JP2014170909A - Flexible circuit board and endoscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、平面状態でパターン形成や部品実装を行った後で、屈曲させ、立体形状を維持した状態で使用されるフレキシブル回路基板、及びフレキシブル回路基板を有する内視鏡に関する。 The present invention relates to a flexible circuit board that is used in a state in which a three-dimensional shape is maintained after pattern formation and component mounting in a planar state, and an endoscope having the flexible circuit board.
最近の電子機器の回路において、電気機器サイズの小形化の要求に応えるため、フレキシブル回路基板が多用されるようになってきている。フレキシブル回路基板の最も汎用的な用途は、折り畳み携帯電話のヒンジ部位での使用が代表的である。このように使用される場合、当該部位での使用に必要な繰返し曲げ耐性の向上、及び省スペース化を実現するため、構成部材それぞれを薄型化する方針で開発が進められてきている。 In recent electronic equipment circuits, flexible circuit boards are increasingly used to meet the demand for downsizing of electrical equipment. The most general-purpose application of the flexible circuit board is typically used at the hinge portion of a folded mobile phone. When used in this way, development has been undertaken with a policy of reducing the thickness of each component in order to improve the repeated bending resistance necessary for use in the relevant part and to save space.
また、フレキシブル回路基板は、配線パターン作成や電子部品実装を平面状態で行った後、これを屈曲させることで立体化構造を得ることができるため、従来からあるリジット基板を用いる場合に比べて、設置スペースを小さくできる。このため回路基板の設置スペースが小さい電子機器、例えば内視鏡の撮像ユニットにフレキシブル回路基板が使用されている。 In addition, since the flexible circuit board can obtain a three-dimensional structure by bending the wiring pattern creation and electronic component mounting in a planar state, compared to the case of using a conventional rigid board, Installation space can be reduced. For this reason, a flexible circuit board is used for an electronic device having a small installation space for a circuit board, for example, an imaging unit of an endoscope.
このフレキシブル回路基板に対して、電子回路の高精度化に伴い、基板の配線幅が狭くなったり、導電層である銅の厚みが薄くなったりする傾向が顕著である。これに伴い、屈曲を初めとするハンドリングによる、銅の断線故障が非常に発生しやすくなっている。このような問題を改善するため、数多くの提案がなされている。 With respect to this flexible circuit board, the tendency of the wiring width of the board to become narrower and the thickness of copper, which is a conductive layer, to become thinner is remarkable as electronic circuits become more accurate. In connection with this, the disconnection failure of copper by handling including bending is very easy to occur. Many proposals have been made to improve such problems.
特許文献1では、フレキシブル回路基板の破損を防ぎ、部分的に硬度を持たせるため、フレキシブル回路基板の配線パターンを形成しない側に銅箔を残したフレキシブル回路基板が記載されている。この方法により、屈曲などのハンドリングによる断線リスクは回避できる。 Patent Document 1 describes a flexible circuit board in which a copper foil is left on the side of the flexible circuit board on which the wiring pattern is not formed in order to prevent damage to the flexible circuit board and partially impart hardness. By this method, the risk of disconnection due to handling such as bending can be avoided.
特許文献2には、フレキシブル回路基板の両面ないし内層に配線可能な導電層を設けると共に、屈曲する部分の導電層の銅の厚みを、屈曲しない部分のそれよりも薄くするフレキシブル回路基板が記述されている。これにより、屈曲する部分の銅が薄いことをきっかけとして、屈曲する位置を指定することが可能である。 Patent Document 2 describes a flexible circuit board in which a conductive layer capable of wiring is provided on both sides or an inner layer of a flexible circuit board, and the copper thickness of the conductive layer in the bent portion is made thinner than that in the non-bent portion. ing. Thereby, it is possible to designate the position to be bent, triggered by the fact that the copper in the bent portion is thin.
特許文献3には、屈曲させる部分を、線状に並べられた所定の大きさの孔を基板に配置することで指定したフレキシブル回路基板が記載されている。これにより、導電層が薄い場合や、配線の密度が不均一な場合においても、屈曲線を基板自身が有する弾發性の大小により指定できる。 Patent Document 3 describes a flexible circuit board in which portions to be bent are designated by arranging holes of a predetermined size arranged in a line on the substrate. Thereby, even when the conductive layer is thin or the wiring density is not uniform, the bending line can be designated by the elasticity of the substrate itself.
ところで、平面状態でパターン形成や部品実装を行った後で、屈曲させ、立体形状を維持した状態のフレキシブル回路基板を限られた容積へ収容する用途の場合、フレキシブル回路基板を小半径で屈曲すること、屈曲位置や角度のバラツキを含めた安定性、屈曲部分以外は変形しないこと、配線、屈曲領域以外の面積を可能な限り小さくすることが求められる。 By the way, after performing pattern formation or component mounting in a planar state, the flexible circuit board is bent with a small radius in a case where the flexible circuit board is bent and accommodated in a limited volume. In addition, it is required to include stability including bending position and angle variation, not to be deformed except for the bent portion, and to reduce the area other than the wiring and the bent region as much as possible.
しかしながら、フレキシブル回路基板では、電子回路の高精度化に伴い、基板の配線幅が狭くなったり、導電層である銅の厚みが薄くなったりすることに伴い、屈曲位置や角度のバラツキを含めた安定性が欠け(いわゆる曲げ戻りの発生)、屈曲部分以外での変形の発生(いわゆるたわみ変形)の問題が顕在化してきている。 However, in the flexible circuit board, as the electronic circuit becomes more accurate, the wiring width of the board becomes narrower, and the thickness of copper as the conductive layer becomes thinner. Problems of lack of stability (so-called bending return) and occurrence of deformation other than the bent portion (so-called flex deformation) have become apparent.
そのような問題は以下のことが原因で発生する。物質が外力を受けた際の変形には、大きく分けて弾性変形と塑性変形とがある。力が小さいうちは、物質には元の形状に戻ろうとする力(これを弾性力と呼ぶ)が働き、妨害する外力がなければ元の形状に戻ることが可能(これを弾性変形という)だが、ある大きさを超えると、その変形を維持する(これを塑性変形という)ようになる。フレキシブル回路基板を屈曲させた場合、導電層である銅配線は塑性変形され、基板や絶縁性保護層は弾性変形をする。 Such a problem is caused by the following. The deformation when a material receives an external force is roughly divided into elastic deformation and plastic deformation. While the force is small, the substance has a force to return to its original shape (this is called elastic force), and it can return to its original shape if there is no disturbing external force (this is called elastic deformation) When it exceeds a certain size, the deformation is maintained (this is called plastic deformation). When the flexible circuit board is bent, the copper wiring as the conductive layer is plastically deformed, and the substrate and the insulating protective layer are elastically deformed.
従来は、銅の厚み、配線幅とも大きく、屈曲部の銅の量が十分にあったため、基板や絶縁性保護層による弾性力が変形した銅配線を変形させるに足らないので、屈曲部のみが円弧を描いて変形後も、その周辺の平面性は保たれ、狙いどおりの角度で固定されていた。しかしながら前述したとおり、電子回路の高精度化に伴い、基板の配線幅が狭くなったり、銅箔の厚みが薄くなってきたために屈曲部の銅の量が少なくなると、基板や絶縁性保護層による弾性力が銅を変形させるのに必要な大きさを超え、狙い開き角度に対し大きい角度で開いてしまう、曲げ戻り現象が顕著になってくる。 Conventionally, both the copper thickness and the wiring width are large, and the amount of copper in the bent part is sufficient, so it is not enough to deform the copper wiring whose elastic force is deformed by the substrate or the insulating protective layer, so only the bent part is present. Even after deforming by drawing an arc, the flatness of the periphery was maintained, and it was fixed at the desired angle. However, as described above, as the electronic circuit becomes more accurate, the wiring width of the substrate becomes narrower or the thickness of the copper foil becomes thinner. The bending back phenomenon that the elastic force exceeds the size necessary for deforming copper and opens at a large angle with respect to the target opening angle becomes prominent.
また、屈曲加工時に、屈曲部以外へ拡散して加わる僅かな力でも銅配線が変形し、屈曲部周辺が緩やかな円弧状に変形するたわみという問題が顕著になる。 Further, during bending, the copper wiring is deformed even by a slight force that is diffused and applied to other than the bent portion, and the problem that the bent portion is deformed into a gentle arc shape becomes prominent.
このように、基板の配線幅が狭くなったり、銅箔の厚みが薄くなってきたために屈曲部の銅の量が少なくなると、ハンドリングでの断線懸念、屈曲線の指定方法といった既知の問題に加え屈曲時の曲げ戻りやたわみという新たな問題が生じる。これらの問題のいずれかでも生じれば、小型電子機器内などの定められたスペースへ回路基板を収納することが困難となる。 As described above, when the wiring width of the substrate is narrowed or the copper foil is thinned, the amount of copper in the bent portion is reduced. In addition to known problems such as fear of disconnection in handling and a method for specifying the bent line. A new problem of bending back and bending at the time of bending arises. If any of these problems occur, it becomes difficult to store the circuit board in a predetermined space such as in a small electronic device.
しかしながら、特許文献1においては、パターンしない面に、銅箔を残しているので、屈曲部分以外は変形しないことを達成できるが、両面配線に比べ倍の面積が必要なため、立体化後の体積が増加し、限られた空間にフレキシブル回路基板を収容することが困難である。また、フレキシブル回路基板を小半径で屈曲すること、屈曲位置の安定性には考慮がなされていない。 However, in Patent Document 1, since the copper foil is left on the non-patterned surface, it can be achieved that the deformed portion is not deformed except for the bent portion. It is difficult to accommodate the flexible circuit board in a limited space. Further, no consideration is given to the bending of the flexible circuit board with a small radius and the stability of the bending position.
特許文献2においては、屈曲部の銅厚みを薄くしているが、電子回路の高精度化に伴い屈曲部以外の領域での銅厚みが薄くなると、厚みの差を十分にとることができず、屈曲位置を安定化させる効果を得ることが困難となる。また、銅厚みが薄くなった場合に小半径で屈曲させること、屈曲部分以外を変形させないことは考慮されていない。さらに、ハンドリング時や立体化加工時などに、銅厚みの変化部で応力が集中しやすく断線の発生する場合もある。 In Patent Document 2, the copper thickness of the bent portion is reduced. However, if the copper thickness in a region other than the bent portion is reduced with the increase in accuracy of the electronic circuit, a sufficient difference in thickness cannot be obtained. It becomes difficult to obtain the effect of stabilizing the bending position. In addition, it is not considered that the copper bends with a small radius when the copper thickness is thin, and that other than the bent portion is not deformed. Further, when handling or three-dimensional processing, stress is likely to concentrate at the copper thickness changing portion, and disconnection may occur.
特許文献3においては、屈折線に沿って、基板フィルム、保護層に孔を形成している。このため基板フィルムや保護層を薄くすると小半径で屈曲したり、屈曲位置や角度のバラツキを含めた安定性を実現したりすることが困難となる。配線部に孔を開けると絶縁が失われるため、孔開け部のための面積が必要となるため、立体化後の体積が増加し、限られた空間にフレキシブル回路基板を収容することが難しくなる。さらに、孔あけ部に応力が集中しやすく、ハンドリング時や立体化加工時などに破損の恐れもある。 In Patent Document 3, holes are formed in the substrate film and the protective layer along the refraction line. For this reason, when the substrate film and the protective layer are made thin, it becomes difficult to bend with a small radius and to realize stability including variation in the bending position and angle. Since insulation is lost when holes are made in the wiring part, an area for the hole part is required, so the volume after three-dimensionalization increases and it becomes difficult to accommodate the flexible circuit board in a limited space. . Furthermore, stress tends to concentrate on the drilled part, and there is a risk of damage during handling or three-dimensional processing.
本発明は係る実情に鑑み、基板屈曲での半径、ハンドリングでの断線懸念、屈曲線の指定方法といった既知の問題に加え、曲げ戻り、たわみ変形といった新たな問題の発生をも抑制できる、設計自由度の高いフレキシブル回路基板、及びこのフレキシブル回路基板を有する内視鏡を提供することを目的とする。 In view of the actual situation, the present invention is capable of suppressing the occurrence of new problems such as bending back and bending deformation in addition to known problems such as the radius at the bending of the substrate, fear of disconnection at the handling, and the method of specifying the bending line. It is an object of the present invention to provide a flexible circuit board having a high degree and an endoscope having the flexible circuit board.
本発明者は、特に、定められた設置スペースに収納できるフレキシブル回路基板の構造について鋭意検討した。フレキシブル回路基板の最も汎用的な用途は、折り畳み携帯電話のヒンジ部位での使用が代表的である。当該部位での使用に必要な繰返し屈曲耐性の向上、及び省スペース化を実現するため、構成部材それぞれを薄型化する方針で開発が進められてきた。そのため、基材フィルムや絶縁保護層の薄層化と合わせ、導電層である銅が、薄くなってきた。このように開発されてきたフレキシブル回路基板に、立体化構造を得るための屈曲を行った結果、屈曲時に非屈曲部に加わる力や、屈曲後の基材フィルムや絶縁保護層からの弾性力に対し、銅の量が不十分であることが、曲げ戻りやたわみという新たな問題の原因となっていることが分かった。しかしながら、配線の微細化という、小型で立体化できるフレキシブル回路基板を実現するもうひとつの要件を実現するためには、配線層の銅の厚みは薄いままを保つ必要がある。 The inventor of the present invention particularly studied the structure of a flexible circuit board that can be stored in a predetermined installation space. The most general-purpose application of the flexible circuit board is typically used at the hinge portion of a folded mobile phone. Development has been promoted with a policy of reducing the thickness of each component member in order to improve the repeated bending resistance necessary for use in the part and to save space. Therefore, copper, which is a conductive layer, has become thinner along with the thinning of the base film and the insulating protective layer. As a result of bending the flexible circuit board developed in this way to obtain a three-dimensional structure, the force applied to the non-bent portion during bending and the elastic force from the base film and insulating protective layer after bending On the other hand, it was found that the insufficient amount of copper caused new problems such as bending back and deflection. However, in order to realize another requirement for realizing a compact and three-dimensional flexible circuit board such as miniaturization of wiring, it is necessary to keep the copper thickness of the wiring layer thin.
そこで、従来の薄型化という考えに反し、配線層の銅の厚みは維持しつつ、屈曲部を指定するための複数の孔を有する塑性変形層を基材フィルムの最表面へ付与することで、塑性変形を維持するに必要な塑性変形物質の量の確保と、配線の微細化に必要な導電層の薄さとを両立できることを見出し、本発明に至った。 Therefore, contrary to the conventional idea of thinning, while maintaining the copper thickness of the wiring layer, by applying a plastic deformation layer having a plurality of holes for designating the bent portion to the outermost surface of the base film, The present inventors have found that the securing of the amount of plastic deformation material necessary for maintaining plastic deformation and the thinness of the conductive layer necessary for miniaturization of wiring can be achieved at the same time.
本発明の一の形態に係るフレキシブル回路基板は、絶縁性の基材フィルムと、基材フィルムの片面又は両面に設けられた導電性の配線層と、配線層の上に形成された絶縁性の保護層と、基材フィルムの少なくとも片面の側の最表面に設けられた塑性変形層と、を有し、塑性変形層は、屈曲線を構成する線状に配置された複数の孔群を有する。 A flexible circuit board according to an embodiment of the present invention includes an insulating base film, a conductive wiring layer provided on one or both sides of the base film, and an insulating film formed on the wiring layer. A protective layer, and a plastic deformation layer provided on the outermost surface on at least one side of the base film, and the plastic deformation layer has a plurality of hole groups arranged in a line constituting a bending line. .
好ましくは、屈曲線で基材フィルムを屈曲した際、屈曲部の最外周層の曲率半径が500μm以下である。 Preferably, when the base film is bent along the bending line, the radius of curvature of the outermost peripheral layer of the bent portion is 500 μm or less.
好ましくは、複数の孔群は、円、楕円、又は角丸長方形の形状を有する。 Preferably, the plurality of hole groups have a shape of a circle, an ellipse, or a rounded rectangle.
好ましくは、複数の孔群は楕円又は角丸長方形の形状を有し、複数の孔群の長軸が屈曲線に対して直交する。 Preferably, the plurality of hole groups have an elliptical or rounded rectangular shape, and the long axes of the plurality of hole groups are orthogonal to the bending line.
好ましくは、複数の孔群は楕円又は角丸長方形の形状を有し、複数の孔群の長軸の長さが800μm以下である。 Preferably, the plurality of hole groups have an elliptical or rounded rectangular shape, and the length of the long axis of the plurality of hole groups is 800 μm or less.
好ましくは、屈曲線に平行な方向の複数の孔群の寸法の和の、屈曲線上での基材フィルムの寸法に対する比が30〜70%である。 Preferably, the ratio of the sum of the dimensions of the plurality of hole groups in the direction parallel to the bending line to the dimension of the base film on the bending line is 30 to 70%.
好ましくは、塑性変形層が金属で構成される。 Preferably, the plastic deformation layer is made of metal.
好ましくは、塑性変形層は、基材フィルムの厚さと保護層の厚さとの合計の1/2以上の厚さを有する。 Preferably, the plastic deformation layer has a thickness of ½ or more of the total of the thickness of the base film and the thickness of the protective layer.
本発明の別の形態に係る内視鏡は、観察対象の内部に挿入される挿入部と、挿入部の先端部に設けられる観察光学系と、観察光学系よりも基端側に設けられる撮像素子と、撮像素子及び撮像素子の駆動回路部品が実装され、屈曲線に沿って屈曲された状態の上記のフレキシブル回路基板と、を備える。 An endoscope according to another aspect of the present invention includes an insertion portion that is inserted into an observation target, an observation optical system that is provided at a distal end portion of the insertion portion, and an imaging that is provided on a proximal side with respect to the observation optical system. And an above-described flexible circuit board in a state of being bent along a bending line.
好ましくは、フレキシブル回路基板を屈曲された形状に固定する封止樹脂を含む。 Preferably, a sealing resin for fixing the flexible circuit board in a bent shape is included.
本発明によれば、ハンドリングでの断線懸念、屈曲線の指定方法といった既知の問題解決に加え、曲げ戻り、たわみ変形の発生をも抑制でき、設計自由度の高いフレキシブル回路基板、及びこのフレキシブル回路基板を有する内視鏡を実現することができる。 According to the present invention, in addition to solving known problems such as fear of disconnection in handling and a method of specifying a bent line, it is possible to suppress the occurrence of bending back and bending deformation, and a flexible circuit board having a high degree of design freedom, and this flexible circuit An endoscope having a substrate can be realized.
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施の形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱することなく、多くの手法により変更を行うことができ、本実施の形態以外の他の実施の形態を利用することができる。したがって、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention will be described by the following preferred embodiments, but can be modified in many ways without departing from the scope of the present invention, and other embodiments than the present embodiment are utilized. be able to. Accordingly, all modifications within the scope of the present invention are included in the claims.
ここで、図中、同一の記号で示される部分は、同様の機能を有する同様の要素である。また、本明細書中で、数値範囲を“ 〜 ”を用いて表す場合は、“ 〜 ”で示される上限、下限の数値も数値範囲に含むものとする。 Here, in the drawing, portions indicated by the same symbols are similar elements having similar functions. In addition, in the present specification, when a numerical range is expressed using “˜”, upper and lower numerical values indicated by “˜” are also included in the numerical range.
図1は、第1の実施形態に係るフレキシブル回路基板の斜視図である。フレキシブル回路基板10は、第1面12Aと第2面12Bとを有する基材フィルム12と、基材フィルム12の第1面12Aに形成された導電性の配線層14と、配線層14の上に形成された絶縁性の保護層16と、基材フィルム12の第2面12Bの上に形成された、屈曲線Lに沿って複数の孔群20を有する塑性変形層18と、を備える。
FIG. 1 is a perspective view of the flexible circuit board according to the first embodiment. The
基材フィルム12は、ポリイミド樹脂、LCP(液晶ポリマー:Liquid Crystal Polymer)等での絶縁材料で構成される。基材フィルム12は、5〜50μmの厚さを有している。
The
配線層14は、一般的に電解銅箔、圧延銅箔等が使用され、配線パターンをエッチングなどで作成することで形成される。配線層14は、2〜25μmの厚さを有している。なお、高密度な実装を行うため、これ以下の配線層14の厚みを用いることもありうる。
The
保護層16は、絶縁性のソルダーレジストで構成される。ソルダーレジストとしては、フレキシブル回路基板用途の、伸び率が大きいものを選定することが好ましい。また、ソルダーレジストの代わりに、各種カバーレイフィルムを用いることもできる。保護層16にソルダーレジストを用いる場合には、保護層16は10〜30μmの厚さを有している。
The
塑性変形層18は、銅、銀、金、すず、アルミニウム等の金属で構成される。本実施形態においては、フレキシブル回路基板10の片面のみに配線層を設けるため、作成手順の簡素化のため、予め基材フィルム12の両面に銅箔が貼り合わせられている両面銅張積層板を用い、配線層14として用いない面に存在する銅箔層を、塑性変形層18として用いることができる。基材フィルム12に配線層14と塑性変形層18となる銅箔層を一体的に作製することができる。
The
塑性変形層18として、基材フィルム12とは別体の、各種金属箔を接着材などで貼り合わせても良く、さらには各種金属箔の裏面に粘着・接着材が塗布された金属シート材を貼り合わせても良い。塑性変形層18は、25〜50μmの厚さを有している。
As the
図2は、第2の実施形態に係るフレキシブル回路基板の斜視図である。フレキシブル回路基板10は、第1面12Aと第2面12Bとを有する基材フィルム12と、基材フィルム12の第1面12Aに形成された導電性の配線層14と、配線層14の上に形成された絶縁性の保護層16と、保護層16の上に形成された、屈曲線Lに沿って複数の孔群20を有する塑性変形層18と、を備える。
FIG. 2 is a perspective view of the flexible circuit board according to the second embodiment. The
基材フィルム12、配線層14、保護層16、及び塑性変形層18の組成と厚さとは、第1の実施形態と同様である。
The composition and thickness of the
図3は、第3の実施形態に係るフレキシブル回路基板の斜視図である。フレキシブル回路基板10は、第1面12Aと第2面12Bとを有する基材フィルム12と、基材フィルム12の第1面12Aに形成された導電性の配線層14と、配線層14の上に形成された絶縁性の保護層16と、基材フィルム12の第1面12Aに形成された導電性の配線層14と、配線層14の上に形成された絶縁性の保護層16と、第1面12A側の保護層16の上に形成された、屈曲線Lに沿って複数の孔群20を有する塑性変形層18と、を備える。
FIG. 3 is a perspective view of a flexible circuit board according to the third embodiment. The
基材フィルム12、配線層14、保護層16、及び塑性変形層18の組成と厚さとは、第1の実施形態と同様である。
The composition and thickness of the
図1の第1の実施形態、図2の第2の実施形態、及び図3の第3の実施形態では、基材フィルム12の片面の最表面に塑性変形層18を形成する例を示した。しかし、これに限定されず、基材フィルム12の両面の最表面に塑性変形層18を形成することもできる。両面に塑性変形層18を形成することで、平坦部をより強固にすることができる。
In the first embodiment of FIG. 1, the second embodiment of FIG. 2, and the third embodiment of FIG. 3, an example in which the
図4は、本実施形態に係るフレキシブル回路基板10の平面図である。基材フィルム12の第1面12Aの上にパターン化された配線層14が形成されている。パターンの形状は実装される駆動回路部品の配置等に適宜変更される。配線層14の上に保護層(不図示)と塑性変形層18とが形成される。塑性変形層18には屈曲線Lに沿って複数の孔群20が形成されている。
FIG. 4 is a plan view of the
本実施の形態では、基材フィルム12の最表面に、基材フィルム12、保護層16等の高分子部材よりも弾性率が高く、かつ屈曲した際に塑性変形しうる塑性変形層18が形成される。そのため基材フィルム12、保護層16等の高分子部材の変形に起因する弾性力は、塑性変形層18を変形させるには足りない力にとどまるため、曲げ戻りが生じるのを抑制できる。また、屈曲時の荷重を屈曲線Lの領域のみで吸収しきれず、その両側の領域にまで作用する場合であっても、その荷重は塑性変形層18を塑性変形するには足りない力にとどまるため、複数の孔群20で形成された帯状の領域の両側の領域に、たわみ変形が生じるのを抑制できる。
In the present embodiment, a
本実施の形態では、基材フィルム12の最表面に、基材フィルム12、保護層16等の高分子部材よりも弾性率が高く、かつ屈曲した際に塑性変形しうる塑性変形層18が形成されると共に、塑性変形層18には屈曲線Lに沿って複数の孔群20が形成されている。塑性変形層18において、屈曲線Lの領域と、その両側の領域とには弾性率の差が生じている。その結果、屈曲時に加えられた荷重は、屈曲線Lの領域において吸収することができる。これにより、フレキシブル回路基板10を曲率半径500μm以下に屈曲することができる。ここで、曲率半径とは、屈曲時のフレキシブル回路基板10の断面から見た最外周の円弧半径をいう。また、屈曲工程においてフレキシブル回路基板10のセット位置に誤差が生じ、荷重を最も受ける部分が孔群20内の屈曲線Lと直交する方向の中心からずれた場合にも、その荷重を複数の孔群20内の屈曲線Lと直交する方向に分散することで、変形の頂点を、孔群20内の屈曲線Lと直交する方向の中心へ近づけようとする作用が働き、屈曲後の半径や形状のばらつきを非常に小さく抑えることができる。
In the present embodiment, a
本実施形態のフレキシブル回路基板10では、基材フィルム12、配線層14、及び保護層16に対して、孔あけ加工や、薄層化の加工等を施さない。このことによりフレキシブル回路基板10のハンドリング時、立体化加工時における強度を維持する効果も発揮する。
In the
本実施形態のフレキシブル回路基板10では、実質的な回路基板を構成する基材フィルム12、配線層14、及び保護層16とは独立した塑性変形層18を形成し、この塑性変形層18に孔群20を形成している。これにより、回路基板に加工を施す必要がないので、配線層14に対して設計自由度の高いフレキシブル回路基板10を実現することができる。塑性変形層18は配線層14と別の部材であるので、配線層14を基材フィルム12の第1面12A側と第2面12B側の両方に形成できる。その結果、駆動回路部品をフレキシブル回路基板10に効率よく実装できる。
In the
屈曲線Lに平行な方向の複数の孔群20の寸法の和N・β(N:孔の数、β:孔の縦長さ)の、屈曲線Lに平行な方向のフレキシブル回路基板10の屈曲部での寸法Wに対する比(N・β/W)は、30〜70%であることが好ましい。比が30%の場合、塑性変形層18の孔を開けず残す領域が孔群20の領域より大きいことを示し、逆に比が70%の場合、塑性変形層18の孔を開けず残す領域が孔群20の領域より小さいことを示す。
Bending of the
(N・β/W)を30〜70%とすることで、必要な塑性変形の量を確保できる。また、屈曲工程においてフレキシブル回路基板10のセット位置に誤差が生じ、荷重を最も受ける部分が孔群20内の屈曲線Lと直交する方向の中心からずれる場合がある。その状況下で、その荷重を孔群20内の屈曲線Lと直交する方向に分散することで、変形の頂点を、孔群20内の屈曲線Lと直交する方向の中心へ近づけようとする作用が働く。したがって、屈曲後の曲率半径や形状のばらつきを非常に小さくすることができる。
By setting (N · β / W) to 30 to 70%, it is possible to secure a necessary amount of plastic deformation. In addition, an error may occur in the setting position of the
図5は電子部品を実装したフレキシブル回路基板の構成を示す斜視図である。図5に示すように、配線層14の上に塑性変形層18を形成する際、配線層14の上に電子部品を実装する場合には、塑性変形層18内の電子部品30が重なる位置に、電子部品30を貫通させるための打ち抜き穴24を設ける。これにより、電子部品30の実装の前あるいは後でも、塑性変形層18を形成することができる。電子部品30が実装される位置は硬く、屈曲することは実質的に難しい。よって、屈曲線Lに沿った複数の孔群20と打ち抜き穴24とが重なることはない。つまり、電子部品30が実装される位置でフレキシブル回路基板10を屈曲させることはない。したがって、打ち抜き穴24を開けたとしても、屈曲線Lに沿った複数の孔群20を開けることができる。このように、電子部品30の実装の有無に関わらず、精度良く屈曲可能なフレキシブル回路基板10を得ることができる。
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a flexible circuit board on which electronic components are mounted. As shown in FIG. 5, when an electronic component is mounted on the
塑性変形層18の厚さは、基材フィルム12と保護層16との合計厚さの1/2以上であることが好ましい。フレキシブル回路基板10を折り曲げた後の、曲げ戻りは基材フィルム12と保護層16との弾性力に起因する。この弾性力に抗するには、塑性変形層18の厚さを上述の範囲とすることが好ましい。
The thickness of the
図6は、屈曲線Lでフレキシブル回路基板10を屈曲した状態の部分拡大図である。本実施形態では、複数の孔群20を有する塑性変形層18を屈曲線Lで折り曲げているので、曲率半径Rを500μm以下とすることができる。限られた空間に収容可能な立体構造を得るうえでは、曲率半径Rは400μm以下が好ましく、300μm以下がより好ましい。また、フレキシブル回路基板10の平面領域22においても、たわみ変形や曲げ戻りが生じるのが抑制される。つまり、フレキシブル回路基板10の屈曲形状のバラツキを抑制できる。
FIG. 6 is a partially enlarged view of the state in which the
複数の孔群20は、例えば、図7(A)に示すように円、図7(B)に示すように楕円、図7(C)に示す角丸長方形であることが好ましい。曲線部を有することで割れ等が生じるのを防止することができる。図7(A)に示すように孔群20が円形状である場合、半径Rの長さは500μm以下であることが好ましく、300μm以下であることがより好ましい。また、図7(B)の孔群20が楕円形状である場合、長軸αの長さが800μm以下であることが好ましく、500μm以下であることがより好ましい。また短軸βの400μm以下であることが好ましく、200μm以下であることがより好ましい。また、孔群20が楕円形状である場合、長軸αが屈曲線Lに対して直交するように複数の孔群20を配置することが好ましい。屈曲線Lが細くなると、屈曲時にパンチを当てる際に、高精度の位置決めが必要となるため、冶具作成にコストが生じるからである。
The plurality of
次に、本実施形態に係るフレキシブル回路基板を内蔵した内視鏡について説明する。 Next, an endoscope incorporating the flexible circuit board according to the present embodiment will be described.
図8は本発明の実施形態に係る内視鏡の全体構成図である。内視鏡100は、本体操作部111と、この本体操作部111に連設され患者等の体腔内に挿入される挿入部113とを備える。なお、本実施形態では、挿入部先端に軟性部を有する、いわゆる軟性鏡を図示する。しかし、これに限らず、観察対象の内部に挿入される挿入部を有し、体腔内や物体内を観察する内視鏡全般に、本実施形態に係るフレキシブル回路基板を適用することができる。
FIG. 8 is an overall configuration diagram of the endoscope according to the embodiment of the present invention. The
本体操作部111には、ユニバーサルケーブル115が接続される。ユニバーサルケーブル115の先端に不図示のコネクタが設けられる。このコネクタは不図示の光源装置に着脱自在に連結される。これによって挿入部113の先端部117に内蔵された照明光学系に上記の光源装置から照明光が送られる。また、このコネクタには、ビデオコネクタも接続される。ビデオコネクタが画像信号処理等を行う不図示のプロセッサに着脱自在に連結される。
A
挿入部113は、本体操作部111側、つまり基端側から順に、軟性部119と、湾曲部121と、先端部117とを備える。湾曲部121は、本体操作部111のアングルノブ123,125を回動することによって遠隔的に湾曲操作される。これにより、先端部117は、所望の方向に向けられる。
The
本体操作部111には、前述のアングルノブ123,125の他、送気・送水ボタン,吸引ボタン,シャッターボタン等の各種ボタン127が並設されている。また、本体操作部111から挿入部113側へ延長された連設部129には、鉗子挿入部131が設けられる。鉗子挿入部131から挿入された鉗子等の処置具(図示省略)は、挿入部113の先端部117に形成された鉗子口133(図9参照)から導出される。
In addition to the angle knobs 123 and 125 described above, the main
図9は、上述した先端部117の概略外観図であり、図10は、図9のA−A断面図である。図9に示すように、挿入部113(図8参照)の先端部位である先端部(以降、内視鏡先端部とも呼称する)117は、その先端面135に、撮像光学系の観察窓137と、観察窓137の両脇に配置された照明光学系の照射口139A,139Bと、その近傍に配置された鉗子口133とを備える。さらに、観察窓137に送気・送水するノズル141が、噴出口を観察窓137に向けて配置されている。
FIG. 9 is a schematic external view of the above-described
図10に示すように、内視鏡先端部117は、ステンレス鋼材などの金属材料からなる先端硬質部143と、先端硬質部143に形成された穿設孔143aに鏡筒145を嵌挿して固定される撮像部147と、他の穿設孔143bに配設された金属製の鉗子パイプ149とを備える他、ノズル141に接続される送気・送水管151、さらに照明光学系に接続される不図示の導光用ライトガイド等の各種の部材が収容されている。
As shown in FIG. 10, the endoscope
撮像部147は、鏡筒145に収容された複数の対物レンズで構成される対物レンズ群153と、この対物レンズ群153を通して取り込まれる被写体からの入射光(観察光)の光路OPを直角に変更する三角プリズム155と、直角に光路OPが変更された入射光を受光する撮像素子159とを備える。
The
撮像素子159は、フレキシブル回路基板10に実装されている。撮像素子159に取り込まれた被写体の画像情報に基づく画像信号は、フレキシブル回路基板10を通じて出力される。
The
対物レンズ群153、三角プリズム155、及び撮像素子159を含む撮像光学系は、内視鏡先端部117に内蔵され、撮像装置として機能する。対物レンズ群153が観察光学系を構成する。撮像素子159はその観察光学系より基端側に設けられている。また、照射口139A,139B(図9参照)に配置されるレンズ等の光学部材及びこの光学部材に接続されるライトガイドは、照明光学系を構成する。これらも内視鏡先端部117内に内蔵される。撮像素子159から出力される画像情報は、信号ケーブル161を通じて不図示の上記プロセッサに送信され、表示用画像に処理される。
An imaging optical system including the
先端硬質部143の外周には不図示の金属スリーブが接続され、この金属スリーブには、湾曲部121(図8参照)に配設される不図示の節輪が湾曲自在に接続されている。金属スリーブの外周は外皮チューブ150で覆われている。先端硬質部143の先端側は先端カバー163で覆われている。外皮チューブ150と先端カバー163とは、内部への浸水がないように互いに密着して接合されている。
A metal sleeve (not shown) is connected to the outer periphery of the distal end
対物レンズ群153は三角プリズム155の入射側端面155aに接続されている。三角プリズム155の出射側端面155bには透光性保護基板であるカバーガラス165が接合されている。カバーガラス165の三角プリズム155とは反対側には、エアーギャップ167を介して撮像素子159が配置されている。エアーギャップ167は、撮像素子159の周囲に配置された枠体160によって予め定めた容積に設定される。
The
撮像素子159が実装されたフレキシブル回路基板10は、図10中の第1屈曲線L1で屈曲させられ、さらに、第2屈曲線L2で屈曲させられている。フレキシブル回路基板10は、第3屈曲線L3で三角プリズム155の全反射面となるプリズム外面の全反射斜面に沿って図中の水平面から上方へ湾曲状態で折り曲げられている。これにより、フレキシブル回路基板10は三角プリズム155の全反射斜面を押圧する。
The
ここでは、撮像素子159へ光を導く光学部材として三角プリズム155を例示しているが、これに限らず、他の形状、他の方式の光路変更部材であってもよい。また、カバーガラス165は、観察光に対する透光性を有していればよく、ガラス材に限らず透明樹脂等の他の材料であってもよい。
Here, the
フレキシブル回路基板10には、撮像素子159を駆動・制御するための駆動回路部品179が実装されている。さらにフレキシブル回路基板10には、レギュレータ177が実装されている。
A driving
本実施形態の内視鏡100では、撮像素子モジュールで発生した熱の放熱特性を高めるために、放熱用のフレキシブル回路基板188が設けられている。このフレキシブル回路基板188は、一端側表面が撮像素子159の裏面全面に接着材等で貼り合わされている。さらに、フレキシブル回路基板188は、フレキシブル回路基板10の平面領域22で熱接触され、そして信号ケーブル161の外皮に所定以上の広い面積で接着される。
In the
ケーブル接続部173はランド181を備えている。信号ケーブル161の各リード線161aが半田付け等により接続されている。
The
フレキシブル回路基板10を屈曲し、立体化することにより、フレキシブル回路基板10で囲まれた空間が形成される。この空間に内を封止樹脂(不図示)により充填固化してよい。封止樹脂によりフレキシブル回路基板10の形状の維持や、駆動回路部品179の保護が可能となる。その際、フレキシブル回路基板10が弾性力の高い塑性変形層18を有することで、樹脂の充填時から加熱硬化が完了するまでの間も、外力による変形やひずみを抑制することができる。
A space surrounded by the
本実施形態の内視鏡100において、フレキシブル回路基板10は複数の孔群20を有する塑性変形層18(不図示)を備えているので、小さな曲率半径Rで寸法精度よくフレキシブル回路基板10を立体化加工することができる。つまり、フレキシブル回路基板10を定められた設置スペースに収容することができる。
In the
以下に、本発明の実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。なお、以下の実施例に示される材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples of the present invention. In addition, the material, usage-amount, ratio, processing content, processing procedure, etc. which are shown in the following Examples can be changed suitably unless it deviates from the meaning of this invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the specific examples shown below.
(試料1)
縦20mm、横50mmの長さを有する銅張り積層板(Panasonic電工、RF758)を準備した。銅張り積層板は、ポリイミド製の12μmの厚さを有する基材フィルムと、基材フィルムの上に形成された電解銅で形成された12μmの厚さを有する配線層とで構成されている。エッチングにより、L(ライン幅)/S(スペース幅)=100μm/100μmで、図3で示す横方向に並行して伸びる3組6本の配線パターンの配線層を基材フィルムの上に形成した。配線層の上に、ソルダーレジストで、約10μmの厚さの保護層を形成した。
(Sample 1)
A copper-clad laminate (Panasonic Electric Works, RF758) having a length of 20 mm and a width of 50 mm was prepared. The copper-clad laminate is composed of a polyimide base film having a thickness of 12 μm and a wiring layer having a thickness of 12 μm formed of electrolytic copper formed on the base film. By etching, L (line width) / S (space width) = 100 μm / 100 μm, and wiring layers of three sets of six wiring patterns extending in parallel in the horizontal direction shown in FIG. 3 were formed on the base film. . A protective layer having a thickness of about 10 μm was formed on the wiring layer with a solder resist.
銅張積層板と同じ寸法を有する18μmの厚さを有する銅箔に、500μmの横軸の長さと、200μmの縦軸の長さとを有する複数の楕円形打ち抜き孔を、200μm間隔で、横方向の中央付近に縦軸方向に並ぶように形成した。この銅箔を、銅張積層板の保護層の上に接着剤で張り合わせた。フレキシブル回路基板の層構成は図1と同じである。 A plurality of elliptical punched holes having a horizontal axis length of 500 μm and a vertical axis length of 200 μm are formed in a copper foil having the same dimensions as the copper-clad laminate and having a thickness of 18 μm in the horizontal direction at intervals of 200 μm. It was formed so as to be aligned in the vertical axis direction in the vicinity of the center. This copper foil was bonded to the protective layer of the copper clad laminate with an adhesive. The layer configuration of the flexible circuit board is the same as in FIG.
(試料2)
試料1と同様に、銅張積層板の配線層に図3で示す配線パターンを作成し、その上に保護層を作成した。試料1と同様の打ち抜き孔を設けた銅箔を、基材フィルムの配線層形成面とは反対面の上に貼り合わせ、フレキシブル回路基板を作製した。フレキシブル回路基板の層構成は図2と同じである。
(Sample 2)
Similar to Sample 1, the wiring pattern shown in FIG. 3 was created on the wiring layer of the copper clad laminate, and a protective layer was created thereon. A copper foil provided with a punched hole similar to that of Sample 1 was bonded onto the surface of the base film opposite to the wiring layer forming surface to produce a flexible circuit board. The layer configuration of the flexible circuit board is the same as in FIG.
(試料3)
試料1と同様に、銅張積層板の配線層に図3で示す配線パターンを作成した。500μmの横軸の長さと、200μmの縦軸の長さとを有する複数の楕円径打ち抜き孔を、200μm間隔で、横方向の中央付近に縦軸方向に並ぶように、配線がある部分を避けて形成した。その上に保護層を作成した。
(Sample 3)
Similar to Sample 1, a wiring pattern shown in FIG. 3 was formed on the wiring layer of the copper-clad laminate. Avoid a portion with wiring so that a plurality of elliptical punched holes having a length of 500 μm on the horizontal axis and a length of 200 μm on the vertical axis are arranged in the vertical direction near the center in the horizontal direction at intervals of 200 μm. Formed. A protective layer was created thereon.
(試料4)
試料1と同様に、銅張積層板の配線層に図3で示す配線パターンを作成し、配線層の上に保護層としてソルダーレジストを形成した。この保護層に、500μmの横軸の長さと、200μmの縦軸の長さとを有する複数の楕円径の孔を、200μm間隔で、横方向の中央付近に縦軸方向に並ぶように、配線がある部分を避けて、エッチングプロセスにより形成した。
(Sample 4)
Similar to Sample 1, a wiring pattern shown in FIG. 3 was created on the wiring layer of the copper clad laminate, and a solder resist was formed on the wiring layer as a protective layer. A plurality of elliptical holes having a length of 500 μm on the horizontal axis and a length of 200 μm on the vertical axis are arranged in this protective layer at 200 μm intervals so that the wires are arranged in the vertical direction near the center in the horizontal direction. It was formed by an etching process, avoiding certain parts.
<加工と評価方法>
平行な隙間が空いたダイ上に、この隙間と孔の並んだ列とが一致するように試料を置き、屈曲線にパンチを当て、断面方向から見たときに、試料の開き角度が90°になるまで荷重を負荷し(図9(A))、その後荷重を除去した(図9(B))。各試料に対してサンプル数n=10ずつ行った。加工後の試料を横から光学顕微鏡で観察し、屈曲時の外周層の変形曲線を円弧近似した際の半径(曲率半径)と、屈曲線の外側の辺で形成される開き角度、そして屈曲線の外側(平面領域)のたわみの有無を目視で確認した。試料1、2については、塑性変形層を山折り、谷折した。試料3は基材フィルムを山折し、試料4は保護層を山折りした。
<Processing and evaluation method>
A sample is placed on a die having a parallel gap so that the gap and the row of holes are aligned, a punch is applied to the bending line, and the opening angle of the sample is 90 ° when viewed from the cross-sectional direction. The load was applied until it became (FIG. 9A), and then the load was removed (FIG. 9B). The number of samples n = 10 was performed for each sample. The processed sample is observed from the side with an optical microscope, and the radius (curvature radius) obtained by approximating the deformation curve of the outer peripheral layer at the time of bending to an arc, the opening angle formed on the outer side of the bending line, and the bending line The presence or absence of deflection on the outside (planar region) was visually confirmed. For Samples 1 and 2, the plastic deformation layer was folded into a mountain and a valley. Sample 3 was folded in a base film, and sample 4 was folded in a protective layer.
<評価>
表1は、評価結果をまとめた表である。試料1、2は、ほぼ同じ結果となった。塑性変形層を形成する面や、折り方向(山折り/谷折り)が影響しないことを示している。試料3、4では、断線こそ生じなかったものの、曲率半径、開き角度とも値が大きかった。また、ばらつく範囲も大きくなり、平面領域にたわみが発生した
<Evaluation>
Table 1 summarizes the evaluation results. Samples 1 and 2 gave almost the same results. It shows that the surface on which the plastic deformation layer is formed and the folding direction (mountain fold / valley fold) are not affected. In Samples 3 and 4, although disconnection did not occur, both the radius of curvature and the opening angle were large. In addition, the range of variation increased and deflection occurred in the planar area.
10、188…フレキシブル回路基板、12…基材フィルム、1…配線層、16…保護層、18…塑性変形層、20…孔群、22…平面領域、24…穴
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記基材フィルムの片面又は両面に設けられた導電性の配線層と、
前記配線層の上に形成された絶縁性の保護層と、
前記基材フィルムの少なくとも片面の側の最表面に設けられた塑性変形層と、を有し、
前記塑性変形層は、屈曲線を構成する線状に配置された複数の孔群を有するフレキシブル回路基板。 An insulating base film;
A conductive wiring layer provided on one or both sides of the base film;
An insulating protective layer formed on the wiring layer;
A plastic deformation layer provided on the outermost surface on at least one side of the base film,
The plastic deformation layer is a flexible circuit board having a plurality of hole groups arranged in a line constituting a bent line.
前記挿入部の先端部に設けられる観察光学系と、
前記観察光学系よりも基端側に設けられる撮像素子と、
前記撮像素子及び前記撮像素子の駆動回路部品が実装され、屈曲線に沿って屈曲された状態の請求項1から8のいずれか1項記載のフレキシブル回路基板と、
を備える内視鏡。 An insertion part to be inserted inside the observation object;
An observation optical system provided at the distal end of the insertion portion;
An image sensor provided on the base end side of the observation optical system;
The flexible circuit board according to any one of claims 1 to 8, wherein the imaging element and a drive circuit component of the imaging element are mounted and bent along a bending line;
An endoscope comprising:
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- 2013-03-05 JP JP2013043377A patent/JP2014170909A/en active Pending
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