JP4449753B2

JP4449753B2 - Ｌｅｄモジュールの製造方法

Info

Publication number: JP4449753B2
Application number: JP2005006638A
Authority: JP
Inventors: 浩行迫
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2025-01-13
Also published as: JP2006196684A

Description

本発明は、ＬＥＤモジュールの製造方法に関するものである。

近年、青色ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）の商品化により、白色発光する高輝度ＬＥＤが開発されている。これにより、主に表示等に使用されていたＬＥＤを照明負荷として用いる照明器具の開発及び商品化が活発になっている。例えば、複数（例えば数百個）のＬＥＤを並べて平面光源のようにモジュール化された照明器具が開発され、道路の信号灯、遮断機の警報信号灯等に展開されている。

上記照明器具は、寿命（照明負荷が不点灯になるまでの時間）が非常に長いことを特徴とする。ランプを照明負荷とする場合、上記寿命は、例えば、白熱電球であれば数千時間、蛍光灯であれば約１万時間と短い。これに対して、ＬＥＤを照明負荷とする場合、ＬＥＤは基本的に不点灯になることがなく、温度設計に注意すれば光束減退を抑制することができるので、寿命は数万時間以上と長い。例えば、約１０万時間点灯可能な照明器具が開発されている。

一方、上記照明器具は、他の特徴として、ＬＥＤ１個当たりの形状が小さいので、小型にすることができる。また、複数のＬＥＤを組み合わせることにより、照明器具の形状を自由に提案することができる。例えば、長方形状に形成された基板（例えばプリント基板等）に実装されている複数（例えば１０個以上）のＬＥＤが直列に接続しているものを発光させるＬＥＤラインモジュール等を搭載している照明器具が商品化されている。なお、上記照明器具を実現するためには、ＬＥＤを点灯させる電源回路等の小型・薄型化も必要である。

また、上記照明器具は、屋外で使用される場合が想定される。例えば、光のアクセントとして、ビルの壁面に複数のＬＥＤを直線状に並べた照明器具を使用する場合等である。上記のような場合、ＬＥＤ、及び電源回路等を構成する電子部品が収納された筐体内を透明樹脂により充填・ポッティングする手段が用いられている。これにより、ＬＥＤ及び電子部品に対して水の侵入及び結露による水滴の付着等を防止し、誤動作が起こらないようにしている。

さらに、基板表面の銅箔に対する防錆及び熱保護のため、及び半田が基板のランド部に付きやすくするために、例えば水溶性フラックス、ロジン系の溶剤系フラックス等のフラックスを基板処理材として基板上に設けている。

なお、特許文献１には、ＬＥＤ、電流制限素子及び基板（プリント基板）を、透光性を有するチューブ部材により被覆することにより、ＬＥＤの発光が視認しやすく、耐水性を満足し、接続の信頼性が高く、さらに省スペース化を実現する照明器具（ＬＥＤランプ）が開示されている。また、特許文献２には、各ＬＥＤからの出射光がボンディングワイヤにより影響を受ける相対位置の割合を互いに略等しくして、全ての区分から出射される光の影響を略均等に受ける照射面において、ボンディングワイヤによる影響が局部的に強調されることを大幅に低減し、十分に均質な平面発光体として機能させるＬＥＤモジュールが開示されている。
特開２００４−９５８５３号公報（第３頁−第６頁及び第２図）特開平７−３０７４９１号公報（第４，５頁及び第１図）

しかしながら、上記従来の照明器具は、フラックスを設けることにより半田が基板のランド部に付きやすくなるものの、基板上にフラックスの残存成分が発生し、上記フラックスの残存成分により、筐体内に充填された透明樹脂が硬化しないという問題があった。特にロジン系の溶剤系フラックスの場合、基板上に油脂成分が残りやすく、水による洗浄を行ってもフラックスの残存成分を十分に除去することができない。

また、ＬＥＤが白色発光しているにもかかわらず、基板表面が白色でないので、白色として見られないという問題もあった。

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、半田が基板に付きやすくすることができ、透明樹脂の硬化阻害の発生を防止することができるとともに、基板がＬＥＤの白色発光を補助することができるＬＥＤモジュールの製造方法を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、基板表面に導電性を有するランド部を形成する工程と、前記基板表面のうち前記ランド部の未形成部分に白色塗料を塗布する工程と、前記ランド部上に半田レベラーを設ける工程と、前記基板を洗浄する工程と、白色発光するＬＥＤを前記ランド部に実装する工程と、前記基板を筐体に収納する工程と、前記筐体内を透明樹脂で充填する工程とを有し、前記白色塗料を塗布する工程において、白色のレジスト処理及び白色のシルク印刷のうち少なくとも一方を前記基板に行い、高温状態の下で、予め決められた時間が経過するまで前記基板に熱をあて、前記白色塗料を塗布する工程の後に前記半田レベラーを設ける工程を行うことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、前記半田レベラーを設ける工程では、前記ランド部の未形成部分に半田レジストを形成し、溶融した半田槽に前記基板を浸せきして前記基板表面を半田層で覆った後、前記半田レジストを除去することによって、前記ランド部上に前記半田レベラーを設けることを特徴とする。

この構成では、半田が基板に付きやすくすることができ、透明樹脂の硬化阻害の発生を防止することができるとともに、基板がＬＥＤの白色発光を補助することができる。

本発明によれば、半田が基板に付きやすくすることができ、透明樹脂の硬化阻害の発生を防止することができるとともに、基板がＬＥＤの白色発光を補助することができる。

（実施形態１）
先ず、実施形態１の基本的な構成について図１〜４を用いて説明する。実施形態１では、図２に示すように、複数（図２では３台）の照明器具１，１，１が連結されている。各照明器具１は、図１（ａ）に示すように、筐体２と、パネル３と、複数（図１（ａ）では１９個）のＬＥＤ４・・・と、基板５とからなるＬＥＤモジュールを備えている。上記複数の照明器具１，１，１（図２参照）は、例えばビル等の壁面において直線上に配置され、複数のＬＥＤ４・・・を直線状に発光させることにより、演出的に用いられている。

筐体２は、例えば樹脂成形により、長方形状に形成されている底部２０と、底部２０の周囲から前方（図１（ａ）の手前方向）に延設されている４つの側部２１，２２，２３，２４とを一体に備え、基板５を内部に収納している。側部２１は、電気コード２５０を介してＡＣコンセント２５を取り付けている。ＡＣコンセント２５は、電源ＡＣ（図４参照）と電気的に接続するものである。なお、電源ＡＣは、例えば１００Ｖ又は２００Ｖ等の交流電圧を供給している交流電源である。一方、側部２２は、電気コード２６０（図５参照）を介して接続器２６（図５参照）を取り付けている。接続器２６は、他の照明器具１のＡＣコンセント２５と接続するものである。

パネル３は、例えば透明樹脂により長方形の板状に形成され、筐体２に嵌め込まれるものである。各ＬＥＤ４は、後述する電源回路６（図４参照）からの直流電力により白色発光する。

基板５は、図３に示すように、例えば長方形の板状に形成されているプリント基板等であり、前面５ａの長手方向に並んでいる複数対（図３では１９対）のランド部５０・・・と、ランド部５０間を電気的に接続している複数の導線５１・・・とを備えている。上記各ランド部５０及び導線５１は、例えば銅箔等の金属で形成され、導電性を有している。各対のランド部５０，５０上には、半田を付きやすくするために半田レベラーが設けられ、その上に複数のＬＥＤ４・・・（図１（ａ）参照）が、基板５の長手方向に直列接続するように実装されている。

また、基板５は、前面５ａのうちランド部５０・・・及び導線５１・・・の未形成部分に白色塗料が塗布されている。上記白色塗料は、白色のレジスト処理、白色のシルク印刷等により基板５に塗布され、上記基板５を温風循環炉に入れ、高温状態の下で、予め決められた時間が経過するまで基板５に熱をあてることにより形成される。上記高温状態とは、１００℃以上の状態であり、より好ましい状態は１２０〜１６０℃の状態であり、さらに好ましい状態は１４０℃の状態である。また、上記予め決められた時間とは、１０〜６０分間であり、より好ましい時間は４０分間である。

上記基板５とは別の基板（図示せず）には、図４に示すように、電源回路６を構成する複数の電子部品として、電源ＡＣ側から順に、ヒューズ６０と、バリスタ６１と、ダイオードブリッジ６２と、抵抗６３，６４及びツェナーダイオード６５と、トランジスタ６６及び抵抗６７とを備えている。上記電源回路６は、複数のＬＥＤ４・・・に直流電力を供給し、ＬＥＤ４・・・を点灯させている。また、電源回路６は電源送り構造となっており、他の照明器具１（図２参照）の電源回路６も同様の機能を有している。ヒューズ６０及びバリスタ６１は、電源回路６を雷サージ等から保護するものである。ダイオードブリッジ６２は、４つのダイオード（図示せず）から構成されるものであり、電源ＡＣからの交流電力を直流電力に変換する。抵抗６３，６４，６７、ツェナーダイオード６５及びトランジスタ６６は、複数のＬＥＤ４・・・に流れるＬＥＤ電流Ｉｆを一定にする定電流回路６ａを構成している。具体的には、ツェナーダイオード６５の両端電圧であるツェナー電圧をＶｚｄ、トランジスタ６６のベース−エミッタ間電圧をＶｂｅ、抵抗６７をＲとすると、Ｉｆ＝（Ｖｚｄ−Ｖｂｅ）／Ｒとなり、ＬＥＤ電流Ｉｆは一定となる。

上記電源回路６において、１個当たりのＬＥＤ４の両端電圧を３．６Ｖとすると、複数（１９個）のＬＥＤ４・・・の両端電圧Ｖｆは、Ｖｆ＝３．６Ｖ×１９個＝６８．４Ｖとなる。上記より、電源ＡＣからの交流電圧（１００Ｖ）を整流した脈流直流電圧を複数のＬＥＤ４・・・に供給し、上記複数のＬＥＤ４・・・を直接駆動することができる。また、各ＬＥＤ４の両端電圧のバラツキが大きくて複数のＬＥＤ４・・・の両端電圧Ｖｆにバラツキが発生したり、電源ＡＣの変動が発生したりする場合がある。しかし、上記のような場合であっても、上記定電流回路６ａにより、ＬＥＤ電流Ｉｆの変動を防止することができる。上記より、各ＬＥＤ４の両端電圧のバラツキ、及び電源ＡＣの変動に影響されることなく、一定の大きさのＬＥＤ電流Ｉｆを複数のＬＥＤ４・・・に流すことができる。

基板５、及び上記複数の電子部品が備えられている基板（図示せず）が収納された筐体２の内部には、図１（ｂ）に示すように、例えばシリコン樹脂等の透明樹脂７が充填されている。上記透明樹脂７を充填するに際し、透明樹脂７内に気泡が発生しないように、充填前の透明樹脂７の泡抜きを行う脱泡手段、及び真空状態の下で透明樹脂７の気泡を抜きながら充填を行う充填手段等を用いている。これにより、複数のＬＥＤ４・・・から放射される光を妨げることなく、複数のＬＥＤ４・・・及び電源回路６（図４参照）等を構成する複数の電子部品を、水の侵入及び結露から保護することができ、照明器具１を屋外で使用することができる。

次に、実施形態１の照明器具１の製造工程について説明する。先ず、スパッタリング方式により、図３に示している基板５の表面に銅を形成する。さらに電解銅メッキを施して、基板５の全面にメタライズを行う。基板５に電着レジストを電着塗装法により塗布する。電着レジストを塗布した基板５の予め決められた位置に、回路パターンを形成した平板状のフォトマスクをセットする。高圧水銀灯から発光された紫外線をレンズで平行光にする平行光型露光装置を用い、フォトマスクを通して紫外線の平行光を、基板５に塗布した電着レジストに照射することにより、電着レジストを感光させる。現像によりレジストパターンを再現し、塩化第二銅を用いて、基板５の表面の不要な銅を除去することにより、上記予め決められた位置に、ランド部５０・・・及び導線５１・・・を形成する。

基板５の前面５ａのうちランド部５０・・・及び導線５１の未形成部分に、白色塗料を含有するレジストを塗布する。基板５を温風循環炉に入れ、温度１４０℃の下で、４０分間が経過するまで上記基板５に熱をあて、溶剤を蒸発させて白色塗料を焼き付ける。

次に、半田付けの前処理として、ランド部５０・・・の未形成部分に、半田レジストを形成する。溶融した半田槽に基板５を浸せきし、基板５を引き出すときに高温且つ高圧のエアナイフで不要な半田を取り去り、均一な半田の層を基板５にコートする。半田レジストを除去し、ランド部５０・・・に半田レベラーを形成する。

上記半田レベラーを形成した後、基板５を洗浄して基板５上のごみ及び埃を除去する。基板５の洗浄後、各ＬＥＤ４（図１（ａ）参照）と各対のランド部５０，５０とをリフロー半田付け法で接続し、各ＬＥＤ４を基板５に実装する。その後、図１（ａ）に示すように、基板５を筐体２の内部に収納する。続いて、パネル３を筐体２に嵌め込む。上記筐体２の内部を、図１（ｂ）に示すように、透明樹脂７で充填する。

上記より、図３に示している基板５の前面５ａには、半田を付きやすくするためにフラックスを設けず、ランド部５０・・・のみに半田レベラーを形成しているので、ランド部５０・・・以外の場所にはフラックスの残存成分がなく、ランド部５０・・・においても、各ＬＥＤ４（図１（ａ）参照）の半田付けを行った後に半田に含有されているフラックスが飛んでしまうことにより、フラックスの残存成分が非常に少なくなる。

以上、実施形態１によれば、半田が基板５に付きやすくすることができ、透明樹脂７の硬化阻害の発生を防止することができるとともに、基板５が白色発光しているように見させることができるので、上記基板５がＬＥＤ４・・・の白色発光を補助することができる。

なお、実施形態１の変形例として、ＬＥＤは、白色発光するものに限定されるものではなく、用途に適する色を発光するものを用いてもよい。このような構成にしても、半田が基板に付きやすくすることができ、透明樹脂の硬化阻害の発生を防止することができる。また、基板のランド部の未形成部分に塗布する塗料の色をＬＥＤの発光色と同じ色にすれば、基板がＬＥＤの発光を補助することができる。

（実施形態２）
実施形態２の照明器具１は、図５に示すように、筐体２と、パネル３とを、実施形態１の照明器具１（図１（ｂ）参照）と同様に備えているが、実施形態１の照明器具１にはない以下に記載の特徴部分がある。

実施形態２の照明器具１は、複数（図５では３８個）のＬＥＤ４・・・を２列に並べて備えている構成である。基板５は、図６に示すように、複数対（図６では３８対）のランド部５０・・・を２列に並べて備えている。なお、実施形態２の各ＬＥＤ４（図５参照）は、実施形態１の各ＬＥＤ４（図１（ａ）参照）と同様である。また、実施形態２の基板５は、上記以外の点において、実施形態１の基板５（図１（ａ）参照）と同様である。

上記実施形態２においても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。

本発明による実施形態１の照明器具であって、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は斜視図である。同上において、複数の照明器具の斜視図である。同上の基板の正面図である。同上の電源回路の回路図である。本発明による実施形態２の照明器具の斜視図である。同上の基板の正面図である。

符号の説明

１照明器具
２筐体
３パネル
４ＬＥＤ
５基板
５ａ前面
７透明樹脂

Claims

基板表面に導電性を有するランド部を形成する工程と、
前記基板表面のうち前記ランド部の未形成部分に白色塗料を塗布する工程と、
前記ランド部上に半田レベラーを設ける工程と、
前記基板を洗浄する工程と、
白色発光するＬＥＤを前記ランド部に実装する工程と、
前記基板を筐体に収納する工程と、
前記筐体内を透明樹脂で充填する工程と
を有し、
前記白色塗料を塗布する工程において、白色のレジスト処理及び白色のシルク印刷のうち少なくとも一方を前記基板に行い、高温状態の下で、予め決められた時間が経過するまで前記基板に熱をあて、
前記白色塗料を塗布する工程の後に前記半田レベラーを設ける工程を行う
ことを特徴とするＬＥＤモジュールの製造方法。
前記半田レベラーを設ける工程において、前記ランド部の未形成部分に半田レジストを形成し、溶融した半田槽に前記基板を浸せきして前記基板表面を半田層で覆った後、前記半田レジストを除去することによって、前記ランド部上に前記半田レベラーを設けることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤモジュールの製造方法。