发光二极管单元的制作方法_3

文档序号:9529106阅读:来源:国知局
化物、氢氧化物、碳酸盐等。具体而言,例如可以举出氧化镁 (MgO)、氧化铝(A1203)、氮化硼(BN)、氮化铝(A1N)、氢氧化铝(A1(0H) 3)等。另外,也可以举 出二氧化硅(Si02)、碳酸镁(MgC03)、氢氧化镁(Mg(0H)2)、碳酸钙(CaC0 3)、粘土、滑石、云母、 二氧化钛(Ti02)、氧化锌(ZnO)等。从导热性的方面考虑,优选Mg0、Al20 3、BN和A1N。
[0080] 对于无机填料来说,为了提高与树脂的相容性,可以进行偶联处理等表面处理或 添加分散剂等,提高在树脂中的分散性。
[0081] 表面处理中可以使用脂肪酸、脂肪酸酯、高级醇、硬化油等有机系表面处理剂。另 外,表面处理中也可以使用硅油、硅烷偶联剂、烷氧基硅烷化合物、硅烷化试剂等无机系表 面处理剂。通过使用这些表面处理剂,有时耐水性提高,进而有时在树脂中的分散性提高。 作为处理方法,没有特别限定,包括干式法、湿式法、整体掺混法等。
[0082] 只要为不阻碍本实施方式的效果的程度,则导热性树脂中也可以包含着色剂、阻 燃剂、阻燃助剂、纤维强化材料、用于制造上的粘度调整的减粘剂、用于调色剂(着色剂)的 分散性提高的分散调整剂、脱模剂等。它们可以使用公知的物质,例如可以举出下述树脂。
[0083] 作为着色剂,例如可以使用二氧化钛等无机系颜料、有机系颜料等或者将它们作 为主要成分的调色剂。它们可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。
[0084] 作为阻燃剂,可以举出有机系阻燃剂、无机系阻燃剂、反应系阻燃剂等。它们可以 单独使用一种,也可以组合使用两种以上。此外,在树脂中含有阻燃剂的情况下,优选合用 阻燃助剂。作为该阻燃助剂,可以举出三氧化二锑、四氧化二锑、五氧化二锑、锑酸钠、酒石 酸锑等锑化合物、硼酸锌、偏硼酸钡等。另外,也可以举出水合氧化铝、氧化锆、聚磷酸铵、氧 化锡、氧化铁等。它们可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。
[0085] 作为在导热性树脂的制造中使用的混炼机械装置,可以使用现有公知的装置。具 体而言,可以举出辊磨机、行星式混合机、捏合机、挤出机、班伯里混合机、带搅拌叶片的混 合容器、卧式混合槽等。
[0086] 另外,单元主体10也可以使用含有高导热性填料的导热性树脂。此外,作为高导 热性填料,优选使用导热系数高、电绝缘性的无机填料。另外,单元主体10中,优选使用添 加如下无机填料而大幅提高了导热性的导热性树脂60。
[0087] 如图5所示,导热性树脂60包含导热性填料62和粘结剂树脂63而成。此外,导 热性填料62含有莫氏硬度为5以上的硬质填料64和莫氏硬度为3以下的软质填料65。
[0088] 导热性树脂60中,在粘结剂树脂63中分散导热性填料62,提高导热性。并且,导 热性树脂60中,作为导热性填料62,组合使用了硬质填料64和软质填料65。通过使用这种 莫氏硬度不同的两种填料,可提高填料彼此的接触率,可增加填料所产生的导热路径。即, 如图5 (a)和图5 (b)所示,在成型导热性树脂60时,软质填料65被硬质填料64所挤压,在 硬质填料64与软质填料65的接触部分66会发生软质填料65的变形。由此,硬质填料64 与软质填料65之间的接触成为面接触,导热路径的宽度增大。因此,对导热性树脂60来说, 即便是相同的填料量,与单独使用硬质填料64的情况相比,组合使用软质填料65时能够高 效地提高导热性。
[0089] 更具体而言,在将导热性树脂60成型而将形状固定化时,在粘结剂树脂63的内 部,软质填料65被硬质填料64所挤压,软质填料65的表面沿着硬质填料64的表面形状而 弯曲。其结果是,如图5 (b)所示,硬质填料64与软质填料65发生面接触,因而导热路径增 加。此处,"面接触"是指按照两个物体所接触的部分成为面的方式接触。例如,是指按照硬 质填料64与软质填料65的接触面积达到0. 01 μ m2~25 μ m2、优选0. 05 μ m2~10 μ m2、更 优选0. 1 μ m2~5 μ m 2的方式使硬质填料64与软质填料65接触。
[0090] 在导热性树脂60中,软质填料65的形状为具有薄壁形状的板状,优选为所谓的鳞 片状、薄片状、箱状等。通过使用这种形状的物质作为软质填料65,如图5(b)所示,在接触 部分66,软质填料65容易沿着硬质填料64的表面形状而弯曲。因此,软质填料65与硬质 填料64的接触面积进一步增大,能够进一步提高导热性树脂60的导热系数。
[0091] 在导热性树脂60中,在软质填料65为具有薄壁形状的板状时,软质填料65的厚 度与其主表面的最大径的比例(长宽比)优选为1~40。另外,软质填料65的长宽比更优 选为3~30、进一步优选为5~20。通过为这种范围,软质填料65容易因被硬质填料64 挤压而弯曲,能够增大硬质填料64与软质填料65的接触面积。
[0092] 此处,作为构成硬质填料64的材料,只要莫氏硬度为5以上则可以使用任意的材 料。作为硬质填料64,例如可以举出选自氧化铝、氧化镁、熔融二氧化硅、晶体二氧化硅、氮 化铝、氮化硅、碳化硅和氧化锌中的至少一种。
[0093] 另外,作为构成软质填料65的材料,只要莫氏硬度为3以下则可以使用任意的材 料。作为软质填料65,例如可以举出选自硅藻土、氮化硼、氢氧化铝、氢氧化镁、碳酸镁、碳酸 钙、滑石、高岭土、粘土和云母中的至少一种。其中,作为软质填料65的材料,优选使用氮化 硼。此处,莫氏硬度表示对刮擦的易受伤程度,在导热性树脂60的情况下采用10阶段的莫 氏硬度。
[0094] 对硬质填料64的形状没有特别限定,优选为球状或多面体状。另外,对硬质填料 64和软质填料65的粒径(中位粒径:d50)没有特别限定,优选为5 μm~200 μm。此外, 中位粒径例如可以使用激光衍射式粒度分布测定装置来测定。
[0095] 作为粘结剂树脂63,没有特别限制,可以使用热固化性树脂、热塑性树脂中的任一 种,也可以将这些树脂组合使用。从能够以更高密度填充硬质填料64和软质填料65、导热 性的提高效果高的方面考虑,优选热固化性树脂。作为热固化性树脂,可以使用公知的物 质。但是,特别是从成型性或机械强度优异的方面考虑,可以使用选自不饱和聚酯树脂、环 氧系丙烯酸酯树脂和环氧树脂中的至少一种。
[0096] 导热性树脂60优选在粘结剂树脂63中含有40体积%以上且小于95体积%的导 热性填料62 (硬质填料64、软质填料65)。导热性填料62的含量为40体积%以上的情况 下,能够大幅提高导热性树脂60的导热系数。另外,在导热性填料62的含量小于95体积% 的情况下,能够抑制将导热性树脂60成型时粘度过度地上升,能够防止成型性的恶化。
[0097] 此外,导热性树脂60中的导热性填料62的含有率可以如下求出。首先,将使导热 性树脂固化而得到的成型体切割成规定形状的试验片,通过阿基米德法计算出体积。之后, 使用马弗炉以625°C对该成型体进行烧成,计测残留的灰分的重量。灰分为导热性填料,因 而由利用后述方法计算出的填料的重量比和各填料的密度计算出在导热性树脂中包含的 填料的总体积率。此外,在总体积率的计算中,各填料的密度设定为氧化镁3. 6g/cm3、氧化 错 4. Og/cm3、氢氧化错 2. 4g/cm3、氮化硼 2. 2g/cm3。
[0098] 另外,如下述式(1)所示,导热性树脂60中包含的硬质填料64与软质填料65的 体积比例优选为95 :5~50 :50的范围内。
[0099] 硬质填料/软质填料=95/5~50/50 (1)
[0100] 硬质填料64与软质填料65的体积比例在上述范围时,可充分发生由硬质填料64 导致的软质填料65的变形,因而导热性树脂60能够得到高导热系数。
[0101] 此外,导热性树脂60中的硬质填料64与软质填料65的体积比例可以如下求出。 首先,使用X射线光电子分光分析装置,对固化后的导热性树脂(成型体)的1mm见方的分 析区域照射X射线,并进行分析。关于深度方向的分析,通过基于氩离子照射的溅射而对试 样表面进行切削,然后进行深部的分析,计算出特定深度的成型体中包含的来自无机填料 的元素浓度(原子% )。由通过X射线光电子分光分析计算出的来自硬质填料64、软质填料 65的元素浓度比和各无机填料的密度,计算出导热性树脂中的硬质填料和软质填料的重量 比及体积比。此外,在体积比例的计算中,使用上述各填料的密度。
[0102] 接着,对这种导热性树脂60的制造方法,就使用了热固化性树脂作为粘结剂树脂 63的情况进行说明。首先,以规定比例配合用于制作导热性树脂所需的各原料即填料和热 固化性树脂。并且,将它们用混合器或掺混机等混合,用捏合机或辊等进行混炼,从而得到 未固化状态的热固化性树脂组合物(混合料)。对于该混合料,仅将所需要的量注入模具 中,之后进行加热加压,从而可以得到本实施方式的基底单元1的单元主体10。此外,成型 温度、成型压力等可以根据作为目标的成型品的形状等适宜选择。
[0103] 对于导热性树脂60而言,在粘结剂树脂63中,硬的硬质填料64和软的软质填料 65发生面接触,形成导热路径。因此,与树脂中包含硬质填料或软质填料单体的情况相比, 导热性树脂60的导热性良好。另外,由于包含软质填料,因而树脂的流动性提高,成型性良 好。此外,树脂的流动性提高,因而成型时的模具磨耗降低,能够抑制模具更换的频率。因 此,即使不增加导热性填料的含量,也能够实现高导热,成型性良好。
[0104] 图6示出使用了环氧系丙烯酸酯树脂作为粘结剂树脂63、使用了氧化镁作为硬质 填料64、使用了氮化硼作为软质填料65的导热性树脂的扫描型电子显微镜照片。此外,氧 化镁的莫氏硬度为6,氮化硼的莫氏硬度为2。如图6所示,软质填料65被硬质填料64所 挤压而弯曲,硬质填料64与软质填料65的接触面积提高。其结果是,导热路径增大,能够 得到高导热系数的导热性树脂。
[0105] 这样,构成单元主体10的导热性树脂优选包含导热性填料和粘结剂树脂而成。并 且,导热性填料优选包含莫氏硬度为5以上的硬质填料和莫氏硬度为3以下的鱗片状、薄片 状、箱状或板状的软质填料。此外,硬质填料优选为选自氧化铝、氧化镁、熔融二氧化硅、晶 体二氧化硅、氮化铝、氮化硅、碳化硅和氧化锌中的至少一种,软质填料优选为氮化硼。
[0106] 另外,硬质填料进一步优选为氧化镁。并且,粘结剂树脂优选包含不饱和聚酯树脂 和环氧系丙烯酸酯树脂中的任一者或两者。
[0107] 此外,硬质填料与软质填料的总含量相对于全部导热性树脂优选为50体积%以 上且小于95体积%。另外,导热性树脂中的硬质填料与软质填料的体积比例优选在下述式 (1)的范围内。
[0108] 硬质填料/软质填料=95/5~50/50 (1)
[0109] 并且,在将导热性树脂成型而得到的成型体(单元主体)中,优选导热性树脂的结 构中软质填料弯曲,软质填料与硬质填料发生面接触。
[0110] 〈基底单元的制作方法〉
[0111] 对基底单元1的制作方法没有特别限定,可以通过导热性树脂的常规性的成型方 法例如压缩成型、传递模塑成型、注塑成型等来制作。具体而言,预先将金属构件11固定至 模具中,然后将导热性树脂填充至模具中,使导热性树脂与金属构件11 一起固化,从而可 以得到基底单元1。
[0112] 〈基底单元的作用〉
[0113] 在本实施方式的LED单元100中,基底单元1由金属构件11被导热性树脂覆盖的 成型体所构成。即,本实施方式中使用的基底单元1是由导热性树脂和金属构件构成的树 脂/金属复合散热器。因此,能够使发光装置3中产生的热高效地从基底单元1通过而散 热至安装LED单元100的照明器具。另外,金属构件11被导热性树脂所被覆,在发光装置3 与金属构件11之间夹有导热性树脂。因此,即便不像以往那样设置电绝缘性片,也能够确 保它们之间的电绝缘性。
[0114] 此外,基底单元1的单元主体10由导热性树脂形成。因此,与现有的金属制的基 底单元不同,成型性大幅提高,能够容易地形成复杂的形状。
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