JP2017098314A

JP2017098314A - 電子機器

Info

Publication number: JP2017098314A
Application number: JP2015226172A
Authority: JP
Inventors: 充高井; Mitsuru Takai
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2017-06-01

Abstract

【課題】機能素子の特性に悪影響を及ぼすことなく曲げることが可能なフレキシブル基板を用いた電子機器を提供することを目的とする。【解決手段】本発明にかかる電子機器は、電気的に導電性を有する配線が設けられたフレキシブル基板と、フレキシブル基板の少なくとも一方の主面に搭載された素子を備え、素子は端子電極を有し、素子の端子電極とフレキシブル基板の配線とは、導電性材料を介して接合され、フレキシブル基板は、素子が搭載された領域の外において、配線と端子電極との接合部の少なくとも一部に沿って開口領域を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器に関する。

エレクトロニクス技術の高度化に伴い、電子機器及びその電子部品は高機能、長寿命であることはもちろん、小型化、軽量化および高密度実装化が求められている。
さらに近年では、人が直接身に着けるウェアラブル機器やヘルスケア機器に搭載するために、所定の曲面に湾曲することができるフレキシブルな構成が検討されている。

一方、素子が実装されたフレキシブル基板を曲げると、配線と素子の端子電極の接合部に応力がかかる。曲げが繰り返されることで、応力による接合部強度の劣化が生じ、最終的には素子がフレキシブル基板から脱離する問題があった。

例えば特許文献１には、絶縁フィルム層に折り曲げ用の溝をレーザにより形成することで、折り曲げ耐性の低下が無いフレキシブル基板を作製する技術が開示されている。

さらに、特許文献２には基板が機能素子の形成領域から離間した位置で分割され、且つ可撓性膜材で連結された複数のブロック体を有する構造が開示されている。

特開２００７−２２７５２０号公報特開２００７−１５０１４０号公報

しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。
特許文献１に開示されている上記技術では、素子および接合部分への応力を低減することは困難であった。

また、特許文献２に開示されている上記技術では、電子部品を個々のブロック体に分離して形成する必要があるために製造効率が低かった。

本発明は上記従来の課題を解決するためになされたもので、機能素子の特性に悪影響を及ぼすことなく曲げることが可能な電子機器を提供することを目的とする。

本発明にかかる電子機器は、電気的に導電性を有する配線が設けられたフレキシブル基板と、フレキシブル基板の少なくとも一方の主面に搭載された素子を備え、素子は端子電極を有し、素子の端子電極とフレキシブル基板の配線とは、導電性材料を介して接合され、フレキシブル基板は、素子が搭載された領域の外において、配線と端子電極との接合部の少なくとも一部に沿って開口領域を有することを特徴とする。

かかる構成によれば、接合部の少なくとも一部に沿ってフレキシブル基板に開口を設けることで、接合部とフレキシブル基板を物理的に分離することが可能になり、曲げが繰り返されても、接合部にかかる応力を大幅に緩和することができると考えられる。

前記開口領域は、端子電極の両端を結ぶ方向に複数の開口を有することが好ましい。

かかる構成によれば、端子電極の両端を結ぶ方向に複数の開口を有することで、接合部にかかる応力を大幅に緩和することができると共に、フレキシブル基板自体の強度低下を抑制することができる。

前記開口領域は、端子電極の両端を結ぶ方向と直交する方向に複数の開口を有することが好ましい。

かかる構成によれば、端子電極の両端を結ぶ方向と直交する方向に複数の開口を有することで、接合部にかかる応力を大幅に緩和することができると共に、フレキシブル基板自体の強度低下を抑制することができる。

前記開口領域は、端子電極の両端を結ぶ方向、および電極の両端を結ぶ方向と直交する方向に複数の開口を有することが好ましい。

かかる構成によれば、接合部にかかる応力を大幅に緩和することができると共に、フレキシブル基板自体の強度低下を、さらに抑制することができる。

前記フレキシブル基板は、素子が搭載された領域の外において、素子の外周に沿って開口領域を有することが好ましい。

かかる構成によれば、素子の外周に沿って開口領域を有することで、接合部とフレキシブル基板を物理的に分離することが可能になり、端子電極の両端を結ぶ方向、および電極の両端を結ぶ方向と直交する方向に曲げが繰り返されても、接合部にかかる応力を大幅に緩和することができる。

前記素子は、正極活物質と負極活物質の間に固体電解質を有する二次電池であることが好ましい。

かかる構成によれば、電気的に直列接続、並列接続、もしくは直並列接続されていることで、所望の電気性能を発現する電子機器を構成することが出来る。

前記二次電池は、電気的に直列接続、並列接続、もしくは直並列接続されていることが好ましい。

本発明によれば、機能素子の特性に悪影響を及ぼすことなく曲げることが可能な電子機器を提供することが可能になる。

図１は、本電子機器の実施形態１を示す構成図である。図２は、図１の模式平面図におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。図３は、本電子機器の実施形態２を示す構成図である。図４は、本電子機器の実施形態３を示す構成図である。図５は、本電子機器の実施形態４を示す構成図である。図６は、本電子機器の実施形態５を示す構成図である。図７は、本電子機器の実施形態６を示す構成図である。図８は、本電子機器の実施形態７を示す構成図である。図９は、本電子機器の実施形態８を示す構成図である。図１０は、二次電池を示す構成図である。

図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。

＜実施形態１＞
図１は、本電子機器の実施形態１を示す構成図である。本実施形態のフレキシブル基板を備えた電子機器１００は、電気的に導電性を有する配線１０２が設けられたフレキシブル基板１０１と、フレキシブル基板１０１の少なくとも一方の主面に搭載された素１０３子とを、備え、素子１０３は端子電極１０４を有し、素子１０３の端子電極１０４とフレキシブル基板１０１の配線１０２とは、導電性材料を介して接合される。

フレキシブル基板１０１は、素子１０３が搭載された領域の外において、配線１０２と端子電極１０４との接合部１０５の少なくとも一部に沿って開口領域１０６を有する。
ここで開口領域１０６とは、フレキシブル基板１０１を貫通する１個または複数の穴が存在する領域を示す総称であり、開口領域１０６内の個別の穴を開口１０７と定義する。

図２に、図１の模式平面図におけるＡ−Ａ線矢視断面図２００を示す。
開口１０７はフレキシブル基板１０１を貫通するように設けられ、フレキシブル基板１０１が湾曲する際に接合部１０５にかかる応力の影響を抑制する働きをする。開口１０７は、穴、スリット、切込みなど物理的に分離されていれば良く、穴の形状や製法は特に限定されない。

フレキシブル基板１０１は、絶縁体基材に薄く柔軟性のある材料から構成され、機器に組み込む際の自由度が高く、小型の電子機器などに使われている。厚み数十ミクロン程度のフィルム状絶縁体上に接着層を形成し、さらに接着層上に厚み数十ミクロン程度の導体パターンを形成した構造が一般的である。フレキシブル基板の材質は、絶縁体としてカバーレイと呼ばれるポリイミド膜、或いはフォトソルダーレジスト膜、そして導体パターンには銅を用いる。

フレキシブル基板１０１上の配線１０２は、電気伝導体の性質を持つ素材を線状に細長く配設したものである。回路設計に基づいて素子１０３間を接続するための導体パターンを絶縁体基材の表面、または表面とその内部に設ける。

導電性材料としては、電気伝導率の高い金属材料が好ましく、一般的には金、銀、銅、鉛、亜鉛、錫、鉄、アルミなどから選択される。

フレキシブル基板１０１上の配線１０２と素子１０３の端子電極１０４とは、導電性材料を用いて接合部１０５にて電気的に接合される。接合の手法は特に限定されないが、はんだ付け、ろう付け、溶接、ダイボンディング、圧着などが好ましく用いられる。

電気的接合手法としては、素子、電子部品の小型化・高密度実装化の進展に伴い、はんだリフロー方式が好ましく用いられている。はんだリフロー方式は、フレキシブル基板上にはんだペーストを印刷し、その上に素子を載せてから熱を加えてはんだを溶かす方法である。加熱方法には、赤外線式や熱風式などがある。

実装する素子、電子部品は特に限定されないが、小型、高密度実装化を目的としたチップ型の抵抗器、コンデンサ、積層コンデンサ、インダクタ、二次電池、固体電池などが主に用いられる。

本実施形態のフレキシブル基板１０１を備えた電子機器に用いる、正極活物質４０１と負極活物質４０２の間に固体電解質４０３を有する二次電池４００の代表的構成を図１０に示す。
二次電池４００は正極活物質４０１、負極活物質４０２、固体電解質４０３によって構成される。正極と負極の間をリチウムイオンが移動して吸蔵、脱離反応が行われることで充電や放電が可能となる。

本実施形態の二次電池４００を構成する正極活物質４０１及び負極活物質４０２としては、リチウムイオンを効率よく放出、吸蔵する材料を用いるのが好ましい。例えば、遷移金属酸化物、遷移金属複合酸化物を用いるのが好ましい。具体的には、リチウムマンガン複合酸化物Ｌｉ_２Ｍｎ_ｘ３Ｍａ_１−ｘ３Ｏ_３（０．８≦ｘ３≦１、Ｍａ＝Ｃｏ、Ｎｉ）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、リチウムマンガンスピネル（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、及び、一般式：ＬｉＮｉ_ｘ４Ｃｏ_ｙ４Ｍｎ_ｚ４Ｏ_２（ｘ４＋ｙ４＋ｚ４＝１、０≦ｘ４≦１、０≦ｙ４≦１、０≦ｚ４≦１）で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物（ＬｉＶ_２Ｏ_５）、オリビン型ＬｉＭｂＰＯ_４（ただし、Ｍｂは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒより選ばれる１種類以上の元素）、リン酸バナジウムリチウム（Ｌｉ_３Ｖ_２（ＰＯ_４）_３又はＬｉＶＯＰＯ_４）、Ｌｉ過剰系固溶体正極Ｌｉ_２ＭｎＯ_３−ＬｉＭｃＯ_２（Ｍｃ＝Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ）、チタン酸リチウム（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）、ＬｉａＮｉ_ｘ５Ｃｏ_ｙ５Ａｌ_ｚ５Ｏ_２（０．９＜ａ＜１．３、０．９＜ｘ５＋ｙ５＋ｚ５＜１．１）で表される複合金属酸化物のいずれかであることが好ましい。

本実施形態を構成する固体電解質４０３としては、電子の伝導性が小さく、リチウムイオンの伝導性が高い材料を用いるのが好ましい。また、大気雰囲気で高温焼成できる無機材料であることが好ましい。例えば、Ｌａ_０．５Ｌｉ_０．５ＴｉＯ_３などのペロブスカイト型化合物や、Ｌｉ_１４Ｚｎ（ＧｅＯ_４）_４などのリシコン型化合物、Ｌｉ_７Ｌａ_３Ｚｒ_２Ｏ_１２などのガーネット型化合物、Ｌｉ_１．３Ａｌ_０．３Ｔｉ_１．７（ＰＯ_４）_３やＬｉ_１．５Ａｌ_０．５Ｇｅ_１．５（ＰＯ_４）_３などのナシコン型化合物、Ｌｉ_３．２５Ｇｅ_０．２５Ｐ_０．７５Ｓ_４やＬｉ_３ＰＳ_４などのチオリシコン型化合物、Ｌｉ_２Ｓ−Ｐ_２Ｓ_５やＬｉ_２Ｏ−Ｖ_２Ｏ_５−ＳｉＯ_２などのガラス化合物、Ｌｉ_３ＰＯ_４やＬｉ_３．５Ｓｉ_０．５Ｐ_０．５Ｏ_４やＬｉ_２．９ＰＯ_３．３Ｎ０．_４６などのリン酸化合物、よりなる群から選択される少なくとも１種であることが望ましい。

＜実施形態２＞
図３は、本電子機器の実施形態２を示す電子機器３００の構成図である。ここで、素子１０３の両端の端子電極１０４を結ぶ方向を１０８方向、素子１０３の両端の端子電極１０４を結ぶ方向と直交する方向を１０９方向と定義する。

電子機器３００は、素子１０３の両端の端子電極１０４を結ぶ方向を１０８方向に複数の開口１０７を有する。開口１０７の大きさは特に限定されない。開口１０７の形状、面積は同一であっても良く、さらに異なる形状、面積の開口１０７が組み合わされていても良い。

＜実施形態３＞
図４は、本電子機器の実施形態３を示す電子機器３１０の構成図である。電子機器３１０は、素子１０３の両端の端子電極１０４を結ぶ方向と直交する方向を１０９方向に複数の開口１０７を有する。開口１０７の形状、面積、それらの組み合わせが限定されないことは同様である。

＜実施形態４＞
図５は、本電子機器の実施形態４を示す電子機器３２０の構成図である。電子機器３２０は、素子１０３の端子電極１０４の両端を結ぶ方向１０８、および素子１０３の端子電極１０４の両端を結ぶ方向と直交する方向１０９に複数の開口１０７を有する。開口１０７の形状、面積、それらの組み合わせが限定されないことは同様である。

＜実施形態５＞
図６は、本電子機器の実施形態５を示す電子機器３３０の構成図である。電子機器３３０は、素子１０３の端子電極１０４の両端を結ぶ方向１０８に接合部１０５を挟んで複数の開口１０７を有する。開口１０７の形状、面積、それらの組み合わせが限定されないことは同様である。

＜実施形態６＞
図７は、本電子機器の実施形態６を示す電子機器３４０の構成図である。電子機器３４０は、素子１０３が搭載された領域の外において、素子１０３の外周に沿って開口領域１０６を有する。図７の電子機器３４０は、素子１０３の周囲４辺をそれぞれ１個の開口１０７が囲んでいる場合を図示したが、開口１０７がそれぞれ複数配置されても良い。開口１０７の形状、面積、それらの組み合わせが限定されないことは同様である。

＜実施形態７＞
図８は、本電子機器の実施形態７を示す電子機器３５０の構成図である。電子機器３５０は、素子１０３が搭載された領域の外において、素子１０３の外周に沿って開口領域１０６を有する。図８の電子機器３５０は、素子１０３の周囲４辺を開口１０７が囲んでおり、かつ１辺の一部でフレキシブル基板１０１または配線１０２に接続している。開口１０７の形状、面積、それらの組み合わせが限定されないことは同様である。

＜実施形態８＞
図９は、本電子機器の実施形態８を示す電子機器３６０の構成図である。電子機器３６０は、素子１０３が搭載された領域の外において、素子１０３の外周に沿って開口領域１０６を有する。図９の電子機器３６０は、端子電極１０４がそれぞれ４個および６個の場合を図示したが、端子電極の個数は限定されない。開口１０７の形状、面積、それらの組み合わせが限定されないことは同様である。

図１０に、正極活物質４０１と負極活物質４０２の間に固体電解質４０３を有する二次電池４００を示す。なお、図示はしていないが通常正極活物質４０１には正の端子電極、負極活物質４０２には負の端子電極が接続されている。電子機器１００は、電気的に導電性を有する配線１０２が設けられたフレキシブル基板１０１と、フレキシブル基板の少なくとも一方の主面に設けられた素子１０３を備え、素子１０３は、正極活物質４０１と負極活物質４０２の間に固体電解質４０３を有する二次電池４００であることを特徴とする。

さらに電子機器１００は、素子１０３は、正極活物質４０１と負極活物質４０２の間に固体電解質４０３を有する二次電池４００であり、二次電池４００は、電気的に直列接続、並列接続、もしくは直並列接続されていることを特徴とする。

１００実施形態１を示す電子機器
１０１フレキシブル基板
１０２配線
１０３素子
１０４端子電極
１０５接合部
１０６開口領域
１０７開口
１０８素子両端の端子電極を結ぶ方向
１０９素子両端の端子電極を結ぶ方向と直交する方向
２００図１の模式平面図における、Ａ−Ａ線矢視断面図
３００実施形態２を示す電子機器
３１０実施形態３を示す電子機器
３２０実施形態４を示す電子機器
３３０実施形態５を示す電子機器
３４０実施形態６を示す電子機器
３５０実施形態７を示す電子機器
３６０実施形態８を示す電子機器
４００リチウムイオン二次電池
４０１正極活物質
４０２負極活物質
４０３固体電解質

Claims

電気的に導電性を有する配線が設けられたフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板の少なくとも一方の主面に搭載された素子を備え、
前記素子は端子電極を有し、
前記素子の前記端子電極と前記フレキシブル基板の配線とは、導電性材料を介して接合され、
前記フレキシブル基板は、素子が搭載された領域の外において、配線と端子電極との接合部の少なくとも一部に沿って開口領域を有することを特徴とする電子機器。
前記開口領域は、前記端子電極の両端を結ぶ方向に複数の開口を有することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
前記開口領域は、前記端子電極の両端を結ぶ方向と直交する方向に複数の開口を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器。
前記開口領域は、前記端子電極の両端を結ぶ方向、および前記端子電極の両端を結ぶ方向と直交する方向に複数の開口を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子機器。
前記開口領域は、前記端子電極の両端を結ぶ方向に前記接合部を挟んで複数の開口を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子機器。
前記フレキシブル基板は、前記素子が搭載された領域の外において、素子の外周に沿って開口領域を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電子機器。
前記素子は、正極活物質と負極活物質の間に固体電解質を有する二次電池であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子機器。
前記二次電池は、電気的に直列接続、並列接続、もしくは直並列接続されていることを特徴とする請求項7に記載の電子機器。