JP2014029893A

JP2014029893A - 構造体

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Publication number: JP2014029893A
Application number: JP2012154170A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Okajima; 祐介岡島; Hiroyuki Takebe; 裕幸武部; Tomofumi Katayama; 智文片山
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2032-07-09
Also published as: EP2871919A4; EP2871919B1; JP6117492B2; CN104247577A; WO2014007292A1; EP2871919A1; US20150053473A1

Abstract

【課題】外圧が加わった場合であっても、導電接続を維持することが可能な構造体を提供する。
【解決手段】構造体１０は、貫通孔１を有する成形物２と、貫通孔１の内壁上に設けられ、貫通孔１が開口する二面間を導電接続する導電パターン３と、貫通孔１内に充填された弾性体４と、を備えており、弾性体４は、成形物２よりも外圧に対して変形しやすい物質からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電体が設けられた構造体に関するものである。

貫通孔を有する成形物上に、該貫通孔を通るような導電体を形成することにより、該成形物の表面と裏面との導通させる技術が開示されている。

例えば、特許文献１には、絶縁性基体の貫通穴に導電性膜を形成し、該貫通穴に導電性ペーストを充填し、該貫通穴表面にめっきを行うことにより、該絶縁性基体の表面と裏面とを導通させる方法が記載されている。

特開２０１２−２８６２３号公報（２０１２年２月９日公開）

ＬＰＫＦ、"Designing three-dimensional circuitry bodies(MIDs)"、http://www.lpkfusa.com/mid/lasersystems.htmより２０１２年６月７日に取得

しかしながら、特許文献１の技術では、成形物の表面と裏面との導通が切れる場合がある。例えば、特許文献１の技術では、絶縁性基体の貫通穴に外圧がかかった場合、該貫通穴に充填された導電性ペーストと絶縁性基体との接着部分に力がかかる。上記外圧が、導電性ペーストと絶縁性基体との接着力より大きいとき、導電性ペーストが該絶縁性基体に対して変動し、これにより該導電性ペーストの外形に沿って、絶縁性基体の表面に亀裂が生じてしまう場合がある。また、上記変動によって、貫通穴内に形成された導電性膜から該導電性ペーストが剥離してしまう場合がある。これにより、絶縁性基体の表面と裏面との導電接続を維持することができないという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、外圧が加わった場合であっても、導電接続を維持することが可能な構造体を提供することを主たる目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る構造体は、第１貫通孔を有する絶縁体と、前記第１貫通孔の内壁上に設けられ、前記第１貫通孔が開口する二面間を導電接続する導電体と、前記第１貫通孔内に充填された充填材と、を備えており、前記充填材は、前記絶縁体よりも外圧に対して変形しやすい物質からなることを特徴としている。

上記の構成によれば、内壁上に導電体が設けられた第１貫通孔に充填された充填材が、外圧に対して絶縁体より変形しやすい物質であることで、当該構造体に外圧がかかると、充填材のみが変形する。充填材が変形することにより、導電体と充填材との接触部には余分な力がかからず、当該絶縁体および導電体に亀裂等の破損が生じることを防ぐことができる。したがって、構造体は、第１貫通孔が開口する二面間の導電接続を維持することができる。

また、本発明に係る構造体の前記充填材は、弾性体からなることが好ましい。

上記構成によれば、構造体に外圧がかかったときに、充填材は、変形するが、外圧が小さくなったときには、もとの形状にもどることができる。

また、本発明に係る構造体の前記充填材は、外圧が加わったとき、前記第１貫通孔の内壁から遠い部位の方が、前記第１貫通孔の内壁に近い部位よりも変形するようになっていることが好ましい。

上記構成によれば、充填材の第１貫通孔の内壁から遠い部位に力が集中し、充填材の第１貫通孔の内壁に近い部位には、ほぼ力がかからない。よって、充填材の第１貫通孔の内壁に近い部位は、ほぼ変形しない。したがって、導電体と充填材との間にずれが生じないため、導電体と充電体とが剥離せず、導電体の断線を防ぐことができる。よって、絶縁体の表面と裏面との導電接続を維持することができる。

また、本発明に係る構造体の前記絶縁体は、当該絶縁体の表面から内部に窪んだ第１凹部を有しており、前記第１貫通孔は、前記第１凹部に開口していることが好ましい。

上記構成によれば、充填材が変形したときに、該充填材が絶縁体の表面（絶縁体の二面のうち少なくとも一方の面）から突出することを防ぐことができる。よって、第１貫通孔の開口部の近傍に外部部品が配置された場合であっても、当該外部部品と充填材とが接触することを防ぐことができる。

また、本発明に係る構造体は、第２凹部または第２貫通孔を有する別部材をさらに備えており、前記別部材は、前記別部材の前記第２凹部または前記第２貫通孔が前記絶縁体の前記貫通孔に対向するように配置されていてもよい。

上記構成によれば、別部材に第２凹部または第２貫通孔を有することにより、充填材が変形したときに、該充填材が別部材と接触することを防ぐことができる。

また、本発明に係る構造体は、前記絶縁体の前記第１貫通孔の内壁の少なくとも一部が、テーパー状に形成されていることが好ましい。

上記構成によれば、第１貫通孔の内壁がテーパー状に形成されていることにより、充填材を第１貫通孔内に充填しやすくなる。また、第１貫通孔内に導電体を精密に調整して形成することが容易になる。

本発明に係る構造体は、第１貫通孔を有する絶縁体と、前記第１貫通孔の内壁上に設けられ、前記第１貫通孔が開口する二面間を導電接続する導電体と、前記第１貫通孔内に充填された充填材と、を備えており、前記充填材は、前記絶縁体よりも外圧に対して変形しやすい物質からなることを特徴としている。

これにより、構造体は、第１貫通孔が開口する二面間の導電接続を維持することができる。

本発明の一実施形態（実施形態１）に係る構造体の例を示す側方断面図である。図１の構造体に外圧がかかった際の、弾性体の変化の一例を示す図である。本発明の一実施形態（実施形態２）に係る構造体の例を示す側方断面図である。本発明の一実施形態（実施形態２）に係る構造体の他の例を示す側方断面図である。本発明の一実施形態（実施形態３）に係る構造体の例を示す側方断面図である。本発明の一実施形態（実施形態３）に係る構造体の一例を示す図である。図６の構造体において、丸で囲まれた部分を拡大した図である。（ａ）は、図７の構造体における、破線で示す面の断面図であり、（ｂ）は、図７の構造体３０の裏面斜視図であり、（ｃ）は、図７の構造体３０の表面斜視図である。本発明の一実施形態（実施形態３）に係る構造体の他の例を示す側方断面図である。本発明の一実施形態（実施形態３）に係る構造体の他の例を示す側方断面図である。（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る導電パターンのバリエーションを示す模式図である。本発明の一実施形態に係る構造体の他の一例を示す側方断面図である。

〔実施形態１〕
図１は、本発明の一実施形態（実施形態１）に係る構造体の例を示す側方断面図である。本実施形態に係る構造体１０は、図１に示すように、貫通孔（第１貫通孔）１を有する成形物（絶縁体）２と、成形物２上に設けられ、貫通孔１を通る導電パターン（導電体）３と、貫通孔１に充填された弾性体（充填材）４とを備えている。

（成形物）
本明細書において、成形物とは、金型等を用いて任意の形状に成形された絶縁性の樹脂構造物を意味する。成形物２の形状は特に限定されないが、加工上、成形物の片方側の表面の形状をオフセットすることで厚さが略一定となる平板状または曲板状の形状を有し得る。但し、成形物２は、厚さが他の部分よりも大きい（厚い）部分を有していてもよく、その場合、当該部分において成形物の厚みを周囲と略一定にするために部分的に成形物形状が凹んでいてもよい（金型用語ではこの手法を肉盗みと呼称する）。

成形物２には、成形物２を厚さ方向に貫通する貫通孔１が設けられている。説明の便宜上、成形物２における貫通孔１が開口する面を、表面７および裏面８と称する。また、成形物２には、成形物２の表面（表面７および裏面８）から内部に窪んだ凹部（第１凹部）１１が設けられており、貫通孔１は、凹部１１に開口するように形成されている。説明の便宜上、貫通孔１における表面７側の開口部を開口部５、裏面８側の開口部を開口部６と称する。凹部１１の形状は特に限定されず、円形の他、例えば、楕円形、多角形（三角形および四角形を含む）、円または楕円と多角形とが複合した形状等が挙げられる。

成形物２を構成する物質は、例えば、樹脂、ガラス、セラミックなどが挙げられるがこれに限定されるものではない。

（導電パターン）
本明細書において、導電パターンとは、任意の形状に形成された膜状または板状の導電体を意味する。導電パターン３は、成形物２上に設けられており、貫通孔１を通って、成形物２の表面７から裏面８まで延伸している。つまり、導電パターン３は、貫通孔１の内壁上に設けられており、貫通孔１が開口する二面（表面７および裏面８）間を導電接続している。

一つの局面において、導電パターン３は、非特許文献１に記載されているようなＬＤＳ（ＬａｓｅｒＤｉｒｅｃｔＳｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ）法を用いて形成することができる。すなわち、成形物２を構成する樹脂に有機金属を混合しておき、成形物２上の導電パターン３を形成する領域にレーザ照射することによって、レーザ照射部にメッキを析出させたり、レーザ照射部が微細に荒れることによって、メッキがそのレーザ照射部に結合し、導電パターン３を形成することができる。

導電パターン３を構成する物質は特に限定されず、導電性を有する物質（例えば、銅メッキ、ニッケルメッキなどの金属）を用いればよい。

（貫通孔）
本明細書において、貫通孔とは、成形物を厚さ方向に貫通する孔を意味する。貫通孔１の各開口部の形状は限定されず、円形の他、例えば、楕円形、多角形（三角形および四角形を含む）、円または楕円と多角形とが複合した形状等が挙げられる。

（弾性体）
本明細書において、弾性体とは、成形物２よりも外圧に対して変形しやすい物質からなる部材を意味し、好ましくは、成形物２よりもヤング率が高い物質からなる。弾性体４を構成する物質は、例えば、シリコーン、ゴム、合成ゴムなどのエラストマーが挙げられるがこれに限定されるものではない。弾性体４は、図１に示すように貫通孔１内に充填されている。また、弾性体４と成形物２との接着に関しては、弾性体４自体に接着性があってもよいし、別途、接着材も使用して成形物２と接着してもよい。また、弾性体４は、絶縁性の物質であってもよいし、導電性の物質であってもよい。

図２は、構造体１０に外圧がかかった際の、弾性体４の動きを示す図である。図２に示すように、構造体１０に上から圧力（外圧）がかかった場合、弾性体４の中央部分（貫通孔１の内壁から遠い部位）は、圧力がかかった方向に変形する。図２の場合、弾性体４は下向き方向に変形する。また、弾性体４の導電パターン３と接着している部分（貫通孔１の内壁に近い部位）は、ほぼ変形しない。

このように、弾性体４は、外圧が加わったとき、貫通孔１の内壁から遠い部位の方が、貫通孔１の内壁に近い部位よりも変形するような部材で構成されている。これにより、弾性体４の貫通孔１の内壁から遠い部位に力が集中し、弾性体４の貫通孔１の内壁に近い部位には、ほぼ力がかからない。よって、弾性体４の貫通孔１の内壁に近い部位は、ほぼ変形しない。したがって、導電パターン３と弾性体４との間にずれが生じないため、導電パターン３と弾性体４とが剥離しない。よって、導電パターン３の断線を防ぐことができる。よって、成形物２の表面７と裏面８との導電接続を維持することができる。

また、図２に示すように、成形物２は、凹部１１を有しているため、弾性体４が変形したときに該弾性体４が成形物２の裏面８（または表面７）から突出することを防ぐことができる。よって、貫通孔１の開口部の近傍に外部部品１４が配置された場合であっても、当該外部部品と弾性体４とが接触（干渉）することを防ぐことができる。

（導電パターンの用途）
本実施形態において導電パターン３は、様々な用途に用いることができる。

例えば、一つの局面において、導電パターン３は、アンテナとして使用することができる。すなわち、表面７側または裏面８側において、導電パターン３に給電部１３を設けることにより、導電パターン３をアンテナとして使用することができる。

給電部１３は成形物２上の、凹部１１と貫通孔１とを除く箇所に配置されてもよい。たとえば、図１２に示すような、導電パターン３上の給電部１３の位置である。この構造によれば、給電部材である外部部品１４が貫通孔１の開口部の近傍にある（ただし外部部品１４は凹部１１に入り込んでいない）場合であっても、弾性体４が変形して成形物２の裏面８（または表面７）から突出することはないので、たとえ外圧が加わった場合でも給電部１３に接続された外部部品１４と弾性体４の物理的な接触を防ぐことができる。

また、他の局面において、導電パターン３は、成形物２の表面７と裏面８とを導電接続するために使用することができる。例えば、表面７側に、外部部品１４として、板金等のグランドを配置し、裏面８側に、外部部品１４として、回路基板を配置して、表面７側の導電パターン３と板金等のグランド、および、裏面８側の導電パターン３と回路基板を接続することで、両者を、導電パターン３を介して接続することができる。

表面７側の導電パターン３と外部部品１４（例えば、板金等のグランド）、および、裏面８側の導電パターン３と外部部品１４（例えば、回路基板）の接続は、凹部１１と貫通孔１を除く成型物２上で形成されてもよい。この構造によれば、外部部品１４が貫通孔１の開口部の近傍にある場合であっても、弾性体４が変形して成形物２の裏面８（または表面７）から突出することはないので、たとえ外圧が加わった場合でも裏面８（または表面７）に接続された外部部品１４と弾性体４の物理的な接触を防ぐことができる。また、この接続は表面７、もしくは、裏面８のどちらか一方に設けられてもよい。

また、さらに他の局面において、導電パターン３を静電気対策のために使用してもよい。

〔実施形態２〕
図３は、本発明の他の実施形態（実施形態２）に係る構造体の例を示す側方断面図である。実施形態１に係る構造体１０は、成形物２の表面（表面７および裏面８）から内部に窪んだ凹部１１が設けられた構造であった。本実施形態に係る構造体２０は、当該凹部を成形物２とは異なる絶縁体で構成された部材（特許請求の範囲における「別部材」に対応）上に設けた構成である。本実施形態は、この点のみが実施形態１と異なっているため、以下では相違点についてのみ説明を行い、同様の部材については同じ部材番号を付して説明を省略する。

図３に示すように、本実施形態における構造体２０は、凹部（第２凹部）２２を有する絶縁体で構成された部材２１を備えている。部材２１は、部材２１の凹部２２が、成形物２の貫通孔１に対向するように配置されている。部材２１の凹部２２の幅は、貫通孔１の開口と同じ、または、貫通孔１の開口より大きくなるように形成されている。部材２１は絶縁体に限定されるものではなく、導電性のある物体であってもよい。また、単体でなく、複数の物体の集合体であってもよい。

このように、部材２１に凹部２２を設けることにより、弾性体４が変形したときに、該弾性体４が部材２１と接触（干渉）することを防ぐことができる。

また、部材２１は、凹部２２ではなく、貫通孔を有した構成であってもよい。図４は、本発明の他の実施形態に係る構造体の他の例を示す側方断面図である。図４に示すように、部材２１は、貫通孔（第２貫通孔）２３を有している。図４に示す構造体は、図３に示した構造体とこの点のみが異なっている。

このように、部材２１に貫通孔２３を設けることにより、弾性体４が変形したときに、該弾性体４が部材２１と接触（干渉）することを防ぐことができる。

また、部材２１等の成形物２とは異なる部材を、貫通孔１に対向する位置には設けないようにしてもよい。これによっても、弾性体４が他の部材と接触（干渉）することを防ぐことができる。

また、本実施形態では、構造体２０が成形物２の表面（表面７および裏面８）に凹部１１を備えない構成について説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではない。つまり、構造体２０は、成形物２の表面（表面７および裏面８）に凹部１１を備えた構成であってもよい。

〔実施形態３〕
図５は、本発明の他の実施形態（実施形態３）に係る構造体の例を示す側方断面図である。実施形態１および２では、貫通孔１の幅が均一である形状であったが、本実施形態に係る構造体３０では、貫通孔１は、内壁が傾斜を有する形状である。本実施形態は、この点のみが実施形態１および２と異なっているため、以下では相違点についてのみ説明を行い、同様の部材については同じ部材番号を付して説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態における構造体３０の貫通孔１は、傾斜を有しており、当該傾斜は、貫通孔１の開口部５から開口部６に向かって先細となる形状を有している。このように、貫通孔１の内壁が傾斜を有していることにより、弾性体４を充填しやすくなる。

また、導電パターン３を非特許文献１に記載されているようなＬＤＳ法を用いて形成する際、レーザ照射がしやすくなるため、貫通孔１内の導電パターン３を精密に調整することができる。

（実施例）
本実施形態における構造体の実施例について、図６から図８を参照して説明を行う。図６は、本実施形態における構造体の一例を示す図であり、図７は、図６の構造体３０において丸で囲まれた部分を拡大した図である。また、図８の（ａ）は、図７の構造体３０における、破線で示す面の断面図であり、図８の（ｂ）は、図７の構造体３０の裏面斜視図であり、図８の（ｃ）は、図７の構造体３０の表面斜視図である。なお、図６から図８において、成形物２は、ＰＣ／ＡＢＳ／ガラスの混合体からなる非導体（絶縁性）の樹脂で構成され、導電パターン３は、銅とニッケルのメッキ層で構成され、弾性体４は、接着性のあるシリコーンで構成されているが、各部を構成する物質はこれに限定されるものではない。また、図６から図８の構造体３０における貫通孔１は、開口部６から開口部５に向かって先細となる形状を有している。

図６から図８に示すように、構造体３０の貫通孔１は、内壁が傾斜を有する構成である。凹部１１は、貫通孔１の開口部５側に形成されており、凹部１１の厚さ（表面７からの窪みの厚さ）は、０．１３ｍｍである。尚、凹部１１の厚さは一例であり、これに限定されるものではない。

また、図８の（ａ）〜（ｃ）に示すように、導電パターン３は、後述する図１１の（ｄ）のように、貫通孔１の内壁全体に設けられている。

接着性のある弾性体４を使用することで弾性体４と導電パターン３とを接着させることにより、防水性を高めることができる。

（変形例）
本実施形態における構造体３０の貫通孔１は、貫通孔１の開口部５から開口部６に向かって先細となる形状を有しているが、貫通孔１の形状はこれに限定されるものではない。図９および図１０は、本実施形態に係る構造体の他の例を示す側方断面図である。

図９に示すように、本実施形態における構造体３０は、両方の開口部から貫通孔１の内部にある最狭部１２に向けて先細となる形状であってもよい。また、本実施形態における構造体３０における貫通孔１の内壁は、図５に示すように、全周にわたって同じ傾斜角の傾斜を有した形状であってもよいし、図１０に示すように、貫通孔１の片側だけに傾斜を有した形状であってもよい。

以上のように、貫通孔１の内壁の少なくとも一部が、テーパー状に形成されていることにより、好適に表面７と裏面８とを導電接続することができる。

〔その他〕
図１１の（ａ）〜（ｄ）は、は、導電パターン３のバリエーションを示す模式図である。なお、図１１の（ａ）〜（ｄ）では、導電パターン３の配置が明確になるように、貫通孔１内の内壁が傾斜を有している構造体３０を例に説明を行うが、構造体１０および構造体２０にも適用可能である。

実施形態１から３の構造体における導電パターン３は、貫通孔１の内壁上に、開口部５から開口部６まで連続するように設けられていれば特に限定されず、図１および図１１の（ａ）に示すように、貫通孔１の片側だけに設けられているものでもよいし、図１１の（ｂ）および（ｄ）に示すように、貫通孔１の全体に設けられるものであってもよい。また、図１１の（ｃ）に示すように、開口部５の近傍のみ、全周に導電パターン３が設けられていてもよい。

また、構造体１０および構造体３０における凹部１１は、表面７側および裏面８側の両方に形成されていてもよいし、どちらか一方に形成されていてもよい。

また、構造体２０における、凹部２２または貫通孔２３が構成された部材２１は、成形物２の表面７側および裏面８側の両方に形成されていてもよいし、どちらか一方に形成されていてもよい。

また、弾性体４は、貫通孔１内を完全に満たすように充填されていてもよいし、貫通孔１内の一部を満たすように充填されていてもよい。

また、弾性体４は接着性により、絶縁体に支持されているが、弾性力により外側に力がかかるような物質で構成されていてもよい。

また、導電パターン３の形成方法はＬＤＳ法に限定されるものではない。例えば、樹脂などの成型体からなる絶縁体に導電パターン３を形成するＭＩＤ（ＭｏｌｄｅｄＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔＤｅｖｉｃｅｓ）法など、開口部５から開口部６まで連続するような導電パターン３を形成可能な方法であればよい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、電子機器の製造分野において利用可能である。

１０、２０、３０構造体
１貫通孔（第１貫通孔）
２成形物（絶縁体）
３導電パターン（導電体）
４弾性体（充填材）
５開口部
６開口部
７表面
８裏面
１１凹部（第１凹部）
１２最狭部
１３給電部
１４外部部品
２１部材（別部材）
２２凹部（第２凹部）
２３貫通孔（第２貫通孔）

Claims

第１貫通孔を有する絶縁体と、
前記第１貫通孔の内壁上に設けられ、前記第１貫通孔が開口する二面間を導電接続する導電体と、
前記第１貫通孔内に充填された充填材と、を備えており、
前記充填材は、前記絶縁体よりも外圧に対して変形しやすい物質からなることを特徴とする構造体。
前記充填材は、弾性体からなることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
前記充填材は、外圧が加わったとき、前記第１貫通孔の内壁から遠い部位の方が、前記第１貫通孔の内壁に近い部位よりも変形するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の構造体。
前記絶縁体は、当該絶縁体の表面から内部に窪んだ第１凹部を有しており、
前記第１貫通孔は、前記第１凹部に開口していることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の構造体。
第２凹部または第２貫通孔を有する別部材をさらに備えており、
前記別部材は、前記別部材の前記第２凹部または前記第２貫通孔が前記絶縁体の前記第１貫通孔に対向するように配置されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の構造体。
前記絶縁体の前記第１貫通孔の内壁の少なくとも一部が、テーパー状に形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の構造体。