(57)【要約】本発明の放射線放出装置は、少なくとも１つの放射線エミッタ３５と、放射線エミッタ３５の電気的に結合された第一及び第二の電気リード１６-１４と、放射線エミッタ３５及び電気リードの一部分を包封し得る形態とされた一体の包封部１２とを有している。包封部１２は、第一の領域３０及び第二の領域３２を有しており、第二の領域は、第一の領域と少なくとも１つの相違する特徴を呈する。この相違する特徴は機械的強度、熱伝導率、熱膨張保数、比熱、酸素透過性、水分透過性、粘着強度、及び透過率から成る群から選ばれたものである。この放射線エミッタはＬＥＤであることが好ましい。
2004524681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線放出装置において、
少なくとも１つの放射線エミッタと、
前記放射線エミッタに電気的に結合された第一及び第二の電気リードと、
前記放射線エミッタ及び前記第一及び第二の電気リードの一部分を包封し得る形態とされた一体の包封部であって、少なくとも１つの第一の領域及び１つの第二の領域を有し、該第二の領域が、第一の領域と相違する少なくとも１つの特徴を呈する前記一体の包封部とを備える、放射線放出装置。
【請求項２】
請求項１の放射線放出装置において、前記に少なくとも１つの相違する特徴が物理的特徴である、放射線放出装置。
【請求項３】
請求項１の放射線放出装置において、前記少なくとも１つの相違する特徴が光学的特徴である、放射線放出装置。
【請求項４】
請求項３の放射線放出装置において、前記少なくとも１つの相違する特徴が透明率である、放射線放出装置。
【請求項５】
請求項３の放射線放出装置において、前記少なくとも１つの相違する特徴が拡散率である、放射線放出装置。
【請求項６】
請求項１の放射線放出装置において、前記少なくとも１つの相違する特徴が熱的特徴である、放射線放出装置。
【請求項７】
請求項６の放射線放出装置において、前記少なくとも１つの相違する特徴が熱膨張係数である、放射線放出装置。
【請求項８】
請求項６の放射線放出装置において、前記少なくとも１つの相違する特徴が比熱である、放射線放出装置。
【請求項９】
請求項６の放射線放出装置において、前記少なくとも１つの相違する熱的特徴がガラス遷移温度である、放射線放出装置。
【請求項１０】
請求項１の放射線放出装置において、前記少なくとも１つの相違する特徴が構造的特徴である、放射線放出装置。
【請求項１１】
請求項１０の放射線放出装置において、前記少なくとも１つの相違する特徴が、引張強度及び圧縮強度の少なくとも１つを含む、放射線放出装置。
【請求項１２】
請求項１の放射線放出装置において、前記少なくとも１つの相違する特徴が組成的特徴である、放射線放出装置。
【請求項１３】
請求項１の放射線放出装置において、前記放射線エミッタが前記第一及び第二の電気リードの１つに取り付けられる、放射線放出装置。
【請求項１４】
請求項１の放射線放出装置において、前記第一及び第二の電気リードの一方から前記放射線エミッタまで伸びる線接合部を更に有する、放射線放出装置。
【請求項１５】
請求項１の放射線放出装置において、前記少なくとも１つの相違する特徴が、機械的強度、熱伝導率、熱容量、比熱、熱膨張係数、粘着性、酸素不透過率、水分不透過率、及び前記放射線エミッタから放出された放射線に対する透過率の少なくとも１つを含む、放射線放出装置。
【請求項１６】
請求項１の放射線放出装置において、前記領域の１つが前記放射線エミッタから放出された放射線に対して少なくとも部分的に透明である、放射線放出装置。
【請求項１７】
請求項１の放射線放出装置において、前記包封部の１つの領域がレンズとして作用し得る形態とされる、放射線放出装置。
【請求項１８】
請求項１の放射線放出装置において、前記包封部の第一の領域の１つがレンズとして作用し得る形態とされる、放射線放出装置。
【請求項１９】
請求項１８の放射線放出装置において、前記包封部の前記第二の領域が前記電気リードを保持し得る形態とされる、放射線放出装置。
【請求項２０】
請求項１９の放射線放出装置において、前記レンズが、前記電気リードが伸びる側と異なる前記包封部の一側部に形成される、放射線放出装置。
【請求項２１】
請求項２０の放射線放出装置において、前記レンズが形成される側が、前記電気リードが伸びる側と反対側である、放射線放出装置。
【請求項２２】
請求項２０の放射線放出装置において、前記レンズが形成される側が、前記電気リードが伸びる側に隣接する、放射線放出装置。
【請求項２３】
請求項１の放射線放出装置において、前記電気リードが音波はんだ付け可能である、放射線放出装置。
【請求項２４】
請求項１の放射線放出装置において、前記放射線エミッタがＬＥＤチップである、放射線放出装置。
【請求項２５】
請求項１の放射線放出装置において、前記放射線エミッタがＰＬＥＤである、放射線放出装置。
【請求項２６】
請求項１の放射線放出装置において、前記放射線エミッタがＯＬＥＤである、放射線放出装置。
【請求項２７】
請求項２９の放射線放出装置において、前記放射線エミッタがＬＥＤである、放射線放出装置。
【請求項２８】
請求項１の放射線放出装置において、前記放射線エミッタが半導体光学放射線エミッタである、放射線放出装置。
【請求項２９】
請求項１の放射線放出装置において、前記少なくとも１つの放射線エミッタが、共に、前記包封部により包封された第一の放射線エミッタ及び第二の放射線エミッタである、放射線放出装置。
【請求項３０】
請求項２９の放射線放出装置において、前記第二の放射線エミッタがＬＥＤチップである、放射線放出装置。
【請求項３１】
請求項２９の放射線放出装置において、前記第二の放射線エミッタがフォトルミネッセントエミッタである、放射線放出装置。
【請求項３２】
請求項２９の放射線放出装置において、第一の放射線エミッタがＬＥＤチップであり、前記第二の放射線エミッタがフォトルミネッセントエミッタである、放射線放出装置。
【請求項３３】
請求項１の放射線放出装置において、前記包封部の前記第一の領域が光学的に透明であり且つ、放射線エミッタから前記包封部の光出力面まで伸びる、放射線放出装置。
【請求項３４】
請求項１の放射線放出装置において、前記第二の領域が、前記第一の領域よりも小さい熱抵抗を有する、放射線放出装置。
【請求項３５】
請求項１の放射線放出装置において、前記第二の領域が、前記第一の領域よりも大きい熱抵抗を有する、放射線放出装置。
【請求項３６】
請求項１の放射線放出装置において、前記第二の領域が、前記第一の領域よりも大きい機械的強度を有する、放射線放出装置。
【請求項３７】
請求項１の放射線放出装置において、前記第二の領域が、前記第一の領域よりも小さい熱膨張係数を有する、放射線放出装置。
【請求項３８】
請求項１の放射線放出装置において、前記第二の領域が、前記第一の領域よりも大きい粘着強度を有する、放射線放出装置。
【請求項３９】
請求項１の放射線放出装置において、前記第二の領域が、前記第一の領域よりも小さい酸素透過率を有する、放射線放出装置。
【請求項４０】
請求項１の放射線放出装置において、前記第二の領域が、前記第一の領域よりも小さい水分透過率を有する、放射線放出装置。
【請求項４１】
請求項１の放射線放出装置において、前記第二の領域が、前記第一の領域よりも大きい比熱を有する、放射線放出装置。
【請求項４２】
請求項１の放射線放出装置において、前記包封部の前記第一及び第二の領域が凝集接着される、放射線放出装置。
【請求項４３】
請求項１の放射線放出装置において、前記一体の包封部が不均一である、放射線放出装置。
【請求項４４】
請求項１の放射線放出装置において、前記電気リードが、装置の光軸に対しほぼ非垂直に前記包封部から伸びる、放射線放出装置。
【請求項４５】
請求項１の放射線放出装置において、前記第一及び第二の領域が、異なる組成にて出来ており、前記領域の間に異なる組成勾配の混合体が存在する、放射線放出装置。
【請求項４６】
請求項１の放射線放出装置において、前記包封部の前記領域の双方が熱硬化性材料で出来ている、放射線放出装置。
【請求項４７】
請求項１の放射線放出装置において、前記包封部が一体に成形される、放射線放出装置。
【請求項４８】
請求項１の放射線放出装置において、前記放射線エミッタ上に分配されたグローブトップを更に有する、放射線放出装置。
【請求項４９】
請求項４８の放射線放出装置において、前記グローブトップがフォトルミネッセント材料を有する、放射線放出装置。
【請求項５０】
光学放射線放出装置において、
光学放射線エミッタと、
前記光学放射線エミッタに電気的に結合された第一及び第二の電気リードと、前記光学放射線エミッタ及び前記第一及び第二の電気リードの一部分を包封し得る形態とされた一体に成形した包封部であって、前記放射線エミッタにより放出された放射線に対して光学的にほぼ透明な第一の組成と、前記第一の組成と相違する性質を有する第二の組成とで出来ている前記包封部とを備える、光学放射線放出装置。
【請求項５１】
請求項５０の放射線放出装置において、前記第一及び第二の組成が、前記包封部の異なる領域に実質的に分離される、放射線放出装置。
【請求項５２】
請求項５０の放射線放出装置において、前記第二の組成が、ほぼ不透明である、放射線放出装置。
【請求項５３】
請求項５０の放射線放出装置において、前記第一の組成が、ほぼ透明である、放射線放出装置。
【請求項５４】
請求項５０の放射線放出装置において、前記第二の組成が、前記第一の組成よりも大きい熱抵抗を有する、放射線放出装置。
【請求項５５】
請求項５０の放射線放出装置において、前記第二の組成が、前記第一の組成よりも大きい熱容量を有する、放射線放出装置。
【請求項５６】
請求項５０の放射線放出装置において、前記第二の組成が、前記第一の組成よりも大きい機械的強度を有する、放射線放出装置。
【請求項５７】
請求項５０の放射線放出装置において、前記第二の組成が前記第一の組成よりも小さい熱膨張係数を有する、放射線放出装置。
【請求項５８】
請求項５０の放射線放出装置において、前記第二の組成が、前記第一の組成よりも大きい粘着強度を有する、放射線放出装置。
【請求項５９】
請求項５０の放射線放出装置において、前記第二の組成が、前記第一の組成よりも小さい酸素透過率を有する、放射線放出装置。
【請求項６０】
請求項５０の放射線放出装置において、前記第二の組成が、前記第一の組成よりも小さい水分透過率を有する、放射線放出装置。
【請求項６１】
請求項５０の放射線放出装置において、前記第二の組成が、前記第一の組成よりも大きい比熱を有する、放射線放出装置。
【請求項６２】
請求項５０の放射線放出装置において、前記第一及び第二の組成が、前記包封部の異なる領域に実質的に分離され且つこれら領域の境界面にて凝集接着される、放射線放出装置。
【請求項６３】
請求項５０の放射線放出装置において、前記光学放射線エミッタが前記第一及び第二のリードの一方に取り付けられる、放射線放出装置。
【請求項６４】
請求項５０の放射線放出装置において、前記放射線エミッタがＬＥＤチップである、放射線放出装置。
【請求項６５】
請求項５０の放射線放出装置において、前記放射線エミッタが半導体光学放射線エミッタである、放射線放出装置。
【請求項６６】
請求項５０の放射線放出装置において、前記光学放射線エミッタ上に分配されたグローブトップを更に有する、放射線放出装置。
【請求項６７】
請求項６６の放射線放出装置において、前記グローブトップがフォトルミネッセント材料を有する、放射線放出装置。
【請求項６８】
放射線放出装置の製造方法において、
少なくとも1つの放射線エミッタをリードフレームに取り付け且つ電気的に結合してサブ組立体を形成する工程と、
前記サブ組立体を金型キャビティ内に挿入する工程と、
金型キャビティを第一の包封材料にて部分的に充填する工程と、
金型キャビティの残りの部分を第二の包封材料にて充填する工程と、
包封したサブ組立体を金型キャビティから除去する工程とを備える、放射線放出装置の製造方法。
【請求項６９】
請求項６８の方法において、金型キャビティの残りの部分を第二の包封材料にて充填する前、第一の包封材料を部分的に硬化させる工程を更に含む、方法。
【請求項７０】
請求項６８の方法において、包封したサブ組立体を金型組立体から除去する前、第一及び第二の包封材料を硬化させる工程を更に含む、方法。
【請求項７１】
請求項６８の方法において、第一の包封材料が放射線エミッタにより放出された放射線に対しほぼ透明である、方法。
【請求項７２】
請求項６８の方法において、第二の包封材料が不透明である、方法。
【請求項７３】
請求項６８の方法により製造された放射線エミッタ装置。
【請求項７４】
光放出装置において、
少なくとも１つのＬＥＤチップと、
該ＬＥＤチップに電気的に結合された第一及び第二の電気リードと、
前記ＬＥＤチップ及び前記第一及び第二の電気リードの一部分を包封し得る形態とされた一体の包封部であって、少なくとも1つの透明な第一の領域及び第二の領域を有し、該第二の領域が前記第一の領域よりも大きい熱伝導率を有する、前記一体の包封部とを備える、光放出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージのような放射線エミッタ装置、放射線エミッタ装置の製造方法、及び光学放射線エミッタ装置を内蔵するオプトエレクトロニクスエミッタ組立体に関する。
【発明の背景】
【０００２】
本明細書で使用するように、「離散的オプトエレクトロニクスエミッタ組立体」という用語は、電力を印加したとき、紫外線（ＵＶ）、可視光、又は赤外線（ＩＲ）を放出するパッケージ化した放射線エミッタ装置を意味するものとする。かかる離散的オプトエレクトロニクスエミッタ組立体は、１つ又は２つ以上の放射線エミッタを備えている。放射線エミッタ、特に、光学放射線エミッタは、多岐に亙る商業的及び工業的製品並びにシステムにて使用され、従って多くの形態及びパッケージにて販売されている。本明細書で使用するように、「光学放射線」という用語は、可視光、近赤外放射線、紫外放射線を放出するあらゆるエミッタ装置を含むものとする。かかる光学放射線エミッタは、フォトルミネッセント、エレクトロルミネッセント、又は別型式の固相エミッタとすることができる。フォトルミネッセント源は、りん光性源及び蛍光性源を含む。蛍光源は、りん光体、及び蛍光色素、顔料、結晶、基層、被覆及びその他の材料を含む。
【０００３】
エレクトロルミネッセント源は、電気的励起に応答して光学放射線を放出する半導体光学放射線エミッタ及びその他の装置を含む。半導体光学放射線エミッタは、発光ダイオード（ＬＥＤ）チップと、発光ポリマー（ＬＥＰｓ）と、有機質発光ダイオード（ＯＬＥＤｓ）と、ポリマー発光装置（ＰＬＥＤｓ）とを含む。
【０００４】
半導体光学エミッタの構成要素、特に、ＬＥＤ装置は、多岐に亙る消費者及び工業的エプトエレクトロニクスの用途にて一般的なものとなっている。ＯＬＥＤｓ、ＬＥＰｓ等を含むその他の型式の半導体光学エミッタ構成要素は、これら多くの用途にて従来の無機質ＬＥＤの代替物として適した離散的構成要素にてパッケージ化することもできる。
【０００５】
全色の可視ＬＥＤ構成要素は、コンピュータモニター、コーヒーメーカ、ステレオ受信機、ＣＤプレーヤ、ＶＣＲｓ等のような製品にて状況インジケータとして単独で又は小さい群として使用されている。かかるインジケータは、また、航空機、列車、船、車、トラック、ミニバン及びスポーツ用乗物における計器盤のような、多岐に亙るシステムにても見られる。何百又は何千もの可視的なＬＥＤ構成要素を保持する読み出し可能なアレイは、多くの空港及び株式市場のトレードセンターにあるような移動メッセージディスプレーにて、また、多くのスポーツ複合施設及び幾つかの都市のビルボードにある高輝度、大面積の屋外テレビジョンスクリーンにて見られる。
【０００６】
車の中央の上方位置に取り付けられた停止ランプ（ＣＨＭＳＬｓ）、ブレーキランプ、外部の方向指示標識及び危険点滅灯、外部の標識ミラー、及び道路工事の危険標識灯のような、視覚的標識システム内の１００個以内の構成要素アレイにて琥珀色、赤、及び赤−オレンジ色の可視発光ＬＥＤｓが使用されている。市内の交差点及び郊外の交差点における停止／減速／進行ライトとして４００個以内の構成要素の遥かに大きいアレイにて琥珀色、赤、及び青−緑の可視発光ＬＥＤｓが益々、使用されつつある。
【０００７】
複数の可視光ＬＥＤの多色組み合わせ体が２元相補的な照明器、及び３元ＲＧＢ照明器にて照明用の投光白光源として使用されつつある。かかる照明器は、例えば、車両又は航空機の読書ライト又はカーテンシートライトのような車両又は航空機のマップライト、貨物ライト、ナンバープレートの照明器、バックアップライト、及び外部のミラーパドルライトとして有用である。その他の関連する用途は、持運び型懐中電灯、丈夫、小型、軽量、高効率、長寿命、低電圧の白色光源が必要とされるその他の照明器の用途を含む。これらの場合の幾つかにてりん光体増強の「白光」ＬＥＤを照明器として使用することもできる。
【０００８】
ＶＣＲ、ＴＶ、ＣＤ及びその他の音響視覚遠隔制御装置のような装置にて遠隔制御及び通信のためＩＲ発光ＬＥＤが使用されつつある。同様に、デスクトップ、ラップトップ、てのひら型コンピュータのようなＩＲＡＤ装置、ＰＡＤ（パーソナルデジタルアシスタント）及びプリンタ、ネットワークアダプタ、ポインティング装置（「マウス」、「トラックボール」等）、キーボード及びその他のコンピュータのようなコンピュータ周辺装置間の通信のため、高強度のＩＲ発光ＬＥＤが使用されつつある。また、ＩＲ  ＬＥＤエミッタ及びＩＲレシーバは、工業用の制御システム内の近接センサ又は存在センサとして、ポインティング装置及び光学エンコーダのようなオプエレクトロニクス装置内の位置又は方位センサとして、及びバーコードスキャナのようなシステムにおける読み取りヘッドとしても機能する。ＩＲ  ＬＥＤエミッタは、自動車用の夜間視認システムとしても使用できる。
【０００９】
高密度の光学記憶ディスクに対する読み取り及び書き込みの如きデータの保存及び検索の用途のため、青、紫、及び紫外線発光ＬＥＤ及びＬＥＤレーザが広く使用されつつある。
【００１０】
離散的ＬＥＤ装置及びその他の離散的（「パッケージ化した」）オプエレクトロニクスエミッタの場合、性能が向上するかどうかは、実質的に、高信頼性パッケージのパワー容量の増大、パッケージの熱抵抗の低下、自動的挿入、はんだ付け、及びその他の回路又はシステムの製造工程の間のパッケージの易損性が改善されるかどうかに依存する。
【００１１】
作動中、離散的オプエレクトロニクスエミッタを低温状態に保つことは、幾つかの点にて性能を向上させることになる。エミッタの効率は、通常、作動温度の上昇と共に低下し、また、作動温度の低下と共に向上する。これと逆に、エミッタの効率は、通常、内部の作動温度の低下と共に向上する。エミッタの信頼性及び該エミッタを構成する材料及びサブ構成要素の寿命は、通常、作動温度の低下と共に向上する。エミッタの放出スペクトルの均一さは、通常、作動温度の低下又は一層の均一さに伴って向上する。エミッタの崩壊寿命は、通常、作動温度の低下に伴って向上する。上記及びその他の理由のため、離散的エプトエレクトロニクスエミッタの作動温度を低下させる新規な機構を採用することが有益であることは明らかである。
【００１２】
周囲環境の温度は常に制御できるとは限らない外部ファクタであるが、装置の温度が周囲温度よりも上昇することは、主として、装置の熱抵抗及び作動パワーによって決まる。
残念なことに、殆どの離散的オプトエレクトロニクスエミッタは、内部の作動温度を低下させるという目標と相反する特徴を呈する。要するに、これら型式の装置は、通常、パッケージ又は機成材料若しくはサブ構成要素の何らかの実際的な限界点までパワーの増大に比例して有用な放射線をより多量に放出する。このように、より多くの放射線が有用である用途（すなわち、既知のほぼ全ての用途）において、装置及びシステムの信頼性に適合し且つ、装置のパワー放射線の特徴と適合する最高パワーにて装置を駆動することが有益である。しかし、制限的な（正、非零）熱抵抗の装置におけるパワーが増大する結果、内部の作動温度は上昇する。
【００１３】
このため、装置のパワーを減少させずに、内部の作動温度を低下させるか、又は、これと代替的に、装置のパワーを増大させつつ、内部の作動温度を維持することが有益であろう。このことは、装置の熱抵抗を小さくすることにより実現することができる。
【００１４】
標準化されたＬＥＤの形態で普及しているものが相対的に少ないことを１つの原因として、また、これらの形態が世界中のエレクトロニクス組立業界にて殆ど汎用的に使用されている自動化した加工装置によって容易に加工されることを原因として、上述したような用途にて何１０億ものＬＥＤ構成要素が使用されている。主流の装置及び方法を介しての自動化した加工は、低資本コスト、低不良率、低労働コスト、高生産量、高精度、高反復性、及びフレキシブルな製造方法を実現することに寄与する。これらの特性がないならば、ＬＥＤの使用はコスト的に実施不可能となり、又は、さもなければ、殆どの大量生産の用途のための品質の観点からして魅力的でなくなる。
【００１５】
近代のエレクトロニクス組立過程にて使用される最も重要な工程の２つは、高速度の自動化した挿入及び大量の自動化はんだ付けである。自動的挿入又は配置機械との適合性及び１つ又は２つ以上の一般的な大量はんだ付け過程は、離散的半導体光学エミッタ（ＬＥＤを含む）が大規模に商業的に利用できるかどうかにとって極めて重要なことである。
【００１６】
このように、使用されるＬＥＤの大多数は、離散的にパッケージ化したＴＨＤ（スルーホールデバイス）又はＳＭＤ（サーフェスマウントデバイス）構成要素の形態をとる。これらの形態は、主として、「５ｍｍ」「Ｔ−１」「Ｔ−１  ３／４」として既知の半径方向リードＴＨＤの形態又は矩形の形状の同様の装置を含み、これらは、全て、輸送、取り扱いに、及び半径方向挿入体にてプリント回路板内に高速度で挿入するのに便宜であるように、テープ及びリール、テープ及びアンモ又はその他の標準化したパッケージ上に容易に適応し得るようにされている。その他の一般的な独立のＴＨＤ  ＬＥＤパッケージは、輸送、取り扱い及び軸方向挿入体にてプリント回路板に高速度で自動的に挿入するのに便宜であるように、テープ及びリールに容易に適応できる「ポリＬＥＤ」のような軸方向構成要素を含む。「ＴＯＰＬＥＤ（登録商標名）」及びピクサー（Ｐｉｘａｒ）のような一般的なＳＭＤ  ＬＥＤ構成要素は、同様に、輸送、取り扱い及びチップシュータによるプリント回路板への高速度の自動的な配置に便宜なように、ブリスタパックリール内に容易に適応されるため、一般的に普及している。
【００１７】
はんだ付けは、ＴＨＤ又はＳＭＤであるかどうかを問わず、標準化した離散的エレクトロニクス装置を使用して最も従来型式の回路組立体を製造することにとって中心的な過程である。ＬＥＤのような離散的エレクトロニクス構成要素のリード又は接点をプリント回路板にはんだ付けすることにより、構成要素は、ＰＣＢ上の導電性トレースに電気的に接続され、また、離散的エレクトロニクス装置に電力を供給し、該装置を制御し、又はさもなければ該装置と電子的に相互作用するために使用されるその他の基端方向又は遠方のエレクトロニクス装置に電気的に接続された状態となる。はんだ付けは、一般に音波はんだ付け、ＩＲリフローはんだ付け、対流ＩＲリフローはんだ付け、蒸気相リフローはんだ付け、又は手作業はんだ付けによって行われる。これらの方策の各々は、互いに相違するが、これらは全て、ほぼ同一の最終的効果、すなわち、金属又は異種金属接合によって、離散的エレクトロニクス装置をプリント回路板に経済的に電気的に接続するという効果をもたらす。音波及びリフローはんだ付け過程は、極めて多数の離散的装置をひとまとめにはんだ付けし、優れたはんだ接合の質及び均一さと共に、非常な高生産量及び低コストを実現する、その能力の点にて知られている。
【００１８】
大量生産のため音波はんだ付け及びリフローはんだ付け過程に代替する広く利用可能な経済的な代替策は、現在、存在しない。手作業はんだ付けは、不均一さ及び高コストであるという欠点がある。機械的な接続方法は、非経済的で扱い難く、また、一般に、多数の回路内での多数の電気的接続には、不適当である。銀を含有するエポキシのような導電性接着剤は、幾つかの回路組立体にて電気的接続を確立するために使用できるが、これらの材料は、はんだよりも施工がよりコスト高で且つ高価である。レーザによるスポット溶接及びその他の選択的なはんだ技術は、特定の形態及び用途に対し極めて専用的であり、自動化したエレクトロニクス回路組立工程にて好ましいフレキシブルな製造方法を損なう可能性がある。このため、音波はんだ付け又はリフローはんだ付け過程との適合性は、半導体光学エミッタ構成要素の望ましい性質である。これらのはんだ付け工程は、構成要素を劣化させ又は破壊するのに十分に大きい熱応力をエレクトロニクス構成要素内に導入する可能性があるから、この性質の与える影響の程度は遥かに大きい。このように、効果的な半導体光学エミッタ構成要素は、装置の包封状態及び包封した線接合部、ダイの取付け部及びチップをはんだ付けする間の過渡的な熱露呈から保護し得るような仕方にて製造しなければならない。
【００１９】
従来のはんだ付け過程は、装置のリードの端部（任意のスタンドオフ、すなわちリードが指定されたＰＣＢ上のパッドに接触する点の下方部分）を長時間、はんだの融点まで加熱することを必要とする。このプロフィールは１５秒間、装置のリードにて２３０乃至３００℃にて温度を繰り返すことを含むことができる。装置のリードは通常、銅又はスチールのようなめっきした金属又は合金で出来ていることを考えれば、この高温度の遷移はリード自体に対し何ら問題とならない。その代わり、これらリードがその長さに沿って装置の包封した本体まで熱を伝導する能力が問題となる。これらの加熱されたリードは装置の本体の内部と接触しているから、これらリードは、はんだ付け過程の間、装置の局部的な内部温度を一時的に上昇させることになる。このことは、多少弱体な包封部、包封した線接合部、ダイ取付け部及びチップに害を与える可能性がある。この現象は今日の低コスト、オプトエレクトロニクス半導体装置の基本的制約の１つを表わすものである。
【００２０】
エレクトロニクス構成要素の本体がはんだ付け過程の間、その包封材料のガラス遷移温度よりも過度に高く上昇するのを防止することは極めて重要なことであり、それは、ポリマー包封材料の熱膨張係数は、典型的に、２倍以上のファクタにてそのガラス遷移温度以上に劇的に上昇するからである。ポリマーは、そのガラス遷移温度以上にて益々軟化し、膨張し且つ塑性変形する。このポリマー相の遷移による変形及び包封体内の熱膨張は、離散的半導体装置を損傷させるのに十分に大きい機械的応力及び累積疲労を生じさせ、その結果、装置の性能を劣化させ、また、フィールドの過早の破損を生ずる潜在的な予蒸着となる可能性がある。かかる損傷は、典型的に、１）電気線接合部の疲労又は破損（チップの接合パッド又はリードフレームにおける）；２）ダイ取付け接着剤の部分的な層剥離又は分離；３）チップ自体のミクロ割れ目；４）特に、リードが包封部に入る入口付近における装置包封部の劣化及び環境の水蒸気、酸素又はその他の損傷を与える媒体を封止する能力が損なわれることが原因である。
【００２１】
このような熱的脆さに関して、非光学的エレクトロニクス装置に適した包封材料と、光学的装置に適した包封材料との重要な相違点を認識しなければならない。非光学的装置用として使用される包封部は、不透明でよい一方、オプトエレクトロニクスエミッタ及びレシーバの製造に使用される包封部は装置の作動波長帯域内で実質的に透明でなければならない。この相違点の副次的効果は僅かで且つ把握できない。
【００２２】
非光学的装置にて透明さが必要とされないため、非光学的半導体装置用の包封材料は、多岐に亙る不透明ポリマーバインダ、架橋結合剤、フィラー、安定化剤等を含む広範囲の組成を含むことができる。厚く充填したエポキシのようなこの型式の組成は、高ガラス遷移温度（Ｒg）、低熱膨張係数（Ｃte）及び（又は）大きい熱伝導率を有し、このため、これら組成は１７５℃までの過渡的露呈に適したものとなる。不透明セラミック組成は数１００℃まで熱的に安定しており、相遷移温度は心配するほど顕著ではなく、また、極めて小さいＣte及び大きい熱伝導率となる。こうした理由のため、非光学的装置用の従来の不透明の包封材料を１３０℃以上まで加熱された電気リードに１０秒間等、露呈させること（２３０乃至３００℃の音波はんだ付けによる）は、通常、問題とはならない。
【００２３】
しかし、オプトエレクトロニクスエミッタ及びレシーバ用の包封体にて光学的透明さが必要とされることは、非光学的半導体に適した最も高性能のポリマー−フィラー混合体、セラミック及び組成を使用することを不要にする。無機質フィラー、架橋結合剤又はその他の不透明な添加剤が存在しない場合、殆どのオプトエレクトロニクス装置を包封するた
めに使用される透明なポリマー材料は、比較的低Ｔg値、大きいＣte、低熱伝導率を有する多岐に亙るエポキシである。従って、これらの材料は、通常のはんだ付けの間に生じるような約１３０℃以上の極端な遷移温度に露呈するのに適していない。
【００２４】
はんだ付け過程による顕著な潜在的な損傷効果を補償するため、従来技術のオプトエレクトロニクス装置には、多岐に亙る改良及び妥協が為されてきた。最も顕著な改良点は、従来利用可能なものよりも１０乃至２０℃高い温度（現在の１３０℃までに対し従来は１１０℃）に耐えることのできる包封部用の透明なエポキシを開発する比較的最近の技術である。この方法は有用ではあるが、上述した問題点の一部しか緩和しないー使用される最新の材料は、依然として、従来の非光学半導体包封材料とほぼ等しく、５０℃以上低下する。
【００２５】
はんだ付けに関係した遷移温度の上昇という問題点をうまく避けるために使用される最も一般的な妥協策は、単に装置の製造時に使用される電気的リードの熱抵抗を大きくすることである。これらはんだ付け可能なリードの熱抵抗を増すことによって、はんだ付けする間、装置本体内で生ずる熱的遷移は最小となる。かかる熱抵抗の増大は、典型的に、次のようにして、リードの電気的性能に感知し得る程の影響を与えずに実現することができる。すなわち、１）低熱伝導率を有するリード材料（スチールのような）を使用すること；２）リードのスタンドオフ長さ（はんだの接点と装置本体との間の距離）を増すこと；又は３）リードの断面積を縮小させることである。
【００２６】
これら３つの技術を使用して、従来技術の装置は、電気リードの熱的抵抗を増大させ、はんだ過程からの所望の保護を実現することにより達成されている。
これらの方策は、はんだ付けに関係した熱的遷移から従来技術の装置を保護するのに効果的ではあるが、特に、高パワー半導体オプトエレクトロニクスエミッタの用途のとき制約がある。リードの熱的抵抗が増大する結果、従来技術の装置の内部の作動温度は上昇し、これら装置の作動性能及び信頼性を著しく損なうことになる。殆どの従来技術のＬＥＤ装置のはんだ付けした電気的リードは、装置に電力を伝導し、また、作動中にデバイス内で発生された熱に対する主たる熱放散路として作用する。このため、従来技術の装置の電気的リードは、通常の作動の間、熱の排出を促進し得るように可能な限り小さい熱抵抗を有するような形態としなければならない。従来技術の装置からの放射線及び自然の対流は内部の熱を周囲雰囲気に伝導する上で僅かな役割りしか果たさず、その包封媒体を介しての熱伝導は、使用される光学材料の熱伝導率が小さいことで顕著に損なわれる。このため、電気的及び熱伝導性金属リードは、伝導メカニズムによって熱の大部分を周囲環境に排出しなければならない。装置をはんだ付け工程の遷移熱効果から保護するのに必要なこれら装置のはんだ付け可能なピンにおけるより大きい熱抵抗は、作動中、包封した装置本体内でより大きい温度上昇を生じさせる。
【００２７】
定常状態下にて半導体エミッタと接触した装置本体の一部分における最高温度上昇は、エミッタのパワー放散量とエミッタと周囲環境との間の熱抵抗との積にほぼ等しい。
上述したように、装置の内部温度が包封材のＴｇ値を実質的に超えて上昇するならば、重大な結果となるであろう。この温度以上のとき、包封材のＣteは、典型的に、極めて急速に上昇し、ＬＥＤ線接合部及びダイ取付け部にて大きい熱−機械的応力及び累積疲労を生じさせる。自動車、航空機等のような殆どの移動体の用途において、周囲温度は一般に、８０℃に達する。このため、包封材の最高作動温度が１３０℃の範囲にあるとき、これら目的用のオプトエクトロニクスエミッタは、その作動ΔＴを約５０℃の最高絶対値に制限しなければならない。このことは、所定の構成要素にて放散可能なパワーを制限する一方、その構成要素を通ることのできる電流を制限することになる。半導体光学エミッタの放出光束は、典型的に、それらエミッタを通る電流に比例するから、最大電流を制限することは、また、発生される光束をも制限することになる。
【００２８】
このように、装置のパワーを減少させることを必要とせずに、内部の作動温度を低下させ、又は、これと代替的に、はんだ付けによる過渡的熱加工の損傷に対する装置の脆さを増すことなく、装置の熱抵抗を小さくすることにより装置のパワーを増しつつ、内部の作動温度を維持することは望ましいことであろう。
【００２９】
その他の従来技術の装置は、これらの制約を回避しているが、標準化した、自動的なエレクトロニクス組立体工程の必要性を無視し且つ、これらの過程と不適合な形態を採用することによってのみ高性能を実現している。その他の従来技術の装置は、異常な程に高価な材料、サブ構成要素又は過程をそれ自体の製造に採用することにより、高性能を実現している。
【００３０】
例えば、これらの限界を解決するために使用されている１つの従来技術の方策は、密閉的半導体パッケージ、ハイブリッドのチップ・オン・ボード技術、セラミック、コーバ（ＫＯＶＡＲ）及びガラスのような特殊な材料又は、ポリマー包封材に代えて又はポリマー包封材に加えて、複雑な組立体を使用する。特定の高コストの航空宇宙及び電気通信の用途（構成要素のコストが重大な問題ではない用途）に関連するとき、かかる装置は、高価な材料及び特殊な組立過程を必要とする。その結果、高コスト及び製造能力は制限され、その双方は、かかる構成要素を大量販売の用途にて使用することを著しく妨げることになる。ジョンソン（Ｊｏｈｎｓｏｎ）らに対して発行された米国特許第４，２６７，５５９号及びオブライアン（Ｏ'Ｂｒｉｅｎ）らに対して発行された米国特許第４，１２５，７７７号に開示された装置は、この良い例を示す。
【００３１】
ジョンソンらの特許には、ＴＯ−１８ヘッダ構成要素と、ＬＥＤチップを取り付け且つ内部で発生した熱を外部の熱放散手段に伝達する熱結合手段との双方を有する装置が開示されている。該ヘッダは、コーバ部材、絶縁体スリーブ及び電気ポストを含む、幾つかの構成要素から成っており、また、ポストがヘッドを貫通するとき、ポストが電気的に絶縁されることを保証するため、特殊な過程にて製造される。熱結合手段は、ヘッダから分離した構成要素であり、銅、銅合金、アルミニウム又はその他の高熱伝導率の材料から成っている。ジョンソンらの教示によれば、コーバヘッダサブ組立体及び銅熱結合手段は、はんだ又は導電性接着剤にて互いに接合し、電気的連続性を与え、電流が熱結合手段内に、次に、ＬＥＤチップ内に流れるのを許容しなければならない。更に、ジョンソンらの特許のヘッダ及び熱結合手段は、説明した組立体におけるその独創的な役割のため、完全に異質な材料で出来ている。ヘッダは、該ヘッダを貫通して伸びる絶縁体スリーブに対して同様の熱膨張係数を有し得るように、コーバにて製造しなければならない。電気ピンをヘッダ自体から電気的に絶縁するため、かかるスリーブが少なくとも1つ必要とされる。しかし、コーバは、比較的小さい熱伝導率を有し、このため、より大きい熱伝導率を有する銅のような材料で出来た別個の熱結合手段を含むことが必要となる。ヘッダは、それ自体が複雑な組立体であり且つ、熱結合手段と異なる材料で出来ているから、ヘッダは、熱結合手段と別個に製造し、次に、はんだ又は導電性接着剤にて熱結合手段に取り付けなければならない。
【００３２】
ジョンソンらの特許の教示に従って同様に製造されたＬＥＤ装置は、現在、ＴＯ−６６パッケージと同様の特殊な形態にて販売されている。これらの装置は複雑であり、また、典型的に、絶縁ピン及びヘッダ構造体を伴い、且つ（又は）その内部にセラミック絶縁シートのような専用のサブ構成要素を含む。
【００３３】
オプトエレクトロニクスエミッタのはんだ付けによる損傷を回避するために使用されている別の方策は、構成要素を互いにはんだ付けすることを全く妨げるか又はレーザスポットはんだ付け又はその他の特殊な電気的取付け方法を使用することを必要とする。このことは、はんだ付け過程による装置の損傷の虞れを伴わずに、半導体エミッタから電気ピン内部への熱抵抗が小さい装置を製造することを許容する。ヒューレット・パッカード（Ｈｅｗｌｅｔｔ  Ｐａｃｋａｒｄ）が製造するスナップＬＥＤ７０及びスナップＬＥＤ１５０装置は、この方策を示すものである。これらの装置において、リードをはんだ付けではなくて、機械的に押抜いて簡単な金属回路にすることにより、回路との電気的接続が為される。形成される装置は、室温にて４７５ｍＷのような大きいパワーを連続的に放散することができる。しかし、この形態は、かかる機械要素を極めて複雑な電子回路（かかる回路は、従来、プリント回路板、自動型挿入装置及び音波又はリフローはんだ付け工程を使用して形成されている）と複雑に一体化することを必要とする。
【００３４】
最後の方策は、ヒューレット・パッカードから入手可能なスーパフラックスパッケージ（「ピランハ（Ｐｉｒａｎｈａ）」としても既知）と称されるＬＥＤパッケージにより示される。このスーパーフラックス装置は、包封したチップとピンにおけるはんだスタンドオフとの間の普通程度の熱抵抗を高級な光学的包封材及び専用のチップ材料並びに光学的設計と組み合わせるものである。これは、スナップＬＥＤのようなはんだ付け不能な形態を利用せずに、普通程度のパワー放散能力を実現する。しかし、この形態には、その広範な採用を妨げる幾つかの重大な問題点がある。
【００３５】
スーパフラックスパッケージのパッケージ形態は、その形態を従来の高速度ＴＨＤラジアル又はアクシャル挿入機械又は当該発明者等に既知のＳＭＴチップシュータと不適合なものにする。それに代えて、このパッケージは、手操作で配置するか又は高価な遅いロボット式異形物の挿入装置により配置しなければならない。スーパフラックスパッケージの形態は、「エンド・オン」供給源としてのみ使用し得る形態とされるーこの装置を９０℃の「サイドルッカ」源に変換することが容易に可能である便宜なリード曲げ技術は存在しない。この装置のはんだ付け可能なピンが普通程度の熱抵抗及び比較的小さい熱容量を有するため、この装置は、依然として、制御が不十分なはんだ付け過程による損傷を受け易い。幾つかの電子回路の製造メーカにとって、そのはんだ付け工程をこの形態に必要とされる程度まで制御することは、不便であり且つコスト高であろう。最後に、当該発明者等はスーパフラックスパッケージを従来の能動的又は受動的ヒートシンクにより外装する便宜な機構が存在することを知らない。
【００３６】
これら及びその他のＬＥＤ装置を標識、照明、及びディスプレイの用途にて更に使用することを妨げる１つの主要なファクタは、高パワー能力を有し且つ高放出光束を有し、自動化した挿入及び(又は)大量はんだ付け過程に容易に適応可能な装置で現在利用可能なものは存在しないことである。これらの制限は、高光束の放出を必要とする多くの用途にてＬＥＤを実際に使用することを妨げ、又はこれらは、所望の光束の放出を実現するため、多くのＬＥＤ構成要素アレイを使用することを必須のものとしている。
【００３７】
従来の「５ｍｍ」又は「Ｔ  １−３／４」装置は、典型的に、２４０℃／ワット以上の大きい熱抵抗を有し、また、通常、包封材が透明であることにより制限され、その結果、装置内のエミッタが１３０℃以上（利用可能な最良の透明材料を除く任意のものよりも低い）にて連続的に、日常的に又は循環的に作動されるならば、信頼性に欠けることになる。一般に、自動車の環境内で８５℃以上となる典型的な周囲温度のとき、これら材料の制限を避けるため、これら装置における温度上昇は、４５℃に制限しなければならない。このことは、装置のパワーは、約０．１８Ｗに制限しなければならないことを意味する。製造上の変動に対応するため、設計上の製造許容公差が妥当な３３％の場合、この装置の実際的な信頼し得るパワー限界値は、約０．１２Ｗでなければならない。これは大きいパワーではなく、このため、これら装置の放出光束は制限される。これを解決するために、これら装置の多くを組み合わせて使用し、用途に必要とされる光束又は放射線束を発生させることがしばしばである（例えば、自動車のＣＨＳＭＬの場合、５０個、交通信号灯の場合、４００個もの）。
【００３８】
ヒューレット・パッカードのスーパーフラックス又はピランハ装置は「５ｍｍ」「Ｔ１−３／４」装置よりも熱抵抗が小さく、典型的に、１４５℃／ワットである。「５ｍｍ」又は「Ｔ１−３／４」装置の場合のように、スーパーフラックス又はピランハ装置は、通常、装置内のエミッタが１３０℃以上（利用可能な最良の透明材料を除く任意のものよりも低い）にて連続的に、日常的に又は循環的に作動されるならば、信頼性が劣る透明な包封材料によって制限される。一般に自動車の環境内で８５℃以上となる典型的な周囲温度の場合、これら装置における温度上昇は、これら材料の限界値を適正に回避し得るように４５℃に制限しなければならない。このことは、装置のパワーを約０．３Ｗに制限しなければならないことを意味する。これら装置は、その後、熱応力の大きい音波又はその他のはんだ付け工程により取り付けられ、また、リードから接合部までのその熱抵抗が低下するため、これら装置は回路に加工する間、一層損傷され易い。このため、製造の変動及び易損性の増加に対応するため、４０％というより大きい設計製造許容公差を採用しなければならず、この装置の実際的に信頼し得るパワー限界値を約０．１８Ｗにしなければならない。このことは、「５ｍｍ」又は「Ｔ１−３／４」装置と比較して顕著な増大（３３％）となるが、大きいパワーではなく、これら装置の放出された光束は、同様に、制限されることになる。このことを解消するため、これら装置の多くは組み合わされて使用し、その用途に必要な光束又は放射線束を発生させる（例えば、自動車ＣＨＳＭＬの場合、３０個も）。
【００３９】
ヒューレット・パッカードのスナップＬＥＤ装置は、「５ｍｍ」又は「Ｔ１−３／４」又はスーパーフラックス又はピランハ装置よりも熱抵抗が小さく、１００℃／Ｗである。「５ｍｍ」又は「Ｔ１−３／４」又はスーパーフラックスの場合と同様に、ピランハ又はスナップＬＥＤ装置は、通常、装置内のエミッタが１３０℃以上（利用可能な最良の透明材料を除く任意のものよりも低い）にて連続的に、日常的に又は循環的に作動されるならば、信頼性が劣ることになる透明な包封材料によって制限される。自動車環境内で通常、８５℃以上となる典型的な周囲温度の場合、これら装置における温度上昇は、これら材料の限界値を適正に回避し得るように４５℃に制限しなければならない。このことは、装置のパワーを約０．４５Ｗに制限しなければならないことを意味する。上述したように、リードから接合部までのこれら装置の熱抵抗が極めて小さいから、これら装置は従来の手段によって損傷させずにはんだ付けすることはできない。このことは、その有用性を著しく制限するが、依然として幾つかの用途には適している。これら装置は、その後に機械的応力の大きい折曲げ工程により取り付けられるから、これらは依然として加工工程の間、損傷され易い。このように、４０％という大きい設計製造許容公差を使用して製造の変動に対応し且つ加工中の易損性の増加に対応する必要があり、また、この装置の実際的な信頼し得るパワー限界値は約０．２７Ｗでなければならない。これは、「５ｍｍ」又は「Ｔ１−３／４」若しくはスーパーフラックス或いはピランハ装置と比較して顕著な増大であるが、依然として大きいパワーではない（これは、従来のはんだ付け可能性を犠牲にして実現される）。これら装置による光束の制限を解決するため、１つの用途に必要とされる光束又は放射線束を発生するために多数が組み合わされて使用されることがしばしばである（例えば、自動車ＣＨＳＭＬの場合、１２個及び自動車の後部組み合わせ停止／方向指示／尾灯ランプの場合、７０個も）。
【００４０】
ＴＯＰＬＥＤ（登録商標名）、ＰＬＣＣ及びヒューレット・パッカードの「高光束」又は「バランキューダ」装置のようなサーフェスマウント装置は、その製造時に異質のポリマー材料を使用し、組み立て順序で最初に使用するものは、装置本体の基本的構造体を形成し且つ装置のリードを互いに保持するプラスチック材料である。この方策は、リードフレームを挿入成形を介して最初に加工し（リードフレームの周りに第一の支持材料を配置するため）、次に、ダイを取り付け、線接合し、第二の成形段を行うことを必要とする。第二の成形段は光学的成形（最初にダイ接合及び線接合の機会を提供するため）でなければならない。かかる設計及び過程は、高収率及び高品質にて実行することが困難で且つ非経済的である。累積的変動は、ダイ及び線接合により中断された、多数段成形法により過剰なものとなろう。
【００４１】
従来のＬＥＤ装置の設計者が直面する更なる問題点は、ＬＥＤリードの１つをＬＥＤチップに接続するために使用される線接合部が破断し、又はリード又はチップとの接触が失われる可能性がある点である。かかる故障は、例えば、包封体を通じ又は線接合部の周りの包封体の熱膨張／収縮を通じて線接合部に伝達されるせん断力に起因して生じる。
【００４２】
上述した放射線エミッタのその他の形態は、また、過剰な作動温度に曝されたならば、性能の劣化、損傷、破損の可能性の増大又は劣化の加速も経験する。
従って、過剰な作動温度に起因する線接合の接点の破断又はその他の欠陥に起因する破損を受け難い一方にて、従来のＬＥＤ装置よりも高放出出力の能力を有する放射線エミッタ装置を提供することが望ましい。
【００４３】
更に、ＬＥＤ装置の製造のために使用される装置に対する改造の必要性が最小である一方にて、従来のＬＥＤ装置に代えて本発明のＬＥＤ装置を直ちに使用することを容易にし得るように、従来のＬＥＤ装置と同一寸法及び形状を保持しつつ、従来のＬＥＤ装置に優る改良された、放出出力を有する放射線エミッタ装置を提供することが望ましい。
【特許文献１】
米国特許第４，２６７，５５９号公報
【特許文献２】
米国特許第４，１２５，７７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４４】
従って、本発明の１つの目的は、上述した問題点を解決し且つ改良された性能並びに致命的な損傷を受け難い放射線エミッタ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００４５】
本発明の１つの実施の形態によれば、放射線放出装置は、少なくとも１つの放射線エミッタと、放射線エミッタに電気的に結合された第一及び第二の電気リードと、放射線エミッタ及び第一及び第二の電気リードの一部を包封し得る形態とされた一体形の包封材とを備えている。該包封材は、少なくとも第一の領域及び第二の領域を有する。第二の領域は第一の領域と相違する少なくとも１つの特徴を呈する。その相違する特徴は、物理的、構造的及び（又は）組成的特徴とすることができる。例えば、該少なくとも１つの相違する特徴は、次に記載したものの少なくとも１つ又は２つ以上を含むことができる、すなわち、機械的強度、熱伝導率、熱容量、比熱、熱膨張率、接着性、酸素不透過性、水分不透過性及び放射線エミッタから放出された放射線の透過性である。
【００４６】
本発明による放射線放出装置の製造方法は、（１）少なくとも１つの放射線エミッタをリードフレームに取り付け且つ電気的に結合してサブ組立体を形成する工程と、（２）サブ組立体を金型キャビティ内に挿入する工程と、（３）金型キャビティの少なくとも一部分を第一の包封材料で充填する工程と、（４）金型キャビティの残りを第二の包封材料で充填する工程と、（５）包封したサブ組立体を金型キャビティから除去する工程とを備えている。
【００４７】
その他の点にて従来通りである、広範囲に亙る離散的オプト−エレクトロニクスエミッタにおいて、本発明は、信頼し得るパッケージのパワー容量を顕著に増大させ且つパッケージの熱抵抗及びパッケージの易損性を新規な仕方にて顕著に減少させるものである。
【００４８】
本発明の上記及びその他の特徴、有利な点並びに目的は、当該技術分野の当業者が以下の説明、特許請求の範囲及び添付図面を参照することにより、更に理解され且つ認識されよう。
【好ましい実施の形態の詳細な説明】
【００４９】
次に、その例を添付図面に示した、本発明の現在の好ましい実施の形態に関して詳細に説明する。可能な場合、同一又は同様の部品を示すため図面の全体を通じて同一の参照番号を使用する。
【００５０】
本明細書の説明の目的のため、「上方」、「下方」、「右側」、「左側」、「後部」、「前側」、「垂直」、「水平」、「頂部」、「底部」という用語及びそれらの派生的語は、光源の主光軸に沿って放射線放出装置を直接見た場合の本発明に関するものとする。しかし、反対に明確に規定されている場合を除いて、本発明は色々な代替的な方位をとることが可能であることを理解すべきである。また、添付図面に図示し且つ以下に説明した特定の装置は、特許請求の範囲に規定された本発明の思想の単に一例にしか過ぎないことも理解すべきである。従って、本明細書に開示された実施の形態に関する特定の寸法、比率及びその他の物理的特徴は、特許請求の範囲に明確に別段の記載がない限り、限定的なものであるとみなすべきではない。
【００５１】
本発明の幾つかの実施の形態は、全体として、高パワー及び低パワーの用途の双方にて使用可能な改良された光学放射線放出装置に関するものである。本発明のかかる実施の形態は、乗物、持運び型ランプ、特殊照明のような限定されたパワーの用途にて使用するのに特に適している。乗物ということは、非限定的に、自動車、トラック、バン、バス、リクレーションビークル（ＲＶｓ）、自転車、オートバイ及びモーペッド、モータ駆動カート、電気自動車、電気カート、電動自転車、船、ボート、ホーバークラフト、潜水艦、飛行機、ヘリコプタ、宇宙ステーション、シャトル乗物等を含む、陸上車輌、水上乗物、航空機及び有人宇宙乗物を意味するものとする。持運び型ランプということは、キャンプ用ランタン、鉱山、登山及び洞窟探検用のような頭又はヘルメット取付けランプ、手持ち型懐中電灯等を意味するものとする。特殊照明ということは、停電、建物内の火災又は煙が充満するときに作動される非常用照明、顕微鏡のステージ照明器、広告塔の前側照明、標識の後方照明等を意味するものとする。本発明の光放出組立体は、イルミネータ又はインジケータの何れかとして使用することができる。本発明が利用可能な用途の幾つかの例は、ロバート（Ｒｏｂｅｒｔｓ）に付与され当該出願人に譲渡された米国特許第６、４４１、９４３号に開示されている。
【００５２】
本発明の実施の形態の幾つかは、対象とする物体を観察するのに十分で且つ容易に識別可能な十分な外観色及び明暗を有する十分な照明強さの白色光を発生させることのできる、乗物、持運び型照明及び特殊照明用の高信頼性、低電圧、長寿命の光源を提供する。本発明の放射線エミッタ装置の幾つかは、交流又は直流電源、パルス幅変調直流光源、電子式制御システムと共に使用するのに十分に適したものにすることができる。本発明の放射線放出装置は色々な色の光を放出し且つ（又は）ＩＲ又は紫外放射線のような非可視的放射線を放出するために更に使用することができる。
【００５３】
本明細書にて使用するように、「放射線エミッタ」及び「放射線放出装置」という語は、光学又は非光学放射線を発生し且つ放出する任意の構造体を含む一方、「光学放射線エミッタ」又は「光学放射線放出装置」という語は、可視光、近赤外線（ＩＲ）放射線及び（又は）紫外（ＵＶ）放射線を含む光学放射線を放出する放射線エミッタを含むものとする。上述したように、光学放射線エミッタは、エレクトロルミネッセント源又はその他の固相源及び（又は）フォトルミネッセント又はその他の光源を含むことができる。エレクトロルミネッセント光源の１つの形態は半導体光学放射線エミッタを含む。本発明の目的上、「半導体光学放射線エミッタ」は、電流が構成要素又は材料を通るとき、エレクトロルミネッセントの物理的メカニズムによって１００ｎｍ乃至２０００ｎｍの範囲の波長を有する電磁放射線を放出する任意の半導体構成要素又は材料を備えている。本発明における半導体光学放射線エミッタの主機能は、伝導された電力を放射した光学パワーに変換することである。半導体光学放射線エミッタは、当該技術分野にて周知であり且つ多岐に亙る従来技術の装置にて使用される典型的なＩＲ、可視光又はＵＶ  ＬＥＤチップ又はダイを含み又は以下に説明する任意の代替的な形態の半導体光学放射線エミッタを含むものとすることができる。
【００５４】
本発明にて使用可能である半導体光学放射線エミッタの代替的な形態は、発光ポリマー（ＬＥＰｓ）、ポリマー発光ダイオード（ＰＬＥＤｓ）、有機質発光ダイオード（ＯＬＥＤｓ）等である。かかる材料及び該材料で出来たオプトエレクトロニクス構造体は、従来の無機質ＬＥＤｓと電気的に同様であるが、エレクトロルミネッセンスのため、導電性ポリマーポリアニリンの誘導物のような有機質組成物を利用する。かかる半導体光学放射線エミッタは、比較的新規ではあるが、カリフォルニア州、ケンブリッジのケンブリッジディスプレイテクノロジーリミテッド（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｔｄ．）及びサンタバーバラのユニアックス（Ｕｎｉａｘ）のような供給先から入手することができる。
【００５５】
簡略化のため、半導体光学放射線エミッタという用語は、上述し又は当該技術分野にて既知のＬＥＤ又は代替的な形態のエミッタという語と置換することができる。本発明に適したエミッタの例は、電気的に取り付けるための関係する導電性通路及びパッドを有して、主として、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ等のドープした無機質コンパウンド内のＰ−Ｎ又はＮ−Ｐ接合部にて放出性がある多岐に亙るＬＥＤを含む。
【００５６】
ＬＥＤｓは、何１００万回というサイクルに亙って機械的に又は電子的にスイッチオンオフが繰り返されるとき、信頼性又は現場の有効寿命が感知し得る程に劣化しないから、ＬＥＤｓは、本発明の放射線放出装置にて使用するのに好ましいエレクトロルミネッセント光源である。ＬＥＤｓからの光度及び照度は、広範囲の状態に亙って印加された電流に対し直線状の応答性関数に正確に近似し、その強さの制御を比較的簡単なものにする。最後に、最近の世代のＡｌＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＧａＮＬＥＤｓのものは、白熱光よりも発生された可視光のルーメン又はカンデラ当たり吸引する電力が少なく、その結果、より経済的で、小型及び軽量な照明装置配線ハーネス、フューズ、コネクタ、バッテリ、発電機、オルタネータ、スイッチ、電子制御装置及び光学素子となる。多数の例は従来から記述され且つ本発明の範囲に含められているが、本発明は、本明細書に記載した教示から認識し得る程に偏倚せず、従って本発明の範囲に含まれる上述した特定のもの以外のその他の明確な用途を有することを理解すべきである。
【００５７】
本発明の光放出組立体にて使用可能である別の好ましい放射線源はフォトルミネッセント源である。フォトルミネッセント源は、可視又は非可視放射線の一部を吸収し且つ可視放射線を再放出することにより可視光を発生させる。フォトルミネッセント源はりん光性及び蛍光性材料であり、蛍光染料、顔料、結晶、基板、被覆及びりん光体を含む。かかるりん光性又は蛍光性材料は、ＬＥＤ又はその他の放射線エミッタにより励起し且つＬＥＤ装置内に又はＬＥＤ装置上に配置し、或いはＬＥＤ装置と一体でないレンズ又は拡散器のような別個の光学要素内又はその上に配置することができる。りん光性又は蛍光性源を使用する一例としての構造について、以下に更に詳細に説明する。
【００５８】
図１乃至図３には、本発明の第一の実施の形態による構造とされた放射線エミッタ装置１０が図示されている。図示するように、放射線エミッタ装置１０は、包封材１２と、第一及び第二の電気リード１４、１６と、放射線エミッタ３５とを有している。包封材１２はエミッタ３５及び電気リード１４、１６の各々の一部分を包封する。電気リード１４、１６は、ＴＨＤ用途用の構造とされたとき、装置を自動的に挿入することを助け得るように提供される選択的なそれぞれのスタンドオフ１８、２０を有することができる。
【００５９】
図３に最も良く図示するように、第一の電気リード１４の上端は水平方向上方に伸び且つ反射性カップ３６を画成し、放射線エミッタ３５は該反射性カップ上に取り付けられることが好ましい。放射線エミッタ３５の第一の接触端子を第一の電気リード１４に電気的に接続することは、ダイ取付け部（図示せず）を通じて行うか又は線接合部又はその他のコネクタを介して行うことができる。装置１０は、放射線エミッタ３５の第二の接触端子を第二の電気リード１６に電気的に結合する線接合部３８又はその他の手段を更に有している。第一のリード１４及び第二のリード１６の上端はその隔たった関係により、また、包封材１２が比較的大きい電気抵抗を有する材料で出来たものであることが好ましいことによって互いに電気的に絶縁されている。
【００６０】
図１乃至図３に図示した放射線エミッタ装置１０は、従来の５ｍｍ／Ｔ−１  ３／４ＬＥＤ装置又は３ｍｍＴ−１装置と同一の相対的寸法及び形状を有することを意図しており、従って、包封材１２は、下側縁部２２及び平坦な側部２４を有しており、このことは、放射線エミッタ装置を自動挿入装置により整合させることを容易にする。
【００６１】
図３に最も良く図示するように、選択的なグローブトップ４０又はその他の光学又は物理的変調装置が放射線エミッタ３５及び線接合部３８の少なくとも一部分に配置されている。グローブトップ４０は、シリコーン又はシラスティックで出来ており、また、選択的なりん光体又はその他のフォトルミネッセント材料を含むことができる。グローブトップ４０を使用することは、放射線エミッタ３５及びその線接合部３８との接続部を成形過程の間、保護するのに助ける点で有益である。グローブトップ４０を提供するその他の有利な点について以下に更に説明する。
【００６２】
本発明の放射線エミッタ装置１０の包封材１２は、少なくとも２つの作用領域３０、３２を有し、該領域３０、３２の間に遷移領域３１がある。２つの別個の作用領域３０、３２は、包封材の異なる部分は包封材のその他の部分と顕著に相違する作用を果たし、第一の領域３０は、第二の領域３２と少なくとも１つの相違する特徴を有し、該特定の領域によって行われる作用の実施を最適にすることができるという本発明者らの認識に基づいて提供される。例えば、第一の領域３０は、放射線エミッタ３５から放出された放射線の波長に対し少なくとも部分的に透過性である一方、第二の領域３２はかかる波長に対し透過性である必要はない。このことは、本発明の放射線エミッタ装置が第二の領域内で高性能パワー半導体包封材及びトランスファー成形コンパウンドの格別な有利な点を活用することを可能にする。これらの特徴は、比較的小さい熱膨張係数、比較的大きい熱伝導率、比較的大きいＴg、比較的大きい比熱、酸素気体又は水蒸気に対する比較的小さい透過率及び比較的大きい物理的強度特性を含むことができる。多数の高パワーの非光学エレクトロニクス装置をパッケージし又はポット成形するために使用されるコンパウンドは、これら多くの範疇での大きなマージン即ち余裕により、従来のオプトエレクトロニクスエミッタ用として従来から使用されているものよりも優れる。その相違点の主な理由の１つは、説明する高性能材料が通常、不透明な混合体であること、すなわち、離散的オプトエレクトロニクスエミッタ装置内で放出される放射線帯域に対して透明でないためである。これらの作用的に魅力的な材料の不透明性は、本来的にその有利な性質（例えば、性能を向上させる鉱物、金属及び金属酸化物フィラーのため）に関係しており、従って、これらの材料は、従来、その不透明性のため、オプトエレクトロニクス構成要素にて使用することは考えられていなかった。しかし、かかる材料の使用を透明さを必要としない包封材１２の領域に制限することにより、本発明は、これら材料の特徴の全ての有利な点を享受するものである。
【００６３】
包封材１２の第一の領域３０は、光学的性能を維持し得るよう実質的に透明な材料であることが好ましい。第一の領域３０は、選択的に、部分的に拡散するものとすることができる。第一の領域３０は、オプトエレクトロニクスエミッタ装置用に一般に使用される任意の従来の透明な包封材で出来たものとすることができる。レンズ１２の第一の領域３０は、放射線エミッタ３５、ダイ取付け部（存在するならば）及び放射線エミッタ３５に接続された任意の線接合部３８の一部分を覆い、包封し、保護し且つ支持することが好ましい。
【００６４】
包封材１２の第一の領域３０は２つ又はより多くの部分から成るものとし、最内側部分は、本発明の包封材を成形する第一の段階の前に放射線エミッタ３５に予め施されたシリコーン又はシラスティックグローブトップ４０とすることができる。この第一の領域３０の最内側部分は、これと代替的に、高性能エポキシ、シリコーン、ウレタン又は光学的に半透明性又は透明なフィラー又は拡散材を含むその他のポリマー材料としてもよい。
【００６５】
包封材１２の第一の領域３０は、放射線エミッタ３５により放出された放射線に対して実質的に透明な光学エポキシ混合体を含む組成物から成るものであることが好ましい。しかし、その他の透明な材料を使用することもでき、材料は、放射線エミッタの主たる放出帯域外の帯域にて透明である必要はない。
【００６６】
包封材１２の第二の領域３２は、該包封材１２の該領域の作用を最適にする材料で出来たものであることが好ましい。上述したように、第二の領域１２は透明である必要はない。しかし、領域３２の特定的な作用は、全体として、導電性リード線１４、１６まで伝播する機械的応力による破局的破損、応力及び累積疲労を最小にすることである。透明である必要はないことからこの目的に一層良く適した材料を選ぶことができるのみならず、その材料はまた、より大きい引張り及び圧縮強度、粘着性及び（又は）凝集性を含む、より高強度の性質を備えることもできる。
【００６７】
包封材１２の第二の領域３２が果たす別の作用は、さもなければ第二の領域３２又はリード１４、１６と包封材１２との間の境界面を通じて装置内に上方に伝播するであろう酸素、分子水蒸気又はその他の試薬に対する障壁として機能することである。このように、第二の領域３２は、放射性エミッタ３５、ダイ取付け部（存在するならば）、線接合部３８、リードフレームめっきの包封材部分、存在するであろう任意のフォトルミネッセント材料を含むその他の装置の内部組成物を酸素、分子水蒸気及びその他の試薬から効果的に保護するものでなければならない。包封材１２の第二の領域３２は透明である必要はないから、第二の領域３２は従来の透明な包封材内に存在するものと比べて改良された障壁特性を有する構造とすることができる。
【００６８】
第二の領域３２が第一の領域３０とより顕著に相違する特徴の１つは、多分、改良された熱的特長を有する点であろう。装置のより低熱抵抗を実現するため、第二の領域３２は、少なくとも電気リード１４、１６を取り巻く装置の臨界的な領域にて、また、放射線エミッタ３５を支持するリードの部分（すなわち、存在するならば、反射性カップ３６）に対する熱的接合部にて大きい熱伝導率を有することが好ましい。はんだ付け工程からの比較的大きい熱抵抗保護作用を維持するため、包封材１２の第二の領域３２の底部分は、スタンドオフ１８、２０（存在するならば）よりも、又はスタンドオフ部が存在しないならば、加工中に溶融はんだとほぼ接触しない状態に止まり得るように設計されたリード上の同等の点よりも、導電性リード線１４、１６のはんだ付け可能な部分又は端部の近くまで伸びることはない。
【００６９】
包封材１２の第二の領域３２を大きい熱容量を有するように形成することにより、第二の領域３２は加工又は作動の間、過渡的温度の急上昇を抑制する働きをするであろう。また、第二の領域３２を低熱膨張係数を有するような形態とすることにより、装置内の熱膨張及び収縮に起因する破局的破損、応力及び累積疲労は最小となる。
【００７０】
包封材１２の第一及び第二の領域３０、３２に対して相違する作用特徴を実現するため、２つの領域は相違する物理的性質を有することができる。かかる物理的性質は構造的又は組成的とすることができる。かかる相違する構造的特徴は、第一及び第二の領域３０、３２に対し同一の全体的な組成物を使用するが、２つの領域内の粒子サイズ又はミクロ構造的配向状態を変化させることにより実現することができる。かかる構造的特長は、焼鈍し、放射線硬化又はその他の放射線処理によって領域を相違するように処理することで成形過程の間に修正することができる。更に、ミクロ構造的配向は、磁界を包封材１２を形成する領域の１つ又は２つ以上に印加することにより、変化させることができる。
【００７１】
第一及び第二の領域３０、３２を形成するため２つの異なる組成が利用される場合、本発明の１つの好ましい実施の形態を形成するため、本発明の方法に関して以下に更に詳細に説明するように、材料の組成は同一の金型内で成形するのに適合したものであることが好ましい。第一及び第二の領域３０、３２を一体に成形することにより、領域３０、３２の間の遷移部３１に凝集接合部を形成することができる。かかる凝集接合部は、全体として包封材の強度を向上させ且つさもなければ存在するであろう領域３０、３２の間の全ての境界面を介して酸素、水蒸気又はその他の試薬が放射線エミッタ３５に達するのを防止するために望まれる。更に、かかる凝集接合部は、外面との連続性を提供する。更に以下に説明するように、第一及び第二の領域３０、３２に対して使用される組成物は、遷移部３１にて部分的に相互に混合することが望ましい。遷移部３１は、包封材１２のかなり狭小な断面とし、又は第一及び第二の領域３０、３２の組成を使用して組成勾配が形成されるならば、より広く且つより大きく形成することができる。
【００７２】
包封材１２の第二の領域３２を不透明に形成することの更なる有利な点は、装置１０からの全ての後方散乱光が実質的に減少する点である。かかる後方散乱光は、かかる放射線エミッタ装置が自動車用のエレクトロクロミックリアビューミラー組立体内に取り付けられるときにしばしば生じるように、光センサが放射線放出装置１０と同一のハウジング内に取り付けられるときに問題となる。
【００７３】
本発明の放射線放出装置の全体的な物理的構造に関して説明したが、かかる放射線エミッタ装置を製造する本発明の方法について以下に説明する。しかし、放射線エミッタ装置１０は、その他の方法を使用して形成することも可能であることが理解されよう。
【００７４】
図１０には、本発明の方法に対する工程及び選択的な工程を示すフロー図が図示されている。装置組立体の色々な段階を示す図４乃至図９を同時に参照しつつ図１０に関して説明する。本発明の方法の第一の工程１００はリードフレームを準備することである。リードフレームの一例が図４に図示され且つ参照番号５２で表示されている。リードフレームは、従来の任意の技術を使用して任意の従来の形態にて形成することができる。リードフレーム５２は金属で出来ており且つ押抜きし且つ選択的に後めっきすることができる。リードフレーム５２は、また、選択的な超音波又はその他の洗浄を行うこともできる。図４に図示するように、リードフレーム５２は、複数の放射線エミッタ装置用の第一及び第二の導電性リード１４、１６を有している。リード１４、１６は、リード１４、１６に対しほぼ垂直に伸びる第一のタイバー５４及び第二のタイバー５６によって互いに保持されている。リードフレーム５２は、リードフレーム５２の両端にて第一及び第二のタイバー５４、５６の間を伸び且つ複数対のリード１４、１６間を伸びる垂直方向フレーム部材５８を更に備えることができる。
【００７５】
リードフレーム５２は、また、第一の電気リード１４の一端に支持体（好ましくは、反射性カップ３６）を有する形状とされることも好ましい。反射性カップ３６は、その反射率を向上させ得るように研磨し又はめっきすることができる。
【００７６】
過程の次の工程（工程１０２）は、１つ又はより多くの放射線エミッタ３５をリードフレーム５２上の反射性カップ３６の各々に取り付けることである。最も好ましい実施の形態において、放射線エミッタ３５はＬＥＤチップであり、ＬＥＤチップは導電性エポキシ取付け部又は共融接合部により、カップ３６の各々の中／その上に又はリードフレームのその他支持構造体に、ダイ接合される。ＬＥＤチップは、使用されるならば、任意の従来のＬＥＤチップ又は任意のＬＥＤチップ或いはその後に開発されるその他の放射線エミッタとすることができる。この工程の一部として、取り付けエポキシは、真空圧により選択的にガス抜きし、次に硬化し／冷却させることができる。次に、この構造体に対し選択的に上記の工程の後、超音波及びその他の洗浄過程を加えることができる。
【００７７】
最も好ましい実施の形態の場合、次に、放射線エミッタ３５をボンドワイヤーにより線接合し、放射線エミッタ３５に対する望ましい導電路を確立する（工程１０４）。次に、工程１０６において、選択的なりん光体、グローブトップ又はその他の光学的又は物理的調整剤を放射線エミッタ３５上に堆積させる。かかる光学的又は物理的調整剤の１つ以上が使用可能であることは認識すべきである（例えば、りん光体を最初に施し、硬化させ／乾燥させ、その後、シリコーンのグローブトップを施すことができる）。この段階にて何れが施されるかを問わずに、通常、次に乾燥させ且つ硬化させる（工程１０８）。選択的に、かかる選択的光学又は物理的調整剤は、次の工程に進む前に真空圧によりガス抜きすることができる。
【００７８】
次の工程（工程１１０）は、透明なエポキシを反射性カップ３６内に選択的に施し、その後、選択的にガス抜き工程を行い、このガス抜き工程は真空圧により行うことができる。このように透明なエポキシを選択的に施すことは、その後の成形工程の間、反射性カップ内で且つその周りで泡が発生するのを防止するために行うことができる。施された透明なエポキシは、以下に説明する第一の成形段階の間に施されるものと同一の材料とすることができる。工程１１０の後、リードフレームサブ組立体５０（図４）の製造が完了し、かかるサブ組立体は成形の準備が整う。
【００７９】
このように、次の工程（工程１１２）はリードフレームサブ組立体５０を反転させ且つリードフレームサブ組立体を金型６０内に形成された包封金型キャビティ６２内に挿入し且つ整合させることである。図５に図示するように、金型は、リードフレームサブ組立体５０を受け取り且つ金型キャビティ６２に対する適正な位置に整合させるため、複数のリードフレーム支持体６４を有することが好ましい。図６には、かかる１つの金型キャビティ６２の断面図が図示され、リードフレームサブ組立体５０の相応する部分は反転され且つキャビティ６２内に挿入されている。
【００８０】
次の工程（１１４）は、包封の第一の段階を行い、これにより透明なエポキシレンズ材料が包封材金型キャビティ６２内に分配されるようにする（好ましくは、射出法により）。精密な計測量供給又はフィードバッグを使用して、透明なエポキシを反転した反射性カップ３６の縁まで又はその上方に充填し、或いは何らかの理由のため、装置内に反射性カップが存在しないならば、放射線エミッタ３５の表面まで充填することが好ましい。例えば、図７を参照するとよい。次に、真空圧により透明なエポキシから泡を除去するため、選択的なガス抜き工程（工程１１６）が行われる。次に、透明なエポキシを前硬化させる工程（１１８）を選択的に行うことができる。この選択的な前硬化は、２つの主要な包封材料の自由な混合を最小にすべく硬化するのに十分ではあるが、何らかの混合を阻止する程に顕著ではないようにすることができる。遷移領域３１内の多少の僅かな混合は均質な強度、凝縮性接合等にとって良好であると考えられる。
【００８１】
次の工程（工程１２０）は、ベースエポキシが金型キャビティ６２の残りの部分を充填し得るように金型キャビティ６２内に分配される（射出法によることが好ましい）包封成形法の第一の段階を行うことである。装置本体の所定の底部又はスタンドオフ１８、２０（存在するならば）の頂部まで正確に充填するために、精密な計測量供給すなわちフィードバックが使用されることが好ましい。図８には、第２の段階の後の適宜に充填した金型キャビティ６２が図示されている。
【００８２】
工程１２０の後、工程１２２を選択的に行い、これにより、ベース包封材料が真空圧によってガス抜きされ、全ての気泡を除去する。
次に、工程１２４において、未だ完全に硬化していない、それ以前に所要位置にある全ての他の材料の残留物を硬化させると共に、ベース包封材料を硬化させる。次に、工程１２６において、ほぼ仕上がったリードフレーム構造体を金型６０から突き出す。次に、選択的な硬化後工程１２８を行い、その後に、選択的な洗浄／バリ取り工程１３０を行うことができる。形成される構造体は図９に図示されている。
【００８３】
次の工程は、単一化工程１３２であり、これにより、第２のタイバー５６及び垂直方向リードフレーム部材５８を仕上がった、リードフレーム組立体から切除し、第１のタイバー５４を装置の各々について第一及び第二の電気リード1４、１６の間にて、且つ装置の各々の間にて、カットする。スタンドオフが望みでないならば、第一のタイバー５４の全体を除去することができ、さもなければ、残るタイバー５４の部分は、スタンドオフ１８、２０として作用することができる。
【００８４】
単一化工程１３２の後、選択的な試験工程１３４を行うことができ、次に、装置を包装し且つ出荷する。この方法の変形例について、本発明の代替的な実施の形態に関して以下に説明する。
【００８５】
図１１には、本発明の第二の実施の形態による構造とされた放射線エミッタ装置１５０が図示されている。装置１５０は、複数の放射線エミッタ３５ａ、３５ｂを有する点にて上述した装置１０と相違する。エミッタ３５ａ、３５ｂの双方は、共通の反射性カップ内に取り付けるか、又は同一又は別個のリードに設けられた別個のカップ内に取り付けることができる。所望の電気的接続及び制御に依存して、追加的なリード１６ｂを設けることができる。放射線エミッタ３５ａ、３５ｂは、直列又は並列接続し、また、同一の構造とし、又は異なる波長の光を放出し得るように異なる構造とすることができる。１つの好ましい実施の形態において、エミッタ３５ａ、３５ｂは、有効な白色光を発生させ得るように双極の補足的な性質（補色）の光を放出する。かかる用途に適したＬＥＤチップ及び装置は、１９９６年６月１６日付けでＤバート・Ｒ．ダーヘンブル（Ｒｏｂｅｒｔ  Ｒ．Ｔｕｒｎｂｕｌｌ）らにより出願された、「発光ダイオードを内蔵する照明器組立体（ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＯＲ  ＡＳＳＥＭＢＬＹ  ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＩＮＧ  ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥＳ，）という名称の当該出願人に譲渡された、米国特許出願第５,８０３，５７９号に開示されている。
【００８６】
第二包封領域１２を形成するために使用されるベースエポキシは、第一の領域３０を形成するために使用される透明なレンズエポキシとは、組成の点においてのみならず、付加的に又は代替的に、１つ又は２つ以上の物理的性質（対象とする波長におけるスペクトル透過性、対象とする１つ又は２つ以上の波長における拡散散乱性質、ミクロ結晶構造、強度、熱伝導率、ＣＴE、Ｔg等）の点においても相違させることができる。第一の領域３０と第二の領域３２との間の遷移領域３１は、遷移境界領域３１で生じるようにすることができ、この領域は、狭く（性質をより急激に変化させる）又は広く（性質をより徐々に変化させ又は勾配を持たせる）することができる。また、上述したように、レンズエポキシとベースエポキシとの相違は組成的なものとし、また、この相違は、製造過程にて２つの異なる材料の混合体を使用することで実現することができる。次に、領域３０、３２間の狭小な遷移境界領域３１は、実質的に混和不能な２つの調剤を確保するか、又は他の材料を追加する前に１つの材料が僅かに又は完全に前硬化することにより、実現することができる。一方、広い境界領域３１は、第二の材料を追加する前に第一の材料を前硬化させないことにより、又は、２つの材料の処方分がその境界にてかなりの混合を許容することを確実にすることにより、実現されよう。
【００８７】
レンズエポキシとベースエポキシとの所望の相違が主として、組成的相違でなく、物理的相違である場合、上述の手段が不十分であるならば、代替的な手段を使用してこれを実現することができる。例えば、金型内に分配した後、ベースエポキシ部分を後処理することにより、組成的に同一のベースエポキシ部分の材料の性質を向上させることが可能である。かかる後処理は、異なる熱処理とすることができる（金型内で温度勾配を確立することにより、又は、層状加熱炉又は層状加熱空気流を使用することにより）。かかる前処理は、更に、又は代替的に、局所的ＩＲ、ＵＶ、可視、マイクロ波、Ｘ線、又はその他の電磁放射源とし或いはＥビーム又はその他の粒子ビームによる差分照射とすることができる。また、分配する前、分配する間、又は分配した後に、装置材料の全て又は一部分を電界、磁界、遠心／求心力又は重力に曝すことにより、特定のミクロ構造的効果（粒子の移行、積層化、背向、サイズ、凝集化等）を発揮させることができる。
【００８８】
図１２には、本発明の第三の実態の形態による構造とされた、放射線エミッタ装置が図示をしている。図１２に図示した装置は、ヒューレット・パッカードのスーパーフレックス又はピランハ装置と同一のサイズ及び形状を有するような形態とされている。しかし、図示するように、装置２００は、第一の２つの実施の形態にて付与されるのと同様の仕方にて付与された、第一の領域２３０及び第二の領域２３２を有する包封材２１２を内蔵する点にて相違する。
【００８９】
図１３及び図１４には、本発明の第四の実施に形態による構造とされた放射線エミッタ装置２５０が図示されている。図１３及び図１４から明らかであるように、この第四の実施の形態は、サイズ及び形態の双方の点にてヒューレット・パッカードのスナップＬＥＤ装置の形態を模すことを意図している。サイズ及び形状の点にて従来の製品を模し得るように本発明の色々な実施の形態を設定することにより、本発明の装置は、回路板を構成するために使用される装置に対し何ら改造を必要とせずに、従来の装置に容易に置換することができる。更に、従来の構造を模し得るようにこれらの実施の形態を設定することにより、従来の装置を製造するために使用したものと同一の包封金型キャビティを使用して、本発明の実施の形態を形成し、これによりこれらの放射線エミッタ装置を製造するために使用される装置を大幅に改造することを不要にすることができる。
【００９０】
図１５には、本発明の第五の実施の形態による構造とされた、放射線エミッタ装置３００が図示されている。装置３００は、電気リードから別個に且つ分離した包封部から外方に伸びる追加的な熱排出部材３１０を有している。熱排出部材を利用するその他の適宜な構造は、ロバートらに付与され当該出願人に譲渡された上記の米国特許第６，３３５，５４８号に開示されている。
【００９１】
図１５に示した構造の場合、包封部内にフレネルレンズのようなマイクロ溝レンズを、直接、形成することが望ましい。このことは、チップからの光が混合して白色光のような別の色を形成する箇所である単一の離散的ＬＥＤ内に異なる色のＬＥＤチップが提供されるとき、特に有益なことである。また、装置から放出された光を更に改質するため、反射要素を装置の光出力面に連結してもよい。マイクロ溝レンズ及びかかる反射要素を有するＬＥＤ装置の一例は、当該出願人に譲渡された米国特許出願第６０／２７０，０５４号に開示されている。
【００９２】
本発明を例示することを目的とし、従って、何らかの点にて本発明を限定することを意図するものではない、以下の例により本発明は更に明らかになるであろう。
【実施例１】
【００９３】
本発明の有効性を実証するため、２つのＬＥＤ装置を製造し且つ試験した。最初のＬＥＤ装置は、従来のＴ−１  ３／４ＬＥＤ装置である一方、第二のＬＥＤ装置は、本発明の第一の実施に形態に関して上記に開示したように包封部１２が第二の領域３２内に含まれる点を除いて同一の構造を有するものとした。従来のＴ−１  ３／４ＬＥＤ装置は、デキスターエレクトロニクスマテリアルズ事業部（Ｄｅｘｔｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）から入手可能なハイゾール（ＨＹＳＯＬ）（登録商標名）ＯＳ４０００透明エポキシを使用して製造した。本発明のＴ−１  ３／４ＬＥＤ装置は、第一の領域３０に対するものと同一の透明なエポキシを使用して製造した。しかし、第二の領域３２は、同様に、デキスター（Ｄｅｘｔｅｒ）から入手可能なハイゾール（登録商標名）ＥＯ０１２３鋳造コンパウンドを使用して製造した。次に、それら２つのＬＥＤ装置は、室温にて直流作動により作用させ、その正規化した平均的光束を測定し且つ図１６に示したグラフにプロットした。このグラフから明らかであるように、本発明のＬＥＤ装置は、特に、高パワーのとき遥かに多量の光束を有するものであった。
【００９４】
この例に対し、従来のＬＥＤ装置よりも本発明のＬＥＤ装置が各パワーレベルにて照度が向上したことは、接合部の作用温度が低下し且つ組立体の熱抵抗が減少したことを示す。
【００９５】
装置の主光軸が垂直であるとき、ほぼ垂直に配置された包封部内に２つ又はより多くの領域を採用するものとして本発明を全体として説明したが、これらの領域は、中心光軸の左側又は右側に対して各々方位制御するか、又は、一方が外側に又は他方が内側となるように方向付けすることが可能であることが理解されよう。このような包封領域の内側／外側の配置は、外側から内側への「硬化勾配」を実現し、これにより内側が完全に硬化せず且つ、放射線エミッタ装置の寿命の間、柔軟なままであるようにすることで実現することができる。かかる形態は、また、放射線エミッタ３５自体によって発生された熱を使用してＬＥＤの内側を硬化させることにより使用することもできる。このことは、機械的残留応力が小さいことが望まれるときに有益なことである。
【００９６】
本発明の幾つかの実施の形態において、熱抵抗を減少させることなく、放射線エミッタ接合部（リードとの接合部）から周囲環境への熱抵抗が減少し、このため、リードのはんだ付けによる熱的損傷を一層受け易くすることなく所定のパワーにおける優れた作動温度（すなわち、低い作動温度）を実現することができる。
【００９７】
上述の説明は、好ましい実現の形態のみを示すものであると考えられる。当該技術分野の当業者及び本発明を実施し又は使用する者には、本発明の改変例が案出されるであろう。このため、図面に示し且つ上述した実施の形態は、単に説明の目的のためのみのものにしか過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、本発明の範囲は、均等物の理論を含む、特許法の原理に従って、解釈される特許請求の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の第一の実施の形態に従って製造された放射線エミッタ装置の斜視図である。
【図２】図１に図示した放射線エミッタ装置の頂面図である。
【図３】図２に図示した線３−３´に沿った図１及び図２に図示した放射線エミッタ装置の断面図である。
【図４】図１乃至図３に図示した放射線エミッタ装置を製造することができるリードフレームサブ組立体の側面図である。
【図５】放射線エミッタ装置を製造する本発明の方法に従って反転され且つ金型内に挿入された図４に示したリードフレームサブ組立体の斜視図である。
【図６】最初の成形工程の前に、反転され且つ図５に図示した金型内に挿入されたリードフレームサブ組立体の一部を示す、図５の線６−６´に沿った部分断面図である。
【図７】最初の成形工程の後に、反転され且つ図５に図示した金型内に挿入されたリードフレームサブ組立体の一部を示す、図５の線６−６´に沿った部分断面図である。
【図８】最後の成形工程の後に、反転され且つ図５に図示した金型内に挿入されたリードフレームサブ組立体の一部を示す、図５の線６−６´に沿った部分断面図である。
【図９】金型から除去した後の最終的なリードフレーム組立体の側面図である。
【図１０】本発明に従って放射線エミッタ装置を製造する本発明の方法の工程を示すフロー図である。
【図１１】本発明の第二の実施の形態に従って製造された放射線エミッタ装置の断面図である。
【図１２】本発明の第三の実施の形態に従って製造された放射線エミッタ装置の斜視図である。
【図１３】本発明の第四の実施の形態に従って製造された放射線エミッタ装置の斜視図である。
【図１４】図１３に図示した放射線エミッタ装置の分解斜視図である。
【図１５】本発明の第五の実施の形態に従って製造された放射線エミッタ装置の斜視図である。
【図１６】従来のＴ−１  ３／４ＬＥＤ装置及び図１乃至図３に図示した本発明のＴ−１  ３／４ＬＥＤ装置に対する印加されたパワーの関数として正規化した平均的光束を示すグラフである。
【図１０】
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【図１６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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