JP2020123705A - 配線基板及び配線基板の製造方法 - Google Patents

配線基板及び配線基板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】予め伸長させた状態の基材に回路を設けると、配線基板に破損などの不具合が生じ易くなってしまうことを効果的に解決する配線基板を提供する。【解決手段】配線基板において、第1面21及び第1面21の反対側に位置する第2面22を含む基材20は、第1の弾性係数を有する伸縮部Yと、基材20の第1面21の面内方向に伸縮部Yと隣接し且つ第1の弾性係数よりも大きい第2の弾性係数を有する固定部Xと、を備え、基材20の伸縮部Yの第1面側に位置する配線52と、基材20の固定部Xの第1面側に位置し、配線52に接続された接続用電極51と、を備える。配線52は、基材20の伸縮部Yの第1面側において、基材20の第1面21の法線方向に沿って見た場合に、基材20の第1面21の面内方向に沿って並ぶ複数の山部53・54及び谷部55,56を含む蛇腹形状部57を有する。【選択図】図8

Description

本開示の実施形態は、基材と、基材の第1面側に位置する電子部品及び配線とを備える配線基板に関する。また、本開示の実施形態は、配線基板の製造方法に関する。
近年、伸縮性などの変形性を有する電子デバイスの研究がおこなわれている。例えば特許文献1は、基材と、基材に設けられた配線と、を備え、伸縮性を有する配線基板を開示している。特許文献1においては、予め伸長させた状態の基材に回路を設け、回路を形成した後に基材を弛緩させる、という製造方法を採用している。特許文献1は、基材の伸長状態及び弛緩状態のいずれにおいても基材上の薄膜トランジスタを良好に動作させることを意図している。
特開2007−281406号公報
配線基板は、伸縮などの変形に対する耐性を有する部分だけでなく、変形に起因して破損し易い部分も含む。このため、予め伸長させた状態の基材に回路を設けると、配線基板に破損などの不具合が生じ易くなってしまう。
本開示の実施形態は、このような課題を効果的に解決し得る配線基板及び配線基板の製造方法を提供することを目的とする。
本開示の一実施形態に係る配線基板は、第1面及び前記第1面の反対側に位置する第2面を含む基材であって、第1の弾性係数を有する伸縮部と、基材の前記第1面の面内方向に前記伸縮部と隣接し且つ前記第1の弾性係数よりも大きい第2の弾性係数を有する固定部と、を備えた基材と、前記基材の前記伸縮部の前記第1面側に位置する配線と、前記基材の前記固定部の前記第1面側に位置し、前記配線に接続された接続用電極と、を備え、前記配線は、前記基材の前記伸縮部の前記第1面側において、前記基材の前記第1面の法線方向に沿って見た場合に、前記基材の前記第1面の面内方向に沿って並ぶ複数の山部及び谷部を含む蛇腹形状部を有する。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記接続用電極は、前記配線基板に搭載される電子部品に接続される電極であるようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記接続用電極は、前記電子部品を前記配線基板への搭載する時に圧着治具により押圧され、若しくは、前記配線基板から前記電子部品を脱着する時に引っ張られるようになっているようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記配線は、前記基材の前記第1面の法線方向に沿って見た場合に、前記伸縮部と前記固定部との境界上を亘って、連続して前記基材の前記第1面側に位置するようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記配線の前記蛇腹形状部は、前記基材の前記第1面の法線方向に沿って見た場合に、前記固定部の表面上には設けられていないようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記配線が延在する方向において、前記配線の幅は、前記接続用電極の幅よりも小さいようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記固定部及び前記接続用電極は、前記配線基板の端部に近接して位置しているようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記基材の前記第1面側の前記伸縮部と前記固定部との境界近傍において、前記基材の前記第1面の法線方向で、前記伸縮部の表面の高さと前記固定部の表面の高さは、同じであるようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記基材の前記第1面の法線方向において、前記伸縮部の厚さと前記固定部の厚さは、同じであるようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記基材の前記第1面の法線方向において、前記伸縮部の厚さは、前記固定部の厚さよりも大きいようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、
前記固定部は、前記伸縮部と前記固定部との境界近傍において、前記配線が延在する方向に沿った断面が凹んだ凹部を有し、前記伸縮部は、前記伸縮部と前記固定部との前記境界近傍において、前記配線が延在する方向に沿った断面が突出した凸部を有し、前記伸縮部の凸部は、前記固定部の凹部に嵌め込まれているようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記伸縮部の凸部と前記固定部の凹部とを貫通し、前記伸縮部と前記固定部とを係合する係合部材を更に備えるようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記固定部は、前記伸縮部との境界面の面内方向が、前記基材の前記第1面の面内方向に対して直角になっているようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記固定部は、前記伸縮部との境界面の面内方向が、前記基材の前記第1面の面内方向に対して、鋭角になるように、傾斜しているようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記固定部は、前記伸縮部との境界面の面内方向が、前記基材の前記第1面の面内方向に対して、鈍角になるように、傾斜しているようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記伸縮部は、前記伸縮部と前記固定部との境界近傍において、前記配線が延在する方向に沿った断面が凹んだ凹部を有し、前記固定部は、前記伸縮部と前記固定部との前記境界近傍において、前記配線が延在する方向に沿った断面が突出した凸部を有し、前記固定部の凸部は、前記伸縮部の凹部に嵌め込まれているようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記配線は、前記伸縮部と前記固定部との前記境界近傍において、前記基材の前記第1面の面内方向に沿って並ぶ複数の山部及び谷部を含む追加蛇腹形状部が設けられているようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記電極と前記配線とは、同じ材料で構成されているようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記配線の前記蛇腹形状部の振幅が1μm以上であるようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記基材の前記第1面の面内方向に沿う引張応力が前記基材に加えられていない第1状態における前記配線の抵抗値を第1抵抗値と称し、前記基材に引張応力を加えて前記基材を前記第1面の面内方向において前記第1状態に比べて30%伸長させた第2状態における前記配線の抵抗値を第2抵抗値と称する場合、前記第1抵抗値に対する、前記第1抵抗値と前記第2抵抗値の差の絶対値の比率が、20%以下であるようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記配線と前記基材の前記第1面との間に位置し、前記第1の弾性係数よりも大きい第3の弾性係数を有し、前記配線を支持する支持基板を更に備えるようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記基材は、シリコーンゴムを含むようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記固定部は、金属層を含むようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記配線は、複数の導電性粒子を含むようにしてもよい。
本開示の一実施形態による配線基板において、前記基材の前記第1面側に位置し、前記配線に電気的に接続される電極を有する電子部品を更に備えるようにしてもよい。
本開示の一実施形態に係る配線基板の製造方法は、配線基板の製造方法であって、第1面及び前記第1面の反対側に位置する第2面を含む基材であって、第1の弾性係数を有する伸縮部と、基材の前記第1面の面内方向に前記伸縮部と隣接し且つ前記第1の弾性係数よりも大きい第2の弾性係数を有する固定部と、を備えた基材に引張応力を加えて、前記基材を伸長させる第1工程と、伸長した状態の前記基材の前記伸縮部の前記第1面側に配線を設けるとともに、伸長した状態の前記基材の前記固定部の前記第1面側に前記配線に接続された接続用電極を設ける、第2工程と、前記基材から前記引張応力を取り除く第3工程と、を備え、前記配線は、前記基材の前記伸縮部の前記第1面側において、前記基材の前記第1面の法線方向に沿って見た場合に、前記基材の前記第1面の面内方向に沿って並ぶ複数の山部及び谷部を含む蛇腹形状部を有する。
本開示の一実施形態による配線基板の製造方法において、第1面及び前記第1面の反対側に位置する第2面を含み、前記第1の弾性係数よりも大きい第3の弾性係数を有する支持基板を準備し、前記支持基板の前記第1面に前記配線及び前記接続用電極を設ける支持基板準備工程と、を更に備え、前記第2工程においては、伸長した状態の前記基材の前記第1面に、前記配線及び前記接続用電極が設けられた前記支持基板を、前記支持基板の前記第2面側から接合させるようにしてもよい。
本開示の実施形態によれば、基材の伸縮に起因して配線基板に不具合が生じることを抑制することができる。
実施の形態に係る配線基板を示す断面図である。 図1に示す配線基板を基材の第1面側から見た配線基板の平面を示す平面図である。 図2の配線基板を線B−Bに沿って切断した場合を示す断面図である。 実施の形態に係る配線基板を示す断面図である。 図4に示す配線基板を基材の第1面側から見た配線基板の平面を示す平面図である。 実施の形態に係る配線基板を示す断面図である。 図6に示す配線基板を基材の第1面側から見た配線基板の平面を示す平面図である。 図2に示す配線基板の配線及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。 図2に示す配線基板の配線及びその周辺の構成要素の他の例を拡大して示す断面図である。 図2に示す配線基板の配線及びその周辺の構成要素の他の例を拡大して示す断面図である。 図2に示す配線基板の配線及びその周辺の構成要素の他の例を拡大して示す断面図である。 実施の形態に係る配線基板10の製造方法の各工程の一例を示す図である。 第1の変形例に係る配線基板を示す断面図である。 図13に示す配線基板10の配線52及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。 図13に示す配線基板10の製造方法の各工程一例を示す図である。 第2の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。 第3の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。 第3の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の他の例を拡大して示す断面図である。 第3の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の他の例を拡大して示す断面図である。 図19に示す電子部品51の一例を示す平面図である。 図19に示す電子部品51のその他の例を示す平面図である。 第4の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。 第5の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。 第6の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。 第7の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。 第8の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。 第9の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。 第10の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。 第11の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。
以下、本開示の実施形態に係る配線基板の構成及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は本開示の実施形態の一例であって、本開示はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本明細書において、「基板」、「基材」、「シート」や「フィルム」など用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。例えば、「基材」は、基板、シートやフィルムと呼ばれ得るような部材も含む概念である。更に、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」や「直交」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。
以下、図1乃至図12を参照して、本開示の一実施の形態について説明する。
(配線基板)
まず、本実施の形態に係る配線基板10について説明する。図1は、実施の形態に係る配線基板の断面を示す断面図である。また、図2は、図1に示す配線基板10を基材20の第1面21側から見た配線基板の平面を示す平面図である。なお、図1に示す断面図は、図2の配線基板10を線A−Aに沿って切断した場合の図である。なお、図2において、基材20の第2面22側に位置する基材20の固定部Xは点線で表されている。また、図3は、図2の配線基板10を線B−Bに沿って切断した場合を示す断面図である。
図1に示す配線基板10は、基材20、支持基板40、電子部品51、配線52を備える。以下、配線基板10の各構成要素について説明する。
〔基材〕
基材20は、伸縮性を有するよう構成された部材である。基材20は、電子部品51及び配線52側に位置する第1面21と、第1面21の反対側に位置する第2面22と、を含む。この基材20は、第1の弾性係数を有する伸縮部Yと、基材20の第1面21の面内方向に伸縮部Yと隣接し且つ第1の弾性係数よりも大きい第2の弾性係数を有する固定部Xと、を備えている。配線52は、基材20の伸縮部Yの第1面21側に位置している。そして、電子部品51は、基材20の固定部Xの第1面21側に位置し、配線52に接続されている。なお、電子部品51は、例えば、配線基板10に搭載される電子部品に接続される接続用電極である。なお、各図中では、簡単のため、接続用電極と電子部品とを同じ符号51で表記するものとするが、接続用電極が、電子部品である場合や電子部品の構成要素である場合も含まれるものとする。
基材20の固定部Xと伸縮部Yとは、接着剤等により接続されていてもよい。あるいは、平坦な面上に固定部Xを置いて、伸縮部Yとなる液状の材料を流し込み、当該材料を固定部Xと一体化させながら硬化させることで、基材20の固定部Xと伸縮部Yの構成を形成することもできる。この液状の材料を流し込むことにより、剛体である固定部Xの形状がコの字型やテーパー形状を有する場合にも、固定部と伸縮部を容易に形成することができる。 この基材20の固定部X及び伸縮部Yの厚みは、例えば10mm以下であり、より好ましくは1mm以下である。基材20の伸縮部Yの厚みを小さくすることにより、基材20の伸縮に要する力を低減することができる。また、基材20の固定部X及び伸縮部Yの厚みを小さくすることにより、配線基板10を用いた製品全体の厚みを小さくすることができる。これにより、例えば、配線基板10を用いた製品が、人の腕などの身体の一部に取り付けるセンサである場合に、装着感を低減することができる。基材20の厚みは、10μm以上であってもよい。
基材20の伸縮部Yの伸縮性を表すパラメータの例として、基材20の弾性係数を挙げることができる。基材20の伸縮部Yの弾性係数は、例えば10MPa以下であり、より好ましくは1MPa以下である。このような弾性係数を有する基材20の伸縮部Yを用いることにより、配線基板10全体に伸縮性を持たせることができる。以下の説明において、基材20の伸縮部Yの弾性係数のことを、既述のように第1の弾性係数とも称する。基材20の伸縮部Yの第1の弾性係数は、1kPa以上であってもよい。
基材20の伸縮部Yの第1の弾性係数を算出する方法としては、基材20の伸縮部Yのサンプルを用いて、JIS K6251に準拠して引張試験を実施するという方法を採用することができる。また、基材20の伸縮部Yのサンプルの弾性係数を、ISO14577に準拠してナノインデンテーション法によって測定するという方法を採用することもできる。ナノインデンテーション法において用いる測定器としては、ナノインデンターを用いることができる。基材20の伸縮部Yのサンプルを準備する方法としては、配線基板10から基材20の伸縮部Yの一部をサンプルとして取り出す方法や、配線基板10を構成する前の基材20の伸縮部Yの一部をサンプルとして取り出す方法が考えられる。その他にも、基材20の伸縮部Yの第1の弾性係数を算出する方法として、基材20の伸縮部Yを構成する材料を分析し、材料の既存のデータベースに基づいて基材20の伸縮部Yの第1の弾性係数を算出するという方法を採用することもできる。なお、本願における弾性係数は、25℃の環境下における弾性係数である。
基材20の伸縮部Yの伸縮性を表すパラメータのその他の例として、基材20の伸縮部Yの曲げ剛性を挙げることができる。曲げ剛性は、対象となる部材の断面二次モーメントと、対象となる部材を構成する材料の弾性係数との積であり、単位はN・m又はPa・mである。基材20の伸縮部Yの断面二次モーメントは、配線基板10の伸縮方向に直交する平面によって、基材20の伸縮部Yのうち配線52と重なっている部分を切断した場合の断面に基づいて算出される。以下の説明において、基材20の伸縮部Yの曲げ剛性のことを、第1の曲げ剛性とも称する。
基材20の伸縮部Yを構成する材料の例としては、熱可塑性エラストマー、シリコーンゴム、ウレタンゲル、シリコンゲル等を挙げることができる。また、基材20の伸縮部Yの材料として、例えば、織物、編物、不織布などの布を用いることもできる。熱可塑性エラストマーとしては、ポリウレタン系エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩ビ系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー、1,2−BR系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラストマー等を用いることができる。機械的強度や耐磨耗性を考慮すると、ウレタン系エラストマーを用いることが好ましい。更に、シリコーンゴムは、耐熱性・耐薬品性・難燃性に優れており、基材20の伸縮部Yの材料として好ましい。
〔基材の固定部〕
基材20の固定部Xは、基材20の伸縮を制御するために配線基板10に設けられた部材である。なお、図1に示す例において、基材20の固定部Xの第1面21側に配置され電子部品51は、配線52に接続される接続用電極を少なくとも有する。電子部品51は、能動部品であってもよく、受動部品であってもよく、機構部品であってもよい。なお、既述のように、簡単のため、電子部品51を接続用電極51として表す場合がある。
基材20の固定部Xは、基材20の伸縮部Yの第1の弾性係数よりも大きい弾性係数を有する。基材20の固定部Xの弾性係数は、例えば1GPa以上であり、より好ましくは10GPa以上である。基材20の固定部Xの弾性係数は、基材20の伸縮部Yの第1の弾性係数の100倍以上であってもよく、1000倍以上であってもよい。このような基材20の固定部Xを基材20に設けることにより、基材20のうち基材20の固定部Xが伸縮することを抑制することができる。これにより、基材20を、伸縮が生じやすい部分、すなわち伸縮部Yと、伸縮が生じにくい部分、すなわち固定部Xとに区画することができる。以下の説明において、基材20の固定部Xの弾性係数のことを、既述のように第2の弾性係数とも称する。基材20の固定部Xの第2の弾性係数は、500GPa以下であってもよい。また、基材20の固定部Xの第2の弾性係数は、基材20の伸縮部Yの第1の弾性係数の500000倍以下であってもよい。なお、「重なる」とは、基材20の第1面21の法線方向に沿って見た場合に2つの構成要素が重なることを意味している。
基材20の固定部Xの第2の弾性係数を算出する方法は、基材20の固定部Xの形態に応じて適宜定められる。例えば、基材20の固定部Xの第2の弾性係数を算出する方法は、上述の基材20の伸縮部Yの弾性係数を算出する方法と同様であってもよく、異なっていてもよい。後述する支持基板40の弾性係数も同様である。例えば、基材20の固定部X又は支持基板40の弾性係数を算出する方法として、基材20の固定部X又は支持基板40のサンプルを用いて、ASTM D882に準拠して引張試験を実施するという方法を採用することができる。
また、基材20の固定部Xは、基材20の伸縮部Yの第1の曲げ剛性よりも大きい曲げ剛性を有する。基材20の固定部Xの曲げ剛性は、基材20の伸縮部Yの第1の曲げ剛性の100倍以上であってもよく、1000倍以上であってもよい。以下の説明において、基材20の固定部Xの曲げ剛性のことを、第2の曲げ剛性とも称する。
基材20の固定部Xを構成する材料の例としては、金属材料を含む金属層や、一般的な熱可塑性エラストマー、アクリル系、ウレタン系、エポキシ系、ポリエステル系、エポキシ系、ビニルエーテル系、ポリエン・チオール系、シリコーン系等のオリゴマー、ポリマー等を挙げることができる。金属材料の例としては、銅、アルミニウム、ステンレス鋼等を挙げることができる。基材20の固定部Xの厚みは、例えば10μm以上である。上述の材料のうち、金属層は、弾性率が大きくエッチング加工などにより微細加工可能であり、より好ましい。また、プラスチックは、軽量で剛体である固定部Xの形状の変形が容易であり、より好ましい。
基材20の固定部Xを構成する材料として、オリゴマー又はポリマーを用いる場合、基材20の固定部Xは、透明性を有していてもよい。また、基材20の固定部Xは、遮光性、例えば紫外線を遮蔽する特性を有していてもよい。例えば、基材20の固定部Xは黒色であってもよい。また、基材20の固定部Xの色と基材20の伸縮部Yの色とが同一であってもよい。
〔支持基板〕
支持基板40は、基材20の伸縮部Yよりも低い伸縮性を有するよう構成された板状の部材である。支持基板40は、基材20側に位置する第2面42と、第2面42の反対側に位置する第1面41と、を含む。図1に示す例において、支持基板40は、その第1面41側において電子部品51及び配線52を支持している。また、支持基板40は、その第2面42側において基材20の第1面に接合されている。例えば、基材20と支持基板40との間に、接着剤を含む接着層60が設けられていてもよい。接着層60を構成する材料としては、例えばアクリル系接着剤、シリコーン系接着剤等を用いることができる。接着層60の厚みは、例えば5μm以上且つ200μm以下である。
後述するように、支持基板40に接合された基材20から引張応力が取り除かれて基材20が収縮するとき、支持基板40には蛇腹形状部が形成される。支持基板40の特性や寸法は、このような蛇腹形状部が形成され易くなるよう設定されている。例えば、支持基板40は、基材20の伸縮部Yの第1の弾性係数よりも大きい弾性係数を有する。以下の説明において、支持基板40の弾性係数のことを、第3の弾性係数とも称する。
支持基板40の第3の弾性係数は、例えば100MPa以上であり、より好ましくは1GPa以上である。支持基板40の第3の弾性係数は、基材20の伸縮部Yの第1の弾性係数の100倍以上であってもよく、1000倍以上であってもよい。また、支持基板40の厚みは、例えば10μm以下であり、より好ましくは5μm以下である。支持基板40の弾性係数を高くしたり、支持基板40の厚みを小さくしたりすることにより、基材20の伸縮部Yの収縮に伴って支持基板40に蛇腹形状部が形成され易くなる。支持基板40を構成する材料としては、例えば、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタラート等を用いることができる。
支持基板40の第3の弾性係数は、基材20の伸縮部Yの第1の弾性係数の100倍以下であってもよい。支持基板40の第3の弾性係数を算出する方法は、基材20の伸縮部Yの場合と同様である。また、支持基板40の厚みは、500nm以上であってもよい。
〔電子部品〕
図1に示す例において、電子部品51は、基材20の固定部Xの第1面21側に位置し、配線52に接続される接続用電極を少なくとも有する。電子部品51は、能動部品であってもよく、受動部品であってもよく、機構部品であってもよい。なお、既述のように、簡単のため、電子部品51を接続用電極51として表す場合がある。
電子部品51の例としては、トランジスタ、LSI(Large-Scale Integration)、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)、リレー、LED、OLED、LCDなどの発光素子、センサ、ブザー等の発音部品、振動を発する振動部品、冷却発熱をコントロールするペルチェ素子や電熱線などの冷発熱部品、抵抗器、キャパシタ、インダクタ、圧電素子、スイッチ、コネクタなどを挙げることができる。電子部品51の上述の例のうち、センサが好ましく用いられる。センサとしては、例えば、温度センサ、圧力センサ、光センサ、光電センサ、近接センサ、せん断力センサ、生体センサ、レーザーセンサ、マイクロ波センサ、湿度センサ、歪みセンサ、ジャイロセンサ、加速度センサ、変位センサ、磁気センサ、ガスセンサ、GPSセンサ、超音波センサ、臭いセンサ、脳波センサ、電流センサ、振動センサ、脈波センサ、心電センサ、光度センサ等を挙げることができる。これらのセンサのうち、生体センサが特に好ましい。生体センサは、心拍や脈拍、心電、血圧、体温、血中酸素濃度等の生体情報を測定することができる。
ここで、接続用電極51は、例えば、電子部品を配線基板10への搭載する時に図示しない圧着治具により押圧される場合がある。この場合、接続用電極51は、基材20の剛性が高い部分である固定部Xの第1面21側に配置されているため、基材20が押し込まれにくく変改しにくいことから、接続用電極51と配線51との間に断線が発生するのを抑制することができる。
また、接続用電極51は、例えば、配線基板10から電子部品を脱着する時に引っ張られる場合がある。この場合、接続用電極51は、基材20の剛性が高い部分である固定部Xの第1面21側に配置されているため、基材20が引っ張られにくく変改しにくいことから、接続用電極51と配線51との間に断線が発生するのを抑制することができる。
〔配線〕
配線52は、電子部品51の電極、すなわち、接続用電極51に接続された、導電性を有する部材である。例えば図2に示すように、配線52の一端及び他端が、2つの電子部品51の接続用電極にそれぞれ接続されている。図2に示すように、複数の配線52が2つの電子部品51の間に設けられていてもよい。そして、既述のように、配線52は、基材20の伸縮部Yの第1面21側に位置している。
そして、この配線52が延在する方向において、配線52の幅は、例えば、図2に示すように、接続用電極51の幅よりも、小さくなっている。
後述するように、支持基板40に接合された基材20から引張応力が取り除かれて基材20の伸縮部Yが収縮するとき、配線52は蛇腹状に変形する。この点を考慮し、好ましくは、配線52は、変形に対する耐性を有する構造を備える。例えば、配線52は、ベース材と、ベース材の中に分散された複数の導電性粒子とを有する。この場合、ベース材として、樹脂などの変形可能な材料を用いることにより、基材20の伸縮部Yの伸縮に応じて配線52も変形することができる。また、変形が生じた場合であっても複数の導電性粒子の間の接触が維持されるように導電性粒子の分布や形状を設定することにより、配線52の導電性を維持することができる。
配線52のベース材を構成する材料としては、例えば、一般的な熱可塑性エラストマーおよび熱硬化性エラストマーを用いることができ、例えば、スチレン系エラストマー、アクリル系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ポリブタジエン、ポリクロロプレン等を用いることができる。中でも、ウレタン系、シリコーン系構造を含む樹脂やゴムが、その伸縮性や耐久性などの面から好ましく用いられる。また、配線52の導電性粒子を構成する材料としては、例えば銀、銅、金、ニッケル、パラジウム、白金、カーボン等の粒子を用いることができる。中でも、銀粒子が、価格と導電性の観点から好ましく用いられる。
そして、接続用電極51と配線52とは、例えば、同じ材料で構成されている。
なお、配線52に求められることは、蛇腹形状部57の解消及び生成を利用して基材20の伸縮部Yの伸張及び収縮に追従することである。この点を考慮すると、配線52の材料としては、上述のようにそれ自体が変形性や伸縮性を有しているものだけでなく、それ自体は変形性や伸縮性を有していないものも採用可能である。
配線52に用いられ得る、それ自体は伸縮性を有さない材料としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、白金、クロム等の金属や、これらの金属を含む合金が挙げられる。配線52の材料自体が伸縮性を有さない場合、配線52としては、金属膜を用いることができる。
配線52の厚みは、電子部品51の厚みよりも小さく、例えば50μm以下である。配線52の幅は、例えば50μm以上且つ10mm以下である。
〔基材の固定部〕
次に、基材20の固定部Xについて、電子部品51及び配線52との位置関係に基づいて説明する。
図1及び図2に示すように、基材20の固定部Xは、基材20の第1面21の法線方向に沿って見た場合に、接続用電極、すなわち電子部品51と少なくとも部分的に重なるように配置されている。好ましくは、基材20の固定部Xは、基材20の第1面21の法線方向に沿って見た場合に電子部品51の全域にわたって電子部品51に重なっている。このため、基材20のうち電子部品51と重なる部分は、すなわち基材20の固定部Xと重なる部分は、基材20のうちの伸縮部Yと重ならなる部分に比べて変形しにくい。これにより、基材20に引張応力などの力を加えたときや、基材20から引張応力などの力を取り除いたときなどに、基材20のうち電子部品51と重なる部分に変形が生じることを抑制することができる。このことにより、基材20の変形に起因する応力が電子部品51に加わることを抑制することができ、電子部品51が変形したり破損したりしてしまうことを抑制することができる。また、電子部品51と配線52との間の電気接合部が破損してしまうことを抑制することができる。
なお、図1及び図2の例は、基材20の固定部Xが電子部品51と同程度の平面形状を有する例が示されているが、例えば、図4、図5に示すように、基材20の固定部Xが配線基板10の端部に近接して位置しているようにしてもよく、更に、図6、図7に示すように、基材20の固定部X及び接続用電極、すなわち電子部品51は、配線基板10の端部に近接して位置しているようにしてもよい。特に、図6、図7に示す例では、配線基板10をUSB端子に適用することができる。
〔配線の構造〕
続いて、配線52の断面構造について、図8を参照して詳細に説明する。図8は、図1に示す配線基板10の配線52及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。
既述の図1乃至図7に示すように、配線52全体は、若しくは配線52の大部分は、基材20の固定部Xと重ならないように配置されている。このため、基材20に収縮などの変形が生じたとき、配線52は、基材20の変形に伴って変形し易い。例えば、伸長させた状態の基材20に配線52を設けた後、基材20を弛緩させると、図8に示すように、配線52のうち基材20の固定部Xと重なっていない部分に、蛇腹形状部57が生じる。
すなわち、配線52は、基材20の伸縮部Yの第1面21側において、基材20の第1面21の法線方向に沿って見た場合に、基材20の第1面21の面内方向に沿って並ぶ複数の山部及び谷部を含む蛇腹形状部57を有する。
蛇腹形状部57は、基材20の第1面21の法線方向における山部及び谷部を含む。図8において、符号53は、配線52の表面に現れる山部を表し、符号54は、配線52の裏面に現れる山部を表す。また、符号55は、配線52の表面に現れる谷部を表し、符号56は、配線52の裏面に現れる谷部を表す。表面とは、配線52の面のうち基材20から遠い側に位置する面であり、裏面とは、配線52の面のうち基材20に近い側に位置する面である。また、図8において、符号26及び27は、基材20の伸縮部Yの第1面21に現れる山部及び谷部を表す。第1面21に山部26及び谷部27が現れるように基材20の伸縮部Yが変形することにより、配線52が蛇腹状に変形して蛇腹形状部57を有するようになる。基材20の伸縮部Yの第1面21の山部26が、配線52の蛇腹形状部57の山部53,54に対応し、基材20の伸縮部Yの第1面21の谷部27が、配線52の蛇腹形状部57の谷部55,56に対応している。
山部53,54及び谷部55,56は、基材20の伸縮部Yの第1面21の面内方向に沿って繰り返し現れる。山部53,54及び谷部55,56が繰り返し現れる周期Fは、例えば10μm以上且つ100mm以下である。なお、図8においては、蛇腹形状部57の複数の山部及び谷部が一定の周期で並ぶ例が示されているが、これに限られることはない。図示はしないが、蛇腹形状部57の複数の山部及び谷部は、第1面21の面内方向に沿って不規則に並んでいてもよい。例えば、第1面21の面内方向において隣り合う2つの山部の間の間隔が一定でなくてもよい。
図8において、符号S1は、配線52の表面における蛇腹形状部57の振幅を表す。振幅S1は、例えば1μm以上であり、より好ましくは10μm以上である。振幅S1を10μm以上とすることにより、基材20の伸張に追従して配線52が変形し易くなる。また、振幅S1は、例えば500μm以下であってもよい。
振幅S1は、例えば、配線52の長さ方向における一定の範囲にわたって、隣り合う山部53と谷部55との間の、第1面21の法線方向における距離を測定し、それらの平均を求めることにより算出される。「配線52の長さ方向における一定の範囲」は、例えば10mmである。隣り合う山部53と谷部55との間の距離を測定する測定器としては、レーザー顕微鏡などを用いた非接触式の測定器を用いてもよく、接触式の測定器を用いてもよい。また、断面写真などの画像に基づいて、隣り合う山部53と谷部55との間の距離を測定してもよい。後述する振幅S2、S3、S4の算出方法も同様である。
図8において、符号S2は、配線52の裏面における蛇腹形状部57の振幅を表す。振幅S2は、振幅S1と同様に、例えば1μm以上であり、より好ましくは10μm以上である。また、振幅S2は、例えば500μm以下であってもよい。
図8に示すように、支持基板40、接着層60や基材20の第1面21にも、配線52と同様の蛇腹形状部が形成されていてもよい。図8において、符号S3は、基材20の第1面21における蛇腹形状部の振幅を表す。第1面21における蛇腹形状部は、複数の山部26及び谷部27を含む。振幅S3は、例えば1μm以上であり、より好ましくは10μm以上である。また、振幅S3は、例えば500μm以下であってもよい。
配線52は、基材20の第1面21の法線方向に沿って見た場合に、例えば、図8に示すように、伸縮部Yと固定部Xとの境界近傍W上を亘って、連続して基材20の第1面21側に位置する。
また、配線52の蛇腹形状部57は、例えば、図8に示すように、基材20の第1面21の法線方向に沿って見た場合に、固定部Xの第1面21上、すなわち固定部Xの表面上には設けられていない。
また、基材20の第1面21側の伸縮部Yと固定部Xとの境界近傍Wにおいて、例えば、図8に示すように、基材20の第1面21の法線方向で、伸縮部Yの表面の高さと固定部Xの表面の高さは、同じである。
また、基材20の第1面21の法線方向において、例えば、図8に示すように、伸縮部Yの厚さYdと固定部Xの厚さXdは、同じである。
また、基材20の固定部Xは、例えば、図8に示すように、当該基材20の伸縮部Yとの境界面Qの面内方向が、基材20の第1面21の面内方向に対して直角になっている。
図9は、図1に示す配線基板10の配線52及びその周辺の構成要素のその他の例を拡大して示す断面図である。図9に示すように、基材20の第1面21には蛇腹形状部が形成されていなくてもよい。
図10は、図1に示す配線基板10の配線52及びその周辺の構成要素のその他の例を拡大して示す断面図である。図10に示すように、基材20の伸縮部Yの第1面21だけでなく第2面22にも蛇腹形状部が形成されていてもよい。第2面22における蛇腹形状部は、複数の山部28及び谷部29を含む。図10に示す例において、第2面22の山部28は、第1面21の谷部27に重なる位置に現れ、第2面22の谷部29は、第1面21の山部26に重なる位置に現れている。なお、図示はしないが、基材20の伸縮部Yの第2面22の山部28及び谷部29の位置は、第1面21の谷部27及び山部26に重なっていなくてもよい。また、基材20の伸縮部Yの第2面22の山部28及び谷部29の数又は周期は、第1面21の山部26及び谷部27の数又は周期と同一であってもよく、異なっていてもよい。例えば、基材20の伸縮部Yの第2面22の山部28及び谷部29の周期が、第1面21の山部26及び谷部27の周期よりも大きくてもよい。この場合、基材20の伸縮部Yの第2面22の山部28及び谷部29の周期は、第1面21の山部26及び谷部27の周期の1.1倍以上であってもよく、1.2倍以上であってもよく、1.5倍以上であってもよく、2.0倍以上であってもよい。なお、「基材20の伸縮部Yの第2面22の山部28及び谷部29の周期が、第1面21の山部26及び谷部27の周期よりも大きい」とは、基材20の伸縮部Yの第2面22に山部及び谷部が現れない場合を含む概念である。
図10において、符号S4は、基材20の伸縮部Yの第2面22に現れる山部28及び谷部29の振幅を表す。第2面22の振幅S4は、第1面21の振幅S3と同一であってもよく、異なっていてもよい。例えば、第2面22の振幅S4が、第1面21の振幅S3よりも小さくてもよい。例えば、第2面22の振幅S4が、第1面21の振幅S3の0.9倍以下であってもよく、0.8倍以下であってもよく、0.6倍以下であってもよい。また、第2面22の振幅S4は、第1面21の振幅S3の0.1倍以上であってもよく、0.2倍以上であってもよい。基材20の伸縮部Yの厚みが小さい場合、第1面21の振幅S3に対する第2面22の振幅S4の比率が大きくなり易い。なお、「基材20の伸縮部Yの第2面22の山部28及び谷部29の振幅が、第1面21の山部26及び谷部27の振幅よりも小さい」とは、基材20の伸縮部Yの第2面22に山部及び谷部が現れない場合を含む概念である。
また、図10においては、第2面22の山部28及び谷部29の位置が、第1面21の谷部27及び山部26の位置に一致する例を示したが、これに限られることはない。図11に示すように、第2面22の山部28及び谷部29の位置が、第1面21の谷部27及び山部26の位置からJだけずれていてもよい。ずれ量Jは、例えば0.1×F以上であり、0.2×F以上であってもよい。
ここで、図8や図9、図10、図11に示す蛇腹形状部57が配線52に形成されていることの利点について説明する。上述のように、基材20の伸縮部Yは、10MPa以下の弾性係数を有する。このため、配線基板10に引張応力を加えた場合、基材20の伸縮部Yは、弾性変形によって伸長することができる。ここで、仮に配線52も同様に弾性変形によって伸長すると、配線52の全長が増加し、配線52の断面積が減少するので、配線52の抵抗値が増加してしまう。また、配線52の弾性変形に起因して配線52にクラックなどの破損が生じてしまうことも考えられる。
これに対して、本実施の形態においては、配線52が蛇腹形状部57を有している。このため、基材20が伸張する際、配線52は、蛇腹形状部57の起伏を低減するように変形することによって、すなわち蛇腹形状を解消することによって、基材20の伸張に追従することができる。このため、基材20の伸張に伴って配線52の全長が増加することや、配線52の断面積が減少することを抑制することができる。このことにより、配線基板10の伸張に起因して配線52の抵抗値が増加することを抑制することができる。また、配線52にクラックなどの破損が生じてしまうことを抑制することができる。
特に、接続用電極51は、電子部品を配線基板10への搭載する時に図示しない圧着治具により押圧される場合に、基材20の剛性が高い部分である固定部Xの第1面21側に配置されているため、基材20が押し込まれにくく変改しにくいことから、接続用電極51と配線51との間に断線が発生するのを抑制することができる。
また、接続用電極51は、配線基板10から電子部品を脱着する時に引っ張られる場合、基材20の剛性が高い部分である固定部Xの第1面21側に配置されているため、基材20が引っ張られにくく変改しにくいことから、接続用電極51と配線51との間に断線が発生するのを抑制することができる。
(配線基板の製造方法)
ここで、図12は、実施の形態に係る配線基板10の製造方法の各工程の一例を示す図である。以下、図12を参照して、配線基板10の製造方法について説明する。
まず、基材20を準備する基材準備工程を実施する。本実施の形態においては、基材準備工程において、図12(a)に示すように、第1面21及び第1面21の反対側に位置する第2面22を含む基材20であって、第1の弾性係数を有する伸縮部Yと、基材20の第1面21の面内方向に伸縮部Yと隣接し且つ第1の弾性係数よりも大きい第2の弾性係数を有する固定部Xと、を備えた基材20を準備する。
また、支持基板40を準備する支持基板準備工程を実施する。本実施の形態においては、支持基板準備工程において、図12(b)に示すように、支持基板40の第1面41に配線52及び接続用電極51を設ける。配線52及び接続用電極51を設ける方法としては、例えば、ベース材及び導電性粒子を含む導電性ペーストを支持基板40の第1面41に印刷する方法を採用することができる。
続いて、第1の弾性係数を有する伸縮部Yと第2の弾性係数を有する固定部Xとを備えた基材20に引張応力Tを加えて基材20を伸長させる第1工程を実施する。基材20の伸縮部Yの伸張率は、例えば10%以上且つ200%以下である。第1工程は、基材20を加熱した状態で実施してもよく、常温で実施してもよい。基材20を加熱する場合、基材20の温度は例えば50℃以上且つ100℃以下である。
続いて、引張応力Tによって伸長した状態の基材20の伸縮部Yの第1面21側に配線52を設けるとともに、伸長した状態の基材20の固定部Xの第1面21側に配線52に接続された接続用電極51を設ける、第2工程を実施する。本実施の形態の第2工程においては、図12(c)に示すように、固定部X及び伸縮部Yが設けられた基材20の第1面21に、配線52及び接続用電極51が設けられた支持基板40を、支持基板40の第2面42側から接合させる。この際、基材20と支持基板40との間に接着層60を設けてもよい。
その後、基材20から引張応力Tを取り除く第3工程を実施する。これにより、図12(d)において矢印Cで示すように、基材20が収縮し、基材20に接合されている支持基板40及び配線52にも変形が生じる。支持基板40の第3の弾性係数は、基材20の伸縮部Yの第1の弾性係数よりも大きい。このため、支持基板40及び配線52の変形を、蛇腹形状部の生成として生じさせることができる。
また、本実施の形態においては、基材20の第1面21に、接続用電極、すなわち電子部品51と重なるよう基材20の固定部Xが配置されている。このため、第1工程において基材20のうち電子部品51と重なる部分が伸張することを抑制することができる。従って、第3工程において基材20のうち電子部品51と重なる部分が収縮することを抑制することができる。このことにより、基材20の変形に起因する応力が電子部品51に加わることを抑制することができ、電子部品51が変形したり破損したりしてしまうことを抑制することができる。また、電子部品51と配線52との間の電気接合部が破損してしまうことを抑制することができる。このように、本実施の形態によれば、基材20に生じる変形を位置に応じて制御することにより、電子部品51の実装のし易さや電子部品51及び配線52の信頼性を高めることができる。
接続用電極51は、電子部品を配線基板10への搭載する時に図示しない圧着治具により押圧される場合に、基材20の剛性が高い部分である固定部Xの第1面21側に配置されているため、基材20が押し込まれにくく変改しにくいことから、接続用電極51と配線51との間に断線が発生するのを抑制することができる。
また、接続用電極51は、配線基板10から電子部品を脱着する時に引っ張られる場合、基材20の剛性が高い部分である固定部Xの第1面21側に配置されているため、基材20が引っ張られにくく変改しにくいことから、接続用電極51と配線51との間に断線が発生するのを抑制することができる。
次に、配線52の蛇腹形状部57によって得られる、配線52の抵抗値に関する効果の一例について説明する。ここでは、基材20の第1面21の面内方向に沿う引張応力が基材20に加えられていない第1状態における配線52の抵抗値を、第1抵抗値と称する。また、基材20に引張応力を加えて基材20を第1面21の面内方向において第1状態に比べて30%伸長させた第2状態における配線52の抵抗値を、第2抵抗値と称する。本実施の形態によれば、配線52に蛇腹形状部57を形成することにより、第1抵抗値に対する、第1抵抗値と第2抵抗値の差の絶対値の比率を、20%以下にすることができ、より好ましくは10%以下にすることができ、更に好ましくは5%以下にすることができる。
配線基板10の用途としては、ヘルスケア分野、医療分野、介護分野、エレクトロニクス分野、スポーツ・フィットネス分野、美容分野、モビリティ分野、畜産・ペット分野、アミューズメント分野、ファッション・アパレル分野、セキュリティ分野、ミリタリー分野、流通分野、教育分野、建材・家具・装飾分野、環境エネルギー分野、農林水産分野、ロボット分野などを挙げることができる。例えば、人の腕などの身体の一部に取り付ける製品を、本実施の形態による配線基板10を用いて構成する。配線基板10は伸張することができるので、例えば配線基板10を伸長させた状態で身体に取り付けることにより、配線基板10を身体の一部により密着させることができる。このため、良好な着用感を実現することができる。また、配線基板10が伸張した場合に配線52の抵抗値が低下することを抑制することができるので、配線基板10の良好な電気特性を実現することができる。他にも配線基板10は伸長することができるので、人などの生体に限らず曲面や立体形状に沿わせて設置や組込むことが可能である。それらの製品の一例としては、バイタルセンサ、マスク、補聴器、歯ブラシ、絆創膏、湿布、コンタクトレンズ、義手、義足、義眼、カテーテル、ガーゼ、薬液パック、包帯、ディスポーザブル生体電極、おむつ、家電製品、スポーツウェア、リストバンド、はちまき、手袋、水着、サポーター、ボール、ラケット、薬液浸透美容マスク、電気刺激ダイエット用品、懐炉、自動車内装、シート、インパネ、ベビーカー、ドローン、車椅子、タイヤ、首輪、リード、ハプティクスデバイス、ランチョンマット、帽子、服、メガネ、靴、インソール、靴下、ストッキング、インナーウェア、マフラー、耳あて、鞄、アクセサリー、指輪、付け爪、時計、個人ID認識デバイス、ヘルメット、パッケージ、ICタグ、ペットボトル、文具、書籍、カーペット、ソファ、寝具、照明、ドアノブ、花瓶、ベッド、マットレス、座布団、ワイヤレス給電アンテナ、電池、USB端子、ビニールハウス、ロボットハンド、ロボット外装を挙げることができる。
なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、必要に応じて図面を参照しながら、変形例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。また、上述した実施の形態において得られる作用効果が変形例においても得られることが明らかである場合、その説明を省略することもある。
(第1の変形例)
図13は、第1の変形例に係る配線基板を示す断面図である。
上述の実施の形態においては、電子部品51及び配線52が、基材20の伸縮部Yの第1の弾性係数よりも高い第3の弾性係数を有する支持基板40によって支持される例を示したが、これに限られることはない。図13に示すように、電子部品51及び配線52は、基材20の第1面21に設けられていてもよい。
ここで、図14は、図13に示す配線基板10の配線52及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。本変形例においても、上述の実施の形態の場合と同様に、配線52のうち基材20の固定部Xと重なっていない部分には蛇腹形状部57が形成されている。このため、基材20の変形に伴って配線52の全長が増加することや、配線52の断面積が減少することを抑制することができる。
図15(a)〜(d)は、図13に示す配線基板10の製造方法を説明するための図である。
まず、図15(a)に示すように、基材20を準備する基材準備工程を実施する。
続いて、図15(b)に示すように、基材20に引張応力Tを加えて基材20を伸長させる第1工程を実施する。続いて、図15(c)に示すように、引張応力Tによって伸長した状態の基材20の第1面21に、電子部品51及び配線52を設ける第2工程を実施する。
その後、基材20から引張応力Tを取り除く第3工程を実施する。これにより、図15(d)において矢印Cで示すように、基材20の伸縮部Yが収縮し、基材20に設けられている配線52にも変形が生じる。基材20の固定部Xは、配線52全体若しくは配線52の大部分と重ならないように配置されている。このため、配線52の変形は、蛇腹形状部の生成として生じる。
また、本変形例においては、基材20の第2面22に基材20の固定部Xが配置されている。このため、第1工程において基材20のうち電子部品51と重なる予定の部分が伸張することを抑制することができる。従って、第3工程において基材20のうち電子部品51と重なる部分が収縮することを抑制することができる。このことにより、基材20の変形に起因する応力が電子部品51に加わることを抑制することができ、電子部品51が変形したり破損したりしてしまうことを抑制することができる。
(第2の変形例)
図16は、第2の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。
上述の実施の形態及び各変形例においては、電子部品51が、配線基板10に実装される前の段階で予めパッケージ化されたものである例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、電子部品51は、電子部品51の構成要素の一部が配線基板10に実装された後、一部の構成要素を封止することによって構成されるものであってもよい。例えば図16に示すように、電子部品51は、チップ513と、チップ513と配線52とを接続するワイヤ514と、チップ513及びワイヤ514とを覆う樹脂515と、を有していてもよい。ワイヤ514が、配線52に接続される電極として機能する。このような電子部品51を設ける工程においては、まず、チップ513を配線基板10の例えば支持基板40上に載置する。この際、接着剤などを用いてチップ513を配線基板10に固定してもよい。続いて、ワイヤ514をチップ513及び配線52に接続する。ワイヤ514は、金、アルミニウム、銅などを含む。続いて、チップ513及びワイヤ514上に液状の樹脂を滴下して、チップ513及びワイヤ514を覆う樹脂515を形成する。この工程は、ポッティングとも称されるものである。樹脂515としては、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂などを用いることができる。図16に示すように電子部品51が樹脂515を含む場合、樹脂515の端部が電子部品51の外縁512となる。
基材20のうち樹脂515と重なる部分は、基材20のうち樹脂515と重ならない部分に比べて変形しにくい。この場合、基材20に伸縮が生じると、配線基板10のうち樹脂515と重なる部分と、配線基板10のうち樹脂515と重ならない部分との間の境界部に応力が集中する。この点を考慮し、図16に示すように、基材20の固定部Xは、電子部品51の外縁512よりも外側にまで広がるよう設けられる。これにより、基材20の変形に起因する応力が電子部品51に加わることを抑制することができ、電子部品51が変形したり破損したりしてしまうことを抑制することができる。また、電子部品51と配線52との間の電気接合部が破損してしまうことを抑制することができる。
なお、図16においては、ポッティング用の樹脂515がチップ513の全体を覆う例を示したが、これに限られることはない。図17及び図18に示すように、パッケージ化された電子部品51を補強するために、ポッティング用の樹脂50を設けてもよい。この場合、図17に示すように、樹脂50は、電子部品51の全体を覆っていてもよい。若しくは、図18に示すように、樹脂50は、電子部品51の全体を覆っていなくてもよい。例えば、樹脂50は、電子部品51の周囲を補強するように位置していてもよい。
(第3の変形例)
上述の実施の形態及び各変形例においては、電子部品51が、配線基板10の各構成要素とは別の部材からなる部品である例を示した。下記の変形例においては、電子部品51が、配線基板10の複数の構成要素のうちの少なくとも1つの構成要素と一体的な部材を含む例について説明する。
図19は、第3の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。図19に示すように、電子部品51は、配線基板10の配線52を構成する導電層と一体的な導電層を含む。図19に示す例において、配線52を構成する導電層及び電子部品51を構成する導電層はいずれも、支持基板40の第1面41上に位置している。配線52を構成する導電層には、蛇腹形状部57が現れている。一方、電子部品51を構成する導電層には基材20の固定部Xが重ねられており、このため、電子部品51を構成する導電層には蛇腹形状部が現れていない。
図20は、図19に示す電子部品51の一例を示す平面図である。図20に示す例において、電子部品51を構成する導電層は、配線52を構成する導電層よりも広い幅を有する。導電層の幅が変化する部分が、電子部品51の外縁512である。図20に示す電子部品51は、例えばパッドとして機能することができる。パッドには、検査用のプローブ、ソフトウェア書き換え用の端子などが接続される。
図21は、図19に示す電子部品51のその他の例を示す平面図である。図21に示す例において、電子部品51を構成する導電層は、らせん状に延びる形状を有する。導電層がらせん状に延び始める部分が、電子部品51の外縁512である。図21に示すような、所定のパターンを有する導電層を含む電子部品51は、アンテナや圧力センサとして機能することができる。
(第4の変形例)
図22は、第4の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。配線基板10には、配線52に加えて、絶縁層45を介して配線52に積層された交差配線59が更に設けられている。本変形例においては、交差配線59が電子部品51を構成する。交差配線59は、平面視において配線52と交差するよう延びている。配線52と交差配線59との間に絶縁層45を設けることにより、交差配線59が配線52とショートが生じてしまうことを抑制することができる。絶縁層45を構成する材料としては、ポリイミド、アクリル、ウレタン、エポキシ等の有機系樹脂、あるいは、SiO、アルミナ等の無機系材料が用いられ得る。
基材20の固定部Xは、図22に示すように、配線52を構成する導電層と電子部品51を構成する交差配線59の導電層に跨るように設けられている。これにより、配線基板10に例えば伸長や曲げ等の応力が加えられた際に、絶縁層45が割れたり絶縁性能が低下したりして、配線52と交差配線59とのショートが生じてしまうことを防ぐことができる。
(第5の変形例)
図23は、第5の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。
既述の実施形態では、基材20の第1面21の法線方向において、伸縮部Yの厚さと固定部Xの厚さが同じである例を説明したが、例えば、図23に示すように、基材20の第1面21の法線方向において、伸縮部Yの厚さYdは、固定部Xの厚さXd、よりも大きくなるようにしてもよい。
本変形例によっても、電子部品、すなわち接続用電極51と配線52との間の電気接合部が破損してしまうことを抑制することができる。
(第6の変形例)
図24は、第6の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。
既述の実施形態では、基材20の固定部Xと伸縮部Yとが隣接し、伸縮部Yと固定部Xとの境界近傍Wにおいて、面で接触し固定されている例を説明したが、例えば、図24に示すように、基材20の固定部Xは、当該基材20の伸縮部Yと固定部Xとの境界近傍Wにおいて、配線52が延在する方向に沿った断面が凹んだ凹部XOを有し、更に、当該基材20の伸縮部Yは、当該基材20の伸縮部Yと固定部Xとの境界近傍Wにおいて、配線52が延在する方向に沿った断面が突出した凸部YTを有するようにしてもよい。
この場合、伸縮部Yの凸部YTは、固定部Xの凹部XOに嵌め込まれて、伸縮部Yと固定部Xとが嵌合し、例えば、伸縮部Yと固定部Xとの間の接着面積を大きくすることができる。
これにより、伸縮部Yと固定部Xとが分離等するのを抑制できるので、伸縮部Yと固定部Xとの境界近傍Wにおいて、配線52に印加される応力を低減することができる。
本変形例によっても、電子部品、すなわち接続用電極51と配線52との間の電気接合部が破損してしまうことを抑制することができる。
(第7の変形例)
図25は、第7の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。
上述の第6の変形例では、伸縮部Yの凸部YTが、固定部Xの凹部XOに嵌め込まれて、伸縮部Yと固定部Xとが嵌合する例を説明したが、例えば、図25に示すように、配線基板10は、伸縮部Yの凸部YTと固定部Xの凹部XOとを貫通し、伸縮部Yと固定部Xとを係合する係合部材Kを更に備えるようにしてもよい。
すなわち、伸縮部Yの凸部YTと固定部Xの凹部XOとが、係合部材Kによりかしめられることとなる。これにより、伸縮部Yと固定部Xとが分離等するのをより抑制できるので、伸縮部Yと固定部Xとの境界近傍Wにおいて、配線52に印加される応力を低減することができる。
本変形例によっても、電子部品、すなわち接続用電極51と配線52との間の電気接合部が破損してしまうことを抑制することができる。
(第8の変形例)
図26は、第8の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。
既述の実施形態では、基材20の固定部Xは、伸縮部Yとの境界面Qの面内方向が、基材20の第1面21の面内方向に対して直角になっている例を説明したが、例えば、図26に示すように、基材20の固定部Xは、伸縮部Yとの境界面Qの面内方向が、基材20の第1面21の面内方向に対して、鈍角θbになるように、傾斜しているようにしてもよい。
これにより、伸縮部Yと固定部Xとの境界近傍Wにおいて、基材20の剛性が段階的に変化することとなるので、配線52に印加される応力を低減することができる。
本変形例によっても、電子部品、すなわち接続用電極51と配線52との間の電気接合部が破損してしまうことを抑制することができる。
(第9の変形例)
図27は、第9の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。
既述の実施形態では、基材20の固定部Xは、伸縮部Yとの境界面Qの面内方向が、基材20の第1面21の面内方向に対して直角になっている例を説明したが、例えば、図27に示すように、基材20の固定部Xは、伸縮部Yとの境界面Qの面内方向が、基材20の第1面21の面内方向に対して、鋭角θaになるように、傾斜しているようにしてもよい。これにより、伸縮部Yと固定部Xとの境界近傍Wにおいて、基材20の剛性が段階的に変化することとなるので、配線52に印加される応力を低減することができる。
本変形例によっても、電子部品、すなわち接続用電極51と配線52との間の電気接合部が破損してしまうことを抑制することができる。
(第10の変形例)
図28は、第10の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。
既述の第6の変形例では、伸縮部Yの凸部YTが、固定部Xの凹部XOに嵌め込まれて、伸縮部Yと固定部Xとが嵌合する例を説明したが、例えば、図28に示すように、基材20の伸縮部Yは、当該基材20の伸縮部Yと固定部Xとの境界近傍Wにおいて、配線52が延在する方向に沿った断面が凹んだ凹部YOを有し、更に、当該基材20の固定部Xは、当該基材20の伸縮部Yと固定部Xとの境界近傍Wにおいて、配線52が延在する方向に沿った断面が突出した凸部XTを有するようにしてもよい。
この場合、固定部Xの凸部XTは、伸縮部Yの凹部YOに嵌め込まれて、伸縮部Yと固定部Xとが嵌合し、例えば、伸縮部Yと固定部Xとの間の接着面積を大きくすることができる。
これにより、伸縮部Yと固定部Xとが分離等するのを抑制できるので、伸縮部Yと固定部Xとの境界近傍Wにおいて、配線52に印加される応力を低減することができる。
本変形例によっても、電子部品、すなわち接続用電極51と配線52との間の電気接合部が破損してしまうことを抑制することができる。
(第11の変形例)
図29は、第11の変形例に係る配線基板の配線及びその周辺の構成要素の一例を拡大して示す断面図である。
既述の実施形態では、配線52は、伸縮部Yと固定部Xとの境界近傍Wにおいて、だぶついていない、すなわち平坦である例を説明したが、例えば、図29に示すように、配線52は、伸縮部Yと固定部Xとの境界近傍Wにおいて、基材20の第1面21の面内方向に沿って並ぶ複数の山部及び谷部を含む追加蛇腹形状部Zが設けられている、すなわちだぶついているようにしてもよい。これにより、伸縮部Yと固定部Xとの境界近傍Wにおいて、配線52に印加される応力を低減することができる。
本変形例によっても、電子部品、すなわち接続用電極51と配線52との間の電気接合部が破損してしまうことを抑制することができる。
(配線基板の変形例)
上述の実施の形態及び各変形例においては、配線基板10が、基材20の第1面21側に搭載された電子部品51を備える例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、配線基板10は、電子部品51を備えていなくてもよい。例えば、電子部品51が搭載されていない状態の基材20に蛇腹形状部57が生じていてもよい。また、電子部品51が搭載されていない状態の支持基板40が基材20に貼り合されてもよい。また、配線基板10は、電子部品51が搭載されていない状態で出荷されてもよい。
なお、上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。
次に、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。
(実施例1)
配線基板10として、支持基板40、接着層60及び基材20を備えるものを作製した。以下、配線基板10の作製方法について説明する。
≪基材及び接着層の準備≫
接着層60として粘着シート8146(3M社製)を用い、その粘着シート上に固定部Xとして厚さ500μm、幅1mmのポリイミド樹脂を電極位置と同じ位置となるように設置し、2液付加縮合のポリジメチルシロキサン(PDMS)を厚さ500μmになるよう塗布し、PDMSを硬化させ、固定部と伸縮部を有する接着層60及び基材20の積層体を準備した。
≪支持基板の準備≫
支持基板40として厚さ2.5μmのポリエチレンナフタレート(PEN)フィルムを用い、PENフィルム上に蒸着法にて銅膜を成膜し、エッチングにより幅500μmの電極対と、幅200μmの電極対に接続された配線と、を設けた。その後、熱硬化性絶縁ポリマーを電極部が露出するようにスクリーン印刷機にて形成、加熱して硬化させた。その後、電極対にはLEDが搭載された。
≪配線基板の作製≫
上記にて準備した接着層60及び基材20の積層体を1軸に50%伸長させた状態で、接着層60に上記にて準備した支持基板40を貼合させた。この時、支持基板40の電極部が基材の固定部内に位置するように位置合わせを行なった。次いで、伸長を開放することで接着層60及び基材20の積層体を収縮させた。これにより、LEDが搭載される領域以外の領域において、支持基板40の表面に凹凸形状が生じて収縮した。
<FPC圧着>
装置本圧着装置CBM-13(大橋製作所製)を用いてFPC を圧着した。押し込み圧は250kPaである。FPC圧着後、LED点灯確認を行ったところ、LEDが点灯し、断線等発生せず電気的接続が確認された。
(比較例1)
支持基板40に固定部を設けなかったこと以外は、実施例1の場合と同様にして、基材20及び接着層60の積層体、並びに支持基板40を準備した。また、実施例1の場合と同様にして、接着層60及び基材20の積層体を1軸に50%伸長させた状態で、接着層60に支持基板40を貼合させた。次いで、伸長を開放することで接着層60及び基材20の積層体を収縮させた。これにより、支持基板40の表面に凹凸形状が生じて収縮した。
実施例1と同様にしてFPC圧着後、LED点灯確認を行ったところ、圧着された部位と圧着されなかった部位との間で断線が発生し、LEDが点灯しなかった。
10 配線基板
20 基材
21 第1面
22 第2面
40 支持基板
41 第1面
42 第2面
51 電子部品、接続用電極
52 配線
53、54 山部
55、56 谷部
57 蛇腹形状部
60 接着層
X 固定部
Y 伸縮部

Claims (27)

  1. 第1面及び前記第1面の反対側に位置する第2面を含む基材であって、第1の弾性係数を有する伸縮部と、基材の前記第1面の面内方向に前記伸縮部と隣接し且つ前記第1の弾性係数よりも大きい第2の弾性係数を有する固定部と、を備えた基材と、
    前記基材の前記伸縮部の前記第1面側に位置する配線と、
    前記基材の前記固定部の前記第1面側に位置し、前記配線に接続された接続用電極と、を備え、
    前記配線は、前記基材の前記伸縮部の前記第1面側において、前記基材の前記第1面の法線方向に沿って見た場合に、前記基材の前記第1面の面内方向に沿って並ぶ複数の山部及び谷部を含む蛇腹形状部を有する、配線基板。
  2. 前記接続用電極は、前記配線基板に搭載される電子部品に接続される電極である、請求項1に記載の配線基板。
  3. 前記接続用電極は、前記電子部品を前記配線基板への搭載する時に圧着治具により押圧され、若しくは、前記配線基板から前記電子部品を脱着する時に引っ張られるようになっている、請求項2に記載の配線基板。
  4. 前記配線は、前記基材の前記第1面の法線方向に沿って見た場合に、前記伸縮部と前記固定部との境界上を亘って、連続して前記基材の前記第1面側に位置する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の配線基板。
  5. 前記配線の前記蛇腹形状部は、前記基材の前記第1面の法線方向に沿って見た場合に、前記固定部の表面上には設けられていない、請求項4に記載の配線基板。
  6. 前記配線が延在する方向において、前記配線の幅は、前記接続用電極の幅よりも、小さい請求項1、4、5のいずれか一項に記載の配線基板。
  7. 前記固定部及び前記接続用電極は、前記配線基板の端部に近接して位置している請求項1乃至6のいずれか一項に記載の配線基板。
  8. 前記基材の前記第1面側の前記伸縮部と前記固定部との境界近傍において、前記基材の前記第1面の法線方向で、前記伸縮部の表面の高さと前記固定部の表面の高さは、同じである請求項1乃至7のいずれか一項に記載の配線基板。
  9. 前記基材の前記第1面の法線方向において、前記伸縮部の厚さと前記固定部の厚さは、同じである、請求項8に記載の配線基板。
  10. 前記基材の前記第1面の法線方向において、前記伸縮部の厚さは、前記固定部の厚さよりも大きい、請求項8に記載の配線基板。
  11. 前記固定部は、前記伸縮部と前記固定部との境界近傍において、前記配線が延在する方向に沿った断面が凹んだ凹部を有し、
    前記伸縮部は、前記伸縮部と前記固定部との前記境界近傍において、前記配線が延在する方向に沿った断面が突出した凸部を有し、
    前記伸縮部の凸部は、前記固定部の凹部に嵌め込まれている請求項8に記載の配線基板。
  12. 前記伸縮部の凸部と前記固定部の凹部とを貫通し、前記伸縮部と前記固定部とを係合する係合部材を更に備える請求項11に記載の配線基板。
  13. 前記固定部は、前記伸縮部との境界面の面内方向が、前記基材の前記第1面の面内方向に対して直角になっている請求項8に記載の配線基板。
  14. 前記固定部は、前記伸縮部との境界面の面内方向が、前記基材の前記第1面の面内方向に対して、鋭角になるように、傾斜している請求項8に記載の配線基板。
  15. 前記固定部は、前記伸縮部との境界面の面内方向が、前記基材の前記第1面の面内方向に対して、鈍角になるように、傾斜している請求項8に記載の配線基板。
  16. 前記伸縮部は、前記伸縮部と前記固定部との境界近傍において、前記配線が延在する方向に沿った断面が凹んだ凹部を有し、
    前記固定部は、前記伸縮部と前記固定部との前記境界近傍において、前記配線が延在する方向に沿った断面が突出した凸部を有し、
    前記固定部の凸部は、前記伸縮部の凹部に嵌め込まれている請求項8に記載の配線基板。
  17. 前記配線は、前記伸縮部と前記固定部との前記境界近傍において、前記基材の前記第1面の面内方向に沿って並ぶ複数の山部及び谷部を含む追加蛇腹形状部が設けられている、請求項8に記載の配線基板。
  18. 前記電極と前記配線とは、同じ材料で構成されている請求項1乃至17のいずれか一項に記載の配線基板。
  19. 前記配線の前記蛇腹形状部の振幅が1μm以上である、請求項1乃至18のいずれか一項に記載の配線基板。
  20. 前記基材の前記第1面の面内方向に沿う引張応力が前記基材に加えられていない第1状態における前記配線の抵抗値を第1抵抗値と称し、前記基材に引張応力を加えて前記基材を前記第1面の面内方向において前記第1状態に比べて30%伸長させた第2状態における前記配線の抵抗値を第2抵抗値と称する場合、前記第1抵抗値に対する、前記第1抵抗値と前記第2抵抗値の差の絶対値の比率が、20%以下である、請求項1乃至19のいずれか一項に記載の配線基板。
  21. 前記配線と前記基材の前記第1面との間に位置し、前記第1の弾性係数よりも大きい第3の弾性係数を有し、前記配線を支持する支持基板を更に備える、請求項1乃至20のいずれか一項に記載の配線基板。
  22. 前記基材は、シリコーンゴムを含む、請求項1乃至21のいずれか一項に記載の配線基板。
  23. 前記固定部は、金属層を含む、請求項1乃至22のいずれか一項に記載の配線基板。
  24. 前記配線は、複数の導電性粒子を含む、請求項1乃至23のいずれか一項に記載の配線基板。
  25. 前記基材の前記第1面側に位置し、前記配線に電気的に接続される電極を有する電子部品を更に備える、請求項1乃至24のいずれか一項に記載の配線基板。
  26. 配線基板の製造方法であって、
    第1面及び前記第1面の反対側に位置する第2面を含む基材であって、第1の弾性係数を有する伸縮部と、基材の前記第1面の面内方向に前記伸縮部と隣接し且つ前記第1の弾性係数よりも大きい第2の弾性係数を有する固定部と、を備えた基材に引張応力を加えて、前記基材を伸長させる第1工程と、
    伸長した状態の前記基材の前記伸縮部の前記第1面側に配線を設けるとともに、伸長した状態の前記基材の前記固定部の前記第1面側に前記配線に接続された接続用電極を設ける、第2工程と、
    前記基材から前記引張応力を取り除く第3工程と、を備え、
    前記配線は、前記基材の前記伸縮部の前記第1面側において、前記基材の前記第1面の法線方向に沿って見た場合に、前記基材の前記第1面の面内方向に沿って並ぶ複数の山部及び谷部を含む蛇腹形状部を有する、配線基板の製造方法。
  27. 第1面及び前記第1面の反対側に位置する第2面を含み、前記第1の弾性係数よりも大きい第3の弾性係数を有する支持基板を準備し、前記支持基板の前記第1面に前記配線及び前記接続用電極を設ける支持基板準備工程と、を更に備え、
    前記第2工程においては、伸長した状態の前記基材の前記第1面に、前記配線及び前記接続用電極が設けられた前記支持基板を、前記支持基板の前記第2面側から接合させる、請求項26に記載の配線基板の製造方法。
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