JP3971751B2 - 表面実装される発光ダイオードのウェーブソルダリング方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のインストルメント・クラスタに使用する回路板に発光ダイオード（ＬＥＤ）をソルダリング（半田付け）するシステムおよび方法、および回路板へのＬＥＤの電気的接続を形成する方法に関する。

一般に、自動車のインストルメント・パネルは、車両の作動状態および作動情報を車両のオペレータに伝えるための複数の計器を備えている。これらのインストルメント・パネルは、一般に、ポリマーハウジング、回路板、計器板（計器アップリケ：gauge applique）およびインストルメント・クラスタレンズで構成されたインストルメント・クラスタを有している。一般に、ステッパモータは、インストルメント・クラスタの回路板上およびこれに近接して取付けられかつ計器指針に機械的に連結され、計器板の面に沿って計器指針を回転させる。インストルメント・クラスタレンズは一般に透明で、車両乗員と計器板との間に配置される。

スタイリングの観点から、高衝撃インストルメント・クラスタは、半透明インストルメント・クラスタレンズを有するように設計されている。これらの高衝撃インストルメント・クラスタおよび半透明レンズの導入により、計器指針が、従来のインストルメント・クラスタ設計よりも明るくなくてはならないという問題が生じる。現在の設計では、モータシャフトの回りおよび計器指針の基部に４つほどのＬＥＤを配置している。しかしながら、回路板のスペース上の制限から、ＬＥＤを回路板にソルダリングするのに、対流ソルダ・リフロー技術（convection solder reflow technology）を用いる必要がある。また、この問題は、多くの回路板が、該回路板の反対側でも対流ソルダ・リフローソルダリングプロセスを受けるという事実により一層悪化する。このダブルリフロープロセスでは、高温に持続に晒されるため、多くの電子部品に品質および信頼性の問題が引起こる。

従って、インストルメント・クラスタの計器指針を強く照明する新規かつ改善されたシステムおよび方法が要望されている。本発明の新規かつ改善された方法では、高温度に曝されることによる品質上および信頼性の問題が起こることはない。

本発明は、最大光エネルギで計器指針を照明できるようにする態様でインストルメント・クラスタの回路板上にＬＥＤを配置する方法を提供する。本発明の一態様では、ウェーブソルダリングに適合するソルダパッド設計が提供され、ダブルリフロープロセスに付随する問題が解消される。

他の態様では、車両の作動状態を車両の乗員に知らせるためのインストルメント・クラスタが提供される。インストルメント・クラスタは、これを支持するハウジングを有し、該ハウジングは車両のインストルメント・パネルに取付けできる。ハウジングには、回路板が固定される。回転可能に連結されたモータシャフトを備えたモータが回路板に固定される。モータシャフトには計器指針が取付けられ、該計器指針はモータシャフトと一緒に回転して、車両の作動状態を表示する。計器指針を照明する少なくとも１つのダイオードが設けられる。また、少なくとも１つのソルダパッドを備えた少なくとも１つのダイオード「フットプリント」がモータシャフトに近接して回路板上に配置され、少なくとも１つのダイオードを回路板に電気的に接続する。少なくとも１つの「フットプリント」は、カソードソルダパッドおよびアノードソルダパッドを備えている。アノードソルダパッドは実質的に矩形でありかつカソードソルダパッドは実質的にＬ型である。

本発明の他の態様では単一「フットプリント」設計が提供され、この設計は、４つのＬＥＤを含む大きい計器に適合していると同時に、別のモータの電気的接続部の複雑な配向にも適合している。

本発明の更に別の態様では、小さい計器並びに大きい計器に使用できるダイオード「フットプリント」設計が提供される。小さい計器はその計器指針の移動範囲が約９０°と小さいため、２つのみのＬＥＤを設ければよい。したがって、本発明は、部品のソルダパッドの幾何学的形状を最適化することにより、一層頑丈な設計を提供する。

本発明の上記および他の特徴および長所が、添付図面を参照して述べる以下の説明を読むことにより明らかになる。

図１を参照すると、本発明によるインストルメント・クラスタ１０の平面図が示されている。インストルメント・クラスタ１０は、ハウジング１２と、回路板１４と、計器板１６と、インストルメント・クラスタレンズ１８とを有している。ハウジング１２は、車両のインストルメント・パネル１９に取付けられるように構成されている。回路板１４は、該回路板１４をハウジング１２に取付けるための構成、例えばねじ、リベット等を受入れるための取付け貫通孔を有している。回路板１４は、計器板１６が表示する車両の作動および／または状態情報をサポートしかつ発生するための複数の電気部品および回路トレースを有している。例えば、計器板１６の種々の部分を照明するための発光ダイオード（ＬＥＤ）を回路板１４に取付けることができる。更に後述するように、計器板１６は、計器２０の面を形成する種々のマーキング２１および孔２５を有している。

計器指針２２は計器２０の面に沿って移動し、例えば液面レベル、温度および速度等の車両の作動および／または状態に関する情報を表示する手段を形成する。一般に指針２２は、回路板１４に取付けられかつ電気的に接続された一連のダイオードすなわちＬＥＤ２３により照明される。回路板１４の裏面には、破線で示す電気ステッパモータ２６が取付けられる。モータ２６は、該モータが付勢されるとこれにより回転されるモータシャフト２８を有している。指針２２はモータシャフト２８に連結されており、該モータシャフトと一緒に回転する。本発明の一実施形態では、モータ２６は、ヒートステーキまたは他の適当な機械的固定手段を用いて回路板１４に機械的に連結されている。

レンズ１８は、透明または半透明のポリマー材料で構成できる。しかしながら、レンズ１８の透過性によっては、指針２２の照明のために設けられるダイオードの個数を増大させる必要もある。例えば、指針２２を充分に照明するのに、透過性の高いレンズ１８では２つのみのＬＥＤで済むが、半透明レンズでは４つのＬＥＤが必要になることもある。

図２を参照すると、本発明による回路板１４の平面図が示されている。概略的に、回路板１４は、ダイオード２３、トランジスタ１７、抵抗器２７、プロセッサ２９等の種々の電気部品並びにこれらの電気部品を接続してインストルメント・クラスタの制御回路を形成するための回路導体すなわちトレース３１を有している。本発明において特に重要なことは、指針２２を照明する発光ダイオード（ＬＥＤ）、およびＬＥＤ２３を回路板１４に電気的に接続する電気的接続器すなわち「フットプリント」３０である。指針２２を充分に照明するため、ＬＥＤ２３は、一般に、ステッパモータ２６のモータシャフト２８から最小距離（約４．５ｍｍ）に配置される。また、指針２２のサイズすなわち全長は、計器２０のサイズに基いて変化する。一般に、計器のサイズが大きいほど、指針のサイズも大きくなる。該指針の全長に沿って指針を充分に照明するには、指針が大きいほど多数のＬＥＤ２３が必要になる。例えば図２において、小さい計器３４、３６は、それぞれの計器指針を照明するのに１つまたは２つのＬＥＤ２３で済むが、第三計器３８は指針２２を照明するのに３つのＬＥＤ２３を必要とする。しかしながら、種々の小型および大型計器形状の各々において、本発明は、１つのダイオード「フットプリント」３０の設計すなわち形状を与える。各計器および指針に適正量の照明を与えるためには、ソルダパッドは、高エネルギ出力のＬＥＤを支持すべく、シャフト２８の回りに配置できるように構成されなくてはならない。

図３を参照すると、回路板１４の一部すなわち一領域の拡大図が示されており、ここには、ダイオード２３を回路板１４に電気的に接続するための本発明によるダイオード「フットプリント」３０が示されている。ダイオード「フットプリント」３０は、ステッパモータ２６のシャフト２８が通る孔５０の回りに配置される。ステッパモータのシャフト２８に取付けられる指針２２を充分に照明するには、シャフト２８の中心とＬＥＤ２８の中心との間の最小距離を維持しなければならない。スペース上の制約に加えて、ダイオード「フットプリント」３０また、排除領域（keep-outs）５４、５６上に侵入してはならない。排除領域５４、５６とは、例えば、給電接続部（electrical power connections）５８、６０、６２、６４が回路板１４に接続される回路板１４上の領域である。

本発明は、慣用のウェーブソルダ製造技術を用いてダイオード３０をダイオード「フットプリント」３０に電気的に接続することを意図している。しかしながら、ウェーブソルダリングプロセスを用いるため、本発明の一実施態様では、特定の形状のダイオード「フットプリント」が用いられている。また、本発明の他の実施形態では、ウェーブソルダの流れ方向（矢印Ｗで示す）に対するダイオード「フットプリント」の方向も設定される。ダイオード「フットプリント」３０は、アノードソルダパッド７０およびカソードソルダパッド７２を含んでいる。アノードソルダパッド７０は実質的に矩形であり、一方、カソードソルダパッド７２はＬ型で、アノードソルダパッド７０の２つの辺の回りに配置される。また、ソルダがダイオード「フットプリント」３０のアノードソルダパッド７０およびカソードソルダパッド７２の両方に確実に接合されるようにするには、各ソルダパッドの前縁部７４は、ソルダウェーブプロセスのソルダウェーブ（矢印Ｗで示す）に対して傾斜させるべきである。例えば、ダイオード「フットプリント」３０は、ソルダウェーブの方向Ｗに対して９０〜１１０°の間の角度で配向すなわち回転すべきである。

本発明は、従来技術に比べて多くの長所および利点を有している。例えば本発明の一実施形態では、１つまたは複数（例えば４つ）のＬＥＤを必要とする用途に使用できるダイオード「フットプリント」形状が与えられる。また、ウェーブソルダ方向に対するダイオード「フットプリント」の方向は、充分なソルダ適用範囲を確保できる方向が与えられる。また、本発明は、構成部品を、高出力部品（例えば高出力ＬＥＤ）の使用を可能にする同じ部品にソルダリングするダイオード「フットプリント」設計および方法を提供する。高出力ＬＥＤの使用は、車両のインストルメント・パネルおよびインストルメント・クラスタの設計者が、半透明材料（暗い材料）で作られたインストルメント・クラスタレンズを組込むことを可能にする。

自動車のインストルメント・クラスタに使用する回路板上にＬＥＤをソルダリングしかつ回路板へのＬＥＤの電気的接続部を形成するシステムおよび方法の当業者ならば、上記詳細な説明、添付図面および特許請求の範囲の記載から、本発明の範囲から逸脱することなく本発明の好ましい実施形態に種々の変更をなし得るであろう。

本発明による計器板およびインストルメント・クラスタ回路板の一部を破断して示すインストルメント・クラスタを示す斜視図である。 ステッパモータの回りに１つ、２つ、３つおよび４つのＬＥＤが配置されている本発明による種々の実施形態を示すインストルメント・クラスタの回路板を示す斜視図である。 本発明によるウェーブソルダプロセスに使用する４ＬＥＤ設計を示すインストルメント・クラスタ回路板の一部を示す拡大図である。

符号の説明

１０ インストルメント・クラスタ
１４ 回路板
２２ 計器指針
２３ ＬＥＤ
２６ ステッパモータ
３０ 電気的接続器（フットプリント）
５４、５６ 排除領域
７０ アノードソルダパッド
７２ カソードソルダパッド

Claims (2)

1. 車両の作動状態を車両の乗員に知らせるためのインストルメント・クラスタであって、 インストルメント・クラスタを支持し、車両のインストルメント・パネルに取付けできるハウジングと、
   ハウジングに固定される回路板と、
   回転可能に連結されたモータシャフトを備え前記回路板に固定されたモータと、
   前記モータシャフトに取付けられかつ前記モータシャフトと一緒に回転できる、車両の作動状態を表示する計器指針と、
   該計器指針を照明する少なくとも１つのダイオードと、
   前記モータシャフトに近接して回路板上に配置され、少なくとも１つのダイオードを回路板に電気的に接続する少なくとも１つのダイオードフットプリントとを有し、
   該少なくとも１つのダイオードフットプリントは、カソードソルダパッドおよびアノードソルダパッドを備え、アノードソルダパッドは略矩形であり、カソードソルダパッドは略Ｌ型である、
   前記Ｌ型カソードソルダパッドが、前記略矩形のアノードソルダパッドの２つの辺の回りに配置され、
   前記フットプリントの前縁が、ソルダーウェーブに対して傾斜させられている、
   ことを特徴とするインストルメント・クラスタ。
2. 電子部品をインストルメント・クラスタの回路板上にウェーブソルダリングする方法であって、
   電子部品を回路板に電気的に接続する少なくとも１つの電子部品のフットプリントを設けるステップを備え、前記少なくとも１つの電子部品のフットプリントが略Ｌ型のカソードソルダパッドと略矩形のアノードソルダパッドとを備え、前記略Ｌ型のカソードソルダパッドが略矩形のアノードソルダパッドの２辺の回りに延びるように位置決めされ、
   少なくとも１つの電子部品のフットプリントを、該少なくとも１つの電子部品のフットプリントの前縁がソルダーウェーブ方向に対して傾斜するように配向するステップと、
   電子部品および電子部品フットプリントをウェーブソルダリングプロセスに曝して、電子部品を電子部品フットプリントに電気的に接続するステップとを有する、
   ことを特徴とする方法。

Images