(57)【要約】【課題】追加のヒートシンクなしでも十分な放熱性を有するＬＥＤアレイを提供する。【解決手段】本発明のＬＥＤアレイは、おもて面及び裏面を有し、配線パターンを有する厚さ１３０μｍ以上の金属板と、該金属板の裏面に設けられた第１樹脂フィルムと、を含む配線基板と、前記金属板の前記おもて面上に固定された複数のＬＥＤと、を有し、前記ＬＥＤが発する熱を放散するヒートシンクを有しないことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
おもて面及び裏面を有し、配線パターンを有する厚さ１３０μｍ以上の金属板と、該金属板の裏面に設けられた第１樹脂フィルムと、を含む配線基板と、
前記金属板の前記おもて面上に固定された複数のＬＥＤと、
を有し、前記ＬＥＤが発する熱を放散するヒートシンクを有しないことを特徴とするＬＥＤアレイ。
【請求項２】
前記配線基板は、前記金属板のおもて面のうち前記ＬＥＤが固定されない面上に、第２樹脂フィルムを有する請求項１に記載のＬＥＤアレイ。
【請求項３】
前記金属板は、前記それぞれのＬＥＤを固定する複数の第１金属板部分と、隣接する前記第１金属板部分を連結する第２金属板部分と、を有し、
前記第２金属板部分は、前記第１金属板部分よりも変形しやすい配線パターンとした請求項１又は２に記載のＬＥＤアレイ。
【請求項４】
おもて面及び裏面を有し、打ち抜き加工で配線パターンを形成した、厚さ１３０μｍ以上の金属板を用意する第１工程と、
前記金属板の裏面に第１樹脂フィルムをラミネート加工して、配線基板を得る第２工程と、
前記金属板のおもて面上に複数のＬＥＤを固定する第３工程と、
を有し、前記ＬＥＤが発する熱を放散するヒートシンクを形成する工程を有しないことを特徴とするＬＥＤアレイの製造方法。
【請求項５】
前記第２工程では、前記金属板のおもて面に、ＬＥＤ実装部位を予め型抜きした第２樹脂フィルムをラミネート加工する請求項４に記載のＬＥＤアレイの製造方法。
【請求項６】
前記金属板は、前記それぞれのＬＥＤを固定する複数の第１金属板部分と、隣接する前記第１金属板部分を連結する第２金属板部分と、を有し、
前記第２金属板部分は、前記第１金属板部分よりも変形しやすい配線パターンとした請求項４又は５に記載のＬＥＤアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤアレイ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光源としては、電球等に代えて、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を配線基板上に固定・配列したＬＥＤアレイが様々な分野で用いられている。例えば、ハイマウントストップランプ、テールランプ及びデイライト等の車両用光源には、ＬＥＤアレイを用いたものが実用化されている。
【０００３】
このような車両用のＬＥＤアレイは、デザイン性の観点から全体形状が湾曲しているものも多く、ＬＥＤを固定する配線基板には、プリント配線板の一種であるフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）が用いられている。ＦＰＣは、厚さ１２〜５０μｍ程度のポリイミドフィルム上に、厚さ１２〜４０μｍ程度の銅箔を形成し、この銅箔をエッチングして配線パターンを形成し、その上にさらにポリイミドフィルムを形成した構造を有する。一方で、ＬＥＤアレイの放熱性は、その寿命に大きな影響を与えるため重要である。ＬＥＤアレイの放熱性を高めるには、各ＬＥＤの下部にアルミなどの材質からなるヒートシンクを設け、ＬＥＤが発する熱を放散する必要があった。
【０００４】
特許文献１には、図７に模式的に示すように、配線基板としてのＦＰＣ３０上に複数のＬＥＤ３２を固定し、ＬＥＤ３２の下部にヒートシンク３４を有するＬＥＤアレイ３００が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２３２００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ヒートシンクがあるＬＥＤアレイを製造するためには、専用のキャリアボードが必要であることから、ランニングコストが高くなるという問題があった。また、ヒートシンクがあることでＬＥＤアレイを薄くできないことから、設計の自由度が制限されるという問題もあった。さらに、本来ＦＰＣ上にはＬＥＤのような電子部品をリールトゥリール方式で実装することが可能であるが、ヒートシンクがあるとリールトゥリール方式が適用できず、ＬＥＤがまばらに実装されるランプユニットでは実装密度が低く、実装装置の生産バランスから生産効率が非常に悪いという問題もあった。
【０００７】
ＬＥＤアレイにおいては、ヒートシンクを用いて放熱性を確保するというのが技術常識であり、これまでＬＥＤアレイからヒートシンクをなくそうなどという着想は皆無であった。これに対し、本発明者らは、上記のようなヒートシンクに起因する課題を認識し、追加の部品としてのヒートシンクを有しないＬＥＤアレイを得たいとの着想に至った。しかしながら、単にヒートシンクをなくすのみでは、ＬＥＤアレイの放熱性が悪化し、製品寿命が短くなってしまう。
【０００８】
そこで本発明は、上記課題に鑑み、追加のヒートシンクなしでも十分な放熱性を有するＬＥＤアレイ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明者らは、ＬＥＤを固定する配線基板の配線パターンをなす金属板として、ＦＰＣの銅箔に代えて、半導体チップを支持固定し、外部配線と接続する部品（半導体チップをプリント配線板に実装する際の中継基板）であるリードフレームを転用することを着想した。リードフレームは、金属素材の薄板を打ち抜き加工して製造できるため、その厚さは１３０μｍ以上と厚くすることができる。配線基板の配線パターンをなす金属板の厚さを１３０μｍ以上と厚くすることにより、この金属板自体による十分な放熱効果を得ることができるため、別途追加のヒートシンクを設けなくても、十分な放熱性を得ることができる。一方で、ＦＰＣは、ポリイミドフィルム上に形成した銅箔をエッチングして配線パターンを形成するため、銅箔の厚さは上記のとおり最大でも４０μｍ程度と制限があり、しかも、この製造プロセスの観点から、銅箔の厚さを厚くしようなどという動機付けもない。
【００１０】
本発明は、上記のような知見に基づき完成されたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
（１）おもて面及び裏面を有し、配線パターンを有する厚さ１３０μｍ以上の金属板と、該金属板の裏面に設けられた第１樹脂フィルムと、を含む配線基板と、
前記金属板の前記おもて面上に固定された複数のＬＥＤと、
を有し、前記ＬＥＤが発する熱を放散するヒートシンクを有しないことを特徴とするＬＥＤアレイ。
【００１１】
（２）前記配線基板は、前記金属板のおもて面のうち前記ＬＥＤが固定されない面上に、第２樹脂フィルムを有する上記（１）に記載のＬＥＤアレイ。
【００１２】
（３）前記金属板は、前記それぞれのＬＥＤを固定する複数の第１金属板部分と、隣接する前記第１金属板部分を連結する第２金属板部分と、を有し、
前記第２金属板部分は、前記第１金属板部分よりも変形しやすい配線パターンとした上記（１）又は（２）に記載のＬＥＤアレイ。
【００１３】
（４）おもて面及び裏面を有し、打ち抜き加工で配線パターンを形成した、厚さ１３０μｍ以上の金属板を用意する第１工程と、
前記金属板の裏面に第１樹脂フィルムをラミネート加工して、配線基板を得る第２工程と、
前記金属板のおもて面上に複数のＬＥＤを固定する第３工程と、
を有し、前記ＬＥＤが発する熱を放散するヒートシンクを形成する工程を有しないことを特徴とするＬＥＤアレイの製造方法。
【００１４】
（５）前記第２工程では、前記金属板のおもて面に、ＬＥＤ実装部位を予め型抜きした第２樹脂フィルムをラミネート加工する上記（５）に記載のＬＥＤアレイの製造方法。
【００１５】
（６）前記金属板は、前記それぞれのＬＥＤを固定する複数の第１金属板部分と、隣接する前記第１金属板部分を連結する第２金属板部分と、を有し、
前記第２金属板部分は、前記第１金属板部分よりも変形しやすい配線パターンとした上記（４）又は（５）に記載のＬＥＤアレイの製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のＬＥＤアレイは、追加のヒートシンクなしでも十分な放熱性を有する。また、本発明のＬＥＤアレイの製造方法によれば、追加のヒートシンクなしでも十分な放熱性を有するＬＥＤアレイを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態によるＬＥＤアレイ１００の上面図である。
【図２】図１のＬＥＤアレイ１００のＩ−Ｉ断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１のＬＥＤアレイ１００の製造方法の一例を説明する図である。
【図４】図３（Ｅ）の側面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の他の実施形態によるＬＥＤアレイ２００の製造方法の一例を説明する図である。
【図６】図５（Ｄ）の側面図である。
【図７】従来のＬＥＤアレイ３００の側面部である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（ＬＥＤアレイ）
図１及び図２を参照して、本発明の一実施形態によるＬＥＤアレイ１００を説明する。
【００１９】
ＬＥＤアレイ１００は、配線基板１０を有する。配線基板１０は、配線パターンを有する厚さ１３０μｍ以上の金属板１２と、この金属板の裏面１２Ｂに設けられた第１樹脂フィルム１８Ｂと、この金属板のおもて面１２Ａに設けられた第２樹脂フィルム１８Ａと、を含む。そして、ＬＥＤアレイ１００は、金属板のおもて面１２Ａ上に固定された複数のＬＥＤ２０を有する。一方で、ＬＥＤ２０が発する熱は、金属板１２から十分に放散される。このため、ＬＥＤアレイ１００は、ＬＥＤ２０が発する熱を放散するための別途のヒートシンクを有しない。
【００２０】
＜金属板＞
本実施形態のＬＥＤアレイ１００は、配線基板１０の配線パターンをなす金属板１２が厚さ１３０μｍ以上と厚いため、この金属板１２自体による放熱効果が高く、別途追加のヒートシンクを設けなくても、十分な放熱性を得ることができる。そのため、ＬＥＤアレイ１００から追加のヒートシンクを省くことができ、その結果、追加のヒートシンクに起因する既述の課題を回避することができる。具体的には、配線基板上に多数のＬＥＤを搭載でき、ＬＥＤが熱によるダメージを受けることなく十分な光量を得ることが出来るとともに、光量あたりの使用電力量も抑えることができる。また、ＬＥＤアレイの設計の自由度を高めることができる。さらに、ＬＥＤアレイをリールトゥリール方式で製造でき、生産効率を高めることができる。
【００２１】
この観点から、金属板１２の厚さは１３０μｍ以上であればよく、１５０μｍ以上が好ましく、さらに２００μｍ以上がより好ましい。また、金属板１２の厚さの上限は特に限定されないが、６５０μｍ以下とすることが好ましい。６５０μｍを超えると、微細な配線パターン加工が難しくなるとともに、剛性が高くなるためリールとしての扱いが容易でなくなるためである。また、金属板１２の材質としては、特に限定されないが、銅、銅-亜鉛・銅-錫・銅-鉄などの銅系合金、鉄-ニッケル、鉄-クロムなどの鉄系合金等を挙げることができる。
【００２２】
金属板１２としては、半導体チップを支持固定し、外部配線と接続する部品（半導体チップをプリント配線板に実装する際の中継基板）であるリードフレームを好適に転用できる。
【００２３】
金属板１２の配線パターンの形状は、複数のＬＥＤ２０を電気的に直列及び／又は並列に接続することができるものである限り、特に限定されない。
【００２４】
ここで、一般にＬＥＤアレイにはデザイン性の観点から、その形状が変形しやすいこと（フレキシブル性）が求められる。一方で、ＬＥＤや、ＬＥＤを固定するためのハンダにはストレスがかからないように、ＬＥＤ及びその周辺は変形しにくいことが望まれる。図７を参照して、従来のＬＥＤアレイ３００では、ヒートシンク３４によりＬＥＤ３２の保護を行い、ヒートシンク３４がない部分は、フレキシブルなＦＰＣ３０であるため、ＬＥＤアレイ３００の全体形状を湾曲させることもできた。
【００２５】
ここで本実施形態のＬＥＤアレイ１００には、ヒートシンクがないため、このようなＬＥＤ２０の保護と全体形状のフレキシブル性との両立を、金属板１２の配線パターンの工夫により実現する。すなわち、本実施形態において金属板１２は、それぞれのＬＥＤ２０を固定する複数の第１金属板部分１４と、隣接する第１金属板部分１４を連結する第２金属板部分１６と、を有するが、第２金属板部分１６は、第１金属板部分１４よりも変形しやすい配線パターンとした。
【００２６】
具体的には、第１金属板部分１４は比較的大きな面積を有していることから変形しにくく、ＬＥＤ２０にストレスがかかることを抑制することができる。一方で、第２金属板部分１６は、比較的細い配線を接続した形状を有していることから変形しやすく、この部分がフレキシブルであることにより、例えば図４に示すように、ＬＥＤアレイ１００の全体形状を湾曲させることができる。
【００２７】
図５（Ｄ）には、本発明の他の実施形態のＬＥＤアレイ２００の上面図を示すが、この実施形態でも、金属板１２は、第１金属板部分１４及び第２金属板部分１６を有し、第２金属板部分１６は、第１金属板部分１４よりも変形しやすい配線パターンとなっている。このため、第２金属板部分１６がフレキシブルであることにより、例えば図６に示すように、ＬＥＤアレイ２００の全体形状を湾曲させることができる。ＬＥＤアレイ２００は、金属板の配線パターンの形状が異なる以外はＬＥＤアレイ１００と同様の特徴を有する。
【００２８】
＜樹脂フィルム＞
第２樹脂フィルム１８Ａは、金属板のおもて面１２ＡのうちＬＥＤ２０が固定されない面上に設けられる。第２樹脂フィルム１８Ａは、ＬＥＤアレイ１００，２００のＬＥＤ２０側に設けられることから、使用者の通電を防止する機能を有する。ただし、ＬＥＤアレイ１００，２００が筐体内に収容されて光源として使用される場合など、使用者がＬＥＤアレイ１００，２００に触れることを想定しない用途では、第２樹脂フィルム１８Ａは省略してもよい。
【００２９】
第１及び第２樹脂フィルム１８Ｂ，１８Ａは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等の材料を例示することができる。厚さは１２．５〜１００μｍとすることができる。１２．５μｍ以上であれば、フィルムとしての機械強度が得られるとともに工業的に入手が容易であるため好ましく、１００μｍ以下であれば、曲げ加工に対する障害となりにくく金属板１２からの放熱阻害にもなりにくいため好ましい。
【００３０】
＜ＬＥＤ＞
ＬＥＤ２０は、耐熱性パッケージ内に発光素子をワイヤーボンディングし、蛍光体を混合したシリコン樹脂で包埋したものが一般的である。チップ外形は、ｍｍ単位の縦横数値を小数点以下１桁の数値を並べて表記することが多く、３０１４（3.0ｍｍ×1.4ｍｍ）・３０２０・３０３０・３５２８・５６３０・５０５０のサイズのものが多く用いられている。
【００３１】
＜用途＞
本実施形態のＬＥＤアレイ１００，２００は、ハイマウントストップランプ、テールランプ及びデイライト等の車両用光源として好適に用いることができる。
【００３２】
（ＬＥＤアレイの製造方法）
図３（Ａ）〜（Ｅ）を参照して、本発明の一実施形態によるＬＥＤアレイ１００の製造方法を説明する。
【００３３】
まず第１工程として、図３（Ａ）に示すように、おもて面１２Ａ及び裏面１２Ｂを有し（図２）、打ち抜き加工で配線パターンを形成した、厚さ１３０μｍ以上の金属板１２を用意する。本実施形態では、金属板１２を打ち抜き加工して配線パターンを形成するため、金属板１２の厚さを１３０μｍ以上と厚くしてもプロセス上差し支えない。
【００３４】
次に第２工程として、図３（Ｂ）に示すように、金属板のおもて面１２Ａに第２樹脂フィルム１８Ａを、金属板の裏面１２Ｂに第１樹脂フィルム１８Ｂを、それぞれラミネート加工して、配線基板１０を得る（図２も参照）。ここで、第２樹脂フィルム１８Ａについては、後述のＬＥＤ２０を固定する箇所（ＬＥＤ実装部位、図３（Ｂ）において実線で４箇所示す。）を予め型抜きしておく。ラミネート加工について特に限定はないが、例えば１３０℃程度に加熱した２本の熱ロールの間に、金属板１２と第１及び第２樹脂フィルム１８Ｂ,１８Ａをセットして通過させるなどの方法を例示することができる。
【００３５】
次に第３工程として、図３（Ｃ）に示すように、金属板のおもて面１２Ａ上に複数のＬＥＤ２０を固定する。固定方法は特に限定されない。例えば、金属板のおもて面１２ＡのＬＥＤ実装部位にハンダを供給する工程、このハンダ上にＬＥＤ２０を載置する工程、配線基板１０の裏面側からハンダに向けてレーザーを照射することでハンダを融解し、ＬＥＤ２０を配線基板１０にハンダ付けする工程、を順次行うことができる。
【００３６】
次に、図３（Ｄ）に示すように、配線基板１０（第１及び第２樹脂フィルム１８Ｂ，１８Ａ並びに金属板１２）の所定部位（図３（Ｄ）の二点鎖線部分）を打ち抜き加工（断線加工）で除去して、電気回路を構成する。このようにして、図３（Ｅ）に示すＬＥＤアレイ１００を製造することができる。
【００３７】
次に、図５（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、本発明の他の実施形態によるＬＥＤアレイ２００の製造方法を説明する。本実施形態は、図５（Ａ）に示すように、金属板１２の配線パターンの形状が異なる以外は、ＬＥＤ２０を固定するまでは図３（Ａ）〜（Ｃ）と同様である。ＬＥＤ２０を固定した状態を図５（Ｂ）に示す。その後、図５（Ｃ）の二点鎖線に示す部位を打ち抜き加工で除去して、電気回路を構成する。このようにして、図５（Ｄ）に示すＬＥＤアレイ２００を製造することができる。
【００３８】
このように、図３及び図５に示す本実施形態では、ＬＥＤが発する熱を放散するヒートシンクを別途形成する工程は有しない。これらの製造方法により、既述のＬＥＤアレイ１００，２００を製造できる。
【実施例】
【００３９】
金属板として、図５に示す配線パターンに打ち抜いた厚み１３０μｍの銅板を用意した。また、ＬＥＤ実装部位を予め型抜きした厚み５０μｍの接着層付きポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルムを用意した。銅板をＰＥＮフィルムで挟み、１４０℃に加温した２本の熱ロール間に通過させて貼り合わせ、配線基板を作製した。以下、この配線基板をリードフレーム基板−１と記す。
【００４０】
また、金属板の厚みを３００μｍ、５００μｍ、６５０μｍ、８００μｍに替えて同様の方法で４種類の配線基板も作製した。以下、この配線基板をそれぞれリードフレーム基板−２、リードフレーム基板−３、リードフレーム基板−４、リードフレーム基板−５と記す。なお、リードフレーム基板-５は、銅板の厚み８００μｍと比較的厚いため、図５に示す配線パターンに打ち抜く際に、微細回路形成部分において回路断線を起こしやすく、加工が難しかった。
【００４１】
（実施例１）
リードフレーム基板−１に、３０３０サイズのＬＥＤである日亜化学製  ＮＦＳＷ１７２を、鉛フリーはんだを使って実装し、ＬＥＤアレイ１を作製した。
【００４２】
（実施例２）
リードフレーム基板−１をリードフレーム基板−２に替えた以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤアレイ２を作製した。
【００４３】
（実施例３）
リードフレーム基板−１をリードフレーム基板−３に替えた以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤアレイ３を作製した。
【００４４】
（実施例４）
リードフレーム基板−１をリードフレーム基板−４に替えた以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤアレイ４を作製した。
【００４５】
（実施例５）
リードフレーム基板−１をリードフレーム基板−５に替えた以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤアレイ５を作製した。
【００４６】
（比較例）
金属板として、図５に示す配線パターンに打ち抜いた厚み１００μｍの銅板を用意した。また、ＬＥＤ実装部位を予め型抜きした接着層付きポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルムを用意した。銅板をＰＥＮフィルムで挟み、１４０℃に加温した２本の熱ロール間に通過させて貼り合わせ、配線基板を作製した。以下、この配線基板をリードフレーム基板−６と記す。
【００４７】
さらに、厚み２５μｍのポリイミドフィルムに、厚み３５μｍの銅箔を貼り合わせた基板をエッチングし、図５と同様な回路を有する基板を作製した。以下、この基板をＦＰＣ基板−１と記す。
【００４８】
（比較例１）
リードフレーム基板−６に、３０３０サイズのＬＥＤである日亜化学製  ＮＦＳＷ１７２を、鉛フリーはんだを使って実装し、ＬＥＤアレイ６を作製した。
【００４９】
（比較例２）
リードフレーム基板−６をＦＰＣ基板−１に替えた以外は比較例１と同様の方法でＬＥＤアレイ７を作製した。
【００５０】
（比較例３）
ＬＥＤアレイ７において、ＬＥＤ裏面に厚み２ｍｍのアルミ製ヒートシンクを貼り付けたＬＥＤアレイ８を作製した。
【００５１】
（放熱性試験）
ＬＥＤアレイ１〜８のＬＥＤチップに１５０ｍＡの電流を３分間通電放置し、ＬＥＤを発光させた。そのときのチップ温度を蛍光体上面に貼り付けた熱電対で測定し、基板の放熱性を比較した。
【００５２】
（試験結果）
３分経過後のＬＥＤチップ表面温度が、８０℃以下のＬＥＤアレイを○、１００℃以下のＬＥＤアレイを△、１００℃を越えるＬＥＤアレイを×として、結果を以下の表１に示す。
【００５３】
【表１】
2016082141.tif 000003
【００５４】
このように、実施例のＬＥＤアレイは、追加のヒートシンクなしでも、比較例３のヒートシンクを有するＬＥＤアレイと同等の高い放熱性を有していた。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明のＬＥＤアレイ及び本発明の製造方法により製造されたＬＥＤアレイは、追加のヒートシンクなしでも十分な放熱性を有するため、車両用のテールランプやデイライトに好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１００  ＬＥＤアレイ
１０  配線基板
１２  金属板
１２Ａ  金属板のおもて面
１２Ｂ  金属板の裏面
１４  第１金属板部分
１６  第２金属板部分
１８Ｂ  第１樹脂フィルム
１８Ａ  第２樹脂フィルム
２０  ＬＥＤ
【図１】
2016082141.tif 000004
【図２】
2016082141.tif 000005
【図３】
2016082141.tif 000006
【図４】
2016082141.tif 000007
【図５】
2016082141.tif 000008
【図６】
2016082141.tif 000009
【図７】
2016082141.tif 000010