JP2015517222A - 回路キャリアの製造方法および回路キャリア - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも一つの表面実装型ＬＥＤ（ＳＭＤ−ＬＥＤ）が装備されている回路キャリア（１）の製造方法に関する。少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤ（２）は回路キャリア（１）上に回路キャリア（１）の一以上の基準点（３）に対して方向合わせされた関係で位置決めされており、少なくとも一以上のＳＭＤ−ＬＥＤ（２）の発光領域（４）の位置がＳＭＤ−ＬＥＤ（２）で光学的に検出され、少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤ（２）は少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤ（２）の発光領域（４）の検出された位置に依存して回路キャリア（１）に取り付けられる。本発明はこのような回路キャリア（１）にも関する。【選択図】図３

Description

本発明は、少なくとも一つの表面実装型ＬＥＤ（ＳＭＤ−ＬＥＤ）が装着されており、請求項１の部分に分類される特徴を備えた回路キャリア（Ｓｃｈａｌｔｕｎｇｓｔｒａｇｅｒ、Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｃａｒｒｉｅｒｓ、回路の保持手段、回路を搭載する基板）の製造方法、および請求項１０の一部に分類される特徴を備えた回路キャリアに関する。

表面実装型ＬＥＤ要素（ＳＭＤ−ＬＥＤ）に基づく光の光学的な利用を実現するためには、回路キャリア上へのＳａＭＤ−ＬＥＤ要素の高度に正確な取り付け（実装、ｍｏｕｎｔ）が要求される。その例としては、光源がＬＥＤである、前方用ヘッドライト、日中走行用ライト、点滅する表示手段（ｆｌａｓｈｉｎｇ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、自動車のアクティブベンディングライト（ａｃｔｉｖｅ ｂｅｎｄｉｎｇ ｌｉｇｈｔ）等が存在する。

この点で関して、ＳＭＤ−ＬＥＤは、回路キャリア上の一以上の所定の基準点に対して（基準点に対する配置関係で）取り付けられ、その後光学システム（例えば補助レンズ）が、それら基準点に対して正しい方向に方向合わせ（ｏｒｉｅｎｔ）をする。

今日まで、ＳＭＤ−ＬＥＤ要素（ＳＭＤ−ＬＥＤ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ、ＳＭＤ−ＬＥＤを構成する要素）は、所謂「ピックアンドプレース」工程によって回路キャリア上に設置され、「リフロー」工程によってハンダ付けされてきた。この場合、ＬＥＤの発光領域の最終的な位置は、以下の要因によって決定されている。すなわち、

− ＬＥＤ要素における許容誤差（例えば、ＬＥＤの外側の輪郭形状またはＬＥＤの端子パッドの位置に対する発光領域の位置）。
− ハンダ付けパッドの位置を決定する回路キャリアにおける許容誤差（例えば、回路キャリアの外側の輪郭形状、および／または貫通孔に対する導体トラック（ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｔｒａｃｋ）の位置、導体トラックの位置に対するハンダマスクの位置）。および、
− 予備加熱領域におけるハンダペーストの「スランピング」およびピーク領域において溶融によるハンダの湿潤力で引き起こされるリフローハンダ付け工程でのＳＭＤ−ＬＥＤの動作（フローティングリフト）。

ＳＭＤ−ＬＥＤ要素の発光領域に関して、その工程で達成が可能な位置決め精度の最終的な水準は、単にＳＭＤ−ＬＥＤと回路キャリアの間の許容誤差（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）を考慮したとき（リフローハンダ付け工程の作用は未だ考慮せずに）既に±１１０μｍを超えている。

リフローハンダ付け工程の影響は、追加の位置決めの不正確性さを生じさせる。特にＳＭＤ−ＬＥＤ要素に対する角度および傾斜の位置上の精度の領域における不正確さを生じさせる。

現在の銀焼結工程によるＳＭＤ−ＬＥＤの実装は問題外である。なぜなら、この工程には１０秒を超える許容できない長さの工程時間が関与するからである。

本発明の目的は、ＳＭＤ−ＬＥＤおよび回路キャリアに不可避的に存在する許容誤差を補償可能とし、特に、回路キャリア上でのＳＭＤ−ＬＥＤの高精度の位置決めおよび実装を達成させる、記載されている一般的な種類の方法、および、方法に対応して装備される回路キャリアの提供である。

この目的は請求項１の特徴を備えた工程と、請求項１０の特徴を備えた回路キャリアとによって達成される。

ＳＭＤ−ＬＥＤの発光領域の位置に依存して、少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤを回路キャリアに取り付けることで、ＬＥＤ要素および回路キャリアのなかの許容範囲に起因するそれら精度を除外することが可能になる。そうすることで、回路キャリア上のＳＭＤ−ＬＥＤの位置決めに対して、±１００μｍ未満の許容誤差を達成することが可能になる。出願人らによる試験では、±５０μｍ以下の許容誤差を達成することさえ可能であることが示された。

言い換えれば、ＳＭＤ−ＬＥＤと回路キャリアの要素に特有の許容誤差を、実質的に、あるいは完全にさえ除去することが、本発明の各工程によって可能である。言い換えれば、本発明の工程によって達成できる許容誤差は、ＳＭＤ−ＬＥＤの発光領域のために使用される検出工程の精度によってのみ実質的に制限される。従って、企画（ｐｒｏｊｅｃｔ）の要求に応じて、ＳＭＤ−ＬＥＤおよび回路キャリアの構造とは独立的に、十分に正確な検出工程を選択することが可能であり、よって、その企画が定める許容範囲の実現が達成される。言い換えれば、より安価でより単純な構造の構成要素のさらに大きな許容範囲が、より正確な検出工程の使用によって、補償されることが可能となる。より正確な検出工程は、より正確な光学カメラを使用することにより、及び／又はより正確な「ピックアンドプレース」装置を使用することにより達成することができる。

その少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤの発光領域の検出は、例えば、発光領域の特徴的な輪郭形状を検出する光学カメラの使用によって達成することができる。

本発明の有利な実施形態は従属する請求項に記載されている。

本発明は、例えば、電源がＬＥＤである、前方用ヘッドライト、日中走行用ライト、方向指示器、自動車の適用可能なベンディングライト（ａｄａｐｔｉｖｅ ｂｅｎｄｉｎｇ ｌｉｇｈｔ）等に採用される回路キャリアとの関連で使用することができる。

一又は複数の基準点は、例えば、穴（丸穴または長穴）の形態とすることができる。追加的に、または代替的に、エッチングされているかプリントされた構造物を使用することも可能である。

例えば、回路キャリアへのＳＭＤ−ＬＥＤの取り付けは、ＳＭＤ−ＬＥＤの発光領域の中心点の位置に依存して提供されることが可能である。このことは特に有利である。その理由は、通常はＳＭＤ−ＬＥＤの光線経路内に配置されている光学システムの方向合わせ（方向づけ、ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）が、ＳＭＤ−ＬＥＤの発光領域の中心点に対応して達成されるからである。

特に好適には、その少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤのための光学システムの位置決めのため、好適には固定のために、少なくとも一つの基準点が使用される。従来は、ＳＭＤ−ＬＥＤが装備された回路キャリアは、取り付け手順の専用の工程段階で光学システムに対して方向合わせがなされなければならなかった。説明した好適な実施形態では、それを省略（免除）できる。なぜなら光学システムの位置決めのために少なくとも一つの基準点を使用することは、そのシステムが既に適正に方向合わせされていることを意味するからである。その少なくとも一つの基準点が、光学システムの位置決めのためだけではなく、光学システムを回路キャリアへ固定するためにも使用される場合には（この場合、その少なくとも一つの基準点は、例えば光学システムのための取り付け穴の形態である）、最高水準の精度が達成される。その少なくとも一つの基準点に対して方向合わせされる多くの形態では、光学システムのために別々の固定位置を提供することを許容することが可能であろう。

後から、回路キャリアの一又は複数の基準点に対して、少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤの方向合わせを行うことを可能とするために、回路キャリアの基準点の位置を検出することが必要である。検出は、例えば、光学カメラが存在している基準点の上を通過し、それぞれの構成要素に固有である許容誤差から発生する目標の位置に対応するそれぞれの偏差を確認する（ａｓｃｅｒｔａｉｎ）ような方法によって、達成が可能である。好適には、ＳＭＤ−ＬＥＤのための光学システムを位置合わせするために後から使用されるこれら基準点の位置が、使用される。

通常、ＳＭＤ−ＬＥＤは供給ベルト（ｆｅｅｄ ｂｅｌｔ）に提供される。そこから、例えば吸引具（真空ピペット）によって、従来の手段に対応する「ピックアンドプレース」システムによって、供給ベルトに設けられた凹み（ｐｏｃｋｅｔ）から取り出される。従来は、ＳＭＤ−ＬＥＤの輪郭形状または端子パッドの位置が、供給ベルトから取り外された後に下側から検出される。それは本発明では可能ではない。なぜなら、ここではＳＭＤ−ＬＥＤの上側にある発光領域の位置が重要だからである。よって、真空ピペットシステムを使用するとき、発光領域の検出は吸引具が接触する前に実施されなければならない。別形態で提供されるＳＭＤ−ＬＥＤの場合には、その必要性は必ずしも発生しない。

真空ピペットシステムを使用するときには本発明は以下のように実行される。

ベルトから取り出されるＳＭＤ−ＬＥＤの発光領域の位置は、供給ベルトの個別の凹みのなかを監視することができる位置に配置されるか移動することが可能なカメラによって検出される。好適には、検出された位置は、供給ベルトの移動方向（Ｙ方向、Ｘ方向＝供給ベルトの平面でＹ方向に対して垂直な方向）に対して方向付けされた関係において、本来ＳＭＤ−ＬＥＤが凹み内で中央に配置されるべき凹み内のＳＭＤ−ＬＥＤの目標位置（ｔａｒｇｅｔ ｐｏｉｎｔ）と比較される。発光領域の中心点のＸ方向およびＹ方向に関連する目標位置、及び発光領域の角度位置（ａｎｇｕｌａｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と比較した、発光領域の検出された位置に関する偏差が、計算される。言い換えれば、供給ベルトの凹み内のＳＭＤ−ＬＥＤの不揃いな位置（ｒａｎｄｏｍ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）が確認され、目標位置と比較される。

発光領域の位置の検出は、ＬＥＤのスペクトルに適合した波長を有する光源に照射されるＳＭＤ−ＬＥＤによって、さらに確固たるものにすることができる。そうすることで、ＳＭＤ−ＬＥＤの発光領域と残りの領域との間のコントラストを増加させることが可能である。適合する波長は、例えば、４００ｎｍから５００ｎｍまでの範囲であって、好適には４２０ｎｍから４９０ｎｍの範囲とすることができる。

真空ピペットによる凹みからの取り出しによって、その不揃いな位置はもはや変更できなくなる。発光領域またはＳＭＤ−ＬＥＤのＺ位置（Ｚ方向＝Ｘ方向およびＹ方向に垂直な方向）を確認することもまた有利であることは確実であり、真空ピペットによる接触は、凹み内のＳＭＤ−ＬＥＤの位置の変化が接触によって発生しないように慎重に実行することができる。

基準点の位置の確認によって回路キャリアの位置は知られるので、ＳＭＤ−ＬＥＤの発光領域の確認された偏差によって、Ｘ方向とＹ方向での存在する偏差を修正するように真空ピペットを作動させることが可能であり、ＳＭＤ−ＬＥＤに対して直角な軸の周囲を回転させ、そして修正された位置で発光領域に対してＳＭＤ−ＬＥＤを方向合わせすることによっても可能である。ＳＭＤ−ＬＥＤの傾斜は考慮にいれなくてよい。なぜなら、真空ピペットへの固定は、真空ピペットの軸に対するいかなる角度も関与できなくなることを意味するからである。

以下では、正確な位置で方向あわせされたＳＭＤ−ＬＥＤを正確な位置で回路キャリアに取り付ける二つの代替的な工程が説明されている。

少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤを回路キャリアに取り付ける第一の工程では、銀焼結材料は、方向合わせが有効になされた後の少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤに配置され、少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤが銀焼結される。

好適には、装備される回路キャリア、及び／又はＳＭＤ−ＬＥＤの温度は、焼結材料が提供されるＳＭＤ−ＬＥＤをプレス中に、またはプレスするまでに、焼結材料が焼結される温度に昇温される。

工程時間を十分に短縮するため、銀焼結材料の粒子サイズは約１００ｎｍ未満、好適には約６０ｎｍ未満にすべきである。このようにすると、焼結は、プレス工程の開始後１秒から５秒未満の接触時間内に達成される。例えば、約２０ｎｍから約４０ｎｍの範囲の粒子サイズの焼結材料が使用可能である。望ましい粒子の大きさの銀焼結材料は、様々な供給者から入手することができる。

銀焼結材料をＳＭＤ−ＬＥＤに配置することは、例えば銀焼結材料と適切な有機分離剤のペーストをＳＭＤ−ＬＥＤに適用することで達成できる。

このペーストは、例えば端子パッドを準備されて供給されたペーストの堆積物のなかに沈めるこ（ｉｍｍｅｒｓｅ）とによって、真空ピペットに対するＳＭＤ−ＬＥＤの位置を変更することなく適用できる。

代替的には、銀焼結材料は「型転写フィルム（Ｄｉｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｉｌｍ）」（ＤＴＦ）工程によってＳＭＤ−ＬＥＤに適用することができる。この場合、銀焼結材料はフィルム状の形態である。この種のフィルムは商業的に入手できる。

焼結工程が終結するまで、真空ピペットによってＳＭＤ−ＬＥＤが堅固に保持できるため、ＳＭＤ−ＬＥＤの正確に位置決めされた方向のその後の変化は焼結操作が原因となって起こることがない。真空ピペットによって回路キャリアの表面にプレスされるので、ＳＭＤ−ＬＥＤの傾斜は起こることがない。

少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤを回路キャリアに取り付ける第二の工程は、リフローハンダ付け工程に基づく。

この場合、ハンダペーストは、好適にはプリントされること（印刷）によって回路キャリアに適用される。続いて、接着剤が、好適にはその少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤの発光領域の検出された位置に依存して、回路キャリアに適用される。ＳＭＤ−ＬＥＤは、回路キャリア上に置かれる。続いてその接着剤は少なくとも部分的に硬化される。その後にハンダペーストのリフローハンダ付けが実施できる。

接着剤の使用はリフローハンダ付け作業でのＳＭＤ−ＬＥＤの浮き（ｆｌｏａｔｉｎｇ）の回避を可能にする。

特に好適には、使用される接着剤はＵＶ硬化性接着剤である。この場合、接着剤の少なくとも一部の硬化は、ＵＶ光への曝露によって達成できる。特に好適にはハイブリッド型接着剤が使用される。これはＵＶ硬化性および温度硬化性の接着剤である。これにより、引き続いての炉内のハンダ付け作業における硬化が可能となる。

それぞれ個別のＳＭＤ−ＬＥＤの個別照射が実施できるが、好適には、全てのＳＭＤ−ＬＥＤの同時的な照射がサイクル時間を短縮するように実行される。

本発明のさらなる利点と詳細は図面と、その関連する説明から明らかになるであろう。使用される同一の参照番号は全ての図面を通して同一の構成要素を表している。

図１は、それぞれのＳＭＤ−ＬＥＤ２の位置の精度を検査する試験用のレイアウトを示す。 図２は、それぞれのＳＭＤ−ＬＥＤ２の位置精度を検査する試験用のレイアウトを示す。 図３は、それぞれのＳＭＤ−ＬＥＤ２の位置精度を検査する試験用のレイアウトを示す。 図４ａは、本発明の工程のフロー図である。 図４ｂは、本発明の工程のフロー図である。 図４ｃは、本発明の工程のフロー図である。

図１から図３は、それぞれのＳＭＤ−ＬＥＤ２の位置精度を検査する試験用のレイアウトを示している。回路キャリア１は、絶縁領域６によって互いに絶縁されている導電面５を有する。導電面５には端子７によって電力が供給される。

図１は、６つのＳＭＤ−ＬＥＤ２が装備された回路キャリア１を図示する。二つの基準点３が存在する。一方の基準点３は、回路キャリア１上のＳＭＤ−ＬＥＤ２の目標位置の偏差を確認するために提供される。他方の基準点３は、ＳＭＤ−ＬＥＤ２のために光学システム（図示せず）を固定するために使用される。光学システムは図示されていない別々の基準点によって方向合わせがなされる。

図１では、取り付け作業は従来の方法に従って「ピックアンドプレース」工程およびリフローハンダ付け工程によって行われた。その中で、ＳＭＤ−ＬＥＤ２は、基準点３に対する外側の輪郭形状によって、方向あわせがなされる。リフローハンダ付け工程は、ＳＭＤ−ＬＥＤ２の位置の不鮮明を引き起こす。その状況で、ＳＭＤ−ＬＥＤ２の外側の輪郭形状の指示された方向合わせは行われなくなる。ＳＭＤ−ＬＥＤ２の発光領域４に対する方向付けは全くなされなかった。

図２は、６つのＳＭＤ−ＬＥＤ２が装備された回路キャリア１を図示する。図１との相違は、ＳＭＤ−ＬＥＤ２が、外側の輪郭形状に対して回路キャリア１に正確な位置で取り付けられているが、ＳＭＤ−ＬＥＤ２の発光領域４に依存した取り付けは実施されていないことである。この回路キャリア１もまた、発光領域４の位置決め精度に関する要求を満たさない。

一方、図３は、本発明の例示としての一つの実施形態を示す。ここでは、ＳＭＤ−ＬＥＤ２が、発光領域４に関して、回路キャリア１上に、回路キャリア１の基準点３に対して正確な位置に取り付けられている。この回路キャリア１は、発光領域４の配置精度に関する要求を満たしている。

図４は以下のステップを含んだ本発明の工程を図示する。すなわち、
全ての基準点３ｉにおいて、基準点３ｉのＸ方向およびＹ方向の目標位置に関する偏差を確認するステップ（図４ａ）。
取り除かれるＳＭＤ−ＬＥＤ２の発光領域４の、Ｘ方向とＹ方向の目標位置と、角度位置と、取り除かれるＳＭＤ−ＬＥＤ２のＺ方向と、に関する偏差を確認するステップ（図４ｂ）。
および、回路キャリア１の基準点３ｉに対する正確な位置で、ＳＭＤ−ＬＥＤ２を回路キャリア１に取り付けるステップ（図４ｃ）。

Claims (10)

1. 少なくとも一つの表面実装型ＬＥＤ（ＳＭＤ−ＬＥＤ）が装備されている回路キャリア（１）の製造方法であって、前記少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤ（２）が前記回路キャリア（１）上に当該回路キャリア（１）の一以上の基準点（３）に対して方向合わせされた関係で位置合わせされており、前記少なくとも一以上のＳＭＤ−ＬＥＤ（２）の発光領域（４）の位置が前記ＳＭＤ−ＬＥＤ（２）の中で光学的に検出されており、前記少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤ（２）は当該少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤ（２）の前記発光領域（４）の検出された位置に依存して前記回路キャリア（１）に取り付けられていることを特徴とする製造方法。
2. 前記発光領域（４）の位置が全三次元（Ｘ、Ｙ、Ｚ）で決定され、その角度位置が前記ＳＭＤ−ＬＥＤ（２）の面に対して垂直な回転軸に対して決定されることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
3. 前記少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤ（２）の前記回路キャリア（１）への取り付けが、前記少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤ（２）の前記発光領域（４）の中心点の位置に依存して実行されることを特徴とする請求項１または２記載の製造方法。
4. 前記基準点（３）の少なくとも一つは、前記少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤ（２）のための光学システムを位置決めするために使用され、および好ましくは固定するために使用されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の製造方法。
5. 前記ＳＭＤ−ＬＥＤ（２）が、ＬＥＤのスペクトルに適合した波長を有する光源で照射されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の製造方法。
6. 前記少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤ（２）を前記回路キャリア（１）に取り付けるために、方向合わせが実行された後に、銀焼結材料が前記少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤ（２）に提供され、当該少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤ（２）は、好ましくは当該少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤ（２）を前記回路キャリア（１）上にプレスしている間におよび／またはプレスするまでに、焼結されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の製造方法。
7. 粒子のサイズが約１００ｎｍ未満であって、好適には約６０ｎｍ未満の銀焼結材料が使用されることを特徴とする請求項６記載の製造方法。
8. 前記銀焼結材料の粒子サイズが、約２０ｎｍから約４０ｎｍの範囲から選択されることを特徴とする請求項７記載の製造方法。
9. 前記少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤ（２）を前記回路キャリア（１）に取り付けるために、
   ハンダペーストが、好適にはプリント処理によって、前記回路キャリア（１）に適用され、
   接着剤が、好適には前記少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤ（２）の前記発光領域（４）の検出された位置に依存して、前記回路キャリア（１）に適用され、
   前記接着剤が、前記回路キャリア（１）上の前記少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤ（２）の位置合わせが実行された後に、少なくとも部分的に硬化され、
   前記ハンダペーストのリフローハンダ付けが実行される、ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の製造方法。
10. 一以上の基準点（３）と、少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤ（２）と、を有した回路キャリア（１）であって、前記少なくとも一つのＳＭＤ−ＬＥＤ（２）の発光領域（４）が基準点（３）に対して方向合わせされていることを特徴とする回路キャリア（１）。

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