(57)【要約】      （修正有）【課題】全面的に直接熱を拡散させて迅速な放熱を達成し、熱抵抗係数を大幅に低下させ、電子デバイスの機能と使用寿命を確保する、電気回路複合放熱体を提供する。【解決手段】放熱器１０を含み、放熱器１０の一側に複数の放熱フィン１２または金属板、セラミック板等の放熱材が設置され、他側に熱伝導絶縁層２０が設けられ、熱伝導絶縁層２０は均一に分布された熱伝導パウダーを含み、熱伝導絶縁層２０上に電気回路層３０が設けられ、電気回路層３０は均一に分布された接着材と低抵抗電導パウダーを含み、かつその上に接点３１が設けられ、接点３１を介して電子デバイス５０が電気的に接続され、熱伝導絶縁層２０と電気回路層３０の外にソルダレジストとして作用する絶縁塗料層４０が設けられる。【選択図】図４
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
電気回路複合放熱体であって、放熱器、熱伝導絶縁層、電気回路層、絶縁塗料層を含み、
前記放熱器が電気・電子デバイスの発生する熱エネルギーを効果的に排出し、
前記熱伝導絶縁層は前記放熱器の他側の表面上に結合され、均一に分布された熱伝導パウダーと、前記熱伝導パウダーを表面処理する前の表面処理技術に用いる、前記熱伝導パウダー微粒子を結合する焼結分散の液体材料を含み、
前記電気回路層は前記熱伝導絶縁層の他側の表面上に結合され、均一に分布された接着材と低抵抗電導パウダーを含み、かつ前記電気回路層上に接点が設けられ、前記接点を介して前記電子デバイスの相対するピンと電気的に接続され、前記電気回路層は前記熱伝導絶縁層の表面上に結合され、かつニッケル化学めっきで表面処理され、
前記絶縁塗料層は前記熱伝導絶縁層の他側の表面及び前記電気回路層の他側の表面上結合にされ、熱抵抗係数を低下させることを特徴とする、電気回路複合放熱体。
【請求項２】
前記熱伝導パウダー材料が球形または不規則の結晶顆粒であることを特徴とする、請求項１に記載の電気回路複合放熱体。
【請求項３】
前記熱伝導パウダー材料の粒度が０.０１〜１００μｍの間であることを特徴とする、請求項１に記載の電気回路複合放熱体。
【請求項４】
前記熱伝導絶縁層が前記放熱器の表面に塗布され、その厚さを０.０１〜１５ｍｍとできることを特徴とする、請求項１に記載の電気回路複合放熱体。
【請求項５】
前記低抵抗電導パウダーの最良の平均粒度が約０.０１〜４００μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の電気回路複合放熱体。
【請求項６】
前記電気回路層が前記熱伝導絶縁層に結合され、その厚さを０.００５〜０.２ｍｍとできることを特徴とする、請求項１に記載の電気回路複合放熱体。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は電気回路複合放熱体に関し、特に、電気回路の発生する熱エネルギーを全面的に直接拡散して迅速に放熱を行い、大幅に熱抵抗係数を低下させ、電気・電子デバイスの機能および使用寿命を効果的に確保する、電気回路複合放熱体に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、照明設備には街灯照明、広告照明、室内照明、機器設備照明等の種類があり、一般に照明設備の照明光源は多くが白熱灯、蛍光灯、水銀灯等の種類を採用しており、水銀蒸気が環境汚染を引き起こし、照明効率が悪く、消費電力が相対的に増加するほか、破損しやすく、使用寿命が短いため経常的に交換修理が必要であり、人力、物力、時間の無駄を招いているため、改善が必要である。
【０００３】
現今室内外、機器、広告等の照明設備の照明光源はすでに固体光源の発光ダイオードを採用し、照明効率を高め、電力を節約することを考慮している。この照明光源は回路基板上に複数個の発光ダイオードを配置する必要があるが、発光ダイオードの設置数量と出力電力の増加に伴い、電力＞光＞熱の変換過程において、相対して高い温度の熱が発生するため、回路基板の絶縁層を介して放熱器とそのフィンに伝導し、放熱を行う必要がある。
【０００４】
しかしながら、ＬＥＤ発光ダイオードの回路基板は接着剤で放熱器の表面に貼り合わせる必要があるため、全面的にしっかりと密着固定させることができず、熱伝導効率に影響し、さらには劣化して脱落しやすいため、放熱効率が悪く、放熱速度が遅い。このため、発光ダイオードを長期間使用すると、温度が高くなり過ぎ、発光ダイオードの照明効果に大きく影響し、光が減衰して使用寿命が短縮されてしまう。従って、改良が必要である。
【０００５】
上述の問題を克服するため、現在用いられている放熱機能を備えた回路板材料の種類と構造は次のとおりである。
種類一、ＦＲ４基材のプリント配線板：其板材は熱伝導及び放熱機能を具備していない。
種類二、メタルコアプリント配線板Ｍｅｔａｌ Ｃｏｒｅ ＰＣＢ（ＭＣＰＣＢ）：その構造は銅箔（回路）層、絶縁（誘電）層、アルミニウム基板（メタルコア）層の３種類の異なる材質層を重ねて構成される。
種類三、セラミック基板：その構造は回路を直接導電性銀ペーストで基板の表面に形成して成る。
【０００６】
ＬＥＤの放熱を強化するには、種類一のＦＲ４プリント配線板ではすでに対応できない。種類二のメタルコアを備えたプリント配線板（ＭＣＰＣＢ）は回路板底部に設置されたアルミニウムまたは銅等の熱伝導性に優れた金属を利用して放熱を加速しているが、この種類二の（ＭＣＰＣＢ）は放熱効果を達することはできるものの、絶縁層の特性によってその熱伝導性が制限される。種類三のセラミック基板は寸法が小さく、操作温度が極めて高く、高電力を容易に処理できる素子上にのみ適用可能である。
【０００７】
このことから分かるように、上述の物品にはまだ多くの欠点があり、完全であるとは言えず、改良が待たれている。
【０００８】
本考案の考案者は、上述の従来品から派生する各欠点に鑑みて、長年の研究を経た後、ついに本考案の電気回路複合放熱体の開発成功に至ったものである。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００９】
本考案の目的は、熱伝導絶縁層の設置により、電気回路層を放熱器の表面上に結合させ、さらに熱伝導絶縁層を介して電気回路層を放熱器表面に結合させることで、全面的に直接熱を拡散させて迅速な放熱を達成し、熱抵抗係数を大幅に低下させ、電気・電子デバイスの機能と使用寿命を確保する、電気回路複合放熱体を提供することにある。      
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本考案の電気回路複合放熱体は、放熱器、熱伝導絶縁層、電気回路層、絶縁塗料層を含む。
【００１１】
前記放熱器は一側に複数の放熱フィンまたは金属板、セラミック板、グラファイト板等の放熱材が設置され、放熱器の設置により、電気・電子デバイスの発生する熱エネルギーを効果的に排出させる。
【００１２】
前記熱伝導絶縁層は均一に分布された熱伝導パウダーを含有し、かつ前記放熱器の他側の表面上に結合され、前記熱伝導パウダーは表面処理を経てパウダーの表面を一層のフッ素化合物や有機シリコン等の高分子材料で完全に被覆し、ベーキング後その表面の空気と水の分子をきれいに除去して乾燥させた熱伝導セラミックパウダーとする。さらにこのパウダーを調製済みの液体に加えて分散処理する。この液体は、アルコール、メチルエタン、ケトン、ジエチルエーテル等を含み、さらに水酸化アルミニウム(ＡｌＯＨ)と少量のニトリル、クロロプレン、ポリスルフィド等弾性ゲルの充填物を加える。その後、放熱器の表面上に均一に塗布し、加熱して放熱器の表面に焼結させる。
【００１３】
前記電気回路層は均一に分布された接着材と、低抵抗電導パウダーを含み、かつ前記熱伝導絶縁層の表面上に結合される。前記電気回路層上には接点が設けられ、該接点を介して電子デバイスが電気的に接続される。前記電導パウダーは粒径が１０〜４０００ｎｍ、金属抵抗値が１０１Ω〜１０-6Ωとすることができる。
【００１４】
前記電気回路層は前記熱伝導絶縁層の表面上に結合され、表面処理が行われる。この表面処理工程はニッケル化学めっきおよび金化学めっき等の工程とし、この工程の特性は電子産業におけるＲｏＨｓ/ＷＥＥＥ等の規格を満たすことができ、かつその硬度、耐摩耗性、はんだ付けの容易さを強化し、かつ前記電気回路層の電気抵抗係数を低下させ、電気回路設計のパラメータ値を満たすことができるものとする。このニッケル化学めっき工程は選択的に均一に分布された接着材及び低抵抗電導パウダーを含む電気回路層上にのみ行うことができる。
【００１５】
前記絶縁塗料層は前記熱伝導絶縁層と電気回路層の表面上に結合され、該絶縁塗料層はソルダレジストとして作用する。    
【考案の効果】
【００１６】
本考案は一般の回路上の熱源となる素子やＩＣの熱を全面的に直接拡散させて迅速に放熱し、熱抵抗係数を大幅に低下させ、電気・電子デバイスの機能と使用寿命を確保することができる。        
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本考案の電気回路複合放熱体の放熱器及び熱伝導絶縁層の構造を示す側面図である。
【図２】本考案の電気回路複合放熱体の電気回路層の結合構造を示す側面図である。
【図３】本考案の電気回路複合放熱体の絶縁塗料層の結合構造を示す側面図である。
【図４】本考案の電気回路複合放熱体の電気・電子デバイスの結合構造を示す側面図である。
【図５】本考案の電気回路複合放熱体の放熱体の立体図である。
【図６】本考案の電気回路複合放熱体の放熱体の反対面の立体図である。
【図７】本考案の電気回路複合放熱体の立体図である。
【考案を実施するための形態】
【００１８】
図１から図７に本考案の電気回路複合放熱体の平面構造、立体構造、実施作動状態を表す図をそれぞれ示す。本考案の電気回路複合放熱体は実用新案の目的を達することができ、該電気回路複合放熱体は、放熱器１０、熱伝導絶縁層２０、電気回路層３０、絶縁塗料層４０を含む。
【００１９】
前記放熱器１０は複数の放熱フィン１２または金属板、セラミック板、グラファイト板等の放熱材が設置され、放熱器１０の設置により、電気・電子デバイス５０の発生する熱エネルギーを効果的に排出し、他側の表面１１に前記熱伝導絶縁層２０が設置される。
【００２０】
前記熱伝導絶縁層２０は均一に分布された熱伝導パウダーを含有し、かつ前記放熱器１０の他側の表面１１上に結合される。前記熱伝導絶縁層２０は熱伝導パウダーと、該熱伝導パウダー微粒子の結合に用いる分散液体を含み、かつ混練プロセスを利用して該熱伝導パウダーを前記分散液体中に均一に分布させる。該熱伝導パウダーは、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、シリコンカーバイド等の高電気抵抗パウダーを選択して用いることができ、かつ該熱伝導パウダーは前述の材料のいずれか、または２種類以上の材料を混合して成るものとし、該熱伝導絶縁層２０に高い絶縁性の電気抵抗１０6〜１０19Ω.ｃｍを具備させる。該熱伝導パウダーの材料は、球形または不規則の結晶顆粒とし、平均粒度約０.０１〜１００μｍで適宜に選択して用いることができる。
【００２１】
上述の熱伝導パウダーは技術処理を経るものとし、その方法はエタノール、イソプロパノール等のアルコール類でフッ素化合物または有機シリコン等を溶解し水解させ(例：浸漬)、前述の材料のいずれかまたは２種類以上の熱伝導パウダー材料の混合を加えて約６０℃〜１５０℃の低温でベーキングし、表面の空気及び水の分子をきれいに取り除いて乾燥した熱伝導セラミックパウダーを得る。該熱伝導パウダーの表面処理後、良好な分散性が得られるほか、その表面が一層のフッ素化合物または有機シリコン等で完全に被覆され、パウダーの分散及び結晶焼結、分子間の架橋に有利である。
【００２２】
前記熱伝導パウダーの表面焼結液体材料の調製は、次の方法を選択的に使用することができる。
【００２３】
この溶液の液体はアルコール類及びメチルエタン及びケトン(メチルエチルケトン)、ジエチルエーテル等の溶剤であり、有機シリコンフェノール（フェノール変性有機シリコン単体）、または有機シリコン（エポキシ-フェノール-ポリエステル等変性有機シリコン）及びニトリル或いはクロロプレン、ポリスルフィド等の弾性ゲルを順に溶解させ、さらにゾル（ＡｌＯＨ＋Ｈ２Ｏ＋エタノール)の少量の充填物を加えて完全に溶かし、該熱伝導パウダー表面の焼結液体材料の調製が完了する。
【００２４】
さらに、前記熱伝導絶縁層２０は上述の表面焼結液体材料と熱伝導パウダーの重量比率の混合により、必要な高熱伝導性及び可撓性、耐熱性、せん断強度、耐劣化性、引き剥し強度、耐摩耗性、耐衝撃性等の材料物性を得ることができる。
【００２５】
一般に、前記熱伝導絶縁層２０は通常３％〜１５％の重量比の間の表面焼結液体材料と９７％〜８５％間の熱伝導パウダーを組み合わせて使用し、約３ｗ/ｍｋ〜１５０ｗ/ｍｋの熱伝導係数の熱伝導材料層を得る。
【００２６】
上述の熱伝導パウダーと表面焼結液体は混練プロセス後、塗布または噴き付け、スクリーン印刷等で繰り返し複数回重ねる方式で成型し、放熱器１０の他側の表面１１に０.０１〜１５ｍｍの厚さの熱伝導絶縁層２０を形成する。前記表面焼結液体材料の分子構造により緊密かつしっかりと結合される。
【００２７】
前記電気回路層３０は均一に分布された接着材と低抵抗電導パウダーを含み、前記熱伝導絶縁層２０の他側の表面２１上に結合される。該電気回路層３０上には接点３１が設けられ、該接点３１を介して電子デバイス５０の相対するピン５１が電気的に接続される。そのうち、前記接着材と低抵抗電導パウダーは異なる比率で混合されて成り、電気回路層３０の金属抵抗値は１０1Ω〜１０-6Ωとする。
【００２８】
上述の電気回路層３０は前記熱伝導絶縁層２０の表面上に結合され、かつ表面処理が施される。この表面処理工程はニッケル化学めっき工程であり、この工程の特性は電子産業におけるＲｏＨｓ/ＷＥＥＥ等の規格を満たすことができ、かつその硬度、耐摩耗性を強化し、上述の前記電気回路層３０の電気抵抗係数を低下させて電気回路設計のパラメータ値を満たすことができるものとする。このニッケル化学めっき工程は選択的に均一に分布された接着材及び低抵抗電導パウダーを含む電気回路層３０上にのみ行うことができる。前記表面処理プロセスは次のとおりである。
【００２９】
１.脱脂して放熱器表面に残った油脂を取り除く。
２.活性化剤で電気回路層表面を活性化する。
３.無電解ニッケル処理：無電解ニッケル浸漬めっき液は硫酸ニッケルを主剤とした錯化剤である。
４.温水で洗浄する。
【００３０】
一般に、電気回路層３０は５％〜７０％の間の接着材と９５％〜３０％の間の低抵抗電導パウダーを組み合わせて使用することを最良とし、この低抵抗電導パウダーは銀パウダー、銀銅パウダー、銀アルミニウムパウダー、銀ニッケルパウダー、銅パウダー等、不規則な形状の顆粒を組み合わせて用いることができ、最良の平均粒度は約１０〜４０００ｎｍである。
【００３１】
前記接着材は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂（ＰＶＡＣ）、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）樹脂、合成ゴム等を選択して用いることができ、かつ該接着材は前述の材料のいずれかまたは２種類以上の材料を混合して成るものとすることができる。
【００３２】
実際のプロセスにおいて、前記低抵抗電導パウダーと接着材は混練プロセスを経た後、塗布または噴き付け、スクリーン印刷の方式で、前記熱伝導絶縁層２０の他側の表面２１に０.００５〜０.１ｍｍの厚さの電気回路層３０を形成し、かつ前記接着材の分子構造により緊密かつしっかりと結合され、一般のプリント配線板の銅箔層の機能が達せられる。
【００３３】
前記絶縁塗料層４０は前記熱伝導絶縁層２０の他側の表面及び電気回路層３０の他側の表面２１、３２上に結合される。該絶縁塗料層４０の設置により、ソルダレジストとして作用させることができる。一般の回路上の熱源となる素子またはＩＣの熱を全面的に直接拡散させて迅速に放熱し、熱抵抗係数を大幅に低下させ、電気・電子デバイス５０の機能と使用寿命を確保することができる。上述の電子デバイス５０は発光ダイオードとすることができる。
【００３４】
本考案の電気回路複合放熱構造体の設計は、主に放熱器１０を直接熱伝導絶縁層２０及びその電気回路層３０と絶縁塗料層４０に結合させ、電気・電子回路の複合放熱効果を達成することができ、全面的に直接熱を拡散させて迅速に放熱し、熱抵抗係数を大幅に低下させ、電気・電子デバイス５０の機能と使用寿命を確保することができる。
【００３５】
上述の詳細な説明は本考案の最良の実施例の具体的な説明であり、この実施例は本考案の特許範囲を制限するために用いられず、本考案の技術的要旨を逸脱しない同等効果の実施や変更はすべて本考案の特許範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００３６】
１０      放熱器
１１      他側の表面
１２      放熱フィン
２０      熱伝導絶縁層
２１      他側の表面
３０      電気回路層
３１      接点
３２      他側の表面
４０      絶縁塗料層
５０      電気・電子デバイス
５１      ピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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