Die Erfindung betrifft ein Montageverfahren zur Herstellung von LED-Zeilen, insbesondere für den Zeichengenerator eines nichtmechanischen Druckers.

Unter LED-Zeilen versteht man üblicherweise die Anordnung von LEDs, das heißt von lichtemittierenden Dioden, in Zeilenform. Ursprünglich hat man diskrete Einzelkomponenten zu Zeilen mon¬ tiert. Damit konnte man nur ein grobes Raster von zum Beispiel 1/10, 1/20 Zoll aus fertig gekapselten LEDs realisieren. Später wurden einzeln ungekapselte LED-Chips zu Zeilen mon¬ tiert, mit denen man dann wesentlich feinere Raster verwirk- liehen konnte. Heute ist es durch Integration auf der Halblei¬ terscheibe möglich, LEDs mit extrem hoher Punktdichte anzu¬ ordnen, zum Beispiel 300 oder 600 dpi (dots per inch).

Wegen Beschränkung in der Halbleiterscheibengröße und aus Aus- beutegründen ist es nur möglich, kleinere Streifenabschnitte derartig integrierter LED-Zeilen herzustellen. Um nun lange LED-Zeilen, zum Beispiel für Druckzwecke, herzustellen, müssen mehrere derartige Abschnitte sehr genau zueinander passend montiert werden.

Üblicherweise werden LEDs zu Anzeigezwecken benutzt. Bei¬ spielsweise aus der DE-A- 35 34 338 ist es aber auch schon bekannt, LEDs zu Druckzwecken bei einem Zeichengenerator für einen nichtmechanischen Drucker zu verwenden. Der dort be- schriebene Zeichengenerator enthält in einer Belichtungszeile eine Vielzahl von Lichtquellen, die beispielsweise als Leucht¬ dioden ausgebildet sind. Unter Verwendung der Lichtquellen wird auf einer Umdrucktrommel ein latentes elektrostatisches Bild erzeugt. Bei dem bekannten Zeichengenerator sind alle die Belichtuπgszeile bildenden Bauteile, wie die Leuchtdioden, Ansteuerschaltungen und Zuleitungen auf einem gemeinsamen Träger fest montiert, wobei die Befestigung der Leuchtdioden und Aπsteuerschaltungen durch Kleben vorgenommen wird. Der

Träger hat dabei eine Länge,, die mindestens so-groß .ist _j wie die Breite der ganzen Belichtungszeile. .

Bei Zeichengeneratoren erfordert die Nutzung der LEDs als bildgebende Elemente bei der hohen Punktdichte von bis zu 600 dpi die Einhaltung engster Toleranzen in allen drei Richtungen, also hinsichtlich Teilungsabstand, Linientreue und Oberflächenplanität. Zum anderen wird zur Abfuhr der hohen Verlustwärme aus den LEDs eine optimale, thermische Ankopplung an einen aus Metall bestehenden Träger benötigt. Diese Forde¬ rungen sind aber mit den bisher bekannten Herstellungsver¬ fahren nicht oder nicht ohne weiteres zu erfüllen. So ermög¬ licht das Aufkleben von LED-Chips auf einen Träger zwar durch eine vorhergehende Justierung die geforderte Einhaltung engster Toleranzen in allen drei Richtungen, wobei hier jedoch der Klebstoff die zur Ableitung der Verlustwärme erforderliche optimale thermische Ankopplung verhindert. Andererseits er¬ möglicht ein Auflöten der LED-Chips auf einen Metallträger eine optimale thermische Ankopplung, wobei hier jedoch beim Auflöten eines LED-Chips das Erweichen oder Wiederaufschmelzen der Lötverbindung des benachbarten LED-Chips zwangsläufig zu dessen De ustierung führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Montageverfahren zur Herstellung von LED-Zeilen zu schaffen, das einerseits die Einhaltung engster Toleranzen im Hinblick auf Teilungsabstand, Linientreue und Oberflächenplanität ermöglicht und anderer¬ seits durch eine optimale thermische Ankopplung an einen Metallträger eine Abfuhr der hohen Verlustwärme aus den LEDs gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Montageverfahren durch die im Anspruch 1 aufgeführten Verfahrensschritte gelöst.

Mit anderen Worten werden bei dem erfindungsgemäßen Montage- verfahren die LEDs über ein Transferverfahren auf den Metall- träger aufgebracht. Dieses Transferverfahren ermöglicht einer¬ seits, daß die LEDs mit hoher Genauigkeit in allen drei

Richtungen zellenförmig auf den Hilfsträger aufgebracht werden können und daß andererseits durch das Löten eine thermisch gut leitende Verbindung mit dem Metallträger gewährleistet ist. Dabei ist es möglich, auch relativ große ^' Unterschiede in der Dicke der LEDs auszugleichen, ohne daß sich diese Dickenunter¬ schiede auf der Zeilenoberfläche als Stufen bemerkbar machen.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfin¬ dung sind in den Unteransprücheπ enthalten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar¬ gestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen: Figur 1 einen im Querschnitt dargestellten, prinzipiellen Teil¬ aufbau eines elektrofotografischen Druckers zum Erzeugen eines latenten, elektrostatischen Bildes,

Figur 2 die Draufsicht auf einen Belichtungsmodul mit LED-Zeile des Druckers gemäß Figur 1,

Figur 3 das Aufbringen von LED-Chips in der für den Belich¬ tungsmodul gemäß Figur 2 erforderlichen Zeilenform auf einen Hilfsträger,

Figur 4 den Fügebereich zweier auf dem Hilfsträger gemäß Figur 3 angeordneter LED-Chips,

Figur 5 den Fügebereich zweier auf einer zweiten Ausführungs- form des Hilfsträgers angeordneter LED-Chips,

Figur 6 den Transfer der auf dem Hilfsträger in Zeilenform an¬ geordneten LED-Chips auf einen Metallträger und

Figur 7 die fertige Anordnung der für den Belichtungsmodul gemäß Figur 2 benötigten LED-Zeile auf dem Metallträger.

Die Figur 1 zeigt, wie ein Zeichengenerator 1 und eine Umdruck-

tro mel 2 in einem Druckergehäuse 3 eines Druckers" eingebaut sind. Die Umdrucktrommel 2 ist dazu, auf einer im Drucker,gBhäuse . 3 rotierbar gelagerten Spindel .20 axial festgelegt. Unterhalb der drehbar gelagerten Umdrucktrommel 2 ist der .Zeichengene- ^• rator 1 in dem Druckergehäuse 3 befestigt. Der Zeichenganera- tor 1 ist dazu an seinen beiden Enden auf justierbaren Be¬ festigungselementen 30, 31 fest montiert.

Eine Abbildungsoptik 10 des Zeichengenerators 1 reproduziert Bildpunkte von im folgenden mit LEDs bezeichneten licht¬ emittierenden Dioden auf die Umdrucktrommel 2. Angeordnet sind diese LEDs jeweils auf einem Belichtungsmodul 11, das mit dem Steg eines T-förmig ausgebildeten Modulträgers 13 formschlüssig verbunden ist. Auf dem Steg des Modulträgers 13 sind weiterhin Anschlagelemente 12 vorgesehen, die ein Verschieben der Be¬ lichtungsmodule 11 im Betriebszustand des Zeichengenerators 1 in horizontaler Richtung verhindern. Der Flansch des T-förmig ausgebildeten Modulträgers 13 weist zudem Laufrollen 130 auf, die jeweils paarweise an den beiden langen Stirnflächenseiten des Flansches diametral zueinander befestigt sind. Darüber hinaus gliedert sich die Grundfläche des Flansches in zwei Auf¬ lageflächen 131, 132 sowie einer von diesen beiden Auflage¬ flächen 131, 132 abgesetzten Stufenfläche 133 auf, auf der mehrere einen Kühlkörper 14 bildende Kühlrippen 140 befestigt, beispielsweise angelötet, sind.

Für den Betrieb des Druckers wird der Zeichengenerator dadurch, daß die Laufrollen 130 in Führungsschienen 32 des Druckerge¬ häuses 3 in horizontaler Richtung bewegbar sind, so weit in das Druckergehäuse 3 eingeschoben, bis der Zeichengenerator 1 in den Befestigungsebenen 300, 310 mit seinen Auflageflächen 131, 132 auf den Befestigungselementen 30, 31 aufliegt.

Um mit dem Zeichengenerator 1 latente, elektrostatische Bilder auf der Umdrucktrommel 2 zu erzeugen, und dadurch letztlich auf einem Aufzeichnungsträger beliebige Zeichen drucken zu können, sind auf den Belichtungsmodulen 11, wie die Figur 2 zeigt, in einer LED-Zeile bzw. Belichtungszeile 114 in einem regel-

mäßigen Abstand die LEDs 113 als LED-Chips 112 mit paarweise parallelen Seiten und je nach Druckraster mit 64 oder 128 ent¬ haltenen LEDs monolithisch integriert. Stellvertretend hierfür sind in Figur 2 Punkte als LEDs eingezeichnet. Die einzelnen LEDs in der Belichtungszeile 114 bzw. auf den LED-Chips 112 sind in zwei in einem äquidistanten Abstand verlaufenden Reihen jeweils versetzt angeordnet. Bestimmt wird dieser Versatz in Abhängigkeit vom Druckraster. Typische verwendete Druckraster sind z.B. 240 dpi (dots per inch), 300 dpi und 600 dpi. Das Versetzen der LEDs 113 ist unter anderem deshalb erforderlich, weil der Durchmesser der LEDs 113 für die genannten Druck¬ raster größer ist, als der daraus resultierende Versatz und deshalb die LEDs 113 nicht in einer einreihigen, durchgehen¬ den Belichtungszeile 114 angeordnet werden können. Im übrigen ist die Zahl 64 bzw. 128 für die Anzahl der LEDs 113 pro LED- Chip 112 auf den Modulen 11 des Zeichengenerators 1 nicht willkürlich gewählt, sondern orientiert sich an Gegebenheiten, die mit der digitalen Ansteuerung der LEDs 113 zusammenhängen. Für diese digitale Ansteuerung ist für jede LED-Reihe eines LED-Chips 112 auf dem Modul 11, wie in Figur 2 zu sehen ist, ein integrierter Schaltkreis 111 vorgesehen. Jeder dieser inte¬ grierten Schaltkreise 111 ist über ein Bussystem 110 sowohl mit einer flexiblen Flachbandleitung 4 als auch über nicht darge¬ stellte Treiberbausteine mit Daten und Steuerleitungen 60 ver- bunden und damit an eine ebenfalls nicht dargestellte Strom¬ versorgung bzw. eine mikroprozessorgesteuerte Einrichtung ange¬ schlossen. In dieser Einrichtung werden sämtliche Druckdaten von den LEDs 113 in der Belichtungszeile 114 gespeichert und aufbereitet.

Im Hinblick auf den vorstehend erwähnten Versatz zwischen den LEDs 113 der oberen Reihe und den LEDs 113 der unteren Reihe sind die LED-Chips 112 im Bereich ihrer Stoßflächen um Winkel ^ = 76° abgeschrägt, so wie es in Figur 2 zu erkennen ist. Entsprechend der Moduleinteilung wird der Rohling, aus dem die einzelnen Belichtungsmodule 11 gefertigt werden, unter dem Winkel <χ_ im Bereich der Belichtungszeile 114 besonders sorg¬ fältig durchgetrennt und danach noch mit höchster Toleranz-

genauigkeit mechanisch bearbeitet. Dieses ist deshalb erfor¬ derlich, damit die durch die mechanische Bearbeitung ent¬ stehenden Fügeflächen 116 die Homogenität der gesamten Be- ^* lichtungszeile 114 über alle Belichtungsmodule 11 des Zeichen- generators 1 beim Verspannen der Module 11 in horizontaler Richtung nicht nachteilig beeinflussen. Daß diese Fügeflächen 116 sich nicht nachteilig auf die Homogenität auswirken, ist andererseits erst durch einen genügend großen Fügespalt 115 zwischen den einzelnen Chips 112 auf jedem Modul 11 gegeben.

Das der Herstellung von LED-Zeilen 114 zugrundeliegende Pro¬ blem wird dadurch gelöst, daß zur optimalen thermischen An¬ kopplung die LEDs gelötet werden und daß zur Einhaltung der engen Toleranzen, insbesondere in der Höhenabweichung, die LEDs in einem Transferverfahren auf den Metallträger übertragen werden. Dazu werden die LEDs zunächst mit ihrer aktiven Seite nach unten unter Benutzung hochpräziser optischer Justier¬ mittel zu einer Zeile auf einen ebenen Hilfsträger geklebt. Sodann wird dieser Hilfsträger mit der LED-Zeile auf den zuvor streifenförmig definiert mit lotbeschichteten massiven Metall- träger so positioniert, daß die lötfähige Rückseite der LEDs zum Lot auf dem Metallträger weist. Der fixierte Verbund aus Metall- und Hilfsträger wird dann einer Wärmequelle, z.B. einer Vaporphase-Lötanlage, ausgesetzt. Dabei schmilzt das Lot auf dem Metallträger, benetzt die LED-Rückseiten und stellt die Ver¬ bindungen her. Der Hilfsträger wird nach dem Löten durch Auf¬ lösen des Klebers entfernt. Nach einem Reinigungsvorgang ist der nunmehr mit einer LED-Zeile versehene Metallträger bereit zur weiteren Verarbeitung.

Im einzelnen werden nachfolgend die wesentlichen Schritte der vorstehend geschilderten Verfahrensweise beim Aufbringen der LED-Chips 112 in Zeilenform auf den Metallträger M des in Figur 2 dargestellten Belichtungsmoduls 11 anhand der Figuren 3 bis 7 erläutert.

Gemäß Figur 3 wird ein starrer Hilfsträger Hl verwendet, der beispielsweise eine Stärke von 1 mm aufweist und aus durch-

sichtigem Glas besteht. An beiden Enden des streifenför igen Hilfsträgers Hl befinden sich Positionieröffnungen P, deren Funktion im Zusammenhang mit Figur 6 an späterer Stelle er¬ läutert wird. Auf die plane Oberfläche 0 des Hilfsträgers Hl werden die einzelnen LED-Chips nacheinander mit ihrer aktiven Seite positioniert und durch Kleben fixiert, d.h. die löt¬ fähigen Rückseiten R der LED-Chips 112 weisen nach oben. Das Aufbringen erfolgt in der Weise, daß zunächst ein erster LED- Chip 112 auf der Oberfläche 0 des Hilfsträgers Hl positioniert und dann mit Hilfe eines UV-härtbaren Klebers K fixiert wird, worauf der zweite LED-Chip 112 auf der Oberfläche 0 positioniert, relativ zum ersten LED-Chip 112 justiert und mit Hilfe des UV-härtbaren Klebers K fixiert wird. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis der letzte LED-Chip 112 auf dem Hilfs- träger H fixiert ist. Das Justieren der LED-Chips 112 erfolgt mit Hilfe einer optoelektronischen Justiervorrichtung J, die aus einer unterhalb des Hilfsträgers Hl angeordneten Kamera Ka und einer Bildverarbeitungseinrichtung BV besteht. Die Funktionsweise derartiger optoelektronischer Justiervor- richtungen J ist beispielsweise in der US-A- 4 305 097 be¬ schrieben. Das Fixieren der justierten LED-Chips 112 durch Kleben ist in Figur 3 beim vorletzten LED-Chip 112 der LED- Zeile 114 aufgezeigt. Der UV-härtbare Kleber K wird zu beiden Seiten eines zu fixierenden LED-Chips 112 in Tropfenform der- art appliziert, daß er durch Kapillarwirkung selbsttätig zwischen die aktive Seite A des LED-Chips 112 und die Ober¬ fläche 0 des Hilfsträgers Hl eingezogen wird und unmittel¬ bar danach mittels UV-Strahlung von unten her durch den Hilfs¬ träger Hl hindurch ausgehärtet werden kann.

Beim Justiervorgang erfaßt die Kamera Ka jeweils durch den durchsichtigen Hilfsträger Hl hindurch den Fügebereich zweier LED-Chips 112 und die LEDs 113 auf der aktiven Seite A in diesem Fügebereich, so wie es aus Figur 4 ersichtlich ist. Beim eigentlichen Justiervorgang wird dann der noch nicht fixierte LED-Chip 112 zum vorausgegangenen bereits geklebten LED-Chip 112 beispielsweise durch Doppelbildvergleich so ausgerichtet, daß in den beiden Reihen der LEDs 113 keine Unterbrechung im

Fügebereich auftritt.

Gemäß der in Figur 5 dargestellten Variante kann ein "hier -mit H2 bezeichneter Hilfsträger auch aus Metall, wie z.B. Edel- stahl, oder aus Keramik bestehen, wenn er im Fügebereich der - LED-Chips 112 mit Sichtöffnungen S für die Justage der LED- Chips 112 versehen ist.

Figur 6 zeigt die Übertragung der auf dem Hilfsträger Hl lös- bar befestigten LED-Zeile 114 auf den Metallträger M des Be¬ lichtungsmoduls 11 (vgl. Fig. 2). Die Positionierung des Hilfs¬ trägers Hl relativ zum Metallträger M erfolgt mit Hilfe einer Vorrichtung, von welcher lediglich die in die Positionier¬ öffnungen P eindringenden Positionierstifte PS zu erkennen sind. Der Metallträger M, der eine Stärke von 12 mm aufweist, besteht aus thermischen Gründen aus Kupfer, das im vorge¬ sehenen Verbindungsbereich mit den LED-Chips 112 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten, galvanisch abgeschiedenen und ca. 1,5 μm starken Goldschicht versehen ist. Auf der Gold- schicht befindet sich eine dünne Lotschicht L, bei welcher es sich beispielsweise um ein Zinn/Blei-Lot handelt. Die streifen- förmig im Verbindungsbereich auf dem Metallträger M angeordnete Lotschicht L wird zunächst in Form einer Lotpaste durch Sieb¬ druck aufgebracht und dann umgeschmolzen. Auf der Lotschicht L liegen die lötfähigen Rückseiten R der LED-Chips 112 auf, wobei als lötfähige Schicht eine im Vakuum auf die Rückseite R auf¬ gedampfte, in der Zeichnung nicht erkennbare Goldschicht dient.

Der in Figur 6 dargestellte Verbund aus Metallträger M und Hilfsträger Hl wird -wie es bereits erwähnt wurde- in einer Vaporphase-Lötanlage erwärmt, bis das Lot L aufschmilzt und eine sichere Lötverbindung zwischen den Rückseiten R der LED- Chips 112 und dem Metallträger M gewährleistet ist. Beim Löten kann eventuell seitlich austretendes Lot L in Rillen des Metallträgers M aufgefangen werden, die beispielsweise 1 mm tief sind und in der Zeichnung nicht dargestellt sind.

Nach dem Löten werden der Hilfsträger Hl und der verwendete

Kleber K entfernt, so daß nunmehr die in Figur 7 dargestellte fertige LED-Zeile 114 auf dem Metallträger M angeordnet ist, wobei die aktiven Seiten A nach oben weisen. Das Entfernen des Hilfsträgers Hl erfolgt auf besonders einfache Weise durch Auf- lösen des Klebers K in einem geeigneten Lösemittel. Für handelsübliche UV-härtbare Kleber, die beispielsweise UV-Härter auf der Basis von Hydroxylalkylphenonen aufweisen, ist bei¬ spielsweise Ethylmethylketon als Lösemittel geeignet.