JP2012066583A - 積層放熱基板および該積層放熱基板を用いた電子組立構造 - Google Patents
積層放熱基板および該積層放熱基板を用いた電子組立構造 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】本発明は、積層結合層と基板との附着力が比較的に強い積層放熱基板および放熱能力が比較的に高い電子組立構造を提供する。
【解決手段】本発明は、積層放熱基板および該積層放熱基板を用いた電子組立構造を提供する。積層放熱基板は、基板と、積層結合層と、絶縁層と、導電層とを含む。積層結合層は、基板上に配置され、少なくとも第一結合層と第二結合層とを含む。第一結合層は、基板上に配置される。第二結合層は、第一結合層上に配置される。絶縁層は、積層結合層上に配置される。導電層は、絶縁層上に配置される。電子組立構造は、上記積層放熱基板と電子部品とを含む。その中、絶縁層と導電層とは、積層結合層上において収容空間を形成し、収容空間に積層結合層が露出される。電子部品は、収容空間内かつ積層結合層上に配置されると共に、導電層に電気的に接続される。電子部品は、発光ダイオードであることが好ましい。
【選択図】図６Ｃ
【解決手段】本発明は、積層放熱基板および該積層放熱基板を用いた電子組立構造を提供する。積層放熱基板は、基板と、積層結合層と、絶縁層と、導電層とを含む。積層結合層は、基板上に配置され、少なくとも第一結合層と第二結合層とを含む。第一結合層は、基板上に配置される。第二結合層は、第一結合層上に配置される。絶縁層は、積層結合層上に配置される。導電層は、絶縁層上に配置される。電子組立構造は、上記積層放熱基板と電子部品とを含む。その中、絶縁層と導電層とは、積層結合層上において収容空間を形成し、収容空間に積層結合層が露出される。電子部品は、収容空間内かつ積層結合層上に配置されると共に、導電層に電気的に接続される。電子部品は、発光ダイオードであることが好ましい。
【選択図】図６Ｃ
Description
本発明は、電子部品に用いられる積層放熱基板に関する。具体的に、本発明は、発光ダイオードに用いられる積層放熱基板に関する。
近年、高出力発光ダイオード（ＬＥＤ）の技術の発展に伴い、その発光効率は徐々に１６０〜１７０ｌｍ／Ｗ以上までに上昇した。しかし、その電光変換効率は、わずか約４０〜５０％である。言い換えれば、入力された電気エネルギーの多くは、熱エネルギーに変換される。その熱エネルギーを迅速に外部へ導出しなければ、チップの温度上昇を招くため、さらに発光強度および寿命に影響を与える。したがって、高出力ＬＥＤ製品の熱管理問題は、重要視されるようになった。
ＬＥＤ製品において、電子部品の取り付けおよび相互接続のための支持体となるプリント基板は、なくてはならない部分である。中でも、主に放熱基板が用いられる。当業界では、放熱基板として、金属基板が最も良く使われる。図１Ａに示すように、従来の電子組立構造９０は、アルミニウム金属基板１０と、電子部品２０と、絶縁層５０と、導電層７０とを含む。このような基板は、導電層７０とアルミニウム金属基板１０との間にある絶縁層５０が放熱の一番のネックとなる。絶縁層５０の材料として、多くはエポキシ樹脂が使われる。しかし、その熱伝導率が比較的に低いため、上記層の熱伝導率を上げ、さらに上記基板の熱抵抗を下げるために、酸化アルミニウムや、窒化アルミニウム、窒化ホウ素のような熱伝導フィラーを別途添加しなければならない。このようにしても、絶縁層５０の熱伝導率は、依然として金属材料のそれより遥かに低いため、今もなお放熱の主なネックとなっている。一方、図１Ｂに示すように、異なる実施例において、従来の電子組立構造９０では、アルミニウム金属基板１０と絶縁層５０との間に銅含有層３３を配置することが必要になる場合がある。しかし、銅含有層３３は、アルミニウム金属基板１０との接着力が強くないため、アルミニウム金属基板１０から剥がれやすい。
本発明の主な目的は、積層結合層と基板との附着力が比較的に強い積層放熱基板を提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、放熱能力が比較的に高い電子組立構造を提供することにある。
本発明の積層放熱基板は、基板と、積層結合層と、絶縁層と、導電層とを含む。積層結合層は、基板上に配置され、少なくとも第一結合層と第二結合層とを含む。第一結合層は、基板上に配置される。第二結合層は、第一結合層上に配置される。絶縁層は、積層結合層上に配置される。導電層は、絶縁層上に配置される。
基板は、アルミニウムまたはアルミニウム合金、または銅または銅合金を含む。第二結合層は、銅または銅合金である。積層結合層は、第一結合層と第二結合層との間に配置される第三結合層をさらに含み、第三結合層は、金属、金属合金またはセラミックを含む。好適な実施例において、第一結合層は、亜鉛を含む。第三結合層のニッケル含有量は９０％〜１００％であり、リン含有量は０〜１０％である。積層結合層は、絶縁層下に配置される保護層をさらに含み、保護層は、金属、金属合金、金属酸化物または有機化合物を含む。保護層は、銅酸化物またはクロム酸化物であり、または窒素含有、酸素含有、リン含有または硫黄含有有機化合物であってよく、シラン類有機化合物であってもよく、さらにニッケル、コバルト、亜鉛、クロム、モリブデン、銅、ニッケル合金、コバルト合金、亜鉛合金、クロム合金、モリブデン合金、銅合金、またはそれらの混合物であってよい。
絶縁層の材料は、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、有機ケイ素樹脂、ポリパラキシレン系樹脂、ビスマレイミド系樹脂、ポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエチレンテレフタレート、またはそれらの混合物を含む。導電層は、錫、ニッケル、銀、銅、金、パラジウム、コバルト、クロム、チタン、白金、タンタル、タングステンまたはモリブデンから選択される。
異なる実施例において、積層放熱基板は、反対側絶縁層と反対側導電層とをさらに含むことができる。反対側絶縁層は、積層結合層と反対側の基板に配置される。反対側導電層は、基板側と反対側の反対側絶縁層に配置される。積層放熱基板は、反対側絶縁層と反対側導電層とを貫通する複数の穴をさらに含むことができる。
反対側絶縁層の材料は、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、有機ケイ素樹脂、ポリパラキシレン系樹脂、ビスマレイミド系樹脂、ポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエチレンテレフタレート、またはそれらの混合物を含む。反対側導電層は、錫、ニッケル、銀、銅、金、パラジウム、コバルト、クロム、チタン、白金、タンタル、タングステンまたはモリブデンから選択される。
本発明の電子組立構造は、上記積層放熱基板と電子部品とを含む。その中、絶縁層と導電層とは、積層結合層上において収容空間を形成し、収容空間に積層結合層が露出される。電子部品は、収容空間内かつ積層結合層上に配置されると共に、導電層に電気的に接続される。電子部品は、発光ダイオードであることが好ましい。
図２に示す実施例のように、本発明の積層放熱基板８００は、基板１００と、積層結合層３００と、絶縁層５００と、導電層７００とを含む。具体的に、基板１００は、金属または合金で形成することが好ましい。このような材料は、良好な熱伝導性を有するため、放熱基板８００全体の放熱効果をさらに上げることができる。その中、アルミニウムは、比較的軽質量かつ安価でありながら良好な熱伝導性を有するため、好適な実施例において、基板１００は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成される。
積層結合層３００は、基板１００上に配置され、少なくとも第一結合層３１０と第二結合層３２０とを含む。第一結合層３１０は、基板１００上に配置され、また亜鉛を含むことが好ましいが、それに限定されない。第二結合層３２０は、第一結合層３１０上に配置される。第二結合層３２０は、銅または銅合金である。その中、第二結合層３２０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成される基板１００との附着力が比較的に低い一方、第一結合層３１０は、基板１００との附着力が良好である。
積層結合層３００は、第一結合層３１０と第二結合層３２０との間に配置される第三結合層３３０をさらに含む。その中、第三結合層３３０は、金属、金属合金またはセラミックを含む。金属は、錫、ニッケル、銀、銅、金、パラジウム、コバルト、クロム、チタン、白金、タンタル、タングステンまたはモリブデンから選択することが可能である。好適な実施例において、第三結合層３３０は、ニッケル合金である。その中、ニッケル含有量は、９０％〜１００％であり、リン含有量は、０〜１０％である。また、第三結合層３３０は、第一結合層３１０および第二結合層３２０のそれぞれと良好な附着力を有する。さらに詳しく説明すれば、第三結合層３３０と、第一結合層３１０および第二結合層３２０のそれぞれとの間の附着力は大きく、第一結合層３１０と第二結合層３２０との間の附着力よりも大きい。したがって、第二結合層３２０は、第三結合層３３０を介して第一結合層３１０に良好に附着することができる。
上記をまとめると、図３Ａに示す実施例のように、積層結合層３００は、第一結合層３１０と第二結合層３２０とを含む以外、第一結合層３１０と第二結合層３２０との間に順番に積層される複数の結合層をさらに含むことができる。上記複数の結合層は、隣接する結合層同士は、互いに良好な附着力を有する。これにより、最上層に積層される結合層は、基板１００との附着力が強くなくても、その間に挟まれる結合層により基板１００に良好に附着することができる。その中、各結合層の材料は、同一でも異なってもよく、すなわち同一または異なる材料を用いて順番に隣接する結合層を積層することができる。一方、製造工程において、例えば割合、温度、時間などの形成条件を制御することにより、同じ材料を使用する異なる結合層に対して異なる物理・化学性質を持たせることが可能である。
絶縁層５００は、積層結合層３００上に配置される。導電層７００は、絶縁層５００上に配置される。その中、絶縁層の材料としては、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、有機ケイ素樹脂、ポリパラキシレン系樹脂、ビスマレイミド系樹脂、ポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエチレンテレフタレート、またはそれらの混合物を挙げることができる。導電層の材料は、錫、ニッケル、銀、銅、金、パラジウム、コバルト、クロム、チタン、白金、タンタル、タングステンまたはモリブデンから選択される。
図３Ｂは、異なる実施例を示す。図３Ｂに示すように、積層結合層３００は、第二結合層３２０と絶縁層５００との間に配置される保護層３３３をさらに含む。言い換えれば、保護層３３３は、積層結合層３００に含まれる複数の結合層の最上層である。保護層３３３は、金属、金属合金、金属酸化物または有機化合物を含む。この実施例において、第二結合層３２０は、銅を含み、保護層３３３は、銅酸化物を含む。保護層３３３は、その上にある絶縁層５００およびその下にある第二結合層３２０のそれぞれと良好な附着力を有するだけでなく、ソルダレジストなどの保護効果をも奏する。しかし、他の異なる実施例において、第二結合層３２０は、銅合金であってもよく、保護層３３３は、他の金属酸化物（例えば：クロム酸化物）、有機化合物（例えば：窒素含有、酸素含有、リン含有または硫黄含有有機化合物またはシラン類有機化合物）、一種または多種の金属（例えば、ニッケル、コバルト、亜鉛、クロム、モリブデン、銅）自体またはその合金の混合物であってよい。さらに、保護層３３３は、積層配置されてもよく、上記の任意の組み合わせである。
図４に示すように、異なる実施例において、積層放熱基板８００は、反対側絶縁層５５０と反対側導電層７７０とをさらに含むことができる。反対側絶縁層５５０は、積層結合層３００と反対側の基板１００に配置される。反対側導電層７７０は、基板１００側と反対側の反対側絶縁層５５０に配置される。反対側絶縁層５５０の材料としては、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、有機ケイ素樹脂、ポリパラキシレン系樹脂、ビスマレイミド系樹脂、ポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエチレンテレフタレート、またはそれらの混合物を挙げることができる。反対側導電層７７０は、錫、ニッケル、銀、銅、金、パラジウム、コバルト、クロム、チタン、白金、タンタル、タングステンまたはモリブデンから選択される。
図４に示すように、積層放熱基板８００は、反対側絶縁層５５０と反対側導電層７７０とを貫通する複数の穴４００をさらに含むことができる。異なる実施例において、複数の穴４００の中に熱伝導材料（未図示）を充填してもよい。その中、穴４００の位置、数量、内徑または分布方式などは、需要に基づいて設計することができる。熱伝導材料は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫより大きいことが好ましく、金属、合金、セラミック、金属またはセラミック‐高分子複合材料、熱伝導シリコン、またはそれらの混合物を含む。その中、金属は、銀、銅、アルミニウム、ニッケルまたは鉄であってよく、合金は、錫‐鉛合金、錫‐鉛‐銀合金または錫‐銀‐銅合金であってよい。セラミックは、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、カーボン・ナノチューブまたは石墨などであってよい。熱伝導材料を穴４００に充填する方法は、その材料の特性に基づいて変更可能である。例えば、流動状態の熱伝導シリコンを穴４００に注入することができる。あるいは、電気めっきにより金属の熱伝導物を穴４００に形成し、または機械力により固体状態の金属‐高分子複合材料を穴４００に押し込むことができる。その中、熱伝導物は、穴４００を埋めることに限定されず、穴４００の側壁を覆うように配置されてもよい。異なる実施例において、複数の穴４００の中に電子部品（未図示）を配置してもよい。
図５Ａに示す実施例のように、本発明の電子組立構造９００は、上記積層放熱基板８００と電子部品２００とを含む。さらに、絶縁層５００と導電層７００とは、積層結合層３００上において収容空間６００を形成し、収容空間６００に積層結合層３００が露出される。好適な実施例において、物理または化学エッチングにより、図２に示す積層放熱基板８００における絶縁層５００および導電層７００の特定の領域を除去することにより、収容空間６００を形成する。図５Ａに示すように、電子部品２００は、収容空間６００内かつ積層結合層３００上に配置されると共に、導電層７００に電気的に接続される。その中、リード線２２２を用いて接続することが好ましい。電子部品２００は、発光ダイオードであることが好ましい。すなわち、電子組立構造９００を、発光ダイオード照明装置に用いることが好ましい。しかし、異なる実施例において、電子組立構造９００を他の電子装置に用いることも可能である。具体的に、本発明の電子組立構造９００において、電子部品２００と基板１００との間に絶縁層５００がないため、全体の厚さが薄くなる。これにより、電子部品２００の運転時に発生した熱は、比較的直接に基板１００に伝送され放熱されるため、放熱効率の向上が可能である。
図５Ｂに示す異なる実施例において、電子部品２００と積層結合層３００の第二結合層３２０との間、第二結合層３２０と第三結合層３３０との間、第三結合層３３０と第一結合層３１０との間、第一結合層３１０と基板１００との間は、それぞれ良好な附着力を有する。したがって、電子部品２００は、直接に基板１００との附着力が強くなくても、その間に挟まれる第一結合層３１０と、第三結合層３３０と、第二結合層３２０とにより基板１００に良好に附着することができる。
図６Ａ〜図６Ｃに示す実施例において、保護層３３３については、製造工程中で選択的に保留（図６Ａ）または除去（図６Ｂ）することができる。言い換えれば、保護層３３３は、製造工程中で保留することにより、図６Ａに示すように絶縁層５００下に配置すると共に収容空間６００に露出することができる。または、製造工程中で除去することにより、図６Ｂに示すように絶縁層５００下にのみ配置することもできる。さらに、絶縁層５００は、積層配置されてもよい。例えば、図６Ｃに示す実施例において、絶縁層５００は、第一絶縁層５１０と第二絶縁層５２０とを含む。これにより、接着効果を向上することができる。さらに、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、絶縁層５００および導電層７００は、積層配置されてもよい。
上記説明および図面は、本発明の好適な実施例を開示したが、本発明の好適な実施例を利用した様々な付加、変更、または置換は、添付されている以下の特許請求の範囲により定義される本発明の主旨および範囲から逸脱することはない。本発明を様々な形式、構造、配置、割合、材料、部品または組件に変更できることは当業者にとって明らかであろう。したがって、ここで開示した実施例は、本発明を説明するためのものであって、本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、上記説明に限定されることなく、添付されている以下の特許請求の範囲により定義され、かつその均等物を含む。
１０ アルミニウム金属基板
５０ 絶縁層
７０ 導電層
９０ 電子組立構造
１００ 基板
２００ 電子部品
２２２ リード線
３００ 積層結合層
３１０ 第一結合層
３２０ 第二結合層
３３０ 第三結合層
３３３ 保護層
４００ 穴
５００ 絶縁層
５１０ 第一絶縁層
５２０ 第二絶縁層
５５０ 反対側絶縁層
６００ 収容空間
７００ 導電層
７７０ 反対側導電層
８００ 積層放熱基板
９００ 電子組立構造
５０ 絶縁層
７０ 導電層
９０ 電子組立構造
１００ 基板
２００ 電子部品
２２２ リード線
３００ 積層結合層
３１０ 第一結合層
３２０ 第二結合層
３３０ 第三結合層
３３３ 保護層
４００ 穴
５００ 絶縁層
５１０ 第一絶縁層
５２０ 第二絶縁層
５５０ 反対側絶縁層
６００ 収容空間
７００ 導電層
７７０ 反対側導電層
８００ 積層放熱基板
９００ 電子組立構造
Claims (18)
- 基板と、
該基板上に配置される積層結合層と、
該積層結合層上に配置される絶縁層と、
該絶縁層上に配置される導電層と、を含み
該積層結合層は、少なくとも該基板上に配置される第一結合層と、該第一結合層上に配置される第二結合層とを含むことを特徴とする積層放熱基板。 - 該第一結合層は、亜鉛を含み、
該基板は、アルミニウムまたはアルミニウム合金、または銅または銅合金を含み、
該第二結合層は、銅または銅合金であることを特徴とする請求項１に記載の積層放熱基板。 - 該積層結合層は、該第一結合層と該第二結合層との間に配置される第三結合層をさらに含み、該第三結合層は、金属、金属合金またはセラミックを含むことを特徴とする請求項１に記載の積層放熱基板。
- 該第三結合層は、ニッケル合金であり、ニッケル含有量は９０％〜１００％であり、リン含有量は０〜１０％であることを特徴とする請求項３に記載の積層放熱基板。
- 該積層結合層は、該絶縁層下に配置される保護層をさらに含み、該保護層は、金属、金属合金、金属酸化物または有機化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の積層放熱基板。
- 該保護層は、銅酸化物、クロム酸化物、窒素含有有機化合物、酸素含有有機化合物、リン含有有機化合物、または硫黄含有有機化合物であることを特徴とする請求項５に記載の積層放熱基板。
- 該保護層は、シラン類有機化合物であることを特徴とする請求項５に記載の積層放熱基板。
- 該保護層の材料は、ニッケル、コバルト、亜鉛、クロム、モリブデン、銅、ニッケル合金、コバルト合金、亜鉛合金、クロム合金、モリブデン合金、銅合金、またはそれらの混合物を含むことを特徴とする請求項５に記載の積層放熱基板。
- 該絶縁層の材料は、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、有機ケイ素樹脂、ポリパラキシレン系樹脂、ビスマレイミド系樹脂、ポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエチレンテレフタレート、またはそれらの混合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の積層放熱基板。
- 該導電層は、錫、ニッケル、銀、銅、金、パラジウム、コバルト、クロム、チタン、白金、タンタル、タングステンまたはモリブデンから選択されることを特徴とする請求項１に記載の積層放熱基板。
- 該絶縁層と該導電層とは積層配置され、
該積層放熱基板は、
該積層結合層と反対側の基板に配置される反対側絶縁層と、
基板側と反対側の該反対側絶縁層に配置される反対側導電層とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の積層放熱基板。 - 該反対側絶縁層と該反対側導電層とを貫通する複数の穴をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の積層放熱基板。
- 請求項１に記載の積層放熱基板と電子部品とを含み、
該絶縁層と該導電層とは、該積層結合層上において収容空間を形成し、該収容空間に該積層結合層が露出され、
該電子部品は、該収容空間内かつ該積層結合層上に配置されると共に、該導電層に電気的に接続されることを特徴とする電子組立構造。 - 該積層結合層は、該第一結合層と該第二結合層との間に配置される第三結合層をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の電子組立構造。
- 該積層結合層は、該収容空間内において、該第一結合層と該第二結合層との間に配置される第三結合層をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の電子組立構造。
- 該絶縁層は、積層または単層で配置されることを特徴とする請求項１３に記載の電子組立構造。
- 該積層結合層は、該絶縁層下に配置される保護層をさらに含み、該保護層は、金属、金属合金、金属酸化物または有機化合物を含むことを特徴とする請求項１３に記載の電子組立構造。
- 絶縁層と導電層とは、積層配置されることを特徴とする請求項１７に記載の電子組立構造。
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