JP2012038894A - 発熱源実装用基板モジュール、照明装置 - Google Patents

発熱源実装用基板モジュール、照明装置 Download PDF

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Abstract

【課題】簡易な構成で放熱特性を向上させることができると共に、幅が狭く細長い、蛍光管タイプのような照明装置に用いる場合でも優れた放熱特性を発揮することができる発熱源実装用基板モジュール及び該発熱源実装用基板モジュールを備える照明装置の提供を課題とする。
【解決手段】発熱源３０を実装するためのフレキシブルプリント配線板２０を、金属板１０に取り付けてなる発熱源実装用基板モジュール１であって、前記フレキシブルプリント配線板２０は、前記金属板１０の寸法よりも広面積なものとすると共に、その表面に導電層２２を備えたものを用い、前記金属板１０の一面側から他面側に折り曲げて、一面側と他面側とに接面状態に取り付けてあることを特徴とする発熱源実装用基板モジュールである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、発熱源実装用基板モジュール及び該発熱源実装用基板モジュールを備えてなる照明装置に関する。
動作に際して発熱を伴う半導体素子（以下、発熱源とする。）は、その駆動時に発熱が生じる。その熱は、発熱源の種類によって異なるが、温度上昇に伴い発熱源の性能は低下する傾向にある。
近年、発熱源自体の性能を改善することで発熱量を低減させる方法も開発されているが、並行して発熱を如何に取り除くかという放熱手法についても多くの方法が開発されている。
このような発熱源として、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、以下ＬＥＤとする。）があり、電力―光変換効率の向上に伴う省エネルギー化が可能で長寿命な発光素子として照明用に利用され始めている。
しかしながら効率が向上したといえども、投入電力の半分以上は熱として消費されているのが事実であり、その熱によりＬＥＤの寿命が低下してしまうため、いかにして熱を逃がしてやるかが課題となっている。
ＬＥＤは、その素子自体は０．３〜１ｍｍ程度で、セラミック基板やリードフレームに搭載された後に回路基板に実装される場合や、回路基板に直接実装される場合等がある。また回路基板としてはフレキシブルプリント配線板を用いるものもあり、一部製品で実用化されている。
このようなＬＥＤを実装するフレキシブルプリント配線板を示すものとして、例えば下記特許文献１がある。
特開２００２−１８４２０９号公報
上記特許文献１は、照明装置に関する発明で、製造工程において、発光ダイオードの３次元的配置作業の自動化を図って生産効率を向上させ、また発光ダイオードの温度上昇に伴ってその発光効率が低下するのを抑制し、より高い光出力を得ることができるメリットがある。
しかし上記特許文献１は、筒状の照明装置に関する発明であり、幅が狭く細長い、蛍光管タイプのような照明装置を意図したものではなく、またそのような記載や示唆もなされていないことから、放熱のための設計自由度が利かない、幅が狭く細長い、蛍光管タイプのような照明装置では、十分な放熱特性が得られない可能性があるという問題があった。
そこで本発明は上記従来技術における問題点を解消し、簡易な構成で放熱特性を向上させることができると共に、幅が狭く細長い、蛍光管タイプのような照明装置に用いる場合でも優れた放熱特性を発揮することができる発熱源実装用基板モジュール及び該発熱源実装用基板モジュールを備える照明装置の提供を課題とする。
本発明の発熱源実装用基板モジュールは、発熱源を実装するためのフレキシブルプリント配線板を、金属板に取り付けてなる発熱源実装用基板モジュールであって、前記フレキシブルプリント配線板は、前記金属板の寸法よりも広面積なものとすると共に、その表面に導電層を備えたものを用い、前記金属板の一面側から他面側に折り曲げて、一面側と他面側とに接面状態に取り付けてあることを第１の特徴としている。
上記本発明の第１の特徴によれば、発熱源実装用基板モジュールは、発熱源を実装するためのフレキシブルプリント配線板を、金属板に取り付けてなる発熱源実装用基板モジュールであって、前記フレキシブルプリント配線板は、前記金属板の寸法よりも広面積なものとすると共に、その表面に導電層を備えたものを用い、前記金属板の一面側から他面側に折り曲げて、一面側と他面側とに接面状態に取り付けてあることから、フレキシブルプリント配線板の導電層を、発熱源で発生した熱を放熱させるための放熱層、及び発熱源で発生した熱を金属板に伝熱させて放熱させるための放熱パスとして利用することができると共に、放熱層の表面積及び放熱パスの数、面積を簡易な構成で増加させることができる。
よって簡易な構成で放熱特性を向上させることができる。
またフレキシブルプリント配線板を、金属板の一面側から他面側に折り曲げて、一面側と他面側とに接面状態に取り付けてある構成とすることで、金属板の幅が狭い場合でも、発熱源で発生した熱を放熱させるための放熱層の表面積及び放熱パスの数、面積を簡易な構成で増加させることができる。よって幅が狭く、放熱特性に優れた発熱源実装用基板モジュールを簡易な構成で形成することができる。
また本発明の発熱源実装用基板モジュールは、上記本発明の第１の特徴に加えて、前記金属板は、アルミ板であることを第２の特徴としている。
上記本発明の第２の特徴によれば、上記本発明の第１の特徴による作用効果に加えて、前記金属板は、アルミ板であることから、熱伝導性の良好なアルミ板を用いることで、フレキシブルプリント配線板を介して伝熱される、発熱源で発生した熱を、効率よく放熱させることができる。よって一段と放熱特性に優れた発熱源実装用基板モジュールとすることができる。
また本発明の発熱源実装用基板モジュールは、上記本発明の第１又は第２の特徴に加えて、前記導電層を、前記フレキシブルプリント配線板の両表面に備えてあることを第３の特徴としている。
上記本発明の第３の特徴によれば、上記本発明の第１又は第２の特徴による作用効果に加えて、前記導電層を、前記フレキシブルプリント配線板の両表面に備えてあることから、簡易な構成で一段と放熱特性を向上させることができる。
また本発明の発熱源実装用基板モジュールは、上記本発明の第１〜第３の何れか１つの特徴に加えて、前記発熱源は、発光素子であることを第４の特徴としている。
上記本発明の第４の特徴によれば、上記本発明の第１〜第３の何れか１つの特徴による作用効果に加えて、前記発熱源は、発光素子であることから、簡易な構成で放熱特性に優れた照明装置用の発熱源実装用基板モジュールとすることができる。また特に幅が狭く細長い、蛍光管タイプのような照明装置に用いる場合でも優れた放熱特性を発揮することができる発熱源実装用基板モジュールとすることができる。
また本発明の照明装置は、請求項４に記載の発熱源実装用基板モジュールを備えることを第５の特徴としている。
上記本発明の第５の特徴によれば、照明装置は、請求項４に記載の発熱源実装用基板モジュールを備えることから、簡易な構成で放熱特性に優れた照明装置とすることができる。また特に幅が狭く細長い、蛍光管タイプのような照明装置において、簡易な構成で放熱特性に優れた照明装置とすることができる。
本発明の発熱源実装用基板モジュール及び該発熱源実装用基板モジュールを備える照明装置によれば、簡易な構成で放熱特性を向上させることができると共に、幅が狭く細長い、蛍光管タイプのような照明装置に用いる場合でも優れた放熱特性を発揮することができる発熱源実装用基板モジュールとすることができる。また簡易な構成で放熱特性に優れた照明装置とすることができる。特に幅が狭く細長い、蛍光管タイプのような照明装置において、簡易な構成で放熱特性に優れた照明装置とすることができる。
本発明の実施形態に係る発熱源実装用基板モジュールを簡略化して示す図で、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。 図１（ｂ）のａ―ａ線方向における断面図である。 発熱源実装用基板モジュール内における、発熱源で発生した熱の移動を簡略化して示す図で、（ａ）は本発明の実施形態に係る発熱源実装用基板モジュールを示す図、（ｂ）は従来の発熱源実装用基板モジュールを示す図である。 本発明の実施形態に係る発熱源実装用基板モジュール及び該発熱源実装用基板モジュールを備えてなる照明装置の形成方法を簡略化して示す側面図で、（ａ）と（ｂ）はフレキシブルプリント配線板取付工程を示す図、（ｃ）は発熱源実装工程を示す図である。
以下の図面を参照して、本発明に係る発熱源実装用基板モジュール及び該発熱源実装用基板モジュールを備える照明装置についての実施形態を説明し、本発明の理解に供する。しかし、以下の説明は本発明の実施形態であって、特許請求の範囲に記載の内容を限定するものではない。
本発明の実施形態に係る発熱源実装用基板モジュール１は、図示しない幅が狭く細長い、蛍光管タイプの照明装置の内部に配設される照明用のモジュールである。
この発熱源実装用基板モジュール１は、図１に示すように、金属板１０と、フレキシブルプリント配線板２０とから構成され、複数個の発熱源３０を、フレキシブルプリント配線板２０の上面に並列させて実装した状態で、図示しない蛍光管タイプの照明装置の内部に配設される。
前記金属板１０は、図１に示すように、細長い板状体からなり、発熱源実装用基板モジュール１の基台となると共に、発熱源３０の駆動時に発生した熱を、フレキシブルプリント配線板２０を介して伝熱させ、放熱させるためのものである。
本実施形態においては、金属板１０は、アルミ板で形成されている。このように熱伝導性の良好なアルミ板を用いる構成とすることで、放熱特性に優れ、軽量化が可能な発熱源実装用基板モジュール１とすることができる。
なお図１（ｂ）に示す金属板１０の幅Ａは、１５ｍｍ以下とすることが望ましい。このような構成とすることで、蛍光管タイプの照明装置に適した、幅が狭い発熱源実装用基板モジュール１とすることができる。
また金属板１０の長さ及び厚みは、適宜変更可能である。
前記フレキシブルプリント配線板２０は、一面側にのみ導電層を設けてある、いわゆる片面フレキシブルプリント配線板であり、図１に示すように、接着剤Ｓを介して金属板１０に取り付けられ、上面に実装する発熱源３０と図示しない外部配線とを電気接続すると共に、発熱源３０の駆動時に発生する熱を放熱させるためのものである。
このフレキシブルプリント配線板２０は、図２に示すように、基材層２１と、導電層２２と、カバーレイ層２３とから構成される。
前記基材層２１は、フレキシブルプリント配線板２０の基台となる層であり、絶縁性の樹脂フィルムで形成されている。
樹脂フィルムとしては、柔軟性に優れた樹脂材料からなるものが使用される。例えばポリイミドフィルムやポリエステルフィルム等のフレキシブルプリント配線板を形成する樹脂フィルムとして通常用いられるものであれば、如何なるものであってもよい。
また特に、柔軟性に加えて高い耐熱性をも有しているものが望ましい。例えばポリアミド系の樹脂フィルムや、ポリイミド、ポリアミドイミドなどのポリイミド系の樹脂フィルムや、ポリエチレンナフタレートを好適に用いることができる。
また耐熱性樹脂としては、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等、フレキシブルプリント配線板を形成する耐熱性樹脂として通常用いられるものであれば、如何なるものであってもよい。
なお基材層２１の厚みは、１３〜５０μｍ程度とすることが望ましい。
前記導電層２２は、主として発熱源３０と図示しない外部配線との電気接続を行うための電気回路を形成する回路領域と、発熱源３０で発生した熱を放熱させるための放熱領域とを備える層である。
この導電層２２は、図２に示すように、基材層２１の上面側の表面に積層される導電性金属箔からなる層である。
また本実施形態においては、図２に示すように、導電層２２において、電気回路が形成されている領域を回路領域２２ａとし、発熱源３０で発生した熱を放熱させるための領域を放熱領域２２ｂとしてある。
この回路領域２２ａと放熱領域２２ｂとは、図２に示すように、同一層の導電層２２をエッチングする等の公知の形成方法を用いて形成されている。このような構成とすることで、回路領域２２ａと放熱領域２２ｂとの形成を容易なものとすることができる。
なお導電性金属箔としては、例えば銅を用いることができる。勿論、銅に限るものではなく、フレキシブルプリント配線板２０の導電層を形成する導電性金属箔として通常用いられるものであれば如何なるものであってもよい。
また導電層２２の厚みは、１８〜１０５μｍ程度とすることが望ましい。
なお、回路領域２２ａに形成される図示しない電気回路は、発熱源３０に形成される図示しない電極と半田Ｈを介して電気接続される。
前記カバーレイ層２３は、フレキシブルプリント配線板２０の絶縁層を形成する層である。このカバーレイ層２３は、図２に示すように、熱硬化性接着剤等からなるカバーレイ接着剤２３ａを介して、カバーレイ２３ｂを基材層２１、導電層２２に貼り付けることで形成されている。また発熱源３０に対応する位置には、半田Ｈを充填するためのスルーホール２３ｃを形成してある。
なおカバーレイ２３ｂとしては、ポリイミドフィルム、感光性レジスト、液状レジスト等を用いることができる。
またカバーレイ層２３の厚みは、１３〜５０μｍ程度とすることが望ましい。
また本実施形態においては、図１、図２、図４に示すように、基材層２１、導電層２２、カバーレイ層２３とから構成されるフレキシブルプリント配線板２０の寸法を、金属板１０の寸法よりも広面積に形成してあると共に、フレキシブルプリント配線板２０を金属板１０の一面側である上面側から他面側である下面側に折り曲げて、接着剤Ｓを介して、金属板１０の上面側と下面側との全面に接面状態に取り付けてある。
このような構成とすることで、フレキシブルプリント配線板２０の導電層２２を、発熱源３０で発生した熱を放熱させるための放熱層及び発熱源３０で発生した熱を金属板１０に伝熱させ、放熱させるための放熱パスとして利用することができると共に、放熱層の表面積及び放熱パスの数、面積を簡易な構成で増加させることができる。よって簡易な構成で放熱特性を向上させることができる。
より具体的には、図２に示すように、発熱源３０で発生した熱を、回路領域２２ａを構成する導電層２２に伝熱させ、放熱領域２２ｂを構成する導電層２２の全域へと伝熱させることができる。よって導電層２２の全域を、発熱源３０で発生した熱を空気との熱交換（対流・輻射）によって放熱させるための放熱層として利用することができる。
更に図２に示すように、フレキシブルプリント配線板２０を金属板１０の上面側から下面側に折り曲げて、上面側と下面側との全面に接面状態に取り付ける構成とすることで、放熱層の表面積を簡易な構成で増加させることができ、空気との熱交換による放熱を促進させることができる。従って簡易な構成で放熱特性に優れた発熱源実装用基板モジュール１とすることができる。
また図２に示すように、フレキシブルプリント配線板２０を、金属板１０の上面側から下面側に折り曲げて、金属板１０の上面側と下面側との全面に接面状態に取り付けることで、発熱源３０で発生した熱を、金属板１０の上面側に接面する回路領域２２ａを構成する導電層２２から金属板１０の上面側に伝熱させ、金属板１０から放熱させることができる。更に図２に示すように、発熱源３０で発生した熱を、金属板１０の下面側に接面する放熱領域２２ｂを構成する導電層２２から金属板１０の下面側にも伝熱させ、金属板１０から放熱させることができる。よって導電層２２を発熱源３０で発生した熱を金属板１０に伝熱させ、放熱させるための放熱パスとして利用することができると共に、放熱パスを金属板１０の上面側と下面側とに設けることができる。よって簡易な構成で放熱パスの数、面積を増加させることができ、熱抵抗を下げることができる。従って簡易な構成で、放熱特性に優れた発熱源実装用基板モジュール１とすることができる。
つまり図３（ｂ）に示すように、フレキシブルプリント配線板５０を、接着剤Ｓを介して金属板４０の上面側にのみ取り付け、発熱源６０を実装する従来の発熱源実装用基板モジュール２においては、放熱層及び放熱パスとして利用することができるフレキブルプリント配線板５０は、金属板４０の上面側にのみ設けられる構成であった。
よって放熱層の表面積及び放熱パスの数、面積が限定され、放熱特性に劣るという問題があった。このことは、発熱源実装用基板モジュール２を、金属板４０の幅が狭いものとなる、蛍光管タイプの照明装置に用いる場合に、より顕著である。
またこの場合、フレキシブルプリント配線板５０の寸法を、金属板４０の上面と水平方向に延ばす構成とすることで、放熱層の表面積を増加させることも可能であるが、発熱源実装用基板モジュール２を、幅が狭く細長い蛍光管タイプの照明装置に用いる場合には、そのような構成をとることは不可能であるという問題があった。
これに対して、本実施形態の構成とすることで、図３（ａ）に示すように、放熱層の表面積及び放熱パスの数、面積を簡易な構成で増加させることができる。従って簡易な構成で放熱特性に優れた発熱源実装用基板モジュール１とすることができる。
更に図３（ａ）に示すように、発熱源実装用基板モジュール１の幅Ｂを、金属板１０の幅Ａに近づけたままで、放熱層の表面積及び放熱パスの数、面積を増加させることができる。よって金属板１０を幅が狭く細長い金属板とした場合でも、発熱源実装用基板モジュール１を、放熱特性に優れ、蛍光管タイプの照明装置に適した発熱源実装用基板モジュールとすることができる。
なお図３においては、発熱源実装用基板モジュール内における、発熱源で発生した熱の移動を白抜き矢印で示すと共に、熱の移動を効果的に説明するためにフレキシブルプリント配線板２０の構成を簡略化して示すものとする。
また接着剤Ｓとしては、熱硬化性接着剤等を用いることができる。
前記発熱源３０は、動作に際して発熱を伴う半導体素子である。
この発熱源３０は、図１に示すように、フレキシブルプリント配線板２０の上面に複数個が並列されて実装される。より具体的には、図２に示すように、発熱源３０の図示しない電極と、フレキシブルプリント配線板２０の回路領域２２ａに形成される図示しない電気回路とが、半田Ｈを介して電気接続される。
また本実施形態においては、発熱源３０として、発光素子たる窒化ガリウムからなる発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いている。
勿論、発光ダイオード（ＬＥＤ）を形成する材料は窒化ガリウムに限るものではなく、発色させる色により、適宜変更可能である。
また発熱源３０も、発光素子に限るものではなく、発熱源実装用基板モジュール用いる用途によって適宜変更可能であるし、その大きさ、フレキシブルプリント配線板２０に実装される数、実装位置等も本実施形態のものに限るものではなく、適宜変更可能である。
次に図４を参照して、本実施形態に係る発熱源実装用基板モジュール１及び発熱源実装用基板モジュール１を備える照明装置の形成方法を説明する。
まず図４（ａ）を参照して、フレキシブルプリント配線板取付工程Ｐにより、金属板１０の寸法よりも広面積に形成してあるフレキシブルプリント配線板２０を、接着剤Ｓを介して、金属板１０の上面側の全面に接面状態に取り付ける。
そして図４（ｂ）を参照して、フレキシブルプリント配線板取付工程Ｐにより、フレキシブルプリント配線板２０を、金属板１０の上面側から裏面側に折り曲げて、接着剤Ｓを介して、金属板１０の下面側の全面に接面状態に取り付ける。
以上の工程を経て、発熱源実装用基板モジュール１が形成される。
そして図４（ｃ）を参照して、発熱源実装工程Ｑにより、フレキシブルプリント配線板２０の所定位置に、発熱源３０を半田Ｈ（図２参照）を介して実装した後、図示しない蛍光管タイプの照明装置内に発熱源実装用基板モジュール１を配設する。
以上の工程を経て、発熱源実装用基板モジュール１を備える照明装置が形成される。
なお発熱源実装用基板モジュール１及び発熱源実装用基板モジュール１を備える照明装置の形成方法は、本実施形態のものに限るものではなく、適宜変更可能である。
また本実施形態においては、フレキシブルプリント配線板２０を、一面側の表面にのみ導電層を設けてある、いわゆる片面フレキシブルプリント配線板とする構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではなく、フレキシブルプリント配線板２０の一面側と他面側との両表面に導電層を設けてある、いわゆる両面フレキシブルプリント配線板とする構成としてもよい。このような構成とすることで、放熱層となる導電層の表面積及び断面積を一段と増加させることができる。よって簡易な構成で一段と放熱特性を向上させることができる。
また導電層２２の面積、回路領域２２ａ及び放熱領域２２ｃの位置、面積も本実施形態のものに限るものではなく、適宜変更可能である。但し、導電層２２の面積は、放熱性を考慮すれば、可能な限り広面積とすることが望ましい。
（実施例）
図３に示す、本発明の実施形態に係る発熱源実装用基板モジュール１と、比較例として従来の発熱源実装用基板モジュール２とを、以下に示す同一条件で形成し、ＬＥＤ実装個数を５個、隣接するＬＥＤ間の間隔を２５ｍｍ、各ＬＥＤへの入力電力を１Ｗとして、ＬＥＤジャンクション温度（ｐ−ｎ接合部の温度）を計算値及び実測値で比較した。
なお図３に示すように、本実施形態に係る発熱源実装用基板モジュール１の幅（短手方向の長さ）Ｂは１６．５ｍｍとする。
・金属板
材質：アルミニウム基板
幅（短手方向の長さ）：１５ｍｍ、厚み：１．５ｍｍ
・フレキシブルプリント配線板
（基材層）
材質：ポリイミド
厚み：２５μｍ
（導電層）
材質：銅箔
厚み：３５μｍ
（カバーレイ層）
材質：ポリイミド
厚み：１３μｍ
・接着剤
材質：熱硬化性接着剤
厚み：２５μｍ
本発明の実施形態に係る発熱源実装用基板モジュール１では、計算値が４９℃、実測値が５３℃であったのに対し、従来の発熱源実装用基板モジュール２では、計算値が６３℃、実測値が６１℃であった。この結果より、本発明の実施形態に係る発熱源実装用基板モジュール１は、従来の発熱源実装用基板モジュール２に比べ、放熱効果を２割前後向上させることができることがわかる。
本発明によれば、発熱源を実装するためのフレキシブルプリント配線板を、金属板に取り付けてなる発熱源実装用基板モジュールにおいて、簡易な構成で放熱特性を向上させることができることから、発熱源を実装するためのフレキシブルプリント配線板を、金属板に取り付けた発熱源実装用基板モジュールを備えてなる照明装置の分野における産業上の利用性が高い。
１ 発熱源実装用基板モジュール
２ 発熱源実装用基板モジュール
１０ 金属板
２０ フレキシブルプリント配線板
２１ 基材層
２２ 導電層
２２ａ 回路領域
２２ｂ 放熱領域
２３ カバーレイ層
２３ａ カバーレイ接着剤
２３ｂ カバーレイ
２３ｃ スルーホール
３０ 発熱源
４０ 金属板
５０ フレキシブルプリント配線板
６０ 発熱源
Ａ 幅
Ｂ 幅
Ｈ 半田
Ｐ フレキシブルプリント配線板取付工程
Ｑ 発熱源実装工程
Ｓ 接着剤

Claims (5)

  1. 発熱源を実装するためのフレキシブルプリント配線板を、金属板に取り付けてなる発熱源実装用基板モジュールであって、前記フレキシブルプリント配線板は、前記金属板の寸法よりも広面積なものとすると共に、その表面に導電層を備えたものを用い、前記金属板の一面側から他面側に折り曲げて、一面側と他面側とに接面状態に取り付けてあることを特徴とする発熱源実装用基板モジュール。
  2. 前記金属板は、アルミ板であることを特徴とする請求項１に記載の発熱源実装用基板モジュール。
  3. 前記導電層を、前記フレキシブルプリント配線板の両表面に備えてあることを特徴とする請求項１又は２に記載の発熱源実装用基板モジュール。
  4. 前記発熱源は、発光素子であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の発熱源実装用基板モジュール。
  5. 請求項４に記載の発熱源実装用基板モジュールを備えることを特徴とする照明装置。
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