專利名稱：與光學(xué)元件對準(zhǔn)安裝電光部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將電光部件安裝到相對于光學(xué)元件的精確位 置的方法，所述方法包括分別使用電光部件和載體襯底上所提供的焊 墊，將該電光部件坪接到相對于光學(xué)元件被固定設(shè)置的載體襯底上。
背景技術(shù)：
在涉及電光部件(諸如LED)的應(yīng)用中，確保這些部件相對于光學(xué) 元件精確對準(zhǔn)有時(shí)是很重要的。
特別地，這對于"集光率關(guān)鍵(etendue critical)"的應(yīng)用而言是必然 的，即其中需要最大的效率以及最小的孔徑尺寸。這些應(yīng)用的實(shí)例是照 相機(jī)(視頻或者照片)閃光燈、聚光燈和用于醫(yī)療應(yīng)用的光纖系統(tǒng)，例 如內(nèi)窺鏡。另一個(gè)實(shí)例是在將LED用作準(zhǔn)直器中的光源時(shí)，例如用于汽 車前燈。
由于電光部件與光學(xué)元件之間的彼此精確對準(zhǔn)非常重要，因此在安 裝過程中需要非常高的精度。雖然能夠獲得令人滿意的對準(zhǔn)，但是在例 如有關(guān)安裝過程順序的限制方面上會付出代價(jià)。
已經(jīng)進(jìn)行了一種改善電光部件與光學(xué)元件的對準(zhǔn)的嘗試，使后者成 為其上安裝了襯底的模塊的集成部分。然而，這不會消除精確對準(zhǔn)的問 題。典型地，將電光部件焊接到載體襯底上，而按照相對于光學(xué)部件非 常精確地放置電光部件的方式將襯底安裝到模塊上。在這個(gè)過程中，每 個(gè)步驟具有與其相關(guān)聯(lián)的公差，這些公差相加得到最終的定位不確定 度。在許多情況下，這個(gè)不確定度過大。例如，在將LED用作準(zhǔn)直器中 的光源的情況中，從光學(xué)觀點(diǎn)看，希望至多0.05mm的定位不確定度。 對于上述的公差鏈而言，這種精度是不可行的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種將電光部件安裝到相對于光學(xué)元件的所 需公差之內(nèi)的精確位置的方法。
根據(jù)第一個(gè)方面，通過一種用于與光學(xué)元件對準(zhǔn)地安裝電光部件的方法實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目的，該方法包括分別使用電光部件和載體襯底上提供 的焊墊，將電光部件焊接到相對于光學(xué)元件被固定設(shè)置的載體襯底上。 這樣定位該焊墊使得當(dāng)電光部件焊接到該墊上時(shí)，在朝向光學(xué)元件的 方向上生成作用在電光部件上的力，并且允許該電光部件沿著所述方向 移動(dòng)，從而使得其與光學(xué)元件鄰接。
根據(jù)第二個(gè)方面，通過一種安裝結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，該安裝結(jié)構(gòu)包 括要與光學(xué)元件對準(zhǔn)地安裝的電光部件，該電光部件設(shè)有至少 一個(gè)焊 墊、以及相對于光學(xué)元件被固定設(shè)置的載體襯底，該載體襯底設(shè)有至少
一個(gè)焊墊。該焊墊被這樣設(shè)置使得當(dāng)電光部件焊接到該墊上時(shí)，在朝 光學(xué)元件的方向上生成作用在電光部件上的力，并且該安裝結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì) 成允許該電光部件在焊接過程中沿著所述方向移動(dòng)，從而使得其與該光 學(xué)元件鄰接。例如，該安裝結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成允許電光部件在焊接過程中橫 向移動(dòng)，從而使其與光學(xué)元件鄰接。
本發(fā)明基于以下事實(shí)在電子部件(尤其是表面安裝設(shè)備(SMD) 部件)的焊接過程中，該部件在熔焊料中朝著遵守表面張力法則的某個(gè) 明確限定的終止位置"流動(dòng)"。根據(jù)本發(fā)明，這樣定位襯底上的焊墊使 得電光部件與光學(xué)元件鄰接，從而確保了電光部件與光學(xué)元件之間的精 確相對定位。
例如，GB2276492中描述了這種自對準(zhǔn)效果，該專利公開了一種光 學(xué)元件的安裝結(jié)構(gòu)，其中光學(xué)部件與襯底上的定位元件對準(zhǔn)。該定位元 件確保了垂直方向上的精確對準(zhǔn)，而焊墊自身的位置確保了水平方向上
的精確對準(zhǔn)。
本發(fā)明中進(jìn)一步開發(fā)了這種自對準(zhǔn)效果，其中所述電光部件在水平 方向上自對準(zhǔn)，這不依靠獨(dú)立的定位元件，而是依靠光學(xué)元件自身。 GB2276492中沒有公開這種功能相關(guān)的物體之間的自對準(zhǔn)，即光學(xué)元件 與電光部件之間的自對準(zhǔn)。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，電光部件和/或光學(xué)元件具有適于在其與 光學(xué)元件鄰接時(shí)對準(zhǔn)電光部件的幾何形狀。
因此，將該電光部件和/或光學(xué)元件被設(shè)計(jì)成在自對準(zhǔn)過程中獲得所 要求的電光部件相對于光學(xué)元件的定位精度。
被設(shè)置在載體襯底上的焊墊能夠相對于電光部件上的相應(yīng)焊墊橫 向移動(dòng)。這會在焊接過程中產(chǎn)生移動(dòng)方向上的力。
5優(yōu)選地，載體襯底上的焊墊具有這樣的延伸使得它們在整個(gè)自對 準(zhǔn)過程中完全支撐電光部件上的相應(yīng)焊墊。換句話說，不管何時(shí)由于電 光部件與光學(xué)元件發(fā)生鄰接而中斷了自對準(zhǔn)，所述焊墊都會完全接觸， 由此確保令人滿意的電連接。
延伸到電光部件上相應(yīng)焊墊之外的焊墊區(qū)域可以設(shè)有焊接材料的 緩沖區(qū)。這進(jìn)一步確保了令人滿意的電連接。
所述電光部件可以是設(shè)置在基板上的電光管芯。繼而將該基板安裝 到載體襯底上的焊墊上。
在這種情況下，可以使得該基板或者電路管芯(或這二者)與光學(xué) 元件鄰接。
這兩者的尺寸和形狀可能不同，如何選^^V、便與光學(xué)元件鄰接取決 于用途。典型地，基板更加穩(wěn)健，并且因此更適于用作對準(zhǔn)鄰接。
所述光學(xué)元件可以是發(fā)光器件內(nèi)的準(zhǔn)直器。因此，本發(fā)明適合用于 諸如汽車前燈模塊中。
可以使用回流焊接工藝來焊接電光部件。這種焊接工藝有利于創(chuàng)造 自對準(zhǔn)條件。
本發(fā)明的其他實(shí)施例將通過以下的詳細(xì)公開、所附的從屬權(quán)利要求
以及附圖來呈現(xiàn)。


通過以非限定性實(shí)例的方式提供的附圖將使本發(fā)明更清楚。
圖la是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的處于焊接前狀態(tài)的安裝結(jié)構(gòu)的
示意圖。
圖lb是處于焊接后狀態(tài)的圖la安裝結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖lc是處于焊接后狀態(tài)的圖la安裝結(jié)構(gòu)的變形的示意圖。
圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例的示意圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例的透視圖，其中光學(xué)元件和電光部件具有已經(jīng)
定義的接觸點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
圖la-lc示出了一種安裝結(jié)構(gòu)(即部件的集合)，其被設(shè)置用于 相對于光學(xué)元件6精確安裝電光部件1。
6該電光部件1可以是LED或者光電二極管，并且典型地為"陶乾管 芯"(DoC)型部件，即安裝在基板上的管芯，隨后安裝到載體襯底上， 例如PCB。在圖la中，該電光部件1包括基板8上的LED管芯7。當(dāng) 然，該電光部件可以包括多于一個(gè)LED。
附圖標(biāo)記2表示載體襯底，其上設(shè)置了焊墊3,其還稱作"腳印"。 該腳印能夠用于多個(gè)目的，例如但不限于電連接、機(jī)械連接和熱連接， 以及任意組合。在DoCl上提供相應(yīng)的焊墊4，并且將焊料5放置到所 述焊墊3與4之間。該焊接材料可以是焊膏、預(yù)施加焊料(已經(jīng)存在于 襯底上)、導(dǎo)電焊料或者所謂預(yù)制形式的焊料。
光學(xué)元件6可以是需要與光學(xué)部件對準(zhǔn)的任意類型的光學(xué)元件，例 如準(zhǔn)直器、散射器或者反射器。在目前所述的實(shí)施例中，將光學(xué)元件6 設(shè)置在與其上將要安裝電光部件的相同的襯底2上。
使用回流焊接工藝將DoC部件1安裝到襯底2上。進(jìn)一步將襯底2 和DoCl上的焊墊3、 4設(shè)計(jì)和設(shè)置為在焊膏5隨后的熔化過程中將出 現(xiàn)使得DoCl發(fā)生側(cè)向移動(dòng)的自對準(zhǔn)效應(yīng)。在所示實(shí)例中，兩個(gè)焊墊3 被設(shè)置為相對于兩個(gè)焊墊4橫向位移。焊墊3的橫向位移對于每個(gè)焊墊 3而言不必相同。相反，如圖la所示，該位移可以單獨(dú)變化。只要能在 焊膏5熔化過程中產(chǎn)生希望的自對準(zhǔn)效果，那么也可以使用其它焊墊設(shè) 置，包括襯底2和Z或DoCl上具有其它數(shù)量的焊墊。
在所示實(shí)例中，襯底2上的焊墊3比DoC部件1上的相應(yīng)焊墊4 進(jìn)一步具有更大的橫向延伸。盡管不是生成自對準(zhǔn)效果所需的，但是焊 墊3的更大的延伸能夠?qū)崿F(xiàn)橫向自對準(zhǔn)，同時(shí)當(dāng)首先將DoCl放置在襯 底上時(shí)仍提供很大程度上支持焊墊4的腳印。因此，該焊墊3能夠確保 在整個(gè)自對準(zhǔn)過程中充分支持焊墊4 ，由此確保良好的電連接。
當(dāng)將DoC部件1放置在襯底3上時(shí)，DoC部件1的焊墊4僅需要 接觸焊膏5。隨后當(dāng)焊膏5在焊接過程中熔化時(shí)，由于焊墊3、 4的特殊 設(shè)置，表面張力將在朝向光學(xué)元件6的x方向上拉DoC部件1。設(shè)置焊 墊3、 4，使得部件1的一部分(此處為基板8)在部件1到達(dá)遵循表面 張力法則的明確限定的終止位置之前與光學(xué)元件6鄰接。
為了確保DoC與電子元件6接觸，該焊墊3優(yōu)選地延伸到光學(xué)元件 6的突起9的下面。
圖lb示出了在焊接過程已經(jīng)使DoC部件1的基板8與光學(xué)元件6
7鄰接之后的圖la中的結(jié)構(gòu)。
可替代地，如圖lc所示，該光學(xué)元件6可以形成以允許基板8部 分地滑動(dòng)到光學(xué)元件6的突起9的下面。這能夠使LED管芯7更接近光 學(xué)元件6，這在某些應(yīng)用中可能是需要的。
原則上，可以使突起9形成為使得管芯7而不是基板8與元件6 相接觸。然而，基板8通常是電光部件1中更為穩(wěn)定的部分，并且其更 適于形成鄰接。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，由其上設(shè)置了載體襯底2的模塊6，的一 部分形成光學(xué)元件6，如圖2所示。換句話說，取代如圖1所示的將光 學(xué)元件6和電光部件1安裝到相同襯底2上，而是將襯底2設(shè)置在其自 身形成光學(xué)元件的模塊6，上?？梢允褂贸Ｒ?guī)的安裝技術(shù)(包括焊接或者 粘接)來安裝該襯底2，但是可替代地，也可以使用適當(dāng)?shù)墓潭ㄑb置來 機(jī)械地固定該襯底2。
而且，在圖2中，在幾何上將DoC部件1和/或光學(xué)元件6設(shè)計(jì)成 確保準(zhǔn)確的相對對準(zhǔn)。這種設(shè)計(jì)不僅能夠在橫向方向x上還能夠在襯底 2的平面的其它維度y上實(shí)現(xiàn)精確對準(zhǔn)。該設(shè)計(jì)甚至能夠在垂直方向z 上實(shí)現(xiàn)某些對準(zhǔn)，但是這種對準(zhǔn)受到焊膏5的粘接力的制約。
例如如實(shí)例中所示的幾何設(shè)計(jì)可以利用光學(xué)元件6上的V形槽10 和電光部件1上的槽口 11形式的參照系來實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)在，當(dāng)使部件1與 元件6相接觸時(shí)，槽10引導(dǎo)槽口的頂端并且因此在側(cè)向(y方向)以及 橫向(x方向)對準(zhǔn)部件l。在垂直方向z上的較小調(diào)整也是可能的。
圖3示出上述幾何設(shè)計(jì)的變形，其中電光部件1和光學(xué)元件6定義 了三個(gè)接觸點(diǎn)12，從而使得當(dāng)它們相互鄰接時(shí)，接觸點(diǎn)12確保了在預(yù) 定平面中的對準(zhǔn)。在所示實(shí)例中，該接觸點(diǎn)12是利用基板8表面上的 三個(gè)鄰接12實(shí)現(xiàn)的，并且光學(xué)元件6提供了平面表面13來接觸該鄰接 12。在焊接過程中，抵住元件6按壓部件1，直到全部三個(gè)鄰接12與表 面13相接觸為止，由此在預(yù)定平面中精確對準(zhǔn)該部件。
作為本發(fā)明應(yīng)用的實(shí)例，圖2中的模塊10可以是汽車前燈系統(tǒng)的 基本部件，其上附著了反射層以形成光學(xué)元件，其起到部分準(zhǔn)直器的作 用。如上所述可以安裝被用作光源的LED發(fā)光元件，由此實(shí)現(xiàn)與反射表 面的邊緣非常精確的對準(zhǔn)。
在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以對當(dāng)前所述實(shí)施例進(jìn)行各種修改。例如，可以使用所述的自對準(zhǔn)方法來裝配多個(gè)電光部件，使得所有這些電 光部件能夠相對于光學(xué)部件對準(zhǔn)。而且，光學(xué)元件和電光部件的設(shè)置可 以不同于上述設(shè)置。
權(quán)利要求
1. 一種安裝結(jié)構(gòu)，其包括電光部件(1)，其與光學(xué)元件(6)相對準(zhǔn)地安裝，以及載體襯底(2)，其相對于所述光學(xué)元件被固定設(shè)置，所述載體襯底和所述電光部件分別設(shè)有至少一個(gè)焊墊(3，4)，其特征在于所述焊墊(3，4)被設(shè)置為當(dāng)將所述電光部件焊接到該焊墊上時(shí)，在朝向所述光學(xué)元件的方向(x)上生成作用到所述電光部件上的力，以及在于所述結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成允許所述電光部件(1)在焊接過程中沿著所述方向(x)移動(dòng)，從而使其與所述光學(xué)元件(6)相鄰接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的安裝結(jié)構(gòu)，其中所述電光部件(1)和/光部件的幾何形狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的安裝結(jié)構(gòu)，其中所述電光部件和所述光 學(xué)元件定義了三個(gè)接觸點(diǎn)(12)，使得當(dāng)它們相互鄰接時(shí)，該接觸點(diǎn)確 保了在預(yù)定平面中的對準(zhǔn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的安裝結(jié)構(gòu)，其中所述電光部件和所述光 學(xué)元件形成有槽口 ( 10)和槽(11 )特征，它們適于在相接觸時(shí)相互嵌 入。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的安裝結(jié)構(gòu)，其中所述光學(xué)元件被形成以 允許所述電光部件的一部分在所述光學(xué)元件的突起(9)的下面滑動(dòng)。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的安裝結(jié)構(gòu)，其中所述載體襯底(2) 上提供的所述焊墊(3 )相對于所述電光部件(1 )上提供的相應(yīng)焊墊(4 )對黃向移動(dòng)。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的安裝結(jié)構(gòu)，其中設(shè)置在所述載體 襯底(2)上的所述焊墊(3)具有比所述電光部件上的相應(yīng)焊墊(4) 更大的延伸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的安裝結(jié)構(gòu)，其中所述載體襯底(2)上的 所述焊墊(3)延伸到光學(xué)元件的突起(9)下面。
9. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的安裝結(jié)構(gòu)，其中所述電光部件 (1 )包括設(shè)置在基板(8)上的電光管芯(7)。
10.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的安裝結(jié)構(gòu)，其中所述光學(xué)元件 是發(fā)光器件內(nèi)的準(zhǔn)直器。
11. —種用于與光學(xué)元件(6)相對準(zhǔn)地安裝電光部件(i)的方法，其包括使用分別在所述電光部件和所述載體襯底上提供的焊墊(3， 4)， 將所述電光部件焊接到相對于所述光學(xué)元件(6)被固定設(shè)置的載體襯 底(2)上，其特征在于彼此相對定位所述焊墊(3, 4),使得當(dāng)所述電光部件被焊接到襯 底上時(shí)，在朝向所述光學(xué)元件(6)的方向(x)上生成作用在所述電光 部件上的力，以及允許所述電光部件(1)在焊接過程中沿著所述方向(x)移動(dòng)，從 而使其與所述光學(xué)元件(6)相鄰接。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述焊墊的定位包括相對 焊墊/" 、、；、 -。' -、
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述電光部件(l)包括設(shè) 置在基板(8)上的電光管芯(7)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中僅使所述基板(8)與所述 光學(xué)元件(6)相鄰接。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11 - 14其中之一所述的方法，其中所述電光部 件(1)在焊接過程中滑動(dòng)到所述光學(xué)元件的突起(9)下面。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11-15中任一項(xiàng)所述的方法，其中使用回流焊 接工藝焊接所述電光部件。
全文摘要
將電光部件(1)安裝到載體襯底(2)上的相對于光學(xué)元件(6)的精確位置，該載體襯底和電光部件分別設(shè)有至少一個(gè)焊墊(3，4)。該焊墊被這樣設(shè)置使得當(dāng)所述電光部件被焊接到該焊墊上時(shí)，在朝向光學(xué)元件的方向(x)上生成作用在電光部件上的力，并且該結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成允許所述電光部件在焊接過程中橫向移動(dòng)，從而使其與所述光學(xué)元件相鄰接，由此確保電光部件與光學(xué)元件之間的精確的相對定位。
文檔編號G02B6/42GK101490591SQ200780026760
公開日2009年7月22日 申請日期2007年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月14日
發(fā)明者E·倫德林克, J·A·舒格, M·A·德薩姆伯, R·H·彼得斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司