JP2006261366A - プリント配線板へのｌｅｄ実装方法およびｌｅｄ実装プリント配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のプリント配線板へのＬＥＤ実装方法では、ハンダ付けの容易さやＬＥＤ素子の大きさによる最小寸法の制限、ＬＥＤ発生の熱による温度上昇からの制約などからＬＥＤ実装配線板の小型化は難しい。本発明の目的は、上記の問題点を解決して、ＬＥＤの実装密度を上げて小型化を容易にし、放熱効果を上ＬＥＤの寿命を延ばすプリント配線板へのＬＥＤの実装方法およびＬＥＤ実装プリント配線板を提供することにある。
【解決手段】放熱板を兼ねる熱伝導の良い金属基板上に、配線回路付きの逆台形断面円錐台状の凹部をつくり、ＬＥＤのベアチップを入れて固定・配線し、ベアチップの上面をガラスまたはアクリルまたはシリコーンまたはエポキシまたはポリカーボネートなどの透明材料で封止し、透明板の形状を板または凸レンズ型とする。また逆台形断面の円錐台状凹部の側壁に金属基板を露出させるか金属皮膜を成膜、ＬＥＤのベアチップから凹部の側壁へ向かう発光光線を、正面方向に向かうように反射させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プリント配線板へのＬＥＤ実装方法およびＬＥＤを実装したプリント配線板に関する。

プリント配線板にＬＥＤなどの発光素子を取り付ける場合、従来はプリント配線板の表面または裏面に配線を行い、ＬＥＤ素子の端子をハンダ等で接続する方法が用いられていた。その代表例として、図３（ａ）にＬＥＤの実装全体配置図を、（ｂ１）に配線回路形成板の場合の実装断面を、（ｂ２）に裏面配線の実装断面を示す。

次に従来技術の実装方法の例として、図４で製造工程の概略を述べる。
まず、放熱用金属板１０１と、配線回路形成板１０２と、段差部（凹部）１０３ａを前もって加工した反射部加工板１０３と、接着シート１０４、１０５と、を用意する。次に、放熱用金属板１０１、接着シート１０４、配線回路形成板１０２、接着シート１０５、反射部加工板１０３をこの順に重ね合わせて、接着シート１０４、１０５で接着し、積層加工して完成する。

この実装方法では、反射部加工板１０３の凹部（回路を切削するので配線回路の形成は不可能）は回路に合わせ機械加工にて凹部を一箇所一箇所加工する為多大な加工時間が必要なことや、この凹部を事前に切り抜き加工し貼り合わせて構成してから、めっきエッチングと回路形成の多くの工程を以後実施する必要なこと、などの複雑な製造工程が必要であった。
特開２００３-１２４５２８号公報

上記のプリント配線板へのＬＥＤ実装方法は、簡単に配線ができるが、実装密度を上げたい場合には、ハンダ付けの容易さによる最小寸法の制限、ＬＥＤ素子の大きさによる最小寸法の制限、ＬＥＤから発生する熱による温度上昇の制約などがあり、ＬＥＤ実装配線板の実装密度を上げて小型化をするには不利である。また、複雑な積層製造工程は製造時間が長くなり、完成品の歩留まりを悪化させていた。

本発明の目的は、上記の問題点を解決して、ＬＥＤの実装密度を上げて小型化を容易にし、放熱効果を上げ、さらに製造工程を簡単にしたプリント配線板へのＬＥＤの実装方法およびＬＥＤ実装プリント配線板を提供することにある。

金属基板の表面に絶縁層を介して銅箔層が積層接着されたプリント配線板へのＬＥＤの実装方法において、凸部冶具によってプリント配線板の銅箔層側から加圧して、逆台形断面の円錐台状の凹部を１個または複数個つくり、前記円錐台状凹部にＬＥＤのベアチップを入れて固定・配線し、ベアチップの上面を透明材料の全充填または凹部内側をガス充填し外側を透明材料又はガラス板で封止しすることとする（請求項１）。

またプリント配線板へのＬＥＤの実装方法において、ＬＥＤのベアチップから凹部の側壁へ向かう発光光線を、凹部の側壁に露出した銅箔面または側壁の銅箔上に成膜した、金属被膜面によってベアチップの正面方向に向かうように反射させることとする（請求項２）。

さらに透明材料としてガラスまたは有機透明樹脂を用いることとする（請求項３）。

さらに透明板の各ＬＥＤの中心直上部形状を凸レンズ型、または湾曲凹レンズ型、またはフレネルレンズ型とする（請求項４）。

さらに有機透明樹脂としてアクリル、シリコーン、エポキシ、ポリカーボネートの何れかを用いることとする（請求項５）。

金属基板の表面に絶縁層を介して銅箔層が積層接着されたＬＥＤ実装プリント配線板において、凸部冶具によってプリント配線板の銅箔層側から加圧して、逆台形断面の円錐台状の凹部を１個または複数個つくり、前記円錐台状凹部にＬＥＤのベアチップを入れて固定・配線し、ベアチップの上面を透明材料の全充填または凹部内側をガス充填し外側を透明材料叉はガラス板で封止しする構造とする（請求項６）。

またＬＥＤのベアチップから凹部の側壁へ向かう発光光線を、凹部の側壁に露出した銅箔面または側壁の銅箔上に成膜した、金属被膜面によってベアチップの正面方向に向かうように反射させる反射板とする構造とする（請求項７）。

また透明板としてガラスまたは有機透明樹脂を用いることとする（請求項８）。

さらに、透明板の各ＬＥＤの中心直上部形状を凸レンズ型、または湾曲凹レンズ型、またはフレネルレンズ型とすることとする（請求項９）。

有機透明樹脂としてアクリル、シリコーン、エポキシ、ポリカーボネートの何れかを用いることとする（請求項１０）。

ＬＥＤ実装プリント配線板で、放熱板を兼ねる熱伝導の良い金属基板上につくった１個または複数個の円錐台状凹部の中に、固定・配線したＬＥＤベアチップを配置し、このベアチップの上面を透明材料で封止する構造とすることによって、光源の実装密度を上げて小型化ができる上に、ＬＥＤからの発熱を金属に放熱し温度上昇を低くできるなど放熱性能の向上が図れ、ＬＥＤの寿命を延ばすことができる。

上記のＬＥＤ実装プリント配線板で、ＬＥＤのベアチップから凹部の側壁へ向かう発光光線を、凹部の側壁に露出した銅箔面または側壁の銅箔上に成膜した、金属被膜面によってベアチップの正面方向に向かうように反射させる構造にしたので光を有効に活用し、発光効率の向上を図ることができる。

上記のＬＥＤ実装プリント配線板で、透明材料にガラスまたは有機透明樹脂を用いることによって、発光効率の向上を図ることができる。

上記のＬＥＤ実装プリント配線板で、透明板の各ＬＥＤの中心直上部形状を凸レンズ型とすることで、多方向へ光を拡散できる光源が構成でき、さらに、発光効率の向上を図ることができる。透明板の各ＬＥＤの中心直上部形状を湾曲状の凹レンズ型とすることで光の集光と均一性のある光源が構成でき、発光効率の向上を図ることができる。透明板の形状をフレネルレンズ型とすることで光の均一拡散できる光源とすることができる。

上記のＬＥＤ実装プリント配線板で、有機透明樹脂としてアクリル、シリコーン、エポキシまたはポリカーボネートを用いることによって、割れ難く、製造作業性が良い上に、発光効率の向上を図ることができる。

また製造工程の点からは、放熱板と絶縁層と銅箔の一体化した板に配線回路を加工し、次に凸部冶具で加圧するという簡単な金型加工の１回の工程で凹部に配線回路ごと構成して完成という簡単な工程で製造できる。ここでは金属と銅箔の接着層が数十ミクロンと薄く従来技術では不可能な絶縁層を使っているために、ＬＥＤの熱を速やかに効率良く放熱することができる。

以下、本発明の３つの実施例について、図１と図２に基づき説明する。

プリント配線板１のＬＥＤ実装部分に凹部をつくり、その側壁にニッケル金メッキ又は他のメッキを施す。凹部の底にＬＥＤベアチップを固定・配置し、透明樹脂を凹部とプリント配線板の表面に充填する。この方式で作成した完成品のＬＥＤ実装全体配置を図１（ａ）に、ＬＥＤ実装断面を図１（ｂ）に示す。図２（ａ）には、請求項１、２、３を適用した透明樹脂充填型実装断面図を示す。

図２（e）及び（f）には、請求項の１、２、３を適用したガスシール型実装断面図を示す。ここでは、板状の透明材料５を基板表面に配置し、ＬＥＤベアチップ２の空間に不活性ガス７を充填しシール材６を使って封止したものである。シール方法としてはベアチップと凹部ごと個別にシールする方法とＬＥＤ実装プリント配線板の周辺部だけシールして全体を封止する方法及び凹部に複数個のベアチップ群をシールする方法が可能である。

図２（b）には、請求項の１、２、４を適用した凸レンズ型実装断面図を示す。ここでは、透明樹脂の形状を凸レンズにしたもので、他にも図２（c）湾曲状凹レンズ、及び図２(d)フレネルレンズ型は光の拡散に有効である。この例は透明樹脂を凹部全部に充填しているが、実施例２と同様に、凸レンズ、凹レンズ、フレネルレンズ状の透明材料５を基板表面に配置し、ＬＥＤベアチップ２の空間に不活性ガス７を充填しシール材６を使って封止することも可能である。

ＬＥＤ実装プリント配線板は、ＬＥＤの性能向上と量産によるコストダウンとが相まって、光源としての利用分野が拡大している。一般照明用、街灯用、交通信号機や特定波長を利用する植物生育用、白色光、ＲＧＢ三色光としての利用など、産業上の利用は、実用期を迎えますます拡大する傾向にある。

本発明のプリント配線板へのＬＥＤ実装を示す図で、（ａ）はＬＥＤ実装全体配置図、（ｂ）はＬＥＤ実装断面図。 本発明のプリント配線板へのＬＥＤ実装のＬＥＤ付近の詳細断面を示す図で、（ａ）は透明材料充填型実装断面図、（ｂ）は凸レンズ型実装断面図,(ｃ)は湾曲状凹レンズ型実装断面図(ｄ)フレネルレンズ型実装断面図、（e）と(f)はガスシール型実装断面図。 従来工法の一例を示す図で(a)はＬＥＤ実装全体配置図、103反射板、102配線版を個別に加工し積層する複雑な工程を必要とする。（b）はＬＥＤ実装断面図。 従来のプリント配線板へのＬＥＤ実装の代表例を示す図で、（ａ）はＬＥＤ実装全体配置図、（ｂ１）はＬＥＤ実装断面図（表面配線）、（ｂ２）はＬＥＤ実装断面図（裏面配線）。

符号の説明

１： プリント配線板
２： ＬＥＤベアチップ
１ａ： 金属基板
１ｂ： 絶縁層
１ｃ： 銅箔層〔配線〕
３： 金メッキ（ＮｉＡｕ）
４： ボンデングワイヤー
５： 透明樹脂またガラス
６： シール材
７： 不活性ガス
８： 凸レンズ
９： 凹レンズ
１０： フレネルレンズ
１１： 配線
１２： 端子
１３： ＬＥＤ素子

Claims (10)

1. 金属基板の表面に絶縁層を介して銅箔層が積層接着されたプリント配線板へのＬＥＤの実装方法において、凸部冶具によってプリント配線板の銅箔層側から加圧して、逆台形断面の円錐台状の凹部を１個または複数個つくり、前記円錐台状凹部にＬＥＤのベアチップを入れて固定・配線し、ベアチップの上面を透明材料で全充填または凹部内側をガス充填し外側を透明材料叉はガラス板で封止したことを特徴とするプリント配線板へのＬＥＤの実装方法。
2. 請求項１に記載のプリント配線板へのＬＥＤの実装方法において、
   ＬＥＤのベアチップから凹部の側壁へ向かう発光光線を、凹部の側壁に露出した銅箔面または側壁の銅箔上に成膜した金属被膜面によってベアチップの正面方向に向かうように反射させることを特徴とするプリント配線板へのＬＥＤの実装方法。
3. 請求項１に記載のプリント配線板へのＬＥＤの実装方法において、透明材料としてガラスまたは有機透明樹脂を用いることを特徴とするプリント配線板へのＬＥＤの実装方法。
4. 請求項１または３に記載のプリント配線板へのＬＥＤの実装方法において、透明板の各ＬＥＤの中心直上部形状を凸レンズ型、または湾曲凹レンズ型、またはフレネルレンズ型とすることを特徴とするプリント配線板へのＬＥＤの実装方法。
5. 請求項３に記載のプリント配線板へのＬＥＤの実装方法において、有機透明樹脂としてアクリル、シリコーン、エポキシ、ポリカーボネートの何れかを用いることを特徴とするプリント配線板へのＬＥＤの実装方法。
6. 金属基板の表面に絶縁層を介して銅箔層が積層接着されたＬＥＤ実装プリント配線板において、凸部冶具によってプリント配線板の銅箔層側から加圧して、逆台形断面の円錐台状の凹部を１個または複数個つくり、前記円錐台状凹部にＬＥＤのベアチップを入れて固定・配線し、ベアチップの上面を透明材料で全充填または凹部内側をガス充填し外側を透明材料又はガラス板で封止した構造を特徴とするＬＥＤ実装プリント配線板。
7. 請求項６に記載のＬＥＤ実装プリント配線板において、ＬＥＤのベアチップから凹部の側壁へ向かう発光光線を、凹部の側壁に露出した銅箔面または側壁の銅箔上に成膜した、金属被膜面によってベアチップの正面方向に向かうように反射させる構造を特徴とするＬＥＤ実装プリント配線板。
8. 請求項６に記載のＬＥＤ実装プリント配線板において、透明板としてガラスまたは有機透明樹脂を用いることを特徴とするＬＥＤ実装プリント配線板。
9. 請求項６または８に記載のＬＥＤ実装プリント配線板において、透明板の各ＬＥＤの中心直上部形状を凸レンズ型、または湾曲凹レンズ型、またはフレネルレンズ型とすることを特徴とするＬＥＤ実装プリント配線板。
10. 請求項８に記載のＬＥＤ実装プリント配線板において、有機透明樹脂としてアクリル、シリコーン、エポキシ、ポリカーボネートの何れかを用いることを特徴とするＬＥＤ実装プリント配線板。
    

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