(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電層を有する電気回路を備えた基板上に光電素子を設ける方法であって、
当該光電素子が、動作中、既定の波長範囲の光を発する本体を有し、
当該方法は、
前記基板上に前記光電素子を、前記光電素子の前記本体が、当該基板に対して間隙を保って前記基板上に既定位置で接着剤により結合され、前記本体が前記接着剤を介して前記基板に接触するように、配置するステップと、
前記基板上に配置された当該光電素子に設けられた電流導体を、前記導電層に電気的に接続するステップと、
を含み、
前記電流導体の既定の位置に、弱部が設けられており、前記弱部は、１つ以上の穴部を有し、
前記基板上に前記光電素子を配置する前記ステップの後であって、前記接着剤が固まる前に、前記電流導体の先端部において前記基板へ向けて力を印加されて前記電流導体の前記弱部が塑性変形により曲げられるステップを含み、その後前記導電層へ前記電流導体が電気的に接続されることを特徴とする光電素子を設ける方法。
【請求項２】
使用される前記接着剤が、熱伝導性であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電流導体が、前記電流導体の先端部において前記基板へ向けて張力が加えられている間に、前記導電層に接続されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基板上に前記光電素子を配置する前記ステップの後に、前記電流導体の先端部において前記基板へ向けて力を印加されて前記電流導体の前記弱部が曲げられ、その後前記導電層へ前記電流導体が、前記導電層へ接触されてレーザ溶接されることにより電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
光電素子であって、
当該光電素子が、基板に対して間隙を保って接着剤により接続される本体であって、動作中、既定の波長範囲の光を発する本体を含み、
当該光電素子には、前記基板に設けられる導電層に接触するための電流導体が設けられており、
前記電流導体の既定の位置に、弱部が設けられており、前記弱部が１つ以上の穴部を有し、
前記電流導体の弱部は、前記基板上に前記光電素子の前記本体が前記接着剤を介して配置される後であって、前記接着剤が固まる前に、前記電流導体の先端部において前記基板へ向けて力を印加されて前記電流導体の前記弱部が塑性変形により曲げられるようにするために設けられていることを特徴とする光電素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、導電層を有する電気回路を備えた基板上の光電素子であって、
【０００２】
当該光電素子が、動作中、既定の波長範囲の光を発する本体を含み、かつ
【０００３】
当該光電素子には、前期導電層に接触する電流導体が設けられている、
光電素子に関する。
本発明は、導電層を有する電気回路を備えた基板上に光電素子にを設ける方法であって、
【０００４】
当該光電素子が、動作中、既定の波長範囲の光を発する本体を有し、
【０００５】
当該光電素子には、前記基板上に前記光電素子が設けられた後、前記導電層に電気的に接触する電流導体が設けられる、
方法にも関する。
【０００６】
【従来の技術】
光電素子は、エレクトロルミネセンス素子（例えば、発光ダイオード（LED））を有する。この様な光電素子は、一般的な照明用アプリケーション用の白色または有色の光源として、及び（例えば、交通制御システム、車両、航空機あるいは他の輸送手段または輸送システムでの）表示灯における有色または白色の光源として、使用される。近年、GaPベースの黄色と赤色の発光ダイオードの他に、GaNベースの発光効率の大きい青色と緑色の発光ダイオードも開発されて来ている。
【０００７】
第一パラグラフに記載の光電素子は、ドイツ特許第4420698号から公知である。当該明細書には、本体と電流導体を有する光電素子であって、この光電素子が、アダプタの電流供給導体を介して、光電素子の電流導体の導通を可能にするチャンネルが設けられているソケットを有するアダプタにより、基板上の導電層に接続されている光電素子が記載されている。この様なアダプタは、表面実装技術において（例えば、いわゆるSMD技術（Surface Mounted Device）において）使用される。チャンネルが設けられているソケットを有するアダプタを使用することは、光電素子を配置しかつそれを基板に接続するために追加のパーツが必要であるという点で不利である。別の好ましくない点は、この公知の光電素子が、追加の接続を必要とする点である。この理由は、この公知の光電素子の電流導体が、アダプタの電流供給導体（これは基板上の導電層にも接続される）に接続されるからである。これに加えて、光電素子を小さい筐体に実装することが望ましい場合、このアダプタは、余分のスペースを占めるので、好ましくない。この公知の光電素子の更なる欠点は、動作中のその熱バランスが相対的に悪い点である。
【０００８】
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、基板上に容易にかつ正確に実装することが出来る、第一パラグラフに記載されたタイプの光電素子を提供することである。本発明の別の目的は、光電素子を基板上に容易に設けることが出来る方法を提供することである。
これを達成するために、第一パラグラフに記載されたタイプの光電素子は、本発明によると、前記光電素子の前記本体が、当該基板に対して間隙を保って前記基板上に既定の位置で接着材により結合され、前記本体が前記接着剤を介して前記基板に接触することを特徴とする。
【００１０】
接着剤の使用は、光電素子が、直接、かつ前記公知の光電素子とは相違して、ソケットを有するアダプタを用いずに基板に接続される、という利点を有する。この結果、ソケットを有するアダプタの使用は、必要なくなり、これによりコストは低減し、これに加えて、省空間効果も得られる。更に、接着剤の使用により接続が形成されるので、実装中に、光電素子を基板上の既定の位置に正確に配置することが出来る。
【００１１】
第一パラグラフ記載の光電素子を基板上に設ける方法は、前記光電素子の前記本体が、当該基板に対して間隙を保って前記基板上に既定の位置で接着剤により提供され、当該本体が前記接着剤を介して前記基板に接触することを特徴とする。
【００１２】
基板上に光電素子を実装する間、一般には、最初本体は接着剤内に設けられる。これは、接着剤が（まだ）本体が基板に対して移動可能である段階（例えば、接着剤がまだ（充分に）硬化してない時）に、行うことが好ましい。実装の間、光電素子を、光電素子の本体が基板に接触しないように、かつ好ましくは、光電素子の電流導体が基板に対して露出するように設ける。これにより、光電素子の配置の自由度が大きくなり、光電素子の移動中、基板上の電気回路または導電回路に損傷（例えば、スクラッチ）を与えることなく、電流導体を得ることが出来る。この様な損傷は、欠陥のある望ましくない（電気的）接続を生じる可能性がある。光電素子を実装する間に、基板に対して露出している電流導体の別な利点は、相対的に薄い接着剤層を使用することが出来る点と、光電素子を基板上に位置決めした後、（反り返る）電流導体により光電素子が接着剤から持ち上げられることがないという点にある。
【００１３】
接着剤により、本体は、基板に対して間隙を持つように配置される。また、接着剤により、光電素子は、電流導体を基板に接続する間、基板上の既定の位置に保たれる。光電素子が所望の位置に設けられかつそこに配置された後、電流導体は、既定の位置で導電層に接続される。この目的のために、接続プロセスの間、電流導体に力が加えられ、導電層に接続される電流導体の部分が、導電層の関連した対応する部分に接触する。別の実施例の場合、最初、電流導体に力が加えられ、電流導体と導電層の対応する部分の間の距離が、既定の相対的に小さい値に設定され、その後電流導体が導電層に接続される。
【００１４】
本発明による光電素子の好適実施例は、前記電流導体が、張力（tensile force）が加えられている間に、前記導電層に接続されることを特徴とする。
張力の利点は、光電素子の本体が、ばね圧のもとで接着剤に結合されるという点にある。これにより、本体と接着剤間の永続する強い接触が、保証される。
前記電流導体と前記導電層間の接続の前記張力が、0.4と2.0 N間の範囲にあることが好ましい。
【００１５】
本発明による光電素子の別の実施例の場合、前記電流導体が、前記導電層に、実質的にストレスが存在しないように接続される。電流導体と基板の間に得られる接続に、少なくとも実質的に、張力が存在しないことにより、動作寿命に渡る接続の信頼性が改善される。
【００１６】
本発明の別の目的は、熱バランスが改善された光電素子を提供することである。これを達成するために、本発明の光電素子の特に好適な実施例は、前記接着剤が熱伝導性であることを特徴とする。この実施例の場合、接着剤は、光電素子の配置めを改善する手段として使用されるだけではなく、動作中、光電素子から接着剤に熱を放散する、いわゆるヒートシンクとして使用される。熱伝導性接着剤の適用は、特に、光の出力が温度に依存する光電素子にとって重要である。他にも、熱伝導性接着剤の使用は、光電素子の耐用寿命も改善する。特に適切なタイプの接着剤は、それ自身は公知であるタイプの接着剤と熱伝導性フィラの混合物を有する。相対的に薄い接着剤層を使用することにより、光電素子の熱放散も、改善される。接着剤層の厚みは、50 μm未満であることが好ましい。
【００１７】
本発明による光電素子の別の好適実施例は、前記基板に、動作中、前記接着剤を介して前記本体から前記基板に熱を放散する手段が設けられていることを特徴とする。これにより、光電素子から発生する熱は、接着剤を介して基板へ効率的に放散される。
【００１８】
前記光電素子の前記電流導体は、レーザ溶接により前記基板の導電層に接続されることが、好ましい。レーザ溶接は、熱が、相対的に極めて短時間に、極めて局所的に電流導体に供給される、という利点を有する。これにより、光電素子へ望ましくない熱が流入し、当該光電素子に損傷を与える可能性が、防止される。これに加えて、レーザ溶接は、電流導体と基板との間の接続を、基板上の既定の位置に正確に行うことを可能にする利点を有する。結果的に得られる溶接箇所の外観は、レーザ溶接の特徴である。
【００１９】
基板には、アルミニウムベースの層と、ガラス繊維で補強された絶縁層と、電気回路が、例えば、腐食処理により設けられている銅の最上層とを有する、いわゆる金属ベースのプリント回路基板（PCB）を使用することが、極めて適している。熱伝導係数の大きい銅により、接着剤を介して基板に達する、光電素子が発生する熱の放散は、増大する。別の実施例の場合、基板は、PCBが設けられている金属コアベースのプレートを有する。
【００２０】
前記光電素子が、発光ダイオードを有することが好ましい。本発明による光電素子の別の好適実施例は、前記光電素子が光を発する前記波長範囲が、550 nmより長い波長を含むことを特徴とする。特に、この（黄色、赤色あるいは赤外の）波長範囲の光を発する光電素子（例えば、発光ダイオード）は、温度に対して敏感である、すなわち、光電素子の光の出力は、温度に依存する。一般に、黄色及び赤色発光ダイオードは、AlInGaPをベースに作られ、そして、青色及び緑色発光ダイオードは、InGaPをベースに作られる。
【００２１】
本発明の上記及び上記以外の観点は、以下に説明される実施例を参照にして明らかになるであろう。
【００２２】
【００２３】
【発明を実施するための形態】
貼付の図は、純粋に線図的で、正しい比例関係には示されていない。特に明快さのために、一部の寸法は、大きく誇張されている。これらの図で、同一のパーツには、可能な限り、同一の参照番号が付されている。
【００２４】
図1は、光電素子1が、導電層4, 4' を有する電気回路3, 3'を備えた基板2上に設けられた本発明の光電素子1の一実施例の断面図である。光電素子は、動作中、既定の波長範囲の光を発する本体5から成る。適切な光電素子は、例えば、特定の色の光を発する、または、例えば、発光材料との組み合わせで白色光を発するような発光ダイオード（LED）のいわゆるエレクトロルミネセンス素子である。図1に示される実施例の場合、本体5には、（例えば、レンズ形状の）光伝送被覆5' が設けられている。光電素子1には、導電層4, 4' と接触する電流導体7, 7' が設けられている。本発明の方法によると、光電素子1の本体5は、熱伝導性の接着剤8により既定の位置で基板2に結合され、本体５と基板2の接触が、接着剤8を介して形成される。
【００２５】
本体5と基板2には、間隙が設けられている。特に適するタイプの接着剤は、それ自身は公知であるタイプの接着剤と熱伝導性のフィラとの混合物である。このフィラは、例えば、既定の直径のフィラ粒子を有することが出来る。この場合、フィラ粒子の直径により、本体5と基板2間の距離の下限が決まる（この例の場合、フィラ粒子は、いわゆるスペーサとして機能する）。相対的に薄い接着剤層を使用することによって、光電素子1の熱放散もまた改善される。接着剤層の厚みは、50μm未満であることが好ましい。接着剤層の特に適した厚みは、35μmである。別の実施例の場合、接着剤8は、両面に接着剤が設けられている薄いテープである。このテープは、良好な熱伝導特性を有することが有利である。
【００２６】
図2〜5により、基板上の光電素子の配置及び光電素子の基板への接続を含む、本発明の方法を、ステップごとに説明する。図2で、光電素子が、基板2上の既定の位置に配置される。本実施例の場合、基板2は、標準的な、いわゆるPCB（プリント回路基板）3, 3' が設けられているアルミ製ベースのプレートを有する。光電素子1の電流導体7, 7' は、ステンレス鋼から製造され、特別な幾何学形状を示す。ステンレス鋼を使用することは、それが、強靭な材料であり、かつ電流導体7, 7' を熱伝導性の層4, 4' に接続する間に生じる相対的に高い温度に耐えることが出来る、という利点を有する。電流導体7, 7' は、基板2に対して露出されている。このことは、相対的に極めて薄い接着剤層を使用することを可能にし、かつ基板上に光電素子を配置した後、この（反り返る）電流導体が、光電素子を接着剤の外へ押し出さない、という利点を有する。
【００２７】
接着剤8により、本体5は、基板2 に対して間隙を有するように配置される。これにより、光電素子1を配置する際の大きな自由度が、得られる。
【００２８】
図2に示されるように、基板2 上に光電素子1 を実装する場合、本体5 は、熱伝導性接着剤8 内に設けられる。このことは、接着剤8 が、（まだ）本体5 が基板2 に対して移動可能である段階（例えば、接着剤8 がまだ（充分に）硬化していない時）に行うことが好ましい。この熱伝導性接着剤8 により、光電素子1は、基板2 に電流導体7, 7' を接続する間、基板2 上の既定の位置に配置される。接着剤8 の熱伝導特性により、動作中、熱を光電素子1 の本体5 から接着剤8 に放散することが可能になる。これは、特に、その光の出力が温度に依存する光電素子1 にとっては、重要である。これに加えて、熱伝導性接着剤8の使用は、光電素子1の動作寿命を改善する。
【００２９】
図2の場合、電流導体7, 7' は、いわゆる「溶接パッド」（溶接エイド）の位置で、導電層4, 4'より上にかなり離れた距離にある。この溶接パッドにより、本方法の後の段階で、電流導体7, 7' への良好な接続を達成することが出来る。当該溶接パッドは、例えば、電気回路3にハンダ付けされる。電流導体7, 7' と電気回路3 の導電層4, 4' 間の距離は、図2で、大きすぎるため電流導体7, 7' と導電層4, 4' 間を（直接）接続することは出来ない。このため、いわゆる調整ステップの間に、電流導体7, 7' は、電流導体7, 7' と導電層4, 4' の間に、コントロールされた相対的に小さい隙間を得るために、規定の方法で曲げられる。この調整ステップ中（図3参照）に、力10 が、電流導体7, 7' 上に加えられる。図4は、調整後の状況を示す。電流導体7, 7' は、例えば、弱部が形成されている位置（図7参照）で、曲げられる。図4の場合、電流導体7, 7' と導電層4, 4' の間の距離d は、100μm以下（好ましくは、d＜50μm）であることが好ましい。続いて、レーザにより、電流導体7, 7' と導電層4, 4' とが電気的に接続される。図5で、レーザビームは、線図的にビーム11 として表されている。一組の電流導体7, 7'に複数の溶接を使用することが可能である。電流導体7, 7' と導電層4, 4' の間のスリットを所望の距離d に減少させると、電流導体7, 7' と導電層4, 4' 間の接続を、スリットブリッジング（slit-bridging）法により達成することが出来る。
【００３０】
原則として、図3〜5に示される接続の場合、張力は、ほとんど加えられない。図3と5に示される方法のステップを組み合わせることによって、電流導体7, 7' を、既定の張力を加えて、導電層4, 4' に接続することが出来る。これは、例えば、電流導体7, 7'に力10 を加える、ハンダコテともなる要素を使用することによって行われる。この場合、溶接パッドは、ハンダを有する。当該張力の影響で、光電素子1 の本体5 は、スプリング圧の下に熱伝導性接着剤8 に結合し、本体5 と接着剤8 間の永続する強力な接触がもたらされる。張力は、0.4 と2.0 Nの間の範囲にあることが好ましい。これより大きな値は、光電素子の動作寿命中に溶接個所に損傷をもたらす可能性があるので、相対的に小さい張力が必要である。特に適切な張力の値は、1 N である。調整ステップと組み合わせて電流導体7, 7' の幾何学形状を最適化することにより、所望の値の張力を得ることが可能となる。
【００３１】
接着剤 8 が硬化する前に、光電素子1 を基板2 上に設けかつ（電気的に）接続することが好ましい。溶接後のチェックで光電素子1 が正しく機能しない、または誤った（例えば、誤った色の）光電素子1が設置され、あるいは光電素子1 が、基板2上の既定の位置に正確に設けられていなかったことが判明した場合には、光電素子は、基板2 から容易に除去することが出来る。LED 1 の本体5 を基板2 上の所望に位置に設けかつ電流導体7, 7' と導電層4, 4' 間の接続が所望の信頼性で行われた場合には、接着剤8 を、例えば、適切な炉の中で硬化させることが出来る。
【００３２】
図6は、本発明による光電素子の別の実施例の断面図である。この実施例の場合、基板には、導電層34, 34' が設けられている、いわゆるメタルコアPCB 33が使用される。適切なメタルコアは、アルミベースのプレートである。
図7は、本発明による光電素子の更なる別の実施例の斜視図を示す。調整ステップの間、電流導体7, 7' の曲げが生じる位置を決定するために、いわゆる弱部41a, 41b; 41a',  41b' を、電流導体7, 7' の既定の位置に設ける。弱部41a, 41b; 41a',  41b' を設けることの追加的利点は、調整後の隙間d のサイズ（図4参照）に、所望の値を与えることが出来ることである。
【００３３】
本発明の請求範囲内で多くの変更が当業者に可能であることは、明らかであろう。
【００３４】
本発明の保護の範囲は、上記の実施例に限定されない。本発明は、各々の新規な特徴及び特徴の各々の組み合わせにおいて実施される。請求項内の参照番号は、それの保護範囲を制限しない。「comprising」という単語の使用は、請求項に記載の素子以外の素子の存在を除外するものではない。素子の前の単語「a」または「an」は、このような素子の複数の存在を除外するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光電素子の実施例の断面図を示す。
【図２】光電素子の基板への配置及び接続を有する、本発明による方法の一ステップを示す。
【図３】光電素子の基板への配置及び接続を有する、本発明による方法の一ステップを示す。
【図４】光電素子の基板への配置及び接続を有する、本発明による方法の一ステップを示す。
【図５】光電素子の基板への配置及び接続を有する、本発明による方法の一ステップを示す。
【図６】本発明による光電素子の別の実施例の断面図を示す。
【図７】本発明による光電素子の更なる別の実施例の斜視図を示す。
【符号の説明】
1    光電素子
2    基板
3    電気回路
4    電気伝導層
5    本体
7    電流導体
8    接着剤
【図１】
0004920824.tif 000002
【図２】
0004920824.tif 000003
【図３】
0004920824.tif 000004
【図４】
0004920824.tif 000005
【図５】
0004920824.tif 000006
【図６】
0004920824.tif 000007
【図７】
0004920824.tif 000008