JP3158994U - 回路基板 - Google Patents
回路基板 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3158994U JP3158994U JP2009007732U JP2009007732U JP3158994U JP 3158994 U JP3158994 U JP 3158994U JP 2009007732 U JP2009007732 U JP 2009007732U JP 2009007732 U JP2009007732 U JP 2009007732U JP 3158994 U JP3158994 U JP 3158994U
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit board
- heat dissipation
- layer
- substrate
- dissipation layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
Landscapes
- Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
Abstract
【課題】個別的に熱放出構造を製作するよりは製造工程が簡単で製造効率を向上させ得る発光素子用PCB基板の構造を提供する。
【解決手段】基板200の上面全体にわたって平面的に放熱板210を形成する。隣接した発光素子230、230の間で放電が発生せぬよう、放熱板210とリード線パターン220間に薄い絶縁膜240を構成する。最も重要な特徴は、基板200の上面全体にわたり放熱板210が設けてある点である。発光素子230が作動して発生した熱は、広い面積の放熱板210全体に広がり、その次に基板200全体にわたって伝導し、外気へと放出されることになる。従って、熱放出効率が従来より格段に向上する構造となっている。
【選択図】図2
【解決手段】基板200の上面全体にわたって平面的に放熱板210を形成する。隣接した発光素子230、230の間で放電が発生せぬよう、放熱板210とリード線パターン220間に薄い絶縁膜240を構成する。最も重要な特徴は、基板200の上面全体にわたり放熱板210が設けてある点である。発光素子230が作動して発生した熱は、広い面積の放熱板210全体に広がり、その次に基板200全体にわたって伝導し、外気へと放出されることになる。従って、熱放出効率が従来より格段に向上する構造となっている。
【選択図】図2
Description
本考案は、電子素子のパッケージング用の例えばPCB製の回路基板に関するもので、詳細には基板に実装する、例えば光素子や電子素子の作動時、発生する熱をすばやく放出できると共に、光素子を実装する場合にはその放射光の可用性を極大化できるように構成した回路基板の構造に関する。
一般的に光素子や電子素子等は作動時に、内部抵抗等により相当な熱を発生する。その代表的なものがコンピュータのCPUである。コンピュータのCPUのように狭い面積内で強烈な熱を発する素子には、別途に専用冷却手段を配して稼動させるのが通例である。
もちろん、CPU以外の基板に取り付ける素子からも作動時には熱が出る。したがって、基板自体の放熱問題を解決することが相当に重要な技術として浮かびあがってきている。
このような問題は、特に最近いろんな応用分野で使用量が多くなって来た発光素子の場合は、配列、配置(アレイ:array)構造を採択、導入するので、いっそう深刻に考慮すべき問題となっている。
化合物半導体から生まれた発光素子はその製造技術が急ピッチに発達して来ており、今では携帯電話や多様な家電製品の光源として使用されており、さらには適切な照度をもつ一般照明用ランプまで広がりつつある。特に、照明用灯に採用すると、従来の白熱灯や水銀蛍光灯の光源よりエネルギー消費の面で優れるとともに、寿命も長いため、省エネルギー性を高め得る。
発光素子を照明用光源として使用するには、単位面積あたり数千カンデラ(cd)の輝度が必要であるが、もちろん1つの発光素子チップでそのような輝度の光を出すのは不可能である。そのため、一般的には多数個の発光素子を配列した構造、例えばLEDアレイを構成し、必要とする輝度を得ている。
従来のLEDアレイのような発光素子の配列構造を構成する時の問題点としては、各々の発光素子から放射される光が熱エネルギーとして失われることなく最大限光り活用する課題と発光素子からでる熱をいかに効率よく大気中に放出するかの問題であった。
図1は従来の印刷回路基板に発光素子アレイを実装した断面構造を示す。ただし、表面保護膜等の本考案と直接的な関係がない構造は省略してある。
図1に示す構造は、PCB製の基板130上に、印刷等の手法により、銅線などのリード線パターンが形成してあり、その上部に高輝度発光可能な発光素子チップ110が設けてある。この印刷されたリード線上に発光素子チップ110を設けてあると、発光素子チップ110が光を放射するときに出る熱の一部140が発光素子チップ110自体を通じて放熱される。残りの熱150は、印刷されたリード線自体から、またはリード線を通じてその下部のPCB製の基板130に伝わり、放熱される。
しかしながらPCBそのものは放熱性の特性が非常に悪いため、基板130を通じて放熱される熱量は極めて少ない。従って、発熱量が大きい素子チップを実装した場合には、素子の誤作動が生じやすくなったり、寿命が短くなったりする。そこで、発光素子の動作時の発熱問題を解決するために、パッケージ用印刷回路基板として、熱伝導性が優秀なアルミニウムやアルミナで作られたPCB代替基板が提示されている。
しかし、アルミニウム基板の場合、熱伝導及び熱放射特性は優れているが、電気伝導率が非常に大きく、割れやすいなどの加工性が劣る等の点など、その他幾つかの制限がある。従来使用されて来たもう一つの方法は、耐熱性および放射効率の向上を考慮した構造を事前に個別に発光素子の製造時に発光素子に取り付け、その後に、このような個々の回路を図1のPCBプリント基板に接続するというものである。
しかし、この構造での製作費用は当然高くなり、製作効率面でも不利であり、しかも発光素子の集着化に支障があり、実際には満足できるような成果を得られなかった。
前述の問題点を解決するためには、本考案は熱放出及び反射効率を極大化した構造をもつ発光素子用PCB基板を提供することを目的とする。
本考案はPCB基板自体に熱放出構造を持たせることで、上述のように個別的に熱放出構造を製作するよりは製造工程が簡単で製造効率を向上させ得る発光素子用PCB基板の構造を提供することも目的とする。
また本考案は、発光素子が実装されるPCB基板面の反対面に熱放出構造を持つ発光素子用PCB基板の構造を提供することをも目的とする。
さらに本考案は、熱放出効果が優れる電気電子回路用PCB基板の構造を提供することをも目的とする。
本考案の請求項1に係る回路基板は、上記目的を達成するために、基板材の一の面に、素子に電流を供給するリード線を設けた回路基板において、金属材からなり前記素子が発生させた熱を受け取って大気に放出するための放熱層を前記一の面の全面にわたって設けてなることを特徴とする。
同請求項2に係るものは、請求項1の回路基板において、前記放熱層と前記リード線間を電気的に絶縁するための絶縁層を設けてなることを特徴とする。
同請求項3に係るものは、請求項1または2の回路基板において、前記素子が光素子であり、前記放熱層と該光素子間で前記放熱層の全面にわたって形成されて前記光素子が発生させた光を反射する反射層を有することを特徴とする。
同請求項4に係るものは、請求項1から3のいずれかの回路基板において、前記基板材の前記一の面の反対側の他の面全体にわたって金属材からなる放熱層を備えるとともに、前記一の面側の放熱層と前記他の面側の放熱層を前記基板に形成した複数個のビアホールを介して互いに物理的に接続させてなることを特徴とする。
同請求項5に係るものは、請求項1から3のいずれかの回路基板において、前記他の面側の放熱層の表面における放熱面積を増やすための複数個個の凹凸部を前記基板材の前記一の面の反対側の他の面に形成してなることを特徴とする。
同請求項6に係るものは、請求項1から4のいずれかの回路基板において、前記絶縁層が、窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末のうちの少なくともどの一つ以上の物質を含んで形成されてなるものであることを特徴とする。
同請求項7に係るものは、請求項3から6のいずれかの回路基板において、前記素子は光素子であり、前記一の面側の放熱層を不導体放熱層として形成し、該不導体放熱層と前記光素子間にて前記不導体放熱層全体にわたって、前記光素子から発生した光を上部に反射させる反射層を備えてなることを特徴にする。
同請求項8に係るものは、請求項7の回路基板において、前記不導体放熱層が前記光素子が生成する光に対して透明であり、該不導体放熱層と前記基板材との間に該基板材全面にわたって、前記光素子から発生した光を上部に反射させる反射層を形成してなることを特徴とする。
同請求項9に係るものは、請求項7または8のいずれかの回路基板において、前記回路基板の前記他の面全体にわたって第2の不導体放熱層を備え、前記一の面側の第1の不導体放熱層と該他の面側の第2の不導体とを、前記基板罪に形成された複数個のビアホールを介して互いに物理的に接続させてなることを特徴とする。
請求項10に係るものは、請求項7から9のいずれかの回路基板において、前記絶縁層はエポキシの中に前記窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末の中、少なくとも一つ以上の物質を粉末状態で分散させてなる層であることを特徴にする。
請求項11に係るものは、請求項7から9のいずれかの回路基板において、前記絶縁層はシリカの中に前記窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末の中、少なくとも一つ以上の物質を粉末状態で分散させてなる層であることを特徴にする。
同請求項12に係るものは、請求項4から10のいずれかの回路基板において、前記一の面の反対側の他の面全体にわたって金属材からなる放熱層を備えるものにおいて、前記放熱層は窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末、銀微粉末の中、少なくとも一つ以上の物質を含んで形成されてなること特徴とする。
同請求項13に係るものは、請求項10から12のいずれかの回路基板において、前記絶縁層は2以上の多層構造からなることを特徴とする。
同請求項14に係るものは、請求項3から13のいずれかの回路基板において、前記発光素子がLEDまたは発光ダイオードであり、これらを直列、並列、あるいは直並列混合させて配列してアレイを構成してなることを特徴とする。
なお本願において、第1面というのは基板のどちらの片面を意味するもので後述する第2面に対向される面を指す。
本考案は、素子が実装される基板自体に全面的な放出層の構造を設けることで、個別に素子に放出構造を形成する従来の技術に比べ、熱放出面積を増加させ、より効果的な熱放出を可能とし、従来よりも素子の集着度及び作動電流と安定性を格段に向上させ得る。
また本考案は、特に発光素子に応用される場合は、放熱層と反射層を共に構成することにより、個別に素子に放出構造を形成する従来の技術に比べ、その生産性と作動効率を高めることができる。
さらに本考案は、金属材料で基板本体が形成された場合の熱放出構造を提示し、金属材料基板と、その上部の絶縁層を利用して基板自体の熱伝導率を高め、さらに素早く熱放出させ得る。
前述の問題点を解決するためには、本考案は、個別的な発光素子それぞれに発熱構造などを設置する代わりに、パッケージ用PCB印刷回路基板自体に発光素子の発熱問題や発光性の極大化を可能にする構造を予め備えるようにし、そのようなPCB基板に、追加的な措置なしに多数個の発光素子を設計の通り表面実装してパッケージできるようにする。
以下、添付された図面を参照して本考案の望ましい幾つかの実施例について詳細に説明する。
図2は本考案の第1の実施例の断面図である。本実施例は、基板200の上面全体にわたって平面的に設けた放熱板210が熱伝導性を有する電気的導体である金属材製等とした場合、隣接した発光素子230、230の間で放電が発生するおそれがあるので、放熱板210とリード線パターン220間に薄い絶縁膜240を追加して構成してある。なお図2ならびに以下の各図において基板の両端は図示の便宜上切断して描いてあるが、当業者であれば容易に想到し得るように、基板の一部を拡大して示したものであることと共に、放熱板や絶縁膜などが各々2次元的な層になってあることが理解できる。
本実施例で、最も重要な特徴は、基板200の上面全体にわたり放熱板210が設けてある点である。即ち、発光素子230が作動し、発生する熱がよく伝わらない従来のPCB基板の下部、あるいは相対的に狭い銅のリード線220だけに通じて放熱せれるのではなく、発生した熱は広い面積の放熱板210全体に広がり、その次に基板200全体にわたって伝導し、外気へと放出されることになる点である。従って、熱放出効率が従来より格段に向上する構造となっている。
特に従来は熱の放出にほとんど寄与出来なかった発光素子230、230の間の部位250でも熱放出ができるので、隣接して位置する発光素子230等を相対的に素早く冷却させることができる。このような冷却は熱の累積の問題の解消とともに素子の集積度および作動電流を向上させるのに相当重要な条件で、この構造を持つ本考案を利用すると高集積化された発光素子の配列製作が可能となり、輝度を高めることができる。
なお前記放熱板210はアルミニウム、銅など電気および熱伝導度が秀れた金属材で作ることが望ましい。また、前記絶縁膜また絶縁層240は約5μm〜30μmの厚みの熱伝導性に秀れたエポキシフィルム、熱硬化性樹脂、紫外線(UV)硬化性樹脂などで作ることが望ましい。
図3は、ビアホール310がPCB基板300に具現化された本考案の第2の実施例を示す断面図である。ビアホールとは一般的に半導基板に穿孔された形態の穴を言い、本考案でもそのような構造を採用できるが、本実施例ではPCB基板300のところどころにこの穿孔穴相当部分(以上及び以下においてビアホール310と言う)が形成されて、このビアホールを通じて上部の放熱板320−Aと下部の放熱板320−Bが互いに物理的につながっている。これは、面積が制限されるPCB基板において放熱面積を2倍に広げる効果を奏するので、熱放出効率も比例的に向上され得る構造である。
なお、PCB基板300上部の発光素子230および絶縁膜210は図2に示した実施例と同一ないし類似であるので重複する説明は省略する。
この実施例のように、ビアホール通じて上部の放熱層320−Aが下部の放熱層320−Bにつながっている場合、上部の放熱層320−Aからかつては放出され得なかった熱でも、熱勾配により迅速に下部の放熱層320−B方向に向かい、放熱層全体に広がりながら放熱される。従って、制限された面積のPCB基板において放熱面積を2倍に広げる効果を奏し、熱放出効率も比例的に向上させ得る構造となる。
図4は図3の実施例の変形例を示す断面図で、図3で示した基板300の下部での放熱面積を増加させるため、基板300の下部の放熱層320−Bに凹凸部分410を多数形成した構造を示すものである。このような凹凸構造の断面形状は、図示した四角形のもの以外にも、三角形、半円形等々種々の形状を採用可能であり、単位面積あたりの放熱量を大きくできる。
すなわち発光素子230の活性層から発生した光の一部は発光素子230の側面または底面方向に向かうが、この光を反射させないと素子の劣化と寿命に深刻な影響を与えることがある。また、このような光は素子の輝度向上には寄与できないので、これを発光面前面部に反射させ、発光素子全体として光放射効率を向上させる必要がある。したがって、この反射膜または反射層は発光素子にて必要な構造であると言える。
図5は前述した放熱板および絶縁膜以外に反射膜520を発光素子230の下部と基板510上部との間に追加的に備えた本考案の第3の実施例の断面図である。絶縁膜530および放熱板540は前述した実施例と同一または類似であるが、絶縁膜530は発光素子の光に対し透明でればあるほど好ましい。
すなわち本実施例の反射膜520は、Ag(銀)、Al(アルミニウム)、光を高率で反射させるための染料などをスパッタリング、CVD、スプレー塗膜あるいは電気メッキで放熱板540上に蒸着等して形成する。このように反射膜を予め形成してあるPCB基板510上には特別な構造物を持たない発光素子230自体だけ配置する。そのため、充分に高い反射性および熱放出効果を得ることができる。また、従来のように個別に発光素子に放熱構造または反射層構造を構成する必要がないので、製造効率及び集積度を高められて高輝度アレイの実現が可能になる。
なお一般的に、発光素子の活性層から発生した光りの一部は素子の側面または底面方向に向かうがこの光を反射させないと素子の劣化と寿命に深刻な影響を与えることがあることは既述の通りである。また、このような光は素子の輝度向上に寄与できないので、これを発光面前面部に反射させ、素子として全体的に光の放射効率を向上させる必要があるので、この反射膜または反射層は発光素子において必要な構造と言える。
図6(a)および図6(b)は前述した図5の実施例のように反射膜600と絶縁膜630を持つ基板610に、図3および図4の例のようにビアホール構造に凹凸部分630を形成した構造を有する本考案の第4実施例を示す断面図である。本実施例も放熱効果を高め得るものである。
図7(a)及び図7(b)は、図6(a)及び図6(b)に示した実施例の他の変形例を示す断面図である。窒化アルミニウム微粉末を分散させたエポキシ膜だけを放熱板・絶縁膜として使用する場合にも、図3、図4の実施例のようにビアホール構造及びビアホール凹凸構造を共に形成させるのは当然なことであり、また、前述したすべての実施例で絶縁膜の代わりにこの窒化アルミニウム微粉末を分散させたエポキシ膜を電気的絶縁膜として使用可能である。これらの場合は、可視光線領域に対する高透過率が優れてあるためともに構成すると有用である。反射膜と共に構成する場合、反射膜はこの窒化アルミニウム微粉末を分散させたエポキシ膜の底面に構成することができる。
また、窒化アルミニウム膜だけで前記放熱板・絶縁膜を形成することができるが、この場合窒化アルミニウム膜は可視光線に対し不透明である。よって反射膜は、窒化アルミニウム膜の上、即ち発光素子及びリード線と窒化アルミニウム膜の間に形成される。
図8は熱伝導性が優秀でありながらも同時に不導体性質を持つ単一膜放熱板および絶縁板の機能を共に備える本考案の第5の実施例を示す断面図である。以下では、前記不導体放熱層を絶縁層・放熱層と言う。
熱伝導度が優れながらも電気的に不導体であれば、前述の実施例のように絶縁膜と放熱板は別に構成する必要はなく、一つの層で二つの機能を同時に遂行することができるので、工程効率と素子の作動安定性を向上させることができる。そのため、図8の実施例では伝導性リードパータン710とPCB基板720間に放熱板および絶縁膜の機能を果たせる高い熱伝導性の不導体膜730が形成してある。この高熱伝導性・不導体膜730は、電気絶縁性および熱伝導性に優れる窒化アルミニウム(AlN)微粉末をエポキシに分散させ固形化させた膜を使用可能である。
この場合、この高熱伝導性・不導体膜の熱伝導度はほぼ窒化アルミニウムと同じで、窒化アルミニウム粉末等が不導体であるエポキシに囲まれているために電気絶縁性を持つことになる。なお、絶縁層・放熱層730の材料としては、上述したものの他に、窒化ボロン(BN)、窒化チタニウム(TiN)、窒化アルミニウム、炭素チューブ(CTN)、ダイアモンド粉末、あるいはこれらを適切に混合して薄膜層を作ることができるものを採用できる。
図9は、図8に示した実施例の変形例を示す断面図である。上述した窒化アルミニウムの微粉末が分散されたエポキシは、その物自体が透明で、かつ窒化アルミニウムのバンドギャップが大きいので、上部の発光素子230からの可視光線はほとんど吸収しない。従って、図8に示すように、基板820上に、窒化アルミニウム粉末を分散させたエポキシ膜810下部に配した発光素子230の光を上部面に反射させる反射膜830を有する構成とすると、窒化アルミニウム粉末を分散させたエポキシ基材を通過した光はほとんど吸収されることなく反射されるので、反射膜の効果を高めることができる。
なお以上説明した構造では、発光素子を用いる場合を例にとって説明したが、その他の一般的なあるいは特殊な電子素子についても前記した本考案の構造を使用できるのは当然であり、本考案は図示し、上述した構成に限定されない。もちろん発光素子を用いない場合には、前記反射層830は不要である。
図10は、各種の光素子に本考案の基板を応用した形態の基板構造を示す断面図であり、図10(a)はメサ構造を持つ発光素子のフリップチップボンディング構造を、図10(b)はリード線がチップ下部に存在しない形態でチップ側面に配置されるタイプの構造を、そして図10(c)はメサ構造を持つレーザー素子のフリップチップボンディング構造を示す。すなわち本考案は、前述した実施例のように表面実装型(SMD)の発光素子にも応用可能であるが、その他にもこれら図10(a)〜(c)からわかるように多様な発光素子およびレーザー素子にも使用可能である。
すなわち、図10(a)のようなメサ構造を持つ発光素子のフリップチップボンディング構造1010、図10(b)の発光素子のようにリード線がチップ下部に存在しない形でチップの側面に配置される発光素子1020においても本考案の構造をそのまま使用可能である。また、図10(c)のようにメサ構造を持つレーザー素子1030のアレイ構造でも本考案の放熱板構造を使用可能であるから、本考案はこのような発光素子(LED)とレーザーダイオド(LD)を含む発光素子全体に応用して使えることがわかる。図中1000が反射膜、1040が絶縁膜、1050が基板である。
さらに、本考案の応用としてはこのような光素子だけではなく、熱放出が必要とする様々な電気電子回路用PCB基板の応用が可能になる。このような回路用PCB基板に本考案を応用する場合、図11に示すように、PCB基板1110の1つの面上に形成されたリード線パターン1120上に素子1130を形成するか、あるいはリード線パターン1140側面に素子1150を形成する場合にも本考案の前述の実施例のように基板前面にわたって形成した放熱板1160及び絶縁膜1170を利用すると効果的な熱の放出が可能になる。参考のため、図11は便宜上2つ以上の異なる素子構造を1つの基板に表した図としてある。なお、この図11の回路用PCB基板に前述したビアホール構造及びビアホール凹凸構造が使用可能なのは当然である。そして前述した放熱板1160が前述した窒化アルミニウム膜または窒化アルミニウム微粉末が分散されたエポキシ膜であれば、金属板を使用する場合と違い、前記絶縁膜1170が不要となるのは前述した場合と同様である。
図12は本考案の第8の実施例を示したもので、この例は両面基板に素子を実装する場合に本考案が応用される形態を示すものである。すなわち、基板1210を中心とし両面基板に素子を実装する場合に本考案が応用される形態を示してある。基板1210を中心としてその両面に光素子およびリード線1220−A、1220−Bが配置された放熱板1230−A、1230−Bで代表される本考案の構成が示してある。このような構成は、両面で発光する必要がある交通信号機等で使用するのに適する。
図13は、良好な熱伝導性を持つ金属材料からなる金属基板本体1700が形成される本考案の第9の実施例を示す断面図である。この実施例では、本考案はプラスチック材料からなる基板を使用せず、金属製の基板を用い、基板の放熱性を向上させている。金属基板本体1700にはアルミニウムかその合金を用いることが好ましいが、本考案はこれに限定されず、例えば鉄やその他の熱伝導率の高い金属材料であればどのようなものでも使用可能(使用に問題がある材料は当然除く)である。
金属基板本体1700が金属材であるから、その上部にある銅配線やリード線1720などを絶縁するには、基板間に絶縁層を必ず設ける必要がある。既述の実施例と同様に、絶縁層1710は電気的に不導体性質を持ちながらも、同時に素子1730から発生される熱をすばやく下部に放出しなければならないので、熱伝導性も良いものでなければならない。しかしながら、大半の物質は電気絶縁性と熱伝導性がいつも共に増加するか、減少する性質を持っているため、本考案で必要とする、基板自体を金属材料にして絶縁しながら同時に熱放出効率が向上する絶縁層・放熱層を創出することは難しかった。
そこで本考案では、前記絶縁層・放熱層として、熱伝導性が良く、同時に電気を通さない窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末、またはこれらを適切に混合した薄膜層をつくり、従来の限界を克服した。前記絶縁層をなす窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末、またはこれらを適切に混合した薄膜層は、電気的に不導体でありながらも、同時に良い熱伝導性を持つ。
一つの実験例を示す。窒化チタニウム(TiN):70重量%と炭素チューブ(CTN)30重量%をCVD工程で1〜100μmの厚さで蒸着させた場合、優れた熱伝導の特性と不導体性質が現われることを確認した。前記絶縁層1710の他の例としては、窒化ボロン粉末、窒化チタニウム粉末、窒化アルミニウム粉末、炭素チューブ粉末、ダイアモンド粉末、銀微粉末、またはこれらの合金粉末、あるいは混合粉末がエポキシや液状シリカ内に混在する形態としても使用することができる。
図14は、エポキシ層で作られた絶縁層を持つ本考案の第10の実施例である基板構造を示す断面図である。具体的には、この図は、エポキシ層1800に前記材料1810を粉末状にして混在されてある模様を模式的に示す図で、エポキシ層1800と液状シリカはそれ自体が不導体であるため、その内部に前記粉末状の材料1810が混在すると、粉末材料1810自体が不導体であり、また電気的に導通できる経路が形成されないため、電気的に不導体の性質を呈する。また、混在させた粉末粒子間の平均距離を極めて短くすることで、素子が発する熱を粉末状材料の間を通して素早く基板の下部に放出できる構造になっている。これを図中に矢印で示してある。なお参考までに、前記粉末状材料は微粉末であることが好ましいことは勿論である。その結果、図14に示す構造は、全体として不導体ながらも同時に熱伝導性が優秀な基板として作用できるものとなる。
図15は、前記絶縁層が二重層で作られた絶縁層を持つ本考案の第11の実施例である基板構造を示す断面図である。この二層の絶縁層1910、1920の一層目の絶縁層1910は、窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末、またはこれらを適切に混合した薄膜層であり、異なる層である第2の絶縁層1920は、窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末、またはこれらを適切に混合した薄膜層であって、前記第1の絶縁層1910に使用されない物質からなる層である。
即ち、図15の実施例は窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末、またはこれらを適切に混合した薄膜層中で、互いに異なる物質で形成した二つの層1910、1920を中間絶縁層として使用し、基板の絶縁性をさらに向上させ得る構造となっている。
図16は、図13の構造において下部に放熱板が追加された本考案の第12の実施例である基板構造を示す断面図である。この実施例は、基板下部に熱放出特性が優れる第2放熱層を追加して備えた構造を有する。すなわち下部の第2放熱層2000は上部の絶縁層1910、1920のように、窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末、またはこれらを適切に混合した薄膜層を適切に混合した薄膜層をそのまま使用できるが、これらは物質が持つ熱伝導性が優秀であるからである。下部絶縁層2000は必ずしも二層である必要はないので、1層だけで具現化し得る。
図17は、金属材からなる基板全体を囲むように形成された絶縁層を持つ本考案の第13の実施例である基板構造を模式的に示す断面図である。本実施例は、金属基板本体1700全体を取り巻く1つの絶縁層・放熱層2110を持つものである。絶縁層・放熱層2110は金属基板保体1700全体を側面まで覆っているが、このような構造はメッキやスプレイ・コーテイングなどで簡単に具現化できるという長所を持つ。即ち、複雑な真空蒸着工程等を施さなくても具現化でき、生産性を高め得る。
絶縁層・放熱層2110も、窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末、またはこれらを適切に混合した薄膜層をその材料として使うことができる。
図18は、図13の構造において基板下部に凹凸部分を持つ本考案の第14の実施例である基板構造を示す断面図である。本実施例は、金属基板本体1700の下面に放熱のために凹凸部分2210を設けてある。凹凸部分2210の機能及び効果は先の実施例と同様であるので重複する説明は省略するが、凹凸部分2210は、金属基板本体1700に別途で設ける形態と、基板本体に一体に設ける形態に大別される。凹凸部分2210を金属基板本体1700と別途に作る場合は、熱伝導性が高い材質を選ぶが、窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末、またはこれらを適切に混合した薄膜層を利用して凹凸形態を別途に製作した後、これを金属基板本体1700の下部に付着させる方法でも可能である。金属基板本体1700と凹凸部分2210が一体型の場合は、プレス等で金属基板本体1700に凹凸形状を形成する方式でも作り得る。また、金属基板本体1700の下部を乾式、あるいは湿式方式でエッチングして凹凸を形成する方式も採用できる。当業者であれば種々適宜の方法を選択可能であろう。
図19は、図16の構造において基板下部の絶縁層間の接触面積を増やすために基板下部に凹凸部を形成した本考案の第15の実施例である基板構造を示す断面図である。本実施例は、凹凸部分2320が下部の放熱層2310と一体型され例である。熱伝導度が優れる下部放熱層2310と金属基板本体1700との接触面積を増大させるための凹凸構造となっている。
図20は、図19の構造において下部の放熱層が2つの多重層に形成された本考案の第15の実施例の変形例である基板構造を示す断面図である。すなわち、図19の構造よりさらに熱放出性を高めるために下部の放熱層2310、2410を二重に構成してある。第1放熱層2310と第2放熱層2410の構成物質は各々窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末、銀微粉末のうち、どれか一つ以上を含んだものである。これら第1放熱層2310と第2放熱層2410は、互いに異なる物質を用いて異なる組成で構成することもでき、その形状も物質自体の層構造も、例えば各粉末物質がエポキシ膜、あるいはシリカ膜等の中に分散された形態で構成するなど種々の形態で構成できる。
図21は、図17の構造において基板下部の凹凸部分及び二重放熱層構造に構成された本考案の第16の実施例である基板構造を示す断面図であり、図17の構造に加え、上下部分にそれぞれ二重の放熱層が形成され、凹凸部分が下部に形成された構造である。各層は機能や製造に用いる物質、方法などは前述した実施例と同じか類似であるので重複する説明は省略する。
なお前述した実施例でも、基板の上下部の放熱層、絶縁層は2つ以上の多重層で構成することができる。また、本考案の上述した種々の実施例にて説明した構成等は互いに組み合わせて多様な形態で使用、採用することができる。
本考案は、この発光素子用基板にはSMD(表面実装部品:Surface Mounting Device)構造やフリップチップボンディング構造が含まれるし、個別発光素子だけではなく、発光素子アレイの形態にも使用可能であり、したがって、特に光素子および発光素子が密集して配置される発光素子用基板に使用できる。
200:基板
210:放熱板
220:リード線パターン
230:発光素子
240:絶縁膜
250:素子間の部位
300:PCB基板
310:ビアホール
320−A、320−B:放熱板
330:基板
410:凹凸部分
510:基板
520:反射膜
530:絶縁膜
540:放熱板
600:反射膜
610:基板
630:凹凸部分
710:伝導性リードパータン
720:PCB基板
730:高熱伝導性・不導体膜
810:エポキシ膜
830:反射膜
1000:反射膜
1010:フリップチップボンディング構造
1020:発光素子
1030:レーザー素子
1040:絶縁膜
1050:基板
1110:PCB基板
1120:リード線パターン
1130:素子
1140:リード線パターン
1150:素子
1160:放熱板
1170:絶縁膜
1210:基板
1220−A、1220−B:リード線
1230−A、1230−B:放熱板
1700:金属基板本体
1710:絶縁層
1720:リード線
1730:素子
1800:エポキシ層
1810:粉末状の材料
1910、1920:絶縁層
2000:第2放熱層
2110:絶縁層・放熱層
2210:凹凸部分
2310:放熱層
2320:凹凸部分
2410:放熱層
210:放熱板
220:リード線パターン
230:発光素子
240:絶縁膜
250:素子間の部位
300:PCB基板
310:ビアホール
320−A、320−B:放熱板
330:基板
410:凹凸部分
510:基板
520:反射膜
530:絶縁膜
540:放熱板
600:反射膜
610:基板
630:凹凸部分
710:伝導性リードパータン
720:PCB基板
730:高熱伝導性・不導体膜
810:エポキシ膜
830:反射膜
1000:反射膜
1010:フリップチップボンディング構造
1020:発光素子
1030:レーザー素子
1040:絶縁膜
1050:基板
1110:PCB基板
1120:リード線パターン
1130:素子
1140:リード線パターン
1150:素子
1160:放熱板
1170:絶縁膜
1210:基板
1220−A、1220−B:リード線
1230−A、1230−B:放熱板
1700:金属基板本体
1710:絶縁層
1720:リード線
1730:素子
1800:エポキシ層
1810:粉末状の材料
1910、1920:絶縁層
2000:第2放熱層
2110:絶縁層・放熱層
2210:凹凸部分
2310:放熱層
2320:凹凸部分
2410:放熱層
同請求項3に係るものは、請求項2の回路基板において、前記絶縁層が、窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末のうちの少なくともどの一つ以上の物質を含んで形成されてなるものであることを特徴とする。
同請求項4に係るものは、請求項2の回路基板において、前記絶縁層はエポキシの中に前記窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末の中、少なくとも一つ以上の物質を粉末状態で分散させてなる層であることを特徴とする。
同請求項5に係るものは、請求項2の回路基板において、前記絶縁層はシリカの中に前記窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末の中、少なくとも一つ以上の物質を粉末状態で分散させてなる層であることを特徴とする。
同請求項6に係るものは、請求項2から5のいずれかの回路基板において、前記素子が光素子であり、前記放熱層と該光素子間で前記放熱層の全面にわたって形成されて前記光素子が発生させた光を反射する反射層を有することを特徴とする。
同請求項7に係るものは、請求項2から5のいずれかの回路基板において、前記素子は光素子であり、前記一の面側の放熱層を不導体放熱層として形成し、該不導体放熱層と前記光素子間にて前記不導体放熱層全体にわたって、前記光素子から発生した光を上部に反射させる反射層を備えてなることを特徴にする。
同請求項8に係るものは、請求項6または7の回路基板において、前記光素子がLEDまたは発光ダイオードであり、これらを直列、並列、あるいは直並列混合させて配列してアレイを構成してなることを特徴とする。
同請求項9に係るものは、請求項7または8のいずれかの回路基板において、前記不導体放熱層が前記光素子が生成する光に対して透明であり、該不導体放熱層と前記基板材との間に該基板材全面にわたって、前記光素子から発生した光を上部に反射させる反射層を形成してなることを特徴とする。
請求項10に係るものは、請求項7から9のいずれかの回路基板において、前記回路基板の前記一の面の反対側の他の面全体にわたって第2の不導体放熱層を備え、前記一の面側の第1の不導体放熱層と該他の面側の第2の不導体とを、前記基板材に形成された複数個のビアホールを介して互いに物理的に接続させてなることを特徴にする。
請求項11に係るものは、請求項2から10のいずれかの回路基板において、前記絶縁層は2以上の多層構造からなる層であることを特徴にする。
同請求項12に係るものは、請求項1の回路基板において、前記基板材の前記一の面の反対側の他の面全体にわたって金属材からなる放熱層を備えるとともに、前記一の面側の放熱層と前記他の面側の放熱層を前記基板に形成した複数個のビアホールを介して互いに物理的に接続させてなること特徴とする。
同請求項13に係るものは、請求項1の回路基板において、前記基板材の前記一の面の反対側の他の面全体にわたって金属材からなる放熱層を備えるものにおいて、前記放熱層は窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末、銀微粉末の中、少なくとも一つ以上の物質を含んで形成されてなることを特徴とする。
同請求項14に係るものは、請求項12または13の回路基板において、前記他の面側の放熱層の表面における放熱面積を増やすための複数個の凹凸部を前記基板材の前記他の面に形成してなることを特徴とする。
同請求項4に係るものは、請求項2の回路基板において、前記絶縁層はエポキシの中に窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末の中、少なくとも一つ以上の物質を粉末状態で分散させてなる層であることを特徴とする。
同請求項5に係るものは、請求項2の回路基板において、前記絶縁層はシリカの中に窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末の中、少なくとも一つ以上の物質を粉末状態で分散させてなる層であることを特徴とする。
同請求項9に係るものは、請求項7の回路基板において、前記不導体放熱層が前記光素子が生成する光に対して透明であり、該不導体放熱層と前記基板材との間に該基板材全面にわたって、前記光素子から発生した光を上部に反射させる反射層を形成してなることを特徴とする。
Claims (14)
- 基板材の一の面に、素子に電流を供給するリード線を設けた回路基板において、
金属材からなり前記素子が発生させた熱を受け取って大気に放出するための放熱層を前記一の面の全面にわたって設けてなる、
ことを特徴とする回路基板。 - 請求項1の回路基板において、
前記放熱層と前記リード線間を電気的に絶縁するための絶縁層を設けてなる、
ことを特徴とする回路基板。 - 請求項1または2の回路基板において、
前記素子が光素子であり、
前記放熱層と該光素子間で前記放熱層の全面にわたって形成されて前記光素子が発生させた光を反射する反射層を有する、
ことを特徴とする回路基板。 - 請求項1から3のいずれかの回路基板において、
前記基板材の前記一の面の反対側の他の面全体にわたって金属材からなる放熱層を備えるとともに、
前記一の面側の放熱層と前記他の面側の放熱層を前記基板に形成した複数個のビアホールを介して互いに物理的に接続させてなる、
ことを特徴とする回路基板。 - 請求項1から3のいずれかの回路基板において、
前記他の面側の放熱層の表面における放熱面積を増やすための複数個個の凹凸部を前記基板材の前記一の面の反対側の他の面に形成してなる、
ことを特徴とする回路基板。 - 請求項1から4のいずれかの回路基板において、
前記絶縁層が、窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末のうちの少なくともどの一つ以上の物質を含んで形成されてなるものである、
ことを特徴とする回路基板。 - 請求項3から6のいずれかの回路基板において、
前記素子は光素子であり、
前記一の面側の放熱層を不導体放熱層として形成し、
該不導体放熱層と前記光素子間にて前記不導体放熱層全体にわたって、前記光素子から発生した光を上部に反射させる反射層を備えてなる、
ことを特徴にする回路基板。 - 請求項7の回路基板において、
前記不導体放熱層が前記光素子が生成する光に対して透明であり、
該不導体放熱層と前記基板材との間に該基板材全面にわたって、前記光素子から発生した光を上部に反射させる反射層を形成してなる、
ことを特徴とする回路基板。 - 請求項7または8のいずれかの回路基板において、
前記回路基板の前記他の面全体にわたって第2の不導体放熱層を備え、
前記一の面側の第1の不導体放熱層と該他の面側の第2の不導体とを、前記基板罪に形成された複数個のビアホールを介して互いに物理的に接続させてなる、
ことを特徴とする回路基板。 - 請求項7から9のいずれかの回路基板において、
前記絶縁層はエポキシの中に前記窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末の中、少なくとも一つ以上の物質を粉末状態で分散させてなる層である、
ことを特徴にする回路基板。 - 請求項7から9のいずれかの回路基板において、
前記絶縁層はシリカの中に前記窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末の中、少なくとも一つ以上の物質を粉末状態で分散させてなる層である、
ことを特徴にする回路基板。 - 請求項4から10のいずれかの回路基板において、
前記一の面の反対側の他の面全体にわたって金属材からなる放熱層を備えるものにおいて、
前記放熱層は窒化ボロン、窒化チタニウム、窒化アルミニウム、炭素チューブ、ダイアモンド粉末、銀微粉末の中、少なくとも一つ以上の物質を含んで形成されてなる、
こと特徴とする回路基板。 - 請求項10から12のいずれかの回路基板において、
前記絶縁層は2以上の多層構造からなる、
ことを特徴とする回路基板。 - 請求項3から13のいずれかの回路基板において、
前記発光素子がLEDまたは発光ダイオードであり、これらを直列、並列、あるいは直並列混合させて配列してアレイを構成してなる、
ことを特徴とする回路基板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009007732U JP3158994U (ja) | 2009-10-29 | 2009-10-29 | 回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009007732U JP3158994U (ja) | 2009-10-29 | 2009-10-29 | 回路基板 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP3158994U true JP3158994U (ja) | 2010-05-06 |
Family
ID=54862304
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009007732U Expired - Fee Related JP3158994U (ja) | 2009-10-29 | 2009-10-29 | 回路基板 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3158994U (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012039121A (ja) * | 2010-08-09 | 2012-02-23 | Lg Innotek Co Ltd | 発光素子 |
JP2014003165A (ja) * | 2012-06-19 | 2014-01-09 | Citizen Holdings Co Ltd | 半導体発光素子実装用基板および半導体発光素子実装体 |
JP2016181726A (ja) * | 2011-05-13 | 2016-10-13 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | 発光素子パッケージ |
-
2009
- 2009-10-29 JP JP2009007732U patent/JP3158994U/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012039121A (ja) * | 2010-08-09 | 2012-02-23 | Lg Innotek Co Ltd | 発光素子 |
US8519426B2 (en) | 2010-08-09 | 2013-08-27 | Lg Innotek Co., Ltd. | Light emitting device and lighting system having the same |
US9041013B2 (en) | 2010-08-09 | 2015-05-26 | LG Innotek., Ltd. | Light emitting device and lighing system having the same |
JP2016181726A (ja) * | 2011-05-13 | 2016-10-13 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | 発光素子パッケージ |
JP2022009093A (ja) * | 2011-05-13 | 2022-01-14 | スージョウ レキン セミコンダクター カンパニー リミテッド | 発光素子パッケージ |
JP7252665B2 (ja) | 2011-05-13 | 2023-04-05 | スージョウ レキン セミコンダクター カンパニー リミテッド | 発光素子パッケージ |
JP2014003165A (ja) * | 2012-06-19 | 2014-01-09 | Citizen Holdings Co Ltd | 半導体発光素子実装用基板および半導体発光素子実装体 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5070532B2 (ja) | 半導体発光モジュールおよびその製造方法 | |
US20060139932A1 (en) | Light-emitting unit with enhanced thermal dissipation and method for fabricating the same | |
JP2010003674A (ja) | 光源ユニット及び照明装置 | |
JP2005050838A (ja) | 表面実装型led及びそれを用いた発光装置 | |
JP2005158957A (ja) | 発光装置 | |
JP2008293966A (ja) | 発光ダイオードランプ | |
JP2006245032A5 (ja) | ||
JP2007317701A (ja) | 光源用基板及びこれを用いた照明装置 | |
JP2007123777A (ja) | 半導体発光装置 | |
US20090309106A1 (en) | Light-emitting device module with a substrate and methods of forming it | |
KR20150015900A (ko) | Led칩 온 보드형 플렉시블 pcb 및 플렉시블 방열 패드 그리고 플렉시블 방열 패드를 이용하는 led 방열구조 | |
KR101367360B1 (ko) | 엘이디 조명 모듈용 플렉서블 방열기판 및 이를 구비한 엘이디 조명 모듈 | |
US20100301359A1 (en) | Light Emitting Diode Package Structure | |
KR100775449B1 (ko) | 방열층 구조를 가진 회로 기판 | |
KR101051488B1 (ko) | 발광 다이오드 유닛의 제조 방법과, 이 방법에 의하여 제조된 발광 다이오드 유닛 | |
JP2016539508A (ja) | 取付けアセンブリ及び発光デバイス | |
JP2004119515A (ja) | 高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュール及びその基板 | |
WO2006001663A1 (en) | A circuit board having heat sink layer | |
JP3158994U (ja) | 回路基板 | |
JP2017508246A (ja) | Led照明装置 | |
US8089086B2 (en) | Light source | |
KR20080088140A (ko) | 방열 기판과 이를 포함하는 발광소자 | |
KR101363070B1 (ko) | 엘이디 조명 모듈 | |
KR101237685B1 (ko) | 방열 기판 및 그 제조방법 | |
KR20120070000A (ko) | 발광다이오드 패키지 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100220 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130407 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140407 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |