JP2020080401A - 電子部品を貼り付ける方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、３Ｄ形状の物体の複雑な表面である表面に電子部品を信頼性高く貼り付け、はんだ汚れを回避し、はんだ位置の精度及び再現性を高めるとともに、アプリケーションを改造するのに望ましい光学特性を提供する。【解決手段】電子部品に対応する開口を有する部品ステンシル３を支持体６上に置き、少なくとも１つの電子部品を、部品ステンシルの対応する開口内に配置し、部品ステンシル上にコンタクト材料ステンシルを位置付け、該コンタクト材料ステンシルは、上記少なくとも１つの電子部品の少なくとも１つのコンタクト領域に対応する少なくとも１つの開口を有し、コンタクト材料ステンシルの対応する開口内に配置された上記少なくとも１つの電子部品の上記少なくとも１つのコンタクト領域上にコンタクト材料を塗布し、上記少なくとも１つの電子部品を表面に当て、コンタクト材料が上記少なくとも１つの電子部品を表面に接続する。【選択図】図１ｃ

Description

本開示は、表面に、特に、３Ｄ形状の物体の複雑な表面の内側又は上に、少なくとも１つの電子部品を貼り付ける方法に関する。

産業界では、電子デバイスを作り出す表面実装技術（ＳＭＴ）が、プリント回路基板（ＰＣＢ）の孔の中にワイヤリードを備えた部品を嵌め込むものであるスルーホール技術（ｔｈｔ）構築法を大いに置き換えてきている。ＳＭＴ法においては、従来、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）といった発光素子などの電子部品が、リフローはんだ付けによって、実質的に平坦な又は２Ｄ形状のＰＣＢ上にマウントされる。

しかしながら、近頃、例えば非平坦な又は３Ｄ形状の物体の物体内又は表面上などの、かなり複雑な表面に電子部品をマウントする試みが為されている。特に、最近、例えばワイヤフィラメントを有する白熱光源などの伝統的な光源を、例えばＬＥＤなどの発光素子を有する照明デバイスで置き換える取り組みがある。例えば自動車照明においてなど、一部の特定の用途では、そのような照明デバイスの“改造”を行うことが望ましい。例えば、リフレクタカップ及びレンズなどの光学素子といったランプの残りの素子は交換を要しないままで、白熱電球などの伝統的な光源がＬＥＤ照明デバイスで置き換えられるのみであると有利である。

しかしながら、伝統な的光源を改造することに合わせて照明デバイスを構成することは難題である。伝統的な光源と同じ光学素子を照明デバイスが使用することが意図されるので、発光素子の構成及び仕様によって、伝統的な光源の照明パターンによく似たものを呈するようにしなければならない。例えば、複数のＬＥＤを配列方向に沿って互いに近く配列して、白熱光源のフィラメントの形状を表すようにＬＥＤを配置することが必要とされ得る。従って、例えばアプリケーションを改造することなどのための、特に、複雑な形状の物体への、ＬＥＤの実装は、特に精緻に行われる必要がある。

ＳＭＴを採用することにより、製造プロセスは高めされ得るが、部品の小型化及び表面上への電子部品のいっそう密な詰め込みに起因して欠陥のリスクも高まる。とりわけ、はんだの量が十分でないことによるはんだジョイントの信頼性がますます懸案事項となる。一方で、与えられるはんだの量が多すぎると、リフローによって溶融したはんだが電子部品のコンタクト領域の外まで漏れるとともに、リフロー時の表面及び電子部品の反りが、はんだ付け不良をもたらし、電子デバイスの歩留まりの低下を引き起こす。また、ツームストーン現象が起こることもある。他方で、電極間のはんだの量が少なすぎると、ボイドの存在がジョイント強度を低下させ、最終的にジョイント不良につながり得る。

表面に電子部品を貼り付ける従来の方法は、電子部品の貼り付けにおいて精度が十分でないことがある。特に、複雑な構造の表面への取り付けは、はんだパターンが不正確に置かれたり不十分な量のはんだを有したりするので、なおも最適化を必要とする。

従って、本発明の１つの目的は、特には３Ｄ形状の物体の複雑な表面である表面に電子部品を信頼性高く貼り付ける方法を提供することである。特に、従来技術の上述の欠点を回避すべきであるとともに、製造コストを低減させ、はんだ汚れを回避し、そして、はんだ位置の精度及び再現性を高める方法が提供されるべきである。本発明は更に、その方法が効率的に再現可能に実行されることを可能にするシステムに関する。本発明は更に、特にアプリケーションを改造するための、特には照明パターンを改善する照明デバイスである電子デバイスに関する。

本発明の第１の態様によれば、表面に少なくとも１つの電子部品を貼り付ける方法が提案され、当該方法は、電子部品に対応する少なくとも１つの開口を有する部品ステンシルを支持体上に置き、少なくとも１つの電子部品を、部品ステンシルの対応する開口内に配置し、部品ステンシル上にコンタクト材料ステンシルを位置付け、該コンタクト材料ステンシルは、上記少なくとも１つの電子部品の少なくとも１つのコンタクト領域に対応する少なくとも１つの開口を有し、コンタクト材料ステンシルの対応する開口内に配置された上記少なくとも１つの電子部品の上記少なくとも１つのコンタクト領域上にコンタクト材料を塗布し、上記少なくとも１つの電子部品を表面に当て、コンタクト材料が上記少なくとも１つの電子部品を表面に接続することを有する。

本発明の第２の態様によれば、表面に少なくとも１つの電子部品を貼り付ける上記方法で使用されるシステムが提案され、当該システムは、支持体であり、オプションで、少なくとも１つの電子部品が貼り付けられる表面に形状が従うことができる、支持体と、少なくとも１つの電子部品に対応する少なくとも１つの開口を有する部品ステンシルと、上記少なくとも１つの電子部品の少なくとも１つのコンタクト領域に対応する少なくとも１つの開口を有するコンタクト材料ステンシルとを有する。

本発明の第３の態様によれば、電子デバイスが提供され、当該電子デバイスは、キャリアの表面と、該表面上に配置された少なくとも１つの電子部品とを有し、上記少なくとも１つの電子部品が、表面に少なくとも１つの電子部品を貼り付ける上記方法によって表面上に配置されている。

本発明の第１、第２、及び第３の態様の例示的な実施形態は、後述の特性のうちの１つ以上を有し得る。

上述の方法は、従来のＳＭＴ法と比較して、少なくとも１つの電子部品を表面に貼り付けるのに有利である。何故なら、コンタクト材料塗布の正確さ及び再現性を確保することができるからである。表面が複雑な形状を有し得るとき、特に、３次元的に（平らでないように）構成され得るとき、表面上への例えばはんだなどのコンタクト材料の信頼性ある位置決めは、例えばはんだマスクなどの標準的な技術によってでは可能でないことがある。はんだマスクは、特に、複雑な形状の相当小さい表面に設けるのが困難であり得る。また、表面のマウント面のエッジ近くにはんだを置くとき、はんだの位置決め及び量を制御するのは困難である。それ故に、特にはんだのリフローにおいて、電子部品の望ましくない位置変化が起こり得る。

見出されたことには、例えばはんだペーストなどのコンタクト材料を、少なくとも１つの電子部品上に、特に、少なくとも１つの電子部品のコンタクト領域上に塗布することが有利である。

少なくとも１つの電子部品は、例えば、支持体上に取り外し可能に取り付けられることができ、該少なくとも１つの電子部品は、該少なくとも１つの電子部品が支持体上に取り外し可能に取り付けられている間に表面に当てられる。支持体は、少なくとも１つの電子部品の正確な位置決め及び貼り付けのために使用され得る。例えば、例えば導体構造を備えた支持体（例えば、プリント回路基板／ＰＣＢ）などのキャリアの表面の（１つ以上の）マウント面に、少なくとも１つの電子部品が当てられる。コンタクト材料が、リフロー及び／又はキュアにかけられ得る。支持体は、コンタクト材料のリフロー及び／又はキュアの前、後、又は最中に取り外され得る。

特に、同時に複数の電子部品を貼り付けることができ、電子部品の個数及び種類は特に制限されない。また、これら少なくとも１つの電子部品の形態及び物理的寸法は制限されないが、好ましくは、これら少なくとも１つの電子部品は、表面実装製造法に適した形態及び物理的寸法を有する。それは、非常に小さいサイズの、そして一般的に小型の長方形又は正方形の、特に、例えばＬＥＤ、キャパシタ、抵抗などの、電子部品とし得る。上述のように、これら少なくとも１つの電子部品は更に、当該電子部品の表面に形成された、例えば少なくとも一対の電極、好ましくは少なくとも一対のパッド、より好ましくは少なくとも１つのアノードパッド及び少なくとも１つのカソードパッドであるコンタクト領域を有し得る。

これら少なくとも１つの電子部品は、例えばＰＣＢなどのキャリアの実質的に平坦な又は２Ｄ形状の表面に精度良く貼り付けられることができる。用語“キャリア”は、電子部品を受けるように調製され得る任意の好適材料を有するように理解され得る。一般に、キャリアは、非導電性の基板上に形成された導電性のトラック、パッドなどを有し得る。少なくとも１つの電子部品を受けるようにマウントパッドが配置され得る。有利なことに、これら少なくとも１つの電子部品は、３Ｄ形状の表面上に、特に、３Ｄ形状の物体の複雑な表面の内側又は上に、高い位置精度及び信頼できる再現性を持って貼り付けられることができる。

支持体は、その上に少なくとも１つの電子部品が貼り付けられる表面に形状が従うことができるとし得る。支持体のサイズ又は形状に制約はない。支持体のサイズ及び形状はどちらも好ましくは、少なくとも１つの電子部品が貼り付けられる表面のサイズ及び形状に対応する。しかしながら、支持体の及び／又は部品の及び／又はコンタクト材料ステンシルのサイズ及び／又は形状が表面のサイズ及び形状に対応すれば、それでも十分であり得る。支持体は、例えばアルミニウムなどの金属、プラスチック材料、又は、ステンシル及び電子部品の貼り付けと貼り付け中に表面上に支持体を信頼性高く位置決めして維持することとに適した支持体を提供するのに十分なだけ安定した他の材料で構成され得る。支持体はまた、放熱機能を提供するために熱伝導性の材料を有していてもよい。

支持体上に部品ステンシルが置かれる。しかしながら、部品ステンシルと支持体との間の直接的な接触は必要でなく、支持体と部品ステンシルとの間に他の素子が配置される。例えば、支持体は、例えば支持体が接着剤層を備えていて部品ステンシルの接着が回避されるべき場合などにおいて、支持体と部品ステンシルとの直接的な接触を避けるように部分的にマスクされ得る。他の実施形態において、部品ステンシルはまた、支持体と一体のコンポーネントとして形成されてもよく、あるいは、支持体上に直に形成されてもよい。これは例えば、部品ステンシル及び／又は支持体の３Ｄ加工によって達成され得る。部品ステンシルのサイズ及び厚さは、それが使用される用途に応じて様々とし得る。しかしながら、部品ステンシルのサイズ及び形状は、好ましくは、それに少なくとも１つの電子部品が貼り付けられることになる表面のサイズ及び／又は形状に対応する。

部品ステンシルは、例えばサイズ及び／又は形状において、上記少なくとも１つの電子部品に対応する開口を画成している。従って、上記少なくとも１つの電子部品は、部品ステンシルの対応する開口内に配置され、例えば、その開口の側壁によって定位置に保たれることができる。一部の実施形態では、上記少なくとも１つの電子部品と（１つ以上の）側壁との間の直接的な接触が提供されてもよく、他の実施形態では、例えば開口が上記少なくとも１つの電子部品を中心に置くためのガイドを提供して、上記少なくとも１つの電子部品と（１つ以上の）側壁とが離間されてもよい。

開口の配置はまた、電子部品が貼り付けられることになる表面上の位置の否定（ネガ）に対応してもよい。部品ステンシルは、具体的な処理に関して何が必要であるのかに応じて多様な異なる構成及び開口パターンを有することができ、本発明は何らかの特定のステンシル構成又は開口パターンに限定されるものではない。

部品ステンシルは、当該部品ステンシルが支持体上に置かれる前に、例えばステンレス鋼及び／又はアルミニウムなどの金属のシートを機械加工、レーザエッチング、及び／又は化学エッチングすることによって形成され得る。それに代えて、部品ステンシルは、フォトリソグラフィ又は所定のパターンを与えるための他の手段によって形成されてもよい。さらに、ステンシルはまた、好適な可撓性のある材料で作製されてもよい。本発明の一実施形態において、ステンシルは、可撓性のあるポリマー材料で構築される。部品ステンシルに好適な材料の一例は、カプトン（Ｋａｐｔｏｎ（登録商標））という商標名でデュポン社が販売しているポリイミドである。様々な実施形態において、部品ステンシルは再使用可能であり、故に、コスト削減を提供する。

コンタクト材料ステンシルのサイズ及び形状は、好ましくは、部品ステンシルの及びオプションで支持体のサイズ及び／又は形状に対応する。コンタクト材料ステンシルは、上記少なくとも１つの電子部品の上記少なくとも１つのコンタクト領域のサイズ及び／又は形状に対応する開口を有する。上記少なくとも１つのコンタクト領域は、好ましくは様々な導電性の材料で形成され得るものであるパッドを有し得る。電気部品は例えば、底面に、底面の幅の少なくとも一部又は幅の大部分にわたって延在し得るとともに好適な隙間だけ離間され得る少なくとも２つの電気コンタクトパッドの組を有する。

部品ステンシル上でのコンタクト材料ステンシルの位置決めは、コンタクト材料ステンシルの上記少なくとも１つの開口が上記少なくとも１つの電子部品の上記少なくとも１つのコンタクト領域とアライメントされるように実行される。コンタクト材料ステンシルは、部品ステンシル及び／又は支持体と同じ材料を有し得る。しかしながら、その材料はまた、部品ステンシル及び／又は支持体の材料とは異なっていてもよい。当然ながら、可撓性のある材料が使用されてもよい。

上記少なくとも１つの電子部品の上記少なくとも１つのコンタクト領域上へのコンタクト材料の塗布が、コンタクト材料ステンシルを用いることによって実行される。コンタクト材料ステンシルの開口を通してコンタクト材料が塗布されて、コンタクト材料上にコンタクト材料堆積物（デポジット）を提供し得る。例えば、精密なスキージが、ワンパスで、コンタクト材料ステンシルの開口を通して電気部品のコンタクト領域の表面上にコンタクト材料を送り込む。一実施形態において、コンタクト材料は、供給源からのコンタクト材料をスキージを用いてコンタクト材料ステンシルの頂面の上に広げることによって塗布され得る。スキージは、手動で操作されてもよいし、自動操作されてもよい。

コンタクト材料の広がりは、コンタクト領域のサイズ及び形状に対応したコンタクト材料ステンシルの開口の側壁によって、コンタクト領域のサイズ及び／又は形状に正確に制限され得る。従って、コンタクト材料の位置精度を確保することができる。

コンタクト材料によって、上記少なくとも１つの電子部品をキャリアの表面に接続することができる。好ましくは、電子部品の上記少なくとも１つのコンタクト領域とキャリアの上記少なくとも１つのコンタクト領域との間の電気的な接続が構築される。電気コンタクトは、例えば、はんだ付けによって、特に、はんだペースト（オプションでフラックスとともに）を用いることによって、及び／又は、導電性接着剤を用いることによって構築され得る。

上述の方法を用いると、複雑な３Ｄ形状のキャリアの表面であっても、電子部品の極めて正確で信頼できるプレースメント（配置すること）を確保することができる。また、正確な量のコンタクト材料の塗布を確保することができ、それ故に、上述の従来技術の欠点を効果的に回避することができる。

本発明の第１の実施形態によれば、上記少なくとも１つの電子部品を表面に当てることは、少なくとも部分的にＳＭＴ部品プレースメントシステムによって実行される。例えば、自動ピックアンドプレース機を用いて、上記少なくとも１つの電子部品をキャリアの表面上に配置し得る。そのようなピックアンドプレース装置は、複数の部品又は一群の電子部品を同時にキャリア表面の様々な位置に当てる複数のロボットヘッドを有することができ、電子部品マウントプロセスを高精度に自動で管理することができるので、スループット及び位置精度が向上される。

例えば、上記少なくとも１つの電子部品がキャリアの表面にツーウェイプロセスで貼り付けられ得る。例えば、自動ピンセット（ツイーザ）を使用して、単一の電子部品を個別に掴んで支持体から取り外し、そして、例えば真空ノズルなどのホールド装置に引き渡す。次いで、ホールド装置が、その単一の電子部品をキャリアの表面に当て得る。このツーウェイプロセスはまた、それぞれ複数のピンセット及び複数のホールド装置によって同時に実行されてもよい。上記少なくとも１つの電子部品を配置する及び／又は当てることには、少なくとも１つのホールド装置としてピックアンドプレース機を使用することの他に、例えば真空ピンセットなどのピンセット、真空ペン又は他のツールも使用することができる。

本発明の一実施形態によれば、上記少なくとも１つの電子部品は、支持体上に取り外し可能に取り付けられる。例えば、磁気的に、非永続的な接着によって、粘着によって、機械的な結合によって、又はその他の種類の取り外し可能な接続によって、上記少なくとも１つの電子部品を支持体に取り外し可能に取り付けることにより、上記少なくとも１つの電子部品を、それが表面に当てられるまで、支持体上の定位置に保持することができる。支持体は、コンタクト材料のリフロー及び／又はキュアの前、後、又は最中に取り外され得る。

また、オプションで、部品ステンシルの滑り又は撓みを回避するため、及び支持体との正確なアライメントを提供するために、部品ステンシルが支持体に取り外し可能に固定され得る。

本発明の他の一実施形態によれば、支持体上に取り付けられている上記少なくとも１つの電子部品を表面に当てることは、表面の形状に従うように支持体を曲げることを有し、表面の形状に従うように及び／又は支持体に取り付けられた上記少なくとも１つの電子部品を表面上に配置するように支持体を曲げるために、オプションで、少なくとも１つのホールド装置が使用される。支持体及びオプションで部品ステンシル及び／又はコンタクト材料ステンシルを曲げることは、このシステムの様々な形状の表面上での柔軟な使用を可能にする。支持体を曲げることは、特に、複数の電子部品が複数のマウント面に同時にマウントされ得るように、表面の複数の領域の形状に従わせるために有用であり得る。好ましくは、このシステムは、少なくとも２つの独立した直線軸の周りで、より好ましくは３つの独立した直線軸の周りで曲げられることができる。例えば、物体の外形及び形状を柔軟に選ぶことができる。故に、一度の貼り付け工程で、複数の電子部品を、２Ｄ形状のキャリアの表面に対してだけでなく、様々な３Ｄ形状の物体の表面に対しても当てることができる。支持体（及びオプションでステンシル）は、例えばポリイミド及び／又はシリコーンなどの曲げやすい材料を有し得る。曲げやすい材料はまた、支持体及び／又はステンシルが表面の凹凸に従う助けともなり得る。

支持体は、例えば吸引ノズルなどの１つ以上のホールド装置によってピックアップされ得る。例えば、電子部品ごとに、又は電子部品のグループに対して（例えば、表面の１つのマウント面又は領域に対応するグループごとに）ホールド装置が使用され得る。複数のホールド装置が、支持体又はシステムの形状を柔軟に調節するため、特に、キャリアの表面の形状に対応した、支持体の及びオプションで部品ステンシル及び／又はコンタクト材料ステンシルの形状を得るため、及び電子部品を表面に当てるために、互いに対して位置付けられて回転され得る。

例えば、上記少なくとも１つの電子部品が支持体上に配置されるときに、基材（例えば、アルミニウムシート、ＰＣＢブランクなどのボード材料）を用いて、その上に支持体を配置してもよい。基材は、ＳＭＴ部品プレースメントシステムによる支持体及び上記少なくとも１つの電子部品のハンドリングに貢献し得る。

一部の実施形態において、支持体、部品ステンシル及び／又はコンタクト材料ステンシル、更にオプションで基材は、対応し合う要素の互いに対するアライメントを可能にするマーキング要素を有し得る。

本発明の他の一実施形態によれば、支持体は、少なくとも１つの所定の曲げ線、特に、材料削減又は目打ち線などの材料を弱くした少なくとも１つの所定の曲げ線を有する。曲げ線は、例えば、支持体の区画を分ける線に対応することができ、各区画が、例えば表面の１つのマウント面に対応した、１つの電子部品又は一群の電子部品に対応する。曲げ線によって、支持体の曲げの精度、ひいては、電子部品の位置決めの精度を大いに向上させることができる。曲げ線は、例えば、支持体の目打ち線など、材料を弱めることによって形成され得る。それに加えて、あるいは代わるものとして、例えば、材料削減、及び／又は支持体の残りの部分よりも柔軟性の高い別材料など、他の構成も可能であり得る。

本発明の他の一実施形態によれば、コンタクト材料は、電気コンタクトを提供することができ、特に、はんだペースト及び／又は導電性接着剤を有し、上記少なくとも１つの電子部品を表面に当てることは、表面への上記少なくとも１つの電子部品の電気コンタクトを構築することを有する。表面への上記少なくとも１つの電子部品の電気コンタクトを構築するため、キャリア表面上の対応するコンタクト領域にもコンタクト材料が塗布されてもよい。好ましくは、キャリア表面上のコンタクト材料の塗布は、キャリアの表面に対応する少なくとも１つのはんだマスクを用いた従来からのはんだ印刷法によって塗布され得る。そして、支持体に取り外し可能に取り付けられた（１つ以上の）電子部品が、それらのコンタクト領域をキャリア表面のコンタクト領域とアライメントして、キャリア表面上に配置され得る。

コンタクト材料は、粘度を持つはんだの混合物（例えば、錫と鉛の合金、又は錫と銀と銅の合金）とし得るはんだペーストを有し得る。はんだペーストの柔軟性により、開口の各々がはんだペーストで実質的に充填されてはんだペーストデポジットを形成することがもたらされる。一実施形態において、コンタクト材料ステンシル及び／又は部品ステンシルの取り外し後に、はんだペースト検査（solder paste inspection；ＳＰＩ）が実行され得る。ＳＰＩは、欠陥を特定するため、コンタクト領域上のはんだペーストデポジットのアライメントを検査するため、及びこれらに類することのために、はんだペーストデポジットに光を当て、光の反射を分析することを含み得る。それに代えて、あるいは加えて、コンタクト材料として、例えば、導電性接着剤又はフラックスが使用されてもよい。

コンタクト材料としてはんだペーストを使用し、好ましくは、上記少なくとも１つの電気部品と表面の対応するコンタクト領域との間にはんだジョイントを形成することによって電気コンタクトを構築するために、はんだリフローが実行される。例えばフラックスを有する又は有しないはんだペーストデポジットであるコンタクト材料デポジットがリフローされることで、上記少なくとも１つの電気部品とキャリアの表面のパッドとの間に、対応するはんだジョイントを形成し得る。デポジットをリフローさせることは、キャリア、パッド、デポジット、及び上記少なくとも１つの電気部品を含んだ構造体に一時的に熱を加えて、例えば、コンタクト材料デポジットを溶解させることを含み得る。例えば、リフローオーブンなどの加熱環境内に構造体を置くことによって、構造体が加熱され得る。はんだペーストのいっそう良好な濡れ性を可能にするため、及び高温でのはんだデポジットの参加を防止するため、加熱環境は過剰な窒素を含有し得る。はんだペーストデポジットが溶解状態又は溶融状態にあるとき、それらは実質的に丸くなる（実効的に半円又は半楕円を形成する）。コンタクト材料の種類に従う温度の所定の時間シーケンスを持つ熱サイクルが実行され得る。その後、熱が除去され、その結果、コンタクト材料が例えばはんだジョイントへと凝固して上記少なくとも１つの電気部品を表面パッドに取り付ける。重要なことには、リフロープロセスの間、デポジットの粘付きが上記少なくとも１つの電気部品を実質的に定位置に保持し、その結果、実際問題として、上記少なくとも１つの電気部品は実効的に位置及び／又は向きを変えない。コンタクト材料ジョイントの形成により、表面のパッドに電気部品を貼り付ける方法のプロセスが終了する。一実施形態において、デポジットのリフロー後に、余分な又は残余のコンタクト材料をキャリアから除去するために、フラックス洗浄が行われてもよい。

上記少なくとも１つの電気部品及びオプションで部品ステンシルが支持体に取り外し可能に固定されることを可能にするため、上記少なくとも１つの電子部品を支持体に取り外し可能に取り付けるための接着剤が支持体上に設けられ得る。特に、支持体の上面が、接着剤でコーティングされ得る。接着剤は、一部の実施形態において、昇温下であっても長時間にわたって部品及びステンシルが支持体に接着されたままとなることを保証する永久的又は半永久的な高温接着剤とし得る。オプションで、接着剤は、上記少なくとも１つの電子部品及び／又は部品ステンシルが、必要な場合に、正しく置かれるまで何度も当て直されて再アライメントされ得るように調合されてもよい。一部の実施形態において、支持体及び特に接着剤は、コンタクト材料のキュア／リフローを実行するのに必要な温度に支持体が耐えることができるという意味で耐熱性とし得る。その場合、支持体は、キュア／リフローの間は（１つ以上の）電子素子上に残ったままにされ、その後に取り外され得る。

本発明の更なる一実施形態によれば、接着剤は、硬化性であり、特にＵＶ硬化性である。好ましくは、部品ステンシルを支持体上に置くことに先立って、且つ上記少なくとも１つの電子部品を部品ステンシルの対応する開口内に配置することに先立って、支持体にＵＶテープが貼り付けられる。ＵＶテープにおいては、ＵＶ光への曝露によって接着接合が断たれ、きれいで容易な取り外しをなおも可能にしながら、部品を接着している間は接着剤が強いものであることを可能にする。より強い力が、より完全なるキュアを生み、より弱い接着が、取り残される接着剤残渣を少なくし得る。故に、ＵＶ硬化性の接着剤は、好ましくは、リフローに先立ってＵＶキュアされて除去され得る。従って、硬化性の接着剤はまた、キュア／リフローに必要な熱が支持体にダメージを与えることになるという意味で耐熱性ではない支持体を使用する可能性を開く。

ＵＶ及び光硬化型接着剤は、要求の厳しい用途において広範囲の基体に接着するように設計される。接合性及び被覆性に関して、それらの接着剤は、例えばはんだ付け温度などの熱の影響に耐えることを要求する用途にとって理想的である。例えば、ＵＶ硬化型接着剤の望ましくない膨張が回避される。紫外光を用いて接着剤を硬化させることの別の１つの利点は、最終製品を用意できる速さである。製造を速めることに加えて、例えばダストなどの望ましくない粒子が支持体上に積もり得る時間の量が短縮されるので、不具合及びエラーを減らすことができる。これは、完成品の品質を高めることができるとともに、より高い粘度を可能にする。

支持体はまた、ポリイミドを有し得る。ポリイミドは、その熱耐性、低い脱ガス、放射線耐性、及び絶縁特性のために、電気工学で使用されている。連続での２３０℃に至る動作温度が可能であり、短時間では４００℃に至る温度が可能である。その大きい範囲での温度安定性、及びその電気絶縁能力により、通常、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）テープが、エレクトロニクス製造において、静電気を受けて壊れやすいコンポーネント用の絶縁保護層として使用されている。多様なリフローはんだ付け処理に必要な温度を維持することができ得るので、製造プロセス全体を通して支持体の特性が利用可能であるとし得る。故に、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）テープを用い、好ましくは、このテープを除去することに先立って、上記少なくとも１つの電気部品がリフローはんだ付けされる。

また、上記少なくとも１つの電子部品を表面に当てることに先立って、コンタクト材料ステンシルを部品ステンシルから取り外し得るとともに、オプションで部品ステンシルを支持体から取り外し得る。コンタクト材料ステンシルの開口内に充填されたコンタクト材料が、上記少なくとも１つの電子部品のコンタクト領域を覆い、余分なコンタクト材料は、コンタクト材料ステンシルからすくい取られ得る。従って、コンタクト材料は、コンタクト材料ステンシルの表面と面一であり、上記少なくとも１つの電子部品が支持体の助けを借りて貼り付けられる場合、コンタクト材料ステンシルが残存したままでは、電子部品上のコンタクト材料デポジットの、キャリアの表面上の対応するコンタクト領域とのアライメントが難しいものになる。特に、残存したコンタクト材料ステンシルは、例えばはんだリフローにおける不規則性ひいては電子部品の不正確な貼り付けなどの問題を生じさせ得る。

また、例えば上述のツーウェイプロセスにて、上記少なくとも１つの電子部品が支持体なしで個別に貼り付けられる場合、残存したコンタクト材料ステンシルは、自動ピンセットが上記少なくとも１つの電子部品を掴むのを妨害し得る。

オプションで、部品ステンシルも、上記少なくとも１つの電子部品の貼り付けに先立って、支持体から取り外されることができる。しかしながら、一部の実施形態では、例えば、貼り付け中に電気部品を横方向に安定にして定位置に保持し、ひいては、正確なプレースメントを確保するために、上記少なくとも１つの電子部品が貼り付け中に支持体の助けを借りて貼り付けられる場合など、部品ステンシルは支持体上に残されてもよい。

本発明の好適な一実施形態によれば、表面は、互いに隣り合わせて配置され且つ／或いは互いに角度を付けて配置された少なくとも２つのマウント面を有し、特に、該少なくとも２つのマウント面のうちの少なくとも１つの配置方向に沿って、複数の電子部品が配列される。例えば、３Ｄ形状の物体のマウント面は、電気部品を受けるのに適したエリアを提供するように少なくとも部分的に平坦又は平面状とし得る。マウント面は各々、配置方向を持つとともに、その配置方向に沿って配置される少なくとも１つの電気部品を受けるように構成される。配置方向は、対応するマウント面及び／又は上記少なくとも１つの電気部品の延在方向に対応し得る。例えば、配置方向は、マウント面及び／又は上記少なくとも１つの電気部品の最長の次元に対応し得る。マウント面は、特に、複数の電気部品が例えば直線といった線に沿って配列され得るように構成されることができ、配置方向は、それら電気部品の線の向きに対応する。

複数のマウント面と、電気部品としての発光素子とを用いることにより、フィラメントによって提供される照明を、より高い正確さで真似ることができる。例えば、各マウント面の配置方向は互いに実質的に平行とすることができ、それらマウント面がフィラメントの異なる側を表現する。特に、複数の発光素子をマウントするための連続したエリアが得られるように、少なくとも２つのマウント面が互いに隣り合わせて配置される。例えば、同じ方向に向けた幾つかの照明エリアを得るため、特に、複数のフィラメントを有する光源を真似るために、少なくとも２つのマウント面が互いに実質的に平行に配置されてもよい。少なくとも２つのマウント面、特に、隣り合うマウント面が、互いに対して角度を付けて配置されてもよい。例えば、互いに対して角度を付けて配置されたマウント面が、フィラメントの異なる側を表現してもよく、且つ／或いは増大された角度の照明を提供してもよい。

本発明の他の一実施形態によれば、表面は、３つのマウント面を有し、該３つのマウント面のうちの１つが、他の２つのマウント面の間に配置され、特に、他の２つのマウント面に対して実質的に垂直に配置される。また、３つのマウント面のうちの１つは、他の２つのマウント面の間に配置され得るとともに、オプションで、他の２つのマウント面に直接隣接して配置されてもよい。マウント用セクションが、例えば、３つの面がマウント面を提供し、そして、４番目の面が本体セクションへのコンタクトを提供する４つの面を有していてもよい。

上記少なくとも１つの電子部品は、特に、発光ダイオード（ＬＥＤ）を有し得る。ＬＥＤは、例えばｐｎ接合、ダイオード、及び／又はトランジスタなどの少なくとも１つの半導体素子を有し得る。例えば、ＬＥＤは、別々の又は組み合わされたＬＥＤダイ及び／又はＬＥＤパッケージの形態で提供されることができ、特に、少なくとも１つのＬＥＤは、例えばサファイア基板といった基板の上に構成され得る。ＬＥＤパッケージは、波長変換素子（例えば、蛍光体に基づく）を有していてもよく、且つ／或いは、例えば拡散層、回折素子（例えば、レンズ）及び／又は反射素子（例えば、リフレクタカップ）などの少なくとも１つの光学素子を有していてもよい。ＬＥＤ又は複数のＬＥＤは、例えば、ＬＥＤリードフレームへと統合され得る。

上述した発明の特徴及び実施形態例は、本発明に従った複数の異なる態様に等しく関係し得る。特に、第１の態様に従った方法に関する特徴の開示により、第２及び第３の態様に従ったシステム及び電子デバイスに関する対応する特徴も開示される。

理解されるべきことには、この領域における本発明の実施形態の提示は、単なる例示であって、限定するものではない。

本発明の他の特徴が、添付の図面と併せて検討される以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、理解されるべきことには、図面は、本発明の範囲を定めるものとしてではなく、単に例示の目的で作成されたものであり、本発明の範囲については、添付の請求項が参照されるべきである。更に理解されるべきことには、図面は、縮尺通りに描かれておらず、また、図面は、単に、ここに記載される構造及び手順を概念的に例示することを意図したものである。

以下、添付の図面を参照して、本発明の例を詳細に説明する。図面は以下を示す。
図１ａ−図１ｅは、方法の第１の例示的な実施形態を概略的に表現したものを側面図にて示している。 図１ａ−図１ｅは、方法の第１の例示的な実施形態を概略的に表現したものを側面図にて示している。 図１ａ−図１ｅは、方法の第１の例示的な実施形態を概略的に表現したものを側面図にて示している。 図１ａ−図１ｅは、方法の第１の例示的な実施形態を概略的に表現したものを側面図にて示している。 図１ａ−図１ｅは、方法の第１の例示的な実施形態を概略的に表現したものを側面図にて示している。 図２ａ−２ｄは、電子デバイスを製造する方法の一実施形態を概略的に表現したものを示している。 図２ａ−２ｄは、電子デバイスを製造する方法の一実施形態を概略的に表現したものを示している。 図２ａ−２ｄは、電子デバイスを製造する方法の一実施形態を概略的に表現したものを示している。 図２ａ−２ｄは、電子デバイスを製造する方法の一実施形態を概略的に表現したものを示している。 図３ａ−３ｃは、電子デバイスを製造する方法の更なる一実施形態を概略的に表現したものを示している。 図３ａ−３ｃは、電子デバイスを製造する方法の更なる一実施形態を概略的に表現したものを示している。 図３ａ−３ｃは、電子デバイスを製造する方法の更なる一実施形態を概略的に表現したものを示している。

図１ａ−図１ｅは、本発明に係る方法の例示的な一実施形態を概略的に表現したものを側面図にて示している。図１ａにて、基材２が用意され、基材２は、ステンシル及び電子部品の貼り付けに好適なキャリアを提供するのに十分なだけ安定した、金属材料、プラスチック材料、樹脂、又は他の材料で構成され得る。

基材２上に支持体（サポート）６が配置され、支持体６は、特には３Ｄ形状の物体の表面である表面に対して形状が従うことができる可撓性のある材料で作製され得る。支持体６は、例えば、支持体６が接着ポリイミドテープ又はＵＶ硬化性の接着テープであるという点で、接着剤層（図示せず）を有し得る。

支持体６上に部品ステンシル３が配置される。オプションで、部品ステンシル３は、接着剤層により、支持体６に取り外し可能に取り付けられ得る。部品ステンシル３のサイズ及び形状は、支持体６のサイズ及び形状に対応する。部品ステンシル３は更に、サイズ及び形状において電子部品に対応する開口７を画成している。よりいっそう明らかになるように、これら開口７は、その上に部品がマウントされることになる表面上での対応する電子部品の位置に対応して、互いに対して位置付けられている。

図１ｂに示すように、電子部品５が用意され、この例示的な実施形態において、これら電子部品５は別個の発光素子（例えば、ＬＥＤ）を有し、各々が、それぞれの発光素子の底面に２つのコンタクト領域８を有している。各電子部品５の頂面が、支持体６に取り外し可能に接着される。さらに、電子部品５は、部品ステンシル３の対応する開口７の側壁への接触によって保持され、位置を正確に維持される。

部品ステンシル３上での図１ｃに示すようなコンタクト材料ステンシル４の位置決めが、コンタクト材料ステンシル４の開口が発光素子５のコンタクト領域８とアライメントされるように実行される。例えば、部品ステンシル３及びコンタクト材料ステンシル４は、アライメントを支援するためのマーカー要素を有し得る。コンタクト材料ステンシル４の開口は、サイズにおいて、発光素子のコンタクト領域８よりも小さいが、電子部品５のコンタクト領域８のサイズ及び形状に一致していてもよい。支持体６と、部品ステンシル３と、コンタクト材料ステンシル４とで、本発明に従ったシステム１を形成し得る。

コンタクト材料ステンシル４の開口を通してコンタクト材料９が塗布されて、コンタクト領域８上に、例えばはんだデポジット９などの対応するコンタクト材料堆積物が設けられる。支持体６に取り外し可能に取り付けられた電子部品５を表面に当てるのに先立ち、コンタクト材料ステンシル４が部品ステンシル３から取り外されるとともに、部品ステンシル３が支持体６から取り外される。図１ｄに示すように、はんだデポジット９は、電子部品５のコンタクト領域８上に残存し、キャリアの表面の対応するコンタクト領域への電気コンタクトを構築する働きをし得る。電子部品５は取り外し可能に支持体６上に取り付けられているので、支持体６が、基材２からピックアップされて、電子部品５をマウントするのに使用され得る。それぞれ部品ステンシル３及びコンタクト材料ステンシル４による発光素子５及びはんだデポジット９の配置によって、図１ｅに示すように、コンタクト材料の位置及び量を精度良く制御しながら、キャリア１０の表面に発光素子を正確に位置付け得る。特に、はんだデポジット９を、キャリア１０の表面に形成されたエッジの近くに位置付けることができる。

図２ａ−図２ｄは、本発明に従った電子デバイスを製造する方法を概略的に図示したものを示している。発光素子として構成された電子部品５が、３Ｄ形状のキャリア１１の表面にマウントされる。図２ａは、支持体６の前面図を表しており、例えば接着ポリイミドテープ又はＵＶ硬化性の接着テープによって形成されるものである支持体６上に、複数の発光素子５が取り外し可能に取り付けられている。支持体６は、目打ち線１３の形態の所定の曲げ線（ベンドライン）を有しており、それらが、複数の電子部品５を、各グループが３Ｄ形状のキャリア１１の表面のマウント面１４ａ、１４ｂ、１４ｃに対応する複数のグループに分けている。電子部品５のコンタクト領域上に、コンタクト材料としてのはんだペーストが塗布される（図示せず）。

支持体６が、ホールド装置（図示せず）の吸引ノズル１２ａ、１２ｂ、１２ｃによってピックアップされる。各々が電子部品５の１つのグループ及び３Ｄ形状のキャリア１１の表面のマウント面１４ａ、１４ｂ、１４ｃに対応する３つの吸引ノズル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ又は３つのグループの吸引ノズル１２ａ、１２ｂ、１２ｃが使用されている。図２ｂに３Ｄ形状のキャリア１１の上面図にて示すように、マウント面１４ｂに対応する電子部品５が当てられた後に、図２ｃに示すように、３Ｄ形状のキャリアの表面のマウント面１４ａ、１４ｂ、１４ｃの形状に従うように支持体６が目打ち線１３にて曲げられるよう、吸引ノズル１２ａ、１２ｃが位置変更されて回転される。

これに代わるものとして、３Ｄ形状のキャリアの表面のマウント面１４ａ、１４ｂ、１４ｃに各ストリップが対応する複数のストリップへと支持体６が切断されて（図示せず）、それらストリップが同様にして当てられてもよい。

電子部品５を位置付けた後に、はんだペーストが、電子部品５を、３Ｄ形状のキャリア１１の表面のマウント面１４ａ、１４ｂ、１４ｃに永続的に接続するように、はんだペーストがリフローにかけられる。支持体６は、リフロー後に（例えば、接着ポリイミドテープが使用される場合）、又はリフロー前に（例えば、ＵＶ光に曝されることで電子部品５への接着を弱めることができるＵＶ硬化性の接着テープを使用する場合）、発光素子１５から取り外され得る。図２ｄに示すような発光デバイスが得られる。

少なくとも１つの電子部品５を表面に当てることはまた、ＳＭＴ部品プレースメントシステムによって実行されてもよい。図３ａ及び図３ｂに示すように、自動ピンセット１６が、単一の電子部品５を個別に掴んで支持体６から取り外し、そして、例えば真空ノズルなどのホールド装置１７に引き渡す。この単一の電子部品５のキャリア１１の表面への貼り付けが、図３ｃに示すように、ホールド装置１７によって実行される。

Claims (15)

1. 物体の表面に少なくとも１つの電子部品を貼り付ける方法であって、
   支持体上に部品ステンシルを置き、該部品ステンシルは、電子部品に対応する少なくとも１つの開口を有し、
   少なくとも１つの電子部品を、該電子部品の頂面を前記支持体上にして、前記部品ステンシルの対応する前記開口内に配置し、
   前記部品ステンシル上にコンタクト材料ステンシルを位置付け、該コンタクト材料ステンシルは、前記少なくとも１つの電子部品の底面上の少なくとも１つのコンタクト領域に対応する少なくとも１つの開口を有し、
   前記コンタクト材料ステンシルの対応する前記開口内に配置された前記少なくとも１つの電子部品の前記少なくとも１つのコンタクト領域上に、コンタクト材料を塗布し、
   前記コンタクト材料ステンシルを前記部品ステンシルから取り外し、
   前記部品ステンシルを前記支持体から取り外し、
   前記少なくとも１つの電子部品を前記表面に当て、前記コンタクト材料が、前記少なくとも１つの電子部品を前記物体の前記表面に接続する、
   ことを有する方法。
2. 前記少なくとも１つの電子部品を前記表面に当てることは、少なくとも部分的にＳＭＴ部品プレースメントシステムによって実行される、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つの電子部品は、前記支持体上に取り外し可能に取り付けられ、
   特に、前記少なくとも１つの電子部品は、前記少なくとも１つの電子部品が前記支持体上に取り外し可能に取り付けられている間に前記表面に当てられる、
   請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記支持体上に取り外し可能に取り付けられている前記少なくとも１つの電子部品を前記表面に当てることは、前記表面の形状に従うように前記支持体を曲げることを有し、
   前記表面の形状に従うように及び／又は前記支持体に取り付けられた前記少なくとも１つの電子部品を前記表面上に配置するように前記支持体を曲げるために、オプションで、少なくとも１つの保持装置が使用される、
   請求項３に記載の方法。
5. 前記支持体は、少なくとも１つの所定の曲げ線、特に、材料削減又は目打ち線などの材料を弱くした少なくとも１つの所定の曲げ線を有する、
   請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記コンタクト材料は、電気コンタクトを提供することができ、特に、はんだペースト及び／又は導電性接着剤を有し、
   前記少なくとも１つの電子部品を前記表面に当てることは、前記表面への前記少なくとも１つの電子部品の電気コンタクトを構築することを有する、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記少なくとも１つの電子部品を前記支持体に取り外し可能に取り付けるために、前記支持体に接着剤が設けられる、
   請求項３乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記接着剤は、硬化性であり、特にＵＶ硬化性である、
   請求項７に記載の方法。
9. 前記支持体はポリイミドを有する、
   請求項７又は８に記載の方法。
10. 前記少なくとも１つの電子部品を前記表面に当てることに先立って、前記コンタクト材料ステンシルが前記部品ステンシルから取り外され、且つオプションで前記部品ステンシルが前記支持体から取り外される、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記表面は、互いに隣り合わせて配置され且つ／或いは互いに角度を付けて配置された少なくとも２つのマウント面を有し、
    特に、前記少なくとも２つのマウント面のうちの少なくとも１つの配置方向に沿って、複数の電子部品が配列される、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記表面は、３つのマウント面を有し、該３つのマウント面のうちの１つが、他の２つのマウント面の間に配置され、特に、他の２つのマウント面に対して実質的に垂直に配置されている、
    請求項１１に記載の方法。
13. 前記少なくとも１つの電子部品は発光ダイオードを有する、
    請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法で使用されるシステムであって、
    支持体であり、オプションで、少なくとも１つの電子部品が貼り付けられる表面に形状が従うことができる、支持体と、
    少なくとも１つの電子部品に対応する少なくとも１つの開口を有する部品ステンシルと、
    前記少なくとも１つの電子部品の少なくとも１つのコンタクト領域に対応する少なくとも１つの開口を有するコンタクト材料ステンシルと、
    を有するシステム。
15. キャリアの表面と、該表面上に配置された少なくとも１つの電子部品とを有し、前記少なくとも１つの電子部品が、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法によって前記表面上に配置されている、
    電子デバイス。

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