JP4969332B2

JP4969332B2 - 基板及び照明装置

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Publication number: JP4969332B2
Application number: JP2007161814A
Authority: JP
Inventors: 信也境田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2007-06-19
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-06-19
Also published as: JP2009004129A

Description

本発明は、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記す）等の電子部品を装着するための基板及び該基板に前記電子部品としてＬＥＤを実装した照明装置に関する。

従来、照明器具又は表示装置等の光源として蛍光灯又は白熱灯などが使用されている。一方で、従来の光源に比べて、寿命が長く、かつ消費電力も少ないという特徴を備えた発光ダイオードを照明用又は表示用の光源として使用するための技術開発が行われている。

例えば、基板上に多数のＬＥＤチップを配置したカード型ＬＥＤ照明光源が開示されている（特許文献１参照）。
特開２００３−１２４５２８号公報

しかしながら、特許文献１の装置のように、基板上に多数のＬＥＤチップ（半導体発光素子）を実装した場合、半導体発光素子で生じる発熱量が全体として大きくなる。特に照明用又は表示用の光源として用いる場合には、明るさを均一に保つために、それぞれの半導体発光素子を比較的密に配置する必要があり、半導体発光素子で生じる熱をいかに放熱するかが問題となる。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、装着されるＬＥＤ等の電子部品で生じる熱を放熱して温度上昇を抑制することができる基板及び該基板に半導体発光素子を複数装着した照明装置を提供することを目的とする。

本発明に係る基板は、ＬＥＤ等の複数の電子部品を一方の面に装着してなり、板状の放熱板に取り付けられる基板において、該基板の他方の面に、前記電子部品ごとに及び／若しくは前記電子部品を複数のグループに分けてなるグループごとに前記電子部品からの熱を前記放熱板に伝熱し、前記基板全体を前記放熱板で支持し、該基板との熱膨張率の違いによる膨張量の差で生じる該基板の曲がりを防止する複数の熱伝導部を独立して備えることを特徴とする。

本発明にあっては、基板の一方の面に実装されたＬＥＤ等の複数の電子部品で生じた熱は、基板の表面から基板内部を通じて基板の他方の面に伝導し、裏面に設けられた熱伝導体を通じて基板外部へ放熱される。電子部品ごとに及び／若しくは電子部品を複数のグループに分けてなるグループごとに電子部品からの熱を伝熱するための熱伝導部を備えており、熱伝導部に伝導し易くなり、放熱効果が増大して基板の温度上昇を抑制することができる。
また、基板の熱膨張率と熱伝導部の熱膨張率の違いによる膨張量の差で生ずる基板の曲がりを抑えることが可能となる。
また、基板全体を放熱板で支持することができ、基板の曲がりなどを防止できる。

本発明に係る基板は、前記複数の電子部品の消費電力は異なり、消費電力の大小に応じて、前記熱伝導部の大きさを変えてあることを特徴とする。

本発明にあっては、異なる消費電力の電子部品が基板に実装される場合、消費電力の大小に応じて、熱伝導部の大きさを変えることにより、電子部品個々の発熱量の違いに応じた放熱を行うことができ、装置全体として放熱効率を向上させることができる。

本発明に係る基板は、前記熱伝導部が設けられる領域の面積は、前記電子部品が装着される領域の面積と同等以上であることを特徴とする。

本発明にあっては、複数の電子部品の実装領域を含む範囲に対峙するように、その範囲の面積以上の面積を有する熱伝導部を設けることで、基板全体に対する熱伝導部の面積を大きくすることができ、放熱効果をさらに向上させることができる。これにより、電子部品で生じた熱を、その電子部品の実装領域に基板を挟んで対向して設けられた熱伝導部から外部へ放熱することができ、基板表面に実装される電子部品それぞれの温度上昇をさらに抑制することができる。例えば、１つの電子部品の実装領域に対向するように実装領域の面積以上の面積を有する熱伝導部を設けることができる。

本発明に係る基板は、前記熱伝導部は、金属膜であることを特徴とする。

本発明にあっては、熱伝導率のよい金属を放熱に用いることにより、効果的に放熱が可能となる。

本発明に係る基板は、前記熱伝導部は、前記電子部品の電圧印加部に対して絶縁してあることを特徴とする。

本発明にあっては、例えば、金属製の放熱板を熱伝導膜に密接させて装着することができ、基板と放熱板との間に絶縁板を設ける必要がなく、構造が簡単になるとともに、さらに放熱効果を向上させることができる。

本発明に係る照明装置は、前述のいずれか１つの発明に係る基板に少なくとも半導体発光素子を複数実装してあることを特徴とする。

本発明にあっては、放熱効果に優れた照明装置を提供することができる。

本発明にあっては、半導体発光素子で生じる熱を放熱して温度上昇を抑制することができるとともに、半導体発光素子の発熱による基板の撓みを防止することができる。

また、本発明にあっては、基板全体に対する熱伝導膜の面積を大きくすることができ、発熱による基板の撓みを防止しつつ、放熱効果をさらに向上させることができる。

また、本発明にあっては、金属製の放熱板を熱伝導膜に密接させて装着することができ、構造が簡単になり、かつ放熱効果を一層向上させることができる。

また、本発明にあっては、放熱効果に優れた照明装置を提供することができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る基板の平面図であり、図２は本発明に係る基板の底面図である。図１及び図２において、１は基板である。図１はチップＬＥＤが表面実装される基板１の表面を示し、図２は基板１の裏面を示す。

基板１は、例えば、矩形状であって、適長の長さ寸法、幅寸法を有している。基板１の厚みは、通常の基板に比較して薄く、例えば、１ｍｍ程度である。後述するように、基板１の厚みを薄くすることで、表面に多数実装（装着）されるチップＬＥＤ（例えば、白色ＬＥＤ）で生じる熱を基板１の裏面に伝導し易くすることができる。なお、基板１の形状は、一例であって、これに限定されるものではなく、円形状、多角形状など用途に応じて適宜設定することができる。

基板１の材質は、例えば、ガラス繊維を切りそろえたマット状のものに、エポキシ樹脂を滲みこませたガラスコンポジット基板である。なお、基板１の材質は、これに限定されるものではなく、ガラスエポキシ基板、ガラスポリイミド基板、紙エポキシ基板、紙フェノール基板などを用途、使用条件等に合わせて用いることができる。

図１に示すように、基板１の表面には、多数のチップＬＥＤ（不図示）を表面実装することができ、各チップＬＥＤの実装領域２、…が所要の離隔寸法で配置されている。実装領域２は、基板１表面にチップＬＥＤを実装した場合、チップＬＥＤと基板１とが当接する領域に相当するものである。例えば、ＬＥＤチップが長方体の形状の場合には、実装領域２の面積は、チップＬＥＤの形状寸法のうち、基板に接する面の縦及び横寸法の積算で決まる面積に相当するものである。すなわち、実装領域２は、チップＬＥＤが装着され占有される領域である。なお、チップＬＥＤの実装領域２、…の配置は一例であって、これに限定されるものではない。

図２に示すように、基板１の裏面は、チップＬＥＤで生じる熱を基板１の外部へ逃がすための放熱用の熱伝導部として金属の熱伝導膜３、…を所要の離隔寸法を有して複数設けている。熱伝導膜３、…は、例えば、基板１の裏面の全面に形成された銅箔をパターンニングすることにより形成することができる。また、基板１の裏面に銅のパターンを成膜することで熱伝導膜を形成してもよい。なお、熱伝導膜３は、銅に限定されるものではなく、熱伝導特性に優れたものであれば、アルミニウムなどの他の金属膜でもよい。熱伝導膜３を基板１の裏面全体に均一に設けるのではなく、所要の離隔寸法で離隔して設けることにより、チップＬＥＤで生じる熱による温度上昇で、基板１の熱膨張率と熱伝導膜３（例えば、銅）の熱膨張率の違いによる膨張量の差で生ずる基板１の反り又は撓みなどを抑えることが可能となる。

また、熱伝導膜３、…は、チップＬＥＤに供給される電圧とは電気的に絶縁されている。例えば、チップＬＥＤを半田付けする導電パターン、あるいは電圧供給用のリード線などから電気的に絶縁してある。これにより、基板１の裏面に後述する放熱板を密着させて装着した場合であっても、基板１と放熱板との間に絶縁板を設ける必要がなく、構造が簡単になるとともに、熱伝導膜３に伝導した熱をさらに放熱板で外部へ放散させることができ、放熱効果を一層向上させることができる。

基板１の四隅には、放熱板を取り付けるための取り付け穴５を設けてある。また、基板１の両端部には、チップＬＥＤに所要の電圧を供給するためのリード線又はコネクタ等の電気接続用の導電性パターン６を形成してある。また、基板１の中央部には、基板１をシャーシ又は筐体などに固定するための固定穴７を設けてある。

図３は実装領域２と熱伝導膜３の位置関係の一例を示す説明図である。図３に示すように、各熱伝導膜３は、チップＬＥＤの各実装領域２の位置に対応して配置してある。より具体的には、熱伝導膜３が設けられる領域の面積は、実装領域２の面積より大きく、かつ実装領域２を包含するように配置している。これにより、それぞれのチップＬＥＤで生じた熱は、そのチップＬＥＤの実装領域２から基板１内部を通じて直下の熱伝導膜３に伝導し易くなり、放熱効果が増大して個々のチップＬＥＤの温度上昇を抑制することができる。

また、熱伝導膜３の面積を実装領域２の面積より大きくしているため、放熱の効率を向上させることができ、それぞれのチップＬＥＤで生じた熱を熱伝導膜３から外部へ放熱することができ、個々のチップＬＥＤそれぞれの温度上昇をさらに抑制することができる。

図４は本発明に係る発光装置に放熱板を取り付けた状態の外観斜視図である。本発明の発光装置は、上述の基板１に多数のチップＬＥＤを表面実装したものである。なお、図４では、基板１の表面に実装したチップＬＥＤは省略している。また、基板１に多数のチップＬＥＤを表面実装した発光装置に放熱板を取り付け、それをシャーシに装着、あるいは筐体に組み込むことにより本発明に係る照明装置を構成することができる。この場合、照明装置の大きさ、形状等に応じて、１又は複数の基板１を内蔵することができる。

図４において、４は放熱板である。放熱板４は、例えば、アルミニウム製の薄板であり、その形状は基板１の形状に応じて適宜設定することができる。なお、放熱板４の材質は、アルミニウムに限定されるものではなく、他の熱伝導効率の良い金属を用いることもできる。また、図４の例では、放熱板４に１枚の基板１を装着しているが、複数枚の基板１を装着する構成であってもよい。また、基板１と放熱板４との間の密着性を高めて放熱性を向上させるためにグリスを塗布してもよい。

本発明の発光装置は、熱伝導膜３が電気的に絶縁されているため、基板１の裏面と放熱板４とをその全面においてお互いに密着させることができ、チップＬＥＤで生じた熱を熱伝導膜３、…、放熱板４を通じて空中に放散することができる。また、基板１は放熱板４と全面で密着する構成であるため、基板１全体を放熱板４で支持することができ、基板１の曲がりなどを防止できる。これにより、基板１の厚みを１ｍｍ程度若しくは１ｍｍ以下にすることができ、さらに放熱効率を向上させることができる。

基板１の表面には、チップＬＥＤだけでなく、表面実装型の抵抗素子等の電子部品を実装することもできる。また、チップＬＥＤが実装された基板１の表面には、チップＬＥＤとその近傍を除く基板１の表面に白色のレジスト膜を形成することができる。これにより、チップＬＥＤから放出される光がレジスト膜で反射され、基板１表面から見た場合に白色の発光を全体として均一にすることができる。

熱伝導膜３、…で構成されるパターンは、上述の例に限定されるものではない。すなわち、図３では、１つの実装領域２に対応して１つの熱伝導膜３を配置する構成であったが、複数の実装領域２、…に対応して１つの熱伝導膜３を配置することも可能である。

図５は実装領域２と熱伝導膜３の位置関係の他の例を示す説明図である。図５の例では、基板１の長さ方向及び幅方向に隣接する４つの実装領域２、…に対応して１つの熱伝導膜３を配置している。熱伝導膜３の面積は、実装領域２、…の面積より大きく、かつ実装領域２、…の範囲を包含するように配置している。これにより、それぞれのチップＬＥＤで生じた熱は、そのチップＬＥＤの実装領域２、…から基板１内部を通じて直下の熱伝導膜３に伝導し易くなり、放熱効果が増大して個々のチップＬＥＤの温度上昇を抑制することができる。また、１つの実装領域２に対応して１つの熱伝導膜３を配置する場合に比べて、熱伝導膜３の面積を大きくすることができ、放熱効率をさらに向上させることができる。

図６は実装領域２と熱伝導膜３の位置関係の他の例を示す説明図である。図６の例では、基板１の幅方向に隣接する４つの実装領域２、…に対応して１つの熱伝導膜３を配置している。この場合も、図５の例と同様に、熱伝導膜３の面積を大きくすることができ、放熱効率をさらに向上させることができる。

図７は実装領域２と熱伝導膜３の位置関係の他の例を示す説明図である。図７の例では、基板１の長さ方向に隣接する４つの実装領域２、…に対応して１つの熱伝導膜３を配置している。この場合も、図５の例と同様に、熱伝導膜３の面積を大きくすることができ、放熱効率をさらに向上させることができる。

図８は実装領域２と熱伝導膜３の位置関係の他の例を示す説明図である。図８の例では、例えば、用途、使用条件等により異なる消費電力のチップＬＥＤが基板１に実装されるような場合を示す。図８では、実装領域２には消費電力が小さいチップＬＥＤを実装し、実装領域２ａには消費電力が大きいチップＬＥＤを実装する。この場合、消費電力の大小に応じて、熱伝導膜３、３ａの大きさを変えることにより、チップＬＥＤ個々の発熱量の違いに応じた放熱を行うことができ、装置全体として放熱効率を向上させることができる。

また、図３のように個々のチップＬＥＤごとに複数の熱伝導部３を設けて、チップＬＥＤ（電子部品）からの熱を放熱するようにしてもよく、図４から図７のようにグループに分けられたチップＬＥＤをグループごとに複数の熱伝導部３を設けて、チップＬＥＤ（電子部品）からの熱を放熱するようにしてもよい。個々のチップＬＥＤ又はグループごとのチップＬＥＤからの熱を効率的に放熱することが可能となる。なお、熱伝導部３は、独立して離隔していることにより、基板の反り又は撓みを防止することが可能となる。また、チップＬＥＤ（電子部品）のグループの分け方は、上記実施の形態に限定されることなく、基板の形状やＬＥＤの配置等により、適宜変更することが可能である。

以上説明したように、本発明にあっては、チップＬＥＤで生じる熱を放熱して温度上昇を抑制することができるとともに、チップＬＥＤの発熱による基板の反り又は撓みを防止することができる。

上述の実施の形態では、熱伝導膜の形状は矩形状であったが、形状はこれに限定されるものではなく、コの字状、Ｌ字状、円形状、湾曲状、屈曲状など種々の形状を取り得る。また、熱伝導膜の面積は、チップＬＥＤの実装領域の面積と同等であってもよい。

また、熱伝導膜が設けられる領域は、基板を挟んで対向するチップＬＥＤが装着される領域（実装領域）を全て包含していなくてもよく、少なくとも一部の実装領域を含んでいれば放熱効果は得られる。さらに、実装領域に沿って熱伝導膜が離隔されていなくても、熱伝導膜が複数に離隔されていれば、基板と熱伝導部の熱膨張率の違いにより生じる基板の反り又は撓みを防止することができる。

基板の表面に実装したチップＬＥＤを電気的に接続する導電性パターンと基板の裏面に設けた熱伝導膜とを基板にスルーホールを設けて相互に接続してもよい。この場合には、チップＬＥＤで生じた熱が基板内部だけでなく、スルーホールを通じて熱伝導膜に伝わることになる。しかし、熱伝導膜にはチップＬＥＤに印加される電圧（例えば、負の電圧又は接地レベルの電圧）と同電位になるため、熱伝導膜に直接接触して放熱板を装着した場合、放熱板にも同じ電圧が印加されることになり、シャーシ又は筐体が活電状態となる。これを避けるためには、基板裏面と放熱板との間に絶縁板を設ける必要がある。

本発明に係る基板の平面図である。本発明に係る基板の底面図である。実装領域と熱伝導膜の位置関係の一例を示す説明図である。本発明に係る発光装置に放熱板を取り付けた状態の外観斜視図である。実装領域と熱伝導膜の位置関係の他の例を示す説明図である。実装領域と熱伝導膜の位置関係の他の例を示す説明図である。実装領域と熱伝導膜の位置関係の他の例を示す説明図である。実装領域と熱伝導膜の位置関係の他の例を示す説明図である。

符号の説明

１基板
２、２ａ実装領域
３、３ａ熱伝導膜
４放熱板
５取り付け穴
６導電性パターン
７固定穴

Claims

ＬＥＤ等の複数の電子部品を一方の面に装着してなり、板状の放熱板に取り付けられる基板において、
該基板の他方の面に、前記電子部品ごとに及び／若しくは前記電子部品を複数のグループに分けてなるグループごとに前記電子部品からの熱を前記放熱板に伝熱し、前記基板全体を前記放熱板で支持し、該基板との熱膨張率の違いによる膨張量の差で生じる該基板の曲がりを防止する複数の熱伝導部を独立して備えることを特徴とする基板。
前記複数の電子部品の消費電力は異なり、
消費電力の大小に応じて、前記熱伝導部の大きさを変えてあることを特徴とする請求項１に記載の基板。
前記熱伝導部が設けられる領域の面積は、
前記電子部品が装着される領域の面積と同等以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板。
前記熱伝導部は、金属膜であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の基板。
前記熱伝導部は、
前記電子部品の電圧印加部に対して絶縁してあることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の基板。
請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載の基板に少なくとも半導体発光素子を複数実装してあることを特徴とする照明装置。