DE69026672T2

DE69026672T2 - Oberflächenmontiertes LED-Gehäuse

Info

Publication number: DE69026672T2
Application number: DE69026672T
Authority: DE
Inventors: Daniel Dragoon
Original assignee: Dialight Corp
Current assignee: Dialight Corp
Priority date: 1989-10-05
Filing date: 1990-05-15
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2010-05-16
Also published as: JPH03127874A; US4935856A; EP0421824B1; SG79184A1; DE69026672D1; JPH0710004B2; EP0421824A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Aufbauten zum Anbringen von Sichtanzeigen auf gedruckten Leiterplatten. Sie betrifft insbesondere Aufbauten zum Anbringen von Licht-emittierenden Dioden (LED) auf gedruckten Leiterplatten, bei denen die Oberflächenmontagetechnik (SMD-Technik) angewendet wird.
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf die gleichzeitig mit ihr angemeldete europäische Anmeldung EP-A-434471 vom gleichen Anmelder. Gedruckte Leiterplatten, bei denen die SMD-Technik angewandt wird, haben gegenüber den gedruckten Leiterplatten nach dem Stand der Technik mehrere Vorteile. Bei oberflächenmontierten Leiterplatten gibt es überhaupt keine Durchgangsbohrungen zur Montage von Vorrichtungen auf der Platte mehr. Stattdessen sind die Schaltungen dicht nebeneinander gepackt, und der Raum, der normalerweise für Durchgangsbohrungen benötigt wird, wird effizienter genutzt. Obwohl sie die gleiche Menge an Schaltungen tragen, können die Platten dennoch kleiner hergestellt werden, oder es können mehr Schaltungen auf ein und derselben Platte angeordnet werden. Darüberhinaus können die auf den Leiterplatten montierten Bauelemente kleiner als die Bauelemente sein, die bei herkömmlichen gedruckten Leiterplatten verwendet werden.
Die SMD-Technik bringt jedoch gewisse Probleme mit sich. Da die gedruckten Leiter und Bauelemente näher aneinander angeordnet werden müssen, als das bei anderen gedruckten Leiterplatten der Fall ist, ist eine größere Genauigkeit bei der Anordnung der Bauelemente und Leiter auf den Platten erforderlich. Da des weiteren normalerweise keine Schwallbadlötung verwendet wird, wird normalerweise eine Strahlungsheizung in einem Ofen oder dergleichen verwendet, um die Bauteile und ihre Leitungen zu erhitzen und um die bereits aufgetragene Lötpaste zu schmelzen und die Bauteile an der Platte zu befestigen. Die höheren Anforderungen an die SMD-Technik bringen auch erhöhte Anforderungen an den Aufbau und die Techniken zur Montage von Bauteilen, Sichtanzeigen usw. auf den Leiterplatten mit sich.
Es ist oft erforderlich, Sichtanzeigen, beispielsweise LED auf einer gedruckten Leiterplatte derart anzuordnen, daß das Licht über der Oberfläche der Platte und/oder die LED nahe an einer Kante der Platte angeordnet ist. Jede dieser Anforderungen bringt spezielle Probleme hinsichtlich der LED- Montage mit sich
Die Montage von Schaltungsbauteilen auf oberflächenmontierten Platten wird oft so durchgeführt, daß die elektrischen Zuleitungen der Vorrichtungen geschnitten, die Leiter in eine geeignete Form gebogen und dann auf die Flekken gelötet werden, auf denen die Vorrichtungen angeordnet werden. Diese Technik wurde ebenfalls angewendet, um LED auf oberflächenmontierten Platten anzubringen. Das normalerweise für die LED verwendete Leitungsmaterial ist jedoch zu biegsam und zu schmal, um die LED auf der Leiterplatte zu balancieren, bis das Löten beendet ist. Darüberhinaus sind die LED wegen ihrer konischen Haubenform nicht mit den oberflächenmontierten "Pick and Place"-Mechanismen kompatibel.
Der größte Nachteil der obigen Montagetechnik liegt jedoch in der Tatsache, daß die herkömmlichen LED der mit dem Lot-Rückfluß verbundenen Wärme nicht standhalten. LED mit Durchgangsbohrungen sind so konstruiert, daß ein Leitungsrahmen in vergießbares Epoxy eingebettet ist. Die Struktur des Aufbaus derartiger Einkapselungen hält die Lot-Rückflußtemperaturen nicht aus. Die Glasübergangstemperatur zum Vergießen von Epoxy ist weit niedriger als die Temperatur des Lötofens. Wenn das Epoxy weich wird, kommt der Leitungsrahmen in Bewegung, wodurch es schließlich zum Bruch der Drahtverbindung kommt. Hersteller, die den Versuch unternommen haben, herkömmliche LED bei der SMD-Verarbeitung zu verwenden, sind mit einer nicht akzeptierbaren Menge an Ausschuß konfrontiert worden.
Umgekehrt sind LED, die für eine Oberflächenmontage gestaltet sind, für "Pick and Place"-Mechanismen gut geeignet und können den Löttemperaturen erfolgreich standhalten. Da diese Miniaturvorrichtungen aber keine Fokussierungslinse aufweisen, haben sie nur eine schwache optische Leistung zu bieten, nämlich geringe Lichtintensitätspegel und Lichtausbluten, wenn mehrere LED nahe beieinander angeordnet sind, ferner sind keine Vorrichtungen verfügbar, die im rechten Winkel sichtbar sind. Beispielsweise beschreibt EP-A-0230336 eine LED, die mit einer Linse ausgestattet ist, bei der das Lichtrund abgestrahlt wird. Eine derartige Rundstrahlungs-Abstrahlung bedeutet einen Verlust an Lichtleistung.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Aufbau zur Montage von Sichtanzeigen, insbesondere von LED auf gedruckten Leiterplatten, insbesondere auf oberflächen montierten Leiterplatten anzugeben, wobei die Anordnung Festigkeit und Genauigkeit aufweist, veränderbar ist und gleichzeitig optische Verbesserungen angibt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, derartige optische Verbesserungen anzugeben, bei denen eine gesteigerte Lichtintensität erzielt wird, das Licht fokussiert wird, um ein Lichtausbluten zu verringern, und ein Sehen im rechten Winkel ermöglicht wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Aufbau anzugeben, wobei eine Sichtanzeige in einem wesentlichen Abstand über der Oberfläche der Platte und/oder nahe an einer Kante der Platte angeordnet werden kann, so daß sie leichter und insbesondere immer sichtbar ist, wenn das aus irgendeinem Grunde erforderlich sein sollte.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen derartigen Aufbau mit relativ breiten Leiterbasisflächen anzugeben, damit die Leiterflecken auf den Platten mit einem hohen Maß an Genauigkeit und Präzision angeordnet werden können und ein hohes Maß an mechanischer Festigkeit bieten.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Aufbau anzugeben, der sich für ein genaues Anordnen auf obenflächenmontierten Platten gut eignet, wenn eine automatisierte Positionierungsausrüstung verwendet wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Aufbau anzugeben, der relativ kompakt und preiswert in der Herstellung ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Aufbau anzugeben, der die Nachteile des Standes der Technik überwindet oder verringert.
Demgemäß umfaßt ein erfindungsgemäßer oberflächenmontierter LED Aufbau:
a) eine LED, die aufweist:
i) eine erste Oberfläche,
ii) eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt,
iii) zwei elektrische Kontakte auf der ersten Oberfläche und
iv) einen Lichtemissionsbereich auf der zweiten Oberfläche,
b) ein auf der LED montiertes Gehäuse, das aufweist:
i) eine im allgemeinen rechtwinklige Parallelepiped-Form;
ii) einen ersten Weg, der sich von einer ersten unteren Oberfläche des Gehäuses teilweise durch das Gehäuse erstreckt, wobei der erste Weg so bemessen, geformt und positioniert ist, daß er die zweite Oberfläche der LED aufnimmt, so daß der Lichtemissionsbereich der zweiten Oberfläche von der ersten unteren Oberfläche in den ersten Weg gerichtet ist, und
iii) einen zweiten Weg, der sich von einer zweiten bzw. Vorderfläche des Gehäuses zu einer dritten bzw. hinteren Oberfläche des Gehäuses erstreckt und mit dem ersten Weg in Verbindung steht, und
c) eine Linse die sich im zweiten Weg befindet, wobei die Linse aufweist:
i) eine abstrahlende Oberfläche, die sich an der zweiten bzw. Vorderfläche des Gehäuses befindet und Licht aus dem Gehäuse heraus abstrahlt,
ii) eine Lichtsammelfläche, die oberhalb des Lichtemissionsbereichs der LED angebracht ist, die in den ersten Weg gerichtet ist, und
iii) eine innere reflektierende Oberfläche, die im Gehäuse über dem Lichtemissionsbereich der LED in einer Position angebracht ist, um Licht von der Lichtsammelfläche zur abstrahlenden Oberfläche der Linse zu reflektieren.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines oberflächenmontierten LED-Aufbaus gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine Vorderansicht des oberflächenmontierten LED-Aufbaus von Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie III-III in Fig. 2,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Gruppe von drei oberflächenmontierten LED-Aufbauten des in Fig. 1 gezeigten Typs, die an der Kante einer gedruckten Leiterplatte angeordnet sind,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Gehäuses, das mehrere LED enthält.
In den Fig. 1 bis 3 ist ein oberflächenmontierter LED-Aufbau 10 gezeigt. Er umfaßt eine LED 12, ein Gehäuse 14 und eine Linse 16.
Die LED 12 kann von einem beliebigen herkömmlichen Typ sein, sie kann beispielsweise von dem Typ sein, wie er von Stanley unter der Bezeichnung BR1102W vertrieben wird. Was für die vorliegenden Zwecke allein wichtig ist, ist, daß sie eine erste Oberfläche 18, eine zweite Oberfläche 20, die der ersten Oberfläche 18 gegenüberliegt, zwei elektrische Kontakte 22 auf der ersten Oberfläche und einen Lichtemissionsbereich 24 auf der zweiten Oberflä che 20 aufweist.
Das Gehäuse 14 wird auf der LED 12 mit beliebigen geeigneten Mitteln, wie z.B. Preßpassen, Ultraschallschweißen oder Kleben angebracht. Das Gehäuse 14 weist im allgemeinen eine rechtwinklige Parallelepiped-Form auf, wodurch es für seine Anordnung auf einer Leiterplatte unter Verwendung einer automatisierten Positionierausrüstung gut geeignet ist. Ein erster Weg 26 erstreckt sich von einer ersten unteren Oberfläche 28 des Gehäuses 14 teilweise durch das Gehäuse 14. Wie am besten in Fig. 3 zu sehen ist, ist der erste Weg 26 so bemessen, geformt und positioniert, daß er die zweite Oberfläche 20 der LED 12 aufnimmt, so daß der Lichtemissionsbereich 24 der zweiten Oberfläche 20 in den ersten Weg 26 gerichtet ist. Ein zweiter Weg 30 erstreckt sich von einer zweiten Oberfläche 32 des Gehäuses 14 zu einer dritten Oberfläche 34 des Gehäuses 14 und steht mit dem ersten Weg 26 in Verbindung.
Wie am besten in Fig. 3 zu sehen ist, ist die Linse 16 im zweiten Weg 30 angeordnet. Sie weist eine abstrahlende Oberfläche 36, die außerhalb des Gehäuses 14 angeordnet ist, eine Lichtsammelfläche 38, die oberhalb des Lichtemissionsbereichs 24 der LED 12 angebracht ist, und eine innere reflektierende Oberfläche 40 auf, die im Gehäuse 14 in einer Stellung angebracht ist, um Licht von der Lichtsammelfläche 38 zur abstrahlenden Oberfläche 36 zu reflektieren.
Die Lichtsammelfläche 38 kann eben, konkav, um den Lichteintritt zu maximieren, oder konvex sein, um das Licht zusammen mit der inneren reflektierenden Oberfläche 40 und der abstrahlenden Oberfläche 36 zu fokussieren. Es sind weitere Variationen der Lichtsammelfläche 39 und der inneren reflektierenden Oberfläche 40 möglich (wie z.B. gestufte Reflektoren, Fresnel- Flächen, konische Abschnitte oder Polynomflächen).
Darüberhinaus ist die Linse 16 nicht auf eine im allgemeinen runde Form mit einer domförmigen abstrahlenden Oberfläche 36 beschränkt. Es können Linsen-Trommelformen vorgesehen sein, die viereckig, rechteckig oder ein beliebiges anderes Polygon sein können. In ähnlicher Weise kann auch die abstrahlende Oberfläche 36 in Abhängigkeit von den Anforderungen als ebene, Fresnel-, facettierte oder als beliebige andere Konfiguration hergestellt sein.
Die Linse 16 kan in den zweiten Weg 30 in Preßpassung angeordnet oder sie kann eingeklebt sein. Alternativ dazu, und wie in Fig. 3 gezeigt ist, kann die Linse 16 durch einen Flansch 42, der sich zwischen einer Wandung 44 des ersten Weges 26 und einer gestuften Fläche 46 der LED 12 befindet, an Ort und Stelle gehalten werden. Die Linse kann aber auch durch eine Kunststoffmasse 48, die den Abschnitt des zweiten Weges ausfüllt, der nicht von der Linse ausgefüllt wird, an Ort und Stelle gehalten werden. Bevorzugt ist die Kunststoffmasse 48 aus einem undurchsichtigen, reflektierenden Material zusammengesetzt, das die Funktion der inneren reflektierenden Oberfläche 40 ergänzt.
Wie am besten in Fig. 3 gezeigt, sind der erste Weg 26 und der zweite Weg 30 bevorzugt senkrecht zueinander, und die innere reflektierende Oberfläche 40 ist bevorzugt unter einem Winkel von 450 sowohl relativ zum ersten Weg 26 als auch zum zweiten Weg 30 angeordnet.
Wie am besten in Fig. 1 gezeigt ist, weist das Gehäuse 14 bevorzugt in seiner zweiten (oder vorderen) Oberfläche 32 einen Schlitz 50 auf, der sich von der zweiten Oberfläche 32 zur dritten (oder hinteren) Oberfläche 34 erstreckt. Wie am besten in Fig. 2 gezeigt ist, steht der erste Weg 26 bevorzugt mit dem Schlitz 50 in Verbindung, und der Schlitz 50 ist bevorzugt in der Mitte der Seiten der zweiten Oberfläche 32 und der hinteren Oberfläche 34 angeordnet, die an die erste Oberfläche 28 anstoßen.
Fig. 4 zeigt eine Gruppe von drei oberflächenmontierten erfindungsgemäßen LED-Aufbauten 10, die nahe an der Kante einer gedruckten Leiterplatte 44 angeordnet ist.
Fig. 5 zeigt ein einzelnes Gehäuse 54, das mehrere LED 12 und ein ergänzendes optisches System enthält. Es ist auch ein Aufbau möglich, der mehrere LED enthält, die in einer einzigen abstrahlenden Oberfläche zusammengefaßt sind.

Claims

1. Ein auf einer Fläche anbringbarer LED-Aufbau (10) mit:

a) einer LED (12) mit:

i. einer ersten Oberfläche (18);

ii. einer zweiten Oberfläche (20), die der ersten Oberfläche (18) gegenüberliegt;

iii. zwei elektrischen Kontakten (22) auf der ersten Oberfläche (18); und

iv. einem Lichtemissionsbereich (24) auf der zweiten Oberfläche (20);

b) einem an der LED (12) angebrachten Gehäuse (14), das aufweist:

i. die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeden;

ii. einen ersten Weg (26), der sich von einer ersten unteren Oberfläche (28) des Gehäuses (14) teilweise durch das Gehäuse (14) erstreckt, wobei der erste Weg (26) so bemessen, geformt und positioniert ist, daß er die zweite Oberfläche (20) der LED (12) aufnimmt, so daß der Lichtemissionsbereich(24) der zweiten Oberfläche (20) von der ersten unteren Oberfläche (28) in den ersten Weg (26) gerichtet ist; und

iii. einen zweiten Weg (30), der sich von einer zweiten bzw. Vorderfläche (32) des Gehäuses (14) zu einer dritten bzw. hinteren Oberfläche (34) des Gehäuses (14) erstreckt und mit dem ersten Weg (26) in Verbindung steht; und

c) einer Linse (16), die sich im zweiten Weg (30) befindet, wobei die Linse aufweist:

i. eine abstrahlende Oberfläche (36), die sich an der zweiten bzw. Vorderfläche (32) des Gehäuses befindet und Licht aus dem Gehäuse heraus abstrahlt,

ii. eine Lichtsammelfläche (38), die oberhalb des lichtemittierenden Bereichs (24) der LED (12) angebracht ist, die in den ersten Weg (26) gerichtet ist, und

iii. eine innere reflektierende Oberfläche (40), die im Gehäuse (14) über dem lichtemittierenden Bereich (24) der LED (12) in einer Position angebracht ist, um Licht von der lichtsammelnden Oberfläche (38) zur abstrahlenden Oberfläche (36) der Linse (16) zu reflektieren.

2. LED-Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (26) und der zweite (30) Weg rechtwinklig zueinander sind.

3. LED-Aufbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die abstrahlende Oberfläche (36) der Linse (16) außerhalb des Gehäuses (14) befindet.

4. LED-Aufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem ein lichtundurchlässiges reflektierendes Material aufweist, das sich im zweiten Weg (30) nahe bei der inneren reflektierenden Oberfläche (40) der Linse (16) befindet.

5. LED-Aufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innere reflektierende Oberfläche (40) der Linse (16) unter 450 sowohl zum ersten Weg (26) als auch zum zweiten Weg (30) angebracht ist.

6. LED-Aufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Gehäuse (14) einen Schlitz (50) in seiner zweiten oder Vorderfläche (32) hat, der sich von der zweiten Oberfläche (32) zur dritten oder hinteren Oberfläche (34) des Gehäuses (14) erstreckt, und b) der erste Weg (26) mit dem Schlitz (50) in Verbindung steht.

7. LED-Aufbau nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (50) in der Mitte der Kanten der zweiten (32) und der dritten (34) Oberfläche angeordnet ist, wobei die Kanten an der ersten Oberfläche (28) des Gehäuses (14) liegen.

8. LED-Aufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 71 dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Weg (30) einen Querschnitt hat, der so bemessen und geformt ist, daß er die Linse (16) aufnehmen kann.