JP5463205B2 - フレキシブル回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、フレキシブル回路基板に関し、特に放熱性に優れたフレキシブル回路基板に関する。

従来より、回路素子が実装される回路基板としてフレキシブル回路基板が知られている。フレキシブル回路基板は、基層としての絶縁フィルムの表面に銅箔等で配線層が形成されたもので、軽くて薄く、さらに柔軟に折り曲げることができるといった特性があるので、近年では電子機器のみならず、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）を光源とする照明装置等にも用いられている。

一方、近年、電子機器の操作、制御の高速・高度化、又は照明装置の発光輝度の増大等への要求が益々高まっており、このような要求に応えるために、大電流をフレキシブル回路基板に流す場合がある。しかしながら、フレキシブル回路基板に大電流を流す場合、配線層に接続されている電気抵抗や、発光素子等の回路素子からの発熱量が増大し、その結果、熱暴走によって回路素子が損傷したり、回路素子の寿命が短くなる等の問題が生じる。

そこで配線層、又は回路素子において発生した熱を放熱するための手段として、アルミ板等の放熱板を回路素子が実装されている部分の裏面に積層する構成が知られている。このような回路基板を、放熱板が機器の筺体に密着するように取り付けることで、回路素子で生じた熱を放熱板を介して筺体へ熱を逃がすことが可能になる。なお、関連する技術が特許文献１〜３に開示されている。

特開平５−１９１０１３号公報 実用新案登録第２５３７６３９号公報 特開２０００−１６７９７９号公報

しかしながら上記従来の技術には次の課題がある。
＜課題１：反りの発生＞
配線層を線膨張係数代表値が１７×１０^−６/Ｋで厚さ３５〜７０μｍの銅箔によって
形成し、これに対して線膨張係数代表値が２３×１０^−６/Ｋで厚さ１〜３ｍｍのアルミ
板を放熱板として採用する場合、配線層と放熱板とがそれぞれ線膨張係数と厚みが異なる材質によって形成される、所謂バイメタル構造となるので、温度上昇の際にアルミ板に反りが生じ、アルミ板と機器の筺体との密着面積が低下する。よってアルミ板の放熱性能が低下するので、回路素子で発生した熱を十分に放熱することが出来ない。

＜課題２：厚みの増大＞
放熱板としてアルミ板を採用する場合は、十分な放熱性を確保するためにアルミ板の厚さを１〜３ｍｍとすることが必要となり、その結果、回路基板全体が厚くなる。さらにアルミ板が反ることで生じるアルミ板の剥離を防ぐべく、アルミ板を回路基板に対して接着させるための絶縁接着材層を厚くすると、回路基板全体がさらに厚くなる。

これに対して、回路基板が取り付けられる機器は１００μｍ単位での薄型化が図られており、このような厚みのある回路基板を採用することは、機器の薄型化を妨げる要因となる。なお、ここではアルミ板を放熱板として用いた場合について説明しているが、他にもセラミック基板、厚銅板採用メタル基板を放熱板として採用する構成も知られており、このような場合もアルミ板と同様に回路基板全体の厚みが増大するといった課題がある。

＜課題３：形状加工の困難性＞
回路基板が取り付けられる機器によっては、機器の筺体の形状に沿って回路基板に曲げ加工を施す必要がある（特許文献１）。しかし、放熱板にアルミ板、セラミック基板、又はメタル基板等を採用する場合、曲げ加工を施すとクラック、割れ、配線層の断線が発生する可能性が高く、よってこれらの回路基板は平面板形状としてしか使用できない。よって、機器の機械寸法的障害につながる。なお、アルミ板の曲げ部にスリットを設けてアルミ板を曲げやすくする方法も知られているが、この場合はスリットにおいて伝熱が阻害され、アルミ板の放熱性能が低下するといった課題がある（特許文献２）。

＜課題４：平面性の維持＞
上述のアルミ板、セラミック基板、又はメタル基板に代わって、放熱層として薄い銅箔を採用するフレキシブル回路基板が提案されている。アルミの熱伝達率が１６０Ｗ/ｍ・
Ｋであるのに対し、銅の熱伝達率は３９４Ｗ/ｍ・Ｋであるので、放熱層として薄い銅箔
を用いる場合は、フレキシブル回路基板全体の厚さを薄くしつつ、アルミ板に劣ることのない十分な放熱性能を確保することができる。

さらに配線層も銅箔によって形成されているので、配線層と放熱層とが同種の材料によって形成されることになり、上述した放熱板の反り課題、厚みの増大の課題を解決することができる。さらに銅箔を放熱層に用いる場合は、アルミ板を用いる場合と比較すると、フレキシブル回路基板に対して容易に曲げ加工を施すことが可能になるので、形状加工を施し易いといった効果もある。

しかしながら、このようなフレキシブル回路基板には次の課題がある。即ち、フレキシブル回路基板の製造工程、運送工程、筺体への取り付け工程等において、放熱層としての銅箔が凹凸変形して平面性が損なわれ、筺体に密着させる放熱層の密着面積が減少するといった課題（平面性の課題）がある。放熱層と筺体との密着面積が減少すると、両者間の熱抵抗が高まり、放熱層から筺体へ効果的に熱を伝えることが出来なくなるので、放熱層の放熱性能が大きく低下してしまう。なお、放熱層の凹凸変形は、銅箔の弾性が低く柔らかいため、衝撃等によって銅箔が塑性変形しやすいことが主な要因である。

なお、厚みのある銅箔を採用する場合も、銅箔が柔らかければ容易に塑性変形、凹凸変形が生じ、平面性が損なわれてしまう。特許文献３には、圧延銅箔の配線に補強目的で厚い電解銅箔を貼り合わせる技術が開示されているが、銅箔の弾性（硬さ）、又は平面性を維持するための技術思想は何ら開示されていない。

本発明は上記従来技術に鑑みてなされたものであり、放熱層を有するフレキシブル回路基板において、薄型化を達成しつつ容易に曲げ加工を施すことが可能であり、かつ放熱層の平面性を維持することが可能なフレキシブル回路基板を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明にあっては、
回路素子と電気的に接続可能な配線層、絶縁層、及び放熱層を少なくとも有するフレキシブル回路基板において、
前記配線層は、
引っ張り強度２５０ＭＰａ以下で且つ厚さが５０μｍ以下の銅箔によって形成され、
前記放熱層は、
引っ張り強度４００ＭＰａ以上で且つ厚さが７０μｍ以上の銅箔によって形成されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、配線層と放熱層とが共に銅箔によって形成されているので、フレキシブル回路基板に対して容易に曲げ加工を施すことができ、筺体の形状に合わせてフレキシブル回路基板を所望の形状に加工することが可能になる。また、配線層と放熱層とが共に銅箔であることから、温度上昇の際に一方が反って剥離する虞がない。よって、剥離を防止する為の絶縁接着材層の厚膜化を避けることができ、フレキシブル回路基板の薄型化を達成できる。

さらに放熱層が、引っ張り強度４００ＭＰａ以上の高弾性（硬い）銅箔によって形成されているので、フレキシブル回路基板の製造工程、運送工程、筺体への取り付け工程等において、放熱層としての銅箔が凹凸変形しにくく、よって放熱層の平面性を維持することが可能になる。その結果、放熱層と筺体との間の熱抵抗が低下し、放熱層から筺体へ効果的に熱を逃がすことが可能になる。また、放熱層がフレキシブル回路基板の形状を維持するための補強手段として機能することで、実装される回路素子の取り付け位置、姿勢を安定させることができる。

なお、フレキシブル回路基板の製造工程で加熱処理が施される場合は、その処理によって銅箔の引っ張り強度が変化する場合があるが、ここでいう「引っ張り強度」とは、フレキシブル回路基板の完成状態（加熱処理を行う場合はその熱履歴を受けた後の状態）における引っ張り強度を指すものとする。

また、
前記放熱層は、
厚さが２５０μｍ以下の銅箔によって形成されていると好適である。

かかる構成によれば、放熱層の厚さを２５０μｍ以下とすることで、フレキシブル回路基板の薄型化を達成しつつ、より容易に曲げ加工を施すことができる。

また、
前記放熱層は、
前記配線層又は前記絶縁層が積層されている第１領域と、前記第１領域から延びて前記配線層及び前記絶縁層が積層されていない第２領域とを有しており、前記第２領域をヒートシンク領域として用いると好適である。

かかる構成によれば、放熱層を延ばして放熱層の表面積を拡大し、拡大された領域（第２領域）をヒートシンク領域とすることで、放熱層からの放熱量を増大させることが可能になる。即ち、放熱性能をより高めることが可能になる。

また、
前記ヒートシンク領域にはフィンが設けられていると好適である。

かかる構成によれば、フィンを設けることによってヒートシンク領域の伝熱面積を増大させることができるので、ヒートシンク領域における放熱量をより増大させることができる。即ち、放熱性能をより高めることが可能になる。

以上より、本発明によれば、放熱層を有するフレキシブル回路基板において、薄型化を達成しつつ容易に曲げ加工を施すことが可能であり、かつ放熱層の平面性を維持することが可能なフレキシブル回路基板を提供することが可能になる。

第１実施形態に係るフレキシブル回路基板の概略断面図。 第１実施形態に係るフレキシブル回路基板の製造工程を説明する為の図。 第１実施形態に係るフレキシブル回路基板の概略断面図。 第１実施形態に係るフレキシブル回路基板の概略断面図。 第１実施形態に係るフレキシブル回路基板の概略断面図。 第２実施形態に係るフレキシブル回路基板の概略構成図。 第２実施形態に係るフレキシブル回路基板の組み立てを説明する為の図。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜第１実施形態＞
[１−１：フレキシブル回路基板の概略構成について]
図１（ａ）、図１（ｂ）を参照して、本実施形態に係るフレキシブル回路基板の概略構成について説明する。図１（ａ）、図１（ｂ）は、本実施形態に係るフレキシブル回路基板の概略断面を示すものである。

フレキシブル回路基板は、放熱層３ｂ（厚さ１００μｍ〜１５０μｍ）の上側に、熱伝導性接着材層４、ポリイミドフィルム２（絶縁層：厚さ約３μｍ）、配線層３ａ（厚さ１８μｍ、又は３５μｍ）を順に積層し、さらに放熱層３ｂの下側に、保護紙６付きの高熱伝導粘着剤層５（厚さ約５０μｍ）を設けたものである。また、配線層３ａの上側は、ランド部や接続端子部（これらを接続部８とする）を残してレジスト７（厚さ約２０μｍ）によって被覆保護されている。これによると、配線層３ａを衝撃等から保護しつつ、接続部８において、実装される回路素子と配線層３ａとの電気的な接続をとることが可能になる。なお、本実施形態では、回路素子としてＬＥＤ１を採用し、ＬＥＤ１から射出された光を好適に反射して輝度を上げるべく、レジスト７には白色レジストが採用されている。

ＬＥＤ１の実装位置は、接続部８と確実に接続可能な位置であれば特に限定されるものではない。即ち、図１（ａ）に示すようにポリイミドフィルム２との間に空隙を設けてＬＥＤ１を実装してもよいし、また、図１（ｂ）に示すように放熱層３ｂの上面に直接ＬＥＤ１を実装してもよい。なお、図１（ａ）に示す構成の場合に、ＬＥＤ１とポリイミドフィルム２との間の空隙に配線層３ａ（ダミーパターン）を形成することで、ＬＥＤ１で生じた熱をダミーパターンを介して放熱層３ｂへ効率良く伝えることができる。また、図１（ｂ）に示すように放熱層３ｂの上面にＬＥＤ１を直接実装すれば、ＬＥＤ１で生じた熱をより効果的に放熱層３ｂで放熱することができる。

[１−２：放熱のメカニズムについて]
本実施形態に係るフレキシブル回路基板は、保護紙６を剥がし、それによって露出した高熱伝導粘着剤層５を機器の筺体へ貼り付けることで機器へ装着される。機器への装着が完了した状態でＬＥＤ１に通電されると、ＬＥＤ１で生じた熱は、配線層３ａからポリイミドフィルム２、熱伝導性接着材層４を介して放熱層３ｂへ伝達し、放熱層３ｂ内を面方向（厚さ方向と直交する方向）に拡散し、さらに放熱層３ｂから高熱伝導粘着剤層５、保
護紙６を介して筺体へ伝達する。これにより、ＬＥＤ１で生じた熱を筺体へ逃がすことが可能になり、ＬＥＤ１を好適に冷却することが可能になる。

ここで、ＬＥＤ１から筺体へ通じる伝熱経路における熱抵抗を低くするため、即ち、ＬＥＤ１で生じた熱をより効率良く筺体へ逃がすために、粘着剤層５は高熱伝導性を有していると好適である。また、同様の理由で、ポリイミドフィルム２と放熱層３ｂとを接着する接着材層４も熱伝導性を有していると好適である。

[１−３：配線層と放熱層に適用可能な材料について]
本実施形態では、配線層３ａと放熱層３ｂとを共に銅箔によって形成している。さらに放熱層３ｂを形成する銅箔は、フレキシブル回路基板の製造後の段階で、引っ張り強度４００ＭＰａ以上の特性を有していることが特徴である。ここで配線層３ａと放熱層３ｂとに適用可能な材料について詳しく説明する。

配線層３ａとしては、タフピッチ銅箔（純度９９．９０％以上）、無酸素圧延銅箔（純度９９．９６％以上）、又は電解銅箔（純度９９．９０％以上）を採用することが可能である。これらの銅箔は導体抵抗が低く、低弾性であり、曲げ加工を施しやすい。これらの材料を用い、さらに厚さを５０μｍ以下とすることで、外部からの衝撃に対しても破断することなく柔軟に変形可能な配線層３ａを形成することができる。

なお、本実施形態では配線層３ａの引っ張り強度を２５０ＭＰａ以下としているが、この引っ張り強度は、フレキシブル回路基板の製造工程（後に説明）において加熱処理を施し、その熱履歴を受けた後における数値を示すものである。一般的に配線層３ａに用いられるような純度が高い銅箔、特に圧延銅箔は、加熱処理を受けることで鈍り、引っ張り強度が低下する性質がある。即ち、加熱処理前は４００ＭＰａの引っ張り強度がある銅箔であっても、加熱処理を行うことで１００℃を超える熱履歴を受け、加熱後は２５０ＭＰａ以下の引っ張り強度になる場合がある。即ち、ここで説明する配線層３ａ（以下で説明する放熱層３ｂも同様）の引っ張り強度とは、加熱処理後、即ち熱履歴を受けた後の引っ張り強度を指すものとする。

放熱層３ｂとしては、フレキシブル回路基板の製造工程で加熱処理を受けても鈍らない（＝引っ張り強度が大きく低下しない）耐熱性を有した銅箔が採用されている。より具体的には、熱ラミネート、オープンキュア温度（１５０℃〜２００℃）では鈍らない耐熱性を有する高弾性銅箔が用いられている。このような耐熱性を有する高弾性銅箔として、合金化された銅箔が挙げられ、本実施形態では、日鉱金属株式会社製の圧延銅箔（ＨＳ１２００）が用いられている。この圧延銅箔は、３００℃の熱履歴を受けても引っ張り強度が大きく低下しないといった性質を有しているので、フレキシブル回路基板の製造後の段階でも放熱層３ｂの引っ張り強度を４００ＭＰａ以上に保つことが可能になる。なお、放熱層３ｂの厚さは７０μｍ以上であれば、ＬＥＤ１で生じた熱を十分に放熱することが可能であり、２５０μｍ以下であれば、フレキシブル回路基板に対してより容易に曲げ加工を施すことが可能になる。

このように放熱層３ｂとして高弾性銅箔を採用することで、フレキシブル回路基板の製造工程、運送工程、筺体への取り付け工程等において、放熱層３ｂが凹凸変形して平面性が損なわれる可能性を低減することができる。よって、筺体に密着させる放熱層３ｂの密着面積が減少する虞がないので、高いレベルで放熱性能を維持することが可能になる。また、高弾性の銅箔を放熱層３ｂとして用いる場合、放熱層３ｂがフレキシブル回路基板の形状を維持する補強手段として機能するので、配線層３ａに実装されたＬＥＤ１の取り付け位置、姿勢を安定させることができる。

ここで、配線層３ａに適用可能なタフピッチ銅箔と、放熱層３ｂに適用可能な高弾性銅箔との特性の違いを補足的に説明する。上述したように、高純度のタフピッチ銅箔は加熱処理を受けることで鈍り、加熱後は引っ張り強度が大幅に低下するといった特性がある。一方で、高弾性銅箔は、加熱処理を受けても鈍りにくく引っ張り強度が低下しにくいといった特性がある。以下に、タフピッチ銅箔と高弾性銅箔（日鉱金属株式会社製：ＨＳ１２００）とに対してアニール処理（２００℃の加熱を３０分行う処理）を施した場合の「引っ張り強度」「伸び率」「ヤング率」の変化を示す。

＜タフピッチ銅箔（厚さ３５μｍ）＞
・アニール処理前
引っ張り強度：４５０ＭＰａ、伸び率：２．０％、ヤング率：１０５ＧＰａ
・アニール処理後
引っ張り強度：２３０ＭＰａ、伸び率：２０．０％、ヤング率：１０５ＧＰａ
＜タフピッチ銅箔（厚さ１５０μｍ）＞
・アニール処理前
引っ張り強度：４２０ＭＰａ、伸び率：２．０％、ヤング率：１０５ＧＰａ
・アニール処理後
引っ張り強度：２４０ＭＰａ、伸び率：４０．０％、ヤング率：１０５ＧＰａ
＜高弾性銅箔（ＨＳ１２００）（厚さ１５０μｍ）＞
・アニール処理前
引っ張り強度：５２０ＭＰａ、伸び率：２．０％、ヤング率：１０５ＧＰａ
・アニール処理後
引っ張り強度：５１０ＭＰａ、伸び率：６．０％、ヤング率：１０５ＧＰａ

このように、タフピッチ銅箔はアニール処理を受けることで引っ張り強度が大幅に低下しているのに対し、高弾性銅箔はアニール処理を受けてもほとんど引っ張り強度は低下しないことがわかる。なお、ここでは挙げていないが、配線層３ａに適用可能な材料である無酸素圧延銅箔、又は電解銅箔も、タフピッチ銅箔と同様の特性を有している。

[１−４：フレキシブル回路基板の製造工程について]
図２を参照して、フレキシブル回路基板の製造工程について説明する。図２（ａ）〜図２（ｅ）は、フレキシブル回路基板の製造工程を順に示すものである。

フレキシブル回路基板を製造する際は、まず、配線層用の低弾性の銅箔３ａの片面にポリイミドフィルム２を貼り付けた片面銅貼板と、シート状の熱伝導性接着材４と、放熱層用の高弾性の厚銅箔３ｂとを用意する（図２（ａ））。次に、熱伝導性接着材４を介して、片面銅貼板のポリイミドフィルム２側と厚銅箔３ｂとを積層し、さらに加熱・加圧して積層体を製造する（図２（ｂ））。なお、上述したように本実施形態に用いられる厚銅箔３ｂは、この際の加熱処理を受けても鈍らない性質を有している。

製造された積層体の配線層３ａ上に所定のネガパターンのエッチングレジスト（不図示）を形成し、露出した部分の銅をエッチング除去して配線パターンを形成する（図２（ｃ））。これにより、所定のパターンを有した配線層３ａが形成される。さらに配線パターン上の所定の開口部を除いて、配線層３ａをカバーフィルム、又はカバーコート（ソルダレジスト）等のカバーレイ９によって被覆し、配線層３ａを絶縁保護する（図２（ｄ））。

その後、カバーレイ９から露出した配線パターンに防錆処理、又は半田めっき・錫めっき・金めっき等の所定の表面処理を施し、ＬＥＤ、ＩＣ等の回路素子を実装する。また、必要に応じてフレキシブル回路基板に形状加工を施して所望の形状とする（図２（ｅ））
。以上の製造工程により、放熱層３ｂとして厚銅箔を有するフレキシブル回路基板を得ることができる。

[１−５：サーマルビアについて]
図３を参照して、フレキシブル回路基板のサーマルビア（伝熱経路）について説明する。本実施形態に係るフレキシブル回路基板は、図１に示す構成の他に、例えば図３に示すサーマルビアを有する構成を採用することが可能である。

図３（ａ）に、ＴＨ（Through Hole）のサーマルビアを有する一形態を示す。層構成は図１（ａ）と同様であるが、配線層３ａから放熱層３ｂまで貫通する穴がＮＣドリル等で穿設され、銅めっき１０によるＴＨが形成されている。ＬＥＤ１の直下にはＴＨのサーマルビアが形成されており、ＬＥＤ１で発生した熱を、ＴＨを通して効率良く放熱層３ｂに伝達することができる。

図３（ｂ）に、ＢＶＨ（Blind Via Hole）のサーマルビアを有する一形態を示す。図３（ａ）と異なり、放熱層３ｂ表面まで通じる非貫通穴がレーザ等で穿設され、銅めっき１０により、ＢＶＨが形成されている。図３（ａ）と同様に、ＬＥＤ１の直下にＢＶＨのサーマルビアが形成されており、ＬＥＤ１で発生した熱を、ＢＶＨを通して効率良く放熱層３ｂに伝達することができる。

[１−６：両面構造について]
図４を参照して、両面構造を有するフレキシブル回路基板について説明する。上記では、ポリイミドフィルム２の片側に配線層３ａが形成された片面構造について説明したが、ポリイミドフィルム２の両側に配線層３ａが形成された両面構造を採用することが可能である。

図４（ａ）に、両面をＴＨで接続した両面フレキシブル回路基板の一形態を示す。両面フレキシブル回路基板は、熱伝導性接着材層４を介して放熱層３ｂと積層されている。両面フレキシブル回路基板に実装されたＬＥＤ１で発生した熱は、ＴＨ等を通じて裏面の銅めっき１０に伝わり、熱伝導性接着材層４を介して、放熱層３ｂに伝達される。図示の形態では、層間絶縁性向上の為に、薄いポリイミド層２を放熱層３ｂ上に形成している。

図４（ｂ）に、両面をＢＶＨ（Blind Via Hole）で接続した両面フレキシブル回路基板の一形態を示す。図示の例では、図３（ｂ）と同様にＢＶＨが直接放熱層３ｂにまで達しているので、両面フレキシブル回路基板に実装されたＬＥＤ１で発生した熱を、より効率的に放熱層３ｂに伝達することができる。

[１−７：多層構造について]
図５を参照して、多層構造を有するフレキシブル回路基板について説明する。本実施形態では、配線層３ａが多層にわたって構成された多層構造を採用することが可能である。

図５（ａ）は、ＬＥＤ１及びＩＣ１１を表面に実装した形態である。配線層３ａは３層構造としており、放熱層３ｂの上側に熱伝導性接着材層４とポリイミドフィルム２を介して配線層３ａが形成されており、さらにその上側に両面フレキシブル回路基板が層間接着材層４を介して積層されている。そして、それぞれの配線層３ａを接続するＢＶＨが銅めっき１０により形成されている。

図示の形態では、配線層３ａを高密度に形成する為、図中左から全配線層３ａを接続する階段状のステップビア、ＬＥＤ１の熱を伝達するサーマルビア、表面側の二層を接続するサーフェイスビア、最表層と最内層とを接続するスキップビアと多種類のビアの組み合
わせとなっている。ＬＥＤ１で発生した熱はサーマルビアを通して効率良く放熱層３ｂに伝達される。

図５（ｂ）は、ＬＥＤ１を表面に、ＩＣ１１を多層構造の内部に実装した形態を示している。配線層３ａは４層構造としており、放熱層３ｂの上側に熱伝導性接着材層４とポリイミドフィルム２を介して第一の配線層３ａが形成されており、その上側に第一の層間接着材層４を介して第二の配線層３ａを有する片面フレキシブル回路基板が積層されている。

片面フレキシブル回路基板と第一の層間接着材層４には、ＩＣ１１の実装部分にキャビティが設けられており、そのキャビティ内にＩＣ１１を第一の配線層３ａ上に実装している。ＩＣ１１にはコート材１１ａが被覆されており、キャビティを隙間なく埋めている。更にその上に、第二の層間接着材層４を介して第三の配線層３ａと最外層である第四の配線層３ａを有する両面フレキシブル回路基板が積層されている。

所定箇所に貫通穴または非貫通穴が穿設され、銅めっき１０によりＴＨやＢＶＨが形成されることで配線層３ａ間が接続されている。図示の形態では、左からＬＥＤ１の熱を伝達するサーマルビア、第四の配線層３ａと第二の配線層３ａとを接続するスキップビア、、第四の配線層３ａと第三の配線層３ａとを接続するサーフェイスビア（サーマルビア）、全層を貫通するＴＨが形成されている。ＩＣ１１を内部に実装している為、表面にはその分、他の回路素子を実装することが可能となる。図示の例では、ＬＥＤ１を二つ実装している。

なお不図示ではあるが、上述の形態において、ビア内を銅めっき１０で充填するビアフィルめっきによりフィルドビアを形成することで、ビアの熱伝達の効率をさらに高めることが可能である。また、ビア内に高熱伝導性ペーストを印刷で埋め込んでも良い。また、放熱層３ｂをべたグランド層として用いることも可能である。

また、多層構造を有するフレキシブル回路基板において、所定の位置において、内部に形成されている配線層３ａ等を除いて中空構造を形成し、さらに高熱伝導粘着剤層５、保護紙６を切り欠くことで、その位置を折り曲げ部とすることも可能である。この構成によると、特に外側の配線層３ａにかかる応力が低減され、配線層３ａの断線を抑止することができる。また、筺体にフレキシブル回路基板を貼り付ける際に、筺体側の曲げ角度と折り曲げ部における曲げ角度に不一致があった際に、高熱伝導粘着剤層５、保護紙６を切り欠いた分、その差を緩和することができる。なお、折り曲げ部における配線層３ａの数は、折り曲げ性の観点から３層以内とすることが望ましい。

[１−８：効果の検証]
二つの検証試験（ハンドリング試験、曲げ形状維持試験）、及び従来の回路基板との比較実験の結果に基づいて、本実施形態の効果を検証する。

（ハンドリング試験）
（１）試験方法
試験片の短い辺の中心の端からおよそ３０ｍｍ付近に片手の親指の先端を合わせ、この裏側に人指し指を添えて挟み、およそ１秒で約９０度角を振り下ろし止めた時の形状変化を見た。試験サンプル数は、各タイプ５個ずつとする。
（２）試験片
構造：配線層として厚さ３５μｍタフピッチ銅箔を、絶縁層２８μｍ（ポリイミドフィルム厚さ３μｍと接着材層厚さ２５μｍ）を介して放熱層としての厚さ１５０μｍの厚銅箔に熱圧着した平板。
寸法：
Ａタイプ：幅３０ｍｍ×長さ３００ｍｍ
Ｂタイプ：幅２００ｍｍ×長さ２００ｍｍ
（３）評価基準（指元の変形状態）
◎…殆ど変化しない ○…面を維持してなだらかな曲面状態に変形している △…面は維持されず立体的に多少変形している ×…面は維持されず立体的に大きく変形している

（曲げ形状維持試験）
（１）試験方法
試験片の短い辺の中心の端からおよそ３０ｍｍ付近に片手の親指の先端を合わせ、この裏側に人指し指を添えて挟み、谷折り面を上に向けておよそ１秒で約９０度角を振り下ろし止めた時の曲げ角度の変化を見た。試験サンプル数は、各タイプ５個ずつとする。
（２）試験片
構造：配線層として厚さ３５μｍタフピッチ銅箔を、絶縁層２８μｍ（ポリイミドフィルム厚さ３μｍと接着材層厚さ２５μｍ）を介して放熱層としての厚さ１５０μｍの厚銅箔に熱圧着した平板。
寸法：
Ａタイプ：幅３０ｍｍ×長さ２００ｍｍ。長手方向の中心１００ｍｍの個所で、配線面を谷折り角度９０度、Ｒ１ｍｍで折り曲げたもの。
Ｂタイプ：幅３０ｍｍ×長さ２００ｍｍ。長手方向の中心１００ｍｍの個所で、配線面を山折り角度９０度、Ｒ１ｍｍで折り曲げたもの。
（３）評価基準（角度９０度からの開き）
◎…角度９０度を維持している ○…開きは最大でも９３度以内に収まっている △…開きは最大でも１１０度以内に収まっている ×…開きは１１０度以上となっている

上記二つの検証試験の試験結果を表１に示す。

表１によると、放熱層３ｂに用いられる厚銅箔の引っ張り強さは４２０ＭＰａで、Ａタイプ・Ｂタイプともに折り曲げ形状維持試験を基準をクリアでき、ハンドリング試験もＢタイプに若干の変形は認められるものの、Ａタイプでは基準をクリアしていることがわかる。この結果から、厚銅箔の引っ張り強さが約４００ＭＰａ以上あれば、フレキシブル回路基板として、不用意な凹凸変形の発生を抑止して平面性を維持できると共に、折り曲げて立体形状に加工することが可能であることがわかる。即ち、平面性の維持と形状加工性を両立させることができる。

また、厚銅箔の引っ張り強さは５２０ＭＰａで、Ａタイプ・Ｂタイプともに折り曲げ形状維持試験で完全に形状を維持しており、ハンドリング試験もＡタイプでは殆ど変形なく、Ｂタイプでも基準をクリアしている。この結果から、厚銅箔の引っ張り強さが約５００ＭＰａ以上あれば、更に好適に、平面性の維持と形状加工性を両立させることができることがわかる。

次に、従来の回路基板と本実施形態に係るフレキシブル回路基板を用い、それぞれの回路基板に発熱量が１．９ＷのＬＥＤを実装し、ＬＥＤに通電した際における回路基板の上昇温度を部材の熱抵抗値から計算した結果を比較した。ここでは、放熱構造としてのアルミ板が貼り合わされた回路基板を比較対象とした。比較結果を表２に示す。

（上表が「本実施形態に係るフレキシブル回路基板」、下表が「従来の回路基板」）

表２に示すように、本実施形態のフレキシブル回路基板の場合（上表）は、ＬＥＤに通電後の上昇温度が１００℃であるのに対し、従来の回路基板の場合（下表）は１１０℃であり、即ち、本実施形態のフレキシブル回路基板によれば、ＬＥＤで生じた熱をより効果的に放熱できることがわかる。一般的にＬＥＤの温度が１０℃下がれば寿命が約２倍に延びることが知られている。よって、本実施形態に係るフレキシブル回路基板を用いれば、
ＬＥＤの寿命が延びることがわかる。また、回路基板全体の厚みは、本実施形態に係るフレキシブル回路基板の方が従来の回路基板と比較して大幅に薄い。即ち、本実施形態によれば、フレキシブル回路基板の薄型化を達成しつつ、従来の回路基板よりも優れた放熱性能を発揮することが可能になるので、回路基板、及びそれが取り付けられる機器の小型化、実装される回路素子の長寿命化を達成することが可能になる。

[１−９：本実施形態の効果]
本実施形態によれば、配線層３ａと放熱層３ｂとを共に銅箔によって形成しているので、取り付ける機器の形状に応じて、フレキシブル回路基板を容易に所望の形状に加工することが可能になる。また、従来の構成と比較すると放熱層３ｂの厚さを薄くすることができるので、フレキシブル回路基板の薄型化を達成することができる。

さらに放熱層３ｂが、引っ張り強度４００ＭＰａ以上で且つ厚さが７０μｍ以上の高弾性の厚銅箔によって形成されているので、フレキシブル回路基板の製造工程、運送工程、筺体への取り付け工程等において、放熱層３ｂが凹凸変形する虞がない。即ち、放熱層３ｂの平面性を維持できるので、フレキシブル回路基板の放熱性能を高いレベルで維持することが可能になる。

以上より、本実施形態によれば、放熱層を有するフレキシブル回路基板において、薄型化を達成しつつ容易に曲げ加工を施すことが可能であり、かつ放熱層の平面性を維持することが可能なフレキシブル回路基板を提供することが可能になる。

＜第２実施形態＞
図６、図７を参照して、本発明を適用可能な第２実施形態について説明する。フレキシブル回路基板の層構造は第１実施形態と同様であるのでその説明は省略し、ここでは第１実施形態と異なる構成についてのみ説明する。

[２−１：ヒートシンクについて]
図６（ａ）は、第１実施形態に係るフレキシブル回路基板の一形態を示すものである。上述したように第１実施形態に係るフレキシブル回路基板は容易に曲げ加工を施すことができるので、例えば図示するような階段状にフレキシブル回路基板を加工することができる。このような形状のフレキシブル回路基板は、例えば自動車のフロントランプ等に適用することができる。

図６（ｂ）は、本実施形態に係るフレキシブル回路基板の概略構成を示すものである。図示するように、フレキシブル回路基板には、放熱層３ｂにおいて配線層等が積層されている第１領域から放熱層３ｂのみが拡大された第２領域１５が形成されている。これによれば、放熱層３ｂを延ばして放熱層３ｂの表面積を拡大し、拡大された領域（第２領域１５）をヒートシンク領域とすることで、放熱層３ｂからの放熱量を増大させることが可能になる。即ち、放熱性能をより高めることが可能になる。

さらに図６（ｃ）に示すように、ヒートシンク領域に山折り、谷折りが施されたフィン１５ａが設けられていてもよい。かかる構成によれば、フィン１５ａを設けることによってヒートシンク領域の伝熱面積を増大させることができるので、ヒートシンク領域における放熱量をより増大させることができる。即ち、放熱性能をより高めることが可能になる。

[２−２：製造工程について]
図７に、本実施形態に係るフレキシブル回路基板の製造工程を示す。図７（ａ）に示すように、四方に延伸された放熱層３ｂの根本部分を折り曲げることにより、折り曲げられ
た領域によってヒートシンク領域を形成することができる。なお、折り曲げ部四隅の丸穴は、亀裂を防止するために設けられているものである。また、図７（ｂ）に示すように、四方に延伸された放熱層３ｂにそれぞれ山折り、谷折りを施し、フィン１５ａが設けられたヒートシンク領域を形成することができる。

以上より、本実施形態によれば、放熱層を有するフレキシブル回路基板において、薄型化を達成しつつ容易に曲げ加工を施すことが可能であり、かつ放熱層の平面性を維持することが可能なフレキシブル回路基板を提供することが可能になる。また、ヒートシンク領域、さらにフィンを設けることにより、放熱層の放熱性能をさらに高めることが可能になる。

＜その他の実施形態＞
第１、第２実施形態では、基層としてポリイミドフィルム２を用いた構成について説明しているが、基層として適用可能な材質はこれに限られるものではない。曲げ変形可能な材質であれば、他の材料を基層として採用することは可能である。

第１、第２実施形態では回路素子としてＬＥＤ１、ＩＣ１１を用いた構成について説明しているが、回路素子として適用可能な素子はこれに限られるものではない。他にもＣＰＵなどの半導体素子を用いることも可能である。ＣＰＵや液晶ドライバ用ＩＣの半導体は、高速化に伴いデータの処理速度が飛躍的に速くなっているため、それらが実装されるフレキシブル回路基板にはより高い放熱性能が求められる。この場合も、上述と同様の効果を得ることが可能になる。

１…回路素子 ２…ポリイミド層 ３ａ…配線層 ３ｂ…放熱層 ４…熱伝導性接着材層４ ５…高熱伝導粘着剤層 ６…保護紙 ７…レジスト ８…接続部 １０…銅めっき

Claims (4)

1. 回路素子と電気的に接続可能な配線層、絶縁層、及び放熱層を少なくとも有するフレキシブル回路基板において、
   前記配線層は、
   引っ張り強度２５０ＭＰａ以下で且つ厚さが５０μｍ以下の銅箔によって形成され、
   前記放熱層は、
   引っ張り強度４００ＭＰａ以上で且つ厚さが７０μｍ以上の銅箔によって形成されていることを特徴とするフレキシブル回路基板。
2. 前記放熱層は、
   厚さが２５０μｍ以下の銅箔によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル回路基板。
3. 前記放熱層は、
   前記配線層又は前記絶縁層が積層されている第１領域と、前記第１領域から延びて前記配線層及び前記絶縁層が積層されていない第２領域とを有しており、前記第２領域をヒートシンク領域として用いていることを特徴とする請求項１又は２に記載のフレキシブル回路基板。
4. 前記ヒートシンク領域にはフィンが設けられていることを特徴とする請求項３に記載のフレキシブル回路基板。

Images