JP2013145842A

JP2013145842A - フレキシブル回路基板

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Publication number: JP2013145842A
Application number: JP2012006308A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kajiya; 篤加治屋; Hidekazu Yoshihara; 秀和吉原
Original assignee: Nippon Mektron KK
Current assignee: Nippon Mektron KK
Priority date: 2012-01-16
Filing date: 2012-01-16
Publication date: 2013-07-25
Anticipated expiration: 2032-01-16
Also published as: JP5823879B2

Abstract

【課題】曲面的又は平面的に伸縮可能とした場合の伸縮可能回路体と部品実装用基板との電気的な接続信頼性を確保し得るフレキシブル回路基板を提供する。
【解決手段】伸縮可能な絶縁ベース材に伸縮可能な配線部が設けられている伸縮可能回路体と、該伸縮可能回路体の所定領域に積層される伸縮不能の部品実装用基板とを有し、該部品実装用基板の配線部と伸縮可能回路体の配線部を電気的に接続する電気接続部を有するフレキシブル回路基板であって、前記部品実装用基板に、前記伸縮可能回路体の前記電気接続部を含む領域の伸縮を防止する伸縮防止ガードを設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば、産業用ロボットやサービスロボット、人体、携帯機器等の可動部や伸縮部に適用可能な伸縮可能なフレキシブル回路基板に関する。

従来の一般的なフレキシブル回路基板は、曲面的又は平面的に伸縮させることができないために、ロボットアーム等の可動部や伸縮部の配線用のケーブルには、余長が必要であった。しかし、余長部分を自由にすると、運動時に余長部分が揺れてアームに干渉し、損傷、断線するおそれがある。
このようなケーブルの余長部分の問題に対して、特許文献１では、関節回転中心位置に支持棒を設け、ロボットアームの内部に収納することで、ケーブルの折れ曲がりや断線を防止する構成となっている。
しかし、特許文献１の構造では、支持棒を別途設ける必要があることから製造コストの増加等につながる。また、ケーブルの収納部の構造が複雑になるため、ケーブルの配線、メンテナンスの際の分解、又はケーブルの取り出しに非常に手間がかかるといった問題もあり、フレキシブル回路基板自体が曲面的又は平面的に伸縮する構造の配線が要望されている。

特開平８−５７７９２号公報

しかし、曲面的又は平面的に伸縮可能とする場合、伸縮可能な絶縁ベース材に伸縮可能な配線部を設けて伸縮可能回路体を構成することになるが、この伸縮可能回路体に積層される部品実装用基板の端子を伸縮可能な配線部に半田等で接続した場合、伸縮時に接合部分に応力が集中し、接合部分が破断するおそれがある。
本発明は上記した問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、曲面的又は平面的に伸縮可能とした場合の部品実装用基板と伸縮可能回路体との電気的な接続信頼性を確保し得るフレキシブル回路基板を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、伸縮可能な絶縁ベース材に伸縮可能な配線部が設けられている伸縮可能回路体と、該伸縮可能回路体の所定領域に積層される伸縮不能の部品実装用基板とを有し、該部品実装用基板の配線部と伸縮可能回路体の配線部を電気的に接続する電気接続部を有するフレキシブル回路基板であって、
前記部品実装用基板に、前記伸縮可能回路体の前記電気接続部を含む領域の伸縮を防止する伸縮防止ガードを設けたことを特徴とする。

伸縮防止ガードは、部品実装用基板の伸縮不能の絶縁ベース材と一体的に構成することができる。このようにすれば、絶縁ベース材の成形と同時に簡単に成形できる。
電気接続部は、伸縮可能回路体に設けられた半田付けランド部に前記部品実装用基板の端子を半田によって接続する構造とすることができる。このようにすれば、伸縮時に半田付けランド部の半田の接合部分に応力が作用せず、半田の破損を防止することができる。
伸縮防止ガードは、絶縁ベース材に形成される配線用の導体を補強用に残してもよい。このようにすれば、接続信頼性がより向上する。
伸縮防止ガードは、部品実装用基板の本体部の端部から、伸縮可能回路体の伸縮方向に所定寸法だけ離れた位置に固定される支持部と、該支持部と部品実装用基板の本体部とを接続するアーム部とを備えた構成とすることができる。このようにすれば、アーム部によって伸縮を防止することができる。

部品実装用基板の端面には、半田が付着する導体メッキが施されていてもよい。このようにすれば、接合面積が増大し、接続信頼性が一層高くなる。
伸縮可能な絶縁ベース材は熱可塑性エラストマーによって構成することができる。
伸縮可能な配線部は、ジグザグ形状やスネーク形状、馬蹄形状等の形状的に伸縮可能なパターンによって構成することができる。このようにすれば、ジグザグ形状やスネーク形状、馬蹄形状が開閉して伸縮可能であり、配線パターンに作用する応力は分散される。
また、伸縮可能な配線部は、配線自体が伸縮可能な導体によって構成してもよい。伸縮可能な導体を利用すれば、形状を単純化することができる。

以上説明したように、本発明のフレキシブル回路基板によれば、伸縮可能回路体に部品実装用基板を積層する構成としたので、配線が伸縮可能となり、ロボット等の可動部に適用する場合に、余長が不要となる。
また、積層される部品実装用基板に、電気接続部を含む領域の伸縮可能回路体の伸縮を防止する伸縮防止ガードを設けたので、部品実装用基板と伸縮可能回路体との接続信頼性を確保することができる。

（Ａ）は本発明の実施の形態に係るフレキシブル回路基板の概略平面図、（Ｂ）は（Ａ）のフレキシブル回路基板の接続部の概略拡大平面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。

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。

図１（Ａ）には、本実施形態に係るフレキシブル回路基板１を概略的に示している。
このフレキシブル回路基板１は、曲面的又は平面的に伸縮可能な伸縮可能回路体１０と、この伸縮可能回路体１０の所定領域に積層される伸縮不能の部品実装用基板２０と、部品実装用基板２０の配線部の端子と伸縮可能回路体１０の配線部を電気的に接続する電気接続部３０と、電気接続部３０を含む領域の伸縮可能回路体１０の伸縮を防止する伸縮防止ガード４０と、を備えた構造となっている。

図示例では、伸縮可能回路体１０は帯状に延びており、この伸縮可能回路体１０の長手方向に、３つの部品実装用基板２０，２０，２０が、互いに離間して配置され、伸縮可能回路体１０に設けられた伸縮可能の配線パターン１４によって、各部品実装用基板２０、２０，２０の端子２８，２８間が接続されている。
各部品実装用基板２０の端子２８は、部品実装用基板２０の対向端部に設けられ、中間の部品実装用基板２０には、端子２８が両側にあり、両端の部品実装用基板２０には、端子２８が片側のみに設けられている。端子２８は、部品実装用基板２０の端辺に沿って複数設けられ、各端子２８間を接続する配線パターン１４も複数設けられている。

以下、図１（Ｂ）、（Ｃ）を参照して、各構成部分について、一つの端子２８と電気接
続部３０を例にとって詳細に説明する。端子２８と電気接続部３０は多数あるが、すべて同じ構成である。
伸縮可能回路体１０は、伸縮可能な絶縁ベース材１２に伸縮可能な配線パターン１４が形成され、配線パターン１４が伸縮可能な絶縁カバー材１６によって被覆されている。
図示していないが、絶縁ベース材１２と配線パターン１４は、銅張積層板から、エッチングによって配線パターン１４を形成してもよいし、接着剤を使用せず、メッキ、蒸着等によって、直接形成する構成でもよい。また、配線パターン１４を覆う絶縁カバー材１６は、不図示の伸縮可能な接着剤によって接着してもよいし、直接絶縁カバー材１６をラミネートしてもよい。

絶縁ベース材１２及び絶縁カバー材１６としては、たとえば、熱可塑性エラストマーが使用可能である。
熱可塑性エラストマーとしては、ポリウレタン系エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩ビ系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー、１，２−ＢＲ系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラストマー等を用いることができる。機械的強度や耐磨耗性を考慮すると、ウレタン系エラストマーを用いることが好適である。

伸縮可能な配線パターン１２は波形のジグザグ形状となっており、形状的に伸縮可能となっている。このパターンは、図示例のようなジグザグ形状に限らず、スネーク形状、馬蹄形状等、種々のパターンによって構成することができる。

部品実装用基板２０は、図示例では、片面回路構成のフレキシブル回路基板構成を例示している。すなわち、曲面的又は平面的に伸縮不能な絶縁ベース材２２に配線パターン２４が形成され、配線パターン２４がソルダレジスト等の絶縁材２６によって被覆されている。
この部品実装用基板２０の絶縁ベース材２２は、ポリイミド等の公知の一般的な材料が利用可能である。
この例では、配線パターン２４は、絶縁ベース材２２に対して、不図示の接着剤によって貼り付けられた構成で、銅張積層板からエッチング法によって不要な部分を除去して形成する構成である。もっとも、接着剤を使用せず、メッキ、蒸着等によって、直接形成する構成でもよい。

なお、部品実装用基板２０は、図示例では片面回路の構成を例示しているが、両面回路、多層回路構成の公知の種々の回路構成の基板を利用できる。
また、部品実装用基板２０は、フレキシブル回路基板に限定されず、リジッド基板であってもよく、リジッド基板についても公知の種々の構成のものが利用可能であり、要するに、曲面的又は平面的に伸縮可能回路体１０に対して、伸縮不能な部品実装用基板２０との組み合わせに適用可能である。また、部品実装用基板２０は、不図示の接着剤によって伸縮可能回路体１０に接着してもよいし、直接絶縁カバー材１６にラミネートしてもよい。

電気接続部３０は、伸縮可能回路体１０に設けられた半田付けランド部３２と部品実装用基板２０の端子２８とが、半田３４によって接続される構造となっている。
この実施の形態では、部品実装用基板２０の端面に形成された半円筒状の凹部２３に、半田３４が付着する導体メッキ３５が施されている。この凹部２３は、スルーホールを半分に割った形状で、導体メッキ３５が部品実装用基板２０の端子２８と導通しており、半田３４は、部品実装用基板２０の端子２８と伸縮可能回路体１０の半田付けランド部３２に付着し、さらに端面の凹部２３の導体メッキ３５にも付着し、端子２８と半田付けランド部３２間を導通させている。このようにすれば、接合面積が増大し、接続信頼性が一層
高くなる。

伸縮防止ガード４０は、部品実装用基板２０の本体部２０Ａの端部から、伸縮可能回路体１０の伸縮方向に所定寸法だけ離れた位置に固定される支持部４２と、この支持部４２と部品実装用基板２０の本体部２０Ａとを接続するアーム部４４とを備えた構成となっている。
この例では、支持部４２は伸縮可能回路体１０の伸縮方向と交差する方向、図示例では直交する方向に直線的に延び、その支持部４２の両端部と本体部２０Ａとが、１対のアーム部４４によって連結されている。この本体部２０Ａの端辺とアーム部４４及び支持部４２とによって、部品実装用基板２０の端辺に沿って設けられる複数の電気接続部３０をまとめて取り囲むような窓が形成されており、伸縮防止ガード４０は、複数の電気接続部３０に対する伸縮を防止している。
伸縮防止ガード４０は、部品実装用基板２０の伸縮不能の絶縁ベース材２２と一体的に構成されるものである。この例では、銅張積層板から、エッチングによって配線パターンが形成されるもので、導体形成用の銅箔部４３が、伸縮防止ガード４０の補強用として残されている。もっとも、補強用の導体部４３は無くてもよい。

次に、本発明の作用について説明する。
本実施の形態のフレキシブル回路基板１は、長手方向を、たとえば、ロボットの関節部等の配線に使用される。関節部では、関節部を支点にして２部材を回動するので、フレキシブル回路基板１の長手方向を回動方向に沿って配線する。関節部が屈曲すると、伸縮可能回路体１０が伸長する。伸長するのは、伸縮可能回路体１０の各部品実装用基板２０の間の部分で、絶縁ベース材１２及び配線パターン１４、さらに絶縁カバー材１６が伸張し、関節部が延びると、伸縮可能回路体１０が伸張する。このように、関節部の屈曲度合いに応じて、伸縮可能回路体１０が伸縮するので、従来のように、余長部が不要となる。

一方、電気接続部３０である半田付けランド部３２の部分は、伸縮しない部品実装用基板２０の伸縮防止ガード４０によって、伸縮が防止されるので、半田接合部には全く応力が生じない。したがって、部品実装用基板２０と伸縮可能回路体１０との接続信頼性を確保することができる。
特に、本実施の形態では、伸縮防止ガード４０の部分に、配線パターン２４を形成するための銅箔部４３を補強用に残しているので、伸縮防止ガード４０自体の強度が高く、より一層接続信頼性を高めることができる。
また、スルーホールを形成し、部品実装用基板２０の端面の導体メッキ３５に対しても、半田３４が接合する構成としているので、さらに接続信頼性を、より一層高めることができる。

なお、上記実施の形態では、伸縮可能回路体１０として、片面回路構成のフレキシブル回路体を例にとって説明したが、伸縮可能な絶縁ベース材１２の両面に伸縮可能な配線パターンが設けられた両面回路構成でもよい。また、部品実装用基板２０が、伸縮可能回路体１０の片面にのみ積層する構成となっているが、部品実装用基板２０が伸縮可能回路体１０の両面に積層される構成となっていてもよい。
また、上記実施の形態では、帯状の伸縮可能回路体１０の長手方向に複数の部品実装用基板２０が、直列に配置された構成となっているが、伸縮可能回路体１０が帯状でなくてもよいし、部品実装用基板２０が、一つでもよい。

また、上記実施の形態では、電気接続部３０として、半田付けによる接合構造を例にとって説明したが、たとえば、部品実装用基板２０が多層構成で、外層の端子部から伸縮可能回路体１０の配線層に至るスルーホールを利用して電気接続する構成についても適用できる。この場合には、スルーホールのメッキ端部がフレキシブル回路体のランド部に接合
する構成となる。
スルーホールを用いる場合には、部品実装用基板２０のスルーホールの縁から端部までの間の部分が、伸縮防止ガード４０を構成し、ビアホールメッキとランド部の接合部の破壊を防止することができる。

また、伸縮可能な配線部として形状的に伸縮可能なパターン形状としたが、形状的に伸縮する構成ではなく、配線部の導体自体が伸縮可能な材料によって構成されていてもよい。
このような導体自体が伸縮可能な材料としては、たとえば、公知の導電ゴムＷＯ２００９／１０２０７７号公報に記載されているカーボンナノチューブゴム組成物等が使用可能である。

１フレキシブル回路基板、
１０伸縮可能回路体、１２絶縁ベース材、１４配線パターン、１６絶縁カバー材、２０部品実装用基板、２２絶縁ベース材、２４配線パターン、２６絶縁材
３０電気接続部、３２半田付けランド部、３４半田、
４０伸縮防止ガード、４２支持部、４３補強用の銅箔部、４４アーム部

Claims

伸縮可能な絶縁ベース材に伸縮可能な配線部が設けられている伸縮可能回路体と、該伸縮可能回路体の所定領域に積層される伸縮不能の部品実装用基板とを有し、該部品実装用基板の配線部と伸縮可能回路体の配線部を電気的に接続する電気接続部を有するフレキシブル回路基板であって、
前記部品実装用基板に前記伸縮可能回路体の前記電気接続部を含む領域の伸縮を防止する伸縮防止ガードを設けたことを特徴とするフレキシブル回路基板。
前記伸縮防止ガードは、前記部品実装用基板の伸縮不能の絶縁ベース材と一体的に構成されている請求項１に記載のフレキシブル回路基板。
前記電気接続部は、伸縮可能回路体に設けられた半田付けランド部に前記部品実装用基板の端子部を半田によって接続する構造となっている請求項１又は２に記載のフレキシブル回路基板。
前記伸縮防止ガードは、前記部品実装用基板の本体部の端部から、前記伸縮可能回路体の伸縮方向に所定寸法だけ離れた位置に固定される支持部と、該支持部と前記部品実装用基板の本体部とを接続する伸縮不能のアーム部とを備えた構成となっている請求項１乃至３のいずれかの項に記載のフレキシブル回路基板。
前記部品実装用基板の端面には、半田が付着する導体メッキが施されている請求項３に記載のフレキシブル回路基板。
前記伸縮可能な絶縁ベース材は熱可塑性エラストマーによって構成される請求項１乃至５のいずれかの項に記載のフレキシブル回路基板。
前記伸縮可能な配線部は、形状的に伸縮可能なパターンによって構成されている請求項１乃至６のいずれかの項に記載のフレキシブル回路基板。
前記伸縮可能な配線部は、配線自体が伸縮可能な導体によって構成されている請求項１乃至６のいずれかの項に記載のフレキシブル回路基板。