(57)【要約】【課題】放熱特性を向上させて冷却効率を大幅に改善することができる回路基板およびこの回路基板の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】熱伝導性を有するシート状部材である基板２に電子部品４（発熱体）が接続される導電回路３を形成してなる回路基板１において、基板２としてナノファイバ１６ａを不織布状に堆積させて形成され、内部に微細空隙Ｓが少なくとも厚み方向に連通して形成されて気体の流動を許容する通気空隙部を有する構成のナノファイバ膜を用い、導電回路３をナノファイバ膜の表層に存在する微細空隙Ｓ内に浸入して接合された形態で形成する。これにより、回路基板１の放熱特性を向上させて冷却効率を大幅に改善することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性を有するシート状部材に発熱体が接続される導電回路を形成してなる回路基板であって、
前記シート状部材は、内部に微細空隙が少なくとも厚み方向に連通して形成されて気体の流動を許容する通気空隙部を有し、
前記導電回路は、前記シート状部材の表層に存在する前記微細空隙内に浸入して前記表層に接合された形態で形成されていることを特徴とする回路基板。
【請求項２】
前記導電回路は、メッキまたはスパッタリングにより形成された金属薄膜もしくは印刷またはインクジェットにより導電粒子を含むナノペーストを塗布して形成された樹脂膜のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
【請求項３】
熱伝導性を有するシート状部材に発熱体が接続される導電回路を形成してなる回路基板を製造する回路基板の製造方法であって、
内部に微細空隙が少なくとも厚み方向に連通して形成されて気体の流動を許容する通気空隙部を有するシート状部材を形成するシート形成工程と、
前記導電回路を前記シート状部材の表層に存在する前記微細空隙内に浸入して前記表層に接合された形態で形成する導電回路形成工程とを含むことを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項４】
前記導電回路形成工程において、メッキまたはスパッタリングにより前記導電回路としての金属薄膜を形成もしくは印刷またはインクジェットにより導電粒子を含むナノペーストを塗布して前記導電回路としての樹脂膜を形成することを特徴とする請求項３に記載の回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導性を有するシート状部材に導電回路を形成してなる回路基板およびこの回路基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器を構成する回路基板に実装される電子部品には、ＣＰＵやパワートランジスタなど動作時に熱を発生する発熱体がある。発熱体の連続稼働に際しては、過熱による動作異常や熱損傷を防止するための冷却が必要とされる。このため、このような用途の回路基板には、発熱体が発生する熱を放散する熱放散特性が良好なものが望まれる。しかしながら従来技術の回路基板で実現される熱放散特性には限度があるため、このような発熱体を有する回路基板には、従来より発熱部から発生する熱を高伝熱性のシートを介して放熱部に導く構成の放熱装置を設けることが行われていた（例えば特許文献１，２参照）。いずれの特許文献例に示す先行技術においても、発熱部から発生する熱を伝熱性を有する伝熱シートを介して放熱部に導いて、空冷により放散するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１６２１７７号公報
【特許文献２】特開２００１−１５９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上述の特許文献例に示す従来技術には、放熱部を別個に設ける必要があることに起因して以下に述べるような難点があった。すなわち従来技術では、空冷方式の放熱部としてアルミニウムなどの金属製のフィンと空冷ファンとを組み合わせた構成が採用されていたことから、冷却性能を重視すればフィンが大型化して放熱部のコンパクト化が阻害されるとともに、フィンの放熱特性の制約に起因して冷却効率を大幅に改善することが困難であった。
【０００５】
そこで本発明は、放熱特性を向上させて冷却効率を大幅に改善することができる回路基板および回路基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の回路基板は、熱伝導性を有するシート状部材に発熱体が接続される導電回路を形成してなる回路基板であって、前記シート状部材は、内部に微細空隙が少なくとも厚み方向に連通して形成されて気体の流動を許容する通気空隙部を有し、前記導電回路は、前記シート状部材の表層に存在する前記微細空隙内に浸入して前記表層に接合された形態で形成されている。
【０００７】
本発明の回路基板の製造方法は、熱伝導性を有するシート状部材に発熱体が接続される導電回路を形成してなる回路基板を製造する回路基板の製造方法であって、内部に微細空隙が少なくとも厚み方向に連通して形成されて気体の流動を許容する通気空隙部を有するシート状部材を形成するシート形成工程と、前記導電回路を前記シート状部材の表層に存在する前記微細空隙内に浸入して前記表層に接合された形態で形成する導電回路形成工程とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、熱伝導性を有するシート状部材に発熱体が接続される導電回路を形成してなる回路基板において、シート状部材を内部に微細空隙が少なくとも厚み方向に連通して形成されて気体の流動を許容する通気空隙部を有する構成とし、導電回路をシート状部材の表層に存在する微細空隙内に浸入して表層に接合された形態で形成することにより、放熱特性を向上させて冷却効率を大幅に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態の回路基板の構成説明図
【図２】本発明の一実施の形態の回路基板に用いられるナノファイバ膜の製造過程の説明図
【図３】本発明の一実施の形態の回路基板の製造方法の工程説明図
【図４】本発明の一実施の形態の回路基板の製造方法の工程説明図
【図５】本発明の一実施の形態の回路基板の部分断面図
【図６】本発明の一実施の形態の回路基板の機能説明図
【図７】本発明の一実施の形態の回路基板の部分断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して、回路基板１の構成を説明する。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、回路基板１は、熱伝導性を有するシート状部材である基板２に導電回路３を形成した構成となっている。導電回路３の一部には、作動状態において発熱するＣＰＵやパワートランジスタなどの電子部品４（発熱体）が接続される。
【００１１】
図１（ｃ）に示すように、基板２は高分子有機化合物より形成されたナノファイバ１６ａ（図２参照）を不織布状に堆積して成り、グラファイト化されて高い熱伝導性を有するナノファイバ膜を材質としている。基板２にはナノファイバ１６ａ相互の間に形成された微細空隙Ｓが含まれている。基板２の内部において微細空隙Ｓは、厚み方向、幅・長さ方向のいずれの方向についても、少なくともある割合において連通しており、これらの微細空隙Ｓは気体の流動を許容する通気空隙部を形成している。
【００１２】
ここで、基板２として用いられるナノファイバ膜の構成および製造方法について図２を参照して説明する。図２（ａ）は、ナノファイバ膜の製造に用いられるナノファイバ膜製造装置１０を示している。ナノファイバ膜製造装置１０はエレクトロスピニング法によってナノファイバを生成する機能を有するものであり、原料液を射出してナノファイバを生成するナノファイバ生成部１１、生成されたナノファイバを堆積捕集する捕集部１２を備えている。ナノファイバ生成部１１は、金属板など導電性を有する平板状の移動プレート１１ａに、複数の溶液供給容器１３を列状に配置した構成となっている。
【００１３】
それぞれの溶液供給容器１３の下端部には、導電性の表面を有する吐出ノズル１４が、移動プレート１１ａの下面に突出して装着されており、溶液供給容器１３はエア供給部１５と接続されている。溶液供給容器１３の内部には、ナノファイバの原料となる高分子材料（ここではポリイミドを用いている）を溶媒に溶解させた原料液１６が貯留されている。エア供給部１５によって溶液供給容器１３に所定圧のエアを供給することにより、吐出ノズル１４から原料液１６が吐出される。
【００１４】
移動プレート１１ａは高電圧印加装置２０に電気的に接続されており、高電圧印加装置２０を作動させることにより、移動プレート１１ａには正側の高電圧（＋１０〜２０ＫＶ）が印加され、さらに導電性の表面を有する吐出ノズル１４を介して原料液１６に高電圧が付与される。これにより吐出ノズル１４から吐出される原料液１６は正電位に帯電しており、下方に噴射される過程において電荷相互に作用するクーロン力によって電気的に延伸され、ナノファイバ１６ａが生成される。
【００１５】
捕集部１２は、供給リール１８ａから繰り出される捕集シート１７を、シート送り駆動機構１９によって駆動される回収リール１８ｂによって巻き取ることにより所定方向（矢印ｂ）に送る構成となっている。捕集シート１７は、導電体を板状に成形した支持部材１２ａによって下方から支持された状態で送られる。捕集シート１７の上面１７ａは、ナノファイバ生成部１１の吐出ノズル１４と対向しており、吐出ノズル１４から吐出された原料液１６が電気的に延伸して生成されたナノファイバ１６ａは、タングステン膜などの導電膜より成る捕集シート１７の上面１７ａによって捕集される。捕集シート１７は支持部材１２ａを介して高電圧印加装置２０の負電圧側と導通しており、正の電荷を帯びたナノファイバ１６ａを捕集することにより帯電した捕集シート１７は、高電圧印加装置２０の負電圧によって徐電される。
【００１６】
捕集シート１７の送り方向におけるナノファイバ生成部１１の下流側には、捕集シート１７の上方の位置して加熱装置２１が配設されている。加熱装置２１は捕集シート１７に載置された対象物を加熱する機能を有しており、本実施の形態では、捕集シート１７の上面１７ａにナノファイバ１６ａが不織布状に堆積されたナノファイバ膜２＊を加熱焼成してグラファイト化した基板２を形成するために用いられる。
【００１７】
図２（ｂ）は、エレクトロスピニングにおけるナノファイバ１６ａの生成および成長過程を示している。すなわち吐出ノズル１４から吐出された帯電状態の原料液１６が捕集シート１７の上面１７ａに向かって降下する過程において、原料液１６中の溶媒が徐々に蒸発し、これにより原料液１６の体積は徐々に減少していくが、付与された電荷は原料液１６に貯まる。
【００１８】
この結果原料液１６においては溶媒が継続的に蒸発し続けて電荷密度がさらに高まり、原料液１６の内部に発生する反発方向のクーロン力が原料液１６の表面張力より勝った時点で、原料液１６が爆発的に線状に延伸される静電爆発が生じる。そしてこの静電爆発が、吐出ノズル１４と捕集シート１７との間の空間において、１次爆発１６ｂ、２次爆発１６ｃ、３次爆発１６ｄ・・と順次幾何級数的に発生することにより、直径がサブミクロンオーダーの微細繊維状の樹脂から成るナノファイバ１６ａが生成される。
【００１９】
このようにして生成されたナノファイバ１６ａは捕集シート１７上で不織布状に堆積されて、所定厚みのナノファイバ膜２＊となる。そしてこのナノファイバ膜２＊が加熱装置２１によって加熱焼成されることにより、グラファイト化されたナノファイバ１６ａより成るナノファイバ膜２＊が、回路基板１に用いられるシート状部材（基板２）として形成される（シート形成工程）。前述のように基板２は、内部に微細空隙Ｓが少なくとも厚み方向に連通して形成されて、気体の流動を許容する通気空隙部を有する構成となっている。
【００２０】
ここで、ナノファイバ１６ａを構成する高分子有機化合物の種類は、本実施の形態に示すポリイミドには限定されず、以下に例示するような各種の高分子有機化合物を用いることができる。例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ−ｍ−フェニレンテレフタレート、ポリ−ｐ−フェニレンイソフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン−アクリレート共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステルカーボネート、ポリアミド、アラミド、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、コラーゲン、ポリヒドロキシ酪酸、ポリ酢酸ビニル、ポリペプチド等およびこれらの共重合体等の高分子有機化合物を例示できる。使用に際しては上記より一種類を選択して用いてもよく、また複数種類が混在しても差し支えない。なお、上記は例示であり、本願発明は上記樹脂に限定されるものではない。
【００２１】
原料液１６に使用される溶媒としては、揮発性のある有機溶剤などを例示することができる。具体的に例示すると、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジベンジルアルコール、１，３−ジオキソラン、１，４−ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−ｎ−ヘキシルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、アセトン、ヘキサフルオロアセトン、フェノール、ギ酸、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、塩化メチル、塩化エチル、塩化メチレン、クロロホルム、ｏ−クロロトルエン、ｐ−クロロトルエン、クロロホルム、四塩化炭素、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロプロパン、ジブロモエタン、ジブロモプロパン、臭化メチル、臭化エチル、臭化プロピル、酢酸、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタン、ｏ−キシレン、ｐ−キシレン、ｍ−キシレン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホオキシド、ピリジン、水等を挙示することができる。
【００２２】
使用に際しては上述より一種類を選択して用いてもよく、また、複数種類が混在しても差し支えない。なお上記は例示であり、本願発明に用いられる原料液１６は上記溶媒を採用することに限定されるものではない。さらに、原料液１６に骨材や可塑剤などの添加剤を添加してもよい。当該添加剤としては、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、珪化物、弗化物、硫化物等を挙げることができるが、耐熱性、加工性などの観点から酸化物を用いることが好ましい。
【００２３】
次に、図３，図４を参照して、このようにして形成された基板２の回路形成面２ａに導電回路３を形成する導電回路形成工程について説明する。図３は、メッキまたはスパッタリングにより導電回路３としての銅や銀などの金属薄膜３＊を形成する実施例を示している。まず図３（ａ）に示すように、基板２の回路形成面２ａにおいて回路パターンに応じて設定されたパターン形成範囲２ｂに、導電回路３となる金属薄膜３＊の組成成分である導電粒子３ａを付着堆積させる。
【００２４】
導電粒子３ａを付着させる方法としてメッキを用いる場合には、無電解メッキによって所望のパターンを形成した後、電解メッキによってパターンを増厚して所定膜厚の金属薄膜３＊を形成する。またスパッタリングを用いる場合には、処理チャンバ内にて銅や銀などのターゲットに対してアルゴンなどの不活性ガスのイオンを衝突させ、ターゲットから弾き出された導電粒子３ａをパターン形成範囲２ｂに付着させて所望厚さに堆積させる。
【００２５】
これにより、図３（ｂ）に示すように、基板２の回路形成面２ａには所定の膜厚ｔ２の金属薄膜３＊が形成される。ここで膜厚ｔ２は、回路電極として機能する野に必要な厚み（例えば１０μｍ程度）に設定される。この金属薄膜３＊の形成において、基板２の内部には微細空隙Ｓ（図１（ｃ）参照）が存在することから、導電回路３の下部は基板２の表面から幾分入り込んだ表層２ｃまで浸入した状態となる。
【００２６】
また図４は、印刷またはインクジェットにより導電粒子を含むナノペーストを塗布して導電回路３としての樹脂膜３０＊を形成する実施例を示している。この場合にはまず図４（ａ）に示すように、基板２の回路形成面２ａにおいて回路パターンに応じて設定されたパターン形成範囲２ｂに、ナノペースト３０がスクリーン印刷またはインクジェットによって塗布される。図４（ｂ）の拡大部Ａに示すように、ナノペースト３０はエポキシ樹脂などの樹脂成分３０ａに、銅や銀などの導電粒子３０ｂを含有させたものである。このナノペースト３０の塗布において、基板２の内部には微細空隙Ｓ（図１（ｃ）参照）が存在することから、ナノペースト３０の下部は基板２の表面から幾分入り込んだ表層２ｃまで浸入した状態となる。
【００２７】
次いでナノペースト３０が塗布された後の基板２はキュア装置に送られ、ここで所定温度に加熱するキュア処理を行うことにより樹脂成分３０ａが硬化する。これにより、図４（ｃ）に示すように、回路形成面２ａのパターン形成範囲２ｂには導電粒子３０ｂを含有した所定の膜厚ｔ２の導電回路３としての樹脂膜３０＊が形成される。この例においても、樹脂膜３０＊は、下部が基板２の表面から幾分入り込んだ表層２ｃまで浸入した状態で硬化する。
【００２８】
すなわち本実施の形態における導電回路形成工程では、メッキまたはスパッタリングにより導電回路３としての金属薄膜３＊を形成もしくは印刷またはインクジェットにより導電粒子３０ｂを含むナノペースト３０を塗布して導電回路３としての樹脂膜３０＊を形成する形態となっている。
【００２９】
図５は、上述の金属薄膜３＊、樹脂膜３０＊が基板２の回路形成面２ａに接合された形態を示している。前述のように金属薄膜３＊、樹脂膜３０＊は、図５（ａ）に示すように、下部が基板２の表面から幾分入り込んだ表層２ｃまで浸入した状態で接合される。
【００３０】
図５（ｂ）は、基板２の表層２ｃ近傍における断面を示しており、表層２ｃの範囲内では、金属薄膜３＊、樹脂膜３０＊はナノファイバ１６ａ相互の間に形成された微細空隙Ｓ内に浸入している。このように微細空隙Ｓ内に浸入した金属薄膜３＊、樹脂膜３０＊は、ナノファイバ１６ａの繊維表面を包み込んで表層２ｃに接合された形態となる。このため、導電回路３としての金属薄膜３＊、樹脂膜３０＊は、従来技術における圧着による固着方式と比較して回路形成面２ａにより強固に固着されており、基板２からの剥離が生じにくくなっている。
【００３１】
さらに上述構成においては、表層２ｃの範囲内で金属薄膜３＊、樹脂膜３０＊がナノファイバ１６ａに直接接触する接触面積は極めて大きくなっており、グラファイト化によるナノファイバ１６ａの熱伝導率の改善と相俟って、導電回路３から基板２への熱伝達特性が大幅に向上している。これにより、継続的に発熱する発熱体が導電回路３に接続された構成において、以下に説明するような優れた放熱効果が得られる。
【００３２】
図６は、導電回路３に接続された電子部品４が発熱している状態を示している。すなわち電子部品４から発生した熱はまず導電回路３に伝達され（矢印ａ）、さらに表層２ｃにおける導電回路３からナノファイバ１６ａへの接触熱伝達によって基板２の内部へ拡散して伝達される（矢印ｂ）。そして拡散した熱はナノファイバ１６ａを介しての熱伝達とともに、基板２の内部において気体の流動を許容する通気空隙部を介しての空冷効果によって外部へ放熱される（矢印ｃ）。この通気空隙部は、図１に示す微細空隙Ｓが少なくとも厚み方向に連通して形成されるものである。
【００３３】
このとき、基板２の上方から回路形成面２ａに対してエアを吹き付けるなど、基板２の厚み方向を貫通する気体の流動を促進する空冷手段を併用することにより、通気空隙部を介しての放熱特性を向上させることが可能となり、冷却効率を改善することができる。
【００３４】
なお上述の実施例では、シート状部材である基板２の材質としてナノファイバ１６ａを不織布状に堆積させたナノファイバ膜を用いる例を示したが、図７に示すように、内部に微細空隙としての微細孔２ｄが密集状態で形成された多孔質部材（例えば多孔質性セラミック）より成る基板２Ａを用いるようにしてもよい。この多孔質部材では、隣接する微細孔２ｄ相互は部分的に連通して形成されている。したがって基板２Ａは、少なくとも基板２Ａの厚み方向に連通して形成されて気体の流動を許容する通気空隙部を有する形態となっている。
【００３５】
このような構成の基板２Ａの回路形成面２ａに導電回路３としての金属薄膜３＊、樹脂膜３０＊を接合した状態では、図５に示す例と同様に、金属薄膜３＊、樹脂膜３０＊は、下部が基板２の表面から幾分入り込んだ表層２ｃまで浸入して、表層２ｃに存在する微細孔２ｄに浸入して表層２ｃに接合された状態となる。
【００３６】
この構成において、表層２ｃの範囲内で金属薄膜３＊、樹脂膜３０＊が基板２Ａ内に密集状態で形成された微細空隙としての微細孔２ｄに直接接触する接触面積は極めて大きくなっており、導電回路３から基板２Ａへの熱伝達特性が大幅に向上している。これにより、図６に示す例にて説明したものと同様の放熱効果を得ることが可能となっている。
【００３７】
上記説明したように、本実施の形態では、熱伝導性を有するシート状部材である基板２，２Ａに電子部品４（発熱体）が接続される導電回路３を形成してなる回路基板１において、シート状部材を内部に微細空隙が少なくとも厚み方向に連通して形成されて気体の流動を許容する通気空隙部を有する構成とし、導電回路３をシート状部材の表層２ｃに存在する微細空隙内に浸入して表層２ｃに接合された形態で形成するようにしている。これにより、回路基板１の放熱特性を向上させて冷却効率を大幅に改善することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の回路基板および回路基板の製造方法は、放熱特性を向上させて冷却効率を大幅に改善することができるという効果を有し、熱伝導性を有するシート状部材に発熱体が接続される導電回路を形成した構成の回路基板において有用である。
【符号の説明】
【００３９】
１  回路基板
２  基板
２＊  ナノファイバ膜
２ａ  回路形成面
２ｃ  表層
２ｄ  微細孔
３  導電回路
３＊  金属薄膜
４  電子部品（発熱体）
１６  原料液
１６ａ  ナノファイバ
３０  ナノペースト
３０＊  樹脂膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015088537.tif 000007
【図６】
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【図７】
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