JP2017092422A - Led発光素子のマイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造とled照明器具用のマイクロ発泡樹脂シート基板 - Google Patents

Led発光素子のマイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造とled照明器具用のマイクロ発泡樹脂シート基板 Download PDF

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Abstract

【課題】高い光反射特性を有し、軽量であり、LED照明器具用の光反射板が実装部品の支持体を兼ねると同時に、これに少なくとも通電用回路を形成したLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板及びそれを用いた実装構造を提供する。【解決手段】第1のマイクロ発泡樹脂シート2と第2のマイクロ発泡樹脂シート1の金属配線回路7との対向面がそれぞれ金属配線回路7に接合一体化されたマイクロ発泡樹脂シート基板であって、金属配線回路7には通電用配線回路が形成されていて、第1のマイクロ発泡樹脂シート2または第2のマイクロ発泡樹脂シート1の少なくともいずれかに開口部または切り欠き部を有し、開口部または切り欠き部に形成された通電用配線回路にLED発光素子パッケージ3を接続して実装して、第1のマイクロ発泡樹脂シート2または第2のマイクロ発泡樹脂シート1の少なくともいずれかを光反射板として使用する。【選択図】図1

Description

本発明は、LED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート(つまり、樹脂/金属/樹脂の少なくとも3層構造複合シート)基板への実装構造、及びLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板に関する。
LED発光素子は半導体素子の電子−正孔再結合による直接的な発光現象を利用した素子であるため、発光の応答時間は非常に短く、100ナノ秒以下のレベルで、高速スイッチングが出きる発光素子である。LED発光素子の、実際の応答速度は駆動回路などにより制約される。また、LED半導体材料は、小型・軽量化が可能な固体光源であり、デザイン性に富んでいる。したがって、従来の通常の光源では実施困難な狭スペースでの組み込みや比較的自由な形状の照明設計が可能である。それゆえLED発光素子を用いることによって、従来の光源では、その大きさや質量のため制限を受けざるを得なかった機器、設備、車両などのデザインについても、より自由度が増す効果がある。
LED発光素子は、pn接合の順方向電流による電子−正孔再結合発光を利用しており、駆動電流が定格電量を超えない範囲では、発光強度はほぼ駆動電流に比例して増加する。そこで、LED発光素子と交流100V電源の間には、AC100Vから一定電圧の直流に変換するための定電流基板が挿入されており、この定電流基板を通じて、直流定電圧に変換された後に、LED発光素子に通電される。また、LED発光素子の光出力は、−20℃から80℃まで光出力はほとんど一定でありほとんど温度に依存しないが、素子寿命の観点からは80℃超えないようにする必要がある。望ましくは、LED発光素子の素子寿命の観点からは、60から70℃以下に温度を保つことが要求される。このため、LED発光素子の実装時の熱設計が重要な問題となる。
表面実装型(SMD)LED発光素子パッケージは、その一例が、その断面図の図2(a)に、符号17として示される。図2(b)は、図2(a)の分解組み立て図であり、ワイヤ(27、27)やチップ接着剤(32)を省略して示した。なお、図2(a)は断面を示すが、ハッチングは省略した。
(LED発光素子パッケージの構造)
本発明に用いるLED発光素子パッケージ17は、例えば表面実装型(SMD)白色LED発光素子パッケージである。通常、白色LED発光素子パッケージは、アノード電極およびカソード電極である一対の電極端子29、内蔵型の放熱板31(内蔵型ヒートシンク)を内蔵したフレーム26、LED発光素子チップ33、封止樹脂(透明樹脂)25等を内蔵したケース28等により構成される。ここでケース28は、LED発光素子チップ33および封止樹脂25等を納める容器で、LED発光素子パッケージ17の発光強度分布を整える重要な光学部品である。ケース28は、樹脂製またはセラミックス製の材料が用いられる。
各部品は、フレーム26とケース28のいずれかに収納または載置される。LED発光素子チップ33は、ケース28の中に載置される。LED発光素子チップ33は、通常、チップ接着剤32によってケース28に固定される。また、LED発光素子チップ33は、ケース28の中で、封止樹脂25で封止される。
LED発光素子チップ33は、代表的には金細線であるワイヤ27によって、一方の電極端子29(アノード)と他方の電極端子29(カソード)にそれぞれ接続(ワイヤボンディング)されることによって、フレーム26に電気的に接続されている。
ここで、LED発光素子パッケージ17のケース28等に樹脂製材料を用いた場合には、多数のリードフレーム電極にトランスファー成形法により成形することで、電極と内蔵型放熱板を供えたLED発光素子パッケージ17の筐体構造が得られる。筐体用樹脂としては、機械的強度が強く、耐熱性の高いポリカーボネート樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリフタルアミド、液晶ポリマーなどが用いられるが、必要に応じてその他の樹脂も使用することができる。
また、封止樹脂25でLED発光素子チップ33を封止する方法としては、適度な粘度の樹脂をディスペンサーで注入する方法がある。以上の他、トランスファー成形、インジェクション成形、印刷やディッピングなどのいずれの方法をも製造条件に合わせて種々選択して用いることができる。
例えば、白色LED発光素子パッケージの場合に、封止樹脂25に蛍光体24を混ぜた樹脂により樹脂封止を行う。封止樹脂25としては、密着性、耐熱性に加えて、高い光透過率、屈折率、耐光性が求められる。このような過酷な要求をみたす樹脂として、エポキシ樹脂とシリコーン樹脂などが用いられる。
また、封止樹脂25中には蛍光体24が分散されていてもよい。蛍光体24は、LED発光素子の光を吸収して、吸収光より長い波長の光を発光する結晶である。例えば、白色LED発光素子パッケージでは、青色LEDチップの光を吸収し、ブロードな黄色光を発光する蛍光体24が用いられる。例えば、LED発光素子パッケージ17の封止樹脂25に蛍光体24を加えて、黄色、緑色、青色、赤色などに色を調節し演色することができる。
また、封止樹脂25に蛍光体24が加えられないLED発光素子パッケージ17を用いることもできる。この場合には、RGB各1個ずつ合計3個、またはRGB各2個ずつ合計6個のLED発光素子チップ33(LED発光素子パッケージ17)を搭載して、3原色を用いて加法混色により白色LED照明としてもよい。
このLED発光素子パッケージの実装基板としては、搭載部品を安定して保持するためにリジッドな基板、代表的には下記のアルミニウムに樹脂被覆した基板(以下、アルミニウム基板と称する場合もある)やガラスエポキシ基板が用いられてきた。
1)アルミニウム基板
アルミニウム基板(136)を用いたLED発光素子パッケージの実装構造(130)は、例えば、図3(a)に示した断面図で表される。これは、アルミニウム基板136上に、塗装または接着により、BTレジンなどの絶縁層(レジスト)137を形成し、形成した絶縁層上にLED発光素子パッケージ134を配置し、さらにその絶縁層上に銅箔132を圧着、接着、印刷、銅めっきなどにより配置し、この銅箔132に回路形成をして、LED発光素子パッケージの端子134b、134cの下面を絶縁層に形成した回路の端子接続部132a、132aの上面を当接させた上で、はんだ付け(図示せず)により固定する。さらに、絶縁層や回路を覆うように、絶縁と回路の損傷を防止するため白色レジスト135で被覆する。ここで、アルミニウム基板に絶縁層を形成した上にLED発光素子パッケージを直接搭載することもできる。いずれにしても、下記のガラスエポキシ基板を用いた場合に比べると放熱性には優れる。図中、134aはLED発光素子パッケージの発光面を、134eはLED発光素子パッケージの内蔵型ヒートシンクとしての機能を有する放熱板を示す。
2)ガラスエポキシ基板
ガラスエポキシ基板(141)を用いたLED発光素子パッケージの実装構造(140)は、例えば、図3(b)に示した断面図で表される。これは、図3(a)に示した前記アルミニウム基板の場合において、上述のアルミニウム基板136とその上に塗布したレジスト137を組み合わせた構成をガラスエポキシのプリプレグ基板141に置き換えた以外は、アルミニウム基板の場合と同様の実装構造である。
特許文献1には、中央穴を有するガラスエポキシ基板またはアルミニウム製の基板を用いたLED式小型電球の構造が記載されており、これらの基板上に電子部品が搭載されたLED式小型電球の構造が開示されている。アルミニウム基板の場合には、基板上面外周に部品取り付け用の配線を、基板を絶縁して取り付けていることが記載されている。
特許文献2には、最下層がCu層、最上層がAu層となるようにして複数の導体層を、ガラスエポキシ基板などの絶縁体により形成された基板の表面に積層することにより形成された実装パッド上に、導電性接着剤を介してLEDチップを実装する方法が記載されている。特許文献2に記載の方法によれば、上記実装パッドの上記LEDチップに対応する部位に、上記LEDチップを収容可能な広さとされた凹部を、その底面で上記Cu層が露出するように形成し、このCu層上に導電性接着剤を介して上記LEDチップを載置した後、この導電性接着剤を加熱・固化させることで、LEDチップが実装されている。
特許文献3には、熱可塑性ポリエステル系樹脂からなる2層構造または3層構造の発泡シートの記載がある。この発泡シートは、表層を構成する非発泡層の露出面には、算術平均粗さRaが3.5μm以上の凹凸が形成されている発泡シートである。特許文献3には、この発泡シートを用いた光反射板及びバックライトパネルが開示されている。しかし、この光反射板及びバックライトパネルは、光反射板自体が通電用の回路基板ではない。
特許文献4は、マイクロ発泡樹脂シート上に回路を形成した基板に関する発明で、低誘電率、低損失なアンテナ等の高周波用のプリント回路基板に関する発明である。また、基板の低誘電率化のためにマイクロ発泡樹脂シートを用いるので、回路基板の用途が本発明の照明用配線回路とは大きく異なる。また、特許文献4には、光反射機能を有する別のマイクロ発泡樹脂シートを、回路を形成したマイクロ発泡樹脂シートの上面に形成したマイクロ発泡樹脂シート複合基板については、全く記載されていない。
特許文献5には、発光素子であるLEDを実装した発光素子ユニットの表面全体のLEDを除く部分に光学的反射特性を有する略直管形状の熱収縮性を有する樹脂により、形成した被覆体を被覆することが開示されている。熱収縮性を有する樹脂により形成された前記発光素子ユニットを挿入後に被覆体を加熱し収縮させて被覆する。ここで、熱収縮性を有する樹脂は、基板ではなく、基板に被せられる被覆体であり、その目的は白色塗料による塗装ムラや塗料劣化に伴う品質低下を防止することを目的とする。この発明では、個別発光素子ユニットに対して、直管形状の熱収縮性樹脂フィルムを基板全体に被せて1個1個熱収縮される必要があり、生産性に劣るとともに、反射特性を有するマイクロ発泡樹脂シート複合基板に関する発明ではない。
特開2010−205579号公報 特開2003−174201号公報 特開2014−002267号公報 特開2011−258609号公報 特開2005―123103号公報
LED照明器具用のLED発光素子実装用基板及びそれを用いた実装構造には、明るい照明とするために、高い光反射特性が要求されている。しかしながら、上述した従来のアルミニウム基板やガラスエポキシ基板、さらにこれらの表面に塗設されていた白色レジストは、光反射特性が低く、光反射特性の改良が求められていた。
LED照明器具用のLED発光素子実装用基板及びそれを用いた実装構造は、軽量であることが求められている。しかしながら、従来のアルミニウム基板やガラスエポキシ基板では軽量化が不十分であって、改良が求められていた。
さらに、照明器具内部における光反射面積を向上させるととともに、照明器具の配線の信頼性向上が望まれていた。
本発明は、高い光反射特性を有し、軽量であり、LED照明器具用の光反射板が実装部品の支持体を兼ねると同時に回路保護機能を有する通電用回路を形成したLED照明器具用の、金属とマイクロ発泡樹脂シート基板及びそれを用いた実装構造を提供することを課題とする。従来は100℃前後熱処理を想定していたので片面板でも反りは発生しなかったが、よりLED基板との密着性を高めるため、樹脂補強型低温はんだやエポキシを含んだ導電性接着剤を使用した場合、熱処理温度がより高温となり、基板の反りや熱変形が問題となってきた。基板の反りや熱変形改善のため発泡樹脂で回路を挟んだマイクロ発泡樹脂シート基板構造とすることで厚さ方向は対称構造となり基板が反りにくくなる。
すなわち、本発明によれば、以下の手段が提供される。
(1)絶縁性であって微細気孔を有する、第1のマイクロ発泡樹脂シート及び第2のマイクロ発泡樹脂シートと、金属回路部材とを具備し、
LED光源の発光面方向に対して金属回路部材より下側に配置されるマイクロ発泡樹脂シートを第1のマイクロ発泡樹脂シートとし、金属回路部材より上側に配置されるマイクロ発泡樹脂シートを第2のマイクロ発泡樹脂シートとして、前記第1、前記第2のマイクロ発泡樹脂シートが前記金属回路部材を挟み込んで相互に対向して配置し、
前記第1、前記第2のマイクロ発泡樹脂シートの前記金属回路部材との対向面がそれぞれ前記金属回路部材に接合一体化されたマイクロ発泡樹脂シート基板であって、
前記金属回路部材には通電用配線回路が形成されていて、
前記第1または前記第2のマイクロ発泡樹脂シートの少なくともいずれかに開口部または切り欠き部を有し、さらに、前記第1または前記第2のマイクロ発泡樹脂シートの開口部または切り欠き部に形成された通電用配線回路にLED光源としてLED発光素子パッケージを接続して実装して、前記第1または前記第2のマイクロ発泡樹脂シートの少なくともいずれかを光反射板として使用することを特徴とするLED光源の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造。
(2)前記LED光源が端面発光型のLED発光素子パッケージであり、前記第2の樹脂シートは切り欠き部を有し、前記LED発光素子パッケージの発光面を、前記マイクロ発泡樹脂シート基板の、前記第1のマイクロ発泡樹脂シートの表面に略平行に前記第2のマイクロ発泡樹脂シートに形成された切り欠き部の開口の方向に向けて配置して、さらに前記第2のマイクロ発泡樹脂シートの金属回路部材との接合面の反対側の面に、第3のマイクロ発泡樹脂シートを、前記LED発光素子パッケージを挟み込んで前記第1のマイクロ発泡樹脂シートに対向配置させることを特徴とする請求項1に記載のLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造。
(3)PET樹脂、難燃PC樹脂、アクリル樹脂のいずれかのマイクロ発泡樹脂シートである(1)または(2)に記載のLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造。
(4)前記第1のマイクロ発泡樹脂シート及び前記第2のマイクロ発泡樹脂シートと前記金属回路部材との対向面の接合部が接着剤からなる接着層である(1)〜(3)のいずれか1項に記載のLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造。
(5)前記LED発光素子パッケージのケース部の発光面を、前記金属回路部材および前記第1及び前記第2のマイクロ発泡樹脂シートと略平行に配置する(1)〜(4)のいずれか1項に記載のLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造。
(6)前記LED発光素子パッケージの前記マイクロ発泡複合シート基板への固定は、前記開口部に配置された前記金属回路部材の端子接続部に前記LED発光素子パッケージのリード端子を固定する(1)〜(5)のいずれか1項に記載のLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造。
(7)第1または第2の一方のマイクロ発泡樹脂シートが光反射板として機能する他に、第1または第2の他方のマイクロ発泡樹脂シートの前記開口部の前記金属回路部材、端子接続部及びLED発光素子パッケージ以外の部分が、前記LED発光素子パッケージから発光された光の光反射板として機能する(1)〜(6)に記載のLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造。
(8)前記第1のマイクロ発泡樹脂シートには開口部が形成されずに、前記第2のマイクロ発泡樹脂シートには前記LED発光素子パッケージと前記金属回路部材とを接続するめっき被覆されたスルーホール、またははんだもしくは導電性ペーストが充填されたスルーホールを有するか、またはリベットを有する(1)〜(7)のいずれか1項に記載のLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造。
(9)前記マイクロ発泡樹脂シート基板へは、前記LED発光素子パッケージが複数個配置されるマルチチップ方式の接続構造を有するもので、前記複数のLED発光素子の少なくとも一部は、前記通電用配線回路部材により直列接続、並列接続、または直列接続もしくは並列接続を組み合わせて接続された(1)〜(8)のいずれか1項に記載のLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造。
(10)前記光反射板を構成するマイクロ発泡樹脂シートが熱可塑性樹脂からなり、前記光反射板の反射面は、波長450〜650nmの可視光に対する光学特性として、酸化アルミ標準板の光反射率を100%とした場合に、全反射率が90%以上、拡散反射率が90%以上である(1)〜(9)のいずれか1項に記載のLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造。
(11)(1)〜(10)のいずれか1項に記載のLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造を用いたLED照明器具。
(12)絶縁性であって光反射板を構成する第1のマイクロ発泡樹脂シートと、金属回路部材を介して第1のマイクロ発泡樹脂シートと対向して配置された第2のマイクロ発泡樹脂シートの間に、
通電用配線回路を形成した金属回路部材が配置され、
前記第1及び前記第2のマイクロ発泡樹脂シートの前記金属回路部材との対向面とがそれぞれ互いに接合されることを特徴とするLED照明器具用の、自己形状保持性を有するマイクロ発泡樹脂シート基板。
(13)前記LED光源が端面発光型のLED発光素子パッケージであり、前記第2のマイクロ発泡樹脂シートは切り欠き部を有し、前記LED発光素子パッケージを、前記マイクロ発泡樹脂シート基板の、前記第1のマイクロ発泡樹脂シートの表面に略平行に前記第2のマイクロ発泡樹脂シートに設けられた切り欠き部の開口部の方向に向けて配置することを特徴とする(12)に記載のLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板。
(14)さらに前記第2のマイクロ発泡樹脂シートの金属回路部材との接合面の反対側の面に、第3のマイクロ発泡樹脂シートを、前記LED発光素子パッケージを挟み込んで前記第1のマイクロ発泡樹脂シートに対向配置させることが可能なことを特徴とする請求項13に記載のLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板。
(15)前記第1のマイクロ発泡樹脂シートと前記第2のマイクロ発泡樹脂シートがPET樹脂、PC樹脂、難燃PC樹脂、アクリル系樹脂のいずれかからなるマイクロ発泡樹脂シートである(12)〜(14)に記載のLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板。
(16)前記第1のマイクロ発泡樹脂シート及び前記第2のマイクロ発泡樹脂シートと前記金属回路部材との対向面の接合部が接着剤からなる接着層である(12)〜(15)のいずれか1項に記載のLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板。
(17)部品実装面側の前記第1または前記第2のマイクロ発泡樹脂シートの少なくともいずれか一方には、開口部を有する(12)〜(16)のいずれか1項に記載のLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板。
(18)光反射板として用いられる、前記第1または第2のマイクロ発泡樹脂シートの少なくともいずれか一方のマイクロ発泡樹脂シートの光学特性は、波長450〜650nmの可視光に対する光学特性として、酸化アルミ標準板の反射率を100%とした場合に、全反射率が90%以上、拡散反射率が90%以上である(12)〜(17)のいずれか1項に記載のLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板。
(19)光反射板として用いられる、前記第1または前記第2のマイクロ発泡樹脂シートと前記金属回路部材との接着強度は、いずれも0.5kgf/cm〜2.0kgf/cmである(12)〜(18)のいずれかに1項に記載のLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板。
(20)(12)〜(19)のいずれか1項に記載のLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板が、光反射特性に優れる弾性反発力を有する曲面形状に成形可能であることを特徴とするLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板。
(21)(12)〜(20)のいずれか1項に記載のLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板が、プレアニール処理またはリフロー炉で加熱処理されていることを特徴とするLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板。
以下、前記(1)〜(10)に記載のLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造の発明と、前記(11)に記載のLED照明器具の発明とを、併せて、本発明の第1の実施態様という。
また、前記(12)〜(22)に記載のLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板の発明を、併せて、本発明の第2の実施態様という。
ここで、本発明とは、前記第1の実施態様と第2の実施態様とを包含する意味である。
尚、本発明においては、回路形成に用いる材料としては、銅箔または銅合金箔を使用することができる。説明の簡略化のため、以下では単に銅箔と記載する。銅箔との記載は、銅箔または銅合金箔を意味するものとする。
1)光反射率の向上
本発明のマイクロ発泡樹脂シート基板は、第1のマイクロ発泡樹脂シート、第2のマイクロ発泡樹脂シート、もしあれば第3のマイクロ発泡樹脂シートの表面がともに、酸化アルミ標準板の反射率を100%とした場合に、光反射率が90%以上(全反射率が90%以上、拡散反射率が90%以上)の光反射特性に優れるマイクロ発泡樹脂シートで構成されるため、光反射特性に優れるLED発光素子用基板として用いることができる。また、LED発光素子を本発明のマイクロ発泡樹脂シート基板に実装する場合には、LED発光素子の実装部分を除いて、配線回路をすべて本発明の樹脂シートで覆うことが可能なため、マイクロ発泡樹脂シート自体の反射率が大きいだけでなく、本発明の樹脂シートによる反射面積を大きく取ることができ、反射板の面積を最大化できる。特に、LED発光素子がフリップチップタイプである場合には、LED発光素子チップ直下の配線回路を支持する基板の反射も利用できることからより好ましい。
2)軽量化
本発明の複合シート基板は、マイクロ発泡樹脂シートを使用している低密度であるため、従来の配線基板(アルミニウム基板、ガラスエポキシ基板)に比べて軽量化することができる。つまり、本発明の基板は軽量でありながら、アルミニウム基板やガラスエポキシ基板と同様の自己形状保持性を有すると同時に、軽量化が図れる。
3)回路保護、衝撃吸収、基板の信頼性向上
さらに、配線回路の両側をマイクロ発泡樹脂シートで挟み込んでいることから、マイクロ発泡樹脂で配線回路を保護することができ、基板表面の配線露出部を少なくすることができる。そのため、配線保護のためのめっきを少なくするか省くことができる。
さらに、配線回路の両側に設けた前記マイクロ発泡樹脂シートの一方が反射板、他方が白色レジスト等の絶縁樹脂被膜の役割を果たすことから、配線回路の露出面に白色レジスト等の絶縁樹脂被膜を設ける必要がなく、基板表面の配線露出部を少なくすることができる。また、反射率は従来の白色レジストより高い。また、マイクロ発泡シートが発泡樹脂であり、振動や衝撃吸収能力が高いことから、配線回路が振動や衝撃を受ける自動車用LED照明に適する。以上のように、配線回路の両側を抵抗の大きいマイクロ発泡樹脂シートで両側を被覆していることから、そのため、LED照明に使用する場合の信頼性向上に資することができ、さらに、基板の上下面が絶縁されているので安全である、
4)自己形状保持性
本発明のマイクロ発泡樹脂シート基板は、アルミニウム基板やガラスエポキシ基板の剛性の高い基板に比べると、自己形状保持性に優れるため、それぞれの樹脂シートの厚さを適宜調整することで軽量化が可能になる。ここで、自己形状保持性とは、本発明のマイクロ発泡樹脂シート基板は、所定の大きさにおいて、シートとしての形状を保持できる剛性を有することであり、さらにLED発光素子などの実装部品の重量を支持できるだけの剛性を有することをいう。ここで、前記マイクロ発泡樹脂シート基板の自己形状保持性とは、例えば、前記マイクロ発泡樹脂シート基板を10cmの正方形に切断した基板を試験片として、正方形の一辺の中央部を幅10mm×対向する辺に向って長さ5mm把持した場合に、対向する辺の中央部が把持部と同一の高さに把持できることを言う(図5(a)、5(b)参照)。このような複合シート基板の自己形状保持性は、前記複合シート基板に用いるマイクロ発泡樹脂の自己保持性に依拠していることは言うまでもない。
5)可撓性と弾性回復性
本発明のマイクロ発泡樹脂シートを用いた複合シート基板は、可撓性と、変形後の弾性回復力を有するので、曲面形状を有する照明器具などに使用する場合に、照明器具の枠体の局面に沿って曲げた後、弾性回復力で、枠体に密着させることができ、曲面形状を有する照明器具の光反射特性を有する曲面状基板やこれを用いた照明器具を実現できる。
6)基板の熱収縮および反り防止
本発明の複合シート基板の金属回路部材とマイクロ発泡樹脂の間のピール強度を向上させるために、本発明の複合シート基板を接着強度の高い熱硬化性の接着剤を使用して加熱接着を行なう場合に、本発明の複合シート基板は、金属回路部材を挟んで第1と第2のマイクロ発泡樹脂シートが略対称に存在するので、接着後の冷却工程での金属回路部材とマイクロ発泡樹脂シートの熱膨張係数の相違により生じる反りを防止することができる。本発明の複合シート基板にリフロー炉を用いて、樹脂補強型低温はんだなどによりLED発光素子パーケージを実装する場合に、同様に回路部材を挟んで第1と第2のマイクロ発泡樹脂シートが略対称に存在するので、接着後の冷却工程で複合シート基板に生じる反りを防止することができる。また、基板の熱接着工程や導電性接着剤、樹脂補強型低温はんだでの熱履歴による樹脂シートの熱収縮を予備アニールすることで防止することできる。
LED発光素子パッケージの各種基板への実装構造を模式的に示す断面図であり、マイクロ発泡樹脂シート基板を用いた本発明例を示す。図1(a)は、トップビュー型のLED発光素子チップを用いた実装の一例を示す断面図である。図1(b)は、トップビュー型のLED発光素子チップを用いた実装の別の一例を示す断面図である。図1(c)は、トップビュー型のLED発光素子チップを用いた実装の一例を示す断面図であり、LED発光素子チップを銅箔(回路)とスルーホール(8)により接続させた本発明例を示す。図1(d)は、サイドビュー型のLED発光素子チップを用いた実装の一例を示す断面図である。 LED発光素子パッケージの構造を示す模式図である。図2(a)は断面図を、図2(b)は分解組み立て図を示す。図2にはケース内蔵型放熱板(ケース内蔵ヒートシンク)31付きのLED発光素子パッケージを示す。 図3(a)はLED発光素子パッケージの各種基板への実装構造の一例を模式的に示す断面図であり、アルミニウム基板(136)を用いた従来例を示す。図3(b)は、LED発光素子パッケージの各種基板への実装構造の一例を模式的に示す断面図であり、ガラスエポキシ基板(141)を用いた別の従来例を示す。 本発明例(実線)と従来例(点線2種類)の光反射特性(全反射率)の結果を対比して示したグラフである。 実施例で自己形状保持性確認試験結果に用いた試験片の形状を示す。図5(a)は、本発明例の結果の模式図であり、図5(b)は、比較例の結果の模式図である。 円筒状LED照明器具の一例の分解斜視図を示す。 図7(a)は、開口部から直接出射する端面発光型のLED照明器具の一例を示す。図7(b)は、開口部に光拡散板を設けた場合の端面発光型のLED照明器具の別の一例を示す。図7(c)は、LED発光素子パッケージ近傍の反射板と導光空間の関係を示す部分平面図である。
なお、図1(a)〜図1(d)中のLED発光素子パッケージ(3)は断面を示すが、詳細(図2(a)参照)の図示は省略した。
以下、本発明の好ましい実施の形態について、適宜図面を参照して具体的に説明する。
(パッケージの実装構造I:パッケージの通常実装構造)
まず、図1(a)に示すように、LED発光素子パッケージ17(図1(a)では3)のフレーム部26(電極端子29、図1(a)では4)の上面を、マイクロ発泡樹脂(1)/金属(7)/マイクロ発泡樹脂(2)からなるマイクロ発泡樹脂の複合シート基板の下面に露出させた配線回路7の下面に接続することができる。この場合には、まず、マイクロ発泡複合シート基板に貫通孔である開口部を形成するとともに、開口部の縁部におけるマイクロ発泡樹脂シート1を除去して、配線回路7を露出させる。
次に、LED発光素子パッケージ17(図1(a)では3)を、図示したマイクロ発泡樹脂シート基板の下側から開口部に挿入し、電極端子29(図1(a)では4)と配線回路7とをはんだ5で接続する。
また、図1(a)に示したように、銅箔7とLED発光素子パッケージ17(図1(a)では3)との間にはんだや導電性接着剤の層5を設けるとともに、はんだや導電性接着剤の層5の反対側には接着剤(好ましくは透明接着剤)の層6を設けてもよい。
なお、はんだ5以外の接続方法としては、導電性接着剤、ナノペーストなどが挙げられる。支持体としてのマイクロ発泡樹脂シート1への影響を考慮して、はんだ付けと導電性接着剤やナノペーストとを比べると、樹脂補強型低温はんだや使用温度の低い導電性接着剤やナノペーストなどが好ましい。例えば、導電性接着剤としては、市販の銀−エポキシ接着剤が好ましい。
(パッケージの実装構造II:パッケージの別の通常実装構造)
または、図1(b)に示すように、LED発光素子パッケージ17(図1(b)では3)のフレーム部26(電極端子29)の下面を、前記マイクロ発泡樹脂シート基板の表面に露出させた配線回路7の上面に接続してもよい。この場合には、まず、マイクロ発泡樹脂シート基板(配線回路7を除くマイクロ発泡樹脂シート1のみ)に開口部を形成するとともに、開口部の縁部におけるマイクロ発泡樹脂シート1を除去して、配線回路7を露出させる。
次に、LED発光素子パッケージ17(図1(b)では3)を、マイクロ発泡樹脂シート基板の表面側から開口部に挿入し、電極端子29と配線回路7とを低温はんだ6または導電性接着剤で接続する。
また、図1(b)に示したように、銅箔7とLED発光素子パッケージ17(図1(b)では3)との間にはんだや導電性接着剤の層5を設けるとともに、はんだや導電性接着剤の層5の反対側には接着剤(好ましくは透明接着剤)の層6を設けてもよい。
なお、はんだ6以外の接続方法としては、導電性接着剤、ナノペーストなどが挙げられることは、上記と同様である。例えば、導電性接着剤としては、市販の銀−エポキシ接着剤が好ましい。
(パッケージの実装構造III:パッケージのスルーホール実装構造)
また、図1(c)に示すように、LED発光素子パッケージ17(電極端子4)と配線回路7との接続は、マイクロ発泡樹脂シート基板に形成したスルーホール8を介して行ってもよい。スルーホール8は、マイクロ発泡樹脂シート基板のマイクロ発泡樹脂シート1の配線回路7部分まで含めて貫通させても良く、あるいは図1(c)に示したように、マイクロ発泡樹脂シート1のみを貫通させて配線回路7をスルーホール8内の底部に露出させてもよい。
いずれの場合であっても、まず、マイクロ発泡樹脂シート基板にスルーホール8を形成し、このスルーホール8に導体を付与する。例えば、図1(c)に示すように、めっきをスルーホール内壁面またはスルーホール内部を全て埋めるように形成したり、導電性ペーストなどによってスルーホールを充填する。次いで、LED発光素子パッケージ17(図1(c)では3)の電極端子29と配線回路7とをスルーホール8を介してはんだ接合して接続する。なお、この場合には、LED発光素子パッケージ17の中央直下にマイクロ発泡樹脂シート(1、1)を残す必要があるが、スルーホール同士の電気的導通を切る必要がある。図中、9はこの導通を切る為の空間部である。
(パッケージの実装構造IV:フリップチップの直接実装構造)
フリップチップタイプのLED発光素子チップの構成は、サファイア基板、n−GaN、活性層、p−GaNの順に混晶を積層し、最後にp型反射電極を積層する。また、n−GaN上には、nパッドが形成される。フリップチップ実装は、チップの電極面を下向きにしてパッケージを実装する構造である。ここで、フリップチップ構造の場合にはチップ下面を本発明の基板に形成した回路に直接実装することができる。また、フリップチップタイプのLED素子は、LED発光素子の上部をシリコン樹脂等の耐熱性の高い樹脂で、樹脂封止することもできる。この場合、マイクロ発泡樹脂シートの耐熱性を考慮すると、マイクロ発泡樹脂シートに形成した開口部に回路部材を露出させて、露出した開口部に導電性ペーストや金粒子などを介在させて超音波接合させることが望ましい。また、フリップチップタイプのLED発光素子を実装した開口部の反対面のマイクロ発泡樹脂シートにも同様の開口部を設けることで、金属回路部材が露出することから、LED発光素子の放熱性を向上させることができる。ここで、図示は省略するが、フリップチップタイプのLED発光素子の実装構造は、図1(b)と同様になる。
(パッケージの実装構造VI:サイドビュー型のLED発光素子チップを用いた実装)
また、図1(d)に示すように、サイドビュー型のLED発光素子パッケージ17(図1(d)では3)のフレーム部26の電極端子29(電極端子4)を、前記マイクロ発泡複合シート基板の開口部中に露出させた配線回路7と、はんだ(5)を介して接続してもよい。この場合には、まず、マイクロ発泡複合シート基板の一部切欠きを設けて開口部9aを形成するとともに、開口部9aの縁部におけるマイクロ発泡樹脂シート1を除去して、配線回路7を露出させる。次に、LED発光素子パッケージ17(図1(d)では3)を、図示した図1(d)では左側から開口部9a(一部切欠き部)に挿入し、電極端子29と配線回路7とをはんだ5で導通させる。ここで、はんだ5に代えて、導電性接着剤やナノペーストを用いてもよいことは、上記と同様である。
各図において、Lは、LED発光素子パッケージ17(図1(a)〜図1(d)では3)の発光方向を示す。
上記の通り、トップビュー型またはサイドビュー型のLED発光素子チップを用いて適正に実装することにより、上方(図1(a)〜図1(c))または側方(図1(d))に発光する照明器具を構成することができる。
(マイクロ発泡樹脂シート)
本発明で用いるマイクロ発泡樹脂シートは、両面に非発泡層を有し、中心部には発泡層を有する、全体として絶縁性の多層マイクロ発泡樹脂シートである。ここで、マイクロ発泡層とは、発泡により、下記所定の気泡を生成させた層をいう。
・シート厚さ
本発明では、マイクロ発泡樹脂シートの厚さは0.4mm〜2.0mmの範囲が使用でき、好ましくは、0.4mm〜1.0mmである。ここで、マイクロ発泡樹脂シートの厚さは、0.4mm未満では、シートの剛性が低下し、シート厚さは、第1のマイクロ発泡樹脂シートと第2のマイクロ発泡樹脂シートを貼り合わせて使用することから、シート厚さは1.0mmで十分である。また、第1のシート上に積層し、反射板として使用する第2のシートは、シート厚さが第1のシートより薄くても良い。マイクロ発泡樹脂シートの発泡層の厚さは、前記マイクロ発泡樹脂シートの厚さから、非発泡層の厚さの厚さを引いた値になる。つまり、非発泡層の厚さは、マイクロ発泡樹脂シートの全体厚さが増しても、ほぼ一定値の10〜30μmになる。この理由は、非発泡層がマイクロ発泡樹脂シートの製造工程においてガスが抜けることにより形成され、これにより形成される層の厚さは、前記マイクロ発泡樹脂シートの表面からの距離によって決まるためである。
・気泡径
本発明のマイクロ発泡樹脂シートは、平均気泡径が0.2μm〜40μmの範囲であることが好ましい。ここで、平均気泡径が小さすぎると、光の透過度が高くなり反射率が低下する。平均気泡径が大きすぎると拡散反射率が低下する。このため、平均気泡径は0.2μm〜20μm以下とすることがさらに好ましい。さらに平均気泡径は0.4μm〜10μmであることが特に好ましい。本発明においては、気泡径が前記の範囲であることを、微細気孔という。
・光学特性
マイクロ発泡樹脂シートは、これを構成する樹脂が熱可塑性樹脂からなり、波長450〜650nmの可視光に対する光学特性として、酸化アルミ標準板の反射率を100%とした場合に、全反射率が90%以上、拡散反射率が90%以上にあることが好ましい。また、反射率の波長依存性が2%以下の範囲内にあることが好ましい。全反射率、拡散反射率ともに、さらに好ましくは95%以上である。また、反射率の波長依存性は1%以下を満足することがさらに好ましい。マイクロ発泡樹脂シートは、表面に光反射率の高い非発泡層を有するので、光反射板として有効である。
・体積固有抵抗
マイクロ発泡樹脂シートは、表面に光反射率の高い非発泡層を有するので、反射板として有効である。ここで、本発明のマイクロ発泡樹脂シートは、絶縁性を有する基板である必要があるため、その体積固有抵抗は、体積固有抵抗が1012Ω〜1017Ωであることが好ましい。この範囲であれば、本発明における絶縁性を十分確保できる。
・適用マイクロ発泡樹脂シート
本発明において、マイクロ発泡樹脂シートは、PET樹脂(ポリエチレンテレフタレート樹脂)、PC樹脂(ポリカーボネート樹脂)、難燃PC樹脂、アクリル系樹脂、例えばPMMA樹脂(ポリメタクリル酸メチル樹脂)のいずれかから構成することが好ましい。上記の他、マイクロ発泡樹脂シートには、シクロオレフィンポリマー、ポリアクリロニトリルなどのアクリル樹脂に難燃性を持たせた透明樹脂を使用することもできる。
・難燃組成
例えば、難燃組成のポリカーボネート樹脂としては、住友ダウ工業製の「SI8000L」(商品名)が挙げられる。さらに、通常のポリカーボネート樹脂に、シリコーン化合物やポリテトラフルオロエチレンなどを含有させて難燃性としてもよい。例えば、シリコーン化合物としては、信越化学工業製の「X−40−9805」(商品名)などを用いることができ、ポリテトラフルオロエチレンとしては、住友スリーエム社製の「ホスタフロン TF1620」(商品名)などを用いることができる。
・マイクロ発泡樹脂シートに代えて反射板として白色樹脂フィルムの使用
前記第2のマイクロ発泡樹脂シート(開口部または切り欠き部が設けられるマイクロ発泡樹脂シート)として、ポリエステルに少なくとも無機粒子を含み内部に微細気泡を有する白色ポリエステルフィルムか、またはポリエステルに非相溶な樹脂を含み内部に微細気泡を有する白色ポリエステルフィルムを用いて、開口部または切り欠き部が形成されたマイクロ発泡樹脂シートとする。また、第1のマイクロ発泡樹脂シートが前記マイクロ発泡樹脂シートとする。このような第1および第2のマイクロ発泡樹脂シートからなるLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造とすることができる。このようにすることで、基板側には、前記マイクロ発泡樹脂シートを配置し、反射板側には、前記白色ポリエステルフィルムを用いることができる。
(銅箔)
本発明においては、通電用配線回路として銅箔を用いることができ、銅箔としては圧延銅箔と電解銅箔のいずれも用いることができる。本発明に用いる銅箔の厚さは、必要に応じて適宜設定することができる。LEDの消費電力によって発熱量が異なるので、これを考慮して使い分けることが望ましい。例えば、LED発光素子パッケージの消費電力が1Wを超える場合は、銅箔厚さが100μmを超えて200μmまでとすることができる。一方、消費電力が1W以下の場合は、12μm以上100μm以下で、好ましくは12μm以上70μm以下、特に好ましくは18μm以上35μm以下のものを用いることができる。
・圧延銅箔
圧延銅箔には、タフピッチ銅、無酸素銅、燐脱酸素銅、銅合金などの銅や銅合金の箔が挙げられる。通電用配線回路には、導電率が高いタフピッチ銅や無酸素銅を用いることが好ましい。コストなどの観点からタフピッチ銅を用いることが好ましい。また、圧延銅箔において、圧下率は高い方が好ましい。これは、成形性や屈曲性を向上させるには、圧延前後の板厚(箔厚)比率である圧下率が高い方が、圧延後に焼鈍した後の焼鈍後の箔の柔軟性が大きく、屈曲性や成形性が向上するためである。
・電解銅箔
これに対して、電解銅箔は、チタン製の回転ドラムに銅を電着させて、電析した銅をドラム上面で剥離させて銅箔とするため、研磨したチタンドラムに接触する電析した表面であるシャイン面と、電解析出により銅結晶の成長するマット面を有する。本発明においてマイクロ発泡樹脂シートと銅箔を接合させる場合は、マット面を接合界面とすることが好ましい。さらに接着強度を向上させるため、マット面に細かくて、均一なデンドライトやノジュールを電析させてもよい。さらに、接着力を増加させるためには、樹脂との化学結合力が銅より強い亜鉛めっきや亜鉛合金めっきを施し、さらに必要に応じてクロメート処理やシランカップリング剤などで化学結合力を付与しておいてもよい。
また、本発明に用いる銅箔は、本発明の絶縁性のマイクロ樹脂発泡シートとの接着性を向上させるため、表面粗さは粗い方が好ましい。
次に、銅箔を用いた回路の形成方法および実装基板の製造方法について、説明する。
まず、銅箔を用いたエッチングによる回路形成方法について説明する。回路形成方法の大まかな手順は、基材であるマイクロ発泡樹脂シートにアニール処理を行い、次いで接着剤をロールラミネータで塗布した後、銅箔を接着剤層にラミネートする。さらに、マイクロ発泡樹脂シートに銅箔を積層した基板を得て、この銅箔面にエッチングによる回路形成を行う。回路に導電性接着剤やはんだを設けることで、LED発光素子パッケージを実装する。さらにLED発光素子パッケージを実装した回路形成側のマイクロ発泡樹脂シートの表面に、LED発光素子パッケージの実装部に開口部を設けて別のマイクロ発泡樹脂シートを接着する。さらに、導電性接着剤または、樹脂補強型低温はんだを固化することで、LED発光素子パッケージを実装したマイクロ発泡樹脂シート基板を作製することができる。
(1.マイクロ発泡樹脂シートと銅箔の一体化)
先ず、所定幅のマイクロ発泡樹脂シートを例えば、160℃〜180℃×1分でマイクロ発泡樹脂シート基材のアニール処理を行う。さらに、接着剤をラミネートしたロールラミネータを用いて剥離紙を剥しながら、例えば、所定厚さ960μmで所定幅のマイクロ発泡樹脂シートを、例えば、所定の加工温度130℃、圧力4kgf/cmで、加熱ロールを数秒間通過させて銅箔と貼り付ける。例えば、所定厚さ35μmの電解銅箔の片面から、上記電解銅箔と貼り付けたマイクロ発泡樹脂シートを、同一幅の材料を同様の条件の加工温度で、同様の圧力にて加熱ロールを通過させてマイクロ発泡樹脂シートと銅箔を貼り合わせて一体化することで、マイクロ発泡樹脂シート基板を作製することができる。また、接着剤に熱硬化性接着剤を使用する場合は、その後に160〜180℃で接着剤の固化処理を行う必要がある。ここで、接着剤として、導電性接着剤や樹脂補強型接着剤を用いる場合、導電性接着剤は、100℃〜130℃、樹脂補強型低温はんだは160℃〜180℃で所定時間保持することで固化させることができる。
(2.銅箔への回路形成)
1層のマイクロ発泡樹脂シートと1層の銅箔を貼り合わせて一体化したマイクロ発泡樹脂シート基板への回路形成は、下記の工程で行う。
先ず、銅箔表面にレジスト塗布後、フォトマスクを用いた紫外線露光を行い、レジストを硬化させ、未硬化のレジストを除去してパターン形状を作成する。その後エッチング液にて不要な銅箔を溶解除去する。次いで、銅箔の上のレジストを取り除くと、銅箔のみが回路として残る。ここで、回路のLED発光素子パッケージの実装部に導電性接着剤や樹脂補強型低温はんだを塗布して、LED発光素子パッケージを実装する。尚、回路形成後、必要に応じて、銅箔とLED発光素子チップとの間、例えば、LED発光素子チップのリードと触れる部分の銅箔に対して、Ni、Au、Agなどのめっき処理を行なったり、銅箔の変色防止にフラックス塗布を用いる等することが可能である。
(3.LED実装部分の穴開け)
マイクロ発泡樹脂シートにドリル加工やレーザ加工などで穴開け(切欠き)加工を行い、開口部(LEDをマウントする空間)や回路露出部を形成する。ここでの開口部の加工は、回路部材と貼り付けた第1のマイクロ発泡樹脂シートに対して行うこともできるが、銅箔表面のミクロンオーダの凹凸部に樹脂の加工屑が付着して、導通不良や密着不良が発生する可能性がある。しかし、回路部材と貼り付けていない第2のマイクロ発泡樹脂シートに対して貼り付ける方が、開口部加工時の加工孔の深さの制御が不要なため、簡単である。よって、開口部の加工は、第2のマイクロ発泡樹脂シートに対して行う方が望ましい。上記穴開け(切欠き)加工によって、マイクロ発泡樹脂シートの略平行方向に複数の開口部を設けた枚葉型のマイクロ発泡樹脂シートを得ることができる。
(4.回路面側へのマイクロ発泡樹脂シートの熱積層プレスによる接着)
その後、現在貼り付けられているマイクロ発泡樹脂シートの面と反対の回路面側に別のマイクロ発泡樹脂シートを、積層プレスで温度(例えば、100〜130℃)、圧力(例えば、15kgf/cm)で約30分間、加熱接着を行なって貼り付ける。この際、マイクロ発泡樹脂シートは、熱積層プレス時に、気泡が潰れることで50〜100μm程度薄くなるが反射率は変わらない。
(5.めっき層、蒸着、インクジェット法等による回路の形成)
その他の回路形成の方法としては、めっきによる回路形成方法、蒸着、インクジェットによる方法が用いられる。このめっき層としては、銅めっきが好ましいが銅合金めっきも用いることができる。銅合金めっきとしては、銅に少量の合金元素を添加した銅合金である。例えば、Cu−Ni系銅合金、Cu−Sn系銅合金などを用いることができる。
本発明に用いるめっき層の厚さは、必要に応じて適宜設定することができるが、18〜50μmのものを用いることができる。めっき層の厚さは40μm以下であることが好ましい。この理由は、めっき厚さが厚くなりすぎると、めっき皮膜形成コストが増加するからである。
回路パターンを形成するマイクロ発泡樹脂シート部のみに無電解めっきまたは電界めっきによって銅めっき層を形成する。これには公知の無電解めっき方法と電解めっき方法を採用することができる。通常は、めっきの密着性の観点より、1〜2μmの厚さで無電解めっきを行い、通常は、めっき速度を向上させるため、無電解めっき層の表面に必要な厚さの電解めっきを行なう。このめっき工程において、非発泡層上には銅めっき層が形成されにくいが、非発泡層を除去して露出した発泡層には、多数の気泡が形成され、これらの気泡による気孔の凹凸形状によるアンカー効果により、めっき層を密着させて導体層を形成することができる。また、上記の他、めっき層を厚く形成する必要がない場合には、蒸着、インクジェットにより回路部材(導体層)を形成することも可能である。非発泡層は鋸歯状の工具をシート面方向に、シートの発泡層の中央部や非発泡層と発泡層の界面に装入して、発泡層を露出させ、露出面に対してめっきを行うことができる。
尚、基板にインクジェットで回路を形成する場合には、マイクロ発泡樹脂シートに直接回路を形成することから、マイクロ発泡樹脂シートに銅箔を張り付ける工程と、貼り付けた銅箔に回路を形成する工程が不要になる。ここで、インクジェットによる回路形成法用のインクとしては、直径数μmのAgナノ粒子を用いた銀ナノ粒子インクを本発明のマイクロ発泡樹脂シートの表面に印刷して、配線回路形成を行うことができる。また、Agナノ粒子インクはマイクロ発泡樹脂シート表面に塗布後、インクに含まれるポリマーや溶剤を約100℃に加熱することで、インクを乾燥固化させて、銀を固化させてバルクの銀に近い導電性を得ることができる。以上の他、スクリーン印刷法でも、同様のAgナノ粒子インクを印刷と塗布した後、乾燥固化させる必要がある。マイクロ発泡樹脂シートとめっきやインクジェットによるAgナノ粒子の密着性を向上させるためには、非発泡層を除去して、前述するアンカー効果により、めっきやインクジェットやスクリーン印刷により描画した回路とマイクロ発泡樹脂層の密着性が向上することから、マイクロ発泡樹脂層を露出することが好ましい。
また、前記マイクロ発泡樹脂シート基板への金属回路部材の形成は、インクジェット法、めっき法、または印刷法で形成することで、前記少なくとも一方のマイクロ発泡樹脂シートに回路形成を行なうことができる。この一方のマイクロ発泡樹脂シートに回路形成を行ったマイクロ発泡樹脂シート基板に対して、別のマイクロ発泡樹脂シートを張り付けることで金属回路部材の厚さが8μm以上20μm以下のLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板とすることもできる。なお、銅箔を含めて考えると、銅箔を用いる場合は、インクジェット法、めっき法、または印刷法等により、回路を形成する場合より、銅箔が厚めに形成されることが多いため、LED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板の金属回路部材の厚さは、12μm以上35μm以下とすることができる。
ここで、回路形成後のLED発光素子パッケージの実装工程では、LED発光素子パッケージを実装する前に導電性接着剤や樹脂補強型低温はんだを塗布して、導電性接着剤や樹脂補強型低温はんだを固化してLED発光素子パッケージを所定位置に固定する。
回路形成部のマイクロ発泡樹脂シートの表面に、LED発光素子パッケージを実装部に開口部を設けて別のマイクロ発泡樹脂シートを接着する。ここで、導電性接着剤や樹脂補強型低温はんだの塗布は、別のマイクロ発泡樹脂シートを接着した後でも、ディスペンサー等を用いて行うことができる。
(6.表面実装型LED発光素子パッケージの実装)
次に、上記の回路基板(マイクロ発泡樹脂シート基板)に、フェイスアップ型のLED発光素子パッケージを開口部に配置し、前記パッケージの底面を開口部が形成されていない第1のマイクロ発泡樹脂シート表面に貼り付けて、前記パッケージの端子部を金属回路部材と接続し、LED発光素子上面に形成した電極はワイヤボンディングにより接続されているので、通常は端子を回路接続するだけで実装が終了する。具体的には、前記LED発光素子パッケージは、前記LED発光素子パッケージの前記マイクロ発泡樹脂シート基板への固定は、前記開口部に配置された前記金属回路部材に前記LED発光素子パッケージのリード端子を固定するLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造とすることができる。
(7.フリップチップタイプLED発光素子パッケージの実装)
ここで、また、フリップチップタイプのLED素子パッケージの場合は、マイクロ発泡樹脂シート基板に低温はんだ付けで直接実装するか、導電性接着剤かAu粒子を用いた超音波接続などを用いてLED発光素子パッケージを直接実装することができる。サブマウントを用いて、LED発光素子パッケージをサブマウント上に実装する場合、スルーホールにより、本発明のマイクロ発泡樹脂シート基板の回路部分と接続して実装することもできる。前記開口部における前記発光素子の前記金属回路部材への固定は、はんだバンプ又は金バンプ又は導電性ペーストを介して接続することでLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造を得ることもできる。
(8.サイドビュータイプLED発光素子パッケージの実装)
サイドビュー型のLED発光素子パッケージの端止部を、第1のマイクロ発泡樹脂シートの表面に、樹脂補強型低温はんだまたは導電性接着剤かAu粒子を用いた超音波接続などを用いて、実装することができる。この場合に、マイクロ発泡樹脂シート基板の第2のマイクロ発泡樹脂シートの一部を切欠いて切り欠き部を形成するが、切り欠き部は、LED発光素子パッケージの発光面の方向に、第1のマイクロ発泡樹脂シートと同様の長さに形成される。すなわち、LED発光素子パッケージの発光面の方向に所定幅を有する開口が切り欠き部として遮蔽物が存在しないように形成される。
この場合に、LED発光素子パッケージと金属回路部材の接合は、開口部の端部に金属配線回路を露出させて、前記金属配線回路の露出部とLED発光素子パッケージの端子部とを、導電性接着剤や樹脂補強型低温はんだやナノペースト等で接合する。露出させた金属回路部材の上面には、LED発光素子パッケージが配置され、LED発光パッケージの背面には第2のマイクロ発泡樹脂シートを配置する。さらに、第2のマイクロ発泡樹脂シートの第1のマイクロ発泡樹脂シートとの接合面との反対面に第3のマイクロ発泡樹脂シートを、第1のマイクロ発泡樹脂シートと対向させて配置する。このようにすることで、端面照射型の照明器具(図1(d)参照)を得ることができる。
(9.実装後の切断)
上記の工程終了後、枚葉型のマイクロ発泡樹脂シートから一度に複数個の基板を処理した場合には、個々の製品基板サイズに切断を行う。
(10.予備加熱)
マイクロ発泡樹脂シートは熱を掛けると収縮が起こり、収縮による回路の寸法ズレが起こると部品を実装する上で好ましくない。そのため、マイクロ発泡シートに後工程でかかる温度よりも高い温度を掛け、あらかじめ熱収縮させておくと、後工程での熱処理時に収縮が起こることを防止できる。ここで、予備加熱は、マイクロ発泡樹脂シートが何らかの熱履歴を受ける前、すなわちマイクロ発泡樹脂シートと銅箔の一体化を行う前に行うことが望ましい。つまり予備加熱は、基材のプレアニール処理としてマイクロ発泡樹脂シートと銅箔を一体化する前に行う。
例えば、銅箔とマイクロ発泡樹脂シートの熱接着を行う場合は、接着後、マイクロ発泡樹脂シートが僅かに熱収縮するので、加熱炉などを用いて予備加熱してマイクロ発泡樹脂シートを予め熱収縮させておくと、熱接着時に熱収縮がほとんど起こらない。熱収縮の問題に対処するため、室温でも接着可能であるが、ピール強度をさらに向上させるために、接着強度の高い熱硬化性の接着剤を使用して加熱接着を行う方が好ましい。そして、加熱接着を行う際には、熱収縮を少なくするために、予備加熱を行ってもよい。接着は、室温でも、高温でも良い。従って、本発明のマイクロ発泡樹脂シート基板に、使用するマイクロ発泡樹脂シートは、予備加熱を行っても、行わなくても良いが、予備加熱を行っておくことが望ましい。
(11.基板の剛性向上、熱変形防止)
本発明の、表面光反射特性に優れる回路基板は、リフロー炉を用いて、樹脂補強型低温はんだなどによりLED発光素子パーケージを実装する場合に、本発明の回路を挟んで略対称に第1と第2のマイクロ発泡樹脂シートが存在するので、銅箔とマイクロ発泡樹脂シートの熱膨張係数の相違による変形の発生を防止できる。このため、リジッド基板を使用しなくても基板が変形することがないので、銅箔に第1、第2のマイクロ発泡樹脂シートを積層したマイクロ発泡樹脂シート基板とすることが好ましい。
また、本発明のマイクロ発泡樹脂シート基板は、変形後の弾性回復力を有するので、照明器具などに使用する場合に、弾性回復力に優れ、照明器具の枠体が曲面の場合も、弾性回復力で、枠体に密着させることができる。
次に、本発明の他の実施態様について述べる。
(C1) 絶縁性の光反射板を構成する第1のマイクロ発泡樹脂シートと、対向して配置された形状保持性を有する第2のマイクロ発泡樹脂シートの間に、
通電用配線回路を形成した金属回路部材を配置し、
前記第1及び第2のマイクロ発泡樹脂シートの前記金属回路部材との対向面とがそれぞれ互いに接合されるLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板の製造方法において、
第1または第2のマイクロ発泡樹脂シートに開口部を設ける第1のステップと、
光反射板としての第1または第2のマイクロ発泡樹脂シートの少なくとも一方のマイクロ発泡樹脂シートと金属回路部材を熱接着する第2のステップと、
前記金属回路部材に回路形成を行う第3のステップと、
第1または第2のマイクロ発泡樹脂シートの他方のマイクロ発泡樹脂シートを回路形成後の金属回路部材と熱接着する第4のステップの各工程を含むLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板の製造方法にて、LED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板を製造する方法。
(C2) 前記LED照明用の、マイクロ発泡樹脂シート基板の製造方法において、第1、第2、第3、第4のステップの順に行うLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板の製造方法。
(C3) 前記LED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板の製造方法において第1ステップ後の、工程を第3、第2、第4ステップの順に処理を行うLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板の製造方法。
(D1) 前記第3のステップにおける回路の形成は、サブトラクティブ法により行うLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板の製造方法。
(D2) 前記第3のステップにおける回路の形成は、レーザ加工法、ドリル加工法またはマスク後のエッチング処理により行うLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板の製造方法。
(D3) 第2のステップまたは第4のステップにおけるマイクロ発泡樹脂シートと金属回路部材の熱接着は、熱硬化性樹脂からなる接着剤を用いて加熱温度100〜130℃において、15〜25kgf/cmの加圧力にて、30min以上(例えば、30〜40min)加圧するLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板の製造方法。
以下に、本発明を実施例に基づき、さらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
試験に用いるマイクロ発泡樹脂シートは、PET樹脂について、バッチ式発泡法を用い溶融型気泡核剤を添加し、気泡径10μm、発泡倍率4.0倍で発泡させた板厚1.0mmのマイクロ発泡樹脂シートを作成した。これを、ロールラミネータを用いた熱ロール法により、マイクロ発泡樹脂シートと透明接着剤の仮接着を行い、さらに透明接着剤の上に銅箔を熱ロール法により仮接着した。銅箔はエッチングにより回路を形成したものを使用して、表1に示すマイクロ発泡樹脂からなる各種マイクロ発泡樹脂シート基板を得た。各発明例は、図1(a)に図示した態様のものである。比較例は、図3(b)に図示した態様のものである。
ここで、発明例1〜5のPET樹脂は、加熱処理や接着剤の有無等の処理条件を変えたものである。比較例1,2はガラスエポキシ基板である。マイクロ発泡樹脂シートとの貼り付けには、厚さ35μmの電解銅箔を用いた。
表1中で、マイクロ発泡シート厚さは、両側に非発泡層があるマイクロ発泡シートの熱接着処理後の状態での厚さを表す。尚、表1の材料を得るに当たり、その製造方法、製造条件は、上記の条件に限らない。同様の材料が得られるように調整可能であれば、他の製造条件、製造方法を用いて良い。
次に、特性の測定方法について以下に説明する。
(比重及び発泡倍率の測定方法)
マイクロ発泡樹脂シート基板のサンプルについて、比重は、JIS K6767(1999)に基づき求めた。また、比重ρは、水中置換法により水中質量m(g)、および大気下質量M(g)として、下記式によって求めた。
ρ=M/(M−m)
マイクロ発泡樹脂シートの発泡前後の比重を用いて発泡倍率を計算した。
(平均気泡径の求め方)
ASTMD3576−77に準じて求めた。すなわち、マイクロ発泡樹脂シートの断面のSEM写真を撮影し、SEM写真上の所定の範囲内でマイクロ発泡樹脂シートの各層の積層方向を基準として水平方向と垂直方向に直線を引き、直線が気泡を横切る気泡の弦の長さtを平均した。写真の倍率をMとして、下記式に代入して平均気泡径の値dを求めた。
d=t/(0.616×M)
(反射率の求め方)
光線反射率の測定は次のように行った。マイクロ発泡樹脂シート基板のサンプルを日立ハイテク製分光光度計U−4100(商品名)を用いて、光線波長450nm、550nm、650nmでの分光全反射率と拡散反射率の測定を行った。リファレンスは酸化アルミニウム白色板(210−0740(商品名)、(株)日立ハイテクフィールディング製)を使用し、測定値はリファレンスに対する相対値とした。
(反射光の波長依存性)
反射光の波長依存性測定は次のように行った。各サンプルについて、日立ハイテク製分光光度計U−4100を用いて、光線波長450〜650nmでの分光全反射率の測定を行ない、1nm毎の全反射率の値の標準偏差を以って波長依存性を評価した。この数値が小さいほど波長依存性が小さいといえる。
(体積固有抵抗)
体積固有抵抗測定は、発泡前の材料(マイクロ発泡樹脂シート基板)を温度23℃、湿度50%RH環境下で24時間放置した後、JIS K 6911に準拠して測定を行った。
本発明例1〜5には、気泡径約10μmの発泡倍率4.0倍で発泡させた板厚1.0mmのマイクロ発泡PET樹脂シートを用いたマイクロ発泡樹脂シート基板の表面の光反射率の測定結果を示す。本発明のマイクロ発泡樹脂基板の各種状態における光学特性の測定結果を示す。発明例1は、マイクロ発泡樹脂基板の表面を全く熱処理せずに測定したものであり、発明例2は、200℃×15分の熱処理を行ったもので、発明例3は、マイクロ発泡PET樹脂シートの表面に透明接着剤を仮接着後、銅箔を仮接着し、エッチング後、130℃×30分積層プレス後180℃×30分恒温槽で硬化させたマイクロ発泡樹脂シート基板である。発明例4は、透明接着剤、銅箔を仮接着後、エッチングにより回路を形成し、樹脂補強型低温はんだを塗布し、カバー貼付後、LED実装、リフロー硬化させたマイクロ発泡樹脂シート基板である。リフロー炉処理温度と同様の条件である180℃×1分+120℃×3分の加熱条件で保持後の接着剤塗布面の光反射率を測定したものである。さらに、発明例5は、発明例4の裏面の接着剤が塗布されていない面を測定したものである。これにより、マイクロ発泡樹脂シート基板の表面でなく、回路形成のために、銅箔を剥離して接着剤のみがマイクロ発泡樹脂シートの表面に残り複合基板に接着面が露出した場合、さらに基板表面の接着剤がリフロー炉にて実装される場合のマイクロ発泡樹脂シート上の接着剤面の反射率を評価することができる。比較例1、2にガラスエポキシ基板(FR−10)に白色レジストを塗布後、熱硬化した場合(比較例1)とそれを2回繰り返した場合(比較例2)の反射率を測定した結果を示す。
表1に示した結果から、本発明例のマイクロ発泡樹脂シート基板は、波長帯域450nm〜650nmの全波長帯域において、全反射率は、アニール処理やリフロー処理相当の基板の加熱処理有無によらず、酸化アルミ標準板の反射率を100%とした場合の反射率に対して、本発明の規定値である全反射率90%以上、拡散反射率90%以上を満たす。
また、回路形成後に、マイクロ発泡樹脂シート基板上の銅箔が例えばエッチングにより剥離されて、接着剤が基板表面に露出する部分があるが、このような接着剤塗布面におけるマイクロ発泡樹脂の反射率は、発明例3、発明例4から判るように、数%程度低下するものの、大きな低下は認められない。これに対して、比較例のガラスエポキシ基板の表面に従来の白色レジストを塗布した比較例品の場合は、反射率の波長依存性が高い上に、全反射率、拡散反射率ともに、本発明品より劣っており、両反射特性ともに90%を超えることはない。従って、本発明のマイクロ発泡樹脂シート基板は、従来のアルミニウム基板、ガラスエポキシ基板などに対して光反射特性にも格段に優れる。また、本発明例品は、反射率の波長依存性の小さいことが分かる。
また、図4は本発明例2と従来例1、2の光反射特性を対比して示したグラフである。
表2には、本発明のマイクロ発泡樹脂シート基板0.5mmの複合基板(マイクロ発泡樹脂シートとしてマイクロ発泡PET樹脂シートを2枚用いた。図1(a))と従来のアルミニウム基板(図3(a))、ガラスエポキシ基板(図3(b))の基板厚さ1mmの質量を比較した結果を示す。表2(a)は基板の寸法40mm×65mm×1mm、表2(b)は基板の寸法45mm×280mm×1mmの2種類のサイズの質量測定結果を示す。
ここでのマイクロ発泡PET樹脂シートのみの基板の質量とは、LED発光素子パッケージを実装する前のマイクロ発泡シート基板の質量であるため、LED発光素子、半田、マイクロ発泡シート基板に接続する配線の質量は含まない。ここでのマイクロ発泡シート基板全体の質量は、表中のそれぞれのマイクロ発泡樹脂シート基板のみの質量に回路とレジストの質量を加えたマイクロ発泡樹脂シート基板全体の質量を示す。
また、これらの従来の基板の質量を評価するに当たって、ガラスエポキシ基板を基準として、ガラスエポキシ基板、アルミニウム基板について、ガラスエポキシ基板と同一の回路パターンの形成、同一のレジスト被覆(被覆厚さ、被覆面積)を行ない、これらの各基板について回路とレジストを含む基板全体の質量を測定した。また、ここで基板の質量評価に用いた本発明のマイクロ発泡樹脂シート基板のマイクロ発泡PET樹脂の発泡倍率は2.9倍で、平均気泡径は約10μmである。
また、表2に記載した発明例の材料は、支持体として、第1と第2のマイクロ発泡樹脂シートをそれぞれ0.5mmとして、前記第1、第2のマイクロ発泡樹脂シート2枚分の厚みを合わせた重量を、マイクロ発泡樹脂シート基板の基材の重量として表記して、基材の厚さが同一レベルでの重量比較が行えるようにした。
ここで、表2のマイクロ発泡樹脂シート基板の質量評価の結果をみると、本発明のマイクロ発泡樹脂シート基板は、マイクロ発泡樹脂シートの質量が軽く、そのため、ガラスエポキシ基板やアルミニウム基板などと比べて基板自体の質量が軽いことが分かる。結局、本発明の回路やレジストを含むマイクロ発泡樹脂シート基板の質量は、アルミニウム基板の約1/3、ガラスエポキシ基板の約1/2の基板質量となり、軽量化に大きく資することが分かる。これらの結果から、本発明のマイクロ発泡樹脂シート基板は、光反射率が高いだけでなく、アルミニウム基板やガラスエポキシ基板と比較するとLED照明の軽量化も達成できる。
これらの結果から、本発明のマイクロ発泡樹脂シート基板は、光反射率が高いだけでなく、アルミニウム基板やガラスエポキシ基板と比較するとLED照明器具の軽量化も達成でき、特に車載用照明などに適する。
(自己形状保持性確認試験)
前記マイクロ発泡樹脂シート基板を図5に示す10cmの正方形に切断した基板を試験片として、正方形の一辺の側を幅10mm、その一辺全長の長さ10mmを把持した場合に、対向する辺が把持部と同一の高さからの垂れ量(h)を測定して、対向する辺と同一高さに把持できるかどうかの確認試験を行った。
本発明のマイクロ発泡樹脂シート基板は、保持した側の他端部(対抗する側の辺)が垂れることはなく、いずれの場合も自己形状保持性を満足する。なお、ここで、前記マイクロ発泡樹脂シートがごく僅かの曲がりを有している場合でも、試験時に、試験片を把持する方向としてシート基板の曲がり方向を把持部に平行にして配置して、曲がり方向に平行な辺を端部として、これに直交する方向に10mmの距離を辺全長に渡り把持することにより、把持する方向と直角方向の自己保持性を評価することができる。自己保持性試験においては、1mm以下の垂れ量は許容するものとし、垂れ量が1mm以下は合格、垂れ量が1mmを超える場合は不合格とした。
なお、自己保性確認試験は、マイクロ発泡樹脂シート厚みや発泡倍率、気泡径等の気泡構造や板厚の影響を受けることも考えられるため、発明例8〜11は、発泡倍率や板厚の異なるマイクロ発泡PET樹脂シートを用いて、垂れ量を測定した結果を表3に示す。その結果、確認試験を行ったいずれの材料も、垂れ量は1mm以下で、十分な自己形状保持性を有することが確認された。以上のように、本発明のマイクロ発泡樹脂シートは、自己形状保持性に優れるので、フィルム状の反射板と比べて取り扱い性に優れる。
(円筒形照明器具組み立てによる可撓性と弾性反発力の確認)
図6には、天面部205と側面部207から構成される枠体203、天面部反射板211、本発明のマイクロ発泡樹脂シート基板213などから構成される円筒形照明器具の320cの一例を示す。枠体203は、樹脂製または金属製であり、その中央部には略円形の穴206が形成される。天面部205の周縁部には、天面部205に略垂直に側面部207が形成される。すなわち、側面部207は、略円筒状の形状であり、天面部205に対向する側には開口部が形成される。また、側面部207の下端(開口部側)には、折り返し部209が設けられる。折り返し部209は、側面部207の下端に形成され、枠体203の中心軸方向に突出するように形成される。なお、天面部205、側面部207の、各部は一体または別体のいずれに形成されてもよい。
天面部には、略円形の天面部反射板211が、枠体203の内側に、天面部205の下面側に当接するように配置される。本発明のマイクロ発泡樹脂シート基板213は、マイクロ発泡樹脂シートの裏面に配線回路215が接着され、さらに図示しないマイクロ発泡樹脂シートが配線回路215の上面に、配線回路を挟んで前記マイクロ発泡樹脂シート同士が相互に対向して接着されて、円周方向の端部である基板端部214同士を突き合わせるようにして、略円形に丸められて枠体203の内部に挿入され、側面部207の内面に当接する。ここで、前記基板は、基板端部214近傍の接続端子217により外部電源に接続される。マイクロ発泡樹脂シート基板213は、可撓性を有し、弾性反発力を有する。弾性反発力を有するとは、マイクロ発泡樹脂シート基板213の可撓性を利用して、前記マイクロ発泡樹脂シート基板213を丸めて枠体203の内部に挿入した際、その弾性反発力(もとの形状に戻ろうとする力)によって前記マイクロ発泡樹脂シート基板213の外面が枠体の側面部207の内面に押圧されることをいう。したがって、弾性反発力を有するマイクロ発泡樹脂シート基板213を用いることで、光反射率に優れる曲面状基板とこれを用いた円筒形照明器具(LED照明器具)320cを実現できる。また、前記弾性反発力を利用することにより、前記マイクロ発泡樹脂シート基板の枠体内部への固定に際して、LED照明器具のマイクロ発泡樹脂シート基板(213)を、接着剤を使用せずに枠体に固定することも可能である。以上のように、自己形状保持性に優れるので、取扱いが容易で、マイクロ発泡樹脂シート基板(213)の弾性反発力を利用することで、容易に組立て性が優れる基板を得ることができる。
(配線回路の保護効果)
さらに図1(b)の配線回路は、回路の両面からマイクロ発泡樹脂シートで挟みこんでいるので、一方が反射板、他方が白色レジスト等の絶縁樹脂被膜の役割を果たし、配線回路の露出面に白色レジスト等の絶縁樹脂被膜を設ける必要がなく、配線回路を保護することができる。なお、配線回路の保護機能は、別途白色レジスト等の有機絶縁被膜を塗装により形成した被膜と異なり、マイクロ発泡樹脂シート厚さが厚く、クッション性を有するため、保護効果が大きく配線回路が傷つきにくい。
(LED実装後の変形の有無)
図1(b)に示すような,マイクロ発泡樹脂シート基板の表面に露出させた配線回路の上面にLED発光素子パッケージを接続し、さらにその上面に開口部を形成したマイクロ発泡樹脂シートを貼り付けて形成したLED発光素子パッケージを実装したマイクロ発泡樹脂シート基板を作製し、当該基板を、所定温度200℃×15分の熱処理を行った場合の熱収縮率と基板の反り量を確認した。その結果、所定温度200℃×15分で、熱収縮率約3%の収縮を示した。また、その基板にさらにリフロー処理とほぼ同様の熱処理条件180℃×1分で熱処理を行った場合の基板の熱収縮率を求めたが、200℃×15分のプレアニールを行っているため、プレアニール時に熱収縮が発生するが、リフロー処理相当の熱処理を行っても、熱収縮はほとんど発生しなかった。また、この間、本発明の実装構造やマイクロ発泡樹脂シート基板では、マイクロ発泡樹脂シートが銅箔を挟んで対称に配置されているため、リフロー処理時に反りなどが発生することがない。
(端面発光型照明器具の作製)
図7に略直方体形状を有する端面発光型LED照明器具320dを示す。図7(a)に示す枠体321aは、略箱型で、マイクロ発泡樹脂シートからなる第1のマイクロ発泡樹脂シート、第2のマイクロ発泡樹脂シート、もしあれば第3のマイクロ発泡樹脂シートからなるマイクロ発泡樹脂シート基板を用いたLED発光体が収納される。前記第3のマイクロ発泡樹脂シート305aは、前記第2のマイクロ発泡樹脂シート305を挟み込んで、前記第1のマイクロ発泡樹脂シート303に対向してこれに略平行に、前記第1のマイクロ発泡樹脂シート303を完全に覆うように積層される。たとえば、前記第3のマイクロ発泡樹脂シート305aと前記第1のマイクロ発泡樹脂シート303は大きさが略同一であり、完全に対向される。
前記第1のマイクロ発泡樹脂シート303と前記第3のマイクロ発泡樹脂シート305aは、枠体321aの枠体側面322aの内面側を覆うように配置される。すなわち、前記第1のマイクロ発泡樹脂シート303と前記第3のマイクロ発泡樹脂シート305aの隙間は、枠体321aのLED光源315から、端面発光型のLED光源315と対向する枠体端面322bまで連続する導光空間309a、309bを形成する。
LED光源315と対向する枠体端面322bには、開口部310が形成される。開口部のサイズ(高さ)は、前記第1のマイクロ発泡樹脂シート303と前記第3のマイクロ発泡樹脂シート305aの隙間に略同一である。LED光源315から照射された光は、前記第1のマイクロ発泡樹脂シート303と前記第3のマイクロ発泡樹脂シート305aとが作る隙間により導光空間309a、309bを介して、開口部310に導光されて、枠体端面322b側まで前記第1のマイクロ発泡樹脂シート303と前記第3のマイクロ発泡樹脂シート305aとの間で反射を繰り返し、開口部から外部に所定幅の線状の光を取り出すことができる。
また、図7(b)に示すLED照明器具320eのように、開口部310を覆って、アクリル樹脂などの光透過性の樹脂板またはガラスまたは樹脂製の光拡散板323を設けてもよい。このように、開口部に光透過性の樹脂板に着色した樹脂板や光拡散板を設けることで、開口部から取り出す光を着色して演色したり、拡散させて広げたることが可能な端面発光体照明器具を得ることができる。以上のようにして加飾や演色が可能な端面発光型のLED発光素子照明器具(320e)を得ることができる。ここでは、前記第1のマイクロ発泡樹脂シート303及び前記第2のマイクロ発泡樹脂シート305の表面に略平行な所定の方向に、発光面を向けて前記第1のマイクロ発泡樹脂シート上の第2のマイクロ発泡樹脂シートの切り欠き部313に配置して、さらに前記第2のマイクロ発泡樹脂シート305の図示しない金属回路部材との接合面の反対側の面に、第3のマイクロ発泡樹脂シート305aを、前記LED発光素子パッケージ315を挟み込んで前記第1のマイクロ発泡樹脂シート303に対向配置させる端面発光型のLED照明器具が得られる。ここで、図7(c)に示すように、第2のマイクロ発泡樹脂シートの切欠き部313に配置された前記LED発光素子パッケージ315から発光された光は、第2のマイクロ発泡樹脂シートの斜面部により拡げられて、導光空間309aから導光空間309bに向けて拡開されて、開口部310に向かって出射される。
以上のように、本発明を用いれば、LED光源の発光面をマイクロ発泡樹脂シートの表面に向けたフェイスアップタイプのLED照明装置を得るだけでなく、サイドビュータイプの端面発光型のLED照明装置に好適に本発明を適用できる。
本発明のLED照明装置用基板(マイクロ発泡樹脂シート基板)の実装構造に用いられるマイクロ発泡樹脂シートは体積固有抵抗が1012Ω〜1017Ωの範囲を示し、十分な絶縁性能を有する。前記マイクロ発泡樹脂シートは、PET樹脂、PC樹脂、難燃PC樹脂、アクリル系樹脂のいずれかからなる。以上のように、体積固有抵抗が上記の範囲に収まることから、良好な絶縁性を有し基板に絶縁のためのフィルムを貼る等の処理が不要である。
以上、本発明の複合基板の実装構造及びこれを用いたLED照明器具並びに本発明のマイクロ発泡樹脂シート基板は、光反射特性に優れており、光反射率が波長450nmから650nmの波長帯において、酸化アルミ標準板の反射率を100%とした場合の反射率に対して、全反射率90%以上、拡散反射率90%以上の反射率を示し、さらにガラエポ基板やアルミ基板と比べると、本発明品は軽量であり、車載用照明基板等に適する。またフィルム状の反射板(反射フィルム)などと比べると、自己形状保持性に優れる、さらに弾性反発力にも優れることから、曲面状の反射板を容易に得ることができ、照明器具の組み立てが容易になる。また、配線回路をマイクロ発泡樹脂シートで両面から挟み込むこともできるので、回線回路の保護機能を有する。また、端面発光型の照明器具等を容易に得ることができる。
さらに、回路形成前にマイクロ発泡シートに所定条件で熱処理を行うことにより、リフローでLED光源が回路部品などを実装する場合の反りや熱収縮を防止できる。
以上、添付した図表を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、製造条件、製造方法の変更や各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
1 第2のマイクロ発泡樹脂シート
1a 第2のマイクロ発泡樹脂シート
1b 第3のマイクロ発泡樹脂シート
2 第1のマイクロ発泡樹脂シート
3 LED発光素子パッケージ
3a 開口部または切り欠き部(第2のマイクロ発泡樹脂シート1に設ける)
4 電極端子
5 はんだや導電性接着剤の層
6 接着剤層
7 金属(配線回路)
8 スルーホール
9 空間部
9a 開口部または切り欠き部(第2のマイクロ発泡樹脂シート1bに設ける)
L 発光方向
17 LED発光素子パッケージ
24 蛍光体(蛍光粒子)
25 封止樹脂(透明樹脂)
26 フレーム
27 ワイヤ(代表的には金細線)
28 ケース
29 電極端子(アノード、カソード)
31 内蔵型の放熱板(内蔵型ヒートシンク)
32 チップ接着剤
33 LED発光素子チップ
130 従来のLED発光素子パッケージの実装構造の一例
132a 回路の端子接続部
134 LED発光素子パッケージ
134a LED発光素子パッケージの発光面
134b,134C LED発光素子パッケージの端子
134e 放熱板(内蔵型ヒートシンク)
135 白色レジスト
136 アルミニウム基板
137 絶縁層(BTレジンなど)
140 従来のLED発光素子パッケージの実装構造の別の一例
141 ガラスエポキシのプリプレグ基板
203 枠体
205 天面部
206 穴
207 側面部
209 折り返し部
211 天面部反射板
213 マイクロ発泡樹脂シート基板
214 基板端部
215 配線回路(金属回路部材)
217 接続端子
320c 円筒形照明器具(LED照明器具)
320d、320e 端面発光型照明器具(LED照明器具)
303 第1のマイクロ発泡樹脂シート
305 第2のマイクロ発泡樹脂シート
305a 第3のマイクロ発泡樹脂シート
309a、309b 導光空間
310 開口部
311 第2のマイクロ発泡樹脂シートの斜面部
313 第2のマイクロ発泡樹脂シートの切り欠き部
315 LED発光素子パッケージ
321a 枠体
322a 枠体側面
322b 枠体端面
323 光拡散板

Claims (21)

  1. 絶縁性であって微細気孔を有する、第1のマイクロ発泡樹脂シート及び第2のマイクロ発泡樹脂シートと、金属回路部材とを具備し、
    LED光源の発光面方向に対して金属回路部材より下側に配置されるマイクロ発泡樹脂シートを第1のマイクロ発泡樹脂シートとし、金属回路部材より上側に配置されるマイクロ発泡樹脂シートを第2のマイクロ発泡樹脂シートとして、前記第1、前記第2のマイクロ発泡樹脂シートが前記金属回路部材を挟み込んで相互に対向して配置し、
    前記第1、前記第2のマイクロ発泡樹脂シートの前記金属回路部材との対向面がそれぞれ前記金属回路部材に接合一体化されたマイクロ発泡樹脂シート基板であって、
    前記金属回路部材には通電用配線回路が形成されていて、
    前記第1または前記第2のマイクロ発泡樹脂シートの少なくともいずれかに開口部または切り欠き部を有し、さらに、前記第1または前記第2のマイクロ発泡樹脂シートの開口部または切り欠き部に形成された通電用配線回路にLED光源としてLED発光素子パーケージを接続して実装して、前記第1または前記第2のマイクロ発泡樹脂シートの少なくともいずれかを光反射板として使用することを特徴とするLED発光素子パッケージの、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造。
  2. 前記LED光源が端面発光型のLED発光素子パッケージであり、前記第2のマイクロ発泡樹脂シートは切り欠き部を有し、前記LED発光素子パッケージの発光面を、前記マイクロ発泡樹脂シート基板の、前記第1のマイクロ発泡樹脂シートの表面に略平行に前記第2のマイクロ発泡樹脂シートに形成された切り欠き部の開口の方向に向けて配置して、さらに前記第2のマイクロ発泡樹脂シートの金属回路部材との接合面の反対側の面に、第3のマイクロ発泡樹脂シートを、前記LED発光素子パッケージを挟み込んで前記第1のマイクロ発泡樹脂シートに対向配置させることを特徴とする請求項1に記載のLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造。
  3. 前記開口部が形成された前記第1または第2のマイクロ発泡樹脂シートのいずれかがPET樹脂、PC樹脂、難燃PC樹脂、アクリル樹脂のいずれかのマイクロ発泡樹脂シートである請求項1または2に記載のLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造。
  4. 前記第1のマイクロ発泡樹脂シート及び前記第2のマイクロ発泡樹脂シートと前記金属回路部材との対向面の接合部が接着剤からなる接着層である請求項1〜3のいずれか1項に記載のLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造。
  5. 前記LED発光素子パッケージの発光面を、前記金属回路部材および前記第1及び前記第2のマイクロ発泡樹脂シートと略平行に配置する請求項1〜4のいずれか1項に記載のLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造。
  6. 前記LED発光素子パッケージの前記マイクロ発泡複合シート基板への固定は、前記開口部に配置された前記金属回路部材の端子接続部に前記LED発光素子パッケージのリード端子を固定する請求項1〜5のいずれか1項に記載のLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造。
  7. 第1または第2の一方のマイクロ発泡樹脂シートが光反射板として機能する他に、第1または第2の他方のマイクロ発泡樹脂シートの前記開口部の前記金属回路部材、端子接続部及びLED発光素子パッケージ以外の部分が、前記LED発光素子パッケージから発光された光の光反射板として機能する請求項1〜6に記載のLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造。
  8. 前記第1のマイクロ発泡樹脂シートには開口部が形成されずに、前記第2のマイクロ発泡樹脂シートには前記LED発光素子パッケージと前記金属回路部材とを接続するめっき被覆されたスルーホール、またははんだもしくは導電性ペーストが充填されたスルーホールを有するか、またはリベットを有する請求項1〜7のいずれか1項に記載のLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造。
  9. 前記マイクロ発泡樹脂シート基板へは、前記LED発光素子パッケージが複数個配置されるマルチチップ方式の接続構造を有するもので、前記複数のLED発光素子の少なくとも一部は、前記通電用配線回路部材により直列接続、並列接続、または直列接続もしくは並列接続を組み合わせて接続された請求項1〜8のいずれか1項に記載のLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造。
  10. 前記光反射板を構成するマイクロ発泡樹脂シートが熱可塑性樹脂からなり、前記光反射板の反射面は、波長450〜650nmの可視光に対する光学特性として、酸化アルミ標準板の光反射率を100%とした場合に、全反射率が90%以上、拡散反射率が90%以上である請求項1〜9のいずれか1項に記載のLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造。
  11. 請求項1〜10のいずれか1項に記載のLED発光素子の、マイクロ発泡樹脂シート基板への実装構造を用いたLED照明器具。
  12. 絶縁性であって光反射板を構成する第1のマイクロ発泡樹脂シートと、金属回路部材を介して第1のマイクロ発泡樹脂シートと対向して配置された第2のマイクロ発泡樹脂シートの間に、
    通電用配線回路を形成した金属回路部材が配置され、
    前記第1及び前記第2のマイクロ発泡樹脂シートの前記金属回路部材との対向面とがそれぞれ互いに接合されることを特徴とするLED照明器具用の、自己形状保持性を有するマイクロ発泡樹脂シート基板。
  13. 前記LED光源が端面発光型のLED発光素子パッケージであり、前記第2のマイクロ発泡樹脂シートは切り欠き部を有し、前記LED発光素子パッケージの発光面を、前記マイクロ発泡樹脂シート基板の、前記第1のマイクロ発泡樹脂シートの表面に略平行に前記第2のマイクロ発泡樹脂シートに設けられた切り欠き部の開口部の方向に向けて配置することを特徴とする請求項12に記載のLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板。
  14. さらに前記第2のマイクロ発泡樹脂シートの金属回路部材との接合面の反対側の面に、第3のマイクロ発泡樹脂シートを、前記LED発光素子パッケージを挟み込んで前記第1のマイクロ発泡樹脂シートに対向配置させることが可能なことを特徴とする請求項13に記載のLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板。
  15. 前記第1のマイクロ発泡樹脂シートと前記第2のマイクロ発泡樹脂シートがPET樹脂、PC樹脂、難燃PC樹脂、アクリル系樹脂のいずれかからなるマイクロ発泡樹脂シートである請求項12〜14に記載のLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板。
  16. 前記第1のマイクロ発泡樹脂シート及び前記第2のマイクロ発泡樹脂シートと前記金属回路部材との対向面の接合部が接着剤からなる接着層である請求項12〜15のいずれか1項に記載のLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板。
  17. 部品実装面側の前記第1または前記第2のマイクロ発泡樹脂シートの少なくともいずれか一方には、開口部を有する請求項12〜16のいずれか1項に記載のLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板。
  18. 光反射板として用いられる、前記第1または第2のマイクロ発泡樹脂シートの少なくともいずれか一方のマイクロ発泡樹脂シートの光学特性は、波長450〜650nmの可視光に対する光学特性として、酸化アルミ標準板の反射率を100%とした場合に、全反射率が90%以上、拡散反射率が90%以上である請求項12〜17のいずれか1項に記載のLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板。
  19. 光反射板として用いられる、前記第1または前記第2のマイクロ発泡樹脂シートと前記金属回路部材との接着強度は、いずれも0.5kgf/cm〜2.0kgf/cmである請求項12〜18のいずれかに1項に記載のLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板。
  20. 請求項12〜請求項19のいずれか1項に記載のLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板が、弾性反発力を有する曲面形状に成形可能であることを特徴とするLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板。
  21. 請求項12〜請求項20のいずれか1項に記載のLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板が、プレアニール処理またはリフロー炉で加熱処理されていることを特徴とするLED照明器具用の、マイクロ発泡樹脂シート基板。
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