KR20200125768A - 인쇄 회로 기판 상의 led의 오정렬 처리 방법 - Google Patents

Abstract

조명 시스템을 위한 LED들이 PCB 상에 장착될 수 있다. PCB는 지지 표면과 접속하기 위한 과대 크기 홀들과 같은 정렬 특징들을 구비할 수 있다. 장착된 LED들의 위치의 광학적 감지를 사용하여, 정렬 특징들에 의해 가용하게 되는 공간이 수정된 정렬 특징들을 생성하기 위해 감소되고 정렬될 수 있다. 수정된 정렬 특징들은 수정 컴포넌트를 부가함으로써 생성될 수 있고 장착된 LED들의 감지된 위치들에 기초하여 정렬될 수 있다. 수정 컴포넌트의 배치는 PCB와의 LED들의 오정렬을 상쇄할 수 있다. 수정된 정렬 특징 내의 개구는 지지 표면과 접속하기 위한 볼트 또는 정렬 핀을 수용할 수 있다. 지지 표면은 보조 광학계에 정렬될 수 있어서, 결국 LED들이 PCB에 대한 LED들의 오정렬과 무관하게 보조 광학계에 정렬된다.

Description

인쇄 회로 기판 상의 LED의 오정렬 처리 방법{METHOD FOR ADDRESSING MISALIGNMENT OF LEDS ON A PRINTED CIRCUIT BOARD}

관련 출원들과의 상호 참조

본원은 2016년 12월 21일자 출원된 미국 가특허 출원 번호 62/437,593호 및 2017년 12월 20일자 출원된 미국의 가출원이 아닌 특허 출원 번호 15/849,384호를 우선권 주장하고, 이들 출원은 본원에 완전히 제시된 것처럼 참조로 포함된다.

발광 다이오드들(LED들)은 전형적으로 인쇄 회로 기판(PCB) 상에 장착되고, PCB는 히트 싱크 또는 보조 광학계와 같은 지지 표면 상에 장착된다. PCB는 전형적으로 PCB가 지지 표면에 정렬되고 장착되게 할 수 있는 장착 홀들 또는 다른 특징들을 포함할 수 있다.

PCB 상의 LED들의 오정렬은 다양한 공정 허용 오차들로 인해 발생할 수 있다. LED들로부터 방출된 광이 보조 광학계에 최적하게 또는 효율적으로 도달하지 않을 수 있으므로 이러한 오정렬들은 최적하지 못한 동작 조건들을 야기할 수 있다.

다음의 설명은 조명 시스템을 형성하는 방법을 포함한다. 회로 기판을 지지 표면에 정렬시키는 하나 이상의 정렬 특징을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)이 제공될 수 있다. 하나 이상의 발광 다이오드(LED)가 PCB 상에 장착될 수 있다. PCB 상에 장착된 하나 이상의 LED의 위치가 광학적으로 감지될 수 있고 PCB 상의 하나 이상의 정렬 특징이 하나 이상의 LED의 광학적으로 감지된 위치에 기초하여 수정될 수 있다. 결과적으로, 하나 이상의 수정된 정렬 특징이 PCB 상에 형성될 수 있다. 하나 이상의 수정된 정렬 특징은 PCB 상의 LED들의 어떤 오정렬이 인쇄 회로 기판 상의 하나 이상의 정렬 특징에의 수정들에 의해 상쇄되도록 PCB를 보조 광학계에 정렬시키기 위해 사용될 수 있다.

다음의 설명은 또한 조명 시스템을 포함한다. PCB는 PCB를 지지 표면에 정렬시키는 하나 이상의 정렬 특징을 가질 수 있다. 하나 이상의 LED는 PCB 상에 장착될 수 있고 수정 피스가 하나 이상의 정렬 특징의 크기를 감소시키는 PCB 상의 하나 이상의 정렬 특징에 부착될 수 있다. 결과적으로, 하나 이상의 수정된 정렬 특징이 PCB에 대한 LED들의 어떤 오정렬을 상쇄하기 위해 형성될 수 있다. 보조 광학계는 보조 광학계를 PCB에 정렬시키기 위해 하나 이상의 수정된 정렬 특징을 사용하여 PCB에 결합될 수 있다.

다음의 설명은 또 하나의 조명 시스템을 형성하는 방법을 포함한다. 회로 기판을 지지 표면에 정렬시키는 하나 이상의 정렬 특징을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)이 제공될 수 있다. 하나 이상의 발광 다이오드(LED)가 PCB 금속 상호접속 패턴 상의 땜납 패드들을 통해 PCB 상에 장착될 수 있다. 금속 상호접속 패턴의 위치가 광학적으로 감지될 수 있고 PCB 상의 하나 이상의 정렬 특징이 금속 상호접속 패턴의 광학적으로 감지된 위치에 기초하여 수정될 수 있다. 결과적으로, 하나 이상의 수정된 정렬 특징이 PCB 상에 형성될 수 있다. 하나 이상의 수정된 정렬 특징이 PCB 상의 금속 상호접속 패턴의 어떤 오정렬이 인쇄 회로 기판 상의 하나 이상의 정렬 특징에의 수정들에 의해 상쇄되도록 PCB를 보조 광학계에 정렬시키기 위해 사용될 수 있다.

첨부 도면과 함께 예로서 주어진 다음의 설명으로부터 보다 상세한 이해가 될 수 있다.
도 1a는 그 안에 형성된 확대된 장착 홀들을 갖는 PCB의 단면도이고;
도 1b는 도 1a의 PCB의 상면도이고;
도 2a는 장착 홀들 주위에 퇴적된 금속 막을 갖는 도 1a의 PCB의 단면도이고;
도 2b는 도 2a의 PCB의 상면도이고;
도 3a는 그 위에 장착된 LED들의 어레이를 갖는 도 2a의 PCB의 단면도이고, 여기서 LED들은 PCB 상의 어느 기점에 정렬된다;
도 3b는 도 3a의 PCB의 상면도이고;
도 4a는 도 3a의 PCB의 단면도이고, 여기서 LED들 자신들이 PCB 내의 장착 홀들 위에 금속 링을 배치하기 위한 기점으로서 사용되고, 금속 링이 장착 홀들보다 작은 중심 홀을 갖고 금속 링이 금속 막에 용접된다;
도 4b는 도 4a의 PCB의 상면도이고;
도 5는 지지 표면 상에 장착되어 있는 도 4a의 PCB의 단면도이고, 여기서 보조 광학계가 자동차의 헤드라이트 모듈 내의 지지 표면에 정렬되고 금속 링들의 중심 홀들이 지지 표면에 대해 PCB를 배치하기 위해 사용된다;
도 6은 도 5의 헤드라이트 모듈을 제조하기 위해 사용되는 방법의 플로우차트이다.

상이한 발광 다이오드("LED") 구현예들이 첨부 도면을 참조하여 이후 보다 완전히 설명될 것이다. 이들 예는 상호 배타적이 아니고, 한 예에서 발견되는 특징들은 추가적인 구현예들을 달성하기 위해 하나 이상의 다른 예에서 발견되는 특징들과 조합될 수 있다. 따라서, 첨부 도면에 도시한 예들은 단지 예시 목적들을 위해 제공되고 그들은 본 개시내용을 어떤 식으로 제한하려는 것이 아니라는 것을 이해할 것이다. 유사한 번호들은 전체에 걸쳐 유사한 요소들을 참조한다.

용어들 제1, 제2 등이 여기서 다양한 요소들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이들 요소는 이들 용어에 의해 제한되지 않아야 한다는 것을 이해할 것이다. 이들 용어는 단지 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고서, 제1 요소는 제2 요소라고 할 수 있고, 유사하게 제2 요소는 제1 요소라고 할 수 있다. 여기에 사용되는 것과 같이, 용어 "및/또는"은 연관된 나열된 항목들의 하나 이상의 임의의 및 모든 조합들을 포함한다.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소 "상에" 있고 또는 "상으로" 연장한다고 할 때, 그것은 다른 요소 바로 위에 있고 또는 바로 위로 연장할 수 있거나 중간 요소들이 또한 존재할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 대조적으로, 요소가 다른 요소 "바로 위에" 있고 또는 "바로 위로" 연장한다고 할 때, 중간 요소들은 존재하지 않는다. 요소가 다른 요소에 "접속" 또는 "결합"된다고 할 때, 그것은 다른 요소에 직접 접속 또는 결합될 수 있거나 중간 요소들이 존재할 수 있다는 것을 또한 이해할 것이다. 대조적으로, 요소가 다른 요소에 "직접 접속" 또는 "직접 결합"된다고 할 때, 중간 요소들은 존재하지 않는다. 이들 용어는 도면에 도시한 임의의 배향 외에 요소의 상이한 배향들을 포괄하고자 한다는 것을 이해할 것이다.

"아래" 또는 "위에" 또는 "상부" 또는 "하부" 또는 "수평" 또는 "수직"과 같은 상대적 용어들은 도면에 도시된 것과 같이 하나의 요소, 층 또는 영역의 다른 요소, 층 또는 영역과의 관계를 설명하기 위해 여기서 사용될 수 있다. 이들 용어는 도면에 도시한 임의의 배향 외에 디바이스의 상이한 배향들을 포괄하고자 한다는 것을 이해할 것이다.

여기에 개시된 주제는 임의의 적용가능한 LED 디바이스, 어레이, 시스템 등을 포함하는 광범위하게 다양한 응용들에서 사용될 수 있다. 여기에 제공된 예들은 예시 목적들을 위해 자동차 헤드라이트들을 간단히 상술한다. 정렬 기술을 포함하는 여기에 개시된 기술들은 최적한 빔 특성들을 위해, 모듈 내의 렌즈와 같은 보조 광학계에 대한 정밀한 위치에 LED 광원을 배치한다. 추가의 예시적인 응용들은 카메라 조명, 거리 조명, 텔레비전 조명, 태양광 조명, 발전소 조명, 소비재 조명 등을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.

PCB 상으로 LED들을 부착하는 종래의 기술들은 많은 이유들로 인해 PCB 상의 LED들의 오정렬을 야기할 수 있다. 예를 들어, 오정렬은 공정 허용 오차들로 인해 X 및 Y 방향들에서 발생할 수 있다. 이러한 오정렬들은 100미크론 이상의 범위에 있을 수 있다. 또한, PCB 상의 LED들의 이러한 오정렬은 지지 표면 상의 PCB의 어떤 오정렬에 추가된다. 자동차 헤드라이트 응용에서, 예를 들어, 이러한 누적 오정렬들은 비이상적인 헤드라이트 빔 특성들을 야기한다.

개시된 주제에 따르면, 조명 시스템을 위한 LED들이 PCB 상에 장착될 수 있고 PCB는 예를 들어, PCB 또는 지지 표면을 관통하고 또는 그들에 부착되는 너트들 또는 나사들에 의해 지지 표면 상에 장착될 수 있다. PCB가 지지 표면에 정렬되게 할 수 있는 기타 장착 기술이 사용될 수 있다. 지지 표면과 보조 광학계는 자동차용 헤드라이트 모듈의 일부일 수 있다. 자동차의 헤드라이트용으로 사용되는 렌즈와 같은 보조 광학계는 PCB 상에 장착된 LED들에 대해 정밀하게 배치될 때 최적하게 동작할 수 있다.

여기에 개시된 것과 같이, PCB는 장착 또는 정렬 홀들과 같은 정렬 특징들을 포함할 수 있다. 이들 정렬 특징은 지지 표면 내의 대응하는 홀들 또는 정렬 핀들보다 클 수 있다. 정렬 특징들을 둘러싸는 영역은 LED들의 위치에 기초하여 정렬된, 더 작은 개구와 같은, 수정된 정렬 특징을 생성하기 위해, 금속 링과 같은, 수정 컴포넌트를 부착하기 위해 사용될 수 있는 금속 막으로 코팅될 수 있다. 명료성을 위해, 정렬 특징 또는 수정된 정렬 특징은 그를 통해 볼트 또는 핀과 같은, 지지 표면에 PCB를 장착하기 위해 사용되는 컴포넌트가 배치될 수 있는 홀 또는 공간을 말한다.

LED들은 납땜 또는 초음파 용접과 같은 임의의 적용가능한 기술을 사용하여 PCB 상에 장착될 수 있고 PCB 상의 기점을 사용하여 배치될 수 있다. LED들은 PCB 상의 금속 상호접속 패턴 내에 배열되는 땜납 패드들에 부착됨으로써 PCB에 장착될 수 있다. 기점은 임의 유형의 기준일 수 있다. 예를 들어, 기점은 PCB 상의 홀 또는 마크일 수 있고, 또는 PCB 자체의 형상일 수 있다. 장착 동안에, 장착 공정 동안의 LED들의 공정 허용 오차들 및 이동들로 인해 PCB 상의 LED들의 고유한 오정렬이 있을 수 있다.

수정된 정렬 특징은 정렬 특징(예를 들어, PCB 내의 장착 홀들)보다 작은 개구를 갖는, 금속 링과 같은, 수정 컴포넌트에 의해 생성될 수 있다. 수정 컴포넌트는 LED들의 위치에 기초하여 광학적으로 정렬될 수 있고 PCB 상에 퇴적되고 PCB의 장착 홀들을 둘러싸는 금속 막 위에 배치될 수 있다. 수정 컴포넌트는 예를 들어, 레이저를 사용하여, 금속 막에 제위치에 용접될 수 있다. 특히, 수정된 정렬 특징은 PCB 상의 금속 막에 그것이 부착될 때, 수정 컴포넌트의 개구에 대응한다. LED들과의 정렬에 기초하여, 수정 컴포넌트 내의 더 작은 개구는 PCB 상의 LED들의 어떤 오정렬이 더 작은 개구의 배치에 의해 상쇄되도록 지지 표면 상에 PCB를 장착하기 위해 정밀하게 배치될 수 있다. 지지 표면은 히트 싱크일 수 있고, 또는 대안적으로 지지 표면은 조명 시스템 내의 보조 광학계의 표면일 수 있다. 수정 컴포넌트 내의 더 작은 개구는 PCB의 배치가 정밀하도록 지지 표면 내의 나사 홀 또는 정렬 핀과 동일한 크기일 수 있어서, PCB 상의 LED들의 오정렬에도 불구하고 LED들을 보조 광학계에 정렬시킬 수 있다.

개시된 주제에 따르면, LED들의 배열은 최적화된 빔 방출을 방출하기 위해 보조 광학계에 정밀하게 정렬될 수 있다. 보조 광학계는 반사기 캐비티들, 자동차 헤드라이트들, 카메라 렌즈들, 프레넬 렌즈들, 필로우 렌즈들 등과 같은 LED 패키지 외부에 존재하는 임의의 적용가능한 광학계일 수 있다. 이러한 최적한 정렬은 100미크론 미만의 정렬 허용 오차를 야기할 수 있다. LED들의 위치에 기초하여, PCB를 지지 표면 및 보조 광학계에 정렬시킴으로써, 조명 시스템은 그것의 목표 특성들을 나타낼 수 있다.

도 1a는 그 안에 형성된 과대 크기 장착 홀들(12)과 같은 정렬 특징들을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)(10)의 단면도를 도시한다. PCB(10)는 알루미늄들, 라미네이트들, 수지가 스며들어 있는 천들, 구리 등을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 임의의 적용가능한 재료로부터 만들어질 수 있다. 장착 홀들(12)은 스탬핑 또는 드릴링과 같은 임의의 적용가능한 방식을 통해 형성될 수 있다. 장착 홀들(12)은 그들이 지지 표면(도 1a에 도시하지 않음) 내의 장착 홀들 또는 정렬 핀들과 거의 일직선이 되도록 이격될 수 있다. 장착 홀들(12)은 지지 표면(도 1a에 도시하지 않음) 내의 장착 홀들 또는 정렬 핀들보다 폭이 넓은 직경을 가질 수 있다. PCB(10)는 LED들과의 접속을 위해, 도 1b에 도시한 것과 같이, 땜납 패드들과 함께 그것의 상부 표면 상의 금속 트레이스들을 갖는 금속 코어일 수 있고 금속 상호접속 패턴 내에 배열될 수 있다. PCB(10)는 적합한 접속기를 통해 배선들에 접속되는 전원 단자들을 가질 수 있다. 한 예에서, PCB는 5㎝의 길이를 갖는 변들을 갖는 정사각형일 수 있다.

도 1b는 도 1a의 PCB(10)의 상면도를 도시한다. 도시한 것과 같이, PCB(10) 상의 장착 홀들(12)은 PCB(10) 재료가 장착 홀들(12)을 둘러싸도록 배치된다. 도 1a 및 도 1b가 직사각형 PCB(10) 및 원형 장착 홀들(12)을 도시하지만, PCB(10)는 임의의 적용가능한 형상일 수 있고 PCB(10)와 연관된 응용에 기초할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 유사하게, 장착 홀들(12)은 임의의 형상일 수 있다. 예를 들어, 장착 홀들(12)은 비원형 형상일 수 있다. 땜납 패드들(11)은 접착제와 같은 임의의 적용가능한 응용 재료를 사용하여 PCB(10)에 부착될 수 있고 또는 PCB(10) 상으로 납땜될 수 있다.

도 2a는 장착 홀들(12) 주위에 퇴적된 PCB(10) 상의 금속 막(14)을 도시한다. 금속 막(14)은 니켈-코발트 철 함유 합금인 Kovar™일 수 있다. 대안적으로, 금속 막(14)은 구리, 니켈, 금, 및 합금들과 같은 금속들로 부분적으로 또는 전체적으로 만들어질 수 있다. 금속 막(14)은 여기에 개시된 것과 같이, 금속 링에 용접, 납땜 또는 접착될 수 있다. 금속 막(14)은 스크린-프린팅 등과 같은 임의의 적용가능한 공정을 사용하여 퇴적될 수 있다. 도시한 것과 같이, 금속 막(14)은 PCB(10) 내의 장착 홀들(12)과 실질적으로 크기가 동일한 중심 개구(13)를 가질 수 있다. 워셔의 중심 개구(14)가 거의 PCB(10) 내의 장착 홀들(12)의 크기가 되도록, 금속 막(14)은 사전 형성된 워셔일 수 있고 PCB(10)에 부착될 수 있다.

도 2b는 도 2a의 PCB(10)의 상면도이다. 도시한 것과 같이, 금속 막(14)은 금속 막(14) 내의 중심 개구(13)가 장착 홀들(12)에 정렬되도록 PCB(10) 상에 배치된다. 도 2b가 금속 막(14) 내의 원형 개구(13)를 도시하지만, 금속 막(14) 내의 중심 개구(13)는 원형이 아닐 수 있고 장착 홀들(12)의 형상에 대응할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 땜납 패드들(11)은 PCB(10)에 부착될 수 있고 전기적 컴포넌트들과의 땜납 패드들 상에 배치된 LED들의 전자 접속들을 용이하게 하는 금속 상호접속 패턴 내에 배열될 수 있다.

도 3a는 PCB(10)의 표면 상의 땜납 패드들(11)에 납땜 또는 용접된 개개의 LED들(18)을 포함하는 LED들의 어레이(19)를 도시한다. LED들의 어레이(19)는 그것의 연관된 장착 패드에 각각의 LED(18)를 정렬시키고 LED들(18)의 전극들을 PCB(10)의 표면 상의 각각의 땜납 패드들(11)에 납땜 또는 용접하는 프로그램된 장착 툴을 사용하여 PCB(10)의 표면 상의 땜납 패드들(11) 상으로 배치될 수 있다. LED들(18)은 마크들, 홀들, 땜납 패드들 자체들, PCB(10)의 형상 등과 같은, PCB(10) 상의 임의 유형의 기점에 광학적으로 정렬될 수 있다. 정렬 툴은 LED들(18)을 정렬시키기 위해, PCB(10)의 모서리와 같은, 기점과의 물리적 접촉을 사용할 수 있다. 이러한 정렬 공정은 100미크론의 허용 공차들을 가질 수 있고, 이는 시스템 내의 다른 정렬들의 정렬 허용 오차들에 추가된다. 부가적으로, LED들(18)은 땜납 리플로우 공정 동안 시프트할 수 있다. 부가적으로, PCB(10) 상의 땜납 패드들(11)은 PCB(10) 상의 임의의 기점들에 정밀하게 정렬되지 않을 수 있고, 이는 PCB(10) 상의 LED의 오정렬에 추가될 수 있다. 이러한 땜납 패드 오정렬은 예를 들어, +/-125미크론일 수 있다. 오정렬들의 수 및 빈도에 기초하여, LED들(18)은 PCB(10) 상에서 +/-200 미크론을 초과하는 위치 허용 오차를 가질 수 있다. 정렬 툴은 동일한 기점을 사용하여 LED들(18)을 정렬시킬 수 있다. 따라서, 서로에 대한 LED들(18)의 정렬은 모든 LED들(18)이 상대적으로, 동일하게 처리되도록 LED들(18)을 동일한 기점에 정렬시키는 정렬 툴의 결과로서 정확할 수 있다는 점에 주목하여야 한다.

도 3b는 도 3a의 PCB(10)의 상면도를 도시한다. LED들(18)의 직사각형 어레이(19)가 도시되지만, 어레이는 임의의 형상일 수 있다. 예를 들어, 어레이는 응용에 기초하여 원형 또는 다른 형상일 수 있다.

여기서 더 개시되는 것과 같이, PCB 내의 정렬 특징들(예를 들어, 홀들)은 정렬 특징들보다 작은 수정된 정렬 특징들을 생성하기 위해 수정 컴포넌트를 사용함으로써 크기가 감소될 수 있다. 수정된 정렬 특징들의 위치는 기점으로서 하나 이상의 LED를 사용함으로써 결정될 수 있으므로, 수정된 정렬 특징들의 위치가 지지 표면과의 PCB의 정밀한 정렬을 가능하게 한다. 수정 컴포넌트는 도 4a 및 도 4b에 도시한 것과 같은 금속 링들, 도 4c 및 도 4d에 도시한 것과 같은 필링(filling) 등일 수 있다.

도 4a는 하나 이상의 LED(18)가 금속 막(14) 위의 사전 형성된 금속 링(24)(예를 들어, 워셔)과 같은 수정된 컴포넌트의 정렬을 위한 기점의 역할을 하도록 하나 이상의 LED(18)의 위치를 감지하도록 구성된 광학 센서(22)를 도시한다. 한 예로서, LED(18A)는 광학 센서(22)가 LED(18A)의 위치에 기초하여 금속 링(24)을 정렬시키도록 하는 기점으로서 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 한 예로서, 금속 링(24)은 LED(18A)의 모서리의 위치에 기초하여 정렬될 수 있다. 또 하나의 예로서, LED(18A)와 LED(18B)는 광학 센서(22)가 LED들 A 및 B의 위치에 기초하여 금속 링(24)을 정렬시킬 수 있도록 기점으로서 함께 사용될 수 있다. 구체적인 예로서, LED(18A)와 LED(18B)의 모서리들 사이의 중앙 점은 금속 링(24)을 정렬시키는 기점의 역할을 할 수 있다.

금속 링(24)은 PCB(10) 내의 장착 홀들(12)보다 작은 중심 홀(26)을 포함할 수 있다. 여기에 기재된 것과 같이, 중심 홀(26)은 PCB(10) 상의 기점 대신에 LED들(18) 중 하나 이상에 기초하여 정렬될 수 있다. 그러므로, 금속 링(24))의 정렬이 단지 LED들에만 기초할 때 PCB(10)에 대한 LED들(18)의 어떤 오정렬이 무관하게 될 수 있다. PCB(10)에 대한 LED들(18)의 오정렬이 무관하게 되는 이유는 조명 시스템에 대한 허용 오차 조건들이 LED들(18)을 지지 표면에 정렬시키는 것에 의존하고, PCB를 지지 표면에 정렬시키는 것에 의존하지 않기 때문이다. 따라서, PCB(10) 상의 LED들(18)의 오정렬은 PCB(10)의 위치가 다음에 지지 표면에 정렬된 경우에만 관계될 것이다. LED들(18)에 기초하여 금속 링(24)을 정렬시킴으로써, PCB(10)와의 LED들(18)의 어떤 오정렬이 상쇄될 것이다. 한 구현예에서, 가장 먼 LED가 장착 홀(12)에 대해 가장 많이 오정렬되는 것으로 추정될 수 있으므로, 금속 링(24)의 중심 점은 가장 먼 LED(18A 또는 18B)에 광학적으로 정렬된다.

금속 링(24)은 금속 링(24)의 시프팅을 완화시키기 위해 레이저로 금속 링(24)을 가열함으로써 금속 막(14)에 용접될 수 있다. 금속 링(24)은 Ni 코팅을 갖는 Kovar™과 같은, 금속 막(14)에 용이하게 용접될 수 있는 바닥 표면을 가질 수 있다.

금속 링(24) 내의 중심 홀(26)은 여기서 더 설명되는 것과 같이, 지지 표면 내의 장착 홀 또는 정렬 핀과 거의 동일한 직경일 수 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시한 것과 같이, 금속 링(24)의 중심 홀(26)은 PCB(10) 내의 장착 홀(12)의 중심에 정확하게 정렬하지 않을 수 있으므로, 상쇄는 PCB(10)에 대한 LED들(18)의 오정렬과 거의 동일하다. 금속 링(24)의 위치 정확도는 +/-25미크론일 수 있다.

도 4b는 수정 컴포넌트인, 금속 링(24)을 포함하는 도 4a의 PCB의 상면도이다. 도시한 것과 같이, 금속 링(24)의 중심 홀(26)은 PCB(10) 내의 장착 홀(12)의 중심에 정렬하지 않는다.

금속 링(24)이 테이프, 땜납, 에폭시, 또는 다른 수단을 통해 PCB(10)에 직접 부착될 수 있도록 금속 막(14)은 사용될 필요가 없다는 점에 주목하여야 한다. 그러나, 금속 막(14)의 사용은 높아진 막의 결과로서 및/또는 금속 막(14)용으로 사용되는 재료의 결과로서 일부 응용들을 위한 효율적인 옵션을 제공할 수 있다.

도 4c는 하나 이상의 LED(18)가 조정 필(fill)(27)과 같은 수정 컴포넌트의 정렬을 위한 기점의 역할을 하도록 하나 이상의 LED(18)의 위치를 감지하도록 구성된 광학 센서(22)를 도시한다. 한 예로서, LED(18A)는 광학 센서(22)가 LED(18A)의 위치에 기초하여 조정 필(27)을 정렬시키도록 하는 기점으로서 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 한 예로서, 조정 필(27)은 LED(18A)의 모서리의 위치에 기초하여 정렬될 수 있다. 또 하나의 예로서, 도 4c 및 도 4d에 도시한 것과 같은, LED(18A) 및 LED(18B)는 광학 센서(22)가 LED들 A 및 B의 위치에 기초하여 조정 필(27)을 정렬시키도록 하는 기점으로서 함께 사용될 수 있다. 한 예로서, LED(18A)와 LED(18B)의 모서리들 사이의 중앙 점은 조정 필(27)에의 기점의 역할을 할 수 있다.

조정 필(27)은 PCB(10) 내의 장착 홀(12)보다 작은 중심 홀(28)을 생성할 수 있다. 여기에 기재된 것과 같이, 중심 홀(28)은 PCB(10) 상의 기점 대신에 LED들(18) 중 하나 이상에 기초하여 정렬될 수 있다. 그러므로, 조정 필(27))의 정렬이 단지 LED들에만 기초할 때 PCB(10)에 대한 LED들(18)의 어떤 오정렬이 무관하게 될 수 있다. PCB(10)에 대한 LED들(18)의 오정렬이 무관하게 되는 이유는 조명 시스템에 대한 허용 오차 조건들이 LED들(18)을 지지 표면에 정렬시키는 것에 의존하고, PCB를 지지 표면에 정렬시키는 것에 의존하지 않기 때문이다. 따라서, PCB(10) 상의 LED들(18)의 오정렬은 PCB(10)의 위치가 다음에 지지 표면에 정렬된 경우에만 관계될 것이다. LED들(18)에 기초하여 조정 필(27)을 정렬시킴으로써, PCB(10)와의 LED들(18)의 어떤 오정렬이 상쇄될 것이다. 한 구현예에서, 가장 먼 LED가 장착 홀(12)에 대해 가장 많이 오정렬되는 것으로 추정될 수 있으므로, 조정 필(27)의 중심 점은 가장 먼 LED(18A 또는 18B)에 광학적으로 정렬된다.

조정 필(27)은 금속 막(14) 상으로 퇴적될 수 있고 접착제를 사용하는 용접, 납땜 등과 같은 임의의 적용가능한 기술을 통해 금속 막(14) 상으로 부착될 수 있다. 조정 필(27)에 의해 생성된 중심 홀(28)은 여기서 더 설명되는 것과 같이, 지지 표면 내의 장착 홀 또는 정렬 핀과 거의 동일한 직경일 수 있다. 도 4c 및 도 4d에 도시한 것과 같이, 조정 필(27)에 의해 생성된 중심 홀(28)은 PCB(10) 내의 장착 홀(12)의 중심과 정확하게 정렬하지 않을 수 있으므로, 상쇄는 PCB(10)에 대한 LED들(18)의 오정렬과 거의 동일하다. 조정 필(27)의 위치 정확도는 +/-25미크론일 수 있다.

도 4d는 수정 컴포넌트인, 조정 필(27)을 포함하는 도 4a의 PCB의 상면도이다. 도시한 것과 같이, 조정 필(27)의 중심 홀(28)은 PCB(10) 내의 장착 홀(12)에 의해 가용하게 되는 공간을 감소시킨다.

조정 필(27)이 테이프, 땜납, 에폭시, 또는 다른 수단을 통해 PCB(10)에 직접 부착될 수 있도록 금속 막(14)은 사용될 필요가 없다는 점에 주목하여야 한다. 한 예로서, 조정 필(27)은 장착 홀(12) 내에 직접 부착될 수 있다. 그러나, 금속 막(14)의 사용은 금속 막(14)에의 도포의 용이성에 의해 제공되는 장점들 또는 금속 막(14)용으로 사용되는 재료의 결과로서 일부 응용들을 위한 효율적인 옵션을 제공할 수 있다.

한 구현예에 따르면, LED들(18)은 PCB(10) 상의 그들 각각의 땜납 패드들 상에 정밀하게 배치될 수 있다. 땜납 패드들은 땜납 패드들 상에 배치된 LED들(18)이 전자 컴포넌트들에 접속되게 할 수 있는 금속 상호접속 패턴 내에 배열될 수 있다. 이러한 구성에서, 금속 링(24) 또는 조정 필(27)과 같은 수정 컴포넌트를 배치하기 위한 기점은 PCB(10)를 위한 땜납 패드들 또는 땜납 패드 패턴의 임의의 다른 특징일 수 있다. 이 구성에서의 LED들(18)이 각각의 땜납 패드들 상에 정밀하게 배치되기 때문에, 수정된 정렬 특징을 위한 기점으로서 땜납 패드들을 사용하는 것은 LED들(18)에 기초하여 수정된 정렬 특징을 정렬시키는 것과 동일한 결과를 제공할 수 있다. 따라서, 이러한 정밀하게 배치된 LED 구성에서, 땜납 패드들에 기초하여 수정된 정렬 특징을 정렬시키는 것은 땜납 패드들과 PCB(10) 사이의 어떤 오정렬을 무관하게 하여 줄 수 있다.

도 5는 여기에 개시된 주제에 기초한 조명 시스템(34)을 도시한다. 한 예로서, 조명 시스템(34)은 헤드라이트 모듈일 수 있다. 도 4a의 PCB(10)는 히트 싱크와 같은 지지 표면(30) 상에 장착될 수 있다. 지지 표면(30)과 보조 광학계(32)는 LED 어레이를 지지 표면(30) 또는 보조 광학계(32)에 정렬시킴으로써 또한 다른 것과의 정렬이 이루어지도록 부착, 접속, 또는 그렇지 않으면 연관될 수 있다. 지지 표면(30)과 보조 광학계(32)는 지지 표면(30)과 보조 광학계(32) 둘 다를 홀드하는 하우징(도시 안됨)에 의해 접속될 수 있다. 대안적으로, 지지 표면(30)은 보조 광학계(32)의 일부일 수 있거나 금속 접속기, 나사, 클램프 등과 같은 접속기를 통해 보조 광학계(32)에 직접 접속될 수 있다.

지지 표면(30) 내의 장착 홀들(36)은 금속 링들(24)의 중심 홀들(26)에 의해 생성된 수정된 정렬 특징들과 동일한 직경을 가질 수 있다. 장착 홀들(36)은 정렬 핀들 또는 탭들 또는 기타 정렬 특징일 수 있다는 점에 주목하여야 한다. 장착 홀들(36)의 직경과 거의 동일한 직경을 갖는 로드를 갖는 볼트(38) 및 금속 링들(24)의 중심 홀들(26)은 PCB(10)를 지지 표면(30)에 고정시키기 위해 사용될 수 있다. 도 5에 도시한 것과 같이, 볼트(38)는 로드의 직경보다 큰 상부 부분(39)을 가질 수 있지만, 이러한 상부 부분은 반드시 요구되지 않는다. 너트(40)는 볼트(38)를 지지 표면(30)에 고정시키기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 너트(40) 대신에, 히트 싱크 장착 홀들(36)이 나사산으로 될 수 있어서, 볼트(38)가 장착 홀들(36) 내로 나사식으로 조여질 수 있다. 대안적으로, 볼트(38)는 지지 표면(30)으로부터 연장하고 금속 링들(24)을 통해 PCB(10)에 부착하도록 구성된 고정된 정렬 핀을 의미할 수 있다. 전반적으로, 지지 표면(30)은 여기에 설명된 정렬을 유지하면서 임의의 방식으로 PCB(10)에 부착될 수 있다.

따라서, 여기에 설명된 기술들을 사용하여, LED들(18)은 지지 표면(30)에 정밀하게 정렬될 수 있고, 그러므로 PCB(10)에 대한 LED들(18)의 어떤 오정렬에도 불구하고 X-축 및 Y-축에서 보조 광학계(32)에 정밀하게 정렬할 수 있다.

한 구현예에 따르면, LED들(18)은 보조 광학계(32)의 초점에 배치될 수 있고, 보조 광학계(32)는 주어진 조명 시스템을 위한 원하는 특성들로 빔을 생성할 수 있다. 자동차 헤드라이트 시스템의 예에서, 차량의 양 헤드라이트는 동일한 빔들 또는 약간 상이한 빔들을 갖도록 만들어질 수 있다.

볼트(38)가 도 5에서 PCB(10)를 지지 표면(30)에 고정시키는 것으로 도시되어 있지만, 장착된 LED들(18)의 위치가 고정 기구를 정렬시키기 위해 사용될 수 있는 한, 지지 표면(30)에 PCB(10)를 고정시키기 위한 임의의 적용가능한 고정 기구가 사용될 수 있다.

수정된 정렬 특징을 정렬시키기 위해 실제 LED들(18)을 사용하는 것에 대한 대안으로서, PCB(10)에의 LED들(18)의 장착 후에 생성 또는 조정되는, 하나 이상의 탭, 노치, 슬릿 등과 같은 관련된 기점이 고정 기구를 정렬시키기 위해 사용될 수 있다. 관련된 기점이 정렬을 수행하기 위해 사용될 수 있지만, 정렬이 여전히 LED들(18)에 기초하도록 관련된 기점의 위치는 LED들(18)에 기초한다는 점에 주목한다. 예를 들어, PCB를 지지 표면에 정렬시키기 위한 기점으로서 사용되는 PCB 측 상의 노치는 초기에 과대 크기일 수 있다. LED들이 PCB 상에 장착된 후에, 정렬 피스는 좁아진 노치를 LED들의 실제 위치들에 정렬시키기 위해 노치를 약간 좁아지게 하는 PCB에 용접될 수 있다. 좁아진 노치는 다음에 수정된 정렬 특징을 정렬시키기 위한 기점으로서 사용될 수 있다. 관련된 기점은 직사각형 또는 임의의 다른 형상일 수 있고 금속 또는 기타 적용가능한 재료로 만들어질 수 있다.

한 구현예에 따르면, 지지 표면은 보조 광학계가 히트 싱크 또는 하우징을 통해 PCB(10)에 부착되기보다는 PCB(10)에 직접 부착될 수 있도록 보조 광학계의 일부이거나 그에 부착될 수 있다. 보조 광학계(32)는 PCB(10) 상에 수정된 정렬 특징(예를 들어, 중심 홀들(26)을 갖는 금속 링(24))을 통해 PCB(10)에 직접 부착하는 핀들, 볼트들, 또는 다른 접속/정렬 특징들을 가질 수 있다. 그러므로, 수정된 정렬 특징은 보조 광학계가 LED들(18)에 정밀하게 정렬되게 할 수 있다. 특히, 수정된 정렬 특징은 앞서 논의된 것과 같은, 지지 표면/보조 광학계 조합, 또는 보조 광학계를 PCB(10)라기보다는 LED들(18)의 위치에 기초하여 정렬시킬 수 있다.

도 6은 도 5의 조명 시스템을 제조하기 위해 사용되는 공정(600)의 플로우차트이다. 도시한 것과 같이, 단계 50에서, 과대 크기 홀들 또는 다른 정렬 특징들이 PCB 내에 형성될 수 있다. 홀들은 원형 또는 기타 적용가능한 형상일 수 있다.

단계 52에서, 금속 막이 PCB 내의 홀들 주위에 형성될 수 있다. 금속 막은 이러한 컴포넌트들을 PCB 상으로 직접 부착하는 것보다 더 효율적으로 금속 막 상으로 컴포넌트들을 용접하는 것을 용이하게 할 수 있다. 그러나, 여기에 개시된 것과 같은 수정 컴포넌트는 수정 컴포넌트의 시프팅을 완화시키는 적용가능한 수단을 사용하여 PCB에 직접 부착될 수 있다는 점에 주목하여야 한다.

단계 54에서, LED들은 LED들을 PCB에 정렬시키기 위한 PCB 상의 임의의 기점을 사용하여 PCB 상에 장착될 수 있다. PCB 상에 금속 상호접속 패턴을 형성하는 금속 트레이스들은 LED들을 상호접속하고 그들을 전원 단자들에 접속할 수 있다. 장착 툴이 PCB 상의 패드들 상으로 LED들을 장착하기 위해 사용될 수 있다.

단계 56에서, PCB 내에 형성된 정렬 특징들보다 작은 중심 개구를 포함하는 금속 링들과 같은 수정 컴포넌트들이 제공될 수 있다. 중심 개구는 지지 표면 상의 장착 홀 또는 정렬 핀과 동일한 직경을 가질 수 있다. 수정 컴포넌트들의 중심 점들은 LED들 자체들 또는, 예를 들어, 금속 상호접속 패턴 내에 배열된 땜납 패드들과의 정렬에 기초하여 배치될 수 있다. 한 예로서, 금속 링은 금속 링으로부터 가장 멀리 있는 LED에 정렬될 수 있는데 왜냐하면 그 LED는 PCB 내의 과대 크기 홀에 대해 가장 많이 오정렬되는 것으로 추정될 수 있기 때문이다. 땜납 패드들은 금속 상호접속 패턴 내에 배열될 수 있고, 여기에 개시된 것과 같이, LED들이 땜납 패드들 상에 정밀하게 배치되면 수정 컴포넌트는 금속 상호접속 패턴에 기초하여 정렬될 수 있다.

단계 58에서, 금속 링은 레이저에 의해 PCB 상의 금속 막에 용접될 수 있다. 여기에 개시된 것과 같이, 금속 막이 사용되지 않으면, 금속 링과 같은 수정 컴포넌트가 PCB에 직접 부착될 수 있다.

단계 60에서, PCB는 예를 들어 중심 개구를 관통하여 볼트 또는 정렬 핀을 삽입함으로써, 정렬을 위해 금속 링의 중심 개구들을 사용하여 지지 표면에 부착될 수 있다. 볼트는 너트를 사용하여 고정될 수 있거나 예를 들어, 지지 표면의 하우징 내로 나사식으로 조여질 수 있다.

단계 62에서, 렌즈들과 같은 보조 광학계가 지지 표면에 정렬될 수 있다. 정렬은 동일한 하우징 내에 포함되어 있는 지지 표면과 보조 광학계에 의해 이루어질 수 있다. 대안적으로, 지지 표면과의 보조 광학계의 정렬은 임의의 적용가능한 장착 기술들을 통해 보조 광학계를 지지 표면에 부착한 결과일 수 있다.

특히, 여기에 개시된 기술들에 기초하여, PCB 상의 LED들은 고정밀 방식으로 보조 광학계에 대해 XY 정렬될 수 있으므로, 오정렬은 +/-25미크론 범위 내에 있다. 이러한 정렬은 최적한 빔 특성들을 야기할 수 있다.

본 발명의 특정한 실시예들 또는 구현예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명에서 벗어나지 않고서 그것의 더 넓은 양태들에서 변화들 및 수정들이 이루어질 수 있으므로, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 취지 및 범위 내에 드는 것과 같은 모든 그러한 변화들 및 수정들을 그들의 범위 내에 포함시키고자 하는 것이 본 기술 분야의 기술자들에게는 명백할 것이다.

특징들 및 요소들이 특정한 조합들에서 위에 설명되지만, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 각각의 특징 또는 요소가 단독으로 또는 다른 특징들 및 요소들과 임의로 조합하여 사용될 수 있다는 것을 알 것이다. 또한, 여기에 설명된 방법들은 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 실행하기 위해 컴퓨터 판독가능 매체 내에 포함된 컴퓨터 프로그램, 소프트웨어, 또는 펌웨어에서 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체의 예들은 (유선 또는 무선 접속들을 통해 전송되는) 전기적 신호들 및 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 포함한다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체의 예들은 리드 온리 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 레지스터, 캐시 메모리, 반도체 메모리 디바이스들, 내부 하부 디스크들 및 제거가능한 디스크들과 같은 자기 매체, 자기-광 매체, 및 CD-ROM 디스크들, 및 디지털 다기능 디스크들(DVD들)과 같은 광학 매체를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.

Claims (20)

1. 디바이스로서,
   회로 기판;
   상기 회로 기판 내의 제1 개구;
   상기 회로 기판 상의 LED; 및
   상기 제1 개구를 통해 상기 회로 기판에 기계적으로 결합된 금속 부재를 포함하고, 상기 금속 부재는 상기 제1 개구보다 작은 제2 개구를 포함하며,
   상기 금속 부재는 상기 회로 기판 상의 상기 LED의 적어도 일부의 위치에 기초하여 상기 제2 개구의 중심이 상기 제1 개구의 중심에 대해 오프셋되도록 상기 회로 기판 상에 위치되는 디바이스.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 개구와 크기가 대략 동일한 제3 개구를 포함하는 지지체를 더 포함하는 디바이스.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 개구, 상기 제2 개구 및 상기 제3 개구 내에 적어도 부분적으로 있는 접속기 부재를 더 포함하고, 상기 접속기 부재는 상기 제2 개구 및 상기 제3 개구와 크기가 대략 동일한 단면을 갖는 디바이스.
4. 제1항에 있어서, 상기 제2 개구와 크기가 대략 동일한 제4 개구를 포함하는 보조 광학계를 더 포함하는 디바이스.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1 개구, 상기 제2 개구 및 상기 제4 개구 내에 적어도 부분적으로 있는 접속기 부재를 더 포함하고, 상기 접속기 부재는 상기 제2 개구 및 상기 제4 개구와 크기가 대략 동일한 단면을 갖는 디바이스.
6. 제1항에 있어서, 상기 LED는 복수의 LED를 포함하고, 상기 금속 부재는 상기 회로 기판 상의 상기 복수의 LED 중 적어도 하나의 LED의 적어도 일부의 위치에 기초하여 상기 제2 개구의 상기 중심이 상기 제1 개구의 상기 중심에 대해 오프셋되도록 상기 회로 기판 상에 위치되는 디바이스.
7. 제1항에 있어서, 상기 제1 개구는 복수의 제1 개구를 포함하고, 상기 금속 부재는 복수의 금속 부재를 포함하는 디바이스.
8. 제1항에 있어서, 상기 제1 개구를 둘러싸는 상기 회로 기판 상의 금속 막을 더 포함하고, 상기 금속 부재는 상기 금속 막을 통해 상기 회로 기판에 기계적으로 결합되는 디바이스.
9. 제1항에 있어서, 상기 금속 부재는 원형 형상을 갖고, 상기 제1 개구는 원형 형상을 갖는 디바이스.
10. 제1항에 있어서, 상기 금속 부재는 비원형 형상을 갖고, 상기 제1 개구는 비원형 형상을 갖는 디바이스.
11. 디바이스로서,
    회로 기판;
    상기 회로 기판 내의 제1 개구;
    상기 회로 기판 상의 LED;
    상기 제1 개구 내에 적어도 부분적으로 있는 필 재료(fill material)를 포함하고, 상기 필 재료는 상기 제1 개구보다 작고 상기 제1 개구 내에 적어도 부분적으로 있는 제2 개구를 형성하고, 상기 제2 개구의 중심은 상기 회로 기판 상의 상기 LED의 적어도 일부의 위치에 기초하여 상기 제1 개구의 중심에 대해 오프셋되는 디바이스.
12. 제11항에 있어서, 상기 제2 개구와 크기가 대략 동일한 제3 개구를 포함하는 지지체를 더 포함하는 디바이스.
13. 제12항에 있어서, 상기 제2 개구 및 상기 제3 개구 내에 적어도 부분적으로 있는 접속기 부재를 더 포함하고, 상기 접속기 부재는 상기 제2 개구 및 상기 제3 개구와 크기가 대략 동일한 단면을 갖는 디바이스.
14. 제11항에 있어서, 상기 제2 개구와 크기가 대략 동일한 제4 개구를 포함하는 보조 광학계를 더 포함하는 디바이스.
15. 제14항에 있어서, 상기 제2 개구 및 상기 제4 개구 내에 적어도 부분적으로 있는 접속기 부재를 더 포함하고, 상기 접속기 부재는 상기 제4 개구 및 상기 제2 개구와 크기가 대략 동일한 단면을 갖는 디바이스.
16. 제11항에 있어서, 상기 LED는 복수의 LED를 포함하고, 상기 제2 개구의 상기 중심은 상기 회로 기판 상의 상기 복수의 LED 중 적어도 하나 LED의 적어도 일부의 위치에 기초하여 상기 제1 개구의 중심에 대해 오프셋되는 디바이스.
17. 제11항에 있어서, 상기 제1 개구는 복수의 제1 개구를 포함하고, 상기 필 재료는 복수의 필 재료를 포함하는 디바이스.
18. 제11항에 있어서, 상기 제1 개구를 둘러싸는 상기 회로 기판 상의 금속 막을 더 포함하고, 상기 필 재료는 상기 금속 막 내의 제5 개구 내에 적어도 부분적으로 배치되는 디바이스.
19. 방법으로서,
    개구를 정의하고 적어도 하나의 LED를 장착한 회로 기판을 획득하는 단계;
    상기 회로 기판 내의 상기 개구보다 작은 개구를 정의하는 정렬 부재를 획득하는 단계;
    상기 회로 기판 상에 장착된 상기 적어도 하나의 LED의 적어도 일부의 위치를 결정하는 단계;
    상기 회로 기판 상에 장착된 상기 적어도 하나의 LED의 상기 적어도 일부의 상기 결정된 위치에 기초하여 상기 정렬 부재에 대한 배치 위치를 결정하는 단계 - 상기 배치 위치는 상기 회로 기판 내의 상기 개구의 중심과 상기 정렬 부재 내의 상기 개구의 중심 사이의 오프셋임 -; 및
    상기 결정된 배치 위치에서 상기 정렬 부재를 상기 회로 기판에 기계적으로 결합하는 단계를 포함하는 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 기계적으로 결합하는 단계는 상기 정렬 부재를 상기 회로 기판의 상부 표면에 기계적으로 결합하는 단계 및 상기 정렬 부재를 적어도 부분적으로 상기 회로 기판 내의 상기 개구 내에 기계적으로 결합하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는 방법.

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