DE19907114C2

DE19907114C2 - Printed circuit board with components arranged on an upper side and at least one light-emitting diode and method for producing such a printed circuit board

Info

Publication number: DE19907114C2
Application number: DE1999107114
Authority: DE
Inventors: Kornelius Nehling; Vaclav Cervenka
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Fujitsu Technology Solutions Intellectual Property GmbH
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2001-05-17
Anticipated expiration: 2019-02-20
Also published as: DE19907114A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Leiterplatte nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 11.The invention relates to a circuit board according to the features of Preamble of claim 1 and a method for manufacturing such a circuit board according to the features of the preamble of claim 11.

Es sind Schaltungsträger für elektronische Geräte, beispielswei se Personalcomputer oder dergleichen, bekannt, die jeweils aus einer mit einer Mehrzahl von elektronischen Bauteilen bestückten Leiterplatte bestehen. Die Leiterplatte kann unter anderem auch mit einer Leuchtdiode bestückt sein, beispielsweise zur Anzeige eines bestimmten Betriebszustandes des Gerätes. Soll die Anzeige bei einseitig bestückten Leiterplatten auf einer der Bauteilen abgewandten Seite der Leiterplatte erfolgen, ist es beispiels weise aus US 5,331,512 A bekannt, Leuchtdioden einzusetzen, bei denen der Lichtaustritt auf einer Rückseite derselben erfolgt. Zu diesem weist die Leiterplatte eine zu der Leuchtdiode korre spondierende Durchtrittsöffnung auf, so daß das von der Leucht diode ausgesandte Licht durch die Durchtrittsöffnung auf einer den Bauteilen abgewandten Unterseite der Leiterplatte austreten kann. Aus DE 41 02 448 A ist es ferner bekannt, das austretende Licht über Lichtleiter weiterzuleiten, so dass es beispielsweise an der Frontseite eines Gerätes zur Anzeige gebracht werden kann.There are circuit carriers for electronic devices, for example se personal computer or the like, known, each of one equipped with a plurality of electronic components PCB exist. The circuit board can also, among other things be equipped with a light emitting diode, for example for display a certain operating state of the device. Should the ad with printed circuit boards on one side on one of the components side of the circuit board, it is for example known from US 5,331,512 A to use light emitting diodes which are emitted on the back of the same. For this, the circuit board has a correct to the light emitting diode sponding passage opening, so that the from the light light emitted through the passage opening on a diode emerge from the underside of the PCB facing away from the components can. From DE 41 02 448 A it is also known that the emerging To transmit light via light guides, so that for example be displayed on the front of a device can.

Nachteilig an dem bekannten Schaltungsträger ist, daß durch die quasi punktförmige Lichtquelle und deren Abstand zu der Ein trittsfläche eines in Abstrahlrichtung der Unterseite der Lei terplatte nachgeordneten Lichtleiters, der die Lichtstrahlen zu einer Lichtaustrittsfläche an der Vorderseite des Gerätes über trägt, ein Teil des Lichtbündels verloren geht. Dieser Teil des Lichtbündels kann nicht zur Beleuchtung eines Anzeigeteils an der Vorderseite des Gerätes beitragen.A disadvantage of the known circuit carrier is that quasi point light source and its distance from the on tread of one in the direction of radiation of the underside of the Lei terplatte downstream light guide, which the light rays too a light exit surface on the front of the device part of the light beam is lost. This part of the The light beam cannot illuminate a display part the front of the device.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Leiter platte der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art derart weiterzubilden, daß auf einfache und zuverlässige Weise die Lichtausbeute der auf der Leiterplatte angeordneten Leuchtdiode verbessert wird.The object of the present invention is therefore a ladder plate of the type mentioned in the preamble of claim 1 to further develop that in a simple and reliable manner Luminous efficacy of the LED arranged on the circuit board is improved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An spruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features of the An spell 1 solved.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Leiterplatte ist darin zu sehen, daß auch die unter einem größeren Austrittswin kel abgestrahlten Lichtstrahlen zur Beleuchtung beitragen kön nen. Dadurch, daß eine Innenwandung der Durchtrittsöffnung als Reflexionsfläche ausgebildet ist, tritt in die Eintrittsfläche des Lichtleiters nicht nur das direkt abgestrahlte Licht sondern auch das unter einem größeren Austrittswinkel abgestrahlte und an der Innenwandung der Durchtrittsöffnung reflektierte Licht in den Lichtleiter ein. Die Durchtrittsöffnung dient somit für ei nen Teil des Lichtbündels als Lichtführungselement, das das Licht in Richtung der Eintrittsfläche des Lichtleiters hin ab lenkt. Hierdurch kann die Lichtstromausbeute wesentlich erhöht werden.The particular advantage of the circuit board according to the invention is to be seen in the fact that even those with a larger exit win radiated light rays can contribute to the lighting nen. The fact that an inner wall of the passage opening as Reflective surface is formed, enters the entry surface of the light guide not only the directly emitted light but also that emitted at a larger exit angle and light reflected on the inner wall of the passage opening the light guide. The passage opening thus serves for egg NEN part of the light beam as a light guide element that Light in the direction of the entry surface of the light guide directs. This can significantly increase the luminous flux become.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Leiterplatte weist so wohl die Durchtrittsöffnung der Leiterplatte als auch der Licht leiter eine zylindrische Form auf. Der Lichtleiter ist koaxial zu der Durchtrittsöffnung und zu der Lichtquelle ausgerichtet. Durch diese symmetrische Anordnung wird eine homogene Lichtver teilung sowohl an der Lichteintrittsfläche des Lichtleiters als auch an der Lichtaustrittsfläche desselben bewirkt.According to a special embodiment of the printed circuit board probably the passage opening of the circuit board as well as the light derive a cylindrical shape. The light guide is coaxial aligned with the passage opening and the light source. Due to this symmetrical arrangement a homogeneous Lichtver division both at the light entry surface of the light guide and also causes the same at the light exit surface.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Reflexionsfläche durch einen auf die Innenwandung der Durchtrittsöffnung aufge brachten metallischen Überzug gebildet, der reflektierend wirkt und einfach auf den aus Glas bzw. Epoxidharz bestehenden Träger werkstoff der Leiterplatte aufgebracht werden kann.According to one embodiment of the invention, the reflection surface through one on the inner wall of the passage opening brought metallic coating formed, which has a reflective effect and simply on the carrier made of glass or epoxy resin PCB material can be applied.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die Re flexionsfläche mittels einer Durchkontaktierung gebildet, wie sie zur elektrischen Verbindung von Leiterbahnen in verschiede nen Ebenen durchgeführt wird. Vorteilhaft können hierdurch be kannte Fertigungsverfahren bei der Herstellung von Leiterplatten genutzt werden.According to a particular embodiment of the invention, the Re flexion surface formed by a via, such as they for the electrical connection of conductor tracks in different levels. This can be advantageous Known manufacturing processes in the manufacture of printed circuit boards be used.

Nach einer Ausgestaltung der Leiterplatte ist die Licht austrittsfläche der Leuchtdiode unmittelbar auf der Oberseite der Leiterplatte angeordnet, so daß ein möglichst großer Teil des Lichtbündels direkt auf die Eintrittsfläche des Lichtleiters trifft.According to an embodiment of the circuit board, the light is on exit surface of the LED directly on the top the circuit board arranged so that as large a part as possible of the light beam directly onto the entry surface of the light guide meets.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Abstand der Ein trittsfläche des Lichtleiters zu der Unterseite der Leiterplatte bzw. der Durchmesser des Lichtleiters zu dem Durchmesser der Durchtrittsöffnung derart bemessen, daß ein direkter Grenzstrahl der Leuchtdiode auf die Eintrittsfläche trifft. Hierdurch wird gewährleistet, daß alle diejenigen Lichtstrahlen, die nicht an der Durchtrittsöffnung reflektiert werden, in die Eintrittsflä che des Lichtleiters eingekoppelt werden.According to a development of the invention, the distance is the one stepping surface of the light guide to the underside of the circuit board or the diameter of the light guide to the diameter of the Dimension the passage opening in such a way that a direct boundary jet the LED hits the entry surface. This will ensures that all those rays of light that are not on the passage opening are reflected in the entry area surface of the light guide.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin, ein Verfah ren zur Herstellung einer Leiterplatte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11 derart weiterzubilden, daß auf herstellungstech nisch einfache Weise die Lichtausbeute einer auf einer einseitig bestückten Leiterplatte angeordneten Lichtquelle erhöht wird.The object of the present invention is furthermore a method ren for the production of a printed circuit board according to the preamble of Claim 11 to develop such that on manufacturing tech nisch simple way the light output one on one sided assembled circuit board arranged light source is increased.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Durchtrittsöffnung durchkontaktiert wird, derart, daß Licht strahlen unter Reflexion an einer Innenwandung der Durch trittsöffnung durch dieselbe durchgeleitet werden.This object is achieved in that the Through hole is contacted, such that light shine under reflection on an inner wall of the through through the same opening.

Vorteilhaft wird die Reflexionsfläche an der Innenwandung der Durchtrittsöffnung durch eine bei der Herstellung von Leiterplatten üblichen Durchkontaktierung mit einem lichtreflektierenden Material durchgeführt. Somit läßt sich durch herstellungstechnisch geringem Mehraufwand auf einfa che Weise eine erhöhte Lichtausbeute verwirklichen.The reflection surface on the inner wall of the Through opening in the manufacture of Printed circuit board through-plating with a performed light reflecting material. So you can due to low additional manufacturing effort on simp way realize an increased light output.

Nach einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Durchtrittsöffnung durch Bohren erzeugt. Hierdurch wird eine maßgenaue Fertigung der Öffnung realisiert, so daß nach dem Aufbringen eines metallischen Überzugs eine glatte und homogene Reflexionsfläche gebildet werden kann.According to an embodiment of the method according to the invention the passage opening is created by drilling. Hereby if the opening is made to measure, so that after applying a metallic coating smooth and homogeneous reflection surface can be formed.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an hand einer Zeichnung näher erläutert.An embodiment of the invention will follow hand explained in more detail a drawing.

Die Figur zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Schaltungsträger mit einem sich an einer Unterseite dessel ben anschließenden Lichtleiter, der das Licht zu einer Vor derseite eines Gerätes leitet.The figure shows a schematic cross section through a Circuit carrier with one on the underside of the same ben subsequent light guide that directs the light to a front on the side of a device.

In der Figur ist ein erfindungsgemäßer Schaltungsträger 1 dargestellt, der aus einer Leiterplatte 2 und einer Mehr zahl von auf einer Oberseite 3 der Leiterplatte 2 angeord neten elektrischen Bauteilen 4 besteht. Die elektrischen Bauteile 4 können beispielsweise als SMD-Bauteile 4' ausge bildet sein, deren Anschlüsse durch ein Lötverfahren an Lötflecken 5 elektrisch und mechanisch verbunden sind. Wei terhin ist eine Leuchtdiode 4" mit Anschlußdrähten 6 an der Oberseite 3 der Leiterplatte 2 durch Verlöten verbunden. Die elektrischen Bauteile 4, 4', 4" sind durch auf der Oberseite 3 der Leiterplatte 2 verlaufende, nicht darge stellte Leiterbahnen miteinander verbunden und bilden eine elektrische Schaltung für eine Baugruppe eines elektroni schen Gerätes, beispielsweise eines Rechners bzw. Compu ters, und sind innerhalb desselben angeordnet. In the figure, a circuit carrier 1 according to the invention is shown, which consists of a circuit board 2 and a number of on an upper side 3 of the circuit board 2 angeord Neten electrical components 4 . The electrical components 4 can, for example, be formed as SMD components 4 ', the connections of which are electrically and mechanically connected to solder spots 5 by a soldering process. Furthermore, a light-emitting diode 4 "is connected by soldering to connecting wires 6 on the upper side 3 of the printed circuit board 2. The electrical components 4 , 4 ', 4 " are connected to one another by conductor tracks running on the upper side 3 of the printed circuit board 2 , not shown, and form an electrical circuit for an assembly of an electronic device's rule, such as a computer or compu ters, and are arranged within the same.

Die Leuchtdiode 4" weist auf einer Unterseite derselben ei ne zentrale Lichtaustrittsfläche 7 auf, die kreisförmig ausgebildet ist und an deren Rand sich eine Durchtrittsöff nung 8 der Leiterplatte 2 anschließt. Die Durchtrittsöff nung 8 ist zylindrisch ausgebildet und erstreckt sich koa xial zu der Leuchtdiode 4" bzw. zu einer optischen Achse 9 der Leutdiode 4".The light-emitting diode 4 "has a central light exit surface 7 on an underside of the same, which is circular in shape and at the edge of which a passage opening 8 of the printed circuit board 2 connects. The passage opening 8 is cylindrical and extends coaxially to the light-emitting diode 4 "or to an optical axis 9 of the light-emitting diode 4 ".

In einem Abstand zu einer Unterseite 10 der Leiterplatte 2 schließt sich ein Lichtleiter 11 an, der das von der Leuchtdiode 4" ausgesandte Licht zu einer Gehäusevordersei te 12 des Gerätes führt.At a distance from an underside 10 of the circuit board 2 , a light guide 11 connects, which leads the light emitted by the light emitting diode 4 "to a housing front te 12 of the device.

Eine Lichteintrittsfläche 13 des Lichtleiters 11 ist derart von der Unterseite 10 der Leiterplatte 2 beabstandet ange ordnet, daß ein direkt einfallender Grenzstrahl 14 von der Lichteintrittsfläche 13 erfaßt und durch Totalreflexion an einer Mantelfläche 15 des zylindrisch ausgebildeten Licht leiters 11 in Richtung zu der Gehäusevorderseite weiterge leitet wird. Der Lichtleiter 11 ist stabförmig ausgebildet, wobei die Stirnseiten desselben als Lichteintrittsfläche 13 und als Lichtaustrittsfläche 16 eben ausgebildet sind. Der Lichtleiter 11 bildet somit ein einfach herzustellendes op tisches Element.A light entry surface 13 of the light guide 11 is spaced from the underside 10 of the circuit board 2 is arranged that a directly incident boundary beam 14 is detected by the light entry surface 13 and forwarded by total reflection on a lateral surface 15 of the cylindrical light guide 11 in the direction of the housing front becomes. The light guide 11 is rod-shaped, the end faces of which are flat as a light entry surface 13 and as a light exit surface 16 . The light guide 11 thus forms an easy to manufacture op tical element.

Zur Erhöhung der Lichtausbeute bildet die Innenwandung der Durchtrittsöffnung 8 eine Reflexionsfläche 17, an der Lichtstrahlen 18 in Abstrahlrichtung 19 hin reflektiert werden. Die Lichtstrahlen 18 werden unter dem gleichen Win kel, unter dem sie auf die Reflexionsfläche 17 auftreffen von dieser reflektiert, so daß sie nachfolgend auf die Ein trittsfläche 13 des Lichtleiters 11 treffen. Die Refle xionsfläche 17 bedeckt die Innenwandung der Durchtrittsöff nung 8 gleichmäßig und ist koaxial zu der optischen Achse 9 ausgerichtet. Der Durchmesser des Lichtleiters 11 ist um einen solchen Betrag größer gewählt als der Durchmesser der Reflexionsfläche 17, daß ein in einem zu der Oberseite 3 der Leiterplatte 2 nahen Bereich der Reflexionsfläche 17 reflektierter Lichtstrahl noch von der Eintrittsfläche 13 des Lichtleiters 11 erfaßt wird. Hierdurch wird gewährlei stet, daß auch alle an der Reflexionsfläche 17 reflektier ten Lichtstrahlen von der Lichteintrittsfläche 13 erfaßt werden. Die mit der Reflexionsfläche 17 ausgebildete Durch trittsöffnung 8 bildet somit ein Lichtführungselement, das mit einem unter einem größeren Raumwinkelbereich ausgesand ten Teil des Lichtbündels zur Beleuchtung eines sich an der Lichtaustrittsfläche 16 des Lichtleiters 11 anschließenden Anzeigeelementes 20 beiträgt. Das Anzeigeelement 20 kann als transparentes farbiges Kunstoffteil ausgebildet sein, das in einer Öffnung an der Gehäusevorderseite 12 eingefaßt ist.In order to increase the light yield, the inner wall of the passage opening 8 forms a reflection surface 17 on which light rays 18 are reflected in the direction of radiation 19 . The light rays 18 are under the same angle under which they hit the reflection surface 17 from this reflected, so that they subsequently meet the entrance surface 13 of the light guide 11 . The reflection surface 17 covers the inner wall of the opening 8 evenly and is aligned coaxially to the optical axis 9 . The diameter of the light guide 11 is chosen to be greater than the diameter of the reflection surface 17 such that a light beam reflected in a region of the reflection surface 17 close to the top 3 of the printed circuit board 2 is still detected by the entry surface 13 of the light guide 11 . This ensures that all light beams reflected from the reflection surface 17 are detected by the light entry surface 13 . The formed with the reflection surface 17 through the opening 8 thus forms a light guide element, which contributes with a portion of the light beam emitted under a larger solid angle range to illuminate a display element 20 adjoining the light exit surface 16 of the light guide 11 . The display element 20 can be designed as a transparent colored plastic part which is enclosed in an opening on the front side 12 of the housing.

Der Lichtleiter 11 ist als transparentes Kunststoffteil ausgebildet. Alternativ kann es auch aus einem Glasmaterial hergestellt sein.The light guide 11 is designed as a transparent plastic part. Alternatively, it can also be made from a glass material.

Die Reflexionsfläche 17 wird vorzugsweise durch einen lichtreflektierenden metallischen Überzug gebildet.The reflection surface 17 is preferably formed by a light-reflecting metallic coating.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Reflexionsfläche 17 wird diese mittels einer bei der Fertigung von Schal tungsträgern 1 üblichen Durchkontaktierung gebildet. Die Reflexionsfläche 17 kann daher mit herstellungstechnisch geringem Aufwand ausgebildet werden. Diese Durchkontaktie rung erfolgt nach dem Ausbilden der Durchtrittsöffnung 8 durch Bohren. In einem darauffolgenden Schritt kann die Leuchtdiode 4", wie auch die anderen SMD-Bauteile 4', auf der Oberseite 3 an den entsprechenden Anschlußflächen bzw. Lötflecken 5 durch Verlöten elektrisch und mechanisch kon taktiert werden.According to a preferred embodiment of the reflection surface 17 , this is formed by means of a through-contacting device 1 which is customary in the manufacture of scarf. The reflection surface 17 can therefore be formed with little manufacturing effort. This Durchkontaktie tion takes place after the formation of the passage opening 8 by drilling. In a subsequent step, the light-emitting diode 4 ″, like the other SMD components 4 ′, can be electrically and mechanically contacted on the top 3 at the corresponding connection areas or soldering spots 5 by soldering.

In einer alternativen Ausführungsform kann die Reflexions fläche 17 auch als hülsenförmiges Einsatzstück nachträglich von der Unterseite 10 der Leiterplatte 2 her in die Durch trittsöffnung 8 eingesetzt werden.In an alternative embodiment, the reflection surface 17 can also be used as a sleeve-shaped insert from the underside 10 of the printed circuit board 2 into the through opening 8 .

Claims

1. Printed circuit board with components arranged on an upper side and at least one light-emitting diode which emits light through a passage opening in the printed circuit board in the direction of a lower side of the printed circuit board, and with a light conductor downstream of the through-opening in the radiation direction of the light-emitting diode for transmitting the emitted light to a Housing on the front side of a device containing the printed circuit board, characterized in that an inner wall of the passage opening ( 8 ) is designed as a reflection surface ( 17 ) for reflecting the light emitted by the light-emitting diode ( 4 ") in the direction of a light entry surface ( 13 ) of the light guide ( 11 ).

2. Printed circuit board according to claim 1, characterized in that the passage opening ( 8 ) and / or the light guide ( 11 ) are cylindrical on the one hand and on the other hand coaxially to an optical axis ( 9 ) of the LED ( 4 ") he stretch.

3. Printed circuit board according to claim 1 or 2, characterized in that the reflection surface ( 17 ) is formed by a metallic coating applied to the inner wall of the passage opening ( 8 ).

4. Printed circuit board according to one of claims 1 to 3, characterized in that the reflection surface ( 17 ) is formed as a through-hole acting on the through opening ( 8 ) through-plating.

5. Printed circuit board according to one of the preceding claims, characterized in that the light exit surface ( 7 ) of the light-emitting diode ( 4 ") rests directly on the upper side ( 3 ) of the printed circuit board ( 2 ).

6. Printed circuit board according to one of the preceding claims, characterized in that the edge of the light exit surface ( 7 ) of the light-emitting diode ( 4 ") corresponds to the contour of the passage opening ( 8 ).

7. Printed circuit board according to one of the preceding claims, characterized in that the transverse extension of the light guide ( 11 ) is dimensioned to the diameter of the passage opening ( 8 ) that a through the passage opening ( 8 ) continuous border beam ( 14 ) on the entry surface ( 13th ) of the light guide ( 11 ).

8. Printed circuit board according to one of the preceding claims, characterized in that the light guide ( 11 ) closes at such a distance from the underside ( 10 ) of the printed circuit board ( 2 ) that through the passage opening ( 8 ) the direct boundary beam ( 14 ) strikes the entry surface ( 13 ) of the light guide ( 11 ).

9. Printed circuit board according to one of the preceding claims, characterized in that the entry surface ( 13 ) of the light guide ( 11 ) essentially forms a common plane with the underside ( 10 ) of the printed circuit board ( 2 ).

Are 10 circuit board according to any one of the preceding claims, characterized in that the components as SMD components constituting out (4 '), the plate by soldering electrically and mechanically connected to conductor tracks solder bumps (5) with the conductor (2) are connected .

11. A method for producing a printed circuit board, which is provided on one side with conductor tracks and on an upper side with a plurality of components and at least one light-emitting diode, the light-emitting diode being positioned in the region of a passage opening of the printed circuit board, so that the light emitted by the light-emitting diode Light is emitted through the passage opening in the direction of an underside of the printed circuit board, characterized in that the through opening ( 8 ) is contacted, such that light rays are reflected through an reflection on an inner wall of the through opening ( 8 ).

12. The method according to claim 11, characterized in that the passage opening ( 8 ) is generated by drilling.