JP2008544577A - 一体ヒートシンクを有する上面実装電力発光体 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、本発明の種々の実施形態を示す図1から図5Bを参照して記述される。図に示されるように、いくつかの構造又は部分の大きさは、説明のために他の構造又は部分に比べて誇張され、さらに本発明の一般構造を示すために提供される。さらに、本発明の種々の態様は、他の構造、部分、又はその双方に形成される構造又は部分に関して記述される。当業者に理解されるように、他の構造又は部分"に"又は"上に"形成される構造への言及は、付加的な構造、部分、又はその双方が介在することを意図する。介在構造又は部分を有さずに他の構造又は部分"に"形成される構造又は部分への言及は、前記構造又は部分"に直接"形成されるとして本書に記述される。
図1は、本発明の一の実施形態に従う装置100の斜視図である。図2は、図1の装置100の分解斜視図である。図3A,3B及び3Dは、図1及び図2の装置100の上面図、側面図、及び底面図を示す。図3Dは、図3Aの線3D−3Dに沿って切られた、そのレンズがない図1及び図2の装置100の断面側面図である。
図1から図3Dを参照し、発光装置100は、上面111及び底面113を有する基材110を含む。前記基材110の上面111の一部は、実装パッド115を規定する。基材110は、例えばアルミニウム(Al)又は銅(Cu)である熱伝導性材料から製造される。アルミニウムが用いられる場合、基材110は酸化アルミニウムの誘電体表面被覆を形成するため陽極酸化される。基材110の陽極酸化は、基材110表面に約0.001〜0.002インチ厚の酸化アルミニウム層を生成する。
複数の導電配線112が基材110の上面111に存在する。図示したように、導電配線112は実装パッド115から基材110の側端117に延びる。導電配線112は、例えば銀(Ag)インクのような導電性材料から製造される。混乱を避けるため、図に示されるすべての配線が参照番号112で指定されているわけではない。前記銀インクは、例えばAg-取込み(load)ポリマ−インクであるポリマーインク、又は例えば摂氏500度で発火するデュポンのAgインクNo7713である厚膜インクとすることができる。基材110の上面111の導電配線112は、前記インクがペースト形態である場合はスクリーン印刷若しくはパッド印刷を用い、又は前記インクが液体形態である場合はジェット印刷を用い、製造されることができる。その後、例えば表面実装リフロー技術と同様にして、温度を上昇してインクが前記表面に接着される。
反射体120が基材110の上面111に取り付けられる。反射体120は、基材110の上面111の一部(導電配線112の一部を含む)を覆い、一方で他の部分は露出させる。反射体120は一般に実装パッド115を囲む。反射体120は一般に円筒形を有し、装置100の他の部分と結合して図示するような光キャビティ122を規定する開口を規定する。つまり、反射体120は、それが囲む光キャビティ122を部分的に規定する。図3Dにより明確に示されるように、反射体120は、光キャビティ122を囲む傾斜表面126を有する。光素子130からの光を所望の方向に反射するよう、傾斜表面126は鏡面仕上げ又は研磨されている。他の実施形態において、光素子130からの光を拡散するため、傾斜表面126は拡散格子を有してもよい。
少なくとも1つの光素子130は、実装パッド115で少なくとも1つの導電配線112に取り付けられる。光素子130は例えば、発光ダイオード(LED)チップ又はレーザであることができる。光素子130は又、ボンドワイヤ132を用いて他の配線に取り付けられることができる。LEDは、電流で励起されたときに典型的に発光する半導体ダイオードである。前記LEDに用いられる材料に基づき、種々の色が生成されることができる。単に例として、LEDに一般に用いられる材料は、
アルミニウムインジウムガリウムリン (AlInGaP);
インジウムガリウム窒素 (InGaN);
アルミニウムガリウム砒素 (AlGaAs);
ガリウムリン (GaP);
インジウムガリウム窒素 (InGaN);
インジウムガリウムアルミニウムリン;
炭化ケイ素(SiC);
である。
光キャビティ122は、図2に参照数字124で示されるカプセル材料で充填されることができる。前記カプセル材料は、光キャビティ122内に注入されて光素子130を包み、光キャビティ122を充填して凝固させる。前記カプセル材料の凝固した形態は、参照数字124で図2に示される。カプセル材料124は光学的に透明なシリコーンエポキシであることができる。しかし、いくつかの用途において、カプセル材料124は、光強度、演色(color rendering)、又は両方の所望の均一性を得るため、拡散物質(diffusant)、蛍光物質、又は両方を含んでもよい。例えば、光素子130から光を拡散させるため、カプセル材料124は二酸化チタン、硫酸バリウムの粒子を含んでもよい。前記蛍光物質は、第1の波長を有する光を吸収し、第2の波長を有する光を放射する材料を含む。例えば、黄リンは青色光を吸収し、黄色光を再放射(re-emit)する。
レンズ150は、反射体120、カプセル材料124、又はその両方の上に配置されることができる。レンズはカプセル材料124に接触し、次にカプセル材料124は光素子130に接触する。従って、レンズ150は光素子130に光結合される。例えば、所望の放射パターンを得るための光の屈折のように、レンズ150は、光素子130からの光の画像操作を行うよう構成される。
ヒートシンク140は基材110の底面113に取り付けられ、又は基材110の一体部分である。図示された実施形態において、ヒートシンク140は4つの熱放散フィン140を有する。他の実施形態において、ヒートシンク140は、種々の形状及びサイズに実行する(implement)ことができる。例えば、ヒートシンク140は、表面積を増大させて熱放散を高めるため、あらゆる形状のフィン、スロット(slot)、又はその両方を含むことができる。ヒートシンク140は、例えば金属又は熱伝導性プラスチックのような熱伝導性材料から製造される。
図4は、例えば図1の発光装置100のような装置の製造方法を示すフローチャート170である。図2及び図4を参照すると、まず、上面111及び底面113を有する基材110が提供される。上面111の部分115は実装パッド115を規定する。基材110は、その上面111に導電配線112を有する。ステップ172。その後、少なくとも1つの光素子130が実装パッド115に取り付けられ、前記光素子が少なくとも1つの導電配線112に接触する。ステップ174。その後、反射体120が基材110上面111に取り付けられる。反射体120は実装パッド115を囲み、部分的に光キャビティ122(図3Dに示される)を規定する。ステップ176。さらに、カプセル材料124がキャビティ122内に分注される。ステップ177。最後に、及び任意に、レンズ150が取り付けられる。ステップ178。
図5Aは、本発明の他の実施形態に従う装置190の斜視図である。図5Bは、図5Aに示す装置190の底面図である。図5A及び図5Bを参照すると、発光装置100(図1から図3Dの発光装置100と同一の構造を有する)は、例えばプリント回路基板(PCB)192のようなPCB192(プリント回路基板)の開口内に実装される。回路基板(board)192は前面191と背面193とを有し、背面193に接続配線194を備えている。発光装置100が前記開口内に実装されると、少なくとも1つの導電配線112(図1,2及び3Aに示される)が回路基板192の少なくとも1つの接続配線194と一列に並び、電気的接続が行われる。さらに、例えば表面実装リフロー技術を用い、基材110の上面111の導電配線112が、回路基板192の配線194に半田付けされることができる。さらに、例えば、はんだ、エポキシ樹脂、又はコネクタのような取付け媒体(mounting medium)により、発光装置100が回路基板192に固定されてもよい。組立て品において、いかなる電気回路も含まず、本発明によってのみ達成される特徴である鏡を形成する光学的反射材料で被覆される上面192から離れた方向に光が放出される。
上記の内容から、本発明は新規で、従来の技術に対する優位性を提供することが明らかである。本発明の特定の実施形態が上記に記述され説明されるが、本発明はそのように記述され説明された特定の形態又は配置の部品に限定されない。例えば、本発明を実行するため、異なる構造、大きさ、又は材料が使用されてもよい。本発明は以下の特許請求の範囲によって限定される。
Claims (31)
- その一部が実装パッドを規定する上面、及び底面とを有する基材と;
前記実装パッドから前記基材の側端へ延びかつ導電性材料を含む、前記基材の前記上面の複数の導電配線と;
前記基材の前記上面に取り付けられ、前記実装パッドを囲む一方で前記基材の前記上面の他の部分と前記導電配線の一部とを露出させ、部分的に光キャビティを規定する反射体と;
前記実装パッドで少なくとも1つの導電配線に取り付けられた少なくとも1つの光素子と;
前記基材の前記底面に取り付けられたヒートシンクとを含む装置。 - 前記光素子は発光ダイオード(LED)及びレーザの少なくとも1つである請求項1記載の装置。
- 前記基材は熱伝導性材料を含む請求項1記載の装置。
- 前記基材は、アルミニウム(Al)及び銅(Cu)から成る群から選ばれる材料を含み、さらに前記基材と前記導電配線の間に誘電体層を含む請求項1記載の装置。
- 前記誘電体層は、ガラス被覆、ポリマー、及び陽極酸化基材物質から成る群から選ばれる材料を含む請求項4記載の装置。
- 前記光素子は、少なくとも1つの導電配線にワイヤーボンディングされている請求項1記載の装置。
- 前記光キャビティを充填するカプセル材料をさらに含む請求項1記載の装置。
- 前記カプセル材料に接触して前記光素子に光結合されるレンズをさらに含む請求項7記載の装置。
- 前記カプセル材料は、拡散物質及び蛍光物質の少なくとも1つをさらに含む請求項7記載の装置。
- 前記カプセル材料は、二酸化チタン、硫酸バリウムから成る群から選ばれる材料をさらに含む請求項7記載の装置。
- 前記カプセル材料は、第1の波長を有する光を吸収し、第2の波長を有する光を放射する蛍光物質をさらに含む請求項7記載の装置。
- 前記前記上面は光学的に反射する請求項1記載の装置。
- 前記反射体は、前記光キャビティを囲む光学的反射面を有する請求項1記載の装置。
- 前記光学的反射面は、拡散格子を有する請求項13記載の装置。
- 前記上面は酸化アルミニウムを含む請求項1記載の装置。
- 前記導電配線は銀を含む請求項1記載の装置。
- 前記基材はプラスチックを含む請求項1記載の装置。
- 前記基材は、グラファイト若しくはセラミックスのような熱伝導性材料、又は二酸化チタンのような光学反射物質で充填された、ポリフタルアミド、ポリイミド、及び液晶ポリマーから成る群から選ばれる材料を含む請求項17記載の装置。
- その一部が実装パッドを規定する上面、及び底面を有し、前記上面に導電配線を有する基材を準備するステップと;
少なくとも1つの導電配線に接触する少なくとも1つの光素子を前記実装パッドに取り付けるステップと;
前記実装パッドを囲み部分的に光キャビティを規定する反射体を、前記基材の前記上面に取り付けるステップとを有する装置の製造方法。 - 前記基材の前記底面にヒートシンクを形成するステップと;前記光キャビティをカプセル材料で充填するステップとをさらに有する請求項19記載の方法。
- 前記反射体にレンズを取り付けるステップをさらに有する請求項20記載の方法。
- 前記基材を準備するステップは、鋳造又は衝撃押し出し技術を用いる前記基材の製造を含む請求項19記載の方法。
- 前記ヒートシンクは、前記鋳造又は衝撃押し出しプロセスの間、前記基材の一部として一体に製造される請求項19記載の方法。
- 前記ヒートシンクは冷却フィンを有する請求項23記載の方法。
- 前記反射体を取り付けるステップは、前記基材に前記反射体を熱ステーキングすることを含む請求項19記載の方法。
- 前記基材は陽極酸化されて酸化アルミニウム層表面を形成する請求項19記載の方法。
- 前記基材は、熱伝導性プラスチックと共にインサート成型されたリードフレームである請求項19記載の方法。
- 開口を規定し、前面と背面とを有してその背面に導電性接続配線を備えた回路基板と;
前記回路基板の前記開口内に取り付けられた発光装置とを含む装置であって、
前記発光装置は、その一部が実装パッドを規定する上面、及び底面とを有する基材と;
前記実装パッドから前記基材の側端へ延びかつ導電性材料を含む、前記基材の前記上面の複数の導電配線と;
前記基材の前記上面に取り付けられ、前記実装パッドを囲む一方で前記基材の前記上面の他の部分と前記導電配線の一部とを露出させ、光キャビティを規定する反射体と;
前記実装パッドで前記基材に取り付けられ、少なくとも1つの導電配線に接続される少なくとも1つの光素子と;を有し、
少なくとも1つの発光装置の少なくとも1つの導電配線が前記回路基板の少なくとも1つの接続配線と並んでいる装置。 - 前記発光装置は、表面実装技術を用いて前記回路基板に取り付けられている請求項28記載の装置。
- 前記発光装置は、取付け媒体で前記回路基板に取り付けられている請求項28記載の装置。
- 前記取付け媒体は、はんだ、エポキシ樹脂及びコネクタから成る群から選ばれる請求項30記載の装置。
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