透明の基板の上にデバイスを導電性結合する方法
本発明は、少なくとも１つの導電性層と電気デバイスを導電性結合する方法に関するものであり、導電性層は光の可視波長領域で実質的に透明の基板に塗布され、次の各ステップを含んでおり、すなわち、電気デバイスまたは導電性層にデバイスが導電性層と結合されるべき領域ではんだ材料が施され、はんだ材料にエネルギー源から放出されるエネルギーが供給され、それにより、はんだ材料が溶融し、取外し可能でない物質接合式の導電性結合が電気デバイスと導電性層との間に構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの導電性層と電気デバイスを導電性結合する方法に関するものであり、導電性層は光の可視波長領域で実質的に透明の基板に塗布される。可視波長とは、本件出願においては、４２０ｎｍから７００ｎｍの間で層ないし基板の透過率が６０％を超えており、特に８０％を超えており、好ましくは９０％を超えることを意味している。
【背景技術】
【０００２】
従来技術より、特に特許文献１より、導電性層を有する透明な基板の上にデバイスを、特に発光ダイオードを、はんだ付け法により取り付けることが公知である。このことは特許文献１によれば、導電性層を備える基板に、導電性のペーストまたはレジストからなる結合個所が塗布されており、この結合個所がはんだ付け法によってデバイスと、特に発光ダイオードと、結合されることによって可能となる。
【０００３】
特許文献１には特定の方法が記載されているわけではないが、一般に、ガラスへのデバイスのはんだ付けのプロセスステップは、手動はんだごてと線はんだを用いて手作業で実施されていた。
【０００４】
特許文献２では、導電性構造を備える、特に電気加熱可能なコーティングを備える、少なくとも１つのディスクを備えるプレート部材について、この層の電気接触をたとえばはんだ付け接合によって行うことが意図されており、はんだ付けの出力は、硬いディスクを貫いてはんだ付け個所へも及ぼされる。
【０００５】
しかし特許文献２は、導電性層へのデバイスの取付を記載しているのではなく、加熱目的のために利用される導電性構造への電気接続部の取付を記載しているにすぎない。
【０００６】
特許文献３より、基板材料と結合されるべき部品をはんだ付けする方法を、レーザ光での部品の照射と結びつけることが公知となっている。基本的にこの方法は、ＩＣチップまたはコンデンサと金属材料との結合に関するものである。
【０００７】
基板材料が透明な基板を含むことができることは、特許文献３には開示されていない。さらに、はんだ付けは上方から基板材料に向けて行われる。
【０００８】
赤外光を用いたはんだ付けは特許文献４から公知となっており、導線やランドのような導電部材が半導体チップと結合される。
【０００９】
特許文献５より、透明な基板への発光手段のリフローはんだ付けが公知となっている。
【００１０】
特許文献６は、可視光および／または赤外光を用いた条導体へのプリント回路のはんだ付けを示している。特許文献６に記載の条導体を備える支持体は、熱放射に対して透過性が優れている。条導体の材料は記載されていない。はんだ付け可能な接触面の迅速な加熱、およびはんだ付け材料の流動を実現するために、特許文献６では、超音波源を追加的に設けることが意図される。
【００１１】
特許文献７は、柔軟な基板の接触部材を電子デバイスの接触金属被覆と熱により結合する方法を示しており、エネルギー注入はレーザ放射によって行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第０１／８２３７８号パンフレット
【特許文献２】ドイツ特許出願公開第１０２００４０１８１０９Ａ１号明細書
【特許文献３】欧州特許第０５８４３５６号明細書
【特許文献４】ドイツ特許出願公開第４３１２６４２号明細書
【特許文献５】ドイツ特許出願公開第１００１９８８８Ａ１号明細書
【特許文献６】ドイツ特許出願公開第２３４３２３５明細書
【特許文献７】ドイツ特許出願公開第１９５０４９６７Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、従来技術の欠点を克服し、特に、透明な基板の導電性コーティングと電気部材を簡単な仕方により結合することができる合理的な方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によるとこのことは、少なくとも１つの導電性層と電気デバイスを導電性結合する請求項１に記載の方法によって具体化され、導電性層は光の可視波長領域について実質的に透明な基板に塗布され、次の各ステップを含んでいる：
−電気デバイスまたは導電性層に、デバイスが導電性層と結合されるべき領域ではんだ付け材料が施され、好ましくは電磁放射を放出するエネルギー源、特に光源、好ましくはハロゲンランプまたはレーザ光源が配置され、
−エネルギー源から放出されるエネルギーがはんだ付け材料に供給され、それにより、はんだ付け材料が溶融して、電気デバイスと導電性層との間に取外し不能で物質接合的な導電性の結合が構成される。
【００１５】
本発明による方法は、透明な基板の上へのデバイスの、特に発光ダイオードの、自動化されていてもよい非常に迅速なはんだ付けを可能にすることを可能にする。迅速な、特に自動化されたはんだ付けにより、従来技術に比べて係数２．５のサイクル時間短縮と、操作者に依存しない作業とが実現される。さらに、デバイスと、透明な基板の上に配置された導電性構造との間で確実な導電性結合が成立する。さらに別の利点は、溶剤を含有する洗浄剤の使用が回避されるので、既存のガラス・ブラシ洗浄機を適用できることにある。さらに、柔軟な結合部をはんだ付けする可能性が生まれる。デバイスの結合は条導体の上で、たとえば酸化スズや銀を含む条導体の上で、直接構成することができる。
【００１６】
従来普通に用いられている特にガラスの透明な基板の上でのデバイスの接着に比べて、はんだ付けは数多くの利点を有している。たとえばはんだ付け材料は、接着剤よりも高い紫外線抵抗性を有している。このことは、特に屋外使用の場合に利点となる。さらに、はんだ付け材料は事実上１００％導電性の材料であるのに対し、接着剤の導電性はこれよりも低い。
【００１７】
本発明の第１の実施形態では、はんだ付け材料は、可視領域で実質的に透明な導電性コーティングに塗布される。導電性コーティングは、たとえば酸化スズを含むことができる。
【００１８】
これに代わる本発明の実施形態では、たとえばスクリーン印刷やステンシル印刷、あるいは画像転写によって、導電性層にまず結合個所が塗布されることが意図されていてよい。そして結合個所に、はんだ付け材料が塗布される。結合個所とデバイスの間ではんだ結合が構成される。結合個所は、たとえば導電性銀レジストや導電性銀レジストペーストのような、導電性のペーストまたはレジストでできているのが好ましい。導電性のペーストまたはレジストは、たとえばスクリーン印刷による塗布後に焼き付けられるのが好ましい。焼き付けによって同時に透明な基板に、特に透明なガラス基板に、初期応力が与えられる。それにより、以後の方法ステップのために高い機械的強度が実現される。
【００１９】
透明な基板は上面と下面を有しているのが好ましく、透明な導電性層は上面に塗布され、好ましくは光源であるエネルギー源のエネルギーは下面から透明な基板を貫いて、結合されるべき材料へと注入される。基板を貫いて下面からエネルギーを注入することにより、透明なコーティングと導電性結合されるべきデバイスの温度負荷が最低限に抑えられる。
【００２０】
透明な基板が熱を吸収する層を含んでおり、たとえばフッ素ドーピングされた酸化スズ層のような金属酸化物層を含んでいると、特別に好ましい。熱を吸収する層により、はんだ付け時間を劇的に短縮することができる。その場合、デバイスが取り付けられるべき個所で、透明な層が加熱されるという事実が活用されるからである。そうすれば熱注入が実質的に導電性の透明な層で行われるので、短いはんだ付け時間で、デバイスは最低限の負荷しか受けない。短いはんだ付け時間とは、たとえば６０秒よりも短い、特に３０秒よりも短い、好ましくは１０秒よりも短い、特別に好ましくは５秒よりも短い、特に１秒よりも短いはんだ付け時間を意味している。特に、導電性コーティングが熱を吸収する層として構成されていることによって、短いはんだ付け時間を実現するための、たとえば特許文献６に記載されているような超音波装置の追加の使用を省略することができる。
【００２１】
特に熱吸収性であってもよい導電性層が金属酸化物を含んでおり、好ましくはＩＴＯ（ＩｎＯｘ：Ｓｎ）、ＦＴＯ（ＳｎＯｘ：Ｆ）、またはＡＴＯ（ＳｎＯｘ：Ｓｂ）を含んでいると特別に好ましい。あるいはＺｎＯｘ：Ｇａ、ＺｎＯ：Ｆ、ＺｎＯｘ：Ｂ、ＺｎＯｘ：Ａｌ、またはＡｇ／ＴｉＯｘも考えられる。前掲の化合物においてｘはドーピング濃度と化学当量に依存して、１から２の範囲内にある。ＳｎＯ２：ＦないしＳｎＯ２：Ｓｂが特別に好ましい。透明な基板、特にガラス基板がＦＴＯ層（ＳｎＯｘ：Ｆ）を備えている場合、たとえば５００−１５００ｎｍの範囲内の波長と５０Ｗから１０００Ｗの範囲内の、特に１００Ｗから５００Ｗの消費電力をもつハロゲンランプを使用すると、３０秒よりも短い、特に１０秒よりも短い、好ましくは１０秒から０．１秒の範囲内の、特に１０秒から１秒の範囲内のはんだ付け時間を実現することができる。このような種類の層を適用すると、消費電力が比較的低くても、非常に短いはんだ付け時間を実現することが可能であり、たとえば特許文献６に記載の超音波エネルギーの照射のような追加の方策を要しない。比較的小さい消費電力と同時に短いはんだ付け時間により、特別に保全的な加工が可能となる。
【００２２】
塗布方法としては、透明な基板に対する導電性層について化学蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（ＣＶＤ）、物理蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（ＰＶＤ）、含浸コーティング、化学式または電気化学式のコーティングなどが考慮の対象となる。さらにはスプレー熱分解、スパッタ、ゾル・ゲル法なども可能である。スプレー熱分解による塗布は特別に低コストであり、コーティング材料としてフッ素ドーピングされた酸化スズ（ＳｎＯｘ：Ｆ）が用いられるのが好ましい。特別に高い光学特性が実現されるので好ましい塗布方法はスパッタである。
【００２３】
透明な基板はガラス基板であってもプラスチック基板であってもよい。基板材料としては、特に、透明ないし半透明であるものが考慮の対象となる。透明な基板とは、可視波長領域で＞８０％の透過性を有しているものを意味している。半透明の層ないしガラスとは、本件出願においては、可視波長領域で＞６０％の透過性をもつものを意味している。可視波長領域は特に４２０ｎｍから７００ｎｍの間である。ガラスとしては、特にフッ素ドーピングされた酸化スズ（ＳｎＯｘ：Ｆ）でコーティングされたソーダ石灰ガラスが考慮の対象となる。
【００２４】
自動化されたエネルギー供給は、たとえば電磁波を利用して行われ、たとえば光を利用して行われる。光の利用は光はんだ付け法とも呼ばれる。光はんだ付け法では、たとえば可視波長領域または赤外波長領域の光を有する光線が、水平方向に支承された基板を通るように下方から当てられ、この光線が、はんだペーストおよびはんだ付けされるべきデバイスを備える層にも当たる。特に光はんだ付けの場合、０．５から２μｍの波長をもつ短波の赤外光が集束されて、はんだ付け個所に当てられる。この集束は、半楕円形のミラーの焦点に光源が配置され、それにより、光源から発せられるすべての光線が楕円の第２の焦点に集束することによって行われるのが好ましい。はんだ付け個所の上面では、エネルギーが吸収によって熱に変換される。放射エネルギーは、光源の出力、放射時間、および集束の形式を通じて変えることができ、すなわち、時間、ランプ電流、および焦点位置という各パラメータによってエネルギー注入を非常に厳密に調整し、制御することができる。頂点の直径は光学系に応じて数ミリの範囲内であり、好ましくは０．１ｍｍから１００ｍｍの間である。光源としては、たとえばハロゲンランプの光を使用することができる。光の波長は５００ｎｍから１５００ｎｍの間であり、ハロゲンランプの消費電力は５０Ｗから１０００Ｗ、好ましくは１００Ｗから５００Ｗ、特に２５０Ｗである。
【００２５】
ハロゲン光源以外の特殊な光源の１つは、たとえば＞７００ｎｍの波長をもつ赤外放射を放出するレーザ光源である。
【００２６】
少なくとも１つの条導体と、または導電性層と、電気デバイスを導電性結合する方法が特別に好ましく、条導体または導電性層は光の可視波長領域で実質的に透明な基板に塗布され、
透明な基板は熱を吸収する層を含んでおり、導電性層は同時に熱を吸収する層であり、
次の各ステップを含んでおり、すなわち、
電気デバイスまたは条導体または導電性層に、デバイスが導電性層または条導体と結合されるべき領域ではんだ材料が施され、
電磁放射を放出するエネルギー源から出されるエネルギーがはんだ材料へ自動式に供給され、それにより、供給されたエネルギーが熱を吸収する条導体または導電性層へ、デバイスが取り付けられるべき個所で実質的に注入され、その結果、
はんだ材料が溶融して、取外し可能でない物質接合式の導電性結合が電気デバイスと条導体または導電性層との間で、デバイスの最低限の負荷のもとで短いはんだ付け時間で構成される。
【００２７】
特に限定をすることなく、はんだ付け時間は３０秒よりも短く、特に１０秒よりも短く、好ましくは０．１秒から１０秒の範囲内であり、好ましくは１秒から１０秒の範囲内である。
【００２８】
エネルギー源の、特に光源の、放出される電磁放射の波長は５００ｎｍから１５００ｎｍの範囲内である。
【００２９】
エネルギー源は、たとえば５０Ｗから１０００Ｗの間の、特に１００Ｗから５００Ｗの間の消費電力を有するハロゲンランプであってよい。
【００３０】
電磁放射は焦点に集束されるのが好ましく、焦点は０．１ｍｍから１００ｍｍの範囲内の、好ましくは１ｍｍから１０ｍｍの範囲内の直径を有している。
【００３１】
本方法の１つの実施形態では、透明な基板は上面と下面を有しており、透明な導電性層が上面に塗布され、エネルギー源のエネルギーは下面から透明な層を貫いてはんだ材料に注入される。
【００３２】
導電性層は、次の金属酸化物のうちの１つまたは複数から選択された金属酸化物を含んでいるのが好ましい：
−ＩｎＯｘ：Ｓｎ
−ＳｎＯｘ：Ｆ
−ＳｎＯｘ：Ｓｂ
−ＺｎＯｘ：Ｇａ
−ＺｎＯｘ：Ｂ
−ＺｎＯｘ：Ｆ
−ＺｎＯｘ：Ａｌ
−Ａｇ／ＴｉＯｘ
ここでｘは、ドーピング濃度に依存して１から２の範囲内にある。
【００３３】
このような種類の導電性層は、たとえば次の方法のうちの１つで透明な基板に塗布することができる：
−ＣＶＤ
−ＰＶＤ
−スプレー熱分解
−スパッタ
−ゾル・ゲル法
【００３４】
透明な基板は、ガラス基板またはプラスチック基板、特に硬化された、および／または初期応力をかけられたガラス基板であるのが好ましい。
【００３５】
はんだ材料は、次の材料のうちの１つの基礎とするはんだであるのが好ましい：
−スズ・鉛
−スズ
−鉛
−金
−インジウム
−アルミニウム
【００３６】
はんだ材料は、第１の実施形態では透明な基板の導電性層に塗布され、それにより、はんだ材料は透明な基板の上でデバイスと導電性層の間に導電性結合を構成する。
【００３７】
赤外光を用いたはんだ付けに代えて、誘導式のはんだ付けを意図することも可能であろう。誘導式のはんだ付けでは、電磁誘導効果が熱生成のために利用される。誘導式のはんだ付けでは、インダクタは巧妙な成形によってはんだ付け個所だけを的確に加熱することができる。変化する電界は変化する磁界を担っており、ひいてはこの磁界が電気的な渦場によって、はんだ付けに必要な熱をデバイスで生成する。
【００３８】
適用することができるその他のはんだ付け方法は、レーザはんだ付け法および超音波はんだ付け法である。
【００３９】
はんだ付け法のためのはんだ材料としては、さまざまに異なる材料が考慮の対象となる。考えられる材料は、スズ・鉛、スズ、鉛、金、インジウム、またはアルミニウムを基礎とする材料であってよい。約９０重量％の割合のスズ合金と、１０重量％の割合のフラックスとを有するはんだ材料が特別に好ましい。鉛フリーはんだ材料が特に好ましい。
【００４０】
次に、図面を参照しながら本発明につい説明をするが、これに限定をするものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】透明な基板の上の透明な導電性コーティングおよびその上に配置されたデバイス、特に発光ダイオードを備えるデバイス構造を、光を利用していわゆる光はんだ付けで製作するための典型的な方法手順である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１ａから図１ｄには、透明な導電性層と、その上に配置されたデバイス、特に発光ダイオードないしＬＥＤモジュールとを備える透明な基板を含むデバイス構造を製作するための方法手順が示されている。
【００４３】
このデバイス構造の製作では、図示した実施形態ではたとえばゾル・ゲル法で、基板１が透明な導電性層で全面的にコーティングされる（図１ａ）。この層は、たとえばＩＴＯ層のような導電性の透明な層であるだけでなく、熱を吸収する透明な層でもあるのが好ましい。このような熱を吸収する透明な層は、酸化スズ層であり、たとえばＦＴＯ（ＳｎＯｘ：Ｆ）やＡＴＯ（ＳｎＯｘ：Ｓｂ）である。あるいはＺｎＯｘ：Ｇａ；ＺｎＯｘ：Ｂ，ＺｎＯｘ：Ａｌ，Ａｇ／ＴｉＯｘなども考えられ、ここでｘはドーピング濃度と化学当量に依存して１から２の間の範囲内にある。
【００４４】
次いで図１ｂに示すように、たとえばコーティングを局所的に加熱してこれを蒸発させるレーザによって、構造化が行われる。
【００４５】
レーザによって構造化される透明な基板は、適用されるレーザのレーザ波長の領域で高い吸収性を有している導電性層を含んでおり、その波長で透過性である透明な基板であるのが好ましい。このような種類のシステムでは、ガラス層はわずかな損傷しか有さない。特に、このような種類のシステムでの亀裂形成はほぼ回避することができる。
【００４６】
基板の個々の領域の分離線は、図１ｂでは符号１１．１−１１．３で表されている。図１ｂの構造化に続いて、領域１３．１−１３．４にデバイス１０８（領域１３．１，１３．２にのみ図示）が配置される（図１ｃ−１ｄ）。このデバイスは表面実装デバイス、いわゆるＳＭＤデバイス、たとえばＬＥＤチップである。デバイスは本例では自動式のはんだ付け法によって、特に赤外放射を用いた光はんだ付けによって、導電性で透明な基板へ直接装着され（図１ｃ）、もしくは接続パッド９を介して装着される（図１ｄ）。
【００４７】
導電性コーティングが構造化されて通電の役目を果たす、導電性コーティングを備える基板に代えて、透明な基板は、たとえばガラス基板は、たとえば薄い帯状銀である帯状金属を導電性コーティングとして備えていてもよい。条導体として構成された帯状銀は、離れて立って見る者が気づかないほど細く（たとえば幅はわずか数μｍ）かつ間隔をおいて構成される。
【００４８】
次に、デバイスの装着について説明する。
まず、図１ｃに示すようなデバイスの直接的な装着について説明する。
好ましく適用される方法は、光を用いた個別点はんだ付けであり、これは、デバイスが少数のはんだ付け個所によって基板に装着されるべき場合には、適用されるのが常に好ましい。光はんだ付けではハロゲンランプ（波長：５００−１５００ｎｍ、消費電力：２５０Ｗ）の光が収束ミラーと光学系によって、はんだ付け個所へ集束される。熱放射の吸収により、はんだ付け個所で所要の温度が生じる。
【００４９】
基板は、熱を吸収すると同時に導電性の層であり、特に酸化スズ層、たとえばＦＴＯ（ＳｎＯｘ：Ｆ）やＡｔＯ（ＳｎＯｘ：Ｓｂ）であると特別に好ましい。このような種類の層は吸収により、はんだ付け時間が３０秒よりも短く、特に１０秒よりも短く、特に１から１０秒の範囲内である程度に、多くの熱放射を吸収する。出力２５０Ｗのハロゲンランプ（波長：５００−１５００ｎｍ）およびＳｎＯ２：Ｆでコーティングされたガラス基板については、通常下方から透過照明されるガラス基板の厚みに依存して、次のようなはんだ付け時間が得られる：
基板の厚み はんだ付け時間
４ｍｍ ６．５秒
６ｍｍ ７．５秒
【００５０】
はんだ材料は、たとえばはんだパッド４の形態のはんだペーストとして、光はんだ付けプロセスの前に、基板ないし基板に塗布された導電性層とデバイスが結合されるべき個所でガラス基板に塗布される。
【００５１】
はんだペーストは、はんだ金属粉末とフラックスとのペースト状の混合物であり、主として表面実装デバイス（ＳＭＤ）をはんだ付けするのに用いられる。ＳＭＤはんだ付けに適したはんだペーストは、たとえば約９０％のスズ合金の粒子と、約１０％のフラックスとで成り立っている。鉛フリーはんだペースト（ＲｏＨＳ）は、たとえば９６．５％のＳｎ、３．０％のＡｇ、０．５％のＣｕでできている。はんだペーストは、基板の導電性層へ直接（図１ｃ）、または接続パッドへ（図１ｄ）、ディスペンサによって塗布することができる。
【００５２】
光によって、特に赤外光によって、たとえばハロゲンランプの光によって、はんだパッド４に注入されるエネルギー量は、はんだペーストに含まれるはんだボールの溶融につながり、次いで、これがはんだペーストの粒子の溶融によって、導電性層とデバイスないしコンポーネントとの間の相互の電気的および機械的な結合を提供し、およびデバイス接触部ないしガラス基板の導電性層（図１ｃ）との結合を提供する。図１ｃでは、導電性コーティングは４つの領域に構造化されている。領域１３．１でのみ、はんだペースト４の溶融によって導電性コーティングと直接結合されるＳＭＤデバイス１０８が図示されている。
【００５３】
はんだペーストのフラックスは、表面張力を引き下げ、酸化を防止し、場合により存在する残留酸化物を還元することによって、溶融プロセスを容易にする。これは後に蒸発し、導電性に優れたはんだ結合をデバイスとはんだペーストの間に残す。
以上に説明した個別はんだ付け法の利点は、次のようにまとめることができる：
−無接触式で正確な熱転移
−比較的少ない投資で低い操業コスト。
【００５４】
上に述べた光はんだ付けは、接続パッド９（図１ｄ参照）がガラス基板へ事前に塗布される場合にも適用することができる。
【００５５】
接続パッド９は、スクリーン印刷またはステンシル印刷によって導電性基板に塗布され、引き続いて焼き付けられる導電性のペーストまたはレジスト、たとえば導電性銀レジストや銀ペーストを含んでいる。焼き付けによって同時に、特に透明なガラス基板である透明な基板１の初期応力を生じさせることができる。それにより、個々の方法ステップでの高い機械的強度が実現される。
【００５６】
接続ペーストを用いた方法では、接続パッドの塗布に続いて、異なる領域１３．１−１３．４に標準法により発光ダイオードなどのＳＭＤデバイス１０８が実装される。実装の前に、はんだペーストが接続パッドに塗布される。
【００５７】
次いで、ガラス基板にデバイスが実装される。それから先ほど説明したように、光はんだ付けによってはんだ付けプロセスが行われる。たとえばハロゲンランプを用いた光はんだ付けでは、はんだ付けプロセスが行われるべき個所に、ハロゲンランプの光が集束される。光源から発せられる赤外放射がはんだ材料を加熱する。はんだ材料は溶融し、一方のデバイスの結合部ならびに接続パッドを湿潤する。次いでエネルギー注入が終了し、はんだ材料が硬化し、それにより、電気デバイスと導電性層との間で物質接合式の導電性結合が構成される。
【００５８】
はんだ材料としては、上に述べた材料が考慮の対象となる。別案の材料は、次のものを基礎とするはんだ材料である：
スズ・鉛
スズ
鉛
金
インジウム
アルミニウム。
【００５９】
特に発光ダイオードであるデバイスが、本発明によるはんだ付けプロセスによって、透明な基板に塗布された条導体と導電性結合された後、透明な基板はデバイスとともに引き続き処理され、たとえばさらに別の層を施される。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図１ｄ】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの導電性層と電気デバイスを導電性結合する方法に関するものであり、導電性層は光の可視波長領域で実質的に透明の基板に塗布される。可視波長とは、本件出願においては、４２０ｎｍから７００ｎｍの間で層ないし基板の透過率が６０％を超えており、特に８０％を超えており、好ましくは９０％を超えることを意味している。
【背景技術】
【０００２】
従来技術より、特に特許文献１より、導電性層を有する透明な基板の上にデバイスを、特に発光ダイオードを、はんだ付け法により取り付けることが公知である。このことは特許文献１によれば、導電性層を備える基板に、導電性のペーストまたはレジストからなる結合個所が塗布されており、この結合個所がはんだ付け法によってデバイスと、特に発光ダイオードと、結合されることによって可能となる。
【０００３】
特許文献１には特定の方法が記載されているわけではないが、一般に、ガラスへのデバイスのはんだ付けのプロセスステップは、手動はんだごてと線はんだを用いて手作業で実施されていた。
【０００４】
特許文献２では、導電性構造を備える、特に電気加熱可能なコーティングを備える、少なくとも１つのディスクを備えるプレート部材について、この層の電気接触をたとえばはんだ付け接合によって行うことが意図されており、はんだ付けの出力は、硬いディスクを貫いてはんだ付け個所へも及ぼされる。
【０００５】
しかし特許文献２は、導電性層へのデバイスの取付を記載しているのではなく、加熱目的のために利用される導電性構造への電気接続部の取付を記載しているにすぎない。
【０００６】
特許文献３より、基板材料と結合されるべき部品をはんだ付けする方法を、レーザ光での部品の照射と結びつけることが公知となっている。基本的にこの方法は、ＩＣチップまたはコンデンサと金属材料との結合に関するものである。
【０００７】
基板材料が透明な基板を含むことができることは、特許文献３には開示されていない。さらに、はんだ付けは上方から基板材料に向けて行われる。
【０００８】
赤外光を用いたはんだ付けは特許文献４から公知となっており、導線やランドのような導電部材が半導体チップと結合される。
【０００９】
特許文献５より、透明な基板への発光手段のリフローはんだ付けが公知となっている。
【００１０】
特許文献６は、可視光および／または赤外光を用いた条導体へのプリント回路のはんだ付けを示している。特許文献６に記載の条導体を備える支持体は、熱放射に対して透過性が優れている。条導体の材料は記載されていない。はんだ付け可能な接触面の迅速な加熱、およびはんだ付け材料の流動を実現するために、特許文献６では、超音波源を追加的に設けることが意図される。
【００１１】
特許文献７は、柔軟な基板の接触部材を電子デバイスの接触金属被覆と熱により結合する方法を示しており、エネルギー注入はレーザ放射によって行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第０１／８２３７８号パンフレット
【特許文献２】ドイツ特許出願公開第１０２００４０１８１０９Ａ１号明細書
【特許文献３】欧州特許第０５８４３５６号明細書
【特許文献４】ドイツ特許出願公開第４３１２６４２号明細書
【特許文献５】ドイツ特許出願公開第１００１９８８８Ａ１号明細書
【特許文献６】ドイツ特許出願公開第２３４３２３５明細書
【特許文献７】ドイツ特許出願公開第１９５０４９６７Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、従来技術の欠点を克服し、特に、透明な基板の導電性コーティングと電気部材を簡単な仕方により結合することができる合理的な方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によるとこのことは、少なくとも１つの導電性層と電気デバイスを導電性結合する請求項１に記載の方法によって具体化され、導電性層は光の可視波長領域について実質的に透明な基板に塗布され、次の各ステップを含んでいる：
−電気デバイスまたは導電性層に、デバイスが導電性層と結合されるべき領域ではんだ付け材料が施され、好ましくは電磁放射を放出するエネルギー源、特に光源、好ましくはハロゲンランプまたはレーザ光源が配置され、
−エネルギー源から放出されるエネルギーがはんだ付け材料に供給され、それにより、はんだ付け材料が溶融して、電気デバイスと導電性層との間に取外し不能で物質接合的な導電性の結合が構成される。
【００１５】
本発明による方法は、透明な基板の上へのデバイスの、特に発光ダイオードの、自動化されていてもよい非常に迅速なはんだ付けを可能にすることを可能にする。迅速な、特に自動化されたはんだ付けにより、従来技術に比べて係数２．５のサイクル時間短縮と、操作者に依存しない作業とが実現される。さらに、デバイスと、透明な基板の上に配置された導電性構造との間で確実な導電性結合が成立する。さらに別の利点は、溶剤を含有する洗浄剤の使用が回避されるので、既存のガラス・ブラシ洗浄機を適用できることにある。さらに、柔軟な結合部をはんだ付けする可能性が生まれる。デバイスの結合は条導体の上で、たとえば酸化スズや銀を含む条導体の上で、直接構成することができる。
【００１６】
従来普通に用いられている特にガラスの透明な基板の上でのデバイスの接着に比べて、はんだ付けは数多くの利点を有している。たとえばはんだ付け材料は、接着剤よりも高い紫外線抵抗性を有している。このことは、特に屋外使用の場合に利点となる。さらに、はんだ付け材料は事実上１００％導電性の材料であるのに対し、接着剤の導電性はこれよりも低い。
【００１７】
本発明の第１の実施形態では、はんだ付け材料は、可視領域で実質的に透明な導電性コーティングに塗布される。導電性コーティングは、たとえば酸化スズを含むことができる。
【００１８】
これに代わる本発明の実施形態では、たとえばスクリーン印刷やステンシル印刷、あるいは画像転写によって、導電性層にまず結合個所が塗布されることが意図されていてよい。そして結合個所に、はんだ付け材料が塗布される。結合個所とデバイスの間ではんだ結合が構成される。結合個所は、たとえば導電性銀レジストや導電性銀レジストペーストのような、導電性のペーストまたはレジストでできているのが好ましい。導電性のペーストまたはレジストは、たとえばスクリーン印刷による塗布後に焼き付けられるのが好ましい。焼き付けによって同時に透明な基板に、特に透明なガラス基板に、初期応力が与えられる。それにより、以後の方法ステップのために高い機械的強度が実現される。
【００１９】
透明な基板は上面と下面を有しているのが好ましく、透明な導電性層は上面に塗布され、好ましくは光源であるエネルギー源のエネルギーは下面から透明な基板を貫いて、結合されるべき材料へと注入される。基板を貫いて下面からエネルギーを注入することにより、透明なコーティングと導電性結合されるべきデバイスの温度負荷が最低限に抑えられる。
【００２０】
透明な基板が熱を吸収する層を含んでおり、たとえばフッ素ドーピングされた酸化スズ層のような金属酸化物層を含んでいると、特別に好ましい。熱を吸収する層により、はんだ付け時間を劇的に短縮することができる。その場合、デバイスが取り付けられるべき個所で、透明な層が加熱されるという事実が活用されるからである。そうすれば熱注入が実質的に導電性の透明な層で行われるので、短いはんだ付け時間で、デバイスは最低限の負荷しか受けない。短いはんだ付け時間とは、たとえば６０秒よりも短い、特に３０秒よりも短い、好ましくは１０秒よりも短い、特別に好ましくは５秒よりも短い、特に１秒よりも短いはんだ付け時間を意味している。特に、導電性コーティングが熱を吸収する層として構成されていることによって、短いはんだ付け時間を実現するための、たとえば特許文献６に記載されているような超音波装置の追加の使用を省略することができる。
【００２１】
特に熱吸収性であってもよい導電性層が金属酸化物を含んでおり、好ましくはＩＴＯ（ＩｎＯｘ：Ｓｎ）、ＦＴＯ（ＳｎＯｘ：Ｆ）、またはＡＴＯ（ＳｎＯｘ：Ｓｂ）を含んでいると特別に好ましい。あるいはＺｎＯｘ：Ｇａ、ＺｎＯ：Ｆ、ＺｎＯｘ：Ｂ、ＺｎＯｘ：Ａｌ、またはＡｇ／ＴｉＯｘも考えられる。前掲の化合物においてｘはドーピング濃度と化学当量に依存して、１から２の範囲内にある。ＳｎＯ２：ＦないしＳｎＯ２：Ｓｂが特別に好ましい。透明な基板、特にガラス基板がＦＴＯ層（ＳｎＯｘ：Ｆ）を備えている場合、たとえば５００−１５００ｎｍの範囲内の波長と５０Ｗから１０００Ｗの範囲内の、特に１００Ｗから５００Ｗの消費電力をもつハロゲンランプを使用すると、３０秒よりも短い、特に１０秒よりも短い、好ましくは１０秒から０．１秒の範囲内の、特に１０秒から１秒の範囲内のはんだ付け時間を実現することができる。このような種類の層を適用すると、消費電力が比較的低くても、非常に短いはんだ付け時間を実現することが可能であり、たとえば特許文献６に記載の超音波エネルギーの照射のような追加の方策を要しない。比較的小さい消費電力と同時に短いはんだ付け時間により、特別に保全的な加工が可能となる。
【００２２】
塗布方法としては、透明な基板に対する導電性層について化学蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（ＣＶＤ）、物理蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（ＰＶＤ）、含浸コーティング、化学式または電気化学式のコーティングなどが考慮の対象となる。さらにはスプレー熱分解、スパッタ、ゾル・ゲル法なども可能である。スプレー熱分解による塗布は特別に低コストであり、コーティング材料としてフッ素ドーピングされた酸化スズ（ＳｎＯｘ：Ｆ）が用いられるのが好ましい。特別に高い光学特性が実現されるので好ましい塗布方法はスパッタである。
【００２３】
透明な基板はガラス基板であってもプラスチック基板であってもよい。基板材料としては、特に、透明ないし半透明であるものが考慮の対象となる。透明な基板とは、可視波長領域で＞８０％の透過性を有しているものを意味している。半透明の層ないしガラスとは、本件出願においては、可視波長領域で＞６０％の透過性をもつものを意味している。可視波長領域は特に４２０ｎｍから７００ｎｍの間である。ガラスとしては、特にフッ素ドーピングされた酸化スズ（ＳｎＯｘ：Ｆ）でコーティングされたソーダ石灰ガラスが考慮の対象となる。
【００２４】
自動化されたエネルギー供給は、たとえば電磁波を利用して行われ、たとえば光を利用して行われる。光の利用は光はんだ付け法とも呼ばれる。光はんだ付け法では、たとえば可視波長領域または赤外波長領域の光を有する光線が、水平方向に支承された基板を通るように下方から当てられ、この光線が、はんだペーストおよびはんだ付けされるべきデバイスを備える層にも当たる。特に光はんだ付けの場合、０．５から２μｍの波長をもつ短波の赤外光が集束されて、はんだ付け個所に当てられる。この集束は、半楕円形のミラーの焦点に光源が配置され、それにより、光源から発せられるすべての光線が楕円の第２の焦点に集束することによって行われるのが好ましい。はんだ付け個所の上面では、エネルギーが吸収によって熱に変換される。放射エネルギーは、光源の出力、放射時間、および集束の形式を通じて変えることができ、すなわち、時間、ランプ電流、および焦点位置という各パラメータによってエネルギー注入を非常に厳密に調整し、制御することができる。頂点の直径は光学系に応じて数ミリの範囲内であり、好ましくは０．１ｍｍから１００ｍｍの間である。光源としては、たとえばハロゲンランプの光を使用することができる。光の波長は５００ｎｍから１５００ｎｍの間であり、ハロゲンランプの消費電力は５０Ｗから１０００Ｗ、好ましくは１００Ｗから５００Ｗ、特に２５０Ｗである。
【００２５】
ハロゲン光源以外の特殊な光源の１つは、たとえば＞７００ｎｍの波長をもつ赤外放射を放出するレーザ光源である。
【００２６】
少なくとも１つの条導体と、または導電性層と、電気デバイスを導電性結合する方法が特別に好ましく、条導体または導電性層は光の可視波長領域で実質的に透明な基板に塗布され、
透明な基板は熱を吸収する層を含んでおり、導電性層は同時に熱を吸収する層であり、
次の各ステップを含んでおり、すなわち、
電気デバイスまたは条導体または導電性層に、デバイスが導電性層または条導体と結合されるべき領域ではんだ材料が施され、
電磁放射を放出するエネルギー源から出されるエネルギーがはんだ材料へ自動式に供給され、それにより、供給されたエネルギーが熱を吸収する条導体または導電性層へ、デバイスが取り付けられるべき個所で実質的に注入され、その結果、
はんだ材料が溶融して、取外し可能でない物質接合式の導電性結合が電気デバイスと条導体または導電性層との間で、デバイスの最低限の負荷のもとで短いはんだ付け時間で構成される。
【００２７】
特に限定をすることなく、はんだ付け時間は３０秒よりも短く、特に１０秒よりも短く、好ましくは０．１秒から１０秒の範囲内であり、好ましくは１秒から１０秒の範囲内である。
【００２８】
エネルギー源の、特に光源の、放出される電磁放射の波長は５００ｎｍから１５００ｎｍの範囲内である。
【００２９】
エネルギー源は、たとえば５０Ｗから１０００Ｗの間の、特に１００Ｗから５００Ｗの間の消費電力を有するハロゲンランプであってよい。
【００３０】
電磁放射は焦点に集束されるのが好ましく、焦点は０．１ｍｍから１００ｍｍの範囲内の、好ましくは１ｍｍから１０ｍｍの範囲内の直径を有している。
【００３１】
本方法の１つの実施形態では、透明な基板は上面と下面を有しており、透明な導電性層が上面に塗布され、エネルギー源のエネルギーは下面から透明な層を貫いてはんだ材料に注入される。
【００３２】
導電性層は、次の金属酸化物のうちの１つまたは複数から選択された金属酸化物を含んでいるのが好ましい：
−ＩｎＯｘ：Ｓｎ
−ＳｎＯｘ：Ｆ
−ＳｎＯｘ：Ｓｂ
−ＺｎＯｘ：Ｇａ
−ＺｎＯｘ：Ｂ
−ＺｎＯｘ：Ｆ
−ＺｎＯｘ：Ａｌ
−Ａｇ／ＴｉＯｘ
ここでｘは、ドーピング濃度に依存して１から２の範囲内にある。
【００３３】
このような種類の導電性層は、たとえば次の方法のうちの１つで透明な基板に塗布することができる：
−ＣＶＤ
−ＰＶＤ
−スプレー熱分解
−スパッタ
−ゾル・ゲル法
【００３４】
透明な基板は、ガラス基板またはプラスチック基板、特に硬化された、および／または初期応力をかけられたガラス基板であるのが好ましい。
【００３５】
はんだ材料は、次の材料のうちの１つの基礎とするはんだであるのが好ましい：
−スズ・鉛
−スズ
−鉛
−金
−インジウム
−アルミニウム
【００３６】
はんだ材料は、第１の実施形態では透明な基板の導電性層に塗布され、それにより、はんだ材料は透明な基板の上でデバイスと導電性層の間に導電性結合を構成する。
【００３７】
赤外光を用いたはんだ付けに代えて、誘導式のはんだ付けを意図することも可能であろう。誘導式のはんだ付けでは、電磁誘導効果が熱生成のために利用される。誘導式のはんだ付けでは、インダクタは巧妙な成形によってはんだ付け個所だけを的確に加熱することができる。変化する電界は変化する磁界を担っており、ひいてはこの磁界が電気的な渦場によって、はんだ付けに必要な熱をデバイスで生成する。
【００３８】
適用することができるその他のはんだ付け方法は、レーザはんだ付け法および超音波はんだ付け法である。
【００３９】
はんだ付け法のためのはんだ材料としては、さまざまに異なる材料が考慮の対象となる。考えられる材料は、スズ・鉛、スズ、鉛、金、インジウム、またはアルミニウムを基礎とする材料であってよい。約９０重量％の割合のスズ合金と、１０重量％の割合のフラックスとを有するはんだ材料が特別に好ましい。鉛フリーはんだ材料が特に好ましい。
【００４０】
次に、図面を参照しながら本発明につい説明をするが、これに限定をするものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】透明な基板の上の透明な導電性コーティングおよびその上に配置されたデバイス、特に発光ダイオードを備えるデバイス構造を、光を利用していわゆる光はんだ付けで製作するための典型的な方法手順である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１ａから図１ｄには、透明な導電性層と、その上に配置されたデバイス、特に発光ダイオードないしＬＥＤモジュールとを備える透明な基板を含むデバイス構造を製作するための方法手順が示されている。
【００４３】
このデバイス構造の製作では、図示した実施形態ではたとえばゾル・ゲル法で、基板１が透明な導電性層で全面的にコーティングされる（図１ａ）。この層は、たとえばＩＴＯ層のような導電性の透明な層であるだけでなく、熱を吸収する透明な層でもあるのが好ましい。このような熱を吸収する透明な層は、酸化スズ層であり、たとえばＦＴＯ（ＳｎＯｘ：Ｆ）やＡＴＯ（ＳｎＯｘ：Ｓｂ）である。あるいはＺｎＯｘ：Ｇａ；ＺｎＯｘ：Ｂ，ＺｎＯｘ：Ａｌ，Ａｇ／ＴｉＯｘなども考えられ、ここでｘはドーピング濃度と化学当量に依存して１から２の間の範囲内にある。
【００４４】
次いで図１ｂに示すように、たとえばコーティングを局所的に加熱してこれを蒸発させるレーザによって、構造化が行われる。
【００４５】
レーザによって構造化される透明な基板は、適用されるレーザのレーザ波長の領域で高い吸収性を有している導電性層を含んでおり、その波長で透過性である透明な基板であるのが好ましい。このような種類のシステムでは、ガラス層はわずかな損傷しか有さない。特に、このような種類のシステムでの亀裂形成はほぼ回避することができる。
【００４６】
基板の個々の領域の分離線は、図１ｂでは符号１１．１−１１．３で表されている。図１ｂの構造化に続いて、領域１３．１−１３．４にデバイス１０８（領域１３．１，１３．２にのみ図示）が配置される（図１ｃ−１ｄ）。このデバイスは表面実装デバイス、いわゆるＳＭＤデバイス、たとえばＬＥＤチップである。デバイスは本例では自動式のはんだ付け法によって、特に赤外放射を用いた光はんだ付けによって、導電性で透明な基板へ直接装着され（図１ｃ）、もしくは接続パッド９を介して装着される（図１ｄ）。
【００４７】
導電性コーティングが構造化されて通電の役目を果たす、導電性コーティングを備える基板に代えて、透明な基板は、たとえばガラス基板は、たとえば薄い帯状銀である帯状金属を導電性コーティングとして備えていてもよい。条導体として構成された帯状銀は、離れて立って見る者が気づかないほど細く（たとえば幅はわずか数μｍ）かつ間隔をおいて構成される。
【００４８】
次に、デバイスの装着について説明する。
まず、図１ｃに示すようなデバイスの直接的な装着について説明する。
好ましく適用される方法は、光を用いた個別点はんだ付けであり、これは、デバイスが少数のはんだ付け個所によって基板に装着されるべき場合には、適用されるのが常に好ましい。光はんだ付けではハロゲンランプ（波長：５００−１５００ｎｍ、消費電力：２５０Ｗ）の光が収束ミラーと光学系によって、はんだ付け個所へ集束される。熱放射の吸収により、はんだ付け個所で所要の温度が生じる。
【００４９】
基板は、熱を吸収すると同時に導電性の層であり、特に酸化スズ層、たとえばＦＴＯ（ＳｎＯｘ：Ｆ）やＡｔＯ（ＳｎＯｘ：Ｓｂ）であると特別に好ましい。このような種類の層は吸収により、はんだ付け時間が３０秒よりも短く、特に１０秒よりも短く、特に１から１０秒の範囲内である程度に、多くの熱放射を吸収する。出力２５０Ｗのハロゲンランプ（波長：５００−１５００ｎｍ）およびＳｎＯ２：Ｆでコーティングされたガラス基板については、通常下方から透過照明されるガラス基板の厚みに依存して、次のようなはんだ付け時間が得られる：
基板の厚み はんだ付け時間
４ｍｍ ６．５秒
６ｍｍ ７．５秒
【００５０】
はんだ材料は、たとえばはんだパッド４の形態のはんだペーストとして、光はんだ付けプロセスの前に、基板ないし基板に塗布された導電性層とデバイスが結合されるべき個所でガラス基板に塗布される。
【００５１】
はんだペーストは、はんだ金属粉末とフラックスとのペースト状の混合物であり、主として表面実装デバイス（ＳＭＤ）をはんだ付けするのに用いられる。ＳＭＤはんだ付けに適したはんだペーストは、たとえば約９０％のスズ合金の粒子と、約１０％のフラックスとで成り立っている。鉛フリーはんだペースト（ＲｏＨＳ）は、たとえば９６．５％のＳｎ、３．０％のＡｇ、０．５％のＣｕでできている。はんだペーストは、基板の導電性層へ直接（図１ｃ）、または接続パッドへ（図１ｄ）、ディスペンサによって塗布することができる。
【００５２】
光によって、特に赤外光によって、たとえばハロゲンランプの光によって、はんだパッド４に注入されるエネルギー量は、はんだペーストに含まれるはんだボールの溶融につながり、次いで、これがはんだペーストの粒子の溶融によって、導電性層とデバイスないしコンポーネントとの間の相互の電気的および機械的な結合を提供し、およびデバイス接触部ないしガラス基板の導電性層（図１ｃ）との結合を提供する。図１ｃでは、導電性コーティングは４つの領域に構造化されている。領域１３．１でのみ、はんだペースト４の溶融によって導電性コーティングと直接結合されるＳＭＤデバイス１０８が図示されている。
【００５３】
はんだペーストのフラックスは、表面張力を引き下げ、酸化を防止し、場合により存在する残留酸化物を還元することによって、溶融プロセスを容易にする。これは後に蒸発し、導電性に優れたはんだ結合をデバイスとはんだペーストの間に残す。
以上に説明した個別はんだ付け法の利点は、次のようにまとめることができる：
−無接触式で正確な熱転移
−比較的少ない投資で低い操業コスト。
【００５４】
上に述べた光はんだ付けは、接続パッド９（図１ｄ参照）がガラス基板へ事前に塗布される場合にも適用することができる。
【００５５】
接続パッド９は、スクリーン印刷またはステンシル印刷によって導電性基板に塗布され、引き続いて焼き付けられる導電性のペーストまたはレジスト、たとえば導電性銀レジストや銀ペーストを含んでいる。焼き付けによって同時に、特に透明なガラス基板である透明な基板１の初期応力を生じさせることができる。それにより、個々の方法ステップでの高い機械的強度が実現される。
【００５６】
接続ペーストを用いた方法では、接続パッドの塗布に続いて、異なる領域１３．１−１３．４に標準法により発光ダイオードなどのＳＭＤデバイス１０８が実装される。実装の前に、はんだペーストが接続パッドに塗布される。
【００５７】
次いで、ガラス基板にデバイスが実装される。それから先ほど説明したように、光はんだ付けによってはんだ付けプロセスが行われる。たとえばハロゲンランプを用いた光はんだ付けでは、はんだ付けプロセスが行われるべき個所に、ハロゲンランプの光が集束される。光源から発せられる赤外放射がはんだ材料を加熱する。はんだ材料は溶融し、一方のデバイスの結合部ならびに接続パッドを湿潤する。次いでエネルギー注入が終了し、はんだ材料が硬化し、それにより、電気デバイスと導電性層との間で物質接合式の導電性結合が構成される。
【００５８】
はんだ材料としては、上に述べた材料が考慮の対象となる。別案の材料は、次のものを基礎とするはんだ材料である：
スズ・鉛
スズ
鉛
金
インジウム
アルミニウム。
【００５９】
特に発光ダイオードであるデバイスが、本発明によるはんだ付けプロセスによって、透明な基板に塗布された条導体と導電性結合された後、透明な基板はデバイスとともに引き続き処理され、たとえばさらに別の層を施される。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図１ｄ】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの条導体または導電性層と電気デバイスを導電性結合する方法において、前記条導体または前記導電性層は光の可視波長領域で実質的に透明の基板に塗布され、
前記透明な基板は熱を吸収する層を含んでおり、
前記導電性層は同時に熱を吸収する層であり、
次の各ステップを含んでおり、すなわち、
前記電気デバイスまたは前記条導体または前記導電性層に前記デバイスが前記導電性層または前記条導体と結合されるべき領域ではんだ材料が施され、
前記はんだ材料に電磁放射を放出するエネルギー源から放出されるエネルギーが自動式に供給され、それにより、
供給されたエネルギーが実質的に熱を吸収する前記条導体または前記導電性層へ前記デバイスが取り付けられるべき個所で注入され、その結果、
前記はんだ材料が溶融し、取外し可能でない物質接合式の導電性結合が前記電気デバイスと前記条導体または前記導電性層との間に短いはんだ付け時間で構成される方法。
【請求項２】
はんだ付け時間は３０秒よりも短く、特に１０秒よりも短く、好ましくは０．１秒から１０秒の範囲内であり、好ましくは１秒から１０秒の範囲内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】
特に光源である前記エネルギー源の放出される電磁放射の波長は５００ｎｍから１５００ｎｍの範囲内であることを特徴とする、請求項１から２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４】
前記エネルギー源は消費電力が５０Ｗから１０００Ｗの間の、特に１００Ｗから５００Ｗの間のハロゲンランプであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記エネルギー源はレーザ光源であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記電磁放射は焦点に集束され、前記焦点は０．１ｍｍから１００ｍｍ、好ましくは１ｍｍから１０ｍｍの範囲内の直径を有していることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記透明な基板は上面と下面を有しており、透明な導電性層は上面に塗布され、前記エネルギー源のエネルギーは下面から前記透明な基板を貫いてはんだ材料へ注入されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記導電性層は次の金属酸化物すなわち
−ＩｎＯｘ：Ｓｎ
−ＳｎＯｘ：Ｆ
−ＳｎＯｘ：Ｓｂ
−ＺｎＯｘ：Ｇａ
−ＺｎＯｘ：Ｂ
−ＺｎＯｘ：Ｆ
−ＺｎＯｘ：Ａｌ
−Ａｇ／ＴｉＯｘ
のうちの１つまたは複数から選択された金属酸化物を含んでおり、ここでｘはドーピング濃度に依存して１から２の範囲内にあることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記導電性層は次の方法すなわち
−ＣＶＤ
−ＰＶＤ
−スプレー熱分解
−スパッタ
−ゾル・ゲル法
のうちの１つで前記透明な基板に塗布されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記透明な基板はガラス基板またはプラスチック基板であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記透明な基板はガラス基板であり、該ガラス基板は硬化されており、および／または初期応力をかけられていることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
はんだ結合は次の方法すなわち
光はんだ付け法
誘導式のはんだ付け法
のうちのいずれか１つにより製作されることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記はんだ材料は次の材料すなわち
−スズ・鉛
−スズ
−鉛
−金
−インジウム
−アルミニウム
のうちの１つを基礎とするはんだであることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記はんだ材料は前記透明な基板の前記導電性層に塗布され、
前記はんだ材料は前記デバイスと前記透明な基板の前記導電性層との間に導電性結合を構成することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記導電性層または前記条導体に接続個所が塗布され、はんだ材料は前記デバイスと前記接続個所との間で導電性結合を構成することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つの条導体または導電性層と電気デバイスを導電性結合する方法において、前記条導体または前記導電性層は光の可視波長領域で実質的に透明の基板に塗布され、
次の各ステップを含んでおり、すなわち、
前記電気デバイスまたは前記条導体または前記導電性層に前記デバイスが前記導電性層または前記条導体と結合されるべき領域ではんだ材料が施され、
前記はんだ材料にエネルギー源から放出されるエネルギーが自動式に供給され、それにより、
前記はんだ材料が溶融し、取外し可能でない物質接合式の導電性結合が前記電気デバイスと前記条導体または前記導電性層との間に構成される方法。
【請求項１７】
前記はんだ材料は前記デバイスと前記透明な基板との間で導電性結合を直接構成することを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記導電性層または前記条導体に接続個所が塗布され、前記はんだ材料は前記デバイスと前記接続個所との間で導電性結合を構成することを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記透明な基板は上面と下面を有しており、透明な導電性層は上面に塗布され、前記エネルギー源のエネルギーは下面から前記透明な基板を貫いてはんだ材料へ注入されることを特徴とする、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記透明な基板は熱を吸収する層を含んでいることを特徴とする、請求項１６から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記導電性層は同時に熱を吸収する層であることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記導電性層は次の金属酸化物すなわち
−ＩｎＯｘ：Ｓｎ
−ＳｎＯｘ：Ｆ
−ＳｎＯｘ：Ｓｂ
−ＺｎＯｘ：Ｇａ
−ＺｎＯｘ：Ｂ
−ＺｎＯｘ：Ｆ
−ＺｎＯｘ：Ａｌ
−Ａｇ／ＴｉＯｘ
のうちの１つまたは複数から選択された金属酸化物を含んでおり、ここでｘはドーピング濃度に依存して１から２の範囲内にあることを特徴とする、請求項１６から２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記導電性層は次の方法すなわち
−ＣＶＤ
−ＰＶＤ
−スプレー熱分解
−スパッタ
−ゾル・ゲル法
のうちの１つで前記透明な基板に塗布されることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記透明な基板はガラス基板またはプラスチック基板であることを特徴とする、請求項１６から２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記透明な基板はガラス基板であり、該ガラス基板は硬化されており、および／または初期応力をかけられていることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
はんだ結合は次の方法すなわち
−光はんだ付け法
−誘導式のはんだ付け法
のうちのいずれか１つにより製作されることを特徴とする、請求項１６から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記エネルギー源は電磁放射を放出するエネルギー源であることを特徴とする、請求項１６から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記エネルギー源は光源であり、特にハロゲンランプであることを特徴とする、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記はんだ材料は次の材料すなわち
−スズ・鉛
−スズ
−鉛
−金
−インジウム
−アルミニウム
のうちの１つを基礎とするはんだであることを特徴とする、請求項１６から２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記はんだ材料には短い時間で、好ましくは３０秒よりも短く、特に１０秒よりも短く、好ましくは１秒から１０秒の範囲内でエネルギーが供給されることを特徴とする、請求項１６から２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
供給されるのは光エネルギーであり、前記光エネルギーの波長は５００ｎｍから１５００ｎｍの範囲内であることを特徴とする、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
供給される光エネルギーはハロゲンランプから提供され、前記ハロゲンランプは１００Ｗから５００Ｗの消費電力を有していることを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記光エネルギーは焦点に集束され、前記焦点は０．１ｍｍから１００ｍｍ、好ましくは１ｍｍから１０ｍｍの範囲内の直径を有していることを特徴とする、請求項３１から３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１】
少なくとも１つの条導体または導電性層と電気デバイスを導電性結合する方法において、前記条導体または前記導電性層は光の可視波長領域で実質的に透明の基板に塗布され、
前記透明な基板は熱を吸収する層を含んでおり、
前記導電性層は同時に熱を吸収する層であり、
次の各ステップを含んでおり、すなわち、
前記電気デバイスまたは前記条導体または前記導電性層に前記デバイスが前記導電性層または前記条導体と結合されるべき領域ではんだ材料が施され、
前記はんだ材料に電磁放射を放出するエネルギー源から放出されるエネルギーが自動式に供給され、それにより、
供給されたエネルギーが実質的に熱を吸収する前記条導体または前記導電性層へ前記デバイスが取り付けられるべき個所で注入され、その結果、
前記はんだ材料が溶融し、取外し可能でない物質接合式の導電性結合が前記電気デバイスと前記条導体または前記導電性層との間に短いはんだ付け時間で構成される方法。
【請求項２】
はんだ付け時間は３０秒よりも短く、特に１０秒よりも短く、好ましくは０．１秒から１０秒の範囲内であり、好ましくは１秒から１０秒の範囲内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】
特に光源である前記エネルギー源の放出される電磁放射の波長は５００ｎｍから１５００ｎｍの範囲内であることを特徴とする、請求項１から２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４】
前記エネルギー源は消費電力が５０Ｗから１０００Ｗの間の、特に１００Ｗから５００Ｗの間のハロゲンランプであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記エネルギー源はレーザ光源であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記電磁放射は焦点に集束され、前記焦点は０．１ｍｍから１００ｍｍ、好ましくは１ｍｍから１０ｍｍの範囲内の直径を有していることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記透明な基板は上面と下面を有しており、透明な導電性層は上面に塗布され、前記エネルギー源のエネルギーは下面から前記透明な基板を貫いてはんだ材料へ注入されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記導電性層は次の金属酸化物すなわち
−ＩｎＯｘ：Ｓｎ
−ＳｎＯｘ：Ｆ
−ＳｎＯｘ：Ｓｂ
−ＺｎＯｘ：Ｇａ
−ＺｎＯｘ：Ｂ
−ＺｎＯｘ：Ｆ
−ＺｎＯｘ：Ａｌ
−Ａｇ／ＴｉＯｘ
のうちの１つまたは複数から選択された金属酸化物を含んでおり、ここでｘはドーピング濃度に依存して１から２の範囲内にあることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記導電性層は次の方法すなわち
−ＣＶＤ
−ＰＶＤ
−スプレー熱分解
−スパッタ
−ゾル・ゲル法
のうちの１つで前記透明な基板に塗布されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記透明な基板はガラス基板またはプラスチック基板であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記透明な基板はガラス基板であり、該ガラス基板は硬化されており、および／または初期応力をかけられていることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
はんだ結合は次の方法すなわち
光はんだ付け法
誘導式のはんだ付け法
のうちのいずれか１つにより製作されることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記はんだ材料は次の材料すなわち
−スズ・鉛
−スズ
−鉛
−金
−インジウム
−アルミニウム
のうちの１つを基礎とするはんだであることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記はんだ材料は前記透明な基板の前記導電性層に塗布され、
前記はんだ材料は前記デバイスと前記透明な基板の前記導電性層との間に導電性結合を構成することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記導電性層または前記条導体に接続個所が塗布され、はんだ材料は前記デバイスと前記接続個所との間で導電性結合を構成することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つの条導体または導電性層と電気デバイスを導電性結合する方法において、前記条導体または前記導電性層は光の可視波長領域で実質的に透明の基板に塗布され、
次の各ステップを含んでおり、すなわち、
前記電気デバイスまたは前記条導体または前記導電性層に前記デバイスが前記導電性層または前記条導体と結合されるべき領域ではんだ材料が施され、
前記はんだ材料にエネルギー源から放出されるエネルギーが自動式に供給され、それにより、
前記はんだ材料が溶融し、取外し可能でない物質接合式の導電性結合が前記電気デバイスと前記条導体または前記導電性層との間に構成される方法。
【請求項１７】
前記はんだ材料は前記デバイスと前記透明な基板との間で導電性結合を直接構成することを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記導電性層または前記条導体に接続個所が塗布され、前記はんだ材料は前記デバイスと前記接続個所との間で導電性結合を構成することを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記透明な基板は上面と下面を有しており、透明な導電性層は上面に塗布され、前記エネルギー源のエネルギーは下面から前記透明な基板を貫いてはんだ材料へ注入されることを特徴とする、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記透明な基板は熱を吸収する層を含んでいることを特徴とする、請求項１６から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記導電性層は同時に熱を吸収する層であることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記導電性層は次の金属酸化物すなわち
−ＩｎＯｘ：Ｓｎ
−ＳｎＯｘ：Ｆ
−ＳｎＯｘ：Ｓｂ
−ＺｎＯｘ：Ｇａ
−ＺｎＯｘ：Ｂ
−ＺｎＯｘ：Ｆ
−ＺｎＯｘ：Ａｌ
−Ａｇ／ＴｉＯｘ
のうちの１つまたは複数から選択された金属酸化物を含んでおり、ここでｘはドーピング濃度に依存して１から２の範囲内にあることを特徴とする、請求項１６から２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記導電性層は次の方法すなわち
−ＣＶＤ
−ＰＶＤ
−スプレー熱分解
−スパッタ
−ゾル・ゲル法
のうちの１つで前記透明な基板に塗布されることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記透明な基板はガラス基板またはプラスチック基板であることを特徴とする、請求項１６から２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記透明な基板はガラス基板であり、該ガラス基板は硬化されており、および／または初期応力をかけられていることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
はんだ結合は次の方法すなわち
−光はんだ付け法
−誘導式のはんだ付け法
のうちのいずれか１つにより製作されることを特徴とする、請求項１６から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記エネルギー源は電磁放射を放出するエネルギー源であることを特徴とする、請求項１６から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記エネルギー源は光源であり、特にハロゲンランプであることを特徴とする、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記はんだ材料は次の材料すなわち
−スズ・鉛
−スズ
−鉛
−金
−インジウム
−アルミニウム
のうちの１つを基礎とするはんだであることを特徴とする、請求項１６から２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記はんだ材料には短い時間で、好ましくは３０秒よりも短く、特に１０秒よりも短く、好ましくは１秒から１０秒の範囲内でエネルギーが供給されることを特徴とする、請求項１６から２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
供給されるのは光エネルギーであり、前記光エネルギーの波長は５００ｎｍから１５００ｎｍの範囲内であることを特徴とする、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
供給される光エネルギーはハロゲンランプから提供され、前記ハロゲンランプは１００Ｗから５００Ｗの消費電力を有していることを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記光エネルギーは焦点に集束され、前記焦点は０．１ｍｍから１００ｍｍ、好ましくは１ｍｍから１０ｍｍの範囲内の直径を有していることを特徴とする、請求項３１から３２のいずれか一項に記載の方法。
【公表番号】特表２０１２−５２４３８９（Ｐ２０１２−５２４３８９Ａ）
【公表日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０５０７０（Ｐ２０１２−５０５０７０）
【出願日】平成２２年３月２７日（２０１０．３．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００１９６１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１８８２１
【国際公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【出願人】（５０４２９９７８２）ショット アクチエンゲゼルシャフト (346)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｔｔｅｎｂｅｒｇｓｔｒ．１０，Ｄ−５５１２２ Ｍａｉｎｚ，Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２７日（２０１０．３．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００１９６１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１８８２１
【国際公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【出願人】（５０４２９９７８２）ショット アクチエンゲゼルシャフト (346)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｃｈｏｔｔ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｔｔｅｎｂｅｒｇｓｔｒ．１０，Ｄ−５５１２２ Ｍａｉｎｚ，Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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