KR20030095391A - 방사 에미터 장치 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

방사 에미터 장치 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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존 케이. 로버츠
스펜서 디. 리즈
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젠텍스 코포레이션
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Abstract

본 발명의 방사 방출 장치는 하나이상의 방사 에미터, 이 방사 에미터에 전기적으로 접속된 제 1 및 제 2 전기리드 및 제 1 및 제 2 전기리드의 부분과 방사 에미터를 캡슐화하도록 구성된 일체 캡슐화재를 구비하고 있다. 캡슐화재는 적어도 제 1죤과 제 2죤을가지고 있고 이곳에서 제 2죤은 제 1 죤과 하나이상의 상이한 특성를 나타낸다. 이러한 다른 특성은 물리적, 구조적 및/또는 화학적특성이 있을 수 있다. 바람직하기로는 하나이상의 상이한 특성은 적어도 다음, 기계적인 강도, 열 전도도, 열 수용능력, 열팽창계수, 고유 열, 산소 및 숩기 불침입성, 접착력 및 방사 에미터로부터 방출된 방사에 대한 투과율를 포함한다. 방사 에미터는 에미터 형일수 있는 LED인 것이 바람직하다.

Description

방사 에미터 장치 및 이를 제조하는 방법{RADIATION EMITTER DEVICE AND METHOD OF MAKING THE SAME}
본 명세서에서 사용된 " 이산 광-전자 에미터 조립체(discrete optp-electronic emitter assembly)라는 용어는 전력을 인가하는 경우, 자외선(UV), 가시광선 및 적외선(IR)방사를 방출하는 방사 에미터 장치을 의미한다. 이러한 이산 광-전자 에미터 어샘블리는 하나이상의 방사 에미터를 포함한다. 방사 에미터, 특히 광 방사에미터는 다향한 상업, 공업상의 재품에 이용되며, 많은 형태 및 패키지로 된다. 본 명세서에서 사용했듯이, "광 방사 에미터는 가시광, 근 IR 방사 및 UV방사를 방출하는 모든 에미터를 포함한다. 이러한 광 방사 에미터는 포토루미네센트(photoluminescent), 일렉트로루미네센트(electroluminescent) 또는 다른 형태의 반도체 에미터일 수 있다.
포토루미네션트 소오스는 인광(phosphorescent)소오스 및 형광 소오스를 포함한다. 형광 소오스는 인광 및 형광 색소, 안료, 수정 및 기판, 코팅 및 기타 재료를 포함한다.
일렉트로루미니션트 소오스는 전기 여기에 응답하여 광 방사를 방출하는 반도체 광방사 에미터와 기타의 장치를 포함한다.
반도체 광 방사 에미터는 발광 다이오드 (LED)칩, 발광 폴리머(LEP), 유기 발광 장치(OLED), 폴리머 발광 장치(PLED)를 포함한다.
반도체 광 에미터 소자, 특히 LED장치는 폭 넓은 소비자와 산업상 광-전자 응용에 통상적이다. OLED, LEP등을 포함하는 기타의 형태의 반도체 광 에미터 소자는 이들 많은 응용에서 종래의 무기 LED와의 대체에 적절한 이산 소자에 패키지 될수 있다.
모든 칼라 중 가시 LED 소자는 컴퓨터 모니터, 커피 메이커, 스트레오 리시버, CD플레이어등과 같은 재품상의 상태 표시기로써 또는 소형 클러스터(cluster)에 이용된다. 이러한 표시기는 항공기, 기차, 카, 트럭, 미니벤 및 스포츠 유틸리티 비클(sport utility vehicle)에 있어서의 인스트로먼트 팬넬(instrument panel)과 같은 여러 시스템에 설치되어 있다. 수백 또는 수천개의 가스 LED을 포함하는 어드레스 가능한 어레이가 많은 공항 및 증권 거래소 및 많은 스포츠 종합 운동장 및 어떤 도시 광고 계시판에 설치된 야외 고 화질 대형 텔레비젼 스크린과 같은 이동하는 메시지 디스플레이에 설치되어 있다. 황, 적 및 적-오렌지색 방출 가시 LED는 차량 중앙에 높게 설치된 정지등(CHMSL), 브레이크등, 외부 턴 신호 및 위험 플래쉬, 외부 표시 미러 및 도로 건설 위험 표시기와 같은 가시 표시 시스템에 100개 까지의 소자의 어레이에 이용된다. 황, 적 및 청-녹 방출 가시 LED는 도시 교차로 및 교회 교차로에서의 정지/서행/힁단 라이트로 400 엘레멘트 까지 많고 큰 어레이에 이용이 증대하고 있다.
다수의 가시 가능한 색채의 LED의 다중 칼라 결합은 2진 보간 및 3진 RGB 일조명장치(illuminators)에서 조명하기 위해 백색광의 소오스로서 이용되고 있다. 이러한 조명장치는 차량 또는 항공기 맵라이트(maplight)로 또는 차량 또는 항공기 독서용 또는 커스터시(courtesy) 라이트, 카고 라이트(cargo light), 번호판 조명등, 백라이트 및 외부 푸들 라이트(puddle light)로 이용할 수 있다. 기타의 관련물 이용은 백색 조명의 울툭불특하고, 소형이고 경량이며, 고 효율이며, 긴 수명의 저 전압원이 요구되는 휴대용 플래쉬라이트 및 기타 조명장치를 포함한다.
IR 방출 LED는 VCR, TV, CD 및 기타 오디오-비쥬얼 원격제어 유닛과 같은 장치에서의 원격제어 및 통신을 위해 이용된다. 유사하게, 고 강도 IR-방출 LED는 데스크탑, 랩탑 및 팜탑 컴퓨터와 같은 IRDA장치와, PDA와 프린터, 네트워크 어댑터, 포인팅 장치("미크로(mice)," 트랙볼(trackball)과 같는 컴퓨터 주변장치사이에 통신을 하기 위해 이용되고 있다. IR LED 에미터 및 IR리시버는 산업 제어 시스템의 근접 또는 존재, 포인팅 장치와 광 엔코더와 같은 광-전자 장치내의 위치 또는 방위용 센서로 그리고 바코드 스케너와 같은 시스템에서의 판독 헤드로서의 역할을 한다. IR LED에미터는 자동차용 나이트 비젼 시스템(night vision system)에 이용될 수 있다.
청, 제비꽃색 및 UV 방출 LED 및 LED레이저는 고 강도 광 저장 디스크의 판독 및 기록과 같은 데이터 저장 및 검색 응용을 위해 광범위하게 이용되고 있다.
이산 LED 장치 및 기타 이산("패키지된")광-전자 에미터에 대하여, 향상된 성능은 실질적으로 증대한 신뢰할 만한 패키지 전력 용량, 감소한 패키지 열 저항 및 패키지의 감소한 민감성에 의존하여 자동 삽입 동안, 솔더링가능한 기타 회로 또는 시스템 제조 작업에 손상을 입힌다. 에미터의 효율은 증가한 작동온도 대하여 감소하고 감소된 작동 온도에 대하여 일반적으로 증가한다. 반대로. 에미터 효율은 감소한 내부 작동 온도에 대하여 통상적으로 증가한다. 에미터의 신뢰성과 재로의 수명과 이를 포함하는 서브소자는 감소한 작동 온도에 대하여 통상적으로 향상한다. 에미터 방출 스펙트럼의 일치성이 감소된 또는 더 일정한 작동 온도에 대하여 통상적으로 향상된다. 에미터의 붕괴 수명은 감소한 작동 온도에 대하여 통상적으로 향상된다. 이들과 기타의 이유로, 이산 광-전자 에미터의 작동온도를 감소하는 신규한 메카니즘을 이용하는 것은 매우 바람직하다.
주위 환경 온도가 항상 제어될 수 없는 외부 인자일 지라도, 주위온도 이상의 장치의 온도상승이 장치의 열 저항가 작동 파워에 의해 주로 결정된다.
불행히도, 최고의 이산 광-전자 에미터는 감소한 내부 작동 온도의 목표에 모순이되는 특성을 나타낸다. 간단히 이러한 형태의 장치는 패키지 또는 구성 재료 또는 부수성분의 어떤 실질적인 제한 이상으로 증가한 전력에 비례하여 더 많은 양의 이용 가능한 방사을 통상적으로 방출한다. 따라서, 더 많은 방사가 이용가능한 응용을 위해(이러한 응용은 공지) 장치와 시스템 신뢰성과 일치하고 장치의 전력-방사 특성과 일치하는 최고 전력으로 장치를 구동하는 것이 바람직하다. 그러나, 유한(양, 제로가 아님)열 저항과 함께 장치의 증가한 전력으로 인해 내부 작동 온도가 상승하게 된다.
장치 전력을 감소하지 않고서 내부 작동온도를 감소하거나 대안적으로 이 장치전력을 증가하면서 내부 작동 온도를 유지하는 것이 바람직 할 수 있다. 이는 장치 열 저항을 감소함으로써 성취될 수 있다.
상대적으로 몇몇 표존화한 LED장치가 널리 퍼지고 이 장치가 세계의 전자 어샘블리 산업에 의해 거의 범세계적으로 이용된 자동 처리 장치에 의해 용이하게 처리된다. 메인 스트림 장치을 경유한 자동화 처리 및 이 절차를 인해, 낮은 자본 비용, 낮은 결점비, 저임금, 높은 생산성, 고정밀, 높은 신뢰성과 유연한 작업 실무에 공헌하게 된다. 이들 기여가 없는 경우, LED의 이용은 비용이 많이 들거나 매우 큰 체적 응용을 위해 동일한 관점에서 매력적이지 못하다. 현대 전자 어샘블리 처리에 있어서의 두개의 가장 중요한 단계는 고속 자동 삽입과 대량 생산 솔리딩이다. 자동 삽입 또는 배치기기 및 하나이상의 공통 다량 솔리딩 처리의 양립성은(LED을 포함하는)이산 반도체 광 에미터의 대량 상업성의 유용성에 중요하다.
따라서, 이용된 다수의 LED는 이산된 패키지의 THD(Through Hole Device) 또는 SMD(Surface Mount Device)소자 형상을 한다. 이들 장치는 일차적으로 "5mm" 및 T-1 3/4" 또는 직사각형을 갖는 유사한 장치로 알려진 방사상 리드 THD을 일차적으로 포함하는데, 이러한 직사각형의 형상은 편리한 선적, 처리 및 방사상 인서트상의 인쇄 회로기판으로의 고속 자동화 삽입을 위해 테이프-릴, 테이프 및 에모우(ammo) 또는 기타 표준화한 패키징에 용이하게 적용된다. "TOPLED" 및 Pixar과 같은 공통 SMD-LED 소자는 편리한 선적, 처리 및 칩 쇼터(chip shooter)로의 고속 자동화된 배치를 위해 브리스터 팩 릴(blister-pack reel)에 용이하게 적용되기 때문에 인기가 있다.
솔더링은 THD이건 SMD이건 간에 표준화한 이산 전자 장치를 이용하여 대부분의 종래의 회로 어샘블리의 제조에 중심이 되는 공정이다. 인쇄 회로 기판에 LED와 같은 이산 전자 소자의 리드 또는 접점을 솔더링함으로써, 소자는 PCB상의 전도 트레이스에 전기적으로 접속되어 전력을 이산 전자 장치에 공급하고 이를 제어하거나 이 장치 전기적으로 상호작하는데 이용되는 근접 또는 원격 전자 장치에 전기적으로 접속되어 있다. 솔더링은 웨이브 솔더, IR 리플로우 솔더, 대전 IR리플로우 솔더, 증발 위상 리플로우 솔더 또는 핸드 솔더링에 의해 일반적으로 성취된다. 각각의 이들 접근 방식은 서로 다르지만, 이들은 금속 또는 내부 금속 접속에 의힌 인쇄 회로 기판에 대한 이산 전자 장치의 저렵한 접속, 즉 동일한 종국적인 효과를 모두 발생한다. 웨이브 및 리플로우 솔더 공정은 다수의 이산 장치 일궐 질량을 땜납하여 우수한 솔더 본드 균일성과 일치성과 더불어 매우 높은 생산과 저렴한 비용을 성취할수 있는 것으로 알려져 있다.
대향 생산을 위한 웨이브 솔더 및 리플루우 솔더 공정에 대한 광범위하게 이용되는 비용 절감 대책이 현재로서는 존재하지 않는다. 핸드 솔리딩은 불일치와 높은 비용이 문제가 된다. 기계적인 접속 방법은 비용이 많이들고 부피가 크며 많은 회로에 있어서의 다수의 전기 접속에 알맞지 않다.
실버 적재 에폭시와 같은 대전 접착제는 어떤 회로 조립체상에 전기 접속을설정하는데 이용되지 만, 이들 재료가 솔더를 이용하여 붙이는 것보다 매우 많은 비용이 든다. 레이저와 기타 선택적인 솔더 기술을 이용한 스폿 솔더링이 특정 구성과 응용에 상당히 전문화되어 있고 자동화 전자 회로 조립 작업에 바람직한 유연한 제조 절차를 방해한다. 따라서, 웨이브 솔더 또는 리플루우 솔더 공정과의 양립성이 반도체 광 에미터 소자의 바람직한 특성이다. 이 특성의 효과는 이 소자의 품질저하나 파괴에 충분한 전자 소자에 큰 열 스트레스를 도입할수 있기 대문에 크게게 영향을 미치고 있다. 따라서, 효과적인 반도체 광 에미터 소자는 솔더링 동안 일시적인 열노출로부터 장치의 캡슐화 및 캡슐화한 와이어 본드, 다이 어택치(die attach) 및 칩을 보호하는 방식으로 구조되어야 한다.
종래의 솔더 공정은 (리드 터치(lead touch))가 PCB상의 패드에 설계된 스탠드오프(standoff) 또는 점 아래의)장치의 리드의 끝이 유지 기간 동안 솔더의 녹는점까지 가열되는 것이 요구된다. 이러한 프로화일은 15초이상 동안 230-300℃이상으로 장치 리드에서 온도 행정을 포함한다. 이 장치의 리드가 쿠퍼 또는 강철과 같은 도금된 금속 또는 합금으로 구성되기 때문에, 높은 온도의 일시적인 과도전류는 리드 자체에 영향을 주지 않는다. 대신, 문제는 열을 리드의 길이를 따라 장치의 캡슐화한 몸체로 전도할수 있다는 것이다. 이들 가열된 리드는 장치의 몸체의 내부와 접촉하기 때문에, 이 리드는 솔더 공정 중 장치의 국부적인 내부온도을 일시적으로 상승시킨다. 이는 다소 섬세한 캡슐화, 갭슐화한 와이어 본드, 다이 어택치 및 칩에 해를 준다. 이러한 현상은 오늘날 낮은 비용의 광전자 반도체 장치의 기본 적인 제한 중 하나를 의미한다.
솔더 공정 중 캡슐화 재료의 글라스 천이 온도 이상으로 과도하게 전자 소자의 몸체가 상승하는 것을 방지하는 것은 중요한데, 이러한 이유는 폴리머 캡슐화 재료의 열팽창계수가 글라스 천이점, 일반적으로는 두개 이상의 인수까지 급격하게 상승하기 때문이다. 폴리머는 글라스 천이 점위에서 연화, 팽창 및 열가소성적으로 변형이 증가할 것이다. 캡슐화제(encapsulant)에서 있어서의 폴리머 위상 전이와 열팽창으로 이러한 변형은 기계적인 스트레스와 축적된 피로을 발생할수 있어 이산 반도체 장치에 심각한 손상을 야기하게 되어 장치의 성능이 저하되고 잠재적인 손상의 특징이 야기된다. 이러한 손상은 통상적으로, 1) (칩 본드 패드 또는 리드 프레임에서)전기 와이어 본드의 피로 또는 파괴, 2) 다이 어택치 접착제의 부분적인 비적층 및 분해, 3) 칩 자체의 마이크로 파괴, 4) 캡슐화제로의 리드의 출입점부근에서 장치 캡슐화제의 품질저하 및 대기 수증기 또는 기타 손상 약제를 밀봉하기 위한 손상 능력으로 구성되어 있다.
이러한 열적 취약성에 관하여, 비 광 전자 장치에 적절함 캡슐화 재료와 광 장치에 적절한 캡슐화 재료사이에 중요한 차이를 인지해야 한다. 비광 장치에 이용되는 캡슐화제는 불투명한 반면, 광-전자 에미터와 리시버을 구축하는데 이용되는 캡슐화제는 이 장치의 작동 주파수 대역에서 실질적으로 투명하다. 이 구별의 부작용은 미미하고 널리 분포한다.
비 광학 장치에서 투명도가 필요 하지 않기 때문에, 비 광학 반도체 장치용 갭슐화 재료는 다향한 불투명 폴리머 바인더, 가교결합 약물, 필러, 안정제등을 함유하는 혼합물을 포함할 수 있다. 충만된 에폭시와 같은 이러한 형태의 혼합물은높은 글라스 전이 온도 (Tg), 낮은 열팽창계수(Cte) 및/또는 높은 열 전도성을 가지어 이들은 175℃까지 순간적인 노출에 적당하다. 불투명 세라막 혼합물은 과도하게 낮은 Cte와 높은 열전도성을 염려할 어떠한 중요한 위상 전이 온도 없이 수백 ℃까지 열적으로 안정될수 있다. 이들 이유 때문에, (230-300℃)에서의 솔더 웨이브에 의한) 130℃ 또는 10초 이상 더 가열된 전기 리드에 대한 비 광학 장치에 대한 불투명 캡슐화제는 통상적으로 문제가 없다.
그러나, 광 전자 에미터 및 리시버에 대한 캡슐화제에 있어서의 광 투명성에 대한 요구는 비 광학 반도체에 적절한 혼합물, 세라믹 및 가장 높은 성능의 폴리머-필러브랜드의 이용을 방지한다. 무기 필러, 가교 결합제 또는 기타 불투명한 첨가제 없이, 대부분의 광-전자 장치를 캡슐화하는데 이용되는 클리어 폴리머 재료는 Tg값이 매우 낮고 Cte가 크고 열전도도가 낮은 다향한 에폭시이다. 따라서, 이들은 정상 솔더링 중에 발생하는 것과 같은 약 130℃이상의 전이 온도에 노출에 적절하지 않다.
솔더링 공정으로부터 손상의 잠재적인 부작용을 보상하기 위해, 선행기술의 광-전자 장치는 여러 개량과 향상을 가지고 있다.가장 신규한 개량은(지금 최고 130℃ 대 전의 110℃)에 정확하게 유용한에폭시 보다 10-20℃을 보장할 수 있는 캡슐화에 대한 클리어 에폭시의 최근의 도입이었다. 유용한 동안 이는 부분적으로 문제를 해결하였는데, 이러한 문제는 종래의 비 광학 반도체 캡슐화제와 합께 패리티의 하강 50℃이상의 최신 재료를 말한다.
솔더링과 관련된 전이 온도 상승 문제를 해결하는 데 이용되는 가장 공통적인 방법은 장치 구조에 이용되는 전리 리드의 열저항을 간단히 증가시키는 것이다. 이들 솔더 리드의 열 저항을 증가시키므로써, 솔더링 중 장치 몸체내에 나타나는 열 전이가 최소화 된다. 이러한 열 저항의 증가는 1) (강철과 같은)낮은 열 전도도를 가진 리드 재료를 이용하고 2) 리드의 스탠드 오프 거리(솔더 접점과 장치 몸체의 거리)를 증가시키고 또한 3)리드의 단면적을 감소시키므로써 리드의 전기 성능에 영향을 주지 않고 다음과 방식으로 일반적으로 성취 된다.
이들 3개의 기술을 이용하여, 선행기술의 장치는 솔더 공정을 바람직하게 보호하기 위해 전기 리드의 높은 열 저향으로 수행되어 왔다.
솔더링과 관련된 열 전이로부터 선행기술의 장치를 효과적으로 보호하는 동안, 고 전력 반도체 광-전자에미터의 응용에 있어서 이러한 방법에는 한계가 있다. 증가한 리드 열 저항으로 인해 선행기술의 장치의 내부 작동 온도가 상승되어 작동 성능과 이들 장치의 신뢰성에 심각한 악영향을 준다.
대부분의 선행기술의 LED장치의 솔더된 전기 리드는 전력을 장치에 전도하고 작동 중 장치내에서 발생된 열에 대한 일차 열 감쇠 통로로써의 역할을 한다. 따라서, 선행기술 장치의 전기 리드는 정상 작동 중 열 추출을 실행하기 위해 가능한 낮게 열 정항을 처리하도록 구성되어야 한다. 선행기술의 장치로부터의 방사 및 자연 대류는 내부열을 주위에 전달하는 사소한 역할 만 하고 갭슐화 매개체를 통한 열전도는 이용되는 광학재료의 낮은 열 전도도에 의해 심각하게 방해된다. 따라서, 전기 및 열 전도 금속은 대류의 메커니즘에 의해 외부에 많은 열을 추출해야 한다. 솔더링 작업의 전이 열 효과로부터 장치를 보호하는데 필요한 이들 장치의 솔더링 가능한 핀의 열저항이 크면 클 수록 작동 중 갭슐화한 장치 몸체내에서 높은 내부 온도 상승이 야기된다.
정상 상태하에서 반도체 에미터와 접촉하는 장치 몸체의 부분의 최대 온도 상승은 에미터의 전력 감쇠와 에미터와 주위 환경사이의 열 저항의 적(product)과 거의 같다.
상술했듯이, 장치의 내부 온도가 실질적으로 캡슐화제 (Tg)값 이상 인경우, 심각한 결과가 야기된다. 이 온도 이상에서, 캡슐화제의 Cte가 매우 급속하게 증가하여 LED 와이어 본드와 다이 어택치의 많은 열 기계적 스트레스 및 축적된 피로를 발생한다. 자동차, 항공기등의 대부분의 이동 응용에 있어서, 주위 온도는 공통적으로 80℃에 달한다. 130℃범위의 갭슐화 최대 작동 온도의 경우, 이들 응용에 대한 광-전자 에미터는 약 50℃의 절대온도로 작동온도 ΔT을 제한한다. 이는 소정의 소자에서 감쇠될 수 있는 전력을 제한한 다음 이 소자를 통과될 수 있는 전류를 제한다. 반도체 광 에미터의 방출된 플럭스는 이들을 통과한 전류에 통상적으로 비례하기 때문에, 최대 전류에 대한 제한이 발생된 플럭스에 제한을 발생한다.
따라서, 장치 전력을 감소함이 없이 내부 작동 온도를 감소하거나, 대안적으로 솔더링으로 부터 전이 열 처리 손상에 대한 장치 손상을 증가하지 않고 장치 열 저항을 감소함으로써 장치 전력을 증가하는 동안 내부 작동 온도를 유지한다는 장점이 있을 수 있다.
기타 선행기술의 장치는 이들 제한을 방지하지만 표준화되어 자동화된 전자 어샘블리 작동의 필요를 무시하고 이들 공정과 양랍하지 않는 구성만을 택하므로서 높은 성능을 성취했다. 또 다른 선행기술 장치는 과도한 비용의 재료, 서브 컴퍼넌트 또는 자체 구성에서의 공정을 이용함으로써 고성능을 성취해왔다.
예를들어, 이들 제한을 극복하는데 이용되는 선행기술의 방법은 기밀 반도체 패키징, 하이브리드 온 보드 기술, 세라믹, KOVER 및 글라스와 같은 신재료 또는 폴리머 캡슐화 대신 또는 폴리머 캡슐화을 가진 복합 어샘블리을 이용한다. 고가의 항공 우주 및 전기 통신 응용에 적합할 지라도(여기소 소자 비용은 중요한 관심사가 아니다)이러한 장치는 고가의 재료와 일반적이지 않은 어샘블리 공정을 요구한다. 이로 인해 비용이 많이드며 제조 용량이 제한되고 이들 모드는 대향 생산시장에서의 이러한 소자의 이용을 배제한다. 미국 특허 제 4,267,559(Johnson) 및 미국 특허 제 4,125, 777(O'Brein)는 이의 양호한 예를 개시하고 있다.
Johnson의 특허는 TO-18 소자와 이에 LED칩을 실장하여 내부적으로 발생한 열을 외부 열 감쇠 수단에 전달하는 열 커플링 수단을 모두 포함하는 장치를 개시하고 있다. 헤더는 KOVER멤버, 절연체 슬리이브 및 전기 포스트를 포함하는 여러 소자로 구성되어 있고 특정 공정에서 포스트가 헤더를 통과할 때 전기적으로 절연되도록 한다. 이 열 커플링 수단은 헤더와의 분리 소자로 구리, 구리 합금, 알루미늄 또는 기타의 높은 열 전도도 재료로 구성되어 있다. Johnson의 개시에 따라, KOVER 헤더 서브어샘블리와 구리 열 커플링수단은 전기 연속성을 위해 솔더나 전기적으로 대전된 접착제와 함께 접착되어 전류를 열 커플링 수단 및 LED칩으로 흐르게한다. 더구나, Johnson 특허의 헤더와 열 커플링 수단은 유사하지 않은 재료로 완전히 되어 상술한 어샘블리에서 독특한 법칙으로 인해 이렇게 되어야 한다. 헤더는 KOVER로 되어져야만 이를 통과하는 절연체 슬리이브에 대한 유사한 열팽창 계수수를 갖을 수 있다. 하나이상의 이러한 슬리이브는 헤더 자체와 전기핀을 전기적으로 절연하는데 필요하다. 그러나, KOVAR은 매우 높은 열 전도도를 갖는 구리와 같은 재료로된 분리 열 커플링 수단의 포함을 필요로 하는 매우 낮은 열 전도도를 갖는다. 헤더가 자체적으로 복합 서브 어샘블리이고 열 커플링 수단과 분리되어 있기 때문에, 이는 열 커프링수단과 분리될 수 있고 나중에 솔더 또는 전기 전도 접착제를 이용하여 열 커플링 수단에 부착될 수 있다.
Johnson의 기재와 유사한 LED장치는 TO-66패키지와 유사한 특정 형식으로 시장에서 현재 유통되고 있다. 이들 장치는 복잡하고 일반적으로 절연된 핀과 관련되어 있으며, 헤더 구조는 이들 내의 세라믹 절연 시트와 같은 특수 서브 컴퍼넌트를 포함한다.
솔더링과 광-전자에미터에 대한 손상을 방지하기 위해 이용되어 오고 있는 또 다른 방법은 함께 소자의 솔더링을 방지하거나 레이저 스폿 솔더링 또는 기타 통상적이지 않은 전기 부착 방법의 이용을 요구한다. SnapLED(70) 및 SnapLED(150)(Hewlett Packard)는 이 방법을 예시하고 있다. 이들 장치에서, 전기 접속은 리드를 솔더딩이 아니라 간단한 금속 회로에 기계적으로 스탭핑함으로써 회로에 접속이 이루어 진다. 이 장치는 온실온도에서 475mW높게 연속 전력 감쇠할 수 있다. 그러나 이 구성은 매우 복잡한 소자와 이러한 소자의 복합한 집적일 수 있다. 즉 이러한 회로는 인쇄회로 기판, 자동화 삽입 장치 및 웨이브 또는 리플로우 솔더 작업을 이용하게 종래의 방식대로 이루어 진다.
마지막 방법은 Hewlette Packard로부터 이용가능한 Super-Flux 패키지("Piranha"로 알려진)라고 하는 LED패키지로 예시되어 있다.
SuperFlux장치는 캡슐화한 칩과 핀상의 스탠드 오프사이의 중간 열 저항과 높은 그레이드 광 캡슐화제와 특정한 칩 재료 및 광학 디자인을 결합한다. 이는 SnapLED와 같은 솔더링할 수 없는 구성에 대한 복원 없이 중간 전력 감쇠 능력을 성취할 수 있다. 그러나, 광범위한 이용을 제한하는 이 구성에는 많은 문제가 있다.
SuperFlux의 패키지하는 이를 종래의 고속 THD방사상 또는 축방향 삽입 기기와 또는 본 발명자에 의한 SMT칩 쇼터와 양립할 수 있게 한다. 대신 고가이고 느리며 로버트방식의 구형 삽입 장치에 의해 수동으로 위치하거나 위치되어져야 한다. SuperFlex 패키지는 "end-on"소오스만으로 이용되도록 구성되어 있다. 즉 매우 편리한 리드 브랜드 기술은 이 장치를 90도 "사이드 록커"(side looker)로 변환할 수 없다. 이 장치의 솔더 가능한 핀의 중간 열 저항과 매우 낮은 열 수용 능력은 잘못 제어된 솔더 공정으로 부터 손상을 입을 수 있다. 이는 전자 회로 제조자가 이 구성에 필요한 정도로 솔더링 작업을 제어하는 것은 불편하고 비용이 많이 소요될 수 있다. 최종적으로, SuperFlex 패키지를 종래의 능동 또는 수동 히트싱크에 제공하는데 어떠한 편리한 메카니즘도 발명자에게 알려진 것이 없다.
표시, 조명 및 디스플레이이 응용에 있어서 LED장치 및 이들 응용을 방해하는 중요한 인자는 자동화 삽입 및/또는 질량 솔더링 공정에 쉽게 적합 가능한 고 방출 플럭스을 가진 고전력 수용능력을 가진 장치에 현재 이용가능하지 않다. 이들 제한은 고 플럭스 방출을 필요로하는 많은 응용에 있어서 LED실제이용을 방해하거나 이들은 바람직한 플럭스 방출을 성취하기 위해 많은 LED소자의 어레이의 이용을 제공해오고 있다.
종래의 "5mm 또는 T 1-3/4장치는 와트당 240℃를 초과하는 높은 열저항을 갖고 장치의 에미터가 130℃이상으로 연속적이고 통상적이거나 주기적으로(어떤 경우에는 이 보다 낮지만 최상의 재료가 분명히 유효한)로 작동하는 경우 신뢰성이 없는 클리어 캡슐화 재료에 의해 제한된다. 자동차 환경에서 85℃을 통상적으로 초과하는 통상의 주위온도의 경우에, 장치에 있어서의 온도 상승은 이들 재료 한계을 적절히 회피하기 위해 45℃로 제한 되어야 한다. 이는 장치 전력이 약 0.18 W로 제한 되어야 함을 의미한다. 제조 공차를 수용하기 위한 33퍼센트의 타당한 디자인 허용오차의 경우, 이 장치의 실질적인 믿을 만한 전력 제한은 대략 0.12W로 제한 되어야 한다. 이는 많은 전력이 아니고 이들 장치의 방출된 플럭스가 제한된다. 이를 극복하기 위해, 대부분의 이들 장치는 (자동차 CHSML인 경우 최고 50, 교통신호 등인 경우 최고 400)응용에 필요한 조명 및 방사 플럭스를 생산하는데 결합하여 흔히 이용된다.
Hewlett Parkard의 SuperFlux 또는 Piranha 장치는 와트당 145℃주의 즉 "5mm" 또는 T 1-3/4"장치보다 낮은 열저항을 갖는다. "5mm" 또는 "T 1-3/4"장치인 경우에, SuperFlux 또는 Piranha 장치는 130℃이상(어떤경우는 이보다 이하 이지만최상의 재료가 분명 이용가능한)이상으로 연속, 통상 또는 주기적으로 작동된다. 자동차 환경에서 85℃을 통상적으로 초과하는 통상의 주위온도의 경우에 있어서, 이들 장치에 있어서의 온도 상승은 이들 재료 제한을 적절하게 방지하도록 45℃로 제한 되어야 한다. 이는 장치 전력이 대략 0.3W로 제한되야 함을 의미한다. 이들 장치가 열적으로 스트레스 가능한 웨이브 또는 기타 솔더 작업에 연속적으로 부착되어야 하기 때문에 그리고 리드에서 접합으로의 열저항이 감소하기 때문에, 이는 회로 공정중에 손상에 더 민감하다. 따라서, 40퍼센트 높은 디자인 허용오차는 제조 공차, 증가한 민감도를 수용하는데 이용되어야 하고 이 장치의 실질적으로 믿을 만한 전력 제한이 대략 0.18W로 되어야 한다. 이는 "5mm" 또는 "T-1-3/4"장치에 비교하여 실질적으로 증가(33퍼센트)한다 이것은 아직 많은 전력이 아니어서 이들 장치의 방출된 플럭스는 제한된다. 이를 극복하기 위해, 많은 이들 장치는 (자동차 CHSML인 겨우, 최고 30)응용에 필요한 조명 또는 방사 플럭스을 발생하기 위해 조합으로 흔히 이용된다.
Hewlett Parkard의 SuperFlux 또는 Piranha 장치는 와트당 100℃작게 "5mm" Ehsms "T 1-3/4 또는 SuperFlux 또는 Piranha 장치보다 낮은 열저항을 갖는다. "5mm" 또는 T 1-3/4" 의 경우에 Piranha 또는 SnapLED장치는 이 장치의 에미터가 130℃(어떤 경우에 이 보다 이하이지만, 최상의 재료가 분명 이용가능함)이상으로 연속적, 통상적 또는 주기적으로 작동하는 경우, 신뢰성이 결여된 클리어 캡슐화 재료에 의해 통상적으로 제한된다. 자동차 환경에 있어서 85℃을 공통적으로 초과하는 통상적인 주위온도의 경우에, 이들 장치의 온도는 재료 제한을 적절히 방지하기 위해 45℃로 제한되어야 한다. 이는 장치 전력이 대략 0.45W로 제한되어야 함을 의미한다. 상술했듯이, 이들 장치로부터 접합으로의 열저항은 그렇게 낮기 때문에, 이들은 손상이 없이 종래의 수단에 의해 솔더될 수 없다. 이는 이들 활용을 엄격히 제한하지만 이들은 어떤 응용에 대해선 적합하다. 이들 장치는 기계적으로 스트레스 가능한 클링칭 작동으로 부착되기 때문에, 이들은 처리 작업 동안 손상에 민감하게 유지된다. 따라서, 40퍼센트의 더 높은 허용오차가 제조 공차와 잠재적으로 증가한 처리 손상 민감도를 수용하는데 이용되어야 하고 이들 장치의 실제 신뢰가능한 전력 제한은 대약 0.27W가 되어야 한다. 이것은 "5mm" 또는 "T -1-3/4" 또는 SuperFlux 또는 piranha 장치에 비하여 크게 증가하지만 많은 전력은 아니다(종래의 솔더가능성에서 손실로 성취된다). 이들 장치로부터 야기된 제한된 플럭스를 극복하기 위해, 많은 것이 조합되어 이용되어 응용(예를들어, 자동차 CHSML인 경우 최대 12, 자동차 리어 조합 정지/회전/테일 램프인 경우 최대 70)에 필요한 조명 또는 방사 플럭스를 발생한다.
"TOPLED", PLCC 및 Hewlett Packard "High-Flux" Ehsms "Barracuda" 장치와 같은 표면 실장 장치는 구조에서 상이한 폴리머 재료를 이용한다. 즉 먼저 조합 손서의 첫번째는 장치 몸체의 기본 구조를 형성하고 이 장치 리드를 함께 유지하는 플라스틱 재료이다. 그러나, 이러한 방법은 리드 플레임이 (리드 플레임을 제 1 지지 재료주위에 설치하기 위해)인서트 몰딩을 경유하여 처음에 처리되어야 하고 다음에 다이 마운팅과 와이어 본딩 및 몰딩의 제 2단계를 필요로 한다. 몰딩의 제 2단계는 (다이 본딩과 와이어 본딩에 대해 기회를 제공하기 위해)광 몰딩이어야한다. 이러한 디자인과 처리는 어렵고 높은 생산과 높은 품질로 실행하는데 비용이 많이 소요된다. 축적된 공차는 다이와 와이어 본딩에 의해 방해되는 다중 단계 몰딩 방법으로부터 초과 될 수 있다.
종래의 LED장치의 설계자가 직면한 부가적인 문제는 LED리드 중 하나를 LED칩에 결합하는데 이용되는 와이어 본드는 리드 또는 칩과 파괴 또는 접촉할 수 있다. 이러한 고장은 예를들어, 와이어 본드 주위의 캡슐화재의 열 팽창/수축 또는 캡슐화재을 통해 와이어본드에 전달되는 시어힘에 의해 발생할 수 있다.
기타 형태의 방사 에미터는 과도한 작업 온도에 노출되는 경우 실험 성능 저하, 손상, 증가된 손상 고장 확률 또는 가속된 붕괴를 감지한다.
결과적으로, 와이어 본드 접점에 있어서의 파괴 또는 과도한 작동 온도에 의해 야기될 수 있는 기타 결점으로 인해 고장에 더 민감한 동안, 종래의 LED 장치보다 높은 방출 출력에 대한 수용능력을 갖는 방사 에미터 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
부가적으로, LED장치를 제조하기 위해 이용되는 장치에 대한 최소한의 변경을 요구하면서 종래의 LED 장치 대신에 본 발명의 LED장치의 즉각적인 이용을 실행하도록 종래의 LED 장치의 동일한 크기와 형성을 유지하면서 종래의 LED장치의 에 대하여 향상된 방출 출력을 갖는 방사 에미터 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 예를들어, 발광 다이오드(LED)패키지와 같은 방사 에미터 장치, 이 방사 에미터 장치를 제조하는 방법 및 광 방사 에미터 장치를 포함하는 광-전자 에미터 어샘블리에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 의해 구조된 방사 에미터 장치의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 방사 에미터 장치의 상면도.
도 3은 도 2에 도시되어 있고 도 2에 나타나 있듯이, 선(3-3')을 택한 방사 에미터 장치의 단면도.
도 4는 도 1-3에 도시된 방사 에미터 장치가 구조될 수 있는 리드 프레임 어샘블리의 측면도.
도 5는 방사 에미터 장치를 제조하는 본 발명의 방법에 의해 몰드에 반전되어 끼워진 도 4에 도시된 리드 프레임 서브어샘블리의 사시도.
도 6은 제 1 몰딩 단계 전에 도 5에 도시된 몰드에 반전되어 끼워진 리드 프레임 서브어샘블리의 부분을 도시한 도 5의 선(6-6')을 따라 택한 부분 단면도.
도 7은 제 1 몰딩 단계 후 도 5에 도시된 몰드로 인버트되어 끼워진 리드 프레림의 부분을 도시한 도 5의 선(6-6')을 따라 택한 부분 단면도.
도 8은 최종 몰딩 후, 도 5에 도시된 몰드로 반전되어 끼워진 리드 프레임 서브어샘블리의 부분을 도시한 도 5의 선(6-6')을 따라 택한 부분 단면도.
도 9는 몰드로부터 제거후 최종 리드 프레임 어샘블리의 측면도.
도 10은 본발명에 의한 방사 에미터 장치를 생성하는 본 발명의 단계를 도시한 흐름도.
도 11은 본 발명의 제 2실시예에 의해 구성된 방사 에미터 장치의 단면도.
도 12는 본 발명의 제 3실시예에 의해 구성된 방사 에미터 장치의 사시도.
도 13은 본 발명의 제 4실시예에 의해 구성된 방사 에미터 장치의 사시도.
도 14는 도 13에 도시된 방사 에미터 장치의 확대 사시도.
도 15는 본 발명의 제 5실시예에 의해 구성된 방사 에미터 장치의 사시도.
도 16은 도 1 내지 도 3에 도시된 종래의 T-1 3/4 LED 장치 및 본 발명의 T-1 3/4LED 장치에 대해 인가된 전력의 기능으로 평균 정규화된 조명 플럭스를 도시한 그래프.
따라서, 본 발명의 태양은 상술한 문제를 극복하고 향상된 성능과 치명적인 손상에 대한 손상을 덜 입는 방사 에미터를 제공하는 것이다. 본 발명의 실시예에따라, 방사 방출 장치는 하나이상의 방사 에미터와 이 방사 에미터에 전기적으로 연결된 제 1 및 제 2 전기 리드와 상기 방사 에미터와 상기 제 1 및 제 2 전기리드의 부분을 캡슐화하도록 구성된 일체가된 캡슐화재를 구비한다. 이 캡슐화재는 적어도 제 1 죤과 제 2죤을 가지고 있다. 제 2 죤은 제 1 존과 하나이상의 다른 특성르 나타낸다. 이 다른 특성은 물리적, 구조적 및/또는 구성상 특성이다. 예를 들어, 하나이상의 상이한 특성은 하나이상의 다음 특성, 즉, 기계적인 강도, 열 전도도, 열수용능력, 고유 열, 열팽창계수, 접착, 산소 불침입성, 습기 불침입성 및 방사 에미터로부터 방출된 방사에 대한 투과율을 포함한다.
본 발명에 의한 방사 방출 장치를 제조하는 방법은 (1) 서브어샘블리를 형성하기 위해 하나이상의 방사 에미터를 리드 프레임에 부착하여 전기적으로 연결하는 단계와; (2) 이 서브어샘블리를 몰드 중공에 끼우는 단계와; (3) 몰들 중공에 제 1 캡슐화재 재료를 부분적으로 채우는 단계와; (4) 나머지 몰드 중공에 제 2 캡슐화 재료를 채우는 단계와; (5) 이 몰드 중공으로 부터 캡슐화한 서브어샘블리를 제거하는 단계를 포함한다.
또다른 종래의 이산 광-전자 에미터의 넓은 범위에 대해 본 발명은 신뢰할 만한 패키지 전력 수용능력의 큰 증가를 성취하고 패키지 열 저항에 있어서의 큰 감소와 신규한 방식으로 패키지 손상 민감도의 큰 감소를 성취한다.
본 발명의 특징과 장점 및 목적은 다음 명세서, 클레임 및 첨부된 도면을 참고로 하면 당업자는 이해할수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예룰 상세히 설명할 것이다. 이의 예는 수반한 도면에 예시되어 있다. 가능하다면 어디에서도, 동일한 참조번호는 동일한 또는 같는 부분을 언급하기 위해 도면들 전체를 통해 이용될 것이다.
설명을 위해, "상부", "하부", "오른쪽", "윈쪽", "뒤", "앞", "수직", "수평", "상부", "저부"라는 용어 및 이의 파생어는 소오스의 이론 광축을 따라 방사 방출 장치에서 직접 보는 사람이 볼때 본 발명에 관계하는 것이다. 그러나, 본 발명은 표현이 반대로 특정되는 곳을 제외하고 본 발명은 여러 대안적인 방위를 취할수 있다는 것을 이해해야 할 것이다. 첨부한 도면에 예시되고 다음 명세서에서 설명된 특정 장치는 첨부된 클레임에 한정된 본 발명의 개념의 예시적인 실시예에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 설명된 실시예에 관한 특정 치수, 특성 및 기타 물리적인 특성은 클레임이 제한된 것으로 표현되지 않는 이상 제한하는 것으로 간주 하여서는 안된다.
본 발명의 여러 실시예는 높고 낮은 전력 인가에 유용한 개량된 광방사 방출 장치에 관한 것이다. 본 발명의 이러한 실시예는 차량, 휴대용 램프 및 특정 라이트와 같은 제한 된 전력 인가에 이용하기에 적합하다. 차량이란, 오버 랜드 차량, 선박, 항공기, 유인 우주선을 의미하고 자동차, 트럭, 벤, 버스, 레크레션 차량(RV), 자전거, 모터사이클, 및 모터달린 자전거, 모터달린 카트, 전기 자동차, 전기 카트, 전기 자전거, 선박, 보트, 호버클라프트(hovercraft), 잠수함, 항공기, 헬리콥터, 우주 정거장, 왕복 우주선등을 포함하지만 이들로 제한하지 않는다. 휴대용 램프란, 캠핑 랜턴, 채광, 등산 및 동굴탑험과 같은 헤드 또는 헬밋 설치 램프, 휴대용 플래쉬 라이트를 의미한다. 특수 라이트란 전력 고장, 빌딩에서의 화재 또는 축적중 작동하는 비상등, 마이크로스포프 스테이지 조명등, 광고판 전면등 및 배후 조명등을 의미한다. 본발명의 광 방출 어샘블리는 조명장치 및 표시계로서 이용될 수 있다. 본 발명이 이용될 수 있는 응용의 예는 Robert에 의한 미국특허 제 6.441,943호에 설명되어 있다.
본 발명의 어느 실시예는 보는데 충분한 흥미의 물체를 조명하고 충분한 뚜렷한 칼라와 컨트라스트를 갖도록하여 용이하게 식별할 수 있게하기 위해 충분한 휘도를 가진 백색광을 발생할 수 있는 매우 신뢰성이 높고 저 전압이고 긴수명의 차량용 광원을 제공한다. 본 발명의 여러 방사 에미터 장치는 AC 또는 DC전력원, 펄스 폭 변조 DC전력원과 전자 제어 시스템과 이용하기에 매우 적합할 수 있다. 본 발명의 방사 방출 장치는 여러 칼라의 광을 방출하고 IR과 UV방사와 같은 비 가시 방사를 방출하는데 더 이용될 수 있다.
여기에 사용했듯이, 용어 "방사 에미터" 및 " 광 방사 방출 장치"는 광학 또는 비 광학 방사를 발생하여 방출하는 구조를 포함하는 반면, 용어 " 광 방사 에미터" 또는 "광 방사 방출 장치"는 가시광, 근 적외(IR)방사 및/또는 적외(UV)방사를 포함하는 광 방사를 방출하는 방사 에미터를 포함한다. 상술했듯이, 광 방사 에미터는 일렉트로 루미네션 소오스 또는 반도체 소오스 및/또는 포토루미네션 소오스 또는 기타 소오스를 포함할 수 있다. 하나의 형태의 일렉트로 루미네션 소오스는 반도체 광 방사 에미터를 포함한다. 본 발명을 위해, "반도체 광 방사 에미터"는 소자 또는 재료을 통해 전류가 통과 할때, 100nm와 2000nm사이의 파장을 갖는 전자기 방사를 방출하는 반도체 소자 또는 재료를 포함한다. 본 발명내의 반도체 광 방사 에미터의 주요기능은 도전된 전력을 방사된 광 전력으로의 변환이다. 반도체 광 방사 에미터는 선행 기술에 공지되어 다향한 선행기술 장치에 이용되는 일반적인 IR, 가시 또는 UV LED칩 또는 다이를 포함할 수 있거나 후술되어 있듯이 또 다른 형태의 반도체 광 방사 에미터를 포함할 수 있다.
본 발명에 이용될 수 있는 또 다른 형태의 반도체 광 방사 에미터는 발광 폴리머(LEP), 폴리머 발광 다이오드(PLED), 유기 발광 다이오드(OLED)이다. 이들로 만들어진 이러한 재료와 광 전자 구조는 종래의 무기 LED이지만, 일렉트로 루미네션용 도전 폴리머 폴리아닐린의 유도체와 같은 유기 화합물에 의존한다. 이러한 반도체 광 방사 에미터는 매우 신규하지만 다음과같은 소오로 부터 얻어질수 있다(다음: Cambridge Display Technology, Ltd of Cambridge 및 Uniax of Santa Barbara, California).
간단히, 반도체 광 방사 에미터라는 용어는 선행기술에 알려지거나 상술된 용어 LED나 기타 형태의 에미터와 대체될 수 있다. 본 발명에 적합한 에미터의 예는 AlGaAs, AlInGap, GaAs, GaP, InGaN, AlInGaN, GaN, SiC, ZnSe등의 도핑된 무기화합물내의 P-N 또는 N-P접합에서 원칙적으로 발행하고 전기 부착용 패드와 도전 바이어스와 연견된 여러 LED를 포함하다.
LED는 수백만 사이클 동안 기계 또는 전기적으로 온 및 오프할 때, 상당한 신회성 또는 필드 서비스 수명 저하에 영향을 주지 않기 때문에 본 발명의 방사 방출 장치에 이용되는 일렉트로루미네션 광원인 것이 바람직하다. LED로부터의 조명강도와 휘도는 광범위한 상태에 걸친 인가된 전류에 대한 선형 응답 기능과 거의 가깝워서 이들 강도의 제어를 매우 간단히 하게 한다. 마지막으로, ALInGaP, AlGaAs, InGaN, AlInGaN, GaN LED의 최근 발생은 루미네션 램프보다 발생한 가시광의 루멘 또는 캔딜라 당 전력이 덜 소모되어 비용이 절감되고 소형이며 경량의 조명장치 와이어링 하니스, 퓨즈, 컨텍터, 밧데리, 제너레이터, 교류발생기, 스위치, 전자 제어 장치 및 광학장치를 야기한다. 여러 예가 전에 언급되었고 본 발명의 범위내에 포함된다. 그러나 본 발명은 유도되지 않는 언급된 특정의 응용외의 다른 분명한 응용을 갖아서 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명의 광 방출 어샘블리에 이용될 수 있는 또 다른 바람직한 방사원은 포트루미네션 소오스이다. 포토루미네션 소오스는 가시 또는 비 가시 방사를 부분적으로 흡수하고 가시 방사를 재 방출함으로써 가시광을 발생한다. 포토루미네션 소오스는 형광물질로 이 형광물질은 염색, 피그먼트, 수정, 기판, 코팅은 물론 인을 포함한다. 이러한 형광 물질은 LED 또는 기타의 방사 에미터에 의해 여기되고 LED 장치와 일체가 되지 않은 렌즈 또는 확산기와 같은 분리 광소자내 또는 위 또는 LED장치내 또는 위에 배치될 수 있다. 형광소오스를 이용한 예시적인 구조가 다음에 더 설명되어 있다.
도 1-3은 본 발명의 제 1실시예에 의해 구성된 방사 에미터 장치(10)을 도시한다. 도시되어 있듯이, 방사 에미터 장치(10)는 캡슐화재(12), 제 1 및 제 2 전기리드(14, 16) 및 방사 에미터(35)를 포함한다. 캡슐화재(12)는 에미터(35)는 물론 각각의 전기리드의 부분을 캡슐화한다. 전기 리드(14, 16)는 임의의 각각의 스탠드오프(18, 20)을 포함하는데 이 스탠드오프는 THD응용을 위해 구성되는 경우, 장치의 자동 삽입을 돕기위해 제공되어 있다.
도 3에 잘 도시되어 있듯이, 제 1 전기 리드(14)의 상단은 수평으로 바깥쪽으로 연장되어 있고 방사 에미터(35)가 바람직하게 부착된 반사컵(36)을 형성한다. 전기 리드(14)에 대한 방사 에미터(35)의 제 1접촉 단자의 전기 접속이 다이 어택치(도시되지 않음)을 통해 이루어지거나 와이어 본드 또는 기타 커넥터에 의해 이루어 진다. 장치(10)는 제 2 전기리드(16)에 방사 에미터(35)의 제 2 접촉단자를 전기적으로 연결하는 와이어 본드(38) 또는 기타 수단을 포함하다. 제 1 리드(14) 및 제 2리드(16)의 상단은 공간을 둔 관계 및 캡슐화재(12)가 매우 높은 전기 저항을 갖는 재료로 되는 것이 바람직하다는 사실에 의해 서로 전기적으로 절연된다.
도 1-3에 도시된 방사 에미터 장치(10)는 종래의 5mm/T-13/4 LED장치 또는 3mm T-1장치와 같은 크기와 형상을 갖도록 의도되어 있어 캡슐화재(12)는 자동 인서터에 의해 방사 에미터 장치의 일치를 실행하는 하부 림(22)과 평탄한 측(24)을 포함한다.
도 3에 도시되어 있듯이, 임의의 글로브 탑(40) 또는 기타 광 또는물리적인 조절기가 방사 에미터(35)위 및 와이어 본드(38)의 최소한의 부분에 증착되어 있다. 글로브 탑(40)은 실리콘으로 되어 있고 임의의 인 또는 기타 포토루미네션 재료를 포함할 수 있다. 글로브 탑(40)의 이용은 방사 에미터(35) 및 몰딩공정 중 와이어 본드(38)의 접속을 보호하는데 바람직하다. 글로브 탑(40)을 제공하는 기타의 장점은 아래에 더 설명되어 있다.
본 발명의 방사 에미터 장치(40)의 캡슐화재(12)는 존(30)과 (32)사이에 전이 영역(31)을 갖는 두개이상의 기능 존(30, 32)을 포함한다. 이 분리 기능 존(30, 32)은 제 1존(30)이 제 2존(32)보다 하나이상의 다른 특성을 갖아 특정 존에 의해 수행된 기능(들)의 성능을 최적화하기 위해 캡슐화재의 기타 부분과 다른 기능 역할을 한다. 예를들어, 제 1존(30)은 방사 에미터(35)로부터 방출된 방사 파장에 부분적으로 전송되는 반면, 제 2존(32)은 이러한 파장에 투명할 필요는 없다. 이에 의해 본 발명의 방사 에미터 장치가 제 2 영역에서의 고성능 전력 반도체 캡슐화 및 이송 몰딩 화합물의 특유한 이익을 이용한다. 들 특성은 매우 낮은 열팽창계수; 매우 높은 열 전도도; 매우 높은 Tg; 매우 높은 고유 열; 산소, 가스 또는 수증기에 대한 매우 낮은 투과성 및 매우 높은 물리적인 강도특성을 포함할 수 있다.
많은 고 전력 비 광 전자 장치을 패키징하거나 포팅하는데 이용되는 화합물은 종래의 광-전자 에미터에 종래대로 이용되는 이들 많은 범주에서 매우 뛰어나다. 이러한 차이중 하나의 중용한 이유는 상술한 고성능 재료는 항상 불투명한 혼합물, 즉 이산 광-전자 에미터 장치에서 방출된 방사의 대역에 대해 투명하지 않다. 기능적으로 매력적인 재료의 불투명함은 (성능 향상 광물, 금속 및 재료 산화 필러에 의해)이들 행상된 특성에 연결되어 있어서 이들 재료는 이들 불투명으로 인한 광-전자 소자에 이용하는 것으로 전에 고려되지 않아왔다. 그러나, 투명성을 요구하지 않는 캡슐화재(12)의 존에 이한 재료의 이용을 제한함으로써, 본 발명은 재료 특성의 모든 이익을 향유한다.
캡슐화재(12)의 제 1 존(30)은 광 성능을 보존하기 위해 실질적으로 투명한 재료인 것이 바람직하다. 제 1존(30)은 임의로 부분적으로 확산될 수 있다. 제 1존(30)은 광-전자 에미터 장치에 공통으로 이용된 종래의 투명한 캡슐화재로 될 수 있다. 렌즈(12)의 제 1존(30)은 방사 에미터(35), (존재하는 경우)다이 어택치 및 방사 에미터(35)에 연결된 어느 와이어 본드(38)의 부분을 커버, 엔벨로프 보호 및 지지하는데 바람직하다.
캡슐화제(12)의 제 1 죤(30)은 두개이상의 부분으로 구성되어 있는데, 맨안쪽은 본 발명의 캡슐화재의 몰딩의 제 1단계 전의 방사 에미터(35)에 미리 부착된 실리콘 글로브 탑(40)이다. 제 1존(30)의 가장 안쪽 부분은 고성능 에폭시, 실리콘 우래탄 또는 광학적으로 반투명하거나 투명한 필러 또는 확산제을 가능한 포함하는 폴리머 재료을 일 수 있다.
캡슐화재(12)의 제 2존(30)은 방사 에미터(35)에 의해 방사된 방사에 대해 실질적으로 투명한 광 에폭시 혼합물을 포함하는 화합룰로 되는 것이 바람직하다. 그러나 기타 클린 재료가 또한 이용될 수 있고 이 재료는 방사 에미터의 일차 방출대역외측의 대역에서 투명하지 않다.
캡슐화재(12)의 제 2존(32)은 캡슐화재(12)의 영역의 기능를 최적화하는 재료로 되는 것이 바람직하다. 상술했듯이, 제 2 존(12)은 투명할 필요는 없다. 존(32)의 특정 기능은 큰 고장, 스트레스 및 전도 리드(14, 16)위로 전달된 기계적인 스트레스로부터 축전된 피로을 최소화하는 것이 일반적이다. 이 목적을 위해 가장 적절한 재료가 투명할 필요가 없이 주어진 것으로부터 선택될뿐 아니라, 재료는 높은 장력 및 압축 강도, 접착 및/응력을 포함하는 높은 강도 특성을 가질수 있다.
캡슐화재(12)의 제2존(32)역할을 하는 또다른 기능은 제 2존(32) 또는 리드(14, 16)와 캡슐화재(12)사이의 인터패이스를 통해 장치 위쪽으로 전달될 수 있는 반응제 또는 산소, 분자 수증기에 대한 장벽으로써의 역할을 한다. 따라서, 제 2존(32)은 반사 에미터(35), (존재하는 경우) 다이 어택치 와이어 본드(38), 리드 프레임 도금의 캡슐화한 부분 및 산소, 분자 수증기 및 기타 반응재료부터 존재하는 포토루미네션 재료을 포함하는 내부 장치 구성물을 효과적으로 보호한다. 캡슐화재(12)의 제 2죤(32)이 투명하지 않기 때문에, 제 2존(32)은 종래의 투명한 캡슐화재에 존재하는 장벽특성에 비하여 향성된 장벽특성으로 구성될 수 있다.
제 2존(32)은 제 1존(30)으로부터 가질수 있는 더 중요한 상이한 특성 중 하나는 향상된 열특성를 아마 가질수 있다는 것이다. 낮은 장치 열 저항을 성취하기 위해 제 2존 (32)은 장치를 포위하는 전기 리드(14, 16)의 임계 영역에서, 방사 에미터(35)(즉, 존재한다면), 반사컵(36)을 지지하는 리드의 부분에 대한 열 커플링에서 높은 열전도를 갖는 것이 바람직하다. 솔더링 작업으로부터 매우 높은 열저항보호를 하기 위해, 캡슐화재(12)의 제 2 존(32)의 저부가 스탠드오프가 존재하지 않는 경우 공정동안 용융 솔더와 실질적으로 접촉하지 않게 유지된 리드상의 동일한 점 또는 (존재하는 경우) 스탠드오프(18, 20)보다 도전 리드(14, 16)의 솔더 가능한 부분 및 단에 근접하게 연장하지 않는다.
높은 열 수용능력을 가지도록 캡슐화재(12)의 제 2죤(32)을 형성함으로써 제 2존(32)은 공정 또는 작업 중 전이 온도 스파이크를 억압하는데 도움을 줄 것이다. 또한 낮은 열팽창계수을 갖도록 제 2존(32)을 구성함으로써 큰 고장, 스트레스 및 열팽창으로부터의 축적된 피로 및 장치내의 연결이 최소화된다.
캡슐화재(12)의 제 1 및 제 2 존(30, 32)에 대한 상이한 기능 특성을 성취하기 위해 두개의 존이 상이한 물리적인 특성를 갖는다. 이러한 물리적인 특성은 구조적이거나 화학적일수 있다. 이러한 상이한 구조특성은 제 1 및 제 2존(30, 32)모두에 대한 동이한 일반적인 구성물을 사용하지만 두개의 존내의 마이크로 구조 방위의 변경을 야기함으로써 얻어질 수 있다. 이러한 구조 특성은 어닐링, 방사 큐링 또는 기타 방사 처리을 이행하여 존을 다를게 처리함으로써 몰딩 공정동안 변경될수 있다. 더구나, 마이크로 구조 방위는 자계를 하나이상의 죤 형성 캡슐화재(12)에 인가함으로써 변경될 수 있다.
두개의 상이한 구성이 제 1 및 제 2존(30, 32)을 형성하기 위해 사용되는 경우에, 재료 구성물은 본 발명의 바람직한 실시예를 수행하는 본 발명의 공정을 참조하여 아래에서 더 후술 되어 있듯이, 동일한 몰드에서의 몰딩에 대해 양립할 수 있다. 제 1 및 제 2 존(30, 32)을 일체적으로 몰딩함으로써, 결함 본드가 존(30)과존(32)사이의 전이(31)에 형성될 수 있다. 이러한 결함 본드는 대체로 캡슐화재의 강도를 향상시키는데 바람직하고 존재하는 존(32)과 존(30)상의 어떤 인터패이스를 경우하여 산소, 수증기 또는 시약이 방사 에미터(35)로 도달하하는 것을 방지하는데 바람직하다. 더구나, 이러한 결함 본드는 외면의 연속성을 제공한다. 아래에 더 설명되어 있듯이, 제 1 및 제 2 존(30, 32)에 이용되는 성분은 전이(31)에서 부분적으로 혼합된다. 전이(31)은 캡슐화재(12)의 매우 좁은 단면일 수 있거나 성분 그라디언트가 제 1 및 제 2 존(30, 32)의 성분을 상용하여 형성된다.
캡슐화재(12)의 제 2존(32)을 불투명하게 하는 부가적인 장점은 장치(10)으로부터의 백 스캐터링(back scattering)이 실질적으로 크게 감소한다는 것이다. 이러한 백 스캐터링은 이러한 방사 에미터 장치가 자동차용 전자크로미 백미러 어샘블리에 장착되는 경우와 같이, 방사 방출 장치(10)과 같은 하우징에 실장되는 경우에 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 방사 방출 장치의 일반적인 구조을 설명했고 이러한 방사 에미터 장치의 제조하는 본 발명의 방법은 후술되어 있다. 그러나, 방사 에미터 장치(10)는 다른 방법을 이용하여 이루어질 수 있다는 것을 알수 있을 것이다.
도 10은 본 발명의 방법에 대한 단계 및 임의 단계를 도시한 흐름도이다. 장치 어샘블리의 여러 단계를 도시한 도 10은 도 4-9를 참조하여 동시에 설명될 것이다. 본 발명의 방법에 있어서의 제 1 단계(100)는 리드 프레임을 존비하는 것이다. 리드 프레임의 예는 도 4에 도시되어 있고 참조번호(52)로 표시되어 있다. 리드 프레임은 종래의 기술을 이용하여 어떤 구성에서 이루어 질수 있다. 리드 프레임(52)는 스탭프 및 임의로 포스트 도금되어 있다. 리드 프레임(52)은 임의의 초음파 또는 기타 클리닝으로 이루어 질 수 있다. 도 4에 도시되어 있듯이, 리드 프레임(42)은 다수의 방사 에미터 장치용 제 1 및 제 2 전도 리드(14, 16)을 포함한다. 이 리드(14, 16)는 리드(14, 16)에 실질적으로 수직하게 연장한 제 1 타이 바(540 및 제 2 타이바(56)에 의해 함께 유지되어 있다. 리드 프레임(52)은 리드 프레임(52)의 양단에서의 제 1 및 제 2 타이바(54)와(56)사이 및 한쌍의 리드(14)와 (16)사이에 연장하는 수직 프레임 부재(58)을 더 포함 한다.
리드 프레임(52)은 제 1 전기 리드(14)의 일단에 지지대(바람직하기로는, 반사컵(36))을 포함하도록 모양을 하는 것이 바람직하다.
공정의 다음 단계(102)는 하나이상의 방사 에미터(35)를 리드 프레임(52)상의 각각의 반사컵(36)에 부착하는 것이다. 가장 바람직한 실시예에서, 방사 에미터(35)는 LED칩이고 도전 에폭시 어택치 또는 용융 본드로 각각의 컵(36) 또는 리드 프레밍의 기타 지지구조에 다이 본드되어 있다. 이용되는 경우, LED칩은 종래의 LED칩이거나 어느 LED칩이거나 이로 인해 개발된 방사 에미터 일 수 있다. 이 단계의 부분으로, 어택치 에폭시는 진공에 의해 가스가 제거된 다음 큐어/냉각된다. 이 구조는 다음 초음파 또는 기타 클리닝을 임으로 받고 다음 단계를 따른다.
가장 바람직한 실시예의 대해, 방사 에미터(35)가 본드 와이어로 와이어 본드되어 방사 에미터(35)용 바람직한 전도 통로를 설정하게 된다. 다음, 단계(106)에서, 임의의 인, 글로브-탑, 또는 기타 광 또는 물리적인 감속제가 방사 에미터(35)상에 증착된다. 하나이상의 광 또는 물리적인 감속제가 이용될 수 있다(예를들어, 인은 먼저 적용될 수 있고 큐어/건조될수 있고 다음 실리콘 글러브-탑 적용이 이여진다). 이 단계에서 적용되는 것이 무엇이든 간에 건조와 큐어가 된다(단계(108). 임의적으로, 이러한 임의의 광 또는 물리적인 감속제는 다음 단계를 진행하기에 앞서 진공에 의해 가스가 제거된다.
다음 단계(110)는 반사컵(36)내의 클리어 에폭시의 임의적인 적용 후 임의적인 가스제거 단계와 관련된 것으로 이 가스 제거 단계는 진공에 의해 수행된다. 클리어 에폭시의 임의 적용은 다음 몰딩 공정에서 버플이 반사컵에 및 주위에 형성하는 방지하기 위해 행해진다. 적용된 클리어 에폭시는 더 후술된 제 1 몰딩 단계동안 적용된 동일한 재료일 수 있다. 다음 단계(110)에서, 리드 프레임 서브 어샘블리(50)(도4)의 구조가 완성되고 이러한 서브어샘블리는 몰딩을 위해 마련된다.
다음 단계(112)는 리드 프레임 서브어샘블리(50)를 반전하고 이 리드 프레임 서브어샘블리의 부분을 몰드(60)에 형성된 캡슐화 몰드 중공(620에 끼워서 정합하는 것이다. 도 5에 도시되어 있듯이, 몰드는 몰드 중공(62)에 대한 적절한 위치에 리드 프레임 서브어샘블리(50)를 수용하여 정합하는 다수의 리드 프레임 지지대(64)를 포함하는 것이 바람직하다. 도 6은 리드 프레임 서브어샘블리(50)가 중공(60)에 반전되어 끼워진 하나의 몰드 중공(62)의 단면도를 도시한다.
다음 단계(114)는 캡슐화의 제 1단계를 수행하는 것으로 클리어 에폭시 렌즈 재료가 (바람직하기로는 분사에 의해) 캡슐화 몰드 중공(62)에 분배된다. 정밀한 계량 또는 피드백은 반사 컵(36)의 반전된 립 또는 방사 에미터(35)의 표면위에 클리어 에폭시를 채우는데 이용하는 것이 바람직하다(어느 이유 때문에 장치에 반사컵이 없는 경우). 도 7을 참조하면, 다음, 임의의 가스 제거 단계(116)는 진공에 의해 클리어 에폭시로부터 버플을 제거하는 것을 행한다. 클리어 에폭시를 미리 큐어링하는 단계(118)는 임의로 수행될 수 있다. 이 임의 예비 큐어링은 두개의 일차캡슐화 재료의 자유로운 혼합을 최소하기 위해 단지 큐어에 충분하지만 이는 혼합을 방지하기에는 충분하지 않다. 전이 경계선(31)에서 작은 혼합이 일정한 강도 및 결함 본딩에 유익할것으로 간주된다.
다음 단계(120)는 몰드 중공(62)의 나머지를 채우기 위해 (바람직하기로는 분사에 의해) 몰드 중공(62)내에 배치된다. 정밀한 계량 또는 피드백이 존재하는 경우, 스탠드오프(18, 20)의 상부 또는 장치 몸체의 의도된 저부까지만 채우는데 이용하는 것이 바람직하다. 도 8은 제 2단계를 추종하는 적절히 채워진 몰드 중공(62)을 도시한다.
단계(120)후에, 단계(122)는 임의로 수행되어 기본 캡슐화 재료가 진공에 의해 가스가 제거되어 어떤한 배플도 제거하게 된다.
다음, 단계(124)에서, 기본 캡슐화 재료는 전에 완전히 큐어링되지 않은 어떤 다른 적소의 재료의 잔류 큐링과 함께 큐어링된다. 다음 단계(126)에서, 거의 완성된 리드 프레임 구조는 몰드(60)로부터 방출된다. 임의의 포스트 큐어 단계(128)이 수행된후 클리어링/디플래쉬 단계(130)가 행해진다.
합성 구조가 도 9에 도시되어 있다.
다음 단계는 단일 단게(132)로 제 2 타이 바(56)와 수직 리드 프레임 부재(58)가 완성된 리드 프레임 어샘블리로부터 절단되어져 나가고 제 1 타이바(54)가 각각의 장치에 대해 제 1 전기 리드(14)와 제 2 전기리드(16)사이는 물론, 각각의 장치사이에서 절단된다. 스탠드오프가 바람직하지 않은 경우, 제 1 타이바(54)가 그 전체에서 제거될수 있고 그렇지 않은 경우, 스탠드오프(18, 20)로 역할을 유지하는 바(54)의 부분이 제거될 수 있다.
단일 단계(132)후, 임의 시험 단계(134)가 수행되고 이 장치는 팩 되어 선적된다. 여러 방법이 본 발명의 대안적인 실시예을 참고하여 아래에 설명되어 있다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 의해 구성된 방사 에미터 장치(150)을 도시한다. 장치(150)는 다수의 방사 에미터(35a, 35b)를 포함한 다른 면에서 상술한 장치(10)과 다르다. 양 에미터(35a, 35b)는 공통 반사컵(36)에 설치될수 있거나 동일 또는 별개의 리드에 제공된 별개의 컵에 설치될 수 있다. 전기 접속과 바람직한 제어에 따라, 부가적인 리드(16b)가 제공될 수 있다. 방사 에미터(35a, 35b)가 직열 또는 병렬로 접속될 수 있거나 상이한 파장의 광을 방출하기 위해 동일 또는 상이한 구조를 갖을 수 있다.
바람직한 실시예에서, 에미터(35a, 35b)는 이진 보수 특성의 광을 방출하여 효과적인 백색광를 발생한다. 이러한 응용에 적합한 LED칩 및 장치는 Robert R.Turnbull에 의한 1996년 6월 16일자 제출된 "광 방출 다이오드를 포함하는 조도계"라는 제목의 공통으로 양수된 미국특허 제 5,803,579호에 개시되어 있다.
캡슐화재(12)의 제 2존을 형성하는데 이용되는 베이스 에폭시는 혼합물에서는 물론, 하나이상의 물리적인 특성(흥미의 파장에서 스팩트럼 투과율, 흥미의 하나이상의 파장에서 분산 스케터링 특성, 미세수정 구조, 강도, 열전도도(CTE, Tg,등)에서 제 1존(30)을 형성하는데 이용되는 클리어 렌즈 에폭시와 다르다. 제 1존(30)과 제 2존(32)사이의 전이 존(31)은 (특성에 있어서 더 급격한 전이에 영향을 주는) 좁거나(특성에 있어서 더 점차적인 전이 또는 그라디언트에 영향을 주는)넓은 전이 경계 존(31)에서 발생할 수 있다. 상술했듯이, 렌즈 에폭시와 베이스 에폭시간의 차이는 구성적이고 제조 공정에서 두개의 상이한 재료 혼합물을 사용함으로써 성취된다. 존(30)과 (32)사이의 좁은 전이 경계 영역(31)은 나머지가 부가되기에 앞서 하나의 재료를 약간 또는 완전히 예비 큐어링함으로써 실질적으로 혼합할수 없는 두개의 공식을 보장함으로써 성취된다. 넓은 경계 존(31)은 제 2재료를 첨가하기 전에 제 1재료를 완전히 에비 큐어링함으로써 그리고 두개의 재료의 제법을 보장함으로써 성취될 수 있다.
렌즈 에폭시와 베이스 에폭시사이에 바람직한 구별이 구성상 구별이 아니고 물리적인 구별인 경우에, 상술한 수단이 불충분한 경우에 있어서 또 다른 수단이 이를 성취하기 위해 이용될 수 있다. 예를들어 구성상 동일한 베이스 에폭시 부분에 대한 재료 특성 보강은 몰드에 분배한 후 베이스 에폭시 부분을 나중에 처리함으로써 성취될 수 있다. 이러한 사후 처리는 (몰드에 온도 그라디언트를 설정하거나 층화 오븐 또는 층화 가열된 공기흐름과 같은)차등 가열일 수 있다. 이러한 예비처리는 영역 IR, 가시, 마이크로웨이브, X-레이, 또는 기타 전자기 방사 원 또는 E-비임 또는 기타 입자 비임에 의해 부각적 또는 대안적으로 차등 방사일 수 있다.또한, 어느 미세구조 효과(그레인 이동, 적층, 방위, 크기, 응집)가 장치 재료의 모두 또는 부분을 전기장, 자기장, 원심/구심력 또는 중력에 분배 동안/후에 노출함으로써 발생된다.
도 12는 본 발명의 제 3실시예에 의해 구성된 방사 에미터 장치를 도시한다. 도 12에 도시된 장치(200)는 Hewlette Packard의 Flux 또는 Piranha 장치와 같은 크기와 형상을 하도록 구성되어 있다. 그러나, 도시되어 있듯이, 장치(200)는 제 1 두개의 실시예에서 적용된 것과 유사한 방식으로 적용된 제 1존(230)과 제 2 존(232)을 갖는 캡슐화재(212)을 포함한다면 면에서 다르다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 제 4실시예에 의해 구성된 방사 에미터 장치(250)을 도시한다. 도 13 및 도 14에서 불명히 알수 있듯이, 제 4 실시예는 크기와 형상에 있어서 모두 Hewlette Packard의 SnapLED 장치의 구성과 유사하도록 의도 되었다. 크기와 형상에 있어서 종래의 제품과 유사하게 본 발명의 여러 실시예를 구성함으로써 본 발명의 장치는 회로기판을 수용하는 데 이용되는 장비에 대한 어떠한 개량을 필요로 하지 않고 종래의 장치와 용이하게 대치 가능하다. 부가적으로, 종래의 구조와 유사하게 이들 실시예를 구성함으로써 종래의 장치를 제조하는 이용되는 동일한 캡슐화 몰드 중공은 본 발명의 실시를 하는데 이용되어 방사 에미터 장치를 제조하는 데 이용되는 장치를 크게 개량하는 필요성을 제거한다.
도 15는 본 발명의 제 5실시예에 의해 구성된 방사 에미터 장치(300)를 도시한다. 장치(300)는 전기 리드로부터 분리 밀 떨어진 캡슐화재로부터 바깥쪽으로 연장한 부가적인 여루출 부재(310)을 포함한다. 열추출 부재를 이용하는 또 다른 적절한 구성은 J. Roberts등의 공동으로 양수된 미국 특허 제 6.335,548호에 설명되어 있다.
도 15에 도시된 구성에 있어서, 캡슐화재에 프레넬 렌즈와 같은 마이크로 홈 렌즈를 형성하는 것이 바람직하다. 이것은 상이한 칼라의 LED칩이 단일 이산 LED장치에 제공되는 경우 특히 바람직한데 이 LED 장치에서 칩으로부터의 광은 백색광과 같은 또 다른 칼라을 형성하기 위해 혼합된다. 반사 소자는 장치의 광출력 면에 또한 고정되어 장치로부터 방출된 광을 더 수정한다. 마이크로 홈 렌즈와 반사 소자를 갖는 LED장치의 예는 John K.Roberts의 2001년 1월 19일에 제출된 마이크로 홈 렌즈를 갖는 방사 에미터 장치라는 제목의 공동으로 양수된 미국특허 출원 제 60/270.054호에 개시되어 있다.
본 발명은 다음 예에 의해 더욱 분명해 질것이다 이예는 본 발명의 예시를 위한 것이지 본발명을 제한 하려는 것은 아니다.
예
본 발명의 효과를 설명하기 위해, 두개의 LED장치가 구조되어 시험된다. 제 1 LED장치는 종래의 T-13/4 LED장치인 반면, 제 2 LED장치는 캡슐화재(120가 본 발명의 제 1실시예에 대하여 상술 되어 있듯이 제 2존(32)을 포함한다는 것을 제외하고 동일한 구성을 갖는다. 이 종래의 T-13/4 LED장치는 Dexter Electronic Materials Division으로부터 얻을 수 있는 HYSOL OS4000을 이용하여 구성된다. 본 발명의 T-13/4LED 장치는 제 1존(30)에 대해 동이한 투명한 에폭시를 사용하여 구성된다. 그러나, 제 2존(32)은 Dexter로부터 얻어지는 HYSOL EO0123을 이용하여 형성된다. 두개의 LED 장치는 온실온도에서 DC작동에 이해 작동되고 이들의 평균 정규화 휘도 플럭스가 측정되어 도 16에 도시된 그래프에 포시되어 있다. 이 그래프에서 분명히 알수 있듯이, 본 발명의 LED 장치는 특히, 고 전력에서 매우 큰 조명 플럭스를 갖았다.
이 예에서, 종래의 LED장치에 대한 본 발명의 LED장치에 대한 각각의 표시된 전력 레벨의 증가한 휘도는 감소한 접합 작동 온도와 감소한 어샘블리 열 저항의 표시이다.
본 발명이 장치의 일차 광축이 수직인 경우 실질적으로 수직으로 배열된 캡슐화재에 2개 또는 3개 존을 이용한 것으로 일반적으로 설명했지만, 이 들 존은 중심 광축 또는 안쪽 또는 바깥쪽의 좌우로 서로에 대해 향하고 있다는 것을 주지해야 한다. 캡슐화재 존의 내측/외측 배열은 외측으로부터 내측으로 "큐어 그레디언트"를 성취함으로써 이루어 지므로, 내측은 완전히 큐어되지 않고 잠시 동안 방사 에미터 장치의 수명으로 잠시 동안 소프트 하게 남는다. 이러한 구성은 방사 에미터(35)에 의해 발생된 열을 사용함으로써 LED의 안쪽을 큐어링함으로써 이용될 수 있다. 이것은 낮은 잔류 기계적인 스트레스가 바람직한 경우 장점이 있을 수 있다.
본 발명의 어느 실시예에서, 방사 에미터 접합으로부터 주위환경으로의 열저항이 열저항(리드에 대한 접합)을 감소하지 않고 감소되어 주어진 전력에서 더 양호한 작동온도(즉, 낮은 작동온도)가 리드-솔더링 열 손상에 대한 민감도를 증가하지 않고 성취된다.
상술된 설명은 바람직한 실시예만의 설명으로간주된다. 본 발명의 개량은 당업자 및 본 발명을 하고 이용하는 사람에게 발생될 수 있다. 따라서, 도면에 도시되고 상술된 실시예는 예시적인 목적에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며 다음 청구범위는 특허법의 원리 및 이에 대응하는 원리에 따라 해석되어져야 한다.

Claims (74)

  1. 하나이상의 방사 에미터와;
    상기 방사 에미터에 전기적으로 연결된 제 1 및 제 2 전기리드와;
    상기 방사 에미터와 상기 제 1 및 제 2 전기 리드를 캡슐화하도록 구성된 일체된 캡슐화재를 구비하며, 상기 캡슐화재는 하나이상의 제 1존과 제 2존을 가지고 상기 제 2 존은 제 1존으로부터 하나이상의 상이한 존을 나타내는 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하나이상의 상이한 특성은 물리적인 특성인 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 하나이상의 상이한 특성은 광학 특성인 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 하나이상의 상이한 광한 특성은 투명한 것을 특징으로하는 방사 방출 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 하나이상의 상이한 광학 특성은 확산성인 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    하나이상의 상이한 특성은 열특성인 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 하나이상의 상이한 열 특성은 열 팽창계수 인 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 하나이상의 상이한 열 특성은 고유 열인 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 하나이상의 상이한 열 특성은 글라스 전이 온도 인것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 하나이상의 상이한 특성은 구조적인 특성인 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 하나이상의 상이한 특성은 하나이상의 장력과 압축력을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 하나이상의 상이한 특성은 혼합적인 특성인 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 방사 에미터는 상기 제 1 및 제 2 전기 리드중 하나에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전기 리드로부터 상기 방사 에미터로 연장한 와이어 본드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  15. 제 1항에 있어서,
    하나이상의 상이한 특성은 기계적인 강도, 열 전도도, 열 수용능력, 고유 열, 열팽창계수, 접착력, 산소 불칩입성, 습기 불칩입성, 상기 방사 에미터로부터 방출된 방사용 투과율로서의 특성을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 존 중 하나는 상기 방사 에미터로부터 방출된 방사에 대해 부분적으로 투명한 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 캡슐화재의 영역은 렌즈의 기능으로 구성된 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 캡슐화재의 상기 제 1 존의 영역은 렌즈의 기능르로 구성된 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 캡슐화재의 상기 제 2 존은 상기 전기리드을 유지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 렌즈는 상기 전기 리드가 연장한 어느 측과 다른 상기 캡슐화재의 측에 형성된 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 렌즈가 형성된 측은 상기 전기리드가 연장한 측과 반대인 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 렌즈가 형성된 측은 상기 전기리드가 연장한 측과 인접한 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  23. 제 1항에 있어서,
    상기 전기 리드는 웨이브로 솔더 가능한 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  24. 제 1항에 있어서,
    상기 방사 에미터는 LED칩인 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  25. 제 1항에 있어서,
    상기 방사 에미터는 PLED인 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  26. 제 1항에 있어서,
    상기 방사 에미터는 OLED인 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  27. 제 1항에 있어서,
    상기 방출 에미터는 LEP인 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  28. 제 1항에 있어서,
    상기 방사 에미터는 반도체 광 방사 에미터인 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  29. 제 1항에 있어서,
    상기 하나이상의 방사 방출 다이오드는 상기 캡슐화재로 캡슐된 제 1 방사 에미터와 제 2 방사 에미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 제 2 방사 에미터는 LED칩인 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  31. 제 29항에 있어서,
    상기 제 2 방사 에미터는 포토 루미네션 에미터인 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  32. 제 29항에 있어서,
    제 1 방사 에미터는 LED칩이고 상기 제 2 방사 에미터는 포토루미네션 에미터인 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  33. 제 1항에 있어서,
    상기 캡슐화재의 상기 제 1존은 광학적으로 투명하고 상기 방사 에미터로부터 상기 캡슐화재의 광 출력 면으로 연장한 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  34. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2존은 상기 제 1존보다 낮은 열저항을 갖는 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  35. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2존은 상기 제 1존보다 높은 열 수용능력을 가지는 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  36. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2존은 상기 제 1존보다 높은 기계적인 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  37. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2존은 상기 제 1존보다 낮은 열팽창계수를 갖는 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  38. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2존은 상기 제 1존보다 접착강도가 큰 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  39. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2존은 상기 제 1존보다 낮은 산소 투과성을 갖는 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  40. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2존은 상기 제 1존보다 낮은 습기 칩입성을 갖는 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  41. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2존은 상기 제 1존 보다 높은 고유열을 갖는 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  42. 제 1항에 있어서,
    상기 캡슐화재의 상기 제 1 및 제 2 존은 접착가능한 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  43. 제 1항에 있어서,
    상기 일체 캡슐화재는 다른 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  44. 제 1항에 있어서,
    상기 전기 리드는 장치의 광축에 실질적으로 수직하지 않은 상기 캡슐화재로부터 연장된 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  45. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 존은 상이한 혼합물로 되어 있고 상이한 혼합물의 그라디언트 혼합물은 상기 존사이에 존재하는 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  46. 제 1항에 있어서,
    상기 캡슐화재의 상기 죤 모두는 가소성재료로 된 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  47. 제 1항에 있어서,
    상기 캡슐화재는 일체적으로 몰드된 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  48. 제 1항에 있어서,
    상기 방사 에미터 위에 배치된 글로브-탑을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  49. 제 48항에 있어서,
    상기 글로브-탑은 포트루미네션 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치.
  50. 광 방사 에미터와;
    상기 광 방사 에미터에 전기적으로 연결된 제 1 및 제 2 전기리드와;
    상기 광 방사 에미터와 상기 제 1 및 제 2 전기 리드의 부분을 캡슐화하기 위해 구성된 일체로 몰드된 캡슐화재를 구비하며, 상기 캡슐화재는 상기 방사 에미터에 의해 방출된 방사에 실질적으로 광학적으로 투명한 제 1 혼합물과 상기 제 1 화합물보다 다른 특성을 가진 제 2 혼합물로 이루어 진 것을 특징으로 하는 광 방사 방출 장치.
  51. 제 50항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 혼합물은 상기 캡슐화재의 상이한 영역으로 실질적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 광 방사 방출 장치.
  52. 제 50항에 있어서,
    상기 제 2 혼합물은 실질적으로 투명한 것을 특징으로 하는 광 방사 방출 장치.
  53. 제 50항에 있어서,
    상기 제 1 혼합물은 실질적으로 투명한 것을 특징으로 하는 광 방사 방출 장치.
  54. 제 50항에 있어서,
    상기 제 2 혼합물은 상기 제 1 혼합물보다 낮은 열저항을 갖는 것을 특징으로 하는 광 방사 방출 장치.
  55. 제 50항에 있어서,
    상기 제 2 혼합물은 상기 제 1 혼합물보다 높은 열 수용능력을 갖는 것을 특징으로 하는 광 방사 방출 장치.
  56. 제 50항에 있어서,
    상기 제 2 혼합물은 상기 제 1 혼합물 보다 높은 기계적인 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 광 방사 방출 장치.
  57. 제 50항에 있어서,
    상기 제 2 혼합물은 상기 제 1화합물보다 낮은 열팽창계수를 갖는 것을 특징으로 하는 광 방사 방출 장치.
  58. 제 50항에 있어서,
    상기 제 2 혼합물은 상기 제 1 혼합룰보다 큰 접착강도를 갖는 것을 특징으로 하는 광 방사 방출 장치.
  59. 제 50항에 있어서,
    상기 제 2 혼합물은 상기 제 1 혼합물보다 낮은 산소 흡착성을 갖는 것을 특징으로 하는 광 방사 방출 장치.
  60. 제 50항에 있어서,
    상기 제 2 화합물은 상기 제 화합물보다 낮은 습기 흡착성을 갖는 것을 특징으로 하는 광 방사 방출 장치.
  61. 제 50항에 있어서,
    상기 제 2 혼합물은 상기 제 1 혼합물보다 높은 고유 열을 갖는 것을 특징으로 하는 광 방사 방출 장치.
  62. 제 50항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 혼합물은 캡슐화재의 상이한 존으로 실질적으로 분리되고 이 존들의 인터패이스에 접착되는 것을 특징으로 하는 광 방사 방출 장치.
  63. 제 50항에 있어서,
    상기 광 방사 에미터는 상기 제 1 및 제 2 전기 리드에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 방사 방출 장치.
  64. 제 50항에 있어서,
    상기 방사 에미터는 LED칩인 것을 특징으로 하는 광 방사 방출 장치.
  65. 제 50항에 있어서,
    상기 방사 에미터는 반도체 광 방사 에미터인 것을 특징으로 하는 광 방사 방출 장치.
  66. 제 50항에 있어서,
    상기 광 방사 에미터위에 위치한 글로브-탑을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 방출 장치.
  67. 제 66항에 있어서,
    상기 글로브-탑은 포토루미네션 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 방사 방출 장치.
  68. 서브어샘블리를 형성하기 위해 하나이상의 방사 에미터를 리드프레임에 부착하여 전기적으로 접속하는 단계와;
    상기 서샘블리을 몰드 중공에 끼우는 단계와;
    나머지 중공에 제 2 캡슐화 재료를 채우는 단계와;
    상기 캡슐화한 서브어샘블리을 몰드 중공으로부터 제거하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치를 제조하는 방법.
  69. 제 68항에 있어서,
    나머지 몰드 중공을 제 2 캡슐화 재료로 채우기 전에 제 1 캡슐화 재료를 부분적으로 큐어링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치를 제조하는 방법.
  70. 제 68항에 있어서,
    캡슐화한 서브어샘블리를 몰드 어샘블리로부터 제거하기 전에 제 1 및 제 2 캡슐화재를 큐어링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치를 제조하는 방법.
  71. 제 68항에 있어서,
    제 1 캡슐화 재료는 방사 에미터에 의해 방출된 방사에 대해 실질적으로 투명한 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치를 제조하는 방법.
  72. 제 68항에 있어서,
    상기 제 2 캡슐화 재료는 불투명한 것을 특징으로 하는 방사 방출 장치를 제조 하는 방법.
  73. 청구항 68의 방법에해 구성된 방사 에미터 장치.
  74. 하나이상의 LED칩과:
    상기 LED칩에 전기적으로 연결된 제 1 및 제 2 전기 리드와;
    상기 LED칩과 상기 제 1 및 제 2 전기리드의 부분을 캡슐화하도록 구성된 제 1 및 제 2 전기 리드를 구성하며, 상기 캡슐화제는 적어도 투명한 제 1 존과 제 2존을 가지고 상기 제 2 존은 상기 제 1 존보다 큰 열전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 광 방출 장치.
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