EP2425688A1 - Verfahren zur herstellung einer leiterplatte mit leds und gedruckter reflektorfläche sowie leiterplatte, hergestellt nach dem verfahren - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer leiterplatte mit leds und gedruckter reflektorfläche sowie leiterplatte, hergestellt nach dem verfahren

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EP2425688A1
EP2425688A1 EP10719587A EP10719587A EP2425688A1 EP 2425688 A1 EP2425688 A1 EP 2425688A1 EP 10719587 A EP10719587 A EP 10719587A EP 10719587 A EP10719587 A EP 10719587A EP 2425688 A1 EP2425688 A1 EP 2425688A1
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EP
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layer
circuit board
reflector
printed
printing
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Withdrawn
Application number
EP10719587A
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Alexander Kasper
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AT&S Austria Technologie und Systemtechnik AG
Original Assignee
AT&S Austria Technologie und Systemtechnik AG
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Publication date
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    • Y10T29/49155—Manufacturing circuit on or in base

Definitions

  • Simple printed circuit boards consist of an electrically insulating carrier material (base material) on which one or two copper layers are applied.
  • the layer thickness is typically 35 ⁇ m and for applications with higher currents between 70 ⁇ m and 140 ⁇ m.
  • Some printed circuit board applications require mirrors as reflectors or for directing the light.
  • it is sometimes desirable to emit certain radiation from a printed circuit board for example in the visible range.
  • a reflector surface of LED-printed circuit boards of white color for example solder-solder paste.
  • solder-solder paste has poor reflectivity and is difficult to mold when curved mirror geometry is desired to produce directed or focused light.
  • the spectral response is not optimal and the reflectivity in the UV band is poor.
  • the invention is therefore based on the object to arrange a reflector on a printed circuit board, which is able to produce directed light with high efficiency.
  • the invention has the object to propose a novel method for producing a printed circuit board with reflector layer.
  • the invention is characterized by the technical teaching of claim 1.
  • a printed layer is arranged, which reflects light.
  • a base layer on the substrate of the printed circuit board.
  • Such a base layer can also be formed in three dimensions, for example to obtain a parabolic mirror.
  • a transparent protective layer To protect the reflective layer, it is further provided to cover the reflective layer with a transparent protective layer.
  • embossings are formed in the copper surface by specially designed press plates, that is, with corresponding 3D elevations. Subsequently, the copper surface can be galvanically and / or electrochemically provided with the corresponding surface.
  • the passivation by means of a transparent polymer is provided.
  • a noble metal surface with an oxide layer and / or a nitride layer may be used. This can then be protected with a so-called “blue 1 stripping paint (commonly used for gold contacts) and removed after the assembly process.
  • Figure 1 section through a first embodiment of a fitted with a reflector circuit board
  • Figure 3 A modified embodiment with a reflector and an opening for receiving an LED
  • Figure 4 a sectional view through the basic structure of the circuit board
  • Figure 5 Longitudinal section through an electrically finished printed circuit board before further processing for receiving LEDs and
  • FIG. 6 top view of the arrangement according to FIG. 5
  • Figure 7 the same view as Figure 5 showing the printing process with a reflective layer is applied
  • FIG. 8 shows the plan view of the arrangement according to FIG. 8
  • FIG. 9 an embodiment modified from FIG. 7, in which the printed reflection layer is on. a layer of insulating and dielectric ink is applied
  • FIG. 10 shows the top view of the arrangement according to FIG. 9
  • FIG. 11 shows a further processing step, which follows the processing step according to FIG
  • FIG. 12 the top view of the arrangement according to FIG. 11
  • Figure 13 the final processing step following the processing step of Figure 11
  • FIG. 14 the top view of the arrangement according to FIG. 13
  • Figure 15 a comparison with the figures 5 to 14 same processing, but in which oblique reflecting surfaces are made
  • FIG. 16 the top view of the illustration according to FIG. 15
  • Figure 19 the final processing step showing the finishing of the printed circuit board as a result of the processing step of Figure 17
  • FIG. 20 the top view of the arrangement according to FIG. 19
  • FIG. 21 the assembly of a printed circuit board finished according to FIG. 19 with an LED
  • FIG. 22 the plan view of the arrangement according to FIG. 21
  • FIG. 23 shows the illustration of the radiation directions of the LED according to FIG. 21
  • FIG. 24 shows the plan view of the arrangement according to FIG. 23 FIG. 25: an embodiment modified from the previous embodiments, in which the base pressure which carries the specular reflecting surfaces is printed several times and with a thicker layer thickness
  • FIG. 26 the plan view of the arrangement according to FIG. 25
  • FIG. 27 shows the mounting of an LED in the arrangement according to FIG. 25
  • FIG. 28 the plan view of the arrangement according to FIG. 27
  • FIG. 29 shows the light guide of the LED mounted according to FIG.
  • FIG. 31 shows the light guide of an LED mounted according to FIG. 29 with a modified mirror surface
  • FIG. 32 the plan view of the arrangement according to FIG. 31
  • FIG. 33 shows a modified embodiment of a first processing step of an electrically conductive printed circuit board with respect to FIG. 5 with a base layer applied in the dipping process
  • FIG. 34 shows the top view of the arrangement according to FIG. 33
  • FIG. 35 shows the further processing step following FIG. 33
  • FIG. 36 the plan view of the arrangement according to FIG. 35
  • FIG. 37 the processing step subsequent to FIG. 35 with exposure of the photo film
  • FIG. 38 the plan view of the arrangement according to FIG. 37
  • FIG. 39 shows the further processing step following FIG. 37
  • FIG. 40 shows the plan view of the arrangement according to FIG. 39
  • FIG. 41 the processing step subsequent to FIG. 39 with a processing step in FIG
  • FIG. 42 shows the top view of the arrangement according to FIG. 41
  • FIG. 43 the further processing step subsequent to FIG. 41 with the
  • FIG. 44 shows the plan view of the arrangement according to FIG. 43
  • FIG. 45 shows a processing step subsequent to the processing according to FIG. 43 with the overlap of the LED with a color conversion layer
  • FIG. 46 the plan view of the arrangement according to FIG. 45
  • FIG. 47 shows the radiation path of the LED resulting from FIG.
  • FIG. 48 the plan view of the arrangement according to FIG. 47
  • FIG. 49 shows a modified version of FIG. 47
  • FIG. 50 the plan view of the arrangement according to FIG. 49
  • FIG. 51 the section through a printed circuit board with reflector surface for mounting a plurality of LEDs
  • FIG. 52 the plan view of the arrangement according to FIG. 51
  • FIG. 53 the processing step subsequent to FIG. 51, which shows the assembly of two LEDs
  • FIG. 54 the plan view of the arrangement according to FIG. 53
  • FIG. 55 shows an embodiment which has been extended compared to FIG. 53 and which shows the arrangement according to FIG. 53 with an additional color conversion layer
  • FIG. 56 the plan view of the arrangement according to FIG. 55
  • FIG. 57 is a schematic representation of the process flow for producing the circuit board according to the invention with mirror surfaces
  • the base layer 2 can be applied to the top of a circuit board 1, regardless of whether the top carries a structure or not.
  • a bottom solder mask or other layer may be used as a support for the reflector layer 3.
  • the base layer 2 can also be omitted.
  • the layer carrying the reflecting surface (base layer 2) forms a smooth surface and / or forms good adhesion for the three-dimensionally shaped reflector layer 3 arranged above it.
  • the base layer 2 can be applied by various printing techniques, in particular by ink jet printing, screen printing and all other printing methods, such as pad printing, gravure or gravure printing and the like.
  • ink jet printing screen printing
  • all other printing methods such as pad printing, gravure or gravure printing and the like.
  • curtain coating, roll casting and lamination methods are known in particular create a corresponding structure, including a photographic exposure method. All these methods are used according to the invention in isolation or in combination with one another for the production of the shaped base layer and claimed as essential to the invention.
  • the reflector surface 3 is preferably printed for the generation of visible light.
  • a reflection layer preferably consists of a metallic, fast-drying ink composition, in particular silver, gold, aluminum and all other suitable metals:
  • non-metallic materials are used, which are suitable to reflect light in a certain wavelength range, including wavelength ranges in the non visible area are applicable.
  • printing methods such as ink-jet printing, screen printing, pad printing and other applied printing methods are used for the application.
  • a base layer 2 as a carrier layer for a subsequent
  • Reflector layer 3 serve.
  • a silver layer may be used as the seed layer for the subsequent application of a copper plating.
  • the application of the three-dimensionally shaped reflector layer 3 is provided by a structuring photo exposure.
  • the reflector layer 3 consists of several layers. In another embodiment of the invention, it is provided prefabricate the three-dimensionally shaped mirror and then stick it to the surface of the circuit board.
  • the mentioned cover layer 4 over the reflector layer 3 is optional.
  • the base layer 2 and the cover layer 4 may be made of the same material, but this is not mandatory.
  • the cover layer 4 may be light-transparent or light-colored and serve as a color filter.
  • the cover layer 4 can be applied by applying processes, as preferably by ink jet printing, screen printing, application printing and all other printing methods. Likewise, an applied photographic exposure can be used.
  • the cover layer 4 may cover only the reflector layer 3 or it may also cover the reflector layer 3 and additionally the base layer 2 or only a part of the reflector layer 3.
  • FIG. 2 shows a modification of the construction according to FIG. 1. All variants described with reference to FIG. 1 also apply here.
  • the curvature of the reflector layer 3 can be positive or negative (convex or concave).
  • the curvature can be produced by forming a base layer.
  • the circuit board 1 itself can be arched. Such a curvature can be done by a Formdschreib- or deep drawing.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a printed circuit board 1 provided with a reflective surface and equipped with an LED chip in a recess 6 in the reflector layer 3.
  • the curvature can either by mechanical deformation, z. B. by compression molding, stamping, milling or other machining processes.
  • the curvature can be carried out by applying methods, such as ink jet printing or pad printing.
  • the base layers 2a, 2b, 2c may be stacked on each other to obtain the desired curvature (see FIG. 4).
  • FIG 3 not only a single recess 6 can be arranged for receiving the LED chip. In another embodiment, a plurality of recesses 6 for receiving LED chips or connecting wires or other compounds may be provided.
  • Figures 5 and 6 show an electrically finished multilayer printed circuit board, which consists of a layered structure of a printed circuit board substrate 1, which is usually made of an insulating plastic material, in particular a resin material.
  • a plurality of conductor tracks 5 are arranged made of copper, which establish the conductive connections between the electrical components, which are mounted on the circuit board.
  • the uppermost conductor track or interconnect layer 5 carries recesses 6 at specific locations, so that the insulating printed circuit board substrate 1 appears underneath. According to FIG. 6, a printed conductor surface is thus created which is separated from the rest of the conductor track 5 on all sides and on which the later LED chip 8 is mounted.
  • a further interconnect surface is formed as a bonding surface 9 in the immediate vicinity of this interconnect surface, which is exempted by the exemption in the upper interconnect layer 5 of the surrounding conductor tracks.
  • This bonding surface 9 is electrically conductively connected to a conductor track 5a, which is electrically insulated from the remaining conductor track layer 5.
  • the ink jet print head 10 is guided in the direction of arrow 12 over the solder mask 7 and sprayed in register the ink droplets 11 in the edge region to the later mounting surface for the LED chip 8 and the bonding surface 9 around.
  • the print head 10 is guided so precisely with its longitudinal guide and with its digitally controlled pressure that it is avoided that possibly electrically conductive ink 11 reaches the region of the insulating recesses 6 which surround the two surfaces 8, 9 ,
  • the reflection layer 3 only reaches the surrounding area around the surfaces 8, 9, but without bridging the electrically insulating recesses 6 which extend around the surfaces 8, 9.
  • FIGS. 9 and 10 show as a deviating exemplary embodiment that it is not necessary to print on a solder mask 7. Instead, a separate insulation layer 13 can first be printed by the inkjet method.
  • the insulating layer 13 can also be applied using a different coating method. Again, the same explanations as given with reference to FIGS 7 and 8 apply.
  • solder mask 7 under the insulation layer 13, which preferably consists of an insulating and dielectric ink.
  • FIG. 11 shows the processing step following FIGS. 9 and 10, where it can be seen that an additional protective layer 14, which can also be printed several times, is applied to the upper reflection layer 3 applied in the inkjet printing process.
  • the upper, possibly conductive reflective layer 3 is protected against environmental influences and covered.
  • the protective layer 14 applied above is used for electrical insulation of the reflection layer 3. It is usually transparent.
  • this protective layer 14 may also be translucent or else formed in a different color in order to provide the light reflected at the reflection layer 3 with a color component.
  • This protective layer 14 is preferably applied by inkjet printing.
  • FIGS. 11 and 13 show that the protective layer 14 preferably encompasses the reflection layer 3 over its entire circumference and forms corresponding edge seals 15 in order to achieve an airtight, protective connection to the surface of the printed circuit board.
  • FIG. 15 shows, as an alternative to the embodiment according to FIG. 13, that initially a first layer of an insulation layer 13 having walls bounding the recess 6 at right angles is printed on the surface of the printed circuit board.
  • the subsequent printed reflective layer 3 forms obliquely directed walls to the recess 6 and the further layer of the insulating layer 3 printed thereon in turn has a bevelled wall facing the recess 6, so that altogether inclined walls 16 of a mirror reflector are formed.
  • the inclined walls 16 results in a focusing effect when in the region of the recess 6, the LED is mounted.
  • FIGS. 17 and 18 show that the reflection layer 3 is now printed according to the invention in the oblique walls of the layers 5, 13, wherein the rapidly curable ink 11 flows in the region of the wall 16 and thus forms oblique reflector surfaces which have a focusing effect in the region reach the recess 6 mounted LED.
  • FIGS. 19 and 20 show the finished reflector arrangement produced in this way, with a mirror reflector which has walls 16 extending from the light-emitting surface 8 and flared outwards.
  • FIGS. 21 and 22 show that in the region of the recess 6, an LED chip 8 is now mounted, which is guided with its bonding wire 17 onto the bonding surface 9 and is electrically contacted there.
  • FIG. 21 shows a completely populated printed circuit board with a single LED and a light-focusing reflection layer 3, as will be explained in more detail with reference to FIGS. 23 and 24.
  • the light emitting LED 8 initially emits direct light in the direction of arrow 18 upwards and a part of the light passes laterally on the inclined walls 16 and is there as reflected light in the arrow direction
  • the light-emitting LED is arranged below the obliquely inclined walls 16 of the mirror reflector in order to allow lateral light to strike the obliquely inclined walls 16 and to be emitted upward as reflected light.
  • FIG. 25 shows an alternative embodiment to the embodiment according to FIGS. 23 and 24.
  • a base layer 13 has been printed several times as an insulation layer, the printing processes always proceeding so that initially a first insulation layer 13 is printed which hardens quickly and on the cured layer is printed a further layer, so as to obtain the structure of Figure 25.
  • the reflection layer 3 is then printed on the oblique walls 16 produced in this way in the previously described inkjet printing process.
  • the reflection layer 3 in accordance with FIG. 26 surrounds the entire region 8, 9 so as to achieve the largest possible mirror surface.
  • FIGS. 27 and 28 show a further processing step following the processing step 25, wherein an LED chip 8, which is electrically conductively connected to the adjacent bonding surface 9 with its bonding wire 17, is now mounted in the region of the recess 6.
  • direct light is emitted directly upwards in the direction of the arrow 18, and likewise reflected light is emitted upward at the obliquely inclined walls 16 in the direction of the arrow 19.
  • the walls 16 need not necessarily be linearly inclined. It can also be provided to form the walls 16 parabolic, so as to enable a parabolic reflector.
  • any desired contour of a mirror wall can thus be achieved.
  • FIG. 31 where, in comparison to FIG. 29, it can be seen that the right-side reflector surface is designed as a planar reflector surface, while the left-side reflector surface has the oblique wall 16 described above.
  • FIGS. 33 and 34 unlike the previously mentioned embodiments, show that it is not necessary to print the insulating layer 13 in the ink-printing method.
  • a base layer 22 is applied to the surface of the cover layer 4 of the printed circuit board in the dipping process. It is thus a curable plastic that surrounds the entire circuit board and forms the base layer 22 for the later reflector structure.
  • a photo film 23 is glued onto this base layer 22, which is adhesively bonded in registration as a mask in such a way that the surfaces 8, 9 necessary for the subsequent assembly operations are left free.
  • the photo film 23 is irradiated with a UV exposure 24 and chemically developed according to FIGS. 39 and 40.
  • a photosubstrate 25 then forms, which precisely surrounds the surfaces 8, 9 in the region of the recess 6.
  • this photosubstrate 25 is now printed with the reflection layer 3 by screen printing.
  • the screen 26 is coated with a corresponding screen mask, which allows the screen is closed only in the surrounding area of the recesses 6 and surrounding area of the surfaces 8, 9, while it is open in the remaining edge area and is provided for the coating of a reflector color 28, which is pressed in squeegee direction 29 with a doctor blade 27 through the open area of the screen 26. In this way, only the surrounding area of the recess 6 and the surfaces 8, 9 is coated with the reflector layer 3 in the screen printing process.
  • Figures 43 and 44 show that now the assembly of the LED 8 takes place and the bonding wire 17 is electrically conductively connected to the bonding surface 9.
  • Figures 45 and 46 show as an extended embodiment with respect to FIG.
  • the color conversion layer is arranged hemispherical over the structure of the LED, and also partially covers the specular reflection layer 3.
  • FIGS. 47 and 48 Such a beam path is shown in FIGS. 47 and 48, where it can be seen that the light emitted by the LED 8 passes through the color conversion layer 30 both as direct light in the direction of the arrow 18 and is first reflected on the inside of the color conversion layer 30 as reflected light 19 , impinges again on the reflection layer 3 and passes through the color conversion layer as an indirect light in the direction of arrow 19.
  • FIGS. 49 and 50 show that apart from the previously shown rectangular or square mirror surfaces, there is also every other possibility of changing the shape of the mirror surface.
  • FIG. 50 shows that such a mirror surface (planar reflection surface 20) can also be elliptical.
  • FIG. 51 and 52 relate to all previously mentioned embodiments and show in addition to all the aforementioned embodiments as an additional possibility that multiple LEDs can be mounted in such a recess or optionally in a plurality of recesses 6 on a finished printed circuit board. Accordingly, the type and arrangement of the reflection layer 3 is changed in order to be able to assign a bonding surface 9 to each LED surface 8.
  • FIGS. 53 and 54 A total of two LEDs are provided, which are contacted separately with their bonding wires 17 on an adjacent bonding surface 9.
  • all previously mentioned embodiments of reflection surfaces can be used.
  • FIGS. 55 and 56 shows that even a plurality of LEDs can each be covered with a separate color conversion layer 30.
  • a plurality of LEDs with optionally different light color are arranged on the reflection surface 20, which additionally each under a common or under a separate color conversion layer
  • LEDs with additional color conversion layers a wide adjustment of a desired light color done.
  • FIG. 57 schematically shows the process flow according to the invention
  • the process step 38 may be followed by the process step 37 with application of the color conversion layer 30.
  • the process steps 39, 40 serve the further processing of the circuit board at the customer.
  • a photo diode can be used for light detection.
  • the domed mirror can be used to focus the light on the photo diode.
  • a highly effective mirror is applied directly to the surface of a conventional printed circuit board. Accordingly, according to the patterning of the base layer, a plane mirror or a curved mirror for directing or focusing the light can be created. By using a protective cover layer 4 environmental influences or the risk of efflorescence or decomposition of the reflector layer 3 can be avoided.
  • the field of application of the invention accordingly relates to standard printed circuit boards and printed circuit boards, in which a sensor, for. B. a photodiode is mounted. Similarly, a laser diode can be used to direct or focus the emitted beam in a particular direction.
  • the base layer 2 or the plurality of base layers 2a-2c for forming a three-dimensional reflector may also be an epoxy resin.
  • the later mirror layer 3 can be germinated (palladium, etc.) and then electrochemically or galvanically mirrored. Then a cover layer 4 would be mandatory.
  • This cover layer 4 must remain highly transparent despite soldering - of course this could be a transparent solder mask, e.g. Probimer
  • the LED emitter should be positioned almost exactly at the focal point.
  • a reflector material of the reflector layer 3 can also cause a color conversion or color change, since reflectors i. A. have a wavelength-specific reflection.
  • the advantage of the present invention is that the reflectivity of a printed circuit board at the LED-surrounding areas is substantially improved. While with the conventional white solder masks only reflectivities of 20 to 60% could be achieved, resulting in the technical teaching of the invention r reflection degrees of 90 to 95%.
  • the degree of reflection depends on the wavelength of the light emitted by the LED.

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Abstract

Leiterplatte mit Lichtquelle zu Beleuchtungszwecken mit mindestens einer LED, die elektrisch leitfähig mit Leiterbahnen der Leiterplatte verbunden ist und deren Licht über mindestens einen auf der Leiterplatte angeordneten Spiegel in gerichtetes Licht umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel als Reflektorschicht ausgebildet ist, die auf die Leiterplatte aufgedruckt ist.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte mit LEDs und gedruckter Reflektorfläche sowie Leiterplatte, hergestellt nach dem Verfahren
Einfache Leiterplatten bestehen aus einem elektrisch isolierenden Trägermaterial (Basismaterial), auf dem eine oder zwei Kupferschichten aufgebracht sind. Die Schichtstärke beträgt typischerweise 35 μm und für Anwendungen mit höheren Strömen zwischen 70 μm und 140 μm.
Für Spezialanwendungen kommen auch andere Materialien zum Einsatz, wie beispielsweise Teflon oder Keramik in LTCC und HTCC für die Hochfrequenztechnik sowie Polyesterfolie für flexible Leiterplatten. Neueste Entwicklungen setzen auch Glas als Basismaterial ein, für Leiterplatten mit hohen Anforderungen an die Wärmeabführung werden Basismaterialien mit Metallkernen verwendet, z. B. im Bereich der Beleuchtungstechnik mit Hochleistungs-LEDs.
Einige Leiterplatten-Anwendungen, insbesondere mit LEDs bestückte Leiterplatten benötigen Spiegel als Reflektor oder zum Richten des Lichtes. Ebenso ist es in manchen Fällen erwünscht, von einer Leiterplatte eine bestimmte Strahlung - zum Beispiel im sichtbaren Bereich - abzugeben. Es ist bisher bekannt, eine Reflektorfläche von mit LEDs bestückten Leiterplatten mit weißer Farbe, zum Beispiel mit Lötstopp-Paste, zu erzeugen. Eine solche weiße Lötstopp-Paste hat jedoch eine schlechte Reflektivität und ist schwierig auszuformen, wenn eine gebogene Spiegelgeometrie erwünscht ist, um gerichtetes oder fokussiertes Licht zu erzeugen. Überdies ist die spektrale Strahlungsantwort nicht optimal und die Reflektivität im UV- Band ist schlecht.
Wenn Silber für solche Reflexionszwecke verwendet wird, besteht das Problem des unerwünschten Dendrit-Wachstums. Aus diesem Grund wird Silber nicht oft in der Leiterplatten-Industrie verwendet.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde einen Reflektor auf einer Leiterplatte anzuordnen, der in der Lage ist, gerichtetes Licht mit hohem Wirkungsgrad zu erzeugen. Ebenso hat die Erfindung die Aufgabe ein neuartiges Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte mit Reflektorschicht vorzuschlagen. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.
Wesentlich ist, dass auf der Oberseite einer herkömmlichen Leiterplatte (insbesondere auf einer Lötstopp-Maske oder auf der Oberseite einer FR4- Leiterplatte, bestehend aus Epoxidharz + Glasfasergewebe oder einer Kupferschicht) eine gedruckte Schicht angeordnet ist, die Licht reflektiert.
Um eine besonders glatte Spiegel-Oberfläche zu erhalten, ist es vorgesehen, zunächst eine Basisschicht auf dem Substrat der Leiterplatte aufzudrucken. Eine solche Basisschicht kann auch dreidimensional ausgeformt werden, um zum Bespiel einen Parabolspiegel zu erhalten. Zum Schutz der reflektierenden Schicht ist es weiters vorgesehen, die reflektierende Schicht mit einer transparenten Schutzschicht abzudecken.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist folgendes vorgesehen: Im Laminationsprozess werden durch speziell gestaltete Pressbleche, also mit entsprechenden 3D-Erhöhungen, Prägungen in die Kupferoberfläche ausgebildet. Anschließend kann die Kupferoberfläche galvanisch und/oder elektrochemisch mit der entsprechenden Oberfläche versehen werden. Die Passivierung mittels eines transparenten Polymers ist vorgesehen.
Alternativ kann eine edle Metalloberfläche mit einer Oxidschicht und/oder einer Nitridschicht verwendet werden. Diese kann dann mit einem sog. "blauen1 Abziehlack (wird üblicherweise für Goldkontakte verwendet) geschützt werden und nach dem Bestückungsvorgang abgezogen werden.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
Figur 1 : Schnitt durch eine erste Ausführung einer mit einem Reflektor bestückten Leiterplatte
Figur 2: Eine vergrößerte Schnittansicht durch den Reflektor-Aufbau
Figur 3: Eine abgewandelte Ausführung mit einem Reflektor und einer Öffnung für die Aufnahme einer LED
Figur 4: eine Schnittansicht durch den Grundaufbau der Leiterplatte
Figur 5: Längsschnitt durch eine in elektrischer Hinsicht fertig gestellte Leiterplatte vor der Weiterverarbeitung zur Aufnahme von LEDs und
Reflektorflächen
Figur 6: Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 5
Figur 7: die gleiche Darstellung wie Figur 5 mit Darstellung des Druckvorganges mit dem eine Reflektionsschicht aufgebracht wird
Figur 8: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 8
Figur 9: eine gegenüber Figur 7 abgewandelte Ausführungsform, bei der die gedruckte Reflektionsschicht auf. eine Schicht mit Isolations- und Dielektrikumstinte aufgebracht wird
Figur 10: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 9 Figur 11 : ein weiterer Verarbeitungsschritt, der sich an den Verarbeitungsschritt nach Figur 9 anschließt
Figur 12: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 11
Figur 13: der endgültige Verarbeitungsschritt, der auf den Verarbeitungsschritt nach Figur 11 folgt
Figur 14: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 13
Figur 15: eine im Vergleich zu den Figuren 5 bis 14 gleiche Verarbeitung, bei der jedoch schräge Reflektionsflächen angefertigt werden
Figur 16: die Draufsicht auf die Darstellung nach Figur 15
Figur 17: der sich an den Verarbeitungsschritt nach Figur 15 anschließende Verarbeitungsschritt
Figur 18: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 17
Figur 19: der endgültige Verarbeitungsschritt, der die Endbearbeitung der Leiterplatte als Folge des Bearbeitungsschrittes nach Figur 17 zeigt
Figur 20: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 19
Figur 21 : die Bestückung einer nach Figur 19 fertig gestellten Leiterplatte mit einer LED
Figur 22: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 21
Figur 23: die Darstellung der Strahlungsrichtungen der LED gemäß Figur 21
Figur 24: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 23 Figur 25: eine gegenüber den vorherigen Ausführungsformen abgewandelte Ausführung, bei der der Basisdruck, welcher die spiegelnden Reflektionsflächen trägt, mehrfach gedruckt und mit dickerer Schichtstärke ausgeführt ist
Figur 26: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 25
Figur 27: die Montage einer LED in die Anordnung nach Figur 25
Figur 28: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 27
Figur 29: die Lichtführung der nach Figur 27 montierten LED
Figur 30: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 29
Figur 31 : die Lichtführung einer nach Figur 29 montierten LED mit einer abgewandelten Spiegelfläche
Figur 32: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 31
Figur 33: eine gegenüber Figur 5 abgewandelte Ausführungsform eines ersten Bearbeitungsschrittes einer elektrisch leitfähig hergestellten Leiterplatte mit einer im Tauchverfahren aufgebrachten Basisschicht
Figur 34: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 33
Figur 35: der sich an Figur 33 anschließende weitere Verarbeitungsschritt mit
Aufbringung eines Photofilms
Figur 36: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 35
Figur 37: der sich an Figur 35 anschließende Verarbeitungsschritt mit Belichtung des Photofilms Figur 38: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 37
Figur 39: der sich an Figur 37 anschließende weitere Bearbeitungsschritt
Figur 40: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 39
Figur 41 : der sich an Figur 39 anschließende Verarbeitungsschritt mit einem im
Siebdruck aufgebrachten Reflektor
Figur 42: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 41
Figur 43: der sich an Figur 41 anschließende weitere Verarbeitungsschritt mit der
Montage einer LED
Figur 44: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 43
Figur 45: ein sich an die Verarbeitung nach Figur 43 anschließender Verarbeitungsschritt mit der Überdeckung der LED mit einer Farbkonversionsschicht
Figur 46: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 45
Figur 47: der sich bei Figur 45 ergebende Strahlungsweg der LED
Figur 48: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 47
Figur 49: eine gegenüber Figur 47 abgewandelte Ausführung einer
Reflektorfläche
Figur 50: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 49
Figur 51 : der Schnitt durch eine Leiterplatte mit Reflektorfläche zur Montage mehrerer LEDs Figur 52: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 51
Figur 53: der sich an Figur 51 anschließende Verarbeitungsschritt, der die Montage zweier LEDs zeigt
Figur 54: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 53
Figur 55: ein gegenüber Figur 53 erweitertes Ausführungsbeispiel, welches die Anordnung nach Figur 53 mit einer zusätzlichen Farbkonversions- schicht zeigt
Figur 56: die Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 55
Figur 57: schematisiert die Darstellung des Prozessflusses zur Herstellung der erfindungsgemäßen Leiterplatte mit Spiegelflächen
Gemäß Figur 1 kann die Basisschicht 2 auf die Oberseite einer Leiterplatte 1 aufgebracht werden, unabhängig davon, ob die Oberseite eine Struktur trägt oder nicht.
In einigen Anwendungsfällen kann eine unten liegende Lötstoppmaske oder eine andere Schicht als Unterlage für die Reflektorschicht 3 verwendet werden. In diesem Fall kann die Basisschicht 2 auch entfallen.
In allen Fällen muss dafür gesorgt werden, dass die die spiegelnde Oberfläche tragende Schicht (Basisschicht 2) eine glatte Oberfläche ausbildet und/oder eine gute Haftung für die darüber angeordnete dreidimensional geformte Reflektorschicht 3 ausbildet.
Die Basisschicht 2 kann durch verschiedene Drucktechniken aufgebracht werden, insbesondere durch Tintenstrahldruck, Siebdruck und alle anderen Druckverfahren, wie Tampondruck, Hoch- oder Tiefdruck und dgl. Bei der Leiterplatten-Fertigung sind insbesondere Vorhanggießen, Roll-Gießen und Laminationsverfahren bekannt, die eine entsprechende Struktur erzeugen, einschließlich eines fotografischen Belichtungsverfahrens. Alle diese Verfahren werden erfindungsgemäß in Alleinstellung oder in Kombination untereinander für die Herstellung der geformten Basisschicht verwendet und als erfindungswesentlich beansprucht.
Die Reflektorfläche 3 wird für die Erzeugung sichtbaren Lichtes bevorzugt aufgedruckt. Eine solche Reflexionsschicht besteht bevorzugt aus einer metallischen, schnell trocknenden Tintenzusammensetzung, insbesondere Silber, Gold, Aluminium und alle anderen geeigneten Metallen: Ebenso werden nicht-metallische Materialien verwendet, die geeignet sind, Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich zu reflektieren, wobei auch Wellenlängenbereiche im nicht-sichtbaren Bereich anwendbar sind.
Zur Aufbringung werden insbesondere Druckverfahren, wie der Tintenstrahldruck, Siebdruck, Tampondruck und andere auftragende Druckverfahren verwendet.
Ebenso kann eine Basisschicht 2 als Trägerschicht für einen nachfolgenden
Nassauftragsprozess zur nasschemischen schichtweisen Auftragung der
Reflektorschicht 3 dienen. In einem solchen Fall kann zum Beispiel eine Silberschicht als Keimschicht für den nachfolgenden Auftrag einer galvanischen Beschichtung mit Kupfer verwendet werden.
In einer anderen Ausführung ist die Aufbringung der dreidimensional geformten Reflektorschicht 3 durch eine strukturierende Fotobelichtung vorgesehen.
Falls sich nach der Herstellung der Reflektorschicht 3 eine unerwünschte Rauhigkeit entsteht, kann diese durch Elektropolieren oder durch ein nasschemisches Glätten entfernt werden.
Um den Wirkungsgrad der Reflexion und möglicherweise auch die Haftung zur Basisschicht 2 oder zur oben liegenden Deckschicht 4 herzustellen, ist es vorgesehen, dass die Reflektorschicht 3 aus mehreren Schichten besteht. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, den dreidimensional geformten Spiegel vorzufertigen und danach auf die Oberfläche der Leiterplatte aufzukleben.
Die erwähnte Deckschicht 4 über die Reflektorschicht 3 ist optional. Die Basisschicht 2 und die Deckschicht 4 können aus dem gleichen Material sein, dies ist jedoch nicht zwingend. Die Deckschicht 4 kann licht-transparent oder licht-färbend sein und als Farbfilter dienen.
Um die Reflektorschicht 3 gegen Zersetzung oder Beschädigung durch mechanische Stöße, chemische Einflüsse, Gas, Luft oder Wasser zu schützen, ist die Anbringung der schützenden Deckschicht 4 vorgesehen. Die Deckschicht 4 kann durch auftragende Prozesse aufgebracht werden, wie bevorzugt durch Tintenstrahldruck, Siebdruck, Auftragsdruck und alle anderen Druckverfahren. Ebenso kann eine auftragende fotografische Belichtung verwendet werden.
Die Deckschicht 4 kann nur die Reflektorschicht 3 bedecken oder sie kann auch die Reflektorschicht 3 und zusätzlich die Basisschicht 2 oder nur einen Teil der Reflektorschicht 3 bedecken.
Figur 2 zeigt eine Abwandlung des Aufbaus nach Figur 1. Alle anhand der Figur 1 beschriebenen Varianten finden auch hier Anwendung. Die Wölbung der Reflektorschicht 3 kann positiv oder negativ (konvex oder konkav) sein. Die Wölbung kann durch Ausformung einer Grundschicht hergestellt werden. In einer anderen Ausführung kann die Leiterplatte 1 selbst gewölbt werden. Eine solche Wölbung kann durch eine Formdrück- oder Tiefziehverfahren erfolgen.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführung einer mit einer spiegelnden Oberfläche versehenen Leiterplatte 1 , die mit einem LED-Chip in einer Ausnehmung 6 in der Reflektorschicht 3 bestückt ist. Die Wölbung kann entweder durch mechanische Verformung, z. B. durch Formpressen, Prägen, Fräsen oder andere spanabhebende Verfahren erfolgen. In einer anderen Ausgestaltung kann die Wölbung durch auftragende Verfahren, wie Tintenstrahldruck oder Tampondruck erfolgen. In diesem Fall können die Basisschichten 2a, 2b, 2c aufeinander geschichtet werden, um die gewünschte Wölbung zu erhalten (siehe Figur 4).
In Figur 3 kann nicht nur eine einzige Ausnehmung 6 für die Aufnahme des LED- Chips angeordnet werden. In einer anderen Ausführung können auch mehrere Ausnehmungen 6 für die Aufnahme von LED-Chips oder Verbindungsdrähten oder anderen Verbindungen vorgesehen werden.
Die Figuren 5 und 6 zeigen eine elektrisch fertig hergestellte Mehrlagen-Leiterplatte, die aus einem schichtweisen Aufbau eines Leiterplattensubstrates 1 besteht, welches in der Regel aus einem isolierenden Kunststoffmaterial, insbesondere einem Harzmaterial besteht.
Im Schichtaufbau des Leiterplattensubstrates sind eine Vielzahl von Leiterbahnen 5 aus Kupfer angeordnet, welche die leitfähigen Verbindungen zwischen den elektrischen Bauteilen herstellen, die auf der Leiterplatte montiert werden.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die oberste Leiterbahn bzw. Leitbahnschicht 5 an bestimmten Stellen Ausnehmungen 6 trägt, so dass darunter das isolierende Leiterplattensubstrat 1 zum Vorschein kommt. Gemäß der Figur 6 wird somit eine Leiterbahnfläche geschaffen, die ringsum von der übrigen Leiterbahn 5 abgetrennt ist und auf der der spätere LED-Chip 8 montiert wird. t
Um die Kontaktierung dieses LED-Chips 8 zu gewährleisten, wird in direkter Nachbarschaft zu dieser Leiterbahnfläche eine weitere Leiterbahnfläche als Bondfläche 9 ausgebildet, die durch die Freistellung in der oberen Leiterbahnschicht 5 von den umgebenden Leiterbahnen freigestellt ist. Diese Bondfläche 9 ist elektrisch leitfähig mit einer Leiterbahn 5a verbunden, die von der übrigen Leiterbahnschicht 5 elektrisch isoliert ist.
Die Leiterbahnschicht 5 ist noch nicht mit einer Lötstoppmaske beschichtet. In dem darauffolgenden Bearbeitungsschritt nach den Figuren 7 und 8 wird auf die obere Leiterbahnschicht 5 eine Lötstoppmaske 7 in üblicher Weise geschichtet und erfindungsgemäß wird auf diese Lötstoppmaske 7, welche die obere Leiterbahnschicht 5 elektrisch isolierend abdeckt, im Inkjet-Druckverfahren eine reflektierende Reflektionsschicht 3 aus einer flüssigen und aushärtbaren Tinte ausgedruckt.
Zu diesem Zweck wird der Tintendruckkopf 10 in Pfeilrichtung 12 über die Lötstoppmaske 7 geführt und versprüht passergenau die Tintentröpfchen 11 im Randbereich um die spätere Montagefläche für den LED-Chip 8 und die Bondfläche 9 herum.
Wichtig hierbei ist, dass der Druckkopf 10 so genau mit seiner Längsführung und mit seinem digital gesteuertem Druck so geführt ist, dass vermieden wird, dass möglicherweise elektrisch leitfähige Tinte 11 in den Bereich der isolierenden Ausnehmungen 6 gelangt, welche die beiden Flächen 8, 9 umgeben.
Somit gelangt gemäß Figur 8 die Reflektionsschicht 3 nur in den Umgebungsbereich um die Flächen 8, 9 herum, ohne jedoch die elektrisch isolierenden Ausnehmungen 6, die sich rings um die Flächen 8, 9 erstrecken, zu überbrücken.
Die Figuren 9 und 10 zeigen als abweichendes Ausführungsbeispiel, dass es nicht lösungsnotwendig ist, auf eine Lötstoppmaske 7 zu drucken. Stattdessen kann eine eigene Isolationsschicht 13 zunächst im InkJet-Verfahren aufgedruckt werden.
Alternativ kann die Isolationsschicht 13 auch mit einem anderen Beschichtungs- verfahren aufgebracht werden. Auch hier gelten die gleichen Erläuterungen wie sie anhand der Figur 7 und 8 gegeben wurden.
Ebenso ist es möglich, unter der Isolationsschicht 13, die bevorzugt aus einer Isolations- und Dielektrikumstinte besteht, die Lötstoppmaske 7 anzuordnen.
Der balkenförmige Druckkopf 10 fährt jedenfalls von links nach rechts in Pfeilrichtung 12 über die gesamte Anordnung und beschichtet passergenau den Umgebungsbereich der Ausnehmungen 6 und lässt demzufolge die Flächen 8, 9 frei. Die Figur 11 zeigt den sich an die Figuren 9 und 10 anschließenden Verarbeitungsschritt, wo erkennbar ist, dass auf die obere, im Inkjet-Druckverfahren aufgebrachte Reflektionsschicht 3 eine zusätzliche Schutzschicht 14 aufgebracht wird, die auch mehrfach gedruckt werden kann.
Damit wird die obere, eventuell leitfähige Reflektionsschicht 3 gegen Umwelteinflüsse abgeschützt und abgedeckt. Wenn insbesondere die Reflektionsschicht 3 aus einer aushärtbaren Silbertinte besteht, dient die oben aufgebrachte Schutzschicht 14 zur elektrischen Isolation der Reflektionsschicht 3. Sie ist in der Regel transparent ausgebildet.
Statt einer transparenten Ausbildung kann diese Schutzschicht 14 auch transluszent oder auch in einer anderen Farbe ausgebildet sein, um das an der Reflektions- schicht 3 reflektierte Licht mit einer Farbkomponente zu versehen.
Auch diese Schutzschicht 14 wird bevorzugt im Inkjet-Druckverfahren aufgebracht.
Die Figuren 11 und 13 zeigen, dass die Schutzschicht 14 bevorzugt am gesamten Umfang die Reflektionsschicht 3 umfasst und dementsprechende Kantenabschlüsse 15 bildet, um einen luftdichten, schützenden Anschluss an die Oberfläche der Leiterplatte zu erreichen.
Die Figur 15 zeigt als Alternative zu der Ausführungsform nach Figur 13, dass zunächst eine erste Lage einer Isolationsschicht 13 mit rechtwinklig die Ausnehmung 6 begrenzenden Wänden auf die Oberfläche der Leiterplatte gedruckt wird.
Die darauf folgende, aufgedruckte Reflektionsschicht 3 bildet jedoch zur Ausnehmung 6 schräg gerichtete Wandungen und die darauf aufgedruckte weitere Lage der Isolationsschicht 3 hat wiederum eine abgeschrägte zur Ausnehmung 6 hingewandte Wandung, so dass sich insgesamt geneigte Wandungen 16 eines Spiegelreflektors bilden. Somit ergibt sich durch die geneigten Wandungen 16 ein Fokussierungseffekt, wenn im Bereich der Ausnehmung 6 die LED montiert wird. Die Figur 17 und 18 zeigen, dass die Reflektionsschicht 3 nun erfindungsgemäß in die schräg verlaufenden Wandungen der Schichten 5, 13 aufgedruckt wird, wobei die schnell aushärtbare Tinte 11 im Bereich der Wandung 16 verfließt und so schräge Reflektorflächen bildet, die einen Fokussierungseffekt einer im Bereich der Ausnehmung 6 montierten LED erreichen.
Die Figuren 19 und 20 zeigen die so hergestellte, fertige Reflektoranordnung mit einem Spiegelreflektor, der von der Licht abgebenden Fläche 8 ausgehende und konisch sich nach außen erweiternde Wandungen 16 aufweist.
Die Figuren 21 und 22 zeigen, dass in dem Bereich der Ausnehmung 6 nun ein LED- Chip 8 montiert wird, der mit seinem Bonddraht 17 auf die Bondfläche 9 geführt ist und dort elektrisch kontaktiert ist.
Die Figur 21 zeigt demzufolge eine fertig bestückte Leiterplatte mit einer einzigen LED und einer Licht fokussierenden Reflektionsschicht 3, wie anhand der Figuren 23 und 24 näher erläutert wird.
Dort ist erkennbar, dass die Licht abgebende LED 8 zunächst direktes Licht in Pfeilrichtung 18 nach oben abgibt und ein Teil des Lichtes gelangt seitlich auf die schräg geneigten Wandungen 16 und wird dort als reflektiertes Licht in Pfeilrichtung
19 abgegeben. Voraussetzung hierfür ist, dass die Licht abgebende LED unterhalb der schräg geneigten Wandungen 16 des Spiegelreflektors angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass seitliches Licht auf die schräg geneigten Wandungen 16 trifft und als reflektiertes Licht nach oben abgegeben wird.
Die Figur 25 zeigt eine alternative Ausführungsform zur Ausführung nach Figur 23 und 24. Hier ist erkennbar, dass eine Basisschicht 13 als Isolationsschicht mehrfach gedruckt wurde, wobei die Druckvorgänge immer so ablaufen, dass zunächst eine erste Isolationsschicht 13 gedruckt wird, die schnell aushärtet und auf die ausgehärtete Schicht eine weitere Schicht gedruckt wird, um so den Aufbau nach Figur 25 zu erhalten. Auf die so hergestellten schrägen Wandungen 16 wird dann im vorher beschriebenen Inkjet-Druckverfahren die Reflektionsschicht 3 aufgedruckt.
Wichtig hierbei ist, dass die Reflektionsschicht 3 gemäß Figur 26 den gesamten Bereich 8, 9 umgibt, um so eine möglichst großflächige Spiegelfläche zu erreichen.
Die Figuren 27 und 28 zeigen sich an den Verarbeitungsschritt 25 anschließenden weiteren Verarbeitungsschritt, wobei im Bereich der Ausnehmung 6 nun ein LED- Chip 8 montiert wird, der mit seinem Bonddraht 17 elektrisch leitfähig mit der benachbarten Bondfläche 9 verbunden wird.
Auch bei dieser Ausführungsform wird gemäß Figur 29 und 30 direktes Licht in Pfeilrichtung 18 direkt nach oben abgegeben und ebenso reflektiertes Licht an den schräg geneigten Wandungen 16 in Pfeilrichtung 19 nach oben abgegeben. Die Wandungen 16 müssen nicht notwendigerweise linear geneigt sein. Es kann auch vorgesehen sein, die Wandungen 16 parabelförmig auszubilden, um so einen Parabol-Reflektor zu ermöglichen.
Dank des erfindungsgemäßen Tinten-Druckverfahrens und des Schichtaufbaus der unterhalb der Reflektionsschicht 3 angeordneten Schichten kann somit jede beliebige Kontur einer Spiegelwandung erzielt werden.
Dies zeigt auch die Figur 31 , wo im Vergleich zu Figur 29 erkennbar ist, dass die rechtsseitige Reflektorfläche als ebene Reflektorfläche ausgebildet ist, während die linksseitige Reflektorfläche die vorher beschriebene, schräge Wandung 16 aufweist.
Mit der Anordnung nach Figur 31 ergibt sich somit eine asymmetrische Lichtverteilung, während bei der Figur 29 eine symmetrische Lichtverteilung gegeben ist.
Neben einer ebenen Reflektionsfläche 20 wird somit auch eine geneigte Reflektionsfläche 21 erreicht. Die Figur 33 und 34 zeigen in Abweichung zu den vorher genannten Ausführungsbeispielen, dass es nicht notwendig ist, die Isolationsschicht 13 im Tintendruckverfahren aufzudrucken.
In dieser Ausführungsform ist eine Basisschicht 22 im Tauchverfahren auf die Oberfläche der Deckschicht 4 der Leiterplatte aufgebracht. Es handelt sich somit um einen aushärtbaren Kunststoff, der die gesamte Leiterplatte umgibt und der die Basisschicht 22 für den späteren Reflektoraufbau bildet.
Gemäß Figur 35 und 36 wird auf diese Basisschicht 22 ein Photofilm 23 aufgeklebt, der passergenau als Maske so aufgeklebt wird, dass die für die späteren Bestückungsvorgänge notwendigen Flächen 8, 9 freigelassen werden.
Gemäß Figuren 37 und 38 wird der Photofilm 23 mit einer UV-Belichtung 24 bestrahlt und gemäß Figur 39 und 40 chemisch entwickelt. Es bildet sich dann ein Fotosubstrat 25, welches passergenau die Flächen 8, 9 im Bereich der Ausnehmung 6 umgibt.
Gemäß Figur 41 und 42 wird nun dieses Fotosubstrat 25 im Siebdruckverfahren mit der Reflektionsschicht 3 bedruckt.
Hierbei ist das Sieb 26 mit einer entsprechenden Siebmaske beschichtet, die ermöglicht, dass das Sieb nur im Umgebungsbereich der Ausnehmungen 6 und Umgebungsbereich der Flächen 8, 9 verschlossen ist, während es im übrigen Randbereich offen ist und für die Beschichtung einer Reflektorfarbe 28 vorgesehen ist, die in Rakelrichtung 29 mit einem Rakel 27 durch die offenen Bereiches des Siebes 26 hindurchgepresst wird. Auf diese Weise wird im Siebdruckverfahren nur der Umgebungsbereich der Ausnehmung 6 und der Flächen 8, 9 mit der Reflektorschicht 3 beschichtet.
Die Figuren 43 und 44 zeigen, dass nun die Montage der LED 8 stattfindet und der Bonddraht 17 wird elektrisch leitfähig mit der Bondfläche 9 verbunden. Die Figuren 45 und 46 zeigen als erweitertes Ausführungsbeispiel gegenüber Figur
43 und 44, dass es zusätzlich möglich ist, dje gesamte Anordnung nach Figur 43 und
44 mit einer Farbkonversionsschicht 30 zu überdecken.
Es handelt sich hierbei um einen transparenten, aushärtbaren Kunststoff, der Farbpigmente enthält, um so das von der LED ausgesendete Licht in eine andere Lichtfarbe umzusetzen.
Es wird hierbei bevorzugt, wenn die Farbkonversionsschicht halbkugelförmig über den Aufbau der LED angeordnet wird, und auch teilweise die spiegelnde Reflektionsschicht 3 überdeckt.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sowohl direktes Licht von der LED als auch von der Reflektionsschicht reflektiertes Licht die Farbkonversionsschicht 30 erreicht und dort zu einer hochwirksamen Änderung der Lichtfarbe beiträgt.
Ein solcher Strahlenverlauf ist in Figur 47 und 48 dargestellt, wo erkennbar ist, dass das von der LED 8 ausgesendete Licht sowohl als direktes Licht in Pfeilrichtung 18 die Farbkonversionsschicht 30 durchsetzt, als auch als reflektiertes Licht 19 zunächst an der Innenseite der Farbkonversionsschicht 30 reflektiert wird, erneut auf die Reflektionsschicht 3 auftrifft und als indirektes Licht in Pfeilrichtung 19 die Farbkonversionsschicht durchsetzt.
Somit gelangt auch durch Streuung in der Farbkonversionsschicht 30 abgelenktes Licht auf die ebenen Reflektionsflächen 20 der Reflektorschicht 3.
Die Figuren 49 und 50 zeigen, dass es neben den vorher dargestellten rechteckförmigen oder quadratischen Spiegelflächen auch jede andere Möglichkeit gibt, die Form der Spiegelfläche zu verändern. Hierbei zeigt die Figur 50, dass eine solche Spiegelfläche (ebene Reflektionsfläche 20) auch elliptisch ausgebildet sein kann.
Auch diese Anordnung kann mit einer Farbkonversionsschicht 30 beschichtet sein. Die Figuren 51 und 52 betreffen alle vorher genannten Ausführungsbeispiele und zeigen in Ergänzung zu allen vorher genannten Ausführungsbeispielen als zusätzliche Möglichkeit, dass mehrere LEDs in einer solchen Ausnehmung oder gegebenenfalls in mehreren Ausnehmungen 6 auf einer fertig hergestellten Leiterplatte montiert werden können. Dementsprechend wird die Art und Anordnung der Reflektionsschicht 3 verändert, um jeder LED-Fläche 8 eine Bondfläche 9 zuordnen zu können.
Dies istjn den Figuren 53 und 54 dargestellt. Es sind insgesamt zwei LEDs vorgesehen, die getrennt mit ihren Bonddrähten 17 auf einer benachbarten Bondfläche 9 kontaktiert sind. Neben den hier dargestellten Spiegelflächen als ebene Reflektionsflächen 20 können alle vorher genannten Ausführungsformen von Reflektionsflächen verwendet werden.
Ebenso zeigt das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 55 und 56, dass auch mehrere LEDs jeweils mit einer getrennten Farbkonversionsschicht 30 überdeckt sein können.
Auf diese Weise werden auf der Reflektionsfläche 20 mehrere LEDs mit gegebenenfalls unterschiedlicher Lichtfarbe angeordnet, die noch zusätzlich jeweils unter einer gemeinsamen oder auch unter einer getrennten Farbkonversionsschicht
30 angeordnet sind. Auf diese Weise kann durch die Anordnung verschiedenfarbiger
LEDs mit zusätzlichen Farbkonversionsschichten eine Weiteeinstellung einer gewünschten Lichtfarbe erfolgen.
Die Figur 57 zeigt schematisiert den Prozessfluss nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren.
In den Prozessschritten 31-33 ist dargestellt, dass beim Herstellen der Leiterplatte diese zunächst nach dem letzten Herstellungsprozess im Prozessschritt 31 im Prozessschritt 32 gereinigt wird, um danach im Prozessschritt 33 den Reflektor im Druckverfahren aufzubringen.
Diese vorbereitete Leiterplatte wird nun gemäß... Die nun so fertig hergestellte Leiterplatte, die bereits schon den fertigen Reflektor trägt, wird zum Kunden transportiert und dort im Prozessschritt 34 gereinigt.
In den Prozessschritten 35 bis 37 erfolgt das Bestücken mit LEDs, das Löten von Bauelementen und das Bonden.
Gegebenenfalls kann sich an den Prozessschritt 37 noch der Prozessschritt 38 mit Aufbringung der Farbkonversionsschicht 30 anschließen. Die Prozessschritte 39, 40 dienen der weiteren Verarbeitung der Leiterplatte beim Kunden.
Anstatt eines LED-Chips kann auch eine Foto-Diode zur Lichterfassung verwendet werden. In diesem Anwendungsfall kann der gewölbte Spiegel zur Fokussierung des Lichts auf die Foto-Diode verwendet werden.
Zusammenfassend wird festgestellt, dass ein hochwirksamer Spiegel direkt auf die Oberfläche einer herkömmlichen Leiterplatte appliziert wird. Entsprechend der Strukturierung der Basisschicht kann demzufolge ein Planspiegel oder ein gewölbter Spiegel zur Lichtlenkung oder Fokussierung erstellt werden. Durch die Verwendung einer schützenden Deckschicht 4 können Umwelteinflüsse oder die Gefahr der Ausblühung oder Zersetzung der Reflektorschicht 3 vermieden werden.
Das Anwendungsgebiet der Erfindung betrifft demzufolge Standard-Leiterplatten und Leiterplatten, bei denen ein Sensor, z. B. eine Fotodiode montiert ist. Ebenso kann eine Laserdiode verwendet werden, um die ausgesandten Strahl in eine bestimmte Richtung zu richten oder zu fokussieren.
Zusammenfassend werden die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Leiterplatte dargestellt:
1. alle (zumindest 3) Schichten 2, 3 , 4 müssen lötbeständig sein.
2. die Basisschicht 2 oder die Mehrzahl der Basisschichten 2a-2c zur Ausbildung eines dreidimensionalen Reflektors können auch ein Epoxidharz sein. 3. Die spätere Spiegel-Schicht 3 kann bekeimt werden (Palladium, etc.) und dann elektrochemisch oder galvanisch verspiegelt werden. Dann wäre eine Deckschicht 4 zwingend erforderlich.
4. Diese Deckschicht 4 muss hoch transparent trotz Lötbad bleiben - das könnte natürlich ein transparenter Lötstopplack sein, z.B. Probimer
5. Für einen Parabol-Reflektor ist der LED-Emitter annähernd genau im Brennpunkt zu positionieren.
6. Weiters kann ein Reflektormaterial der Reflektorschicht 3 auch eine Farbkonversion bzw. Farbänderung bewirken, da Reflektoren i. A. eine wellenlängenspezifische Reflektion haben.
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Reflektivität einer Leiterplatte an den LED-umgebenden Bereichen wesentlich verbessert wird. Während mit den herkömmlichen weißen Lötstoppmasken lediglich Reflektionsgrade von 20 bis 60% erreicht werden konnten, ergeben sich mit der technischen Lehre der Erfindung r Reflektionsgrade von 90 bis 95%.
Der Reflektionsgrad hängt im Übrigen von der Wellenlänge des von der LED abgegebenen Lichtes ab.
Mit der technischen Lehre der Erfindung wird somit die Lichtausbeute und Leuchtdichte herkömmlicher, auf Leiterplatten montierter LEDs in wesentlichem Maß gesteigert. Zeichnungslegende
1 Leiterplattensubstrat 25 22 Basisschicht
2 Basisschicht, 2a, 2b, 2c (Tauchverfahren)
3 Reflektorschicht 23 Photofilm
4 Deckschicht 24 UV-Belichtung
5 Leiterbahn 25 Fotosubstrat
6 Ausnehmung 30 26 Sieb
7 Lötstoppmaske 27 Rakel
8 LED-Chip 28 Reflektorfarbe
9 Bondfläche 29 Rakelrichtung
10 Druckkopf 30 Farbkonversionsschicht
11 Tinte 35 31 Prozessschritt
12 Druckrichtung 32 Prozessschritt
13 Isolationsschicht 33 Prozessschritt
14 Schutzschicht 34 Prozessschritt ,
15 Kantenabschluss 35 Prozessschritt
16 Wandung (geneigt) 40 36 Prozessschritt
17 Bonddraht 37 Prozessschritt
18 Pfeilrichtung (direkt) 38 Prozessschritt
19 Pfeilrichtung (reflektiert) 39 Prozessschritt
20 ebene Reflexionsfläche 40 Prozessschritt
21 geneigte Reflexionsfläche

Claims

Patentansprüche
1. Leiterplatte mit Lichtquelle zu Beleuchtungszwecken mit mindestens einer LED, die elektrisch leitfähig mit Leiterbahnen (5) der Leiterplatte (1 ) verbunden ist und deren Licht über einen auf der Leiterplatte angeordneten Reflektor in gerichtetes Licht umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor als Reflektorschicht (3) ausgebildet ist, die auf die Leiterplatte (1) aufgedruckt ist.
2. Leiterplatte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass unter der Reflektorschicht (3) eine Basisschicht (2a-2c) zum Ausgleich von Unebenheiten auf der Leiterplatte (1 ) gedruckt ist.
3. Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorschicht (3) mit einer transparenten Schutzschicht abgedeckt ist.
4. Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgedruckte Reflektorschicht (3) aus einer schnell trocknenden Tintenzusammensetzung besteht.
5. Leiterplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tintenzusammensetzung aus einer Tinte mit metallischen Pigmenten besteht.
6. Leiterplatte nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tintenzusammensetzung aus einer Tinte mit nicht-metallischen Pigmenten besteht.
7. Leiterplatte nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die schnell aushärtbare Tinte (11 ) während des Druckvorgangs im Bereich der Wandung (16) verfließt und so schräge Reflektorflächen bildet, die einen Fokussierungseffekt einer im Bereich der Ausnehmung (6) montierten LED erreichen.
8. Leiterplatte nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht abgebende LED unterhalb der schräg geneigten Wandungen (16) des Spiegelreflektors angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass seitliches Licht auf die schräg geneigten Wandungen (16) trifft und als reflektiertes Licht nach oben abgegeben wird.
9. Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte (1 ) mit einer Reflektorschicht (3) und einer oder mehreren darauf elektrisch leitfähig kontaktierten LEDs, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Reflektorschicht (3) auf die Oberfläche der Leiterplatte (1 ) aufgedruckt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche der Leiterplatte (1 ) zunächst eine Basisschicht (2a-2c) aufgedruckt wird, bevor die
Reflektorschicht (3) aufgedruckt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisschicht (2a-2c) in mehreren Schichten übereinander gedruckt ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisschicht (2a-2c) die Basisschicht (2a-2c) dreidimensional geformt ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Reflektorschicht (3) eine transparente Deckschicht (4) als Schutzschicht gedruckt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass während des Laminationsprozesses der Leiterplatte am Ort der späteren Reflektorschicht (3) mittels Pressblechen 3D-Erhöhungen oder Prägungen in der Kupferoberfläche (Leiterbahnschicht 5) eingeformt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorschicht (3) als Oxidschicht mit edlen Metallen, wie Gold, Silber und dgl. ausgebildet wird.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorschicht (3) im Tintenstrahldruck aufgebracht ist.
17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorschicht (3) im Siebdruckverfahren aufgebracht ist.
18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorschicht (3) im Tampondruck oder Hoch- oder Tiefdruck aufgebracht ist.
19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisschicht (2a-2c) nach einem oder mehreren der oben genannten Druckverfahren aufgedruckt wird.
20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass auch die transparente oder teil-transparente Deckschicht (4) nach einem oder mehreren der oben genannten Druckverfahren aufdruckt ist.
21. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Reflektorschicht (3) zunächst eine Silberschicht als Keimschicht für den nachfolgenden Auftrag einer galvanischen Beschichtung mit Kupfer verwendet wird.
22. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorschicht (3) durch eine strukturierte Fotobelichtung hergestellt wird.
23. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorschicht (3) nach dem Aufbringen durch ein Elektropolieren oder ein nasschemisches Verfahren geglättet wird.
24. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorschicht 3 positiv oder negativ (konvex oder konkav) gewölbt ausgeformt wird.
25. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1 ) mindestens am Ort der Reflektorschicht (3) durch ein Formdrück- oder Tiefziehverfahren dreidimensional verformt wird.
26. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbung der Leiterplatte (1 ) am Ort der Reflektorschicht (3) durch mechanische Verformung, z. B. durch Formpressen, Prägen, Fräsen oder andere spanabhebende Verfahren erfolgt.
27. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbung der Leiterplatte (1 ) am Ort der Reflektorschicht (3) durch auftragende Verfahren, wie Tintenstrahldruck oder Tampondruck erfolgt.
28. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer mit mindestens einer LED (8) und mindestens einer Reflektorschicht (3) ausgerüsteten Leiterplatte (1 ) folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
1. Freilegung der obersten Leiterbahnschicht (5) zur Ausbildung von Ausnehmungen (6) zwecks Freilegung des darunter liegenden Leiterplattensubstrats (1 ) und Schaffung einer Montagefläche für die LED (8)
2. Anordnung einer elektrisch leitfähigen Bondfläche (9) in der Nachbarschaft der Montagefläche für die LED (8)
3. Anbringung einer Lötstoppmaske (7) auf die oberste Leiterbahnschicht (5)
4. Gegebenenfalls einfacher oder mehrfacher Druck einer Basisschicht (2a-2c) 5. Druck der Reflektorfläche (3) im Umgebungsbereich der Montagefläche für die
LED (8) und der Bondfläche (9) mit einem oder mehreren der oben genannten
Druckverfahren, insbesondere mittels Tintenstrahldruck.
6. Gegebenfalls Druck einer die Reflektorfläche (3) mindestens teilweise abdeckenden Deckschicht (4)
29. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgedruckte Reflektionsschicht (3) mit schräg gerichteten Wandungen und die darauf aufgedruckte weitere Lage der Isolationsschicht 3 ebenfalls abgeschrägte zur Ausnehmung (6) hin geneigte Wandungen ausbildet , so dass sich insgesamt geneigte Wandungen (16) eines Spiegelreflektors bilden.
30. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die schnell aushärtbare Tinte (11 ) während des Druckvorgangs im Bereich der Wandung (16) verfließt und so schräge Reflektorflächen bildet, die einen Fokussierungseffekt einer im Bereich der Ausnehmung (6) montierten LED erreichen.
31. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die LED mit einer Farbkonversionsschicht (30) überdeckt wird.
32. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass auch mehrere LEDs jeweils mit einer getrennten Farbkonversionsschicht (30) überdeckt werden.
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