(57)【要約】  本発明は、ＬＥＤのマウントおよび相互接続に有用な、曲げ可能な回路基板構造に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、
（ｅ）銅またはアルミニウムの金属層と、
（ｆ）前記金属層が隣接するポリイミド層または接着剤層と、
（ｇ）銅箔層と、
（ｈ）液体または膜のソルダーマスク層と、
を含む積層物。
【請求項２】
薄いポリマーをベースとする銅被覆充填ポリイミド（ＰＩ）である、請求項１に記載の積層物。
【請求項３】
ＣｏｏＬａｍ（商標）熱積層物である、請求項２に記載の積層物。
【請求項４】
ＬＣ（アルミナ充填ＰＩ）およびＬＸ（アルミナ充填ＰＩ）からなる群からＣｏｏＬａｍ（商標）熱積層物が選択されて、アルミニウム合金組成基板と組み合わせて使用される、請求項３に記載の積層物。
【請求項５】
ＬＵ（接着剤付き陽極酸化アルミニウム）である、請求項１に記載の積層物。
【請求項６】
前記第１の金属層の組成はアルミニウムである、請求項１に記載の積層物。
【請求項７】
前記第１の金属層の組成は銅である、請求項１に記載の積層物。
【請求項８】
厚さが約１２５ミクロンから約３ミリメートルである、請求項６または７に記載の積層物。
【請求項９】
ＣｏｏＬａｍ（商標）積層物であって、前記金属はアルミニウム合金５００５である、請求項１に記載の積層物。
【請求項１０】
ＬＥＤのマウントおよび相互接続に用いられる、請求項１に記載の積層物。
【請求項１１】
照明器具、ランプ、看板、ディスプレイ、および舞台照明からなる群から選択される用途で使用される、請求項１０に記載の積層物。
【請求項１２】
前記銅層は１８μｍ厚であり、誘電体は６μｍ厚であり、アルミニウムは１００μｍ厚である、請求項１に記載の積層物。
【請求項１３】
前記銅は３５μｍ厚であり、誘電体は１２μｍ厚であり、アルミニウムは２００〜２４７μｍ厚である、請求項１に記載の積層物。
【請求項１４】
請求項１に記載の積層物で作られた「金属コアプリント回路基板」。
【請求項１５】
前記アルミニウムは陽極酸化されている、請求項６に記載の積層物。
【請求項１６】
前記アルミニウムは、化学変換コーティングにより処理されている、請求項６に記載の積層物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）のマウントおよび相互接続に用いられるフレキシブル基板構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディスプレイのバックライト、自動車照明、ならびに一般業務用および民生用の照明用途などの応用分野において、ＬＥＤ（発光ダイオード）のマウントおよび相互接続のために絶縁金属基板が使用されている。現在使用されているこれらの基板は、一般に剛体であり、それらの機械的、電気的、かつ熱的な特性を劣化または損傷させずに変形したり曲げたりすることは不可能である。望ましいのは、そのような基板材料の機械的かつ熱的な保全性を維持し、かつ、基板（または基板の電気的特性）を劣化させないまま、そのような基板材料を、角度、曲線、または曲げが付くように形成したり曲げたりできることである。
【０００３】
当該技術分野では、様々な種類の多機能電子基板材料が知られている。これらの基板の層の中には、ポリイミド（以下、「ＰＩ」と称する）などの各種ポリマー材料から作ることが可能なものもある。一般に、これらは剛体構造であって、溝を切った構造にしない限り、柔軟性はほとんどない。
【０００４】
たとえば、米国特許出願公開第２００７／００７６３８１Ａ１号明細書では、ヒートシンクを有するフレキシブル熱拡散回路基板を説明している。この回路基板の柔軟性は、基板を曲げたときに上面および下面を曲がりやすくする溝のパターンによってもたらされる。
【０００５】
可視ＬＥＤ回路用としては、アルミニウム基板が知られている。たとえば、Ｃａｎａｄｉａｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｍａｇａｚｉｎｅという電子雑誌の「Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ  Ｍａｋｅ  ｌｉｇｈｔ  ｗｏｒｋ  ｏｆ  ｖｉｓｉｂｌｅ  ＬＥＤ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ」（Ｔｏｍ  Ｍｏｒｒｉｓ、２００７年９月１８日付）という記事を参照されたい。そのような基板には、安価ではんだ付け可能なポリマー厚膜導体を直接スクリーン印刷することが可能であり、これによる劣化はない。この記事は、アルミニウム合金基板を、押し出し、ダイキャスト成形し、そして特殊な形状に作ることが可能であると述べている。熱伝導性アルミニウム合金材料は、高出力ＬＥＤ部品を直接マウントできるような設計が可能である。しかしながら、そのような合金基板の柔軟性については、何ら言及されていない。
【０００６】
「Ｐｏｏｒ  ｆｉｘｔｕｒｅｓ  ｔｈｒｅａｔｅｎ  ｔｏ  ｊｅｏｐａｒｄｉｚｅ  ｔｈｅ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｏｆ  ＬＥＤｓ」（Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｓｔｅｖｅｎｓｏｎ、Ｃｏｍｐｏｕｎｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、２００７年６月）という記事では、業界における様々な固定部品の非効率さは、ＬＥＤの給電に使用される電気系統を扱う、多くの企業の従業員の、これらの固定部品の設計面での取り組みに関する熟練度の不足によるものである、と指摘している。このような技術は、熱管理および光学設計に必要である。
【０００７】
より複雑な機械的構成を必要とする用途が拡大し、回路がより薄く、かつ、より複雑になりつつあるため、基板は、成形によって基板表面特性が劣化したり、熱的特性や電気的特性に悪影響が及んだりすることなく、成形可能であることが望ましい。さらに、選択される基板は、費用対効果が大きく、扱いやすく、ＬＥＤからの光を最大限利用できる固定部品に使用できることが望ましい。本特許出願に記載の積層物は、成形によって光学特性を高めることが可能であって、成形されても電気的特性が何ら劣化せず、熱的特性が維持されるのでそのような固定部品に好適である。電気回路を劣化させることなく積層構造を曲げることができるため、ＬＥＤを「立体的」に構成することが可能である。そのような構造は、平面構成に限定されない。このように、曲げることが可能であれば、機器設計者は、機器の設計を目的に適応させ最適化するための選択肢が増えることになる。剛体の基板材料および相互接続用材料によって課せられた、ＬＥＤのマウントならびにＬＥＤの構造および固定部品に関する制限が解消されれば、設計者は、固体素子照明部品の機械的外形をカスタマイズおよび最適化することが可能である。
【０００８】
本発明のフレキシブル構造について期待される点は、全体的な光電効率を、現行のＬＥＤ構造に見られる範囲から３０％から４０％上げること、ならびにＬＥＤ光を集中および分散させるための、最も効率の良い構成での曲げを可能にすることにより、構成を手動で最適化することである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、以下の層を基板上に含む積層物に関する。
（ａ）銅またはアルミニウムの金属層。
（ｂ）上記金属層が隣接するポリイミド層または接着剤層。
（ｃ）銅箔層。
（ｄ）液体または膜のソルダーマスク層。
【００１０】
本積層物は、薄いポリマーをベースとする銅被覆充填ポリイミド（ＰＩ）であってよく、たとえば、アルミニウム合金組成基板と組み合わせて使用される、ＬＣ（アルミナ充填ＰＩ）およびＬＸ（アルミナ充填ＰＩ）などのＣｏｏＬａｍ（商標）熱積層物であってよい。本積層物はまた、ＬＵ（接着剤付き陽極酸化アルミニウム）などの陽極酸化ＣｏｏＬａｍ（商標）熱積層物であってよい。そのような積層物は、ＬＥＤ用途で用いる場合には、適正な厚さの組成物として使用されるように設計しなければならない。そのような積層物を用いることにより、ＬＥＤパッケージングにおいて使いやすい、多用途で曲げ可能な構造が作製可能である。
【００１１】
上述のように、本発明に有用な材料の好適なファミリが、ＣｏｏＬａｍ（商標）熱積層物である。例として、ＬＣ（アルミナ充填ＰＩ）、ＬＵ（接着剤付き陽極酸化アルミニウム）、およびＬＸ（アルミナ充填ＰＩ）などの実施形態がある。ＣｏｏＬａｍ（商標）構造は、金属、任意選択の接着剤（ＬＵ（接着剤付き陽極酸化アルミニウム）の実施形態においてのみ）、ポリイミド（ＰＩ）、銅箔、およびソルダーマスクからなる。図３Ａおよび３Ｂ（説明）を参照されたい。ＬＵ製造物も充填アルミナであってよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】曲げ場所６、７、および８を有する、典型的な積層基板を示す図である。
【図２】試験線６の詳細を示す図である。測定された２つのトレースが、９および１０で示されている。
【図３Ａ】ＣｏｏＬａｍ（商標）積層物のスタック配置を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａの図を「説明」する表である。図３Ｂの０．５〜４オンスの銅は、メートル法の単位では、「１４．７９〜１１８．２９ミリリットル」である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照すると、本明細書における「積層物」という用語は、金属（１）と、ポリイミド（３）と、接着剤（２）（接着剤がある場合）と、銅箔（４）とを指す。「基板」という用語は、金属（１）自体を指す。パターニングされた銅箔とソルダーマスク（５）とを含む完成品を、「金属コアプリント回路基板」または「絶縁金属基板」（ＩＭＳ）と呼ぶ。
【００１４】
一実施形態では、銅は１８μｍ厚であり、誘電体は６μｍ厚であり、アルミニウムは１００μｍ厚である。別の実施形態では、銅は３５μｍ厚であり、誘電体は１２μｍ厚であり、アルミニウムは、厚さ２００μｍおよび２４７μｍからなる群から選択される厚さである。
【００１５】
本発明の複合膜は、主に、１つまたは複数のポリイミド複合層を有する多層構造に由来するものである。これらのポリイミド複合材およびポリイミド層は、熱伝導性、導電性、電気抵抗、電気容量、および他の望ましい特性を有することが可能である。また、これらを様々な方法で積層して、他の求められている特性を実現することも可能である。そのような、基板上にコーティングを施すための積層方法の一例が、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第７，１００，８１４号明細書に示されている。当該技術分野で知られている積層構造の中には、柔軟性を欠いているために使用時にひび割れや破損が起こるものもある。積層物の厚さは、約１２５ミクロンから約３ミリメートルである。基板に柔軟性を与えることができれば、コストが低減され、必要な部品が少なくなり、必要な処理が少なくなり、取付が容易になり、さらには、外観が向上し、光を集中または分散させるためのカスタム形状およびより効率的な構成を作り出すことが可能になり、照明特性および外観特性が向上する。
【実施例】
【００１６】
本発明の積層物の相互接続保全性を判定する試験。
ＬＣＤバックライト装置の回路設計を用いて、１７ミクロン厚のＣｏｏＬａｍ（商標）熱積層物および２ｍｍ厚のアルミニウム合金５００５で作製した基板について、曲げ応力下のＣｏｏＬａｍ（商標）積層物の相互接続保全性を判定する試験を実施した。この試験の目的は、このタイプの構成をＬＥＤ照明の用途に用いることが可能かどうかを判定することであった。
【００１７】
サンプル全体のサイズは、１７ｍｍ×４２３ｍｍ（５／８インチ×１７インチ）であり、図１に示すように、６個の同一セグメントからなる。
【００１８】
６個のピース（サンプル）のそれぞれにおいて、図１に示した３つの場所を試験した。各場所における、図２に９および１０として示した２本の厚さ１１．８ミル、１．４ミルのトレースの抵抗を、曲げの前後に測定した。各セグメントにおける曲げポイントの中心線を、１と１／８インチ径のマンドレルの中心線上に置き、手で約９０度曲げた。積層物／導体は、材料を緊張状態に置いている曲げの外側にあった。試験対象となった各場所の実際の曲げ外形を、追跡し（すなわち、前のサンプルトレースと比較し）、試験データとともにノートＰＣに入力した。以下の表１は、これらの構成に対する抵抗試験の結果を表にしたものである。曲げポイントにおける外観検査では、ソルダーマスクのひび割れや細かな亀裂の証拠となるものはなかった。Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  １７００  ｓｅｒｉｅｓ  Ｍｉｃｒｏ−Ｏｈｍｍｅｔｅｒ  ｓｙｓｔｅｍを用い、２０ミリオームレンジ（分解能は１マイクロオーム）で、抵抗測定を実施した。
【００１９】
すべての回路線の抵抗の変化の平均値は、１．５５ミリオームであり、最大値が３ミリオーム、最小値が０．８ミリオームであった。この試験では、金属裏打ち構造に用いたＣｏｏＬａｍ（商標）材料は、９０度以上曲げても相互接続の信頼性が保たれる潜在能力を有することが示された。
【００２０】
【表１】
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【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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