KR20100098417A - 박형의 가요성 케이블 발광 조립체 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

가요성 전기 케이블(14, 47) 및 LED(43)를 포함하는 케이블 발광 조립체(10). 전기 케이블의 전기 절연체는 가요성 전기 케이블(47)의 도전체(45)의 표면 상의 적어도 하나의 표면 실장 부위에 노출되도록 제거된 일부를 갖는다. 도전체(59, 61)의 두 개의 길이부는 서로 전기적으로 절연된 적어도 두 개의 전기적으로 절연된 표면 실장 부위를 형성하도록 전기적으로 절연된다. LED (43)는 도전체(45)에 표면 실장된다. 발광 다이오드의 양극 리드(55)와 전기적으로 절연된 표면 실장 부위(61) 중의 한 부위 사이에는 땜납 접합부(67)가 형성된다. 다른 땜납 접합부(69)는 발광 다이오드의 음극 리드(57)와 다른 전기적으로 절연된 표면 실장 부위(59) 사이에 형성된다. 15 LED (43)와 그 LED가 표면 실장되는 가요성 전기 케이블(47)의 적어도 일정 길이부는 중합체 성형 재료(49)로 봉입되어 있다.

Description

박형의 가요성 케이블 발광 조립체 및 그 제조 방법{LOW PROFILE FLEXIBLE CABLE LIGHTING ASSEMBLIES AND METHODS OF MAKING SAME}
본 발명은 케이블 발광 조립체, 특히 발광 다이오드(LED)를 사용하는 가요성 전기 케이블 발광 조립체에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 중합체 성형 재료로 봉입된 LED를 갖는 평탄한 가요성 케이블 발광 조립체 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 발광 조립체에 사용된다. 예를 들어, 인쇄 회로 기판에는 하나 이상의 LED가 부착되어 왔다. 미국 특허 출원 공개 제 2007/0121326호에 개시된 이런 발광 조립체는 LED의 광출력공 위에 덮지 않고 높은 열전도성 재료로 (예를 들어, 인서트 성형에 의해) 오버몰딩된 인쇄 회로 기판에 전기적으로 부착된 다수의 LED를 포함한다. 이런 다수의 회로 기판 발광 조립체들은 절연된 가요성 전기 케이블의 하나 이상의 도체에 전기적으로 연결되어 발광 스트링을 형성할 수 있다. 이런 LED 회로 기판 발광 조립체의 각각은 전기 절연체를 이동시키고 하측의 전기 케이블의 전기 도체와 전기적으로 연결된 한 쌍의 절연체 이동 커넥터를 이용하여 연결된다.
본 발명은 이런 종래의 발광 조립체 및 이들의 제조 방법의 개량 발명이다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 케이블 발광 조립체의 제조 방법이 제공된다. 이 방법은 가요성 전기 케이블과 예를 들어 발광 다이오드(LED) 등의 비교적 취약한 전자 디바이스를 제공하는 단계를 포함한다. 가요성 전기 케이블은 전기 절연체에 의해 절연된 도전체를 포함한다. 비교적 취약한 전자 디바이스가 발광 다이오드(LED)인 경우, LED는 히트 슬러그에 실장되어 양극 리드 및 음극 리드에 전기적으로 연결된 발광 다이를 포함한다. 또한 이 방법은 전기 절연체의 일부를 제거하여 가요성 전기 케이블의 도전체의 표면 상의 적어도 하나의 표면 실장 부위를 노출시키는 단계, 및 서로 전기적으로 절연된 적어도 두 개의 전기적으로 절연된 표면 실장 부위를 형성하도록 도전체의 두 개의 길이부를 전기적으로 절연시키는 단계를 포함한다. LED는 발광 다이오드의 양극 리드와 전기적으로 절연된 표면 실장 부위들 중의 한 부위 사이에 땜납 접합부를 형성하고, 발광 다이오드의 음극 리드와 다른 전기적으로 절연된 표면 실장 부위 사이에 다른 땜납 접합부를 형성함으로써 도전체에 표면 실장된다. LED 와 발광 다이오드가 표면 실장되는 가요성 전기 케이블의 적어도 일정 길이부를 봉입하기 위해 중합체 성형 재료가 사출 성형(예를 들어, 인서트 사출 성형)된다. LED를 움직이지 않게 하고 어느 땜납 접합부라도 손상(예를 들어, 파손 또는 균열)시키지 않도록 하기 위해 중합체 성형 재료는 충분히 낮은 사출 압력에서 사출 성형된다. 게다가, 발광 다이오드의 발광 다이의 적어도 일부는 LED 로부터 방출된 광이 조명성 가시광이 되도록 노출 상태로 유지된다(즉, 중합체 성형 재료로 덮여지지 않는다).
가요성 전기 케이블은 평탄한 가요성 전기 케이블 또는 FFC가 될 수 있으며, 케이블은 예를 들어 전기 절연체(예를 들어, 전기적 절연성 중합 재료)에 피복되어 분리됨으로써 서로 절연된 다수의 이격된 도전체를 포함한다. 바람직하게는, 도전체는 일반적인 사각형 단면을 가지고 비교적 평탄하다. 예를 들어 레이저 절단을 포함한 임의의 적절한 공정에 의해 원하는 양의 전기 절연체가 제거될 수 있다. 얼마나 많은 전자 디바이스가 케이블 상에 표면 실장되는지 그리고 어떻게 이들 전자 디바이스들이 작동하는지(즉, 원하는 전기 회로 설계 및 최종 용도)에 따라서 가요성 전기 케이블의 도전체 중의 하나 이상의 표면 상의 다수의 표면 실장 부위를 노출시키도록 전기 절연체의 일부를 제거하는 것이 바람직할 수 있다. 도전체 중의 하나 이상은 각각 두 개 이상의 전기적으로 절연된 표면 실장 부위로 격리될 수 있으며, 이들 표면 실장 부위들은 영향을 받은 도체의 부분들을 제거함으로써(예를 들어, 기계적 다이, 레이저 등을 사용하여 절단 또는 펀칭함으로써) 서로 전기적으로 절연된다. 땜납 페이스트를 이용하여 땜납 접합부를 형성함으로써 발광 다이오드 또는 임의의 다른 전자 디바이스를 도전체에 표면 실장하는 것이 바람직하다. 땜납 페이스트를 사용하면 땜납 접합부가 신속하게 형성되고 땜납 유동 온도가 비교적 낮아지게 된다. 전자 디바이스와 가요성 전기 케이블의 원하는 길이부를 봉입(즉, 오버몰딩)하기 위해서는 열가소성 중합체 성형재료를 인서트 사출 성형하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 봉입된 케이블의 이 길이부는 임의의 노출된 실장 부위와 임의의 땜납 접합부를 포함한다.
본 방법은 양극 리드 또는 음극 리드가 납땜되는 도전체의 실장 부위에 발광 다이오드의 히트 슬러그를 납땜하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 게다가, 제거 단계는 노출된 도전체의 실장 부위 위에 히트 슬러그가 충분히 납땜될 수 있도록 전기 절연체를 충분히 제거하는 단계를 포함하며, 본 방법은 양극 리드 또는 음극 리드가 납땜되는 도전체의 실장 부위에 발광 다이오드의 히트 슬러그를 납땜하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이런 식으로 도전체는 히트 슬러그를 통하여 LED에 대한 히트 싱크로서 작용할 수 있다.
가요성 전기 케이블의 봉입된 길이부는 바람직하게는 가요성 전기 케이블이 발광 다이오드를 도전체에 접합하는 임의의 땜납 접합부를 손상(예를 들어, 파손 또는 균열)시킬 정도로 휘거나 굽어지는 것을 방지할 수 있도록 충분히 뻣뻣하고 가요성이 없다. 가요성 전기 케이블의 봉입된 길이부는 발광 다이오드의 발광 다이의 노출부 주위에 형성된 돌출형 보호 릿지(예를 들어, 중합체 성형 재료로 된 연속 또는 불연속 상태의 릿지)를 포함하는 것이 바람직할 수 있으며, 돌출형 보호 릿지는 발광 다이오드의 최상측면과 적어도 동일 높이에 있거나 또는 그 위로 연장되는 상측 엣지를 갖는다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 본 발명에 따른 임의의 방법에 따라서 제조된 케이블 발광 조립체가 제공된다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 가요성 전기 케이블과 예를 들어 발광 다이오드(LED) 등의 비교적 취약한 전자 디바이스를 포함하는 케이블 발광 조립체가 제공된다. 가요성 전기 케이블은 전기 절연체에 의해 절연된 도전체를 포함한다. 비교적 취약한 전자 디바이스가 발광 다이오드(LED)인 경우, LED는 히트 슬러그에 실장되어 양극 리드 및 음극 리드에 전기적으로 연결된 발광 다이를 포함한다. 전기 절연체는 가요성 전기 케이블의 도전체의 표면 상의 적어도 하나의 표면 실장 부위를 노출시키도록 제거된다. 도전체의 두 개의 길이부는 서로 전기적으로 절연된 적어도 두 개의 전기적으로 절연된 표면 실장 부위를 형성하도록 전기적으로 절연되어 있다. LED는 도전체에 표면 실장된다. 발광 다이오드의 양극 리드와 전기적으로 절연된 표면 실장 부위 중의 하나 사이에는 땜납 접합부가 형성된다. 발광 다이오드의 음극 리드와 다른 전기적으로 절연된 표면 실장 부위 사이에는 다른 땜납 접합부가 형성된다. LED와 그 LED가 표면 실장되는 가요성 전기 케이블의 적어도 일정 길이부는 사출 성형된 중합체 성형 재료에 의해 봉입된다. 바람직하게는, 각 땜납 접합부는 땜납 페이스트를 사용하여 만들어진다. 게다가, LED로부터 방출된 광이 조명성 가시광이 되도록 LED의 발광 다이의 충분한 부분이 노출된다(즉, 중합체 성형 재료에 의해 덮이지 않는다).
본 발명은 첨부 도면을 참고하여 더욱 이해될 수 있으며, 여러 도면에 걸쳐 유사한 부품은 유사한 도면 부호로 지시된다.
<도 1>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박형의 가요성 케이블 발광 조립체의 사시도.
<도 2a 및 도 2b>
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 원리에 따라서 FFC 상에 표면 실장된 LED를 인서트 사출 성형하기 위한 상측 및 하측 다이 절반부의 일 실시예의 평면도.
<도 3a 및 도 3b>
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 원리에 따라서 FFC 상에 표면 실장된 전기 스위치를 인서트 사출 성형하기 위한 상측 및 하측 다이 절반부의 일 실시예의 평면도.
<도 4>
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라서 평탄한 가요성 전기 케이블의 도체 상에 표면 실장되고 오버몰딩된 LED의 단면도.
<도 5>
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라서 평탄한 가요성 전기 케이블의 도체 상에 표면 실장되고 오버몰딩된 보호 렌즈를 갖는 다른 LED의 단면도.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 박형의 가요성 케이블 발광 조립체(10)의 일 실시예는 평탄한 가요성 전기 케이블(FFC)(14) 상에 전기적으로 실장된 다수의 발광 다이오드(LED) 조립체(12)를 포함한다. 각 LED 조립체(12)는 발광 다이오드(LED)(43) 및 선택적 레지스터(도시하지 않음)를 포함하는데, 이들은 FFC의 하나 이상의 도전체(16)에 바람직하게는 (예를 들어, 땜납 페이스트를 사용하는) 납땜에 의해 직렬로 전기적으로 연결되어 성형 중합재료(18)를 통하여 대응 길이의 FFC(14) 상에 함께 봉입(encapsulated)된다. 도전체(16)는 예를 들어 전기적 온/오프 스위치(도시하지 않음)에 의해 전원(도시하지 않음)에 전기적으로 연결된다.
본 발명에 따른 케이블 발광 조립체의 제조 방법의 일 실시예는 본 제조 공정의 작업이나 단계가 각 스테이션에서 실시되는 일련의 스테이션을 이용한다. 초기의 트림 스테이션에서는 FFC 스풀로부터 원하는 길이의 FFC가 절단된다. 이 길이의 FFC는 하측의 도체 표면을 충분히 노출시켜서 FFC 상에 실장될 각 LED 조립체의 LED 및 선택적 레지스터(도시하지 않음)를 표면 실장하는데 필요한 부위를 제공하기 위해 레이저 스테이션에서 레이저 절단에 의해 제거된 케이블 절연체 부분들을 갖는다. 그리고 예를 들어 펀치 스테이션에서 기계적 다이 펀치를 사용하여 주어진 전기 회로 설계에 따라서 FFC의 원하는 도체를 통해 하나 이상의 개구가 형성된다. 선택에 따라서, 펀치 스테이션 작업은 레이저 스테이션 작업 전에 실시될 수 있다. 그리고 땜납 분배 스테이션에서 각 표면 실장 부위 위에 원하는 양의 땜납 페이스트가 분배된다. 각각의 LED, 및 납땜될 임의의 다른 전자 디바이스는 부품 배치 스테이션에서 대응하는 땜납 페이스트가 피복된 표면 실장 부위 위에 납땜된다. 각 전자 디바이스와 대응 표면 실장 부위 사이의 땜납 접합부를 형성하기 위해 각 땜납 페이스트 침착물이 흐를 수 있도록 원하는 땜납 리플로우 시간 및 온도 프로파일에 따라서 땜납 리플로우 스테이션이 작동된다. LED 및 선택적 레지스터는 종래의 인서트 성형 장비를 사용하여 제 1 오버몰드 스테이션에서 중합체 성형 재료로 봉입된다. 이 성형 작업에 대한 추가의 상세 사항은 이하에서 상세하게 논의한다. 임의의 다른 전자 장치(예를 들어 커넥터, 스위치 등)도 마찬가지로 동일하거나 유사한 오버몰드 스테이션에서 봉입될 수 있다. 전술한 방법은 제조되는 특정의 케이블 발광 조립체의 설계에 따라서 추가의 제조 스테이션 또는 보다 적은 수의 제조 스테이션을 포함하도록 수정될 수도 있다고 생각된다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, FFC 위에 표면 실장되는 LED를 인서트 사출 성형하기 위해 상측 다이 절반부(21) 및 하측 다이 절반부(23)의 일 실시예가 도시되어 있다. 상측 다이 절반부(21) 및 하측 다이 절반부(23)는 합쳐지면 중합체 성형 재료를 사출하기 위한 입구(22)를 형성하며, 각각의 다이 절반부(21, 23)는 성형 공정 중과 후에 다이 절반부(21, 23)를 원하는 온도로 냉각시키기 위해 냉각제 순환 포트(24a, 24b, 24c, 24d 및 26a, 26b, 26c, 26d)를 각각 포함한다. 각각의 다이 절반부(21, 23)는 대응하는 중공 절반부(28, 30)를 포함하는데, 이 중공 절반부는 합쳐지면 LED 조립체(12)를 봉입하는 성형 중합 재료의 치수를 한정하게 된다(도 1 참조). 상측 다이 절반부(21)는 인서트 성형 공정 중에 LED 발광 다이를 시일하고 보호하기 위해 예를 들어 상측 다이 절반부(21)에 형성된 대응 다이 캐비티(27) 속에 배치된 실리콘이나 그 외의 고무타입 재료로 만들어진 엘라스토머 시일(25)을 포함한다.
시일(25)과 캐비티(27)는 봉입된 LED의 발광부를 용융상태의 중합체 성형 재료가 봉입하는 것을 방지함과 동시에 LED의 발광부 주위의 성형 재료의 보호 릿지나 그 외의 보호구조를 형성하도록 설계되고 치수 결정되어 있다. 도 4의 실장된 LED(43)를 시일링하기 위해서는, 예를 들어 시일(25)은 LED(43)의 면(51)을 시일하도록 접촉하는 평면을 가짐과 함께 캐비티(27)의 내경보다 작은 외경을 갖는 일반적인 디스크 형상이다. 게다가, 시일(25)의 외주 엣지는 대응하는 캐비티(27)의 형상과 결합되었을 때 LED(43)의 노출면(51) 주위에 환형 릿지(71)를 형성하도록 설계되고 치수 결정된 형상을 갖는다(도 4 참조). 상측 다이 절반부(21)의 대응 캐비티 내에는 예를 들어 실리콘이나 그 외의 고무타입 재료로 만들어진 추가의 고무상 시일(29, 31)이 배치됨으로써 다이 절반부(21, 23)의 어느 단부에서 FFC(14)(점선으로 도시) 주위에서 성형 재료가 밀려나는 것을 방지하기 위해 시일할 수 있다.
다이 절반부(21, 23)가 인서트 성형 작업을 위해 LED 실장된 FFC 주위에 조립되었을 때, 각각의 시일(25, 29, 31)은 일정한 두께를 갖게 되어 결국 LED 및 FFC에 충분히 높은 압축력을 가하여, 용융 성형 재료가 시일된 부위로부터 통과하는 것을 차단하도록 압축하는 시일(25, 29, 31)이 된다. 시일(25, 29, 31)에는 엘라스토머 재료가 사용되기 때문에, 캐비티 절반부(28, 30)에 의해 형성된 다이 캐비티(28, 30)는 비교적 낮은 압력으로 중합체 성형 재료로 채워져서 성형 재료가 시일(25, 29, 31)을 통과할 수 없게 한다. 동시에, 시일(25, 29, 31)(구체적으로 시일(25))의 엘라스토머 성질 때문에 성형 공정 중에 LED 및 FFC가 손상될 가능성은 없다. 게다가, 시일(25, 29, 31)에 대하여 보다 단단한 재료(예를 들어, 금속 성형 재료)가 사용되었다면, 중합체 성형 재료의 누출을 방지하기 위해 보다 높은 압축력을 사용할 필요가 있었을 것이다. 보다 단단한 재료와 보다 높은 압축력이 조합되면 LED 그리고 보다 적은 정도로는 FFC가 사출 성형 작업 중에 손상될 가능성이 높아진다. 다이 절반부(21, 23)의 각각은 사출 성형 작업 중에 기포가 다이 속에 갇히는 것을 피하기 위해 다수의 배기 채널(32)을 포함한다. 정상적인 사출 성형 압력으로 몰드 캐비티 속에 중합체 성형 재료가 사출되었다면, 시일(25, 29, 31)은 성형 재료가 다이 캐비티(28, 30)로부터 누출되는 것을 방지할 수 없었을 것이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, LED(43)에 대하여 전술한 것과 유사한 방식으로 FFC(14)(점선으로 도시) 위에 표면 실장된 전기 스위치(도시하지 않음)를 인서트 사출 성형하기 위한 상측 다이 절반부(33) 및 하측 다이 절반부(35)의 일 실시예가 도시되어 있다. 다이 절반부(33, 35)의 각각은 대응하는 캐비티 절반부(38, 40)를 포함하는데, 이들 캐비티 절반부는 합쳐지면 전기 스위치를 봉입하는 성형 중합 재료의 크기를 한정한다. 상측 다이 절반부(33) 및 하측 다이 절반부(35)는 합쳐지면 원하는 중합체 성형 재료를 사출하기 위한 입구(22)를 형성하며, 각각의 다이 절반부(33, 35)는 성형 공정 중과 후에 다이 절반부(33, 35)를 원하는 온도로 냉각시키기 위해 냉각제 순환 포트(24a, 24b, 24c, 24d 및 26a, 26b, 26c, 26d)를 각각 포함한다. 상측 다이 절반부(33)는 예를 들어 대응 캐비티 속에 배치된 실리콘이나 그 외의 고무 타입 재료로 만들어진 엘라스토머 시일(37)을 포함한다. 시일(37)은 전기 스위치의 작동체(예를 들어, 푸시 버튼)을 시일링 및 보호하기 위해 도너츠 또는 O링 형상으로 소정의 치수로 되어있는데, 작동자는 시일(37)의 구멍 속에 배치되어 있다. 다이 절반부(33, 35)의 각각은 또한 예를 들어 다이 절반부(33, 35)의 일 단부에서 FFC(14)를 시일링하기 위해 실리콘이나 그 외의 고무 타입 재료로 만들어진 대응 엘라스토머 시일(39, 41)을 포함한다. 도시한 실시예에서,
다이 절반부(21, 23)와 마찬가지로, 다이 절반부(33, 35)가 인서트 성형 작업을 위해 스위치가 장착된 FFC 주위에 조립되었을 때, 각각의 시일(37, 39, 41)은 일정한 두께를 갖게 되어 결국 스위치 및 FFC에 충분히 높은 압축력을 가하여 용융 성형 재료가 시일된 부위로부터 통과하는 것을 차단하도록 압축하는 시일(37, 39, 41)이 된다. 시일(37, 39, 41)에는 엘라스토머 재료가 사용되기 때문에, 캐비티 절반부(38, 40)에 의해 형성된 다이 캐비티(38, 40)는 비교적 낮은 압력으로 중합체 성형 재료로 채워져서 성형 재료가 시일(37, 39, 41)을 통과할 수 없게 한다. 동시에, 시일(37, 39, 41)의 엘라스토머 성질 때문에 성형 공정 중에 스위치 및 FFC가 손상될 가능성은 없다. 게다가, 시일(37, 39, 41)에 대하여 보다 단단한 재료(예를 들어, 금속 성형 재료)가 사용된다면, 중합체 성형 재료의 누출을 방지하기 위해 보다 높은 압축력을 사용할 필요가 있을 것이다. 보다 단단한 재료와 보다 높은 압축력이 조합되면 스위치 그리고 보다 적은 정도로는 FFC가 사출 성형 작업 중에 손상될 가능성이 높아진다. 다이 절반부(33, 35)의 각각은 사출 성형 작업 중에 기포가 다이 속에 갇히는 것을 피하기 위해 다수의 배기 채널(32)을 포함한다. 정상적인 사출 성형 압력으로 몰드 캐비티 속에 중합체 성형 재료가 사출된다면, 시일(37, 39, 41)은 성형 재료가 다이 캐비티(28, 30)로부터 누출되는 것을 방지할 수 없을 것이다.
도 4를 참조하면, 평탄한 가요성 전기 케이블(47)의 평탄한(즉, 사각형 단면) 도체(45)에 표면 실장되어 중합체 성형 재료(49)에 의해 봉입된 LED(43)가 도시되어 있다. LED(43)는 표면(51)을 통하여 광을 방출하는 발광 다이(도시하지 않음), 히트 슬러그(heat slug)(53), 양극 리드(55) 및 음극 리드(57)를 포함한다. 도체(45)는 펀치가공된 개구부(63)에 의해 두개의 전기적으로 절연된 길이부(59, 61)로 분리되어 있다. 히트 슬러그(53) 및 양극 리드(55)는 각각의 땜납 접합부(65, 67)에 의해 도체 길이부(61)에 개별적으로 전기적으로 접합된다. 음극 리드(57)는 땜납 접합부(69)에 의해 도체 길이부(59)에 전기적으로 접합된다. 성형 재료(49)는 바람직하게는 표면(51) 주위에 환형 보호 릿지(71)를 포함한다. 보호 릿지(71)는 돌출되어 있으며 상측엣지가 발광면(51)과 적어도 동일 높이에 있거나 그 위로 연장되어 있다.
도 5를 참조하면, 평탄한 가요성 전기 케이블(47)의 평탄한(즉, 사각형 단면) 도체(45)에 표면 실장되어 중합체 성형 재료(49)에 의해 봉입된 다른 LED(73)가 도시되어 있다. LED(73)는 보호 렌즈(75)를 통하여 광을 방출하는 발광 다이(도시하지 않음), 히트 슬러그(heat slug)(53), 양극 리드(55) 및 음극 리드(57)를 포함한다. 도체(45)는 펀치가공된 개구부(63)에 의해 두개의 전기적으로 절연된 길이부(59, 61)로 분리되어 있다. 히트 슬러그(53) 및 양극 리드(55)는 각각의 땜납 접합부(65, 67)에 의해 도체 길이부(61)에 개별적으로 전기적으로 접합된다. 음극 리드(57)는 땜납 접합부(69)에 의해 도체 길이부(59)에 전기적으로 접합된다. 성형 재료(49)는 바람직하게는 보호 렌즈(75) 주위에 환형 보호 릿지(71)를 포함한다. 보호 릿지(71)는 돌출되어 있으며 상측엣지가 발광렌즈(75)와 적어도 동일 높이에 있거나 그 위로 연장되어 있다.
본 발명에 따라서 사용될 수 있는 전형적인 발광 다이오드(LED)로는, 독일, 뢰겐스버그 D-93049, 베르너베르크스트라세 2에 소재하는 OSRAM Opto Semiconductors GmbH(www.osram-os.com)에서 각각 제조되는 칩레벨 컨버젼(Chip Level Conversion) LED인 LW M5SM Golden DRAGON®,칩레벨 컨버젼 LED인 LW M5KM Golden DRAGON® ARGUS®, 및 칩레벨 컨버젼 LED인 LD W5AP, LB W5AP 또는 LT W5AP Diamond DRAGON® 이 포함될 수 있지만, 여기에 한정되지 않는다.
본 발명에 따라서 사용될 수 있는 전형적인 평탄한 가요성 전기 케이블(FFC)로는 독일, 로트 91154, 스티버스트라세 5에 소재하는 LEONI Kabel GmbH(www.leoni-cable.com)에서 판매하는 평탄한 가요성 전기 케이블이 포함될 수 있지만, 여기에 한정되지 않는다. 이 FFC는 전기 절연성 중합 재료 PBT에 의해 피복되어 분리된 3개의 이격된 구리 도전체를 포함한다. 이런 FFC의 절연이 열과 관련되어 손상되는 것을 피하기 위해서는 비교적 저온의 땜납 페이스트(예를 들어, 비교대상의 고체 땜납보다 낮은 온도에서 땜납 접합부를 형성하는 땜납 페이스트)를 사용하여 FFC 상에 부품들을 납땜하는 것이 바람직하다는 것을 발견하였다.
본 발명에 따라서 사용될 수 있는 전형적인 타입의 땜납 페이스트로는 미합중국, 로드아일랜드주 02865, 링컨, 14 블랙스톤 밸리 플레이스에 소재하는 EFD Inc.에서 제조하는 비청정(No-Clean) 분배형 땜납 페이스트의 NCLR시리즈인 SolderPlus®가 포함되지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 이들 땜납 페이스트는 플럭스 잔류물이 적고, 습윤성이 뛰어난 것을 특징으로 하며, 실온에서 비교적 신속하고 용이하게 분배될 수 있으며, 약 138℃ 에서 약 153 내지 178℃ 사이의 비교적 낮은 온도에서 명목상 약 3분이라는 비교적 짧은 시간에 땜납 접합부를 형성할 수 있다. 회로기판에 땜납 접합부를 형성하는데 사용되는 것으로 알려져 있지만, 이런 분배형 땜납 페이스트는 가요성(예를 들어, 뻣뻣하지 않은) 전기 케이블에 사용하는 것은 바람직하지 않다는 것이 발견되었다. 땜납 페이스트를 사용하여 생긴 땜납 접합부는 예를 들어 FFC 등의 가요성 케이블의 도체 위에 LED를 실장할 때 형성되는 땜납 접합부에서 받게 되는 종류의 굽힘 응력 등의 굽힘 응력을 받을 때 비교적 취약하고 균열이 생기기 쉽다는 것이 발견되었다. 땜납 페이스트의 사용 및 그 이점과 가요성 전기 케이블을 결합하기 위해서는, 납땜된 LED 및 그 LED가 납땜되는 어느 측면 상의 일정 길이의 가요성 케이블에 걸쳐서 몰딩함으로써 상기 발견된 땜납 페이스트의 결점들을 극복할 수 있다는 것을 발견하였다.
본 발명에 따라서 사용될 수 있는 전형적인 인서트 성형 가능 재료에는 미합중국, 메사츄세츠주, 미들톤의 Bostik, Inc.에서 시판되는 핫멜트 수지 등이 포함될 수 있는데, 여기에 제한되는 것은 아니다. 이런 수지로는 BOSTIK® LPM 245 접착제, BOSTIK® LPM 915 접착제, BOSTIK® LPM 917 접착제 등이 포함된다. 그 외의 적합한 수지나 재료로는 예를 들어 HENKEL® OM673, 678, 682 및/또는 687 마크로멜트(Macromelt) 등의 HENKEL® / LOCTITE® 마크로멜트 재료가 포함될 수 있다.
종래의 인서트 성형기술은 일반적으로 6895 ㎪(평방 인치당 1000파운드(psi))를 초과하는 사출 압력하에서 겹쳐진 한 쌍의 몰드 다이 절반부 속에 열가소성 중합체 성형 재료를 사출하는 것을 포함한다. 이런 성형 작업은 열가소성 중합체 성형 재료를 20684 ㎫(3000psi) 내지 48263 ㎪(7000psi) 정도의 높은 범위에서 몰드 속에 사출하기 위한 압력을 이용하는 것으로 알려져 있다. 종래의 몰드의 다이 절반부 사이의 성형 재료의 플래싱(flashing)을 방지하기 위해서는 성형 재료 사출 압력을 상당히 초과할 수 있는 클램핑 압력하에서 다이 절반부가 함께 가압된다. 이런 종래의 사출 성형기술은 예를 들어 땜납 접합부를 사용하여 가요성 케이블의 도체에 표면 실장된 LED 등의 비교적 섬세한 전자 디바이스 위에 몰딩하는데 사용되는 경우에 바람직하지 못한 결과를 가질 수 있다는 것을 발견하였다. 이는 특히 땜납 페이스트로 만들어진 땜납 접합부에서 그렇다.
이런 높은 압력하에서 몰드 캐비티 속으로 사출되었을 때, 표면 실장된 LED에 대하여 사출된 성형 재료에 의해 가해지는 힘은 땜납 접합부의 일부 또는 전부를 파괴시킬 수 있으며, 따라서 LED의 대응 부분 또는 전부를 원래의 표면 실장된 위치에서 일부 또는 완전히 이동시키고 가요성 케이블에 대한 전기 접속의 일부 또는 전부를 잃게 한다. 이 문제의 해결법은 6895 ㎪(평방인치당 1000파운드 또는 psi) 미만, 바람직하게는 약 5516 ㎪(800psi) 미만, 약 4137 ㎪(600psi) 미만, 약 2758 ㎪(400psi) 이하, 그리고 바람직하게는 약 827.4 ㎪(120psi) 내지 약 2758 ㎪(400psi)의 범위의 비교적 낮은 사출 성형 압력을 사용하여 이런 표면 실장된 LED 및 가요성 케이블에 걸쳐서 몰딩하는 것을 포함한다는 것이 발견되었다. 이런 낮은 사출 성형 압력으로 인하여, 그에 따라서 낮은 클램핑 압력을 다이 절반부 사이에서의 성형 재료의 플래싱 없이 두개의 몰드 다이 절반부 사이에서 사용할 수 있다. 디바이스가 인서트 성형된 후에 특정 표면(예를 들어, LED의 발광면, 또는 전기 스위치의 온/오프 버튼)을 노출된 채로 유지할 필요가 있는 인서트 성형된 전자 디바이스에 있어서, 이렇게 낮은 사출 성형 압력과 그에 따른 다이 절반부 클램핑 압력으로 인하여 (예를 들어, 실리콘 고무 등의 엘라스토머 중합 재료로 만들어진) 탄력성 몰드 다이 부품을 사용할 수 있으므로 성형 재료의 플래싱에 대비하여 이런 노출 표면을 밀봉할 수 있다. 사출 성형 다이는 일반적으로 예를 들어 공구강 등의 금속으로 만들어진다. 탄력적으로 시일하여 성형 재료의 플래싱을 방지하는 탄력있는 몰드 다이 부품은 예를 들어 LED 등의 비교적 섬세한 전자 디바이스의 노출면을 보호하는데 사용될 때 매우 중요할 수 있다. 이런 전형적인 다이 몰드 금속 재료가 노출 상태로 유지될 이런 표면을 밀봉하는데 사용되었다면, 플래싱을 방지하는데 필요한 클램핑 압력이 플래싱을 차단하게 될 전자 디바이스의 표면을 손상시킬 수 있었을 것이다.
노출 상태로 유지할 필요가 있는 LED의 발광부는 다이다. LED는 비교적 취약하며, 금속으로 만들어진 몰드 다이 부품에 의해 가해진 고압은 물론 동일 클램핑 압력보다 탄력성의 몰드 다이 부품(예를 들어, 실리콘 고무)에 의해 가해진 클램핑 압력에 더 잘 견딜 것 같다. 이런 식으로 탄력성 몰드 다이 부품을 사용하면 몰드 다이가 전자 디바이스의 치수공차의 큰 변화를 보상할 수 있다. 노출된 상태로 유지될 전자 디바이스의 표면을 밀봉하는데 금속이나 그 외의 뻣뻣하고 단단한 재료로 만들어진 몰드 다이 부품이 사용된다면, 몰드가 수용하도록 설계된 것보다 치수가 큰 전자 디바이스를 손상시키거나 또는 몰드가 수용하도록 설계된 것보다 치수가 작은 전자 디바이스의 노출면을 충분하게 밀봉하지 못할 가능성이 커질 것이다.
LED를 가요성 전기 케이블의 도체에 전기적으로 표면 실장하기 위해 SolderPlus® 42NCLR 분배형 땜납 페이스트를 사용하여 바람직한 결과가 얻어졌다. 실온(즉, 약 20℃)에서 약 1.5초의 발사 당 1 사이클타임을 이용하여 미리 노출된 도체면 상의 각각의 원하는 땜납 접합부 위치에 측정량의 땜납 페이스트를 분배하였다. 땜납 페이스트를 분배하고 LED를 표면 실장 위치에 위치시킨 후, LED를 가요성 케이블 도체에 접합하여 전기적으로 연결하는 땜납 접합부를 형성하기 위해, 땜납 페이스트를 용융시켜 유동시켜서 반응하게 하는 리플로우 시간-온도 프로파일에 땜납 페이스트를 노출시켰다. 이 리플로우 시간-온도 프로파일은 약 60초 동안에 약 30℃에서 약100℃까지 직선적으로 상승하는 예열로 시작한 다음에, 약 75초 동안에 약 100℃에서 시작하여 약 130℃까지 직선적으로 상승하는 히트 소크(heat soak)가 이어지고, 그리고 약 20초 동안에 약 130℃에서 시작하여 약 138℃까지 직선적으로 상승하는 활성화 단계가 이어지고, 그리고 약 45초 동안에 약 138℃에서 시작하여 최대온도인 약 178℃까지 직선적으로 상승하는 리플로우 단계가 이어지고, 그리고 약 178℃에서 시작하여 약 138℃까지 직선적으로 하강하는 초기 냉각 단계가 이어지고, 그리고 약 138℃에서 시작하여 약 30℃까지 직선적으로 하강하는 최종 냉각 단계가 이어졌다. 전체 냉각 공정(즉, 마지막 두 단계)은 약 40초 걸렸다.
미합중국, 메사츄세츠주, 미들톤의 Bostik, Inc.에서 BOSTIK® LPM 917 접착제라는 제품명으로 시판되는 핫멜트 수지를 사용하여 이런 표면 실장된 LED에 인서트 성형함으로써도 원하는 결과가 얻어졌다. 이 열가소성 수지 재료를 약 225℃의 온도에서, 약 1516-1930 ㎪ (220-280 psi) 범위의 사출 압력에서, 그리고 각 LED에 몰딩하는 1 사이클 타임을 약 12 내지 15초의 범위로 하여 사출하였다. 이런 낮은 사출 성형 압력으로 인하여 두 개의 몰드 다이 절반부 사이에서 대략 5516 ㎫ (800 psi) 이하의 클램핑 압력을 사용할 수 있게 되었다.
LEONI Kabel GmbH에서 부품 번호 67403000A로 판매되는 평탄한 가요성 전기 케이블을 사용하는 것이 바람직하다는 것을 발견하였다. 이 FFC는 3개의 도전체를 가지며, 전체 폭은 13.50 ㎜ ± 0.15 ㎜이다. 각 도전체는 비교적 평탄하고 일반적인 사각형 단면을 갖는다. 각 도체는 두께가 약 0.1 ㎜이다. 중심 도체는 폭이 약 6.62 ㎜이며, 두 개의 외측 도체는 각각 폭이 약 1.54 ㎜이다. LED를 표면 실장하는데는 중심 도체를 사용하였다. LED를 표면 실장하는데는 보다 넓은 중심 도체를 사용하는 것이 바람직하다. LED에 충분한 전기적 접속을 제공하는데(즉, LED의 현재의 요구를 취급하는데) 추가 폭의 중심 도체가 필요하지 않지만, 추가의 폭으로 인하여 중심 도체는 LED로부터 그 동작에 의해 발생된 열을 전도하는 히트 싱크로서 보다 양호하게 작용할 수 있다. 또한 중심 도체가 더 넓어지면 땜납 접합부가 형성될 수 있는 표적 표면적이 커진다. 이 FFC 는 최소 굽힘 반경이 약 0.45 ㎜이며 작동온도 속도는 3000시간 동안 약 125℃이다.
히트 슬러그가 양극 리드에 전기적으로 연결된, OSRAM Opto Semiconductors GmbH에서 제조되는 전술한 DRAGON® LED 등의 LED에서는 히트 슬러그가 FFC 도체에 직접 납땜될 수 있다. 이렇게 하면 도체의 히트 싱크 기능을 촉진시키며 제조 공정을 간소화한다. 히트 슬러그가 양극 리드 및 음극 리드로부터 전기적으로 절연된 LED에서는 LED 히트 슬러그를 FFC 도체에 부착하는데 열전도성을 가지면서도 전기적 절연성이 있는 접착제를 사용할 수 있다. 이런 매개 접착제의 일예는 미합중국, 미네소타주, 세인트폴에 소재하는 3M Company에서 제품번호 시리즈 8800으로 제조되는 고접착력 열전도성 접착제 전사 테이프이다. 3M Company의 전사 테이프 8810을 사용하여 바람직한 결과가 얻어졌다.

Claims (15)

  1. 케이블 발광 조립체의 제조방법에 있어서,
    전기 절연체에 의해 절연된 도전체를 포함하는 가요성 전기 케이블을 제공하는 단계;
    히트 슬러그에 실장되어 양극 리드 및 음극 리드에 전기적으로 연결된 발광 다이를 포함하는 발광 다이오드를 제공하는 단계;
    전기 절연체의 일부를 제거하여 가요성 전기 케이블의 도전체의 표면 상의 적어도 하나의 표면 실장 부위를 노출시키는 단계;
    서로 전기적으로 절연된 적어도 두 개의 전기적으로 절연된 표면 실장 부위를 형성하기 위해 도전체의 두 개의 길이부를 전기적으로 절연시키는 단계;
    발광 다이오드의 양극 리드와 전기적으로 절연된 표면 실장 부위 중의 하나의 부위 사이에 땜납 접합부를 형성하고 발광 다이오드의 음극 리드와 전기적으로 절연된 표면 실장 부위 중의 다른 부위 사이에 다른 땜납 접합부를 형성함으로써 발광 다이오드를 도전체에 표면 실장하는 단계; 및
    발광 다이오드가 표면 실장되는 일정 길이의 가요성 전기 케이블을 봉입하기 위해 중합체 성형 재료를 사출 성형하는 단계를 포함하며,
    중합체 성형 재료는 어느 땜납 접합부도 손상시키지 않기 위해 충분히 낮은 사출 압력으로 사출 성형되며, 발광 다이오드의 발광 다이의 적어도 일부는 조명광을 방출하도록 충분히 노출된 상태로 유지되는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은,
    양극 리드 또는 음극 리드가 납땜되는 도체의 실장 부위에 발광 다이오드의 히트 슬러그를 납땜하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제거 단계는 노출되는 도전체의 실장 부위가 충분하여서 그 위에 히트 슬러그가 납땜될 수 있도록 충분한 전기 절연체를 제거하는 것을 포함하며, 상기 방법은,
    양극 리드 또는 음극 리드가 납땜되는 도체의 실장 부위에 발광 다이오드의 히트 슬러그를 납땜하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 납땜은 땜납 페이스트를 사용하여 실시하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 가요성 전기 케이블의 봉입된 길이부는 충분히 뻣뻣하고 굽어지지 않게 되어, 발광 다이오드를 도전체에 접합하는 땜납 접합부를 손상시킬 정도로 가요성 전기 케이블이 굽어지는 것을 방지하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 가요성 전기 케이블의 봉입된 길이부는 발광 다이오드의 발광 다이의 노출부 주위에 형성된 돌출 보호 릿지를 포함하며, 돌출 보호 릿지는 발광 다이오드의 최상측면과 적어도 동일 높이에 있는 상측 엣지를 갖는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사출 성형은 6895 ㎪ 미만의 사출 성형 압력으로 실시하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사출 성형은 약 4137 ㎪ 미만의 사출 성형 압력으로 실시하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사출 성형은 약 827.4 ㎪ 내지 약 2758 ㎪의 범위의 사출 성형 압력으로 실시하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 방법에 따라서 제조된 케이블 발광 조립체.
  11. 케이블 발광 조립체에 있어서,
    전기 절연체로 절연된 도전체를 포함하는 가요성 전기 케이블로서, 상기 전기 절연체는 상기 도전체의 일 면 상의 적어도 하나의 표면 실장 부위를 노출시키는 제거부를 가지며, 상기 도전체의 두 개의 길이부는 서로 전기적으로 절연된 적어도 두 개의 전기적으로 절연된 표면 실장 부위를 형성하도록 전기적으로 절연되는 가요성 전기 케이블; 및
    히트 슬러그에 실장되어 양극 리드 및 음극 리드에 전기적으로 연결되는 발광 다이를 포함하는 발광 다이오드로서, 상기 발광 다이오드는 상기 도전체에 표면 실장되는데 일 땜납 접합부는 상기 양극 리드와 상기 전기적으로 절연된 표면 실장 부위 중의 한 부위 사이에 형성되고 다른 땜납 접합부는 상기 음극 리드와 전기적으로 절연된 표면 실장 부위 중의 다른 부위 사이에 형성되는 발광 다이오드를 포함하며,
    상기 발광 다이오드와 상기 발광 다이오드가 표면 실장되는 상기 가요성 전기 케이블의 적어도 일정 길이부는 중합체 성형 재료에 의해 봉입되며, 상기 발광 다이오드의 발광 다이의 적어도 일부는 상기 발광 다이오드로부터 방출된 광이 조명성 가시광이 되도록 노출되는 케이블 발광 조립체.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 발광 다이오드의 상기 히트 슬러그는 상기 양극 리드 또는 상기 음극 리드가 납땜되는 상기 도전체의 실장 부위에 납땜되는 케이블 발광 조립체.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 땜납 접합부는 땜납 페이스트를 사용하여 만들어지는 케이블 발광 조립체.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 가요성 전기 케이블의 봉입된 길이부는 충분히 뻣뻣하고 굽어지지 않게 되어, 발광 다이오드를 도전체에 접합하는 땜납 접합부를 손상시킬 정도로 가요성 전기 케이블이 굽어지는 것을 방지하는 케이블 발광 조립체.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 가요성 전기 케이블의 봉입된 길이부는 발광 다이오드의 발광 다이의 노출부 주위에 형성된 돌출 보호 릿지를 포함하며, 돌출 보호 릿지는 발광 다이오드의 최상측면과 적어도 동일 높이에 있는 상측 엣지를 갖는 케이블 발광 조립체.
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