JP5011303B2 - 基板に取り付けられるのに適しているコンポーネント、及び表面実装デバイスを取り付ける方法 - Google Patents

基板に取り付けられるのに適しているコンポーネント、及び表面実装デバイスを取り付ける方法 Download PDF

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Description

本発明は、基板に取り付けられ、表面実装デバイス(surface mounted device)のための支持体(support)としての役割を果たすのに適している支持コンポーネント(supporting component)に関する。本発明は、表面実装デバイスを基板に取り付ける方法にも関する。
発光ダイオード(LED)、フォトダイオード、抵抗器などの表面実装デバイス(SMD)は、プリント回路基板(PCB)などの基板の表面に取り付けられるために適合させられる。大量生産のためには、SMDの基板への取り付けが、高速且つ自動的なようにしてなされ得ることが重要である。
場合によっては、表面実装デバイスを基板に或る傾きをつけて取り付ける必要性がある。例えば、放射される光を或る方向に向けるためには、LEDチップを或る傾きをつけて基板に取り付けることが必要であり得る。
特願2003ー264299は、曲がった金属板で作成されたスタンドを記載している。前記スタンドは、LEDを支持体に対して傾斜させるための、LEDのための支持体として機能することが出来る。LEDは、LEDをスタンドから絶縁する板を持つ。
特願2003ー264299に記載されている傾斜スタンドによって支持されるLEDの問題点は、基板に取り付けるのが容易ではないことにある。従って、多かれ少なかれ、取り付けが、手作業になり、これは、取り付けコストを高くする。
本発明の目的は、効率的な方法で、基板に傾けられた表面実装デバイスを取り付けることを可能にする支持コンポーネントを提供することにある。
この目的は、基板に取り付けられ、表面実装デバイスのための支持体としての役割を果たすのに適している支持コンポーネントであって、前記支持コンポーネントが、前記基板に取り付けられるのに適している第1面と、前記表面実装デバイスを支持するのに適している第2面とを持つボディを有し、前記第2面が、前記第1面に対して傾けられており、前記支持コンポーネントが、前記基板の第1基板導体と、前記表面実装デバイスの第1電極との間の電気的接触を形成するのに適している第1支持コンポーネント導体を更に有する支持コンポーネントによって達成される。
この支持コンポーネントの利点は、前記支持コンポーネントが、前記表面実装デバイス(SMD)のための傾斜支持体であって、前記基板に対する前記SMDの所望の傾きを供給し、更に、前記基板と、前記SMDの少なくとも1つの電極との間の接触を供給する導体を供給する傾斜支持体を供給することにある。これは、大量生産に非常に適しているような、単純で、自動的な取り付けを供給する。
請求項2による手段の利点は、前記SMDの2つの電極が、前記支持コンポーネントを介して前記基板と接触させられ得ることにある。それによって、前記基板に対して傾けられた前記SMDの前記取り付けは、同時に、前記基板の前記導体との接続を供給する。これは、少ない作業動作による素早い取り付けを供給する。
請求項3の手段の利点は、互いから絶縁されている2つの電極を前記支持コンポーネントに設置する効率的な方法を供給することにある。
請求項4の手段の利点は、絶縁材料のコアであって、前記コア上に前記導体が形成されるコアが、製造するのが容易である単純な設計を、前記支持コンポーネントに与えることにある。
請求項5による手段の利点は、セラミックのコアは、多くの場合、前記支持コンポーネントによって支持される前記SMDからの熱放射に関する問題が起こるのを防止する適切な熱伝導性を持つことにある。更に、セラミック材料は、多くの場合、2つ以上の支持コンポーネント導体を互いから絶縁されたままにすることをより容易にする絶縁材料である。
請求項6による手段の利点は、前記支持コンポーネントの金属のコアが、前記SMDから、前記支持コンポーネントが取り付けられる前記基板への効果的な熱輸送という付加的特徴を供給することにある。
請求項7の利点は、構造化メタライゼーション(structured metallisation)を用いた前記導体の形成は、少なくとも1つの導体を持つ支持コンポーネントを形成するための簡単な製造技術を供給することにある。
請求項8の利点は、ピックアンドプレース装置による前記基板への簡単な取り付けを供給することにある。
本発明の別の目的は、基板に傾けられた表面実装デバイスを取り付ける効率的な方法を供給することにある。
この目的は、表面実装デバイスを基板に取り付ける方法であって、前記方法が、
第1面及び第2面を持つボディを有する支持コンポーネントであって、前記第2面が、前記第1面に対して傾けられており、前記支持コンポーネントが、前記基板の第1基板導体と、前記表面実装デバイスの第1電極との間の電気的接触を形成するのに適している前記第1支持コンポーネント導体を更に有する支持コンポーネントを供給するステップ、並びに任意の順序の、
a)前記支持コンポーネントの前記第1面が前記基板に面しており、前記第1支持コンポーネント導体が前記第1基板導体と接触している状態で、前記支持コンポーネントを前記基板に付けるステップ、及び
b)前記第1支持コンポーネント導体が前記表面実装デバイスの前記第1電極と接触している状態で、前記表面実装デバイスを前記支持コンポーネントの前記第2面に付けるステップを有する方法によって達成される。
この方法の利点は、前記表面実装デバイス(SMD)が、前記SMDと、前記基板との間の電気的接触も供給する前記支持コンポーネントによって支持されることにある。
これは、前記SMDの前記取り付けを従来技術と比べてより高速にする。
お分かりのように、前記ステップa)は、ステップb)の前に実施されることができ、又は変形例として、ステップb)は、ステップa)の前に実施されることが出来る。従って、前記表面実装デバイスは、前記支持コンポーネントを前記基板に付ける前又は後に、前記支持コンポーネントに付けられ得る。これは、実際のケースの状況に依存して、ステップa)及びb)を実施する最良の順序を選ぶことを可能にする。
請求項11による方法の利点は、多くの場合、まず、前記表面実装デバイスを前記支持コンポーネントに付けて、プレハブパッケージを形成し、次いで、単一の作業動作で、前記プレハブパッケージが前記基板に取り付けられる方が有利であることにある。
請求項12による方法の利点は、半田付け、溶接及び接着は、同時に前記基板から前記SMDへの良好な電気的接触を形成する状態で、前記支持コンポーネントの、前記基板及び前記SMDへの取り付けを供給することにある。
本発明の他の実施例及び利点は、以下の記載及び添付した特許請求の範囲から明らかになるであろう。
ここで、添付した図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例による支持コンポーネント1を示している。コンポーネント1は、ボディ2を持ち、ボディ2は、絶縁材料、好ましくは、例えばアルミナAl2O3といった産業用セラミックで作成され、支持コンポーネント1のコアを形成する。ボディ2は、くさび形をしており、従って、第1面3と、第1面3に対して傾けられている第2面4とを持つ。くさび形ボディ2の先端部5は、第1支持コンポーネント導体6を具備する。導体6は、好ましくは、高い導電性を持つ銅Cu、アルミニウムAl、金Au又は銀Agなどの金属で作成される。くさび形ボディ2の反対側、即ち、くさび形ボディ2の厚い端部7には、第2支持コンポーネント導体8が設けられている。好ましくは、この導体8も、高い導電性を持つ金属で作成される。ボディ2は、絶縁材料で作成されることから、ボディ2は、第1導体6を第2導体8から絶縁する部分9を持つ。
ボディ2は、セラミック抵抗器などの表面実装デバイス(SMD)を形成する業界においてはそれ自体は既知である原理によるアルミナの押出成形によって形成され得る。次いで、構造化メタライゼーションを施す適切なプロセスによって、ボディ2上に第1及び第2導体6、8が形成される。このようなプロセスは、それ自体は既知であり、例えば、蒸着及び電気メッキ技術を含む。金属コーティングを持たない部分9は、例えば、堆積中にシャドーマスクを用いることによって、又はメタライゼーション・ステップの前にフォトリソグラフィを用いて、ボディ2の一部をレジスト層で覆うことによって得られ得る。
図2は、断面図で見られるような支持コンポーネント1を示している。図2において示されているように、ボディ2は、コアを形成し、コアに、導体6、8が付けられている。第1導体6は、先端部5に「巻き付ける」ことが図2に明示されている。従って、第1導体6は、第1面3から始まり、先端部5において曲がり、第2面4に続く。更に、第2導体8は、第1面3から始まり、ボディ2の厚い端部7のまわりに延在し、第2面4に続くことが示されている。従って、第1及び第2導体6、8は、第1面3と、第2面4との間の電気的接触を供給する。
第1面3と、第2面4との間の角度αは、図2において示されているように約20°である。好ましくは、角度αは、アプリケーションに依存して、約1°乃至約89°の範囲内で選ばれることは分かるであろう。
図3は、支持コンポーネント1が、プリント回路基板(PCB)の形態の基板11の面10に付けられる場合の状況を示している。第1基板導体12及び第2基板導体13が、基板11の面10に設けられる。基板11は、絶縁材料で作成され、導体12、13を互いから絶縁する部分14を持つ。発光ダイオード(LED)の形態の表面実装デバイス(SMD)15は、コンポーネント1の第2面4において支持される。
図4は、図3のIV-IVにおける断面で見られるような支持コンポーネント1、基板11及びLED15を図示している。図4において示されているように、コンポーネント1の第1面3が、基板11の面10に面する。コンポーネント1は、第1基板導体12が、第1面3にある第1支持コンポーネント導体6と接触するようにして設置される。更に、第2基板導体13は、第1面3にある第2支持コンポーネント導体8と接触する。基板導体12、13と、各々の支持コンポーネント導体6、8との間の電気的接触は、溶接若しくは半田付けによって、又は導電性糊などの導電性接着剤を用いて、又は導体間の電気的接触を達成する、それ自体は既知の任意の他の方法を用いて、得られ得る。
コンポーネント1の第2面4がLED15を支持する。LED15は、第1電極16及び第2電極17を具備する。第1電極16は、第1支持コンポーネント導体6と接触し、第2電極17は、第2支持コンポーネント導体8と接触する。電極16、17と、各々の導体6、8との間の電気的接触は、溶接、半田付け、接着又は別の適切な既知の方法によって得られ得る。LED15の下部18は、第2面4において導体6、8の短絡が起こるのを防止するために絶縁させられる。第1電極16が、導体6を介して第1基板導体12と接触することは分かるであろう。更に、第2電極17は、導体8を介して第2基板導体13と接触する。
矢印Lは、どのようにして、基板11の面10に対して所望の角度βに光が放射され得るかを、概略的に図示している。このようにして、基板11に取り付けられるコンポーネント1においてLED15を支持することで、基板11に対するLED15の所望の傾きを供給するであろう。同時に、コンポーネント1は、基板11と、LED15との間の電気的接触を供給するであろう。それによって、取り付けと、電気的接触の供給とが、同時に供給される。このようにして、基板11へのLED15の効果的な取り付けが供給される。
図5は、本発明の第2実施例による支持コンポーネント101を図示している。コンポーネント101は、第1面103と、第1面103に対して傾けられている第2面104とを持つくさび形ボディ102を持つ。図5に示されているように、コンポーネント1は、ボディ102の第1側面120において、くさび形ボディ102の先端部105から厚い端部107まで延在する第1支持コンポーネント導体106を持つ。第2支持コンポーネント導体108は、ボディ102の第2側面121において、くさび形ボディ102の先端部105から厚い端部107まで延在する。図5に示されているように、部分109が、2つの導体106、108を互いから絶縁する。第1導体106は、基板111の面110に形成される第1基板導体112と接触し、第2導体108は、基板111に形成される第2基板導体113と接触する。LED115は、上記と同様の原理に従って導体106、108と接触する。従って、支持コンポーネント1と、支持コンポーネント101との間の主な差異は、支持コンポーネント導体の位置である。
図6は、本発明の第3実施例による支持コンポーネント201を図示している。コンポーネント201は、第1面203と、第1面203に対して傾けられている第2面204とを持つくさび形ボディ202を持つ。コンポーネント201は、SMDの支持及びSMDと基板の接触に加えて、LEDなどのSMDから基板へ熱を伝導するという付加的な目的を持つ。ハイパワーLEDなどのハイパワーSMDの場合には、SMD及び/又は支持コンポーネントの破壊が起こるのを防止するために、熱輸送はとりわけ重要である。この目的のため、支持コンポーネント201のボディ202は、金属コア220を持つ。金属コア220は、アルミニウムコアであり得る。金属コア220は、例えばアルミナで作成され得る薄い絶縁層221によって覆われる。薄い絶縁層221は、くさび形ボディ202の先端部205に設置される第1支持コンポーネント導体206を、くさび形ボディ202の厚い端部207に設置される第2支持コンポーネント導体208から絶縁する。金属コア220は、第2面204において支持されるLED(図示せず)から、第1面203にある基板(図示せず)へ熱を輸送するのに効率的である。
図7は、本発明の第4実施例による支持コンポーネント301を図示している。支持コンポーネント301は、上記のボディ2にかなり類似している中央ボディ302を持つ。しかしながら、ボディ302は、第1側面320に、突出構造部322を具備する。構造部322は、支持コンポーネント301及び/又は支持コンポーネント301によって支持されるSMD315についての情報を含むマーカ(marker)323を含む。突出構造部322は、マーカ323を担持するのに加えて、自動ピックアンドプレース装置によって把持され得る。PCBへの表面実装をする業界においてはそれ自体は既知である後者の装置は、基板311に支持コンポーネント301及びSMD315を自動的に取り付けるのに用いられる。
ボディ302の第2側面321にはデバイス担持体(device carrier)324が設置される。デバイス担持体324は、付加的なSMD325を支持する。図7に示されているように、第1支持コンポーネント導体306及び第2支持コンポーネント導体308は、基板311において、各々、SMD315と、第1及び第2基板導体312、313との間の電気的接触を形成する役割を果たす。デバイス担持体324と電気的接触をしている第3基板導体326は、第2基板導体313と一緒に、付加的なSMD325に電流を供給し得る。
添付した特許請求項の範囲内には、上記の実施例の多数の変形例があり得ることは分かるであろう。
上記では、第2面4が、第1面3に対して傾けられ、両方の面3、4が、平坦な面であることが記載されている。第1面及び第2面は、他の形状をしていてもよく、第2面は、他の方法でも第1面に対して傾けられ得ることは分かるであろう。例えば、第2面は、第2面に対して、二方向に傾けられ得る。
上記のように、支持コンポーネントは、1つの表面実装デバイス(SMD)を支持する。支持コンポーネントは、その第2面において幾つかのSMDを支持するようにも、例えば、SMDのアレイ又はグループを支持するようにも設計され得る。
上記においては、支持コンポーネントが、発光ダイオード(LED)を含む様々なタイプの表面実装デバイスを支持するのに用いられ得ることが記載されている。支持コンポーネントは、LEDにとりわけ有用である。なぜなら、多くの場合、放射される光の方向が、LEDの重要な特徴であるからである。支持コンポーネントが有用であるアプリケーションの例は、例えば幾つかのLEDからの光をレンズ又は鏡などの1つの光学素子にカップリングするために、幾つかのLEDが、共通の焦点を照明する目的で、プリント回路基板の様々な位置に取り付けられる場合である。このようなアプリケーションの例は、自動車のアプリケーション用のヘッドライトである。
本発明が有用であり得るタイプのSMDの他の例は、フォトダイオードである。例えば、固体照明(SSL)モジュールにおいては、フィードバックシステムに用いられるフォトダイオードは、可能な限り最良な測定がなされ得る或る一定の方向を向いているよう傾けられ得る。
支持コンポーネントは、表面実装デバイスを支持するのに加えて、発光ダイオードの一次又は二次光学部品などの付加的なデバイスを支持するようにも設計され得る。
上記の支持コンポーネント1、101、201及び301は、各々、第1支持コンポーネント導体及び第2支持コンポーネント導体を持つ。第1支持コンポーネント導体しか持たない支持コンポーネントを形成することも可能であることは分かるであろう。このような場合には、表面実装デバイス(SMD)の第2電極を基板と接触させる導体が、別個に形成される必要があるであろう。更に、別の実施例によれば、例えば、幾つかの接点を備えるコンポーネント若しくは2つ以上の(LED)チップを含むパッケージなどの、3つ以上の接点を備えるSMDの支持及び接触の目的のために、又は1つの支持コンポーネントにおいて幾つかの別々のSMDを支持し、接触させる目的のために、3つ以上の支持コンポーネント導体を備える支持コンポーネントも形成され得る。
上記では、支持コンポーネントが基板に取り付けられること、及び表面実装デバイス(SMD)が支持コンポーネントに取り付けられることが記載されている。しかしながら、これらの作業動作が行われる順序は、重要ではない。従って、まず、支持コンポーネントを基板に付け、次いで、表面実装デバイスを、基板上の支持コンポーネントに付けることが可能である。まず、SMDを支持コンポーネントに取り付け、次いで、SMDと支持コンポーネントとを含むパッケージを基板に設置することも可能である。多くの場合には、この後者の、作業動作を行う順序、即ち、まず、SMDを支持コンポーネントに取り付けてプレハブパッケージを形成する順序の方が好ましい。なぜなら、基板において、より少ない作業動作しか行われる必要がないからである。更に、上記では、SMDを第2面に設置する前に、支持コンポーネント導体がボディに形成されることが示されている。しかしながら、まず、SMDを支持コンポーネントのボディの第2面に取り付け、次いで、第1支持コンポーネント導体を、前記導体が、形成される際には既にSMDと電気的接触をしているようにして、形成することも可能である。
上記のように、支持コンポーネントのボディは、適切な産業用セラミック又は適切な別の材料の押出成形によって作成され得る。より複雑な構造の場合は、射出成形、加圧成形、機械加工などといったそれ自体は既知の別の方法を用いてボディを形成することも可能である。
図6は、熱輸送を改善するために金属コアが用いられる実施例を図示している。絶縁のために薄いアルミナ層を用いる代わりに、金属コアのプリント回路基板の業界においては既知の絶縁技術を用いることも可能である。例えばAlNといった高い熱伝導性を備える非金属材料を、コアの材料として用いることも可能である。非金属材料を用いる後者の場合には、絶縁材料は必要とされないかもしれない。
上記のように、好ましくは、(発光ダイオードなどの)表面実装デバイスは、支持コンポーネントの第2面に、溶接、半田付け、ペーストを用いた貼り付け、又は接着をされ得る。全ての場合において、取り付け方法が、良好な電気的接触を供給することは好ましい。従って、SMDを第2面に取り付け、良好な電気的接触を供給するためには、例えば、導電性ペースト又は導電性接着剤が用いられ得る。支持コンポーネントが、SMDから基板へ熱を輸送するという付加的な機能を持たなければならない場合には、支持コンポーネントを基板及びSMDに取り付ける方法は、この目的のために適合されるべきである。とりわけ、半田付け、熱伝導性接着剤を用いた接着、又は熱伝導性ペーストと用いた取り付けは、支持コンポーネントを介したSMDから基板への良好な熱輸送を達成する適切な方法を供給する。
場合によっては、支持コンポーネントとSMDとの間に適切にサブモジュールが取り付けられる。サブモジュールは、SMDの配線パターンと、支持コンポーネント導体との間のアダプタとして働き得る。更に他の可能性は、支持コンポーネント自体が、SMDの配線パターンと、基板の配線パターンとの間のアダプタとして働くようなパターンを備える支持コンポーネント導体を設計するものである。
要約すると、基板11に取り付けられ、表面実装デバイス15のための支持体としての役割を果たすのに適している支持コンポーネント1は、基板11に取り付けられるのに適している第1面3と、表面実装デバイス15を支持するのに適している第2面4とを持つボディ2を有する。第2面4は、第1面3に対して傾けられる。支持コンポーネント1は、基板11の第1基板導体12と、表面実装デバイス15の第1電極16と間の電気的接触を形成するのに適している第1支持コンポーネント導体6を更に有する。
表面実装デバイス15を傾けられたようにして基板11に取り付ける方法においては、支持コンポーネント1の上に表面実装デバイス15を備える支持コンポーネント1が、基板11に取り付けられる。
斜視図であり、本発明の一実施例による支持コンポーネントを示す。 断面図であり、図1において示されているII-IIにおける断面を示す。 斜視図であり、基板に取り付けられた前記支持コンポーネントを示す。 断面図であり、図3のIV-IVにおける断面を示す。 斜視図であり、本発明の第2実施例による支持コンポーネントを示す。 断面図であり、本発明の第3実施例による支持コンポーネントを示す。 斜視図であり、本発明の第4実施例による支持コンポーネントを示す。

Claims (9)

  1. 基板に取り付けられ、発光ダイオードのための支持体としての役割を果たすのに適している支持コンポーネントであり、前記支持コンポーネントが、前記基板に取り付けられるのに適している第1面と、前記発光ダイオードを支持するのに適している第2面とを持つボディを有し、前記第2面が、前記第1面に対して傾けられており、前記支持コンポーネントが、前記基板の第1基板導体と、前記発光ダイオードの第1電極との間の電気的接触を形成するのに適している第1支持コンポーネント導体を更に有する支持コンポーネントであって、前記ボディが、金属のコアを有し、前記金属のコアが、前記第1支持コンポーネント導体を前記金属のコアから絶縁する絶縁層によって少なくとも部分的に覆われていることを特徴とする支持コンポーネント
  2. 請求項1に記載の支持コンポーネントであって、前記支持コンポーネントが、前記基板の第2基板導体と、前記発光ダイオードの第2電極との間の電気的接触を形成するのに適している第2支持コンポーネント導体を更に有し、前記第2支持コンポーネント導体が、前記第1支持コンポーネント導体から絶縁されている支持コンポーネント。
  3. 請求項2に記載の支持コンポーネントであって、前記ボディが、前記第1支持コンポーネント導体を前記第2支持コンポーネント導体から絶縁する絶縁部を有する支持コンポーネント。
  4. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の支持コンポーネントであって、前記第1支持コンポーネント導体が、構造化メタライゼーションによって前記ボディ上に形成される支持コンポーネント。
  5. 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の支持コンポーネントであって、前記支持コンポーネントが、自動ピックアンドプレース装置によって把持されるのに適している突出構造部を有する支持コンポーネント。
  6. 基板と、発光ダイオードと、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の支持コンポーネントとを有するプリント回路基板であって、前記支持コンポーネントの第1面が、前記基板に面しており、前記支持コンポーネントの第2面が、前記発光ダイオードを支持している状態で、前記支持コンポーネントが、前記基板に取り付けられ、前記第1支持コンポーネント導体が、前記基板の第1基板導体と、前記発光ダイオードの第1電極との間の電気的接触を形成するプリント回路基板。
  7. 発光ダイオードを基板に取り付ける方法であって、前記方法が、
    第1面及び第2面を持つボディを有する支持コンポーネントであり、前記第2面が、前記第1面に対して傾けられており、前記支持コンポーネントが、前記基板の第1基板導体と、前記発光ダイオードの第1電極との間の電気的接触を形成するのに適している第1支持コンポーネント導体を更に有する支持コンポーネントであって、前記ボディが、金属のコアを有し、前記金属のコアが、前記第1支持コンポーネント導体を前記金属のコアから絶縁する絶縁層によって少なくとも部分的に覆われている支持コンポーネントを供給するステップ、並びに任意の順序の、
    a)前記支持コンポーネントの前記第1面が前記基板に面しており、前記第1支持コンポーネント導体が前記第1基板導体と接触している状態で、前記支持コンポーネントを前記基板に付けるステップ、及び
    b)前記第1支持コンポーネント導体が前記発光ダイオードの前記第1電極と接触している状態で、前記発光ダイオードを前記支持コンポーネントの前記第2面に付けるステップを有する方法。
  8. 請求項7に記載の方法であって、前記発光ダイオードを前記支持コンポーネントの前記第2面に付ける前記ステップが、前記支持コンポーネントに付けられた前記発光ダイオードを備える前記支持コンポーネントを前記基板に付けるステップの前になされる方法。
  9. 請求項7又は8に記載の方法であって、前記支持コンポーネントが、半田付け、溶接、ペーストを用いた貼り付け、及び接着の中から選ばれる方法を用いて、前記基板及び前記発光ダイオードに取り付けられる方法。
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