JP2018073762A - 素子搭載基板、車両用灯具および素子搭載方法 - Google Patents

Abstract

【課題】上下左右方向での位置決め精度を向上させるとともに、良好なフィレットを形成することが可能な素子搭載基板、車両用灯具および素子搭載方法を提供する。【解決手段】表面に設けられたランド（１１１，１１２）に発光素子を面実装するための素子搭載基板であって、ランド（１１１，１１２）の外縁は、発光素子に形成されている電極パターン（１０２，１０３）の延在方向における少なくとも２箇所（１０３ａ，１０３ｂ）で電極パターン（１０２，１０３）と外接する。【選択図】図５

Description

本発明は、素子搭載基板、車両用灯具および素子搭載方法に関し、特に表面に複数の発光素子を設ける素子搭載基板、車両用灯具および素子搭載方法に関する。

車両用灯具は、一般にロービームとハイビームとを切りかえることが可能である。ロービームは、近方を所定の照度で照明するものであって、対向車や先行車にグレアを与えないよう配光規定が定められており、主に市街地を走行する場合に用いられる。一方、ハイビームは、前方の広範囲および遠方を比較的高い照度で照明するものであり、主に対向車や先行車が少ない道路を高速走行する場合に用いられる。したがって、ハイビームはロービームと比較してより運転者による視認性に優れているが、車両前方に存在する車両の運転者や歩行者にグレアを与えてしまうという問題がある。

近年、車両の周囲の状態にもとづいて、ハイビームの配光パターンを動的、適応的に制御するＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）技術が提案されている。ＡＤＢ技術は、車両の前方の先行車、対向車や歩行者の有無を検出し、車両あるいは歩行者に対応する領域を減光するなどして、車両あるいは歩行者に与えるグレアを低減するものである。このようなＡＤＢ技術では、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子を基板上に列状に搭載して、車両や歩行者に対応する領域のＬＥＤを消灯するものも提案されている（例えば特許文献１）。

さらに近年では、発光素子を基板上に二次元的に多数配置して、選択的に発光素子の消灯と点灯を切り替えることでハイビームの配光パターンをより詳細に制御するものも提案されている。このような二次元的な発光素子の配列を行う車両用灯具では、二次元的な配光パターンを良好に照射するために、発光素子の実装密度を上げるとともに実装位置の精度を向上させる必要がある。発光素子としてＬＥＤを用いる場合には、表面実装型のパッケージを採用して、基板上に形成したランドに個々のＬＥＤを位置決めして実装する構造を採用して高密度に実装している。

特開２０１５−０１６７７３号公報

従来の発光素子を一列並べたＡＤＢ技術では、上下方向での位置決め精度に対する要求精度は横方向ほど厳しくなかったが、二次元的に発光素子を配列する場合には上下方向の位置決め精度が横方向と同程度まで要求される。

図６は、基板上にＬＥＤを実装するためのランドとＬＥＤ電極の位置合わせについて説明する模式図である。基板上の発光素子搭載領域１には、基板上の配線パターンの一部として一対のランド２が形成されている。ＬＥＤの電極パターン３は、ランド２よりも若干小さいサイズに一対形成されており、そのアノードとカソードの内側がランド２の内側と一致する幅とされている。ＬＥＤをランド２上に実装する際には、ランド２上に設けられた半田等の表面張力により電極パターン３がセルフアラインで所定位置に位置決めされる。

このとき、ランド２と電極パターン３の内側が略同程度とされているため、ランド２の内側で対向する辺２ａ，２ｂと電極パターン３の内側が一致して図中横方向への位置が正確に定まっている。しかし、電極パターン３はランド２よりも若干小さいため、図中上下方向へはランド２が形成された領域内で移動可能となっており、上下方向での位置決め精度は横方向よりも劣ってしまう。また、電極パターン３とランド２の幅が略同程度なため、ランド２の内側辺２ａ，２ｂには半田のフィレットが形成されず、半田の長期的信頼性が損なわれるという問題もあった。

そこで本発明は、上下左右方向での位置決め精度を向上させるとともに、良好なフィレットを形成することが可能な素子搭載基板、車両用灯具および素子搭載方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明の素子搭載基板は、表面に設けられたランドに発光素子を面実装するための素子搭載基板であって、前記ランドの外縁は、前記発光素子に形成されている電極パターンの延在方向における少なくとも２箇所で前記電極パターンと外接することを特徴とする。

このような本発明の素子搭載基板では、電極パターンの延在方向における少なくとも２箇所でランドの外縁が電極パターンと外接しているため、上下左右方向での位置決め精度を向上させるとともに、良好なフィレットを形成することが可能となる。

また本発明の一態様では、前記ランドの外縁は、前記電極パターンの極性判別部と外接する。

また本発明の一態様では、前記ランドの外縁は、一対の前記電極パターンにおける内側で外接する。

また本発明の一態様では、前記ランドの外縁は、前記電極パターンと点で外接する。

また本発明の一態様では、前記ランドの外縁は、前記電極パターンと辺で外接する。

上記課題を解決するために本発明の車両用灯具は、何れか一つに記載の素子搭載基板を備えた車両用灯具であって、前記表面には前記ランドおよび前記発光素子が複数設けられていることを特徴とする。

上記課題を解決するために本発明の素子搭載方法は、発光素子に形成されている電極パターンを、前記電極パターンの延在方向における少なくとも２箇所で、素子搭載基板の表面に設けられたランドの外縁に対して内接させて、前記発光素子を前記ランドに位置決めして面実装することを特徴とする。

本発明では、上下左右方向での位置決め精度を向上させるとともに、良好なフィレットを形成することが可能な素子搭載基板、車両用灯具および素子搭載方法を提供することができる。

第１実施形態における車両用灯具１０を示す模式斜視図である。 第１実施形態における素子搭載基板４０の概略を示す模式平面図である。 発光素子４２の構造の一例を示す模式断面図である。 発光素子４２の裏面側における電極１０２，１０３の電極パターンを示す模式平面図である。 ランドと電極パターンの位置合わせについて説明する模式図であり、図５（ａ）は第１実施形態、図５（ｂ）は第２実施形態、図５（ｃ）は第３実施形態、図５（ｄ）は第４実施形態を示している。 基板上にＬＥＤを実装するためのランドとＬＥＤ電極の位置合わせについて説明する模式図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１は、本実施形態における車両用灯具１０を示す模式斜視図である。車両用灯具１０は、ベース部材２０と、レンズホルダー２１と、基板ホルダー２２と、レンズ３０と、素子搭載基板４０と、放熱部５０とを備えている。図１では車両用灯具１０の外部からの電気的接続や車両用灯具１０内部の配線等については図示を省略している。また、所望の配光パターンと光量を得るために反射鏡とを備えていてもよい。

ベース部材２０は、各部材を保持する板状の部材であり、両脇にレンズホルダー２１と基板ホルダー２２が取り付けられている。レンズホルダー２１は、ベース部材２０の両脇に取り付けられた一対の部材であり、ベース部材２０の上方に支柱が立設されて、支柱の間にレンズ３０が固定されている。基板ホルダー２２は、ベース部材２０の両脇に取り付けられた一対の部材であり、ベース部材２０の上方に支柱が立設されて、支柱の間に素子搭載基板４０と放熱部５０が固定されている。ここではベース部材２０として板状の部材を示し、レンズホルダー２１とベース部材２０として支柱を示したが、それぞれが車両用灯具１０の外形を構成する筐体等の一部であってもよい。

レンズ３０は、素子搭載基板４０の前方に配置された光学要素であり、ベース部材２０の上方においてレンズホルダー２１の間で保持されている。素子搭載基板４０は、配線がパターニングされた表面上に複数の発光素子と電子部品、コネクタ等が実装された基板であり、レンズ３０よりも後方に配置されて基板ホルダー２２の間で保持されている。放熱部５０は、素子搭載基板４０上の発光素子で発光に伴って生じた熱を放熱するため要素であり、例えばフィンや冷却ファンを備えて素子搭載基板４０の後方に取り付けられている。

図２は、本実施形態における素子搭載基板４０の概略を示す模式平面図である。素子搭載基板４０は、発光面４１上に複数の発光素子４２と、複数の制御素子４３，４４と、制御用コネクタ４５と、電力供給用コネクタ４６とが搭載されている。図２では発光面４１上に形成された配線パターンは図示を省略している。

発光面４１は、素子搭載基板４０の一方の面であり、図２では図示を省略した配線パターンと複数のランドが形成されて、発光素子４２、制御素子４３，４４、制御用コネクタ４５、電力供給用コネクタ４６が実装される。ここでは素子搭載基板４０の一方の面に全ての電子部品を実装した例を示したが、発光面４１には少なくとも発光素子４２を実装していればよく、両面に他の電子部品を実装する形態であってもよい。

発光素子４２は、発光面４１の表面に設けられたランドに表面実装で搭載され、配線パターンを介して制御素子４３，４４と電力供給用コネクタ４６に電気的に接続され、所定の光を発光するＬＥＤである。発光素子４２は発光面４１に行列方向に複数配列して搭載されている。図２では９６個の発光素子４２が２４個ずつ４列に配列された例を示しているが、二次元的に配列されていれば個数や行列方向の個数は限定されない。

制御素子４３，４４は、発光面４１に形成された配線パターンを介して発光素子４２と制御用コネクタ４５に電気的に接続され、制御用コネクタ４５から伝達される制御信号に基づいて発光素子４２の点灯、消灯、減光を制御する素子である。制御素子４３と制御素子４４は、複数の発光素子４２が搭載された領域を挟んで発光面４１の周辺近くに配置されている。複数の発光素子４２は所定個数グループ化されており、各グループの発光素子４２が一つの制御素子４３または制御素子４４に接続されている。図２で示した例では９６個の発光素子４２を８グループに区分して、８個の制御素子４３，４４で制御している。

制御用コネクタ４５は、発光面４１に形成された配線パターンを介して制御素子４３，４４に接続されたコネクタであり、素子搭載基板４０の外部からケーブル等が接続されて制御素子４３，４４に対して制御信号を伝達する。電力供給用コネクタ４６は、発光面４１に形成された配線パターンを介して発光素子４２に接続されたコネクタであり、素子搭載基板４０の外部からケーブル等が接続されて発光素子４２に電力を供給する。

車両用灯具１０に対して図示しないケーブル等を介して、制御用コネクタ４５に制御信号が供給され、電力供給用コネクタ４６に電力が供給されると、制御素子４３，４４によって複数の発光素子４２が発光制御され、発光素子４２からの光がレンズ３０を透過して車両用灯具１０の前方に照射される。このとき、二次元的に配列された発光素子４２の位置に応じて点灯、消灯、減光等が制御されることで、レンズ３０から前方に照射される光は、車両あるいは歩行者に対応する領域を減光した配光となる。

図３は、発光素子４２の構造の一例を示す模式断面図である。本実施形態の発光素子４２は、基板１０１と、電極１０２，１０３と、反射部１０４と、ＬＥＤチップ１０５と、ワイヤ１０６と、封止部１０７を備えた表面実装型のＬＥＤパッケージである。発光素子４２は、電極１０２，１０３が基板１０１の裏面側に露出した表面実装型であればよく、他の具体的構造は図３に示したものに限定されない。

基板１０１は、ＬＥＤチップ１０５を搭載する薄板状の部材であり、例えば金属、セラミック、樹脂等で形成されている。電極１０２，１０３は、基板１０１の表面側から裏面側にかけて延在して設けられた電極であり、それぞれ発光素子４２のアノードとカソードを構成している。反射部１０４は、基板１０１上でＬＥＤチップ１０５を囲むように設けられ、ＬＥＤチップ１０５からの光を反射する部材である。ＬＥＤチップ１０５は、電極１０２の上に搭載されてワイヤ１０６で電極１０３に接続され、電力が供給されることで所定波長の光を発光する。ワイヤ１０６は、ＬＥＤチップ１０５の上面と電極１０３の露出部とを電気的に接続する金属細線である。封止部１０７は、反射部１０４内でＬＥＤチップ１０５とワイヤ１０６を樹脂で封止する部材であり、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂で構成される。封止部１０７中には蛍光体粒子を含有されており、ＬＥＤチップ１０５からの光を波長変換して発光素子４２は白色光を発光する

図３ではＬＥＤチップ１０５が両面電極タイプでワイヤ１０６を１本の例を示したが、ＬＥＤチップ１０５を片面電極タイプとしてワイヤ１０６を２本用いるとしてもよく、ＬＥＤチップ１０５を電極１０２，１０３にフリップチップ接続するとしてもよい。また、反射部１０４を設けない構成としてもよく、ＬＥＤチップ１０５に代えて半導体レーザチップを用いる構成としてもよい。

図４は、発光素子４２の裏面側における電極１０２，１０３の電極パターンを示す模式平面図である。電極１０２，１０３は基板１０１の裏面に図中上下を延在方向として図中横方向に所定間隔を空けて、一対の略矩形状に形成されている。電極１０２は発光素子４２のアノードであり、４つの角部１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄのうち、内側に位置する１０２ａ，１０２ｂが略直角に形成され、外側に位置する１０２ｃ，１０２ｄが円弧状に形成されている。電極１０３はカソードであり、４つの角部１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄのうち、内側に位置する角部１０３ａ，１０３ｂには極性判別部として切欠きが斜め方向の直線として形成され、外側に位置する１０３ｃ，１０３ｄが円弧状に形成されている。電極１０３の裏面電極パターンに切欠きとして極性判別部である角部１０３ａ，１０３ｂが形成されていることで、発光素子４２のカソードとアノードがどちらかを判別して素子搭載基板４０上に実装できる。

図５（ａ）は、第１実施形態におけるランドと電極パターンの位置合わせについて説明する模式図である。素子搭載基板４０上において発光素子４２を搭載する搭載領域１１０には、素子搭載基板４０上の配線パターンの一部として一対のランド１１１，１１２が形成されている。ランド１１１，１１２は、図中上下を延在方向として図中横方向に所定間隔を空けて、一対の略矩形状に形成されている。ランド１１１，１１２は、発光素子４２の電極１０２，１０３の裏面側電極パターンよりも図中横方向の間隔が小さく、幅が大きく形成され、図中上下方向である延在方向にも幅が大きく形成されている。ランド１１１，１１２の内側には角部が斜めに直線上に切り欠かれた切欠き部１１１ａ，１１１ｂ，１１２ａ，１１２ｂが形成されている。

発光素子４２をランド１１１，１１２上に実装する際には、ランド１１１，１１２上に設けられた半田等の表面張力により電極１０２，１０３の裏面側電極パターンがセルフアラインで所定位置に位置決めされる。このとき、電極１０３の角部１０３ａ，１０３ｂに形成された極性判別部の切欠きと、ランド１１２に形成された切欠き部１１２ａ，１１２ｂとの斜辺が一致し、ランド１１１の外縁が電極１０３の裏面電極パターンと辺で外接している。また、ランド１１１に形成された切欠き部１１１ａ，１１１ｂの外縁が、それぞれ電極１０２の内側である角部１０２ａ，１０２ｂと点で外接している。

図５（ａ）に示したように、ランド１１１またはランド１１２の外縁は、発光素子４２に形成されている電極１０２，１０３の裏面電極パターンの延在方向における少なくとも２箇所で外接する。換言すると発光素子４２は、電極１０２，１０３の裏面側電極パターンが延在する方向における少なくとも２箇所で、ランド１１１，１１２の外縁に対して内接し、ランド１１１，１１２に位置決めして面実装されている。これにより、発光素子４２の図中上下方向における位置決め精度を向上させることができる。また、ランド１１１，１１２の外縁は、一対の電極１０２，１０３の裏面電極パターンにおける内側でそれぞれ外接する。これにより、発光素子４２の図中左右方向における位置決め精度を向上させることができる。

さらにランド１１１，１１２の外縁は、電極１０２，１０３の角部１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ以外とは重ならず、電極１０２，１０３の外縁よりも広い領域に形成されて露出している。これにより、ランド１１１，１１２の外縁から電極１０２，１０３の外縁に半田のフィレットを良好に形成することができ、長期的信頼性を確保することが可能となる。

上述したように、本実施形態の素子搭載基板４０およびこれを用いた素子搭載方法では、素子搭載基板４０の表面に設けられたランド１１１，１１２の外縁は、搭載される発光素子４２に形成されている電極１０２，１０３の電極パターンの延在方向における少なくとも２箇所で外接し、延在方向と幅方向での位置決め精度を向上することができる。また、素子搭載基板４０を用いた車両用灯具では、電極パターンの延在方向と幅方向において発光素子４２の位置決め精度を向上させることができるため、複数の発光素子４２を二次元的に配列した場合にも配光特性の精度を向上させることができる。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態と重複する部分についての説明は省略する。図５（ｂ）は、第２実施形態におけるランドと電極パターンの位置合わせについて説明する模式図である。搭載領域１１０には、素子搭載基板４０上の配線パターンの一部として一対のランド１２１，１２２が形成されている。ランド１２１，１２２は、図中上下を延在方向として図中横方向に所定間隔を空けて、一対の略矩形状に形成されている。ランド１２１，１２２は、発光素子４２の電極１０２，１０３の裏面側電極パターンよりも図中横方向の間隔が小さく、幅が大きく形成され、図中上下方向である延在方向にも幅が大きく形成されている。ランド１２１，１２２の内側と外側には、角部が斜めに直線上に切り欠かれた切欠き部１２１ａ〜１２１ｄ，１２２ａ〜１２２ｄが形成されている。

発光素子４２をランド１２１，１２２上に実装した状態では、電極１０３の角部１０３ａ，１０３ｂに形成された極性判別部の切欠きと、ランド１２２に形成された切欠き部１２２ａ，１２２ｂとの斜辺が一致し、ランド１１１の外縁が電極１０３の裏面電極パターンと辺で外接している。また、ランド１２１に形成された切欠き部１２１ａ〜ｄの外縁が、それぞれ電極１０２の角部１０２ａ〜１０２ｄと点で外接している。ランド１２２に形成された切欠き部１２２ｃ，１２２ｄの外縁もそれぞれ電極１０３の角部１０３ｃ，１０３ｄと点で外接している。

図５（ｂ）に示したように、ランド１２１またはランド１２２の外縁は、発光素子４２に形成されている電極１０２，１０３の裏面電極パターンの延在方向における少なくとも２箇所で外接し、幅方向においても少なくとも２箇所で外接する。これにより、発光素子４２の図中上下方向および左右方向における位置決め精度を向上させることができる。

さらにランド１２１，１２２の外縁は、電極１０２，１０３の角部１０２ａ〜１０２ｄ，１０３ａ〜１０３ｄ以外とは重ならず、電極１０２，１０３の外縁よりも広い領域に形成されて露出している。これにより、ランド１２１，１２２の外縁から電極１０２，１０３の外縁に半田のフィレットを良好に形成することができ、長期的信頼性を確保することが可能となる。

（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態について説明する。第１実施形態と重複する部分についての説明は省略する。図５（ｃ）は、第３実施形態におけるランドと電極パターンの位置合わせについて説明する模式図である。本実施形態は第１実施形態の変形例であり、ランド１３１，１３２の内側に角部が円弧状に切り欠かれた切欠き部１３１ａ，１３１ｂ，１３２ａ，１３２ｂが形成されている。

発光素子４２をランド１３１，１３２上に実装した状態では、ランド１３１，１３２に形成された内側の切欠き部１３１ａ，１３１ｂ，１３２ａ，１３２ｂは、電極１０２の角部１０２ａ，１０２ｂと電極１０３の角部１０３ａ，１０３ｂに形成された極性判別部の切欠きと点で外接している。

本実施形態でも、ランド１３１またはランド１３２の外縁は、電極パターンの延在方向における少なくとも２箇所で外接し、図中上下方向における位置決め精度を向上させることができる。また、ランド１３１，１３２の外縁は、電極パターンにおける内側でそれぞれ外接し、図中左右方向における位置決め精度を向上させることができる。また、ランド１３１，１３２の外縁から電極１０２，１０３の外縁に半田のフィレットを良好に形成することができ、長期的信頼性を確保することが可能となる。

（第４実施形態）
次に本発明の第４実施形態について説明する。第１実施形態と重複する部分についての説明は省略する。図５（ｄ）は、第４実施形態におけるランドと電極パターンの位置合わせについて説明する模式図である。本実施形態は第２実施形態の変形例であり、ランド１４１，１４２の内側と外側に角部が円弧状に切り欠かれた切欠き部１４１ａ〜１４１ｄ，１４２ａ〜１４２ｄが形成されている。

発光素子４２をランド１４１，１４２上に実装した状態では、ランド１４１，１４２に形成された切欠き部１４１ａ〜１４１ｄ，１４２ａ〜１４２ｄは、電極１０２の角部１０２ａ〜１０２ｄと電極１０３の角部１０３ａ〜１０３ｄに形成された角部および極性判別部の切欠き部と点で外接している。

本実施形態でも、ランド１４１またはランド１４２の外縁は、電極パターンの延在方向における少なくとも２箇所で外接し、幅方向においても少なくとも２箇所で外接する。これにより、発光素子４２の図中上下方向および左右方向における位置決め精度を向上させることができる。また、ランド１４１，１４２の外縁から電極１０２，１０３の外縁に半田のフィレットを良好に形成することができ、長期的信頼性を確保することが可能となる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１０…車両用灯具
２０…ベース部材
２１…レンズホルダー
２２…基板ホルダー
３０…レンズ
４０…素子搭載基板
４１…発光面
４２…発光素子
４３，４４…制御素子
４５…制御用コネクタ
４６…電力供給用コネクタ
５０…放熱部
１０１…基板
１０２，１０３…電極
１０２ａ〜１０２ｄ，１０３ａ〜１０３ｄ…角部
１０４…反射部
１０５…ＬＥＤチップ
１０６…ワイヤ
１０７…封止部
１１０…搭載領域
２，１１１，１１２，１２１，１２２，１３１，１３２，１４１，１４２…ランド
１１１ａ，１１１ｂ，１１２ａ，１１２ｂ，１２１ａ〜１２１ｄ，１２２ａ〜１２２ｄ，１３１ａ，１３１ｂ，１３２ａ，１３２ｂ，１４１ａ〜１４１ｄ，１４２ａ〜１４２ｄ…切欠き部

Claims (7)

1. 表面に設けられたランドに発光素子を面実装するための素子搭載基板であって、
   前記ランドの外縁は、前記発光素子に形成されている電極パターンの延在方向における少なくとも２箇所で前記電極パターンと外接することを特徴とする素子搭載基板。
2. 請求項１に記載の素子搭載基板であって、
   前記ランドの外縁は、前記電極パターンの極性判別部と外接することを特徴とする素子搭載基板。
3. 請求項１または２に記載の素子搭載基板であって、
   前記ランドの外縁は、一対の前記電極パターンにおける内側で外接することを特徴とする素子搭載基板。
4. 請求項１から３の何れか一つに記載の素子搭載基板であって、
   前記ランドの外縁は、前記電極パターンと点で外接することを特徴とする素子搭載基板。
5. 請求項１から３の何れか一つに記載の素子搭載基板であって、
   前記ランドの外縁は、前記電極パターンと辺で外接することを特徴とする素子搭載基板。
6. 請求項１から５の何れか一つに記載の素子搭載基板を備えた車両用灯具であって、
   前記表面には前記ランドおよび前記発光素子が複数設けられていることを特徴とする車両用灯具。
7. 発光素子に形成されている電極パターンを、前記電極パターンの延在方向における少なくとも２箇所で、素子搭載基板の表面に設けられたランドの外縁に対して内接させて、前記発光素子を前記ランドに位置決めして面実装することを特徴とする素子搭載方法。

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