TWI482536B - Flexible substrate module - Google Patents

Description

可撓性基板模組

本發明係關於一種可撓性基板模組，更詳細而言，係關於搭載熱源之可撓性基板模組。

以往，在使用例如發光二極體構成照明單元之情形，使用可撓性基板，在其印刷配線層使發光二極體集成化，藉此可容易增加光量。又，藉由使用可撓性基板，具有能容易構成三維立體化之優點。

在日本特開2002-184209號公報(專利文獻1)揭示有在可撓性基板上搭載有複數個發光二極體之照明裝置。

專利文獻1：日本特開2002-184209號公報

然而，上述專利文獻1記載之照明裝置之情形，在集成化搭載有發光二極體之可撓性基板，一般而言上述發光二極體不耐熱，若pn接合部之溫度超過例如130℃，會引起亮度降低或壽命縮短之問題。尤其是，在最近之高亮度LED之情形，如何解決散熱之問題成為很大的課題。

在專利文獻1揭示，作為搭載發光二極體之可撓性基板之構造，為了獲得熱傳導性，以由包含金屬層(由例如銅等構成)或石墨層之多層基板構成為佳，但僅不過是抽象之教示，終究沒有具體性。

如上述，僅將搭載LED等發光熱源之可撓性基板安裝在照明裝置等之筐體，散熱作用容易變得不充分。藉由使用可撓性基板，具有能容易構成三維立體化之優點之原因在於，在將發光熱源一次構裝在可撓性基板後將可撓性基板彎曲並安裝在筐體，但配合複雜之筐體形狀對可撓性基板加壓並黏貼並不容易，尤其是緊鄰LED等發光熱源之下方及其附近幾乎不能有任何壓力施加，因此在接著時空氣層容易介於與筐體之間，亦具有更不易謀求散熱性之提升之問題。另一方面，將可撓性基板以加壓黏貼於筐體後黏貼發光熱源，除了如上述配合複雜之筐體形狀黏貼可撓性基板並不容易之問題之外，在發光熱源之配置不是水平之情形，由於焊料熔融時發光熱源會脫落因此藉由焊料回焊之步驟進行發光熱源之構裝並不容易，變成逐一以徒手作業進行發光熱源之焊料構裝，會有無法發揮可撓性基板之優點之問題。如上述，在必須充分確保散熱性之情形，大多被迫使用金屬PCB(印刷基板)。

此外，上述說明中，以由發光二極體構成之發光熱源作為熱源為例進行說明，但必須冷卻之熱源除了發光熱源以外亦有多種，可舉出例如CPU、MPU(微處理器)、功率電晶體、雷射二極體等發熱量大之電氣元件、元件類。近年來，隨著此等熱源之發熱量之增加，其散熱技術成為大的課題之點與上述發光二極體之情形相同。

因此，本發明解決上述習知技術之問題點，其課題在於提供一種使用可撓性基板、且對欲搭載之熱源之散熱性充分優異且柔軟性、集成性亦充分優異之可撓性基板模組。

為了解決上述課題，本發明第1特徵之可撓性基板模組，係形成印刷配線層以作為積層在可撓性絕緣基材表面側之表面層，並於該印刷配線層搭載熱源，其特徵在於：在對作為安裝對象之筐體以面接觸方式安裝者中，作為積層在該可撓性絕緣基材背面側之背面層，係將用以助長從該熱源傳導至印刷配線層之熱點面積朝作為該安裝對象之筐體擴大之高熱傳導材構成的熱擴散助長層積層複數層。

又，本發明第2特徵之可撓性基板模組，除了上述第1特徵之外，熱擴散助長層至少具備作為該背面層中之最上位層而緊接著可撓性絕緣基材背面直接貼合之熱擴散助長層、及作為該背面層之中之最下位層而對該筐體面接觸之由高熱傳導性金屬片構成之熱擴散助長層。

又，本發明第3特徵之可撓性基板模組，除了上述第2特徵之外，以作為該背面層之最上位層之熱擴散助長層與該可撓性絕緣基材與該印刷配線層構成可撓性印刷配線板，對該可撓性印刷配線板搭載複數個熱源，且分別對應熱源之一個或每複數個分割配置有該高熱傳導性金屬片。

又，本發明第4特徵之可撓性基板模組，除了上述第2特徵之外，以作為該背面層之最上位層之熱擴散助長層與該可撓性絕緣基材與該印刷配線層構成可撓性印刷配線板，於該可撓性印刷配線板之印刷配線層搭載複數個熱源，且在可撓性印刷配線板之背面整體共通配置有可彎曲之高熱傳導性金屬片(以一片高熱傳導性金屬片配置在可撓性印刷配線板之背面整體)。

又，本發明第5特徵之可撓性基板模組，除了上述第1至第4之任一特徵之外，筐體為照明單元之筐體。

根據上述第1特徵之可撓性基板模組，使用可撓性基板將熱源搭載於此，藉此可提供熱源之集成性與立體之安裝柔軟性優異之模組。尤其是，積層有複數層熱擴散助長層以作為積層在可撓性絕緣基材之背面側之背面層，該熱擴散助長層係由用以助長從該熱源傳導至印刷配線層之熱點之面積朝向該安裝對象之筐體擴大之高熱傳導材構成，藉此，由於存在熱擴散助長層因此可發揮充分良好之散熱性，可良好地維持熱源之性能或壽命。

根據上述第2特徵之可撓性基板模組，除了上述第1特徵之作用效果之外，藉由緊接著可撓性絕緣基材背面直接貼合以作為該背面層之中之最上位層之熱擴散助長層，能使從熱源傳導至印刷配線層之熱點透過可撓性基材快速地傳導至可撓性基材之背面層。接著，能助長傳導至可撓性基材之背面層之熱點之面積朝向下方擴大。此外，藉由對該筐體面接觸以作為該背面層之中之最下位層之由高熱傳導性金屬片構成之熱擴散助長層，能進一步助長熱點之面積朝向下方擴大成接近於與筐體之面接觸面積。亦即，能使從熱源傳導之熱點快速擴大成接近於與筐體之面接觸面積之狀態並同時傳導至筐體。其結果，能使從熱源傳導至印刷配線層之熱以大面積更高效率順利傳導至筐體，可謀求良好之散熱。

此外，上述第2特徵中，總而言之，由於以金屬片構成與筐體面接觸之可撓性基板模組之最下層，因此在將可撓性基板模組以面接觸方式安裝於筐體時，容易使兩者密合，因此即使不對兩者間施加大的壓力，亦可充分防止空氣層之存在。藉此，可消除空氣層之存在以確保良好之散熱性。

根據上述第3特徵之可撓性基板模組，除了上述第2特徵之作用效果之外，對搭載有複數個熱源之可撓性印刷配線板，就該熱源之一個至複數個分別對應地分割配置該高熱傳導性金屬片，因此即使增厚高熱傳導性金屬片之厚度，在分割後之高熱傳導性金屬片之各間隙，亦可接著使可撓性基板模組柔軟地彎曲。因此，能容易構成熱源之立體配置。此外，由於能使高熱傳導性金屬片之厚度變厚，因此能助長熱源之熱點之面積朝向下方更順利地擴大，能更接近於與筐體之面接觸面積。因此，能夠有效提升散熱效率。

根據上述第4特徵之可撓性基板模組，除了上述第2特徵之作用效果之外，在搭載有複數個熱源之可撓性印刷配線板之背面整體共通配置可彎曲之高熱傳導性金屬片，因此藉由使用饒富彎曲性之高熱傳導性金屬片，可提供在該金屬片之厚度不會變很薄即可保有整體之良好散熱性與彎曲柔軟性、容易將複數個熱源立體配置之可撓性基板模組。

根據上述第5特徵之可撓性基板模組，除了上述第1至第4之任一構成之作用效果之外，由於筐體為照明單元之筐體，因此配合照明單元之筐體之立體構造，能將可撓性基板單元柔軟地彎曲安裝，且使從熱源產生之熱快速散熱以良好地維持照明單元之性能或壽命。

根據本發明之可撓性基板模組，可提供對搭載之熱源確保良好之散熱性且亦確保良好之柔軟性之可撓性基板模組。

以下，參照圖式說明本發明之可撓性基板模組之實施形態以理解本發明。然而，以下之說明為本發明之實施形態，並未限定申請專利範圍記載之內容。

首先，參照圖1說明本發明之實施形態之可撓性基板模組。

實施形態之可撓性基板模組1係以面接觸方式安裝於安裝對象之筐體K之模組。

作為積層在可撓性絕緣基材11之表面側之表面層，隔著接著層a形成印刷配線層12。在此印刷配線層12之既定安裝位置透過焊料13搭載發光熱源14。上述印刷配線層12係隔著接著層a被覆蓋膜15被覆。此外，接著層a，在其接著時使用與可撓性絕緣基材11或覆蓋膜15相同之材質時，由於與可撓性絕緣基材11或覆蓋膜15成為一體，因此其結果，為接著層a不存在之狀態亦可。

上述可撓性絕緣基材11係使用聚醯亞胺或聚酯等具有柔軟性之絕緣性樹脂膜。其厚度可為例如25μm等、數十微米之等級。

上述印刷配線層12能使用在上述可撓性絕緣基材11隔著接著層a黏貼有銅箔者，從該銅箔形成配線圖案來構成。印刷配線層12之厚度為18μm或35μm等、使用一般可撓性印刷配線板所使用之厚度較易使用，但其厚度並不限於此。

上述焊料13能使用由例如Sn、Ag、Cu等之合金構成之一般無鉛焊料或含鉛焊料。作為焊料13，較佳為，就散熱性之觀點熱傳導性良好者、或就壽命或劣化之觀點熱耐久性良好者。

上述發光熱源14具體而言為各種LED。當然，只要以發光為目的，則伴隨熱而產生者亦為此發光熱源14之範疇。

作為上述覆蓋膜15，為一般使用之覆蓋膜材料即可，除了上述聚醯亞胺或聚酯之外，有薄玻璃環氧等材料。本實施形態中使用聚醯亞胺。其厚度在聚醯亞胺之情形，可為例如12.5μm或25μm等、一般可撓性印刷配線板所使用之厚度。然而，若使用白覆蓋膜，則外觀較佳且反射率亦提升，因此能有效利用來自LED等之發光熱源14之散射光，對照明或背光等之照明單元較佳。

上述接著層a可使用由例如熱硬化型之丙烯酸樹脂或環氧樹脂構成之接著劑。由於使用於與印刷配線層12之接著，因此為絕緣性接著劑。其厚度可為例如25μm等、一般可撓性印刷配線板所使用之厚度。作為接著層a，為一般之環氧樹脂或丙烯酸樹脂亦可，為適於紫外線用途之矽氧系亦可。又，以熱熔型之樹脂、例如聚醯亞胺樹脂進行熱層壓來使用亦可。

作為積層在可撓性絕緣基材11之背面側之背面層，積層有複數層熱擴散助長層21,23。

上述熱擴散助長層21,23具有助長從上述發光熱源14透過焊料13傳導至印刷配線層12之熱點(溫度較周圍高之區域)之面積朝向下方擴大之功能。

從上述發光熱源14透過焊料13傳導至印刷配線層12之熱點相當於焊料13下面之面積。焊料13下面之面積，相較於上述筐體K與上述可撓性絕緣基材11之背面層之最下位層之面接觸面積可說是非常小。在此小面積之熱點幾乎不擴大即到達筐體K時，透過筐體K之散熱效率不佳，無法較佳地使發光熱源14及其周圍之可撓性基板模組1之溫度降低。藉由使熱點到達筐體K之時點之熱點之面積更接近可撓性絕緣基材11之背面層之最下位層與筐體K之面接觸面積，能最大限提升透過筐體K之散熱性，此為本發明人進行各種實驗與反覆思考之結果所得知之事實。具有使熱點之面積快速擴大之功能者即熱擴散助長層21,23。

上述熱擴散助長層21，作為積層在可撓性絕緣基材11之背面側之背面層之中之最上位層，係隔著接著層b緊接著可撓性絕緣基材11背面直接貼合。

熱擴散助長層21，係以熱點之面積之增加為目的，可設為銅箔。但即使是銅箔，亦與作為習知可撓性印刷配線板之基板使用之兩面銅基板大幅不同。習知兩面銅基板，主要目的在於在表面背面之銅箔皆形成配線層，是以銅箔之厚度適於製作印刷配線非常薄。亦即，習知印刷配線板之銅基板，銅箔之厚度再厚亦為35μm程度以下。相對於此，本發明中，銅箔之厚度之功能在於使熱點之熱擴散，因此較佳為超過上述35μm之厚度。本實施形態中，作為熱擴散助長層21之銅箔之厚度為70μm。

熱擴散助長層21不一定要使用Cu。作為以熱擴散為目的者，可使用鋁等之高熱傳導性金屬。又，可使用天然石墨或人工石墨等石墨，或使用包含長碳纖維或短碳纖維等之碳纖維材、其他非金屬高熱傳導性材。

積層在上述可撓性絕緣基材11之背面側之背面層之接著層b，由於不含上述印刷配線層12，因此不一定要絕緣性，反而亦可使用保有高散熱性之接著劑。作為此種高散熱性之接著劑，能將銀粉、銅粉、AlN粉、金剛石粉、Al₂ O₃ 粉、含有短碳纖維等之高散熱填劑者以糊狀或片狀來使用。例如，若將短碳纖維與AlN粉混合，則由於AlN粉埋入短碳纖維之間，因此相較於僅短碳纖維之情形可提升填劑之含有率，能進一步提升熱傳導性、散熱特性。當然，接著層b與接著層a為相同材質亦可。

此外，接著層b，在其接著時使用與可撓性絕緣基材11或覆蓋膜22相同之材質時，由於與可撓性絕緣基材11或覆蓋膜22成為一體，因此其結果，為接著層b不存在之狀態亦可。

另一方面，上述熱擴散助長層23，作為積層在可撓性絕緣基材11之背面側之背面層之中之最下位層，係對上述筐體K面接觸之高熱傳導性金屬片。

作為此熱擴散助長層23之高熱傳導性金屬片，可使用由例如鋁材料構成之片體。當然，除此之外，可使用銅、銀等之高熱傳導性金屬片。作為上述高熱傳導性金屬片之具體例，可使用例如純鋁系(Al系)之1.5mm厚度之鋁。當然，上述鋁之厚度可在例如0.2mm～20mm之範圍。又，即使在高熱傳導性金屬片為銅片之情形，其厚度相對於上述熱擴散助長層21所使用之銅箔之例如70μm厚更厚，可在例如0.3mm～20mm程度之範圍。

為了將作為熱擴散助長層23之高熱傳導性金屬片以面接觸狀態安裝於筐體K，可隔著接著層b來接著安裝。此情形，為了使空氣層不存在於兩者間，較佳為，作為接著劑，使用熱硬化性之接著劑(接合片)，以熱壓將兩者接著。又，較佳為，兩者之接著在構裝發光熱源14之前進行。

又，作為將作為熱擴散助長層23之高熱傳導性金屬片與筐體K以面接觸狀態安裝之方法，只要兩者彼此為金屬片且平滑度良好，則螺絲固定之安裝亦可。此情形，視需要可使加熱油膏或熱傳導片等緩衝材位於兩者間以確保兩者之密合性。螺絲固定之情形，具有可更換可撓性基板模組1之優點。

本實施形態中，雖設有熱擴散助長層21,23，但進一步使一層至複數層熱擴散助長層介在設於此等之間亦可。藉此，能進一步快速進行熱點之面積之助長。

上述熱擴散助長層21，在使從發光熱源14熱傳導至印刷配線層12之熱點往有筐體K之可撓性絕緣基材11之背面側快速傳熱之點非常重要。此外，在使熱點之面積朝向有筐體K之下方擴大之點非常重要。

又，上述熱擴散助長層23，在助長使傳熱來之熱點之面積進一步擴大以傳導至筐體K之點非常重要。此外，藉由使熱擴散助長層23為金屬片，藉由壓延等容易製得平坦面，在以面接觸方式安裝於筐體K時，可充分提高兩者間之密合性。藉此，即使為不易加壓之緊鄰發光熱源14之下方之位置，亦可確保在無空氣等介於之間之狀態下之兩者之密合，可獲得良好之散熱性。

此外，使上述可撓性絕緣基材11、位於其表面側之上述印刷配線層12、其上之覆蓋膜15、位於背面側之上述熱擴散助長層21、覆蓋其之覆蓋膜22、介於其等之間之接著層a,b作為高散熱性可撓性印刷配線板H而獨立亦可。此情形，覆蓋上述熱擴散助長層21之覆蓋膜22及將其接合之接著層b，與表面側之覆蓋膜15及將其接合之接著層a同樣地，係設為保護銅箔表面免於生鏽。

設上述高散熱性可撓性印刷配線板H為獨立之構件之情形，將熱擴散助長層23即高熱傳導性金屬片隔著接著層b安裝於此高散熱性可撓性印刷配線板H，或透過焊料13搭載發光熱源14，藉此構成可撓性基板模組1。接著，此可撓性基板模組1係隔著接著層b安裝於筐體K。

本發明中，藉由設置熱擴散助長層21,23大幅改善散熱特性之原因在於，上述中，助長從發光熱源14熱傳導至印刷配線層12之熱點之面積以傳導至筐體K。亦即，藉此，通過筐體K之散熱路徑變廣，藉此熱電阻下降，可達成快速之散熱。

在LED等之發光熱源14產生之熱藉由熱傳導往其他構件擴散，熱傳導率愈高愈容易擴散至較遠。設熱傳導率為等向性之情形，雖呈同心圓狀擴散，但藉由設置熱擴散助長層21,23，因其高熱傳導率使熱之擴散更順利，在位於下方之筐體K熱亦傳導至更廣區域。由於到達筐體K之熱區域之面積變大，因此可期待來自更大熱面積之散熱，其結果，促進散熱，達成在發光熱源14附近之溫度降低。

如上述，本發明之可撓性基板模組1中，能使來自發光熱源14之散熱路徑充分擴大，可減輕施加至發光熱源14、焊料13、基板之熱負載。

進一步說明以上述高散熱性可撓性印刷配線板H與發光熱源14與由高熱傳導性金屬片構成之熱擴散助長層23構成本發明之可撓性基板模組1之情形。

可對高散熱性可撓性印刷配線板H搭載一個至複數個發光熱源14。

此情形，如圖2所示，作為可撓性基板模組1之第1實施形態，與上述所有發光熱源14對應，可將由一片高熱傳導性金屬片構成之熱擴散助長層23共通配置在高散熱性可撓性印刷配線板H。

又，如圖3所示，作為可撓性基板模組1之第2實施形態，與上述發光熱源14之一個至複數個分別對應，可將由高熱傳導性金屬片構成之熱擴散助長層23分割配置在高散熱性可撓性印刷配線板H。

參照圖2說明可撓性基板模組1之第1實施形態。

首先，準備具備熱擴散助長層21之高散熱性可撓性印刷配線板H，在其背面側接合由高熱傳導性金屬片構成之熱擴散助長層23(A)。接合係如上述藉由使用熱硬化性接著劑(接合片)之熱壓隔著接著層b進行。

接著，在高散熱性可撓性印刷配線板H之表面側之印刷配線層12將複數個發光熱源14分別透過焊料13通過回焊爐進行表面構裝來一次安裝(B)。藉此，構成可撓性基板模組1。

將製得之可撓性基板模組1以面接觸方式安裝於筐體K(C)。

參照圖3說明可撓性基板模組1之第2實施形態。

首先，準備具備熱擴散助長層21之高散熱性可撓性印刷配線板H，在將由高熱傳導性金屬片構成之熱擴散助長層23分割成複數個之狀態下分別接合、配置於其背面側(A)。在此情形，分割後狀態之各熱擴散助長層23(高熱傳導性金屬片)係配置在與分別搭載發光熱源14之一個至複數個之區域對應之區域。各熱擴散助長層23之接合係如上述藉由使用熱硬化性接著劑(接合片)之熱壓隔著接著層b進行。

接著，在高散熱性可撓性印刷配線板H之表面側之印刷配線層12將複數個發光熱源14分別透過焊料13通過回焊爐進行表面構裝來一次安裝(B)。圖式上描繪一個熱擴散助長層23(高熱傳導性金屬片)與一個發光熱源14對應之狀態。然而，當然，如上述，一個熱擴散助長層23(高熱傳導性金屬片)與複數個發光熱源14對應亦可。藉此，構成可撓性基板模組1。

製得之可撓性基板模組1係分割安裝有熱擴散助長層23(高熱傳導性金屬片)，因此例如即使是各熱擴散助長層23(高熱傳導性金屬片)為不適於彎曲之程度之厚度之情形，在未安裝熱擴散助長層23之部分容易使高散熱性可撓性印刷配線板H彎曲，可成為立體構成(C)。

因此，對立體彎曲構造之筐體K亦可配合其使高散熱性可撓性印刷配線板H彎曲，能以面接觸方式將各熱擴散助長層23(高熱傳導性金屬片)安裝於筐體K(D)。亦即，能使散熱性優異且搭載有複數個發光熱源14之可撓性基板模組1配合筐體K之立體形狀而容易彎曲成立體形狀，能以面接觸狀態安裝於筐體K之表面。

此外，如上述第1實施形態之可撓性基板模組1所示，即使為將一片共通之熱擴散助長層23(高熱傳導性金屬片)安裝於高散熱性可撓性印刷配線板H之情形，亦可使此熱擴散助長層23即高熱傳導性金屬片之材質及片厚為可彎曲之條件，藉此能使可撓性基板模組1為可彎曲。例如設熱擴散助長層23即高熱傳導性金屬片為純鋁系之鋁壓延片之情形，使厚度為0.2mm～0.7mm程度，藉此可製得具有適於與筐體K面接觸之平坦度且亦適於追隨筐體K之立體形狀之彎曲加工之可撓性基板模組1。

根據本發明之可撓性基板模組，在各種照明單元或使用該單元之照明裝置之製造領域中產業利用性高。

1．．．可撓性基板模組

11．．．可撓性絕緣基材

12．．．印刷配線層

13．．．焊料

14．．．發光熱源

15．．．覆蓋膜

21．．．熱擴散助長層

22．．．覆蓋膜

23．．．熱擴散助長層(高熱傳導性金屬片)

H．．．高散熱性可撓性印刷配線板

K．．．筐體

a．．．接著層

b．．．接著層

圖1係說明本發明之可撓性基板模組的剖面圖。

圖2係說明本發明之可撓性基板模組之第1實施形態的圖，(A)、(B)、(C)之左右係分別顯示剖面圖與俯視圖。

圖3係說明本發明之可撓性基板模組之第2實施形態的圖，(A)、(B)、(C)、(D)之左右係分別顯示剖面圖與俯視圖。

1．．．可撓性基板模組

11．．．可撓性絕緣基材

12．．．印刷配線層

13．．．焊料

14．．．發光熱源

15．．．覆蓋膜

21．．．熱擴散助長層

22．．．覆蓋膜

23．．．熱擴散助長層(高熱傳導性金屬片)

H．．．高散熱性可撓性印刷配線板

K．．．筐體

a．．．接著層

b．．．接著層

Claims (5)

1. 一種可撓性基板模組，係形成印刷配線層以作為積層在可撓性絕緣基材表面側之表面層，並於該印刷配線層搭載熱源，其特徵在於：在對作為安裝對象之筐體以面接觸方式安裝者中，作為積層在該可撓性絕緣基材背面側之背面層，係將用以助長從該熱源傳導至印刷配線層之熱點面積朝作為該安裝對象之筐體擴大之高熱傳導材構成的熱擴散助長層積層複數層。
2. 如申請專利範圍第1項之可撓性基板模組，其中，熱擴散助長層至少具備作為該背面層中之最上位層而緊接著可撓性絕緣基材背面直接貼合之熱擴散助長層、及作為該背面層之中之最下位層而對該筐體面接觸之由高熱傳導性金屬片構成之熱擴散助長層。
3. 如申請專利範圍第2項之可撓性基板模組，其中，以作為該背面層之最上位層之熱擴散助長層與該可撓性絕緣基材與該印刷配線層構成可撓性印刷配線板，對該可撓性印刷配線板搭載複數個熱源，且分別對應熱源之一個或每複數個分割配置有該高熱傳導性金屬片。
4. 如申請專利範圍第2項之可撓性基板模組，其中，以作為該背面層之最上位層之熱擴散助長層與該可撓性絕緣基材與該印刷配線層構成可撓性印刷配線板，於該可撓性印刷配線板之印刷配線層搭載複數個熱源，且在可撓性印刷配線板之背面整體共通配置有可彎曲之高熱傳導性金屬片。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之可撓性基板模組，其中，筐體為照明單元之筐體。