JP2015179688A - Flexible substrate and manufacturing method of flexible substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、フレキシブル基板、及び、フレキシブル基板製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a flexible substrate and a flexible substrate manufacturing method.
医療診断装置は、内蔵されるセンシング部品(電子部品)によって生体情報を取得し、医療分野で患者の診断に用いられる。例えば、超音波診断装置の超音波プローブは、フレキシブル基板に搭載される圧電素子(電子部品)によって、被検体に超音波を送波し、反射波を受波することで被検体の患部を画像化して診断に用いられている。近年では、精度の高い診断を行うために、圧電素子をマトリックス状に配列した2次元アレイの超音波プローブが用いられてきた。 A medical diagnostic apparatus acquires biological information by a built-in sensing component (electronic component) and is used for diagnosis of a patient in the medical field. For example, an ultrasonic probe of an ultrasonic diagnostic apparatus uses a piezoelectric element (electronic component) mounted on a flexible substrate to transmit an ultrasonic wave to a subject and receive a reflected wave to image an affected part of the subject. It is used for diagnosis. In recent years, in order to perform highly accurate diagnosis, a two-dimensional array of ultrasonic probes in which piezoelectric elements are arranged in a matrix has been used.
超音波プローブでは、圧電素子の数に対応してフレキシブル基板の配線を高密度化させる必要があり、そのためには基板の多層化及び配線の微細化を行っている。製造上の制約から多層化は6層程度まで、微細化はライン/スペース幅でそれぞれ10μm/30μmが下限であり、これに合わせて圧電素子の密度の上限が決まっていた。 In the ultrasonic probe, it is necessary to increase the density of the wiring of the flexible substrate in accordance with the number of piezoelectric elements. For this purpose, the substrate is multilayered and the wiring is miniaturized. Due to manufacturing restrictions, the number of layers is about 6 layers, and the minimum is 10 μm / 30 μm for the line / space width, and the upper limit of the density of the piezoelectric elements is determined accordingly.
近年、小形医療診断装置において高精度化のニーズが増えている。このため、センシング部品を高密度に搭載しながらも、製造上の制約を満たすフレキシブル基板が必要とされている。 In recent years, there has been an increasing need for high accuracy in small medical diagnostic apparatuses. For this reason, there is a need for a flexible substrate that satisfies manufacturing constraints while mounting sensing components at high density.
本発明の実施形態のフレキシブル基板は、表面に設けられ電子部品を搭載するための複数の表面電極、裏面に設けられ前記表面電極のいずれかと接続された裏面電極、内部に設けられると共に、前記表面電極と端面に設けられた端子とを接続する複数の導電層が形成されたユニット基板と、このユニット基板の裏面側に異方性導電膜を介して配置され、前記裏面電極に対向する位置に設けられた表面補助電極、内部に設けられると共に、前記表面補助電極と端面に設けられた端子とを接続する複数の導電層が形成された増設ユニット基板とを備えている。 A flexible substrate according to an embodiment of the present invention includes a plurality of front surface electrodes provided on the front surface for mounting electronic components, a rear surface electrode provided on the rear surface and connected to any one of the front surface electrodes, the inner surface, and the front surface A unit substrate on which a plurality of conductive layers that connect the electrodes and terminals provided on the end surface are formed, and is disposed on the back side of the unit substrate via an anisotropic conductive film, at a position facing the back electrode. A surface auxiliary electrode provided, and an extension unit substrate provided with a plurality of conductive layers for connecting the surface auxiliary electrode and a terminal provided on an end face are provided.
図1は第1の実施の形態に係るフレキシブル基板110が搭載された超音波プローブ(小型医療診断装置)100を模式的に示す説明図、図2はフレキシブル基板110を模式的に示す説明図、図3はフレキシブル基板110の製造工程を模式的に示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing an ultrasonic probe (small medical diagnostic apparatus) 100 on which a
超音波プローブ100は、プローブ本体101と、このプローブ本体101内に配置された複数の制御基板102と、この制御基板102に接続されたフレキシブル基板110と、フレキシブル基板110に搭載された複数の積層圧電振動子(電子部品)150とを備えている。また、図1中103はケーブル、104は制御盤を示している。
The
フレキシブル基板110は、ユニット基板120と増設ユニット基板130とが異方性導電膜140を介して積層して配置されている。
The
ユニット基板120は、ポリイミド材製の基板本体121とを備えている。基板本体121は、表面には積層圧電振動子150を搭載するための複数の表面電極122が設けられており、裏面には表面電極122に導通される裏面電極123とが設けられている。また、基板本体121は、6〜8層程度の導電層124が形成され(図2では簡略のため4層のみ表示)、その一部は表面電極122と裏面電極123とを接続し、さらに他の部分は端面側の端子125に引き出している。すなわち、表面電極122は裏面電極123あるいは端子125のいずれかに導電層124を介して接続されている。各導電層124間はスルーホール124aにより接続されている。さらに、端子125は制御基板102に接続されている。
The
上述した表面電極122、裏面電極123、端子125は例えばニッケル/金で表面めっき処理されている。また、例えば、導電層124は銅及び銅合金等の良導体である。
The
増設ユニット基板130は、ポリイミド材製の基板本体131とを備えている。基板本体131は、表面には裏面電極123に対向する位置に設けられた表面補助電極132が設けられており、裏面には表面補助電極132に導通される裏面補助電極133とが設けられている。また、基板本体131は、複数の導電層134が形成され、表面補助電極132と裏面補助電極133とを接続し、さらに端面側の補助端子135に引き出している。各導電層134間はスルーホール134aにより接続されている。補助端子135は制御基板102に接続されている。上述した表面補助電極132、裏面補助電極133、補助端子135はニッケル/金で表面めっき処理されている。また、導電層134は銅及び銅合金等の良導体である。
The
なお、増設ユニット基板130の図2中下方には、積層圧電振動子150の搭載密度に応じて、さらに増設ユニット基板130を異方性導電膜140を介して接続することができる。
Further, the
次に、上述したフレキシブル基板110の製造方法におけるユニット基板120と補助ユニット基板130とを圧着する工程について説明する。図3はパルスヒート方式熱圧着装置300を示している。パルスヒート方式熱圧着装置300は、支持台310と、この支持台310に対向配置された熱圧着ツール320とを備えている。
Next, a process of pressure bonding the
支持台310は、平滑な上面を有している。例えば、支持台310は石英で形成されている。また、別の例では、支持台310は、上面中央部に凹部311が設けられ、この凹部311にガラス材製のステージ312が嵌合されている形態でもよい。
The
熱圧着ツール320は、抵抗発熱により加熱源となるヒータツール321と、このヒータツール321の下端に設けられた平滑板材322とを備えている。ヒータツール321は、例えばスーパーインバー、超硬合金、Ti等で中空形状に形成されている。また、平滑板材322は、高精度の平滑面を有し、かつ、熱変形が少なく形成されている。例えば、平滑板材322は、AIN等のセラミック材で形成される。
The thermocompression bonding tool 320 includes a
このようなパルスヒート方式熱圧着装置300では、補助ユニット基板130、異方性導電膜140を配置し、ヒータツール321を用い、例えば80℃、1〜3秒、圧力1MPaで仮貼りを行う。次に、ユニット基板120を位置決めして積層配置し、平滑板材322を挟み、ヒータツール321を加熱すると共に下方に圧力をかけて、異方性導電膜140を溶融しながら、ユニット基板120の裏面電極123と補助ユニット基板130の表面補助電極132とを接合する。この時は、例えば150〜200℃、5〜10秒間、圧力2〜4MPaで行う。なお、図3中Qは熱圧着部を示している。
In such a pulse heat type
ここで、例えば、平滑板材322はヒータツール321に懸架され、ヒータツール321と一体化している構成でもよい。
Here, for example, the
この時、平滑板材322を挟んでいるため、ヒータツール321の平滑度がそれほど高くなくてもよい。例えば、ツール幅が13mmの時、ツール底面に凹凸差10〜15μm程度があるような場合、異方性導電膜140の接続不良を起こす虞があるが、3mm厚の平滑板材322を挟むと、凹凸差8μm以下に改善することができる。
At this time, since the
なお、ヒータツール321では、温度プロファイルを自由に設定でき、加工温度を所望の状態にすることができる。また、熱圧着後に加圧状態で冷却できるため、スプリングバック防止、サンプルの反り抑制の効果がある。また、待機中は加熱しないように設定できるため、位置合わせ時、ユニット基板等に熱ダメージを与えることが無い、というメリットがある。
In the
次に、フレキシブル基板110を用いた場合の信号の流れについて説明する。すなわち、複数の積層圧電振動子150から出力された信号は、ユニット基板120の表面電極122を介して基板本体121内の導電層124に伝達される。ここで、導電層124から一部は端子125に伝達され、制御基板102に入力される。また、端子125に接続されていない導電層124は裏面電極123に接続されており、異方性導電膜140を介して補助ユニット基板130の表面補助電極132に伝達される。表面補助電極132に伝達された信号は、導電層134を介して補助端子135あるいは裏面補助電極133に伝達される。ここで、導電層134から一部は補助端子135に伝達され、制御基板102に入力される。
Next, a signal flow when the
なお、ユニット基板120及び増設ユニット基板130は、導電層124,134がそれぞれ6〜8層設けられ、また、内部の配線が例えば40〜60μmのピッチ、20μm/40μmのライン/スペースといった微細配線となっており、製造上の制約を確保する必要がある。このため、積層圧電振動子150をさらに高密度配置する場合には、導電層の積層数及び微細配線の製造上の制約を維持するために、増設ユニット基板130をさらに増設して対応する。
The
このように構成されたフレキシブル基板110では、積層圧電振動子150が高密度配置する場合であっても、増設ユニット基板130の数を増やすことで、ユニット基板120及び増設ユニット基板130内の導電層数の増加や配線の微細化を行うことなく、制御基板102への信号の伝達を行うことができる。このため、製造上の制約を維持しつつ、超音波プローブ100の高精度化が可能となる。
In the
図4は第2の実施の形態に係るフレキシブル基板210が搭載された携帯型医療診断装置200を模式的に示す説明図、図5〜10は携帯型医療診断装置200の製造工程を模式的に示す説明図である。なお、図4中Mは、人体を示している。
FIG. 4 is an explanatory view schematically showing the portable medical
図4に示すように、携帯型医療診断装置200は、装置本体210と、この装置本体210を人体の胸部や手首等に固定するための貼付テープ290とを備えている。装置本体210は、柔軟なエラストマ材製の中空の筐体211と、この筐体211内部に収容された電装部220とを備えている。
As shown in FIG. 4, the portable medical
筐体211には、蓋部211aが設けられ、電池交換等を行うことができる。
The
電装部220は、フレキシブル基板230と、このフレキシブル基板230の表面側に搭載されたセンサ等の電子部品240及び電池241と、裏面側に搭載された心電図電極250とを備えている。
The
フレキシブル基板230は、2枚のユニット基板231,232と、これらに挟まれた異方性導電膜233とを備えている。ユニット基板231については上述したユニット基板130、ユニット基板232については上述した増設ユニット基板140と同様に構成されている。なお、フレキシブル基板230は全体として中央に10°以上の折曲部230aが形成され、補強材239が挿入されており、フレキシブル基板230は図4中左右で揺動可能に形成されている。補強材239は筐体211及びフレキシブル基板230を折曲した際にその揺動中心となる。
The
心電図電極250は、さらに人体貼付電極251に接続されており、上述した貼付テープ290の開口部から外部に露出している。
The
このように構成された携帯型医療診断装置200は、人体表面に貼着することで、人体貼付電極251から人体内部の電流等を検知することができ、この検知情報に基づいて、電子部品240により診断を行うことができる。この時、筐体211及びフレキシブル基板230は柔軟に動くため、人体の動きに追随できる。また、搭載する電子部品240の数が多い場合には、必要な導電層が多くなった場合であっても、ユニット基板232が設けられているため、フレキシブル基板230を構成するユニット基板231の導電層を柔軟さを維持可能な数に抑えることができる。なお、搭載する電子部品240の数が増えた場合には、ユニット基板232をさらに増設することで、各ユニット基板231,232における導電層の数を増やすことなく、また、内部の配線の微細化を製造上の制約を確保しながら対応することが可能となる。
The portable medical
次に、携帯型医療診断装置200の製造方法について説明する。図5に示すように、ユニット基板232上に異方性導電膜233を仮貼りする。このとき、異方性導電膜233には、あらかじめセパレータ233aが付着している。
Next, a method for manufacturing the portable medical
次に、セパレータ233aを異方性導電膜233から剥がす。そして、図6に示すように、ユニット基板231を異方性導電膜233が仮貼りされたユニット基板232の上に位置合わせし、窪部401を有するガラス製基板ステージ400上に配置する。そして、上方から凸部411を有するヒートツール410で加熱・押圧して本圧着する。この時、フレキシブル230は柔軟であるため、中央部は窪部401に陥入し、図7に示すように折曲部230aが形成される。
Next, the
次に、図8に示すように、マジックレジンプレート500上にフレキシブル基板230を載置し、電子部品240及び心電図電極250を両面リフロープレートはんだ付けにより実装し、電装部220を組み立てる。
Next, as shown in FIG. 8, the
次に、図9に示すように、金型600内に補強材239と共に電装部220を投入し、溶融ゴム(エラストマ)を注入し、筐体211を形成する。最後に、筐体211に電池241を取り付け、蓋部211aで蓋をして完成する。
Next, as shown in FIG. 9, the
本実施形態に係る携帯型医療診断装置200によれば、フレキシブル基板230に搭載する電子部品240の数が多くなった場合であっても、ユニット基板231,232における導電層の層数を一定数以上に増やすことがないため、フレキシブル基板230の柔軟性を保つことができる。また、製造上の制約を維持しつつ、携帯型医療診断装置200の高機能化が可能となる。
According to the portable medical
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
例えば、本発明では、小型医療診断装置として超音波プローブを例示したが、電子部品を搭載するフレキシブル基板を用いた装置であれば適用可能である。 For example, in the present invention, an ultrasonic probe is exemplified as a small medical diagnostic apparatus, but any apparatus using a flexible substrate on which electronic components are mounted is applicable.
100…超音波プローブ、110…フレキシブル基板、120…ユニット基板、121…基板本体、122…表面電極、123…裏面電極、124…導電層、125…端子、130…増設ユニット基板、131…基板本体、132…表面補助電極、133…裏面補助電極、134…導電層、135…補助端子、140…異方性導電膜、150…積層圧電振動子(電子部品)、200…携帯型医療診断装置、211…筐体、220…電装部、230…フレキシブル基板、231,232…ユニット基板、300…パルスヒート方式熱圧着装置、320…熱圧着ツール、321…ヒータツール、322…平滑板材。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
このユニット基板の裏面側に異方性導電膜を介して配置され、前記裏面電極に対向する位置に設けられた表面補助電極、内部に設けられると共に、前記表面補助電極と端面に設けられた端子とを接続する複数の導電層が形成された増設ユニット基板とを備えており、
前記ユニット基板と前記増設ユニット基板は、折曲部を有している
ことを特徴とするフレキシブル基板。 A plurality of front surface electrodes for mounting electronic components provided on the front surface, a back surface electrode provided on the back surface and connected to any one of the front surface electrodes, and provided on the inside, the front surface electrode and a terminal provided on the end surface A unit substrate on which a plurality of conductive layers to be connected are formed;
A surface auxiliary electrode disposed on the back side of the unit substrate via an anisotropic conductive film and provided at a position facing the back electrode, and provided inside, and a terminal provided on the surface auxiliary electrode and the end face And an extension unit board on which a plurality of conductive layers are connected.
The flexible printed circuit board, wherein the unit board and the extension unit board have a bent portion.
このユニット基板の裏面側に異方性導電膜を介して配置され、前記裏面電極に対向する位置に設けられた表面補助電極、裏面に設けられ表面補助電極のいずれかと接続された裏面補助電極、内部に設けられると共に、前記表面補助電極と端面に設けられた端子とを接続する複数の導電層が形成された増設ユニット基板とを備えており、
前記ユニット基板と前記増設ユニット基板は、折曲部を有している
ことを特徴とするフレキシブル基板。 A plurality of front surface electrodes for mounting electronic components provided on the front surface, a back surface electrode provided on the back surface and connected to any one of the front surface electrodes, and provided on the inside, the front surface electrode and a terminal provided on the end surface A unit substrate on which a plurality of conductive layers to be connected are formed;
A back surface auxiliary electrode disposed on the back surface side of this unit substrate via an anisotropic conductive film and provided at a position facing the back surface electrode, a back surface auxiliary electrode provided on the back surface and connected to any of the front surface auxiliary electrodes, And provided with an extension unit board formed with a plurality of conductive layers connecting the surface auxiliary electrode and the terminal provided on the end face,
The flexible printed circuit board, wherein the unit board and the extension unit board have a bent portion.
前記第1のユニット基板を基板ステージに設置し、
前記第1のユニット基板の表面に異方性導電膜を仮貼りし、
前記第1のユニット基板上に前記第2のユニット基板を、対応する電極を合わせて位置決めし、
前記第2のユニット基板側から凸部を有する熱圧着ツールを当接させ、前記第1のユニット基板及び前記第2のユニット基板に折曲部を形成しつつ、前記異方性導電膜を熱圧着して、前記第1のユニット基板の電極と前記第2のユニット基板の電極とを導通させる
ことを特徴とするフレキシブル基板の製造方法。 In the method for manufacturing a flexible substrate configured by laminating and arranging at least the first and second unit substrates,
Placing the first unit substrate on a substrate stage;
An anisotropic conductive film is temporarily attached to the surface of the first unit substrate,
Positioning the second unit substrate on the first unit substrate together with corresponding electrodes;
A thermocompression bonding tool having a convex portion is brought into contact with the second unit substrate side, and the anisotropic conductive film is heated while forming bent portions in the first unit substrate and the second unit substrate. A method of manufacturing a flexible substrate, wherein the electrode of the first unit substrate and the electrode of the second unit substrate are electrically connected by pressure bonding.
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