JP2009515355A - 基板への光素子の組み立て方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、光素子20を基板28へ組み立てる方法に関する。光素子20及び更なる光学コンポーネント30の正確な位置決めを可能にさせるために、光素子20を１つの装着板Pにおいて支持素子22と位置決めするステップ、光素子20を１つのステップにおいて基板28へ支持素子22とともに表面実装するステップ、及び更なるコンポーネント30を、何の機械的応力も光素子20へ加えられないように、支持素子22へ実装するステップ、が提供されている。

Description

本発明は、概して基板への光素子の組み立て方法に関する。更に、本発明は、光素子の使用方法、及び光素子を含む光モジュールに関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ)などの表面実装光素子は、基板に表面実装される場合に、正確な配置の課題を構成する。特に、コリメータ及びマイクロコリメータなどの光学コンポーネントを半田付け又は接着する工程において、これらとＬＥＤとの正確な配置は、困難であり得る。
初めに、表面実装ＬＥＤは、基板における接続パッドに接続される必要がある。このことは、多くの場合、半田付け又はボンディング工程によって行われる。例えば、リフロー工程は、ＬＥＤを基板にボンディングするために設けられる。
このリフロー半田付け工程において、伝導ペーストが回路基板におけるボンディングパッドに塗布される。電気コンポーネントは、ペーストの接着によってボンディングパッドへ装着される。この場合、装着されたコンポーネントを備える回路基板は、加熱工程を受ける。この工程において、伝導性ペーストは硬くなり、コンポーネントは回路基板へ半田付けされる。しかし、基板へのコンポーネントの半田付け工程において、ペーストが過熱され、ペーストが硬くなるまでコンポーネントを適所に保持するのに接着が十分でないので、コンポーネントは、「泳いで」いってしまう傾向がある。このことは、コンポーネントの位置不整合を生じさせ得る。このことは、ＬＥＤが正確な位置に配置され得ないことを意味する。
加えて、基板へ更なる光学コンポーネントを実装する場合に、これらの光学コンポーネントは、既に実装されたＬＥＤと正確に位置決めされる必要がある。この位置決めは、光学コンポーネントとＬＥＤとの間の距離が正確であるようにされる必要がある。例えば、コリメータを実装する場合に、コリメータとＬＥＤとの間の距離は最小であり、且つＬＥＤとコリメータとの間の機械的な接触が存在しない必要がある。
したがって、本発明の目的の一つは、光学コンポーネントの正確な位置決めを提供することである。本発明の更なる目的は、光学コンポーネントの簡単な位置決めを提供することである。更に、本発明の別の目的は、組み立てにおいて発光要素を破損することなく光学コンポーネントを組み立てる方法を提供することである。
上述される課題を克服するために、本発明の一つの態様に従うと、光素子を基板へ組み立てる方法であって、前記光素子を支持素子とともに１つの装着板において位置決めするステップと、前記光素子を前記支持素子とともに１つのステップにおいて基板へ表面実装するステップと、を含む方法が提供されている。
光素子及び支持素子は、単一の実装板に位置決めされ得る。実装板は、基板の平面に平行であり得る。光素子及び支持素子を１つの板に配置させることによって、光素子及び支持素子を単一のステップにおいて基板へ実装することが可能である。光素子を基板に初めに実装し、そして更なるステップにおいて支持素子を基板に実装する必要がない。単一の実装ステップを提供することによって、光素子及び支持素子の正確な位置決めを提供することが可能である。
支持素子は、基板に実装されることが可能であるいかなる半田材料でもあり得る。
光ユニットを組み立てるために、更なるコンポーネントが、何の機械的応力も前記光素子へ加えられないように、支持素子へ実装され得る。支持素子及び光素子の間における正確な位置決めが存在するので、更なるコンポーネントは、光素子へ機械的な応力を掛けることなく、支持素子へ実装され得る。光素子及び更なるコンポーネントの間における接触は、防がれ得る。
光素子が、発光ダイオード（ＬＥＤ)若しくは表面実装ＬＥＤなどの発光体、又は電荷結合素子（ＣＣＤ）などの光センサであることが好ましい。
光素子及び支持素子を実装平面において位置決めするために、特定の実施例は、光素子及び支持素子を担体マトリクスに取り付けるステップを提供する。担体マトリクスは、光素子と支持素子との間の距離を規定し得る。素子を担体マトリクスに取り付けることによって、基板に半田付けされる光素子と支持素子との間の距離が明確に規定され得る。担体マトリクスは、何の機械的応力も光素子へ加えられないように、更なるコンポーネントが支持素子へ実装され得るように、素子間の距離が設定されるように設計され得る。
本発明に従うと、光素子及び／又は支持素子を担体マトリクスの着座部(seating)において固締するステップが、提供される。着座部は、このマトリクスの表面において凹状に構成され得、この着座部は、担体マトリクスにおいて固締される必要がある素子の形状を正確に有し得る。素子を吸気によって着座部において固締することも可能である。また、着座部は、素子がぴったりと合うように固定されるように、柔軟性であり得る。
本発明に従うと、光素子及び支持素子は、ボンディングによって基板に実装される。この表面実装技術は、半田ボンディング、又はいかなる他のボンディング方法でもあり得る。
光素子及び支持素子を基板に、例えば表面実装ボンディングなどによって、実装させた後で、更なるコンポーネントが、本発明の実施例に従い、支持素子に機械的に固締され得る。このことは、例えば、更なるコンポーネントを支持素子へ接着する(glue)することによって、行われ得る。
特定の実施例は、光学コンポーネントを支持素子へ実装するステップを提供する。この光学コンポーネントは、光素子から出力される光を収集、分散、及び／又は方向転換する、又は光素子へ光を収集、分散、及び／又は方向転換するのに使用され得るいずれかのコンポーネントであり得る。光学コンポーネントは、本発明に従うと、コリメータ、及びマイクロコリメータであり得る。
マイクロコリメータは、例えば0.5mmなど、光素子への制限された距離を有し得る。この距離は、この値より低くもあり得る。マイクロコリメータの外側エッジと光素子の外側エッジとの間の距離は、0.25mmにまで低くもあり得る。
光素子を冷却するために、特定の実施例は、支持素子にヒートシンクを実装するステップも提供する。ヒートシンクは、最適な有効表面をも有し得る。
１つより多い光素子を含む光ユニットを提供するために、特定の実施例は、少なくとも２つの光素子間において少なくとも１つの支持素子をもうける。したがって、更なるコンポーネントは、支持素子に固締され得、そして少なくとも２つの光素子によって使用され得る。
特定の実施例は、少なくとも２つの支持素子を少なくとも２つの光素子とともに、前記支持素子と前記光素子との間の固定距離がもうけられるように、提供する。この固定距離は、更なるコンポーネントが、光素子への最小距離であるが、光素子と機械的な接触させずに、支持素子に実装され得るように、選択され得る。こうすることによって、光素子及び光学コンポーネントの高密度な組み立てが可能である。
本発明の別の態様は、光学コンポーネントに光素子を組み立てるために、上述の方法を使用する方法である。
本発明の更なる態様は、少なくとも１つの光素子及び少なくとも１つの支持素子を備える光モジュールであって、前記光素子及び前記支持素子が１つのステップにおいて基板へ実装される、光モジュールである。
更なる光学コンポーネントが支持素子に実装されることが可能である。光モジュールは、上述の方法に従い組み立てられるのが好ましい。光モジュールは、例えば、自動車用ヘッドランプモジュールなどの、自動車用照明ユニットにおいて使用され得るのが好ましい。
本発明のこれら及び他の態様は、以下の図面を参照にしてより詳細に例示的に説明される。
図１は、基板に光素子を組み立てる方法２を例示する。第１ステップ４において、ＬＥＤは、支持素子と位置決めされる。このことは、図２に示される。
図２は、ＬＥＤ２０及び支持素子２２を示す。更に、担体マトリクス２４が例示される。例示されるように、ＬＥＤ２０及び支持素子２２は、１つの平面Ｐにおいて、これらの底部分を用いて位置決めされる。担体マトリクス２４は、凹部２６がＬＥＤ２０及び支持素子２２と位置決めされるように配置される。
ＬＥＤ２０及び支持素子２２を１つの実装平面Ｐにおいて位置決めした後で、ＬＥＤ２０及び支持素子２２は、ステップ６において、図３に示されるように担体マトリクス２４へ取り付けられる。
図３において確認され得るように、ＬＥＤ２０及び支持素子２２は、担体マトリクス２４の凹部２６内に取り付けられる。更に、基板２８が例示される。担体マトリクス２４は、ＬＥＤ２０及び支持素子２２を固定された距離で担持する。凹部２６は、ＬＥＤ２０及び支持素子２２が担体マトリクス２４において機械的に固定されるように、形成される。
素子２０及び２２を１つの実装板Ｐにおいて位置決めして、そしてＬＥＤ２０及び支持素子２２を担体マトリクス２４に実装した後で、アセンブリは、ステップ８において、基板２８へボンディングされる。
図４に示されるように、担体マトリクス２４は、単一のステップ８において、ＬＥＤ２０及び支持素子２２を基板２８へ実装する。素子２０及び２２は、基板２８へ半田付けされる。基板２８は、（図示されない）ボンディングパッドを含み、このボンディングパッドへ、素子２０及び２２は、半田付けされる。半田付けは、リフロー半田付け工程を用いて行われ得る。ＬＥＤ２０は、ボンディングパッドを介して電気的に接続され得る。
ステップ８において素子２０及び２２を基板２８へ半田付けした後で、担体マトリクス２４は、凹部２６から素子２０及び２２を取り除くために持ち上げられる。
この場合、コリメータ、レンズ、反射素子又は他の光学コンポーネントなどの、光学コンポーネントが、ステップ１０において、図５に示されるように、支持素子２２の上に配置される。図５は、基板２８へ半田付けされる素子２０及び２２、加えて、コリメータ３０を光学コンポーネントの一例として示す。コリメータ３０は、これらが、支持素子２２に正確に適合する凹部を含むように、形成される。
コリメータ３０は、ステップ１２において、図６に示されるように、支持素子２２へ固定される。図６は、コリメータ３０が支持素子に機械的に固定されることを示す。これは、コリメータ３０を支持素子２２へ接着することによって行われ得る。支持素子２２とＬＥＤ２０との距離ｄは、この距離ｄが最小になるように選択される。担体マトリクス２４を用いて支持素子２２をＬＥＤ２０と位置決めした後で、距離ｄは明確に規定され得る。コリメータは、ＬＥＤ２０へ機械的な力又は応力を掛けることなく、支持素子２２へ実装され得る。
結果として、ＬＥＤ２０、支持素子２２、基板２８及びコリメータ３０を含む光モジュールが、組み立てられる。コリメータ３０を支持素子２２へ接着する代わりに、ヒートシンク（図示されず）を支持素子２２へ固定することも可能である。
本発明の方法は、ＬＥＤへ機械的な力又は応力を掛けることなく、ＬＥＤを更なる光学コンポーネントと組み立てる方法を提供する。ＬＥＤ及び光学コンポーネントの位置が明確に規定され、そしてこの製造工程は素子２０及び２２の正確な位置を支援するので、組み立ては、ＬＥＤ及び光学コンポーネントの間の正確な適合を特徴とする。
図１は、本発明の方法のフロー図である。 図２は、担体マトリクス、ＬＥＤ、及び支持素子を示す。 図３は、実装板における担体マトリクスにおいて位置決めされるＬＥＤ及び支持素子を示す。 図４は、ＬＥＤ及び支持素子を基板へ表面実装するステップを示す。 図５は、２つのコリメータをとともに実装されるＬＥＤ及び支持素子を示す。 図６は、支持素子へ機械的に固定されるコリメータを示す。

Claims (27)

  1. 光素子を基板へ組み立てる方法であって、
    −前記光素子を支持素子とともに１つの装着板において位置決めするステップと、
    −前記光素子を前記支持素子とともに１つのステップにおいて基板へ表面実装するステップと、
    を含む方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、更なるコンポーネントを、何の機械的応力も前記光素子へ加えられないように、前記支持素子へ実装するステップを更に含む、方法。
  3. 請求項１に記載の方法であって、前記光素子が、発光体又は光学センサである、方法。
  4. 請求項３に記載の方法であって、前記発光体が、表面実装発光ダイオードである、方法。
  5. 請求項１に記載の方法であって、前記光素子を前記支持素子とともに１つの装着板において位置決めするステップが、前記光素子及び／又は前記支持素子を１つの担体マトリクスに取り付けるステップと、前記光素子及び前記支持素子をこれらが前記基板に固定されるまで前記１つの担体マトリクスにおいて維持するステップと、を含む、方法。
  6. 請求項５に記載の方法であって、前記光素子及び／又は前記支持素子を１つの前記担体マトリクスに取り付けるステップが、前記光素子及び／又は前記支持素子を前記担体マトリクスの着座部において機械的に固締するステップを含む、方法。
  7. 請求項５に記載の方法であって、前記光素子及び／又は前記支持素子を１つの前記担体マトリクスに取り付けるステップが、前記担体マトリクスにおいて前記支持素子を前記光素子に対して固定距離で固締するステップを含む、方法。
  8. 請求項１に記載の方法であって、前記光素子を前記基板へ前記支持素子とともに表面実装するステップが、少なくとも前記光素子を前記基板へボンディングするステップを含む、方法。
  9. 請求項８に記載の方法であって、前記光素子を前記基板へ前記支持素子とともに表面実装するステップが、リフロー半田付け工程を使用して、少なくとも前記光素子を前記基板へ半田付けするステップを含む、方法。
  10. 請求項８に記載の方法であって、前記光素子を前記基板へ前記支持素子とともに表面実装するステップが、少なくとも前記光素子を前記基板へ半田ボンディングするステップを含む、方法。
  11. 請求項２に記載の方法であって、前記更なるコンポーネントを前記支持素子へ実装するステップが、前記更なるコンポーネントを前記支持素子へ機械的に固締するステップを含む、方法。
  12. 請求項１１に記載の方法であって、前記更なるコンポーネントを前記支持素子へ実装するステップが、前記更なるコンポーネントを前記支持素子へ接着するステップを含む、方法。
  13. 請求項２に記載の方法であって、前記更なるコンポーネントを前記支持素子へ実装するステップが、光学コンポーネントを前記支持素子へ実装するステップを含む、方法。
  14. 請求項１３に記載の方法であって、前記光学コンポーネントがコリメータである、方法。
  15. 請求項１４に記載の方法であって、前記コリメータがマイクロコリメータである、方法。
  16. 請求項２に記載の方法であって、前記更なるコンポーネントを前記支持素子へ実装するステップが、ヒートシンクを前記支持素子へ実装するステップを含む、方法。
  17. 請求項１に記載の方法であって、少なくとも１つの支持素子を少なくとも２つの光素子間においてもうけるステップを更に含む、方法。
  18. 請求項１に記載の方法であって、少なくとも２つの支持素子を少なくとも１つの光素子と、前記支持素子と前記光素子との間の固定距離がもうけられるように、位置決めするステップを更に含む、方法。
  19. 請求項１８に記載の方法であって、前記支持素子と前記光素子との間の前記固定距離が、更なるコンポーネントを前記支持素子へ実装する場合に、前記更なるコンポーネントが前記光素子と接触しないように、選択される、方法。
  20. 光学コンポーネントに光素子を組み立てるために、請求項１に記載の方法を使用する方法。
  21. 少なくとも１つの光素子及び少なくとも１つの支持素子を備える光モジュールであって、前記光素子及び前記支持素子が１つのステップにおいて基板へ実装される、光モジュール。
  22. 請求項２１に記載の光モジュールであって、少なくとも１つの更なる光学コンポーネントが前記支持素子に実装される、光モジュール。
  23. 請求項２１に記載の光モジュールであって、少なくとも２つの支持素子、及び前記支持素子間において配置される少なくとも１つの光素子、を含む、光モジュール。
  24. 請求項２１に記載の光モジュールであって、少なくとも１つの前記光素子及び少なくとも１つの前記支持素子が、前記基板に半田付けされる、光モジュール。
  25. 請求項２２に記載の光モジュールであって、前記更なる光学コンポーネントが、コリメータ又はマイクロコリメータである、光モジュール。
  26. 請求項２２に記載の光モジュールであって、前記更なる光学コンポーネントが、前記支持素子に接着される、光モジュール。
  27. 自動車用照明ユニットにおける、請求項２１に記載の光モジュール。
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