JP5839442B2 - Wiring structure, sensor, and manufacturing method of wiring structure - Google Patents
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Description
本発明は、曲げ応力あるいは引っ張り応力が作用した場合に柔軟に屈曲あるいは変形可能である配線構造体、センサ、及び前記配線構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a wiring structure, a sensor, and a method of manufacturing the wiring structure that can be flexibly bent or deformed when a bending stress or a tensile stress is applied.
近年、生体に装着した状態で生態情報を取得等するための装置等において、曲げ応力あるいは引っ張り応力が作用する状況下において使用されても使用可能な柔軟性に優れた配線構造体の提供が求められている。 In recent years, it has been demanded to provide a flexible wiring structure that can be used even when used in a situation where bending stress or tensile stress is applied to an apparatus for acquiring ecological information while attached to a living body. It has been.
従来、実装時に折曲げられる箇所に用いるための配線構造体として、下記特許文献１に開示されているフレキシブル配線基板等が提供されている。このフレキシブル配線基板は、実装時に折曲げを必要とする部分の絶縁性フィルムの厚さを他の部分よりも薄肉に形成するとともに、折曲げ予定部分を含む導体パターン面上にシリコーンゴム製のカバーレイを施したものである。 2. Description of the Related Art Conventionally, a flexible wiring board disclosed in Patent Document 1 below has been provided as a wiring structure for use in a portion that is bent during mounting. This flexible wiring board is formed with a thickness of the insulating film that needs to be bent at the time of mounting thinner than other parts, and a cover made of silicone rubber on the conductor pattern surface including the part to be bent. It has been given a ray.
また、柔軟性を有する配線構造体として、下記特許文献２に開示されている柔軟性配線構造体等が提供されている。この柔軟性配線構造体は、ロボット用の皮膚材料等として用いるためのものであり、伸張時の長さが伸縮方向に所定倍数以上の導線を集合させることにより形成された集合線を樹脂成型体と一体化した構造とされている。 Moreover, the flexible wiring structure etc. which are disclosed by the following patent document 2 are provided as a wiring structure which has a softness | flexibility. This flexible wiring structure is intended for use as a skin material for robots, etc., and is a resin molded body formed by assembling conductors whose length when stretched is a predetermined multiple or more in the stretching direction. The structure is integrated with
上述した特許文献１に開示されているフレキシブル配線基板においては、折り曲げ部分において絶縁性フィルムの厚みを薄くすることにより折り曲げ部分における柔軟性を向上させると共に、シリコーンゴム性のカバーレイによって被覆することによって導体パターンを保護することができる。しかしながら、このフレキシブル配線基板は、伸縮性に欠けるため十分な柔軟性を得ることができず、生態情報を取得するための装置等に用いるには不十分であるという問題がある。また、このようなフレキシブル配線基板においては、配線部分が曲げあるいは引っ張りにより一度断線してしまうと復元させることができないという問題がある。 In the flexible wiring board disclosed in Patent Document 1 described above, the thickness of the insulating film is reduced at the bent portion to improve the flexibility at the bent portion, and by covering with a silicone rubber coverlay. The conductor pattern can be protected. However, since this flexible wiring board lacks stretchability, sufficient flexibility cannot be obtained, and there is a problem that it is insufficient for use in an apparatus for acquiring ecological information. In addition, such a flexible wiring board has a problem that it cannot be restored once the wiring portion is disconnected due to bending or pulling.
また、上記特許文献２に開示されている柔軟性配線構造体は、柔軟性を有しており、屈曲等させても使用可能なものである。しかしながら、この柔軟性配線構造体においては、伸張時に所定倍以上の長さである等、特殊な特性を有する導線を集合させて用いなければならず、製造が困難であり製造コストも高くつくという問題がある。 Moreover, the flexible wiring structure disclosed in Patent Document 2 has flexibility and can be used even when bent. However, in this flexible wiring structure, it is necessary to collect and use conductors having special characteristics such as a length more than a predetermined length when extended, which makes it difficult to manufacture and expensive to manufacture. There's a problem.
そこで、本発明は、特殊な導線等を用いることなく製造可能であり、曲げ応力あるいは引っ張り応力が作用した場合に柔軟に屈曲あるいは変形可能でありつつ、曲げ応力あるいは引っ張り応力が作用することにより断線を生じたとしても応力が解除されることにより導電性を復元させることが可能な配線構造体、センサ、及び前記当該配線構造体の製造方法の提供を目的とした。 Therefore, the present invention can be manufactured without using a special conducting wire or the like, and can be flexibly bent or deformed when a bending stress or a tensile stress is applied, but is disconnected by the bending stress or the tensile stress acting. An object of the present invention is to provide a wiring structure, a sensor, and a method for manufacturing the wiring structure that can restore conductivity by releasing stress even if the stress is generated.
（１） 本発明の配線構造体は、柔軟性を有する樹脂素材によって形成されたベース層と、前記ベース層の表面に導電体を積層させることにより形成された導電層と、柔軟性を有する樹脂素材によって形成され、前記導電層の上に積層されたカバー層とを有し、前記ベース層の表面に、縦方向及び横方向に、断面形状が波状の凹凸部が設けられており、前記凹凸部上に前記導電層が形成されていることを特徴とするものである。
(1) A wiring structure according to the present invention includes a base layer formed of a flexible resin material, a conductive layer formed by laminating a conductor on the surface of the base layer, and a flexible resin. A cover layer formed of a material and laminated on the conductive layer, and provided with uneven portions having a wavy cross-sectional shape in the vertical and horizontal directions on the surface of the base layer. The conductive layer is formed on the portion.
上記（１）のようにベース層に設けられた凹凸部の上に導電層を形成した場合、導電層の片面側に凹凸部の起伏に倣った凹凸が形成される。これにより、導電層には、厚みが薄い部分と厚い部分とが形成される。このような配線構造体に対して曲げあるいは引っ張りによる応力が作用した場合、厚みが厚い箇所には応力が作用しにくく、亀裂が生じにくい。また、導電層の厚みが薄い箇所においては、厚い部分に比べて導電層をなす一方側の面に作用する応力と、他方側の面に作用する応力との差が小さく、亀裂が生じにくい。 When the conductive layer is formed on the concavo-convex portion provided in the base layer as in (1) above, the concavo-convex following the undulation of the concavo-convex portion is formed on one side of the conductive layer. Thereby, a thin part and a thick part are formed in the conductive layer. When a stress due to bending or pulling acts on such a wiring structure, the stress is less likely to act on a thick portion, and cracks are less likely to occur. Further, in the portion where the thickness of the conductive layer is thin, the difference between the stress acting on one side of the conductive layer and the stress acting on the other side of the conductive layer is smaller than that of the thick portion, and cracks are less likely to occur.
さらに、上記（１）のように導電層の上にカバー層を設けた場合、カバー層の復元性による効果により、屈曲あるいは引っ張りによる応力を相殺する応力が作用し、導電層に亀裂が生じることを防止できる。また、屈曲あるいは引っ張りにより導電層に亀裂が形成されたとしても、屈曲等による応力が解除されると配線構造体が元の姿勢に戻る。これにより、導電層に形成された亀裂部分が接触した状態になり、導電層における導電性が復元する。従って、上記（１）の構成とすることにより、曲げあるいは引っ張りによる応力が作用した場合であっても導電層が非導通状態になりにくく、曲げ等により導電層に亀裂が生じたとしても応力が解除されることにより導電性を復元させることが可能な配線構造体を提供することができる。特に、縦横方向（Ｘ，Ｙ方向）への屈曲・引張応力が作用した場合、あるいは配線構造体をねじるような応力が作用した場合であっても、導電層の導電性低下が最小限で済み、応力が解除された場合に導電性を復元させることが可能である。
Furthermore, when a cover layer is provided on the conductive layer as in (1) above, a stress that cancels the stress due to bending or pulling acts due to the effect of the recoverability of the cover layer, and the conductive layer is cracked. Can be prevented. Even if a crack is formed in the conductive layer by bending or pulling, the wiring structure returns to the original posture when the stress due to bending or the like is released. Thereby, the crack part formed in the conductive layer will be in the state which contacted, and the electroconductivity in a conductive layer will be restored. Therefore, with the configuration of (1) above, even when a stress due to bending or pulling acts, the conductive layer is unlikely to be in a non-conductive state, and even if a crack occurs in the conductive layer due to bending or the like, the stress is not generated. It is possible to provide a wiring structure capable of restoring conductivity by being released. In particular, even when bending / tensile stress in the vertical and horizontal directions (X and Y directions) is applied, or when stress that twists the wiring structure is applied, the decrease in conductivity of the conductive layer is minimized. It is possible to restore conductivity when the stress is released.
（２） 本発明の配線構造体においては、前記カバー層において、前記導電層と接触する面が平滑であることが望ましい。 (2) In the wiring structure of the present invention, it is desirable that the surface of the cover layer that contacts the conductive layer is smooth.
上記（２）の構成とした場合、屈曲あるいは引っ張った際に作用する屈曲応力あるいは引っ張り応力に反し、カバー層側において元の状態に戻ろうとする応力を確実に作用させることが可能となる。これにより、屈曲あるいは引っ張りにより作用する応力を相殺させ、導電層が完全に破断されてしまうことを防止できる。また、屈曲あるいは引っ張りによる応力が解消された場合に、配線構造体を確実に元の姿勢に戻し、導電層における導電性を復元させることが可能となる。 In the case of the configuration (2), it is possible to reliably apply a stress to return to the original state on the cover layer side, contrary to the bending stress or tensile stress acting when bending or pulling. Thereby, the stress acting by bending or pulling can be canceled and the conductive layer can be prevented from being completely broken. Further, when the stress due to bending or pulling is eliminated, the wiring structure can be surely returned to the original posture, and the conductivity in the conductive layer can be restored.
（３） 本発明の配線構造体においては、前記ベース層と前記カバー層が同種の材料により、同一の厚みで形成されていることが好ましい。 (3) In the wiring structure of this invention, it is preferable that the said base layer and the said cover layer are formed with the same thickness with the same kind of material.
上記（３）の構成によれば、屈曲あるいは引っ張った際にベース層及びカバー層に作用する応力が略同一かつ互いに相殺する方向に作用することになる。これにより、屈曲応力あるいは引っ張り応力を解除した際に、導電層の導電性を確実に復元させることが可能となる。 According to the configuration of (3) above, the stress acting on the base layer and the cover layer when bent or pulled acts in substantially the same direction and cancels each other. Thereby, when the bending stress or the tensile stress is released, the conductivity of the conductive layer can be reliably restored.
（４） 本発明の配線構造体においては、前記ベース層及び前記カバー層が、屈曲及び伸縮可能な素材によって形成されていることが望ましい。 (4) In the wiring structure of the present invention, it is desirable that the base layer and the cover layer are formed of a material that can be bent and stretched.
上記（４）の構成によれば、例えば人体のように屈曲及び伸縮の双方が見込まれる箇所に装着するために最適な配線構造体を提供することができる。 According to the configuration of (4) above, it is possible to provide an optimal wiring structure for mounting at a place where both bending and expansion / contraction are expected, such as a human body.
（５） 本発明の配線構造体においては、前記凹凸部が、前記ベース層の表面を基準として所定の高さＡの起伏を有し、前記導電層が、前記凹凸部の表面に所定の厚みＴで形成されており、前記厚みＴを前記高さＡによって除して得られる比率αが、０＜α≦０．８の範囲内であることが望ましい。 (5) In the wiring structure according to the present invention, the concavo-convex portion has undulations having a predetermined height A with respect to the surface of the base layer, and the conductive layer has a predetermined thickness on the surface of the concavo-convex portion. The ratio α obtained by dividing the thickness T by the height A is preferably in the range of 0 <α ≦ 0.8.
上記（５）の構成によれば、屈曲応力及び引っ張り応力を作用させても、これらの応力が解除されることにより導電層の導電性を確実に復元させることが可能な配線構造体を提供することができる。 According to the configuration of (5), it is possible to provide a wiring structure capable of reliably restoring the conductivity of the conductive layer by releasing these stresses even when bending stress and tensile stress are applied. be able to.
（６） 本発明のセンサは、上述した本発明の配線構造体を備えていることを特徴とするものである。 (6) The sensor of the present invention includes the above-described wiring structure of the present invention.
上記（６）の構成によれば、例えば、生体表面に貼り付けた場合、生体表面の屈曲又は引っ張りによる変位量により変化する導電層の抵抗値を測定できる。該抵抗値を利用することで、生体の動作を検知することが可能となる。 According to the configuration of (6) above, for example, when affixed to the surface of a living body, the resistance value of the conductive layer that changes depending on the amount of displacement due to bending or pulling of the living body surface can be measured. By using the resistance value, it is possible to detect the operation of the living body.
（７） 本発明は、柔軟性を有する樹脂素材によって形成されたベース層と、前記ベース層の表面に導電体を積層させることにより形成された導電層と、柔軟性を有する樹脂素材によって形成され、前記導電層の上に積層されたカバー層とを有し、前記ベース層の表面に形成された断面形状が波状の凹凸部の上に前記導電層が形成された配線構造体の製造方法に関するものである。本発明の配線構造体の製造方法は、前記ベース層を構成する樹脂素材の表面に、縦方向及び横方向に、凹凸部を形成する工程と、前記ベース層の凹凸部上に導電層を形成する工程と、前記導電層の上に前記カバー層を形成する工程とを有することを特徴としている。
(7) The present invention is formed of a base layer formed of a flexible resin material, a conductive layer formed by laminating a conductor on the surface of the base layer, and a flexible resin material. And a cover layer laminated on the conductive layer, and a manufacturing method of a wiring structure in which the conductive layer is formed on a concavo-convex portion having a wavy cross-sectional shape formed on the surface of the base layer. Is. In the method for manufacturing a wiring structure according to the present invention, a step of forming an uneven portion in a vertical direction and a horizontal direction on a surface of a resin material constituting the base layer, and a conductive layer formed on the uneven portion of the base layer And a step of forming the cover layer on the conductive layer.
上記（７）の製造方法によれば、屈曲させたり引っ張ったりしても、応力を解除すると導電層の導電性が復元する配線構造体を製造することが可能となる。特に、縦横方向（Ｘ，Ｙ方向）への屈曲・引張応力が作用した場合、あるいは、ねじるような応力が作用した場合であっても、導電層の導電性低下が最小限で済み、応力が解除された場合に導電性を復元させることが可能な配線構造体を製造できる。
According to the manufacturing method of the above (7), it is possible to manufacture a wiring structure in which the conductivity of the conductive layer is restored when the stress is released even if it is bent or pulled. In particular, even when bending / tensile stress in the vertical and horizontal directions (X and Y directions) is applied, or even when twisting stress is applied, the conductivity decrease of the conductive layer is minimized, and the stress is reduced. A wiring structure capable of restoring conductivity when released can be manufactured.
（８） 本発明の配線構造体の製造方法においては、導電層を形成する工程において、導電性素材が前記凹凸部上に蒸着されることが好ましい。 (8) In the method for manufacturing a wiring structure according to the present invention, in the step of forming a conductive layer, it is preferable that a conductive material is deposited on the uneven portion.
上記（８）の製造方法によれば、導電層の厚み及び幅を容易かつ確実に調整することが可能である。 According to the manufacturing method of said (8), it is possible to adjust the thickness and width of a conductive layer easily and reliably.
本発明によれば、特殊な導線等を用いることなく製造可能であり、曲げ応力あるいは引っ張り応力が作用した場合に柔軟に屈曲あるいは変形可能でありつつ、曲げ応力あるいは引っ張り応力が作用することにより断線を生じたとしても応力が解除されることにより導電性を復元させることが可能な配線構造体、センサ、及び前記当該配線構造体の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it can be manufactured without using a special conducting wire or the like, and can be flexibly bent or deformed when a bending stress or a tensile stress is applied, but it is disconnected due to the bending stress or the tensile stress acting. Even if this occurs, it is possible to provide a wiring structure, a sensor, and a method for manufacturing the wiring structure that can restore conductivity by releasing the stress.
本発明の一実施形態に係るセンサ１０及び配線構造体２０について、その構造及び製造方法について図面を参照しつつ詳細に説明する。また併せて、センサ１０及び配線構造体２０の特性について、シミュレーション結果及び実験結果を例示しつつ説明する。 The structure and manufacturing method of the sensor 10 and the wiring structure 20 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the characteristics of the sensor 10 and the wiring structure 20 will be described with reference to simulation results and experimental results.
≪センサ１０及び配線構造体２０の構造について≫
本実施形態のセンサ１０は、生体情報等を検出するために用いられるものである。図１（ａ），（ｂ）に示すように、センサ１０は、後に詳述する配線構造体２０によって構成されている。センサ１０は、プレート状とされており、２つのパッド状の部分（パッド状部１０ａ）を線状部１０ｂで繋いだ構造とされている。センサ１０は、生体表面の屈曲又は引っ張り等の変位量に起因して変化する配線構造体２０の導電層２４の抵抗値を測定し、生体の動作を検知可能とされている。
<< Structure of Sensor 10 and Wiring Structure 20 >>
The sensor 10 of this embodiment is used for detecting biological information and the like. As shown in FIGS. 1A and 1B, the sensor 10 includes a wiring structure 20 that will be described in detail later. The sensor 10 has a plate shape, and has a structure in which two pad-like portions (pad-like portions 10a) are connected by a linear portion 10b. The sensor 10 can detect the action of the living body by measuring the resistance value of the conductive layer 24 of the wiring structure 20 that changes due to the amount of displacement such as bending or pulling of the living body surface.
図１（ｂ）に示すように、配線構造体２０は、ベース層２２と導電層２４とカバー層２６とを積層することにより形成された層状構造体である。ベース層２２は、柔軟性を有し、自由に屈曲及び伸縮可能な樹脂素材によって形成されている。具体的には、ベース層２２は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコン等の樹脂薄膜によって形成することが可能である。本実施形態では、ベース層２２としてポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）が用いられている。そのため、ベース層２２は、屈曲及び伸縮を可能とするゴム弾性に加え、ガス透過性、生体適合性、熱安定性、及び疎水性等の性質を有し、生体に対して容易に貼付することができる性質を有している。 As shown in FIG. 1B, the wiring structure 20 is a layered structure formed by laminating a base layer 22, a conductive layer 24, and a cover layer 26. The base layer 22 has flexibility and is formed of a resin material that can be freely bent and stretched. Specifically, the base layer 22 can be formed of a resin thin film such as polydimethylsiloxane (PDMS), polymethyl methacrylate resin (PMMA), polytetrafluoroethylene (PTFE), or silicon. In the present embodiment, polydimethylsiloxane (PDMS) is used as the base layer 22. Therefore, the base layer 22 has properties such as gas permeability, biocompatibility, thermal stability, and hydrophobicity in addition to rubber elasticity that enables bending and expansion and contraction, and can be easily applied to a living body. It has the property of being able to
図２に示すように、ベース層２２の表面には凹凸部２８が設けられており、凹凸部２８において断面形状が波形とされている。凹凸部２８は、所定の振幅及び波長を有する正弦波状の断面形状を有する。図２（ｂ）に示すように、凹凸部２８をなす凹部２８ａの深さ及び凸部２８ｂの高さをそれぞれ起伏Ａとし、隣接する凹凸部２８の波長（凸部２８ｂ，２８ｂ間の距離に相当）を間隔Ｂと規定した場合、凹凸部２８は振幅が２Ａであり、波長がＢの正弦波状の断面形状を有する。凹凸部２８をなす凹部２８ａ及び凸部２８ｂの起伏Ａは、後に詳述するように、導電層２４の膜厚との相関関係等を考慮した上で決定される。本実施形態においては、ベース層２２の厚みが約３００［μｍ］であるのに対し、凹凸部２８の起伏Ａが１［μｍ］〜３０［μｍ］程度の範囲内である。すなわち、凹凸部２８の起伏Ａは、ベース層２２の厚みに対して０．３％〜１０％の範囲内である。そのため、凹凸部２８の起伏Ａは、ベース層２２全体の厚みに対してごく僅かなものである。 As shown in FIG. 2, an uneven portion 28 is provided on the surface of the base layer 22, and the cross-sectional shape of the uneven portion 28 is corrugated. The uneven portion 28 has a sinusoidal cross-sectional shape having a predetermined amplitude and wavelength. As shown in FIG. 2B, the depth of the concave portion 28a and the height of the convex portion 28b forming the concave and convex portion 28 are undulations A, respectively, and the wavelength of the adjacent concave and convex portion 28 (the distance between the convex portions 28b and 28b) (Corresponding) is defined as the interval B, the concavo-convex portion 28 has a sinusoidal cross-sectional shape with an amplitude of 2 A and a wavelength of B. The undulation A of the concave portion 28a and the convex portion 28b forming the concave and convex portion 28 is determined in consideration of the correlation with the film thickness of the conductive layer 24 and the like, as will be described in detail later. In this embodiment, the thickness of the base layer 22 is about 300 [μm], while the undulation A of the concavo-convex portion 28 is in the range of about 1 [μm] to 30 [μm]. That is, the undulation A of the uneven portion 28 is in the range of 0.3% to 10% with respect to the thickness of the base layer 22. Therefore, the undulation A of the uneven portion 28 is very small with respect to the thickness of the entire base layer 22.
図１に示すように、ベース層２２には、ベース層２２の横方向（Ｘ方向）に向けて凹部２８ａ及び凸部２８ｂが並ぶように形成されると共に、ベース層２２の縦方向（Ｙ方向）に向けて凹部２８ａ及び凸部２８ｂが並ぶように形成されている。そのため、ベース層２２は、Ｘ断面及びＹ断面の双方において、凹凸部２８による波形状の断面が表面に形成されている。 As shown in FIG. 1, the base layer 22 is formed so that concave portions 28 a and convex portions 28 b are arranged in the lateral direction (X direction) of the base layer 22, and the vertical direction (Y direction) of the base layer 22. ) So that the concave portion 28a and the convex portion 28b are aligned. Therefore, the base layer 22 has a wave-shaped cross section formed by the concavo-convex portions 28 on the surface in both the X cross section and the Y cross section.
図２に示すように、導電層２４は、ベース層２２の表面に形成された凹凸部２８上に導電体をスパッタリングにより蒸着することによって積層させて形成されている。導電層２４は、センサ１０のパッド状部１０ａ及び線状部１０ｂの全体にわたって形成されている。導電層２４には、金、クロム、銅、亜鉛等の良導性の金属材料を単独あるいは複数組み合わせて用いることが可能である。本実施形態においては、凹凸部２８上にクロムを蒸着し、その上に金を蒸着することにより、所定の厚みＴの導電層２４が形成されている。 As shown in FIG. 2, the conductive layer 24 is formed by laminating a conductor on the concavo-convex portion 28 formed on the surface of the base layer 22 by vapor deposition by sputtering. The conductive layer 24 is formed over the entire pad-like portion 10 a and linear portion 10 b of the sensor 10. For the conductive layer 24, it is possible to use a highly conductive metal material such as gold, chromium, copper, zinc, or the like alone or in combination. In the present embodiment, the conductive layer 24 having a predetermined thickness T is formed by vapor-depositing chromium on the uneven portion 28 and vapor-depositing gold thereon.
導電層２４の厚みＴは、上述した凹凸部２８をなす凹部２８ａ及び凸部２８ｂの起伏Ａ、及び配線構造体２０に対して求められる特性を考慮して決定される。具体的には、厚みＴを高さＡによって除して得られる比率α（＝Ｔ／Ａ）が、０＜α≦０．８の範囲内となるように決定される。また、引っ張りに対する耐性に比べて屈曲に対する耐性が求められる場合には、前述した範囲内において比率αが大きくなるように凹凸部２８の起伏Ａが調整され、これにあわせて導電層２４の厚みＴが調整される。これとは逆に、屈曲に対する耐性に比べて引っ張りに対する耐性が求められる場合には、前述した範囲内において比率αが小さくなるように凹凸部２８の起伏Ａが調整され、これにあわせて導電層２４の厚みＴが調整される。本実施形態においては、導電層２４の厚みＴが１００［ｎｍ］〜５００［ｎｍ］程度とされており、ベース層２２の厚みの１０分の１程度とされている。 The thickness T of the conductive layer 24 is determined in consideration of the characteristics required for the concave portions 28 a and the convex portions 28 b forming the concave and convex portions 28 and the wiring structure 20. Specifically, the ratio α (= T / A) obtained by dividing the thickness T by the height A is determined to be in the range of 0 <α ≦ 0.8. When resistance to bending is required as compared to resistance to tension, the undulation A of the concavo-convex portion 28 is adjusted so that the ratio α is larger within the above-described range, and the thickness T of the conductive layer 24 is adjusted accordingly. Is adjusted. On the contrary, when resistance to pulling is required compared to resistance to bending, the undulation A of the concavo-convex portion 28 is adjusted so that the ratio α is reduced within the above-described range, and the conductive layer is adjusted accordingly. The thickness T of 24 is adjusted. In the present embodiment, the thickness T of the conductive layer 24 is about 100 [nm] to 500 [nm], and is about 1/10 of the thickness of the base layer 22.
カバー層２６は、上述したベース層２２と同様に、柔軟性を有し、自由に屈曲及び伸縮可能な樹脂素材によって形成されており、導電層２４の上に積層されている。具体的には、カバー層２６は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコン等の樹脂薄膜によって形成することが可能である。本実施形態では、カバー層２６がベース層２２と同一の素材、すなわちポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）によって形成されている。そのため、カバー層２６は、ベース層２２と同様の屈曲性及び伸縮性を有している。また、カバー層２６は、ベース層２２と略同一の厚み（約３００［μｍ］）に形成されている。一方、導電層２４側に向く面が平滑とされている点においてベース層２２と相違している。 Similar to the base layer 22 described above, the cover layer 26 is made of a resin material that has flexibility and can be freely bent and stretched, and is laminated on the conductive layer 24. Specifically, the cover layer 26 can be formed of a resin thin film such as polydimethylsiloxane (PDMS), polymethyl methacrylate resin (PMMA), polytetrafluoroethylene (PTFE), or silicon. In the present embodiment, the cover layer 26 is formed of the same material as the base layer 22, that is, polydimethylsiloxane (PDMS). Therefore, the cover layer 26 has the same flexibility and stretchability as the base layer 22. The cover layer 26 is formed to have substantially the same thickness as the base layer 22 (about 300 [μm]). On the other hand, it differs from the base layer 22 in that the surface facing the conductive layer 24 is smooth.
≪配線構造体２０の製造方法について≫
続いて、配線構造体２０の製造方法について、図面を参照しつつ詳細に説明する。配線構造体２０の製造工程は、表面に凹凸部２８を有するベース層２２を形成する凹凸部形成工程、凹凸部２８の上に導電層２４を形成する導電層形成工程、及び導電層２４の上にカバー層２６を形成するカバー層形成工程に大別される。
<< About the manufacturing method of the wiring structure 20 >>
Then, the manufacturing method of the wiring structure 20 is demonstrated in detail, referring drawings. The manufacturing process of the wiring structure 20 includes an uneven portion forming step for forming the base layer 22 having the uneven portion 28 on the surface, a conductive layer forming step for forming the conductive layer 24 on the uneven portion 28, and an upper surface of the conductive layer 24. The cover layer 26 is roughly divided into cover layer forming steps.
凹凸部形成工程においては、図３（ａ）〜（ｅ）に示すようなパターンのうちいずれか一つによりエッチングされたシリコンウエハがベース層２２形成用の型として用いられる。凹凸部形成工程においては、前述した型を用い、樹脂素材（本実施形態においてはＰＤＭＳ）を成型することによって凹凸部２８を表面に有するベース層２２が形成される。 In the concavo-convex portion forming step, a silicon wafer etched with any one of the patterns as shown in FIGS. 3A to 3E is used as a mold for forming the base layer 22. In the concavo-convex portion forming step, the base layer 22 having the concavo-convex portion 28 on the surface is formed by molding a resin material (PDMS in the present embodiment) using the mold described above.
凹凸部形成工程において使用される型についてさらに詳細に説明すると、この型を形成する際には、先ずフォトリソグラフィなどの手法により、図３（ａ）〜（ｅ）に示すようなパターンのうちいずれか一つのレジストパターンがシリコンウエハ上に生成される。このパターンは、凹凸部２８が形成される部分にフォトレジストが残らないように処理して形成されたものである。図３に示す各パターン図においては、白色の矩形により示された部分が凹凸部２８に相当する部分（以下、「非レジスト部」とも称す）であり、非レジスト部のレジストを除去した状態とされる。 The mold used in the concavo-convex portion forming step will be described in more detail. When forming this mold, first, by using a technique such as photolithography, any of the patterns as shown in FIGS. One resist pattern is generated on the silicon wafer. This pattern is formed by processing so that the photoresist does not remain in the portion where the uneven portion 28 is formed. In each pattern diagram shown in FIG. 3, a portion indicated by a white rectangle is a portion corresponding to the concavo-convex portion 28 (hereinafter also referred to as “non-resist portion”), and the resist in the non-resist portion is removed. Is done.
また、本実施形態においては、凹凸部２８が配線構造体２０の横方向（Ｘ方向）及び縦方向（Ｙ方向）に並べて形成される。そのため、図３に示す状態においては、横長の非レジスト部及び縦長の非レジスト部が、それぞれ縦横方向（Ｘ，Ｙ方向）に等間隔で並んだ状態とされている。なお、各非レジスト部のピッチ幅は、適宜選定することが可能である。図３（ａ）〜（ｅ）に示す例においては、矩形状の非レジスト部の大きさを１×３［pixel］の大きさで形成し、非レジスト部のピッチがそれぞれ１，２，３，４，５［pixel］に調整されている。 In the present embodiment, the uneven portions 28 are formed side by side in the horizontal direction (X direction) and the vertical direction (Y direction) of the wiring structure 20. Therefore, in the state shown in FIG. 3, the horizontally long non-resist portion and the vertically long non-resist portion are arranged at equal intervals in the vertical and horizontal directions (X and Y directions). Note that the pitch width of each non-resist portion can be selected as appropriate. In the example shown in FIGS. 3A to 3E, the size of the rectangular non-resist portion is 1 × 3 [pixel], and the pitch of the non-resist portion is 1, 2, 3 respectively. , 4, 5 [pixel].
図３に示すようなレジストパターンが形成された後、結晶異方性ドライエッチング（ＲＩＥ）等の手法によりエッチングを施すことにより、ベース層２２を形成するための型が準備される。本実施形態においては、Ｃ４Ｆ８：１２０ｓｃｃｍ，１２００Ｗ，１０Ｐａ，６０Ｈｚ（デューティ比３０％）、ＳＦ６：１６０ｓｃｃｍ，２５Ｗ，１０Ｐａ，６０Ｈｚ（デューティ比３０％）、Ｏ２：２００ｓｃｃｍの条件下において、５〜８分に亘って結晶異方性ドライエッチング（ＲＩＥ）を施したところ、図４（ａ）に示すような断面形状を有する凹形状部３０がシリコンウエハ上に形成された。 After the resist pattern as shown in FIG. 3 is formed, a mold for forming the base layer 22 is prepared by etching using a technique such as crystal anisotropic dry etching (RIE). In this embodiment, under the conditions of C 4 F 8 : 120 sccm, 1200 W, 10 Pa, 60 Hz (duty ratio 30%), SF 6 : 160 sccm, 25 W, 10 Pa, 60 Hz (duty ratio 30%), and O 2 : 200 sccm. When crystal anisotropic dry etching (RIE) was performed for 5 to 8 minutes, a concave portion 30 having a cross-sectional shape as shown in FIG. 4A was formed on the silicon wafer.
図３（ａ）〜（ｅ）に示す各レジストパターンによりエッチングを行った場合、図４（ａ）に示すように凹凸部２８を形成するための凹形状部３０が形成される。上述した方法によりベース層２２形成用の型を作成した場合、下記表１に示すように凹形状部３０の幅ｗ及び高さｈの比率は、いずれも略均一に形成される。このように、上述した方法によれば、非レジスト部同士のピッチ幅によらず、大きさ及び形状が略均一の凹凸部２８が規則正しく有する型を形成することができる。 When etching is performed using the resist patterns shown in FIGS. 3A to 3E, a concave portion 30 for forming the concave and convex portions 28 is formed as shown in FIG. 4A. When the mold for forming the base layer 22 is prepared by the above-described method, as shown in Table 1 below, the ratio of the width w and the height h of the concave-shaped portion 30 is formed substantially uniformly. As described above, according to the above-described method, it is possible to form a mold that the uneven portions 28 having a substantially uniform size and shape are regularly provided regardless of the pitch width between the non-resist portions.
表１及び図４（ｂ）に示すようにレジストパターンのピッチ幅を変更することにより、ベース層２２用の型に形成される凹形状部３０の高さｈを変更することができる。また、ピッチ幅を大きくすることにより凹形状部３０の高さｈを高くすることができる。従って、ベース層２２用の型の作成に際して、非レジスト部のピッチ間隔を調整することにより、凹凸部２８の高さＡを調整することができる。上述したようにして準備された型を用いて樹脂素材を成型することにより、ベース層２２の表面に形成される凹凸部２８の起伏Ａを所望の高さに調整することができる。 By changing the pitch width of the resist pattern as shown in Table 1 and FIG. 4B, the height h of the concave portion 30 formed in the mold for the base layer 22 can be changed. In addition, the height h of the recessed portion 30 can be increased by increasing the pitch width. Therefore, when the mold for the base layer 22 is produced, the height A of the uneven portion 28 can be adjusted by adjusting the pitch interval of the non-resist portions. By molding the resin material using the mold prepared as described above, the undulation A of the uneven portion 28 formed on the surface of the base layer 22 can be adjusted to a desired height.
上述したようにしてベース層２２が形成されると、導電層形成工程において、凹凸部２８の上に導電層２４が形成される。具体的には、クロム、金、銀、銅等の良導性の金属を凹凸部２８上に一又は複数蒸着することにより、導電層２４が形成される。本実施形態においては、クロムが凹凸部２８上に蒸着され、その後クロム層の上に金が蒸着される。導電層２４の厚みＴは、凹凸部２８をなす凹部２８ａ及び凸部２８ｂの高さＡを加味し、配線構造体２０に求められる特性に対して厚みＴと高さＡとの比率α（α＝Ｔ／Ａ）が０＜α≦０．８の範囲内において適正な値となるように調整される。 When the base layer 22 is formed as described above, the conductive layer 24 is formed on the uneven portion 28 in the conductive layer forming step. Specifically, the conductive layer 24 is formed by evaporating one or more highly conductive metals such as chromium, gold, silver, and copper on the concavo-convex portion 28. In the present embodiment, chromium is deposited on the concavo-convex portion 28, and then gold is deposited on the chromium layer. The thickness T of the conductive layer 24 takes into account the height A of the concave portions 28a and the convex portions 28b forming the concave and convex portions 28, and the ratio α (α of the thickness T to the height A with respect to the characteristics required for the wiring structure 20 = T / A) is adjusted to an appropriate value within the range of 0 <α ≦ 0.8.
上述したようにして厚みＴが適正な導電層２４が形成されると、続いてカバー層形成工程において導電層２４の上にカバー層２６が形成される。カバー層２６は、上述したベース層２２と同一の素材（ＰＤＭＳ）により、ベース層２２と同一の厚みとなるように形成される。また、カバー層２６において導電層２４側に向く面は、平滑に形成される。カバー層２６が導電層２４上に積層されることにより、配線構造体２０が完成する。 When the conductive layer 24 having the appropriate thickness T is formed as described above, the cover layer 26 is subsequently formed on the conductive layer 24 in the cover layer forming step. The cover layer 26 is formed of the same material (PDMS) as the base layer 22 described above so as to have the same thickness as the base layer 22. Further, the surface of the cover layer 26 facing the conductive layer 24 is formed smoothly. The cover layer 26 is laminated on the conductive layer 24, whereby the wiring structure 20 is completed.
≪センサ１０及び配線構造体２０の特性について≫
本実施形態の配線構造体２０においては、ベース層２２に設けられた凹凸部２８の上に導電層２４が形成されるため、導電層２４は凹凸部２８の起伏に倣い、凹凸形状に形成される。このような構成とすることにより、配線構造体２０に対して曲げあるいは引っ張りによる応力が作用した場合であっても導電層２４に亀裂が生じにくくなる。
<< Characteristics of Sensor 10 and Wiring Structure 20 >>
In the wiring structure 20 of the present embodiment, since the conductive layer 24 is formed on the uneven portion 28 provided in the base layer 22, the conductive layer 24 is formed in an uneven shape following the undulation of the uneven portion 28. The With such a configuration, even when a stress due to bending or pulling acts on the wiring structure 20, the conductive layer 24 is hardly cracked.
また、配線構造体２０においては、導電層２４の上に弾性を有するカバー層２６が設けられている。これにより、曲げあるいは引っ張りによる応力（以下、屈曲・引張応力とも称する）が作用した際に、カバー層２６の復元性により、図５に矢印によって示すように屈曲・引張応力を相殺する応力が作用し、導電層２４に亀裂が生じることを防止できる。従って、配線構造体２０においては、屈曲・引張応力が作用した場合であっても導電層２４が非導通状態になりにくい。 In the wiring structure 20, an elastic cover layer 26 is provided on the conductive layer 24. As a result, when a stress due to bending or pulling (hereinafter also referred to as bending / tensile stress) is applied, a stress that cancels the bending / tensile stress acts as shown by an arrow in FIG. Thus, it is possible to prevent the conductive layer 24 from cracking. Therefore, in the wiring structure 20, the conductive layer 24 is unlikely to be in a non-conductive state even when bending / tensile stress is applied.
また、屈曲・引張応力が作用することにより導電層２４に亀裂が形成されたとしても、屈曲・引張応力が解除されると配線構造体２０が元の姿勢に戻る。これにより、導電層２４に形成された亀裂部分が接触した状態になり、導電層２４における導電性が復元する。従って、配線構造体２０においては、屈曲・引張応力が作用することにより導電層２４に亀裂が生じてしまったとしても、屈曲・引張応力が解除されることにより導電層２４における導電性を復元させることが可能である。 Further, even if a crack is formed in the conductive layer 24 due to the action of bending / tensile stress, the wiring structure 20 returns to the original posture when the bending / tensile stress is released. Thereby, the crack part formed in the conductive layer 24 will be in the state which contacted, and the electroconductivity in the conductive layer 24 will be decompress | restored. Therefore, in the wiring structure 20, even if the conductive layer 24 is cracked due to the bending / tensile stress, the conductivity in the conductive layer 24 is restored by releasing the bending / tensile stress. It is possible.
また、配線構造体２０においては、カバー層２６において導電層２４と接触する面が平滑とされているため、屈曲・引張応力を作用させた場合に、屈曲・引張応力に反して元の状態に戻ろうとする応力を確実に作用させ、屈曲・引張応力を相殺させることが可能である。これにより、屈曲・引張応力が作用することにより導電層２４が完全に破断されてしまうことを防止できる。また、屈曲・引張応力の解除時に、配線構造体２０を確実に元の姿勢に戻し、導電層２４における導電性を復元させることが可能である。 Further, in the wiring structure 20, since the surface of the cover layer 26 that contacts the conductive layer 24 is smooth, when the bending / tensile stress is applied, the cover structure 26 returns to the original state against the bending / tensile stress. It is possible to reliably apply the stress to return and to cancel the bending / tensile stress. Thereby, it can prevent that the conductive layer 24 will be completely fractured | ruptured by bending / tensile stress. In addition, when the bending / tensile stress is released, the wiring structure 20 can be reliably returned to the original posture, and the conductivity of the conductive layer 24 can be restored.
配線構造体２０においては、ベース層２２とカバー層２６とが同種の材料により、同一の厚みで形成されているため、カバー層２６により作用する応力が、屈曲・引張応力と略同一かつ互いに相殺する方向に作用する。これにより、屈曲・引張応力を解除した際に、導電層２４の導電性を確実に復元させることが可能となる。なお、本実施形態においては、ベース層２２及びカバー層２６を同一素材、及び同一の厚みで形成することにより、応力を均衡させ、相殺させる構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。具体的には、ベース層２２とカバー層２６とを異なる素材で作成し、異なる厚みに形成することも可能である。かかる構成とする場合には、屈曲・引張応力が作用した場合に、当該応力を相殺することが可能な応力が作用するように、ベース層２２及びカバー層２６の素材及び厚みを調整することが好ましい。 In the wiring structure 20, since the base layer 22 and the cover layer 26 are made of the same material and have the same thickness, the stress acting on the cover layer 26 is substantially the same as the bending / tensile stress and cancels each other out. It acts in the direction to do. Thereby, when the bending / tensile stress is released, the conductivity of the conductive layer 24 can be reliably restored. In the present embodiment, the base layer 22 and the cover layer 26 are formed of the same material and the same thickness, thereby exemplifying a configuration that balances and cancels stress. However, the present invention is limited to this. It is not a thing. Specifically, the base layer 22 and the cover layer 26 can be made of different materials and formed to have different thicknesses. In such a configuration, when the bending / tensile stress is applied, the material and thickness of the base layer 22 and the cover layer 26 can be adjusted so that the stress that can cancel the stress is applied. preferable.
配線構造体２０においては、ベース層２２及びカバー層２６が、ＰＤＭＳにより形成されており、自由に屈曲及び伸縮可能とされている。そのため、配線構造体２０は、センサ１０のように屈曲及び伸縮の双方が見込まれる人体の表面等の箇所に装着して使用するために用いられる機器類に用いるのに好適である。 In the wiring structure 20, the base layer 22 and the cover layer 26 are formed of PDMS, and can be freely bent and stretched. Therefore, the wiring structure 20 is suitable for use in equipment that is used to be mounted and used at a location such as the surface of a human body where both bending and expansion / contraction are expected, like the sensor 10.
配線構造体２０においては、凹凸部２８の起伏Ａ及び導電層２４の厚みＴの比率αが０＜α≦０．８の範囲内となるように、起伏Ａ及び厚みＴが調整されている。また、起伏Ａ及び厚みＴは、配線構造体２０に求められる特性を加味し、比率αが適切な値となるように調整されている。具体的には、配線構造体２０が主として屈曲に対する耐性が求められる場所に用いられる場合には、比率αが大きくなるように凹凸部２８の起伏Ａが調整される。また、主として引っ張りに対する耐性が求められる場所に配線構造体２０が用いられる場合には、主として屈曲に対する耐性が求められる場所に用いられる場合に比べて比率αが小さくなるように起伏Ａが調整される。このように、比率αを基準として起伏Ａ及び厚みＴを調整することにより、配線構造体２０を屈曲・引張応力に対する耐性を有するものとし、屈曲・引張応力が解除された場合に導電層２４の導電性が確実に復元可能とすることが可能である。 In the wiring structure 20, the undulation A and the thickness T are adjusted so that the ratio α of the undulation A of the uneven portion 28 and the thickness T of the conductive layer 24 falls within the range of 0 <α ≦ 0.8. Further, the undulation A and the thickness T are adjusted so that the ratio α is an appropriate value in consideration of the characteristics required for the wiring structure 20. Specifically, when the wiring structure 20 is used mainly in a place where resistance to bending is required, the undulation A of the concavo-convex portion 28 is adjusted so as to increase the ratio α. In addition, when the wiring structure 20 is used mainly in a place where resistance to pulling is required, the undulation A is adjusted so that the ratio α is smaller than in the case where the wiring structure 20 is used mainly in places where resistance to bending is required. . Thus, by adjusting the undulation A and the thickness T with the ratio α as a reference, the wiring structure 20 has resistance to bending / tensile stress, and when the bending / tensile stress is released, the conductive layer 24 is It is possible to reliably restore the conductivity.
センサ１０は、配線構造体２０を備えたものであり、生体表面に貼り付けた場合に、屈曲あるいは引っ張りによる変位が生じると、この変位量に応じて導電層２４の抵抗値が変化する。そのため、センサ１０は、導電層２４の抵抗値の変化を捉えることにより、生体表面の変位、すなわち生体の動きを適確に把握することが可能である。 The sensor 10 includes the wiring structure 20. When the sensor 10 is attached to the surface of a living body, if a displacement due to bending or pulling occurs, the resistance value of the conductive layer 24 changes according to the amount of displacement. Therefore, the sensor 10 can accurately grasp the displacement of the living body surface, that is, the movement of the living body, by detecting the change in the resistance value of the conductive layer 24.
なお、本実施形態において例示したセンサ１０は、導電層２４の導電性（抵抗値）の変化に基づき、生体の動作を検知するものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。具体的には、センサ１０は、生態情報を検出するための検知手段を別途有し、電源あるいは電気・電子部品等と検知手段とを配線構造体２０によって電気的に接続したもの、あるいは複数設けられた検知手段同士を配線構造体２０によって電気的に接続したものとすることが可能である。 In addition, although the sensor 10 illustrated in this embodiment detects the operation | movement of a biological body based on the change of the electroconductivity (resistance value) of the conductive layer 24, this invention is not limited to this. Specifically, the sensor 10 has a separate detection means for detecting the biological information, and a power supply or an electrical / electronic component or the like and the detection means are electrically connected by the wiring structure 20 or a plurality of them are provided. The detected detection means can be electrically connected by the wiring structure 20.
ここで、センサ１０に設ける検知手段は、いかなるものであっても良く、例えば生体の運動状態を計測する検知手段、生体が置かれている環境状態を計測する検知手段、生体情報を計測する検知手段等、適宜の検知手段によって構成することができる。さらに具体的には、生体の運動状態を計測する検知手段としては、静加速度（姿勢検知）および動加速度（衝撃検知）を計測するための加速度検知手段等を用いることができる。また、環境状態を計測するための検知手段としては、温度（外気温）、湿度、圧力、高度、騒音、光等を計測するための検知手段を用いることができる。生体情報の計測用の検知手段としては、心電、脈拍、血圧、呼吸、体温等を計測するための検知手段を用いることができる。また、センサ１０に設ける電気・電子部品としては、例えばＩＣチップ、抵抗器、コンデンサ等を用いることが可能である。 Here, the detection means provided in the sensor 10 may be any type. For example, the detection means for measuring the movement state of the living body, the detection means for measuring the environmental state where the living body is placed, and the detection for measuring biological information. It can be configured by appropriate detection means such as means. More specifically, as the detection means for measuring the movement state of the living body, an acceleration detection means for measuring static acceleration (posture detection) and dynamic acceleration (impact detection) can be used. Moreover, as a detection means for measuring the environmental state, a detection means for measuring temperature (outside air temperature), humidity, pressure, altitude, noise, light, and the like can be used. As detection means for measuring biological information, detection means for measuring electrocardiogram, pulse, blood pressure, respiration, body temperature and the like can be used. Moreover, as an electric / electronic component provided in the sensor 10, for example, an IC chip, a resistor, a capacitor, or the like can be used.
上述したセンサ１０は、配線構造体２０によって構成されたパッド状部１０ａ，１０ａ、及び線状部１０ｂを電気的に繋いだ構造とされているが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の回路構造あるいは配線構造を採用したものであっても良い。具体的には、センサ１０は、略全体がパッド状部１０ａに相当するものによって構成されたもの、あるいはさらに多数のパッド状部１０ａを線状部１０ｂによって接続した構造等とすることが可能である。また、パッド状部１０ａあるいは線状部１０ｂの形状、大きさ等については、適宜設計変更することが可能である。 The sensor 10 described above has a structure in which the pad-like portions 10a and 10a configured by the wiring structure 20 and the linear portion 10b are electrically connected, but the present invention is not limited to this. Other circuit structures or wiring structures may be adopted. Specifically, the sensor 10 can be configured so that substantially the entire structure corresponds to the pad-shaped portion 10a, or a structure in which a large number of pad-shaped portions 10a are connected by the linear portions 10b. is there. Further, the shape, size and the like of the pad-like portion 10a or the linear portion 10b can be appropriately changed in design.
また、本実施形態において例示した配線構造体２０の製造方法は、凹凸部形成工程、導電層形成工程、及びカバー層形成工程の３工程に大別されるものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、さらに複数の工程を有するものであっても良い。また、上記各工程において例示した製造方法については、適宜変更することが可能である。具体的には、凹凸部形成工程において凹凸部２８を形成する方法については、上述したように予めベース層２２形成用の型を作る方法に代えて、表面が平滑な樹脂層の表面に切削等の手法により凹凸部２８を形成するようにしても良い。また、ベース層２２を形成する型についても、上述したようにして製作する代わりに、別途の方法により作成しても良い。 In addition, the method for manufacturing the wiring structure 20 exemplified in the present embodiment is roughly divided into three steps, that is, a concavo-convex portion forming step, a conductive layer forming step, and a cover layer forming step. It is not limited and may have a plurality of processes. In addition, the manufacturing methods exemplified in the above steps can be appropriately changed. Specifically, regarding the method for forming the uneven portion 28 in the uneven portion forming step, the surface of the resin layer having a smooth surface is cut instead of the method of previously forming the mold for forming the base layer 22 as described above. The uneven portion 28 may be formed by the method described above. Also, the mold for forming the base layer 22 may be formed by a separate method instead of being manufactured as described above.
上述した導電層形成工程は、導電性を有する金属を凹凸部２８上に蒸着することにより導電層２４を形成するものであるため、導電層２４の厚み及び幅を容易かつ精度良く調整することが可能である。なお、導電層形成工程において導電層２４を形成する方法は、蒸着に限定されるものではなく、他の方法により形成しても良い。具体的には、凹凸部２８が形成されたベース層２２の上に、導電性を有する金属を含むペーストを塗布して固化させる等して導電層２４を形成しても良い。 In the conductive layer forming step described above, the conductive layer 24 is formed by depositing a conductive metal on the concavo-convex portion 28. Therefore, the thickness and width of the conductive layer 24 can be easily and accurately adjusted. Is possible. Note that the method for forming the conductive layer 24 in the conductive layer forming step is not limited to vapor deposition, and may be formed by other methods. Specifically, the conductive layer 24 may be formed on the base layer 22 on which the concavo-convex portion 28 is formed by applying and solidifying a paste containing a conductive metal.
本実施形態においては、配線構造体２０の略全面に亘って凹凸部２８を設けた構成を例示したが、本発明はこれに限定される訳ではなく、屈曲あるいは引っ張りが想定される箇所にのみ凹凸部２８を設けた構成としても良い。また、凹凸部２８の起伏Ａの大きさ、あるいは導電層２４の厚みＴのいずれか一方又は双方を配線構造体２０の一部において異ならせ、部位によって比率αが異なるようにしても良い。具体的には、引っ張りによる応力が作用しやすい箇所を、屈曲による応力が作用しやすい箇所に比べて比率αが小さくなるように凹凸部２８の起伏Ａあるいは導電層２４の厚みＴを調整することが可能である。 In the present embodiment, the configuration in which the concavo-convex portion 28 is provided over substantially the entire surface of the wiring structure 20 is illustrated, but the present invention is not limited to this, and is only in a place where bending or pulling is assumed. It is good also as a structure which provided the uneven | corrugated | grooved part 28. FIG. In addition, either or both of the size of the undulation A of the concavo-convex portion 28 and the thickness T of the conductive layer 24 may be varied in a part of the wiring structure 20 so that the ratio α varies depending on the part. Specifically, the undulation A of the concavo-convex portion 28 or the thickness T of the conductive layer 24 is adjusted so that the ratio α is smaller in the portion where the stress due to the tension is likely to act than in the portion where the stress due to the bending is likely to act. Is possible.
上述した配線構造体２０は、凹部２８ａ及び凸部２８ｂがベース層２２の横方向（Ｘ方向）に向けて並ぶように凹凸部２８を形成すると共に、ベース層２２の縦方向（Ｙ方向）に向けて凹部２８ａ及び凸部２８ｂが並ぶように凹凸部２８を形成している。従って、縦横方向（Ｘ，Ｙ方向）への屈曲・引張応力が作用した場合、あるいは配線構造体２０をねじるような応力が作用した場合であっても、導電層２４の導電性低下が最小限で済み、応力が解除された場合に導電性を復元させることが可能である。 In the wiring structure 20 described above, the concave and convex portions 28 are formed so that the concave portions 28 a and the convex portions 28 b are aligned in the horizontal direction (X direction) of the base layer 22, and in the vertical direction (Y direction) of the base layer 22. The concave and convex portion 28 is formed so that the concave portion 28a and the convex portion 28b are aligned. Therefore, even when bending / tensile stress in the vertical and horizontal directions (X and Y directions) is applied, or even when stress that twists the wiring structure 20 is applied, the decrease in conductivity of the conductive layer 24 is minimized. It is possible to restore the conductivity when the stress is released.
なお、本実施形態においては、配線構造体２０の縦方向及び横方向の双方に向けて凹凸部２８を形成した構成を例示したが、本発明はこれに限定される訳ではない。具体的には、いずれか一方向にのみ屈曲あるいは引っ張りによる応力が作用すると想定される場合には、縦方向あるいは横方向のいずれか一方向にのみ凹凸部２８を形成しても良い。かかる構成とすることにより、ベース層２２の構造がより一層シンプルなものとなり、製造が容易となる。 In the present embodiment, the configuration in which the concavo-convex portion 28 is formed in both the vertical direction and the horizontal direction of the wiring structure 20 is exemplified, but the present invention is not limited to this. Specifically, when it is assumed that a stress due to bending or pulling acts only in any one direction, the uneven portion 28 may be formed only in any one of the vertical direction and the horizontal direction. By adopting such a configuration, the structure of the base layer 22 becomes even simpler and manufacture becomes easier.
続いて、上述した配線構造体２０について実施したシミュレーション結果、及び実験結果について、図面を参照しつつ詳細に説明する。 Next, simulation results and experimental results performed on the wiring structure 20 described above will be described in detail with reference to the drawings.
≪シミュレーション結果について≫
配線構造体２０について、横方向（Ｘ方向）に向けて全長の１０％に相当する長さの引っ張り負荷を作用させた場合に導電層２４に作用する最大応力についてシミュレーションを行った。すなわち、配線構造体２０に対し、引っ張り長さｐに対する配線構造体２０の全長ｄの割合（ｐ／ｄ：以下、「ひずみ」とも称す）を０．１とした場合に導電層２４に作用する最大応力についてシミュレーションを行った。
≪About simulation results≫
With respect to the wiring structure 20, a simulation was performed on the maximum stress that acts on the conductive layer 24 when a tensile load having a length corresponding to 10% of the total length is applied in the lateral direction (X direction). That is, when the ratio of the total length d of the wiring structure 20 to the pulling length p (p / d: hereinafter also referred to as “strain”) is 0.1 with respect to the wiring structure 20, it acts on the conductive layer 24. The maximum stress was simulated.
本シミュレーションに用いたシミュレーションソフト及びバージョンは、ＡＮＳＹＳ １２．０である。また、シミュレーションに際し、配線構造体２０に用いたベース層２２及びカバー層２６の素材としてＰＤＭＳを選定し、導電層２４を構成する金属として金を選定した。その結果、図６（グラフ中のＡｍｐとは上述の起伏Ａと同義。以下同様。）に示すようなシミュレーション結果が得られた。この結果、凹凸部２８の起伏Ａが小さいほど、導電層２４をなす金属材料（金）に作用する最大応力が大きくなる傾向にあることが判明した。 The simulation software and version used for this simulation are ANSYS 12.0. In the simulation, PDMS was selected as a material for the base layer 22 and the cover layer 26 used in the wiring structure 20, and gold was selected as a metal constituting the conductive layer 24. As a result, a simulation result as shown in FIG. 6 (Amp in the graph is synonymous with the above-described undulation A. The same shall apply hereinafter) was obtained. As a result, it has been found that the maximum stress acting on the metal material (gold) forming the conductive layer 24 tends to increase as the undulation A of the uneven portion 28 decreases.
また、凹凸部２８の起伏Ａ及び導電層２４の厚みＴの比率α（α＝Ｔ／Ａ）が２．０〜３．０近傍に至る領域において導電層２４をなす金属材料（金）に作用する応力が高くなり、２．０〜３．０近傍において導電層２４をなす金属材料（金）に作用する応力が最大になることが判明した。さらに、比率αが２．０〜３．０近傍において応力が最大値となる領域を超えて大きくなると、導電層２４をなす金属材料（金）に作用する応力が緩やかに低下する傾向にあることが判明した。 In addition, it acts on the metal material (gold) forming the conductive layer 24 in a region where the ratio α (α = T / A) of the undulation A of the concavo-convex portion 28 and the thickness T of the conductive layer 24 reaches 2.0 to 3.0. It has been found that the stress acting on the metal material (gold) forming the conductive layer 24 is maximized in the vicinity of 2.0 to 3.0. Furthermore, when the ratio α increases beyond the region where the stress is maximum in the vicinity of 2.0 to 3.0, the stress acting on the metal material (gold) forming the conductive layer 24 tends to gradually decrease. There was found.
比率αが０≦α≦１．０の範囲において導電層２４をなす金属材料に作用する応力の変化をさらに詳細にシミュレーションした結果、図７に示す結果が得られた。この結果、比率αが０＜α≦０．８の範囲においては導電層２４に作用する応力が一定の割合で比較的緩やかに上昇するものの、αが０．８を越えると導電層２４に作用する応力が急激に上昇する傾向にあることが判明した。これらのシミュレーション結果を踏まえると、比率αが０＜α≦０．８の範囲内となるように凹凸部２８の起伏Ａ及び導電層２４の厚みＴを調整することにより、導電層２４に対して過度に大きな応力が作用することを防止しうることが判明した。 As a result of a more detailed simulation of the change in stress acting on the metal material forming the conductive layer 24 when the ratio α is in the range of 0 ≦ α ≦ 1.0, the result shown in FIG. 7 was obtained. As a result, when the ratio α is in the range of 0 <α ≦ 0.8, the stress acting on the conductive layer 24 increases relatively slowly at a constant rate, but when α exceeds 0.8, the stress acts on the conductive layer 24. It was found that the stress to be tended to increase rapidly. Based on these simulation results, by adjusting the undulation A of the uneven portion 28 and the thickness T of the conductive layer 24 so that the ratio α is in the range of 0 <α ≦ 0.8, the conductive layer 24 is adjusted. It has been found that an excessively large stress can be prevented from acting.
また、比率αを１．０に維持しつつ、凹凸部２８の起伏Ａを変化させた場合に、導電層２４に作用する応力の変化をシミュレーションにより求めた。本シミュレーションにおいては、起伏Ａを２．０〜１８．０の範囲で変動させた。その結果、図８に示すように、起伏Ａの大小によらず導電層２４に過度に大きな応力がせず、起伏Ａを上昇させることにより導電層２４に作用する応力が低下傾向にあることが判明した。 In addition, when the undulation A of the concavo-convex portion 28 was changed while maintaining the ratio α at 1.0, a change in stress acting on the conductive layer 24 was obtained by simulation. In this simulation, the undulation A was varied in the range of 2.0 to 18.0. As a result, as shown in FIG. 8, excessively large stress is not applied to the conductive layer 24 regardless of the size of the undulation A, and the stress acting on the conductive layer 24 by increasing the undulation A tends to decrease. found.
≪引っ張り試験の結果について≫
続いて、配線構造体２０について実施した引っ張り試験の結果について、図面を参照しつつ詳細に説明する。本試験においては、凹凸部２８の起伏Ａを０としたものをサンプル１、起伏Ａを２［μｍ］としたものをサンプル２、起伏Ａを１２［μｍ］としたものをサンプル３として準備した。本試験に用いたサンプル１〜３は、ぞれぞれ１［ｍｍ］×３０［ｍｍ］の大きさを有する。本試験においては、１［ｍＡ］の電流を印加した状態において、初期状態における抵抗値Ｒ０［Ω］と、引っ張り応力を作用させた状態における抵抗値Ｒ［Ω］の比（Ｒ／Ｒ０）について、付与されたひずみとの相関関係を調べた（図９参照）。
≪About the result of tensile test≫
Subsequently, the result of the tensile test performed on the wiring structure 20 will be described in detail with reference to the drawings. In this test, sample 1 was prepared with the undulation A of the concavo-convex portion 28 set to 0, sample 2 was prepared with the undulation A 2 [μm], and sample 3 was prepared with the undulation A 12 [μm]. . Samples 1 to 3 used in this test each have a size of 1 [mm] × 30 [mm]. In this test, with a current of 1 [mA] applied, the ratio (R / R0) of the resistance value R0 [Ω] in the initial state and the resistance value R [Ω] in the state where tensile stress is applied. The correlation with the applied strain was examined (see FIG. 9).
本試験の結果、図９に示すように、起伏Ａを設けなかったサンプル１（図９のグラフ中のType1）については導電層２４が断線して抵抗値Ｒ［Ω］が無限大になってしまい、計測不可能であった。また、サンプル２，３（図９のグラフ中のType2,3）においては、ひずみを上昇させることにより抵抗値Ｒ，Ｒ０［Ω］の比（Ｒ／Ｒ０）が上昇し、ひずみが一定値を越えると抵抗値Ｒ，Ｒ０［Ω］の比（Ｒ／Ｒ０）が計測不可能になることが判明した。凹凸部２８の起伏Ａが小さなサンプル２について、ひずみが０．２になった時点で抵抗値Ｒ，Ｒ０［Ω］の比（Ｒ／Ｒ０）が計測不能になったのに対し、サンプル３については、ひずみが０．３になるまで抵抗値Ｒ，Ｒ０［Ω］の比（Ｒ／Ｒ０）が計測可能であったことから、起伏Ａを大きくした方が引っ張り応力に対する耐性が高いことが判明した。 As a result of this test, as shown in FIG. 9, with respect to Sample 1 (Type 1 in the graph of FIG. 9) without the undulation A, the conductive layer 24 is disconnected and the resistance value R [Ω] becomes infinite. It was impossible to measure. In samples 2 and 3 (Types 2 and 3 in the graph of FIG. 9), the ratio (R / R0) of the resistance values R and R0 [Ω] increases by increasing the strain, and the strain becomes a constant value. It has been found that the ratio (R / R0) of the resistance values R and R0 [Ω] cannot be measured when exceeding. With respect to sample 2 where the undulation A of the concavo-convex portion 28 is small, the ratio (R / R0) of the resistance values R and R0 [Ω] becomes impossible to measure when the strain becomes 0.2, whereas with respect to sample 3 Since the ratio (R / R0) of the resistance values R and R0 [Ω] was measurable until the strain became 0.3, it was found that the larger the undulation A, the higher the resistance to tensile stress. did.
≪引っ張りサイクル試験の結果について≫
配線構造体２０について実施した引っ張りサイクル試験の結果について、図面を参照しつつ詳細に説明する。本引っ張りサイクル試験についても、上記引っ張り試験において用いたものと同一のサンプル１〜３を用いて試験を行った。引っ張りサイクル試験においては、１［ｍＡ］の電流を印加した状態において、各サンプル１〜３に対して２［Ｎ］の引っ張り応力を作用させ、その後引っ張り応力を開放する試験を５回繰り返した。
≪About result of tensile cycle test≫
The result of the tensile cycle test performed on the wiring structure 20 will be described in detail with reference to the drawings. Also about this tension | pulling cycle test, it tested using the same samples 1-3 used in the said tension test. In the tensile cycle test, a test in which a tensile stress of 2 [N] was applied to each of the samples 1 to 3 in a state where a current of 1 [mA] was applied and then the tensile stress was released was repeated five times.
引っ張り応力を作用させた状態、及び引っ張り応力を開放した状態の双方について、初期状態における抵抗値Ｒ０［Ω］と、引っ張り応力を作用させた状態における抵抗値Ｒ［Ω］の比（Ｒ／Ｒ０）について回毎に調べたところ、図１０に示す結果が得られた。これらの結果により、引っ張り応力を作用させることにより抵抗値Ｒ，Ｒ０［Ω］の比（Ｒ／Ｒ０）がいずれも上昇するものの、引っ張り応力を解除すると抵抗値比Ｒ／Ｒ０が引っ張り応力を作用させる前の水準まで復元することが判明した。 The ratio of the resistance value R0 [Ω] in the initial state to the resistance value R [Ω] in the state in which the tensile stress is applied (R / R0) for both the state in which the tensile stress is applied and the state in which the tensile stress is released. ) For each time, the results shown in FIG. 10 were obtained. According to these results, although the ratio (R / R0) of the resistance values R and R0 [Ω] is increased by applying the tensile stress, the resistance value ratio R / R0 applies the tensile stress when the tensile stress is released. It was found that it was restored to the previous level.
≪屈曲試験の結果について≫
続いて、配線構造体２０について実施した屈曲試験の結果について説明する。本試験においては、上記引っ張り試験及び引っ張りサイクル試験に用いたものと同一のサンプル１〜３が用いられた。本試験においては、１［ｍＡ］の電流を印加した状態において、各サンプル１〜３を円柱体に巻き付けた状態において抵抗値Ｒ［Ω］と初期状態の抵抗値Ｒ０［Ω］との比（抵抗値比Ｒ／Ｒ０）を計測することにより、各サンプルを屈曲させた場合に導電層２４の抵抗値比Ｒ／Ｒ０に与える影響を検証した。また、各サンプル１〜３を巻き付ける円柱体の直径を変化させることにより、屈曲時の曲率と導電層２４の抵抗値比Ｒ／Ｒ０との相関関係を検証した。
≪Bending test results≫
Then, the result of the bending test implemented about the wiring structure 20 is demonstrated. In this test, the same samples 1 to 3 as those used in the tensile test and the tensile cycle test were used. In this test, in a state where a current of 1 [mA] was applied, the ratio of the resistance value R [Ω] and the initial resistance value R0 [Ω] when each of the samples 1 to 3 was wound around a cylindrical body ( By measuring the resistance value ratio R / R0), the influence of the conductive layer 24 on the resistance value ratio R / R0 when each sample was bent was verified. Moreover, the correlation between the curvature at the time of bending and the resistance value ratio R / R0 of the conductive layer 24 was verified by changing the diameter of the cylindrical body around which the samples 1 to 3 were wound.
上述した方法によりサンプル１〜３について屈曲試験を行ったところ、図１１に示すような結果が得られた。この結果、起伏Ａが０であるサンプル１あるいは起伏Ａが大きいサンプル３に比べ、小さな起伏Ａを有するサンプル２の抵抗値比Ｒ／Ｒ０が曲率によらず略一定で安定していることが判明した。これにより、起伏Ａの大きさを最適化することにより、屈曲応力に対する耐性が高い配線構造体２０を形成可能であることが判明した。 When the bending test was performed on the samples 1 to 3 by the method described above, the results shown in FIG. 11 were obtained. As a result, it was found that the resistance ratio R / R0 of the sample 2 having the small undulation A is substantially constant and stable regardless of the curvature, as compared with the sample 1 with the undulation A being 0 or the sample 3 having the large undulation A. did. As a result, it was found that by optimizing the size of the undulation A, the wiring structure 20 having high resistance to bending stress can be formed.
なお、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment and Example, A various deformation | transformation is possible based on the meaning of this invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
本発明によれば、曲げ応力あるいは引っ張り応力が作用した場合に柔軟に屈曲あるいは変形可能でありつつ、曲げ応力あるいは引っ張り応力が作用することにより断線を生じたとしても応力が解除されることにより導電性を復元させることが可能な配線構造体を形成することが可能である。また、本発明の配線構造体及びセンサは、屈曲あるいは引っ張りによる応力が作用すると想定される場所に装着されるものとして有効利用可能である。 According to the present invention, when bending stress or tensile stress is applied, it can be flexibly bent or deformed, but even if a disconnection occurs due to the bending stress or tensile stress, the stress is released, so It is possible to form a wiring structure capable of restoring the properties. In addition, the wiring structure and sensor of the present invention can be effectively used as being mounted at a place where a stress due to bending or pulling is assumed to act.
具体的には、本発明の配線構造体及びセンサは、生体に対して装着することにより生体の表面状態の変化を捉える等の目的で使用することが可能である。また、本発明の配線構造体及びセンサは、生体の体内に埋め込んで使用する医療機器等として用いることが可能である。さらに、本発明の配線構造体及びセンサは、電気機器あるいは電子機器において用いられる基板及び配線として用いることが可能である、特に、携帯電話あるいはパーソナルコンピュータ等のように、折り曲げ部分を有する機器類において好適に使用することができる。 Specifically, the wiring structure and sensor of the present invention can be used for the purpose of capturing changes in the surface state of a living body by being attached to the living body. The wiring structure and sensor of the present invention can be used as a medical device or the like that is used by being embedded in a living body. Furthermore, the wiring structure and sensor of the present invention can be used as a substrate and wiring used in electrical equipment or electronic equipment, particularly in equipment having a bent portion such as a mobile phone or a personal computer. It can be preferably used.
１０ センサ
２０ 配線構造体
２２ ベース層
２４ 導電層
２６ カバー層
２８ 凹凸部
２８ａ 凹部
２８ｂ 凸部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sensor 20 Wiring structure 22 Base layer 24 Conductive layer 26 Cover layer 28 Concavity and convexity 28a Concavity 28b Convex
Claims (8)
前記ベース層の表面に導電体を積層させることにより形成された導電層と、
柔軟性を有する樹脂素材によって形成され、前記導電層の上に積層されたカバー層とを有し、
前記ベース層の表面に、縦方向及び横方向に、断面形状が波状の凹凸部が設けられており、
前記凹凸部上に前記導電層が形成されていることを特徴とする配線構造体。 A base layer formed of a resin material having flexibility;
A conductive layer formed by laminating a conductor on the surface of the base layer;
Formed by a resin material having flexibility, and having a cover layer laminated on the conductive layer,
On the surface of the base layer, there are provided uneven portions having a wavy cross-sectional shape in the vertical and horizontal directions ,
A wiring structure in which the conductive layer is formed on the uneven portion.
前記導電層が、前記凹凸部の表面に所定の厚みＴで形成されており、
前記厚みＴを前記高さＡによって除して得られる比率αが、０＜α≦０．８の範囲内であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の配線構造体。 The concavo-convex portion has undulations of a predetermined height A on the basis of the surface of the base layer;
The conductive layer is formed on the surface of the concavo-convex portion with a predetermined thickness T,
5. The wiring structure according to claim 1, wherein a ratio α obtained by dividing the thickness T by the height A is in a range of 0 <α ≦ 0.8. body.
前記ベース層を構成する樹脂素材の表面に、縦方向及び横方向に、凹凸部を形成する工程と、
前記ベース層の凹凸部上に導電層を形成する工程と、
前記導電層の上に前記カバー層を形成する工程とを有していることを特徴とする配線構造体の製造方法。 A base layer formed of a flexible resin material, a conductive layer formed by laminating a conductor on the surface of the base layer, and a flexible resin material formed on the conductive layer A wiring structure in which the conductive layer is formed on an uneven portion having a wavy cross-sectional shape formed on the surface of the base layer,
Forming a concavo-convex portion in the longitudinal and lateral directions on the surface of the resin material constituting the base layer;
Forming a conductive layer on the concavo-convex portion of the base layer;
And a step of forming the cover layer on the conductive layer.
The method for manufacturing a wiring structure according to claim 7, wherein in the step of forming the conductive layer, a conductive material is deposited on the uneven portion.
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