JP2017522722A - 湾曲したリードフレーム上にマウントされたｌｅｄ - Google Patents

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Abstract

ＬＥＤランプは、例えば直列のベアのＬＥＤダイ（１２）がその上に直接マウントされた金属リードフレームストリップ（１４）を含む。故に、リードフレーム（１４）への優れた熱伝導性が存在する。そして、レンズ（２４）が、ＬＥＤダイ（１２）を覆って成形されて、それらを封入する。次いで、リードフレーム（１４）が、熱伝導プラスチックボディ（３８）用の金型に挿入され、そして、ＬＥＤダイ（１２）の頂面が互いに平行でないように、金型内にありながら弧状に曲げられる。プラスチックボディが成形され、構造体が金型から取り外される。湾曲したリードフレームは、全体的な光放射を、例えば２７０°よりも大きくなど、非常に幅広にさせる。他の一実施形態において、リードフレームストリップは、事前成形されたプラスチックサポートの湾曲した外表面上で支持される。リードフレームストリップの端部が、プラスチックサポートの電気コネクタに挿入される。

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプに関し、特に、湾曲したリードフレーム上に直接マウントされたＬＥＤダイを用いるＬＥＤランプに関する。
ＬＥＤは、概してランバーシアン（半球）パターンで発光する。金属パターンを有する平坦な基体上に１つ以上のＬＥＤをマウントし、光取り出しを高めるためにそれらＬＥＤを覆って半球レンズ（一次光学系）を設けるのが慣習である。平坦な基板及びＬＥＤの構成は、斜め下向きの光を本質的に遮り、故に、最も幅広の発光プロファイルは、１８０°の最大放射プロファイルを持つランバーシアンである。ランバーシアン以外をランプから達成するためには、リフレクタを含む二次光学系が使用される。そのようなリフレクタはサイズ及びコストを追加してしまう。
一部の用途では、ランバーシアンプロファイルよりも幅広の放射プロファイルを有する小型のランプを提供することが望ましい。
一実施形態において、ベアのＬＥＤダイは、良好な熱伝導性のために、底部熱パッド又は電極を金属リードフレームストリップに直に接合させる。用語“ベアのＬＥＤダイ”は、未封入の半導体ダイ、又はＬＥＤダイの単純な取扱いのために小さいサブマウントにマウントされた未封入の半導体ダイを含む。ＬＥＤダイは、縦型ＬＥＤダイ（電極が反対側にある）、横型ＬＥＤダイ（両方の電極が頂部にある）、又はフリップチップＬＥＤダイ（両方の電極が底部にある）とし得る。
リードフレームストリップと、該リードフレームストリップへのＬＥＤダイの電気接続とにより、複数のＬＥＤダイが、ＬＥＤダイの線形ストリップとして直列に接続されることがもたらされる。リードフレームストリップは好ましくは、より良好にＬＥＤダイから熱を奪い去るために、ＬＥＤダイよりも遥かに幅広である。例えば、ＬＥＤダイが直列及び／又は並列に接続されるいっそう幅広のアレイなど、リードフレームストリップ上のＬＥＤダイのその他の構成も企図される。
そして、光取り出しを改善するとともにＬＥＤダイ及びボンドワイヤを保護するために、ＬＥＤダイの各々及び付随するリードフレームストリップ部分を覆ってレンズが成形される。リードフレームストリップが曲げられるままであるよう、レンズ同士の間に空間が残される。
次いで、全体的な光放射が１８０°よりも大きいプロファイルを作り出すよう、リードフレームストリップが弧状に曲げられる。リードフレームストリップは一般に弾力性があり、故に、リードフレームストリップの湾曲を維持するには継続的な力が必要である。
そして、曲げられたリードフレームストリップを覆ってプラスチックボディが成形され、この曲げられないボディは、リードフレームストリップの形状を固定するとともに、レンズのための開口を有する。ボディは、例えば１つ以上の電流制限抵抗など、直列のＬＥＤダイを駆動するための回路を収容し得る。ボディは、例えばソケットへの差し込みなどのために、リードフレームストリップに接続されるアノードリード及びカソードリードを支持する。
ＬＥＤダイからの熱が、リードフレームストリップ及びプラスチックボディに直接的に結合される。プラスチックが、熱伝導率を高めるために金属を含有することによって導電性である場合、リードフレームストリップは誘電体膜で選択的に被覆され得る。
ＬＥＤダイ又はレンズは、何らかの色の発光を作り出すために蛍光体を含み得る。
他の一実施形態において、リードフレームストリップは、曲げられない事前成形されたプラスチックサポート（支持体）の湾曲面上に添えられ、故に、リードフレームの周りに成形されたプラスチックボディは存在しない。リードフレームの両端がプラスチックサポートのスロットに挿入され、リードフレームストリップが上記湾曲面上で曲げられる。故に、リードフレームストリップは湾曲したままである。スロットは、ＬＥＤダイに電力供給するためにプラスチックサポート上のコネクタに電気的に結合されるものである金属導体を収容し得る。リードフレームをプラスチックサポートに固定するのに先立ち、ＬＥＤを保護し、リードフレームストリップを機械的に支持し、光取り出しを増大させ、そして光放射を整形するものである透明レンズ材料によって、ＬＥＤが封入される。プラスチックサポートは、ＬＥＤをその位置に保持する助けとなるとともにＬＥＤ光を方向付ける助けとなる窪みを含み得る。
様々な実施形態において、得られるランプは、故に、例えば２７０°に至るなどの非常に広い角度で光を放つ。得られる小型ランプの１つの用途は、オートバイ又は自動車用のリア又はフロントの方向指示器又は停止灯としてであり、その場合、ランプの照射が、そのオートバイ又は自動車の後方、側方、及び／又は前方の他のドライバー達に対して同時に視認可能である。
図２及び３のストリップの二等分した側面図であり、リードフレームストリップへのＬＥＤダイの熱的及び電気的な接続、及びリードフレームストリップの曲げを例示している。 図１のストリップの上面図である。 リードフレームストリップ上にマウントされ且つ直列となるようにストリップに電気的に接続されたＬＥＤダイのうちの２つの側面図であり、ＬＥＤダイを覆ってレンズが成形されている。 曲げリードフレームストリップを覆ってプラスチックボディが成形された、完成したランプの二等分した側面図である。 図４のランプの放射プロファイルであり、広い角度で見えるように光が１８０°を超えてどのように放射されるかを例示している。 ランプの断面図であり、湾曲したリードフレームストリップがプラスチックサポートの湾曲面上で支持され、封入体の底部がプラスチックサポートの窪み内に位置付けられている。 図６の構造の上面図である。 同じ又は同様の要素には同じ参照符号を付している。
図１及び２は同じ構造体を示している。
最初に、ベアのＬＥＤダイ（すなわち、パッケージングされていない）が製造される。用語“ベアのＬＥＤダイ”は、未封入の半導体ダイ、又はＬＥＤダイの単純な取扱いのために小さいサブマウントにマウントされた未封入の半導体ダイを含む。一実施形態において、ＬＥＤダイは、両方の電極が頂部にある横型ＬＥＤダイである。他の一実施形態において、ＬＥＤダイは、１つの頂部電極と大きい底部電極とを有する縦型ＬＥＤダイである。他の一実施形態において、ＬＥＤダイは、両方の電極が底部にあるフリップチップＬＥＤダイである。
全ての場合において、ＬＥＤダイ１２は、大きい底部金属パッド１３を有しており、これが、リードフレームストリップ１４の表面にはんだ付け又は溶接される。リードフレームストリップ１４は典型的に銅又は鋼であり、故に、ＬＥＤダイ１２からリードフレームストリップ１４への優れた熱結合が存在する。図１では、ＬＥＤダイ１２とリードフレームストリップ１４との間の電気接続を例示するために、相対的にＬＥＤダイ１２が実際よりも遥かに大きく示されている。サブマウントが使用されない場合、ＬＥＤダイ１２は典型的に、一辺当たり１ｍｍ未満、高さ１ｍｍ未満である。
リードフレームストリップ１４は当初、平坦なシートから打ち抜かれた多数の他のリードフレームに接続されている。それらリードフレームストリップ間の金属接続が、後に、個片化中に切断されることになる。これは、アレイ内の全てのリードフレームストリップが同時に処理されることを可能にし、また、取扱いが単純化される。さらに、当初において全てのリードフレームストリップを一緒に接続することにより、個々のリードフレームストリップ各々が、リードフレームアレイの残りの部分によってなおも一緒に機械的に保持されたまま、間隙（ＬＥＤダイが直列に接続されることを可能にする）を有し得る。
この例においては、ＬＥＤダイ１２が横型ＬＥＤダイであると仮定しており、ＬＥＤダイ１２は頂部のアノード電極及びカソード電極を有している。ベアＬＥＤダイ１２の底部金属パッド１３がリードフレームストリップ１４にはんだ付け又は溶接された後、従来からのワイヤボンディングツールを用いて、頂部電極がワイヤ１５及び１６でリードフレームストリップ１４に接続される。なお、リードフレームストリップ１４は、ＬＥＤダイ１２が直列に接続されることを可能にするように不連続である。しかし、これら複数のリードフレームストリップ１４部分は、当初、個片化前には、リードフレームアレイによって一緒に保持され、そして後に、個片化後には、成形されたエポキシ又はシリコーンのレンズによって一緒に保持される。
他の一実施形態において、ＬＥＤダイは、１つの電極を頂部に、そして１つの電極を底部に有する縦型ＬＥＤである。底部電極はリードフレームストリップ１４に直接的に接合され、リードフレームストリップ１４が、頂部電極に接合されたワイヤとともに、ＬＥＤダイを直列に接続する。ＬＥＤダイはまた、ワイヤボンディングを必要としないフリップチップであってもよく、リードフレームストリップ１４がＬＥＤダイを直列に接続する。
次いで、リードフレームストリップのアレイ全体が、ＬＥＤダイ１２の各々及びその下に位置するリードフレーム部分の周りにレンズを画成する金型の中に配置される。そして、金型に透明エポキシが投入される。あるいは、金型は、リードフレームが当該金型内に置かれる前から金型窪み内に既に液体エポキシが存在している圧縮型であってもよい。そして、エポキシが硬化され、リードフレームアレイが金型から取り外される。単一のリードフレームストリップ１４上の様々なＬＥＤダイ１２がどのようにして異なる放射パターンを有し得るかの一例として、２つの異なるエポキシレンズ２２及び２４を図３に示す。円錐レンズ２２は、半球レンズ２４よりも多くの側方光を生じさせる。図１及び２では、レンズ２４のみが使用されている。レンズ材料は、透明又は拡散性のシリコーンほかの材料であってもよい。
ＬＥＤ光が異なる色に変換される必要がある場合、各ＬＥＤダイ１２は蛍光体コーティング又は蛍光体プレートを有し得る。あるいは、成形前のレンズ材料に蛍光体が注入されてもよい。
レンズ２４がリードフレームストリップ１４の周りに成形され、もはやリードフレームストリップ１４の間隙を橋渡ししているので、リードフレームストリップ１４の周りの金属を切断することによって、リードフレームストリップ１４がリードフレームアレイから個片化され得る。ＬＥＤダイ１２はこの段階で、ワイヤ１５／１６とリードフレームストリップ１４とによって直列に電気接続されている。
図２は、上面図であり、リードフレームストリップ１４が薄化及び／又は幅狭化の何れかをされた領域２６を有することを例示している。この領域２６は、容易に曲げられ、レンズ２４を備えたリードフレームストリップ１４の領域への曲げ応力を最小化する。
図４に示すように、リードフレームストリップ１４の一端はカソードリード２８にはんだ付け又は溶接される。ここで、カソードリード２８は、その反対側の端部で、ソケットに挿入されるための突起３０を形成している。リードフレームストリップ１４の他端は、アノードリード３２にはんだ付け又は溶接される。ここで、アノードリード３２は、その反対側の端部で、上記ソケットに挿入されるための突起３４を形成している。ＬＥＤダイ１２のカソードとアノードとが逆にされてもよい。
図４の例では、アノードリード３２に沿って電流制限抵抗３６が接続されている。
次いで、リードフレームストリップ１４が、具体的な用途に合った半径に曲げられる。図１は、特定の曲げ角度３７でのストリップ１４の曲げを例示している。この例では角度３７は約１０°であるが、この角度は、例えば２７０°に至るまでの、遥かに大きいものであってもよい。リードフレームストリップ１４は、その曲げ形状を自然に保持し得る。他の一実施形態において、曲げるための力が、プラスチックボディ成形工程中に継続してリードフレームストリップ１４に印加されなければならない。図４の例では、カソードリード２８が、所望の曲げを作り出すようにリードフレームストリップ１４をそれより硬いカソードリード２８から遠のかせる隆起部４０を含んでいる。ストリップ１４が金型内にある間にリードフレームストリップ１４の曲げを作り出して維持するその他の手段（例えば、ピン、フランジ、又はその他の手段）が使用されてもよい。他の一実施形態において、成形プロセスが、成形材料の圧力がリードフレームストリップ１４を曲げるように設計される。
次いで、熱伝導性プラスチックが金型に投入されて、リードフレームストリップ１４を保護及び機械的安定性のために封入する。圧縮成形も使用され得る。金型形状は、成形されるプラスチックボディ３８がレンズ２４の頂部を覆わないように画成され、故に、プラスチックボディ３８による光吸収は存在しない。ボディ（本体）３８は、用途に応じて不透明又は透明とし得る。
ＬＥＤダイ１２が長期間にわたってオンであるべき場合、プラスチックが高度に熱伝導性であることが重要である。非常に高い熱伝導性のプラスチックはまた、金属を含有しているので、導電性でもある。そのようなプラスチックが使用される場合には、リードフレームストリップ１４の露出部が先ず、ボディ成形工程に先立って誘電体層で被覆される。そのような誘電体層は、プラスチックボディ３８によって接触され得るリードフレームストリップ１４の領域全てを当該誘電体層が覆うことを確実にするため、レンズ２４のエッジによって覆われるように、レンズ２４を形成する工程に先立って形成されてもよい。
より良い空冷のためのフィン４２をボディ３８が有することが図示されている。
そして、図４のランプがソケットに差し込まれ得る。ＬＥＤダイ１２がターンオンされるとき、ＬＥＤダイ１２の組み合わせからの全体の光放射プロファイルは、１８０°よりも大きいものである図５のプロファイル４４に似たものとなり得る。対照的に、リードフレームストリップ１４が曲げられなかった場合には、プロファイルは最大で１８０°となる。この例において、各ＬＥＤダイ１２の平坦な頂面から大部分の光が放たれる場合、各ＬＥＤダイ１２のレンズ２４からの放射プロファイルはランバーシアンである。
他の実施形態において、ランプで２７０°の放射プロファイルを達成するために、両端のＬＥＤダイ１２が互いに対して９０°であるように、リードフレームストリップ１４が曲げられる。
他の一実施形態において、図６及び７に示すように、リードフレームストリップ１４は、曲げられない（リジッドな）事前成形された誘電体プラスチックサポート（支持体）４６の湾曲面に添えられ、故に、リードフレームストリップ１４の周りに成形されたプラスチックボディは存在しない。ＬＥＤダイ１２（図１に示す）は、これらＬＥＤダイ１２がフリップチップではないと仮定して、リードフレームストリップ１４とワイヤとによって直列に接続される。良好な熱伝導のために、ＬＥＤダイ１２の底部パッドがリードフレームストリップ１４に直に接合される。ＬＥＤダイを保護し、リードフレームストリップ１４を機械的に支持し、光取り出しを増大させ、そして光放射を整形するために、透明又は拡散性のレンズ２４材料（例えば、エポキシ又はシリコーン）によってＬＥＤダイが封入される。
リードフレームストリップ１４を適所に固定するために、リードフレームストリップ１４の両端がプラスチックサポート４６のスロット４８に挿入されており、また、プラスチックサポート４６は湾曲した表面を有し、その周りでリードフレームストリップ１４が、プラスチックサポート４６に従うように曲がっている。故に、リードフレームストリップ１４は湾曲したままである。スロット４８は、一連のＬＥＤを光らせるためにリードフレームストリップ１４の端部に電力を供給するメス金属コネクタを形成するよう、１つ以上の金属表面を有し得る。例えばワイヤ又は金属ストリップなどの電力導体が、プラスチックサポート４６内に成形され得るとともに、例えばリード５４及び５６を持つプラグ（図７）又はソケットなどの規格化されたコネクタとして、プラスチックサポート４６の端部で終端し得る。この手法を用いることにより、リードフレームストリップ１４は、異なるプラスチックサポート４６を必要とすることなく置き換え可能である。例えば、自動車の方向指示器又は停止灯などの用途に応じて、同型のプラスチックサポート４６が、黄色ＬＥＤを有するリードフレームストリップ又は赤色ＬＥＤを有するリードフレームストリップを支持し得る。複数の異なるランプが自動車の同じリフレクタに収容され得る。
プラスチックサポート４６は窪み５０を含んでおり、封入体（レンズ２４材料で形成されている）の底部が、付随する窪み５０に挿入されている。これは、ＬＥＤをその位置に固定する助けとなるとともに、ＬＥＤ光を方向付ける助けとなる。プラスチックサポート４６は、例えば白色プラスチックなどの反射材料で形成され得る。窪み５０間のメサ領域５２によってリードフレームストリップ１４が支持されることが示されている。窪み５０は、図７に示すように、封入体の正方形又は長方形の形状の部分とし得る。
図６及び７のランプからの光放射は、少なくとも縦方向にランプを二等分する平面に沿って、１８０°よりも大きい。リードフレームストリップ１４は、例えばリードフレームストリップ１４の両端間で２７０°に至るなど、図６に示したものよりも遥かに大きく曲げられてもよい。従って、プラスチックサポート４６は、もっと円形の外表面のものであってもよい。
ＬＥＤダイの平坦な頂部発光面が、例えば弧を形成するなど、異なる平面内にあるように、曲げられたリードフレームストリップ上でＬＥＤダイが直列に接続されるという本発明の概念を用いて、数多くの他の形状のランプが形成され得る。
他の一実施形態において、ＬＥＤダイ１２は、並列に接続されてもよいし、あるいは直列と並列との組み合わせで接続されてもよい。これは、リードフレームと、リードフレームをＬＥＤダイ電極に接続するワイヤとの構成によって、容易に遂行され得る。所望の輝度、所望の光放射形状、及び所望の電圧降下に応じて、４つよりも多いＬＥＤダイがリードフレームストリップに接続され得る。例えば、例えば自動車バッテリなどの１２ボルト電源の場合、１２ボルト降下するのに必要な直列接続されたＬＥＤダイの個数は、所望の発光色に依存するものである使用されるＬＥＤダイの種類に依存する。ＬＥＤダイ当たりの電圧降下は、約２ボルト（赤色で）から約３．８ボルト（青色で）までの範囲である。青色光は、より長い波長の光へと蛍光体変換され得る。故に、１２ボルト降下するのに必要な直列接続されたＬＥＤダイの数は、３個から６個までの範囲となり得る。より高い輝度が望まれる場合、追加的に複数のＬＥＤダイが並列に接続され得る。
本発明の特定の実施形態を図示して説明してきたが、当業者に自明であるように、より広い態様での本発明から逸脱することなく変形及び変更が為され得るのであり、故に、添付の請求項は、それらの範囲内に、本発明の真の精神及び範囲に入る全ての変形及び変更を包含すべきものである。

Claims (15)

  1. 複数のベアの発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイであり、当該ＬＥＤダイは少なくとも１つの底部金属パッドを有し、当該ＬＥＤダイは光を放つ頂面を有する、ＬＥＤダイと、
    金属リードフレームストリップであり、前記ＬＥＤダイの各々の前記底部金属パッドが当該リードフレームストリップの第１の表面に熱的に取り付けられ、前記ＬＥＤダイの電極が、前記ＬＥＤダイが電気的に相互接続されるように、当該リードフレームストリップに電気的に接続される、リードフレームストリップと、
    前記ＬＥＤダイを覆って形成されたレンズであり、当該レンズはレンズ材料で形成されており、前記レンズ材料が前記ＬＥＤダイと前記リードフレームストリップの一部とを封入している、レンズと、
    前記金属リードフレームストリップのための支持体と
    を有し、
    前記複数のＬＥＤダイのうちの少なくとも一部のＬＥＤダイの頂面が相異なる平面内にあるように、前記リードフレームストリップが、前記支持体によって支持されながら曲げられている、
    発光構造体。
  2. 前記支持体は、前記レンズを覆わずに前記リードフレームストリップの少なくとも一部を覆って成形されたプラスチックボディを有し、前記プラスチックボディは、電源への接続のための金属リードを含んでいる、請求項１に記載の構造体。
  3. 前記支持体が前記リードフレームストリップの湾曲を定める、請求項１に記載の構造体。
  4. 前記支持体は、前記リードフレームストリップの一端を受け入れる第１のスロットと、前記リードフレームストリップの反対端を受け入れる第２のスロットとを有する事前成形された支持体を有し、前記支持体は、電源への接続のための金属リードを含んでおり、前記金属リードは、前記第１のスロット及び前記第２のスロットに電気的に結合されている、請求項１に記載の構造体。
  5. 前記支持体は更に、前記第１のスロットと前記第２のスロットとの間に、前記リードフレームストリップを支持して前記リードフレームストリップの湾曲を定める領域を有する、請求項４に記載の構造体。
  6. 前記支持体は曲げられない、請求項１に記載の構造体。
  7. 前記複数のＬＥＤダイは少なくとも直列に接続されている、請求項１に記載の構造体。
  8. 前記複数のＬＥＤダイは少なくとも４つのＬＥＤダイを有する、請求項１に記載の構造体。
  9. 前記支持体が、前記リードフレームストリップに継続的な力を供給して、前記リードフレームストリップの湾曲を維持する、請求項１に記載の構造体。
  10. 前記リードフレームストリップは、少なくとも１０°の角度で湾曲されている、請求項１に記載の構造体。
  11. 前記ＬＥＤダイは、曲げられた前記リードフレームストリップの弧に配置されている、請求項１に記載の構造体。
  12. 前記リードフレームストリップの一部が、前記複数のＬＥＤダイ間の領域で曲げられるよう、前記レンズ材料によって覆われていない、請求項１に記載の構造体。
  13. 自動車のリアのシグナルランプを形成する請求項１に記載の構造体。
  14. 曲げられた前記リードフレームストリップによって支持されながらの前記ＬＥＤダイの光放射プロファイルが１８０°よりも大きい、請求項１に記載の構造体。
  15. 前記複数のＬＥＤダイは直列に接続されており、当該構造体にわたる電圧降下が約１２ボルトである、請求項１に記載の構造体。
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