CN1502128A - 辐射发射器器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的辐射发射器件包括至少一个辐射发射器(35)，电气上和辐射发射器(35)耦接的第一和第二电气引线(16，14)，以及一个构形成密封辐射发射器(35)并密封这些电气引线的一部分的整体密封体(12)。该密封体(12)至少具有第一区段(30)和第二区段(32)，其中该第二区段呈现至少一种和第一区段不同的特性。该不同的特性是从由机械强度，热传导率、热膨胀系数、比热、透氧性、透湿性、粘着强度和透射率构成的组中选取的一个。该辐射发射器最好是LED。

Description

辐射发射器器件及其制造方法
技术领域
本发明总的来说涉及诸如发光二极管(LED)插件的辐射发射器器件、制造辐射发射器器件的方法以及包含光辐射发射器器件的光电发射器组件。
背景技术
如本文中使用那样，术语“分立光电发射器组件”指的是当施加电力时发射紫外(UV)，可见或红外(IR)辐射的封装辐射发射器器件。这种分立光电发射器组件包括一个或多个辐射发射器。辐射发射器，尤其是光辐射发射器，应用于各种各样的商业、工业产品和系统，并且相应地按许多形式和插件得到应用。在本文中术语“光辐射发射器”包括所有发射可见光，近红外辐射和紫外辐射的发射器器件。这样的光辐射发射器可以是光致发光、电致发光或者其它类型的固态发射器。光致发光源包括磷光性源和荧光性源。荧光性源包括磷光和荧光染料，色素，晶体，基片，涂层，以及其他材料。
电致发光源包括半导体光辐射发射器以及其它响应电激励发射光辐射的器件。半导体光辐射发射器包括发光二极管(LED)片，发光二极管聚酯(LEP)，有机质发光器件(OLED)，聚酯发光器件(PLED)，等等。
半导体光发射器元件，尤其是LED器件，在各种各样的生活和工业光电应用中已变成常见的。其它类型的半导体光发射器元件，包括OLED、LEP等，也在许多这样的应用中封装在适用于替代常规无机质LED的分立元件里。
各种颜色的可见LED元件单独地或小簇地在诸如计算机监视器、煮咖啡器、立体声接收机、CD机、VCR机等的产品上用作为状态指示器。在诸如飞机、火车、轮船、汽车、卡车、面包车和体育用车辆等的仪表面板的各种系统中也可以找到这样的指示器。在许多飞机场和证券市场交易中的移动信息显示器里以及在许多体育场地和一些都市广告牌中的高亮度大面积室外电视屏幕里，可以发现包含数百个或数千个可见LED元件的可寻址阵列。
在高达100个元件的阵列里，黄色、红色和红-黄可见光发射LED用于视觉信令系统，例如车辆中心高架停止灯(CHMSL)、刹车灯、外转弯信号和危险闪光器、外部信令反射器和道路修建危险指示器。黄、红和蓝-绿可见光发射LED日益增多地用在大得多的高达400个元件的阵列中以充当城区和郊区道路交叉口处的停止/减速/通行灯。
多种可见彩色LED的多色组合充当白色光投射源，用于二进制补码和三进制RGB照明器中的照明。这样的照明器例如可充当汽车或飞机的地图灯，或者充当汽车或飞机的阅读灯或礼貌灯，装货灯，牌照照明器，倒车灯和外部反射器小灯。其它有关使用包括便携式闪光灯以及其它需要坚固、紧凑、低重量、高效、长寿命、低电压白色照明源的照明器应用。荧光增强型“白色”LED也可在这些例子的一部分中充当照明器。
在诸如VCR、TV、CD的设备以及其它音频视频遥控单元中红外发射LED用于遥控和通信。类似地，高强度红外发射LED用于诸如台式、膝上和掌上型计算机的IRDA设备、PDA(个人数字助理)和诸如打印机、网络适配器、指点器(鼠标、跟踪球等)、键盘等计算机外设以及其它计算机之间的通信。红外LED发射器以及红外接收器还用作为工业控制系统中的接近或存在传感器，用作为诸如指点器和光编码器的光电设备的定位或定向传感器，以及用作为诸如条形码扫描器的系统中的读出头。红外LED发射器还可以用于汽车的夜视系统中。
兰、紫和紫外发射LED和LED激光器广泛用于数据存储和检索应用，例如对高密度光存储盘的读和写。
对于分立LED器件和其它分立(封装的)光电发射器，性能的提高实质上取决于提高插件的可靠功能电容、减小插件的热阻以及减少自动安装、焊接和减小其它电路或系统制造操作期间损害插件的易感性。
在操作期间保持分立光电发射器冷却在几方面上提高性能。发射器的效率通常随操作温度的增加下降和随操作温度的降低提高。发射器效率典型随降低内部操作温度而相反地提高。通常随着降低操作温度改进发射器的可靠性并改进构成发射器的材料和子部件的寿命。通常相对于降低的或更相容的操作温度改进发射器的发射频谱的一致性。通常相对于降低的操作温度改进发射器的衰变寿命。出于这些以及其它原因，采用降低分立光电发射器的操作温度的新颖机制是明显有益的。
尽管周围环境温度是一个总是不能被控制的外部因素，部件的超过环境温度的温升主要取决于器件的热阻和运行功率。
遗憾的是，大多数分立光电发射器呈现和降低的内部操作温度的目标相抵触的特性。简言之，在达到插件或构成材料或子部件的实际限制之前，这些类型的器件通常和功率增加成正比地发射更大量的有用辐射。这样，对于更多辐射是有益的应用(即，几乎所有的已知应用)，在和器件及系统可靠性相容的以及和器件的功率-辐射特性相容的最高功率下驱动器件是有益的。但是，带有有限(正，非零)热阻器件中的功率增加造成内部操作温度的升高。
从而在不降低器件功率情况下降低内部操作温度或者替代地在提高器件功率的同时保持内部操作温度是有利的。这可以通过减小器件的热阻实现。
在例如上面提到的各种应用中，使用几十亿个LED元件，这部分地是因为盛行相对少的标准化LED配置，以及由于这些配置容易由全球电子装配业几乎通用的自动处理设备处理。通过主流(mainstream)的自动处理设备和过程有助于低资本成本、低缺陷率、低劳力成本、高产量、高精度、高可重复性以及灵活的制造实践。如果没有这些特点，从大多数大量应用的质量观点出发，采用LED是价格过高的或是无吸引力的。
现代电子装配加工中二个最重要的步骤是高速自动插入和大量自动焊接。和自动插入或放置机相容并且和一个或多个公用大量焊接工序相容对于分立半导体光发射器(包括LED)的大规模商业生存能力是关键性的。
从而，所使用的大部分LED以分立封装THD(通孔部件)或SMD(表面安装部件)元件为形式。这些配置主要包括带有矩形形状的所谓的“5mm”、“T-1”、T-1 3/4”或类似元件的径向引线THD配置，它们全部方便地适用于带和卷盘、带和装弹(tape-and-ammo)或其它标准封装技术，以便方便地运载、操纵和在径向插入机上自动高速插入到印刷电路板上。其它常见的分立THD LED插件包括诸如“polyLED”的轴向元件，它们容易适应带和卷盘，以便方便地运载、操纵和在轴向插入机上自动高速插入到印刷电路板上。诸如“TOPLED”和Pixar的常用SMD LED元件是类似流行的，因为它们容易适应泡组(blister-pack)卷盘以便方便地运载、操纵和利用射芯枪自动高速放置到印刷电路板上。
焊接是采用标准分立电子器件(不论是THD还是SMD)制造大多数常规电路组件的主要工序。通过把诸如LED的分立电子元件的引线或触点焊接到印刷电路板，该元件电气上和该印刷电路板上的导电道并且还和其它用于对该分立电子器件供电、施控或电气交互的邻近的或远程的电子部件电连接。焊接一般是通过波焊、红外软熔焊、对流红外软熔焊、汽相软熔焊或手焊完成的。这些方法彼此不同，但是它们全都产生大体相同的最终效果-通过金属或金属间结合低廉地把分立电子器件电连接到印刷电路板上。波焊以及软熔焊工艺在同时焊接大量分立器件的能力是周知的，可达到非常高的产量，成本低，以及获得优良的焊接结合质量和一致性。
当今不存在对用于大量生产的波焊和软熔焊工艺的可广泛使用、成本低廉的替代品。手焊具有不一致和高成本的缺点。机械连接方式在许多电路中是昂贵的，笨重的并且一般不适合大量的电气连接。例如充满银的环氧树脂的导电胶可以用来在一些电路组件上建立电气连接，但是这些材料比焊接成本更高并且应用上更贵。利用激光器的点焊以及其它选择焊接技术具有高度的专用性，其专用于特殊的配置和应用而且可能破坏自动电子电路装配操作中优选的柔性制造过程。从而，和波焊或软熔焊工艺相容是半导体光发射器元件的希望特性。该特性的影响是广范的，因为这些焊接操作可能对电子元件引入足够大的可以损害或破坏该元件的热应力。从而必须按在焊接期间保护器件的密封和封装的导线接合，小片连接(die attach)和芯片免受瞬时热暴露的方式建立有效的半导体光发射器元件。
常规焊接工序要求把器件的引线端(低于支座或者引线与印刷电路板上的指定垫片接触处)加热到焊料的熔点保持一持续时间。其概况可包括长达15秒器件引线处温度高达230-300度C。在器件引线通常由铜或钢的电镀金属或其合金构建的情况下，这种高温瞬变不对引线本身造成问题。替代的问题是，这些引线沿着它们的长度把热传导到该器件的封装体内的能力。由于这些加热的引线和器件的本体内部接触，它们在焊接处理过程期间暂时升高器件的局部内部温度。这可能损害有几分精巧的密封、封装的导线接合、小片连接和芯片。该现象代表当今低成本光电半导体器件的基本限制之一。
在焊接处理期间保持电子元件的本体不过分超过它的封装材料从玻璃转化温度是极为重要的，因为聚合物封装材料的热膨胀系统在它们的玻璃转化点上急剧升高，典型地以2或更大的因子。在玻璃转化点之上聚合物会愈加变软、膨胀和塑性变形。密封物中因聚合物相变和热膨胀造成的这种变形可以产生严重到足以损害分立半导体器件的机械应力和累积疲劳，从而造成器件的不良性能和导致过早现场故障的潜在倾向。这种损害典型地包括：1)电线接合(芯片接合垫片处或引线框架处)的疲劳或断裂；2)小片连接胶的部分起鳞或解体；3)芯片自身的微断裂；以及4)器件密封的退化，尤其在各引线进入密封物的进入点附近，以及隔离环境水蒸气、氧气或其它有害媒介的综合能力的减退。
对于这种热易损坏性，必须认识到适用于非光电器件的密封材料和适用于光器件的密封材料之间的关键差异。用于非光器件的密封物可以是不透光的，而用于构建光电发射器和接收器的密封物必须实质上对该器件的操作波长带是透明的。这种差别的副作用是错综复杂的和大范围的。
由于非光器件不需要透光性，非光半导体器件的密封材料可包含广范围的合成物，包括各种各样的不透光的聚合物粘合剂、交联媒剂、填充剂、稳定剂等等。这种类型的合成物，例如高填充环氧树脂，可以具有高玻璃转化温度(Tg)、低热膨胀系数(Cte)和/或高热传导性，从而它们适用于高达175度C的瞬时暴露。不透光的陶瓷合成物可在数百度上是热稳定的，不需担心有明显相变温度，Cte特别低并且热传导率高。由于这些原因，将用于非光器件的普通不透光密封材料对加热到130度或更高的电气引线暴露约10秒(通过230-300度的焊波)通常不是问题。
但是，光电发射器和接收器的密封物需要透光性排除了使用大部分适用于非光半导体的高性能聚合物填充剂混合物、陶瓷和合成物。在不带有无机填充剂、交联媒剂或其它不透光添加剂的情况下，用来封装大多数光电器件的透光聚合物材料是各种各样的具有相对低的Tg值、较大Cte和低热传导率的环氧树脂。因此，它们不适应对大于约130度的例如在通常焊接中出现的瞬时温度极值暴露。
为了补偿焊接处理可能的严重损害效果，现有技术的光电器件进行各种各样的改进和折衷，最值得注意的改进是最近引入用于密封的能够比过去使用的透明环氧树脂耐受高10到20度的透明(clear)环氧树脂(现在高达130度而以前为110度)。虽然是有用的，但它只部分地缓和所指出的问题-这些最新使用的材料要和普通非光半导体的密封材料相比仍差50度或更多。
用来克服和焊接关联的瞬时温升问题的最常见折衷是简单地提高器件构造中所使用的电气引线的热阻。通过提高这些可焊接引线的热阻，使焊接期间器件本体内所遭受的热瞬变为最小。典型地可以按下述方式在不明显影响引线电气性能的情况下实现热阻的增加：1)采用热传导率较低的引线材料(例如钢)；2)增加引线的支托距离(焊接触点和器件本体之间的距离)；或者3)减小引线的横截面积。
利用这三种技术，现有技术器件已经具有提高的热阻以便提供对焊接工序所希望的保护。
尽管在保护现有技术器件免受和焊接相关的热瞬变损害方面是有效的，但该方法存在限制，尤其是在高功率半导体光电发射器的应用中。增大引线热阻造成提高现有技术器件中的内部操作温度，严重地牺牲这些器件的操作性能和可靠性。大多数现有技术LED器件的焊好的电气引线向器件传导电力并且充当操作期间在器件内所产生的热的主要热散逸通路。从而现有技术器件中的电气引线必须配置为具有尽可能低的热阻以便在常规操作期间促进热排出。在把内部的热传送到周围环境方面，来自现有技术器件的辐射和自然对流仅起次要的作用，并且所采用的光材料的低热传导率严重妨碍通过它们的密封媒介进行热传导。从而，导电和导热的金属引线必须通过传导机制向周围排出大部分热。这些器件的可焊接引脚上的为防止器件免受焊接操作的瞬变热效应所必须的较高的热阻从而在操作期间引起该密封的器件本体内的较高内部温升。
和半导体发射器接触的器件本体部分稳态下的最大温升大致等于该发射器的功率耗散和该发射器与周围环境之间的热阻的乘积。
如前面讨论那样，如果器件内部温升实际上升到密封物的Tg值之上会造成严重后果。密封物的Cte在该温度之上典型地非常快速地增加，在LED的导线接合和小片连接处产生大的热机械应力和累积疲劳。对于大多数移动应用如汽车、飞机等，周围温度通常达到80度。在密封最大操作温度为130度范围的情况下，这些应用的光电发射器从而必须把其操作ΔT限制在绝对最大值约为50度。这限制了给定元件上能耗散的功率，并且进而限制可通过该元件的电流。由于半导体光发射器的发射通量典型和通过它的电流成比例，最大电流限制也产生对生成的光通量的限制。
这样，通过在不增加器件对来自焊接的瞬时热处理损害的易损伤性的前提下减小器件的热阻，不必减小器件功率地减小内部操作温度或者保持内部操作温度不变而提高器件功率是有益的。
其它的现有技术器件避免这些限制，它们仅通过不考虑标准化，自动电子装配操作要求并且采用和这些工序不相容的配置达到高性能，另一些其它现有技术器件通过在它们自己的结构中采用非常昂贵的材料、子元件或工艺达到高性能。
例如，一种用来克服这些限制的现有技术方法采用密封半导体封装，混合板上芯片技术，稀有材料如陶瓷、KOVAR和玻璃或复杂组件代替或者添加到聚合物封装。尽管和某些高成本的航天航空和电信应用有关(其中元器件成本不是重要因素)，这些器件需要昂贵材料和特殊装配工艺。这造成高成本和有限的制造能力-二者实际上阻碍在大量销售的应用中使用这样的元件。在颁给Johnson等的美国4267559号专利和颁给O′Brien等的美国4125777号专利中所公开的器件对此给出很好的例子。
该Johnson等的专利公开了一种器件，其包括一个TO-18顶盖件以及一个用于对其安装LED芯片和把内部产生的热传送到外部热耗散装置的热耦合装置。该顶盖由数个元件构成，包括一个KOVAR构件、多个绝缘套筒和多个电支柱，并且按一种特殊工艺制造以确保这些支柱穿过该顶盖时是电绝缘的。该热耦合装置是一个和该顶盖分离的元件，并且由铜、铜合金、铝或其它高热传导率材料构成。按照Johnson等的教导，必须利用焊接或导电胶把该KOVAR顶盖子组件和该铜制热耦合装置结合在一起以便电连续，从而允许电流流到该热耦合装置并且相继地流到该LED芯片中。另外，Johnson等的专利中的该顶盖和该热耦合装置由完全不同的材料制成而且必须是完全不同的材料，因为它们在所说明的组件中作用是独特不同的。该顶盖必须由KOVAR制成，以便顶盖可具有与穿过它的绝缘套筒相似的热膨胀系数。为了电隔离来自该顶盖的电气引脚至少一个的这样的套筒是必要的。但是，KOVAR具有相对低的热传导率，从而有必要包括一个由具有较高热传导率的例如铜材料制成的分立热耦合装置。由于该顶盖本身是一个复杂的子组件并且是由和该热耦合装置不同的材料做成的，它必须独立于该热耦合装置制成并且然后利用焊接或导电胶和该热耦合装置连接。
按类似于Johnson等人的专利的教导制成的LED器件目前以类似于TO-66插件的专用形式销售。这些器件是复杂的并且典型地涉及绝缘性引脚和顶盖结构和/或包括特殊子部件，例如位于其中的陶瓷隔离板。
另一种已经被采用的避免焊接对光电发射器的损害的方法是禁止把元件焊接在一起，或者换句话说需要采用激光点焊或者其它不同的电气连接方法，这可以允许在不具有焊接操作损害器件的危险的情况下构建具有从半导体发射器内部到电气引脚的低热阻的器件。惠普公司制造的SnapLED 70和Snap LED150器件示出该方法。在这些器件中，通过机械地把引线压到一个简单的金属电路上而不是通过焊接完成电路系统的电气连接。所得到的器件能够在室温下按高达475mW的水平连续耗散功率。但是，这种结构难以使这样的器件和更为复杂的电路集成，因为这些电路通常是利用印刷电路板、自动插入设备和波焊或软熔焊操作做成的。
最后一种方法是通过可从惠普公司买到的称为SaperFlux插件(也称为“Piranha”)的LED插件展示的。SuperFlux器件将密封芯片和引脚上的焊接支托之间的中等热阻与优质光密封剂、专用芯片材料以及光学设计组合起来。它在不必求助诸如SnapLED的不可焊接结构的情况下达到中等功率耗射能力。但是，该结构存在几个阻碍更广泛地使用它的严重问题。
SuperFlux插件的插件几何形状使得它不能和本发明人小组所知的常见高速THD径向或轴向插入机械或SMT芯片射枪相容。替代地，它必须通过人工放置或者通过昂贵、慢速、奇特的自动插入设备放置。SuperFlux插件的几何形状配置成只充当“端射(end-on)”源-不存在显然的可把该器件改造成90度“侧视”源的引导-转向(lead-bend)技术。该器件的可焊接引脚的中等热阻以及相对低的热容量可能会使它在不良控制的焊接工序中是易损坏的。对于一些电子电路制造商来讲，把焊接操作控制在该结构所要求的程度可能是不方便的或成本高的。最后，不存在本发明小组所知的能对SuperFlux插件提供常规有源或无源散热器的方便机制。
阻碍这些以及其它LED器件进一步应用于信令、照明和显示应用的一个主要因素是目前不能得到一种具有高功率能力、带有高发射通量并且容易适应自动插入和/或大量焊接工艺的器件。这些限制阻碍LED在许多要求高通量发射的应用或者在命令使用大量LED元件的阵列以达到所希望的光通量发射的应用中的实际应用。
常规“5mm”或“T 1-3/4”器件具有高热阻，典型地超过每瓦240度，并且通常受透光密封材料的限制，如果器件中的发射器连续地，例行地或循环地在高于130度(低于除最佳材料以外的任何材料肯定可达到的温度)情况下运行会导致不可靠性。在汽车环境中周围温度典型地通常超过85度，这些器件中的温升必须限制为45度以便恰当地避免这些材料的限制，这意味着必须把器件功率限制在约为0.18W。在适应制造差异的33％的合理设计容限下，器件的实际安全功率限制必须约为0.12W。该功率不大，从而器件发射的光通量是受限制的。为了克服这一点，通常组合地使用大量器件以产生应用所要求的光通量或辐射通量(例如汽车CHSML多达50个器件，交通信号灯多达400个器件)。
惠普公司的SuperFlux或Piranha器件具有比“5mm”或“T 1-3/4”器件低的热阻，典型地约为每瓦145度。和“5mm”或“T 1-3/4”器件一样，SuperFlux或Piranha器件通常受透光密封材料的限制，从而如果该器件中的发射器连续地、例行地或循环地在高于130度(低于任何最佳材料肯定可得到的温度)情况下运行会导致不可靠性。在汽车环境中周围温度典型地通常超过85度情况下，这些器件中的温升必须限制为45度以便恰当地避免这些材料的限制。这意味着必须把器件功率限制在约为0.3W。由于这些器件随后利用热应力波或其它焊接操作连接，并且由于降低它们的从引线到接合点的热阻，它们在加工到电路上期间更易于受到损害。从而，应采用更高的40％的设计容限以容纳制造差异以及增大的敏感性，并且这种器件的实际安全功率限制必须约为0.18W。和“5mm”或“T 1-3/4”器件相比该功率明显加大(33％)，但它仍不是大的功率，从而这些器件的发射光通量也是有限的。为了克服这一点，通常组合地使用大量器件以产生应用所要求的光通量或辐射通量(例如汽车CHSML多达30个器件)。
惠普公司的SnapLED器件具有比“5mm”或“T 1-3/4”或者SupurFlux或Piranha器件低的热阻，低达每瓦100度。和“5mm”或“T 1-3/4”或者SupurFlux或Piranha一样，SnapLED器件通常受透光密封材料的限制。从而如果该器件中的发射器连续地，例行地或循环地在高于130度(比除最好材料之外的任何绝对可买到的材料低)下运行会导致不可靠性。在汽车环境中周围温度典型地通常超过85度，这些器件中的温升必须限制为45度以便恰当地避免这些材料的限制。这意味着必须把器件功率限制在约为0.4SW。如前面指出那样，由于这些器件从引线到接合点的热阻是如此之低，以至于它们不能在不被损害的情况下用常规装置焊接。这严重地限制了它们的使用，但在某些应用中它们仍是适用的。由于这些器件随后利用机械应力压紧操作连接，在加工操作期间它们仍然易受到损害。从而，应采用更高的40％的设计容限以容纳制造差异以及潜在增大的加工受损敏感性，并且这种器件的实际安全功率限制必须约为0.27W。和“5mm”或“T 1-3/4”或者SupurFlux或Piranha器件相比该功率明显加大，但它仍不是大的功率(并且是在牺牲传统的可焊接性情况下达到的)。为了克服这些器件所产生的有限光通量，通常组合地使用大量器件以产生应用所要求的光通量或辐射通量(例如汽车CHSML多达12个器件，以及用于汽车的尾部组合停车/转弯/尾灯多达70个器件)。
诸如TOPLED、PLCC和惠普公司的“High-Flux”或“Barracuda”器件的表面安装器件在它们的结构中使用不同的聚合物材料，按照组装的顺序第一块材料是一块塑料材料，其形成器件本体的基本结构并且把器件的各引线保持在一起。但是，这种方法要求按如下顺序来加工引线框架首先通过镶嵌造型(使第一支承材料放置在引线框架周围)、接着是模片装配，然后是导线接合并且接着是第二阶段的造型。造型的第二阶段必须是光学造型(以便首先提供小片连接和导线接合的时机)。这种设计和加工要以高产量和高质量实现是困难的和费钱的。该由小片连接和导线结合中断的多级造型方式产生的累积差异是过大的。
普通LED器件的设计者面对的另一个问题是，用来连接一条LED引线和LED芯片的导线接合可能断开或失掉与引线或者芯片的接触。例如由于通过导线接合周围的密封物或者该密封物的膨胀/收缩传送到该导线接合的剪切力可能出现这样的故障。
前面提到的其它形式的辐射发射器如果对过高的操作温度暴露也会经历性能降低，受损、故障概率加大或加速衰退。
从而，希望提供一种具有比常规LED器件高的发射输出能力的并对可能由过高操作温度导致的导线接合接触断开或其它缺陷引起的故障不那么敏感的辐射发射器器件。
另外，希望提供一种具有改进的超过常规LED器件的发射输出的并且同时保持和常规LED器件一样的尺寸和形状的辐射发射器器件，从而促进立即用这种有创造性的LED器件替代这些常规LED器件并且只需要最少地修改用来制造LED器件的设备。
发明内容
从而，本发明的一个方面是提供一种克服上述各种问题并且性能改进和对致命损害易受性较低的辐射发射器器件。依据本发明的一实施例，一种辐射发射器件包括：至少一个辐射发射器，电气上和该辐射发射器连接的第一和第二电引线，以及一个配置成密封该辐射发射器并密封第一、第二电引线的一部分的整体密封体。该密封体至少具有第一区段和第二区段。第二区段呈现至少一种不同于第一区段的特性。该不同特性可以是物理、结构和/或组合特性。例如，该至少一个不同的特性至少包括下述一种或多种：机械强度、热传导率、热容、比热、热膨胀系数、粘附力、防氧性、防湿性以及对辐射发射器发射的辐射的透射率。
一种制造依据本发明的辐射发射器器件的方法包括步骤：(1)把至少一个辐射发射器附着到并且电气连接到一个引线框架上以形成一个组合件；(2)把该组合件插入到一个型腔中；(3)用第一密封剂材料部分地充填该型腔；(4)用第二密封剂材料充填该型腔的剩余部分；以及(5)从该型腔中取出该密封好的组合件。
相对于大量其它方面上常规的分立光电发射器，本发明以新颖方式达到插件安全功率容量上的明显增加，并且达到插件热阻以及插件易受损性上的明显减小。
附图说明
通过参照下面的说明，权利要求图以及附图，业内人士会理解并赞赏本发明的这些以及其它特征、优点和目的。
附图中：
图1是依据本发明的第一实施例建立的辐射发射器的透视图；
图2是图1中示出的辐射发射器器件的顶视图；
图3是图1和2中示出的辐射发射器器件沿图2中表示的线3-3′截取的剖视图；
图4是可从其建立图1-3中示出的辐射发射器器件的引线框架子组件的侧视图；
图5是依据本发明的制造辐射发射器器件的方法被颠倒并且插入到模具中的图4所示的引线框架子组件的透视图；
图6是沿图5中的线6-6′截取的部分剖视图，其示出第一造型步骤之前的图5中所示的被颠倒并且插入到模具中的引线框架子组件的一部分；
图7是沿图5中的线6-6′截取的部分剖视图，其示出第一造型步骤之后的图5中所示的被颠倒并且插入到模具中的引线框架子组件的一部分；
图8是沿图5中的线6-6′取的部分剖视图，其示出最后造型步骤之后的图5中所示的被颠倒并且插入到模具中的引线框架子组件的一部分；
图9是从模具中取出后的最终引线框架组件的侧视图；
图10是一个流程图，示出用来生产依据本发明的辐射发射器器件的本发明方法的各步骤；
图11是依据本发明的第二实施例建立的辐射发射器器件的剖面图；
图12是依据本发明的第三实施例建立的辐射发射器器件的透视图；
图13是依据本发明的第四实施例建立的辐射发射器器件的透视图；
图14是图13中示出的辐射发射器器件的分解透视图；
图15是依据本发明的第五实施例建立的辐射发射器器件的透视图；以及
图16是示出常规T-1 3/4LED器件和图1-13中示出的本发明T-13/4LED器件的作为外加功率的函数的平均归一化光通量。
具体实施方式
现详细涉及本发明目前的各优选实施例，这些实施例的例子在各附图中示出，只要可能，附图中使用相同的参照数字以表示相同的或类似的部分。
出于描述的目的，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”以及它们的派生术语相对于本发明为观察者沿着光源的主轴直接观看辐射发射器件那样。但是，应理解，除了明显相反的规定，本发明可采取各种替代定向。还要理解，在附图示出的并在下面的说明中描述的具体器件只是附后的权利要求书中所定义的本发明原理的示范实施例。从而，和本文所公开的实施例有关的特定尺寸、比例以及其它物理特性不认为是限制，除非权利要求书另外明确指出。
本发明的数个实施例总体上涉及一种用于高、低功率应用的改进型光辐射发射器件。本发明的这些实施例特别好地适用于功率受限的应用，例如交通工具、便携灯和专业照明。对于交通工具，我们指的是陆上车辆、船、飞机和载人飞船，包括但不限于小汽车、卡车、面包车、公共汽车、娱乐车辆(RV)、自行车、摩托车和机动自行车、机动车、电动汽车、电动车、电动自行车、轮船、艇、气垫船、潜水艇、飞机、直升飞机、空间站、航天飞机等等。对于便携灯，我们指的是轻便提灯，诸如用于采矿、登山、洞穴探窥的头载灯或头盔上的灯、手持闪光灯等等。对于专业照明，我们指的是建筑物中电力故障、烟火积聚期间激励的应急照明、显微镜载物台照明器、用于信号的广告牌前，后灯等等。本发明的发光组件可用作为照明器或者指示器。其中可采用本发明的一些例子在J.Roberts等的于2000年10月29日申请的，标题为“使用半导体辐射发射器插件的指示器和照明器”的共同转让的美国专利申请09/425792中公开。
本发明的一些实施例提供一种用于交通工具、便携照明和专业照明的高可靠、低电压、长寿命光源，其能够提供带有充分光强的白光以便能足够好看见地照明所关心的对象并且具有充分的表观颜色和反差从而容易辩认。本发明的几种辐射发射器器件非常适宜和交流或直流功率源，脉宽调制直流功率源以及电子控制系统一起使用。本发明的辐射发射器件还可以用于发射各种颜色的光和/或发射不可见的辐射例如红外和紫外辐射。
如文中使用那样，术语“辐射发射器”和“辐射发射器件”应包括任何产生并发射光或非光辐射的结构，而术语“光辐射发射器”或“光辐射发射器件”包括那些发射包含可见光、近红外(IR)辐射和/或紫外(UV)辐射的光辐射的辐射发射器。如前面指出的那样，光辐射发射器可包含电致发光源或其它固态源和/或光致发光或其它源。电致发光源的一种形式包括半导体光辐射发射器。对于本发明，“半导体光辐射发射器”包括任何通过电致发光的物理机制在电流通过半导体元件或材料的情况下发射波长在100nm和2000nm之间的电磁辐射的半导体元件或材料。本发明的半导体光辐射发射器的基本功能是把传导的电功率转换成辐射的光功率。半导体光辐射发射器可包括任何现有技术周知的并且在各种各样的现有技术器件中使用的典型红外、可见光或紫外LED片或模片，或者它可以是半导体光辐射发射器的任何如下面说明那样的替代形式。
可在本发明中使用的半导体光辐射发射器的替代形式是发光聚合物(LEP)、聚合物发光二极管(PLED)、有机质发光二极管(OLED)等。这些材料和用它们做成的光电结构电气上类似于传统的无机质LED，但是依赖于有机合成物，例如用于电致发光的导电聚合多苯胺的衍生物。这样的半导体光辐射发射器是相对新的，但是可以从Cambridge Display Technologg公司和加州Santa Barbara的Uniax公司得到。
为了简便，术语“半导体光辐射发射器”可以用术语LED或者上面说明的现有技术上已知的发射器的替代形式代替。适用于本发明的发射器的例子包括各种各样的带有用于电气连接的相关导电通路和垫片的LED片，而且这些LED片主要在AlGaAs、AHnGap、GaAs、Gap、InGaN、AHnGaN、GaN、SiC、ZnSe等的掺杂非有机质混合物内的PN结或NP结处发射。
由于当机械地或者电气地通断切换几百万次时LED不具有明显的可靠性或现场服务寿命的下降，LED是本发明的辐射发射器件中使用的优选电致发光光源。LED的光强和照度在大范围的条件下近似相对于外加电流的线性响应函数，从而能以相对简单的方式控制LED的光强。最后，新生代的AlInGap、AlGaAs、InGaN、AlInGaN和GaN LED每流明或每堪德拉的可见光吸取的电功率小于白炽灯吸取的电功率，从而导致成本更加低廉、紧凑和重量轻的照明灯导线束、保险丝、连接器、电池、发电机、交流发电机、开关、电子控制装置和光学装置。前面已经提到一些例子并且把它们包含在本发明的范围之内，但是应理解本发明上具有在提及到的具体应用之外的其它不明显背离本文的教导并且从而包含在本发明的范围内的明显应用。
可在本发明的光发射组件中使用的另一种优选辐射源是光致发光源。光致发光源通过部分地吸收可见或不可见辐射并且重发可见辐射产生可见光。光致发光源是磷光和荧光材料，包括荧光染料、色料、晶体、基片、涂层以及发光体。这样的荧光或磷光材料可以通过LED或其它辐射发射器激励，并且可以设置在LED器件之内或之上，或者设置在分立的光学元件，例如不与LED器件集成的透镜或漫射体之内或之上。后面进一步说明使用荧光或磷光源的示范结构。
图1-3示出依据本发明的第一实施例建立的辐射发射器器件10。如所示，辐射发射器10包括密封体12，第一和第二电引线14、16，以及辐射发射器35。密封体12密封发射器35和电引线14、16各自的一部分。电引线14和16可具有分别选用的支托18和20，设置这些支托以帮助THD应用中该器件的自动插入。
如图3中最佳示出的那样，第一电引线14的上端向外水平延伸并定义一个反射杯36，辐射发射器35最好固定在该反射杯36上。可以通过小片连接(未示出)或者通过导线接合或其它连接件完成辐射发射器35的第一接触端子与第一电引线14的电气连接。器件10还包括用于把辐射发射器35的第二接触端子电气连接到第二电引线16上的导线接合38或其它装置。第一引线14和第二引线16的上端由于它们的隔开关系，以及密封体12最好由具有相对高的电阻的材料制成的事实彼此是电绝缘的。
图1-3中示出的辐射发射器器件10将具有和常规5mm/T-13/4LED器件或3mmT-1器件相同的相关尺寸和形状，并且相应地，密封体12包括下缘22和平侧面24，它们帮助自动插入机对准该辐射发射器器件。
如图3中最佳示出那样，在辐射发射器35上和导线接合38的至少一部分上设置一个光学团顶(glob-top)40或者其它光学或物理缓和器。团顶40可用硅酮或硅橡胶制成并且可选用地包括磷或其它磷光材料。采用团顶40的好处是在造型处理期间保护辐射发射器35以及它与导线接合38的连接。后面将进一步讨论设置团顶40的其它优点。
本发明的辐射发射器器件10的密封体12包括至少二个功能区段30和32以及一个区段30和32之间的过渡区31。基于发明小组的下列认识设置这二个分离的功能区段30和32，即密封体的不同部分可以起和密封体的其它部分不同的作用，例如可使第一区段30具有至少一个和第二区段32不同的特性，从而优化由特定区段实现的功能的性能。例如，第一区段30应至少部分地对从辐射发射器35发射的辐射波长是透明的，而第二区段32不必对这些波长是透明的。这允许本发明的辐射发射器器件利用第二区段中的高性能功率半导体封装和传送模塑复合物的特别好处。这些特性可以包括相对低的热膨胀系数；相对高的热传导率；相对高的Tg；相对高的比热；对氧、空气或水蒸气相对低的透气率；以及相对高的物理强度性能。在这些方面中的许多方面，用来封装或罐封许多高功率非光电子器件的复合物远远优于传统上用于常规光电发射器的复合物。这种差异的一个主要原因是，所讨论的高性能材料通常是不透光的混合物-即对分立光电发射器器件发射的辐射频带是不透光的。这些功能上有吸引力的材料的不透光性固有地和它们的有益特性连接在一起(例如借助于性能增强的矿物、金属和金属氧化物填充剂)，并且从而，由于它们的不透光性，以前不考虑把这些材料用于光电元件。然而，通过把这样的材料的使用限制在密封体12的一个不要求透光性的区段上，本发明享有这些材料特性的全部好处。
密封体12的第一区段30最好实质上是透光材料以提供光学性能。第一区段30可选用地是部分漫射的。第一区段30可以用任何常规的通常用于光电发射器器件的透光密封剂制成。透镜12的第一区段30最好覆盖，包围、保护和支承辐射发射器35，小片连接(若存在)以及和辐射发射器35连接的任何导线接合38的一部分。
密封体12的第一区段30可以由二个或更多的部分构成，其最内部的部分是在本发明的密封体的第一造型阶段之前对辐射发射器35预施加的硅酮或硅橡胶团顶40。第一区段30的该最内部的部分可替代地是可能含有部分透光或透光填充物或漫射物的高性能环氧树脂、硅酮、尿烷或其它聚合物材料。
密封体12的第一区段30最好由包含实质上对辐射发射器35发射的辐射透明的光环氧树脂混合物的复合物做成。然而，也可以使用其它透光材料，并且该材料不必是对该辐射发射器的主发射频带之外的频带透光的。
密封体12的第二区段32最好由优化密封体12的该区段的功能的材料做成。如前面指出那样，第二区段12不必是透光的。但是，区段32的专门作用通常是使严重故障，应力及来自传播到导电引线14、16上的机械应力的累积疲劳为最小。不仅可在不必透光的情况选择更好地适用于该用途的材料，该材料还可以具有更高的强度特性，包括更高的拉伸和压缩强度、粘附力和/或粘聚力。
密封体12的第二区段32的另一个作用是充当氧气、分子水蒸气或者其它在别的情况下可能经过第二区段32或者经过引线14、16和密封体12之间的界面向上传播到该器件内的反应物的障碍。这样，第二区段32应该有效地保护辐射发射器35、小片连接(若存在)、导线接合38、引线框架制板的各密封部分，以及其它包括任何可能存在的光致发光材料的内部器件组成部分免受氧气、分子水蒸气或其它反应物的影响。由于密封体12的第二区段32不必是透光的，因此可以建立和常规透光密封剂相比阻挡性能改进的第二区段32。
第二区段32可具有的更明显不同于第一区段30的特性之一可能是改进的热特性。为了达到较低的器件热阻，第二区段32最好具有高导热率，至少在包围电引线14和16的关键区域中以及在与支承辐射发射器35的引线部分的热耦合(即，反射杯36，若存在的话)中。为了相对于焊接操作保持相对高的热阻保护，密封体12的第二区段32的底部不比支托18和20(若存在)，或者若不存在这些支托时不比在引线上指定的实际上在加工期间不和熔化的焊料接触的等效点更靠近电引线14、16的可焊接部分或端头。
通过使密封体12的第二区段32具有高热容，第二区段32可帮助抑制加工或操作期间的瞬时温度尖峰。另外，通过使第二区段32具有低的热膨胀系数，使来自器件内的热膨胀和收缩的严重故障，应力和累积疲劳为最小。
为了达到密封体12的第一、第二区段30、32的不同功能特性，这二个区段可以具有不同的物理特性。这些物理特性可以是结构上的或成分上的。可以对第一和第二区段30、32采用相同的通用复合物但是产生二个区段内的颗粒大小或微结构定向上的改变以得到这种不同的结构特性。在造型工序期间通过退火、辐射固化或者其它辐射处理不同地处理这二个区段可以改变这些结构特性。另外，可以对构成密封体12的区段中的一个或多个区段施加磁场来改变微结构定向。
在采用二种不同的复合物形成第一和第二区段30、32的情况下，这些材料复合物最好对于在同一模具中的造型是相容的，如下面参照用来完成本发明的一优选实施例的本发明的流程进一步讨论那样。通过整体地造型第一和第二区段30、32，可以在区段30和32之间的过渡区31处形成粘结接合。对于改进该密封体的整体强度和防止在别的情况下可能存在的氧气、水蒸气或其它反应物经区段30和32之间的任何界面到达辐射发射器35，这种粘结接合是希望的。另外，这种粘结接合提供外表面的连续性。如后面讨论那样，希望第一和第二区段30、32中使用的复合物在过渡区31中是部分混合的。过渡区31可以是密封体12的相当窄的横截面，或者如果利用第一和第二区段30、32的复合物形成复合物梯度(gradient)则该横截面可以是较宽和较大的。
使密封体12的第二区段32不透光的另一个优点是实际上可以减少从器件10的背反射。当光传感器和辐射发射器件10安装在同一个机架内时(当这种辐射发射器器件安装在汽车的电致变色后视镜组件中时通常为这种情况)，这种背反射可能是一个问题。
在说明了本发明的辐射发射器件的总体物理结构后，下面说明一种制造这种辐射发射器器件的本发明的方法。然而应理解，可以利用其它方法制造辐射发射器器件10。
图10示出表示该发明的方法的步骤和选用步骤的流程图。在参照图10的同时参照示出器件装配的各个阶段的图4-9。该方法的第一步骤100是准备引线框架。图4中示出引线框架的一个例子并且用参照数字52表示。可以利用任何常规技术以任何常规构型制造引线框架。引线框架52最好由金属制成并且可以是冲压的以及可选地是后电镀的。引线框架52还可以任选地经受超声或其它清洁处理。如图4中所示，引线框架52包括用于多个辐射发射器器件的第一和第二导电引线14和16。通过实际上垂直于各引线14和16的第一连杆54和第二连杆56把各引线14和各引线16保持在一起。引线框架52还可以包括垂直框杆58，它们在引线框架52二端处的第一和第二连杆54、56之间以及在引线对14和16之间延伸。
引线框架52最好还构形成包括位于第一电引线14的一端处的支承(最好为反射杯36)。反射杯36可抛光或电镀以增大它的反射率。
该流程的下一个步骤(步骤102)是把一个或多个辐射发射器35放在引线框架52上的各个反射杯36中。在该最优选实施例中，辐射发射器35是LED片并且通过导电环氧树脂连接或易熔接合方式被小片接合到每个杯36或该引线框架中的其它支承结构中/上。如果采用的话，LED芯片可以是常规LED片或者任何随后形成的LED片或其它辐射发射器。作为该步骤的一部分，可以任选地通过抽真空并接着固化/冷却对接合环氧树脂脱气。在上面这些工序之后，该结构接着可以选用地经受超声或其它清洁处理。
对于该最优选实施例，接着利用接合导线对各辐射发射器35进行导线接合以建立用于辐射发射器35的所需导电通路(步骤104)。接着，在步骤106中，在辐射发射器35上沉积一个任选的磷光体团顶或者其它光学或物理缓和器。请注意可以使用一个以上这种光学或物理缓和器(例如，可以首先施加并固化/干燥一个磷光体然后施加一个硅酮团顶)。不论该步骤施加什么，接着通常是干燥和固化它(步骤108)。任选地，在进入下一个步骤之前可以通过抽真空对任何这种选用的光学或物理缓和器脱气。
下一个步骤(步骤110)涉及任选地在反射杯36内施加透明环氧树脂并且随后是选用的可通过抽真空完成的脱气步骤。可进行该供选用的施加透明的环氧树脂以防止在随后的造型操作期间在反射杯中和其周围形成气泡。所施加的透明环氧树脂可以和在后面进一步说明的第一造型阶段所施加的相同的材料。在步骤110后，完成引线框架子组件50(图4)的构建并且这样的子组件已准备就绪，可进行造型。
从而下一个步骤(步骤112)颠倒引线框架子组件50并且把该引线框架子组件的各部分插入和对齐模具60中形成的各封装型腔62里。如图5中所示，该模具最好包括多个用于安放并相对于各型腔62把引线框架子组件50对齐在适当位置上的引线框架支承64。图6示出一个这样的型腔62的剖面图，图中带有颠倒并插到腔62中的对应的引线框架子组件50的相应部分。
下一个步骤(114)进行第一阶段的封装，以便把透明环氧树脂透镜材料散布(最好通过注入)到封装型腔62中。最好采用精确的测量或反馈以把该透明环氧树脂刚好填充成达到或超过反射杯36的颠倒的边缘处，或者出于某种原因该器件中没有该反射杯的情况下达到或超过辐射发射器35的表面处。例如见图7。接着，进行选用的脱气步骤(步骤116)以通过抽真空从该透明环氧树脂去掉气泡。接着选用地进行预固化该透明环氧树脂的步骤(118)。该选用的预固化可以只是使二种主封装材料的自由混合为最小的固化，而不必强到防止某种混合。确信对于均匀强度、粘结接合等过渡边界31内的轻度混合是有用的。
下一个步骤(步骤120)是进行第二阶段的封装造型，其中在型腔62内散布(最好通过注入)基环氧树脂从而填充型腔62的剩余部分。最好采用精确的测量或反馈以便刚好填充到器件本体的设计底部或者刚好填充到支托18和20(如果有的话)的顶部。图8示出第二阶段后的被适当填充的型腔62。
在步骤120后，选用地进行步骤122，从而通过抽真空对其封装材料脱气以去掉气泡。
接着，在步骤124，在对任何其它以前部署的尚未完全固化的材料进行残余固化的同时固化该基封装材料。接着，在步骤126，该接近完成的引线框架结构从模具60弹出。接着可进行选用的后固化步骤128并且选用地跟着进行清洁/修边步骤。图9中示出所得到的结构。
下一个步骤是单个化步骤132，从而从完成的引线框架组件切掉第二连杆56和垂直引线框架杆部件58，以及在第一和第二电引线14、16之间为每个器件并且在每个器件之间切断第一连杆54。如果不需要支托，可全部去掉第一连杆54，反之，留下的连杆54的一部分可充当支托18和20。
在单个化步骤132之后，可进行供选用的测试步骤134，并且接着可对器件打包和发货。下面参照本发明的各替代实施例讨论该方法的变型。
图11示出依据本发明的第二实施例建立的辐射发射器器件150。器件150和前面讨论的部件10的不同在于它包括多个辐射发射器35a和35b。二个发射器35a和35b可安装在一个共用的反射杯36中或者可安装在设置在同一个或不同的引线上的分开的杯中。取决于所需的电气连接和控制，可设置附加的引线166。辐射发射器35a和35b可串联或并联连接，并且可以是相同的或具有不同的结构从而发射波长不同的光。在一优选实施例中，发射器35a和35b发射二进制互补性质的光以产生高效白色光。在Robert R.Turnbull等于1996年6月16日申请的标题为“含有发光二极管的照明器组件(Illuminator AssemblyIncorporating Light Emitting Diodes)”的共同转让的美国5,803,579号专利中公开了适用于这种应用的LED芯片和器件。
用来形成密封体12的第二区段的基环氧树脂可以不仅在成分上而且还在或者替代地在一种或多种物理性质(感兴趣波长处的频谱透过率、一个或多个感兴趣波长处的漫射性质、微晶结构、强度、热传导率、CTE、Tg等)上和形成第一区段30的透明透镜环氧树脂不同。第一区段30和第二区段32之间的过渡区段31可出现在过渡边界区段31处，它可以是窄的(产生性质上更急剧的过渡)或者是宽的(产生性质上更平缓或更渐变的过渡)。如前面讨论的那样，透镜环氧树脂和基环氧树脂之间的不同可以是成分上的并且可以通过在制造过程使用二种不同的材料混合物实现。区段30和32之间的窄的过渡边界区段31则可通过确保二种成分实质上是不能混合的或者通过在添加另一种材料之前轻度地或彻底地预固一种材料实现。宽的边界区段31可通过在添加第二材料之前不彻底预固化第一材料或者通过确保二种材料的配方允许它们边界处的某种程度的混合来实现。
在希望透镜环氧树脂和基环氧树脂之间的不同主要不在成分上不同而是在物理上不同的情况下，如果前面提到的手段不够，则可以采用替代手段达到这一点。例如，对成分相同的基环氧树脂部分的材料特性增强可以通过在散布到模具中后对基环氧树脂部分进行后处理达到。这种后处理可以是差温加热(例如通过在模具中实现温度梯度或者通过使用分层加热炉或使用分层的加热气流)。这种预处理可以附加地或替代地是利用带状红外、紫外、可见光、微波或X射线的或者其它电磁辐射源的或者通过电子束或其粒子束的差分照射(diffierential irradiation)。同样，可以通过在散布之前、期间或之后使全部或部分器件材料对电场、磁场、离心/向心力或重力暴露来实现某些微结构效果(颗粒迁移、分层、定向、大小、团聚等)。
图12示出依据本发明的第三实施例构建的辐射发射器器件。图12中示出的器件200构形成具有和惠普公司的SuperFlux或Piranha器件一样和尺寸和形状。但是，如图所示，器件200的不同在于它含有按和前二个实施例一样的方式施加的具有第一区段230和第二区段232的密封212。
图13和14示出依据本发明的第四实施例构建的辐射发射器器件250。从图13和14中可清楚地看到，该第四实施例意图在尺寸和形状上仿造惠普公司的SnapLED器件。通过使本发明的各实施例在尺寸和形状上仿造常规产品，可以不必对提供电路板的设备进行任何修改的情况下方便地使用本发明的器件替代常规器件。另外，通过使这些实施例仿造常规结构，可以利用制造常规器件的相同密封型腔来制造本发明的各实施例，从而不必显著地修改用来制造这些辐射发射器器件的设备。
图15示出依据本发明的第五实施例构建的辐射发射器器件300。器件300包括一个从密封体向外延伸并和各电引线分离的附加排热件310。在前面引用的美国共同转让的09/426,795号专利申请中公开了其它采用排热件的适用结构。
在图15中示出的结构下，可能需要在密封中直接形成一个密纹透镜例如菲涅耳(Fresnel)透镜。当在单个分立LED器件中设置不同颜色的LED芯片从而其中来自各片的光混合形成另一种颜色例如白色光时这是特别有好处的。还可以把一个反射元件固定在器件的光输出表面上以便进一步改进从器件发出的光。在John K.Roberts于2001年2月19日申请的标题为“带有密纹透镜的辐射发射器器件(RadiationEmitter Device Having A Micro-groove Lens)”的共同转让的美国60/270,054号专利申请中公开了一种具有一个密纹透镜以及这种反射元件的LED器件的一个例子。
通过下面的例子进一步阐明本发明，该例子的意图是作为本发明的一个范例而不是在任何方式上限制本发明。
                           例子
为证明本发明的有效性，构造并测试二种LED器件。第一个LDE器件是常规的T-13/4LED器件，第二个LED器件除了密封体12包括如前面本发明的第一实施例公开的第二区段32之外具有相同的结构。该常规T-13/4LED器件是利用可从Dexter Electronic Materials Division买到的HYSOLOS4000透明环氧树脂构造的。该发明的T-13/4LED器件用相同的透明环氧树脂构建第一区段30。但是，第二区段32是利用也可以从Dexter公司买到的HYSOLEO0123铸塑复合物形成的。接着二个LED器件在直流和室温下操作，测量它们的平均归一化光通量并且画成图16中示出的曲线。从该曲线清楚地看到，该发明的LED器件具有大得多的光通量，尤其在功率较大时。
从该例子应理解，本发明的LED器件相对于常规LED器件在各个指定的功率级下的照度的增加表示结操作温度的降低以及组件热阻的减小。
尽管把本发明一般地描述成当器件的主光轴为垂直时在密封体中采用二个或三个基本垂直排列的区段，但是应理解，这些区段可以定位成彼此在中央光轴的左侧或右侧或者一个在内而其他在外。可以通过从外到内的“固化梯度”以便内部不完全固化并且在该辐射发射器器件寿命的一段时间内保持是软的，从而实现密封区段的这种内/外排列。通过利用辐射发射器35自身生成的热固化LED的内部，也能采用这种构形。当需要低残余机械应力时这是有益的。
在本发明的一些实施例中，在不减小热阻(结到引线)的情况下减小从辐射发射器结到周围环境的热阻，从而可以在不增加对引线焊接热损伤的敏感性的情况下达到给定功率下更好操作温度(即，较低的操作温度)。
上面的说明只是对各优选实施例的说明。本领域技术人员以及制造或使用本发明的人士会想到各种修改。从而，应理解，在附图中示出并在上面说明的各实施例仅是示意目的并且不是起限制本发明的范围的目的，而本发明的范围是由下面的按照专利法的原则(其中包括等同原则)，解释的权利要求书定义的。

Claims (74)

1.一种辐射发射器件，包括：
至少一个辐射发射器；
电气上和所述辐射发射器耦接的第一和第二电气引线；以及
一个构形成密封所述辐射发射器并密封所述第一、第二电气引线的一部分的整体密封体，所述密封体至少具有第一区段和第二区段，该第二区段呈现至少一种不同于该第一区段的特性。
2.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述至少一种不同特性是物理特性。
3.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述至少一种不同特性是光学特性。
4.如权利要求3的辐射发射器件，其中所述至少一种不同特性是透光度。
5.如权利要求3的辐射发射器件，其中所述至少一种不同特性是扩散率。
6.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述至少一种不同特性是热特性。
7.如权利要求6的辐射发射器件，其中所述至少一种不同特性是热膨胀系数。
8.如权利要求6的辐射发射器件，其中所述至少一种不同特性是比热。
9.如权利要求6的辐射发射器件，其中所述至少一种不同特性是玻璃转化温度。
10.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述至少一种不同特性是结构特性。
11.如权利要求10的辐射发射器件，其中所述至少一种不同特性是拉伸强度和压缩强度中的至少一种。
12.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述至少一种不同特性是成分特性。
13.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述辐射发射器安装在所述第一和第二电气引线之一上。
14.如权利要求1的辐射发射器件，还包括从所述第一和第二电气引线之一延伸到所述辐射发射器的导线接合。
15.如权利要求1的辐射发射器件，其中该至少一种不同特性包括下述中的至少一个：机械强度、热传导率、热容、比热、热膨胀系数、粘附力、防氧性、防潮性以及对所述辐射发射器发射的辐射的透射率。
16.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述区段之一至少部分地对从所述辐射发射器发射的辐射是透射的。
17.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述密封体的一个区域构形成充当一个透镜。
18.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述密封体的所述第一区段的一个区域构形成充当一个透镜。
19.如权利要求18的辐射发射器件，其中所述密封体的所述第二区段构形成保持所述电气引线。
20.如权利要求19的辐射发射器件，其中在所述密封体的一个不同于任何从其延伸所述电气引线的侧面的侧面上形成所述透镜。
21.如权利要求20的辐射发射器件，其中其上形成所述透镜的侧面和从其延伸所述电气引线的侧面相对。
22.如权利要求20的辐射发射器件，其中其上形成所述透镜的侧面和从其延伸所述电气引线的侧面相邻。
23.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述电气引线是可波焊的。
24.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述辐射发射器是LED片。
25.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述辐射发射器是PLED。
26.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述辐射发射器是OLED。
27.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述辐射发射器是LEP。
28.如权利要求1的辐射发射器器件，其中所述辐射发射器是半导体光辐射发射器。
29.如权利要求1的辐射发射器器件，其中所述至少一个辐射发射器包括都由所述密封体密封的第一辐射发射器和第二辐射发射器。
30.如权利要求29的辐射发射器件，其中所述第二辐射发射器是LED片。
31.如权利要求29的辐射发射器件，其中所述第二辐射发射器是光致发光发射器。
32.如权利要求29的辐射发射器件，其中第一辐射发射器是LED片，所述第二辐射发射器是光致发光发射器。
33.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述密封体的所述第一区段是透光的并且从所述辐射发射器延伸到所述密封体的光输出表面。
34.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述第二区段具有比所述第一区段低的热阻。
35.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述第二区段具有比所述第一区段高的热容。
36.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述第二区段具有比所述第一区段高的机械强度。
37.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述第二区段具有比所述第一区段低的热膨胀系数。
38.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述第二区段具有比所述第一区段大的粘着强度。
39.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述第二区段具有比所述第一区段低的透氧性。
40.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述第二区段具有比所述第一区段低的透潮性。
41.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述第二区段具有比所述第一区段高的比热。
42.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述密封体的所述第一和第二区段粘着地接合。
43.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述整体密封体是混杂的。
44.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述电气引线从所述密封体实际上不垂直地延伸到该器件的光轴。
45.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述第一和第二区段是用不同的复合物做成的，并且其中所述区段之间存在这些不同复合物的梯度式混合。
46.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述密封体的二个所述区段都由热固材料做成。
47.如权利要求1的辐射发射器件，其中所述密封体是整体造型的。
48.如权利要求1的辐射发射器件，还包括一个设置在所述辐射发射器上方的团顶。
49.如权利要求48的辐射发射器件，其中所述团顶包含光致发光材料。
50.一种光辐射发射器件，包括：
一个光辐射发射器；
电气上和所述光辐射发射器耦接的第一和第二电气引线；以及
一个构形成密封所述光辐射发射器并密封所述第一、第二电气引线的一部分的整体成型密封体，所述密封体由实质上对所述辐射发射器发射的辐射是透光的，第一复合物以及特性和所述第一复合物不同的第二复合物制成。
51.如权利要求50的辐射发射器件，其中所述第一和第二复合物实际上分离在所述密封体的不同区域中。
52.如权利要求50的辐射发射器件，其中所述第二复合物实质上是不透光的。
53.如权利要求50的辐射发射器件，其中所述第一复合物实质上是透光的。
54.如权利要求50的辐射发射器件，其中所述第二复合物具有比所述第一复合物低的热阻。
55.如权利要求50的辐射发射器件，其中所述第二复合物具有比所述第一复合物高的热容。
56.如权利要求50的辐射发射器件，其中所述第二复合物具有比所述第一复合物高的机械强度。
57.如权利要求50的辐射发射器件，其中所述第二复合物具有比所述第一复合物低的热膨胀系数。
58.如权利要求50的辐射发射器件，其中所述第二复合物具有比所述第一复合物高的粘着强度。
59.如权利要求50的辐射发射器件，其中所述第二复合物具有比所述第一复合物低的透氧性。
60.如权利要求50的辐射发射器件，其中所述第二复合物具有比所述第一复合物低的透潮性。
61.如权利要求50的辐射发射器件，其中所述第二复合物具有比所述第一复合物高的比热。
62.如权利要求50的辐射发射器件，其中所述第一和第二复合物实际上分离在所述密封体的不同区段中，并且在这些区段的界面处粘着地接合。
63.如权利要求50的辐射发射器件，其中所述光辐射发射器安装在所述第一和第二电气引线之一上。
64.如权利要求50的辐射发射器件，其中所述辐射发射器是LED片。
65.如权利要求50的辐射发射器件，其中所述辐射发射器是半导体光辐射发射器。
66.如权利要求50的辐射发射器件，还包括一个设置在所述光辐射发射器上方的团顶。
67.如权利要求66的辐射发射器件，其中所述团顶包含光致发光材料。
68.一种制造辐射发射器件的方法，包括步骤：
把至少一个辐射发射器附着到并且电气耦接到一个引线框架上以形成一个组合件；
把所述组合件插入到一个型腔中；
用第一密封剂材料部分地充填该型腔；
用第二密封剂材料充填该型填的剩余部分；以及
从该型腔取出该密封好的组合件。
69.如权利要求68的方法，还包括在用第二密封剂材料充填型腔的剩余部分之前部分地固化第一密封剂材料的步骤。
70.如权利要求68的方法，还包括在从模具组件中取出密封好的组合件之前固化该第一和第二密封剂材料的步骤。
71.如权利要求68的方法，其中该第一密封剂材料实质上对该辐射发射器发射的辐射是透光的。
72.如权利要求68的方法，其中所述第二密封剂材料是不透光的。
73.一种通过权利要求68的方法构造的辐射发射器器件。
74.一种发光器件，包括：
至少一个LED片；
电气上和所述LED片耦接的第一和第二电气引线；以及
一个构形成密封所述LED片并密封所述第一、第二电气引线的一部分的整体密封体，所述密封体至少具有一个透光的第一区段和一个第二区段，该第二区段具有比所述第一区段高的热传导率。
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