專利名稱：輻射發(fā)射器器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來(lái)說(shuō)涉及諸如發(fā)光二極管(LED)插件的輻射發(fā)射器器件、制造輻射發(fā)射器器件的方法以及包含光輻射發(fā)射器器件的光電發(fā)射器組件。
背景技術(shù)：
如本文中使用那樣，術(shù)語(yǔ)“分立光電發(fā)射器組件”指的是當(dāng)施加電力時(shí)發(fā)射紫外(UV)，可見(jiàn)或紅外(IR)輻射的封裝輻射發(fā)射器器件。這種分立光電發(fā)射器組件包括一個(gè)或多個(gè)輻射發(fā)射器。輻射發(fā)射器，尤其是光輻射發(fā)射器，應(yīng)用于各種各樣的商業(yè)、工業(yè)產(chǎn)品和系統(tǒng)，并且相應(yīng)地按許多形式和插件得到應(yīng)用。在本文中術(shù)語(yǔ)“光輻射發(fā)射器”包括所有發(fā)射可見(jiàn)光，近紅外輻射和紫外輻射的發(fā)射器器件。這樣的光輻射發(fā)射器可以是光致發(fā)光、電致發(fā)光或者其它類型的固態(tài)發(fā)射器。光致發(fā)光源包括磷光性源和熒光性源。熒光性源包括磷光和熒光染料，色素，晶體，基片，涂層，以及其他材料。
電致發(fā)光源包括半導(dǎo)體光輻射發(fā)射器以及其它響應(yīng)電激勵(lì)發(fā)射光輻射的器件。半導(dǎo)體光輻射發(fā)射器包括發(fā)光二極管(LED)片，發(fā)光二極管聚酯(LEP)，有機(jī)質(zhì)發(fā)光器件(OLED)，聚酯發(fā)光器件(PLED)，等等。
半導(dǎo)體光發(fā)射器元件，尤其是LED器件，在各種各樣的生活和工業(yè)光電應(yīng)用中已變成常見(jiàn)的。其它類型的半導(dǎo)體光發(fā)射器元件，包括OLED、LEP等，也在許多這樣的應(yīng)用中封裝在適用于替代常規(guī)無(wú)機(jī)質(zhì)LED的分立元件里。
各種顏色的可見(jiàn)LED元件單獨(dú)地或小簇地在諸如計(jì)算機(jī)監(jiān)視器、煮咖啡器、立體聲接收機(jī)、CD機(jī)、VCR機(jī)等的產(chǎn)品上用作為狀態(tài)指示器。在諸如飛機(jī)、火車、輪船、汽車、卡車、面包車和體育用車輛等的儀表面板的各種系統(tǒng)中也可以找到這樣的指示器。在許多飛機(jī)場(chǎng)和證券市場(chǎng)交易中的移動(dòng)信息顯示器里以及在許多體育場(chǎng)地和一些都市廣告牌中的高亮度大面積室外電視屏幕里，可以發(fā)現(xiàn)包含數(shù)百個(gè)或數(shù)千個(gè)可見(jiàn)LED元件的可尋址陣列。
在高達(dá)100個(gè)元件的陣列里，黃色、紅色和紅-黃可見(jiàn)光發(fā)射LED用于視覺(jué)信令系統(tǒng)，例如車輛中心高架停止燈(CHMSL)、剎車燈、外轉(zhuǎn)彎信號(hào)和危險(xiǎn)閃光器、外部信令反射器和道路修建危險(xiǎn)指示器。黃、紅和藍(lán)-綠可見(jiàn)光發(fā)射LED日益增多地用在大得多的高達(dá)400個(gè)元件的陣列中以充當(dāng)城區(qū)和郊區(qū)道路交叉口處的停止/減速/通行燈。
多種可見(jiàn)彩色LED的多色組合充當(dāng)白色光投射源，用于二進(jìn)制補(bǔ)碼和三進(jìn)制RGB照明器中的照明。這樣的照明器例如可充當(dāng)汽車或飛機(jī)的地圖燈，或者充當(dāng)汽車或飛機(jī)的閱讀燈或禮貌燈，裝貨燈，牌照照明器，倒車燈和外部反射器小燈。其它有關(guān)使用包括便攜式閃光燈以及其它需要堅(jiān)固、緊湊、低重量、高效、長(zhǎng)壽命、低電壓白色照明源的照明器應(yīng)用。熒光增強(qiáng)型“白色”LED也可在這些例子的一部分中充當(dāng)照明器。
在諸如VCR、TV、CD的設(shè)備以及其它音頻視頻遙控單元中紅外發(fā)射LED用于遙控和通信。類似地，高強(qiáng)度紅外發(fā)射LED用于諸如臺(tái)式、膝上和掌上型計(jì)算機(jī)的IRDA設(shè)備、PDA(個(gè)人數(shù)字助理)和諸如打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)適配器、指點(diǎn)器(鼠標(biāo)、跟蹤球等)、鍵盤等計(jì)算機(jī)外設(shè)以及其它計(jì)算機(jī)之間的通信。紅外LED發(fā)射器以及紅外接收器還用作為工業(yè)控制系統(tǒng)中的接近或存在傳感器，用作為諸如指點(diǎn)器和光編碼器的光電設(shè)備的定位或定向傳感器，以及用作為諸如條形碼掃描器的系統(tǒng)中的讀出頭。紅外LED發(fā)射器還可以用于汽車的夜視系統(tǒng)中。
蘭、紫和紫外發(fā)射LED和LED激光器廣泛用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索應(yīng)用，例如對(duì)高密度光存儲(chǔ)盤的讀和寫。
對(duì)于分立LED器件和其它分立(封裝的)光電發(fā)射器，性能的提高實(shí)質(zhì)上取決于提高插件的可靠功能電容、減小插件的熱阻以及減少自動(dòng)安裝、焊接和減小其它電路或系統(tǒng)制造操作期間損害插件的易感性。
在操作期間保持分立光電發(fā)射器冷卻在幾方面上提高性能。發(fā)射器的效率通常隨操作溫度的增加下降和隨操作溫度的降低提高。發(fā)射器效率典型隨降低內(nèi)部操作溫度而相反地提高。通常隨著降低操作溫度改進(jìn)發(fā)射器的可靠性并改進(jìn)構(gòu)成發(fā)射器的材料和子部件的壽命。通常相對(duì)于降低的或更相容的操作溫度改進(jìn)發(fā)射器的發(fā)射頻譜的一致性。通常相對(duì)于降低的操作溫度改進(jìn)發(fā)射器的衰變壽命。出于這些以及其它原因，采用降低分立光電發(fā)射器的操作溫度的新穎機(jī)制是明顯有益的。
盡管周圍環(huán)境溫度是一個(gè)總是不能被控制的外部因素，部件的超過(guò)環(huán)境溫度的溫升主要取決于器件的熱阻和運(yùn)行功率。
遺憾的是，大多數(shù)分立光電發(fā)射器呈現(xiàn)和降低的內(nèi)部操作溫度的目標(biāo)相抵觸的特性。簡(jiǎn)言之，在達(dá)到插件或構(gòu)成材料或子部件的實(shí)際限制之前，這些類型的器件通常和功率增加成正比地發(fā)射更大量的有用輻射。這樣，對(duì)于更多輻射是有益的應(yīng)用(即，幾乎所有的已知應(yīng)用)，在和器件及系統(tǒng)可靠性相容的以及和器件的功率-輻射特性相容的最高功率下驅(qū)動(dòng)器件是有益的。但是，帶有有限(正，非零)熱阻器件中的功率增加造成內(nèi)部操作溫度的升高。
從而在不降低器件功率情況下降低內(nèi)部操作溫度或者替代地在提高器件功率的同時(shí)保持內(nèi)部操作溫度是有利的。這可以通過(guò)減小器件的熱阻實(shí)現(xiàn)。
在例如上面提到的各種應(yīng)用中，使用幾十億個(gè)LED元件，這部分地是因?yàn)槭⑿邢鄬?duì)少的標(biāo)準(zhǔn)化LED配置，以及由于這些配置容易由全球電子裝配業(yè)幾乎通用的自動(dòng)處理設(shè)備處理。通過(guò)主流(mainstream)的自動(dòng)處理設(shè)備和過(guò)程有助于低資本成本、低缺陷率、低勞力成本、高產(chǎn)量、高精度、高可重復(fù)性以及靈活的制造實(shí)踐。如果沒(méi)有這些特點(diǎn)，從大多數(shù)大量應(yīng)用的質(zhì)量觀點(diǎn)出發(fā)，采用LED是價(jià)格過(guò)高的或是無(wú)吸引力的。
現(xiàn)代電子裝配加工中二個(gè)最重要的步驟是高速自動(dòng)插入和大量自動(dòng)焊接。和自動(dòng)插入或放置機(jī)相容并且和一個(gè)或多個(gè)公用大量焊接工序相容對(duì)于分立半導(dǎo)體光發(fā)射器(包括LED)的大規(guī)模商業(yè)生存能力是關(guān)鍵性的。
從而，所使用的大部分LED以分立封裝THD(通孔部件)或SMD(表面安裝部件)元件為形式。這些配置主要包括帶有矩形形狀的所謂的“5mm”、“T-1”、T-1 3/4”或類似元件的徑向引線THD配置，它們?nèi)糠奖愕剡m用于帶和卷盤、帶和裝彈(tape-and-ammo)或其它標(biāo)準(zhǔn)封裝技術(shù)，以便方便地運(yùn)載、操縱和在徑向插入機(jī)上自動(dòng)高速插入到印刷電路板上。其它常見(jiàn)的分立THD LED插件包括諸如“polyLED”的軸向元件，它們?nèi)菀走m應(yīng)帶和卷盤，以便方便地運(yùn)載、操縱和在軸向插入機(jī)上自動(dòng)高速插入到印刷電路板上。諸如“TOPLED”和Pixar的常用SMD LED元件是類似流行的，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀走m應(yīng)泡組(blister-pack)卷盤以便方便地運(yùn)載、操縱和利用射芯槍自動(dòng)高速放置到印刷電路板上。
焊接是采用標(biāo)準(zhǔn)分立電子器件(不論是THD還是SMD)制造大多數(shù)常規(guī)電路組件的主要工序。通過(guò)把諸如LED的分立電子元件的引線或觸點(diǎn)焊接到印刷電路板，該元件電氣上和該印刷電路板上的導(dǎo)電道并且還和其它用于對(duì)該分立電子器件供電、施控或電氣交互的鄰近的或遠(yuǎn)程的電子部件電連接。焊接一般是通過(guò)波焊、紅外軟熔焊、對(duì)流紅外軟熔焊、汽相軟熔焊或手焊完成的。這些方法彼此不同，但是它們?nèi)籍a(chǎn)生大體相同的最終效果-通過(guò)金屬或金屬間結(jié)合低廉地把分立電子器件電連接到印刷電路板上。波焊以及軟熔焊工藝在同時(shí)焊接大量分立器件的能力是周知的，可達(dá)到非常高的產(chǎn)量，成本低，以及獲得優(yōu)良的焊接結(jié)合質(zhì)量和一致性。
當(dāng)今不存在對(duì)用于大量生產(chǎn)的波焊和軟熔焊工藝的可廣泛使用、成本低廉的替代品。手焊具有不一致和高成本的缺點(diǎn)。機(jī)械連接方式在許多電路中是昂貴的，笨重的并且一般不適合大量的電氣連接。例如充滿銀的環(huán)氧樹(shù)脂的導(dǎo)電膠可以用來(lái)在一些電路組件上建立電氣連接，但是這些材料比焊接成本更高并且應(yīng)用上更貴。利用激光器的點(diǎn)焊以及其它選擇焊接技術(shù)具有高度的專用性，其專用于特殊的配置和應(yīng)用而且可能破壞自動(dòng)電子電路裝配操作中優(yōu)選的柔性制造過(guò)程。從而，和波焊或軟熔焊工藝相容是半導(dǎo)體光發(fā)射器元件的希望特性。該特性的影響是廣范的，因?yàn)檫@些焊接操作可能對(duì)電子元件引入足夠大的可以損害或破壞該元件的熱應(yīng)力。從而必須按在焊接期間保護(hù)器件的密封和封裝的導(dǎo)線接合，小片連接(die attach)和芯片免受瞬時(shí)熱暴露的方式建立有效的半導(dǎo)體光發(fā)射器元件。
常規(guī)焊接工序要求把器件的引線端(低于支座或者引線與印刷電路板上的指定墊片接觸處)加熱到焊料的熔點(diǎn)保持一持續(xù)時(shí)間。其概況可包括長(zhǎng)達(dá)15秒器件引線處溫度高達(dá)230-300度C。在器件引線通常由銅或鋼的電鍍金屬或其合金構(gòu)建的情況下，這種高溫瞬變不對(duì)引線本身造成問(wèn)題。替代的問(wèn)題是，這些引線沿著它們的長(zhǎng)度把熱傳導(dǎo)到該器件的封裝體內(nèi)的能力。由于這些加熱的引線和器件的本體內(nèi)部接觸，它們?cè)诤附犹幚磉^(guò)程期間暫時(shí)升高器件的局部?jī)?nèi)部溫度。這可能損害有幾分精巧的密封、封裝的導(dǎo)線接合、小片連接和芯片。該現(xiàn)象代表當(dāng)今低成本光電半導(dǎo)體器件的基本限制之一。
在焊接處理期間保持電子元件的本體不過(guò)分超過(guò)它的封裝材料從玻璃轉(zhuǎn)化溫度是極為重要的，因?yàn)榫酆衔锓庋b材料的熱膨脹系統(tǒng)在它們的玻璃轉(zhuǎn)化點(diǎn)上急劇升高，典型地以2或更大的因子。在玻璃轉(zhuǎn)化點(diǎn)之上聚合物會(huì)愈加變軟、膨脹和塑性變形。密封物中因聚合物相變和熱膨脹造成的這種變形可以產(chǎn)生嚴(yán)重到足以損害分立半導(dǎo)體器件的機(jī)械應(yīng)力和累積疲勞，從而造成器件的不良性能和導(dǎo)致過(guò)早現(xiàn)場(chǎng)故障的潛在傾向。這種損害典型地包括1)電線接合(芯片接合墊片處或引線框架處)的疲勞或斷裂；2)小片連接膠的部分起鱗或解體；3)芯片自身的微斷裂；以及4)器件密封的退化，尤其在各引線進(jìn)入密封物的進(jìn)入點(diǎn)附近，以及隔離環(huán)境水蒸氣、氧氣或其它有害媒介的綜合能力的減退。
對(duì)于這種熱易損壞性，必須認(rèn)識(shí)到適用于非光電器件的密封材料和適用于光器件的密封材料之間的關(guān)鍵差異。用于非光器件的密封物可以是不透光的，而用于構(gòu)建光電發(fā)射器和接收器的密封物必須實(shí)質(zhì)上對(duì)該器件的操作波長(zhǎng)帶是透明的。這種差別的副作用是錯(cuò)綜復(fù)雜的和大范圍的。
由于非光器件不需要透光性，非光半導(dǎo)體器件的密封材料可包含廣范圍的合成物，包括各種各樣的不透光的聚合物粘合劑、交聯(lián)媒劑、填充劑、穩(wěn)定劑等等。這種類型的合成物，例如高填充環(huán)氧樹(shù)脂，可以具有高玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)、低熱膨脹系數(shù)(Cte)和/或高熱傳導(dǎo)性，從而它們適用于高達(dá)175度C的瞬時(shí)暴露。不透光的陶瓷合成物可在數(shù)百度上是熱穩(wěn)定的，不需擔(dān)心有明顯相變溫度，Cte特別低并且熱傳導(dǎo)率高。由于這些原因，將用于非光器件的普通不透光密封材料對(duì)加熱到130度或更高的電氣引線暴露約10秒(通過(guò)230-300度的焊波)通常不是問(wèn)題。
但是，光電發(fā)射器和接收器的密封物需要透光性排除了使用大部分適用于非光半導(dǎo)體的高性能聚合物填充劑混合物、陶瓷和合成物。在不帶有無(wú)機(jī)填充劑、交聯(lián)媒劑或其它不透光添加劑的情況下，用來(lái)封裝大多數(shù)光電器件的透光聚合物材料是各種各樣的具有相對(duì)低的Tg值、較大Cte和低熱傳導(dǎo)率的環(huán)氧樹(shù)脂。因此，它們不適應(yīng)對(duì)大于約130度的例如在通常焊接中出現(xiàn)的瞬時(shí)溫度極值暴露。
為了補(bǔ)償焊接處理可能的嚴(yán)重?fù)p害效果，現(xiàn)有技術(shù)的光電器件進(jìn)行各種各樣的改進(jìn)和折衷，最值得注意的改進(jìn)是最近引入用于密封的能夠比過(guò)去使用的透明環(huán)氧樹(shù)脂耐受高10到20度的透明(clear)環(huán)氧樹(shù)脂(現(xiàn)在高達(dá)130度而以前為110度)。雖然是有用的，但它只部分地緩和所指出的問(wèn)題-這些最新使用的材料要和普通非光半導(dǎo)體的密封材料相比仍差50度或更多。
用來(lái)克服和焊接關(guān)聯(lián)的瞬時(shí)溫升問(wèn)題的最常見(jiàn)折衷是簡(jiǎn)單地提高器件構(gòu)造中所使用的電氣引線的熱阻。通過(guò)提高這些可焊接引線的熱阻，使焊接期間器件本體內(nèi)所遭受的熱瞬變?yōu)樽钚?。典型地可以按下述方式在不明顯影響引線電氣性能的情況下實(shí)現(xiàn)熱阻的增加1)采用熱傳導(dǎo)率較低的引線材料(例如鋼)；2)增加引線的支托距離(焊接觸點(diǎn)和器件本體之間的距離)；或者3)減小引線的橫截面積。
利用這三種技術(shù)，現(xiàn)有技術(shù)器件已經(jīng)具有提高的熱阻以便提供對(duì)焊接工序所希望的保護(hù)。
盡管在保護(hù)現(xiàn)有技術(shù)器件免受和焊接相關(guān)的熱瞬變損害方面是有效的，但該方法存在限制，尤其是在高功率半導(dǎo)體光電發(fā)射器的應(yīng)用中。增大引線熱阻造成提高現(xiàn)有技術(shù)器件中的內(nèi)部操作溫度，嚴(yán)重地犧牲這些器件的操作性能和可靠性。大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)LED器件的焊好的電氣引線向器件傳導(dǎo)電力并且充當(dāng)操作期間在器件內(nèi)所產(chǎn)生的熱的主要熱散逸通路。從而現(xiàn)有技術(shù)器件中的電氣引線必須配置為具有盡可能低的熱阻以便在常規(guī)操作期間促進(jìn)熱排出。在把內(nèi)部的熱傳送到周圍環(huán)境方面，來(lái)自現(xiàn)有技術(shù)器件的輻射和自然對(duì)流僅起次要的作用，并且所采用的光材料的低熱傳導(dǎo)率嚴(yán)重妨礙通過(guò)它們的密封媒介進(jìn)行熱傳導(dǎo)。從而，導(dǎo)電和導(dǎo)熱的金屬引線必須通過(guò)傳導(dǎo)機(jī)制向周圍排出大部分熱。這些器件的可焊接引腳上的為防止器件免受焊接操作的瞬變熱效應(yīng)所必須的較高的熱阻從而在操作期間引起該密封的器件本體內(nèi)的較高內(nèi)部溫升。
和半導(dǎo)體發(fā)射器接觸的器件本體部分穩(wěn)態(tài)下的最大溫升大致等于該發(fā)射器的功率耗散和該發(fā)射器與周圍環(huán)境之間的熱阻的乘積。
如前面討論那樣，如果器件內(nèi)部溫升實(shí)際上升到密封物的Tg值之上會(huì)造成嚴(yán)重后果。密封物的Cte在該溫度之上典型地非?？焖俚卦黾?，在LED的導(dǎo)線接合和小片連接處產(chǎn)生大的熱機(jī)械應(yīng)力和累積疲勞。對(duì)于大多數(shù)移動(dòng)應(yīng)用如汽車、飛機(jī)等，周圍溫度通常達(dá)到80度。在密封最大操作溫度為130度范圍的情況下，這些應(yīng)用的光電發(fā)射器從而必須把其操作ΔT限制在絕對(duì)最大值約為50度。這限制了給定元件上能耗散的功率，并且進(jìn)而限制可通過(guò)該元件的電流。由于半導(dǎo)體光發(fā)射器的發(fā)射通量典型和通過(guò)它的電流成比例，最大電流限制也產(chǎn)生對(duì)生成的光通量的限制。
這樣，通過(guò)在不增加器件對(duì)來(lái)自焊接的瞬時(shí)熱處理?yè)p害的易損傷性的前提下減小器件的熱阻，不必減小器件功率地減小內(nèi)部操作溫度或者保持內(nèi)部操作溫度不變而提高器件功率是有益的。
其它的現(xiàn)有技術(shù)器件避免這些限制，它們僅通過(guò)不考慮標(biāo)準(zhǔn)化，自動(dòng)電子裝配操作要求并且采用和這些工序不相容的配置達(dá)到高性能，另一些其它現(xiàn)有技術(shù)器件通過(guò)在它們自己的結(jié)構(gòu)中采用非常昂貴的材料、子元件或工藝達(dá)到高性能。
例如，一種用來(lái)克服這些限制的現(xiàn)有技術(shù)方法采用密封半導(dǎo)體封裝，混合板上芯片技術(shù)，稀有材料如陶瓷、KOVAR和玻璃或復(fù)雜組件代替或者添加到聚合物封裝。盡管和某些高成本的航天航空和電信應(yīng)用有關(guān)(其中元器件成本不是重要因素)，這些器件需要昂貴材料和特殊裝配工藝。這造成高成本和有限的制造能力-二者實(shí)際上阻礙在大量銷售的應(yīng)用中使用這樣的元件。在頒給Johnson等的美國(guó)4267559號(hào)專利和頒給O′Brien等的美國(guó)4125777號(hào)專利中所公開(kāi)的器件對(duì)此給出很好的例子。
該Johnson等的專利公開(kāi)了一種器件，其包括一個(gè)TO-18頂蓋件以及一個(gè)用于對(duì)其安裝LED芯片和把內(nèi)部產(chǎn)生的熱傳送到外部熱耗散裝置的熱耦合裝置。該頂蓋由數(shù)個(gè)元件構(gòu)成，包括一個(gè)KOVAR構(gòu)件、多個(gè)絕緣套筒和多個(gè)電支柱，并且按一種特殊工藝制造以確保這些支柱穿過(guò)該頂蓋時(shí)是電絕緣的。該熱耦合裝置是一個(gè)和該頂蓋分離的元件，并且由銅、銅合金、鋁或其它高熱傳導(dǎo)率材料構(gòu)成。按照J(rèn)ohnson等的教導(dǎo)，必須利用焊接或?qū)щ娔z把該KOVAR頂蓋子組件和該銅制熱耦合裝置結(jié)合在一起以便電連續(xù)，從而允許電流流到該熱耦合裝置并且相繼地流到該LED芯片中。另外，Johnson等的專利中的該頂蓋和該熱耦合裝置由完全不同的材料制成而且必須是完全不同的材料，因?yàn)樗鼈冊(cè)谒f(shuō)明的組件中作用是獨(dú)特不同的。該頂蓋必須由KOVAR制成，以便頂蓋可具有與穿過(guò)它的絕緣套筒相似的熱膨脹系數(shù)。為了電隔離來(lái)自該頂蓋的電氣引腳至少一個(gè)的這樣的套筒是必要的。但是，KOVAR具有相對(duì)低的熱傳導(dǎo)率，從而有必要包括一個(gè)由具有較高熱傳導(dǎo)率的例如銅材料制成的分立熱耦合裝置。由于該頂蓋本身是一個(gè)復(fù)雜的子組件并且是由和該熱耦合裝置不同的材料做成的，它必須獨(dú)立于該熱耦合裝置制成并且然后利用焊接或?qū)щ娔z和該熱耦合裝置連接。
按類似于Johnson等人的專利的教導(dǎo)制成的LED器件目前以類似于TO-66插件的專用形式銷售。這些器件是復(fù)雜的并且典型地涉及絕緣性引腳和頂蓋結(jié)構(gòu)和/或包括特殊子部件，例如位于其中的陶瓷隔離板。
另一種已經(jīng)被采用的避免焊接對(duì)光電發(fā)射器的損害的方法是禁止把元件焊接在一起，或者換句話說(shuō)需要采用激光點(diǎn)焊或者其它不同的電氣連接方法，這可以允許在不具有焊接操作損害器件的危險(xiǎn)的情況下構(gòu)建具有從半導(dǎo)體發(fā)射器內(nèi)部到電氣引腳的低熱阻的器件?；萜展局圃斓腟napLED 70和Snap LED150器件示出該方法。在這些器件中，通過(guò)機(jī)械地把引線壓到一個(gè)簡(jiǎn)單的金屬電路上而不是通過(guò)焊接完成電路系統(tǒng)的電氣連接。所得到的器件能夠在室溫下按高達(dá)475mW的水平連續(xù)耗散功率。但是，這種結(jié)構(gòu)難以使這樣的器件和更為復(fù)雜的電路集成，因?yàn)檫@些電路通常是利用印刷電路板、自動(dòng)插入設(shè)備和波焊或軟熔焊操作做成的。
最后一種方法是通過(guò)可從惠普公司買到的稱為SaperFlux插件(也稱為“Piranha”)的LED插件展示的。SuperFlux器件將密封芯片和引腳上的焊接支托之間的中等熱阻與優(yōu)質(zhì)光密封劑、專用芯片材料以及光學(xué)設(shè)計(jì)組合起來(lái)。它在不必求助諸如SnapLED的不可焊接結(jié)構(gòu)的情況下達(dá)到中等功率耗射能力。但是，該結(jié)構(gòu)存在幾個(gè)阻礙更廣泛地使用它的嚴(yán)重問(wèn)題。
SuperFlux插件的插件幾何形狀使得它不能和本發(fā)明人小組所知的常見(jiàn)高速THD徑向或軸向插入機(jī)械或SMT芯片射槍相容。替代地，它必須通過(guò)人工放置或者通過(guò)昂貴、慢速、奇特的自動(dòng)插入設(shè)備放置。SuperFlux插件的幾何形狀配置成只充當(dāng)“端射(end-on)”源-不存在顯然的可把該器件改造成90度“側(cè)視”源的引導(dǎo)-轉(zhuǎn)向(lead-bend)技術(shù)。該器件的可焊接引腳的中等熱阻以及相對(duì)低的熱容量可能會(huì)使它在不良控制的焊接工序中是易損壞的。對(duì)于一些電子電路制造商來(lái)講，把焊接操作控制在該結(jié)構(gòu)所要求的程度可能是不方便的或成本高的。最后，不存在本發(fā)明小組所知的能對(duì)SuperFlux插件提供常規(guī)有源或無(wú)源散熱器的方便機(jī)制。
阻礙這些以及其它LED器件進(jìn)一步應(yīng)用于信令、照明和顯示應(yīng)用的一個(gè)主要因素是目前不能得到一種具有高功率能力、帶有高發(fā)射通量并且容易適應(yīng)自動(dòng)插入和/或大量焊接工藝的器件。這些限制阻礙LED在許多要求高通量發(fā)射的應(yīng)用或者在命令使用大量LED元件的陣列以達(dá)到所希望的光通量發(fā)射的應(yīng)用中的實(shí)際應(yīng)用。
常規(guī)“5mm”或“T 1-3/4”器件具有高熱阻，典型地超過(guò)每瓦240度，并且通常受透光密封材料的限制，如果器件中的發(fā)射器連續(xù)地，例行地或循環(huán)地在高于130度(低于除最佳材料以外的任何材料肯定可達(dá)到的溫度)情況下運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致不可靠性。在汽車環(huán)境中周圍溫度典型地通常超過(guò)85度，這些器件中的溫升必須限制為45度以便恰當(dāng)?shù)乇苊膺@些材料的限制，這意味著必須把器件功率限制在約為0.18W。在適應(yīng)制造差異的33％的合理設(shè)計(jì)容限下，器件的實(shí)際安全功率限制必須約為0.12W。該功率不大，從而器件發(fā)射的光通量是受限制的。為了克服這一點(diǎn)，通常組合地使用大量器件以產(chǎn)生應(yīng)用所要求的光通量或輻射通量(例如汽車CHSML多達(dá)50個(gè)器件，交通信號(hào)燈多達(dá)400個(gè)器件)。
惠普公司的SuperFlux或Piranha器件具有比“5mm”或“T 1-3/4”器件低的熱阻，典型地約為每瓦145度。和“5mm”或“T 1-3/4”器件一樣，SuperFlux或Piranha器件通常受透光密封材料的限制，從而如果該器件中的發(fā)射器連續(xù)地、例行地或循環(huán)地在高于130度(低于任何最佳材料肯定可得到的溫度)情況下運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致不可靠性。在汽車環(huán)境中周圍溫度典型地通常超過(guò)85度情況下，這些器件中的溫升必須限制為45度以便恰當(dāng)?shù)乇苊膺@些材料的限制。這意味著必須把器件功率限制在約為0.3W。由于這些器件隨后利用熱應(yīng)力波或其它焊接操作連接，并且由于降低它們的從引線到接合點(diǎn)的熱阻，它們?cè)诩庸さ诫娐飞掀陂g更易于受到損害。從而，應(yīng)采用更高的40％的設(shè)計(jì)容限以容納制造差異以及增大的敏感性，并且這種器件的實(shí)際安全功率限制必須約為0.18W。和“5mm”或“T 1-3/4”器件相比該功率明顯加大(33％)，但它仍不是大的功率，從而這些器件的發(fā)射光通量也是有限的。為了克服這一點(diǎn)，通常組合地使用大量器件以產(chǎn)生應(yīng)用所要求的光通量或輻射通量(例如汽車CHSML多達(dá)30個(gè)器件)。
惠普公司的SnapLED器件具有比“5mm”或“T 1-3/4”或者SupurFlux或Piranha器件低的熱阻，低達(dá)每瓦100度。和“5mm”或“T 1-3/4”或者SupurFlux或Piranha一樣，SnapLED器件通常受透光密封材料的限制。從而如果該器件中的發(fā)射器連續(xù)地，例行地或循環(huán)地在高于130度(比除最好材料之外的任何絕對(duì)可買到的材料低)下運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致不可靠性。在汽車環(huán)境中周圍溫度典型地通常超過(guò)85度，這些器件中的溫升必須限制為45度以便恰當(dāng)?shù)乇苊膺@些材料的限制。這意味著必須把器件功率限制在約為0.4SW。如前面指出那樣，由于這些器件從引線到接合點(diǎn)的熱阻是如此之低，以至于它們不能在不被損害的情況下用常規(guī)裝置焊接。這嚴(yán)重地限制了它們的使用，但在某些應(yīng)用中它們?nèi)允沁m用的。由于這些器件隨后利用機(jī)械應(yīng)力壓緊操作連接，在加工操作期間它們?nèi)匀灰资艿綋p害。從而，應(yīng)采用更高的40％的設(shè)計(jì)容限以容納制造差異以及潛在增大的加工受損敏感性，并且這種器件的實(shí)際安全功率限制必須約為0.27W。和“5mm”或“T 1-3/4”或者SupurFlux或Piranha器件相比該功率明顯加大，但它仍不是大的功率(并且是在犧牲傳統(tǒng)的可焊接性情況下達(dá)到的)。為了克服這些器件所產(chǎn)生的有限光通量，通常組合地使用大量器件以產(chǎn)生應(yīng)用所要求的光通量或輻射通量(例如汽車CHSML多達(dá)12個(gè)器件，以及用于汽車的尾部組合停車/轉(zhuǎn)彎/尾燈多達(dá)70個(gè)器件)。
諸如TOPLED、PLCC和惠普公司的“High-Flux”或“Barracuda”器件的表面安裝器件在它們的結(jié)構(gòu)中使用不同的聚合物材料，按照組裝的順序第一塊材料是一塊塑料材料，其形成器件本體的基本結(jié)構(gòu)并且把器件的各引線保持在一起。但是，這種方法要求按如下順序來(lái)加工引線框架首先通過(guò)鑲嵌造型(使第一支承材料放置在引線框架周圍)、接著是模片裝配，然后是導(dǎo)線接合并且接著是第二階段的造型。造型的第二階段必須是光學(xué)造型(以便首先提供小片連接和導(dǎo)線接合的時(shí)機(jī))。這種設(shè)計(jì)和加工要以高產(chǎn)量和高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)是困難的和費(fèi)錢的。該由小片連接和導(dǎo)線結(jié)合中斷的多級(jí)造型方式產(chǎn)生的累積差異是過(guò)大的。
普通LED器件的設(shè)計(jì)者面對(duì)的另一個(gè)問(wèn)題是，用來(lái)連接一條LED引線和LED芯片的導(dǎo)線接合可能斷開(kāi)或失掉與引線或者芯片的接觸。例如由于通過(guò)導(dǎo)線接合周圍的密封物或者該密封物的膨脹/收縮傳送到該導(dǎo)線接合的剪切力可能出現(xiàn)這樣的故障。
前面提到的其它形式的輻射發(fā)射器如果對(duì)過(guò)高的操作溫度暴露也會(huì)經(jīng)歷性能降低，受損、故障概率加大或加速衰退。
從而，希望提供一種具有比常規(guī)LED器件高的發(fā)射輸出能力的并對(duì)可能由過(guò)高操作溫度導(dǎo)致的導(dǎo)線接合接觸斷開(kāi)或其它缺陷引起的故障不那么敏感的輻射發(fā)射器器件。
另外，希望提供一種具有改進(jìn)的超過(guò)常規(guī)LED器件的發(fā)射輸出的并且同時(shí)保持和常規(guī)LED器件一樣的尺寸和形狀的輻射發(fā)射器器件，從而促進(jìn)立即用這種有創(chuàng)造性的LED器件替代這些常規(guī)LED器件并且只需要最少地修改用來(lái)制造LED器件的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
從而，本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種克服上述各種問(wèn)題并且性能改進(jìn)和對(duì)致命損害易受性較低的輻射發(fā)射器器件。依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，一種輻射發(fā)射器件包括至少一個(gè)輻射發(fā)射器，電氣上和該輻射發(fā)射器連接的第一和第二電引線，以及一個(gè)配置成密封該輻射發(fā)射器并密封第一、第二電引線的一部分的整體密封體。該密封體至少具有第一區(qū)段和第二區(qū)段。第二區(qū)段呈現(xiàn)至少一種不同于第一區(qū)段的特性。該不同特性可以是物理、結(jié)構(gòu)和/或組合特性。例如，該至少一個(gè)不同的特性至少包括下述一種或多種機(jī)械強(qiáng)度、熱傳導(dǎo)率、熱容、比熱、熱膨脹系數(shù)、粘附力、防氧性、防濕性以及對(duì)輻射發(fā)射器發(fā)射的輻射的透射率。
一種制造依據(jù)本發(fā)明的輻射發(fā)射器器件的方法包括步驟(1)把至少一個(gè)輻射發(fā)射器附著到并且電氣連接到一個(gè)引線框架上以形成一個(gè)組合件；(2)把該組合件插入到一個(gè)型腔中；(3)用第一密封劑材料部分地充填該型腔；(4)用第二密封劑材料充填該型腔的剩余部分；以及(5)從該型腔中取出該密封好的組合件。
相對(duì)于大量其它方面上常規(guī)的分立光電發(fā)射器，本發(fā)明以新穎方式達(dá)到插件安全功率容量上的明顯增加，并且達(dá)到插件熱阻以及插件易受損性上的明顯減小。


通過(guò)參照下面的說(shuō)明，權(quán)利要求圖以及附圖，業(yè)內(nèi)人士會(huì)理解并贊賞本發(fā)明的這些以及其它特征、優(yōu)點(diǎn)和目的。
附圖中圖1是依據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例建立的輻射發(fā)射器的透視圖；圖2是圖1中示出的輻射發(fā)射器器件的頂視圖；圖3是圖1和2中示出的輻射發(fā)射器器件沿圖2中表示的線3-3′截取的剖視圖；圖4是可從其建立圖1-3中示出的輻射發(fā)射器器件的引線框架子組件的側(cè)視圖；圖5是依據(jù)本發(fā)明的制造輻射發(fā)射器器件的方法被顛倒并且插入到模具中的圖4所示的引線框架子組件的透視圖；圖6是沿圖5中的線6-6′截取的部分剖視圖，其示出第一造型步驟之前的圖5中所示的被顛倒并且插入到模具中的引線框架子組件的一部分；圖7是沿圖5中的線6-6′截取的部分剖視圖，其示出第一造型步驟之后的圖5中所示的被顛倒并且插入到模具中的引線框架子組件的一部分；圖8是沿圖5中的線6-6′取的部分剖視圖，其示出最后造型步驟之后的圖5中所示的被顛倒并且插入到模具中的引線框架子組件的一部分；圖9是從模具中取出后的最終引線框架組件的側(cè)視圖；圖10是一個(gè)流程圖，示出用來(lái)生產(chǎn)依據(jù)本發(fā)明的輻射發(fā)射器器件的本發(fā)明方法的各步驟；圖11是依據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例建立的輻射發(fā)射器器件的剖面圖；圖12是依據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例建立的輻射發(fā)射器器件的透視圖；圖13是依據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例建立的輻射發(fā)射器器件的透視圖；圖14是圖13中示出的輻射發(fā)射器器件的分解透視圖；圖15是依據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例建立的輻射發(fā)射器器件的透視圖；以及圖16是示出常規(guī)T-1 3/4LED器件和圖1-13中示出的本發(fā)明T-13/4LED器件的作為外加功率的函數(shù)的平均歸一化光通量。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)詳細(xì)涉及本發(fā)明目前的各優(yōu)選實(shí)施例，這些實(shí)施例的例子在各附圖中示出，只要可能，附圖中使用相同的參照數(shù)字以表示相同的或類似的部分。
出于描述的目的，術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“垂直”、“水平”、“頂”、“底”以及它們的派生術(shù)語(yǔ)相對(duì)于本發(fā)明為觀察者沿著光源的主軸直接觀看輻射發(fā)射器件那樣。但是，應(yīng)理解，除了明顯相反的規(guī)定，本發(fā)明可采取各種替代定向。還要理解，在附圖示出的并在下面的說(shuō)明中描述的具體器件只是附后的權(quán)利要求書(shū)中所定義的本發(fā)明原理的示范實(shí)施例。從而，和本文所公開(kāi)的實(shí)施例有關(guān)的特定尺寸、比例以及其它物理特性不認(rèn)為是限制，除非權(quán)利要求書(shū)另外明確指出。
本發(fā)明的數(shù)個(gè)實(shí)施例總體上涉及一種用于高、低功率應(yīng)用的改進(jìn)型光輻射發(fā)射器件。本發(fā)明的這些實(shí)施例特別好地適用于功率受限的應(yīng)用，例如交通工具、便攜燈和專業(yè)照明。對(duì)于交通工具，我們指的是陸上車輛、船、飛機(jī)和載人飛船，包括但不限于小汽車、卡車、面包車、公共汽車、娛樂(lè)車輛(RV)、自行車、摩托車和機(jī)動(dòng)自行車、機(jī)動(dòng)車、電動(dòng)汽車、電動(dòng)車、電動(dòng)自行車、輪船、艇、氣墊船、潛水艇、飛機(jī)、直升飛機(jī)、空間站、航天飛機(jī)等等。對(duì)于便攜燈，我們指的是輕便提燈，諸如用于采礦、登山、洞穴探窺的頭載燈或頭盔上的燈、手持閃光燈等等。對(duì)于專業(yè)照明，我們指的是建筑物中電力故障、煙火積聚期間激勵(lì)的應(yīng)急照明、顯微鏡載物臺(tái)照明器、用于信號(hào)的廣告牌前，后燈等等。本發(fā)明的發(fā)光組件可用作為照明器或者指示器。其中可采用本發(fā)明的一些例子在J.Roberts等的于2000年10月29日申請(qǐng)的，標(biāo)題為“使用半導(dǎo)體輻射發(fā)射器插件的指示器和照明器”的共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)09/425792中公開(kāi)。
本發(fā)明的一些實(shí)施例提供一種用于交通工具、便攜照明和專業(yè)照明的高可靠、低電壓、長(zhǎng)壽命光源，其能夠提供帶有充分光強(qiáng)的白光以便能足夠好看見(jiàn)地照明所關(guān)心的對(duì)象并且具有充分的表觀顏色和反差從而容易辯認(rèn)。本發(fā)明的幾種輻射發(fā)射器器件非常適宜和交流或直流功率源，脈寬調(diào)制直流功率源以及電子控制系統(tǒng)一起使用。本發(fā)明的輻射發(fā)射器件還可以用于發(fā)射各種顏色的光和/或發(fā)射不可見(jiàn)的輻射例如紅外和紫外輻射。
如文中使用那樣，術(shù)語(yǔ)“輻射發(fā)射器”和“輻射發(fā)射器件”應(yīng)包括任何產(chǎn)生并發(fā)射光或非光輻射的結(jié)構(gòu)，而術(shù)語(yǔ)“光輻射發(fā)射器”或“光輻射發(fā)射器件”包括那些發(fā)射包含可見(jiàn)光、近紅外(IR)輻射和/或紫外(UV)輻射的光輻射的輻射發(fā)射器。如前面指出的那樣，光輻射發(fā)射器可包含電致發(fā)光源或其它固態(tài)源和/或光致發(fā)光或其它源。電致發(fā)光源的一種形式包括半導(dǎo)體光輻射發(fā)射器。對(duì)于本發(fā)明，“半導(dǎo)體光輻射發(fā)射器”包括任何通過(guò)電致發(fā)光的物理機(jī)制在電流通過(guò)半導(dǎo)體元件或材料的情況下發(fā)射波長(zhǎng)在100nm和2000nm之間的電磁輻射的半導(dǎo)體元件或材料。本發(fā)明的半導(dǎo)體光輻射發(fā)射器的基本功能是把傳導(dǎo)的電功率轉(zhuǎn)換成輻射的光功率。半導(dǎo)體光輻射發(fā)射器可包括任何現(xiàn)有技術(shù)周知的并且在各種各樣的現(xiàn)有技術(shù)器件中使用的典型紅外、可見(jiàn)光或紫外LED片或模片，或者它可以是半導(dǎo)體光輻射發(fā)射器的任何如下面說(shuō)明那樣的替代形式。
可在本發(fā)明中使用的半導(dǎo)體光輻射發(fā)射器的替代形式是發(fā)光聚合物(LEP)、聚合物發(fā)光二極管(PLED)、有機(jī)質(zhì)發(fā)光二極管(OLED)等。這些材料和用它們做成的光電結(jié)構(gòu)電氣上類似于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)質(zhì)LED，但是依賴于有機(jī)合成物，例如用于電致發(fā)光的導(dǎo)電聚合多苯胺的衍生物。這樣的半導(dǎo)體光輻射發(fā)射器是相對(duì)新的，但是可以從Cambridge Display Technologg公司和加州Santa Barbara的Uniax公司得到。
為了簡(jiǎn)便，術(shù)語(yǔ)“半導(dǎo)體光輻射發(fā)射器”可以用術(shù)語(yǔ)LED或者上面說(shuō)明的現(xiàn)有技術(shù)上已知的發(fā)射器的替代形式代替。適用于本發(fā)明的發(fā)射器的例子包括各種各樣的帶有用于電氣連接的相關(guān)導(dǎo)電通路和墊片的LED片，而且這些LED片主要在AlGaAs、AHnGap、GaAs、Gap、InGaN、AHnGaN、GaN、SiC、ZnSe等的摻雜非有機(jī)質(zhì)混合物內(nèi)的PN結(jié)或NP結(jié)處發(fā)射。
由于當(dāng)機(jī)械地或者電氣地通斷切換幾百萬(wàn)次時(shí)LED不具有明顯的可靠性或現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)壽命的下降，LED是本發(fā)明的輻射發(fā)射器件中使用的優(yōu)選電致發(fā)光光源。LED的光強(qiáng)和照度在大范圍的條件下近似相對(duì)于外加電流的線性響應(yīng)函數(shù)，從而能以相對(duì)簡(jiǎn)單的方式控制LED的光強(qiáng)。最后，新生代的AlInGap、AlGaAs、InGaN、AlInGaN和GaN LED每流明或每堪德拉的可見(jiàn)光吸取的電功率小于白熾燈吸取的電功率，從而導(dǎo)致成本更加低廉、緊湊和重量輕的照明燈導(dǎo)線束、保險(xiǎn)絲、連接器、電池、發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)、開(kāi)關(guān)、電子控制裝置和光學(xué)裝置。前面已經(jīng)提到一些例子并且把它們包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，但是應(yīng)理解本發(fā)明上具有在提及到的具體應(yīng)用之外的其它不明顯背離本文的教導(dǎo)并且從而包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)的明顯應(yīng)用。
可在本發(fā)明的光發(fā)射組件中使用的另一種優(yōu)選輻射源是光致發(fā)光源。光致發(fā)光源通過(guò)部分地吸收可見(jiàn)或不可見(jiàn)輻射并且重發(fā)可見(jiàn)輻射產(chǎn)生可見(jiàn)光。光致發(fā)光源是磷光和熒光材料，包括熒光染料、色料、晶體、基片、涂層以及發(fā)光體。這樣的熒光或磷光材料可以通過(guò)LED或其它輻射發(fā)射器激勵(lì)，并且可以設(shè)置在LED器件之內(nèi)或之上，或者設(shè)置在分立的光學(xué)元件，例如不與LED器件集成的透鏡或漫射體之內(nèi)或之上。后面進(jìn)一步說(shuō)明使用熒光或磷光源的示范結(jié)構(gòu)。
圖1-3示出依據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例建立的輻射發(fā)射器器件10。如所示，輻射發(fā)射器10包括密封體12，第一和第二電引線14、16，以及輻射發(fā)射器35。密封體12密封發(fā)射器35和電引線14、16各自的一部分。電引線14和16可具有分別選用的支托18和20，設(shè)置這些支托以幫助THD應(yīng)用中該器件的自動(dòng)插入。
如圖3中最佳示出的那樣，第一電引線14的上端向外水平延伸并定義一個(gè)反射杯36，輻射發(fā)射器35最好固定在該反射杯36上。可以通過(guò)小片連接(未示出)或者通過(guò)導(dǎo)線接合或其它連接件完成輻射發(fā)射器35的第一接觸端子與第一電引線14的電氣連接。器件10還包括用于把輻射發(fā)射器35的第二接觸端子電氣連接到第二電引線16上的導(dǎo)線接合38或其它裝置。第一引線14和第二引線16的上端由于它們的隔開(kāi)關(guān)系，以及密封體12最好由具有相對(duì)高的電阻的材料制成的事實(shí)彼此是電絕緣的。
圖1-3中示出的輻射發(fā)射器器件10將具有和常規(guī)5mm/T-13/4LED器件或3mmT-1器件相同的相關(guān)尺寸和形狀，并且相應(yīng)地，密封體12包括下緣22和平側(cè)面24，它們幫助自動(dòng)插入機(jī)對(duì)準(zhǔn)該輻射發(fā)射器器件。
如圖3中最佳示出那樣，在輻射發(fā)射器35上和導(dǎo)線接合38的至少一部分上設(shè)置一個(gè)光學(xué)團(tuán)頂(glob-top)40或者其它光學(xué)或物理緩和器。團(tuán)頂40可用硅酮或硅橡膠制成并且可選用地包括磷或其它磷光材料。采用團(tuán)頂40的好處是在造型處理期間保護(hù)輻射發(fā)射器35以及它與導(dǎo)線接合38的連接。后面將進(jìn)一步討論設(shè)置團(tuán)頂40的其它優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的輻射發(fā)射器器件10的密封體12包括至少二個(gè)功能區(qū)段30和32以及一個(gè)區(qū)段30和32之間的過(guò)渡區(qū)31?；诎l(fā)明小組的下列認(rèn)識(shí)設(shè)置這二個(gè)分離的功能區(qū)段30和32，即密封體的不同部分可以起和密封體的其它部分不同的作用，例如可使第一區(qū)段30具有至少一個(gè)和第二區(qū)段32不同的特性，從而優(yōu)化由特定區(qū)段實(shí)現(xiàn)的功能的性能。例如，第一區(qū)段30應(yīng)至少部分地對(duì)從輻射發(fā)射器35發(fā)射的輻射波長(zhǎng)是透明的，而第二區(qū)段32不必對(duì)這些波長(zhǎng)是透明的。這允許本發(fā)明的輻射發(fā)射器器件利用第二區(qū)段中的高性能功率半導(dǎo)體封裝和傳送模塑復(fù)合物的特別好處。這些特性可以包括相對(duì)低的熱膨脹系數(shù)；相對(duì)高的熱傳導(dǎo)率；相對(duì)高的Tg；相對(duì)高的比熱；對(duì)氧、空氣或水蒸氣相對(duì)低的透氣率；以及相對(duì)高的物理強(qiáng)度性能。在這些方面中的許多方面，用來(lái)封裝或罐封許多高功率非光電子器件的復(fù)合物遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)上用于常規(guī)光電發(fā)射器的復(fù)合物。這種差異的一個(gè)主要原因是，所討論的高性能材料通常是不透光的混合物-即對(duì)分立光電發(fā)射器器件發(fā)射的輻射頻帶是不透光的。這些功能上有吸引力的材料的不透光性固有地和它們的有益特性連接在一起(例如借助于性能增強(qiáng)的礦物、金屬和金屬氧化物填充劑)，并且從而，由于它們的不透光性，以前不考慮把這些材料用于光電元件。然而，通過(guò)把這樣的材料的使用限制在密封體12的一個(gè)不要求透光性的區(qū)段上，本發(fā)明享有這些材料特性的全部好處。
密封體12的第一區(qū)段30最好實(shí)質(zhì)上是透光材料以提供光學(xué)性能。第一區(qū)段30可選用地是部分漫射的。第一區(qū)段30可以用任何常規(guī)的通常用于光電發(fā)射器器件的透光密封劑制成。透鏡12的第一區(qū)段30最好覆蓋，包圍、保護(hù)和支承輻射發(fā)射器35，小片連接(若存在)以及和輻射發(fā)射器35連接的任何導(dǎo)線接合38的一部分。
密封體12的第一區(qū)段30可以由二個(gè)或更多的部分構(gòu)成，其最內(nèi)部的部分是在本發(fā)明的密封體的第一造型階段之前對(duì)輻射發(fā)射器35預(yù)施加的硅酮或硅橡膠團(tuán)頂40。第一區(qū)段30的該最內(nèi)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環(huán)氧樹(shù)脂、硅酮、尿烷或其它聚合物材料。
密封體12的第一區(qū)段30最好由包含實(shí)質(zhì)上對(duì)輻射發(fā)射器35發(fā)射的輻射透明的光環(huán)氧樹(shù)脂混合物的復(fù)合物做成。然而，也可以使用其它透光材料，并且該材料不必是對(duì)該輻射發(fā)射器的主發(fā)射頻帶之外的頻帶透光的。
密封體12的第二區(qū)段32最好由優(yōu)化密封體12的該區(qū)段的功能的材料做成。如前面指出那樣，第二區(qū)段12不必是透光的。但是，區(qū)段32的專門作用通常是使嚴(yán)重故障，應(yīng)力及來(lái)自傳播到導(dǎo)電引線14、16上的機(jī)械應(yīng)力的累積疲勞為最小。不僅可在不必透光的情況選擇更好地適用于該用途的材料，該材料還可以具有更高的強(qiáng)度特性，包括更高的拉伸和壓縮強(qiáng)度、粘附力和/或粘聚力。
密封體12的第二區(qū)段32的另一個(gè)作用是充當(dāng)氧氣、分子水蒸氣或者其它在別的情況下可能經(jīng)過(guò)第二區(qū)段32或者經(jīng)過(guò)引線14、16和密封體12之間的界面向上傳播到該器件內(nèi)的反應(yīng)物的障礙。這樣，第二區(qū)段32應(yīng)該有效地保護(hù)輻射發(fā)射器35、小片連接(若存在)、導(dǎo)線接合38、引線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發(fā)光材料的內(nèi)部器件組成部分免受氧氣、分子水蒸氣或其它反應(yīng)物的影響。由于密封體12的第二區(qū)段32不必是透光的，因此可以建立和常規(guī)透光密封劑相比阻擋性能改進(jìn)的第二區(qū)段32。
第二區(qū)段32可具有的更明顯不同于第一區(qū)段30的特性之一可能是改進(jìn)的熱特性。為了達(dá)到較低的器件熱阻，第二區(qū)段32最好具有高導(dǎo)熱率，至少在包圍電引線14和16的關(guān)鍵區(qū)域中以及在與支承輻射發(fā)射器35的引線部分的熱耦合(即，反射杯36，若存在的話)中。為了相對(duì)于焊接操作保持相對(duì)高的熱阻保護(hù)，密封體12的第二區(qū)段32的底部不比支托18和20(若存在)，或者若不存在這些支托時(shí)不比在引線上指定的實(shí)際上在加工期間不和熔化的焊料接觸的等效點(diǎn)更靠近電引線14、16的可焊接部分或端頭。
通過(guò)使密封體12的第二區(qū)段32具有高熱容，第二區(qū)段32可幫助抑制加工或操作期間的瞬時(shí)溫度尖峰。另外，通過(guò)使第二區(qū)段32具有低的熱膨脹系數(shù)，使來(lái)自器件內(nèi)的熱膨脹和收縮的嚴(yán)重故障，應(yīng)力和累積疲勞為最小。
為了達(dá)到密封體12的第一、第二區(qū)段30、32的不同功能特性，這二個(gè)區(qū)段可以具有不同的物理特性。這些物理特性可以是結(jié)構(gòu)上的或成分上的?？梢詫?duì)第一和第二區(qū)段30、32采用相同的通用復(fù)合物但是產(chǎn)生二個(gè)區(qū)段內(nèi)的顆粒大小或微結(jié)構(gòu)定向上的改變以得到這種不同的結(jié)構(gòu)特性。在造型工序期間通過(guò)退火、輻射固化或者其它輻射處理不同地處理這二個(gè)區(qū)段可以改變這些結(jié)構(gòu)特性。另外，可以對(duì)構(gòu)成密封體12的區(qū)段中的一個(gè)或多個(gè)區(qū)段施加磁場(chǎng)來(lái)改變微結(jié)構(gòu)定向。
在采用二種不同的復(fù)合物形成第一和第二區(qū)段30、32的情況下，這些材料復(fù)合物最好對(duì)于在同一模具中的造型是相容的，如下面參照用來(lái)完成本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的本發(fā)明的流程進(jìn)一步討論那樣。通過(guò)整體地造型第一和第二區(qū)段30、32，可以在區(qū)段30和32之間的過(guò)渡區(qū)31處形成粘結(jié)接合。對(duì)于改進(jìn)該密封體的整體強(qiáng)度和防止在別的情況下可能存在的氧氣、水蒸氣或其它反應(yīng)物經(jīng)區(qū)段30和32之間的任何界面到達(dá)輻射發(fā)射器35，這種粘結(jié)接合是希望的。另外，這種粘結(jié)接合提供外表面的連續(xù)性。如后面討論那樣，希望第一和第二區(qū)段30、32中使用的復(fù)合物在過(guò)渡區(qū)31中是部分混合的。過(guò)渡區(qū)31可以是密封體12的相當(dāng)窄的橫截面，或者如果利用第一和第二區(qū)段30、32的復(fù)合物形成復(fù)合物梯度(gradient)則該橫截面可以是較寬和較大的。
使密封體12的第二區(qū)段32不透光的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是實(shí)際上可以減少?gòu)钠骷?0的背反射。當(dāng)光傳感器和輻射發(fā)射器件10安裝在同一個(gè)機(jī)架內(nèi)時(shí)(當(dāng)這種輻射發(fā)射器器件安裝在汽車的電致變色后視鏡組件中時(shí)通常為這種情況)，這種背反射可能是一個(gè)問(wèn)題。
在說(shuō)明了本發(fā)明的輻射發(fā)射器件的總體物理結(jié)構(gòu)后，下面說(shuō)明一種制造這種輻射發(fā)射器器件的本發(fā)明的方法。然而應(yīng)理解，可以利用其它方法制造輻射發(fā)射器器件10。
圖10示出表示該發(fā)明的方法的步驟和選用步驟的流程圖。在參照?qǐng)D10的同時(shí)參照示出器件裝配的各個(gè)階段的圖4-9。該方法的第一步驟100是準(zhǔn)備引線框架。圖4中示出引線框架的一個(gè)例子并且用參照數(shù)字52表示?？梢岳萌魏纬Ｒ?guī)技術(shù)以任何常規(guī)構(gòu)型制造引線框架。引線框架52最好由金屬制成并且可以是沖壓的以及可選地是后電鍍的。引線框架52還可以任選地經(jīng)受超聲或其它清潔處理。如圖4中所示，引線框架52包括用于多個(gè)輻射發(fā)射器器件的第一和第二導(dǎo)電引線14和16。通過(guò)實(shí)際上垂直于各引線14和16的第一連桿54和第二連桿56把各引線14和各引線16保持在一起。引線框架52還可以包括垂直框桿58，它們?cè)谝€框架52二端處的第一和第二連桿54、56之間以及在引線對(duì)14和16之間延伸。
引線框架52最好還構(gòu)形成包括位于第一電引線14的一端處的支承(最好為反射杯36)。反射杯36可拋光或電鍍以增大它的反射率。
該流程的下一個(gè)步驟(步驟102)是把一個(gè)或多個(gè)輻射發(fā)射器35放在引線框架52上的各個(gè)反射杯36中。在該最優(yōu)選實(shí)施例中，輻射發(fā)射器35是LED片并且通過(guò)導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂連接或易熔接合方式被小片接合到每個(gè)杯36或該引線框架中的其它支承結(jié)構(gòu)中/上。如果采用的話，LED芯片可以是常規(guī)LED片或者任何隨后形成的LED片或其它輻射發(fā)射器。作為該步驟的一部分，可以任選地通過(guò)抽真空并接著固化/冷卻對(duì)接合環(huán)氧樹(shù)脂脫氣。在上面這些工序之后，該結(jié)構(gòu)接著可以選用地經(jīng)受超聲或其它清潔處理。
對(duì)于該最優(yōu)選實(shí)施例，接著利用接合導(dǎo)線對(duì)各輻射發(fā)射器35進(jìn)行導(dǎo)線接合以建立用于輻射發(fā)射器35的所需導(dǎo)電通路(步驟104)。接著，在步驟106中，在輻射發(fā)射器35上沉積一個(gè)任選的磷光體團(tuán)頂或者其它光學(xué)或物理緩和器。請(qǐng)注意可以使用一個(gè)以上這種光學(xué)或物理緩和器(例如，可以首先施加并固化/干燥一個(gè)磷光體然后施加一個(gè)硅酮團(tuán)頂)。不論該步驟施加什么，接著通常是干燥和固化它(步驟108)。任選地，在進(jìn)入下一個(gè)步驟之前可以通過(guò)抽真空對(duì)任何這種選用的光學(xué)或物理緩和器脫氣。
下一個(gè)步驟(步驟110)涉及任選地在反射杯36內(nèi)施加透明環(huán)氧樹(shù)脂并且隨后是選用的可通過(guò)抽真空完成的脫氣步驟?？蛇M(jìn)行該供選用的施加透明的環(huán)氧樹(shù)脂以防止在隨后的造型操作期間在反射杯中和其周圍形成氣泡。所施加的透明環(huán)氧樹(shù)脂可以和在后面進(jìn)一步說(shuō)明的第一造型階段所施加的相同的材料。在步驟110后，完成引線框架子組件50(圖4)的構(gòu)建并且這樣的子組件已準(zhǔn)備就緒，可進(jìn)行造型。
從而下一個(gè)步驟(步驟112)顛倒引線框架子組件50并且把該引線框架子組件的各部分插入和對(duì)齊模具60中形成的各封裝型腔62里。如圖5中所示，該模具最好包括多個(gè)用于安放并相對(duì)于各型腔62把引線框架子組件50對(duì)齊在適當(dāng)位置上的引線框架支承64。圖6示出一個(gè)這樣的型腔62的剖面圖，圖中帶有顛倒并插到腔62中的對(duì)應(yīng)的引線框架子組件50的相應(yīng)部分。
下一個(gè)步驟(114)進(jìn)行第一階段的封裝，以便把透明環(huán)氧樹(shù)脂透鏡材料散布(最好通過(guò)注入)到封裝型腔62中。最好采用精確的測(cè)量或反饋以把該透明環(huán)氧樹(shù)脂剛好填充成達(dá)到或超過(guò)反射杯36的顛倒的邊緣處，或者出于某種原因該器件中沒(méi)有該反射杯的情況下達(dá)到或超過(guò)輻射發(fā)射器35的表面處。例如見(jiàn)圖7。接著，進(jìn)行選用的脫氣步驟(步驟116)以通過(guò)抽真空從該透明環(huán)氧樹(shù)脂去掉氣泡。接著選用地進(jìn)行預(yù)固化該透明環(huán)氧樹(shù)脂的步驟(118)。該選用的預(yù)固化可以只是使二種主封裝材料的自由混合為最小的固化，而不必強(qiáng)到防止某種混合。確信對(duì)于均勻強(qiáng)度、粘結(jié)接合等過(guò)渡邊界31內(nèi)的輕度混合是有用的。
下一個(gè)步驟(步驟120)是進(jìn)行第二階段的封裝造型，其中在型腔62內(nèi)散布(最好通過(guò)注入)基環(huán)氧樹(shù)脂從而填充型腔62的剩余部分。最好采用精確的測(cè)量或反饋以便剛好填充到器件本體的設(shè)計(jì)底部或者剛好填充到支托18和20(如果有的話)的頂部。圖8示出第二階段后的被適當(dāng)填充的型腔62。
在步驟120后，選用地進(jìn)行步驟122，從而通過(guò)抽真空對(duì)其封裝材料脫氣以去掉氣泡。
接著，在步驟124，在對(duì)任何其它以前部署的尚未完全固化的材料進(jìn)行殘余固化的同時(shí)固化該基封裝材料。接著，在步驟126，該接近完成的引線框架結(jié)構(gòu)從模具60彈出。接著可進(jìn)行選用的后固化步驟128并且選用地跟著進(jìn)行清潔/修邊步驟。圖9中示出所得到的結(jié)構(gòu)。
下一個(gè)步驟是單個(gè)化步驟132，從而從完成的引線框架組件切掉第二連桿56和垂直引線框架桿部件58，以及在第一和第二電引線14、16之間為每個(gè)器件并且在每個(gè)器件之間切斷第一連桿54。如果不需要支托，可全部去掉第一連桿54，反之，留下的連桿54的一部分可充當(dāng)支托18和20。
在單個(gè)化步驟132之后，可進(jìn)行供選用的測(cè)試步驟134，并且接著可對(duì)器件打包和發(fā)貨。下面參照本發(fā)明的各替代實(shí)施例討論該方法的變型。
圖11示出依據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例建立的輻射發(fā)射器器件150。器件150和前面討論的部件10的不同在于它包括多個(gè)輻射發(fā)射器35a和35b。二個(gè)發(fā)射器35a和35b可安裝在一個(gè)共用的反射杯36中或者可安裝在設(shè)置在同一個(gè)或不同的引線上的分開(kāi)的杯中。取決于所需的電氣連接和控制，可設(shè)置附加的引線166。輻射發(fā)射器35a和35b可串聯(lián)或并聯(lián)連接，并且可以是相同的或具有不同的結(jié)構(gòu)從而發(fā)射波長(zhǎng)不同的光。在一優(yōu)選實(shí)施例中，發(fā)射器35a和35b發(fā)射二進(jìn)制互補(bǔ)性質(zhì)的光以產(chǎn)生高效白色光。在Robert R.Turnbull等于1996年6月16日申請(qǐng)的標(biāo)題為“含有發(fā)光二極管的照明器組件(Illuminator AssemblyIncorporating Light Emitting Diodes)”的共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)5,803,579號(hào)專利中公開(kāi)了適用于這種應(yīng)用的LED芯片和器件。
用來(lái)形成密封體12的第二區(qū)段的基環(huán)氧樹(shù)脂可以不僅在成分上而且還在或者替代地在一種或多種物理性質(zhì)(感興趣波長(zhǎng)處的頻譜透過(guò)率、一個(gè)或多個(gè)感興趣波長(zhǎng)處的漫射性質(zhì)、微晶結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、熱傳導(dǎo)率、CTE、Tg等)上和形成第一區(qū)段30的透明透鏡環(huán)氧樹(shù)脂不同。第一區(qū)段30和第二區(qū)段32之間的過(guò)渡區(qū)段31可出現(xiàn)在過(guò)渡邊界區(qū)段31處，它可以是窄的(產(chǎn)生性質(zhì)上更急劇的過(guò)渡)或者是寬的(產(chǎn)生性質(zhì)上更平緩或更漸變的過(guò)渡)。如前面討論的那樣，透鏡環(huán)氧樹(shù)脂和基環(huán)氧樹(shù)脂之間的不同可以是成分上的并且可以通過(guò)在制造過(guò)程使用二種不同的材料混合物實(shí)現(xiàn)。區(qū)段30和32之間的窄的過(guò)渡邊界區(qū)段31則可通過(guò)確保二種成分實(shí)質(zhì)上是不能混合的或者通過(guò)在添加另一種材料之前輕度地或徹底地預(yù)固一種材料實(shí)現(xiàn)。寬的邊界區(qū)段31可通過(guò)在添加第二材料之前不徹底預(yù)固化第一材料或者通過(guò)確保二種材料的配方允許它們邊界處的某種程度的混合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在希望透鏡環(huán)氧樹(shù)脂和基環(huán)氧樹(shù)脂之間的不同主要不在成分上不同而是在物理上不同的情況下，如果前面提到的手段不夠，則可以采用替代手段達(dá)到這一點(diǎn)。例如，對(duì)成分相同的基環(huán)氧樹(shù)脂部分的材料特性增強(qiáng)可以通過(guò)在散布到模具中后對(duì)基環(huán)氧樹(shù)脂部分進(jìn)行后處理達(dá)到。這種后處理可以是差溫加熱(例如通過(guò)在模具中實(shí)現(xiàn)溫度梯度或者通過(guò)使用分層加熱爐或使用分層的加熱氣流)。這種預(yù)處理可以附加地或替代地是利用帶狀紅外、紫外、可見(jiàn)光、微波或X射線的或者其它電磁輻射源的或者通過(guò)電子束或其粒子束的差分照射(diffierential irradiation)。同樣，可以通過(guò)在散布之前、期間或之后使全部或部分器件材料對(duì)電場(chǎng)、磁場(chǎng)、離心/向心力或重力暴露來(lái)實(shí)現(xiàn)某些微結(jié)構(gòu)效果(顆粒遷移、分層、定向、大小、團(tuán)聚等)。
圖12示出依據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例構(gòu)建的輻射發(fā)射器器件。圖12中示出的器件200構(gòu)形成具有和惠普公司的SuperFlux或Piranha器件一樣和尺寸和形狀。但是，如圖所示，器件200的不同在于它含有按和前二個(gè)實(shí)施例一樣的方式施加的具有第一區(qū)段230和第二區(qū)段232的密封212。
圖13和14示出依據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例構(gòu)建的輻射發(fā)射器器件250。從圖13和14中可清楚地看到，該第四實(shí)施例意圖在尺寸和形狀上仿造惠普公司的SnapLED器件。通過(guò)使本發(fā)明的各實(shí)施例在尺寸和形狀上仿造常規(guī)產(chǎn)品，可以不必對(duì)提供電路板的設(shè)備進(jìn)行任何修改的情況下方便地使用本發(fā)明的器件替代常規(guī)器件。另外，通過(guò)使這些實(shí)施例仿造常規(guī)結(jié)構(gòu)，可以利用制造常規(guī)器件的相同密封型腔來(lái)制造本發(fā)明的各實(shí)施例，從而不必顯著地修改用來(lái)制造這些輻射發(fā)射器器件的設(shè)備。
圖15示出依據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例構(gòu)建的輻射發(fā)射器器件300。器件300包括一個(gè)從密封體向外延伸并和各電引線分離的附加排熱件310。在前面引用的美國(guó)共同轉(zhuǎn)讓的09/426,795號(hào)專利申請(qǐng)中公開(kāi)了其它采用排熱件的適用結(jié)構(gòu)。
在圖15中示出的結(jié)構(gòu)下，可能需要在密封中直接形成一個(gè)密紋透鏡例如菲涅耳(Fresnel)透鏡。當(dāng)在單個(gè)分立LED器件中設(shè)置不同顏色的LED芯片從而其中來(lái)自各片的光混合形成另一種顏色例如白色光時(shí)這是特別有好處的。還可以把一個(gè)反射元件固定在器件的光輸出表面上以便進(jìn)一步改進(jìn)從器件發(fā)出的光。在John K.Roberts于2001年2月19日申請(qǐng)的標(biāo)題為“帶有密紋透鏡的輻射發(fā)射器器件(RadiationEmitter Device Having A Micro-groove Lens)”的共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)60/270,054號(hào)專利申請(qǐng)中公開(kāi)了一種具有一個(gè)密紋透鏡以及這種反射元件的LED器件的一個(gè)例子。
通過(guò)下面的例子進(jìn)一步闡明本發(fā)明，該例子的意圖是作為本發(fā)明的一個(gè)范例而不是在任何方式上限制本發(fā)明。
例子為證明本發(fā)明的有效性，構(gòu)造并測(cè)試二種LED器件。第一個(gè)LDE器件是常規(guī)的T-13/4LED器件，第二個(gè)LED器件除了密封體12包括如前面本發(fā)明的第一實(shí)施例公開(kāi)的第二區(qū)段32之外具有相同的結(jié)構(gòu)。該常規(guī)T-13/4LED器件是利用可從Dexter Electronic Materials Division買到的HYSOLOS4000透明環(huán)氧樹(shù)脂構(gòu)造的。該發(fā)明的T-13/4LED器件用相同的透明環(huán)氧樹(shù)脂構(gòu)建第一區(qū)段30。但是，第二區(qū)段32是利用也可以從Dexter公司買到的HYSOLEO0123鑄塑復(fù)合物形成的。接著二個(gè)LED器件在直流和室溫下操作，測(cè)量它們的平均歸一化光通量并且畫(huà)成圖16中示出的曲線。從該曲線清楚地看到，該發(fā)明的LED器件具有大得多的光通量，尤其在功率較大時(shí)。
從該例子應(yīng)理解，本發(fā)明的LED器件相對(duì)于常規(guī)LED器件在各個(gè)指定的功率級(jí)下的照度的增加表示結(jié)操作溫度的降低以及組件熱阻的減小。
盡管把本發(fā)明一般地描述成當(dāng)器件的主光軸為垂直時(shí)在密封體中采用二個(gè)或三個(gè)基本垂直排列的區(qū)段，但是應(yīng)理解，這些區(qū)段可以定位成彼此在中央光軸的左側(cè)或右側(cè)或者一個(gè)在內(nèi)而其他在外。可以通過(guò)從外到內(nèi)的“固化梯度”以便內(nèi)部不完全固化并且在該輻射發(fā)射器器件壽命的一段時(shí)間內(nèi)保持是軟的，從而實(shí)現(xiàn)密封區(qū)段的這種內(nèi)/外排列。通過(guò)利用輻射發(fā)射器35自身生成的熱固化LED的內(nèi)部，也能采用這種構(gòu)形。當(dāng)需要低殘余機(jī)械應(yīng)力時(shí)這是有益的。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在不減小熱阻(結(jié)到引線)的情況下減小從輻射發(fā)射器結(jié)到周圍環(huán)境的熱阻，從而可以在不增加對(duì)引線焊接熱損傷的敏感性的情況下達(dá)到給定功率下更好操作溫度(即，較低的操作溫度)。
上面的說(shuō)明只是對(duì)各優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員以及制造或使用本發(fā)明的人士會(huì)想到各種修改。從而，應(yīng)理解，在附圖中示出并在上面說(shuō)明的各實(shí)施例僅是示意目的并且不是起限制本發(fā)明的范圍的目的，而本發(fā)明的范圍是由下面的按照專利法的原則(其中包括等同原則)，解釋的權(quán)利要求書(shū)定義的。
權(quán)利要求
1.一種輻射發(fā)射器件，包括至少一個(gè)輻射發(fā)射器；電氣上和所述輻射發(fā)射器耦接的第一和第二電氣引線；以及一個(gè)構(gòu)形成密封所述輻射發(fā)射器并密封所述第一、第二電氣引線的一部分的整體密封體，所述密封體至少具有第一區(qū)段和第二區(qū)段，該第二區(qū)段呈現(xiàn)至少一種不同于該第一區(qū)段的特性。
2.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述至少一種不同特性是物理特性。
3.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述至少一種不同特性是光學(xué)特性。
4.如權(quán)利要求3的輻射發(fā)射器件，其中所述至少一種不同特性是透光度。
5.如權(quán)利要求3的輻射發(fā)射器件，其中所述至少一種不同特性是擴(kuò)散率。
6.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述至少一種不同特性是熱特性。
7.如權(quán)利要求6的輻射發(fā)射器件，其中所述至少一種不同特性是熱膨脹系數(shù)。
8.如權(quán)利要求6的輻射發(fā)射器件，其中所述至少一種不同特性是比熱。
9.如權(quán)利要求6的輻射發(fā)射器件，其中所述至少一種不同特性是玻璃轉(zhuǎn)化溫度。
10.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述至少一種不同特性是結(jié)構(gòu)特性。
11.如權(quán)利要求10的輻射發(fā)射器件，其中所述至少一種不同特性是拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度中的至少一種。
12.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述至少一種不同特性是成分特性。
13.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述輻射發(fā)射器安裝在所述第一和第二電氣引線之一上。
14.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，還包括從所述第一和第二電氣引線之一延伸到所述輻射發(fā)射器的導(dǎo)線接合。
15.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中該至少一種不同特性包括下述中的至少一個(gè)機(jī)械強(qiáng)度、熱傳導(dǎo)率、熱容、比熱、熱膨脹系數(shù)、粘附力、防氧性、防潮性以及對(duì)所述輻射發(fā)射器發(fā)射的輻射的透射率。
16.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述區(qū)段之一至少部分地對(duì)從所述輻射發(fā)射器發(fā)射的輻射是透射的。
17.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述密封體的一個(gè)區(qū)域構(gòu)形成充當(dāng)一個(gè)透鏡。
18.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述密封體的所述第一區(qū)段的一個(gè)區(qū)域構(gòu)形成充當(dāng)一個(gè)透鏡。
19.如權(quán)利要求18的輻射發(fā)射器件，其中所述密封體的所述第二區(qū)段構(gòu)形成保持所述電氣引線。
20.如權(quán)利要求19的輻射發(fā)射器件，其中在所述密封體的一個(gè)不同于任何從其延伸所述電氣引線的側(cè)面的側(cè)面上形成所述透鏡。
21.如權(quán)利要求20的輻射發(fā)射器件，其中其上形成所述透鏡的側(cè)面和從其延伸所述電氣引線的側(cè)面相對(duì)。
22.如權(quán)利要求20的輻射發(fā)射器件，其中其上形成所述透鏡的側(cè)面和從其延伸所述電氣引線的側(cè)面相鄰。
23.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述電氣引線是可波焊的。
24.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述輻射發(fā)射器是LED片。
25.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述輻射發(fā)射器是PLED。
26.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述輻射發(fā)射器是OLED。
27.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述輻射發(fā)射器是LEP。
28.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器器件，其中所述輻射發(fā)射器是半導(dǎo)體光輻射發(fā)射器。
29.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器器件，其中所述至少一個(gè)輻射發(fā)射器包括都由所述密封體密封的第一輻射發(fā)射器和第二輻射發(fā)射器。
30.如權(quán)利要求29的輻射發(fā)射器件，其中所述第二輻射發(fā)射器是LED片。
31.如權(quán)利要求29的輻射發(fā)射器件，其中所述第二輻射發(fā)射器是光致發(fā)光發(fā)射器。
32.如權(quán)利要求29的輻射發(fā)射器件，其中第一輻射發(fā)射器是LED片，所述第二輻射發(fā)射器是光致發(fā)光發(fā)射器。
33.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述密封體的所述第一區(qū)段是透光的并且從所述輻射發(fā)射器延伸到所述密封體的光輸出表面。
34.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述第二區(qū)段具有比所述第一區(qū)段低的熱阻。
35.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述第二區(qū)段具有比所述第一區(qū)段高的熱容。
36.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述第二區(qū)段具有比所述第一區(qū)段高的機(jī)械強(qiáng)度。
37.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述第二區(qū)段具有比所述第一區(qū)段低的熱膨脹系數(shù)。
38.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述第二區(qū)段具有比所述第一區(qū)段大的粘著強(qiáng)度。
39.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述第二區(qū)段具有比所述第一區(qū)段低的透氧性。
40.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述第二區(qū)段具有比所述第一區(qū)段低的透潮性。
41.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述第二區(qū)段具有比所述第一區(qū)段高的比熱。
42.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述密封體的所述第一和第二區(qū)段粘著地接合。
43.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述整體密封體是混雜的。
44.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述電氣引線從所述密封體實(shí)際上不垂直地延伸到該器件的光軸。
45.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述第一和第二區(qū)段是用不同的復(fù)合物做成的，并且其中所述區(qū)段之間存在這些不同復(fù)合物的梯度式混合。
46.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述密封體的二個(gè)所述區(qū)段都由熱固材料做成。
47.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，其中所述密封體是整體造型的。
48.如權(quán)利要求1的輻射發(fā)射器件，還包括一個(gè)設(shè)置在所述輻射發(fā)射器上方的團(tuán)頂。
49.如權(quán)利要求48的輻射發(fā)射器件，其中所述團(tuán)頂包含光致發(fā)光材料。
50.一種光輻射發(fā)射器件，包括一個(gè)光輻射發(fā)射器；電氣上和所述光輻射發(fā)射器耦接的第一和第二電氣引線；以及一個(gè)構(gòu)形成密封所述光輻射發(fā)射器并密封所述第一、第二電氣引線的一部分的整體成型密封體，所述密封體由實(shí)質(zhì)上對(duì)所述輻射發(fā)射器發(fā)射的輻射是透光的，第一復(fù)合物以及特性和所述第一復(fù)合物不同的第二復(fù)合物制成。
51.如權(quán)利要求50的輻射發(fā)射器件，其中所述第一和第二復(fù)合物實(shí)際上分離在所述密封體的不同區(qū)域中。
52.如權(quán)利要求50的輻射發(fā)射器件，其中所述第二復(fù)合物實(shí)質(zhì)上是不透光的。
53.如權(quán)利要求50的輻射發(fā)射器件，其中所述第一復(fù)合物實(shí)質(zhì)上是透光的。
54.如權(quán)利要求50的輻射發(fā)射器件，其中所述第二復(fù)合物具有比所述第一復(fù)合物低的熱阻。
55.如權(quán)利要求50的輻射發(fā)射器件，其中所述第二復(fù)合物具有比所述第一復(fù)合物高的熱容。
56.如權(quán)利要求50的輻射發(fā)射器件，其中所述第二復(fù)合物具有比所述第一復(fù)合物高的機(jī)械強(qiáng)度。
57.如權(quán)利要求50的輻射發(fā)射器件，其中所述第二復(fù)合物具有比所述第一復(fù)合物低的熱膨脹系數(shù)。
58.如權(quán)利要求50的輻射發(fā)射器件，其中所述第二復(fù)合物具有比所述第一復(fù)合物高的粘著強(qiáng)度。
59.如權(quán)利要求50的輻射發(fā)射器件，其中所述第二復(fù)合物具有比所述第一復(fù)合物低的透氧性。
60.如權(quán)利要求50的輻射發(fā)射器件，其中所述第二復(fù)合物具有比所述第一復(fù)合物低的透潮性。
61.如權(quán)利要求50的輻射發(fā)射器件，其中所述第二復(fù)合物具有比所述第一復(fù)合物高的比熱。
62.如權(quán)利要求50的輻射發(fā)射器件，其中所述第一和第二復(fù)合物實(shí)際上分離在所述密封體的不同區(qū)段中，并且在這些區(qū)段的界面處粘著地接合。
63.如權(quán)利要求50的輻射發(fā)射器件，其中所述光輻射發(fā)射器安裝在所述第一和第二電氣引線之一上。
64.如權(quán)利要求50的輻射發(fā)射器件，其中所述輻射發(fā)射器是LED片。
65.如權(quán)利要求50的輻射發(fā)射器件，其中所述輻射發(fā)射器是半導(dǎo)體光輻射發(fā)射器。
66.如權(quán)利要求50的輻射發(fā)射器件，還包括一個(gè)設(shè)置在所述光輻射發(fā)射器上方的團(tuán)頂。
67.如權(quán)利要求66的輻射發(fā)射器件，其中所述團(tuán)頂包含光致發(fā)光材料。
68.一種制造輻射發(fā)射器件的方法，包括步驟把至少一個(gè)輻射發(fā)射器附著到并且電氣耦接到一個(gè)引線框架上以形成一個(gè)組合件；把所述組合件插入到一個(gè)型腔中；用第一密封劑材料部分地充填該型腔；用第二密封劑材料充填該型填的剩余部分；以及從該型腔取出該密封好的組合件。
69.如權(quán)利要求68的方法，還包括在用第二密封劑材料充填型腔的剩余部分之前部分地固化第一密封劑材料的步驟。
70.如權(quán)利要求68的方法，還包括在從模具組件中取出密封好的組合件之前固化該第一和第二密封劑材料的步驟。
71.如權(quán)利要求68的方法，其中該第一密封劑材料實(shí)質(zhì)上對(duì)該輻射發(fā)射器發(fā)射的輻射是透光的。
72.如權(quán)利要求68的方法，其中所述第二密封劑材料是不透光的。
73.一種通過(guò)權(quán)利要求68的方法構(gòu)造的輻射發(fā)射器器件。
74.一種發(fā)光器件，包括至少一個(gè)LED片；電氣上和所述LED片耦接的第一和第二電氣引線；以及一個(gè)構(gòu)形成密封所述LED片并密封所述第一、第二電氣引線的一部分的整體密封體，所述密封體至少具有一個(gè)透光的第一區(qū)段和一個(gè)第二區(qū)段，該第二區(qū)段具有比所述第一區(qū)段高的熱傳導(dǎo)率。
全文摘要
本發(fā)明的輻射發(fā)射器件包括至少一個(gè)輻射發(fā)射器(35)，電氣上和輻射發(fā)射器(35)耦接的第一和第二電氣引線(16，14)，以及一個(gè)構(gòu)形成密封輻射發(fā)射器(35)并密封這些電氣引線的一部分的整體密封體(12)。該密封體(12)至少具有第一區(qū)段(30)和第二區(qū)段(32)，其中該第二區(qū)段呈現(xiàn)至少一種和第一區(qū)段不同的特性。該不同的特性是從由機(jī)械強(qiáng)度，熱傳導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)、比熱、透氧性、透濕性、粘著強(qiáng)度和透射率構(gòu)成的組中選取的一個(gè)。該輻射發(fā)射器最好是LED。
文檔編號(hào)H01L51/52GK1502128SQ02804289
公開(kāi)日2004年6月2日 申請(qǐng)日期2002年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月31日
發(fā)明者約翰·K·羅伯茨, 約翰 K 羅伯茨, D 里瑟, 斯潘塞·D·里瑟 申請(qǐng)人:金泰克斯公司