JP3173569U

JP3173569U - 薄型高熱伝導金属基板

Info

Publication number: JP3173569U
Application number: JP2011007034U
Authority: JP
Inventors: 輝陳; 孟浩張; 建輝李
Original assignee: 亞洲電材股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2021-11-29
Also published as: US20130040120A1; US9902137B2; CN102593338A; TWM420148U

Abstract

【課題】製品の厚さが薄く、放熱効率が高く、耐破壊電圧が高いといった利点を有する薄型高熱伝導金属基板を提供する。
【解決手段】銅箔層と、絶縁ポリマー層と、樹脂と樹脂に分散された放熱粉体とを含み、銅箔層との間に絶縁ポリマー層が固定的に介在された熱伝導接着層と、を備える。薄型高熱伝導金属基板は、絶縁ポリマー層が絶縁と耐電圧破壊の機能を有するため、製品全体の厚さを薄くすることができる。
【選択図】図１

Description

本考案は、ＬＥＤ等の放熱のための製品に用いられるフレキシブル基板に関し、特に高放熱効率を有する薄型高熱伝導金属基板に関するものである。

世界的な環境保全の意識の高まりにつれて、省エネや電力節約が現在の潮流となっている。ＬＥＤ産業は、近来最も注目される産業の一つである。現在、ＬＥＤ製品は、省エネで、電力を節約でき、高効率で、応答時間が速く、ライフサイクルが長く、水銀を含まないというエコ効果等に優れるものとなっている。しかしながら、一般に、ＬＥＤハイパワー製品の入力パワーは、約２０％の電気エネルギーのみが光に変換され、残りの８０％の電気エネルギーは熱エネルギーに変換される。

一般的に言えば、ＬＥＤの発光時に生じた熱エネルギーが放出されないと、ＬＥＤの接合温度が過剰に高くなり、さらに、製品のライフサイクル、発光効率及び安定性にも影響を及ぼしてしまう。

従来の放熱材料では、絶縁の要求を満たすには、絶縁特性を考慮して銅箔層の接着に用いられるペースト厚さを６０〜１２０μｍにする必要があったため、製品の全体の厚さが大きくなり、放熱効果が好ましくなくなることがあった。一方、放熱粉体が混入されたＴＰＩ（熱可塑性ポリイミド）の放熱モデルを採用すれば、製品の厚さを低減させ、絶縁特性の要求を満たすこともできるが、ＴＰＩの加工時に高温操作（操作温度が３５０℃よりも大きい）が必要となるため、加工コストが極めて高く、効果的なスループットが得られないこともあった。

特許文献１（台湾実用新案登録第Ｍ３７７８２３号）に複合式両面銅箔基板が開示されているが、この複合式両面銅箔基板の放熱効率及び絶縁性能は依然として改善の余地がある。

台湾実用新案登録第Ｍ３７７８２３号

従って、上記の問題を克服するために、本考案は、製品の厚さが薄く、放熱効率が高く、耐破壊電圧が高いといった利点を有する薄型高熱伝導金属基板を提供することを目的とする。

そこで、上記の問題を解決するために、本考案は、銅箔層と、絶縁ポリマー層と、樹脂と前記樹脂に分散された放熱粉体とを含み、前記銅箔層との間に前記絶縁ポリマー層が固定的に介在された熱伝導接着層と、を備えることを特徴とする薄型高熱伝導金属基板を提供する。

また、好ましくは、前記放熱粉体が前記熱伝導接着層の固体含有量に対して占める割合は、重量パーセントで４０〜９０％である。

具体的な実施形態において、前記放熱粉体は、炭化シリコン、窒化ホウ素、酸化アルミニウム及び窒化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも１つである。また、好ましくは、前記放熱粉体は、平均粒径が５〜２０μｍである。

本考案に係る銅箔層は、電解銅箔又は圧延銅箔であり、該銅箔層により、薄型高熱伝導金属基板に高放熱の回路層を形成することができる。一般的には、銅箔層の厚さは、１２．５〜７０μｍであるが、好ましくは３５μｍである。

本考案に係る絶縁ポリマー層の材質は、ポリイミドであってもよい。従って、該絶縁ポリマー層を使用して成形された薄型高熱伝導金属基板の耐破壊電圧及び機械強度がともに顕著に向上する。また、絶縁ポリマー層の厚さは、５〜８μｍであるのが好ましい。さらに、本考案に係る熱伝導接着層における樹脂は、エポキシ樹脂、アクリル酸系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーンゴム系樹脂、ポリ環状キシレン系樹脂、ビスマレイミド（Ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ）系樹脂及びポリイミド樹脂からなる群から選択される少なくとも１つであることが好ましい。

また、熱伝導接着層の厚さは、２０〜２５μｍであるのが好ましい。

また、本考案に係る薄型高熱伝導金属基板は、絶縁ポリマー層との間に熱伝導接着層が介在される、厚さが０．３〜３μｍである金属層をさらに含む。この金属層は、例えば、アルミニウム基板、銅基板又は鉄基板等の金属材質基板であってもよい。

また、ＬＥＤ等の放熱のための製品に適用され、コストが効果的に抑えられるように、本考案に係る薄型高熱伝導金属基板の特性を維持するため、本考案に係る熱伝導接着層の厚さは、２０〜２５μｍであるのが好ましく、絶縁ポリマー層の厚さは、５〜８μｍであるのが好ましい。

本考案者は、本考案に係る絶縁ポリマー層及び熱伝導接着層の厚さを調整することにより、本考案に係る薄型高熱伝導金属基板が、高熱伝導効率及び高い耐破壊電圧の特性を有することを見出した。

本考案によれば、製品の厚さが薄く、放熱効率が高く、耐破壊電圧が高いといった利点を有する薄型高熱伝導金属基板を提供することができる。

本考案に係る第１の実施形態の薄型高熱伝導金属基板の構造断面図を示す。本考案に係る第２の実施形態の薄型高熱伝導金属基板の構造断面図を示す。

図１は、本考案に係る薄型高熱伝導金属基板構造の第１の実施形態を示す。この実施形態において、薄型高熱伝導金属基板は、銅箔層１１と、絶縁ポリマー層１２と、樹脂と前記樹脂に分散された放熱粉体とを含み、前記銅箔層１１との間に前記絶縁ポリマー層１２が固定的に介在された熱伝導接着層１３と、を備える。

本考案に係る銅箔層１１に使用される銅箔は、電解銅箔（ＥＤ銅箔）又は圧延銅箔（ＲＡ銅箔）のいずれか１つであってもよい。一般的に言えば、銅箔層１１の厚さは、１２．５〜７０μｍであり、好ましくは３５μｍである。

絶縁ポリマー層１２の材質は、ポリイミドであり、好ましくは、ハロゲンを含まない熱硬化性ポリイミド材料であり、さらに好ましくは、自己接着性を有するとともにハロゲンを含まない熱硬化性ポリイミド材料である。

絶縁ポリマー層１２の表面に形成される熱伝導接着層１３に放熱粉体が含まれることにより、放熱効果が向上するため、本考案に係る薄型高熱伝導金属基板は、良好な放熱効果を有する。一般的には、熱伝導接着層１３の良好な接着性が維持されるように、本考案に係る放熱粉体の平均粒径は、５〜２０μｍである。

放熱粉体は、炭化シリコン、窒化ホウ素、酸化アルミニウム及び窒化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも１つである。熱伝導接着層１３における放熱粉体が熱伝導接着層１３の固体含有量に対して占める割合は、重量パーセントで４０〜９０％である。

具体的な実施形態において、熱伝導接着層１３の厚さは、２０〜２５μｍである。また、熱伝導接着層１３は、樹脂及び放熱粉体のほかに、硬化剤、ナノ充填材を含んでもよい。

図２は、本考案に係る薄型高熱伝導金属基板構造の第２の実施形態を示す。この実施形態において、薄型高熱伝導金属基板は、銅箔層２１と、絶縁ポリマー層２２と、樹脂と前記樹脂に分散された放熱粉体とを含み、前記銅箔層２１との間に前記絶縁ポリマー層２２が固定的に介在された熱伝導接着層２３と、前記絶縁ポリマー層２２との間に前記熱伝導接着層２３が介在された金属層２４と、を備える。

銅箔層２１に使用される銅箔は、電解銅箔（ＥＤ銅箔）又は圧延銅箔（ＲＡ銅箔）であってよい。一般的に言えば、銅箔層２１の厚さは、１２．５〜７０μｍであり、好ましくは３５μｍである。

具体的に応用される場合、絶縁ポリマー層２２の材質は、ポリイミドである。また、絶縁ポリマー層２２の材質は、ハロゲンを含まない熱硬化性ポリイミド材料、または自己接着性を有するとともにハロゲンを含まない熱硬化性ポリイミド材料であってもよい。

熱伝導接着層２３に放熱効果を向上可能な放熱粉体が含まれているため、本考案に係る薄型高熱伝導金属基板は、良好的な放熱効果を有する。一般的には、放熱粉体の平均粒径は、５〜２０μｍであり、熱伝導接着層２３の厚さは、２０〜２５μｍである。

また、放熱粉体は、炭化シリコン、窒化ホウ素、酸化アルミニウム及び窒化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも１つである。熱伝導接着層２３における放熱粉体が熱伝導接着層２３の固体含有量に対して占める割合は、重量パーセントで４０〜９０％である。

また、熱伝導接着層２３は、樹脂及び放熱粉体の他に、硬化剤、ナノ充填材を含んでもよい。

熱伝導接着層２３は、各種の金属又はその他の基材に貼着可能である。この具体的な実施形態において、金属層２４は、圧着・熱硬化のために熱伝導接着層２３の外表面に貼着可能であり、金属層２４は、例えば、アルミニウム基板、銅基板又は鉄基板等の金属材質基板であってもよい。

また、ＬＥＤ回路基板に適用され、コストが効果的に抑えられるように、本考案に係る薄型高熱伝導金属基板の特性を維持するため、必要に応じて熱伝導接着層及び絶縁ポリマー層の厚さを調整することができる。また、熱伝導接着層の厚さは、２０〜２５μｍであるのが好ましく、絶縁ポリマー層の厚さは、５〜８μｍであるのが好ましい。

薄型高熱伝導金属基板の製造方法について説明する。この製造方法は、絶縁ポリマーを銅箔層の表面に塗布するとともにベーキングし乾燥させて絶縁ポリマー層を形成することにより、片面銅箔基板を得る工程と、塗布又は転写により熱伝導接着層を前記絶縁ポリマー層の表面に形成することにより、前記絶縁ポリマー層を前記熱伝導接着層と前記銅箔層との間に介在させるとともに前記熱伝導接着層を半重合半硬化状態にさせる工程と、前記熱伝導接着層を硬化させることにより薄型高熱伝導金属基板を形成する工程とを含む。

他の具体的な製造方法において、薄型高熱伝導金属基板の製造方法は、前記熱伝導接着層を完全に硬化させる前に、金属層を前記熱伝導接着層の外表面に貼着させ、前記熱伝導接着層を前記絶縁ポリマー層と前記金属層との間に介在させることにより薄型高熱伝導金属基板を形成する工程をさらに備える。

（テスト例：熱伝導分析テスト）
薄型高熱伝導金属基板に対して熱伝導分析のテストを行った。熱伝導率計（ＨｏｔＤｉｓｋ）を使用して熱伝導分析のテストを行い、検知器の上下両面に、完全に硬化された上で銅箔層がエッチングされた薄型高熱伝導金属基板サンプルをそれぞれ被覆し、該２つの薄型高熱伝導金属基板の外側面においてサンプル及び検知器を２つの鋼板によってそれぞれ挟み、サンプルの熱伝導性能を検知器により測定し、本考案のサンプルに対して行ったテストを実験群とする。同様に、一般の熱伝導基板の接着層の熱伝導性能を比較例として測定し、測定された熱伝導率の結果を表１に示す。

上記の表１から分かるように、一般の熱伝導基板と比較すると、本考案に係る薄型高熱伝導金属基板は、熱伝導接着層の厚さが２０〜２５μｍであり、絶縁ポリマー層の厚さが５〜８μｍであるように構成されているため、製品全体の厚さが低減され、熱伝導効率が０．０４以上にも達し、また、放熱粉体のタイプを調整することにより、超高熱伝導の効果を達成することができる。また、絶縁ポリマー層が設けられているため、本考案に係る薄型高熱伝導金属基板は、高い耐破壊電圧の効果を達成することができる。

１１、２１…銅箔層
１２、２２…絶縁ポリマー層
１３、２３…熱伝導接着層
２４…金属層

Claims

銅箔層と、
絶縁ポリマー層と、
樹脂と前記樹脂に分散された放熱粉体とを含み、前記銅箔層との間に前記絶縁ポリマー層が固定的に介在された熱伝導接着層と、
を備えることを特徴とする薄型高熱伝導金属基板。
前記熱伝導接着層における放熱粉体が前記熱伝導接着層の固体含有量に対して占める割合は、重量パーセントで４０〜９０％であることを特徴とする請求項１に記載の薄型高熱伝導金属基板。
前記放熱粉体は、平均粒径が５〜２０μｍであり、炭化シリコン、窒化ホウ素、酸化アルミニウム及び窒化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも１つであることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄型高熱伝導金属基板。
前記銅箔層は、電解銅箔又は圧延銅箔であることを特徴とする請求項１に記載の薄型高熱伝導金属基板。
前記銅箔層の厚さは、１２．５〜７０μｍであり、前記絶縁ポリマー層の厚さは、５〜８μｍであり、前記熱伝導接着層の厚さは、２０〜２５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の薄型高熱伝導金属基板。
前記絶縁ポリマー層の材質は、ポリイミドであることを特徴とする請求項１に記載の薄型高熱伝導金属基板。
前記熱伝導接着層における樹脂は、エポキシ樹脂、アクリル酸系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーンゴム系樹脂、ポリ環状キシレン系樹脂、ビスマレイミド（Ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ）系樹脂及びポリイミド樹脂からなる群から選択される少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の薄型高熱伝導金属基板。
前記絶縁ポリマー層との間に前記熱伝導接着層が介在される、厚さが０．３〜３μｍである金属層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の薄型高熱伝導金属基板。