JP2013187308A

JP2013187308A - 伸縮性フレキシブル回路基板

Info

Publication number: JP2013187308A
Application number: JP2012050607A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kajiya; 篤加治屋; Hidekazu Yoshihara; 秀和吉原; Satoshi Ebihara; 智海老原; Manabu Orui; 学大類; Hisae Oba; 久恵大庭; Koichiro Yoshizawa; 浩一郎吉沢
Original assignee: Nippon Mektron KK
Current assignee: Nippon Mektron KK
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2032-03-07
Also published as: JP5855979B2

Abstract

【課題】配線層の伸縮パターンの付け根部における破断を可及的に防止し得る伸縮性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と、該絶縁ベース材上に形成された配線層と、配線層を覆う伸縮可能な絶縁層とを備え、絶縁ベース材の、ランド部とランド部に接続される第１のターンパターン部との間の領域に、絶縁ベース材の伸縮量を部分的に制限する伸縮量制限部としてのダミーパターンを設けた。
【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及び医療分野のロボット、医療・ヘルスケア機器などの可動部・屈曲部に適用可能であって、動きに追随し、耐摩耗性、靱性のある伸縮性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に配線する場合、可動部や伸縮部の動きを吸収するために、余長が必要となる等種々の制約がある。
このような余長部の制約を解消するために、可動部や屈曲部の動きに応じて伸縮する伸縮可能なフレキシブル回路基板が提案されている（特許文献１）。

ＷＯ２０１０／０８６０３４

しかし、伸縮可能な素材の上に伸縮パターンを配したサンプルを用いて、伸縮試験を実施すると、断線は必ず伸縮パターンの付け根で発生し、パターン付け根部の伸縮耐久性向上が必要であることが判明した。断線を防止するために、付け根部を太くすることが考えられるが、太くすると歪みが大きくなり、かえって断線しやすくなる。

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、配線層の伸縮パターンの付け根部の伸縮耐久性を高め得る伸縮性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と、該絶縁ベース材上に形成された配線層と、配線層を覆う伸縮可能な絶縁層とを備え、
前記配線層が、一方向に伸縮可能に構成される線状の伸縮パターンと、該伸縮パターンの一端が接続されるランド部とを有し、前記伸縮パターンは、伸縮方向と交差する方向の一方側から他方側への方向転換をする第１のターンパターン部と、該第１のターンパターン部から連続し他方から一方への方向転換をする逆向きの第２のターンパターン部とが、伸縮方向に所定間隔毎に交互に繰り返して設けられる連続パターンとなっている伸縮性フレキシブル回路基板であって、
前記絶縁ベース材の、ランド部と該ランド部に接続される第１のターンパターン部との間の領域に、前記絶縁ベース材の伸縮量を部分的に制限する伸縮量制限部を設けたことを特徴とする。
伸縮量制限部は、前記絶縁ベース材の伸縮量が、第１のターンパターン部の頂部側から付け根部側に向かって徐々に小さくなるように制限する構成となっていることを特徴とする。
前記絶縁ベース材の、ランド部と前記第１のターンパターン部に接続される逆向きの第２のターンパターン部との間の領域に、前記絶縁ベース材の伸縮量を部分的に制限する伸縮量制限部を設けたことを特徴とする。
伸縮量制限部は、配線層を構成する金属箔を残したダミーパターンによって構成されていることを特徴とする。
伸縮量制限部は、ランド部から連続的に構成されている。

本発明の伸縮性フレキシブル回路基板によれば、、ランド部と第１のターンパターン部との間の領域に伸縮量制限部を設けたので、伸縮パターンが延びた際に、伸びストレスが伸縮パターンの付け根部に集中せず、伸縮パターン全体に分散できるので断線を防止することができる。したがって、伸縮性を損なうことなく断線を防止することができ、信頼性向上を図ることができる。
また、絶縁ベース材の伸縮量が、第１のターンパターン部の頂部側から付け根部側に向かって徐々に小さくなるように制限する構成としておけば、伸びを確保しつつ応力の集中を回避することができる。

さらに、ランド部と第２のターンパターン部との間の領域に伸縮量制限部を設けることにより、伸びストレスの伸縮パターンの付け根部への集中を、より一層緩和することができ、信頼性の一層の向上を図ることができる。
また、伸縮量制限部を、配線層を構成する金属箔を残したダミーパターンによって構成すれば、伸縮パターンの形成時に簡単に同時に成形することができる。
また、伸縮量制限部は、ランド部から連続的な構成とすれば、ランド部によって確実に延びを規制することができる。

図１（Ａ）は本発明の実施の形態に係る伸縮性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部分拡大断面図。図２（Ａ）は図１の伸縮性フレキシブル回路基板の伸縮パターンの付け根部の拡大図、（Ｂ）乃至（Ｅ）は伸び制限パターンの他の例を示す図。製造方法の概略工程図。図３（Ａ）は図２（Ａ）の伸縮パターンの付け根部の他の例を示す図、（Ｂ）は伸縮パターンの他の例を示す図。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１には、本発明の実施形態に係る伸縮性フレキシブル回路基板を例示している。
この伸縮性フレキシブル回路基板１は、伸縮可能な絶縁ベース材３と、絶縁ベース材３上に形成された配線層５と、配線層５を覆う伸縮可能な絶縁層７とを備えている。

絶縁ベース材３及び絶縁層７を構成する伸縮性の材料としては、熱可塑性エラストマーを利用することが好適である。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。

配線層５は、一方向に伸縮変形可能に構成される伸縮パターン２と、伸縮パターン２の一端が接続されるランド部４とを有する構成となっている。この例では、帯状の絶縁ベース材３の長手方向の両端に矩形状のランド部４、４が設けられ、ランド部４の間に、伸縮
パターン２が複数列設けられている。

伸縮パターン２は、この例では伸縮方向と交差する方向の一方側から他方側への方向転換をするターンパターン部２Ａと、ターンパターン部２Ａから連続し他方から一方への方向転換をする逆向きのターンパターン部２Ｂとが、伸縮方向に所定間隔毎に交互に繰り返して設けられる連続パターンとなっている。

図示例では、伸縮パターン２の伸縮方向Ｘに沿って延びる中心線Ｎで区分したとすると、ターンパターン部２Ａ、２Ｂは、中心線Ｎに向かって開いた略馬蹄形状（開放側の幅が円弧状に閉じた側の最大幅よりも狭いＵ字形状）で、中心線Ｎに対して一方側にターンパターン部２Ａが、他方側に逆向きのターンパターン部２Ｂが、伸縮方向Ｘに一つ置きに互い違いに設けられている。そして、ターンパターン部２Ａの中心線Ｎに向かって開いた一対の開放端が、それぞれ伸縮方向Ｘに隣接する逆向きのターンパターン部２Ｂの一つの開放端と連結されて、一連の波形状となっている。
各ターンパターン部２Ａ、２Ｂは、中心線と直交する直交線を対称軸とする滑らかな円弧状の曲線で、中心線との交点における一対の接線が直交線に対して所定角度傾いていて、中心線に対して反対側に向かって狭まる方向に傾斜するように構成されている。

図２（Ａ）には、この伸縮パターン２のランド部４との付け根部を拡大して示している。ランド部４に一番近いターンパターン部２Ａを第１のターンパターン部２１とすると、第１のターンパターン部２１の一方の開放端側の途中部分が付け根部２５となって、ランド部４に対して所定角度でもって斜めに接続されている。

そして、絶縁ベース材５の、ランド部４とランド部４に接続される第１のターンパターン部２１との間の三角形状の領域に、絶縁ベース材３の伸縮量を部分的に制限する伸縮量制限部としての制限パターン６が設けられている。制限パターン６は、配線層５を形成する際の銅箔によって構成するもので、ランド部４から突出するように連続的に形成されている。

制限パターン６は、少なくとも、第１のターンパターン部２１を伸縮方向Ｘに投影した領域内に設けられるもので、制限パターン６の第１のターンパターン部２１との対向辺は、第１のターンパターン部２１に沿って形成されている。この例では、制限パターン６を、第１のターンパターン部２１の投影領域を越えた範囲まで拡大し、第１のターンパターン部２１の根元周辺にポケットを形成するギャップができるように制限パターン６を配置している。
また、制限パターン６の対向辺と第１のターンパターン部２１との伸縮方向のギャップｇは、第１のターンパターン部２１の頂部側から付け根部側に向けて徐々に小さくなるように設定されている。

また、この例では、絶縁ベース材３の、ランド部４と第１のターンパターン部２１に接続される逆向きの第２のターンパターン２２との間の領域にも、絶縁ベース材３の伸縮量を部分的に制限する伸縮量制限部としての第２制限パターン６２が設けられている。

本実施の形態によれば、ランド部４と第１のターンパターン部２１との間の領域にダミーパターンとして制限パターン６が設けられているので、伸縮パターン２が延びた際に、伸びストレスが伸縮パターン２の付け根部２５に集中せず、伸縮パターン２全体に分散できるので断線を防止することができる。したがって、伸縮性を損なうことなく断線を防止することができ、信頼性向上を図ることができる。
特に、本実施の形態では、制限パターン６を、第１のターンパターン部２１の投影領域を越えた範囲まで拡大し、伸び量を大きく抑えることで、伸縮パターン２の付け根部２５
への破断力を大きく軽減することができる。
また、絶縁ベース材３の伸縮量が、第１のターンパターン部２１の頂部側から付け根部２５側に向かって徐々に小さくなるように制限する構成としているので、根元周辺のパターンが適度に伸びることで掛かる破断力を緩和することができる。

さらに、ランド部４と第２のターンパターン部２２との間の領域に第２の制限パターン６２を設けることにより、伸縮パターン２の付け根部２５への伸びストレスの集中を、より一層緩和することができ、信頼性の一層の向上を図ることができる。
また、第１の制限パターン６、第２の制限パターン６２を、配線層を構成する銅箔を残したダミーパターンによって構成しているので、伸縮パターン２の形成時に同時に簡単に成形することができる。

また、第１の制限パターン６、第２の制限パターン６２は、ランド部４から連続的な構成となっているので、ランド部４によって確実に延びを規制することができる。
さらに、根元に加わる力を緩和するために、伸縮パターン２の付け根部２５の根元パターンにあたる第１のターンパターン部２１の一端が伸び方向に対し傾斜しているので、根元に加わる力がより緩和される。
この付け根の根元パターンは、図３（Ａ）に示すように、伸び方向Ｘに対して垂直にすれば、根元の対する応力がより緩和される。

［制限パターンの他の実施例］
図２（Ｂ）乃至（Ｅ）には、制限パターンの他の形態を示している。
図２（Ｂ）は、制限パターン２６を第２のターンパターン部の頂部までの範囲に限定したものである。
図２（Ｃ）は、制限パターン３６を、ランド部４から離したランド形状としたもので、このようにしても伸びを制限することができる。
図２（Ｄ）は、制限パターン４６として、図２（Ｃ）のランド形状を、さらに分割したものである。
図２（Ｅ）は、制限パターン５６として、ドットパターンとした例であり、ドットパターンとしても、伸び量を制限することができる。

［他のターンパターン部の形状例］
上記実施の形態では、ターンパターン部の形状として馬蹄形状とした例について説明したが、図３（Ｂ）に示すように、サインカーブの半円弧状としたものでよいし、その他、Ｕ字形状等の種々のパターンを採用することができる。

なお、上記実施の形態では、伸縮量制限部として、ダミーパターンによる制限パターンを形成したが、このようなダミーパターンではなく、上記実施の形態のダミーパターンと同様に非伸縮性の樹脂パターンを印刷してもよいし、ターンパターン部の周辺やフレキシブル回路基板の表面に低伸縮性のフィルムを張り付けるような構成とするなど、伸縮量を制限できる構成であれば、種々の構成を採用することができる。
また、上記実施の形態では、片面回路構成の伸縮性フレキシブル回路基板を例にとって説明したが、伸縮可能な絶縁ベース材３の両面に伸縮可能な配線パターン２が設けられた両面回路構成でもよいし、３層以上の多層回路構成とすることもできる。

１伸縮性フレキシブル回路基板、３絶縁ベース材、５配線層、７絶縁層
２伸縮パターン、４ランド部、
２１第１ターンパターン部、２２第２ターンパターン部
６，２６，３６，４６，５６第１の制限パターン
６２第２の制限パターン

Claims

伸縮可能な絶縁ベース材と、該絶縁ベース材上に形成された配線層と、配線層を覆う伸縮可能な絶縁層とを備え、
前記配線層が、一方向に伸縮可能に構成される線状の伸縮パターンと、該伸縮パターンの一端が接続されるランド部とを有し、前記伸縮パターンは、伸縮方向と交差する方向の一方側から他方側への方向転換をする第１のターンパターン部と、該第１のターンパターン部から連続し他方から一方への方向転換をする逆向きの第２のターンパターン部とが、伸縮方向に所定間隔毎に交互に繰り返して設けられる連続パターンとなっている伸縮性フレキシブル回路基板であって、
前記絶縁ベース材の、ランド部と該ランド部に接続される第１のターンパターン部との間の領域に、前記絶縁ベース材の伸縮量を部分的に制限する伸縮量制限部を設けたことを特徴とする伸縮性フレキシブル回路基板。
伸縮量制限部は、前記絶縁ベース材の伸縮量が、第１のターンパターン部の頂部側から付け根部側に向かって徐々に小さくなるように制限する構成となっていることを特徴とする請求項１に記載の伸縮性フレキシブル回路基板。
前記絶縁ベース材の、ランド部と前記第１のターンパターン部に接続される逆向きの第２のターンパターン部との間の領域に、前記絶縁ベース材の伸縮量を部分的に制限する伸縮量制限部を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の伸縮性フレキシブル回路基板。
伸縮量制限部は、配線層を構成する金属箔を残したダミーパターンによって構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の伸縮性フレキシブル回路基板。
伸縮量制限部は、ランド部から連続的に構成されている請求項１乃至４のいずれかの項に記載の伸縮性フレキシブル回路基板。