複数の分割点を提供する。
【００２３】
基板２０は、複数の隣接区分を有する１つの個別の区分、１つのストリップまたは１つの板として製造されうる。各区分は、１つの基板２０である。あるいは、基板２０は、複数の区分の１つのアレーの個別の区分として製造されうる。アレーは、隣接区分の複数の行および複数の列を有する。このような構成において、半円筒形空間２３および四半円筒形空間２５は、製造工程の間のストリップ、板、またはアレー用の複数の工具穴として利用されうる。
【００２４】
さらに、半円筒形空間２３および四半円筒形空間２５は、スクライブド・グルーブまたは他のエッチングと組み合わせて、各基板をストリップ、板、またはウェーファから分離する補助をする。分離は、ストリップ、板、またはウェーファを曲げることによって物理的な応力をパーフォレーション（１つの接近したピッチを持つ複数の半貫通穴）またはレーザで作られた複数のスクライブ・ライン、またはプレモールド、またはエッチド・ライン（半円筒形空間２３および四半円筒形空間２５）に導入することにより達成される。これらの特徴は、製造工程を単純化し、製造工程中、基板２０の個々のユニットを取扱うための特殊担体治具の必要性を除外することによって複数のコストを低減する。さらに、半円筒形空間２３および四半円筒形空間２５は、上部半田パッド２６、側半田パッド３２、および底部半田パッド３４を接続する複数のバイヤ・ホールとして供される。
【００２５】
基板２０は、１つの熱接点パッド３６を含む１つの底面２９を有する。熱接点パッド３６は、金、銀、錫、または他の複数の貴金属を含むがこれらに限らない材料のような高熱伝導性および電気導電性の材料を使って製造されうる。
【００２６】
図３は、図１Ａおよび１Ｂの半導体パッケージの複数の部分の切除側面図を示す。特に、図３は、上部ヒート・シンク４０およびレンズ５０の１つの切除側面図を図示する。図１Ａ、１Ｂおよび３を参照するに、上部ヒート・シンク４０は、アルミニウム、銅、セラミックス、プラスチックス、合成物、またはこれらの材料の１つの組合せのような材料から作られている。１つの高温、機械的に強い、誘電体材料が、トレース２２および２４を密封するためにトレース２２および２４（中央ダイ取り付けエリアを除いて）を被覆するのに使え、複数のスクラッチおよび酸化のような物理的および環境的な危害からの保護を提供する。被覆工程は、基板製造工程の一部分であり得る。この被覆は、使用中、上部ヒート・シンク４０から基板２０を絶縁することができる。被覆は、その上で、基板２０を上部ヒート・シンク４０に接着するＴＨＥＲＭＯＳＥＴ製の熱インタフェース材料のような１つの高温接着剤で被覆されてもよい。
【００２７】
上部ヒート・シンク４０は、取り付けパッド２８（図２Ａおよび２Ｃの）上に取り付けけられたＬＥＤアセンブリ６０を略囲む１つの反射面４２を含みうる。上部ヒート・シンク４０がダイ・パッケージ１０中のＬＥＤによって生成された熱を拡散するのに使われるとき、それは１つの外部ヒート・シンク上に１つの接着剤または半田接合によって直接”上部取り付け”され、熱を効果的に発散させ得る。別の実施形態において、もし熱が空気または冷却液のような圧縮性または非圧縮性媒体によって放散させられねばならないときには、上部ヒート・シンク４０にフィンまたは上部ヒート・シンク４０と冷却媒体熱との間で伝達を促進する任意の仕様を装備させてもよい。これらの実施形態の両方において、ダイ・パッケージ１０の電気的端子と底部ヒート・シンク２０は、例えば、標準の表面取り付け技術（ＳＭＴ）方法を使ってその適用プリント回路ボード（ＰＣＢ）に依然として接続可能である。
【００２８】
反射面４２は、複数のサンプル光線６３によって図示されるＬＥＤアセンブリ６０からの光の複数の部分を反射する。光の他の複数の部分は、サンプル光線６１によって図示されるようには反射面４２によって反射されない。説明用の光線６１および６３は、光学的技術でよく使われる光トレースを意味しない。光の効果的な反射のためには、上部ヒート・シンク４０は、磨くことのできる材料、鋳造することのできる材料またはモールドすることのできる材料、またはこれらの組合せから作られることが好ましい。あるいは、高い反射率を実現するために、光学的な反射面４２または全体ヒート・シンク４０を、メッキするか、銀、アルミニウム、またはこの目的を果たす任意の物質のような高反射率材料で堆積することができる。このため、上部ヒート・シンク４０はまた、１つの反射板４０と呼ばれる。反射板４０は、パッケージ１０の熱的性能によって要求されるときには高熱導電性を有する材料から作られる。実施形態によって図示するように、反射板４２は、例えば、反射板の水平面に関して４５°の１つの角度をなす１つの平面として図示される。本発明は、説明用の実施形態に限定されるものではない。例えば、反射面４２は、反射板の水平面に関して１つの異なる角度をなすようにできる。あるいは、反射板は、１つの放物線面、円錐曲線回転面またはパッケージの所望のスペクトル発光性能を満たす助けになる任意の他の形状を持つことができる。
【００２９】
反射板４０は、レンズ５０を支持し、それと結合する１つの棚４４を含む。ＬＥＤアセンブリ６０は、例えば、軟質プラスチック・シリコーンまたはポリマのようなエンカプセレーション材料４６を使ってダイ・パッケージ１０（図１Ａおよび１Ｂ）内にカプセル化される。エンカプセレーション材料４６は、高光伝導性およびレンズ５０の屈折率に整合するか近似する屈折率を有する高温ポリマが好ましい。カプセル材４６は、その光伝導性または透明度を変える複数の殆どの波長によって影響されないものが好ましい。
【００３０】
レンズ５０は、例えば、ガラス、水晶、高温および透明プラスチック、またはこれらの材料の１つの組合せのような高光伝導性を有する材料からできている。レンズ５０は、エンカプセレーション材料４６の上に置かれ、これに接着される。レンズ５０は、反射板４０に固くは接着されない。この”浮動レンズ”設計により、エンカプセレーション材料４６が問題なく高温または低温の状況下において膨張したり収縮したりする事が出来る。例えば、ダイ・パッケージ１０が動作しているとき、または高温環境に曝されているとき、カプセル材は、それを含む空洞空間より大きな体積膨張を経験する。レンズ５０にカプセル材の上で幾分自由に浮き上がらせることによって、その空洞空間からカプセル材が押出されることがない。同様にして、ダイ・パッケージ１０が低い温度に曝されたときには、カプセル材４６はカプセル材用の空洞空間を形成している他の複数の構成要素よりよく収縮する。レンズは、カプセル材が収縮しそのレベルを下げる間、カプセル材４６の上で自由に浮遊する。したがって、ダイ・パッケージ１０の信頼性が、カプセル材に誘導される熱応力が浮動レンズ設計によって低減されるために１つの比較的大きな温度範囲に亘って維持される。
【００３１】
いくらかの実施形態において、レンズ５０は、曲がった、半球形の、または他の幾何学形状の１つのくぼみ５２を画定する。このくぼみ５２は、ＬＥＤチップによって放射された光の性質にダイ・パッケージ１０から出る前に影響を与えたり変更したりするための光学的材料によって満たしうる。光学的材料の１つのタイプの複数の例には、複数のルミネッセンス変換蛍光体、複数の染料、複数の蛍光ポリマ、またはチップによって放射される光のいくらかを吸収し異なる波長の光を再放射する他の複数の材料がある。複数の光学的材料の別のタイプの複数の例には、炭化カルシウム、分散粒子（酸化チタンのような）または光を分散または離散させるボイドのような複数の光拡散剤がある。上の材料の任意の１つまたは組合せは、一定のスペクトル発光性能を得るためにレンズ上に適用可能である。
【００３２】
図４は、１つの外部ヒート・シンク７０に結合されたダイ・パッケージ１０を図示する。図４を参照するに、熱接点パッド３６は、エポキシ、半田、または任意の他の熱伝導接着剤、導電接着剤、または熱電導接着剤７４を使って外部ヒート・シンク７０に取り付け可能である。外部ヒート・シンク７０は、１つのプリント回路ボード（ＰＣＢ）またはダイ・パッケージ１０から熱を引出す他の構造にできる。外部ヒート・シンクは、様々な構成での複数の回路要素（示さず）または複数の熱拡散フィン７２を含み得る。
【００３３】
特定の代替的な構成を有する本発明の１つの実施形態が図５から６Ｄに示される。この第２の実施例の複数の部分は、図１Ａから４の中に示す第１実施形態の複数の対応部分に類似している。便宜上、第１実施形態の複数部分に類似の図５から６Ｄ中に図示される第２の複数部分は、同じ参照番号を与えられている。相似ではあるが変更された部分には、”ａ”を伴った同じ参照番号が付けられ、異なる部分には異なる参照番号が割当られている。
【００３４】
図５は、本発明の他の複数の実施形態による１つのＬＥＤダイ・パッケージ１０ａの１つの組立分解透視図である。図５を参照するに、本発明の発光ダイ・パッケージ１０ａは、１つの底部ヒート・シンク（基板）２０ａ、１つの上部ヒート・シンク（反射板）４０ａ、および１つのレンズ５０を含む。
【００３５】
図６Ａ、６Ｂ、６Ｃおよび６Ｄは、それぞれ、図５の基板２０ａの１つの平面図、１つの側面図、１つの正面図、および１つの底面図を提供する。図５から６Ｄを参照するに、説明用の実施形態において、基板２０ａは、１つの第１トレース２２ａ、および四つの第２トレース２４ａを含む。これらのトレース２２ａおよび２４ａは、図２Ａのトレース２２および２４とは異なる構成になっている。基板２０ａは、反射板４０ａを基板２０ａに機械的に係合する反射板４０ａの複数の脚３５の受入のための複数のラッチ・スペース３３を画定する複数のフランジ３１を含む。
【００３６】
前述から明らかなことは、本発明は、新規なものであり、現在の技法を凌ぐ複数の利点を提供することである。本発明の具体的な実施形態を上に述べ、図示したが、本発明はその説明と図示の複数の部分の具体的な形状または配置に限定されるものではない。例えば、異なる複数の構成、複数の寸法、または複数の材料を本発明の実施に使用可能である。
本発明は、添付の特許請求の範囲によって制限される。次において、複数の請求項は、米国特許法１１２条に定められた”手段又は工程（ｍｅａｎｓ ｏｒ ｓｔｅｐ ｆｏｒ）”の利益を得るために作成された複数の請求項は、”ための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）”なる句によって特定される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による１つの半導体ダイ・パッケージの１つの透視図である。
【図１Ｂ】図１Ａの半導体パッケージの１つの組立分解透視図である。
【図２Ａ】図１Ａの半導体パッケージの１つの平面図である。
【図２Ｂ】図１Ａの半導体パッケージの１つの側面図である。
【図２Ｃ】図１Ａの半導体パッケージの１つの部分の１つの前面図である。
【図２Ｄ】図１Ａの半導体パッケージの１つの部分の１つの底面図である。
【図３】図１Ａの半導体パッケージの複数の部分の１つの切り取り側面図である。
【図４】複数の追加要素を有する図１Ａの半導体パッケージの１つの側面図である。
【図５】本発明の別の実施形態による１つの半導体ダイ・パッケージの１つの組立分解透視図である。
【図６Ａ】図５の半導体パケージの１つの部分の１つの平面図である。
【図６Ｂ】図５の半導体パッケージの１つの部分の１つの側面図である。
【図６Ｃ】図５の半導体パッケージの１つの部分の１つの前面図である。
【図６Ｄ】図５の半導体パッケージの１つの部分の１つの底面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの発光ダイ・パッケージであって、
１つの取り付けパッドにおいて１つの発光ダイオード・アセンブリに接続される複数のトレースを有する１つの基板と、
前記基板に結合され、前記取り付けパッドを略囲む１つの反射板と、
前記取り付けパッドを略被うレンズと
を備える、発光ダイ・パッケージ。
【請求項２】
前記基板上に取り付けけられ、前記基板のトレースに接続された１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を更に備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項３】
前記ＬＥＤが光学的に透明なポリマ内にカプセル化された、請求項２に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項４】
前記基板が高熱伝導率を有する電気絶縁材料を備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項５】
前記基板が高熱伝導率を有する電気絶縁材料を備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項６】
前記基板に結合された１つの外部ヒート・シンクを更に備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項７】
前記基板が前記外部ヒート・シンクとの結合のために複数の金属でメッキされた１つの底側面を有する、請求項７に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項８】
１つ以上のトレースが前記取り付けパッドから前記基板の１つの面へ伸びる、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項９】
前記基板が、前記反射板に機械的に係合する１つ以上の側面に沿って複数のフランジを備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項１０】
前記反射板が前記取り付けパッドを略囲む、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項１１】
前記反射板が１つの反射面を画定する、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項１２】
前記反射板が高熱伝導率を有する材料を備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項１３】
前記反射板が熱伝達を増すために前記基板と機械的に係合する１つ以上の脚を備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項１４】
前記パッケージからの熱が放散されるようにするために前記反射板が１つの外部ヒート・シンクに接続される、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項１５】
前記反射板が熱放散のための複数の冷却フィンを備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項１６】
前記レンズが複数の光学的化学物質を受容するように適合した１つのくぼみを備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項１７】
前記レンズが複数のルミネッセンス変換蛍光体を備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項１８】
前記レンズが拡散剤を備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項１９】
前記レンズが１つの発光体を備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項２０】
１つの半導体ダイ・パッケージであって、
１つの上面上に複数のトレースを有する１つの底部ヒート・シンクと、
前記底部ヒート・シンクの上面上に取り付けた１つの半導体チップであって、前記底部ヒート・シンクのトレースに電気的に接続される半導体チップと、
前記底部ヒート・シンクに機械的に結合された１つの上部ヒート・シンクと
を備える、半導体ダイ・パッケージ。
【請求項２１】
前記基板上に取り付けけられ、前記基板のトレースに接続された１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を更に備える、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項２２】
前記ＬＥＤがカプセル化された、請求項２１に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項２３】
前記基板が高熱伝導率を有する電気絶縁材料を備える、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項２４】
前記基板に結合された１つの外部ヒート・シンクを更に備える、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項２５】
前記基板が前記外部ヒート・シンクと結合するための熱接触パッドを備えた１つの底部側面を有する、請求項２４に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項２６】
前記取り付けパッドに接近した複数の取り付けパッドであって、１つの発光ダイオードが前記基板に取り付けけられるように適応している複数の取り付けパッドを更に備える、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項２７】
１つ以上のトレースが前記基板の上面から前記基板の１つの側面に伸びる、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項２８】
前記反射板と機械的に係合させるために、前記基板が複数のフランジを１つ以上の側面に沿って画定する、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項２９】
前記反射板が前記取り付けパッドを略囲む、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項３０】
前記反射板が１つの反射面を画定する、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項３１】
前記反射板が高熱伝導率を有する材料を備える、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項３２】
前記反射板が、熱接触面積を増すために前記基板と機械的に係合する複数の脚を備える、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項３３】
前記レンズ含有材料が、ガラス、水晶、および高温プラスチックからなる１つの群から選択される、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項３４】
前記レンズが複数のルミネッセンス変換発光体を備える、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項３５】
前記レンズが拡散剤を備える、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項３６】
前記レンズが１つの発光体を備える、請求項２０に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項３７】
前記レンズがカプセル材上に配置され接着される、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項３８】
前記カプセル材が弾性材料を備える、請求項３７に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項３９】
前記レンズが、ガラスおよび水晶からなる１つの群から選択される材料を備える、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項４０】
前記レンズが高透明度プラスチック材料を備える、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項１】
１つの発光ダイ・パッケージであって、
１つの取り付けパッドにおいて１つの発光ダイオード・アセンブリに接続される複数のトレースを有する１つの基板と、
前記基板に結合され、前記取り付けパッドを略囲む１つの反射板と、
前記取り付けパッドを略被うレンズと
を備える、発光ダイ・パッケージ。
【請求項２】
前記基板上に取り付けけられ、前記基板のトレースに接続された１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を更に備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項３】
前記ＬＥＤが光学的に透明なポリマ内にカプセル化された、請求項２に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項４】
前記基板が高熱伝導率を有する電気絶縁材料を備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項５】
前記基板が高熱伝導率を有する電気絶縁材料を備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項６】
前記基板に結合された１つの外部ヒート・シンクを更に備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項７】
前記基板が前記外部ヒート・シンクとの結合のために複数の金属でメッキされた１つの底側面を有する、請求項７に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項８】
１つ以上のトレースが前記取り付けパッドから前記基板の１つの面へ伸びる、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項９】
前記基板が、前記反射板に機械的に係合する１つ以上の側面に沿って複数のフランジを備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項１０】
前記反射板が前記取り付けパッドを略囲む、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項１１】
前記反射板が１つの反射面を画定する、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項１２】
前記反射板が高熱伝導率を有する材料を備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項１３】
前記反射板が熱伝達を増すために前記基板と機械的に係合する１つ以上の脚を備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項１４】
前記パッケージからの熱が放散されるようにするために前記反射板が１つの外部ヒート・シンクに接続される、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項１５】
前記反射板が熱放散のための複数の冷却フィンを備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項１６】
前記レンズが複数の光学的化学物質を受容するように適合した１つのくぼみを備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項１７】
前記レンズが複数のルミネッセンス変換蛍光体を備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項１８】
前記レンズが拡散剤を備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項１９】
前記レンズが１つの発光体を備える、請求項１に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項２０】
１つの半導体ダイ・パッケージであって、
１つの上面上に複数のトレースを有する１つの底部ヒート・シンクと、
前記底部ヒート・シンクの上面上に取り付けた１つの半導体チップであって、前記底部ヒート・シンクのトレースに電気的に接続される半導体チップと、
前記底部ヒート・シンクに機械的に結合された１つの上部ヒート・シンクと
を備える、半導体ダイ・パッケージ。
【請求項２１】
前記基板上に取り付けけられ、前記基板のトレースに接続された１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を更に備える、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項２２】
前記ＬＥＤがカプセル化された、請求項２１に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項２３】
前記基板が高熱伝導率を有する電気絶縁材料を備える、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項２４】
前記基板に結合された１つの外部ヒート・シンクを更に備える、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項２５】
前記基板が前記外部ヒート・シンクと結合するための熱接触パッドを備えた１つの底部側面を有する、請求項２４に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項２６】
前記取り付けパッドに接近した複数の取り付けパッドであって、１つの発光ダイオードが前記基板に取り付けけられるように適応している複数の取り付けパッドを更に備える、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項２７】
１つ以上のトレースが前記基板の上面から前記基板の１つの側面に伸びる、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項２８】
前記反射板と機械的に係合させるために、前記基板が複数のフランジを１つ以上の側面に沿って画定する、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項２９】
前記反射板が前記取り付けパッドを略囲む、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項３０】
前記反射板が１つの反射面を画定する、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項３１】
前記反射板が高熱伝導率を有する材料を備える、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項３２】
前記反射板が、熱接触面積を増すために前記基板と機械的に係合する複数の脚を備える、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項３３】
前記レンズ含有材料が、ガラス、水晶、および高温プラスチックからなる１つの群から選択される、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項３４】
前記レンズが複数のルミネッセンス変換発光体を備える、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項３５】
前記レンズが拡散剤を備える、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項３６】
前記レンズが１つの発光体を備える、請求項２０に記載の発光ダイ・パッケージ。
【請求項３７】
前記レンズがカプセル材上に配置され接着される、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項３８】
前記カプセル材が弾性材料を備える、請求項３７に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項３９】
前記レンズが、ガラスおよび水晶からなる１つの群から選択される材料を備える、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【請求項４０】
前記レンズが高透明度プラスチック材料を備える、請求項２０に記載の半導体ダイ・パッケージ。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【公開番号】特開２０１１−１３９０８７（Ｐ２０１１−１３９０８７Ａ）
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−３２６０３（Ｐ２０１１−３２６０３）
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【分割の表示】特願２００４−５３４４２８（Ｐ２００４−５３４４２８）の分割
【原出願日】平成１５年９月２日（２００３．９．２）
【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２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３２６０３（Ｐ２０１１−３２６０３）
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【分割の表示】特願２００４−５３４４２８（Ｐ２００４−５３４４２８）の分割
【原出願日】平成１５年９月２日（２００３．９．２）
【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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