JP2019161184A - Heating component mounting body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LEDやレーザー等に適用可能な発熱部品実装体に関するものである。 The present invention relates to a heating component mounting body applicable to an LED, a laser, or the like.
近年、LEDやレーザー等の発光部品の進化に伴い、発光部品の用途は、住設照明器具のみならず、例えばヘッドライトやテールライト等の車載機器まで拡大してきている。これに伴い、発光部品の高出力化や小型化の要求だけでなく、発光部品の性能向上や長寿命化の要求も高まっている。また、発光部品は作動に伴い発熱する発熱部品でもあるので、放熱性の向上の要求も高まっている。 In recent years, with the evolution of light-emitting components such as LEDs and lasers, the use of light-emitting components has expanded to not only residential lighting equipment but also in-vehicle devices such as headlights and taillights. Along with this, there are increasing demands not only for high output and miniaturization of light emitting components, but also for improving the performance and extending the life of light emitting components. Further, since the light-emitting component is also a heat-generating component that generates heat during operation, there is an increasing demand for improved heat dissipation.
さらに発光部品の用途の一つであるヘッドライトでは、法規制を満足させるように複数の発光部品の配光を整える必要があり、それに応じた光軸設計や光軸調整等がなされている。このため、ヘッドライトのように光軸精度が問われる用途においては、放熱性に加えて、発光部品の実装精度を、従来の発光部品よりも向上させることが必要である。一方で車載機器としての用途において、LED等の発光部品が実装されたフレキ基板をアルミヒートシンクや銅板等の放熱部材に貼り付けて発光部品の発熱を放出(放熱)する技術が実用化されてきているが、フレキ基板と放熱部材との間に熱伝導性の低い絶縁層や接着層が存在するため、放熱性が十分ではない。 Furthermore, in a headlight that is one of the uses of light-emitting components, it is necessary to arrange the light distribution of a plurality of light-emitting components so as to satisfy the regulations, and the optical axis design and the optical axis adjustment are made accordingly. For this reason, in applications where the optical axis accuracy is required, such as headlights, it is necessary to improve the mounting accuracy of light-emitting components as compared to conventional light-emitting components in addition to heat dissipation. On the other hand, for use as an in-vehicle device, a technique for releasing heat generation (radiation) of a light emitting component by attaching a flexible substrate on which a light emitting component such as an LED is mounted to a heat dissipation member such as an aluminum heat sink or a copper plate has been put into practical use. However, since there is an insulating layer or adhesive layer with low thermal conductivity between the flexible substrate and the heat dissipation member, the heat dissipation is not sufficient.
このため、良好な放熱性を有する発光部品実装体が提案されている(例えば特許文献1参照)。以下、図10を参照して、このような良好な放熱性を有する発光部品実装体の従来例を説明する。図10は、従来の発光部品実装体の一例の模式的断面図である。この発光部品実装体では、放熱部材としての金属部材1が、一部(以下「金属露出部」という)を除いて絶縁層2で覆われて金属複合基板3とされる。そして、金属露出部と、発光部品4の電極5aとが、はんだ6aと導体層7とを介して接合される。また、絶縁層2上の導体層11と、発光部品4の電極5bとが、はんだ6bを介して接合される。発光部品4と放熱部材としての金属部材1とが、熱伝導性の高いはんだ6aや導体層7で直接接合されるので、良好な放熱性を確保できる。
For this reason, the light emitting component mounting body which has favorable heat dissipation is proposed (for example, refer patent document 1). Hereinafter, with reference to FIG. 10, a conventional example of such a light emitting component mounting body having good heat dissipation will be described. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of an example of a conventional light emitting component mounting body. In this light emitting component mounting body, a
しかしながら、図10に示される従来の発光部品実装体においては、その構造に起因して製造時に問題が生じていた。図11を参照して、この問題について説明する。図11は、従来の発光部品実装体の問題を説明するための模式的断面図であり、(a)は、はんだ流れが生じた発光部品実装体を示す図、(b)は、はんだペーストに発光部品が置かれた直後の発光部品実装体を示す図、(c)は、はんだペースト供給後の金属複合基板を示す図である。 However, the conventional light-emitting component mounting body shown in FIG. 10 has a problem during manufacturing due to its structure. This problem will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for explaining a problem of a conventional light-emitting component mounting body. FIG. 11A is a view showing a light-emitting component mounting body in which a solder flow has occurred, and FIG. The figure which shows the light emitting component mounting body immediately after a light emitting component is placed, (c) is a figure which shows the metal composite substrate after solder paste supply.
形状の安定しないはんだペーストを用いて、図10に示される従来の発光部品実装体を製造した場合、図11(a)に示す実装形態となって、2つの問題が発生することがあった。すなわち、はんだペーストが流れて広がること(以下この現象を「はんだ流れ」と称し、はんだ流れによりはんだペーストは広がった箇所を「はんだ流れ8」と表記する)によって、(1)発光部品4が傾いてしまうという問題と、(2)はんだ流れ8によって、電極5aを接合するはんだ6aと、電極5bを接合するはんだ6bとが連続して、電極5aと電極5bとを短絡させるショート部9が形成されるという問題がある。
When the conventional light emitting component mounting body shown in FIG. 10 is manufactured using a solder paste whose shape is not stable, the mounting form shown in FIG. That is, (1) the
このような問題は、図11(b)に示すようなはんだ付けを行う前の発光部品4の実装状態に起因する。つまり、はんだペースト6a′、6b′がフラックス成分を含むため、図10に示されるように完成品である発光部品実装体におけるはんだ6a、6bの上面の高さを揃えるためには、図11(c)に示されるようにはんだペースト6a′の供給量を、はんだペースト6b′よりも所定量だけ多くする必要がある。
Such a problem is caused by the mounting state of the
具体的には、開口部10の体積(内容積)に、溶融時に放出されるフラックス成分の量を加えた量だけ、はんだペースト6a′の供給量を、はんだペースト6b′よりも多くする必要がある。より具体的には、はんだ6a、6bの上面の高さを揃えるためには、「導体層11の厚みと開口部10の深さとを加えた寸法」に「開口部10の底面積」を乗じて求められる体積〔=(導体層11の厚み+開口部10の深さ)×(開口部10の底面積)〕にフラックス成分の体積を加えた体積分だけ、はんだペースト6a′の供給量をはんだペースト6b′の供給量よりも多くする必要がある。
Specifically, the supply amount of the
そして、はんだペーストにおいて、はんだ粒子と、溶融時に放出されるフラックス成分との体積比は、例えば1:1程度なので、フラックス成分の放出後のはんだ6a、6bの上面の高さを揃えるためには、図11(c)に示すように、はんだペースト6a′に比べて、はんだペースト6b′は高くなってしまう。
In the solder paste, the volume ratio between the solder particles and the flux component released at the time of melting is about 1: 1, for example, so that the height of the upper surfaces of the
このため、図11(c)の状態から、発光部品4が金属複合基板3に実装される際、発光部品4の平行が保たれるように発光部品4を機械的に金属複合基板3に押し付けると、図11(b)に示されるように、はんだペースト6b′との高さの違いによりはんだペースト6a′が押しつぶされた状態となる。この状態から、実装時の加熱によりはんだペースト6a′、6b′が溶融すると図11(a)に示す状態となる。すなわち、電極5a、5b間に押し出されたはんだペースト6a′が流動し、逃げ場がないため隣接したもう一方のはんだペースト6b′と連続したショート部9が発生する。
Therefore, when the
したがって、このようなはんだ流れによる不具合により、発光部品実装体の品質を確保することが困難となる。 Therefore, it is difficult to ensure the quality of the light-emitting component mounting body due to such troubles due to the solder flow.
さらに、はんだペースト6b′においては、導体層11にはんだ流れを制御するものが存在しないため、はんだペースト6b′は溶融すると自由に広がって薄くなってしまう。このため、はんだペースト6a′、6b′の高さが不均に一なって、はんだペースト6a′、6b′に支持される発光部品4が、図11(a)のように大きく傾き易くなり、実装精度(すなわち発光部品4と金属複合基板3との組み付け精度)が極めて不安定となる。
Further, in the
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、金属複合基板と発熱部品とを接合材により接合した放熱性の高い発熱部品実装体において、加熱時の接合材の流れを抑止して、実装精度を向上できるようにした発熱部品実装体の提供を目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and in the heat-generating component mounting body having a high heat dissipation property in which the metal composite substrate and the heat-generating component are bonded to each other by the bonding material, the flow of the bonding material at the time of heating is reduced. An object of the present invention is to provide a heat-generating component mounting body that can suppress and improve mounting accuracy.
上記目的を達成するために、本発明の発熱部品実装体は、電極を有する発熱部品と、放熱部材、および、前記電極に対向して設けられている導体、を有する基板と、前記電極と前記導体とを接合している接合材と、前記接合材の周囲に設けられた接合材規制部と、を備える。 In order to achieve the above object, a heating component mounting body according to the present invention includes a heating component having an electrode, a heat dissipation member, a substrate having a conductor provided facing the electrode, the electrode, and the electrode. A bonding material for bonding the conductor; and a bonding material restricting portion provided around the bonding material.
本発明によれば、放熱効率の極めて高い発熱部品実装体を提供することは勿論、かつはんだ流れによる品質ロスを抑えることで実装精度の極めて高い発熱部品実装体を提供することができる。また、放熱効率が極めて高いため、本発明の発熱部品実装体を使用することで商品の小型、軽量化も可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a heat-generating component mounting body with extremely high mounting accuracy, as well as providing a heat-generating component mounting body with extremely high heat dissipation efficiency, and suppressing quality loss due to solder flow. In addition, since the heat dissipation efficiency is extremely high, the product can be reduced in size and weight by using the heating component mounting body of the present invention.
本発明を発光部品実装体に適用して住設照明器具や車載照明器具等の商品に使用すれば、放熱効率が高いので、発光部品の出力を向上することができる。また、実装精度の向上に伴い。光軸公差による商品設計の制約の緩和や組立工程における光軸調整等の改善を図ることができ、商品設計の自由度の拡大や組立製造のロスタイムの改善につながるため、商品を低コストで提供できる。さらに光学効率を向上させることもできるため、商品の省エネ化も可能である。 If the present invention is applied to a light-emitting component mounting body and used for a product such as a residential lighting fixture or an in-vehicle lighting fixture, the heat dissipation efficiency is high, so the output of the light-emitting component can be improved. Also, with improved mounting accuracy. Offers products at low cost because it can alleviate restrictions on product design due to optical axis tolerances and improve optical axis adjustment in the assembly process, leading to greater freedom in product design and improved assembly manufacturing loss time. it can. Furthermore, since optical efficiency can be improved, it is possible to save energy for products.
以下、本発明の実施の形態に係る発熱部品実装体ついて、図面を参照しながら説明する。以下に示す各実施の形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の各実施の形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除するものではない。また、各実施の形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。さらに、各実施の形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。 Hereinafter, a heating component mounting body according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Each embodiment described below is merely an example, and does not exclude various modifications and technical applications that are not clearly described in each embodiment below. In addition, each configuration of each embodiment can be implemented with various modifications without departing from the spirit thereof. Furthermore, each structure of each embodiment can be selected as needed, or can be combined suitably.
以下の各実施の形態では、本発明の発熱部品実装体を、発光部品実装体に適用した例を説明するが、本発明の発熱部品実装体は、作動に発熱を伴うものであれば発光部品に限らず適用しうるものである。 In each of the following embodiments, an example in which the heating component mounting body of the present invention is applied to a light emitting component mounting body will be described. However, if the heating component mounting body of the present invention generates heat during operation, the light emitting component mounting body will be described. It is applicable not only to.
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一要素は原則として同一の符号を付し、その説明を省略することもある。 Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the description thereof may be omitted.
[1.実施の形態1]
[1−1.構造]
以下、本発明の実施の形態1における発光部品実装体の構造について図1を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態1における発光部品実装体の構造を説明するための模式図であり、(a)は発光部品実装体の模式的断面図、(b)は電極側から視たLED(発光部品)の底面図、(c)は金属複合基板の平面図である。以下の構造の説明では、便宜上、発光部品を上方に金属複合基板を下方に向けた姿勢の発光部品実装体を説明するが、発光部品実装体の使用時の姿勢はこれに限定されない。また、以下の構造の説明では、図1(c)の紙面の上下方向を発光部品実装体の左右方向とする。
[1. Embodiment 1]
[1-1. Construction]
Hereinafter, the structure of the light-emitting component mounting body according to
図1(a)に示されるように、本発明の実施の形態1における発光部品実装体は、金属複合基板(以下「基板」ともいう)101に、発熱部品および発光部品であるLED102が、はんだ(接合材)103aおよびはんだ(接合材)103bを介して接合されている。
As shown in FIG. 1A, the light-emitting component mounting body according to the first exemplary embodiment of the present invention includes a metal composite substrate (hereinafter also referred to as “substrate”) 101 and a
実施の形態1の基板101は、プレート状の金属部材(放熱部材)104と、その上下の表面にそれぞれ形成される絶縁層(絶縁材)105と、それぞれLED102側の絶縁層105の表面に設けられた左右一対の金属製の第1の導体層(導体)106と、これらの導体層106の表面にそれぞれ設けられた樹脂層107a、107bとを備える。以下、特段の説明をしない限り、絶縁層105といった場合は、LED102側の絶縁層105を指すものとする。
The
各導体層106は、矩形であり、後述の電極(電極)111a、111bと対向して、絶縁層105の表面の一部分に設けられている。
Each
樹脂層107a、107bは、導体層106の表面にそれぞれ所定の高さで突設され、また、図1(c)に示されるように導体層106の基板101の中央に位置する角部を囲う形状をしている。つまり樹脂層107a、107bは枠状部材である。詳しくは、図1(c)において、樹脂層107aは、紙面上側の導体層106の右下の角部を上側と左側とから囲う形状をし、樹脂層107bは、紙面下側の導体層106の右上の角部を下側と左側とから囲う形状をしている。このような形状により、樹脂層107a、107bは、実装時のはんだ流れ、すなわち溶融状態のはんだペーストが導体層106上を流れて図1(c)における紙面左側外方に広がることを規制しており、本発明の接合材規制部を構成する。
The resin layers 107a and 107b project from the surface of the
また、絶縁層105には、図1(c)に示されるように、導体層106から図1(c)の紙面右側に外れた位置に、絶縁層105を上下〔図1(c)の紙面に垂直な方向〕に貫通する開口部108が設けられている。開口部108の存在により金属部材104の一部が露出することとなり、この露出部の表面に金属製の第2の導体層(導体)109が設けられる。
Further, as shown in FIG. 1 (c), the insulating
また、絶縁層105には凹部110が設けられている。この凹部110は、開口部108における導体層106とは反対側〔図1(c)の紙面右側〕に連設されている。また、この凹部110は、鉛直下方に絶縁層105を残して凹設されており、凹部110では金属部材104は露出しない。凹部110も、後述するように溶融状態のはんだペーストの流れを規制し、本発明の接合材規制部を構成する。
The insulating
図1(b)に示されるように、実施の形態1のLED102は、それぞれ金属製のアノード電極111a、カソード電極111b、および放熱電極(電極)111cを備えている。
As shown in FIG. 1B, the
また、上述したが、図1(c)に示されるように導体層106の表面の角部が樹脂層107a、107bで囲われており、これらの樹脂層107a、107bで囲われた角部が基板101側の電極(以下「基板電極ともいう」)106a、106bとして形成される。基板電極106aはLED102のアノード電極111aと同一サイズ、同一形状である。同様に、基板電極106bはカソード電極111bと同一サイズ、同一形状である。また、開口部108内の底面、すなわち開口部108内において金属部材104上に設けられた第2の導体層109からなる電極は、LED102の放熱電極(電極)111cと同一サイズ、同一形状である。
Further, as described above, as shown in FIG. 1C, the corners on the surface of the
そして、LED102の放熱電極111cと金属部材104とは、はんだ103aと第2の導体層109とを介して接合されているため、発光部品実装体は極めて効率の良い放熱性を有する。すなわち、LED102と金属部材104とが熱伝導性の高い金属(放熱電極111c、はんだ103a、および第2の導体層109)により直接に接続されているため、LED102の熱が金属部材104に効率よく伝わって金属部材104から効率良く放熱される。
Since the
次に発光部品実装体の構成要素について、詳細を説明する。
金属部材104の材料としては、一般的な基板に用いられるアルミニウムや銅等の熱伝導性の良い(熱伝導率の高い)金属が好ましい。また、金属部材104の形状は、図1(a)、(b)、(c)に図示したようなプレート状でなくとも、LED102を実装するエリアが平坦であれば、特に限定はない。また、金属部材104は、例えば、プレス等で加工した立体成型品やダイカスト等で加工した立体鋳造品でもよい。
Next, details of the components of the light-emitting component mounting body will be described.
As a material of the
絶縁層105の材料としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂やポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂が好まし。また、絶縁層105の厚みとしては、20μm以上あればよく、電気絶縁性の機能を果たすことができればよい。
As a material of the insulating
第1の導体層106の材料としては、一般的なめっき工法やエッチング工法で所望の回路パターンを形成することができる銅が好ましい。また、第1の導体層106の表面は、ニッケル金めっき等の耐食性とはんだ付け性とを両立できる表面処理がなされていることが好ましい。また、第1の導体層106の厚みは、18μm以上であることが好ましく、搭載するLED102に応じて決定される。
The material of the
はんだ流れを防止する樹脂層107a、107bの材料としては、熱硬化性の樹脂もしくは光硬化性の樹脂が好ましい。樹脂層107a、107bの材料として熱硬化性の樹脂を使用する場合は、はんだの融点より低い温度で硬化する樹脂が好ましく、具体的には融点が180℃以下のものが好ましい。硬化温度がこの温度域の樹脂であれば、リフロー工程(つまり、リフロー方式によって、基板101とLED102とを、はんだ103a、103bで接合する工程)において、プリヒートで樹脂層107a、107bを硬化することができる。このため、樹脂層107a、107bの形成と、はんだ103a、103bによる接合とを同一設備(リフロー炉)内で行える利点が得られる。
As a material of the
また、樹脂層107a、107bは、基板101の導体層106、109に対して所謂ソルダーレジストの役割も果たすが、一般的なソルダーレジストとは異なる。つまり、樹脂層107a、107bは、リフロー工程を数回繰り返しても導体層106、109を保護できるレベルの耐熱性があれば良く、ソルダーレジストとしての長期信頼性までは必要としない。すなわち、樹脂層107a、107bは、導体層106、109を長期間に亘って保護する機能は特に必要ない。なお、樹脂層107a、107bは、特にリフロー工程で硬化することに限定されるものではなく、硬化前の樹脂層107a、107bを基板101に塗工した後に、光硬化性であれば、UV照射工程を、熱硬化性であれば、熱硬化工程を、リフロー工程とは別に行うようにしてもよい。
The resin layers 107a and 107b also serve as so-called solder resists for the conductor layers 106 and 109 of the
また、樹脂層107a、107bの幅と高さは、発光部品実装体の設計条件によって変更されるため、特に限定されるものではないが、例えば幅は30μm以上あればよく、高さは3μm以上あればよい。ただし、樹脂層107a、107bが高すぎると、はんだ103a、103bの溶融時に、LED102と樹脂層107a、107bとが接触してしまうので、樹脂層107a、107bの高さはそのような高さよりも低くしなければならない。なお、樹脂層107a、107bの幅とは、図1(c)の紙面の上下に延在する部分については当該紙面の左右方向の寸法、当該紙面の左右に延在する部分については当該紙面の上下方向の寸法をいう。
The width and height of the
第2の導体層109は、銅もしくはニッケルで形成されることが好ましく、金めっきを施したり、プリフラックスを塗工したりする等、はんだ付け性を向上させる表面処理がなされていることが好ましい。
The
凹部110は、開口部108と連続した形状で形成されており、図1(c)に示されるように角型形状に限定されるものではなく、半円状でもよいし、コーナーにR(丸み)をつけた形状でも構わない。
The
[1−2.製造方法及び作用・効果]
以下、図2および図3を参照して、図1に示される発光部品実装体の製造方法を説明する。また、はんだ流れを抑制する樹脂層107a、107bと、凹部110とは、いずれも発光部品実装体の製造において重要な役割を果たす。したがって、樹脂層107a、107bおよび凹部110による作用効果をあわせて説明する。
[1-2. Manufacturing method and action / effect]
Hereinafter, with reference to FIG. 2 and FIG. 3, the manufacturing method of the light emitting component mounting body shown by FIG. 1 is demonstrated. Further, the
[1−2−1.金属複合基板の製造方法]
まず、図2を参照して基板101の製造方法の一例を説明する。図2は、本発明の実施の形態1の金属複合基板の製造方法の一例を示す模式的断面図であり、(a)−(h)の順に製造工程が進められる。
[1-2-1. Manufacturing method of metal composite substrate]
First, an example of a method for manufacturing the
図2(a)に示されるように金属部材104を準備し、図2(b)に示されるように金属部材104の表面に絶縁層105として熱硬化性樹脂が塗装する。次に、図2(c)に示されるようにレーザーにより絶縁層105に開口部108を設けて、金属部材104が露出する金属露出部114を形成する。次に図2(d)に示されるように、絶縁層105の導体層106〔図1(a)、(c)参照〕を設ける部分にレーザーを用いて粗化部112を形成する。次に、粗化部112にめっき触媒を付着させて、図2(e)に示されるように、めっき触媒を担持した粗化部113を形成した後、この粗化部113と金属露出部114との表面をそれぞれ銅めっきして、図2(f)に示されるように、第1の導体層106と第2の導体層109とを形成する。次に図2(g)に示されるように、開口部108に連続した凹部110をレーザー等で所望の形状と深さで形成する。次に、図1(b)に示されるLED102のアノード電極111aおよびカソード電極111bと同一形状、同一サイズになるよう、図2(h)に示されるように導体層106の表面に樹脂層107a、107bをディスペンサ等で形成する。これにより、予め第1の導体層106の回路パターンとして、電極111a、111b〔図1(a)、(b)参照〕と同一形状、同一サイズの基板電極106a、106b〔図1(a)、(c)参照〕を樹脂層107a、107bによって形成することができる。
A
[1−2−2.発光部品実装体の製造方法]
次に、図3を参照して発光部品実装体の製造方法の一例を説明する。図3は、本発明の実施の形態1における発光部品実装体の製造方法の一例を示す模式的断面図であり、(a)−(d)の順に製造工程が進められる。
[1-2-2. Manufacturing method of light emitting component mounting body]
Next, an example of a method for manufacturing a light-emitting component mounting body will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the method for manufacturing the light-emitting component mounting body according to
まず適正なはんだ量を供給するために、図3(a)に示す状態において、第1の導体層106と第2の導体層109との各表面位置をレーザー変位計や白色干渉計等の計測器にて実測して、第1の導体層106と第2の導体層109との表面間距離(すなわち高低差)Δhを求める。この表面間距離Δhと、設計値に基づく第2の導体層109の表面積Sとを掛け合わせた値を、開口部108の内容積Vとして算出する(V=S×Δh)。なお、第2の導体層109の寸法をレーザー変位計や白色干渉計等の計測器により実測し、この実測値から求めた表面積を開口部108の内容積の計算に適用すれば、内容積をさらに精度良く求めることが可能である。
First, in order to supply an appropriate amount of solder, the surface positions of the
次に図3(b)に示されるように、基板電極106a上と第2の導体層109上とのそれぞれに、上面の高さが同一になるようにはんだペースト103a′、103b′を供給する。この場合、はんだペースト103a′の塗布面積は必然的に開口部108の面積よりも大きくなる。すなわち、フラックス成分を放出後のはんだ103aが開口部108内を満たすようにすると、フラックス成分を含むはんだペースト103a′は開口部108からはみ出すこととなる。このため、はんだペースト103a′が溶融した状態において、電極106a側に広がって電極106a上のはんだペースト103b′と接触してショートが生じないように、凹部110にはみ出す形態ではんだペースト103a′を供給する。
Next, as shown in FIG. 3 (b), solder pastes 103a 'and 103b' are supplied on the
ここで重要となるのは、凹部110の底面積である。つまり、凹部110の底面積は、図3等に示されるように、凹部110にはみ出して塗布されたはんだペースト103a′を収容できる大きさであることが必要である。仮に、開口部108からはみ出して塗布されたはんだペースト103a′を、凹部110に収容しきれないと、絶縁層105の上にはんだペースト103′が塗布された状態となるため、図8(a)で説明したショートの発生に至るおそれがある。特に、凹部110を開口部108に対して電極106bとは反対側に設けることでショートの発生を効果的に抑制できる。
What is important here is the bottom area of the
また、第2の導体層109へのはんだペースト103a′の供給量は、「図3(a)を参照して説明した手法によって算出した開口部108の内容積V」に、「はんだペースト103b′の高さH(詳しくは導体層106の表面からはんだペースト103b′の上面までの高さの設定値)に第2の導体層109の表面積Sを掛け合わせて算出した体積」を加えた量(=V+S×H)で設定される。なお、はんだペーストの供給方式は、特に限定する必要はないが、はんだペーストを所望の箇所に個別に供給できるディスペンサ方式が好ましい。
The amount of the
次に、図3(c)のようにLED102を実装するが、供給されたはんだペースト103a′、103b′の上面の高さが同一であるため、LED102が傾くことなく、また、第2の導体層109のはんだペースト103a′が図8(b)に示したように著しく押しつぶされた状態にはならずに安定して搭載される。
Next, the
なお、少なくとも、図3(a)〜(c)を参照して説明した工程と、図2(h)を参照して説明した樹脂107a、107bを供給する工程とを同一設備内で行うことが好ましい。
Note that at least the process described with reference to FIGS. 3A to 3C and the process of supplying the
次に、図3(d)のようにLED102と基板101とをはんだ付けするために、加熱してはんだペースト103a′、103b′を一旦溶融した後に固化させる。溶融した際、はんだペースト103a′は、開口部108と凹部110とを設けることで絶縁層105に形成された段差により囲まれているため、開口部108の外側へと流れることが規制される。この結果、はんだペースト103a′がフラックス成分を排出してはんだ粒子が凝集固化し、はんだ103aとなった後も、開口部108内に収まるようになり、はんだ103aの上面の高さが安定して所望の高さとなる。また、はんだペースト103a′が、はんだペースト103b′とは反対側の凹部110側に予め配置されているため、はんだペースト103b′とのショートの発生のない実装が可能である。
Next, in order to solder the
一方、はんだペースト103b′は、溶融状態では濡れ性によって第1の導体層106の表面上を広がろうとするが、はんだペースト103b′の広がりは樹脂層107a、107bによって抑制されるため、はんだ103bの上面の高さは安定する。したがって、本発明の実施の形態1の製造方法によれば、LED102の傾きが極めて少ない発光部品実装体を提供することができ、かつ品質を安定させることができる(すなわちショートの発生を抑制できる)。
On the other hand, the
[2.実施の形態2]
[2−1.構造]
以下、本発明の実施の形態2における発光部品実装体の構造について図4を参照して説明する。図4は、本発明の実施の形態2における発光部品実装体の構造を説明するための模式図であり、(a)は発光部品実装体の模式的断面を要部の拡大断面と共に示す図、(b)は電極側から視たLED(発光部品)の底面図、(c)は金属複合基板の平面図である。以下の構造の説明では、便宜上、発光部品を上方に金属複合基板を下方に向けた姿勢の発光部品実装体を説明するが、発光部品実装体の使用時の姿勢はこれに限定されない。
[2. Second Embodiment]
[2-1. Construction]
Hereinafter, the structure of the light-emitting component mounting body according to
図4(a)、(b)、(c)に示す実施の形態2における発光部品実装体は、はんだ103b側の接合材規制部の構成だけが、前記の実施の形態1の発光部品実装体と異なる。実施の形態2における発光部品実装体では、当該接合材規制部が、図4(a)中の枠で囲まれた要部拡大図に示されるように構成される。つまり、この接合材規制部では、各第1の導体層106の表面にニッケルなどのはんだ濡れ性の非常に小さい金属層115が設けられ、さらに、金属層115の表面に、金などのはんだ濡れ性の大きい金属層116が一部の領域を残して設けられる。金属層115の内、金属層116が設けられずに露出した部分(低濡れ性部、以下「金属露出部」という)115a、115bは、実施の形態1の樹脂層107a、107bと同様に、導体層106における基板101の中央に位置する角部を囲うような形状をしている。
The light-emitting component mounting body in the second embodiment shown in FIGS. 4A, 4B, and 4C is the light-emitting component mounting body in the first embodiment described above only in the configuration of the bonding material regulating portion on the
また、平面視において金属層115a、115bに囲まれた金属層116および導体層106は、基板電極106a、106bとして機能する。これらの基板電極106a、106bは、LED102の電極111a、111bと同一形状、同一サイズになるように形成することが好ましく、その幅〔図4(c)の紙面の上下方向および左右方向の各寸法〕は50μm以上あればよい。
Further, the
この接合材規制部は、はんだ濡れ性の違いを利用して、LED102を基板101に実装する際のはんだ流れを規制する構造である。詳しくは、基板電極106a、106bの表面よりも、基板電極106a、106bを囲う金属露出部115a、115bの表面のほうが、はんだ濡れ性(接合部材であるはんだに対する親和性)が低い。このため、溶融状態とされたはんだペーストが、基板電極106a、106bから外側の金属露出部115a、115bへ流れることが抑制される。すなわち、金属露出部115a、115bを設けることにより本発明の接合材規制部が構成される。
This bonding material restricting portion is a structure that restricts the solder flow when the
なお、導体層106よりも金属層115のはんだ濡れ性が低い場合には、金属層116を省略して、導体層106における基板101の中央に位置する角部を囲うように、金属層115を導体層106上に設けることで、本発明の接合材規制部を構成してもよい。また、はんだ濡れ性を表面粗さで制御するようにしてもよい。
When the soldering wettability of the
この他の構成は、前記の実施の形態1の発光部品実装体と同様なので説明を省略する。 Since other configurations are the same as those of the light-emitting component mounting body of the first embodiment, description thereof is omitted.
[2−2.製造方法及び作用・効果]
以下、図5および図6を参照して、図4に示される発光部品実装体の製造方法を説明しつつ本発明の実施の形態2の作用・効果を説明する。
[2-2. Manufacturing method and action / effect]
Hereinafter, with reference to FIG. 5 and FIG. 6, the operation and effect of the second embodiment of the present invention will be described while explaining the manufacturing method of the light emitting component mounting body shown in FIG. 4.
[2−2−1.金属複合基板の製造方法]
まず、図5を参照して金属複合基板の製造方法を説明する。図5は、本発明の実施の形態2の金属複合基板の製造方法の一例を示す模式的断面図であり、(a)−(d)の順に製造工程が進められる。なお、図5(b)、(c)ではそれぞれ要部の拡大断面図が併せて示される。はんだ流れ抑制構造の製造方法以外は、図2を参照して説明した実施の形態1の製造方法と同一であるため、はんだ流れ抑制構造の製造方法について主に説明する。
[2-2-1. Manufacturing method of metal composite substrate]
First, a method for manufacturing a metal composite substrate will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of the method for manufacturing the metal composite substrate according to the second embodiment of the present invention, and the manufacturing process proceeds in the order of (a) to (d). 5 (b) and 5 (c) also show enlarged cross-sectional views of essential parts. Since the manufacturing method is the same as that of the first embodiment described with reference to FIG. 2 except for the manufacturing method of the solder flow suppressing structure, the manufacturing method of the solder flow suppressing structure will be mainly described.
図5(a)に示されるように基板101を準備する。基板101は、実施の形態1において図2(a)〜(f)を参照して説明した方法により製造される。次に図5(b)に示されるように第1の導体層106の表面に、めっきなどによりコーティングして金属層115を設け、その後、さらに金属層115の表面に、めっきなどによりコーティングして金属層116を設ける。なお、金属層115と金属層116とにそれぞれ使用される金属材料の組み合わせは、一般的な回路基板で用いられる組み合わせが好まし。例えば、金属層115に使用される金属材料はニッケル、金属層116に使用される金属材料は金(元素記号Au)がそれぞれ好ましく、ニッケルの厚みは5〜10μm、金の厚みは0.03〜0.1μmの厚みがそれぞれ好ましい。
A
次に図5(c)に示されるように、図4(b)に示されるLED102のカソード電極111bと同一形状、同一サイズになるように金属層116をレーザー等で剥離し、金属露出部115a、115bを形成する。次に図5(d)に示されるように、開口部108に連続した凹部110をレーザー等で所望の形状と深さで形成する。
Next, as shown in FIG. 5C, the
このようにして、予め第1の導体層106の回路パターンとして、LED102の電極111a、111b〔図4(c)参照〕と同一形状、同一サイズとなる基板電極106a、106bが形成される。なお、図5(c)と図5(d)の工程順序は問わないが、同一のレーザー設備を用いて、それぞれを加工すれば、設備切り替えが不要となる。
In this manner,
[2−2−2.発光部品実装体の製造方法]
図6を用いて、図4に示される本発明の実施の形態2における発光部品実装体の製造方法を説明する。図6は、本発明の実施の形態2における発光部品実装体の製造方法の一例を示す模式的断面図であり、(a)−(d)の順に製造工程が進められる。なお、図6(a)、(d)ではそれぞれ要部の拡大断面図が併せて示される。
[2-2-2. Manufacturing method of light emitting component mounting body]
The manufacturing method of the light emitting component mounting body in
まず適正なはんだ量を供給するために、図6(a)に示す状態において、導体層106上の金属層116と導体層109との表面間距離を計測し、この表面間距離と第2の導体層109の表面積Sとを掛け合わせた値を、開口部108の内容積Vとして算出する。次に、この内容積Vを考慮しつつ、図6(b)に示されるように第2の導体層109上と基板電極106a、106b(基板電極106bについては図4参照)上との各はんだペースト103a′、103b′の上面の高さが互いに同一になる量で、第2の導体層109上と基板電極106a、106b上とに、はんだペースト103a′、103b′を供給する。
First, in order to supply an appropriate amount of solder, in the state shown in FIG. 6A, the distance between the surfaces of the
次に、図6(c)に示されるようにLED102を実装するが、供給されたはんだペースト103a′、103b′の上面の高さが同一であるため、LED102が傾くことなく、また、第2の導体層109のはんだペースト103a′が押しつぶされた状態にはならずに安定して搭載される。
Next, the
次に、図6(d)のようにLED102を基板101にはんだ付け(接合)するために、加熱してはんだペースト103a′、103b′を一旦溶融させる。この溶融したはんだペースト103b′は、溶融状態となってその濡れ性によって金属116の表面上を広がろうとするが、はんだ濡れ性の小さい金属露出部115a、115bではんだの濡れ性が急激に低下する。このため、はんだ濡れ性の小さい金属露出部115a、115bの境界ではんだ流れを抑止することができる。したがって、本実施の形態2においても、発光部品の傾きが極めて少ない発光部品実装体を提供することができ、かつ品質を安定させることができる。
Next, in order to solder (join) the
[3.実施の形態3]
[3−1.構造]
以下、本発明の実施の形態3における発光部品実装体の構造について図7を参照して説明する。図7は、本発明の実施の形態3における発光部品実装体の構造を説明するための模式図であり、(a)は発光部品実装体の模式的断面、(b)は電極側から視たLED(発光部品)の底面図、(c)は金属複合基板の平面図である。以下の構造の説明では、便宜上、発光部品を上方に金属複合基板を下方に向けた姿勢の発光部品実装体を説明するが、発光部品実装体の使用時の姿勢はこれに限定されない。
[3. Embodiment 3]
[3-1. Construction]
Hereinafter, the structure of the light emitting component mounting body according to
図7(a)、(b)、(c)に示される本実施の形態3における発光部品実装体は、はんだ103b側の接合材規制部の構成だけが、前記の実施の形態1の発光部品実装体と異なる。本実施の形態3における発光部品実装体では、当該接合材規制部として、各第1の導体層106に、第1の導体層106を厚み方向に貫通するスリット117a、117bが形成される。スリット117a、117bは、実施の形態1の樹脂層107a、107bと同様に、導体層106の基板101の中央に位置する角部を囲うような形状をしている。
7A, 7B, and 7C, the light-emitting component mounting body according to the third embodiment is the same as the light-emitting component according to the first embodiment described above except for the configuration of the bonding material regulating portion on the
この構造では、LED102を基板101に実装する際にはんだ流れが生じた場合には、このはんだ流れがスリット117a、117bに入りこんでスリット117a、117b内を埋め、これによりはんだ流れがスリット117a、117bよりも外方に広がることを抑制するようにしている。つまり、スリット117a、117bを設けることで、基板101の表面に凹所が形成され、本発明の接合材規制部が形成されている。なお、スリット117a、117bに替えて、第1の導体層106に底部を残して形成された凹所により、本発明の接合材規制部を形成してもよい。
In this structure, when a solder flow occurs when the
スリット117a、117bは、これらのスリット117a、117bによって規定される基板電極106a、106bが、図5(b)に示されるLED102の電極111a、111bと同一形状、同一サイズになるように形成することが好ましい。また、スリット117a、117bの幅は100μm〜300μmが好ましい。なお、スリット117a、117bの幅とは、図7(c)の紙面において、上下に延在する部分については左右方向の寸法、左右に延在する部分については上下方向の寸法をいう。スリット117a、117bの幅が小さすぎると、溶融状態のはんだがスリット117a、117b内に収まりきらずこれらのスリット117a、117bを乗り越えてしまう。スリット117a、117bの幅が広すぎると、はんだでスリット117a、117bを埋めることができずに回路として断線構造に至ってしまうためである。
The
この他の構成は、前記の実施の形態1の発光部品実装体と同様なので説明を省略する。 Since other configurations are the same as those of the light-emitting component mounting body of the first embodiment, description thereof is omitted.
[3−2.製造方法及び作用・効果]
以下、図8および図9を参照して、図7に示される発光部品実装体の製造方法を説明しつつ本発明の実施の形態3の作用・効果を説明する。
[3-2. Manufacturing method and action / effect]
Hereinafter, with reference to FIG. 8 and FIG. 9, the operation and effect of the third embodiment of the present invention will be described while explaining the manufacturing method of the light emitting component mounting body shown in FIG. 7.
[3−2−1.金属複合基板の製造方法]
先ず、図8を参照して、金属複合基板の製造方法を説明する。図8は、本発明の実施の形態3の金属複合基板の製造方法の一例を示す模式的断面図であり、(a)−(e)の順に製造工程が進められる。
はんだ流れ防止構造以外は、図2を参照して説明した実施の形態1の製造方法と同一であるため、はんだ流れ抑制構造の製造方法について主に説明する。
[3-2-1. Manufacturing method of metal composite substrate]
First, a method for manufacturing a metal composite substrate will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing an example of the method for manufacturing the metal composite substrate according to the third embodiment of the present invention, and the manufacturing process proceeds in the order of (a) to (e).
Except for the solder flow prevention structure, the manufacturing method is the same as that of the first embodiment described with reference to FIG.
図8(a)に示されるように基板101を準備する。基板101は、実施の形態1において図2(a)〜(f)を参照して説明した方法により製造される。次に図8(b)に示されるように導体層106〔図7(a)参照〕となる部分にレーザーを用いて絶縁層105に粗化部112を形成するが、実施の形態1の図2(d)に示される工程と異なり、スリット117aが形成される部分には粗化部112を形成しない。次に、粗化部112にめっき触媒を担持させて、図8(c)に示されるように、めっき触媒を担持した粗化部113を形成した後、図8(d)に示されるように、めっき触媒を担持した粗化部113と金属露出部114の表面を銅めっきして、基板電極106a、106b(第1の導体層106)と第2の導体層109とを形成する。次に図8(e)に示されるように、開口部108に連続した凹部110をレーザー等で所望の形状と深さで形成する。
A
このようにして、予め第1の導体層106の回路パターンとして、LED102の電極111a、111b〔図7(b)参照〕と同一形状、同一サイズとなる基板電極106a、106bが形成される。
In this way,
[3−2−2.発光部品実装体の製造方法]
図9を参照して発光部品実装体の製造方法の一例を説明する。図9は、本発明の実施の形態3における発光部品実装体の製造方法の一例を示す模式的断面図であり、(a)−(d)の順に製造工程が進められる。
[3-2-2. Manufacturing method of light emitting component mounting body]
With reference to FIG. 9, an example of the manufacturing method of a light emitting component mounting body is demonstrated. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing a light-emitting component mounting body according to
まず適正なはんだ量を供給するために、図9(a)に示す状態において、実施の形態1と同様に、導体層106、109の相互の表面間距離を計測し、この表面間距離と第2の導体層109の表面積Sとを掛け合わせた値を、開口部108の内容積Vとして算出する。次に、この内容積Vを考慮しつつ、図9(b)に示されるように、導体層109上と基板電極106a、106b(基板電極106bについては図7参照)上との各はんだペースト103a′、103b′の上面の高さが互いに同一になる量で、導体層109上と基板電極106a、106b上とにはんだペースト103a′、103b′を供給する。
First, in order to supply an appropriate amount of solder, in the state shown in FIG. 9A, the distance between the surfaces of the conductor layers 106 and 109 is measured in the state shown in FIG. A value obtained by multiplying the surface area S of the two
次に、図9(c)に示されるようにLED102を実装するが、供給されたはんだペースト103a′、103b′の上面の高さが同一であるため、LED102が傾くことなく、また、第2の導体層109のはんだペースト103a′が押しつぶされた状態にはならずに安定して搭載される。
Next, as shown in FIG. 9C, the
次に、図9(d)のようにLED102を基板101にはんだ付け(接合)するために、加熱してはんだペースト103a′、103b′を一旦溶融させる。この溶融したはんだペースト103b′は、その濡れ性により第1の導体層106の表面を濡れ広がろうとするが、スリット117a、117bの作用によってはんだ流れを抑止することができる。したがってこの実施の形態3においても、LED102の傾きが極めて少ない発光部品実装体を提供することができ、かつ品質を安定させることができる。
Next, in order to solder (join) the
本発明によれば、発熱部品の放熱効率が極めて高く、かつ発熱部品の実装精度に優れる発熱部品実装体を提供することができる。室内や屋外の住設照明器具等やヘッドライトやテールランプ等の車載照明等の発光部品に、本発明の発熱部品実装体を利用することが可能である。 According to the present invention, it is possible to provide a heating component mounting body in which the heat dissipation efficiency of the heating component is extremely high and the mounting accuracy of the heating component is excellent. The heating component mounting body of the present invention can be used for light-emitting components such as indoor and outdoor residential lighting fixtures and in-vehicle lighting such as headlights and tail lamps.
1 金属部材
2 絶縁層
3 金属複合基板
4 発光部品(発熱部品)
5a、5b 電極
6a、6b はんだ
6a′、6b′ はんだペースト
7 導体層
8 はんだ流れ
9 ショート部
10 開口部
11 導体層
101 金属複合基板
102 LED(発熱部品および発光部品)
103a、103b はんだ
103a′103b′はんだペースト
104 金属部材(放熱部材)
105 絶縁層(絶縁材)
106 第1の導体層(導体)
106a、106b 基板電極
107a、107b 樹脂層(枠状部材、接合材規制部)
108 開口部
109 第2の導体層(導体)
110 凹部(接合材規制部)
111a アノード電極(電極)
111b カソード電極(電極)
111c 放熱電極(電極)
112 粗化部
113 めっき触媒を担持した粗化部
114 金属露出部
115 はんだ濡れ性の小さい金属層
115a、115b はんだ濡れ性の小さい金属露出部(低濡れ性部)
116 はんだ濡れ性の大きい金属層
117a、117b スリット(凹所)
DESCRIPTION OF
5a, 5b electrode
6a,
103a, 103b Solder 103a'103b '
105 Insulating layer (insulating material)
106 First conductor layer (conductor)
106a,
108
110 Concave part (bonding material regulation part)
111a Anode electrode (electrode)
111b Cathode electrode (electrode)
111c Heat dissipation electrode (electrode)
112
116 Metal layer with
Claims (9)
放熱部材、および、前記電極に対向して設けられている導体、を有する基板と、
前記電極と前記導体とを接合している接合材と、
前記接合材の周囲に設けられた接合材規制部と、
が備えられている、発熱部品実装体。 A heat-generating component having electrodes;
A substrate having a heat dissipating member and a conductor provided facing the electrode;
A bonding material for bonding the electrode and the conductor;
A bonding material regulating portion provided around the bonding material;
A heat-generating component mounting body provided with
前記導体は、前記開口部内において前記放熱部材上に設けられ、
前記接合材規制部が、前記凹部により構成されていることを特徴とする請求項1記載の発熱部品実装体。 The substrate further includes an insulating material having an opening provided facing the electrode and a recess continuous with the opening on the heat dissipation member,
The conductor is provided on the heat dissipation member in the opening,
The heating component mounting body according to claim 1, wherein the bonding material regulating portion is constituted by the concave portion.
前記導体の表面の少なくとも前記低濡れ性部の周囲には、金が設けられている、請求項6記載の発熱部品実装体。 The low wettability part is formed of nickel;
The heating component mounting body according to claim 6, wherein gold is provided at least around the low wettability portion of the surface of the conductor.
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