JP2009538498A - 高電流担持ケーブルを金属薄膜と相互接続する相互接続構成及び方法 - Google Patents

Abstract

透明な且つ絶縁性の基板（１）において高電流担持ケーブルを金属薄膜（３，４）と相互接続する相互接続構成。本発明に従って、高電流担持ケーブルはフレットケーブル（５）としてデザインされ、フラットケーブルと金属薄膜（３，４）との間の相互接続は超音波溶接接続（６ａ，７ａ）である。

Description

本発明は、高電流担持電気構成要素の、特に、ＯＬＥＤ照明装置における相互接続の分野に関する。

固体照明は照明市場の重要な部分となっている。有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のような固体照明（ＳＳＬ）装置は低コストで発光し、それ故、一般の照明市場のために予め運命付けられているものである。高出力を有するＯＬＥＤ照明装置を提供するために、相互接続を有するそれぞれの照明装置の複数の構成要素は高電流についてデザインされなければならない。これに対して、個別の構成要素及びそれらのそれぞれの相互接続の両方の低オーム抵抗は重要である。特に、この相互接続は、ＯＬＥＤとその駆動ユニットとの間の電気的相互接続について適用される。

現在、２つの種類の相互接続が従来技術により、知られている。

それらの相互接続の第１の種類ははんだ付けである。一般に知られているように、はんだ付けは、プリント回路基板の接続領域とワイヤとの間を相互接続するはんだを溶解するホットバーの熱を用いる。

それらの相互接続の第１の種類は熱シーリングである。一般に、熱シーリングの処理は、フレキシブル且つ硬い回路基板、ガラスパネルディスプレイ及びフレキシブルなフォイル間に電気導電性接着剤をもたらすことを有する。この処理の基本的な特徴は、加圧下で接着剤を加熱及び冷却することである。異方性導電フィルム（ＡＣＦ）のような異方性導電接着剤は、押圧されて加熱されるときに、部品間の電気的相互接続を形成する小さい導電性粒子を有する。そのような接着剤は、導電性トラックを有するフレキシブルな回路を介してＰＣＢに液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）における電気導電性領域を接続するように、広く用いられている。

はんだ付け処理及び加熱シーリング処理の両方の主な課題は、それらの処理が、ＯＬＥＤにおいて有機材料の蒸発温度以上の温度で行われる必要があることである。更に、現在のデザインのＯＬＥＤは、ガラス基板上にかなり薄いクロム又はＭＡＭ（モリブデン−アルミニウム−モリブデン）層（各々の厚さは約２５０ｎｍ）を有する。そのような薄い層にワイヤをはんだ付けする試みは、熱を除去することができないために、それぞれの層の剥離に繋がる。

上記のように、熱シーリングは、ディスプレイのアプリケーションにおいて広く用いられている。しかしながら、その熱シーリングは、照明のアプリケーションにおいて有効に適用されることができない。更に、熱シーリングの相互接続は、高電流電導の場合に十分に安定していない。

本発明の目的は、それ故、高電流状態下でコストパフォーマンスが高く、十分に安定した、絶縁性基板における金属薄膜と高電流担持ケーブルを相互接続する相互接続を提供することである。本発明の更なる目的は、処理に含まれる材料の過剰堆積を回避する絶縁基板における金属薄膜と高電流担持ケーブルを相互接続する方法を提供することである。本発明の他の目的は、コストパフォーマンスが高い一方、高発光輝度及びコンパクトなデザインを特徴とする照明装置を提供することである。

上記の及び他の目的は、透明な且つ絶縁性の基板における金属膜と高電流担持ケーブルを相互接続させる相互接続構成により解決され、高電流担持ケーブルはフラットケーブルとしてデザインされ、そのフラットケーブルと金属薄膜との間の相互接続は超音波溶着接続である。

これに関連して、薄膜は、好適には、サブミクロン膜、例えば、１００乃至２５０ｎｍの厚さの膜といわれる。

本発明に従った相互接続の有利点は、高電流担持ケーブルとして用いられるフレットケーブルが、汎用エレクトロニクスにおいて通常、用いられる標準的な寸法を有する低コスト構成要素であることである。更に、そのフラットケーブルは、オーム抵抗を更に低下させる大面積接触を確実にする。超音波溶接により、ＯＬＥＤにおける有機材料の劣化を不可逆的にもたらす高温は、信頼性高く回避される。更に、超音波溶接処理は、高速且つ適切であり、それ故、製造コストを最小化することができる。

超音波溶接については、従来技術（例えば、米国特許第３，６５０，４５４号明細書）において開示されている。米国特許第５，０４３，７１６号明細書においては、各々の個別のＬＥＤダイが、超音波溶接を介して導電性パッド及びダイに一部について相互接続されるボンドワイヤにより導電性パッドに接続される、ＬＥＤマトリクスディスプレイを組み立てる方法が開示されている。ＬＥＤディスプレイは典型的な低電流のアプリケーションであるため、個別の相互接続は、高電流条件下の安定性及び低抵抗に関して最適化されていない。米国特許出願公開第２００５／０２７０７５７Ａ１明細書においては、１つの担体基板において複数のチップを一緒に備えるアセンブリ方法について開示されている。その担体基板はプラスチック、繊維又は金属から成り、担体には金属薄膜は備えられていない。更に、そのアセンブリは低電流ディスプレイのアプリケーションにおいて用いられるようになっている。

本発明の実施形態に従って、超音波溶接接続はスポットウェルド接続であることが可能である。スポットウェルド接続は、市場で入手可能である自動化溶接装置を用いる高速シーケンスで行われることが可能である。代替として、超音波溶接接続はラインウェルド接続であることが可能である。

本発明の他の実施形態に従って、透明な且つ絶縁性の基板はガラス基板である。ガラス基板は、低コスト、高精度及び高透過性で種々の照明アプリケーションについて利用可能である。代替として、基板はまた、透明な且つ絶縁性のプラスチック材料から成ることが可能である。

相互接続構成は、ＯＬＥＤ照明のような高電流のアプリケーションについてデザインされているため、含まれる全ての構成要素の低オーム抵抗は特に重要である。従って、特定の最小電気抵抗を有するケーブル材料を用いることは有利である。それ故、適切な材料は銅、アルミニウム又は銀である。

超音波溶接接続自体はかなり固い相互接続の種類であるが、フラットケーブルと金属薄膜との間の相互接続を更に機械的に強くすることは役に立つ。このことは、接着剤により少なくとも一部を、超音波溶接接続及びその超音波接続の周囲の領域をカバーすることにより、本発明の有利な実施形態に従って達成されることが可能であり、ここで、その接着剤は、ＵＶ硬化型接着剤、若しくはシリコン又は他の適切な材料を有する接着剤であることが可能である。ここでは、超音波溶接接続及びその周囲の領域をカバーする接着剤は、機械的歪みを開放する役割を果たす。

上記のように、金属薄膜における金属は銅を有することが可能である。本発明の他の実施形態に従って、その金属薄膜は、クロム又はモリブデン−アルミニウム−モリブデン層系を有することが可能である。一般に、特定の低電気抵抗を特徴とする何れの金属が、その金属薄膜について適切である。

更なるアプリケーションの特徴は、高電流担持ケーブルとしてフラットケーブルを備えるステップと、超音波溶接により金属薄膜とそのフラットケーブルを相互接続するステップとを有する、透明な且つ絶縁性の基板における金属薄膜と高電流担持ケーブルを相互接続する方法である。

本発明の更なるの特徴は、高電流ケーブルによりＯＬＥＤ照明手段に相互接続される駆動ユニットと、ガラス基板において金属薄膜を有するＯＬＥＤ照明手段と、を有する照明装置であり、ここで、高電流ケーブルはフラットケーブルとしてデザインされ、前記フラットケーブルは、少なくとも１つの超音波溶接接続によりＯＬＥＤ照明手段の金属薄膜に相互接続されている。

本発明の更なる特徴は、太陽電池モジュールを相互接続する、上記の相互接続構成を用いることである。

本発明の上記の及び他の特徴については、図を参照して説明することにより明らかになる。

図１は、ＯＬＥＤ照明装置の平面図である。その装置は、ガラスから成る透明な且つ絶縁性の基板を有する。照明装置の発光領域を構成する有機層の積層構造２は、ガラス基板１の表面に備えられている。その積層構造２は、各々約２５０ｎｍの金属薄膜から成る平面部３、４により囲まれている。その金属薄膜は、銅、クロムのような種々の金属、又はモリブデン−アルミニウム−モリブデン層系のような層系を有することが可能である。図１に示す実施形態においては、その金属薄膜は銅を有することが可能である。

本発明に従って、照明装置は、駆動ユニット（図示せず）に照明装置を組み込んだ高電流担持ケーブルとしてのフレットケーブルを更に有する。フラットケーブルの特定の有利点は、一方で、汎用エレクトロニクスで一般に用いられる低コストの構成要素であり、他方で、付加的にオーム抵抗を低下させる大面積接触を確実にすることである。ここでは、フラットケーブル５は、アルミニウムから成るケーブルコア６、７を有する４つのワイヤから成るフラットケーブルとしてデザインされている。銅又は銀等の特定の低電気抵抗を有する何れかの他の金属がまた、適切である。ケーブルコア６、７は各々、約１ｍｍの幅及び約０．２ｍｍの厚さを有する。フラットケーブル５のケーブルピッチは約１．５ｍｍである。何れかの他の適切な幅及び厚さを有するケーブルコア及び何れかの他の適切なケーブルピッチ有するフラットケーブルを用いることが可能であることが、当業者に明らかであることが理解できるであろう。

フラットケーブル５の外側のケーブルコア６は駆動ユニットの正極に相互接続され、内側のケーブルコア７は駆動ユニットの負極に相互接続されている。照明装置の側において、外側のケーブルコア６は照明装置の平面部３に相互接続され、内側のケーブルコア７は照明装置の平面部４に相互接続されている。

本発明に従って、フレットケーブル５のカーブルコア６、７の個別の端部は、超音波溶接接続、ここでは、スポットウェルド接続６ａ、７ａにより照明装置の平面部３、４に相互接続されている。このことは、ＯＬＥＤにおける有機材料の劣化をもたらす高温が、溶接処理において高信頼性を伴って回避されるという有利点を有する。超音波溶接処理は更に、高速の且つ正確な方法で実行され、それ故、製造コストを最小化することを可能にする。

図３においては、本発明に従って照明装置の他の有利な実施形態が示されている。その実施形態に従って、超音波溶接接続６ａ、７ａ及びそれらの超音波溶接接続６ａ、７ａの周囲の領域は接着剤８でカバーされている。このことは、フラットケーブル５と平坦部３、４の金属薄膜との間の相互接続を更に強化し、機械的歪みの開放の役割を果たす。従って、フラットケーブルの剥離は安全に回避される。その接着剤は、ＵＶ硬化型接着剤、若しくはシリコン又は他の適切な材料を有する接着剤であることが可能である。

本発明に従った照明装置の他の有利な実施形態（図死せず）に従って、フラットケーブルとプリント回路基板との間の相互接続はまた、そのケーブルの両側における一様なアプローチを与える超音波溶接接続である。

上記においては、好適な実施形態に適用される本発明の基本的な新規の特徴について図示し、説明し、指摘しているが、本発明の主旨から逸脱することなく、説明されている装置及び方法の形式及び詳細における種々の省略、置き換え及び変形を当業者は行うことが可能であることが理解できるであろう。例えば、同じ結果を得るように実質的に同様の方法で実質的に同様の機能を実行する要素及び／又は方法ステップの全ての組み合わせは本発明の範囲内にあることが明示的に意図されている。更に、本発明の何れかの開示されている形式又は実施形態と関連して図示及び／又は説明されている構造及び／又は要素及び／又は方法ステップが、一般の設計選択の事項として、何れかの他の開示、説明又は示唆されている形式又は実施形態において組み込まれることが可能であることが理解される必要がある。それ故、同時提出の本発明の特許請求の範囲によってのみ、本発明は限定される。

ＯＬＥＤ照明装置の平面図である。 図１における方向ＩＩに対応する図１の装置の側面図である。 本発明に従った相互接続構成の実施形態の切り取り図である。

Claims (14)

1. 透明な且つ絶縁性の基板において金属薄膜と高電流担持ケーブルを相互接続する相互接続構成であって：
   前記高電流担持ケーブルはフラットケーブルとしてデザインされ、前記フラットケーブルと前記金属薄膜との間の前記相互接続は超音波溶接接続である；
   相互接続構成。
2. 請求項１に記載の相互接続構成であって、前記超音波溶接接続はスポットウェルド接続又はラインウェルド接続である、相互接続構成。
3. 請求項１に記載の相互接続構成であって、前記フラットケーブルは、銅ケーブル、アルミニウムケーブル又は銀ケーブルである、相互接続構成。
4. 請求項１に記載の相互接続構成であって、前記超音波溶接接続は、前記超音波溶接接続の周囲の領域は少なくとも一部が接着剤でカバーされている、相互接続構成。
5. 請求項４に記載の相互接続構成であって、前記接着剤は紫外線硬化型接着剤又はシリコン接着剤である、相互接続構成。
6. 請求項１に記載の相互接続構成であって、前記金属薄膜の前記金属は、銅及び／又はクロム及び／又はモリブデン−アルミニウム−モリブデン層系である、相互接続構成。
7. 絶縁性基板において金属薄膜と高電流担持ケーブルとを相互接続する方法であって：
   前記高電流担持ケーブルとしてフラットケーブルを備える段階；及び
   超音波溶接により前記金属薄膜と前記フラットケーブルとを相互接続する段階
   を有する方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、前記超音波溶接接続はスポットウェルド接続又はラインウェルド接続である、方法。
9. 請求項７に記載の方法であって、前記超音波溶接接続及び前記超音波溶接接続の周囲の領域は少なくとも一部が接着剤でカバーされている、方法。
10. 透明な及び絶縁性の基板において金属薄膜を有するＯＬＥＤ照明手段；並びに
    高電流ケーブルが前記ＯＬＥＤ照明手段に相互接続された駆動ユニット；
    を有する 照明装置であって：
    前記高電流ケーブルはフラットケーブルとしてデザインされ、前記フラットケーブルは、少なくとも１つの超音波溶接接続により前記ＯＬＥＤ照明手段の前記金属薄膜に相互接続されている；
    照明装置。
11. 請求項１０に記載の照明装置であって、前記透明な及び絶縁性の基板はガラス基板であり、又はプラスチック材料から成る、照明装置。
12. 請求項１０に記載の照明装置であって、前記駆動ユニットはプリント回路基板において備えられている、照明装置。
13. 請求項１１に記載の照明装置であって、前記フラットケーブルと前記プリント回路基板との間の前記相互接続は超音波溶接接続である、方法。
14. 太陽電池モジュールに相互接続する請求項１の相互接続構成の使用方法。

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