JP2006310653A

JP2006310653A - Ｌｅｄランプ、および基板搭載部品の実装方法

Info

Publication number: JP2006310653A
Application number: JP2005133384A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Sakai; 和宏酒井; Masashi Matsuda; 将志松田
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd; Koha Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd; Koha Co Ltd
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2006-11-09

Abstract

【課題】既存の実装装置を用いながらも基板の実装状態で所望の光学特性を得ることができるＬＥＤランプおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】反射面１１０，１１１を有するケース１１を凹凸係合させる突起５０１，５１１の中心を通る実装ラインＬを仮想的に設定し、この実装ラインＬ上にＬＥＤ素子２を実装するようにしたので、ケース１１とＬＥＤ素子２の位置決め精度が向上し、反射面１１０、１１１に対する各ＬＥＤ素子２からの光入射角が等しくなることによる均一な光放射性が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ素子を複数実装したＬＥＤランプ、およびＬＥＤ素子等の基板搭載部品の実装方法に関し、特に、既存の実装装置を用いながらも基板の実装状態で所望の光学特性を得ることができるＬＥＤランプ、および基板搭載部品の実装方法に関する。

従来の光デバイスとして、複数のＬＥＤ素子を光源として使用し、これらＬＥＤ素子をプリント基板等の実装基板にアレイ状に実装することにより形成されたＬＥＤランプがある。このようなＬＥＤランプにおいては、ＬＥＤ素子の実装精度が低いと光学特性の低下を招くことから、ＬＥＤ素子の基板への実装に±５０μｍの実装精度を要し、実装装置における位置決めが重要となっている。

ＬＥＤ素子をはじめ半導体チップデバイスは小型であり、高い実装性を高速で実現するものとして、エア吸着型のノズル（吸着ノズル）を備えた実装ヘッドを用いて半導体チップデバイスを基板上の実装位置に所定の実装位置で実装する実装装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載された実装装置は、吸着ノズルによって実装された２つの部品の実装基準ポイントおよび後述する２つの実装位置認識ポイントを認識する電子顕微鏡を有し、回路基板への部品実装精度は、２つの実装位置認識ポイントを設けられた実装精度確認用ジグを用いることにより確認する。

特許文献１に記載された実装装置によると、実装装置において回路基板が載置されるステージ上に実装精度確認用ジグを載置し、この実装精度確認用ジグ上に実装ヘッドによって半導体チップデバイスである部品を搭載して固定する。この実装精度確認用ジグ上への実装に基づいて固定された２つの部品の実装基準ポイントおよび２つの実装位置認識ポイントとの位置関係と、回路基板に実際に部品が正しく実装された状態の２つの部品の実装基準ポイントおよび２つの実装位置認識ポイントとの位置関係から実装精度が許容範囲にあるか否かを判断する。
特開２００３−１６８８９２号公報（〔００３５〕〜〔００３８〕、図４）

しかし、従来の実装装置によると、半導体チップデバイスの基板への高精度な実装を行ったとしても、ＬＥＤ素子等の光学デバイスでは基板の組み立て精度や基板そのものの形成精度に起因する光学的特性の変動を生じることがあるため、高精度の部品実装を行ったとしてもＬＥＤランプの光放射むらや光量低下が生じることがある。

従って、本発明の目的は、既存の実装装置を用いながらも基板の実装状態で所望の光学特性を得ることができるＬＥＤランプ、および基板搭載部品の実装方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、第１の位置決め部に応じて設けられる第１の標識と、前記第１の位置決め部と異なる位置の第２の位置決め部に設けられる第２の標識とを有する基板と、前記基板の前記第１の標識と前記第２の標識とを結ぶ実装ラインに沿って実装される複数のＬＥＤ素子とを有することを特徴とするＬＥＤランプを提供する。

また、本発明は、上記目的を達成するため、基板上に形成された第１の標識を検出する第１のステップと、前記基板上の前記第１の標識と異なる第２の標識を検出する第２のステップと、前記第１の標識と前記第２の標識との中心点を結ぶ実装ラインに沿って複数の基板搭載部品を実装する第３のステップとを含むことを特徴とする基板搭載部品の実装方法を提供する。

本発明によると、既存の実装装置を用いながらも基板の実装状態で所望の光学特性を得ることができる。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤ素子の実装装置を示し、（ａ）は実装装置の概略斜視図、（ｂ）は（ａ）の実装装置でＬＥＤ素子を実装された基板の平面図、（ｃ）は（ｂ）の素子中央部分で切断した基板の縦断面図である。

（実装装置１の構成）
この実装装置１は、実装部品であるフェイスアップ型のＬＥＤ素子２を多数保有したＬＥＤ素子供給部３と、先端にＬＥＤ素子２をエアで吸着する吸着コレット４０を有し、吸着コレット４０で吸気した空気を吐出するための吐出管４１とを備えた実装ヘッド４と、実装ヘッド４に吸着保持されたＬＥＤ素子２を実装されるガラスエポキシ等の材料からなる基板５と、基板５の表面に照明光を照射する光源６と、基板５に設けられる位置決め部５０、５１を撮像する基準位置検出カメラ７とを有する。

なお、同実装装置では、基板５を搭載するステージ、ＬＥＤ素子２に接着剤を付着させる接着剤付与部、基準位置検出カメラ７の撮像画像に基づいてＬＥＤ素子２の実装ラインを設定する演算部および制御部等の構成を図示省略している。

吸着ヘッド４は、ＬＥＤ素子２を吸着する平坦状の先端面を有し、その中心部に吸気孔が設けられている。吸気孔は吐出管４１に接続されており、図示しない吸気ポンプを介して空気を吸引することにより先端面に所定の姿勢でＬＥＤ素子２を吸着する。

基板５は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、複数のＬＥＤ素子２をアレイ状に配列可能な矩形状に形成されており、ＬＥＤ素子２の実装時にＬＥＤ素子２の位置決め、および反射鏡等の部材を固定するための位置決め部５０，５１と、Ｃｕめっき等の薄膜によって形成されるＬＥＤ素子実装位置５２と、実装されたＬＥＤ素子２に給電するためのＣｕめっき膜からなる配線パターン５３，５４と、ＬＥＤ素子２のパッド電極と配線パターン５３，５４との間に設けられるワイヤ８とを有する。

光源６は、図１（ａ）に示すように、基準位置検出カメラ７による位置決め部５０，５１の視認が容易となるように基板５に照明光を照射する。

基準位置検出カメラ７は、位置決め部５０，５１の形状を画像認識するものであり、この画像認識結果に基づいて図示しない演算部は位置決め部５０，５１の中心点の座標を特定し、２つの中心点を通るＬＥＤ素子２の実装ラインＬを仮想的に設定する。

基板５の位置決め部５０，５１は、図１（ｂ）に示すように、円柱状の突起５０１，５１１と、突起５０１，５１１の輪郭に応じた形状で設けられて配線パターン５３，５４と同様のＣｕめっき膜からなる環状の標識である識別パターン５００，５１０とを有する。

図２は、図１で説明したＬＥＤ素子実装後の基板に光学部品としてのケースを一体化したＬＥＤランプの構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ部における断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ部における断面図である。

基板５は、図２（ｂ）に示されるように突起５０１，５１１を凹凸係合部としてナイロン等の樹脂材料からなるケース１１が一体化されている。

ケース１１は、複数のＬＥＤ素子２から側面方向に放射される光を反射させてケース１１の外部に放射させる反射面１１０，１１１を有し、反射面１１０，１１１はＬＥＤ素子２の基板実装面から光取り出し方向にかけて開口面積が大になるように傾斜して設けられるとともに、複数のＬＥＤ素子２をシリコン樹脂からなる封止部１１２で封止している。反射面１１１は、ケース１１が突起５０１，５１１によって基板５に対して位置決め固定されることにより、図２（ａ）に示す実装ラインＬから等間隔の位置に配置される。

（ＬＥＤ素子２の実装手順）
図３は、基板へのＬＥＤ素子の実装手順を示すフローチャートである。まず、実装装置１の図示しないステージ上に基板５を搭載し、基準位置検出カメラ７で位置決め部５０の識別パターン５００を検出する（Ｓ１）。次に、検出された識別パターン５００の形状に基づいて位置決め部５０の位置、つまり突起５０１の中心点を特定する（Ｓ２）。次に、基準位置検出カメラ７で位置決め部５１の識別パターン５１０を検出する（Ｓ３）。次に、検出された識別パターン５１０の形状に基づいて位置決め部５１の位置、つまり突起５１１の中心点を特定する（Ｓ４）。Ｓ２およびＳ４のステップで特定された突起５０１，５１１の中心点は座標値として図示しない演算部に入力され、この座標値に基づいて位置決め部５０，５１を通る実装ラインＬが仮想的に設定される（Ｓ５）。次に、このようにして設定された実装ラインＬ上にＬＥＤ素子２を位置決めして実装装置１によりＬＥＤ素子２の実装を行う（Ｓ６）。

（第１の実施の形態の効果）
上記した第１の実施の形態によると、反射面１１０，１１１を有するケース１１を凹凸係合させる突起５０１，５１１の中心を通る実装ラインＬを仮想的に設定し、この実装ラインＬ上にＬＥＤ素子２を実装するようにしたので、ケース１１とＬＥＤ素子２の位置決め精度が向上し、反射面１１０、１１１に対する各ＬＥＤ素子２からの光入射角が等しくなることによる均一な光放射性が得られる。

ＬＥＤ素子２の実装においては、一般的に図１（ａ）に示すＬＥＤ素子実装位置５２を光学的に認識することによって実装されるが、ＬＥＤ素子２を実装された基板５への上記したケース１１等の部品の取り付け精度、又は基板５の組み付け精度によって光学特性のばらつきを生じることがある。図２に示すＬＥＤランプでは、基板５上に精度良くＬＥＤ素子実装位置５２が形成されていたとしても、位置決め部５０，５１の形状精度によってケース１１の装着位置にずれが生じると、反射面１１０、１１１への光入射が均一とはならずに光放射むらが生じる。

これに対し、予め位置決め部５０，５１の形状精度を把握してその中心を結ぶ実装ラインＬを仮想的に設けることで、ケース１１の中心軸とＬＥＤ素子２の実装ラインＬとをケース１１の装着前に一致させることができる。

また、ＬＥＤ素子２を実装するにあたって、ジグや高精度の位置決めが行える実装装置を要することなく、複数のＬＥＤ素子２を基板５毎に高精度で位置決めできるので、ＬＥＤランプの特性向上を実現しながら省コスト性、量産性に優れる。

なお、第１の実施の形態では、２点の位置決め部５０，５１を設けた基板５について説明したが、位置決め部の数および形状は上記した円柱状に限定されず、基板５の一部を切除した切り欠き等であっても良い。また、識別パターン５００，５１０についても光反射性を高めるためにＡｌ等の薄膜で形成しても良い。

（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤ素子の実装装置を示し、（ａ）は実装装置の概略斜視図、（ｂ）は（ａ）の実装装置でＬＥＤ素子を実装された基板の平面図、（ｃ）は（ｂ）の素子中央部分で切断した基板の縦断面図である。

（実装装置１の構成）
第２の実施の形態では、第１の実施の形態で説明した実装装置１を用いて、位置決め部５０，５１としての孔を検出するようにした構成において第１の実施の形態と相違している。

基板５の位置決め部５０，５１は、図４（ｂ）に示すように、円形状の貫通孔５０２，５１２と、貫通孔５０２，５１２の周囲に配線パターン５３，５４と同様のＣｕめっき膜からなる環状の識別パターン５００，５１０とを有する。貫通孔５０２，５１２は、後述するケース１１又はレンズ部２０の位置決めに用いられる。

図５は、図４で説明したＬＥＤ素子実装後の基板にケースを一体化したＬＥＤランプの構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ部における断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ部における断面図である。

基板５は、図２（ｂ）に示されるように貫通孔５０２，５１２を孔係合部としてナイロン等の樹脂材料からなるケース１１の突起１１３，１１４を支持している。

（第２の実施の形態の効果）
上記した第２の実施の形態によると、反射面１１０，１１１を有するケース１１の突起１１３，１１４を孔係合させる貫通孔５０２，５１２の中心を通る実装ラインＬを仮想的に設定し、この実装ラインＬ上にＬＥＤ素子２を実装するようにしたので、第１の実施の形態と同様にケース１１とＬＥＤ素子２の位置決め精度が向上し、反射面１１０、１１１に対する各ＬＥＤ素子２からの光入射角が等しくなることによる均一な光放射性が得られる。また、基板５の裏面に貫通した突起１１３，１１４を組み立て時における位置決め部材として複数のＬＥＤランプを一線状に配列する構成としても、ＬＥＤ素子２の直線性が保たれることにより、光放射むらのないアレイ状光源が得られる。

（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施の形態に係るＬＥＤ素子の実装装置を示し、（ａ）は実装装置の概略斜視図、（ｂ）は（ａ）の実装装置でＬＥＤ素子を実装された基板の平面図、（ｃ）は（ｂ）の素子中央部分で切断した基板の縦断面図である。

（実装装置１の構成）
第３の実施の形態では、第２の実施の形態で説明したケース１１に代えて、図６（ｂ）に示すように貫通孔５０２，５１２を孔係合部として光集光性を有する透明なレンズ部２０の突起２１，２２を支持するようにした構成において第２の実施の形態と相違している。

（第３の実施の形態の効果）
上記した第３の実施の形態によると、レンズ部２０の突起２１，２２を孔係合させる貫通孔５０２，５１２の中心を通る実装ラインＬを仮想的に設定し、この実装ラインＬ上にＬＥＤ素子２を実装するようにしたので、レンズ部２０とＬＥＤ素子２の位置決め精度が向上し、各ＬＥＤ素子２から放射される光の集光性が均一なアレイ状ＬＥＤランプが得られる。また、第２の実施の形態と同様に、基板５の裏面に貫通した突起２１，２２を組み立て時における位置決め部材として複数のＬＥＤランプを一線状に配列する構成としても、ＬＥＤ素子２の直線性が保たれることにより、光放射むらのないアレイ状光源が得られる。

なお、上記した位置決め部５０，５１の孔形状については、円形に限定されず、例えば、図７に示すような四角形の貫通孔５０２であっても良い。同図においては位置決め部５０について図示しているが、図示しない位置決め部５１についても同様に形成されている。

本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤ素子の実装装置を示し、（ａ）は実装装置の概略斜視図、（ｂ）は（ａ）の実装装置でＬＥＤ素子を実装された基板の平面図、（ｃ）は（ｂ）の素子中央部分で切断した基板の縦断面図である。図１で説明したＬＥＤ素子実装後の基板に光学部品としてのケースを一体化したＬＥＤランプの構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ部における断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ部における断面図である。基板へのＬＥＤ素子の実装手順を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤ素子の実装装置を示し、（ａ）は実装装置の概略斜視図、（ｂ）は（ａ）の実装装置でＬＥＤ素子を実装された基板の平面図、（ｃ）は（ｂ）の素子中央部分で切断した基板の縦断面図である。図４で説明したＬＥＤ素子実装後の基板にケースを一体化したＬＥＤランプの構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ部における断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ部における断面図である。本発明の第３の実施の形態に係るＬＥＤ素子の実装装置を示し、（ａ）は実装装置の概略斜視図、（ｂ）は（ａ）の実装装置でＬＥＤ素子を実装された基板の平面図、（ｃ）は（ｂ）の素子中央部分で切断した基板の縦断面図である。位置決め部の他の構成を示す部分平面図である。

符号の説明

１…実装装置、２…ＬＥＤ素子、３…ＬＥＤ素子供給部、４…実装ヘッド、５…基板、６…光源、７…基準位置検出カメラ、８…ワイヤ、１１…ケース、２０…レンズ部、２１，２２…突起、４０…吸着コレット、４１…吐出管、５０，５１…位置決め部、５２…素子実装位置、５３，５４…配線パターン、１１０，１１１…反射面、１１２…封止部、１１３，１１４…突起、５００，５１０…識別パターン、５０１，５１１…突起、５０２，５１２…貫通孔、

Claims

第１の位置決め部に応じて設けられる第１の標識と、前記第１の位置決め部と異なる位置の第２の位置決め部に設けられる第２の標識とを有する基板と、
前記基板の前記第１の標識と前記第２の標識とを結ぶ実装ラインに沿って実装される複数のＬＥＤ素子とを有することを特徴とするＬＥＤランプ。
前記位置決め部は、前記基板に設けられる突起と、前記突起の輪郭に応じた形状で設けられる識別パターンとを有する請求項１に記載のＬＥＤランプ。
前記位置決め部は、前記基板に設けられる貫通孔と、前記貫通孔の輪郭に応じた形状で設けられる識別パターンとを有する請求項１に記載のＬＥＤランプ。
前記位置決め部は、前記ＬＥＤ素子から放射される光を配光制御する光学部品の位置決めを行う請求項１に記載のＬＥＤランプ。
前記位置決め部は、前記基板の実装時における位置決めに用いられる請求項１に記載のＬＥＤランプ。
基板上に形成された第１の標識を検出する第１のステップと、
前記基板上の前記第１の標識と異なる第２の標識を検出する第２のステップと、
前記第１の標識と前記第２の標識との中心点を結ぶ実装ラインに沿って複数の基板搭載部品を実装する第３のステップとを含むことを特徴とする基板搭載部品の実装方法。
前記第１および第２のステップは、前記基板に設けられる突起の位置に応じて形成された識別パターンの形状に基づいて前記突起の中心点を検出する請求項６に記載の基板搭載部品の実装方法。
前記第１および第２のステップは、前記基板に設けられる貫通孔の位置に応じて形成された識別パターンの形状に基づいて前記貫通孔の中心点を検出する請求項６に記載の基板搭載部品の実装方法。
前記第３のステップは、前記実装ライン上に前記複数の基板搭載部品を実装する請求項６に記載の基板搭載部品の実装方法。