DE69620026T2

DE69620026T2 - Oberflächenmontierte alphanumerische led anzeige

Info

Publication number: DE69620026T2
Application number: DE69620026T
Authority: DE
Inventors: Marvin Lumbard
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 2002-09-26
Anticipated expiration: 2016-12-18
Also published as: EP0870336B1; US5991160A; EP0870336A1; WO1997024770A1; JP2000503131A; KR19990076803A; DE69620026D1; JP3398712B2

Description

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein alphanumerische LED-Displays. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein oberflächenmontiertes alphanumerisches LED-Display.

Allgemeiner Stand der Technik

Epoxidharz stellt eine wünschenswerte Verkapselung für ein Oberflächenmontagebauelement dar. Epoxidharz eignet sich gut zum Formen in Massenproduktion, wobei es eine strukturell einwandfreie und hermetisch abgedichtete Umhüllung für die verkapselten Komponenten bereitstellt. Ein Oberflächenmontagebauelement wird durch Festlöten installiert, was die Aufbringung von Wärme von möglicherweise bis zu 200ºC erfordert, wodurch sich die Komponenten des Displays ausdehnen. Falls sich jedoch die jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Verkapselung, der Leiterplatte und anderer Komponenten stark unterscheiden, dehnen sie sich mit proportional verschiedenen Raten aus, was zu mechanischer Beanspruchung und Verformung führt und das Bauelement reißen und möglicherweise versagen läßt.
Es gibt mehrere Möglichkeiten, wie das Wärmeproblem für Oberflächenmontagebauelemente angegangen werden kann. Zunächst gibt es in der Technik eine allgemein akzeptierte Praxis, Materialien für Leiterplatten mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu spezifizieren, der dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Kupferleiterbahnen auf der Leiterplatte in dem Bauelement entspricht. Dadurch wird die Ausdehnung der Leiterplatte auf ein Minimum reduziert und das Reißen der Kupferleiterbahnen und andere Schäden an dem Bauelement vermieden. Zweitens kann die Ausdehnung der Verkapselung dadurch minimiert werden, daß ein undurchsichtiges Epoxidharz mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet wird, der dem der verkapselten Komponenten fast gleich ist. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Epoxidharzes kann durch den Zusatz von Verunreinigungen weiter gesenkt werden. Wenn Wärme aufgebracht wird, dehnen sich die Verkapselung und die Komponenten darin mit fast der gleichen Raten aus.
Bei einigen Anwendungen wäre es wünschenswert, ein alphanumerisches LED-Display in einer Oberflächenmontagekonfiguration bereitzustellen. Die aktiven Displaybauelemente, damit verbundene Logikschaltungen und die verbindenden Leitungen würden auf einem Substrat wie etwa einer Leiterplatte oder einer flexiblen Schaltung angeordnet, und die Baugruppe würde in einer transparenten Umhüllung verkapselt werden. Da es zwingend erforderlich ist, daß die Verkapselung für ein Displaybauelement transparent ist, können keine undurchsichtigen Epoxidharze und Verunreinigungen zum Einsatz kommen. Es wäre dennoch wünschenswert, das Bauelement in Epoxidharz zu verkapseln. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des erforderlichen durchsichtigen Epoxidharzes liegt jedoch wesentlich höher als der der Leiterplatten, Komponenten und verbindenden Leitungen des typischen Displaybauelements. Falls keine Vorkehrung für den hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten von durchsichtigem Epoxidharz getroffen wird, ist es wahrscheinlich, daß das Bauelement als Ergebnis der Wärme von dem Löten ausfällt. Das Dokument EP-A-0 567 814 zeigt ein derartiges Display. Das Dokument EP-A-0 560 276 betrifft die Anpassung der Wärmeausdehnung zwischen einem Chipträger und einer Leiterplatte.
Um einen Ausfall wegen ungleichmäßiger Ausdehnung der verschiedenen Komponenten und der Verkapselung des alphanumerischen LED-Displays aus durchsichtigem Epoxidharz zu vermeiden, sollte die Zusammensetzung der Komponenten und der Verkapselung derart ausgewählt werden, daß die Wärmeausdehnungskoeffizienten dieser Komponenten gleichwertig oder fast gleichwertig sind.

Kurze Darstellung der Erfindung

Durch die vorliegende Erfindung erübrigt sich das obenerwähnte Problem, indem der Wärmeausdehnungskoeffizient der Leiterplatte an den des durchsichtigen Epoxidharzes angepaßt wird, und zwar im Gegensatz zu der allgemein akzeptierten Praxis, den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Epoxidharzes an den der Komponenten in der Verkapselung anzupassen. Vorteilhafterweise dehnen sich die inneren Komponenten, wenn Wärme auf das Bauelement abgegeben wird, mit etwa der gleichen Rate wie die Verkapselung aus durchsichtigem Epoxidharz aus. Der Systemträger weist zwar einen viel geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, berührt die Verkapselung aber nur minimal und schwimmt deshalb im wesentlichen in dem Baustein und sollte auf das Bauelement keine wesentliche mechanische Beanspruchung oder Verformung ausüben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht durch ein alphanumerisches LED-Oberflächenmontage-Display mit einem flexiblen Schaltungssubstrat;
Fig. 2 eine Schnittansicht durch ein alphanumerisches LED-Oberflächenmontage-Display mit einem Leiterplattensubstrat aus Kunststoff;
Fig. 3 eine Schnittansicht durch ein vertikal montiertes alphanumerisches LED-Display mit einem Leiterplattensubstrat aus Kunststoff; und
Fig. 4 eine Draufsicht auf ein alphanumerisches LED- Oberflächenmontage-Display und Systemträger vor der Verkapselung.

Ausführliche Beschreibung

Fig. 1 zeigt ein alphanumerisches LED-Oberflächenmontage-Displaybauelement 10 mit einer nachgiebigen zweischichtigen flexiblen Schaltung 20. Die flexible Schaltung 20 ist an ein Ultem-Versteifungsteil 30 gebondet oder auf andere Weise daran angebracht. Ultem ist ein Warenzeichen für ein Material von General Electric mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 60 · 10&supmin;&sup6; K&supmin;¹, das ausgewählt wurde, weil sein Wärmeausdehnungskoeffizient etwa gleich dem von durchsichtigem Epoxidharz ist, obwohl man auch ein anderes Material mit einem fast gleichwertigen Wärmeausdehnungskoeffizienten wählen könnte.
Das Bauelement 10 weist Leitungen 40 auf, von denen in Fig. 1 nur zwei sichtbar sind, um an das Bauelement 10 Leistung und Steuerung zu liefern. Die Leitungen 40 sind mit J-Krümmungen 42 versehen, die eine enge vertikale Stapelung und Montage ermöglichen. Displayelemente 50 sind auf der oberen Fläche 22 der flexiblen Schaltung 20 angeordnet, während sich ein CMOS- Logikbauelement 60 auf der unteren Fläche 24 befindet.
Die flexible Schaltung 20, das Ultem-Versteifungsteil 30, die Displayelemente 50 und das CMOS-Logikbauelement 60 sind in einer Verkapselung 70 aus durchsichtigem Epoxidharz eingeschlossen, während die Leitungen 40 aus der Verkapselung 70 herausragen dürfen.
Anstelle einer nachgiebigen flexiblen Schaltung kann als Substrat eine Kunststoffleiterplatte verwendet werden, wie in Fig. 2 dargestellt. Ein alphanumerisches LED-Oberflächenmontage-Displaybauelement 100 weist, wie gezeigt, eine Kunststoffleiterplatte (PCB) 120 mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 60 · 10&supmin;&sup6; K&supmin;¹ auf. Die PCB 120 kann aus Ultem-Material hergestellt sein, das einen derartigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, oder aus einem beliebigen anderen Material mit einem fast gleichwertigen Wärmeausdehnungskoeffizienten.
Das Bauelement 100 weist auch Leitungen 140 mit J-Krümmungen 142 und Displayelemente 150 und ein CMOS-Logikbauelement 160 auf, die an gegenüberliegenden Flächen 122 bzw. 124 der PCB 120 montiert sind. Bei dem Bauelement von Fig. 1 ist die PCB 120 in einer Epoxidharz-Verkapselung 170 eingeschlossen, wobei die Leitungen 140 vorstehen.
Das Bauelement 100 von Fig. 2 kann, wie in Fig. 3 gezeigt, vertikal montiert werden. Um das Bauelement 100 in einer vertikalen Orientierung zu halten, können vertikale Stabilisatoren 180 vorgesehen werden, um auf einer Seite des Bauelements einen relativ stabilen Anschlag zu erzeugen. Das Bauelement 10 von Fig. 1 könnte analog vertikal positioniert werden.
Das Bauelement 10 ist mit Systemträgern 200 in Fig. 4 vor der Verkapselung gezeigt. Auf einer Seite der flexiblen Schaltung 20 sieht man die vertikalen Stabilisatoren 180.
Das Bauelement kann unter Verwendung des geschlossenen Werkzeugs verkapselt werden, das in dem eigenen US- Patent US-A-5,991,160 für ein alphanumerisches LED- Display mit geschlossenem Werkzeug beschrieben ist.
Durch die hier beschriebenen Ausführungsformen werden die Grundlagen der vorliegenden Erfindung lediglich veranschaulicht. Es können daran von Durchschnittsfachleuten zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden, ohne daß von dem Schutzbereich der beigefügten Ansprüche abgewichen wird.

Claims

1. Alphanumerisches LED-Displaybauelement (10; 100), das folgendes umfaßt:

eine durchsichtige Epoxidharz-Verkapselung (70; 170), wobei das Epoxidharz (70; 170) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist; und

eine Leiterplatte (20; 120), die mindestens ein Displayelement (50; 150) enthält, wobei die Leiterplatte (20; 120) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient der Leiterplatte ungefähr gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der durchsichtigen Epoxidharz-Verkapselung (70; 170) ist.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (70; 170) eine an einem Versteifungsglied (30) befestigte flexible Leiterplatte (70) umfaßt.

3. Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungsglied (30) aus Ultem- Material hergestellt ist, wobei Ultem ein Warenzeichen für ein Material von General Electric ist.

4. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (70; 170) eine Kunststoffleiterplatte (170) umfaßt.

5. Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffleiterplatte (170) aus Ultem-Material hergestellt ist, wobei Ultem ein Warenzeichen für ein Material von General Electric ist.

6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Leitungen (40; 140) an die Leiterplatte (70; 170) angeschlossen sind, um an das Bauelement (10; 100) von mindestens einer externen Quelle Leistung und Steuerung zu liefern.

7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Logikschaltung (60; 160) an das mindestens eine Displayelement (50; 150) angeschlossen ist.