JP2016171101A - 放熱基板の製造方法および放熱基板 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、放熱効果を大きく得ることができる放熱基板の製造方法および放熱基板を提供することである。【解決手段】本発明にかかる放熱フレキシブル基板１００の製造方法は、銅箔２４０を形成し、銅箔２４０にグラファイト層２５０を積層した放熱層３００を形成する。部品２２０がマウントされたフレキシブル基板２１０上に放熱層３００を接着するための接着層２３０を形成する。接着層２３０上に放熱層３００を積層するものである。【選択図】図１

Description

本発明は、放熱基板の製造方法および放熱基板に関する。

従来、多種の機器において、プリント基板が用いられており、例えば、特許文献１（特開２００１−１７７０２４号公報）には、発熱素子から供給される大きな熱量を、放熱手段の受熱面に均一かつ効率的に拡散伝熱させることのできる熱拡散用伝熱プレートについて開示されている。

また、特許文献２（特開２００５−３１７９８８号公報）には、小型発熱素子の小面積の放熱面と放熱手段の受熱面との間に介在せしめ両者間を伝熱的に接続し、小型発熱素子の発熱熱量を、放熱手段の受熱面に温度均一的に面拡散せしめ伝導せしめる面間伝熱プレートを超薄形、超軽量に構成した面間伝熱プレートについて開示されている。

さらに、特許文献３（特開平６−２３２５１４号公報）には、通常形のプリント基板と同様に回路部品の半田付け作業を実施することができる放熱形プリント基板の組立方法について開示されている。

特開２００１−１７７０２４号公報 特開２００５−３１７９８８号公報 特開平６−２３２５１４号公報

以上のように、特許文献１記載の熱拡散用伝熱プレートは、受熱部への入熱を周囲に伝導拡散させる熱拡散用複合プレートであって、高純度グラファイトシートからなる中心層と、該中心層の両面又は片面に堆積された１０μmを超えない厚さの金属薄膜と、を備えることを特徴とするものであり、特許文献１の図４に示すように、放熱フィンを用いて放熱することができる。

また、特許文献２記載の面間伝熱プレートは、小面積の受熱面から入力される熱量を均一に拡散せしめて大面積の放熱面に熱量を伝熱せしめる面間伝熱プレートであって、面方向熱伝導率が極めて高く、面を貫く垂直方向の熱伝導率が低い種類のグラファイト薄肉シート層を中心層とし、熱抵抗を無視し得る厚さの接着剤の薄膜層であり中心層を挟持する第２層と、高熱伝導率の金属薄肉層であり中心層と第２層の全てを挟持する第３層とからなり、第３層の外側表面には必須構成要素とはならない、プレートの適用条件に対応する特殊機能を附加する薄膜層である第４層が被覆されてあることを特徴とし、且つ中心層、第２層、第３層は所定の温度、所定の加圧力にて相互に接着され積層化されてあるものであり、特許文献２の図２に示すように、放熱手段（放熱フィン）を用いて放熱することができる。

さらに、特許文献３記載の放熱形プリント基板の組立方法は、所定の導電パターンを形成したプリント基板本体の表面に回路部品を半田付けにより実装した後、プリント基板本体の裏面に伝熱性接着剤を介して熱伝導性の良好な金属板を積層接着するものである。
特許文献３記載の放熱形プリント基板の組立方法は、所定の導電パターンを形成したプリント基板本体の表面に回路部品を半田付けにより実装した後、プリント基板本体の裏面に伝熱性接着剤を介して熱伝導性の良好な金属板を積層接着するので、回路部品を半田付けによってプリント基板本体に実装するときに半田を溶融させるための熱が放散することがなく良好な半田付けができるとともに、金属板の積層接着後は、高い放熱性及び剛性を得られるものであり、特許文献３の図１の接着剤８を通じてアルミニウム板７に伝達されるので、アルミニウム板７の非接着面全体が放熱面となり、発生した熱の大部分を外部に放散させることによって、基板本体１の過熱を防止し回路部品４を保護するという効果が得られる。

以上のように、特許文献１および特許文献２の熱拡散用伝熱プレートおよび面間伝熱プレートは、放熱手段（放熱フィン）に接着されており、特許文献３記載の放熱形プリント基板の組み立て方法においては、基板に直接放熱シートが貼着されている。

また、最近は、基板の最小化が求められており、基板にマウントされた部品のフットパターン領域外が減少している。そのため、基板に直接アルミニウム板を貼着する代わりに、基板に直接熱拡散用伝熱プレートおよび面間伝熱プレートを貼着したとしても、放熱効果を大きく得ることができないという問題が生じる。

本発明の目的は、放熱効果を大きく得ることができる放熱基板の製造方法および放熱基板を提供することである。

（１）
一局面に従う放熱基板の製造方法は、金属箔を形成する金属箔形成工程と、金属箔にグラファイト層を積層した放熱層を形成する積層工程と、部品がマウントされた基板上に放熱層を接着するための接着層を形成する接着層形成工程と、接着層上に放熱層を積層する放熱層形成工程と、を含むものである。

この場合、金属箔を形成し、金属箔にグラファイト層を形成した放熱層を、部品がマウントされた基板上に接着する。その結果、基板にマウントされた部品の上に放熱層が形成されるので、基板全体の面積に相当する領域で放熱効果を大きく得ることができる。

（２）
第２の発明にかかる放熱基板の製造方法は、一局面に従う放熱基板の製造方法において、基板は、フレキシブル基板からなってもよい。

この場合、フレキシブル基板にマウントされた部品の熱を効率よく放熱することができる。

（３）
第３の発明にかかる放熱基板の製造方法は、一局面または第２の発明にかかる放熱基板の製造方法において、接着層形成工程は、基板の表裏の両面に接着層を形成する両面接着層形成工程を含んでもよい。

この場合、基板の面積の２倍の面積に放熱層を形成することができるので、より大きな放熱効果を得ることができる。

（４）
第４の発明にかかる放熱基板の製造方法は、一局面から第３の発明にかかる放熱基板の製造方法において、金属箔形成工程は、基板にマウントされた部品形状に応じて切り欠きを形成する切り欠き形成工程を含んでもよい。

この場合、部品の形状に応じて切り欠きを形成することができるので、基板からの実装高さの高い部品に対して実装高さの増加を抑制することができる。

（５）
他の局面に従う放熱基板は、金属箔および金属箔に積層されたグラファイト層からなる放熱層と、部品が載置された基板と、を含み、基板に放熱層の金属箔側を部品に接着したものである。

この場合、金属箔を形成し、金属箔にグラファイト層を形成した放熱層を、部品がマウントされた基板上に接着する。その結果、基板にマウントされた部品の上に放熱層が形成されるので、基板全体の面積に相当する領域で放熱効果を大きく得ることができる。
また、基板自体の熱を放熱するのではなく、部品において生じる熱を放熱することができるので、総合的に放熱効果を高く維持することができる。

（６）
第６の発明にかかる放熱基板は、他の局面に従う放熱基板において、基板は、フレキシブル基板からなってもよい。

この場合、フレキシブル基板にマウントされた部品の熱を効率よく放熱することができる。また、フレキシブル基板の可撓性および屈曲性を維持しつつ高い放熱効果を得ることができる。

（７）
第７の発明にかかる放熱基板は、他の局面または第６の発明にかかる放熱基板において、基板の表裏の両面に放熱層が形成されてもよい。

この場合、基板の面積の２倍の面積に放熱層を形成することができるので、より大きな放熱効果を得ることができる。

（８）
第８の発明にかかる放熱基板は、他の局面から第７の発明にかかる放熱基板において、基板にマウントされた部品形状に応じて放熱層が除去されてもよい。

この場合、部品の形状に応じて切り欠きを形成することができるので、基板からの実装高さの高い部品に対して実装高さの増加を抑制することができる。

第１の実施の形態にかかる放熱フレキシブル基板の構造の一例を示す模式的断面図である。 放熱フレキシブル基板の製造方法の一例を示すフローチャートである。 第２の実施の形態にかかる両面放熱フレキシブル基板の構造の一例を示す模式的断面図である。 両面放熱フレキシブル基板の製造方法の一例を示すフローチャートである。 第３の実施の形態にかかる両面放熱フレキシブル基板の構造の一例を示す模式的断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照し詳述する。以下の説明では、同一の構成には同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

＜第１の実施の形態＞
以下、第１の実施の形態について説明を行う。なお、本実施の形態において、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）について、フレキシブル基板と呼ぶ。

（放熱フレキシブル基板の構造）
図１は、第１の実施の形態にかかる放熱フレキシブル基板１００の構造の一例を示す模式的断面図である。

図１に示すように、放熱フレキシブル基板１００の構造は、フレキシブル基板２１０、部品２２０、接着層２３０、銅箔２４０、グラファイト層２５０からなる。

フレキシブル基板２１０は、一般に１００マイクロミリメートル以上の厚みからなり、接着層２３０は、１０マイクロミリメートル以上からなり、銅箔２４０は、１２マイクロミリメートル以上７０マイクロミリメートル以下の範囲内であり、グラファイト層２５０は、６マイクロミリメートル以上９マイクロミリメートル以下の範囲内からなる。

（放熱フレキシブル基板１００の製造方法）
図２は、第１の実施の形態にかかる放熱フレキシブル基板１００の製造工程の一例を示すフローチャートである。

図２に示すように、まず、銅箔２４０を形成（ステップＳ１）し、銅箔２４０にグラファイト層２５０を積層（ステップＳ２）する。この結果、放熱層３００が形成される。

次いで、フレキシブル基板２１０に部品２２０をマウントする（ステップＳ３）。部品２２０をマウントしたフレキシブル基板２１０に対して接着層２３０を形成（ステップＳ４）する。

接着層２３０を形成したフレキシブル基板２１０に対して放熱層３００の銅箔２４０側を接着（ステップＳ５）する。なお、この場合、部品２２０実装後に治具または設備を使用して接着してもよい。

以上のように、放熱フレキシブル基板１００においては、フレキシブル基板２１０に部品２２０をマウントしてから放熱層３００を接着するため、部品２２０をマウントする際の、クリームはんだの溶融を妨げない。すなわち、部品２２０をマウントする場合の放熱効果を抑制することができるため、部品２２０を確実にフレキシブル基板２１０と一体化（マウント）することができる。その結果、クリームはんだと部品２２０との接合不具合を防止することができる。

また、アルミニウム板を用いたフレキシブル基板の場合、厚みが最小１ミリメートルであるのに対し、放熱層３００を用いた放熱フレキシブル基板１００の場合、厚みが最小０．１５ミリメートルで形成することができる。
同時に、アルミニウム板を用いたフレキシブル基板の場合、フレキシブル基板の可撓性の効果を減退させ、屈曲不可という問題がある。一方、放熱層３００を用いた場合、可撓性および屈曲性を高く維持することができる。
さらに、アルミニウム板を用いたフレキシブル基板の重さを１００とした場合、放熱層３００を用いた放熱フレキシブル基板１００の重さは１０である。すなわち、１／１０の重量で形成することができる。

また、アルミニウム板を用いたフレキシブル基板の場合、熱伝導率が２から５（Ｗ／ｍ・Ｋ）であるが、放熱層３００を用いた放熱フレキシブル基板１００の場合、熱伝導率が４００（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。
このように、放熱層３００を用いた放熱フレキシブル基板１００は、アルミニウム板を用いたフレキシブル基板よりも、性能良く形成することができる。

＜第２の実施の形態＞
以下、第２の実施の形態について説明を行う。

（両面放熱フレキシブル基板の構造）
図３は、第２の実施の形態にかかる両面放熱フレキシブル基板１００ａの構造の一例を示す模式的断面図である。

図３に示すように、両面放熱フレキシブル基板１００ａの構造は、フレキシブル基板２１０、部品２２０、第１接着層２３１、第２接着層２３２、第１銅箔２４１、第２銅箔２４２、第１グラファイト層２５１、第２グラファイト層２５２を含む。

（両面放熱フレキシブル基板１００ａの製造方法）
図４は、第２の実施の形態にかかる両面放熱フレキシブル基板１００ａの製造工程の一例を示すフローチャートである。

図４に示すように、まず、第１銅箔２４１を形成（ステップＳ１１）し、第１銅箔２４１に第１グラファイト層２５１を積層（ステップＳ１２）し、第１放熱層３０１を形成する。
同様に、第２銅箔２４２を形成（ステップＳ２１）し、第２銅箔２４２に第２グラファイト層２５２を積層（ステップＳ２２）し、第２放熱層３０２を形成する。

次いで、フレキシブル基板２１０の両面に部品２２０をマウントする（ステップＳ３３）。部品２２０をマウントしたフレキシブル基板２１０の表面に対して第１接着層２３１を形成（ステップＳ３４）し、裏面に対して第２接着層２３２を形成（ステップＳ３５）する。

次いで、第１接着層２３１を形成した基板２１０の表面に対して第１放熱層３０１の第１銅箔２４１側を接着（ステップＳ３６）し、基板２１０の裏面に対して第２放熱層３０２の第２銅箔２４２側を接着（ステップＳ３７）する。

なお、上記の実施の形態においては、フレキシブル基板について例示したが、これに限定されず、他の任意の基板であってもよい。

以上のように、両面放熱フレキシブル基板１００ａにおいては、フレキシブル基板２１０に部品２２０をマウントしてから第１放熱層３０１および第２接着層３０２を接着するため、部品２２０をマウントする際の、クリームはんだの溶融を妨げない。すなわち、部品２２０をマウントする場合の放熱効果を抑制することができるため、部品２２０を確実にフレキシブル基板２１０と一体化（マウント）することができる。その結果、クリームはんだと部品２２０との接合不具合を防止することができる。

＜第３の実施の形態＞
以下、第３の実施の形態について説明を行う。

（放熱フレキシブル基板の構造）
図５は、第３の実施の形態にかかる放熱フレキシブル基板１００ｂの構造の一例を示す模式的断面図である。

図５に示すように、放熱フレキシブル基板１００ｂの構造は、フレキシブル基板２１０、部品２２０、接着層２３０、銅箔２４０の切り欠きあり銅箔２４１ｂ、グラファイト層２５０の切り欠きありグラファイト層２５１ｂからなる。

第３の実施の形態にかかる放熱フレキシブル基板１００ｂにおいては、部品２２０の高さに応じて銅箔２４０およびグラファイト層２５０で形成される放熱層３００ｂに切り欠きを形成している。当然のことながら、部品２２０の高さに応じて接着層２３０も形成されない。

以上のように、放熱フレキシブル基板１００は、銅箔２４０を形成し、銅箔２４０にグラファイト層２５０を形成した放熱層３００を、部品２２０がマウントされたフレキシブル基板２１０上に接着する。その結果、フレキシブル基板２１０にマウントされた部品２２０の上に放熱層３００が形成されるので、フレキシブル基板２１０全体の面積に相当する領域で放熱効果を大きく得ることができる。

また、両面放熱フレキシブル基板１００ａは、第１銅箔２４１を形成し、第１銅箔２４１にグラファイト層２５１を形成した放熱層３０１と、第２銅箔２４２を形成し、第２銅箔２４２にグラファイト層２５２を形成した放熱層３０２とを部品２２０がマウントされたフレキシブル基板２１０上に接着する。

その結果、フレキシブル基板２１０の表面にマウントされた部品２２０の表面に放熱層３０１が形成され、また、フレキシブル基板２１０の裏面にマウントされた部品２２０の表面に放熱層３０２が形成されるので、フレキシブル基板２１０全体の面積の２倍に相当する領域で放熱効果を大きく得ることができる。

また、放熱フレキシブル基板１００ｂにおいては、部品２２０の形状に応じて切り欠きを形成することができるので、フレキシブル基板２１０からの実装高さの高い部品に対して放熱フレキシブル基板１００ｂの厚みの増加を抑制することができる。

本発明においては、銅箔２４０、第１銅箔２４１、第２銅箔２４２、銅箔２４１ｂが「金属箔」に相当し、部品２２０が「部品」に相当し、グラファイト層２５０、第１グラファイト層２５１、第２グラファイト層２５２、グラファイト層２５１ｂが「グラファイト層」に相当し、放熱層３００、第１放熱層３０１、第２放熱層３０２、放熱層３００ｂが「放熱層」に相当し、フレキシブル基板２１０が「基板、フレキシブル基板」に相当し、接着層２３０、第１接着層２３１、第２接着層２３２が「接着層」に相当し、ステップＳ２、ステップＳ１２、ステップＳ２２の処理が「積層工程」に相当し、ステップＳ１、ステップＳ１１、ステップＳ２１の処理が「金属箔形成工程」に相当し、ステップＳ４、ステップＳ３４、ステップＳ３５の処理が「接着層形成工程」に相当し、ステップＳ１、ステップＳ２、ステップＳ１１、ステップＳ１２、ステップＳ２１、ステップＳ２２が「放熱層形成工程」に相当し、ステップＳ１，〜，Ｓ５、ステップＳ１１、ステップＳ１２、ステップＳ２１、ステップＳ２２、ステップＳ３３，〜，ステップＳ３７が「放熱基板の製造方法」に相当し、ステップＳ３６，３７の処理が「両面接着層形成工程」に相当する。

本発明の好ましい一実施の形態は上記の通りであるが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。

１００，１００ａ，１００ｂ 放熱フレキシブル基板
２１０ フレキシブル基板
２２０ 部品
２３０ 接着層
２３１ 第１接着層
２３２ 第２接着層
２４０ 銅箔
２４１ 第１銅箔
２４１ｂ 銅箔
２４２ 第２銅箔
２５０ グラファイト層
２５１ 第１グラファイト層
２５１ｂ グラファイト層
２５２ 第２グラファイト層
３００ 放熱層
３００ｂ 放熱層
３０１ 第１放熱層
３０２ 第２放熱層

Claims (8)

1. 金属箔を形成する金属箔形成工程と、
   前記金属箔にグラファイト層を積層した放熱層を形成する積層工程と、
   部品がマウントされた基板上に前記放熱層を接着するための接着層を形成する接着層形成工程と、
   前記接着層上に前記放熱層を積層する放熱層形成工程と、を含む、放熱基板の製造方法。
2. 前記基板は、フレキシブル基板からなる、請求項１記載の放熱基板の製造方法。
3. 前記接着層形成工程は、前記基板の表裏の両面に接着層を形成する両面接着層形成工程を含む、請求項１または２記載の放熱基板の製造方法。
4. 前記金属箔形成工程は、前記基板にマウントされた部品形状に応じて切り欠きを形成する切り欠き形成工程を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の放熱基板の製造方法。
5. 金属箔および前記金属箔に積層されたグラファイト層からなる放熱層と、
   部品が載置された基板と、を含み、
   前記基板に前記放熱層の前記金属箔側を前記部品に接着した、放熱基板。
6. 前記基板は、フレキシブル基板からなる、請求項５記載の放熱基板。
7. 前記基板の表裏の両面に前記放熱層が形成された、請求項５または６記載の放熱基板。
8. 前記基板にマウントされた部品形状に応じて前記放熱層が除去された、請求項５から７のいずれか１項に記載の放熱基板。
   

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