WO2014167886A1

WO2014167886A1 - Ｌｅｄ実装用基板

Info

Publication number: WO2014167886A1
Application number: PCT/JP2014/052405
Authority: WO
Inventors: 憲市本田; 明宏猪田; 慶一廣瀬
Original assignee: 立山科学工業株式会社
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2014-02-03
Publication date: 2014-10-16
Also published as: EP2985794A1; JP2014204029A; HK1220545A1; EP2985794A4

Abstract

　別途コーティングを施すことなくＬＥＤの色彩を鮮やかに出すことができる安価なＬＥＤ実装用基板の提供。　可撓性を備えた紙製の絶縁基板（１）と、当該絶縁基板（１）に被着しＬＥＤ実装用のランドを含むはんだを主材とした回路パターン（２）を備えることを特徴とするＬＥＤ実装用基板。

Description

ＬＥＤ実装用基板

　本発明は、回路基板に関し、特に、発光ダイオード（ＬＥＤ）を実装するフレキシブルな回路基板に関する。

　これまで種々の分野においてＬＥＤが用いられているが、今日では、照明機能としても用いられており、回路基板のフレキシブル化とも相俟って、より用途が広がったと言える。
　従来、フレキシブル性を有する回路基板としては、ポリイミド基板やＰＥＴ基板が広く用いられており、ＬＥＤを実装する際には、はんだ付けや導電性樹脂接着剤等が用いられている。

　はんだ付けと導電性樹脂接着剤とでは、信頼性及び放熱性の面ではんだ付けが望ましいが、はんだ付けをするには、回路パターンとして銅パターンを選択する必要があると共に、耐熱性を備えたポリイミド基板を選択する必要がある。

特開２００６－３２４６０８号公報特開２０１０－２０５９５４号公報

　しかしながら、銅パターンもポリイミドも茶褐色系統の色彩を有し反射効率が良くないため（前記特許文献２参照）、ＬＥＤの色彩を鮮やかに出すには、双方に白色コーティング層や反射効率の高い金属層等を別途形成する必要がある（前記特許文献１又は特許文献２参照）。
　また、ポリイミド基板は、比較的高価であってコスト上の問題もある。

　本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、別途コーティングを施すことなくＬＥＤの色彩を鮮やかに出すことができる安価なＬＥＤ実装用基板の提供を目的とする。

　上記課題を解決する為になされた本発明によるＬＥＤ実装用基板は、可撓性を備えた紙製の絶縁基板と、当該絶縁基板に被着しＬＥＤ実装用ランドを含むはんだ箔パターンを備えることを特徴とする。

　前記絶縁基板における前記はんだ箔パターンを形成した面の裏面に、アルミ箔等の可撓金属製の放熱パターンを備える構造を採っても良い。
　前記ＬＥＤ実装用回路基板を用いた照明装置として、前記回路パターンを格子状又は網目状に成形し、当該回路パターンを内側となる様に曲げ成形してなる照明装置が挙げられる。
　尚、放熱効率を上げるには、絶縁基板を構成する紙の繊維密度を高めてもよいし、前記放熱パターンを格子状又は網状にして回路パターンを形成した面の反対面に被着してもよい。

　本発明によるＬＥＤ実装用基板によれば、導電性樹脂接着剤を用いることなく信頼性及び放熱性の面で有利なはんだ付けを採用することができ、紙製の絶縁基板を用い、且つ回路パターンとして光の反射効率の高いはんだ箔パターンを被着した構造によって、フレキシブル性を持ち、且つ白色コーティング層や反射効率の高い金属層等を別途形成することなく実装されたＬＥＤの色彩を鮮やかに出すことができるＬＥＤ実装用基板を安価に提供することができる。

　また、ＬＥＤの熱ダメージを軽減するために、ビスマス成分を主成分とした低融点はんだを使用してＬＥＤを実装する場合があるが、一般的に、低融点はんだは銅剥製のランドパターンに対するはんだ漏れ性に劣り、実装不良を起こしやすいと言われている。
　しかし、本発明によるＬＥＤ実装用基板の構成によれば、ＬＥＤの実装箇所の周囲一定の領域に、はんだ濡れ性を良好にするための予備はんだがコートされている状態と等しい構成を採用していることから、低融点はんだであっても、実装不良の発生が抑えられると共に、高い電導性、放熱性を得ることができるという利点がある。

本発明によるＬＥＤ実装用基板の一例を示す平面図である。本発明によるＬＥＤ実装用基板の一例を示す縦断面図である。従来のＬＥＤ実装用基板の一例を示す平面図である。（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ従来のＬＥＤ実装用基板の例を示す縦断面図である。本発明によるＬＥＤ実装用基板の実施例について可視光領域における光の反射率の特性を示す表である。

　以下、本発明によるＬＥＤ実装用基板の実施の形態を図面に基づき説明する。
　図１及び図２に示すＬＥＤ実装用基板は、可撓性（フレキシブル性）を備えた紙製の絶縁基板１の表面に、大きさが略等しい一対の方形状ベタパターン（回路パターン２）を、実装すべきＬＥＤのアノード端子Ｐとカソード端子Ｎとの間隔に相当する均一幅の間隙３を挟んで被着又は形成したものである。対をなす前記回路パターン２には、前記ＬＥＤをドライブし且つその動作を制御する電源回路が接続される。

＜絶縁基板＞
　前記絶縁基板１は、植物性繊維や非植物性繊維（合成樹脂繊維やガラス繊維など）のうち絶縁性繊維を、紙漉きや加圧などを経て絶縁接着剤で固めるなどの手法でシート化したモノであればよく、ガラス繊維やアラミド繊維など耐燃性や耐熱性に優れた機能紙を用いる等して過酷な環境における実用性を高めることができる。

　ＬＥＤの発光色調を損なわないことを目的とする場合には、選択すべき色調としては、白色系が望ましい。
　また、耐湿性を高める場合には、前記絶縁基板１や回路パターン２の上層として耐湿コート材を塗布又は被覆することもでき、前記絶縁基板１全体として光の色調（色や光沢等）を変える（調整することを目的とする）場合は、目的に副った色調を醸し出す耐湿コート材を選択してもよい。

　前記絶縁基板１自体に放熱効果を持たせようとする場合には、当該絶縁基板１の素材である繊維を高圧でプレスするカレンダー処理を施し、当該絶縁基板１における繊維密度を高めることで熱伝導性を向上させることができると共に、絶縁性をも向上させることができる。
　更に、放熱性を高めようとする場合には、前記絶縁基板１における前記回路パターンを形成した面の裏面に、アルミなどの可撓性金属からなる箔で放熱パターン４を形成しても良い。

＜回路パターン＞
　前記回路パターン２は、錫銅合金に若干のニッケル成分を添加した合金を主成分としたはんだと呼ばれる合金を箔（薄膜）状として前記絶縁基板１上に被着するものである。
　当該はんだを使用することによって、光の正反射効率を高めることができ、更に、銀を素材として配合し、又は絶縁基板の表面に凹凸を与えたうえではんだ箔を被着することによって、光の乱反射効率を高めることができる。尚、銀を配合する場合には、ニッケル等の添加成分の量を適宜調整する。
　図に示す例では、前記一対のベタパターン（回路パターン２）のうち、前記間隙３に沿う側縁の一部をＬＥＤ実装用のランドとする。

　前記はんだからなる回路パターン２を絶縁基板１上に形成する方法としては、所望の回路パターン２の形状に裁断されたはんだ箔を紙上に接着剤で張り付ける方法や、回路パターン２となるはんだを前記絶縁基板１の表面に蒸着又はめっきを施す方法や、前記絶縁基板１上に、溶融はんだが付着する成分（例えば、銀コートされた銅やニッケル若しくはそれらの合金の粒子を含有したフェノール樹脂など）を回路パターン状にコートし、当該コート上に溶融ハンダを付着させる方法や、はんだ粒子を含んだ塗料を絶縁基板１に塗布した後に、加熱によりはんだ粒子を溶融させ、再度固化させることにより前記絶縁基板１に被着する方法等が挙げられる。

＜回路パターンの態様＞
　前記回路パターンは、ベタパターンに限らず、格子状パターン、渦状パターン、又は蛇行パターンや、微細な目を持った網状パターンを採用しても良好な効果を得ることができるが、当該回路パターン２に実装されるＬＥＤの色彩を鮮やかに出すために必要最低限度の反射面積と形態を、実装箇所の周囲に確保できるものであることが求められる。
　その際のパターン形成法としては、回路パターンとなる導電ペーストの吐出、印刷、回路パターンとなる金属を用いた箔押し、又は転写等から適宜選択すれば良い。

　本発明は、以上の如く煩雑な工程や高いコストを伴うことなく、紙が持つフレキシブル性を備え所望の色調を得た光を放つ多機能なＬＥＤ実装用基板を提供することとなる。
　また、光透過性を持つ紙からなる絶縁基板を使用した場合、実装面を内側へ向けて筒状又は屏風状に成形すれば、電極、回路パターン、又は放熱パターン等、光透過性に乏しい部分が貼着された箇所以外の領域より、紙製の絶縁基板を透過することによる光散乱効果が得られるので、所望の色調を得た透過光を放つ照明器具として提供することも可能となる。

＜実装＞
　はんだを用いた実装の際は、ＬＥＤの接合を補強するために、アノード端子及びカソード端子とランドパターンとの間に接着剤を塗布する手法、又は粒子化したはんだ、フラックス成分及び熱硬化性接着剤の混合物を用い、一回の加熱を以って、前記はんだ粒子と熱光性接着剤とを同時に溶融固化する手法が挙げられる。
　その際、ＬＥＤの熱ダメージを軽減すべく、一旦大気中若しくは窒素雰囲気中ではんだ粒子の溶融温度にまで上昇させ、溶融一体化が完了した後に雰囲気温度を低下させ、熱硬化性接着剤を固化するプロセスを経ることが望ましい。

　以下、本発明によるＬＥＤ実装用基板の実施例を示す。
　この実施例では、絶縁基板１としてノーメックスペーパー（登録商標：デュポン帝人アドバンスドペーパー株式会社）に、スクリーン印刷で下地ペースト（A-5000；日本ペイント防食コーティングス株式会社）を印刷し、トンネル乾燥炉でペーストに含まれる溶剤分が揮発する条件で仮乾燥を行った後、１６０℃３０分間以上バッチ乾燥炉で本硬化を行ったものを用いた。尚、本硬化の条件については、長時間の加熱によって変色の可能性がある紙を用いる場合はこの限りではなく、便宜的に温度を下げ時間を長くしても良く、例えば１３０℃で６０分以上の加熱でも同等の効果を得られる。

　前記回路パターン２には、前記はんだを溶融させ前記下地ペースト上にコーティングした。尚、コーティング手段としては溶融はんだ槽での浸漬法やはんだゴテによる塗布法を用いるが、はんだの濡れ性を良好にする場合は、フラックスを用いてもよく、またその後洗浄液による洗浄を便宜的に使用しても良い。
　前記ＬＥＤ電極は、そのアノード端子用端子及びカソード端子用電極について、各々、ＬＥＤ実装用のランドを含めて２０×７５ｍｍの方形エリアとした。その際にコーティングされたはんだの厚みは約１０μｍであり、対角上の両端間の抵抗値は１０ｍΩ以下であった。

　ＬＥＤの実装には、低融点はんだ粒子と熱硬化性接着剤を混合した導電性接合材（SAM10-401-27；株式会社タムラ製作所）を使用し、含まれるはんだの融点以上の温度として１６０℃に加熱したホットプレート上で１０秒加熱することでＬＥＤと前記回路パターン２を接続し、更に、１６０℃に加熱したホットプレート上で５分加熱することにより本硬化を行い所望の基板を作製した。尚、長時間の加熱によって変色の可能性がある紙を用いる場合はこの限りではなく、便宜的に本硬化ははんだの融点以下に温度を下げ時間を長くしても良く、例えば１３０℃で３０分以上の加熱でも同等の効果を得られる。

　上記の如く作製したＬＥＤ実装用基板の前記回路パターン２に、実装したＬＥＤ所定の電圧を印加し、動作確認を行ったところ、輝度のムラ無く発光が得られ、前記はんだ箔からなる前記回路パターン２の表面より狙い通りの反射光を得ることが出来た。
　図５は、作製した試料の可視光領域における光の反射率の特性を表に示したものであるが、実施例で作製した試料は波長７００ｎｍ（赤色）から４００ｎｍ（紫色）にわたった可視光領域でフラットな反射率を得ており、ＬＥＤ光の色彩を損なうことなく反射することが認められた。尚、表数値は波長７００ｎｍの反射率を１００%とした場合の数値であり、ポリイミドフィルムにおいては透過率を代替値としている。

　　Ｐ　アノード端子，Ｎ　カソード端子，
　　１　絶縁基板，
　　２　回路パターン，
　　３　間隙，４　放熱パターン，

Claims

　可撓性を備えた紙製の絶縁基板と、当該絶縁基板に被着しＬＥＤ実装用のランドを含むはんだを主材とした回路パターンを備えることを特徴とするＬＥＤ実装用基板。
　前記絶縁基板における前記回路パターンを形成した面の裏面に、可撓金属製の放熱パターンを備えることを特徴とする前記請求項１に記載のＬＥＤ実装用基板。