(57)【要約】【課題】  半導体発光装置のためのパッケージを提供する。【解決手段】  パッケージ式発光装置は、フレーム、カバー、及び発光装置を含む。発光装置は、カバーとフレームの間に配置される。カバーの一部分は可撓性であり、カバーの一部分は剛性である。カバーは、フランジを含み、フランジをフレームに形成されたネストに維持するようにカバーの剛性部分を位置決めすることによりフレームに取り付けられる。一部の実施形態では、フレームにネストを形成する窪んだ表面の上に支柱が配置され、窪んだ表面と支柱の間にフランジを位置決めすることにより、カバーが所定の位置に保持される。一部の実施形態では、フランジは、可撓性部分と同じ材料であり、剛性部分は、フランジ内に延びるリングである。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネストを形成する窪んだ表面を有するフレームと、
フランジを含むカバーと、
前記カバーと前記フレームの間に配置された発光装置と、
を含み、
前記フランジは、前記カバーを前記フレームに結合するために前記ネストに位置決めされ、
前記カバーは、可撓性部分と剛性部分を含み、
前記剛性部分は、前記フランジを前記ネスト内に維持するように位置決めされる、
ことを特徴とする構造体。
【請求項２】
前記フレームは、前記窪んだ表面の上に配置された支柱を更に含み、
前記フランジは、前記窪んだ表面と前記支柱の間に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記発光装置は、半導体発光装置であることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項４】
前記剛性部分は、前記カバーの前記可撓性部分内に配置された剛性部材であることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項５】
前記剛性部分は、前記カバーの前記可撓性部分の表面上に配置された剛性部材であることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項６】
前記可撓性部分は、シリコーンを含むことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項７】
前記フランジは、前記可撓性部分と同じ材料で形成され、
前記剛性部分は、前記フランジ内に配置されたリングである、
ことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項８】
前記剛性部分は、プラスチックを含むことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項９】
前記剛性部分は、金属を含むことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項１０】
前記カバーは、ドーム形状を有し、
前記剛性部分は、前記ドームの底部に配置されたリングである、
ことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項１１】
前記カバーと前記フレームの間に形成された空洞を更に含み、
前記発光装置は、前記空洞の第１の部分に配置され、ある一定量の柔らかい固形材料が、該空洞の第２の部分に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項１２】
前記ある一定量の柔らかい固形材料は、前記カバーの前記可撓性部分よりも柔らかいことを特徴とする請求項１１に記載の構造体。
【請求項１３】
前記発光装置と電気的に結合して前記フレームと物理的に結合したリードを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項１４】
前記可撓性部分は、前記フレームに接触して前記カバーと前記フレームの間に密封区画を形成することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項１５】
表面と該表面から垂直に延びる支柱とを有するフレームを設ける段階と、
発光装置を前記フレームに取り付ける段階と、
フランジを有し、かつ一部分が可撓性で一部分が剛性であるカバーを設ける段階と、
前記カバーを前記フランジの縁部が前記支柱に隣接して配置されるように位置決めする段階と、
前記支柱の少なくとも一部分を前記フランジの上に折り畳む段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記フランジは、前記可撓性部分と同じ材料で形成され、
前記剛性部分は、前記フランジ内に配置されたリングである、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記フランジを前記支柱と前記表面の間に維持するように前記剛性部材を位置決めする段階を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
ストリップによってシートに結合した剛性リングを形成する段階と、
前記リングに取り付けられた可撓性カバーを形成する段階と、
半導体発光装置を前記フレームに取り付ける段階と、
前記カバーを前記フレームの上に位置決めする段階と、
前記ストリップを破断することにより前記カバーを前記シートから分離する段階と、
前記カバーを前記フレーム内のネストに配置して、該カバーを該ネストに維持するように前記剛性リングを位置決めすることにより、該カバーを該フレームに取り付ける段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記フレームに取り付けられた支柱を前記カバー上のフランジの上に折り畳む段階を更に含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光装置のためのパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）のような半導体発光装置は、現在利用可能な最も効率的な光源の１つである。可視スぺクトルに全域での作動が可能な高輝度高電力ＬＥＤの製造において現在関心が高い材料系としては、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、特に、ＩＩＩ族窒化物材料とも呼ばれるゲルマニウム、アルミニウム、インジウム及び窒素から成る二元、三元、四元混合体、及びＩＩＩ族燐化物材料とも呼ばれるゲルマニウム、アルミニウム、インジウム、及び燐から成る二元、三元、四元混合体がある。多くの場合、ＩＩＩ族窒化物装置は、サファイア、炭化珪素、又はＩＩＩ族窒化物基板上でエピタキシャル成長させられ、ＩＩＩ族燐化物装置は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、又は他のエピタキシャル技術によってガリウム・ヒ素上でエピタキシャル成長させられる。装置は、ｎ型領域とｐ型領域に挟まれた活性発光領域を含む。電気接点は、ｎ及びｐ型領域に設けられる。
【０００３】
図１は、米国特許第６，２０４，５２３号及び米国特許第６，２７４，９２４号により詳細に説明されているＬＥＤのためのパッケージを示すものである。ＬＥＤダイ２は、一般的に、ＬＥＤダイ２が置かれる土台構成部３と一般的にレンズを含む光透過性カバーとを含むパッケージに封入される。土台構成部３は、ＬＥＤダイ２を支えるものである。土台構成部３は、ダイ配置区域６を有する下部ハウジング部材４を含む。ダイ配置区域６は、実質的に平坦とすることができ、又はレセプタクルとして構成することができる。反射面８をダイ配置区域６上に設けて、発せられた光を外方に向けることができる。基板部材１０をダイ配置区域６の内側に位置決めして、ダイ２自体を支えることができる。土台構成部３はまた、下部ハウジング部材４の上に位置決めされたリード支持部材１２を含む。パッケージを回路及びシステム内に組み込むためにパッケージの外部に設けられた重いリード１４は、リード支持部材１２を通じて、ＬＥＤダイ２に直接結合する細いリード（図示せず）に結合される。リード支持部材１２は、下部ハウジングの一部が位置決めされる開口１６を含む。ＬＥＤダイ２及びそのリードを覆って保護するために、光透過性カバー１８は、土台構成部３の上に位置決めされる。カバーは、用途ごとに特定の方法で光を方向付けるレンズとなるよう構成することができる。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，２０４，５２３号
【特許文献２】米国特許第６，２７４，９２４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
カバー１８は、光透過特性及びＬＥＤを作動させる環境条件についての安定性によって選択された１つ又はそれ以上の材料で作られる。光透過性カバー１８は従来から、ＰＭＭＡ、ガラス、ポリカーボネート、光学ナイロン、トランスファー成形エポキシ、環状オレフィンコポリマー、剛性シリコーン、他の光学プラスチック、ガラス、又は他の透明材料のような硬質光学材料で作られている。
図１の設計形状では、必然的に、カバー１８とＬＥＤダイ２の間に空洞が形成される。この空洞は、空気を収容することがある。この空気で満たされた空洞により、光路内の屈折率の境界面、例えば、ダイ２と空洞内の空気の境界面で１つ又はそれ以上の急激な屈折率の変化が発生する。これらの屈折率の段階は、光を捕捉、偏向又は屈折、あるいは散乱させる傾向があり、ＬＥＤチップ内で発生した光のうちパッケージから抽出されるものの割合を低減することになる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、パッケージ式発光装置は、フレーム、カバー、及び発光装置を含む。発光装置は、カバーとフレームの間に配置される。カバーの一部分は可撓性であり、カバーの一部分は剛性である。カバーは、フランジを含み、フランジをフレームに形成されたネストに維持するようにカバーの剛性部分を位置決めすることによりフレームに取り付けられる。一部の実施形態では、フレームにネストを形成する窪んだ表面の上に支柱が配置され、窪んだ表面と支柱の間にフランジを位置決めすることにより、カバーが所定の位置に保持される。一部の実施形態では、フランジは、可撓性部分と同じ材料であり、剛性部分は、フランジ内に延びるリングである。本発明の実施形態は、図１に示すような剛性カバーを可撓性カバーで置き換えることを可能にするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１のパッケージからの光の抽出は、ダイ２及び／又はカバー１８に屈折率が適合した材料を光路内の空洞に連続的に充填することによって改善することができる。このような屈折率適合材料は、多くの場合に細いリードに応力を掛けることを回避するために非常に柔らかいものである。屈折率適合材料は、半導体及び光空洞の重要な表面を密封し、半導体の電気的作動又は光路を通じた効率的な光の透過を危うくする周囲からの劣化作用からそれらを保護する。
【０００８】
装置の空洞を剛性シェルで充填するには、一般的に、充填及び通気チャンネルが必要であり、この充填及び通気チャンネルは、例えば、注入された封入材を所定の位置に硬化させることにより、機械式プラグを挿入することにより、適合する接着性シーラントを付加することにより、又は超音波溶接又は加熱溶接のような工程によってパッケージ材料を改質することによる材料を保持して保護するための何らかの付加的な製造工程により、後で密封されるべきである。このような充填及び密封手順は、部品の堅牢性を損ない、真に密封された空洞をこのような方法で形成することが困難であるために収率を低減する場合がある。更に、剛性シェルで真に密封された区画を形成するのは困難である。
【０００９】
可撓性カバーは、剛性シェルよりも良好なシールを形成することができる。また、可撓性カバーにより、屈折率適合材料は、区画内の構成要素に不当な応力を掛けることなく温度変化と共に膨張及び収縮することができる。更に、可撓性カバーを使用すると、例えば、皮下注射針を使用してカバーを通じた充填材の注入を可能にすることにより、充填密封区画の形成を簡素化することができる。本発明の実施形態では、図１の半導体発光装置パッケージの剛性カバー１８の代わりに、柔らかいエラストマー材料の一部分を含む可撓性カバーが使用される。例えば、可撓性カバーは、約「ＳｈｏｒｅＡ  ２０」と約「ＳｈｏｒｅＤ  ５０」の間の硬度を有する高ジュロメーター材料を含むことができる。一部の好ましい実施形態では、エラストマーカバーは、約「ＳｈｏｒｅＡ  ７０」又は「ＳｈｏｒｅＡ  ８０」の硬度を有する。適切なエラストマーカバーの例は、高ジュロメータシリコーンゴム又は類似の材料である。カバー材料は、耐久性があり、かつ、例えば黄変による劣化なしに発光装置によって発せられた波長の光に耐えるように選択することができる。
【００１０】
図２は、剛性シェルをパッケージに取り付ける１つの方法を示すものである。カバー１８の一部分及び支持部材１２の一部分が示されている。支持部材１２の少なくとも一部分は、壁２４の上面よりも低い表面３６を含み、それによって表面３６及び壁２４は、カバー１８のネストを形成する。カバー１８の少なくとも一部分上に含まれた脚又はフランジ２２は、壁２４に対して着座し、次に、壁２０の一部分（「支柱」と呼ばれる）は、例えば支柱２０をそれが柔軟になるまで加熱し、次に、カバー１８の脚を支持部材１２の床部と支柱２０の間の所定の位置に捕捉するために支柱２０を脚２２の上に機械的に曲げることにより、折り畳まれる。
可撓性カバーが図２に示すように支持部材１２に取り付けられると、特に、例えばカバーと支持部材１２の間の空洞を充填することによりカバーに圧力が印加された時、又は空洞を充填する材料を膨張させてカバーに圧力を掛けさせるのに十分な熱を必要とする処理中に、カバーは、脚２２が支持部材１２と支柱２０の間の区域から滑り出ることができるほど十分に撓むことができる。
【００１１】
図３は、本発明の実施形態による装置を示している。図１の剛性カバー１８の代わりに、少なくとも１つの可撓性部分を含むカバー４０が使用される。図２に示すように、支柱２０でカバー４０を支持部材１２に取り付けることができる。カバー４０は、一体化剛性部材２６を含み、これは、例えば、脚２２を壁２４に押し当てることにより、又は脚２２近くのカバー４０の領域が脚２２を壁２４及び支柱２０から解放するのに十分なほど撓むのを防止することにより、カバー４０の脚２２が壁２４及び支柱２０によって形成された領域から出るのを防ぐものである。一部の実施形態では、剛性部材２６を除くカバー全体は、可撓性材料で形成される。他の実施形態では、剛性部材２６以外のカバーの部分は剛性である。
【００１２】
図４は、図３に示すような一体化剛性支持部材２６を含む可撓性カバー４０の上面図を示すものである。図４においては、脚２２は、カバー４０の縁部全体に沿って形成される。他の実施形態では、脚２２は、カバー４０の縁部の一部分だけに形成することができる。円３０は、カバー４０が支持部材１２から垂直に上がり始める脚２２の内側境界部を示している。点線による円２８は、カバー底部でのカバー４０の内面を示している。点線による円２８によって形成された表面は、半導体発光装置が配置される空洞の上部を形成する。一体化剛性支持部材２６は、図４の装置におけるリングである。一部の実施形態では、剛性支持部材２６は、他の形状を取ることができ、又は、それが連続したリングでないように、カバー４０の各部分内にのみ形成することができる。
【００１３】
一部の実施形態では、図３に示すような支柱２２の使用なしに剛性部材２６と壁２４の間の圧縮力だけでカバー４０を所定の位置に保持するように、剛性部材２６は、壁２４に対して楔状となっている。一部の実施形態では、戻り部又は他の形態が、剛性部材２６から突出して壁２４に食い込み、支柱２２の使用なしにカバー４０を所定の位置に保持することができる。
剛性部材２６は、図３に示すようにカバー４０内に形成することができ、又はカバー４０の表面に取り付けることができる。一部の実施形態では、剛性部材２６は、カバー４０から分離することができる。例えば、剛性部材２６は、カバー４０から分離し、脚２０と支柱２２の間で脚２０の上に配置することができる。剛性部材２６は、任意の適切な剛性材料とすることができる。適切な材料の例としては、剛性プラスチック及びステンレス鋼のような金属がある。
【００１４】
一部の実施形態では、剛性部材は、図５に示すように、可撓性カバーの取り扱いを容易にするものである。好ましい実施形態では、剛性部材は、シート５２内に形成されたリングであり、それによって各リングは、剛性材料の１つ又はそれ以上のストリップによってシートに結合される。可撓性カバー４０は、次に、リングが可撓性カバー内にあるように成形される。図５に示すように、支持部材もシート５０内に形成することができる。図５の左側は、発光装置が取り付けられているがカバーがない支持部材を示している。図５の右側は、カバー４０が取り付けられた後の支持部材を示している。個々のカバーは、可撓性カバーのシート５２及び／又は支持部材のシート５０を移動させることにより支持部材１２の上に位置決めされる。カバーは、ストリップを破断することによってシート５２から除去され、次に、支持部材のネストに位置決めされ、支柱２０を加熱してカバーの脚２０の上に曲げることにより支持部材１２に取り付けられる（図３）。このようにして、カバーの単一の比較的剛性のシートのみでよく、小さな個々の可撓性カバーを取り扱う必要はない。
【００１５】
上述のように、カバー４０と支持部材１２の間の空洞により柔らかい材料、一般的にシリコーンが充填される。このより柔らかいな材料は、ゲルのような固体又は液体とすることができる。一部の実施形態では、より柔らかい材料は、光学的に透明で非散乱である。一部の実施形態では、より柔らかい材料は、光学染料、燐、又は他の波長変換材料のような溶解又は懸濁材料、又は大部分のより柔らかい材料とは異なる屈折率を有するナノ粒子又はポリマーのような材料の懸濁を含有することができる。
【００１６】
カバー及び空洞内のより柔らかい材料の屈折率は、装置とより柔らかい材料及びより柔らかい材料と装置の境界面でのブラッグ反射損失及び導波を最小限に抑えるように選択することができる。例えば、空洞内のより柔らかい材料は、カバーと発光装置の屈折率に等しいか又はその間の屈折率を有することができる。カバーは、空洞内のより柔らかい材料と一般的に空気であるカバーの外側の材料の屈折率に等しいか又はその間の屈折率を有することができる。例えば、発光装置がサファイア基板上に成長したＩＩＩ族窒化物フリップチップ装置である場合、光は、約１．８の屈折率を有するサファイア基板を通じて抽出される。パッケージ化された装置が約１の屈折率を有する空気によって取り囲まれて作動すると仮定すると、空洞内のより柔らかい材料は、約１．８と、この例では約１．８である装置の抽出面の屈折率よりも通常は小さいカバーの屈折率との間の範囲の屈折率を有するであろう。カバーは、より柔らかい材料の屈折率と約１の間の範囲の屈折率を有することができる。
【００１７】
図３及び図４に示すように、剛性支持部材２６の使用は、図１に示すようなパッケージ式半導体発光装置を剛性カバー１８の代わりに可撓性カバー４０を用いて製造することを可能にする。カバーは、剛性支持部材によって所定の位置に保持されるので、同じ形状のカバーを使用することができ、図１に示す剛性カバー装置を形成するのに使用することができる同じパッケージング機器を使用して装置を作ることを可能にするものである。
本発明を詳細に説明したが、当業者は、この開示内容により、本明細書で説明した革新的概念の精神から逸脱することなく本発明に対して変更を行うことができることを認めるであろう。従って、本発明の範囲は、図示及び説明した特定的な実施形態に限定されないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】半導体発光装置のためのパッケージを示す図である。
【図２】剛性カバーを含む発光装置パッケージの一部分の断面図である。
【図３】本発明の実施形態によるパッケージ式発光装置の一部分の断面図である。
【図４】図３のカバーの平面図である。
【図５】可撓性カバーをフレームに取り付ける工程を示す図である。
【符号の説明】
【００１９】
２  ＬＥＤダイ
３  土台構成部
８  反射面
１０  基板部材
１４  リード
１８  光透過性カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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