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JP2005536870A - ランプ及びランプの製造方法 - Google Patents

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Abstract

ランプを製造する方法は、個々の容器（２）内に発光接合部（ＬＥＤ、４）を取り付ける段階と、三次元アレイを形成するべく、湾曲した支持構造（１１０）上に容器を取り付ける段階と、発光接合部を支持構造に電気的に接続する段階と、を含んでいる。容器（２）は、支持構造（１１０）とは別個に、薄いシート金属からプレス成形又はスタンピングによって形成され、この容器を支持構造（１１０）上に取り付ける前に、この内部にＬＥＤ（４）が取り付けられる。この容器は、接合部から出力される光を導波又は反射するべく機能可能である。支持構造（１１０）は、容器（２）を収容する空洞又は孔を有するリードフレームであってよい。

Description

本発明は、リードフレーム内に挿入された予めパッケージング済みの発光半導体を使用するランプの製造方法、並びに、この方法で製造されたランプに関するものである。
本発明は、国際公開特許第０２／１０３７９４号（ＷＯ ０２／１０３７９４）の主題の改良であり、この開示内容及び主題のすべては、本引用により、本明細書に包含される。
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）の使用を伴う照明アプリケーションには、様々なものが多数存在しているが、従来は、例えば、電気プラントの制御パネル上においてステータス状態を示す小さく且つ別個のインジケータとして、単一のＬＥＤを使用することが一般的であった。
又、単一のＬＥＤによって提供されるものよりも大きな照明能力を提供するべく、二次元アレイの形態に配列された複数のＬＥＤを提供する方法も周知である。しかしながら、上質の家庭又は産業用の照明を提供するのに、これらの構成のすべてが好適であるというわけではない。
従って、本発明の目的は、従来技術に対する改善、或いは、少なくともそれらの有用な代替物を提供するランプ及びランプの製造方法を提供することにある。
本発明によれば、ランプの製造方法が提供され、この方法は、個別の容器内に発光接合部を取り付ける段階と；三次元アレイを形成するべく、湾曲した支持構造上に、これらの容器を取り付ける段階と；発光接合部を支持構造と電気的に接続する段階と；を含んでいる。
本発明によれば、更にランプが提供され、このランプは、湾曲した導電性の支持構造と；三次元アレイを形成するべく支持構造上に取り付けられた複数の容器と；個別の容器内に配設され、支持構造に電気的に接続された複数の発光接合部と；を含んでいる。
本発明によれば、複数の発光接合部を収容してランプを形成するリードフレームが更に提供され、このリードフレームは、湾曲した導電性の支持構造と；発光接合部が三次元アレイを形成するように、内部に配設された発光接合部を具備する個別の複数の容器を収容するための支持構造内の複数の空洞と；を含んでいる。
本発明の好適な実施例によれば、支持構造上に発光接合部の三次元アレイを製造する方法が提供される。この方法によれば、従来技術において開示されている製造プロセスを相当に単純化することが可能であり、この方法は、現在使用されている発光接合部の取付方法に取って代わる可能性を有している。
好ましくは、この方法によれば、発光接合部は、予め形成済みの金属又はその他の材料からなる導電性のカップ又はその他の容器の一次元又は二次元アレイ内に装着される。
好ましくは、この装着された発光接合部を有する線形アレイの形態のカップは、続いて、１つずつ分離される。
好ましくは、個々のカップは、それぞれのカップ内における発光接合部の（電気極性に関連する）正しい向きと三次元アレイ内におけるそれぞれのカップの向きを実現するべく、非対称構成になっている。
好ましくは、個々のカップは、部分球面を有するリードフレームの湾曲部分内において、既定パターンの一連の対応孔内に配置される。
好ましくは、これらのカップのプロファイルは、リードフレーム上の三次元アレイからの合成光パターンが予測可能であり且つ大量生産において反復可能になるように、それぞれの発光接合部からの特定の光パターンを生成するべく設計されている。
好ましくは、このようにリードフレーム内に配置されたカップのアレイは、溶接、はんだ付け、接着、又はリードフレームとカップ間の機械的、熱的、及び電気的特性の連続性を確保するその他の方法により、その個別の孔内に固定される。
好ましくは、カップは、電流の流れ（並びに、結果的に、発光接合部の光出力）の制御に使用するリードフレーム内の導電体上に設置される。
好ましくは、発光接合部は、中間導電体により、リードフレーム内において、２つの導電体に電気的に接続されている。発光接合部を個別に（又は、グループとして）制御できるように、この中間導電体の接続構成を構成可能である。
別の実施例においては、それぞれに発光接合部が取り付けられたアレイの形態の複数のカップをアレイから１つずつ分離し、テープ及びリール、又はその他の一般に使用されているパッケージングシステムにパッケージングする。このようなパッケージングによれば、リードフレーム上の３次元アレイ以外の発光接合部のモジュラー型の取付が望ましい分野に適用範囲が広がることになる。
別の態様においては、前述の方法に従って形成されたランプが提供される。
更に別の態様においては、接合部から出力される光を導波するべく配列された側壁を有する発光接合部を収容するカップが提供され、このカップは、熱的に結合された接合部から生成される熱を発散させる機能をも果たしている。
一例として、添付の図面を参照し、本発明について説明する（但し、これは、限定を意図するものではない）。
図面中においては、同様の参照符号を使用して、同様又は類似の機能を示している。
まず、図３Ａ及び図３Ｂを参照すれば、本発明の好適な実施例は、ランプ、及びランプの製造方法に関するものであり、このランプは、湾曲した導電体１０、１１、及び１２を具備するリードフレーム１１０上に取り付けられた複数の発光接合部４を具備している。接合部４は、リードフレーム１１０上に取り付けられた個別の容器２内に配置されており、ランプが電源投入された際に、接合部４のそれぞれを通じて電気回路が完成するように、後から、接合部４と湾曲導電体１０、１１、１２、及び（電源供給導電体である）１３間に電気的な接続が形成されている。導電体１０、１１、及び１２は、三次元（例えば、球状）に湾曲しているが、電源供給導電体１３は、二次元に湾曲しているのみである（即ち、同一平面上において湾曲している）。
容器２は、リードフレーム１１０とは別個に形成され、容器２をリードフレーム１１０上に取り付ける前に、この内部に接合部４を取り付ける。容器２は、好ましくは、ストリップ又はシート材料から大量に形成された後に、接合部４を容器２内に取り付ける前又は取り付けた後に、その材料から分離される。
図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃに示されているように、（好ましくは、全般的に凹状のカップとして形成される）容器２の線形アレイ１は、好ましくは、プレス又はスタンピングなどの従来の手段により、薄いシート金属、銅、又はこれらに類似のものから形成される。尚、その他の形状の容器も好適であるが、本明細書においては、わかりやすくするために、それらの容器を含むすべてをカップと呼ぶことにする。又、本明細書においては、利便性を考慮し、内部に配設又は付着された接合部４を具備するカップ２をカップアセンブリ３と呼ぶことにする。尚、カップは、線形（一次元）アレイの代わりに、二次元のシートアレイの形態にも形成可能ある。
この好適なカップの有利な特徴の１つが、その形状であり、これにより、それぞれのカップは、光学導波器として機能し、内部に取り付けられている接合部から出力される光の方向を制御することができる。それぞれのカップ２は、好ましくは、図１Ａに示されているように、平面図で見た場合に、全般的に円形になっているが、楕円や矩形形状などのその他の形状にした場合にも適切に動作可能である。この好適なカップ形状は、半径ｒの円形の内部ベースを具備し、これから、略円錐台形状のカップ壁が、外部半径Ｒを具備するカップのリップに向かって（図１Ｂに示されているように、水平に対して）角度Ｘで広がっている。カップの内部円形ベース面に対するカップのリップからの垂直方向の深さは、図１Ｂ内に参照符号Ｔによって示されている。
図２Ａに示されているように、カップアセンブリ３は、それらの角度の向きが（上部にカップ２を取り付ける領域内に部分的な球面形状を具備したリードフレーム８０により）互いに変位するように、リードフレームに取り付けられている。この角度の変位は、図２に、参照符号Ｚによって示されている。
カップ２の形状と、半径Ｒ及びｒの寸法、側部（変位）角度Ｚ、及び深さＴは、好ましくは、そのカップから放射される光パターンに対するこれらの個々の影響を考慮して決定される。ランプからのビームの入射角度全体（図２Ａに示されている角度Ｙの二倍）において線形となるように、ランプから放射される光強度を最適化することが好ましい。このビームによって範囲が定まる立体角（２×Ｙ）を、伝統的に「半角（Ｈａｌｆ Ａｎｇｌｅ）」と呼んでいる。これは、「その中において、光強度がビームの最大値の５０％を上回っている角度」と定義されるものであり、その特定のランプによって提供される照明の有効性に影響を及ぼすため、ランプの光学的な性能にとって重要なファクタである。
従って、リードフレームの湾曲半径Ｃ、並びにリードフレームの部分的な球面部分内のそれぞれのカップの変位角Ｚと共に、これらのファクタＲ、ｒ、Ｔ、及び角度Ｘの影響により、この角度Ｙの値、即ち、組立後のランプの出力照明パターンの特性を決定するパラメータが構成されている。
これらのファクタは、それぞれのランプの設計における変数であり、好ましい半角、ランプ内に設置するカップの数、及びカップの相対的な位置について、これらの変数を最適化することにより、様々なランプを設計可能である。尚、更なるランプの設計例については、図１５及び図１７を参照されたい。
カップのアレイは、形成された後に、好ましくは、銀、銀合金、又はこれらに類似の材料により、選択的にメッキされる。このメッキは、高度な反射表面を提供することにより、それぞれのカップの光学性能を向上させるためのものであり、更には、この結果、リードフレーム内の（図２Ａに示されている）孔６内にカップ２を固定するのに採用される装着プロセス（例：はんだ付け又は銀接着剤の塗布）を簡単にすることもできる。
カップの線形アレイの形成及びメッキに続いて、発光接合部（ダイ）４をそれぞれのカップの底部内部表面に装着し、カップアセンブリ３を形成する（本明細書においては、「ダイ」という呼称を「接合部」及び「ＬＥＤ」と相互交換可能に使用することとする）。尚、それぞれのダイを線形アレイと一貫性を有してアライメントするには、十分な事前の対策が必要である。そして、カップは、好ましくは、従来の手段により、アレイから１つずつ分離され、カップ２の一側上に、切り欠き、スタンピング、或いは、その他の方法によってマーク７を施すことにより、極性を表示する。好適な一形態においては、このマーク７は、カップの１つの外部エッジを切り捨て又は平坦化したものである。尚、このカップ上のマーク７の形成は、極性に関する接合部の一貫性のあるアライメントを円滑に実行するべく、カップを形成した直後に、且つ、メッキの前に、実行可能である。
図２Ａに示されている凸状のドーム形状に代わるリードフレームの代替形態においては、図２Ｂに示されているものなどの凹形状のリードフレームを形成可能である。尚、リードフレーム支持構造の湾曲の向きの違い以外には、図２Ｂに示されている凹状ランプの実施例は、図２Ａの実施例や添付図面に図示並びに本明細書において説明されているその他の凸状ランプの実施例と類似の方式で形成可能である。特に、図６に関連して図示及び説明するランプの製造プロセスは、凹状リードフレーム構成にも適用可能である。例えば、段階６４０においてリードフレームの中央部分にドームを形成する代わりに、ボール（反転したドーム）を形成可能である。リードフレームのこのような凹状形状においては、接合部から放射される光がよりフォーカスされることになり、従って、このような実施例は、光を均等に分散させるようなものではなくフォーカスした光の分布を必要とするアプリケーションに、より好適であろう。即ち、このランプの実施例は、リードフレームの中央の湾曲部分の湾曲半径Ｃに略等しい焦点距離を具備することになろう。そして、この場合の焦点の有効性は、湾曲半径Ｃの大きさによって部分的に決定されると共に、Ｒ、ｒ、及びＴの値の影響を受けることになろう。
ランプは、図３Ａに示されているように、ダイによって完成した個々のカップをリードフレーム１１０の湾曲したリードフレーム導電体１０、１１、１２内の孔６に挿入することにより、形成される。この図示の実施例においては、第１極性のダイの活性部分と導電体１０、１１、１２間のワイヤボンディングにより、中間導電体のペア１４、１５、１６を装着している。更に、第２極性のダイの活性部分と共通電源供給導電体１３及び導電体１１及び１２にそれぞれワイヤボンディングすることにより、中間導電体のペア１７、１８、１９を装着する。この構成によれば、導電体１０、１１、１２上に取り付けられている発光接合部のグループを通じて流れる電流の制御、即ち、放射光の強度の制御が可能である。
尚、この図３Ａには、共通電源供給導電体１３以外には、３つの湾曲したリードフレーム導電体１０、１１、及び１２しか示されていない。しかしながら、それぞれが複数のカップアセンブリを支持する更に多数の湾曲したリードフレーム導電体を採用することが考えられる。例えば、図１５は、個別のカップアセンブリ内に３つの別個の導電体１１３、１１４、及び１１５上に分散した１８個の接合部を支持するリードフレームの実施例を示しているが、この構成を変更し、それぞれに６つのカップアセンブリを支持する５つの別個の導電体を提供することも可能である。又、図示されてはいないが、例えば、５０〜１００個のレベルの更に多数のカップアセンブリを支持可能な更なる実施例も考えられる。
又、図３Ａに示されている中間導電体１７、１８、及び１９は、ペアとして説明されているが、例えば、カップアセンブリ３内に、小さな低電流接合部を採用する場合には、この代わりに単一の中間導電体を使用することも適当であろう。
即ち、この図３Ａ及び図３Ｂに示されている実施例は、小さな接合部ではく、大電流を引き出す大きな接合部に特に適したものであり、従って、この場合には、ダイの活性領域に対する電流の均等な収集と供給を実現するべく、中間導電体のペアが望ましい。又、これらの導電体のペアは、ダイとの間に１本の中間導電ワイヤのみを具備することに関連して発生し得る損失を削減するべく機能する第２の電流経路をも提供している。
図３Ａ及び図３Ｂに示されているものに代わる代替実施例においては、湾曲した導電体１０、１１、及び１２の代わりに、中間導電体のペア１４、１５、及び１６をカップに接続可能である。この代替実施例においては、それぞれのカップは、はんだ又は銀接着剤などの導電性材料を使用して導電体の上部に取り付けられることにより、湾曲導電体１０、１１、及び１２と電気的な接続状態にある。この代替構成においては、湾曲導電体１０、１１、及び１２の孔６内にカップを取り付ける前に、中間導電体のペア１４、１５、及び１６をカップ２の内部壁に装着可能である。その他の点に関しては、この実施例は、図３Ａ及び図３Ｂに関連して先程図示並びに説明したものと同様である。
更なる（図４Ａ及び図４Ｂに関連して後述する）代替実施例においては、中間導電体１４、１５、及び１６をカップの内部壁に接続する代わりに、導電体のペア２６及び２７をダイ４の陰極及び陽極と導電性領域２２及び２３間にそれぞれ接続している。そして、更なる中間導電体を使用して、湾曲導電体１０、１１、及び１２と導電性領域２２及び２３間を接続する。
別の（図１７に示されている）実施例においては、中間導電体の接続を適切に構成することにより、それぞれの個別の発光接合部を通じて流れる電流をその他のすべてのものから独立して制御可能である。図１７は、個別且つ独立的に制御可能な８つのＬＥＤの実現可能な構成を示している。この構成においては、リードフレームの中央の湾曲した（球面の）部分は、別個の導電体に分割されてはおらず、この代わりに、すべてのＬＥＤ用の共通導電体１１４が、その上に取り付けられている。尚、一貫性を考慮し、この共通導電体１１４を陰極（即ち、負の端子）とすることが便利である。そして、それぞれのダイごとに１つずつ、８つの陽極１３２が図示されており、これを通じて、それぞれのダイへの電流の流れを制御可能である。これらの陽極１３２は、ランプのリードフレームの中央部分を中心とするスポークの形態に配列されている。ＡｌＧａＩｎＰダイ（赤色及び琥珀色）の場合には、ダイの裏面に陰極（これは、電気的及び物理的にカップに接続される）を具備するため、陰極を共通にするのが便利であり、従って、これらのダイの場合には、導電体上に取り付ける際に、共通電極は、陰極でなければならない。又、ＩｎＧａＮダイ（緑色及び青色）の場合には、絶縁された裏面を具備しているため、極性に関して接続を標準化するのが便利である。尚、これは、ＬＥＤの３つのグループを具備するリードフレームの場合には、反対の極性となる。即ち、これらの場合には、チップの裏面（負）を、それらが配設される導電性カップを介してリードフレームの３つの湾曲したセクションのそれぞれのものに電気的に接続可能であるため、正が共通となる。
ＬＥＤによって放射される光は、狭い周波数又は波長帯域幅から構成されており、これは、可視スペクトルにおいて、特定の色として感知される。赤色、黄色、緑色、及び青色の光を有するＬＥＤが一般的になっている。図１７に示されているもののように、異なる色のＬＥＤをクラスタとして配列すると、アレイを構成するＬＥＤのいずれの特性色とも異なる別の色として感知される光をＬＥＤから生成できるようになる。そして、それぞれのＬＥＤ内の励起電流を制御することにより、光出力のレベルを制御可能であり、これにより、ＬＥＤからの光を様々な比率で組み合わせることによって様々な色を生成することができる。
例えば、赤色、緑色、及び青色の光を正しい比率で組み合わせることにより、略白色に見える光を生成可能である。同様に、同一の波長を具備するＬＥＤのみに電流を通すことより、単一の色の光を放射し、且つ、第１波長のＬＥＤに対する励起を削減すると同時に第２波長のＬＥＤのグループに対する励起を増大させることによって色を変化させるべく、ランプを構成することも可能である。ランプ内に設置されているＬＥＤダイの特性が提供する範囲内において、色と強度のあらゆる組み合わせを生成するべく、適切な制御システムを考案可能である。
エポキシ樹脂などの選択された光学的に好適な材料内に、ランプをパッケージングすることにより、ＬＥＤダイによって放射される光を合成する（又は、その他の）プロセスを更に機能拡張することができる。例えば、光の吸収率が低く、後方散乱が最小限であって、優れた拡散特性を具備するエポキシ又はその他のカプセル化材料を選定すれば、ランプからの略均質な単一色の放射を実現すると共に、可視スペクトルにわたって色を大きく変化させることが可能となろう。ＬＥＤの中のいくつかが、ランプの球面部分の端部近傍に取り付けられ、全般的に異なる光ビームを具備することにはなるものの、これは、実現可能である。又、別の構成においては、単一色への光の合成が重要ではない機能の場合には、光学的に透明で低吸収の材料からなるパッケージを選定可能である。
電子産業においては、ＬＥＤアレイ及びディスプレイを制御する多数の方法が既に考案されている。これらは、一般に、１つのＬＥＤ当たり１００ミリワット程度の小さな電力のＬＥＤに適しており、制御対象の電流は、２０〜４０ミリアンペアのレベルである。
１平方ミリメートルの面積を有するＬＥＤダイ（ダイサイズ１ｍｍ × １ｍｍ）においては、最大で３５０〜５００ミリアンペアの励起電流を必要とする。当産業分野の発展により、２．５平方ミリメートル以上の大きなＬＥＤダイの提供が予想されており、この場合には、１０００ミリアンペアを上回る励起電流を必要とすることになろう。この結果、一般に、ＬＥＤコントローラは、１つのＬＥＤ当たり約１００ミリワットである現在のレンジと比べて、１つのＬＥＤ当たり５ワットの電力処理能力（５０倍の増加）を具備することが必要とされることになる。
本発明には、それぞれが１ワットの電力を消費する最大１．２６×１．２６ｍｍのＬＥＤサイズが含まれる（但し、これには限定されない）。このようなランプを駆動する制御回路は、複数のこのようなＬＥＤを制御する能力を有していなければならない。例えば、１８個のＬＥＤをランプ内に取り付ける場合には、制御回路は、１８ワットのレベルの出力を駆動可能である必要があろう。
図４Ａ及び図４Ｂによって示されている別の好適な実施例においては、代替カップ３２に、カップのフランジ２１の上部表面上に電気的な絶縁レイヤ２０が提供されており、この絶縁上に、電気的に伝導性の材料２２＆２３の領域が重畳されている。この結果、ボンディングワイヤ２６＆２７により、ダイの活性領域２４＆２５を導電性領域２２＆２３に接続可能である。これらの接続は、ダイをカップに装着するプロセスにおいて実行可能である。これにより、前述のワイヤボンディングのプロセスが相当に簡単になる（前述の場合には、三次元アレイのレイアウトに対応するボンディング機器が必要である）。カップが線形アレイの形態である状態で、ボンディングワイヤをカップに装着すれば、単純な従来の方法を使用することにより、図３Ａに示されている中間接続１４＆１７の等価物を生成可能である。又、この実施例によれば、パッケージング済みの発光接合部を、多数のその他のアプリケーションにおいて使用することも可能となる。一般的に使用されている「ピック・アンド・プレース（Ｐｉｃｋ ａｎｄ Ｐｌａｃｅ：取って配置する）」タイプの機械を使用することにより、カップを自動的に設置し接続することができる。
導電性領域２２及び２３は、好ましくは、それぞれのカップのリムに適用した絶縁レイヤ上に薄いレイヤとして形成される。この絶縁材料は、カップの表面に対する接着が良好であり、薄いレイヤの形態で良好な電気的絶縁性を有するエポキシやなんらかのその他の化合物であってよい。そして、導電性領域は、金属の堆積やその他の適切なプロセスによって形成可能である。このようなプロセスを使用し、プリント回路、特に、アルミニウムの金属基板上に製造されることの多い金属コアプリント回路を製造する。
カップアセンブリ３又はパッケージ（即ち、上部に取り付けられた接合部を有するカップ）は、その他の表面実装パッケージとして提供されている発光接合部に比べて、相当の利点を具備している。即ち、乏しい熱放散性のために従来のパッケージに課されていた制限が大幅に克服されている。カップパッケージは、ＭＣＰＣＢ（Ｍｅｔａｌ Ｃｏｒｅｄ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ：金属コアプリント回路基板）内に設けられた凹部内に直接的に容易に設置可能であり、このため、ランプ照明以外の分野に適用可能である。この結果、カップ材料を通じて、熱源（ダイ）から、直接、ＭＣＰＣＢの高度な放散性を有するコア内に、略理想的な熱経路を生成可能である。
これらのデバイスから現時点で得られる光の品質は、ダイのサイズに関する制限とダイが放散可能な電力の実際的な制限によって決定されることになる。ダイ内の熱損失を効果的且つ便利に放散する方法を提供すれば、問題なく採用可能なダイのサイズに関する実際的な制限を効果的に除去することができる。即ち、数ワットの電力を消費可能であると共に、入力電力にある程度比例した光を生成するダイを収容するべく設計されたカップを単純且つ安価に製造可能である。
次の表１には、本発明の実施例において使用可能な大きなＬＥＤダイの例が一覧表示されている。小さなＬＥＤダイの場合には、市場に多様なものが存在しており、当業者には、適切なダイが明らかであろう。
Figure 2005536870
次に、図６を参照すれば、本発明の実施例によってランプを製造可能なプロセスフローチャートが示されている。この好ましいランプ製造プロセスは、内部に取り付けられた接合部を具備するカップを別個に形成する段階と、リードフレームの製造が特定の時点まで完了した後に（即ち、前の段階６４０）、このカップアセンブリをリードフレーム上に取り付ける段階と、を有している。そして、カップのリードフレームへの装着が完了すると、段階６６５において、それらを１つに加工してランプを形成する。
まず、段階６０５において、例えば、銅板又は変形可能な導電性材料のその他の適切なシート又はストリップから、プレスツールにより、カップを形成する。即ち、図１Ａ〜図１Ｃに示されている容器を形成するべく、プレート又はシートから、それぞれのカップをプレスするのである。この段階６０５は、それぞれのカップ上にマーク７を形成する段階を含んでいる。そして、プレスした材料からカップを１つずつ分離した後に、段階６１０において、銀、アルミニウム又はその他の導電性材料を使用し、例えば、バレルメッキ法、高精度メッキ法、又は蒸着メッキ法により、カップをメッキし、約４〜８ミクロンの厚さのメッキを実現する。そして、このメッキの後に、段階６１５において、接合部がベース表面から外に向くように、ダイ（これは、図６においては、チップと呼ばれている）を、好ましくは、銀接着剤により、カップの内部底部表面に装着する。この段階６１５における接合部のカップへの装着が完了すれば、このように形成されたカップアセンブリを、例えば、表面実装技術において使用されているものなどのロボット型の「ピック・アンド・プレース」機械に供給可能な線形ストリップ又は二次元シートの形態にパッケージング可能である。
このカップの形成とは独立的に、段階６２０において、リードフレームの基本形状を機械加工することにより、リードフレームの加工が始まることになる。この機械加工は、エッチング又は機械的なスタンピングによるものであってよく、約４００ミクロンのレベルの厚さの銅又は銅合金シート材料からリードフレームを形成することが好ましい。このリードフレーム材料の厚さは、好ましくは、カップアセンブリから過剰な熱を除去するための最適な熱伝導を考慮して選定される。例えば、大きなダイをカップアセンブリ内に設置すれば、小さなダイが使用する場合に比べて、多量の熱が生成されることになる。リードフレームの厚さを厚くすることにより、ランプからの伝導によるこの熱の除去が促進されることになる。この段階６２０において形成されるリードフレームの基本形状には、球面に変形され別個の導電体に分離される前の段階の導電体１０、１１、１２、及び１３が銅シート材料の周囲の支持フレーム内に含まれている。そして、段階６２５において、それぞれのリードフレームの中央の導電性部分（これは、導電体１０、１１、１２、及び１３になる）を、好ましくは、銀又はアルミニウムを使用して、約４〜８ミクロンの厚さにメッキする。このメッキは、少なくとも、カップを収容し、これと電気的に接触することになるリードフレームの中央部分に施すが、経済性や利便性を考慮し、リードフレームの上部表面の全体にわたって施すことも可能である。このメッキが完了すると、段階６３０において、リードフレームの中央の（メッキされている）部分に孔を生成する。これらの孔は、リードフレームの中央部分が球面形状となった後にカップを収容するための図２に示されている孔６を構成することになる。次に、段階６３５において、リードフレームの中央部分の孔のグループを互いに分離するべく、導電体１０、１１、及び１２を分割する（導電体１３は、好ましくは、段階６２０の一部として、既に分割済みである）。尚、この分割は、分割の際に導電体間に生成されるエッジの仕上げに更なる加工を要することにならないように、滑らか且つ正確な切断ツールを使用して実行することが好ましい。
この分割は、リードフレームの中央導電性部分における孔の所望のグループ分けに従って実行する。即ち、このグループ分けは、段階６３０において、この部分に形成した孔の数によって左右されることになる。好適な実施例においては、段階６３０において、９つの孔を形成しているが、例えば、図１５に示されているものなどの別の実施例においては、内部に接合部を有するカップを収容するべく、リードフレーム内に異なる数の孔を形成可能である。この図１５に示されている代替実施例の場合には、リードフレーム１１０の中央部分に形成された１８個の孔１２０を具備しており、これらの孔は、導電体１１３、１１４、及び１１５上において３つの別個のグループにグループ分けされている。又、この分割段階６３５においては、後続のドーム形成段階６４０におけるリードフレーム材料の変形をも考慮しなければならない。例えば、導電体１１内に形成された孔は、球面ドームを形成する際のメッキされたリードフレーム材料の変形に伴って、わずかに変形する（長くなって多少楕円形になる）傾向を有している。従って、この孔の形成及び分割段階６３０及び６３５は、例えば、導電体１１上の孔を扁平な楕円形状に形成し、この結果、ドーム形成段階において、この孔が伸長して円形形状になるようにすることにより、ドーム形成の際の材料の変形を補償するべく、実行可能である。
そして、ドーム形成段階６４０は、リードフレームの中央部分に部分的な略球面の形状を提供するべく、なんらかの種類のプレスツールによって実行することが好ましい。
このドーム形成段階６４０に続いて、段階６４５においては、段階６０５〜段階６１５において形成したカップアセンブリ３をリードフレームに装着する。この装着は、例えば、高精度のロボット型の機械によって、カップアセンブリを孔６内に配置した後に、好ましくは、はんだ付け、溶接、又は導電性接着剤を使用して実行する。
カップアセンブリを孔の中に配置して固定した後に、前述のように、カップ内の接合部を導電体１０、１１、１２、及び１３に電気的に接続するべく、段階６５０において、ワイヤボンディングを実行する。このワイヤボンディングにおいては、好ましくは、既存の熱／音波溶接法を使用し、２５〜５０ミクロンのレベルの直径を具備する金線を使用する。尚、当産業分野においては、様々なワイヤ材料及びワイヤ直径を使用するその他の形態のボンディング法が一般的になっており、それらを採用することも可能である。
ワイヤボンディングの後に、段階６５５において、任意選択により、個別の接合部の上方に蛍光体を施す。これは、エポキシに蛍光体粉を均等に混合し、それぞれの接合部の上部発光表面上にエポキシを滴状で施すことにより、実行する。そして、段階６６０において、光学的に透明なエポキシ樹脂又は熱可塑性物質をリードフレームの中央部分に塗布し、これを包み込む。尚、段階６５５において、個別の接合部上に蛍光体を施さなかった場合には、この段階６６０において、リードフレームの中央部分を包み込むエポキシに蛍光体粉を混合することも可能である。エポキシ又は熱可塑性物質を塗布するには、リードフレームを反転させ、補完的な部分球面形状のモールド内に配置する。そして、このエポキシ樹脂又は熱可塑性物質が硬化又はその他の方法で凝固した後に、段階６６５において、リードフレームを互いに１つずつに分離するべく、リードフレームを加工する（これには、エポキシを塗布する前に、導電体を定位置に保持していたリードフレームの部分から導電体１０、１１、１２、及び１３をパンチングによって切り離す段階が含まれる）。又、この段階においては、導電体１０、１１、及び１２を接続している（図面に明示されている）ウェブを、例えば、パンチングによって除去し、これにより、これらの導電体を互いに電気的に絶縁することも行われる。
図７〜図１４は、以上のプロセスの各段階を示しており、次の表２と共に、好適な実施例による製造プロセスを示す役割を果たしている。次の表２は、前述の加工段階の中のいくつか、及び好適な方法、並びにこれらの段階における材料を要約したものである。
Figure 2005536870
図１５は、その中央部分に配設された多数の孔１２０を具備するリードフレームの代替形態１１０を示している。導電体１１３、１１４、及び１１５は、それぞれ６つのカップアセンブリを支持しており、ランプが動作した際に、接合部からの光の略均等な分布を提供するべく構成されている。尚、導電体１１３、１１４、及び１１５上の孔のグループの正確な構成と場所は、所望の光出力パターンを実現するべく、必要に応じて、変更可能である。又、これらの孔１２０の数及び位置は、実際的な製造要件に応じても変更可能である。
図１６は、カップアセンブリをリードフレーム１１０内の孔６又は１２０内に配置する図６の段階６４５に略対応するランプ製造プロセスの一部を示している。凹部１２０（孔６）内にカップアセンブリ３を配置できるように、キャリア１１９を横断してリードフレーム１１０を順番に処理する。このキャリア１１９は、リードフレームの部分球面及び参照マーカーと噛み合うように構築可能である。この噛み合い部分は、凸状リードフレームの凹状裏面に対して補完的な上昇した凸状面であるか、或いは凹状リードフレームの凸状裏面に対して補完的な凹状の窪みのいずれかであってよい。従って、このキャリア上の代替プロファイルを利用することにより、図２Ａ及び図２Ｂに示されているものなどの凸状及び凹状ランププロファイルを構築可能である。キャリア１１９は、Ｘ軸を中心として旋回運動するべく、シャフト１２１上において回転可能であり、Ｙ軸を中心として旋回運動するべく、シャフト１２２上においても回転可能であってよい。この結果、凹部内へのカップアセンブリ３の配置を円滑に実行するべく、リードフレーム１１０を取付ステーション（図示されてはいない）において位置決めし、取付ステーションに対してＸ又はＹ軸を中心として回転させることができる。或いは、この代わりに、適切なロボットメカニズムが提供されている場合には、キャリア１１９を定位置に固定し、ロボット型の配置機械により、リードフレームの中央部分の部分球面形状を考慮し、個々の凹部内にカップアセンブリ３を配置することも可能である。このような実施例においては、ロボット型の機械による位置較正のために、リードフレーム１１０上の外部エッジに沿って参照マーカーを提供する。
当業者には、本発明の精神と範囲を逸脱することなしに、前述の実施例に対する特定の変更又は機能拡張が明らかであろう。
カップの線形アレイの平面図。 カップの線形アレイの側面断面図。 カップの線形アレイの斜視図。 カップの挿入を示す凸形状のリードフレームの断面側面図。 カップの挿入を示す凹形状のリードフレームの側面断面図。 カップ及び中間導電体が取り付けられたリードフレームの平面図。 カップ及び中間導電体が取り付けられたリードフレームの側面断面図。 内部に取り付けられた発光接合部を有するカップアセンブリの一例の平面図。 内部に取り付けられた発光接合部を有するカップアセンブリの一例の側面断面図。 本発明の一実施例のランプの電気的な接続を示す回路図である。 本発明の実施例によるランプを製造する方法のプロセスフローチャートである。 図６のプロセスにおける１段階を示す図。 図６のプロセスにおける１段階を示す図。 図６のプロセスにおける１段階を示す図。 図６のプロセスにおける１段階を示す図。 図６のプロセスにおける１段階を示す図。 図６のプロセスにおける１段階を示す図。 図６のプロセスにおける１段階を示す図。 図６のプロセスにおける１段階を示す図。 本発明の更なる実施例による（分離前の）ランプリードフレームの代替形状を示す図。 一実施例によるランプ製造プロセスの一部を示す図。 更なる実施例によるランプの平面図。

Claims (50)

  1. ランプを製造する方法であって、
    個々の容器内に発光接合部を取り付ける段階と、
    三次元アレイを形成するべく、湾曲した支持構造上に前記容器を取り付ける段階と、
    前記発光接合部を前記支持構造と電気的に接続する段階と、
    を含む方法。
  2. 前記支持構造は、複数の導電体を含み、前記方法は、前記導電体の中の少なくとも１つを湾曲した構成に形成する段階を更に含む請求項１記載の方法。
  3. 前記導電体の中の少なくともいくつかは、部分球面構成に形成される請求項２記載の方法。
  4. 前記少なくともいつかの導電体は、凸状構成に形成される請求項３記載の方法。
  5. 前記少なくともいくつかの導電体は、凹状構成に形成される請求項３記載の方法。
  6. 前記発光接合部は、中間導電体により、前記少なくとも１つの湾曲した導電体に接続されている請求項２記載の方法。
  7. 前記複数の導電体のそれぞれは湾曲しており、該湾曲した導電体の中の１つは、二次元で湾曲しており、前記湾曲した導電体の中の残りのものは、三次元で湾曲している請求項６記載の方法。
  8. それぞれの接合部は、前記湾曲した導電体の中の２つに接続されている請求項７記載の方法。
  9. 接合部のグループ内を流れる電流をその他の接合部のグループ内を流れる電流とは別個に制御できるように、前記接合部が導電体に電気的に接続されている請求項２記載の方法。
  10. いずれかの接合部内を流れる電流をその他のすべての接合部内の電流から独立的に制御できるように、前記接合部が導電体に接続されている請求項２記載の方法。
  11. 前記容器は、予め形成されたカップである請求項１又は２記載の方法。
  12. 前記カップは、内部に取り付けられた個々の接合部から出力される光の方向を制御する光学導波器として機能する請求項１１記載の方法。
  13. 前記カップは、一次元又は二次元アレイとして形成された後に、１つずつ分離される請求項１１記載の方法。
  14. 前記カップは、前記支持構造内の個々の空洞内に取り付けられる請求項１１記載の方法。
  15. 前記空洞は、前記支持構造内を延長する孔である請求項１４記載の方法。
  16. 前記カップ内に設置された前記接合部は、それぞれのカップのフランジ上に取り付けられると共に該フランジから絶縁されている導電性領域に電気的に接続されている請求項１１記載の方法。
  17. 装着された発光接合部を有する１つずつに分離されたカップは、テープ及びリール、又はその他のバルクパッケージ内にパッケージングされる請求項１３記載の方法。
  18. 前記支持構造は、リードフレームとして形成される請求項１記載の方法。
  19. 前記支持構造は、
    （ａ）導電性プレートを既定の構成にスタンピングする段階と、
    （ｂ）前記容器を収容するべく、前記導電性プレートの中央部分に空洞を形成する段階と、
    （ｃ）前記中央部分上に湾曲した構成をプレス成形する段階と、
    によって形成される請求項１８記載の方法。
  20. 前記中央部分は、前記プレス成形段階の前に、別個の導電体に分離される請求項１９記載の方法。
  21. 前記中央部分は、銀又は銀合金によって被覆される請求項１９記載の方法。
  22. 請求項１〜２１の中のいずれか一項記載の方法によって形成されたランプ。
  23. 湾曲した導電性の支持構造と；
    三次元アレイを形成するべく、前記支持構造上に取り付けられた複数の容器と、
    個々の容器内に配設され、前記支持構造に電気的に接続された複数の発光接合部と、
    を含むランプ。
  24. それぞれの容器はカップである請求項２３記載のランプ。
  25. それぞれのカップは、前記接合部から出力される光を導波するべく構成された側壁を具備し、前記カップは、熱的に結合された前記接合部から生成される熱を放散させるべく更に機能する請求項２４記載のランプ。
  26. それぞれのカップは、電気的に絶縁性のレイヤを更に含み、該レイヤ上には、前記カップ内に取り付けられた前記発光接合部のボンディングワイヤと前記接合部を導電体に接続する中間接続間における電気的な接続を実現し、前記発光接合部を通じて電流が流れるようにするための導電性領域が提供されている請求項２４記載のランプ。
  27. それぞれのカップは、内部に配設された前記接合部の極性を示すべく、その一側に向かって極性インジケータを有するように形成されている請求項２４記載のランプ。
  28. 前記支持構造は、複数の導電体を含み、少なくとも１つの導電体は、湾曲しており、前記容器は、前記発光接合部が三次元アレイを形成するように、前記少なくとも１つの湾曲した導電体上に取り付けられている請求項２３記載のランプ。
  29. 前記接合部の中の１つ又は複数のものは、その他の接合部とは異なる色の光を放射するべく適合されている請求項２２又は２３記載のランプ。
  30. 前記発光接合部は、中間導電体によって前記少なくとも１つの湾曲した導電体に接続されている請求項２８記載のランプ。
  31. 前記複数の導電体のそれぞれは、湾曲しており、該湾曲した導電体の中の１つは、二次元で湾曲しており、前記湾曲した導電体の中の残りのものは、三次元で湾曲している請求項３０記載のランプ。
  32. それぞれの接合部は、前記湾曲した導電体の中の２つに電気的に接続されている請求項３１記載のランプ。
  33. 接合部のグループ内を流れる電流をその他の接合部のグループ内を流れる電流とは別個に制御できるように、前記接合部が導電体に電気的に接続されている請求項２３記載のランプ。
  34. いずれかの接合部内を流れる電流をその他のすべての接合部内の電流から独立的に制御できるように、前記接合部が導電体に接続されている請求項２３記載のランプ。
  35. 前記カップは、前記支持構造内の個々の空洞内に取り付けられる請求項２４記載のランプ。
  36. 前記空洞は、前記支持構造内を延長する孔である請求項３５記載のランプ。
  37. 前記導電体の中の少なくともいくつかは、部分球面構成に形成される請求項２８記載のランプ。
  38. 前記導電体の中の少なくともいくつかは、凸状構成に形成される請求項３７記載のランプ。
  39. 前記導電体の中の少なくともいくつかは、凹状構成に形成される請求項３７記載のランプ。
  40. 前記支持構造は、リードフレームとして形成される請求項２３記載のランプ。
  41. 前記リードフレームは、銅又は銅合金から形成される請求項４０記載のランプ。
  42. 前記リードフレームの少なくとも一部は、銀又は銀合金によって被覆される請求項４１記載のランプ。
  43. 前記容器は、銅又は銅合金から形成されている請求項２３記載のランプ。
  44. 前記容器は、銀又は銀合金によって被覆されている請求項４３記載のランプ。
  45. 前記支持構造は、
    （ａ）導電性プレートを既定の構成にスタンピングする段階と、
    （ｂ）前記導電性プレートの中央部分を銀又は銀合金によって被覆する段階と、
    （ｃ）前記容器を収容するべく前記中央部分内に空洞を形成する段階と、
    （ｄ）前記中央部分上に、湾曲した構成をプレス成形する段階と、
    によって形成される請求項４０記載のランプ。
  46. 前記中央部分は、前記プレス成形段階の前に、別個の導電体に分離される請求項４５記載のランプ。
  47. 複数の発光接合部を収容してランプを形成するリードフレームであって、
    湾曲した導電性の支持構造と、
    前記発光接合部が三次元アレイを形成するように、内部に配設された発光接合部を具備する個別の複数の容器を収容するための前記支持構造内の複数の空洞と、
    を含むリードフレーム。
  48. 前記支持構造は、
    （ａ）導電性プレートを既定の構成にスタンピングする段階と、
    （ｂ）前記容器を収容するべく、前記導電性プレートの中央部分に空洞を形成する段階と、
    （ｃ）前記中央部分上に、湾曲した構成をプレス成形する段階と、
    によって形成される請求項４７記載のリードフレーム。
  49. 前記中央部分は、前記プレス成形段階の前に、別個の導電体に分離される請求項４８記載のリードフレーム。
  50. 前記中央部分は、銀又は銀合金によって被覆される請求項４８記載のリードフレーム。
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