放熱装置
【課題】フィラーを充填しながら接合部の厚さを抑え、熱伝導率の高いフィラーを用いて低熱抵抗化を図る。
【解決手段】銅製の基台１１上に、アルミ基板１２１上と絶縁基板１２２を貼り合わせたメタル基板１２を接着部材１５で固着する。接着部材１５にはシリコーン接着剤５２に基台１１とメタル基板１２より硬く熱伝導率の高いフィラー５１を充填させ、接着時に基台１１とメタル基板１２にプレスをかけることでフィラー５１を基台１１とメタル基板１２にそれぞれ減り込ませるようにしたことで、フィラー５１の作用で発光ダイオード１６側から発生された熱を基台１１側に放熱させることができる。この場合、フィラー５１が高熱伝導率であることから低熱抵抗化が図れることに加え、フィラー５１が被接合体である基台１１とメタル基板１２に減り込むことで接着層を薄くすることも可能となる。
【解決手段】銅製の基台１１上に、アルミ基板１２１上と絶縁基板１２２を貼り合わせたメタル基板１２を接着部材１５で固着する。接着部材１５にはシリコーン接着剤５２に基台１１とメタル基板１２より硬く熱伝導率の高いフィラー５１を充填させ、接着時に基台１１とメタル基板１２にプレスをかけることでフィラー５１を基台１１とメタル基板１２にそれぞれ減り込ませるようにしたことで、フィラー５１の作用で発光ダイオード１６側から発生された熱を基台１１側に放熱させることができる。この場合、フィラー５１が高熱伝導率であることから低熱抵抗化が図れることに加え、フィラー５１が被接合体である基台１１とメタル基板１２に減り込むことで接着層を薄くすることも可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光ダイオード等の発熱性の電子部品から発せられる熱の放熱を効率的に行う放熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発熱性の電子部品であるＬＥＤ等が搭載されたプリント基板は、発熱性の電子部品の発熱による樹脂劣化等が原因で寿命が短くなったり発光効率が低下したりする等の問題があった。その対策としては、発熱部品から放熱部品に効率よく熱を伝導する必要があり、発熱部品とプリント基板や、プリント基板と筐体、フィン等の接合部分の熱抵抗を下げるため、接合材料中のフィラーの充填率を上げる接合材料が使用されている。（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開２０００−１６９８７３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した特許文献１の技術は、接合材料中のフィラーの充填率を上げることによる低熱抵抗化は、粘度が増加し流動性が低下するため、作業性から見て限界がある。また、粘度が高い場合、接合時に接合材料の厚さが厚くなるため、熱抵抗が大きくなり熱伝導的に不利となる、という問題があった。
【０００４】
この発明の目的は、高熱伝導率のフィラーが充填された接着部材に基づいて接合層の厚さを抑えるとともに低熱抵抗化を図った放熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した課題を解決するために、この発明の放熱装置は、第１および第２の被接合部材と、前記第１および第２の被接合部材の少なくとも一方に取り付けられた発熱性の電子部品と、接着性の樹脂材中に、前記第１および第２の被接合部材の少なくとも一方より高い硬度の球状または非球状の少なくとも一種類のフィラーを充填させて前記第１および第２の被接合部材を接合させる接着部材とを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、被接合部材間にこれらを接合する接着部材に充填したフィラーを減り込ませて固定したことで接合層を薄くできる。また、高熱伝導性のフィラーが被接合部材間に接触した状態で介在されることにより熱伝導性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００８】
図１、図２は、この発明の放熱装置の一実施形態について説明するためのものであり、図１は断面図、図２は正面図である。
【０００９】
図１、図２において、１１は例えば銅製の基台であり、１２は金属製の例えばアルミ基板１２１上にガラスエポキシ樹脂等の耐熱性の絶縁基板１２２を貼り合わして形成されたメタル基板である。１３１，１３２は絶縁基板１２２上に固着された導電性を持つ例えば銅で形成された配線パターンであり、１４は図３に示すように配線パターン１３１，１３２と同材料で同時に固着された放熱用の放熱パターンである。基台１１とメタル基板１２は、接着部材１５で固着する。１６は発熱性の電子部品である発光ダイオードで、１８１，１８２は発光ダイオード１６を電気的に接続するための接続端子である。接続端子１８１，１８２は、半田１９１，１９２を用いて配線パターン１３１，１３２に電気的にそれぞれ接続する。
【００１０】
図４は、発光ダイオード１６の断面図である。発光部１６１は放熱を行うため放熱特性に優れた例えばアルミニウム製の基部１６２に固着される。発光部１６１は、リード１６３を介して接続端子１８１に、リード１６４を介して接続端子１８２にそれぞれ電気的に接続され、接続端子１８１，１８２を介して供給される駆動電圧に基づいて発光部１６１を発光させる。１６５は本体ケース、１６６は発光部１６１を覆いながらケース１６５に支持された透光性のカバーケースである。接続端子１８１，１８２は、配線パターン１３１，１３２に半田１９１，１９２を用いて電気的に接続される。メタル基板１２上に固着された放熱パターン１４と発光ダイオード１６の基部１６２は、接着部材２０で固着する。
【００１１】
図５の断面図を参照し、接着部材１５について説明する。なお、接着部材２０も同様であり、その説明は省略する。
【００１２】
接着部材１５は、粒径が３０μｍ〜５０μｍ程度の球状のＡｌ２Ｏ３（アルミナ）製の大小の大きさを持つ複数個のフィラー５１が充填された室温硬化型シリコーン接着剤５２である。フィラー５１は、被接合部材である基台１１およびメタル基板１２のアルミ基板１２１よりも硬いアルミナを使用している。そこで、接着部材１５を基台１１およびメタル基板１２に介在させた状態でプレスを行いながらシリコーン接着剤５２を硬化させる。従って、フィラー５１が被接合部材である基台１１とメタル基板１２をプレスによりそれぞれ減り込んだ状態でシリコーン接着剤５２を硬化させて基台１１とメタル基板１２を固着させる。
【００１３】
これにより、フィラー５１が被接合部材に減り込んだ分、フィラー５１が充填された接着部材１５であってもその接合層の厚さを薄くすることが可能となる。また、基台１１とメタル基板１２はフィラー５１のみを介して接合される割合が多くなり、フィラー５１がシリコーン接着剤５２より二桁程度高い熱伝導率を持つことから伝わる熱量を増大させることができる。このため、接合層の熱抵抗が小さくなり、発熱部より発生した熱は、効率よく基台１１に伝導して放熱される。
【００１４】
なお、接合材料中のフィラーがエッジを有する非球状のフィラーの場合は、プレスの圧力がエッジ部分に集中するため、球状に比べ被接合部材に減り込む割合が大きくなるため、接合層がより薄くなり、より低い熱抵抗の接合層を得ることができる。
【００１５】
図６は、この発明の他の実施形態について説明するための断面図である。この実施形態は、非球状で粒径が３０μｍ〜５０μｍ程度の非形状の例えばＡｌ２Ｏ３製のフィラー６１を充填させた室温硬化型シリコーン接合剤６２を接着部材１５１として用いたものである。
【００１６】
接着部材１５は、接合時に被接合部材同士をプレスしながら擦り合わせて接合する。一方の被接合部材である銅やアルミニウム製の基台１１より硬いフィラー６１は基台１１に減り込んだ状態になる。また、他方の被接合部材である例えばアルミ基板１２１にもこれより硬いフィラー６１が減り込んだ状態になる。
【００１７】
なお、図中の６３は被接合部材をプレスしながら擦り合わせすることで、硬いフィラー６１が被接合部材である基台１１やアルミ基板１２１を削り取ったカスである。
【００１８】
また、上記した実施形態と同様に、基台１１とメタル基板１２はフィラー６１のみを介して接合させる割合が多くなり、フィラー６１がシリコーン接着剤６２より二桁程度高い熱伝導率を持つことから伝わる熱量を増大させることができる。また、プレスしながら擦り合わせたことにより熱伝導率の高い被接合部材の一部が接合層に混入される。このため、接合層の熱抵抗が小さくなり、発熱部より発生した熱は、効率よく筐体に伝導する。
【００１９】
なお、上記した各実施形態において、接合材料の一例である室温硬化型シリコーン接合剤中に、被接合部材の一部が充填されるのは接合過程中である。このため、接合作業前は低粘度で、接合材料の流動性は良好であることから、滴下等の作業性に悪影響を与えることはない。
【００２０】
以上説明したように、この発明の要件は、フィラーの硬度および接合方法により接合層を薄くし、接合時に被接合部材の一部を接合層に充填させることにより、接合層を低熱抵抗率とするとともに、作業性に悪影響を及ぼすことなく接合層の低熱抵抗化を図ったものである。
【００２１】
この発明の要件に合えば、上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、接合材料の樹脂材料は、シリコ-ンに限定されるものではなく、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂等でもよく、フィラーの種類も、被接合部材の少なくとも一方より硬い材料であればよい。充填させるフィラーは、一種類である必要はなく、複数種類でもよく、大きさも均一である必要はない。
【００２２】
また、被接合部材同士に絶縁を持たせることが必要な場合の接着部材としては、フィラーをセラミック等の絶縁性のものを使用することが考えられる。フィラーは、被接合部材である基台１１とアルミ基板１２１よりも硬い必要はなく、いずれか一方より硬ければよい。これは、放熱パターン１４と基部１６２の関係についても同様である。
【００２３】
さらに、発熱性の電子部品として発光ダイオードを例にしたが、これに限らず他の例えばパワートランジスタ等の発熱性の電子部品の放熱にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の一実施形態について説明するための正面図。
【図２】図１の断面図。
【図３】図１の一部について説明するための正面図。
【図４】図１に用いる発光ダイオードの断面図。
【図５】この発明の一実施形態について説明するための断面図。
【図６】この発明の他の実施形態について説明するための断面図。
【符号の説明】
【００２５】
１１ 基台
１２ メタル基板
１２１ アルミ基板
１２２ 絶縁基板
１３１，１３２ 配線パターン
１４ 放熱パターン
１５，２０ 接着部材
１６ 発光ダイオード
１６２ 基部
５１，６１ フィラー
５２，６２ シリコーン接着剤
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光ダイオード等の発熱性の電子部品から発せられる熱の放熱を効率的に行う放熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発熱性の電子部品であるＬＥＤ等が搭載されたプリント基板は、発熱性の電子部品の発熱による樹脂劣化等が原因で寿命が短くなったり発光効率が低下したりする等の問題があった。その対策としては、発熱部品から放熱部品に効率よく熱を伝導する必要があり、発熱部品とプリント基板や、プリント基板と筐体、フィン等の接合部分の熱抵抗を下げるため、接合材料中のフィラーの充填率を上げる接合材料が使用されている。（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開２０００−１６９８７３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した特許文献１の技術は、接合材料中のフィラーの充填率を上げることによる低熱抵抗化は、粘度が増加し流動性が低下するため、作業性から見て限界がある。また、粘度が高い場合、接合時に接合材料の厚さが厚くなるため、熱抵抗が大きくなり熱伝導的に不利となる、という問題があった。
【０００４】
この発明の目的は、高熱伝導率のフィラーが充填された接着部材に基づいて接合層の厚さを抑えるとともに低熱抵抗化を図った放熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した課題を解決するために、この発明の放熱装置は、第１および第２の被接合部材と、前記第１および第２の被接合部材の少なくとも一方に取り付けられた発熱性の電子部品と、接着性の樹脂材中に、前記第１および第２の被接合部材の少なくとも一方より高い硬度の球状または非球状の少なくとも一種類のフィラーを充填させて前記第１および第２の被接合部材を接合させる接着部材とを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、被接合部材間にこれらを接合する接着部材に充填したフィラーを減り込ませて固定したことで接合層を薄くできる。また、高熱伝導性のフィラーが被接合部材間に接触した状態で介在されることにより熱伝導性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００８】
図１、図２は、この発明の放熱装置の一実施形態について説明するためのものであり、図１は断面図、図２は正面図である。
【０００９】
図１、図２において、１１は例えば銅製の基台であり、１２は金属製の例えばアルミ基板１２１上にガラスエポキシ樹脂等の耐熱性の絶縁基板１２２を貼り合わして形成されたメタル基板である。１３１，１３２は絶縁基板１２２上に固着された導電性を持つ例えば銅で形成された配線パターンであり、１４は図３に示すように配線パターン１３１，１３２と同材料で同時に固着された放熱用の放熱パターンである。基台１１とメタル基板１２は、接着部材１５で固着する。１６は発熱性の電子部品である発光ダイオードで、１８１，１８２は発光ダイオード１６を電気的に接続するための接続端子である。接続端子１８１，１８２は、半田１９１，１９２を用いて配線パターン１３１，１３２に電気的にそれぞれ接続する。
【００１０】
図４は、発光ダイオード１６の断面図である。発光部１６１は放熱を行うため放熱特性に優れた例えばアルミニウム製の基部１６２に固着される。発光部１６１は、リード１６３を介して接続端子１８１に、リード１６４を介して接続端子１８２にそれぞれ電気的に接続され、接続端子１８１，１８２を介して供給される駆動電圧に基づいて発光部１６１を発光させる。１６５は本体ケース、１６６は発光部１６１を覆いながらケース１６５に支持された透光性のカバーケースである。接続端子１８１，１８２は、配線パターン１３１，１３２に半田１９１，１９２を用いて電気的に接続される。メタル基板１２上に固着された放熱パターン１４と発光ダイオード１６の基部１６２は、接着部材２０で固着する。
【００１１】
図５の断面図を参照し、接着部材１５について説明する。なお、接着部材２０も同様であり、その説明は省略する。
【００１２】
接着部材１５は、粒径が３０μｍ〜５０μｍ程度の球状のＡｌ２Ｏ３（アルミナ）製の大小の大きさを持つ複数個のフィラー５１が充填された室温硬化型シリコーン接着剤５２である。フィラー５１は、被接合部材である基台１１およびメタル基板１２のアルミ基板１２１よりも硬いアルミナを使用している。そこで、接着部材１５を基台１１およびメタル基板１２に介在させた状態でプレスを行いながらシリコーン接着剤５２を硬化させる。従って、フィラー５１が被接合部材である基台１１とメタル基板１２をプレスによりそれぞれ減り込んだ状態でシリコーン接着剤５２を硬化させて基台１１とメタル基板１２を固着させる。
【００１３】
これにより、フィラー５１が被接合部材に減り込んだ分、フィラー５１が充填された接着部材１５であってもその接合層の厚さを薄くすることが可能となる。また、基台１１とメタル基板１２はフィラー５１のみを介して接合される割合が多くなり、フィラー５１がシリコーン接着剤５２より二桁程度高い熱伝導率を持つことから伝わる熱量を増大させることができる。このため、接合層の熱抵抗が小さくなり、発熱部より発生した熱は、効率よく基台１１に伝導して放熱される。
【００１４】
なお、接合材料中のフィラーがエッジを有する非球状のフィラーの場合は、プレスの圧力がエッジ部分に集中するため、球状に比べ被接合部材に減り込む割合が大きくなるため、接合層がより薄くなり、より低い熱抵抗の接合層を得ることができる。
【００１５】
図６は、この発明の他の実施形態について説明するための断面図である。この実施形態は、非球状で粒径が３０μｍ〜５０μｍ程度の非形状の例えばＡｌ２Ｏ３製のフィラー６１を充填させた室温硬化型シリコーン接合剤６２を接着部材１５１として用いたものである。
【００１６】
接着部材１５は、接合時に被接合部材同士をプレスしながら擦り合わせて接合する。一方の被接合部材である銅やアルミニウム製の基台１１より硬いフィラー６１は基台１１に減り込んだ状態になる。また、他方の被接合部材である例えばアルミ基板１２１にもこれより硬いフィラー６１が減り込んだ状態になる。
【００１７】
なお、図中の６３は被接合部材をプレスしながら擦り合わせすることで、硬いフィラー６１が被接合部材である基台１１やアルミ基板１２１を削り取ったカスである。
【００１８】
また、上記した実施形態と同様に、基台１１とメタル基板１２はフィラー６１のみを介して接合させる割合が多くなり、フィラー６１がシリコーン接着剤６２より二桁程度高い熱伝導率を持つことから伝わる熱量を増大させることができる。また、プレスしながら擦り合わせたことにより熱伝導率の高い被接合部材の一部が接合層に混入される。このため、接合層の熱抵抗が小さくなり、発熱部より発生した熱は、効率よく筐体に伝導する。
【００１９】
なお、上記した各実施形態において、接合材料の一例である室温硬化型シリコーン接合剤中に、被接合部材の一部が充填されるのは接合過程中である。このため、接合作業前は低粘度で、接合材料の流動性は良好であることから、滴下等の作業性に悪影響を与えることはない。
【００２０】
以上説明したように、この発明の要件は、フィラーの硬度および接合方法により接合層を薄くし、接合時に被接合部材の一部を接合層に充填させることにより、接合層を低熱抵抗率とするとともに、作業性に悪影響を及ぼすことなく接合層の低熱抵抗化を図ったものである。
【００２１】
この発明の要件に合えば、上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、接合材料の樹脂材料は、シリコ-ンに限定されるものではなく、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂等でもよく、フィラーの種類も、被接合部材の少なくとも一方より硬い材料であればよい。充填させるフィラーは、一種類である必要はなく、複数種類でもよく、大きさも均一である必要はない。
【００２２】
また、被接合部材同士に絶縁を持たせることが必要な場合の接着部材としては、フィラーをセラミック等の絶縁性のものを使用することが考えられる。フィラーは、被接合部材である基台１１とアルミ基板１２１よりも硬い必要はなく、いずれか一方より硬ければよい。これは、放熱パターン１４と基部１６２の関係についても同様である。
【００２３】
さらに、発熱性の電子部品として発光ダイオードを例にしたが、これに限らず他の例えばパワートランジスタ等の発熱性の電子部品の放熱にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の一実施形態について説明するための正面図。
【図２】図１の断面図。
【図３】図１の一部について説明するための正面図。
【図４】図１に用いる発光ダイオードの断面図。
【図５】この発明の一実施形態について説明するための断面図。
【図６】この発明の他の実施形態について説明するための断面図。
【符号の説明】
【００２５】
１１ 基台
１２ メタル基板
１２１ アルミ基板
１２２ 絶縁基板
１３１，１３２ 配線パターン
１４ 放熱パターン
１５，２０ 接着部材
１６ 発光ダイオード
１６２ 基部
５１，６１ フィラー
５２，６２ シリコーン接着剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の被接合部材と、
前記第１および第２の被接合部材の少なくとも一方に取り付けられた発熱性の電子部品と、
接着性の樹脂材中に、前記第１および第２の被接合部材の少なくとも一方より高い硬度の球状または非球状の少なくとも一種類のフィラーを充填させて前記第１および第２の被接合部材を接合させる接着部材とを具備したことを特徴とする放熱装置。
【請求項２】
前記第１および第２の被接合部材に前記接着部材を介在させ、前記第１および第２の被接合部材をプレスあるいはプレスとともに擦り合わせを行いながら前記第１および第２の被接合部材を接合したことを特徴とする請求項１記載の放熱装置。
【請求項３】
前記接着部材中の前記フィラーが、前記第１および第２の被接合部材に減り込んだ状態で接合していることを特徴とする請求項１記載の放熱装置。
【請求項１】
第１および第２の被接合部材と、
前記第１および第２の被接合部材の少なくとも一方に取り付けられた発熱性の電子部品と、
接着性の樹脂材中に、前記第１および第２の被接合部材の少なくとも一方より高い硬度の球状または非球状の少なくとも一種類のフィラーを充填させて前記第１および第２の被接合部材を接合させる接着部材とを具備したことを特徴とする放熱装置。
【請求項２】
前記第１および第２の被接合部材に前記接着部材を介在させ、前記第１および第２の被接合部材をプレスあるいはプレスとともに擦り合わせを行いながら前記第１および第２の被接合部材を接合したことを特徴とする請求項１記載の放熱装置。
【請求項３】
前記接着部材中の前記フィラーが、前記第１および第２の被接合部材に減り込んだ状態で接合していることを特徴とする請求項１記載の放熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１８５９６３（Ｐ２００６−１８５９６３Ａ）
【公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３７４９８０（Ｐ２００４−３７４９８０）
【出願日】平成１６年１２月２４日（２００４．１２．２４）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２４日（２００４．１２．２４）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
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