(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤと、前記ＬＥＤを駆動させるための電子部品と、を備えるＬＥＤユニットの製造方法において、
導体パターンと、前記導体パターンを接続するためのバイアホールと、ＬＥＤを取り付けるための部品穴と、を有するプリント配線板を準備するプリント配線板準備工程と、
前記プリント配線板の表示面側において、前記バイアホール及び前記導体パターンにクリーム半田を配置するクリーム半田配置工程と、
前記クリーム半田を介して、前記導体パターンに前記電子部品を配置する電子部品配置工程と、
前記クリーム半田を過熱して、前記バイアホールを塞ぎ且つ前記導体パターンに前記電子部品を接続させるクリーム半田過熱工程と、
前記ＬＥＤのリード部を前記部品穴に挿入して接続させることにより、前記部品穴を塞ぐＬＥＤ接続工程と、
を順に有することを特徴とするＬＥＤユニットの製造方法。
【請求項２】
前記クリーム半田過熱工程は、リフロー半田方式により行われる請求項１に記載のＬＥＤユニットの製造方法。
【請求項３】
前記ＬＥＤ接続工程は、フロー半田方式により行われる請求項１又は２に記載のＬＥＤユニットの製造方法。
【請求項４】
前記フロー半田方式により、前記プリント配線板の表示面と反対側のバイアホールを半田で塞ぐことを特徴とする請求項３のいずれかに記載のＬＥＤユニットの製造方法。
【請求項５】
前記ＬＥＤ接続工程の後に、前記プリント配線板の表示面側に、封止材を充填する封止材充填工程を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＬＥＤユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線板上に複数のＬＥＤを有したフルカラー、マルチカラー、又は単色の表示が可能なＬＥＤユニットに係わり、特に、汎用性及び信頼性を向上させたＬＥＤユニットに係わる。
【０００２】
【従来の技術】
今日、ＲＧＢ（赤色、緑色、青色）の各色を発光可能なＬＥＤ（発光ダイオード）や、白色を高輝度に発光可能なＬＥＤが開発された結果、複数のＬＥＤを配列して構成されるＬＥＤ表示装置が様々な分野に応用されつつある。このＬＥＤ表示装置は、例えば、電球と比較して極めて寿命が長く、高効率、かつ振動にも強いため、これらの特性を活かして、広告、行き先案内や道路情報等の表示用、信号機の光源、フルカラー表示が可能な小型乃至大型ディスプレイ等として用いられてきている。
【０００３】
ここで、単色発光が可能なＬＥＤ表示装置は、所望の色が発光可能な単色発光のＬＥＤを近接させて配置した構造を有している。また、フルカラーやマルチカラー表示が可能なＬＥＤ表示装置においては、ＲＧＢ等がそれぞれ発光可能な複数のＬＥＤを近接させて配置し混色により１画素として利用するか、或いは１つの筐体内にＲＧＢ等がそれぞれ発光可能な複数のＬＥＤチップを配置したＬＥＤを１画素として利用している。また、ＬＥＤ表示装置は、樹脂製等の筐体内に複数のＬＥＤを配置させたＬＥＤクラスタ或いはＬＥＤを駆動させるための回路と共に筐体内に複数のＬＥＤを配置させたＬＥＤユニットを複数組み合わせることにより構成される。
【０００４】
また、ＬＥＤやＩＣ（集積回路）等を配置及び各導体パターンに接続するためのプリント配線板には、片面、両面或いは多層に導体パターンが形成された片面板、両面板或いは多層板等があり、通常、両面板乃至多層板には、ＬＥＤ等の部品の取り付けるためのスルーホールである部品穴の他に、各層を接続するためのスルーホールであるバイアホールを有している。ここで、一般に、バイアホールの直径は、部品穴の直径に比較して小さい。
【０００５】
一方、屋外にて使用されるＬＥＤユニットには、表示面側に、シリコーンゴム等からなる封止材を充填したものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現在では、ＬＥＤユニット自体の性能をより向上させると共に、より汎用性及び信頼性の高いＬＥＤユニットが強く求められている。
【０００７】
すなわち、前述したように、プリント配線板には部品穴の他に、バイアホールを備えるものがある。例えばランプタイプＬＥＤを部品穴に挿入し接続する用場合、通常、噴流乃至静止ディップ槽等を用いるフロー半田方式により、ＬＥＤを備える表示面側と反対の側となる半田面側でプリント配線板に接続及び固定されるので、最終的にはランプタイプＬＥＤが挿入された部品穴を塞ぐことができる。しかしながら、このフロー半田方式のみでは、使用しない部品穴や、比較的直径の小さいバイアホールを完全に塞ぐことはできなかった。
【０００８】
また、屋外にて使用されるＬＥＤユニットには、雨水等の侵入を防止するために、表示面側に封止材を充填したものがある。ここで、スルーホールを備えたプリント配線板の表示面側に封止材を充填する場合、通常封止材は充填し易くするために粘度が比較的低いために、スルーホールから封止材が漏れる可能性があった。これにより、ＬＥＤユニットの表示面側に封止材を充填しようとしても、実際には所望の深さまで充填できずに、作業効率が著しく低下するという問題があった。
【０００９】
また、プリント配線板を製造する際、例えば酸性等の洗浄液を用いることがある。通常、その洗浄液は別の工程で洗い流されるが、部品穴乃至バイアホールとなるスルーホールにおける導体パターンに洗い残しが生じる場合があった。これにより、導体パターンが腐食してしまうという可能性があった。一方、スルーホールはプリント配線板に穴が開けられた後にその露出部を銅メッキ等することにより形成されるが、銅メッキの膜厚は２５〜３５μｍ程度であり非常に薄い。ここで、急激な電流の変化を与えると銅メッキが切断されてしまうという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、最小限の工程で効率よく貫通穴であるスルーホールを半田で塞ぐことにより、汎用性及び信頼性に優れたＬＥＤユニットを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のＬＥＤユニットは、プリント配線板上に複数のＬＥＤを少なくとも備えたものであり、プリント配線板は貫通穴となるスルーホールを有すると共に、少なくともＬＥＤを備えた表示面側が半田により塞がれている。このように構成することにより、スルーホールが劣化し、導電不良が生じることを効率よく防止することができる。また、導電体の体積が増すので急激な電流の変化に対する耐久性も向上する。
【００１２】
また、スルーホールの直径は、０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下とすることができる。このように構成することにより、表示面側のスルーホールを半田により効率よく塞ぐことができる。
【００１３】
また、プリント配線板は、少なくともＬＥＤを備えた表示面側に、さらにＬＥＤを駆動させるための電子部品を備えることができる。このように構成することにより、１枚のプリント配線板を用いて、複数のＬＥＤを配置するだけでなく、それらを駆動させることができる。これにより、ＬＥＤユニット自体を薄くすることができると共に、軽量化も可能となる。
【００１４】
また、本発明のＬＥＤユニットは、少なくともＬＥＤを備えた表示面側に封止材を充填することができる。このように構成することにより、本発明のＬＥＤユニットにおけるスルーホールの少なくとも表示面側は半田により塞がれているので、表示面側に封止材を充填する際にプリント配線板に形成されたスルーホールから封止材が漏るのを効率よく防止することができる。
【００１５】
また、本発明のＬＥＤユニットの製造方法は、プリント配線板にスルーホールを形成する第１の工程と、リフロー半田方式によりＬＥＤを備えた表示面側のスルーホールを塞ぐ第２の工程と、を含む。このようにすることにより、プリント配線板における表示面側のスルーホールを半田により容易に塞ぐことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明のＬＥＤユニットにおけるプリント配線板は、スルーホールの少なくとも表示面側が半田により塞がれている。また、本発明のＬＥＤユニットを屋外にて使用する場合、雨水等の侵入を防止するために、表示面側にシリコーンゴム等からなる封止材を充填することができる。
【００１７】
本発明のＬＥＤユニットに使用することができるＬＥＤとしては、ランプタイプＬＥＤやチップタイプＬＥＤ等がある。なお、本発明においては、チップタイプＬＥＤよりも封止材をより多く必要とするランプタイプＬＥＤを用いる場合に特に有効である。また、本発明において用いることができるプリント配線板は、貫通穴となるスルーホールを備えていればよく、特に限定されない。また、本発明においてプリント配線板に配置されるＬＥＤを駆動させるための電子部品は特に限定されず、ＩＣ（集積回路）、抵抗器、コンデンサー等全てのものを使用することができる。ここで、これら電子部品は、部品穴に直接挿入し接続するものと、プリント配線板上の導体パターンに配置する所謂表面実装型のものがあり、本発明には双方の電子部品を用いることができる。
【００１８】
また、一般にリフロー半田方式とは、半田粒とフラックスを混練したペースト半田、所謂クリーム半田を印刷等により所望の位置に塗布し、ＩＣ等の表面実装が可能な電子部品をプリント配線板の所望の位置に配置してから全体又は部分的に加熱することにより、半田を溶融し部品を導体パターンに接続することを言う。ここで、本発明は、リフロー半田方式を用いて、部品を導体パターンに接続するだけでなく、所望の位置が開口した特殊なメタルマスクを用いて使用しない部品穴乃至バイアホール及びその周縁部にもクリーム半田を配置し、加熱することにより溶解させてスルーホールを塞ぐというものである。さらに、スルーホールを塞ぐ方法は様々考えられるが、本発明におけるＬＥＤユニットにおいては、リフロー半田方式を用いることにより、簡単にスルーホールを塞ぐことができる。特に、表示面側にＬＥＤと共に表面実装が可能な電子部品が配置されたＬＥＤユニットの場合、プリント配線板に電子部品を接続する工程とスルーホールを塞ぐ工程とを同時に行うことができる。すなわち、最小限の工程数で効率よく本発明のＬＥＤユニットを製造することができる。さらに、ランプタイプＬＥＤを用いる場合、最終的には、表示面と反対の側でフロー半田方式によりプリント配線板に接続及び固定されるため、表示面と反対の側における使用しない部品穴乃至バイアホールもある程度の確率で塞ぐことができる。すなわち、スルーホールの表示面側とその反対の側が、それぞれリフロー半田方式とフロー半田方式により塞がれることにより、より完全にスルーホールを塞ぐことができる。
【００１９】
また、部品穴乃至バイアホールの直径は様々であるが、本発明者等の実験によるとその直径が０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下になると、プリント配線板と半田との接触面積がより小さくなるので、フロー半田方式だけではスルーホールを完全に塞ぐことができない傾向にある。すなわち、本発明においては、フロー半田方式だけではスルーホールを塞ぐことができない直径０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下、より好ましくは０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の範囲において特に効果的である。
【００２０】
【実施例】
図１に、本発明におけるＬＥＤユニット１の実施例を示す。本実施例においては、ＲＧＢをそれぞれ発光可能な３種類のランプタイプＬＥＤ３を１画素として用いた。また、ＬＥＤユニット１に用いたプリント配線板２は、図２に示すようにランプタイプＬＥＤを取り付けるための部品穴５と各層を接続するためのバイアホール６を備える。なお、本実施例においては、隣接する４画素の略中央に各層を接続するためのバイアホール６を備えるが、その位置、数は特に限定されない。また、本実施例においては、リフロー半田方式によりバイアホール６のみを塞いだが、本発明はこれに限定されず、例えば使用しない部品穴等全てのスルーホールに適応させることができる。
【００２１】
まず、プリント配線板２の表示面側に、ＩＣ（集積回路）４における複数のリード部及びバイアホール６及びその周縁部に対応する箇所が開口したメタルマスクを用いて、それぞれの箇所にクリーム半田を塗布する。ここで、クリーム半田の量はメタルマスクの開口部の大きさ等を調整することにより、任意に決定することができる。次に、これをリフロー炉に移動し、加熱処理することによりＩＣ４を固定及び導体パターンに接続すると共に、バイアホール６の表示面側を半田７により塞ぐ。すなわち、リフロー半田方式により、１工程でＩＣ４の接続及びバイアホール６の閉塞を行うことができる。ここで、スルーホールめっき１２が施されたバイアホール６は、図３に示すように表示面８側が半田７により塞がれている。また、図３においてはスルーホール６の表示面８側のみが半田７で塞がれているが、圧力をかける等によりスルーホール全体を半田で塞ぐこともできる。
【００２２】
次に、図４に示すようにＬＥＤチップ（図示せず）が封止されたレンズ部３ａとリード部３ｂから構成されたランプタイプＬＥＤ３のリード部３ｂを表示面側からそれぞれに対応する部品穴５に挿入し、表示面と反対の側からフロー半田方式によりリード部３ｂと部品穴５を接続及び固定する。これにより、部品穴５を表示面と反対の側から塞ぐことができる。さらに、これを樹脂からなる筐体（図示せず）内に配置することにより、ＬＥＤユニット１を形成した。ここで、ＬＥＤユニット１におけるＡ−Ａ部の拡大斜視図を図５に示す。
【００２３】
また、本発明のＬＥＤユニットは、その表示面側に雨水等の侵入を防止するための封止材を充填した場合に特に効果的である。すなわち、封止材は筐体内に充填し易くするために、低粘度であることが好ましい。しかしながら、この低粘度の封止材を塞がれていないスルーホールを有するプリント配線板上に充填すると、スルーホールからこの封止材が漏れてしまう。そこで、筐体９内に配置しさらに図１に示すように部品穴５及びバイアホール６が塞がれた本発明のＬＥＤユニット１を、図６に示すように、インナーフレーム１０を装着した後にさらに表示面側からシリコーンゴムからなる封止材１１を充填する。なお、図６は、ＬＥＤユニット１にインナーフレーム１０を装着した後に、さらに表示面側から封止材１１を充填した時における図１のＡ−Ａ部に相当するの拡大斜視図である。ここで、ＬＥＤユニット１におけるバイアホール６は少なくともその表示面側が半田により塞がれているので、封止材１１を注入する際にバイアホール６から封止材１１が漏るのを完全に防ぐことができ、作業効率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１におけるＬＥＤユニットの正面図である。
【図２】  本発明に用いることができるプリント配線板の一例である。
【図３】  図１における半田により塞がれたスルーホールの拡大断面図である。
【図４】  実発明に用いることができるＬＥＤの一例である。
【図５】  図１におけるＬＥＤユニットのＡ−Ａ部の拡大斜視図である。
【図６】  図１におけるＬＥＤユニットに充填材を充填した時のＡ−Ａ部に相当する拡大斜視図である。
【符号の説明】
１・・・ＬＥＤユニット
２・・・プリント配線板
３・・・ランプタイプＬＥＤ
３ａ・・・レンズ部
３ｂ・・・リード部
４・・・ＩＣ
５・・・部品穴
６・・・バイアホール
７・・・半田
８・・・表示面
９・・・筐体
１０・・・インナーフレーム
１１・・・封止材
１２・・・スルーホールめっき
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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