【発明の名称】 低温同時焼成セラミック(LTCC)テープ組成物、発光ダイオード(LED)モジュール、照明デバイス、およびそれらの形成方法
【発明者】 【氏名】カール ビー.ワン

【氏名】シー-ミン カオ

【氏名】ユ-チェン リン

【氏名】ジョー-シン チェン

【要約】 【課題】LTCC(低温同時焼成セラミック)テープ組成物を提供すること。

【解決手段】様々な照明適用のための発光ダイオード(LED)チップキャリアおよびモジュールの形成における前記LTCCテープの使用を示す。本発明は、限定されないが、LEDデバイス、高輝度(HB)LEDバックライト、ディスプレイに関連する光源、自動車照明、装飾照明、標識および広告照明、および情報ディスプレイ用途を含む照明デバイスの形成における(LTCC)テープおよびLEDモジュールの使用も提供する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光ダイオードチップキャリアを形成する方法であって、
2つ以上のLTCCテープ層を提供することと、
前記テープ層内に1つ以上の空洞を形成することと、
前記テープ層内に少なくとも2つの電気的ビアと少なくとも1つの熱的ビアを提供することとを含み、
前記LTCCテープ層が、所望の回路パターンを提供し、前記回路パターンが、前記電気的ビアを介して電気的に接続され、したがって機能するチップキャリアを形成することを特徴とする方法。
【請求項2】
発光ダイオードモジュールを形成する方法であって、
2つ以上のLTCCテープ層を提供することと、
前記テープ層内に1つ以上の空洞を形成することと、
前記テープ層内に少なくとも2つの電気的ビアと少なくとも1つの熱的ビアを提供することと、
少なくとも1つの機能する発光ダイオードチップを提供することとを含み、
前記LTCCテープ層が、所望の回路パターンを提供し、前記回路パターンが、前記電気的ビアを介して電気的に接続され、したがって機能するチップキャリアを形成し、少なくとも1つの機能する発光ダイオードチップが、前記チップキャリアに搭載されることを特徴とする方法。
【請求項3】
少なくとも1つの熱的ビアが、ヒートシンクに接続され、前記熱的ビアが、前記ヒートシンクへのその接続を介して、前記機能する発光ダイオードチップから放出される熱を散逸することを特徴とする請求項2に記載の方法。
【請求項4】
前記ヒートシンクが、Al、BeO、AlNから選択された材料、ならびにCu-W、Cu-Mo、Cu-Mo-Cu、およびAl-SiCからなるグループのめっきされた合金を含むことを特徴とする請求項3に記載の方法。
【請求項5】
前記ヒートシンクが、金属コアプリント回路板であることを特徴とする請求項3に記載の方法。
【請求項6】
前記発光ダイオードチップの色が、青、緑、赤、黄、および白から選択されることを特徴とする請求項3に記載の方法。
【請求項7】
前記電気的ビアおよび前記熱的ビアが、Ag、Cu、Au、Pt、Pd、およびそれらの混合物から選択された金属を含む導電厚膜組成物から形成されることを特徴とする請求項3に記載の方法。
【請求項8】
請求項1に記載の方法によって形成されることを特徴とする発光ダイオードチップキャリア。
【請求項9】
請求項3に記載の方法によって形成されることを特徴とする発光ダイオードモジュール。
【請求項10】
発光用途で使用するための厚膜誘電体テープ組成物であって、全テープ組成物の重量%で、
(a)40~70重量%のガラスフリットと、
(b)30~60重量%の耐火性セラミック充填剤と、
(c)0~10重量%の1つ以上の無機顔料とを含み、
(d)有機媒体に分散され、前記耐火性セラミック充填剤および前記無機顔料が、1.5~3.5の範囲の屈折率を有し、前記耐火性セラミック充填剤が、少なくとも150Mpaの曲げ強度を有することを特徴とする厚膜誘電体テープ組成物。
【請求項11】
前記耐火性セラミック充填剤が、アルミナであることを特徴とする請求項10に記載の組成物。
【請求項12】
前記無機顔料が、酸化チタン、亜硫酸亜鉛、弗化アンチモン酸カルシウム、酸化ジルコニウム、砒酸鉛、三酸化アンチモン、酸化すず、珪酸ジルコニウム、スピネル亜鉛、酸化アルミニウム、およびそれらの混合物から選択されることを特徴とする請求項10に記載の組成物。
【請求項13】
前記ガラスフリットが、全体組成物を基準に、55~58重量%のSiO、8~10重量%のAl、16~18重量%のPbO、3.5~5.5重量%のB、7~9重量%のCaO、0.4~0.8重量%のMgO、2.1~2.7重量%のNaO、1.2%~2.2重量%のKOからなる鉛を含むガラスであることを特徴とする請求項10に記載の組成物。
【請求項14】
前記ガラスフリットが、全体組成物に基づき、52~55重量%のSiO、11.0~14.5重量%のAl、8~9重量%のB、15~18重量%のCaO、0.5~3重量%のMgO、1.5~3.0重量%のNaO、0.2~0.6重量%のLiO、1~3重量%のKO、1~4.5重量%のSrOからなる鉛を含まないガラスであることを特徴とする請求項10に記載の組成物。
【請求項15】
前記モジュールが、高輝度発光ダイオードデバイス、液晶ディスプレイ、ディスプレイに関する光源、自動車照明、装飾照明、標識および広告照明、バックライトユニットなどの液晶ディスプレイデバイス、情報ディスプレイ用途から選択される発光ダイオード用途で使用されることを特徴とする請求項9に記載のモジュール。
【請求項16】
少なくとも3つの機能する発光ダイオードチップが、前記チップキャリアに搭載され、前記機能する発光ダイオードチップの色が、白、赤、緑、および青から選択されることを特徴とする請求項9に記載の発光ダイオードモジュール。
【請求項17】
前記機能する発光ダイオードチップが、0.5ワット以上の動作ワット数を有することを特徴とする請求項16に記載の発光ダイオードモジュール。
【請求項18】
前記機能する発光ダイオードチップが、1.0ワット以上の動作ワット数を有することを特徴とする請求項16に記載の発光ダイオードモジュール。
【請求項19】
前記LTCCテープ層は、前記テープにおける全固体を基準に10重量%までの、二酸化チタン、亜硫酸亜鉛、弗化アンチモン酸カルシウム、酸化ジルコニウム、砒酸鉛、三酸化アンチモン、酸化すず、珪酸ジルコニウム、スピネル亜鉛、およびそれらの混合物から選択される無機顔料を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
【請求項20】
前記熱的ビアが、0.002インチ~0.100インチの範囲の直径を有することを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
【請求項21】
前記熱的ビアが、0.005インチ~0.025インチの範囲の直径を有することを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
【請求項22】
1つ以上の熱的ビアを備え、前記熱的ビアの中心間の間隔が、ビア直径の2~10倍であることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
【請求項23】
1つ以上の熱的ビアを備え、前記熱的ビアの中心間の間隔が、ビア直径の2~5倍であることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
【請求項24】
前記チップキャリアが、前記ヒートシンクにろう付けされることによって接続されることを特徴とする請求項3に記載の方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、LTCC(低温同時焼成セラミック)テープ組成物、およびこれらに制限されないが、LEDバックライト、液晶ディスプレイ(LCD)照明、ディスプレイに関連する光源、自動車照明、装飾照明、標識および広告照明、および情報ディスプレイ応用を含む様々な照明応用のための発光ダイオード(LED)チップキャリアおよびモジュールの形成における前記LTCCテープの使用に関する。
【背景技術】
【0002】
固体電子デバイスは、共役有機ポリマー層とともに製造されることができる。共役ポリマーベースのダイオード、および特に発光ダイオード(LED)ならびに光検出ダイオードは、ディスプレイおよびセンサ技術での使用に関するそれらの可能性のために特に魅力的である。この種類のデバイスは、反対側が電極(アノードおよびカソード)に接していて、かつ固体基板上に担持された電子―光活性(electrophotoactive)の共役有機ポリマーの層または膜を含む構造を有する。
【0003】
一般に、ポリマーダイオードおよび特にPLEDにおける活性層として使用するための材料は、フォトルミネッセンスを示す半導体共役ポリマーを含む。所定の好ましい設定において、ポリマーは、フォトルミネッセンスを示し、溶解可能であり溶液から均一な薄膜に処理可能である。
【0004】
これらの有機ポリマーベースの電子デバイスのアノードは、従来、比較的仕事関数の高い金属から構成される。このアノードは、正孔を半導体ルミネッセンスポリマーのそうでなければ充填されているpバンドに注入するように作用する。
【0005】
バリウムまたはカルシウムなどの比較的仕事関数の低い金属は、多くの構造におけるカソード材料として好ましい。この仕事関数の低いカソードは、電子を半導体ルミネッセンスポリマーのそうでなければ空であるpバンドに注入するように作用する。アノードで注入される正孔とカソードで注入される電子は、活性層内で発光再結合し、光が放出される。
【0006】
LED照明は、一般にカンデラで表現された軸上発光強度によって特徴付けられることができる。強度は、有限面積の源から放射される立体角あたりのフラックスを表す。さらに、フラックスは、全方向における源から放出された光の総量である。本発明の目的のために、フラックスは、LEDの輝度を表すために使用される。
【0007】
ラジオメトリック光は、放射の可視作用にかかわらず、その放射エネルギーおよびパワーにしたがって特定される。フォトメトリック光は、CIE標準の観測者応答曲線にしたがって、人間の可視応答に関して特定される。さらに、フォトニクスおよび固体物理の分野において、発光効率は、ルーメン(lm)で表されるフォトメトリックフラックスと、ワット(W)で表されるラジオメトリックフラックスとの間の変換として定義される。
【0008】
発光効率は、特定のLED光源の主波長の関数であることに留意されたい。例えば、窒化インジウムガリウム(InGaN)LEDは、470nmから560nmへ主波長がシフトするのに対応して、85lm/Wから600lm/Wへ増大する発光効率を示す。他方、燐化アルミニウムインジウムガリウム(AlInGaP)は、580nmから640nmへ主波長がシフトするのに対応して、580lm/Wから800lm/Wへ低減する発光効率を示す。本発明の目的のために、LEDのピーク透過率での発光効率が言及される。
【0009】
最も一般的な従来技術のLEDは、多くとも30mW~60mWの電力で動作するように設計される。より最近では、1Wの入力パワーで連続使用できる市販のLEDが導入された。これらのLEDは、大きなパワーを扱うために、以前のLEDより非常に大きな半導体チップを使用する。接合温度を最小化しかつ照明性能を維持するように熱を散逸するために、これらのより大きなチップは、通常、以前のLED構造より有効な熱導体(金属スラグなど)に搭載される。
【0010】
一般に5ワットLEDは、18lm/W~22lm/Wの効率で利用可能であり、10ワットLEDは、60lm/Wの効率で利用可能である。これら10ワットLED光デバイスは、一般的な50ワット白熱灯とほぼ同じ光を生じ、一般的な照明要求に関してLEDの使用を促進する。
【0011】
【特許文献1】米国特許第4536535号明細書
【特許文献2】英国特許第772675号明細書
【特許文献3】米国特許第4381945号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
現在入手可能な従来技術のLEDデバイスにかかわらず、増大した熱散逸特性、改善された製造プロセス、およびより低いコスト利点などの改善された動作特性を提供することができる、改善されたLEDモジュールに対する必要性がまだ存在する。他の利点は、チップへのより近いTCEマッチ、より小さいサイズ、軽い重量、環境安定性、増大した回路集積能力、強化された光反射力、簡略化された製造(複層構造の同時焼成可能性など)、より高い歩留まり、より広いプロセス許容誤差、高い機械強度、および効率的な熱散逸を含む。従来技術のLEDはいずれも、より長いデバイス寿命を含む、LTCC技術の使用またはLTCC技術の組み込みに関連する利点を提供しない。
【0013】
HB(高輝度)・LEDチップキャリアデバイスの様々な設計および構成は、従来技術で提供された。しかしながら、それらすべては、様々な機能、製造可能性、およびコストに関する異なる問題を呈する。0.5W以上および好ましくは1Wの出力定格を伴い機能するLEDデバイスは、発光ダイオードモジュールの全体としての色品質を改善しかつモジュール寿命を増大するために、熱散逸特性における改善を可能にする、LCD用途のためのHB・LEDモジュールを含む照明用途にまだ必要である。本発明は、照明技術におけるそのような革新を可能にするために、そのような材料、方法、チップキャリア、およびモジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明は、発光ダイオードチップキャリア、および発光ダイオードチップキャリアを形成する方法を提供し、(a)2つ以上のLTCCテープ層を提供することと、(b)前記テープ層内に1つ以上の空洞を形成することと、(c)前記テープ層内に少なくとも2つの電気的ビアと少なくとも1つの熱的ビアを提供することとを含み、前記LTCCテープ層が、所望の回路パターンを提供し、前記回路パターンが、前記電気的ビアを介して電気的に接続され、したがって機能するチップキャリアを形成する。
【0015】
本発明は、発光ダイオード、および発光ダイオードモジュールを形成する方法をさらに提供し、その方法は、2つ以上のLTCCテープ層を提供することと、前記テープ層内に1つ以上の空洞を形成することと、前記テープ層内に少なくとも2つの電気的ビアと少なくとも1つの熱的ビアを提供することと、少なくとも1つの機能する発光ダイオードチップを提供することとを含む。そして、前記LTCCテープ層が、所望の回路パターンを提供し、前記回路パターンが、前記電気的ビアを介して電気的に接続され、したがって機能するチップキャリアを形成し、少なくとも1つの機能する発光ダイオードチップが、前記チップキャリアに搭載される。さらに、発光ダイオードモジュールは、少なくとも1つの熱的ビアが、ヒートシンクに接続され、前記熱的ビアが、前記ヒートシンクへのその接続を介して前記機能する発光ダイオードチップから放出された熱を散逸するものと開示される。
【0016】
ある好ましい実施形態において、LTCCテープは、HB・LEDバックライトとして使用するための、LEDモジュールの形成で使用される「ホワイト」テープである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
本発明は、LTCC(低温同時焼成セラミック)テープ組成物を提供し、様々な照明用途のための発光ダイオード(LED)チップキャリアおよびモジュールの形成における前記LTCCテープの使用を示す。本発明は、これらに限定されないが、LEDデバイス、HB・LEDバックライト、ディスプレイに関連する光源、自動車照明、装飾照明、標識および広告照明、および情報ディスプレイ照明を含む、照明デバイスの形成におけるLTCCテープおよびLEDモジュールの使用も提供する。
【0018】
本発明は、さらに、HB・LEDバックライト用途のためのチップキャリアの材料組成および製造プロセスに関し、はめ込み空洞を有する同時焼成可能なLTCCは、1つ(白、赤、緑、または青)のLEDチップまたは少なくとも3つ(赤、緑、および青)LEDチップの複数、あるいは少なくとも4つ(白、赤、緑、および青の中の組合せ)LEDチップを搭載するためのベースを提供する。また、前記LTCC構造は、ヒートシンクへの熱的ビアの接続を介してすべての機能するチップから放出された熱を有効に散逸する熱的ビアを提供する(ヒートシンクは、金属コアプリント回路マザーボード(MCPCB)であり得る)。ヒートシンクへのボンディングは、ろう付け、はんだ、または他の熱伝導性接着剤によって提供されることができる。様々な白色セラミック充填剤を有する無着色の白色テープ組成は、HB・LEDチップキャリアパッケージ用途に適した機械強度および光反射を提供する。特定色の強化が必要な場合には、様々な無機着色顔料が、LTCC材料として使用されるためにテープ組成に添加される。同時焼成可能な銀、銅、金、銀/プラチナ、銀/パラジウムの厚膜組成物の種類は、これらに制限されないが、回路接続、ビア充填接続、熱的ビア、およびHB・LEDチップキャリアパッケージ用途のための光反射を含む様々な機能を提供するものである。
【0019】
本発明は、HB・LED用途に関して記載されるが、様々な実施形態が、多数の照明用途で使用されることができることは理解される。さらに、本発明は、新規な照明デバイスを提供し、この新規な照明デバイスは、(1)空港、列車駅、および他の場所での公共情報掲示などの薄くかつ軽量のメッセージディスプレイ、(2)業務用装置および消費者のオーディオ/ビデオ機器でのオン/オフライトなどの状況指示器、(3)TV、DVD、およびVCRのための遠隔制御における赤外LED、(4)交通信号において着色ガラスの背後の通常の白熱電球を置き換えるクラスタ、(5)自動車指示器ライト、(6)自転車照明、(7)計算器および測定装置のディスプレイ、(8)航空機コックピット、潜水艦およびシップブリッジ、天文観測所などの暗視装置が保持されなければならない環境における、ならびに夜間の動物観察および軍用使用などの分野における、指示器および英数字ディスプレイのための赤または黄色のLED、(9)写真暗室において、フィルムの望ましくない露光を生じない照明を提供するための赤または黄色のLED、(10)フラッシュライトまたはトーチなどの照明、(11)緊急または信号を発する信号灯およびストロボ、(12)機械的および光学的コンピュータマウスおよびトラックボールのための移動センサ、(13)高性能LEDプリンタ、および(14)一般的な家庭の照明器を含む。
【0020】
上記用途のいくつかは、より小さいワット数およびより低い輝度のLEDによって得られることができるが、本発明は、等価のまたは優れた照明性能を提供するために、より少ない数のLED照明モジュールを使用する手段を提供し、一方で製造プロセスをさらに単純化しかつコストを低減する。
【0021】
本発明の目的のために、HB・LEDパッケージは、15lm/W以上の発光効率を有するとして言及され、これらのLEDは、通常、1W以上の好ましい定格で、0.5W以上の電力定格に関連付けられる。
【0022】
本発明は、熱散逸のための経路手段を提供しながら、はめ込み回路ドライバまたは外部回路ドライバへの接続のいずれかを有する、1つ(白、赤、緑、または青)または少なくとも3つ(白、赤、緑、および青)の複数のLEDチップのためのモノリシックガラスセラミックチップキャリアを提供する、コストが有効であり単純化された製造方法を開示する。
【0023】
LEDチップと任意の関連する光学材料とのある特定の組合せは、単一のチップセットまたはモジュールから白色光を提供するために必要とされることに留意されたい。本発明の目的のために、かつ本文および特許請求の範囲を通して、「白色LEDチップ」は、それらが白色光を生じる限り、特定のLEDチップおよび光学材料の組合せのこれらのタイプを表すために使用される。例えば、現在製造されるほとんどの白色LEDは、セリウムがドープされたイットリウムアルミニウムガーネット(YAG:Ce)結晶から通常作られた黄色の蛍光体被覆で覆われた450nm~470nmの青色の窒化ガリウム(GaN)LEDを使用する。単結晶の形態のYAG:Ceは、蛍光体よりむしろシンチレータと考えられる。黄色の光は、人間の目の赤および緑の受容体を刺激するので、結果として生じる青色と黄色の光の混合は、白色の外観を与える。また、白色LEDを、高効率なユーロピウムベースの赤色および青色を発する蛍光体と、緑色を発する銅およびアルミニウムがドープされた硫化亜鉛(ZnS:Cu、Al)の混合物で、近UVを発するLEDを被覆することによって作ることもできる。白色光LEDを生成する別の選択肢は、蛍光体を使用せず、ZnSe基板上のホモエピタキシャル成長させたセレン化亜鉛(ZnSe)をベースにするものであり、それは、その活性領域からの青色光と、基板からの黄色とを同時に発する。白色光は、光が前述の単一のチップセットから由来するか、または赤、緑、および青LEDの組合せから由来するかにかかわらず、LCD(液晶ディスプレイ)バックライトとして通常適用されるが、本発明のLTCCチップキャリアパッケージは、本文でさらに議論されるように、(これらに限定されないが)様々なタイプの無機顔料の使用及び有効な熱散逸により寄与されたその色の向上および耐久性を有する様々な着色光を提供することもできる。
【0024】
本発明において、熱散逸に関する熱的ビアは、少なくとも1つのヒートシンクにろう付けされ、アセンブリをHB・LEDパッケージデバイスとして必要な機能を提供することができる単一部品の構造にする。さらに本発明は、同時焼成可能な銀および銅の厚膜組成物の種類を提供し、この厚膜組成物は、これらに制限されないが、HB・LEDパッケージ用途のための、回路接続、ビア充填接続、熱的ビア、および光反射を含む様々な機能を提供する。
【0025】
図1Aから図1Fは、以下の詳細のように、ワイヤー・ボンディングを有するチップキャリア設計の概略図である。図1Aは、ワイヤー・ボンディングを有するチップキャリアの断面図である。LTCCチップキャリアは、頂部層LTCC誘電体111によって4つの側面を囲まれた空洞と共に示されている。1つのLEDチップが、第2層LTCC誘電体108内にある熱的ビア106と共に空洞の中央に搭載される。同時焼成可能な導体により、端子103(頂部層)、110(第2層)、マザーボード109上の外部端子105、およびヒートスプレッダ114が提供される。チップは、ワイヤー・ボンディング113によって第2層端子に接続され、さらにワイヤー・ボンディング104によって外部端子に接続される。端子110は、ビア112によって端子103に接続される。チップは、エポキシまたは他の有機材料102内に封入される。さらなる熱散逸のために、ヒートシンク107が提供され、様々な方法を、ヒートシンクを回路板の反対側に取り付けるために使用することができる。図1Bは、ワイヤー・ボンディングのためのパッドとして使用される端子103を表示する。図1Cは、112として示される導電性ビアと共に、多層LTCC誘電体111の頂部層内の空洞115を表示する。図1Dは、空洞の底部での導体レイアウトを表示し、左手側および右手側の導体パターン110は、チップ接続のためのカソードまたはアノードのいずれかとして作用し、一方、導体パターン116により、チップのためのボンディングパッドおよび熱的ビアへのその接続が提供される。図1Eは、熱的ビア106の典型的な配置を有する多層LTCC誘電体108の第2層を表示する。図1Fは、熱的ビアの底部のヒートスプレッダ117を表示する。
【0026】
図2Aから図2Eは、以下の詳細のように、ワイヤー・ボンディングおよびはんだ接続を有するチップキャリア設計の概略図である。図2Aは、ワイヤー・ボンディングおよびはんだ付けを有するチップキャリアの断面図である。チップは、多層LTCC誘電体の第2層213上に搭載され、ワイヤー・ボンディング203は、電極205(カソードおよびアノードの両方を含む)へチップを接続するために使用され、電極205は、次に、マザーボード209上に配置された外部回路208に導電性ビア206およびはんだ207を介して接続される。さらに、チップ下部の熱的ビア212は、マザーボード209にろう付けされたヒートスプレッダ211へ接続される。ろう付け接合部210は、はんだ接合部または導電接着剤で作られた接続部によって置き換えることができる。図2Bは、空洞214を有する多層LTCC誘電体204の頂部層を表示する。図2Cは、左側および右側のカソード205Aおよびアノード205Bの両方を表示し、一方、導体パターン215により、チップのためのボンディングパッドおよび熱的ビアへのその接続が提供される。図2Dは、熱的ビア212の典型的な配置を有する多層LTCC誘電体の第2層213を表示する。2つの導電性ビア206は、電気的接続経路を示すように表示される。図2Eは、マザーボード上の外部回路208にはんだ付けられたビアキャプチャパッド(via capture pad)216と共に、熱的ビア212の底部のヒートスプレッダ211を表示する。
【0027】
図3Aから図3Dは、以下の詳細のように、LEDフリップチップ接続を有するチップキャリア設計の概略図である。図3Aは、LEDフリップチップ301ボンディングを適用するチップキャリアの断面図である。空洞は、多層LTCC誘電体の頂部層307に形成され、電極パターンは、空洞の表面上、または多層LTCC誘電体の頂部層307と第2層304との間に配置される。追加の電極パターンは、第2の層の底部表面上に配置され、電極305は、キャステレーション・ビア(castellation via)309を介して電極303に接続される。図3Bは、方形空洞308を有する多層LTCC誘電体の頂部層307を表示する。図3Cは、アノードおよびカソード、またはその逆を表す電極パターン310および311を表示する。接続は、導電経路303およびキャステレーション・ビア309によって行われる。チップ搭載の位置は、破線境界で示される。図3Dは、図3Cの後側を表示し、4つの導電パターン305が、キャステレーション・ビア309で接続される。さらに、ヒートスプレッダ306が、中央にパターン形成される。
【0028】
図4は、チップキャリアの空洞でのLED配置の概略図であり、3つLEDチップ、すなわち赤(R)109、緑(G)106、および青(B)104が、熱スプレッダパッド107上に配置され、かつ共通カソード105に接続される。R、G、およびBチップは、さらにそれぞれアノード111、112、および114に接続される。この表面上でそれぞれが接続する導体パターン110、113、および102は、キャステレーション・ビア101によって異なるLTCCテープ層を含む他の位置で回路に接続される。
【0029】
図5Aから図5Dは、以下の詳細のように、フリップチップ接続および熱的ビアを有するチップキャリアの概略図である。図5Aは、チップキャリアの断面図であり、フリップチップ501は、図5Bに示されるようにカソード503およびアノード511電極に結合される。空洞は、多層LTCC誘電体頂部層502内に形成される。熱散逸は、(1)多層LTCC誘電体第2層509内の熱的ビア504、(2)ヒートスプレッダ505、(3)多層LTCC誘電体第3層508内の熱的ビア506、および(4)ヒートスプレッダ507によって提供される。図5Bは、多層LTCC誘電体の第2層509を表示し、より大きな面積の導電パターンは、熱的ビア504のアレイを有するカソード503を呈する。アノード511は、キャステレーション・ビア510を介して外部回路に接続される。チップ搭載の位置は、509の中央ステージに破線境界で示される。図5Cは、ヒートスプレッダ505を有する多層LTCC誘電体の第3層508を表示する。熱的ビア506のアレイも、熱散逸のために形成される。キャステレーション・ビア512も、アノードを外部回路に接続するために使用される。図5Dは、本体508の底側を表示し、中央ヒートスプレッダ507は熱的ビアをろう付けによってヒートシンクに接続するために使用され、導電パッド513は、マザーボードへの接続を作るために使用される。
【0030】
図6は、チップキャリアの空洞表面606での4つのLEDチップの配置を表示する。より詳細には、2つの緑(G)LEDチップ603および609、1つの赤(R)LEDチップ610、および1つの青(B)LEDチップ604が、六角形導体レイアウトの内側に配置される。両方のGチップは、共通アノード602およびカソード608に接続される。Rチップは、アノード601およびカソード611に接続される。Bチップは、アノード605およびカソード607に接続される。破線612によって示される円形領域は、LEDチップ搭載のための空洞の位置を示す。
【0031】
LCDでの改善されたバックライトユニットとしての本発明の応用を示すために、LCD構造の記載を、本明細書に提供する。6つの主要な構成部品を備える一般的なLCD積層体の図を、図7Aに提供する。LCDを鑑賞する側から順番に配置されたそれらのそれぞれの要素とともにこれら主要な構成部品は、(1)反射防止またはグレア防止膜、視角膜、および前方偏光子を備える前方偏光子積層体701、(2)前方ガラス、ブラックマトリクス/カラーフィルタ、共通電極、および配向層を備えるカラーフィルタ702、(3)液晶層703、(4)配向層、表示電極、および後方ガラスを備えるTFT、すなわち薄膜トランジスタアレイ704、(5)後方偏光子、および二重輝度強化膜DBEFの再循環偏光子を備える後方偏光子積層体705、および(6)バックライトユニット706である。図7Bに示されるバックライトユニット706は、さらに、前方拡散器707、BEFすなわち輝度強化膜のプリズムシートの少なくとも1つの層708、後方拡散器709、ならびにランプおよび光ガイド710を備える。黒色反射器は、通常、ランプの輝度を強化するために710に設けられる。
【0032】
本発明は、少なくとも1つのHB・LEDチップが搭載され、その回路集積および熱散逸が厚膜導体、電気的ビア、および熱的ビア材料によってそれぞれ提供されるLTCCチップキャリアで作られたLED発光モジュールの使用によって、ランプの優れた代替を提供する。これは、安定しかつ改善された照明性能、バックライトユニットの製造の単純さ、LCDの寿命における照明性能の信頼性、および全体的なコストの利点を提供する。
【0033】
上記記載は、LCDバックライト用途のためのLED照明モジュールの実施形態を構成するが、前記用途はLCDに制限されないことに留意されたい。白色または着色LED光用途は、当業者によって本発明を用いて容易に実施されうる。本発明のLEDモジュールは、期待される用途に応じて、赤、緑、青、白、黄、または他の顔料色を含むことができる。いくつかの実施例を、以下に与える。
【0034】
2つの材料および技術グループ、すなわちLTCCガラスセラミック誘電体テープ組成および厚膜導体組成が、本発明を実現するために重要である。したがって、以下の2つの節を、本発明のLTCC誘電体テープ組成物および厚膜導体組成物の詳細な記載を提供するために充てる。
【0035】
LTCCガラスセラミック誘電体テープ組成物
本発明のテープ組成物は、ガラス、セラミック充填剤を含み、好ましい実施形態において無機顔料を含む。一実施形態において、テープ組成物は、少なくとも1つのガラスフリット、少なくとも1つの白色耐火無機酸化物、および/または白色強化および/または反射を提供する他の無機顔料を含む。有利であれば、様々な無機着色顔料を、LEDチップキャリアによるディスプレイ色強化のために、赤、緑、または青などの特定の色を提供するように、全無機物質において0重量%~10重量%で使用することができる。
【0036】
好ましい色に応じて、無機顔料の重量%含有量は変わってもよい。例えば、0.5%(全無機材料基準の重量%)のアルミン酸コバルトを、アルミニウム酸化物耐火充填剤を有するガラスセラミックに添加して、青色の焼結されたセラミック本体を提供することができる。しかしながら、十分な黒色を示すためには、1.5%から2.5%の黒顔料である銅亜クロム酸スピネル、ShepherdColor’s20C980を使用することが必要である。本発明の目的のために、黒を除くほとんどすべての色について、LTCCチップキャリアの所定の色は、通常、フリットおよび酸化アルミニウムなどの耐火充填剤を含むセラミックスラリ組成物中0.1重量%から10.0重量%の対応する顔料、好ましくは第1の実施形態における0.5%から1.0%の所定の無機顔料を用いて、与えられることができる。より高い重量%の含有量の顔料は、通常、より強い色を与えるが、顔料の最適な重量%含有量は、選択されたフリットの固有の特性に応じる。なぜなら、それは、緻密化または焼結のプロセスの間に適切な軟化および適切な流動を与えるべきであるからである。さらに、所定の無機顔料の重量%含有量を含む最適組成は、他の要因の中で、所定の無機顔料の表面に対する所定の溶融フリットの湿潤力、結晶相を形成するための能力、粒子サイズ、および無機成分の表面反応性に応じる。より暗い色を達成するために、スラリ組成物の第2の実施形態は、1~10重量%など、好ましくは1~4重量%の範囲の、より高い重量%含有量の所定の無機顔料を必要とする。セラミックスラリ組成物を最適化するときに考慮する1つの他の重要な特性は、重要な強度パラメータである曲げ強度を有する、焼成または焼結LTCC本体の合成機械強度である。強度要件のために、1つ以上の無機顔料を、これらに制限されないが、光学態様(光反射率、所定の色)、機械態様(曲げ強度)、化学態様(環境腐食に対する抵抗性)、および熱態様(熱を伝導する能力)の一群のバランスを取った特性を提供するために、所定のLTCCスラリ組成物で使用してもよい。例えば、LED照明モジュールを提供するために白色LTCCチップキャリアは、適切な強度および白色光反射力を必要とする。二酸化チタン、特にルチルの正方晶系結晶の形態のものは、2.9の屈折率を有し、必要な光学性能を提供するために最も高い候補の1つである。しかしながら、二酸化チタンの曲げ強度は、約140Mpaであり、約50%の酸化アルミニウム、したがって二酸化チタンによる酸化アルミニウムの置換の容積%は、焼結された本体の適切な強度を維持するように行われなければならない。少なくとも150Mpaの曲げ強度が好ましい。結晶相、サイズ、および粒子境界に関する、残りのガラス相および微細構造が焼結された本体の最終強度に影響を与えるすべての変形であるので、LTCCスラリ組成物は、所定の目的を達成するために注意深く調整されなければならない。さらに、二酸化ジルコニウムなどの第2の無機白色顔料を、スラリ組成に添加することもできる。二酸化ジルコニウムの屈折率(2.16)は、二酸化チタン(ルチルに関して2.9またはアナテーゼ形態に関して2.49)より低いが、機械強度を強化するその能力により、著しい長所が提供される。例えば、各種の改質された二酸化ジルコニウムまたは二酸化ジルコニウムが添加された酸化アルミニウムは、一般的な酸化アルミニウム(280Mpa)に比較して優れた曲げ強度(括弧内に引用される)を示す。これらは、これらに限定されないが、とりわけ、イットリア(Y)がドープされた正方晶系ジルコニア多結晶(y-TZP、1000MPa)、セリア(CeO)がドープされた正方晶系ジルコニア多結晶(c-TZP、350Mpa)、ジルコニアで硬化されたアルミナ(ZTA、500Mpa)、マグネシアで部分的に安定化されたジルコニア(Mg-PSZ、800Mpa)を含む。
【0037】
一般に入手可能な高温安定無機顔料は、これらに限定されないが、ElementisPigmentsからのKromaReds(登録商標)などの酸化鉄(赤)、Shepherdcolor’sGreen410などの亜クロム酸コバルトグリーンスピネル(緑)、Shepherdcolor’sGreen201などの亜クロム酸コバルトブルーグリーンスピネル(緑)、Shepherdcolor’sGreen10G663などのチタン酸コバルトグリーンスピネル(緑)、Ferro’sCK14002などのアルミン酸クロム(緑)、Ferro’sCK14028などのクロムコバルト亜鉛(緑)、Shepherdcolor’sBlue10K525などのアルミン酸コバルトブルースピネル(青)、Shepherdcolor’sBlue10K579などの亜クロム酸コバルトブルーグリーンスピネル(青)、Ferro’sCK15069などの亜クロム酸コバルトアルミニウム(青)、Ferro’sCK15063などのコバルトアルミニウム亜鉛(青)、Ferro’sCK220946などのコバルトシリコン(青)、Shepherdcolor’sYellow196などのクロムアンチモンチタニアバフルチル(黄)、Shepherdcolor’sYellow10P110などのニッケルアンチモンチタンイエロールチル(黄)などを含む。顔料の他の選択枝は、これらに限定されないが、とりわけMasonColor’s6410カナリア(黄)、6450プラセオジミウム(黄)、6204ビクトリアグリーン(緑)、6224ダークグリーン(緑)、6263ビクトリア(緑)、6264ビクトリア(緑)、6306ビビッドブルー(青)、6350ブライトブルー(青)、6360ウィロー(青)、6389サファイヤブルー(青)、6003クリムゾン(赤)、6004クリムゾン(赤)、6090コーラル(赤)、および6069ダークコーラル(赤)を含む。
【0038】
LTCC組成物を使用する利点は、これらに限定されないが、(1)銀、銅、金、および銀/プラチナまたは銀/パラジウムなどの他の合金などの高伝導材料との、850~900℃までの温度範囲での同時焼成できること、(2)LEDチップ実装のためのプラットフォームを提供するために空洞構造を形成し、放出される光を集めること、これは、単一のチップまたは様々な表示色の複数のチップを含む、(3)LTCC材料がLEDチップに対してより近くTCEマッチすること、(4)チップキャリア用途に適した機械強度と、はんだ付け、ワイヤー・ボンディング、ならびに他の電気的および機械的取り付け方法による次のレベルのモジュールおよびパッケージ集積とを与える、ガラスおよび耐火無機酸化物を選択すること、(5)これに限定されないが、少なくとも1つのLEDドライバと集積するために多層回路レイアウトに適していること、(6)そうでなければ絶縁誘電体材料内の回路接続のための電気的ビアを提供するのに適していること、(7)一般的な有機プリント回路板基板より優れた熱伝導率を有する誘電体材料と共に同時焼成可能な熱的伝導ビアを提供するのに適していること、および(8)ろう付けによって少なくとも1つのヒートシンクに接続されるのに適していることを含む。
【0039】
本明細書で記載されるガラスは、従来のガラス作成技術によって製造される。ガラスは、500グラム量~1000グラム量で準備される。一般的に、成分は、計量され次に所望の比率で混合され、プラチナ合金るつぼ内で溶融物を形成するために底部充填炉で加熱される。熱は、溶融物が完全に液体になり均一になるような時間の間、ガラス組成に応じてピーク温度(1300℃~1600℃)にされる。ガラス溶融物は、10~20mil厚みのガラスのプレートレットを形成するために、逆回転ステンレス鋼ローラを使用して急冷される。代わりに、ガラス溶融物を、水槽内に直接引き込むことによって急冷することができる。結晶化可能なガラスに関しては、均一な溶融物を得るために十分に高い溶融温度、および前結晶の形成を妨げるために十分な冷却を確実にすることが重要である。ガラス溶融物をより有効に急冷するために、ウォーター・ランシング(water lancing)を適用する必要がある場合もある。結果として生じるガラス・プレートレットは、次いで、粉砕されて、1~5ミクロンに設定されたその50%容積分布を有する粉末を形成する。次に、ガラス粉末を、実施例の節で記載されるようにテープをキャスティングするために、充填剤と有機媒体とともに処方する。表1で示されるガラス組成物は、広範なガラス化学(高い量のガラス形成剤から低い量のガラス形成剤)を表す。ガラス形成剤酸化物は、SiO、B、およびPなどの高い化学配位数を有する一般的に小さいサイズのイオンである。表に表される残りの酸化物は、ガラス改質物および中間物と考えられる。
【0040】
適切な候補酸化物を特定するために使用される2つの基準は、高い屈折率と機械強度である。1.5から3.5の範囲の屈折率が好ましい。これらは、これらに限定されないが、括弧内に引用されるそれらの対応する屈折率の降順での以下の種類の材料を含む。すなわち、酸化チタン(2.64)、亜硫酸亜鉛(2.37)、弗化アンチモン酸カルシウム(2.20)、酸化ジルコニウム(2.16)、砒酸鉛(2.14)、三酸化アンチモン(2.09)、酸化すず(2.04)、珪酸ジルコニウム(2.00)、スピネル亜鉛(1.90)、および酸化アルミニウム(1.62)である。上記の中で、Alは、それがガラスと反応してAlを含む結晶相を形成するので、好ましいセラミック充填剤である。Alは、高い機械強度および有害な化学反応に対する不活性さを提供するのに非常に有効である。例えば、AlまたはTiOの曲げ強度は、それぞれ345MPaまたは140MPaである。したがって、アルミナは、単一の耐火セラミック酸化物として、またはチップキャリアパッケージの適切な機械強度を維持しながら、色および/または光反射力を提供するために少なくとも1つの上記酸化物とともに使用されることができる好ましい充填剤として選択される。
【0041】
上記充填剤またはその混合物を、固体の重量基準で0~50重量%の量でテープを形成するために使用されるキャスティング可能な組成物に添加してもよい。珪酸ジルコニウムおよびチタン酸バリウムなどの他の材料も、適切なセラミック充填剤候補である。充填剤のタイプに応じて、焼成の後で、異なる結晶相を形成することが予想される。充填剤は、誘電率および周波数範囲にわたる損失を制御することができる。例えば、BaTiOの添加は、著しく誘電率を増大することができる。広い範囲のLTCC組成物が適用可能である。
【0042】
セラミック充填剤の他の機能は、焼成中の系全体のレオロジー制御である。セラミック粒子は、物理的バリアとして作用することによってガラスの流れを制限する。それらは、またガラスの焼結を抑制し、したがって有機物をより良好な完全に燃焼することを容易にする。a-クォーツ(a-quartz)、CaZrO、ムライト、コージライト、フォーステライト、ジルコン、ジルコニア、BaTiO、CaTiO、MgTiO、SiO、アモルファスシリカ、それらの混合物などの他の充填剤を、テープ性能および特徴を改質するために使用することができる。充填剤は、1.5~3ミクロンの範囲内のより大きなサイズの充填剤のD50と、0.3~0.8ミクロンの範囲内のより小さいサイズの充填剤のD50とを有する少なくとも双峰的な粒子サイズ分布を有することが好ましい。
【0043】
テープ組成物の処方において、セラミック材料の量に対するガラスの量は重要である。30~60重量%の充填剤の範囲は、十分な緻密化が達成されるのに望ましいと考えられる。充填剤濃度が、50重量%を超えるなら、焼成された構造は、十分に緻密化されないことがあり、あまりにも多孔性であり機械的に弱いことがある。所望のガラス/充填剤比内で、焼成の間に、液体ガラス相が充填剤材料で飽和されることになることは明らかであろう。
【0044】
焼成時に組成物がより高く緻密化され得るためには、無機固体が小さな粒子サイズを有することが重要である。特に、実質的にすべての粒子が、15μmを超えない、好ましくは10μmを超えないべきである。これらの最大サイズ限界を条件として、ガラスおよびセラミック充填剤の両方の粒子の少なくとも50%は、1μmより大きく、6μmより小さいことが好ましい。
【0045】
ガラスおよびセラミック無機固体が分散される有機媒体は、揮発性有機溶媒に溶解されるポリマーバインダ、および任意選択的に、可塑剤、放出剤、分散剤、剥離剤、抗発泡剤、安定剤、および濡れ剤などの他の溶解された材料からなる。
【0046】
より良好な結合効率を得るために、全組成基準にして、ガラスおよびセラミック充填剤を含む90重量%の固体に対して少なくとも5重量%のポリマーバインダを使用することが好ましい。しかしながら、多くとも30重量%のポリマーバインダおよび可塑剤などの他の低揮発性の改質、ならびに最低限70%の無機固体を使用することがより好ましい。これらの制限内で、熱分解によって除去されなければならない有機物の量を低減し、かつ焼成時に完全な緻密化を容易にするより良好な粒子パッキングを得るために、少なくとも可能な量のポリマーバインダおよび他の低揮発性の有機改質剤を使用することが望ましい。
【0047】
様々なポリマー材料は、グリーンテープ(商標)のためのバインダとして用いられる。例えば、ポリ(ビニルブチラール)、ポリ(ビニルアセテート)、ポリ(ビニルアルコール)、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルヒドロキシエチルセルロースなどのセルロースポリマー、アタクチック・ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ(メチルシロキサン)、ポリ(メチルフェニルシロキサン)などのシリコンポリマー、ポリスチレン、ブタジエン/スチレンコポリマー、ポリ(ビニルピロリドン)、ポリアミド、高分子量ポリエーテル、エチレンオキサイドおよびプロピレンオキサイドのコポリマー、ポリアクリルアミド、およびナトリウム・ポリアクリレート、ポリ(低アルキルアクリレート)、ポリ(低アルキルメタクリレート)などの様々なアクリルポリマー、ならびに低アルキルアクリレートおよびメタアクリレートの様々なコポリマーおよびマルチポリマーである。エチルメタアクリレートおよびメチルアクリレートのコポリマー、ならびにエチルアクリレート、メチルメタアクリレート、およびメタアクリル酸のターポリマーは、スリップキャスティング材料のためのバインダとして以前使用されていた。
【0048】
参照によって本明細書に組み込まれる、1985年8月20日に発行されたUsalaの特許文献1は、0~100重量%のC1-8アルキルメタアクリレートと、100~0重量%のC1-8アルキルアクリレートと、0~5重量%のアミンのエチレン不飽和カルボン酸との相溶性マルチポリマーの混合物である有機バインダを開示している。上記ポリマーは、誘電体固体の最大量を有する最小量で使用されることができるので、それらは、好ましくは本発明の誘電体組成を生成するために選択される。
【0049】
しばしば、ポリマーバインダは、バインダポリマーのガラス転移温度(Tg)を下げるように作用する少ない量の(バインダポリマーに対して)可塑剤も含むこともある。可塑剤の選択は、改質される必要があるポリマーによって決定される。様々なバインダ系で使用された可塑剤の中には、ジエチルフタレート、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、ブチルベンジルフタレート、アルキルフォスフェート、ポリアルキレングリコール、グリセロール、ポリ(エチレンオキサイド)、ヒドロキシエチル化アルキルフェノール、ジアルキルジチオフォスフォネート、ポリプロピレングリコール・ジベンゾネート、およびポリ(イソブチレン)がある。これらの中でブチルベンジルフタレートは、比較的わずかな量で有効に使用することができるので、アクリルポリマー系で最も頻繁に使用される。可塑剤は、テープ割れを防ぎ、圧断、印刷、および積層などの被覆されたテープ取り扱い能力の範囲をより広く提供するために使用される。好ましい可塑剤は、ポリプロピレングリコール・ジベンゾエートであるRohm and Haas Co.によって製造されたBENZOFLEX(登録商標)400である。
【0050】
キャスティング溶液の溶剤成分は、ポリマーの完全な溶解と、大気圧で比較的低いレベルの熱を加えることによって、溶剤が分散体から蒸発されることを可能にするのに十分に高い揮発性とを得るように選択される。さらに、溶剤は、有機媒体に含まれる任意の他の添加物の沸点または分解温度より十分に下で沸騰しなければならない。そのため、150℃より低い大気での沸点を有する溶剤が、最も頻繁に使用される。そのような溶剤は、アセトン、キシレン、メタノール、エタノール、イソプロパノール、メチルエチルケトン、酢酸エチル、1,1,1-トリクロロエタン、テトラクロロエチレン、アミルアセテート、2,2,4-トリエチルペンタンジオール-1,3-モノイソブチレート、トルエン、メチレンクロライド、およびフルオロカーボンを含む。上述の個別の溶剤は、バインダポリマーを完全には溶解しなくてもよい。しかし、他の溶剤と混ぜ合わされたとき、それらは満足に機能する。特に好ましい溶剤は、酢酸エチルである。なぜなら、それは、環境に有害なクロロカーボンの使用を避けるからである。
【0051】
応用
本発明のグリーンテープは、可撓性基板上に、上述のようにガラス、セラミック充填剤、ポリマーバインダ、および溶剤のスラリ分散体の薄層をキャスティングし、キャスト層を加熱して揮発性溶剤を除去することによって形成される。揮発性有機溶剤または水(水ベースの有機バインダ系の場合)の適切な乾燥が、テープ被覆プロセスの間に達成されることができる限り、グリーンテープ厚みに制限はない。好ましい厚み範囲は、5milから30milであり、下限は、取り扱いの容易性のために十分なグリーンの強度を提供するためであり、上限は、テープキャスティングの間に溶剤の適切な乾燥を提供するためのものである。さらに、より厚いテープを使用すればするほど、処理ステップを最小化し、一方、より薄いテープを使用すればするほど、チップキャリアの寸法要件でのより高い程度の回路集積を可能にすることに留意されたい。スリップの固体含有量および粘度は、テープ厚みが15milを超えるときには揮発性溶剤の適切な乾燥を確実にするために特別に注意を払いつつ、様々な「グリーン」厚みのLTCCテープを被覆するために調整されるべきであることにも留意されたい。次いで、テープをシートに圧断しまたはロール形態に収集する。グリーンテープは、一般に多層電子回路のための誘電体または絶縁材料として使用される。
【0052】
積層体の所定の構成にしたがって、選択されたテープを、3インチ×3インチから6インチ×6インチの範囲、またはより大きなサイズのシートに、角に位置合わせ孔を有して圧断する。これらのグリーンテープシートは、一般に、多層電子回路のための誘電体または絶縁材料として使用される。多層回路の様々な層に接続するために、ビア孔が、グリーンテープに形成される。これは、一般的に機械的パンチングによって行われる。しかしながら、鋭く集束されたレーザを、有機物質を揮発しかつグリーンテープ内のビア孔を形成するために使用することもできる。電子回路接続のための典型的なビア孔サイズは、0.004インチから0.25インチの範囲であり、熱散逸のための典型的なビア孔サイズは、0.010インチから0.050インチの範囲であり、円形ビア孔が通常適用される。本発明は、チップキャリア構造および寸法の好ましい設計にしたがって、円形形状以外のビア孔へも拡張することに留意されたい。層間の相互接続は、厚膜伝導組成物でビア孔を充填することによって形成される。この組成物は、通常、スクリーン印刷、ステンシル印刷、またはブラッダ充填によって塗布される。回路の各層は、スクリーン印刷導体トラックによって完成される。また、他の回路機能および集積が必要であるとき、抵抗体組成物または高誘電率組成物を、選択された層上に印刷して、抵抗性または容量性の回路素子を形成することができる。さらに、多層コンデンサ工業で使用されるそれらに類似する、特別に処方された高誘電率グリーンテープを、多層回路の一部として組み込むことができる。回路の各層が完成した後、個々の層を、揃えて積層する。密閉一軸プレスダイまたは平衡プレスダイは、層間の正確な位置合わせを保証するために使用される。焼成は、標準の厚膜コンベアベルト炉内、またはプログラムされた加熱サイクルを用いたボックス炉内で実行される。この方法は、また、頂部または底部導体が焼結されたLTCC構造の一部として同時焼成されることを可能にする。次に、部品は、チップキャリアの仕様に対する構造完全性および焼成された寸法について評価される。
【0053】
本明細書で使用される用語「焼成」は、層内の任意のガラス、金属、または誘電材料を焼成し、そして積層体全体を緻密化するために、集合体の層におけるすべての有機材料を熱分解(焼却)するのに十分な時間の間、空気などの酸化雰囲気内において組集合体をある温度まで加熱することを意味する。銅ベースの導体を用いる場合に、炉焼成雰囲気は、適切な有機物の完全な燃焼および導体とテープの焼結のために最適化されるべきである。前者のプロセスは、空気または酸素が添加された窒素などの酸化雰囲気を必要とし、後者のプロセスは、通常、100ppm以下などの低い酸素含有量を有する窒素内で行われる。
【0054】
各積層ステップにおいて、層は、ビアが、隣接する機能層の適切な導電経路に適切に接続されるように正確に位置合わせされなければならないことは、当業者には理解されるであろう。
【0055】
用語「機能層」は、導電、抵抗、または容量機能性を有する印刷されたグリーンテープをいう。したがって、上記で示されるように、典型的なグリーンテープ層は、その上に印刷された1つ以上の抵抗器回路および/またはコンデンサ、ならびに導電回路を有することができる。
【0056】
厚膜導体組成物
低温で同時焼成されるセラミック回路で使用するための典型的な厚膜組成物は、全厚膜組成物の重量%に基づき、(a)貴金属、貴金属の合金、およびそれらの混合物から選択された60~90重量%の細かく分割された粒子、および(b)(1)0.2~20重量%の1つ以上の耐火ガラス組成物と、(2)0.1~5重量%の追加の無機バインダであって、(i)Zn、Mg、Co、Al、Zr、Mn、Ni、Cu、Ta、W、Laの金属酸化物、および他の「ガラスネットワーク改質」耐火金属酸化物、(ii)金属酸化物の前駆体、(iii)非酸化ホウ化物、(iv)非酸化ケイ化物、および(v)それらの混合物から選択される無機バインダと、(3)それらの混合物とから選択された1つ以上の無機バインダを含み、(c)10~30重量%の有機媒体に分散される。
【0057】
典型的な多層LTCC回路基板は、導電パターンおよびその上に固定される接続または非接続ビア充填導電パターンを有する非導電LTCCセラミック基板を含む導電要素の使用によって製造され、そのビア充填導電パターンは、上述されたスクリーン印刷可能および/またはステンシル塗布可能なペーストのパターンを印刷し、印刷されかつ/または積層されたLTCCを焼成して有機媒体および液体相を揮発させ、無機材料を焼成し、およびメタライゼーションすることによって形成される。さらに、多層LTCC回路基板製造は導体だけを作成するおよび/またはビア充填に関するプロセスに向けられ、それは、(a)非導電セラミック基板への上述のスクリーン印刷可能なペーストのパターン形成された厚膜を施すこと、(b)200℃未満、より一般的には150℃以下の温度で膜を乾燥すること、及び(c)無機材料の液体相焼成およびメタライゼーションを行うために乾燥された膜を焼成することを含む。銅ベースの導体組成物に対して、LTCCに関する同時焼成のメタライゼーションは、通常450℃あたりかそれ以下で起こる有機物の完全な焼却後に、酸素ドーピングとともにまたは酸素ドーピングなしで窒素または他の還元雰囲気などの雰囲気中で実行されることとなる。典型的な導体組成物の成分は、本明細書において以下で議論される。厚膜導体組成物の特定の具体例が、本明細書で特定されるが、多数の厚膜導体を、応用および所望の特性に応じて本発明で使用することができることは、当業者によって理解される。本発明で有用ないくつかの銀ベースの内部導体組成物は、E.I.du Pont de Nemours and Companyから入手可能な、製造番号6142d、6145、6148、6154、6742を含む。いくつかの有用なビア組成物は、同様にE.I.du Pont de Nemours and Companyから入手可能な製造番号6141および6151を含む。
【0058】
A.導電材料
本発明で使用される細かく分割された金属は、それらの多くが市販で入手可能な貴金属、貴金属の合金、およびそれらの混合物から選択された金属であり得る。さらに、上述の金属粉末の粒子サイズおよび形態は、2milから20milの間、好ましくは2milから10milの間の厚みの非焼成セラミックテープ上にスクリーン印刷および/またはステンシル塗布において、ならびに合成物の積層状況、および焼成状況に対して適切であるべきである。
【0059】
したがって、金属粉末は、10μm以下であるべきであり、好ましくは約5μm未満であるべきである。実際の物質として、金属の利用可能な粒子サイズは、特定の用途に応じて、銀または銅について0.1~10μmである。
【0060】
金属粉末は、フレークまたは非フレーク形態を有することができる。非フレーク粉末は、不規則な形状または球形であり得る。そのようなフレーク銀は、ほぼ1m/gの平均表面積、および99重量%~100重量%の固体含有量を有する。非フレーク銀粉末は、一般的に0.1~2.0m/gの重量比に対する平均表面積、およびほぼ99~100重量%の固体含有量を有する。
【0061】
本発明の一実施形態において、球形金属粉末が利用される。これらの球形金属粉末は、詰め込まれたときに、フレークおよび他の形状の粉末に対してより大きな粒子と粒子の接触を有し、それが金属と金属の接触を引き起こし、したがって本発明の他の成分と組み合わされたときに比較的連続する伝導用の電子の流れを引き起こす。これらのより密に詰め込まれた金属球形粒子は、「四面体」および/または「八面体」の空隙を可能にし、比較的小さなサイズの以下に記載される金属酸化物および/またはガラスなどの本発明の特定の無機バインダは沈殿し、無機バインダを処理するときに軟化し、かつ従来技術の組成物と比較して優れた金属と金属の接触およびより連続する電子流を有する、均一なハニカムタイプの構造にともに構造を保持することができる。一実施形態において、1~4ミクロンの範囲の平均粒子サイズ分布を有する球形金属粒子が好ましい。他の実施形態において、2~3ミクロンの平均粒子サイズが好ましい。はっきりと異なる平均球形サイズを有する2つの金属粒子の混ぜ合わせ、または同様の双峰性粒子サイズ分布を有する金属粒子を使用することによって、著しい容量収縮なしに有効な焼成を導くより高いパッキング密度を得ることができる。さらに、LEDディスプレイのより高い反射率を提供する、より平滑な焼成されたメタライゼーション表面が得られることができる。
【0062】
B.無機ガラスバインダ
本発明の無機バインダは、(1)前記回路の焼成温度において6~7.6の範囲の対数粘度を有する、前記ペースト組成物における0.2~20重量%の1つ以上の耐火ガラス組成物と、(2)(i)金属酸化物、(ii)金属酸化物の前駆体、(iii)非酸化ホウ化物、(iv)非酸化ケイ化物、および(v)それらの混合物から選択される、0.1~5重量%の追加の無機バインダと、(3)それらの混合物から選択された1つ以上の無機バインダとから選択された1つ以上の無機バインダである。
【0063】
本発明の導体組成物のガラス成分は、0.2~20重量%レベル、好ましくは1~15重量%レベルで、高軟化点、高粘性のガラスである。
【0064】
本明細書で使用されるとき、高軟化点ガラスの用語は、平行プレート粘性測定技術(ASTM法)によって測定されたとき、600~950℃、好ましくは750~870℃の軟化点を有するものである。
【0065】
ガラスの典型的な実施例は、表1に列挙された任意の組成物から見出されることができる。
【0066】
ガラスは、従来のガラス生成技術によって、所望の比率で所望の成分を混合し、そして混合物を加熱して溶融物を形成することによって調製される。当技術で良く知られているように、加熱は、溶融物が完全に液体で均一になるように、ピーク温度まで、かつ所定の時間の間行われる。本作業において、成分は、プラスチックボールとともにポリエチレン・ジャーで事前混合され、1200℃~1400℃にプラチナるつぼ内で溶融される。溶融物は、1~1.5時間の間、ピーク温度で加熱される。次に、溶融物は、冷水に注がれる。急冷の間の水の最高温度は、溶融物に対する水の容積の比を増大することによって可能な限り低下される。水から分離された後の未精製フリットを、空気内で乾燥することによって、またはメタノールでリンスすることで水を置き換えることによって、または他の適切な方法によって残留する水が取り除かれる。次に、未精製フリットを、水またはイソプロパノールなどの一般的な有機溶剤内でアルミナ粉砕媒体を使用して、耐火ライニングを有する一般的な容器内で6時間~7時間ボールミルする。ミルから粉砕されたスラリを取り出した後、過剰な水または溶剤を、デカンテーションによって取り除き、フリット粉末を、高温空気乾燥する。次に、乾燥された粉末を、すべての大きな粒子を取り除くために、325メッシュ・スクリーンを通してふるいにかける。
【0067】
フリットの2つの主要な特性は、それが、導電金属粒子物質の焼結を助けることと、導体材料とLTCCセラミックスに存在する残存ガラスとの混合を最小化することである。
【0068】
C.金属酸化物/非酸化物バインダ
本発明の実施に適しているホウ化物およびケイ化物などの金属酸化物および非酸化物は、テープの残存するガラスと反応でき、かつ本発明の組成物がテープとともに同時焼成されるときに、表面上のまたは焼成された残存するガラスの粘性を増大することのできる金属酸化物および非酸化物である。さらに、本発明で有用なバインダは、系の焼成の間に金属粉末に対する「焼結抑制剤」として作用すべきである。
【0069】
適切な無機酸化物は、Zn2+、Mg2+、Co2+、Al3+、Zr4+、Mn2+、Ni2+、Cu2+、Ta3+、W4+、La3+ベースの無機酸化物、および他の「ガラスネットワーク改質」耐火酸化物、ならびに銅ビスマス・ルテネートおよび系の焼成の間に微細に分割された金属酸化物の粉末に分解される、本明細書に組み込まれる特許文献2および3に開示される有機チタン酸塩などの有機金属化合物である。
【0070】
金属酸化物または前駆体の粒子サイズは、スクリーンおよび/またはステンシル印刷のための前記ペースト組成物で使用されるのに適切であるべきであり、したがって、粒子サイズは、大きくとも15μmおよび好ましくは5μm未満であるべきである。
【0071】
D.有機媒体
金属粉末、ガラスバインダ、および金属酸化物または非酸化物バインダを含む無機成分は、一般に、機械混合によって有機媒体に分散され、印刷に適切な粘稠度およびレオロジーを有する「ペースト」と呼ばれる粘性組成物を形成する。広範な不活性液体を、有機媒体として使用することができる。媒体のレオロジー特性は、固体の適切な分散、スクリーン印刷に適切な粘性およびチキソトロピー、許容可能な未焼成の「グリーン」強度、基板およびペースト固体の適切な湿潤性、良好な乾燥速度、ならびに良好な焼成および焼却特性を含む、組成物に対する良好な適用特性を与えるようなものでなければならない。有機媒体は、一般に溶剤へのポリマーの溶液である。さらに、表面活性剤などのわずかな量の添加剤が、有機媒体の一部であってもよい。この目的のために最も頻繁に使用されるポリマーは、エチルセルロースである。ポリマーの他の具体例は、エチルヒドロキシエチルセルロース、ウッドロジン、エチルセルロースおよびフェノール樹脂の混合物、低級アルコールのポリメタアクリレートを含み、そしてエチレングリコールモノアセテートのモノブチルエーテルも使用することができる。厚膜組成物に見出される、最も広範に使用される溶剤は、エステルアルコール、およびα―もしくはβ―テルピネオールなどのテルペン、またはこれらと灯油、ブチルフタレート、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ヘキシレングリコール、および高沸点アルコール及びアルコールエステルなどの他の溶剤との混合物である。さらに、基板上への適用後の迅速な硬化を促進するための揮発液体は、ビヒクルに含まれることができる。これらおよび他の溶剤の様々な組合せを処方して、所望の粘性および揮発性要件を得る。
【0072】
無機粒子は、スクリーン印刷および/またはステンシル塗布に適切な粘稠度およびレオロジーを有するペースト状組成物を形成するために、一般的には機械混合(例えばロールミル)によって不活性液体媒体(ビヒクルまたは媒体)と混合される。後者は、従来の方法でLTCCグリーンテープ上に「厚膜」として印刷される。任意の不活性液体を、ビヒクルとして使用することができる。増粘剤および/または安定剤、および/または他の一般的な添加剤を有するまたは有さない様々な有機液体を、ビヒクルとして使用することができる。ビヒクルの唯一の特定の基準は、それが、LTCCグリーンテープに存在する有機物と化学的に相溶可能でなければならないことである。使用しうる有機液体の具体例は、脂肪族アルコール、例えばアセテートおよびプロピオネートなどのアルコールのエステル、パインオイルのテルペン、テルピネオールとその同類、テキサノールとその同類、パインオイルなどの溶剤中のエチルセルロースなどの樹脂の溶液、ならびにエチレングリコールモノアセテートのモノブチルエーテルである。
【0073】
ビヒクルは、テープへの塗布後の速い硬化を促進するために揮発性液体を含んでもよい。
【0074】
分散体中の固体に対するビヒクルの比率は、著しく変わることができ、分散体を塗布する方法及び使用されるビヒクルの種類による。そしてさらに導体の使用は、導体ラインおよび/またはビア充填導体接続のためである。通常、良好な被覆範囲を達成するために、分散体は、60~98%の固体および40~2%の有機媒体(ビヒクル)を含む。本発明の組成物は、もちろん、その有利な特徴に影響を与えない他の材料の添加によって改質することができる。そのような処方は、十分に当業者の範囲内である。
【0075】
本発明の導体組成物は、本明細書に記載される方法によって前記LTCCガラスセラミック誘電体とともに使用される。
【0076】
厚膜組成物(ペースト)の処方
本発明の厚膜組成物は、以下の一般的な方法論にしたがって調製される。無機固体は、有機媒体と混合され、懸濁液を形成するために3本ロールミルなどの適切な機器を用いて分散され、粘性が、ライン導体組成物に対しては4秒-1のせん断レートで100パスカル秒~200パスカル秒の範囲内であり、ビア充填導体に対しての対応する値は1000パスカル秒~5000パスカル秒である組成物を結果として生じる。
【0077】
後述の実施例において、処方は、以下の方法で実行される。約2%~5%の有機成分を引いたペーストの構成要素を、容器内でともに計量した。次いで成分を、均一な混合物を形成するために激しく混合し、次に混合物を粒子の良好な分散を達成するために、3本ロールミルなどの分散装置を通過させた。Hegmanゲージを、ペースト内の粒子の分散状態を決定するために使用した。この計器は、鋼のブロック内の縦溝(channel)からなり、この縦溝は、一方の端部で25μm(1mil)の深さであり、他方の端部では0インチ(すなわち0μm~25μm範囲)の深さまで詰め込まれている。縦溝の長さに沿ってペーストを引き込むために、ブレードを使用した。塊の直径が縦溝深さより大きいところでは、スクラッチが現れた。一般に満足な分散は、10μm~18μmの1/4スクラッチポイントを与えた。>20μmの1/4スクラッチ測定値および>10μmの1/2チャネル測定値は、不十分に分散された懸濁液/ペーストを示した。
【0078】
次に、ペーストの有機成分の残る2%~5%が添加され、樹脂含有量を、組成物の粘性が所望の値になるように調整した。
【0079】
組成物は、次に基板、この特定の場合には「グリーンテープ」に施された。「グリーンテープ」は、可撓性基板への「テープキャスティング」の技術分野で述べられるように、1~20mil、好ましくは2~10milのガラスおよびセラミック充填剤微細粒子、ポリマーバインダ、ならびに溶剤のスラリ分散体の薄層をキャスティングし、キャスティング層を加熱して揮発溶剤を取り除くことによって形成された。テープは、シートに圧断されまたはロール形態で提供される。このグリーンテープは、アルミナおよび他の耐火セラミック基板などの従来の基板の代わりに、多層電子回路/デバイスのための絶縁基板として使用される。グリーンテープシートは、機械パンチングを使用して、4つの角での位置合わせ孔および導体の異なる層を接続するためのビア孔とともに圧断される。ビア孔のサイズは、回路設計および特性要件に応じて変更される。テープの導体トラック層間の回路相互接続は、一般に、ビア孔内に導電インクをスクリーン印刷することによって施される。
【0080】
本発明の導電ライン組成物は、スクリーン印刷のプロセスによって、グリーンテープのシートに約10~30μmのウエット厚みに施され、ビア孔は、それぞれの導電性ビア孔組成物で充填される。
【0081】
テープの各層が、回路設計に適切なように導体ラインおよびビア孔とともに印刷された後、個別の層は、揃えられ、積層され、そして単軸または平衡プレスダイおよびテーププレス/積層技術の従来技術において他の場所で記載されるような技術を使用してプレスされる。各積層ステップにおいて、ビアが隣接する機能層の適切な導電ラインに適切に接続されるように、そして熱的ビアの場合には、各ビアが次のビアに適切に接続されるように、印刷されたテープ層を正確に位置合わせしなければならないことは、当業者には理解されるであろう。
【0082】
グリーンテープ組成物および無機バインダ、ならびに金属の微細に分割される粒子の焼結を行うための焼成は、好ましくは、良好に通気されるベルトコンベア炉またはプログラムされたボックス炉内で行われ、その温度プロファイルは、ポリマーの解重合および/または約300℃~600℃では有機物質の完全な燃焼を可能し、約800℃~950℃の最大温度期間が約5分~20分続き、その後、制御された冷却サイクルが続き、過剰な焼結および結晶成長、中間温度で望ましくない化学反応、または急速過ぎる冷却から基板/焼成されたセラミックテープ破断を妨げる。焼成全体の手順は、好ましくは3.5時間から5時間の期間にわたって延長され、ある場合においては、ともに積層されるグリーンテープの層数および/またはグリーンテープ層の厚みに応じて、24時間以上までかかることがある。
【0083】
焼成された導体の厚みは、固体のパーセント、スクリーンのタイプ、印刷される組成物、プリンタ設定、および無機固体の焼成の程度に応じて、約5μmから約15μmに及ぶことができる。ビア導体の厚みは、使用されるグリーンテープの厚み、およびビア組成物の焼成の程度に応じて変更される。2つの主な欠陥、ビアのディンプリングおよびポスティングを避けるために、粘性の選択、および組成物の固体含有量は重要である。一般に増大された固体含有量は、結果としてポスティングを生じ、より低い固体含有量は、結果としてディンプリングを生じる。
【0084】
本発明の導体組成物を、従来の方法で自動プリンタまたは手動プリンタを使用して、グリーンテープまたは他の厚膜上に印刷することができる。好ましくは、一般に0.5milのエマルジョン厚みで200~325メッシュ・スクリーンを使用する自動スクリーン印刷技術が、用いられる。従来のステンシル印刷技術も、特に4~8milサイズのより小さいビアを充填するために使用することができる。
【0085】
光反射のための導体組成物に対する特定の考慮
フリットを含む表面導体は、比較的より高い電気抵抗率とより暗い外観とを与えることが一般に知られている。したがって、光反射を提供する目的に対しては、反射を提供するために酸化物バインダとともにまたは酸化物バインダなしに、ガラスを含まないAg、Au、Cu、または合金にされたAg/PtまたはAg/Pd導体を使用する必要がある。Ag、Au、Cu、Pt、またはPdなどの導電粉末の選択、粒子サイズ分布、パッキング密度最適化は、すべて、光反射率に寄与する重要な要因である。パッキング密度最適化は、少なくとも1つの平均粒子サイズ、および好ましくは1つ以上の平均粒子サイズの導体粒子を選択することによって達成することができる。
【0086】
より詳細には、同時焼成可能な銀ベースの厚膜導体組成物は、組み込み空洞(build-in cavity)に配置される1つ以上のLEDチップを囲む表面上に付着され、例えば銀組成物は、これらに限定されないが以下の特徴を含む。すなわち、
(a)銀の平均粒子サイズ1~20ミクロン、好ましくは1~5ミクロンであること、
(b)銀粒子は、これらに限定されないが、燐酸エステル、脂肪族酸などの表面取り付け剤を含むかまたは含まないこと、
(c)少なくとも1つのタイプの銀粒子が組成物で使用され、2つ以上の銀粒子の場合には、候補銀粒子の選択は、LTCC誘電体材料の焼結に対する焼結応力を最小化する目的のために、それらそれぞれの粒子サイズ分布に応じること、
(d)少なくとも1つのタイプの銀粒子が組成物で使用され、2つ以上の銀粒子の場合には、候補銀粒子の選択は、これに限定されないが、LEDバックライトモジュールの光反射率を増強するために表面粗さを最小化する目的で、それらそれぞれの粒子サイズ分布に応じること。
【0087】
必要であれば、導体パッドを、光反射率を増強するためにさらにめっきすることができる。
【0088】
熱的ビアのための導体の特定の考慮
熱的ビアは、機能的LEDチップキャリアパッケージから生じる熱を散逸するために使用され、本発明は、少なくとも1つの熱的ビアおよび好ましくは複数の熱的ビアを提供し、HB・LEDパッケージ機能の寿命を延長するように接合温度を最小にする。熱的ビアは、メッシュパターン、充実性(solid)パターン、または任意の他の適切な幾何形状の形状および形態をとることができる熱拡散器パッドに通常接続されることに、さらに留意されたい。
【0089】
本発明のチップキャリアなどの多層回路基板の動作寿命を増大することは、一般に、材料の賢明な選択、および注意深い熱機械管理および設計によって達成されることができる。一般に労力は、基板、ヒートシンク、およびヒートシンクの配置の選択によって、配置されたLTCC(または多層回路基板を生成するための他の材料)モジュールにおける熱プロファイルを制御することを伴う。したがって、接合温度における実質的な低減を得ることができ、すべての電子機器ではないにしてもほとんどについて、信頼性に関する目に見える増加は一般的に充分である。
【0090】
しかしながら、高速マルチチップモジュール設計では、異なる熱散逸特性を有するかもしれないチップの混在などの他の複雑性が生じる。本発明において、少なくとも3つのLEDチップ、すなわちG、R、およびBのLEDチップの使用は、まさに前述の挑戦を示す。接合温度における大きな不均衡は、チップのスイッチング閾値を変更し、クロック・スキューを生成し、かつシステム性能を劣化させるかもしれない。コストの理由のために、ベリリアまたは窒化アルミニウムなどのより高い熱伝導率材料は、アルミナを置き換えるための実現可能な選択枝ではない。さらに、そのような選択枝は、混在された技術のチップ間の温度平衡を完全には解決しない。チップから周囲への熱伝導経路は、等しいままであり、散逸されたパワーレベルも、異なるままである。現在の慣例は、熱インピーダンスを低下させるためにLTCCに熱的ビアを導入することである。しかしながら、一様の熱的ビア密度が使用されるなら、接合温度不均衡が、まだ観察されるであろうことに留意されたい。熱的ビアの密度を調整することによって、変更可能な冷却を、大きな範囲の熱インピーダンス内で設計することができる。このように大きなパワー密度を有するチップ内の接合温度を、釣り合わすことができる。この方法により、広い範囲の合成熱インピーダンスを生成するために、LTCC誘電材料の低い熱伝導性とビア充填剤導体ペーストの高い熱伝導率とが最もよく使用される。この概念は、チップの異なる領域の選択的な冷却にさらに拡張することができる。熱拡散器(すなわち、充実性またはグリッド幾何形状であるメタライゼーションされた導体面)の使用及び利用可能な空洞空間に対するチップボンディング面積の比率などの要因は、両方とも熱伝導性能に影響を及ぼす。利用可能な空洞面積に等しい最大チップボンディング面積は、最良の熱管理を提供することに留意されたい。しかしながら、実際の機能を考慮するために、基板および空洞寸法は、各チップアレイに合わせられ、適切なボンディングのために良好なダイ取り付けフィレットを形成するために十分な空間を必要とする。フリップチップボンディングまたはBGA取り付けの場合に、チップと空洞との間の最小空間は、アノードとカソードとの間に適切な電気絶縁が達成される限り採用されることができる。このことは、より大きな空間を間に必要とする、チップ接続のためのワイヤー・ボンディングの使用とは異なる。熱拡散器の導入の効果は、以下の教示においてさらに記載されるであろう。
【0091】
LTCCは、有機材料より高い固有の熱伝導率を有し、熱伝導率は、さらなる熱的ビアおよびメタライゼーションされた導体面で改善されることができる。本明細書で対処される、面経由(thru-plane)熱伝導率および面内(in-plane)熱伝導率の2つの態様がある。熱的ビアおよびメタライゼーションされた面の使用により、面経由伝導率において誘電体材料の熱伝導率のものの2倍以上改善されることおよび面内熱伝導率において2倍から3倍改善されることが、試験により示された。充実性メタライゼーション面をLTCCで使用することもできるが、グリッドまたはメッシュにされた面は処理能力を改善し、それらも充実性面と同様に熱的に有効である。最も高い面経由熱伝導率は、可能な限り最も多い数の熱的ビアを有するサンプルで得られることは理解される。任意の充実性またはグリッド状の導体面の追加は、50mil、100mil、および150mil中心で12milビアなどの、一般的により低いビア密度設計の熱伝導率をそれほど著しく改善しない。しかしながら、上記導体面は、20mil、40mil、および60mil中心で8milビアなどの、一般的により高いビア密度設計の熱伝導率を著しく改善する。
【0092】
熱的ビアを有さない構成において、充実性またはグリッド状の導体面は、面経由熱伝導率における改善を与えない。1つの内部グリッド状の導体面の追加は、約10%から20%面内熱伝導率を改善する。さらに、熱的ビアを通って接続するグリッド状の面は、導体面を有さない構成の面内熱伝導率の約2倍、面内熱伝導率を改善する。
【0093】
ろう付け材料およびプロセス
厚膜ろう付け材料は、大量製造および事前焼成されたLTCCチップキャリアへのヒートシンクの取り付けに適している。HB・LEDパッケージモジュールの温度階層は、(1)850~900℃などの最高温度で行われるテープ、導体、電気的ビア、および熱的ビアの同時焼成、(2)ろう付け材料の選択に応じて、350~850℃の範囲の中間温度で通常行われる、ヒートシンクへのチップキャリアのろう付け、(3)フリップチップまたははんだ付けによるチップボンディング、(4)必要であれば金ワイヤー・ボンディング、および(5)エポキシまたは他の熱可塑性有機材料などの可塑封入剤の適用、を必要とする。
【0094】
ろう付けプロセスは、通常、(1)ろう付けメタライゼーション、(2)合金/充填剤金属をろう付け、(3)接合構成要素(本発明におけるヒートシンク)の表面の調整、(4)固定、(5)適切なプロファイルおよび雰囲気制御を有する炉内の焼成からなる。適切な厚膜ろう付け組成物は、通常、厚膜接着層および厚膜障壁層からなる。例えば、DuPont厚膜ろう付け材料は、金ベースの5062(接着層)、5063(障壁層)、およびAg/Ptベースの5081(接着層)および5082(障壁層)を含む。上記厚膜組成物は、熱的ビアおよびヒートシンクを有するLTCC間の界面を提供する。TCE、熱伝導率、およびコストに応じて、様々なヒートシンク材料は、本発明の適用に利用可能である。これらは、これらに限定されないが、Cu-W、Cu-Mo、Cu-Mo-Cu、およびAl-SiC:BeOのめっきされた合金を含み、AlNも、ヒートシンク適用のための良好な候補材料である。ヒートシンクは、またAlであってもよい。他の実施例は、制限されず金属コアプリントワイヤリング(MCPWB)を含む。
【実施例】
【0095】
実施例で使用されるテープ組成物は、揮発性溶剤中の微細無機粉末およびバインダまたはそれらの混合物をボールミルすることによって調製される。積層、回路パターン化能力、テープ焼却特性、および焼成された微細構造の展開を最適化するために、以下の容量%の処方のスリップが、利点を提供することが見出された。また、一般的なスリップ組成物の処方は、実際的な参照として、重量%で示される。無機相は、ガラスに対しては4.5g/ccの、およびアルミナに対しては4.0g/ccの比密度を有すると仮定され、有機ビヒクルは、1.1g/ccの比密度を有すると仮定される。比密度は、この実施例において仮定される比密度で異なる可能性があるので、重量%組成物は、アルミナ以外の光反射増強のためのガラスおよび耐火酸化物を使用する場合、それに応じて変わる。表1は、本発明における提供に適切な、様々な鉛を含むガラス組成および鉛を含まないガラス組成を列挙する。
【0096】
【表1】


【0097】
典型的な第一のおよび内部抑制(constraining)テープ組成物は、以下の通りである。
【0098】
容量% 重量%
無機相 41.9 73.8
有機相 58.1 26.2
上記容量および重量%のスリップ組成物は、有効なスリップ・ミリングおよび被覆性能を得るために、有機溶剤および/または溶剤ブレンドの所望の量に応じて変わってもよい。より詳細には、スリップのための組成物は、10000センチポイズ未満の粘性に下げるために十分な溶剤を含まなければならず、典型的な粘性範囲は、被覆されたテープ厚みとしたときの目標に応じて、1000~8000センチポイズである。スリップ組成物の具体例は、表2に提供される。選択されたスリップ粘性に応じて、粘性スリップが高ければ高いほど、分散安定性がより長い時間(通常数週間)に延長される。テープ構成要素の安定した分散は、被覆されたときのテープの中に通常保持される。
【0099】
【表2】


【0100】
実施例で使用されるガラスは、電気加熱炉内で約1時間の間、1450℃~1600℃でPt/Rhのるつぼ内で溶融される。ガラスは、予備ステップとして金属ローラによって急冷され、次にミリングによって粒子のサイズリダクションを受ける。ガラス粒子は、スリップとして処方される前にミリングによって、5ミクロン~7ミクロンの平均サイズに調整される。追加のミリングがスリップの製造に使用されるので、最終平均サイズは、通常1ミクロン~3ミクロンの範囲である。ガラス粒子は、スリップ組成物における構成要素としてそれを使用する前に、1ミクロン~3ミクロンの最終サイズに事前ミリングされることもできることに留意されたい。
【0101】
パーセンテージ反射率測定は、DRA-2500拡散反射率アクセサリを有するVarian Cary5000uv/vis/nir分光光度計を使用して行われる。DRA-2500は、Spectralon(登録商標)で被覆された150mm積分球を使用する。次に100%ベースラインを、Spectralon(登録商標)基準を使用して収集する。次に、基準をサンプルによって置き換え、反射率スペクトルが収集される。以下の実施例節に含まれるサンプルに対しては、800から250の範囲の波長が使用された。拡散および鏡面構成要素の両方が、測定に含まれた。
【0102】
(実施例1)
4層のLTCC積層体を、以下の材料を使用して調製した。
【0103】
テープ1は、表2で上述されたとおりで、表1のガラス#5の重量%組成を有するガラス64容量%と、Al36容量%とを含む無機粉末を有する。ガラス#5は、17.20重量%の酸化鉛を含むことに留意されたい。全無機組成物の重量%によれば、ガラス#5またはアルミナは、それぞれ55.44%または44.56%である。白色を与える無機顔料は、結果として生じるLTCCチップキャリアの上方部分の光反射率を増強するためにテープ2に記載されるように、アルミナの一部を代用するために使用されうることにもさらに留意されたい。グリーン厚みは、10milすなわち254μmである。
【0104】
積層後、部品をセッタ上に配置し、空気雰囲気を有するコンベア炉内で焼成した。その温度は、室温から850℃まで高められ、18分間保持され、次に冷却されて室温まで戻した。全体のプロセスは約3時間30分間かかった。焼成された部品は、完全に緻密化され反りはなかった。
【0105】
(実施例2)
4層のLTCC積層体を、以下の材料を使用して調製した。
【0106】
テープ2は、表2で上述されたとおりで、ガラス#5の重量%組成を有するガラス64容量%と、10対1の比のAlおよびTiO36容量パーセントを含む無機粉末を有する。全無機組成物の重量%によれば、ガラス#5、アルミナ、または二酸化チタンは、それぞれ55.44%、40.10%、または4.46%である。グリーン厚みは、10milすなわち254μmである。
【0107】
積層後、部品をセッタ上に配置し、空気雰囲気を有するコンベア炉内で焼成した。その温度は、室温から850℃まで高められ、18分間保持され、次に冷却されて室温まで戻した。全体のプロセスは、約3時間30分間かかった。焼成された部品は、完全に緻密化され反りはなかった。
【0108】
(実施例3)
4層のLTCC積層体を、以下の材料を使用して調製した。
【0109】
テープ3は、表2で上述されたとおりで、ガラス#17の重量%組成を有するガラス68.7容量%と、Al31.3容量%を含む無機粉末を有する。フリットまたはアルミナの重量%組成は、それぞれ58.51%、または41.49%である。グリーン厚みは、10milすなわち254μmである。
【0110】
積層後、部品をセッタ上に配置し、空気雰囲気を有するコンベア炉内で焼成した。その温度は、室温から850℃まで高められ、18分間保持され、次に冷却されて室温まで戻した。全体のプロセスは約3時間30分間かかった。焼成された部品は、完全に緻密化され反りはなかった。
【0111】
上記ブランクLTCC基板の赤(650nm)、緑(510nm)、または青(475nm)光波長での光反射率%は、基板が炉焼成のためにセッタ上にどのように配置されたかに関して、焼成された部品の上部表面で測定したとき、それぞれ82.1%、81.1%、または80.9%である。
【0112】
(実施例4)
4層のLTCC積層体を、以下の材料を使用して調製した。
【0113】
テープ4は、表2で上述されたとおりで、ガラス#17の重量%組成を有するガラス68.7容量%と、98対2の比のAlおよびTiO31.3容量%を含む無機粉末を有する。フリット、アルミナ、またはTiOの重量%組成は、それぞれ58.51%、40.63%、または0.86%である。グリーン厚みは、10milすなわち254μmである。
【0114】
積層後、部品をセッタ上に配置し、空気雰囲気を有するコンベア炉内で焼成した。その温度は、室温から850℃まで高められ、18分間保持され、次に冷却されて室温まで戻した。全体のプロセスは約3時間30分間かかった。焼成された部品は、完全に緻密化され反りはなかった。
【0115】
上記ブランクLTCC基板の赤(650nm)、緑(510nm)、または青(475nm)光波長での光反射率%は、基板が炉焼成のためにセッタ上にどのように配置されたかに関しては、焼成された部品の上部表面で測定したときに、それぞれ82.8%、82.7%、または81.9%であり、焼成された部品の底部表面で測定したときに、それぞれ82.8%、82.5%、または81.6%である。
【0116】
(実施例5)
4層のLTCC積層体を、以下の材料を使用して調製した。
【0117】
テープ5は、表2で上述されたとおりで、ガラス#17の重量%組成を有するガラス68.7容量%と、90対10の比のAlおよびTiO31.3容量%を含む無機粉末を有する。フリット、アルミナ、またはTiOの重量%組成は、それぞれ58.51%、37.17%、または4.32%である。グリーン厚みは、10milすなわち254μmである。
【0118】
積層後、部品をセッタ上に配置し、空気雰囲気を有するコンベア炉内で焼成した。その温度は、室温から850℃まで高められ、18分間保持され、次に冷却されて室温まで戻した。全体のプロセスは約3時間30分間かかった。焼成された部品は、完全に緻密化され反りはなかった。
【0119】
上記ブランクLTCC基板の赤(650nm)、緑(510nm)、または青(475nm)光波長での光反射率%は、基板が炉焼成のためにセッタ上にどのように配置されたかに関しては、焼成された部品の上部表面で測定したとき、それぞれ92.5%、89.6%、または86.7%であり、焼成された部品の底部表面で測定したとき、それぞれ92.3%、88.8%、または84.9%である。
【0120】
(実施例6)
4層のLTCC積層体を、以下の材料を使用して調製した。
【0121】
テープ6は、表2で上述されたとおりで、ガラス#17の重量%組成を有するガラス64容量%と、5対1の比のAlおよびTiO36容量%を含む無機粉末を有する。全無機組成物の重量%によれば、ガラス#17、アルミナ、または二酸化チタンは、それぞれ53.12%、39.06%、または7.82%である。グリーン厚みは、10milすなわち254μmである。
【0122】
積層後、部品をセッタ上に配置し、空気雰囲気を有するコンベア炉内で焼成した。その温度は、室温から850℃まで高められ、18分間保持され、次に冷却されて室温まで戻した。全体のプロセスは約3時間と30分間かかった。焼成された部品は、完全に緻密化され反りはなかった。
【0123】
(実施例7)
4層のLTCC積層体を、テープ1の2つの層およびテープ2の2つの層を使用して調製し、両方のテープのグリーン厚みは、10mil(約0.25mm)すなわち254μmであった。テープ2は、実施例2で上述されたとおり、光反射増強を提供するTiOからなり、LTCC積層体の上部の2つの層として配置された。
【0124】
積層後、部品をセッタ上に配置し、空気雰囲気を有するコンベア炉内で焼成した。その温度は、室温から850℃まで高められ、18分間保持され、次に冷却されて室温まで戻した。全体のプロセスは約3時間30分間かかった。焼成された部品は、完全に緻密化され反りはなかった。
【0125】
(実施例8~14)
以下の実施例8~14において、表1に詳述されるガラス組成を使用した。ガラス2、5、および6は、本発明で有用であるガラスを示す。鉛を含むガラスおよび鉛を含まないガラスの両方とも、好ましい導体ペースト組成物中の無機バインダに適用できることに留意されたい。
【0126】
導体組成物である、実施例8~14は、本発明の実施例を示す。すべての処方は、全厚膜組成物の重量%で与えられる。以下に示されるフレーク状ではない銀粉末は、およそ0.1~2.0m/gの重量比に対する平均表面積を有する。以下に示されるパラジウム金属粉末は、2.0~15.0m/gの重量比に対する平均表面積を有する。以下に示されるプラチナ金属粉末は、10~30m/gの重量比に対する平均表面積を有する。金の金属粉末の平均粒子サイズ分布は、1~4ミクロンである。
【0127】
(実施例8)
銀グラウンド面および内部導体
銀粉末 80.6
フリット#2 1.2
有機金属 1.0
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
銀粉末SA 0.1~1.5m/gm
【0128】
(実施例9)
銀パラジウムはんだ可能な上部導体
銀粉末 53.5
パラジウム粉末 13.6
銅ビスマス・ルテネート 5.1
酸化銅 0.5
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
フレーク銀SA 約0.60~0.90m/gm、上部密度4.0~6.0g/ml
【0129】
(実施例10)
銀ビア充填導体
銀粉末 90.9
フリット#2 1.2
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
銀粉末SA 0.1~1.5m/gm
【0130】
(実施例11)
ワイヤー・ボンディング可能/内部/グランド面金導体
金粉末 80.7
フリット#5 0.8
エチルセルロース/テルピネオール-ベースの媒体は、残余に相当する。
金粉末粒子サイズ分布(PSD)d50 約2~3μm
【0131】
(実施例12)
混合金属系のためのパラジウム銀遷移ビア充填導体
銀粉末 86.5
パラジウム粉末 3.0
フリット#5 0.8
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
パラジウム粉末の重量に対する表面積の比(SA) 約1.1~1.7m/gm
銀粉末SA 約0.1~1.5m/gm
【0132】
(実施例13)
銀-プラチナめっき可能な導体
銀粉末 82.2
プラチナ 2.0
フリット#17 0.8
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
パラジウム粉末SA 約1.1~1.7m/gm
プラチナ粉末SA 約0.7~1.2m/gm
【0133】
(実施例14)
「混合金属系」のためのワイヤー・ボンディング可能な上部導体
金粉末 78.0
フリット#17 0.7
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
金粉末PSD約d50 4~5μm
【0134】
(実施例15)
銀-パラジウムはんだ可能な導体
銀粉末 51.0
パラジウム 13.0
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
銀粉末は、2.5μmのD50粒子サイズを有する不規則な形状を有する。
LTCCチップキャリアに関して同時焼成後の上記メタラーゼーションの赤(650nm)、緑(510nm)、または青(475nm)光波長での光反射率%は、それぞれ49.4%、42.2%、または40.7%である。
【0135】
(実施例16)
銀導体
銀粉末 57.8
酸化第一銅 1.0
フリット#17 5.4
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
銀粉末は、2.5μmのD50粒子サイズを有する不規則な形状を有する。
LTCCチップキャリアに関して同時焼成後の上記メタラーゼーションの赤(650nm)、緑(510nm)、または青(475nm)光波長での光反射率%は、それぞれ67.4%、65.7%、または64.6%である。
【0136】
(実施例17)
銀ビア充填導体
銀粉末 87.6
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
銀粉末は、2.5μmのD50粒子サイズを有する球形形状を有する。
LTCCチップキャリアを有する同時焼成後の上記メタラーゼーションの赤(650nm)、緑(510nm)、または青(475nm)光波長での光反射率%は、それぞれ94.4%、88.9%、または85.3%である。
【0137】
(実施例18)
銀内部信号導体
銀粉末 65.0
フリット#5 3.0
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
銀粉末は、2.5μmのD50粒子サイズを有する不規則な形状を有する。
LTCCチップキャリアに関して同時焼成後の上記メタラーゼーションの赤(650nm)、緑(510nm)、または青(475nm)光波長での光反射率%は、それぞれ94.2%、92.0%、または91.3%である。
【0138】
(実施例19)
銀内部信号導体
銀粉末タイプA 26.1
銀粉末タイプB 55.6
フリット#5 1.2
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
タイプAまたはタイプB両方の各銀粉末は、それぞれ2.5μmまたは8.2μmのD50粒子サイズを有する不規則な形状を有する。
LTCCチップキャリアに関して同時焼成後の上記メタラーゼーションの赤(650nm)、緑(510nm)、または青(475nm)光波長での光反射率%は、それぞれ95.4%、91.9%、または91.2%である。
【0139】
(実施例20)
銀内部信号導体
銀粉末 77.0
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
銀粉末は、2.4μmのD50粒子サイズを有するフレーク状形状を有する。
LTCCチップキャリアに関して同時焼成後の上記メタラーゼーションの赤(650nm)、緑(510nm)、または青(475nm)光波長での光反射率%は、それぞれ97.9%、96.4%、または95.4%である。
【0140】
(実施例21)
銀内部信号導体
銀粉末 77.0
フリット#17 0.5
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
銀粉末は、2.4μmのD50粒子サイズを有するフレーク状形状を有する。
LTCCチップキャリアに関して同時焼成後の上記メタラーゼーションの赤(650nm)、緑(510nm)、または青(475nm)光波長での光反射率%は、銀が上向きに焼成されたとき、それぞれ95.4%、92.5%、または91.2%であり、銀が下向き(すなわち、セッタに面する)に焼成されたとき、それぞれ95.0%、91.8%、または90.3%である。
【0141】
(実施例22)
銀内部信号導体(DuPont 6742)
銀粉末 77.0
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
銀粉末は、8.2μmのD50粒子サイズを有する不規則な形状を有する。
LTCCチップキャリアに関して同時焼成後の上記メタラーゼーションの赤(650nm)、緑(510nm)、または青(475nm)光波長での光反射率%は、それぞれ98.0%、96.3%、または95.5%である。
【0142】
(実施例23)
銀内部信号導体
銀粉末 77.0
フリット#17 0.5
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
銀粉末は、8.2μmのD50粒子サイズを有する不規則な形状を有する。
LTCCチップキャリアに関して同時焼成後の上記メタラーゼーションの赤(650nm)、緑(510nm)、または青(475nm)光波長での光反射率%は、銀が上向きに焼成されたとき、それぞれ95.3%、92.2%、または91.0%であり、銀が下向き(すなわち、セッタに面する)に焼成されたとき、それぞれ94.0%、90.4%、または88.9%である。
【0143】
(実施例24)
銀内部信号導体
銀粉末 77.0
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
銀粉末は、3.7μmのD50粒子サイズを有するフレーク状の形状を有する。
LTCCチップキャリアに関して同時焼成後の上記メタラーゼーションの赤(650nm)、緑(510nm)、または青(475nm)光波長での光反射率%は、それぞれ98.2%、96.6%、または95.5%である。
【0144】
(実施例25)
銀内部信号導体
銀粉末 77.0
フリット#17 0.5
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
銀粉末は、3.7μmのD50粒子サイズを有するフレーク状の形状を有する。
LTCCチップキャリアに関して同時焼成後の上記メタラーゼーションの赤(650nm)、緑(510nm)、または青(475nm)光波長での光反射率%は、銀が上向きに焼成されたとき、それぞれ95.2%、91.9%、または90.4%であり、銀が下向き(すなわち、セッタに面する)に焼成されたとき、それぞれ95.5%、92.4%、または90.9%である。
【0145】
(実施例26)
銀内部信号導体
銀粉末 77.0
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
銀粉末は、8.2μmのD50粒子サイズを有する不規則な形状を有する。
LTCCチップキャリアに関して同時焼成後の上記メタラーゼーションの赤(650nm)、緑(510nm)、または青(475nm)光波長での光反射率%は、それぞれ98.7%、97.7%、または97.0%である。
【0146】
(実施例27)
銀内部信号導体
銀粉末 77.0
フリット#17 0.5
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
銀粉末は、8.2μmのD50粒子サイズを有する不規則な形状を有する。
LTCCチップキャリアに関して同時焼成後の上記メタラーゼーションの赤(650nm)、緑(510nm)、または青(475nm)光波長での光反射率%は、銀が上向きに焼成されたとき、それぞれ95.7%、93.0%、または91.9%であり、銀が下向き(すなわち、セッタに面する)に焼成されたとき、それぞれ94.8%、91.3%、または89.7%である。
【0147】
(実施例28)
銀内部信号導体
銀粉末 77.0
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
銀粉末は、6.0μmのD50粒子サイズを有するフレーク状の形状を有する。
LTCCチップキャリアに関して同時焼成後の上記メタラーゼーションの赤(650nm)、緑(510nm)、または青(475nm)光波長での光反射率%は、それぞれ98.8%、97.7%、または97.0%である。
【0148】
(実施例29)
銀内部信号導体
銀粉末 77.0
フリット#17 0.5
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
銀粉末は、6.0μmのD50粒子サイズを有するフレーク状の形状を有する。
LTCCチップキャリアに関して同時焼成後の上記メタラーゼーションの赤(650nm)、緑(510nm)、または青(475nm)光波長での光反射率%は、銀が上向きに焼成されたとき、それぞれ94.0%、90.3%、または88.6%であり、銀が下向き(すなわち、セッタに面する)に焼成されたとき、それぞれ94.9%、91.5%、または89.9%である。
【0149】
(実施例30)
銀外部ワイヤー・ボンディング可能な導体
銀粉末 83.4
プラチナ粉末 0.4
金属酸化物 0.4
三酸化ビスマス 0.5
エチルセルロース/テキサノール-ベースの媒体は、残余に相当する。
銀粉末は、2.0μmのD50粒子サイズを有するフレーク状の形状を有する。
LTCCチップキャリアを有する同時焼成後の上記メタラーゼーションの赤(650nm)、緑(510nm)、または青(475nm)光波長での光反射率%は、銀が上向きに焼成されたとき、それぞれ92.8%、89.1%、または87.9%であり、銀が下向き(すなわち、セッタに面する)に焼成されたとき、それぞれ92.4%、88.3%、または86.4%である。
【0150】
表3は、上記ヒートシンク材料のTCEおよび熱伝導率を比較する。
【0151】
【表3】


【図面の簡単な説明】
【0152】
【図1A】ワイヤー・ボンディングを有するチップキャリア設計の概略図を示す。
【図1B】ワイヤー・ボンディングを有するチップキャリア設計の概略図を示す。
【図1C】ワイヤー・ボンディングを有するチップキャリア設計の概略図を示す。
【図1D】ワイヤー・ボンディングを有するチップキャリア設計の概略図を示す。
【図1E】ワイヤー・ボンディングを有するチップキャリア設計の概略図を示す。
【図1F】ワイヤー・ボンディングを有するチップキャリア設計の概略図を示す。
【図2A】ワイヤー・ボンディングおよびはんだ取り付けを有するチップキャリア設計の概略図を示す。
【図2B】ワイヤー・ボンディングおよびはんだ取り付けを有するチップキャリア設計の概略図を示す。
【図2C】ワイヤー・ボンディングおよびはんだ取り付けを有するチップキャリア設計の概略図を示す。
【図2D】ワイヤー・ボンディングおよびはんだ取り付けを有するチップキャリア設計の概略図を示す。
【図2E】ワイヤー・ボンディングおよびはんだ取り付けを有するチップキャリア設計の概略図を示す。
【図3A】LEDフリップチップ取り付けを有するチップキャリア設計の概略図を示す。
【図3B】LEDフリップチップ取り付けを有するチップキャリア設計の概略図を示す。
【図3C】LEDフリップチップ取り付けを有するチップキャリア設計の概略図を示す。
【図3D】LEDフリップチップ取り付けを有するチップキャリア設計の概略図を示す。
【図4】チップキャリアの空洞でのLED配置の概略図を示す。
【図5A】LEDフリップチップ取り付けおよび熱的ビアを有するチップキャリアの概略図を示す。
【図5B】LEDフリップチップ取り付けおよび熱的ビアを有するチップキャリアの概略図を示す。
【図5C】LEDフリップチップ取り付けおよび熱的ビアを有するチップキャリアの概略図を示す。
【図5D】LEDフリップチップ取り付けおよび熱的ビアを有するチップキャリアの概略図を示す。
【図6】チップキャリアの空洞での4つのLEDチップの配置の詳細を示す。
【図7A】一般的な従来技術のLCD構造の詳細を示す。
【図7B】一般的な従来技術のLCD構造の詳細を示す。
【符号の説明】
【0153】
101 キャステレーション・ビア
102 エポキシまたは他の有機材料//導体パターン
103 端子(頂部層)
104 ワイヤー・ボンディング//LEDチップ青(B)
105 外部端子//共通カソード
106 熱的ビア//LEDチップ緑(G)
107 熱スプレッダパッド
108 第2層LTCC誘電体
109 マザーボード//LEDチップ赤(R)
110 端子(第2層)//導体パターン
111 頂部層LTCC誘電体/多層LTCC誘電体//アノード
112 (導電性)ビア//アノード
113 ワイヤー・ボンディング//導体パターン
114 ヒートスプレッダ//アノード
115 空洞
116 導体パターン
117 ヒートシンク
203 ワイヤー・ボンディング
204 多層LTCC誘電体頂部層
205 電極
205A カソード
205B アノード
206 導電性ビア
207 はんだ
208 外部回路
209 マザーボード
210 ろう付け接合部
211 ヒートスプレッダ
212 熱的ビア
213 多層LTCC誘電体第2層
214 空洞
215 導体パターン
216 ビアキャプチャパッド
301 LEDフリップチップ
303 電極/導電性経路
304 多層LTCC誘電体第2層
305 電極/導電パターン
307 多層LTCC誘電体頂部層
309 キャステレーション・ビア
310 電極パターン
311 電極パターン
501 フリップチップ
502 多層LTCC誘電体頂部層
503 カソード
504 熱的ビア
505 ヒートスプレッダ
506 熱的ビア
507 ヒートスプレッダ
508 多層LTCC誘電体第3層
509 多層LTCC誘電体第2層
510 キャステレーション・ビア
511 アノード
512 キャステレーション・ビア
513 導電パッド
601 アノード
602 共通アノード
603 LEDチップ緑(G)
604 LEDチップ青(B)
605 アノード
606 空洞表面
607 カソード
608 カソード
609 LEDチップ緑(G)
610 LEDチップ赤(R)
611 カソード
612 破線
701 前方偏光子積層体
702 カラーフィルタ
703 液晶層
704 薄膜トランジスタアレイ
705 後方偏光子積層体
706 バックライトユニット
707 前方拡散器
708 輝度強化膜
709 後方拡散器
710 ランプおよび光ガイド