WO2011148532A1 - フレキシブル回路基板 - Google Patents

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WO2011148532A1
WO2011148532A1 PCT/JP2010/073385 JP2010073385W WO2011148532A1 WO 2011148532 A1 WO2011148532 A1 WO 2011148532A1 JP 2010073385 W JP2010073385 W JP 2010073385W WO 2011148532 A1 WO2011148532 A1 WO 2011148532A1
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circuit board
layer
flexible circuit
heat dissipation
heat
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PCT/JP2010/073385
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English (en)
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加治屋篤
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日本メクトロン株式会社
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    • H05K2201/10106—Light emitting diode [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a flexible circuit board, and more particularly to a flexible circuit board having excellent heat dissipation.
  • a flexible circuit board is known as a circuit board on which circuit elements are mounted.
  • a flexible circuit board has a wiring layer formed of copper foil or the like on the surface of an insulating film as a base layer, and is light, thin, and can be bent flexibly. For example, it is used also for the illuminating device etc. which use LED (Light * Emitting * Diode) as a light source.
  • the wiring layer is formed of a copper foil having a typical linear expansion coefficient of 17 ⁇ 10 ⁇ 6 / K and a thickness of 35 to 70 ⁇ m, whereas the typical linear expansion coefficient is 23 ⁇ 10 ⁇ 6 / K and a thickness of 1
  • the wiring layer and the heat sink have a so-called bimetallic structure formed of materials having different linear expansion coefficients and thicknesses, so that the aluminum plate warps when the temperature rises.
  • the contact area between the aluminum plate and the housing of the device decreases. Therefore, since the heat dissipation performance of the aluminum plate is lowered, the heat generated in the circuit element cannot be sufficiently dissipated.
  • ⁇ Problem 2 Increase in thickness>
  • the entire circuit board becomes thick.
  • the insulating adhesive layer for bonding the aluminum plate to the circuit board is thickened to prevent the aluminum plate from peeling off due to the warping of the aluminum board, the entire circuit board is further thickened.
  • a device to which a circuit board is attached is designed to be thinned in units of 100 ⁇ m, and adopting such a thick circuit board becomes a factor that hinders thinning of the device.
  • an aluminum plate is used as a heat sink
  • the thickness of the whole circuit board increases like a board.
  • Patent Document 2 the method of providing a slit in the bending part of an aluminum plate and making an aluminum plate easy to bend is known, in this case, heat transfer is inhibited in the slit, and there is a problem that the heat dissipation performance of the aluminum plate is reduced.
  • ⁇ Problem 4 Maintaining flatness>
  • a flexible circuit substrate that employs a thin copper foil as a heat dissipation layer has been proposed.
  • the heat transfer coefficient of aluminum is 160 W / m ⁇ K
  • the heat transfer coefficient of copper is 394 W / m ⁇ K. Therefore, when thin copper foil is used as the heat dissipation layer, the total thickness of the flexible circuit board It is possible to ensure sufficient heat dissipation performance that is not inferior to that of an aluminum plate.
  • the wiring layer is also formed of copper foil
  • the wiring layer and the heat dissipation layer are formed of the same kind of material, which can solve the above-described problem of warpage of the heat sink and increase in thickness.
  • the flexible circuit board can be easily bent as compared with the case where an aluminum plate is used, so that there is an effect that shape processing is easily performed.
  • such a flexible circuit board has the following problems. That is, in the manufacturing process of the flexible circuit board, the transporting process, the mounting process to the housing, etc., the copper foil as the heat dissipation layer is deformed unevenly, the flatness is impaired, and the contact area of the heat dissipation layer to be closely attached to the housing is reduced. There is a problem (planarity problem). If the contact area between the heat dissipation layer and the housing is reduced, the heat resistance between the two increases, and heat cannot be effectively transferred from the heat dissipation layer to the housing, so that the heat dissipation performance of the heat dissipation layer is greatly reduced. Note that the uneven deformation of the heat dissipation layer is mainly due to the fact that the copper foil is easily plastically deformed by impact or the like because the elasticity of the copper foil is low and soft.
  • Patent Document 3 discloses a technique for attaching a thick electrolytic copper foil to a wiring of a rolled copper foil for the purpose of reinforcement, but the technical idea for maintaining the elasticity (hardness) or flatness of the copper foil is disclosed. None is disclosed.
  • the present invention has been made in view of the above-described prior art, and in a flexible circuit board having a heat dissipation layer, it can be easily bent while achieving a reduction in thickness, and the flatness of the heat dissipation layer is maintained.
  • An object of the present invention is to provide a flexible circuit board that can be used.
  • the present invention provides: In a flexible circuit board having at least a wiring layer that can be electrically connected to a circuit element, an insulating layer, and a heat dissipation layer,
  • the wiring layer is Formed by a copper foil having a tensile strength of 250 MPa or less and a thickness of 50 ⁇ m or less
  • the heat dissipation layer is It is characterized by being formed of a copper foil having a tensile strength of 400 MPa or more and a thickness of 70 ⁇ m or more.
  • both the wiring layer and the heat dissipation layer are formed of copper foil, the flexible circuit board can be easily bent, and a flexible circuit board is desired according to the shape of the casing. It becomes possible to process into the shape. Further, since both the wiring layer and the heat dissipation layer are copper foils, there is no possibility that one of them is warped and peeled when the temperature rises. Therefore, it is possible to avoid an increase in the thickness of the insulating adhesive layer for preventing peeling, and it is possible to reduce the thickness of the flexible circuit board.
  • the heat dissipation layer is formed of a highly elastic (hard) copper foil having a tensile strength of 400 MPa or more, the copper foil as the heat dissipation layer is uneven in the flexible circuit board manufacturing process, transport process, mounting process, etc. It is difficult to be deformed, and thus the flatness of the heat dissipation layer can be maintained. As a result, the thermal resistance between the heat dissipation layer and the housing is reduced, and heat can be effectively released from the heat dissipation layer to the housing. Further, since the heat dissipation layer functions as a reinforcing means for maintaining the shape of the flexible circuit board, the mounting position and posture of the circuit element to be mounted can be stabilized.
  • the tensile strength of the copper foil may change due to the treatment, but the “tensile strength” here is the completed state of the flexible circuit board It refers to the tensile strength in the state after receiving the heat history when heat treatment is performed.
  • the heat dissipation layer is preferably formed of a copper foil having a thickness of 250 ⁇ m or less.
  • the thickness of the heat dissipation layer is set to 250 ⁇ m or less, it is possible to perform bending more easily while achieving thinning of the flexible circuit board.
  • the heat dissipation layer includes a first region in which the wiring layer or the insulating layer is laminated, and a second region that extends from the first region and in which the wiring layer and the insulating layer are not laminated. It is preferable to use the second region as a heat sink region.
  • fins are provided in the heat sink region.
  • the heat transfer area of the heat sink region can be increased by providing the fins, the heat radiation amount in the heat sink region can be further increased. That is, the heat dissipation performance can be further improved.
  • 1 is a schematic cross-sectional view of a flexible circuit board according to a first embodiment.
  • the figure for demonstrating the manufacturing process of the flexible circuit board which concerns on 1st Embodiment. 1 is a schematic cross-sectional view of a flexible circuit board according to a first embodiment.
  • 1 is a schematic cross-sectional view of a flexible circuit board according to a first embodiment.
  • 1 is a schematic cross-sectional view of a flexible circuit board according to a first embodiment.
  • FIG. 1A and FIG. 1B show schematic cross sections of a flexible circuit board according to this embodiment.
  • the flexible circuit board has a heat conductive adhesive layer 4, a polyimide film 2 (insulating layer: about 3 ⁇ m thick), a wiring layer 3 a (thickness 18 ⁇ m or 35 ⁇ m) on the upper side of the heat dissipation layer 3 b (thickness 100 ⁇ m to 150 ⁇ m). )
  • a high thermal conductive pressure-sensitive adhesive layer 5 (with a thickness of about 50 ⁇ m) with a protective paper 6 is provided below the heat dissipation layer 3b.
  • the upper side of the wiring layer 3a is covered and protected by a resist 7 (thickness of about 20 ⁇ m), leaving a land portion and a connection terminal portion (these are referred to as connection portions 8).
  • the LED 1 is employed as a circuit element, and a white resist is employed as the resist 7 in order to appropriately reflect the light emitted from the LED 1 and increase the luminance.
  • the mounting position of the LED 1 is not particularly limited as long as it can be reliably connected to the connecting portion 8. That is, as shown in FIG. 1 (a), the LED 1 may be mounted with a gap between the polyimide film 2 and the LED 1 is directly formed on the upper surface of the heat dissipation layer 3b as shown in FIG. 1 (b). May be implemented.
  • the wiring layer 3a (dummy pattern) is formed in the gap between the LED 1 and the polyimide film 2, so that the heat generated in the LED 1 is dissipated through the dummy pattern. It can be efficiently transmitted to the layer 3b.
  • the LED 1 is directly mounted on the upper surface of the heat dissipation layer 3b as shown in FIG. 1B, the heat generated by the LED 1 can be dissipated more effectively by the heat dissipation layer 3b.
  • the flexible circuit board according to the present embodiment is attached to the device by peeling off the protective paper 6 and attaching the high thermal conductive adhesive layer 5 exposed thereby to the housing of the device.
  • the LED 1 When the LED 1 is energized in a state where the mounting to the device is completed, the heat generated in the LED 1 is transmitted from the wiring layer 3a to the heat radiation layer 3b via the polyimide film 2 and the heat conductive adhesive layer 4, and the heat radiation layer
  • the inside of 3b is spread
  • the pressure-sensitive adhesive layer 5 has high thermal conductivity. Is preferred.
  • the adhesive layer 4 for bonding the polyimide film 2 and the heat dissipation layer 3b also has thermal conductivity.
  • both the wiring layer 3a and the heat dissipation layer 3b are formed of copper foil. Further, the copper foil forming the heat dissipation layer 3b is characterized by having a tensile strength of 400 MPa or more at the stage after the production of the flexible circuit board.
  • materials applicable to the wiring layer 3a and the heat dissipation layer 3b will be described in detail.
  • a tough pitch copper foil (purity 99.90% or more), an oxygen-free rolled copper foil (purity 99.96% or more), or an electrolytic copper foil (purity 99.90% or more) can be adopted. It is. These copper foils have low conductor resistance, low elasticity, and are easy to bend. By using these materials and setting the thickness to 50 ⁇ m or less, it is possible to form the wiring layer 3a that can be flexibly deformed without breaking even against an external impact.
  • the tensile strength of the wiring layer 3a is set to 250 MPa or less.
  • This tensile strength is a numerical value after the heat treatment is performed in the manufacturing process of the flexible circuit board (described later) and the thermal history is received. It is shown.
  • a copper foil having a high purity such as that used for the wiring layer 3a, in particular, a rolled copper foil, is dull by heat treatment and has a property of lowering tensile strength. That is, even if the copper foil has a tensile strength of 400 MPa before the heat treatment, it may receive a heat history exceeding 100 ° C. by performing the heat treatment, and may have a tensile strength of 250 MPa or less after the heating. That is, the tensile strength of the wiring layer 3a described here (also applies to the heat dissipation layer 3b described below) refers to the tensile strength after the heat treatment, that is, after receiving the thermal history.
  • this rolled copper foil has the property that the tensile strength is not greatly reduced even when subjected to a thermal history at 300 ° C.
  • the tensile strength of the heat-dissipating layer 3b is maintained at 400 MPa or more even at the stage after the production of the flexible circuit board. It becomes possible. If the thickness of the heat dissipation layer 3b is 70 ⁇ m or more, it is possible to sufficiently dissipate the heat generated in the LED 1, and if it is 250 ⁇ m or less, the flexible circuit board is more easily bent. It becomes possible.
  • the heat dissipation layer 3b may be unevenly deformed and flatness may be impaired in the manufacturing process, the transporting process, the mounting process of the flexible circuit board, and the like. Can be reduced. Therefore, since there is no possibility that the contact area of the heat radiation layer 3b to be in close contact with the housing is reduced, the heat radiation performance can be maintained at a high level. Further, when a highly elastic copper foil is used as the heat dissipation layer 3b, the heat dissipation layer 3b functions as a reinforcing means for maintaining the shape of the flexible circuit board, so that the mounting position and posture of the LED 1 mounted on the wiring layer 3a are stabilized. be able to.
  • the difference in characteristics between the tough pitch copper foil applicable to the wiring layer 3a and the high-elasticity copper foil applicable to the heat dissipation layer 3b will be supplementarily described.
  • a high-purity tough pitch copper foil is dulled by being subjected to heat treatment, and has a characteristic that the tensile strength is significantly reduced after heating.
  • the highly elastic copper foil has a characteristic that it is difficult to dull even when subjected to heat treatment, and the tensile strength is not easily lowered.
  • “Tensile strength” and “Elongation rate” when annealing treatment (treatment of heating at 200 ° C. for 30 minutes) is performed on tough pitch copper foil and highly elastic copper foil (manufactured by Nikko Metal Co., Ltd .: HS1200). Changes in “Young's modulus” are shown.
  • the tensile strength of the tough pitch copper foil is significantly lowered by being subjected to the annealing treatment, whereas the tensile strength of the high elastic copper foil is hardly lowered even by being subjected to the annealing treatment.
  • the oxygen-free rolled copper foil or the electrolytic copper foil that is a material applicable to the wiring layer 3a also has the same characteristics as the tough pitch copper foil.
  • a single-sided copper-clad plate in which a polyimide film 2 is affixed to one side of a low-elasticity copper foil 3a for a wiring layer, a sheet-like thermally conductive adhesive 4, and a heat dissipation layer A highly elastic thick copper foil 3b is prepared (FIG. 2 (a)).
  • the polyimide film 2 side of the single-sided copper-clad board and the thick copper foil 3b are laminated via the heat conductive adhesive 4, and further heated and pressurized to produce a laminate (FIG. 2 (b)).
  • the thick copper foil 3b used in the present embodiment has a property that does not become dull even when subjected to the heat treatment at this time.
  • An etching resist (not shown) having a predetermined negative pattern is formed on the wiring layer 3a of the manufactured laminate, and the exposed portion of copper is removed by etching to form a wiring pattern (FIG. 2 (c)). Thereby, the wiring layer 3a having a predetermined pattern is formed. Further, except for a predetermined opening on the wiring pattern, the wiring layer 3a is covered with a coverlay 9 such as a cover film or a cover coat (solder resist) to insulate and protect the wiring layer 3a (FIG. 2 (d)). .
  • a coverlay 9 such as a cover film or a cover coat (solder resist) to insulate and protect the wiring layer 3a (FIG. 2 (d)).
  • the wiring pattern exposed from the coverlay 9 is subjected to a rust prevention treatment or a predetermined surface treatment such as solder plating / tin plating / gold plating to mount circuit elements such as LEDs and ICs. Further, if necessary, the flexible circuit board is processed into a desired shape (FIG. 2 (e)). By the above manufacturing process, a flexible circuit board having a thick copper foil as the heat dissipation layer 3b can be obtained.
  • thermal via heat transfer path
  • the flexible circuit board according to the present embodiment can employ, for example, a configuration having a thermal via shown in FIG. 3 in addition to the configuration shown in FIG.
  • FIG. 3A shows an embodiment having a TH (Through-Hole) thermal via.
  • the layer structure is the same as in FIG. 1A, but a hole penetrating from the wiring layer 3a to the heat dissipation layer 3b is drilled with an NC drill or the like, and TH by the copper plating 10 is formed.
  • a thermal via of TH is formed directly under the LED 1, and heat generated in the LED 1 can be efficiently transmitted to the heat dissipation layer 3b through TH.
  • FIG. 3B shows an embodiment having a thermal via of BVH (BlindlinVia Hole).
  • BVH BitlinVia Hole
  • a non-through hole leading to the surface of the heat dissipation layer 3 b is drilled with a laser or the like, and BVH is formed by the copper plating 10.
  • a thermal via of BVH is formed directly under LED1, and the heat generated in LED1 can be efficiently transmitted to heat dissipation layer 3b through BVH.
  • Double-sided structure A flexible circuit board having a double-sided structure will be described with reference to FIG. Although the single-sided structure in which the wiring layer 3a is formed on one side of the polyimide film 2 has been described above, a double-sided structure in which the wiring layer 3a is formed on both sides of the polyimide film 2 can be adopted.
  • Fig. 4 (a) shows an embodiment of a double-sided flexible circuit board in which both sides are connected by TH.
  • the double-sided flexible circuit board is laminated with the heat dissipation layer 3b with the heat conductive adhesive layer 4 interposed therebetween.
  • Heat generated in the LED 1 mounted on the double-sided flexible circuit board is transmitted to the copper plating 10 on the back surface through TH or the like, and is transmitted to the heat dissipation layer 3b through the heat conductive adhesive layer 4.
  • a thin polyimide layer 2 is formed on the heat dissipation layer 3b in order to improve interlayer insulation.
  • Fig. 4 (b) shows an embodiment of a double-sided flexible circuit board in which both sides are connected by BVH (Blind Via Hole).
  • BVH Block Via Hole
  • BVH directly reaches the heat dissipation layer 3b as in FIG. 3B, so that the heat generated by the LED 1 mounted on the double-sided flexible circuit board is more efficiently transferred to the heat dissipation layer 3b. can do.
  • a flexible circuit board having a multilayer structure will be described with reference to FIG.
  • FIG. 5A shows a form in which the LED 1 and the IC 11 are mounted on the surface.
  • the wiring layer 3a has a three-layer structure, and the wiring layer 3a is formed on the upper side of the heat dissipation layer 3b with the heat conductive adhesive layer 4 and the polyimide film 2 interposed therebetween. They are stacked via the material layer 4. And BVH which connects each wiring layer 3a is formed of the copper plating 10.
  • a stepped step via connecting all the wiring layers 3a from the left in the drawing, a thermal via transmitting the heat of the LED 1, and two layers on the surface side are connected. It is a combination of a surface via, a skip via that connects the outermost layer and the innermost layer, and various types of vias. The heat generated in the LED 1 is efficiently transmitted to the heat dissipation layer 3b through the thermal via.
  • FIG. 5B shows a form in which the LED 1 is mounted on the surface and the IC 11 is mounted inside the multilayer structure.
  • the wiring layer 3a has a four-layer structure, and the first wiring layer 3a is formed on the upper side of the heat dissipation layer 3b with the heat conductive adhesive layer 4 and the polyimide film 2 interposed therebetween.
  • a single-sided flexible circuit board having a second wiring layer 3 a is laminated via a material layer 4.
  • the single-sided flexible circuit board and the first interlayer adhesive layer 4 are provided with a cavity in the mounting portion of the IC 11, and the IC 11 is mounted on the first wiring layer 3a in the cavity.
  • the IC 11 is coated with a coating material 11a and fills the cavity with no gap.
  • a double-sided flexible circuit board having a third wiring layer 3a and a fourth wiring layer 3a which is the outermost layer is laminated thereon via a second interlayer adhesive layer 4.
  • a through hole or a non-through hole is formed at a predetermined location, and TH or BVH is formed by copper plating 10 to connect the wiring layers 3a.
  • a thermal via that transmits heat from the LED 1 from the left
  • a skip via that connects the fourth wiring layer 3a and the second wiring layer 3a
  • a fourth wiring layer 3a and a third wiring layer 3a are formed.
  • Surface vias that connect to each other and TH that penetrates all layers are formed. Since the IC 11 is mounted inside, other circuit elements can be mounted on the surface accordingly. In the illustrated example, two LEDs 1 are mounted.
  • the via fill plating in which the inside of the via is filled with the copper plating 10 in the above-described embodiment.
  • a high thermal conductive paste may be embedded in the via by printing. It is also possible to use the heat dissipation layer 3b as a solid ground layer.
  • a hollow structure is formed at a predetermined position except for the wiring layer 3a formed therein, and the high thermal conductive adhesive layer 5 and the protective paper 6 are cut out.
  • the position can be a bent portion.
  • stress applied particularly to the outer wiring layer 3a is reduced, and disconnection of the wiring layer 3a can be suppressed.
  • the flexible circuit board is attached to the housing, when the bending angle on the housing side and the bending angle at the bent portion are inconsistent, the difference between the high heat conductive adhesive layer 5 and the protective paper 6 is cut out. Can be relaxed.
  • the number of wiring layers 3a in the bent portion is preferably within three layers from the viewpoint of bendability.
  • Test piece structure A 35 ⁇ m thick tough pitch copper foil as a wiring layer is formed into a thick copper foil with a thickness of 150 ⁇ m as a heat dissipation layer via an insulating layer 28 ⁇ m (polyimide film thickness 3 ⁇ m and adhesive layer thickness 25 ⁇ m). Thermocompression flat plate.
  • Test piece structure A 35 ⁇ m thick tough pitch copper foil as a wiring layer is formed into a thick copper foil with a thickness of 150 ⁇ m as a heat dissipation layer via an insulating layer 28 ⁇ m (polyimide film thickness 3 ⁇ m and adhesive layer thickness 25 ⁇ m). Thermocompression flat plate.
  • a type 30 mm wide x 200 mm long.
  • the wiring surface is bent at a valley fold angle of 90 degrees and R1 mm at a center of 100 mm in the longitudinal direction.
  • B type 30 mm wide x 200 mm long.
  • the wiring surface is bent at a mountain fold angle of 90 degrees and R1 mm at a center of 100 mm in the longitudinal direction.
  • (3) Evaluation criteria (opening from 90 degrees angle) ⁇ ... An angle of 90 ° is maintained. ⁇ ... The opening is within 93 degrees at the maximum. ⁇ ... The opening is within 110 degrees at the maximum. ⁇ ... The opening is 110 degrees or more.
  • Table 1 shows the test results of the above two verification tests.
  • the tensile strength of the thick copper foil used for the heat-dissipating layer 3b is 420 MPa
  • both the A type and the B type can clear the bent shape maintenance test, and the handling test is slightly deformed in the B type.
  • the A type clears the standard. From this result, if the tensile strength of the thick copper foil is about 400 MPa or more, the flexible circuit board can maintain the flatness by suppressing the occurrence of inadvertent unevenness, and can be bent and processed into a three-dimensional shape. It turns out that it is possible. That is, it is possible to achieve both maintenance of flatness and shape workability.
  • the tensile strength of the thick copper foil is 520 MPa, and both the A type and B type have been completely maintained in the bent shape maintenance test, and the handling test has almost no deformation in the A type. ing. From this result, it can be seen that if the tensile strength of the thick copper foil is about 500 MPa or more, both the maintenance of flatness and the shape workability can be achieved.
  • the temperature rise after the LED is energized is 100 ° C.
  • the conventional circuit board lower table
  • 110 the heat generated in the LED can be radiated more effectively according to the flexible circuit board of the present embodiment.
  • the use of the flexible circuit board according to the present embodiment extends the lifetime of the LED.
  • the overall thickness of the circuit board is significantly smaller in the flexible circuit board according to the present embodiment than in the conventional circuit board.
  • the present embodiment it is possible to exhibit heat dissipation performance superior to that of a conventional circuit board while achieving a reduction in the thickness of the flexible circuit board, so that the circuit board and the device to which the circuit board is attached can be provided. It becomes possible to achieve miniaturization and long life of the circuit elements to be mounted.
  • both the wiring layer 3a and the heat dissipation layer 3b are formed of copper foil, the flexible circuit board can be easily processed into a desired shape according to the shape of the device to be attached. Become. Moreover, since the thickness of the heat dissipation layer 3b can be reduced as compared with the conventional configuration, the flexible circuit board can be thinned.
  • the heat radiation layer 3b is formed of a highly elastic thick copper foil having a tensile strength of 400 MPa or more and a thickness of 70 ⁇ m or more, heat radiation is performed in the manufacturing process of the flexible circuit board, the transportation process, the attachment process to the housing, and the like. There is no possibility that the layer 3b is unevenly deformed. That is, since the planarity of the heat dissipation layer 3b can be maintained, the heat dissipation performance of the flexible circuit board can be maintained at a high level.
  • the flexible circuit board having the heat dissipation layer can be easily bent while achieving a reduction in thickness, and the flatness of the heat dissipation layer can be maintained. It becomes possible to provide a flexible circuit board.
  • Second Embodiment A second embodiment to which the present invention is applicable will be described with reference to FIGS. Since the layer structure of the flexible circuit board is the same as that of the first embodiment, the description thereof will be omitted, and only the configuration different from that of the first embodiment will be described here.
  • FIG. 6A shows one form of the flexible circuit board according to the first embodiment.
  • the flexible circuit board according to the first embodiment can be easily bent, for example, the flexible circuit board can be processed into a stepped shape as shown in the figure.
  • Such a flexible circuit board can be applied to, for example, a front lamp of an automobile.
  • FIG. 6B shows a schematic configuration of the flexible circuit board according to the present embodiment.
  • the flexible circuit board is formed with a second region 15 in which only the heat dissipation layer 3b is enlarged from the first region where the wiring layers and the like are laminated in the heat dissipation layer 3b.
  • the heat radiation layer 3b is extended to increase the surface area of the heat radiation layer 3b, and the enlarged region (second region 15) is used as a heat sink region, thereby increasing the heat radiation amount from the heat radiation layer 3b. It becomes possible. That is, the heat dissipation performance can be further improved.
  • fins 15a that are fold-folded and valley-folded may be provided in the heat sink region. According to such a configuration, since the heat transfer area of the heat sink region can be increased by providing the fins 15a, the heat radiation amount in the heat sink region can be further increased. That is, the heat dissipation performance can be further improved.
  • FIG. 7 shows a manufacturing process of the flexible circuit board according to this embodiment.
  • the heat sink region can be formed by the bent region by bending the base portion of the heat dissipation layer 3b extending in all directions.
  • the round holes at the four corners of the bent portion are provided to prevent cracks.
  • stretched to four directions can each be mountain-folded and valley-folded, and the heat sink area
  • the flexible circuit board having the heat dissipation layer can be easily bent while achieving a reduction in thickness, and the flatness of the heat dissipation layer can be maintained. It becomes possible to provide a flexible circuit board. Further, by providing the heat sink region and the fins, the heat dissipation performance of the heat dissipation layer can be further enhanced.
  • the configuration using the LED 1 and the IC 11 as the circuit elements is described, but the elements applicable as the circuit elements are not limited thereto.
  • a semiconductor element such as a CPU can be used. Since semiconductors of CPUs and ICs for liquid crystal drivers have dramatically increased data processing speeds as the speed increases, higher heat dissipation performance is required for flexible circuit boards on which they are mounted. In this case, the same effect as described above can be obtained.

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Abstract

　放熱層３ｂ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３ｂ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。　回路素子と電気的に接続可能な配線層３ａ、絶縁層２、及び放熱層３ｂを少なくとも有するフレキシブル回路基板において、配線層３ａ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、放熱層３ｂ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。

Description

フレキシブル回路基板
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 
　（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１乃至３のいずれか１項に記載のフレキシブル回路基板。
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