JP2010253730A - 放熱材料、プリント基板およびプリント基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性を向上した放熱材料、プリント基板およびプリント基板の製造方法を提供する。
【解決手段】放熱材料は、絶縁性の基板１１と、放熱層１２とを備えている。絶縁性の基板１１は、表面１１ａを有する。放熱層１２は、絶縁性の基板１１上に形成され、絶縁性の基板１１の表面１１ａに垂直な方向がｃ軸であるグラフェン構造を有する第１の層１６と、絶縁性の基板１１の表面１１ａに垂直な方向に長さ方向が配向したナノチューブ形状を有する第２の層１７とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放熱材料、プリント基板およびプリント基板の製造方法に関し、より特定的には配線用材料として用いられる放熱材料、プリント基板およびプリント基板の製造方法に関する。

フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits）などのプリント基板は、その柔軟性を利用した用途が広がっている。このようなフレキシブルプリント基板は、たとえば特開平６−２９６０７３号公報（特許文献１）などに開示されている。この特許文献１のフレキシブルプリント基板は、樹脂で形成されたフレキシブルな基板と、基板上に形成された銅（Ｃｕ）導体のプリント回路と、プリント回路の一端部上面と他端部上面にレーザ反射率が７５％以下の金属のメッキとを備えている。

特開平６−２９６０７３号公報

上記特許文献１のフレキシブルプリント基板のプリント回路上に電子部品を実装する技術がある。しかし、近年の実装技術の進歩により、フレキシブルプリント基板上に実装された電子部品の発熱量が著しく増大している。このため、上記特許文献１のフレキシブルプリント基板では、電子部品から生じた熱を逃がすことが難しい。したがって、放熱性が十分でないので、電子部品を安定して動作させることができなかった。

また、発熱する電子部品に接触するように放熱シートを接着させてシート面内に熱を逃がす技術が考えられる。しかし、放熱シートの配置等には制約があり、放熱が十分ではない。このため、電子部品を安定して動作させることが十分でなかった。

それゆえ本発明の目的は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、放熱性を向上した放熱材料、プリント基板およびプリント基板の製造方法を提供することである。

本発明の放熱材料は、絶縁性の基板と、放熱層とを備えている。絶縁性の基板は、表面を有する。放熱層は、絶縁性の基板上に形成され、絶縁性の基板の表面に垂直な方向がｃ軸であるグラフェン構造を有する第１の層と、絶縁性の基板の表面に垂直な方向に長さ方向が配向したナノチューブ形状を有する第２の層とを有している。

本発明の放熱材料によれば、絶縁性の基板の表面に平行な方向に熱伝導率が高い第１の層と、絶縁性の基板の表面に垂直な方向に熱伝導率が高い第２の層とを有している。このため、放熱層は、絶縁性の基板の表面に平行な方向および垂直な方向の２方向において熱伝導率が高くなる。したがって、放熱性を向上することができる。

ここで、上記「グラフェン構造」とは、グラファイト構造のことを意味する。つまり、グラフェン構造とは、グラファイトのように、層状構造であり、層に平行な面内にａｂ面が配向し、層に垂直な方向にｃ軸を有する結晶構造である。このため、グラフェン構造は、ａｂ面方向の熱伝導率が相対的に高い。

また、上記「ナノチューブ形状」とは、長さ方向が基板の表面に垂直に配向したものを意味する。このため、ナノチューブ形状は、その長さ方向の熱伝導率が相対的に高い。

上記放熱材料において好ましくは、放熱層は、少なくとも一方が複数の第１および第２の層を有する。これにより、放熱性をより向上することができる。

上記放熱材料において好ましくは、放熱層の厚さが３μｍ以上１０μｍ以下である。３μｍ以上の場合、放熱性をより向上することができる。１０μｍ以下の場合、放熱層を容易に形成することができる。

上記放熱材料において好ましくは、放熱層の最表面層が第１の層であり、最表面層に位置する第１の層の厚さが１００ｎｍ以上である。

最表面層が１００ｎｍ以上の場合、絶縁性の材料を用いると絶縁性を確保しやすい。このため、放熱層を絶縁層として用いることができる。また、最表面層に位置する第１の層は基板の表面に平行な方向に熱伝導率が高いので、第１の層上に発熱部品を載置した場合に、放熱層において基板の表面に平行な方向に熱を拡散することができる。

上記放熱材料において好ましくは、第１の層と第２の層との合計の厚さのうち第２の層の厚さの比率が２０％以上５０％以下である。

これにより、基板の表面に平行な方向に熱伝導率が高い第１の層の比率が５０％以上８０％以下となり、かつ基板の表面に垂直な方向に熱伝導率が高い第２の層の比率が２０％以上５０％以下となる。この場合、基板面に平行な方向と垂直な方向との熱伝導率のバランスが最もよくなり、最もバランスのとれた放熱性能が得られる。

上記放熱材料において好ましくは、第１の層および第２の層の界面に形成され、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）およびコバルト（Ｃｏ）からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含む触媒層をさらに備えている。

これにより、熱伝導率が高い方向が互いに異なる第１および第２の層を容易に形成することができる。

上記放熱材料において好ましくは、第１および第２の層の少なくとも一方が炭素（Ｃ）または窒化硼素（ＢＮ）からなり、放熱層の最表面層が窒化硼素からなる第１の層である。これにより、放熱性を向上した放熱層を絶縁層として用いることができる。

本発明のプリント基板は、上記いずれかの放熱材料と、放熱層上に形成された導電性のパターンとを備え、放熱材料は絶縁性である。

本発明のプリント基板によれば、放熱性を向上した放熱層を備えている。このため、パターン上に実装部品を実装した際に、放熱層の第１の層により表面と平行な方向に実装部品から生じた熱を逃がすことができ、かつ放熱層の第２の層により表面と垂直な方向に実装部品から生じた熱を逃がすことができる。したがって、実装部品を実装した際に、実装部品の動作を安定化させることができる。

また、放熱層が絶縁性であるので、絶縁性の基板とパターンとの非通電を阻害することを抑制できる。

上記プリント基板において好ましくは、絶縁性の基板は樹脂であり、パターンは銅である。これにより、特性のよいプリント基板を実現できる。

本発明の放熱材料の製造方法は、上記プリント基板の製造方法であって、以下の工程を備えている。パターンとなる導電性の基板を準備する。導電性の基板上に放熱層を形成する。放熱層と絶縁性の基板とを貼り合わせる。放熱層を形成する工程は、導電性の基板上に、鉄、ニッケルおよびコバルトからなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含む第１の触媒層を形成する工程と、第１の触媒層上に形成され、かつ導電性の基板の表面に垂直な方向がｃ軸であるグラフェン構造を有する第１の層を形成する工程と、第１の層上に形成され、かつ導電性の基板の表面に垂直な方向に長さが配向したナノチューブ形状を有する第２の層を形成する工程とを含む。

本発明のプリント基板の製造方法によれば、導電性の基板の表面に平行な方向に熱伝導率の高い第１の層と、導電性の基板の表面に垂直な方向に熱伝導率が高い第２の層を形成している。このため、導電性の基板の表面に平行な方向および垂直な方向の２方向において熱伝導率が高くなる放熱層を形成することができる。したがって、放熱性を向上できるプリント基板を製造することができる。

上記プリント基板の製造方法において好ましくは、放熱層を形成する工程は、第２の層を形成する前に、第１の層上に第２の触媒層を形成する工程をさらに含み、第１の触媒層の密度は、第２の触媒層の密度よりも高い。

密度の高い第１の触媒層により、導電性の基板の表面に平行な方向に熱伝導率の高い第１の層を容易に形成することができる。密度の低い第２の触媒層により、導電性の基板の表面に垂直な方向に熱伝導率の高い第２の層を容易に形成することができる。このため、２方向に熱伝導率が高い放熱層を容易に形成することができる。

上記プリント基板の製造方法において好ましくは、導電性の基板を準備する工程では、導電性の基板として銅基板を用い、絶縁性の基板とを貼り合せる工程では、絶縁性の基板として樹脂シートを用いる。これにより、特性のよいプリント基板を実現できる。

本発明の放熱材料、プリント基板およびプリント基板の製造方法によれば、第１の層と第２の層とを有する放熱層を備えているので、放熱性を向上することができる。

本発明の実施の形態におけるフレキシブルプリント基板を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態におけるパターンとなる導電性の基板を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態における第１の触媒層を形成した状態を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態における第１の層を形成した状態を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態における第２の触媒層を形成した状態を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態における第２の層を形成した状態を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態における第１の触媒層および第１の層をさらに形成した状態を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態における絶縁性の基板を貼り合せた状態を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態における導電性の基板からパターンを形成した状態を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態におけるフレキシブルプリント基板の熱の流れを説明するための断面図である。 比較例におけるフレキシブルプリント基板の熱の流れを説明するための断面図である。 比較例におけるフレキシブルプリント基板の熱の流れを説明するための断面図である。 比較例におけるフレキシブルプリント基板の熱の流れを説明するための断面図である。 本発明例１〜４のフレキシブルプリント基板の熱伝導率を測定するための試料を概略的に示す側面図である。 比較例１のフレキシブルプリント基板の熱伝導率を測定するための試料を概略的に示す側面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。

図１は、本発明の一実施の形態におけるフレキシブルプリント基板を概略的に示す斜視図である。図１を参照して、本実施の形態におけるプリント基板の一例であるフレキシブルプリント基板１０を説明する。

フレキシブルプリント基板１０は、絶縁性の基板１１と、放熱層１２と、パターン１３と、実装部品１４と、ワイヤ１５とを備えている。放熱層１２は、基板１１上に形成され、第１の層１６と第２の層１７とを有している。パターン１３は、放熱層１２上に形成されている。実装部品１４は、パターン１３上に形成されている。ワイヤ１５は、パターン１３と実装部品１４とを電気的に接続している。

基板１１は、絶縁性であれば特に限定されず、たとえばポリイミドなどの樹脂などを用いることができる。

放熱層１２は、第１の層１６と、第１の層１６上に形成された第１の触媒層１８と、第１の触媒層１８上に形成された第２の層１７と、第２の層上に形成された第２の触媒層１９と、第２の触媒層１９上に形成された第１の層１６と、第１の層１６上に形成された第１の触媒層１８とを有している。

第１の層１６は、基板１１の表面１１ａに垂直な方向がｃ軸であるグラフェン構造を有する。つまり、第１の層１６は、グラファイトのように、層状構造であり、層に平行な面内にａｂ面が配向し、層に垂直な方向にｃ軸を有する結晶構造である。このため、第１の層１６は、ａｂ面方向の熱伝導率が相対的に高い。

このような第１の層１６として、グラファイト、六方晶（hexagonal）窒化硼素（ＢＮ）（ｈＢＮ）などを用いることができる。グラファイトは層状構造を持つ炭素であり、層に平行な面内にグラファイトのａｂ面（表面に平行な面）が配向し、層に垂直な方向にｃ軸を有する結晶構造を持つ。ａｂ面内に炭素の六員環が規則的に並んだ結晶構造であることから、ａｂ面方向の熱伝導率が極めて高い。ｈＢＮ層も、グラファイトと同様の構造を持つ。つまり、ｈＢＮ層は、ａｂ面内にＢ原子とＮ原子とが交互に化合して共有結合的に形成された六員環が規則的に並んでいる。このため、ｈＢＮ層は、六員環が二次元的に連結した平板状構造体と、平板状構造体がＶａｎｄｅｒＷａａｌｓ（ファンデルワールス）結合により積み重なった層状構造とを有している。

第２の層１７は、基板１１の表面１１ａに垂直な方向に長さ方向が配向したナノチューブ形状を有する。つまり、第２の層１７は、長さ方向が基板１１の表面１１ａに垂直に配向している。このため、第２の層１７は、その長さ方向の熱伝導率が相対的に高い。このような第２の層１７として、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、ＢＮナノチューブ（ＢＮＮＴ）などを用いることができる。カーボンナノチューブはＢＮナノチューブよりも熱伝導率が高いので、カーボンナノチューブを用いることがより好ましい。

本実施の形態はフレキシブルプリント基板１０に用いる放熱層１２であるので、放熱層１２は絶縁性である。このため、第１および第２の層１６、１７の少なくとも一方がＣまたはＢＮからなり、放熱層１２の最表面層がＢＮからなる第１の層１６であることが好ましい。ＢＮは絶縁性である。このため、最表面層にＢＮ層を形成すると、放熱層１２が絶縁性になるので、絶縁性の基板１１とパターン１３との非通電を阻害することを抑制できる。このため、パターン１３上の実装された実装部品１４から放出された熱は、厚さ方向と面内方向とに均一性良く放出され、熱を逃がすことができる。したがって、実装部品１４を実装した際に、実装部品１４の動作を安定化させることができる。また、第１の層として、ｈＢＮを形成すると、ｈＢＮ層の表面に平行な方向の熱伝導率は、６００Ｗ／ｍＫ以上７００Ｗ／ｍＫ以下と高い。このため、放熱性を向上した放熱層１２を形成することができる。

なお、第１の層１６として、グラファイトの方がｈＢＮよりも面内方向の熱伝導率が高い。このため、絶縁性を確保するため、最表面層に位置する第１の層１６のみｈＢＮとし、最表面層以外に位置する第１の層１６をグラファイトとすることが好ましい。

放熱層１２において、第１の層１６および第２の層１７は一層ずつ形成されていてもよい。また、第１および第２の層１６、１７のうちの一方が複数層形成され、他方が一層形成されていてもよい。また、第１および第２の層１６、１７の両方が複数層形成されていてもよい。この場合、第１および第２の層１６、１７は、連続して同じ層が形成されていてもよいが、交互に形成されていることが好ましい。交互に形成されている場合、基板１１の表面１１ａに平行な方向および垂直な方向に熱伝導率が高い材料を交互に積層できるので、放熱性をより向上することができる。なお、第１および第２の層１６、１７の層数は同じであっても異なっていてもよい。

特に、放熱層１２の最表面層が第１の層１６であることが好ましい。第１の層１６は基板１１に平行な方向（横方向）に熱伝導率が高いので、最表面層に位置する第１の層１６は実装部品１４からの熱を横方向に拡散することができるので、放熱層１２全体に熱を拡散することができる。

ここで、放熱層１２の最表面層（最上層）とは、第１および第２の層１６、１７の内、パターン１３に近い側（絶縁性の基板１１と接している面と反対側の面）に位置する層を意味する。つまり、放熱層１２の最表面層は、第１および第２の触媒層１８、１９を除く。

最表面層に位置する第１の層１６の厚さは、１００ｎｍ以上であることが好ましい。この場合、放熱層１２において導通することを抑制できるので、フレキシブルプリント基板１０に好適に用いることができる。最表面層に位置する第１の層の厚さの上限は特にないが、グラフェン構造を持つ厚いｈＢＮ層を形成するために時間がかかることが多いので、上限はたとえば１０００ｎｍ程度である。

最表面層以外の第１の層１６の厚さは特に制限されないが、製膜速度が大きいため、１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲が好ましい。３０ｎｍ以下の場合、成長速度が低下することを抑制できるので、効率的に形成することができる。１０ｎｍ以上の場合、触媒形成工程が増えることを抑制できるので、効率的に形成することができる。

第１の層１６と第２の層１７との合計の厚さのうち第２の層１６の厚さ（最表面層が第２の層１７の場合には最表面層の厚さを除く）の比率が２０％以上５０％以下であることが好ましい。つまり、第１の層１６と第２の層１７との合計の厚みのうち第１の層１６の厚さ（最表面層が第１の層１６の場合には最表面層を除く）の比率が５０％以上８０％以下であることが好ましい。これは、基板１１の表面１１ａに平行な方向に熱伝導率が高い第１の層１６の比率が５０％以上８０％以下であり、かつ基板１１の表面１１ａに垂直な方向に熱伝導率が高い第２の層が２０％以上５０％以下であることを意味する。この場合に、基板１１の表面１１ａに平行な方向と垂直な方向との熱伝導率のバランスが最もよくなり、放熱層１２において最もバランスのとれた放熱性能が得られる。

第１および第２の触媒層１８、１９は、第１および第２の層１６、１７を形成するためにそれぞれ設けられている。第１および第２の触媒層１８、１９は、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏからなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含んでいることが好ましい。第１および第２の触媒層１８、１９は同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。

第１の触媒層１８の密度は、第２の触媒層１９の密度よりも高いことが好ましい。また、第１の触媒層１８は、触媒粒子同士が接触していることが好ましい。言い換えると、第１の触媒層１８は、連結している。第１の触媒層１８の密度が高いと、基板１１の表面１１ａに垂直なｃ軸を有するグラフェン構造の第１の層１６を容易に形成することができる。

第２の触媒層１９は、触媒粒子同士が接触していないことが好ましい。言い換えると、第２の触媒層１９は、孤立している。第２の触媒層１９の密度が低いと、基板１１の表面１１ａに垂直に配向したナノチューブ形状の第２の層１７を容易に形成することができる。

放熱層１２は、図１に示すように基板１１の全面を覆うように形成されていてもよく、パターン１３下のみに形成されていてもよい。

パターン１３は、導電性であり、たとえばＣｕなどの金属薄膜などを用いることができる。

実装部品１４は、半導体などの電子部品などである。実装部品１４は、特に限定されず、任意の部品を所望の部分に所望の数だけ配置される。ワイヤ１５は導電性の部材である。実装部品１４およびワイヤ１５は省略されてもよい。

続いて、本実施の形態におけるフレキシブルプリント基板の製造方法について説明する。

まず、図２に示すように、パターンとなる導電性の基板２０を準備する。基板２０は表面２０ａを有している。基板２０として、たとえばＣｕ基板などを準備する。

次に、図３に示すように、導電性の基板２０上に、第１の触媒層１８を形成する。第１の触媒層１８は、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏからなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含むことが好ましい。第１の触媒層１８の形成方法は特に限定されないが、たとえばスパッタ法により形成することができる。

この工程では、生成密度を高めて第１の触媒層１８を形成することが好ましい。触媒粒子の生成密度が高い場合、触媒粒子同士が接触し、二次元的に連結していく。やがて、触媒粒子は基板２０の表面２０ａ全体を覆うように形成することができる。言い換えると、第１の触媒層１８は、基板２０の表面２０ａが露出しないように覆うことが好ましい。さらに言い換えると、第１の触媒層１８は、連結していることが好ましい。

次に、図４に示すように、第１の触媒層１８上に、第１の層１６を形成する。第１の層１６の形成方法は特に限定されないが、たとえばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学蒸着）法により形成することができる。上述した第１の触媒層１８を形成した状態でＣＶＤ処理すると、基板２０の表面２０ａの法線と平行なｃ軸を有するグラフェン構造を持つ第１の層１６を形成することができる。

この工程において、たとえば、第１の層１６がグラファイトの場合には炭化水素系ガスを、ＢＮの場合にはジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）ガスとアンモニア（ＮＨ₃）ガスとを原料ガスとして用いる。この原料ガスを基板２０上に搬送すると、配向したグラフェン構造を持つグラファイトまたはｈ−ＢＮ層が成長する。

このように、導電性の基板２０上に、第１の触媒層１８および第１の層１６を形成することにより、フレキシブルプリント基板１０を製造したときに、最表面層に位置する層は、第１の層１６になる。

この工程では、１００ｎｍ以上の厚みを有する第１の層１６を形成することが好ましい。１００ｎｍ以上の場合、この第１の層１６単独で、絶縁性を容易に確保することができる。上限は特にないが、成長時間を短縮する観点から、たとえば１０００ｎｍ以下である。

次に、図５に示すように、第１の層１６上に第２の触媒層１９を形成する。第２の触媒層１９は、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏからなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含むことが好ましい。第２の触媒層１９の形成方法は特に限定されないが、たとえばスパッタ法により形成することができる。第２の触媒層１９の密度は、第１の触媒層１９の密度よりも低いことが好ましい。

この工程では、生成密度を低くして第２の触媒層１９を形成することが好ましい。触媒粒子の生成密度が低い場合、触媒粒子は孤立して存在する。言い換えると、第２の触媒層１９は、基板２０の表面２０ａが露出するように覆うことが好ましい。さらに言い換えると、第２の触媒層１９は、触媒粒子同士が接触せず、孤立した状態であることが好ましい。

次に、図６に示すように、第２の触媒層１９上に第２の層１７を形成する。第２の層１７の形成方法は特に限定されないが、たとえばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学蒸着）法により形成することができる。上述した第２の触媒層１９を形成した状態でＣＶＤ処理すると、基板２０の表面２０ａの法線と垂直な長さ方向のナノチューブ形状の第２の層１７を形成することができる。

次に、図７に示すように、第２の層１７上に、第１の触媒層１８および第１の層１６を形成する。これにより、放熱層１２を形成することができる。

この工程で形成する第１の層１６は、１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましい。１０ｎｍ以上の場合、放熱層１２の厚みを大きくすることができる。このため、放熱層１２の層数を減らすことができるので、第１および第２の触媒層１８、１９を形成する回数を低減できる。したがって、放熱層１２を容易に形成することができる。一方、３０ｎｍ以下の場合、成長速度の低下を抑制できるので、効率良く第１の層１６を形成することができる。

なお、放熱層１２として、第１の層１６および第２の層１７を形成した後に、第１の触媒層１８、第１の層１６、第２の触媒層１９、および第２の層１７の形成を繰り返すことが好ましい。この場合、第１の層１６と第２の層１７とが交互に積層した放熱層１２を形成することができる。

このように形成した第１の層１６と第２の層１７との合計の厚さのうち第１の層１６の厚さの比率が５０％以上８０％以下であることが好ましい。この場合に、基板１１の表面１１ａに平行な方向と垂直な方向との熱伝導率のバランスが最もよくなり、放熱層１２において最もバランスのとれた放熱性能が得られる放熱層１２を形成することができる。

次に、図８に示すように、放熱層１２と絶縁性の基板１１と貼り合わせる。基板１１は、絶縁性であれば特に限定されないが、たとえば樹脂シートなどを用いることができ、ポリイミドシートを用いることが好ましい。貼り合わせる方法は特に限定されず、接着剤を用いる等一般公知の方法を採用できる。

次に、図９に示すように、基板２０の一部を除去して、パターン１３を形成する。パターン１３が所望の回路パターンになるように、エッチング等を行なう。この工程では、基板２０のみをエッチングしてもよく、基板２０と放熱層１２とをエッチングしてもよい。

以上の工程を実施することにより、図１に示すフレキシブルプリント基板１０を製造することができる。

なお、必要に応じて半田などの接着剤を用いて、パターン１３上に実装部品１４を実装する。また、必要に応じてパターン１３と実装部品１４とをワイヤ１５を用いて接続する。

また、本実施の形態のフレキシブルプリント基板１０は、絶縁性の基板１１の一方の表面上のみにパターン１３を有する片面板としているが、特にこれに限定されない。本発明のフレキシブルプリント基板１０は、たとえば絶縁性の基板１１の表面および裏面にパターン１３を有する両面板であってもよい。また絶縁性の基板１１と、放熱層１２と、パターン１３とを積み重ねた多層板であってもよい。この場合、絶縁性の基板１１とパターン１３との間の少なくとも１層に放熱層１２が形成されていればよいが、絶縁性の基板１１とパターン１３との各々の間に放熱層１２が形成されると、放熱性を非常に向上することができるため好ましい。

なお、片面板とは、フレキシブルプリント基板の一方面のみにパターン（回路）があるものを意味する。両面板とは、フレキシブルプリント基板の両面にパターン（回路）があるものを意味する。多層板とは、ウエハース状に絶縁体とパターン（回路）とを積み重ねたものを意味する。

ここで、本実施の形態では、プリント基板としてフレキシブルプリント基板１０を例に挙げて説明したが、本発明のプリント基板は、フレキシブルプリント基板に限定されず、リジッド基板などを含む。

また、本実施の形態では、第１および第２の触媒層１８、１９を用いて第１および第２の層１６、１７を形成しているが、特に限定されず、図１０に示すように、第１および第２の層１６、１７を直接接続してもよく、あるいは、別の接着層を用いてもよい。

続いて、本実施の形態におけるフレキシブルプリント基板１０の効果について説明する。

本実施の形態におけるフレキシブルプリント基板１０の放熱層１２は、基板１１の表面１１ａに平行な方向に相対的に熱伝導率が高い第１の層１６と、基板１１の表面１１ａに垂直な方向に相対的に熱伝導率が高い第２の層１７とを有している。このため、本実施の形態におけるフレキシブルプリント基板１０において実装部品１４から発熱した熱は、図１０の矢印に示すように、パターン１３を通って、放熱層１２における第１の層１６では表面１１ａに平行な方向に沿って拡散し、放熱層１２における第２の層１７では表面１１ａに垂直な方向に沿って拡散する。つまり、本実施の形態におけるフレキシブルプリント基板１０では、厚さ方向および面内方向のどちらにも放熱は促進される。しがたって、実装部品１４から発熱した熱を素早く拡散することができる。つまり、本実施の形態におけるフレキシブルプリント基板１０は放熱性が高い。よって、実装部品１４をパターン１３上に実装した際に、実装部品１４の動作を安定化させることができる。

一方、図１１に示す比較例のフレキシブルプリント基板３０は、放熱層１２を有していない。実装部品１４から発熱した熱は基板１１を通る。基板１１がポリイミドの場合、ポリイミドの熱伝導率は０．２Ｗ／ｍＫ程度である。このため、放熱の経路は、熱伝導率が低いポリイミドを通るので、フレキシブルプリント基板３０の放熱性が非常に低い。

また、図１２に示す比較例のフレキシブルプリント基板４０の放熱層は、第１の層１６を有し、第２の層１７を有していない。このため、実装部品１４から発熱した熱は第１の層１６を通る。第１の層１６は表面１１ａに平行な方向に熱伝導率が高いので、第１の層１６におけるパターン１３と接続されている面近傍では、図１２の矢印に示すように熱は拡散される。しかし、表面１２ａに垂直な方向には熱が拡散されにくいので、放熱は促進されない。このため、フレキシブルプリント基板４０の放熱性は低い。

また、図１３に示す比較例のフレキシブルプリント基板５０の放熱層は、第２の層１７を有し、第１の層１６を有していない。このため、実装部品１４から発熱した熱は第２の層１７を通る。第２の層１７は、表面１１ａに垂直な方向に熱伝導率が高いので、図１３の矢印に示すように、熱は拡散される。しかし、表面１２ａに平行な方向には熱が拡散されにくいので、放熱は促進されない。このため、フレキシブルプリント基板５０の放熱性は低い。

以上より、本実施の形態におけるフレキシブルプリント基板１０によれば、絶縁性の基板１１の表面１１ａに平行な方向に熱伝導率が高い第１の層１６と、絶縁性の基板１１の表面１１ａに垂直な方向に熱伝導率が高い第２の層１７とを有しているので、放熱性を向上することができる。

ここで、本実施の形態では、フレキシブルプリント基板１０に用いるための放熱層１２と基板１１とを備えた放熱材料を例に挙げて説明したが、特にこれに限定されない。本発明の放熱材料は、フレキシブルプリント基板などのプリント基板以外にも用いることができる。また、本発明の放熱材料を構成する放熱層は、絶縁性であってもよく、非絶縁性であってもよい。

本実施例では、第１および第２の層を有する放熱層を備えることの効果について調べた。

（本発明例１〜４）
本発明例１〜４は、基本的には実施の形態にしたがって図１に示すフレキシブルプリント基板１０を製造した。

＜導電性の基板＞
まず、パターン１３を構成する導電性の基板２０として、１００ｍｍ×１００ｍｍの面積と、２５μｍの厚さとを有するＣｕ基板を準備した。

＜絶縁性の基板＞
絶縁性の基板１１として、１００ｍｍ×１００ｍｍの面積と、２５μｍの厚さとを有するポリイミドシートを準備した。

＜放熱層の形成＞
スパッタ装置内に導電性の基板であるＣｕ基板を設置した。炉内真空度を１×１０^-4ｔｏｒｒに真空引きし、Ｃｕ基板上にスパッタリング法で、下記の表１に記載の第１の触媒となるＣｏ、Ｎｉ、またはＦｅ粒子を、異なる生成密度でコーティングした。触媒粒子の形態を確認するため、一度装置からこの試料を取り出して、ＳＥＭで観察した。その結果を下記の表１に示す。

なお、表１において、触媒粒子が互いに接触しているものを「連結」と記載し、触媒粒子が互いに接触していなかったものを「孤立」と記載している。

次に、第１の層を形成した。本発明例１では、同装置内にエタノールガスをアルゴンガスをキャリアガスとして導入し、温度７６０℃、炉内圧力１２０ｔｏｒｒで反応させて、下記の表１に記載の厚みのグラファイト層を形成した。膜厚はコーティング時間により制御した。グラファイト層を確認するため、一度装置からこの試料を取り出して、ＴＥＭ観察した。その結果、面内方向と垂直なｃ軸を持つグラフェン構造を持つグラファイトであることを確認した。また、走査電子顕微鏡観察により厚みを測定した。その結果を下記の表１に示す。

本発明例２〜４では、同装置内にＢ₂Ｈ₆ガスとＮＨ₃ガスとを導入し、温度８４０℃で反応させた後、自然冷却した。これにより、下記の表１に記載の厚みを有するｈＢＮ層を形成した。膜厚はコーティング時間により制御した。ｈＢＮ層を確認するため、一度装置からこの試料を取り出して、ＴＥＭ観察した。その結果、面内方向と垂直なｃ軸を持つグラフェン構造を持つｈＢＮであることを確認した。また、走査電子顕微鏡観察により厚みを測定した。その結果を下記の表１に示す。

次に、第２の層を形成した。具体的には、再度真空引きした後、第１の層上にスパッタリング法で第２の触媒となる下記の表１に記載のＣｏ、Ｎｉ、またはＦｅ粒子を異なる生成密度でコーティングした。触媒粒子の形態はＳＥＭで確認した。

次に、同装置内で、エタノールガスをアルゴンガスをキャリアガスとして、温度８００℃、炉内圧力３００ｔｏｒｒで反応させて、導電性の基板面にほぼ垂直に成長したカーボンナノチューブ層を形成した。膜厚はコーティング時間により制御した。ＴＥＭ観察により、回収した第２の層はカーボンナノチューブであったことを確認した。

次に、第１および第２の層の層数が下記の表１に記載の数になるまで、第１の触媒層、第１の層、第２の触媒層、および第２の層を繰り返し形成した。最表面層は、第１の層とした。この最表面層の第１の層は、それ以外の第１の層よりも厚く、下記の表１に記載の厚みとした。

＜プリント基板の作製＞
放熱層の最表面層とポリイミドシートとを接着剤で貼り合わせて、本発明例１〜４のフレキシブルプリント基板を作製した。

（比較例１）
比較例１のフレキシブルプリント基板は、本発明例１〜４と基本的には同様に製造したが、放熱層を形成しなかった点において異なっていた。

（比較例２、３）
比較例２、３のフレキシブルプリント基板は、本発明例１〜４と基本的には同様に製造したが、第２の層を形成しなかった。具体的には、放熱層として、下記の表１に記載の材料および厚みの第１の層のみを形成した。

（比較例４、５）
比較例４、５のフレキシブルプリント基板は、本発明例１〜４と基本的には同様に製造したが、第１の層を形成しなかった。具体的には、放熱層として、下記の表１に記載の材料および厚みの第２の層を形成した。

なお、比較例５の放熱層としてＢＮナノチューブを形成した方法は、以下の通りであった。別のＣＶＤ炉にカーボンナノチューブ試料と共に、Ｂ₂Ｏ₃粉末を装填したルツボを設置し、Ｎ₂ガスを２．０リットル／ｍｉｎで導入し、温度１５３０℃、圧力６００ｔｏｒｒで加熱した後、自然冷却した。これにより、カーボンナノチューブをコーティングした試料は、ＢＮナノチューブへ転化した。ＴＥＭ観察によりＢＮナノチューブであることを確認した。

（測定方法）
本発明例１〜４、比較例２〜５について、図１４に示すように、Ｃｕ基板の一部を化学エッチング処理して、直径１０ｍｍ四方のＣｕ突起部を設けた。なお、図１４では、比較例２〜５における放熱層を、放熱層１２としている。比較例１についても同様に、図１５に示すように、Ｃｕ基板の一部を化学エッチングで処理して、直径１０ｍｍ四方のＣｕ突起部を設けた。そして、この上に同面積のＡｌＮヒータ１０１を設置し加熱した。この状態で、ヒータ１０１直下の温度Ｔ０が５５℃になるように発熱量を調整し、Ｃｕ突起部直下の温度Ｔ１を測定した。６０分保持し、Ｔ１が定常温度になった時の温度を記録した。この結果を下記の表２に示す。

（測定結果）
表１に示すように、本発明例１〜４は、比較例１〜５よりも、温度Ｔ１が低かった。これは、ヒータ１０１からの熱が放熱層１２内を効率よく移動し拡散したためと考えられる。

また、第１および第２の層の少なくとも一方がＣまたはＢＮからなり、最表面層がｈＢＮからなる第１の層である本発明例２〜４は絶縁性を確保できた。このため、フレキシブルプリント基板などの絶縁層として用いることができることがわかった。

また、グラファイト層が単独層の比較例２、ｈＢＮ層が単独層の比較例３、カーボンナノチューブが単独層の比較例４、およびＢＮナノチューブが単独層の比較例５では、本発明例１〜４と比較してＴ１が高く、放熱性能が低かった。

以上より、本実施例によれば、第１および第２の層を有する放熱層を備えることにより、放熱性を向上できることがわかった。

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ フレキシブルプリント基板、１１，２０ 基板、１２ 放熱層、１１ａ，１２ａ，２０ａ 表面、１３ パターン、１４ 実装部品、１５ ワイヤ、１６ 第１の層、１７ 第２の層、１８ 第１の触媒層、１９ 第２の触媒層、１０１ ヒータ。

Claims (12)

1. 表面を有する絶縁性の基板と、
   前記絶縁性の基板上に形成され、前記絶縁性の基板の前記表面に垂直な方向がｃ軸であるグラフェン構造を有する第１の層と、前記絶縁性の基板の前記表面に垂直な方向に長さ方向が配向したナノチューブ形状を有する第２の層とを有する放熱層とを備えた、放熱材料。
2. 前記放熱層は、少なくとも一方が複数の前記第１および第２の層を有する、請求項１に記載の放熱材料。
3. 前記放熱層の厚さが３μｍ以上１０μｍ以下である、請求項１または２に記載の放熱材料。
4. 前記放熱層の最表面層が前記第１の層であり、
   前記最表面層に位置する前記第１の層の厚さが１００ｎｍ以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の放熱材料。
5. 前記第１の層と前記第２の層との合計の厚さのうち前記第２の層の厚さの比率が２０％以上５０％以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の放熱材料。
6. 前記第１の層および前記第２の層の界面に形成され、鉄、ニッケルおよびコバルトからなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含む触媒層をさらに備えた、請求項１〜５のいずれか１項に記載の放熱材料。
7. 前記第１および第２の層の少なくとも一方が炭素または窒化硼素からなり、前記放熱層の最表面層が窒化硼素からなる前記第１の層である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の放熱材料。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の放熱材料と、
   前記放熱層上に形成された導電性のパターンとを備え、
   前記放熱材料は絶縁性である、プリント基板。
9. 前記絶縁性の基板は樹脂であり、
   前記パターンは銅である、請求項８に記載のプリント基板。
10. 請求項８または９に記載のプリント基板の製造方法であって、
    前記パターンとなる導電性の基板を準備する工程と、
    前記導電性の基板上に放熱層を形成する工程と、
    前記放熱層と絶縁性の基板とを貼り合わせる工程とを備え、
    前記放熱層を形成する工程は、
    前記導電性の基板上に、鉄、ニッケルおよびコバルトからなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含む第１の触媒層を形成する工程と、
    前記第１の触媒層上に形成され、かつ前記導電性の基板の表面に垂直な方向がｃ軸であるグラフェン構造を有する第１の層を形成する工程と、
    前記第１の層上に形成され、かつ前記導電性の基板の前記表面に垂直な方向に長さが配向したナノチューブ形状を有する第２の層を形成する工程とを含む、プリント基板の製造方法。
11. 前記放熱層を形成する工程は、前記第２の層を形成する前に、前記第１の層上に第２の触媒層を形成する工程をさらに含み、
    前記第１の触媒層の密度は、前記第２の触媒層の密度よりも高い、請求項１０に記載のプリント基板の製造方法。
12. 前記導電性の基板を準備する工程では、前記導電性の基板として銅基板を用い、
    前記絶縁性の基板とを貼り合せる工程では、前記絶縁性の基板として樹脂シートを用いる、請求項１０または１１に記載のプリント基板の製造方法。

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