JP5458926B2 - フレキシブル基板、フレキシブル基板モジュール及びそれらの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フレキシブルプリント配線板等の基板に用いることができるフレキシブル基板、フレキシブル基板モジュール、及びそれらの製造方法に関する。

従来、フレキシブルプリント配線板にはフレキシブルな基板が使用されることになるが、フレキシブル基板はそのフレキシブル性（柔軟性）を十分に生かすために、通常、薄肉のフィルムが用いられる。
一方、フレキシブルプリント配線板には、種々の電子部品、電子要素等が搭載されるが、それら搭載物からの熱を速やかに逃がすための放熱性がフレキシブル基板に求められている。
即ち、フレキシブル基板には柔軟性と放熱性が求められるところであるが、放熱性を高めるために熱伝導性を向上させようとしてフレキシブル基板の厚みを増やすと、確かに熱抵抗が下がり、放熱性はよくなるが、基板が硬くなり、屈曲性、柔軟性がなくなるという問題が生じる。
特開２００８−６９４７４号には補強材・放熱材に適する炭素繊維集合体が開示されている。また、この炭素繊維集合体を用いた炭素繊維強化複合材料の用途として、電子部品用放熱板や熱交換器が開示され、またプリント配線基板への用途が開示されている。

特開２００８−６９４７４号公報

しかしながら上記特許文献１に記載の炭素繊維集合体や炭素繊維強化複合材料の場合には、主として短炭素繊維を用いて、これを複数種類、分散混合させた構造をもつことから、炭素繊維そのものの熱伝導率が高くても、炭素繊維と炭素繊維の間では熱伝導率は低い。即ち、炭素繊維間に熱伝導率の低いマトリックス材料が介在する確率が高くなるため、繊維同士が重なり合っても、炭素繊維の連続体に比べて接触面積が低く、熱伝導率が低くなり、放熱性を十分に上げることができない。また繊維方向に垂直な方向への熱伝導率も悪く、放熱性を十分にもたらすことができない。
また特許文献１に示すような炭素繊維強化複合材料の場合、熱伝導率の低さをカバーしようとして厚みを増やすと、放熱性は向上するが、屈曲性、柔軟性が低下し、フレキシブル基板には使えなくなる。

そこで本発明は上記従来技術における問題点を解消し、放熱性に優れ、且つ柔軟性にも十分優れたフレキシブル基板の提供を課題とする。またそのようなフレキシブル基板を用いたフレキシブル基板モジュールの提供を課題とする。更にそのような放熱性、柔軟性に優れたフレキシブル基板、フレキシブル基板モジュールの製造方法の提供を課題とする。

上記課題を解決する本発明のフレキシブル基板は、導電層を備えたフレキシブル基板であって、長炭素繊維からなる高放熱材をポリイミドフィルムで構成される樹脂フィルム間に積層状態に接合してあり、前記高放熱材と樹脂フィルムとの接合は接着剤による接着接合としてあると共に、接着接合の厚みが１００μｍ未満であり、且つ基板の最も熱伝導率が高い方向の熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上であることを第１の特徴としている。
また本発明のフレキシブル基板は、上記第１の特徴に加えて、接着剤がポリウレタン系樹脂からなることを第２の特徴としている。
また本発明のフレキシブル基板モジュールは、上記第１又は第２に記載のフレキシブル基板に熱源を取り付けてあることを第３の特徴としている。
また本発明のフレキシブル基板モジュールは、上記第３の特徴に加えて、熱源を、フレキシブル基板の樹脂フィルムに構成した開口部において、該開口部に露出する高放熱材に対して取り付けてあることを第４の特徴としている。
また本発明のフレキシブル基板モジュールは、上記第３又は第４の特徴に加えて、熱源のフレキシブル基板への取り付けは、接着剤による接着であることを第５の特徴としている。
また本発明のフレキシブル基板モジュールは、上記第５の特徴に加えて、接着剤には高放熱フィラーを含有させていることを第６の特徴としている。
また本発明のフレキシブル基板モジュールは、上記第６の特徴に加えて、高放熱フィラーが、銀粉、銅粉、ＡｌＮ粉、ダイヤモンド粉、Ａｌ_２Ｏ_３粉、短炭素繊維の何れか１つ若しくは複数種類を含有したものであることを第７の特徴としている。
また本発明のフレキシブル基板モジュールは、上記第７の特徴に加えて、銀粉がナノ銀粉末からなることを第８の特徴としている。
また本発明のフレキシブル基板モジュールは、上記第５の特徴に加えて、接着剤として半田を用いることを第９の特徴としている。
また本発明のフレキシブル基板若しくはフレキシブル基板モジュールの製造方法は、上記第１又は第２に記載のフレキシブル基板若しくは上記第３〜第９の何れか１つに記載のフレキシブル基板モジュールの製造方法であって、樹脂フィルムにポリウレタン系樹脂を塗布し、その上に熱伝導率が高く且つ柔軟性のある長炭素繊維からなる高放熱材を積層し、熱処理を加えて接合し、更に別に用意した樹脂フィルムにポリウレタン系樹脂を塗布したものを、その塗布面を下向きにして前記高放熱材の上に積層し、熱処理を加えて接合させることを第１０の特徴としている。
また本発明のフレキシブル基板若しくはフレキシブル基板モジュールの製造方法は、上記第１０の特徴に加えて、ポリウレタン系樹脂の厚みを１００μｍ未満にすることを第１１の特徴としている。

上記第１の特徴によるフレキシブル基板によれば、長炭素繊維からなる高放熱材をポリイミドフィルムで構成される樹脂フィルム間に積層状態に接合してあるので、放熱性に優れ、且つ強度と耐熱性、柔軟性にも十分優れたフレキシブル基板を提供することができる。特に、高い放熱性をもつフレキシブル基板を十分に薄く構成することができ、柔軟性にも十分に優れたものを提供することができる。また両面の樹脂フィルムに銅箔等の導電性材料を積層してプリント配線等に供することができる。また高放熱材と樹脂フィルムとの接合は接着剤による接着接合とし、接着接合の厚みが１００μｍ未満であることとしたので、フレキシブル基板を屈曲して使用する場合においても、接着剤層を原因とする破断を十分に抑制することが可能となる。また基板の最も熱伝導率が高い方向の熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上であることにより、高熱源に対してもフレキシブル基板の放熱を最も熱伝導率が高い方向に十分速やかに行って搭載部品を保護することが可能となる。
上記第２の特徴よるフレキシブル基板によれば、上記第１の特徴による作用効果に加えて、接着剤がポリウレタン系樹脂からなることにより、柔軟性の十分に高い接着剤層をもつフレキシブル基板を提供することができる。
上記第３の特徴によるフレキシブル基板モジュールによれば、上記第１又は第２の特徴に記載のフレキシブル基板に熱源を取り付けてあることにより、放熱性に優れ、且つ柔軟性にも十分優れた熱源付きのフレキシブル基板モジュールを提供することができる。
上記第４の特徴によるフレキシブル基板モジュールによれば、上記第３の特徴による作用効果に加えて、熱源を、フレキシブル基板の樹脂フィルムに構成した開口部において、該開口部に露出する高放熱材に対して取り付けてあることにより、樹脂フィルム側に形成した回路等に搭載される熱源であっても、樹脂フィルムに構成した開口部で高放熱材に直接的に伝熱して放熱させることができ、速やかなる放熱を確保することができる。
上記第５の特徴によるフレキシブル基板モジュールによれば、上記第３又は第４の特徴による作用効果に加えて、熱源のフレキシブル基板への取り付けは、接着剤による接着であることにより、熱源を接着剤により容易にフレキシブル基板に取り付けることができる共に、接着剤が介在することによる放熱効果を奏する。
上記第６の特徴によるフレキシブル基板モジュールによれば、上記第５の特徴による作用効果に加えて、接着剤には高放熱フィラーを含有させていることにより、接着剤が介在することによる放熱低下を十分に抑制して、効率のよい放熱を確保することができる。
上記第７の特徴によるフレキシブル基板モジュールによれば、上記第６の特徴による作用効果に加えて、高放熱フィラーが、銀粉、銅粉、ＡｌＮ粉、ダイヤモンド粉、Ａｌ_２Ｏ_３粉、短炭素繊維の何れか１つ若しくは複数種類を含有したものであることにより、樹脂フィルムと高放熱材の材料に応じて、接着性を損なうことなく、熱伝導性のよい接着接合層をもつフレキシブル基板モジュールを提供することができる。
上記第８の特徴によるフレキシブル基板モジュールによれば、上記第７の特徴による作用効果に加えて、銀粉がナノ銀粉末からなることにより、銀粉を用いる場合の放熱効果を向上させることができる。
上記第９の特徴によるフレキシブル基板モジュールによれば、上記第５の特徴による作用効果に加えて、接着剤として半田を用いることにより、接着を容易に、且つ熱伝導による放熱効果を良好に行うことができる。
上記第１０の特徴によるフレキシブル基板若しくはフレキシブル基板モジュールの製造方法によれば、樹脂フィルムにポリウレタン系樹脂を塗布し、その上に熱伝導率が高く且つ柔軟性のある長炭素繊維からなる高放熱材を積層し、熱処理を加えて接合し、更に別に用意した樹脂フィルムにポリウレタン系樹脂を塗布したものを、その塗布面を下向きにして前記高放熱材の上に積層し、熱処理を加えて接合させることにより、高放熱材が、ポリウレタン系樹脂によって、表裏の樹脂フィルム間に接着接合されてなる、放熱性、柔軟性に十分に優れたフレキシブル基板、フレキシブル基板モジュールを簡単に製造することができる。
上記第１１の特徴によるフレキシブルフレキシブル基板若しくはフレキシブル基板モジュールの製造方法によれば、上記第１０の特徴による作用効果に加えて、ポリウレタン系樹脂の厚みを１００μｍ未満とすることにより、屈曲に対して接着剤層を原因とする破断を十分に抑制した、放熱性、柔軟性に十分に優れたフレキシブル基板、フレキシブル基板モジュールを製造することが可能になる。

本発明のフレキシブル基板によれば、良好な放熱性と良好な柔軟性とを兼ね備えたフレ＋キシブル基板を提供することができる。
本発明のフレキシブル基板モジュールによれば、搭載した熱源に対して良好な放熱性を確保すると共に、良好な柔軟性をも確保したフレキシブル基板モジュールを提供することができる。
本発明のフレキシブル基板若しくはフレキシブル基板モジュールの製造方法によれば、高放熱材が、ポリウレタン系樹脂によって、表裏の樹脂フィルム間に接着接合されてなる、放熱性、柔軟性に十分に優れたフレキシブル基板、フレキシブル基板モジュールを簡単に製造することができる。

本発明のフレキシブル基板の実施形態を説明する図である。 本発明のフレキシブル基板モジュールの第１の実施形態を説明する断面図である。 本発明のフレキシブル基板モジュールの第２の実施形態を説明する断面図である。 本発明のフレキシブル基板モジュールの第３の実施形態を説明する断面図である。 本発明のフレキシブル基板の製造方法の第１の実施形態を説明する図である。 本発明のフレキシブル基板の製造方法の第２の実施形態を説明する図である。 本発明の実施例５での測定結果を示す図である。

以下の図面を参照して、本発明に係るフレキシブル基板、フレキシブル基板モジュール、及びフレキシブル基板若しくはフレキシブル基板モジュールの製造方法についての実施形態を説明し、本発明の理解に供する。しかし、以下の説明は本発明の実施形態であって、特許請求の範囲に記載の内容を限定するものではない。

先ず図１を参照して、本発明の実施形態に係るフレキシブル基板について説明する。
実施形態に係るフレキシブル基板１は、ポリイミドやポリエステル等の柔軟性をもつ樹脂フィルム１１、１２の間に、長炭素繊維（カーボンファイバ）等の柔軟性のある高放熱材１３を積層状態に接合したものである。
上記樹脂フィルム１１、１２と高放熱材１３とは接着剤１４による接着によって接合されている。
前記接着剤１４の厚み（接着接合層の厚み）は非常に薄く、また樹脂フィルム１１、１２、高放熱材１３は共に柔軟性をもつため、実施形態に係るフレキシブル基板１は放熱性に優れると共に柔軟性にも十分に優れ、屈曲に対する耐久性、耐破断性に優れた特性をもつ。

樹脂フィルム１１、１２に対して、銅箔等による導電層１５を両面に積層し、いわゆる銅張積層板構造としている。導電層１５は樹脂フィルム１１、１２の何れか一方にのみ積層するようにしてもよい。
上記において、高放熱材１３は表裏の樹脂フィルム１１、１２に挟まれた構造であるが、樹脂フィルム１１、１２は高放熱材１３の片側にのみ存在するようにしてもよい。

前記樹脂フィルム１１、１２は、柔軟性を有する樹脂フィルムであるが、一般的なフレキシブル基板に使われるベース材料若しくはカバーレイ材料でよく、既述したポリイミドやポリエステルの他、薄手のガラス・エポキシ等の材料がある。

前記高放熱材１３は、長炭素繊維を用いるのがよい。長炭素繊維は繊維長手方向（軸方向）には非常に高い熱伝導率をもっており、且つ柔軟性も高いので望ましい。
炭素繊維にはＰＡＮ系、ピッチ系等、製法や特性により幾つかの種類に分類されているが、中でも特にピッチ系は非常に高い熱伝導率をもっているので望ましく、繊維長手方向には３００Ｗ／ｍＫ以上という高い熱伝導率をもつものも多い。
高放熱材１３は、長炭素繊維の代わりに、銀粉、銅粉、ＡｌＮ粉、ダイヤモンド粉、Ａｌ_２Ｏ_３粉、短炭素繊維などの高放熱フィラーを用いることも可能である。何も混ぜないよりは熱伝導率の点で有利である。更には、このうち複数のものを混ぜてもよい。例えば短炭素繊維とＡｌＮ粉を混ぜれば、短炭素繊維の間にＡｌＮ粉が埋まることにより、フィラーの含有率を短炭素繊維のみに比べて上げることができ、全体としての熱伝導率を上げることができる。
また高放熱材１３は、長炭素繊維や各種フィラーの代わりに、アルミニウムフィルムや銅フィルム等の金属フィルムであっても可能である。この場合、金属フィルムは薄くないと屈曲性が悪くなる。薄くした場合には、屈曲性と形状保持の利点を利用することができる。

前記接着剤１４は、この層厚が厚いと屈曲したときに折れて破断してしまうので、接着剤１４が薄いことが条件となる。１００μｍ以上では破断しやすいので、１００μｍ未満が好ましく、２０μｍ以下ではほとんど破断しないので、より好ましい。また１０μｍ以下ではより柔軟性を良好に維持できるので、１０μｍ以下が更に好ましい。
接着剤１４の種類としては、一般的なエポキシ樹脂やアクリル樹脂でもよいし、紫外線用途に適したシリコーン系でもよい。またホットメルトタイプの樹脂、例えばポリイミド樹脂で熱ラミネートしても使うことができる。
接着剤自体も十分に柔軟な特性をもつものがより好ましく、中でもポリウレタン系樹脂が最も好ましい。
更に接着剤１４は、高放熱性を保有させるために、銀粉、銅粉、ＡｌＮ粉、ダイヤモンド粉、Ａｌ_２Ｏ_３粉、短炭素繊維などの高放熱フィラーを含有したものを、ペースト状やシート状で用いるようにしてもよい。
前記高放熱の接着剤１４の放熱性を更に上げるため、銀粉、銅粉、ＡｌＮ粉、ダイヤモンド粉、Ａｌ_２Ｏ_３粉、短炭素繊維等の高放熱フィラーを複数混ぜてもよい。例えば短炭素繊維とＡｌＮ粉を混ぜれば、短炭素繊維の間にＡｌＮ粉が埋まることにより、フィラーの含有率を短炭素繊維のみの場合と比べて上げることができ、より熱伝導性・放熱特性を上げることができる。
高放熱の接着剤１４が導電性の場合には、絶縁不良が発生するケースがあるので、その場合にはＡｌＮ粉、ダイヤモンド粉、Ａｌ_２Ｏ_３粉等の絶縁性フィラーを混ぜた接着剤１４が望ましい。
なお、高放熱材１３と樹脂フィルム１１、１２との接合は、必ずしも接着剤１４による接合である必要はない。他の従来公知の方法による接合であってもよい。
前記導電層１５は材料として銅を用いて積層しているが、必ずしも銅に限ることはない。導電性の高い他の金属を用いることができる。

図２を参照して、フレキシブル基板モジュールの第１の実施形態を説明する。このフレキシブル基板モジュール２は、熱源１６をフレキシブル基板１の高放熱材１３に直接的に取り付けたものを示している。
樹脂フィルム１１、高放熱材１３、樹脂フィルム１２をその順に積層したフレキシブル基板１に、更に銅箔等からなる導電層１５を積層した基板を用い、導電層１５にはプリント配線を施し、そのプリント配線の一部にＬＥＤやその他の電子部品を熱源１６として、例えば半田１７付け等により搭載している。
前記熱源１６は、前記導電層１５及び樹脂フィルム１２に形成した開口部１８を利用して、該開口部１８に露出した高放熱材１３に、接着剤１９により直接的に接着して取り付けている。高放熱材１３は長炭素繊維を用いている。
接着剤１９としては、フレキシブル基板１に用いられる上記接着剤１４と同様の材料を用いることができる。勿論、接着剤１９は既述した高放熱のものを用いるのが好ましい。
接着剤１９に銀粉を使う場合、ミクロンオーダーのものに加え、ナノオーダーの大きさの粒子を併用したナノ銀粉末を用いるのが、放熱の点で好ましい。これは、粗い粒子の間に細かい粒子が入り込むことにより、充填率が上がり、熱伝導率が高くなるからである。具体的には、１次粒子の平均粒子径１〜１００ｎｍの銀粉と、１次粒子の平均粒子径０．５〜１０μｍの銀粉を、１：９〜１：９９の割合で混合するのが好ましい。
なお、接着剤１９による接着が不十分である場合には、別の取り付け方法を併用してもよい。また別の方法で熱源１６を開口部１８に露出した高放熱材１３に取り付けることができる。この場合、例えばポリイミドテープによる固定等が考えられる。また接着剤１９と併用するものとしては、ＬＥＤパッケージの電極部を半田で固定するのでもよい。特に、接着剤１９の熱伝導率を上げれば上げるほど、他の特性の１つである接着強度やせん断強度は低下するので、接着剤１９の熱伝導率を上げる際には、半田などの方法でＬＥＤを固定するのが有効になる。
また接着剤１９は半田でもよい。ＬＥＤ実装に半田リフロー工程を通す場合には、ＬＥＤ接着剤として半田を利用すれば、ＬＥＤ電極固定の半田と一緒の熱処理で済むので工程数を減らすことができる。また半田は熱伝導率も高いので、放熱性の点でも良好である。
また接着剤１９が導電性の場合には、絶縁不良を引き起こすケースがあるので、その場合には、ＡｌＮ粉、ダイヤモンド粉、Ａｌ_２Ｏ_３粉等の絶縁性フィラーを混ぜた接着剤１９が望ましい。
また接着剤を使わずに別の取り付け方法だけで接着してもよい。この場合、熱源１６の構造を工夫することで、接着剤１９を介さずに熱源１６を高放熱材１３に直接接合してもよい。ただし、本来は接着剤１９を使うのが望ましい。接着剤１９を介さず接触だけで熱源１６を高放熱材１３に直接接合すると、どうしても微小な凹凸が存在し、その部分に空気層が含まれる。空気層は熱導電層が非常に低い（０．０２４Ｗ／ｍＫ程度）ため、その空気層の分だけ熱抵抗が悪化する。別の言い方をするなら、接触熱抵抗が大きくなる。これを防ぐためには、接着剤１９を使うことが望ましい。接着剤１９は、微小な凹凸にも追従して埋まってくれ、空気層を残さないからである。なお、以上では熱源１６を開口部１８に露出した高放熱材１３に取り付ける場合について説明したが、後で説明する図３の場合、即ち熱源１６からの熱を樹脂フィルム１２を介して高放熱材１３に伝導する場合にも当てはまる。

フレキシブル基板１の適当な１乃至複数の箇所で、放熱器、筐体等のシンク２０に接触状態等にさせることで、熱をシンク２０に逃がすようにしている。この際、フレキシブル基板１の高放熱材１３がシンク２０に接触するようにするのが効率的である。また図２に示すように、フレキシブル基板１の高放熱材１３等の屈曲性を利用して、折り曲げてシンク２０に接触させることで、省スペース等を図ることができる。

図３を参照して、フレキシブル基板モジュールの第２の実施形態を説明する。このフレキシブル基板モジュール３では、熱源１６をフレキシブル基板１の樹脂フィルム１２に取り付けており、熱源１６からの熱を樹脂フィルム１２を介して高放熱材１３に伝導するようにしている。
樹脂フィルム１１、高放熱材１３、樹脂フィルム１２、導電層１５をその順に積層したフレキシブル基板１を用い、導電層１５にはプリント配線を施し、そのプリント配線の一部にＬＥＤやその他の電子部品を熱源１６として、例えば半田１７付け等により搭載している。
開口部１８は本実施形態では、導電層１５にのみに形成している。
熱源１６は、開口１８において露出した樹脂フィルム１２に、接着剤１９により接着して取り付けている。この場合には高放熱材１３に直接的には接することがないが、それなりの放熱効果がある。また開口部１８を導電層１５のみに形成すればよく、樹脂フィルム１２には開口部１５を形成する必要がないので、製造上のメリットがある。また絶縁性がとれる。
フレキシブル基板１の熱をシンク２０に逃がすように構成できることは、第１の実施形態と同様である。
なお、上記図１〜図３に示す実施形態では、高放熱材１３は、２枚の樹脂フィルム１１、１２の間に挟んで接合しているが、間に挟むことなく、高放熱材１３を１枚の樹脂フィルムの導電層１５とは反対の面に設けるようにしてもよい。また高放熱材１３を両面基板の下に設けてもよい。

図４を参照して、フレキシブル基板モジュールの第３の実施形態を説明する。このフレキシブル基板モジュール４では、銅フィルムやアルミフィルム等の金属の高放熱材１３、樹脂フィルム１２、導電層１５をその順に積層したフレキシブル基板１を用い、導電層１５にはプリント配線を形成し、そのプリント配線の一部にＬＥＤ等の熱源１６を半田１７等で取り付けている。
そして前記熱源１６は、導電層１５及び樹脂フィルム１２に形成した開口部１８を利用して、該開口部１８に露出した高放熱材１３である金属に、接着剤１９により直接的に接着して取り付けている。
またフレキシブル基板１は、その金属製の高放熱材１３をシンク２０に接触して取り付けることで、熱源１６からの熱を高放熱材１３を介してシンク２０に速やかに放熱させるようにしている。

以下に本発明の実施形態に係るフレキシブル基板、フレキシブル基板モジュールの製造方法を説明する
先ず図５を参照して、樹脂フィルム１１を用意する。
次に、この樹脂フィルム１１に接着剤１４を薄く塗布する。
次に、接着剤１４層の上に長炭素繊維からなる高放熱材１３を載せ、加熱処理することで、長炭素繊維の高放熱材１３と樹脂フィルム１１とを接着させる。このとき接着剤１４を薄く塗布するのには適当な冶具等を用いるのがよい。
次に、別の樹脂フィルム１２を用意して、この樹脂フィルム１２に接着剤１４を薄く塗布する。
そして別に用意した樹脂フィルム１２の接着剤１４側を下にして、先に用意した樹脂フィルム１１の長炭素繊維からなる高放熱材１３の上面に合わせ、加熱処理を施して、長炭素繊維からなる高放熱材１３と樹脂フィルム１２との接着を完了する。
なお図５においては、導電層１５を図示していないが、導電層１５は予め樹脂フィルム１１、１２の一方若しくは両方に対して積層しておくことができる。また高放熱材１３をサンドイッチ状態に接着した後に上下の樹脂フィルム１２、１３の一方若しくは両方に対して導電層１５を積層するようにしてもよい。
加熱処理時の雰囲気は、大気中、窒素や水素等の還元雰囲気中、若しくは脱泡を目的として真空中（減圧中）で行うことができる。
前記高放熱材１３に用いる長炭素繊維は、細いフィラメントが束になったものを用いることができる。その場合には、接着剤１４は炭素繊維のフィラメント間に含浸していく。それ故、接着後には接着剤１４は樹脂フィルム１２と長炭素繊維の高放熱材１３との界面にも長炭素繊維の繊維間にも存在することになる。
以上により、樹脂フィルム１１、１２、高放熱材１３、接着剤１４、導電層１５からなるフレキシブル基板１が出来上がる。
その後、樹脂フィルム１２に化学エッチング等により、開口部１８を形成する。勿論、開口部１８は、導電層１５を樹脂フィルム１２上に積層する場合には、その導電層１５と同時に開口することになる。
また開口部１８にＬＥＤ、その他の電子部品である熱源１６が接着剤１９等により取り付けられてフレキシブル基板モジュールが製造される。
ところで、ＬＥＤは熱に弱く、ｐｎ接合部の温度（ジャンクション温度）が大体１３０℃を超えると輝度低下や寿命低下を引き起こす。それ故ＬＥＤの温度管理、即ち放熱対策が重要であり、最近よく使われる高輝度ＬＥＤでは非常に高い熱を発するので特に重要である。ＬＥＤは表面積が小さいのでそれ自身からの対流と放射は期待できず、放熱は他部材への熱伝導が支配的であるため、ＬＥＤの放熱はモジュール次第ということになる。

図６を参照して、本発明の実施形態に係る別のフレキシブル基板、フレキシブル基板モジュールの製造方法を説明する。
先ず樹脂フィルム１１を用意する。次に、この樹脂フィルム１１に接着剤１４を薄く塗布する。次に、接着剤１４層の上に長炭素繊維からなる高放熱材１３を載せ、加熱処理することで、長炭素繊維の高放熱材１３と樹脂フィルム１１とを接着させる。ここまでは上記図５に示す製造方法と同じ工程である。
次に、別の樹脂フィルム１２を用意して、この樹脂フィルム１２に開口部１８を形成し、その後に接着剤１４を薄く塗布する。
そして別に用意した樹脂フィルム１２の接着剤１４側を下にして、先に用意した樹脂フィルム１１の長炭素繊維からなる高放熱材１３の上面に合わせ、加熱処理を施して、長炭素繊維からなる高放熱材１３と樹脂フィルム１２との接着を完了する。
なお、図６においても導電層１５は図示していないが、導電層１５は予め樹脂フィルム１１、１２の一方若しくは両方において、接着剤１４の塗布しない側に対して積層される。
これにより樹脂フィルム１１、１２、高放熱材１３、接着剤１４、導電層１５からなり、且つ開口部１８が樹脂フィルム１２に形成されたフレキシブル基板１が出来上がる。
その後、開口部１８にＬＥＤ、その他の電子部品である熱源１６が接着剤１９等により取り付けられてフレキシブル基板モジュールが製造される。

なお図５、図６に示す製造方法においては、共に長炭素繊維からなる高放熱材１３を片側の樹脂フィルム１１と加熱接着させた後にもう片方の樹脂フィルム１２を接着させる方法を採用しているが、加熱前に長炭素繊維からなる高放熱材１３の両面に樹脂フィルム１１、１２をつけて、その後に加熱処理を施すことで同時に接着させてもよい。前者は最初の片方の樹脂フィルム１１側の接着剤１４は上が覆われていない、即ち開放系であるので、乾きやすいという利点と長炭素繊維が崩れにくいという利点がある。
また以上で説明した実施形態に係るフレキシブル基板、フレキシブル基板モジュール、及びそれらの製造方法において、導電層１５の上は、勿論、カバーレイ等の絶縁材料でカバーされており、また絶縁材料でカバーされていない部分、即ちランドはＮｉ／Ａｕめっき等の酸化防止処理、防錆処理がなされているが、図中では省略している。
また以上で説明した実施形態に係るフレキシブル基板、フレキシブル基板モジュール、及びそれらの製造方法において、接着剤１４は、熱硬化タイプ等のボンディングシートを用いてもよい。

樹脂フィルム１１、１２として、厚さ２５μｍのポリイミドフィルムを用いた。また高放熱材１３として長炭素繊維を用いた。
一方、長炭素繊維として日本グラファイトファイバー株式会社製のＧＲＡＮＯＣ ＹＡＲＮ ＹＳ９５Ａを用いた。この繊維はピッチ系で、径が７μｍのフィラメントが束になったヤーンであり、長繊維方向の熱伝導率は６００Ｗ／ｍＫである。今回使用した炭素繊維の長さは５０ｍ連続であるが、そこから作製ターゲットのフレキシブル基板と同等の長さ（今回は１００ｍｍ）に裁断して用いた。
前記ポリイミドフィルムからなる樹脂フィルム１１にポリウレタン系の接着剤１４を塗布した。この塗布工程においては、適当な冶具を用いて厚みを１０μｍに制御した。なお厚みを１００μｍ以上で作製した場合には、柔軟性の点で劣り、屈曲した際に破断することから、厚みを薄くすることは有効である。厚みが２０μｍでは破断しないことが確認できているが、厚みが１０μｍの方が柔軟性を高くできるので望ましい。
上記長炭素繊維からなる高放熱材１３を１０μｍ厚の接着剤１４層の上に隙間ができないように並べ、幅１０ｍｍ、長さ１００ｍｍの状態に並べた。
その後、電気炉中で１５０℃、１時間加熱処理し、長炭素繊維をポリイミドフィルムに接着させた。勿論、電気炉の代わりにホットプレートを用いてもよい。
次に、熱源１６として高輝度白色ＬＥＤが長炭素繊維からなる高放熱材１３に直接接触するように、加工して開口部１８を形成したポリイミドフィルムからなる樹脂フィルム１２を別途用意し、その樹脂フィルム１２上に接着剤１４を１０μｍ厚になるように塗布した。
その後、前記接着剤１４を１０μｍ厚に塗布した樹脂フィルム１２を、接着剤１４側を下にして、先ほど加熱処理した樹脂フィルム１１の長炭素繊維からなる高放熱材１３の上に合わせ、電気炉中で１５０℃、４時間加熱処理することで、樹脂フィルム１１、接着剤１４、高放熱材１３、接着剤１４、樹脂フィルム１２の順に積層されたフレキシブル基板１を得た。

その後、ポリイミドフィルムからなる樹脂フィルム１２の開口部１８に、銀ペーストからなる接着剤１９を用いて、熱源１６となる高輝度白色ＬＥＤを貼り付け、１６０℃、１時間の条件で加熱処理し、銀ペーストからなる接着剤１９を介して熱源１６となる前記ＬＥＤを高放熱材１３である長炭素繊維に直接接着させた。
以上のようにして得たフレキシブル基板モジュールを、アルミニウムのシンク２０に貼り付けた。
なお、上記高放熱材１３の長炭素繊維の束の厚みは約１３０μｍであった。

熱源１６である高輝度白色ＬＥＤに電流を流し、発熱させ、放熱特性を観察した。
比較例として、２５μｍ厚のポリイミドフィルム２枚の間にポリウレタン系接着剤を介して１３０μｍ厚のポリイミドフィルムが接着されたものを用意し、同様に高輝度白色ＬＥＤを熱源として取り付けた。

比較例では高輝度白色ＬＥＤ及びその高輝度白色ＬＥＤとの接触部のポリイミドフィルム部が非常に熱く、１００℃以上となっていたのに対し、実施例１のフレキシブル基板は、高輝度白色ＬＥＤ及びその高輝度白色ＬＥＤとの接触部のポリイミドフィルム部と共に、ほとんど熱くならず５０℃以下であった。

実施例１のフレキシブル基板の長繊維方向の熱伝導率を測定した。
測定方法には、スキャニング・レーザ加熱ＡＣ法を用いた。測定試料は５ｍｍ×２５ｍｍの大きさに加工したものを用いた。スキャニング・レーザ加熱ＡＣ法では、レーザパルス光で加熱する位置をスキャンしながら、レーザ出射側とは反対側の一箇所（固定部）の温度を熱電対で測定することで、レーザ加熱位置スキャン時の温度変化から熱拡散率を得られる。その値に比熱及び密度との積を計算することで熱伝導率が求められる。
なお、フレキシブル基板モジュールのＬＥＤ接触部は開口部であり、ＬＥＤにより炭素繊維が直接加熱されるため、熱伝導率を測定する試料としては、上側のポリイミドフィルムを剥離した構造、即ち下側のポリイミドフィルムに炭素繊維を貼り付けただけの構造を用い、炭素繊維側をレーザパルス光で加熱し、ポリイミドフィルム側の温度を熱電対で測定することで、ポリイミドフィルム込みの試料の熱伝導率を求めた。
その後、次に示す複合則を用いて炭素繊維単体での熱伝導率も求めた。

［複合則による熱伝導率の導出］
フレキシブル基板１のトータルとしての熱伝導率Λ_Ｔは、次の式（１）で計算できる。
Λ_Ｔ＝Ａ_Ｔ×Ｂ_Ｔ×Ｃ_Ｔ／１０（Ｗ／ｍＫ）・・・式（１）
Ａ_Ｔ ：フレキシブル基板１のトータルの熱拡散率（ｃｍ^２／ｓ）
Ｂ_Ｔ ：フレキシブル基板１のトータルの比重（ｇ／ｃｍ^３）
Ｃ_Ｔ ：フレキシブル基板１のトータルの比熱（Ｊ／ｋｇ・Ｋ）
ここで、上記Ｂ_Ｔ×Ｃ_Ｔは式（２）で計算できる。
Ｂ_Ｔ×Ｃ_Ｔ＝Ｂ_ＣＦ・Ｃ_ＣＦ・Ｖ_ＣＦ＋Ｂ_ＰＩ・Ｃ_ＰＩ・Ｖ_ＰＩ＋Ｂ_ＡＩＲ・Ｃ _ＡＩＲ ・Ｖ_ＡＩＲ
・・・式（２）
Ｂ_ＣＦ ：炭素繊維の比重
Ｃ_ＣＦ ：炭素繊維の比熱
Ｖ_ＣＦ ：フレキシブル基板１の炭素繊維からなる高放熱材の体積比率
Ｂ_ＰＩ ：ポリイミドの比重
Ｃ_ＰＩ ：ポリイミドの比熱
Ｖ_ＰＩ ：フレキシブル基板１のポリイミド樹脂からなる樹脂フィルムの体積比率
Ｂ_ＡＩＲ：空気の比重
Ｃ_ＡＩＲ：空気の比熱
Ｖ_ＡＩＲ：フレキシブル基板１に存在する空気の体積比率
また上記Ａ_Ｔは実験値で求まる。
よって上記フレキシブル基板１のトータルとしての熱伝導率Λ_Ｔが求まる。
ここで、空気（ＡＩＲ）込みの炭素繊維（ＣＦ）をＣＦＡとすると、
Λ_Ｔ＝Λ_ＰＩ・Ｖ_ＰＩ＋Λ_ＣＦＡ・Ｖ_ＣＦＡ
＝Λ_ＰＩ・Ｖ_ＰＩ＋Λ_ＣＦＡ（Ｖ_ＣＦ＋Ｖ_ＡＩＲ）・・・式（３）
よって空気込みの炭素繊維の熱伝導率Λ _ＣＦＡ は次の式（４）で求まる。
Λ_ＣＦＡ＝（Λ_Ｔ−Λ_ＰＩ・Ｖ_ＰＩ）／（Ｖ_ＣＦ＋Ｖ_ＡＩＲ）・・・式（４）
長炭素繊維の場合、Λ_ＣＦＡ＝２６０（Ｗ／ｍＫ）、Λ_Ｔ＝２３０（Ｗ／ｍＫ）となる。
なお空気がない場合、例えば銀ペーストの場合は、上記式（２）が、次の式（５）のようになる。
Ｂ_Ｔ×Ｃ_Ｔ＝Ｂ_{Ａｇペースト}・Ｃ_{Ａｇペースト}・Ｖ_{Ａｇペースト}＋Ｂ_ＰＩ・Ｃ_ＰＩ・Ｖ_ＰＩ
・・・式（５）
また上記式（４）が次の式（６）のようになる。
Λ_{Ａｇペースト}＝（Λ_Ｔ−Λ_ＰＩ・Ｖ_ＰＩ）／Ｖ_{Ａｇペースト}・・・式（６）
よって式（５）と式（１）とからフレキシブル基板のトータルとしての熱伝導率Λ_Ｔが求まる。またΛ_{Ａｇペースト}が求まる。
なお上記の導出では、接着剤の厚みが非常に薄く無視できる場合を想定しているが、接着剤の厚みが無視できないときには、接着剤を考慮に入れた式にすればよい。即ち、式（２）若しくは（５）に接着剤の項を追加して、それに応じて式（３）、（４）、（６）を見直して計算すればよく、基本的な考え方は同じである。
これらの熱伝導値は全て面内方向の値、なかでも長炭素繊維は繊維配向方向の値であることに注意する必要がある。長炭素繊維は繊維の法線方向（径方向）の熱伝導率をレーザフラッシュ法を用いて測定したところ、０．３Ｗ／ｍＫという低い値であった。

結果、ポリイミドフィルム単体の熱伝導率０．３Ｗ／ｍＫに比べ、ポリイミドフィルム込みの長炭素繊維の熱伝導率は２３０Ｗ／ｍＫ、ポリイミドフィルムを含まない長炭素繊維の熱導電率は２６０Ｗ／ｍＫと非常に高い熱伝導率が得られた。フレキシブル基板の端をシンクに接続する際に、図２のように樹脂フィルム１１を介さなければ、後者（２６０Ｗ／ｍＫ）がフレキシブル基板の熱伝導率となり、樹脂フィルムを介するときには前者（２３０Ｗ／ｍＫ）がフレキシブル基板の熱伝導率ということになる。
なお後者で長炭素繊維フィラメント単体の熱伝導率６００Ｗ／ｍＫより低いのは、空気層が含まれている影響である。

厚さ１ｍｍのアルミフィルムの片側にポリイミドフィルムを接着した。このとき接着剤はエポキシ系接着剤を用いた。
なおポリイミドフィルム上には、銅箔による回路パターンが構成された導電層１５が積層されている。
またＬＥＤからなる熱源１６を接着させる部分のポリイミドフィルムには開口部１８があり、アルミフィルムからなる高放熱材１３とＬＥＤからなる熱源１６とが高放熱の接着剤１９（今回は銀ペースト）を介して直接接着されている。
アルミフィルムなしの場合と比較すると、アルミフィルムありでは明らかにＬＥＤの熱に対する冷却性能が高く、ＬＥＤ温度及びＬＥＤ接合部の裏側の温度が低かった。

厚さ０．５ｍｍの銅フィルムの片側にポリイミドフィルムを接着した。接着剤はエポキシ系接着剤を用いた。ポリイミドフィルム上には銅箔による回路パターンが構成されている導電層１５が積層されている。またＬＥＤからなる熱源１６を接着させる部分のポリイミドフィルムには開口部１８があり、銅フィルムとＬＥＤからなる熱源１６とが高放熱の接着剤１９（今回は銀ペースト）を介して直接接着されている。
銅フィルムなしの場合と比較すると、銅フィルムありでは明らかにＬＥＤの熱に対する冷却性能が高く、ＬＥＤ温度及びＬＥＤ接合部の裏側の温度が低かった。

本実施例は、実施例１における後半の工程を変更したものである。即ち、高放熱材１３を積層した樹脂フィルム１１と樹脂フィルム１２との接合は、前記接着剤１４を１０μｍ厚に塗布した樹脂フィルム１２を、接着剤１４側を下にして、先ほど加熱処理した樹脂フィルム１１の長炭素繊維からなる高放熱材１３の上に合わせ、電気炉中で１５０℃、４時間加熱処理し、更に硬化を進めるため、１８０℃で１時間加熱処理した。これによって樹脂フィルム１１、接着剤１４、高放熱材１３、接着剤１４、樹脂フィルム１２の順に積層されたフレキシブル基板１を得た。
また実施例１では熱伝導率８．４Ｗ／ｍＫの銀ペーストからなる接着剤１９を使用したが、本実施例５では接着剤１９としてナノ銀粉末からなる熱伝導率４０Ｗ／ｍＫの銀ペーストを使用した。熱伝導率がよいため放熱効果が期待できるが、ダイシェア強度が低下し、特に１５０℃でのダイシェア強度が１０．８Ｎ／ｍｍ^２から１．６Ｎ／ｍｍ^２に低下する。それ故、高温で使用する用途では使い難いが、本実施例ではＬＥＤの固定を半田で行うことで問題解決した。
具体的には接着剤１９の硬化は推奨条件である２００℃、３０分を実施し、仮固定した。その後、半田付けすることでＬＥＤを本固定した。このようにすることで、高熱伝導性の接着剤１９を介してＬＥＤからなる熱源１６を長炭素繊維からなる高放熱材１３に直接接着させることに成功した。
以上のようにして得たフレキシブル基板モジュールのＬＥＤ実装部は、端から２０ｍｍの位置であるが、それとは反対側の端２０ｍｍをアルミニウムのシンク２０に貼り付けた。
なお、上記高放熱材１３の長炭素繊維の束の厚みは約１５０μｍであった。
熱源１６である高輝度白色ＬＥＤに出力約１Ｗに相当する電流３００ｍＡを流し、発熱させ、放熱特性を評価した。
本実施例ではＬＥＤのｐｎ接合部の温度（ジャンクション温度）を測定した。具体的には、ＬＥＤに一定の低い電流を流したときの電圧の温度依存性を先ず測定し、温度上昇量に対する電圧降下量を調べておく。この電圧降下は、ｐｎ接合部での温度変化の結果生じるものである。次に、実際に本モジュールの形態で、３００ｍＡの電流値をある一定時間流し、その前後での低電流（温度依存性を調べたときの電流値）での電圧測定により、その電圧降下量から前後のジャンクション温度変化が判明する。後は３００ｍＡの電流値を流す時間を種々変化させることで、通電時間に対するジャンクション温度変化の関係がわかる。その様子を図７に示す。図中の長炭素繊維と記述している曲線が、本実施例の場合に相当する。通電時間はある一定時間を超えると温度変化量は飽和するが、以下ではその値をジャンクション温度変化飽和量と呼ぶことにする。
比較例として、実施例１で使用した接着剤（熱伝導率が８．４Ｗ／ｍＫのもの）でＬＥＤを接着させたもの（ＬＥＤ接着剤の硬化条件は１６０℃、１時間）を用意し、比較した。その結果、ジャンクション温度変化飽和量は、本実施例では３６℃であるのに対し、比較例では３９℃であり、明らかにＬＥＤ接着剤の熱伝導率の効果が見られた。
もう１つの比較例として、２５μｍ厚のポリイミドフィルムの裏側にポリウレタン系接着剤を介して１３０μｍ厚のポリイミドフィルムが接着されたものを用意し、実施例と同様に熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫの接着剤１９を介して高輝度白色ＬＥＤを熱源１６として取り付けた。
図７でポリイミドと記載された曲線が、本比較例の通電時間に対する温度上昇の関係を示したものである。この比較例のジャンクション温度変化飽和量を調べたところ、９９℃であり、長炭素繊維を高放熱材１４として用いた本実施例が、厚みの効果もやや含まれるものの、明らかに高い放熱性が見られた。

本実施例では接着剤１９として半田を用いた。実施例５ではＬＥＤの接着には熱伝導率４０Ｗ／ｍＫの銀ペーストを用いた。ＬＥＤ実装に半田リフロー工程を通す場合には、ＬＥＤ接着剤として半田を利用すれば、ＬＥＤ電極固定の半田と一緒の熱処理で済むので、工程数を減らすことができる。そこで、実施例５の銀ペーストの代わりに、熱伝導率が高い鉛フリー半田を用いて半田リフロー工程を流し、ＬＥＤを実装した。なお、ここで用いた鉛フリー半田は、組成がＳｎ９６．５％、Ａｇ３％、Ｃｕ０．５％のものであり、熱導電率は６４Ｗ／ｍＫであった。実施例５と同様の方法でジャンクション温度変化飽和量を測定したところ３４℃であり、実施例５と同程度の良好な結果が得られた。

本発明のフレキシブル基板、フレキシブル基板モジュール、及びそれらの製造方法によれば、フレキシブルプリント配線板やそれを用いた電子機器等の分野において産業上の利用性が高い。

１ フレキシブル基板
２ フレキシブル基板モジュール
３ フレキシブル基板モジュール
４ フレキシブル基板モジュール
１１ 樹脂フィルム
１２ 樹脂フィルム
１３ 高放熱材
１４ 接着剤
１５ 導電層
１６ 熱源
１７ 半田
１８ 開口部
１９ 接着剤
２０ シンク

Claims (11)

1. 導電層を備えたフレキシブル基板であって、長炭素繊維からなる高放熱材をポリイミドフィルムで構成される樹脂フィルム間に積層状態に接合してあり、前記高放熱材と樹脂フィルムとの接合は接着剤による接着接合としてあると共に、接着接合の厚みが１００μｍ未満であり、且つ基板の最も熱伝導率が高い方向の熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とするフレキシブル基板。
2. 接着剤がポリウレタン系樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル基板。
3. 請求項１又は２に記載のフレキシブル基板に熱源を取り付けてあることを特徴とするフレキシブル基板モジュール。
4. 熱源を、フレキシブル基板の樹脂フィルムに構成した開口部において、該開口部に露出する高放熱材に対して取り付けてあることを特徴とする請求項３に記載のフレキシブル基板モジュール。
5. 熱源のフレキシブル基板への取り付けは、接着剤による接着であることを特徴とする請求項３又は４に記載のフレキシブル基板モジュール。
6. 接着剤には高放熱フィラーを含有させていることを特徴とする請求項５に記載のフレキシブル基板モジュール。
7. 高放熱フィラーが、銀粉、銅粉、ＡｌＮ粉、ダイヤモンド粉、Ａｌ _２ Ｏ _３ 粉、短炭素繊維の何れか１つ若しくは複数種類を含有したものであることを特徴とする請求項６に記載のフレキシブル基板モジュール。
8. 銀粉がナノ銀粉末からなることを特徴とする請求項７に記載のフレキシブル基板モジュール。
9. 接着剤として半田を用いることを特徴とする請求項５に記載のフレキシブル基板モジュール。
10. 樹脂フィルムにポリウレタン系樹脂を塗布し、その上に熱伝導率が高く且つ柔軟性のある長炭素繊維からなる高放熱材を積層し、熱処理を加えて接合し、更に別に用意した樹脂フィルムにポリウレタン系樹脂を塗布したものを、その塗布面を下向きにして前記高放熱材の上に積層し、熱処理を加えて接合させ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基板若しくは請求項３〜９の何れか１つに記載のフレキシブル基板モジュールの製造方法。
11. ポリウレタン系樹脂の厚みを１００μｍ未満にすることを特徴とする請求項１０に記載のフレキシブル基板若しくはフレキシブル基板モジュールの製造方法。

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