JP2016076531A - 弾性ウェアラブルフレキシブル基板、及び弾性ウェアラブル複合モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で、ウェアラブル端末等に適用可能な伸縮性及び耐衝撃性に優れ、信頼性の高い複合モジュールを提供する。
【解決方法】エラストマーからなるウェアラブル筐体と、前記ウェアラブル筐体の主面上に配設された配線層と、前記配線層と電気的に接続された導電性パッドと、前記導電性パッド上に配設されたゴム弾性及び導電性を有する層間接続体と、主面側に電子部品が実装された配線基板とを具え、前記配線基板は前記層間接続体に対して押圧され、前記ウェアラブル筐体の配線層と前記配線基板とが電気的に接続されるようにして、弾性ウェアラブル複合モジュールを製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヘルスケア分野やスポーツ分野等において使用可能なウェアラブル端末等として適用可能な弾性ウェアラブルフレキシブル基板、及び弾性ウェアラブル複合モジュールに関する。

近年の電子機器の高性能化・小型化の流れの中、回路部品の高密度、高機能化が一層求められている。

高機能化の一例としては、液晶ディスプレイやプロセッサ、メモリ等から構成される本体部と、当該本体部を装着対象に固定するためのバンド部とを備えたウェアラブル端末等の開発がなされている。

このようなウェアラブル端末等においては、例えばバンドにおいて本体部に電気的に接続されたＩＣソケットを配設し、当該ＩＣソケットに必要に応じて増設メモリ、ロジックメモリ、バッテリー、超小型ハードディスク、コプロセッサ、無線用アンテナ等の任意のデバイスを装着可能にし、増設機器等によって、構成要素や機能の増強、変更、多様化を、端末を大型化することなく実現することなどが試みられている（特許文献１）。

しかしながら、このような技術では、構成要素や機能の増強、変更及び多様化のために、バンド部にＩＣソケットを配設し、当該ＩＣソケットに目的に応じた各種デバイスを配設することになる。ＩＣソケットの配設は装置全体を複雑化してしまうため、上記端末のコスト増になってしまうという問題がある。また、ＩＣソケットはリジッドであるため、伸縮性や耐衝撃性に劣るという問題がある。

一方、水性ポリウレタン分散液と導電粒子を混合して導電性ペーストを得、次いで、当該導電性ペーストを例えば伸長させた状態の伸縮性基板に塗布し、乾燥させて、伸縮性配線を有する導電部材を製造する技術が開示されている（特許文献２）。

しかしながら、上記技術は伸縮可能なフレキシブル配線の製造に関するものであって、部品等を接続するためのランドや導電性バンプの形成方法に関する開示はない。したがって、モジュールのフレキシブル性を保持した状態で、配線とランドあるいは導電性バンプと電気的に接続するための技術については何ら開示していない。

このように現状においては、簡易な構造で、ウェアラブル端末等に適用可能な伸縮性及び耐衝撃性に優れ、信頼性の高い複合モジュールは得られていない。

特開２０００-２５９５７７号 特開２０１２−５４１９２号

本発明は、簡易な構造で、ウェアラブル端末等に適用可能な伸縮性及び耐衝撃性に優れ、信頼性の高い複合モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、
エラストマーからなるウェアラブル筐体と、
前記ウェアラブル筐体の主面上に配設された配線層と、
前記配線層と電気的に接続された導電性パッドと、
前記導電性パッド上に配設されたゴム弾性及び導電性を有する層間接続体と、
を具えることを特徴とする、弾性ウェアラブルフレキシブル基板に関する。

また、本発明は、
エラストマーからなるウェアラブル筐体と、
前記ウェアラブル筐体の主面上に配設された配線層と、
前記配線層と電気的に接続された導電性パッドと、
前記導電性パッド上に配設されたゴム弾性及び導電性を有する層間接続体と、
主面側に電子部品が実装された配線基板とを具え、
前記配線基板は前記層間接続体に対して押圧され、前記ウェアラブル筐体の配線層と前記配線基板とが電気的に接続されていることを特徴とする、弾性ウェアラブル複合モジュールに関する。

本発明によれば、エラストマーからなるウェアラブル筐体と、このウェアラブル筐体の主面上に配設された配線層と、この配線層と電気的に接続された導電性パッドと、この導電性パッド上に配設されたゴム弾性及び導電性を有する層間接続体とを有する弾性ウェアラブルフレキシブル基板を得（製造）、また、主面側に電子部品が実装された配線基板を準備するようにしている。そして、当該配線基板を弾性ウェアラブルフレキシブル基板の層間接続体に対して押圧し、配線基板を弾性ウェアラブルフレキシブル基板の配線層、すなわち弾性ウェアラブルフレキシブル基板（ウェアラブル筐体）に対して電気的に接続するようにしている。

層間接続体はゴム弾性及び導電性を有し、当該ゴム弾性によって伸縮性及び耐衝撃性を示すようになる。したがって、弾性ウェアラブルフレキシブル基板（ウェアラブル筐体）が変形した場合においても、配線基板が層間接続体を押圧する状態は保持され、配線基板と弾性ウェアラブルフレキシブル基板との電気的接続は担保されるようになる。

結果として、ヘルスケア分野やスポーツ分野等において使用可能なウェアラブル端末等として適用可能な伸縮性及び耐衝撃性に優れ、信頼性の高い弾性ウェアラブル複合モジュールを得ることができる。

なお、本発明におけるエラストマーとは、用途に応じて汎用の熱硬化性エラストマー、熱可塑性エラストマーから任意に選択することができる。

また、本発明における“ゴム弾性”とは、１０^−２ＧＰａ〜１０^−１ＧＰａのオーダのゴム弾性における一般的な弾性率の範囲にある場合を意味する。また、“導電性”とは、導電性接着剤として汎用されている１０^−３Ω・ｃｍ〜１０^−５Ω・ｃｍのオーダの体積抵抗の範囲にある場合を意味する。

以上、本発明によれば、簡易な構造で、ウェアラブル端末等に適用可能な伸縮性及び耐衝撃性に優れ、信頼性の高い複合モジュールを提供することができる。

実施形態の弾性ウェアラブルフレキシブル基板の概略構成を示す断面図である。 実施形態の配線基板の概略構成を示す斜視図である。 図２に示す配線基板のＩ−Ｉ線に沿って切った場合の断面図である。 実施形態の弾性ウェアラブル複合モジュールの概略構成を示す斜視図である。 図１に示す弾性ウェアラブルフレキシブル基板と図２及び図３に示す配線基板との接続状態を示す断面図である。

以下、本発明の具体的特徴について、発明を実施するための形態に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の弾性ウェアラブルフレキシブル基板を示す斜視図である。なお、図１においては、弾性ウェアラブルフレキシブル基板の特徴を明確にすべく、その一部を拡大して示している。弾性ウェアラブルフレキシブル基板の大きさ、すなわち、長さ及び幅等は、その用途に応じて、任意の大きさに設定することができる。

図１に示す弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０は、エラストマーからなるウェアラブル筐体１１と、ウェアラブル筐体１１の主面上に配設された配線層１２と、配線層１２と電気的に接続された導電性パッド１３と、導電性パッド１３上に配設されたゴム弾性及び導電性を有する層間接続体（バンプ）１４とを具える。

なお、ウェアラブル筐体１１は、以下に説明するように配線基板を収納するための溝部１１Ａが形成されたウェアラブル筐体本体部１１１と、このウェアラブル筐体本体部１１１の下部と接合されたウェアラブル筐体バンド部１１２とからなる。

また、図１から明らかなように、本実施形態の弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０においては、ウェアラブル筐体本体部１１１に形成された溝部１１Ａ内に導電性パッド１３及び層間接続体（バンプ）１４が形成されており、ウェアラブル筐体本体部１１１の下部に結合したウェアラブル筐体バンド部１１２の主面上において配線層１２が形成されており、配線層１２は溝部１１Ａの底面まで延在して、当該配線層１２はウェアラブル筐体本体部１１１内に配設された導電性パッド１３に電気的に接続されている。

ウェアラブル筐体１１を構成するエラストマーは、用途に応じて熱硬化性エラストマー、熱可塑性エラストマー等から構成することができる。

熱硬化性エラストマーとしては、天然ゴム、合成ゴムの他、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどを例示することができる。

熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系、オレフィン系、塩ビ系、ウレタン系、アミド系のエラストマーを例示することができる。これらのエラストマーは、種々のものが市販されており、これら市販されているものから必要に応じて適宜選択して用いることができる。

配線層１２及び導電性パッド１３は、例えば金、銀、銅、アルミニウムなどの電気的良導体から構成する。

なお、本実施形態における弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０の配線層１２は、ウェアラブル筐体バンド部１１２において波状に形成されているが、これはウェアラブル筐体バンド部１１２、すなわち弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０を使用した際に、バンド部１１２、すなわち基板１０が伸長した際において、当該バンド部１１２（基板１０）の伸長に応じて配線層１２が変形して伸長し、配線層１２が切断してしまうのを抑制するためである。

層間接続体（バンプ）１４は、ゴム弾性及び導電性を有することが必要であり、本実施形態で、“ゴム弾性”とは、１０^−２ＧＰａ〜１０^−１ＧＰａのオーダのゴム弾性における一般的な弾性率の範囲にある場合を意味する。また、“導電性”とは、導電性接着剤として汎用されている１０^−３Ω・ｃｍ〜１０^−５Ω・ｃｍのオーダの体積抵抗の範囲にある場合を意味する。

好ましくは、層間接続体（バンプ）１４は、金、銀、銅、ニッケル、及びカーボンからなる群より選ばれる少なくとも一つの導電性粒子を含有した、少なくともアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれかを含有するペーストからなり、弾性率が１０^−２ＧＰａ〜１０^−１ＧＰａである。このような材料の具体例としては、セメダイン社製の一液低温硬化形フレキシブル導電性接着剤、ＳＸ−ＥＣＡシリーズ、スリーボンド社製の導電性樹脂ＴＢ３３０３Ｇ（ＮＥＯ）及びアサヒ化学研究所社製の高柔軟性銀ペーストＳＷ１６００Ｃなどを挙げることができる。

本実施形態によれば、エラストマーからなるウェアラブル筐体１１と、このウェアラブル筐体１１の主面上に配設された配線層１２と、この配線層１２と電気的に接続された導電性パッド１３と、この導電性パッド１３上に配設されたゴム弾性及び導電性を有する層間接続体（バンプ）１４とを有する弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０を得ている。

したがって、後に、主面側に電子部品が実装された配線基板を準備し、この配線基板を弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０に装着して弾性ウェアラブル複合モジュールを製造する際に、配線基板を弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０の層間接続体（バンプ）１４に対して押圧し、配線基板を弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０の配線層１２、すなわち弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０（ウェアラブル筐体１１）に対して電気的に接続すれば、層間接続体（バンプ）１４はゴム弾性及び導電性を有し、当該ゴム弾性によって伸縮性及び耐衝撃性を示すので、弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０が変形した場合においても、配線基板が層間接続体（バンプ）１４を押圧する状態は保持され、配線基板と弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０（ウェアラブル筐体１１）との電気的接続は担保されるようになる。

結果として、ヘルスケア分野やスポーツ分野等において使用可能なウェアラブル端末等として適用可能な伸縮性及び耐衝撃性に優れ、信頼性の高い弾性ウェアラブル複合モジュールを得ることができる。

なお、本実施形態においては、配線層１２を層間接続体（バンプ）１４と同じゴム弾性及び導電性を有する材料から構成することもできる。この場合は、図１に示すように、配線層１２を波状に形成せずに直線状に形成したとしても、ウェアラブル筐体バンド部１１２、すなわち弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０を使用した際に、バンド部１１２、すなわち基板１０が伸長した際において、当該バンド部１１２（基板１０）の伸長に応じて配線層１２も伸長するようになるので、配線層１２が切断してしまうことがない。

（第２の実施形態）
図２及び図３は、本実施形態の弾性ウェアラブル複合モジュールに使用する配線基板の斜視図及び断面図であり、図４は、本実施形態の弾性ウェアラブル複合モジュールの概略構成を示す斜視図である。図５は、図１に示す弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０と図２及び図３に示す配線基板との接続状態を示す断面図である。

なお、図３に示す断面図は、図２に示す斜視図のＩ−Ｉ線に沿って切った場合の断面図である。

また、図４においては、弾性ウェアラブル複合モジュールの特徴を明確にすべく、その一部を拡大して示している。弾性ウェアラブル複合モジュールの大きさ、すなわち、長さ及び幅等は、その用途に応じて、任意の大きさに設定することができる。

配線基板２０は、基板２１と、基板２１の主面２１Ａ及び裏面２１Ｂに配設された配線層２２，２３とを有している。そして、主面２１Ａ側に配設された配線層２２上に電子部品２６，２７が実装されている。なお、配線層２２，２３は、基板２１を貫通するようにして配設された内部配線層２４によって電気的に接続されている。

配線基板２０を構成する基板２１は、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂及び（ガラスエポキシ複合体などの材料から構成することができる。

配線基板２０を構成する配線層２２，２３は、例えば金、銀、銅、アルミニウムなどの電気的良導体から構成する。

配線基板２０における電子部品２６，２７は、ＩＣなどの能動素子の他、抵抗、コンデンサ、インダクタなどの受動素子等から構成することができる。なお、これら電子部品２６，２７の実装は、はんだなどを用いた実装の他、フリップチップ接合などの技術を用いることもできる。

なお、本実施形態では、配線基板２０に実装された電子部品の数を２としているが、必要に応じて任意の数とすることができる。例えば、ＩＣやコンデンサ等を単独で実装することもできるし、ＩＣ、コンデンサ、インダクタ等を３以上実装することもできる。

本実施形態の弾性ウェアラブル複合モジュール３０を製造するに際しては、図２及び図３に示す配線基板２０を、図４に示すように、弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０のウェアラブル筐体本体部１１１に形成した溝部１１Ａ内に収納し、その後、溝部１１Ａの四隅に配設された固定治具１１Ｂによって、配線基板２０を溝部１１Ａ内に固定する。

この際、図５に示すように、配線基板２０を弾性ウェアラブル筐体１１、すなわち弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０に電気的に接続するには、配線基板２０が弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０、すなわち弾性ウェアラブル筐体１１の本体部１１１の溝部１１Ａ内に配設された層間接続体（バンプ）１４に対して押圧され、その頂部が、配線基板２０の基板２１の裏面２１Ｂ側に形成された配線層２３と接触し、その結果、配線基板２０が層間接続体（バンプ）１４と電気的に接続されていることが必要である。

なお、層間接続体（バンプ）１４を配線基板２０で押圧する度合は、例えば層間接続体（バンプ）１４の頂部が配線基板２０によって平坦化する程度にまで行う。

以上説明したように、本実施形態によれば、エラストマーからなるウェアラブル筐体１１と、このウェアラブル筐体１１の主面上に配設された配線層１２と、この配線層１２と電気的に接続された導電性パッド１３と、導電性パッド１３上に配設されたゴム弾性及び導電性を有する層間接続体（バンプ）１４とを有する弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０を得（製造）、また、主面２１Ａ側に電子部品２６，２７が実装された配線基板２０を準備するようにしている。そして、配線基板２０を弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０の層間接続体（バンプ）１４に対して押圧し、配線基板２０を弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０の配線層１２、すなわち弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０（ウェアラブル筐体１１）に対して電気的に接続するようにしている。

層間接続体（バンプ）１４はゴム弾性及び導電性を有し、当該ゴム弾性によって伸縮性及び耐衝撃性を示すようになる。したがって、弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０が変形した場合においても、配線基板２０が層間接続体（バンプ）１４を押圧する状態は保持され、配線基板２０と弾性ウェアラブルフレキシブル基板１０（ウェアラブル筐体１１）との電気的接続は担保されるようになる。

結果として、ヘルスケア分野やスポーツ分野等において使用可能なウェアラブル端末等として適用可能な伸縮性及び耐衝撃性に優れ、信頼性の高い弾性ウェアラブル複合モジュール３０を得ることができる。

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。

１０ 弾性ウェアラブルフレキシブル基板
１１ 弾性ウェアラブル筐体
１１１ 弾性ウェアラブル筐体の本体部
１１２ 弾性ウェアラブル筐体のバンド部
１２ 配線層
１３ 導電性パッド
１４ 層間接続体（バンプ）
２０ 配線基板
２１ 基板
２２，２３ 配線層
２４ 内部配線層
２６，２７ 電子部品
３０ 弾性ウェアラブル複合モジュール

Claims (4)

1. エラストマーからなるウェアラブル筐体と、
   前記ウェアラブル筐体の主面上に配設された配線層と、
   前記配線層と電気的に接続された導電性パッドと、
   前記導電性パッド上に配設されたゴム弾性及び導電性を有する層間接続体と、
   を具えることを特徴とする、弾性ウェアラブルフレキシブル基板。
2. 前記層間接続体は、金、銀、銅、ニッケル、及びカーボンからなる群より選ばれる少なくとも一つの導電性粒子を含有した、少なくともアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれかを含有するペーストからなり、弾性率が１０^−２ＧＰａ〜１０^−１ＧＰａであることを特徴とする、請求項１に記載の弾性ウェアラブルフレキシブル基板。
3. エラストマーからなるウェアラブル筐体と、
   前記ウェアラブル筐体の主面上に配設された配線層と、
   前記配線層と電気的に接続された導電性パッドと、
   前記導電性パッド上に配設されたゴム弾性及び導電性を有する層間接続体と、
   主面側に電子部品が実装された配線基板とを具え、
   前記配線基板は前記層間接続体に対して押圧され、前記ウェアラブル筐体の配線層と前記配線基板とが電気的に接続されていることを特徴とする、弾性ウェアラブル複合モジュール。
4. 前記層間接続体は、金、銀、銅、ニッケル、及びカーボンからなる群より選ばれる少なくとも一つの導電性粒子を含有した、少なくともアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれかを含有するペーストからなり、弾性率が１０^−２ＧＰａ〜１０^−１ＧＰａであることを特徴とする、請求項３に記載の弾性ウェアラブル複合モジュール。

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