JP2002539626A - 光電素子 - Google Patents

光電素子

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Abstract

(57)【要約】 【課題】基板に容易にかつ正確に実装することが出来る、タイプの光電素子を提供すること。光電素子を基板上に容易に設けることが出来る方法を提供すること。 【解決手段】光電素子（1）は、導電層（4, 4'）を有する電気回路（3、3'）を備えた基板上に実装される。前記光電素子（1）は、予め選択された波長範囲の光を発する本体（5）を有し、かつ導電層（4, 4'）に接触する電流導体（7, 7'）を有する。本発明によると、接着剤の材料（8）は、基板（2）に対して間隙を保って基板（2）上に光電素子（1）を実装するために使用され、本体（5）が、接着剤の材料（8）を介して前記基板（2）に接触する。接着剤の材料（8）は、動作中、本体（5）を冷却する機能を有する熱伝導性の材料であることが好ましい。信頼出来る相互接続を形成するために、電流導体（7, 7'）の幾何学形状は、小さい張力（1 Nのオーダ）が、前記電流導体（7, 7'）と前記伝導性層（4, 4'）間の溶接個所に存在するように最適化される。この張力により、光電素子（1）は接着剤（8）内に確実にプレスされる。この小さい張力は、レーザ溶接のプロセスの「プレス」ステップ中に、電流導体（7, 7'）を調整することによって得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、導電層を有する電気回路を備えた基板上の光電素子であって、
【０００２】 当該光電素子が、動作中、既定の波長範囲の光を発する本体を含み、かつ
【０００３】 当該光電素子には、前期導電層に接触する電流導体が設けられている、 光電素子に関する。 本発明は、導電層を有する電気回路を備えた基板上に光電素子にを設ける方法で
あって、
【０００４】 当該光電素子が、動作中、既定の波長範囲の光を発する本体を有し、
【０００５】 当該光電素子には、前記基板上に前記光電素子が設けられた後、前記導電層に
電気的に接触する電流導体が設けられる、 方法にも関する。
【０００６】
【従来の技術】
光電素子は、エレクトロルミネセンス素子（例えば、発光ダイオード（LED）
）を有する。この様な光電素子は、一般的な照明用アプリケーション用の白色ま
たは有色の光源として、及び（例えば、交通制御システム、車両、航空機あるい
は他の輸送手段または輸送システムでの）表示灯における有色または白色の光源
として、使用される。近年、GaPベースの黄色と赤色の発光ダイオードの他に、G
aNベースの発光効率の大きい青色と緑色の発光ダイオードも開発されて来ている
。
【０００７】 第一パラグラフに記載の光電素子は、ドイツ特許第4420698号から公知である
。当該明細書には、本体と電流導体を有する光電素子であって、この光電素子が
、アダプタの電流供給導体を介して、光電素子の電流導体の導通を可能にするチ
ャンネルが設けられているソケットを有するアダプタにより、基板上の導電層に
接続されている光電素子が記載されている。この様なアダプタは、表面実装技術
において（例えば、いわゆるSMD技術（Surface Mounted Device）において）使
用される。チャンネルが設けられているソケットを有するアダプタを使用するこ
とは、光電素子を配置しかつそれを基板に接続するために追加のパーツが必要で
あるという点で不利である。別の好ましくない点は、この公知の光電素子が、追
加の接続を必要とする点である。この理由は、この公知の光電素子の電流導体が
、アダプタの電流供給導体（これは基板上の導電層にも接続される）に接続され
るからである。これに加えて、光電素子を小さい筐体に実装することが望ましい
場合、このアダプタは、余分のスペースを占めるので、好ましくない。この公知
の光電素子の更なる欠点は、動作中のその熱バランスが相対的に悪い点である。
【０００８】
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、基板上に容易にかつ正確に実装することが出来る、第一パラグ
ラフに記載されたタイプの光電素子を提供することである。本発明の別の目的は
、光電素子を基板上に容易に設けることが出来る方法を提供することである。 これを達成するために、第一パラグラフに記載されたタイプの光電素子は、本発
明によると、前記光電素子の前記本体が、当該基板に対して間隙を保って前記基
板上に既定の位置で接着材により結合され、前記本体が前記接着剤を介して前記
基板に接触することを特徴とする。
【００１０】 接着剤の使用は、光電素子が、直接、かつ前記公知の光電素子とは相違して、
ソケットを有するアダプタを用いずに基板に接続される、という利点を有する。
この結果、ソケットを有するアダプタの使用は、必要なくなり、これによりコス
トは低減し、これに加えて、省空間効果も得られる。更に、接着剤の使用により
接続が形成されるので、実装中に、光電素子を基板上の既定の位置に正確に配置
することが出来る。
【００１１】 第一パラグラフ記載の光電素子を基板上に設ける方法は、前記光電素子の前記
本体が、当該基板に対して間隙を保って前記基板上に既定の位置で接着剤により
提供され、当該本体が前記接着剤を介して前記基板に接触することを特徴とする
。
【００１２】 基板上に光電素子を実装する間、一般には、最初本体は接着剤内に設けられる
。これは、接着剤が（まだ）本体が基板に対して移動可能である段階（例えば、
接着剤がまだ（充分に）硬化してない時）に、行うことが好ましい。実装の間、
光電素子を、光電素子の本体が基板に接触しないように、かつ好ましくは、光電
素子の電流導体が基板に対して露出するように設ける。これにより、光電素子の
配置の自由度が大きくなり、光電素子の移動中、基板上の電気回路または導電回
路に損傷（例えば、スクラッチ）を与えることなく、電流導体を得ることが出来
る。この様な損傷は、欠陥のある望ましくない（電気的）接続を生じる可能性が
ある。光電素子を実装する間に、基板に対して露出している電流導体の別な利点
は、相対的に薄い接着剤層を使用することが出来る点と、光電素子を基板上に位
置決めした後、（反り返る）電流導体により光電素子が接着剤から持ち上げられ
ることがないという点にある。
【００１３】 接着剤により、本体は、基板に対して間隙を持つように配置される。また、接
着剤により、光電素子は、電流導体を基板に接続する間、基板上の既定の位置に
保たれる。光電素子が所望の位置に設けられかつそこに配置された後、電流導体
は、既定の位置で導電層に接続される。この目的のために、接続プロセスの間、
電流導体に力が加えられ、導電層に接続される電流導体の部分が、導電層の関連
した対応する部分に接触する。別の実施例の場合、最初、電流導体に力が加えら
れ、電流導体と導電層の対応する部分の間の距離が、既定の相対的に小さい値に
設定され、その後電流導体が導電層に接続される。
【００１４】 本発明による光電素子の好適実施例は、前記電流導体が、張力（tensile forc
e）が加えられている間に、前記導電層に接続されることを特徴とする。 張力の利点は、光電素子の本体が、ばね圧のもとで接着剤に結合されるという点
にある。これにより、本体と接着剤間の永続する強い接触が、保証される。 前記電流導体と前記導電層間の接続の前記張力が、0.4と2.0 N間の範囲にあるこ
とが好ましい。
【００１５】 本発明による光電素子の別の実施例の場合、前記電流導体が、前記導電層に、
実質的にストレスが存在しないように接続される。電流導体と基板の間に得られ
る接続に、少なくとも実質的に、張力が存在しないことにより、動作寿命に渡る
接続の信頼性が改善される。
【００１６】 本発明の別の目的は、熱バランスが改善された光電素子を提供することである
。これを達成するために、本発明の光電素子の特に好適な実施例は、前記接着剤
が熱伝導性であることを特徴とする。この実施例の場合、接着剤は、光電素子の
配置めを改善する手段として使用されるだけではなく、動作中、光電素子から接
着剤に熱を放散する、いわゆるヒートシンクとして使用される。熱伝導性接着剤
の適用は、特に、光の出力が温度に依存する光電素子にとって重要である。他に
も、熱伝導性接着剤の使用は、光電素子の耐用寿命も改善する。特に適切なタイ
プの接着剤は、それ自身は公知であるタイプの接着剤と熱伝導性フィラの混合物
を有する。相対的に薄い接着剤層を使用することにより、光電素子の熱放散も、
改善される。接着剤層の厚みは、50 μm未満であることが好ましい。
【００１７】 本発明による光電素子の別の好適実施例は、前記基板に、動作中、前記接着剤
を介して前記本体から前記基板に熱を放散する手段が設けられていることを特徴
とする。これにより、光電素子から発生する熱は、接着剤を介して基板へ効率的
に放散される。
【００１８】 前記光電素子の前記電流導体は、レーザ溶接により前記基板の導電層に接続さ
れることが、好ましい。レーザ溶接は、熱が、相対的に極めて短時間に、極めて
局所的に電流導体に供給される、という利点を有する。これにより、光電素子へ
望ましくない熱が流入し、当該光電素子に損傷を与える可能性が、防止される。
これに加えて、レーザ溶接は、電流導体と基板との間の接続を、基板上の既定の
位置に正確に行うことを可能にする利点を有する。結果的に得られる溶接箇所の
外観は、レーザ溶接の特徴である。
【００１９】 基板には、アルミニウムベースの層と、ガラス繊維で補強された絶縁層と、電
気回路が、例えば、腐食処理により設けられている銅の最上層とを有する、いわ
ゆる金属ベースのプリント回路基板（PCB）を使用することが、極めて適してい
る。熱伝導係数の大きい銅により、接着剤を介して基板に達する、光電素子が発
生する熱の放散は、増大する。別の実施例の場合、基板は、PCBが設けられてい
る金属コアベースのプレートを有する。
【００２０】 前記光電素子が、発光ダイオードを有することが好ましい。本発明による光電
素子の別の好適実施例は、前記光電素子が光を発する前記波長範囲が、550 nmよ
り長い波長を含むことを特徴とする。特に、この（黄色、赤色あるいは赤外の）
波長範囲の光を発する光電素子（例えば、発光ダイオード）は、温度に対して敏
感である、すなわち、光電素子の光の出力は、温度に依存する。一般に、黄色及
び赤色発光ダイオードは、AlInGaPをベースに作られ、そして、青色及び緑色発
光ダイオードは、InGaPをベースに作られる。
【００２１】 本発明の上記及び上記以外の観点は、以下に説明される実施例を参照にして明
らかになるであろう。
【００２２】
【００２３】
【発明を実施するための形態】
貼付の図は、純粋に線図的で、正しい比例関係には示されていない。特に明快
さのために、一部の寸法は、大きく誇張されている。これらの図で、同一のパー
ツには、可能な限り、同一の参照番号が付されている。
【００２４】 図1は、光電素子1が、導電層4, 4' を有する電気回路3, 3'を備えた基板2上に
設けられた本発明の光電素子1の一実施例の断面図である。光電素子は、動作中
、既定の波長範囲の光を発する本体5から成る。適切な光電素子は、例えば、特
定の色の光を発する、または、例えば、発光材料との組み合わせで白色光を発す
るような発光ダイオード（LED）のいわゆるエレクトロルミネセンス素子である
。図1に示される実施例の場合、本体5には、（例えば、レンズ形状の）光伝送被
覆5' が設けられている。光電素子1には、導電層4, 4' と接触する電流導体7, 7
' が設けられている。本発明の方法によると、光電素子1の本体5は、熱伝導性の
接着剤8により既定の位置で基板2に結合され、本体５と基板2の接触が、接着剤8
を介して形成される。
【００２５】 本体5と基板2には、間隙が設けられている。特に適するタイプの接着剤は、そ
れ自身は公知であるタイプの接着剤と熱伝導性のフィラとの混合物である。この
フィラは、例えば、既定の直径のフィラ粒子を有することが出来る。この場合、
フィラ粒子の直径により、本体5と基板2間の距離の下限が決まる（この例の場合
、フィラ粒子は、いわゆるスペーサとして機能する）。相対的に薄い接着剤層を
使用することによって、光電素子1の熱放散もまた改善される。接着剤層の厚み
は、50μm未満であることが好ましい。接着剤層の特に適した厚みは、35μmであ
る。別の実施例の場合、接着剤8は、両面に接着剤が設けられている薄いテープ
である。このテープは、良好な熱伝導特性を有することが有利である。
【００２６】 図2〜5により、基板上の光電素子の配置及び光電素子の基板への接続を含む、
本発明の方法を、ステップごとに説明する。図2で、光電素子が、基板2上の既定
の位置に配置される。本実施例の場合、基板2は、標準的な、いわゆるPCB（プリ
ント回路基板）3, 3' が設けられているアルミ製ベースのプレートを有する。光
電素子1の電流導体7, 7' は、ステンレス鋼から製造され、特別な幾何学形状を
示す。ステンレス鋼を使用することは、それが、強靭な材料であり、かつ電流導
体7, 7' を熱伝導性の層4, 4' に接続する間に生じる相対的に高い温度に耐える
ことが出来る、という利点を有する。電流導体7, 7' は、基板2に対して露出さ
れている。このことは、相対的に極めて薄い接着剤層を使用することを可能にし
、かつ基板上に光電素子を配置した後、この（反り返る）電流導体が、光電素子
を接着剤の外へ押し出さない、という利点を有する。
【００２７】 接着剤8により、本体5は、基板2 に対して間隙を有するように配置される。こ
れにより、光電素子1を配置する際の大きな自由度が、得られる。
【００２８】 図2に示されるように、基板2 上に光電素子1 を実装する場合、本体5 は、熱
伝導性接着剤8 内に設けられる。このことは、接着剤8 が、（まだ）本体5 が基
板2 に対して移動可能である段階（例えば、接着剤8 がまだ（充分に）硬化して
いない時）に行うことが好ましい。この熱伝導性接着剤8 により、光電素子1は
、基板2 に電流導体7, 7' を接続する間、基板2 上の既定の位置に配置される。
接着剤8 の熱伝導特性により、動作中、熱を光電素子1 の本体5 から接着剤8 に
放散することが可能になる。これは、特に、その光の出力が温度に依存する光電
素子1 にとっては、重要である。これに加えて、熱伝導性接着剤8の使用は、光
電素子1の動作寿命を改善する。
【００２９】 図2の場合、電流導体7, 7' は、いわゆる「溶接パッド」（溶接エイド）の位
置で、導電層4, 4'より上にかなり離れた距離にある。この溶接パッドにより、
本方法の後の段階で、電流導体7, 7' への良好な接続を達成することが出来る。
当該溶接パッドは、例えば、電気回路3にハンダ付けされる。電流導体7, 7' と
電気回路3 の導電層4, 4' 間の距離は、図2で、大きすぎるため電流導体7, 7'
と導電層4, 4' 間を（直接）接続することは出来ない。このため、いわゆる調整
ステップの間に、電流導体7, 7' は、電流導体7, 7' と導電層4, 4' の間に、コ
ントロールされた相対的に小さい隙間を得るために、規定の方法で曲げられる。
この調整ステップ中（図3参照）に、力10 が、電流導体7, 7' 上に加えられる。
図4は、調整後の状況を示す。電流導体7, 7' は、例えば、弱部が形成されてい
る位置（図7参照）で、曲げられる。図4の場合、電流導体7, 7' と導電層4, 4'
の間の距離d は、100μm以下（好ましくは、d＜50μm）であることが好ましい。
続いて、レーザにより、電流導体7, 7' と導電層4, 4' とが電気的に接続される
。図5で、レーザビームは、線図的にビーム11 として表されている。一組の電流
導体7, 7'に複数の溶接を使用することが可能である。電流導体7, 7' と導電層4
, 4' の間のスリットを所望の距離d に減少させると、電流導体7, 7' と導電層4
, 4' 間の接続を、スリットブリッジング（slit-bridging）法により達成するこ
とが出来る。
【００３０】 原則として、図3〜5に示される接続の場合、張力は、ほとんど加えられない。
図3と5に示される方法のステップを組み合わせることによって、電流導体7, 7'
を、既定の張力を加えて、導電層4, 4' に接続することが出来る。これは、例え
ば、電流導体7, 7'に力10 を加える、ハンダコテともなる要素を使用することに
よって行われる。この場合、溶接パッドは、ハンダを有する。当該張力の影響で
、光電素子1 の本体5 は、スプリング圧の下に熱伝導性接着剤8 に結合し、本体
5 と接着剤8 間の永続する強力な接触がもたらされる。張力は、0.4 と2.0 Nの
間の範囲にあることが好ましい。これより大きな値は、光電素子の動作寿命中に
溶接個所に損傷をもたらす可能性があるので、相対的に小さい張力が必要である
。特に適切な張力の値は、1 N である。調整ステップと組み合わせて電流導体7,
7' の幾何学形状を最適化することにより、所望の値の張力を得ることが可能と
なる。
【００３１】 接着剤 8 が硬化する前に、光電素子1 を基板2 上に設けかつ（電気的に）接
続することが好ましい。溶接後のチェックで光電素子1 が正しく機能しない、ま
たは誤った（例えば、誤った色の）光電素子1が設置され、あるいは光電素子1
が、基板2上の既定の位置に正確に設けられていなかったことが判明した場合に
は、光電素子は、基板2 から容易に除去することが出来る。LED 1 の本体5 を基
板2 上の所望に位置に設けかつ電流導体7, 7' と導電層4, 4' 間の接続が所望の
信頼性で行われた場合には、接着剤8 を、例えば、適切な炉の中で硬化させるこ
とが出来る。
【００３２】 図6は、本発明による光電素子の別の実施例の断面図である。この実施例の場
合、基板には、導電層34, 34' が設けられている、いわゆるメタルコアPCB 33が
使用される。適切なメタルコアは、アルミベースのプレートである。 図7は、本発明による光電素子の更なる別の実施例の斜視図を示す。調整ステッ
プの間、電流導体7, 7' の曲げが生じる位置を決定するために、いわゆる弱部41
a, 41b; 41a', 41b' を、電流導体7, 7' の既定の位置に設ける。弱部41a, 41b
; 41a', 41b' を設けることの追加的利点は、調整後の隙間d のサイズ（図4参
照）に、所望の値を与えることが出来ることである。
【００３３】 本発明の請求範囲内で多くの変更が当業者に可能であることは、明らかであろ
う。
【００３４】 本発明の保護の範囲は、上記の実施例に限定されない。本発明は、各々の新規
な特徴及び特徴の各々の組み合わせにおいて実施される。請求項内の参照番号は
、それの保護範囲を制限しない。「comprising」という単語の使用は、請求項に
記載の素子以外の素子の存在を除外するものではない。素子の前の単語「a」ま
たは「an」は、このような素子の複数の存在を除外するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光電素子の実施例の断面図を示す。
【図２】光電素子の基板への配置及び接続を有する、本発明による方法の一ステ
ップを示す。
【図３】光電素子の基板への配置及び接続を有する、本発明による方法の一ステ
ップを示す。
【図４】光電素子の基板への配置及び接続を有する、本発明による方法の一ステ
ップを示す。
【図５】光電素子の基板への配置及び接続を有する、本発明による方法の一ステ
ップを示す。
【図６】本発明による光電素子の別の実施例の断面図を示す。
【図７】本発明による光電素子の更なる別の実施例の斜視図を示す。
【符号の説明】
1 光電素子 2 基板 3 電気回路 4 電気伝導層 5 本体 7 電流導体 8 接着剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パーデュイン アマンド ビー オランダ国 5656 アー アー アインド ーフェン プロフホルストラーン ６ (72)発明者 アブラハムス ギボ ジェー オランダ国 5656 アー アー アインド ーフェン プロフホルストラーン ６ (72)発明者 ウォルタリンク エドウィン エム オランダ国 5656 アー アー アインド ーフェン プロフホルストラーン ６ Ｆターム(参考） 5F041 AA33 AA47 CA34 CB14 DA01 DA19 DA33 DA77 DA83 EE25 FF01 FF11 【要約の続き】 の「プレス」ステップ中に、電流導体（7, 7'）を調整 することによって得られる。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 導電層を有する電気回路を備えた基板上の光電素子であって、 当該光電素子が、動作中、既定の波長範囲の光を発する本体を含み、かつ、 当該光電素子には、前記導電層に接触する電流導体が設けられている 光電素子において、 前記光電素子の前記本体が、当該基板に対して間隙を保って前記基板上に既定
    位置で接着剤により結合され、前記本体が前記接着剤を介して前記基板に接触す
    ることを特徴とする光電素子。
  2. 【請求項２】 前記電流導体が、張力が加えられている間に、前記導電層に接続されることを
    特徴とする請求項1に記載の光電素子。
  3. 【請求項３】 前記電流導体と前記導電層との間の前記接続の前記張力が、0.4と2.0 Nの間の
    範囲にあることを特徴とする請求項2に記載の光電素子。
  4. 【請求項４】 前記電流導体が、前記導電層に、実質的にストレスが存在しないように接続さ
    れることを特徴とする請求項1に記載の光電素子。
  5. 【請求項５】 前記接着剤が、熱伝導性であることを特徴とする請求項1に記載の光電素子。
  6. 【請求項６】 前記基板には、動作中、前記接着剤を介して前記本体から前記基板に熱を放散
    する手段が設けられていることを特徴とする請求項1または5に記載の光電素子。
  7. 【請求項７】 前記電流導体が、レーザ溶接により前記基板の前記導電層に接続されることを
    特徴とする請求項1または2に記載の光電素子。
  8. 【請求項８】 前記光電素子が、発光ダイオードを有することを特徴とする請求項1または5に
    記載の光電素子。
  9. 【請求項９】 前記波長範囲が、550 nmより長い波長の光を含むことを特徴とする請求項1ま
    たは8に記載の光電素子。
  10. 【請求項10】 導電層を有する電気回路を備えた基板上に光電素子を設ける方法であって、 当該光電素子が、動作中、既定の波長範囲の光を発する本体を有し、 当該光電素子には、前記基板上に前記光電素子が設けられた後、前記導電層に
    電気的に接触する電流導体が設けられる、光電素子を設ける方法において、 前記光電素子の前記本体が、当該基板に対して間隙を保って前記基板上に既定
    位置で接着剤により結合され、前記本体が前記接着剤を介して前記基板に接触す
    ることを特徴とする光電素子を設ける方法。
  11. 【請求項１１】 使用される前記接着剤が、熱伝導性であることを特徴とする請求項10に記載の
    方法。
  12. 【請求項１２】 前記電流導体が、張力が加えられている間に、前記導電層に接続されることを
    特徴とする請求項10に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記電流導体が、前記導電層に、実質的にストレスが存在しないように接続さ
    れることを特徴とする請求項10に記載の方法。
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