JP2020136350A - 配線基板及び配線基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
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、配線基板10を示す平面図である。図2は、図1の配線基板10のA−A線に沿った断面図であり、図3は、図1の配線基板10のB−B線に沿った断面図である。
基材20は、少なくとも1つの方向において伸縮性を有するよう構成された部材である。基材20は、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。図1に示す例において、基材20は、第1面21の法線方向に沿って見た場合に、第1方向D1に延びる一対の辺と、第2方向D2に延びる一対の辺とを含む四角形状を有する。第1方向D1と第2方向D2とは、図1に示すように互いに直交していてもよく、図示はしないが直交していなくてもよい。以下の説明において、第1面21の法線方向に沿って配線基板10又は配線基板10の構成要素を見ることを、単に「平面視」とも称する。本実施の形態において、基材20は、少なくとも第1方向D1において伸縮性を有する。基材20は第1方向D1以外の方向においても伸縮性を有していてもよい。
配線52は、導電性を有し、平面視において細長い形状を有する部材である。図1に示す例において、配線52は、基材20の第1面21の面内方向の1つである第1方向D1に延びている。
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に用いられる材料自体が伸縮性を有する場合、材料の伸縮性は、例えば、基材20の伸縮性と同様である。配線52に用いられ得る、それ自体が伸縮性を有する材料としては、例えば、導電性粒子およびエラストマーを含有する導電性組成物が挙げられる。導電性粒子としては、配線に使用できるものであればよく、例えば、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、白金、カーボン等の粒子が挙げられる。中でも、銀粒子が好ましく用いられる。
例えば、配線52の材料が伸縮性を有さない場合、配線52の厚みは、25nm以上100μm以下の範囲内とすることができ、50nm以上50μm以下の範囲内であることが好ましく、100nm以上5μm以下の範囲内であることがより好ましい。
また、配線52の材料が伸縮性を有する場合、配線52の厚みは、5μm以上60μm以下の範囲内とすることができ、10μm以上50μm以下の範囲内であることが好ましく、20μm以上40μm以下の範囲内であることがより好ましい。
配線52の幅は、例えば50μm以上且つ10mm以下である。
調整機構30は、基材20の伸縮を制御するために基材20の第1面21側に設けられている機構である。調整機構30は、基材20の広域にわたって設けられている。例えば、調整機構30は、基材20の第1面21側において、配線52よりも高い占有率を有する。このため、調整機構30が設けられていない場合に比べて、配線基板10を伸縮させる際に配線基板10の一部に局所的に応力が集中することを抑制することができる。例えば、基材20の弾性係数と配線52の弾性係数の相違が大きく、且つ配線52の占有率が低い場合、配線基板10を伸縮させる際に配線52に応力が集中し易い。これに対して、本実施の形態によれば、基材20に調整機構30を設けることにより、配線52に応力が集中することを抑制することができる。これにより、配線基板10に生じる湾曲や屈曲などの変形が局所的に大きくなることを抑制することができる。このため、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。また、配線基板10を繰り返し伸縮させた際に配線52の電気抵抗値が増加してしまうことを抑制することができる。
調整層31に用いられる伸縮性を有する材料としては、例えば、エラストマーを挙げることができる。エラストマーとしては、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、具体的には、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、アミド系エラストマー、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、ポリブタジエン、ポリイソブチレン、ポリスチレンブタジエン、ポリクロロプレン等が挙げられる。調整層31を構成する材料がこれらの樹脂である場合、調整層31は、透明性を有していてもよい。また、調整層は、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、調整層31は黒色であってもよい。また調整層の色と基板の色とが同一であってもよい。調整層31にデザイン性を持たせて加飾の役割を持っていてもよい。
次に、図9(a)〜(c)を参照して、配線基板10の製造方法について説明する。
本変形例においては、調整機構30が、基材20が過剰に伸長して配線52などの構成要素に破断などの不具合が生じることを防ぐストッパーとしても機能する例について説明する。
次に、図11(a)〜(c)及び図12(a)〜(c)を参照して、配線基板10の製造方法について説明する。
上述の実施の形態においては、配線52が基材20の第1面21に設けられる例を示したが、これに限られることはない。本変形例においては、配線52が支持基板によって支持される例を示す。
支持基板40は、基材20よりも低い伸縮性を有するよう構成された部材である。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15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21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。
なお、支持基板40の弾性係数が低すぎると、配線52の形成工程中に支持基板40が変形し易く、この結果、支持基板40に対する配線52の位置合わせが難しくなる。また、支持基板40の弾性係数が高すぎると、弛緩時の基材20の復元が難しくなり、また基材20の割れや折れが発生し易くなる。
次に、図18(a)〜(c)を参照して、本変形例に係る配線基板10の製造方法について説明する。
例えば、基材20に接合される前の状態の支持基板40に調整機構30を設けてもよい。この場合、配線52を設ける前に支持基板40に調整機構30を設けてもよく、配線52を設けた後に支持基板40に調整機構30を設けてもよい。
また、上述の第1の変形例の場合と同様に、第1伸長工程における基材20の伸長率よりも小さい伸長率で伸長されている状態の基材20に接合されている支持基板40に調整機構30を設けてもよい。
上述の第2の変形例においては、支持基板40が接着層60を介して基材20に接合される例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、非接着表面を分子修飾させて、分子接着結合させる方法などによって支持基板40が基材20に接合されていてもよい。この場合、図19に示すように、基材20と支持基板40との間に接着層が設けられていなくてもよい。
上述の第2の変形例及び第3の変形例においては、支持基板40の第1面41側に配線52及び調整機構30が設けられている例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、図20に示すように、配線52及び調整機構30は、支持基板40の第2面42側に設けられていてもよい。
上述の実施の形態においては、配線52に重ならないよう調整機構30が配置されている例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、図21に示すように、調整機構30が、配線52に重なる重なり部分37を含んでいてもよい。この場合、配線52全体の面積に対する、配線52のうち調整機構30と重なっていない部分の面積の比率(以下、非重複率)が、配線52全体の面積に対する、配線52のうち調整機構30と重なっている部分の面積の比率(重複率)よりも大きいことが好ましい。非重複率は、重複率の例えば2倍以上であり、3倍以上であってもよく、4倍以上であってもよく、5倍以上であってもよい。これにより、調整機構30が配線52に接することに起因して配線52の電気特性の劣化が生じることを抑制することができる。
図22は、本変形例に係る配線基板10を示す平面図である。図23は、図22の配線基板10のC−C線に沿った断面図である。図22及び図23に示すように、配線基板10は、配線52に電気的に接続された電子部品51を備えていてもよい。図22及び図23に示す例において、電子部品51は、支持基板40の第1面41側に位置している。若しくは、配線基板10は、電子部品51が搭載されてはいないが、配線52に電気的に接続される電子部品51が搭載され得るように構成されていてもよい。
(伸縮性基材の準備)
支持台の上に、接着層60として機能する粘着シートを載置した。粘着シートとしては、3M社製の粘着シート8146を用いた。続いて、粘着シート上に2液付加縮合のポリジメチルシロキサン(PDMS)を塗布し、PDMSを硬化させた。これにより、粘着シートの上に基材20を形成した。硬化後の基材20の厚さは900μmであった。続いて、基材20及び接着層60を含む第1積層体の一部分を切り出し、接着層60を除去した基材20をサンプルとして用いて、基材20の弾性係数を、JIS K6251に準拠した引張試験により測定した。結果、基材20の弾性係数は0.05MPaであった。また、基材20の断面積は0.45×10−6m2であった。
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)フィルムを準備した。続いて、支持基板40の第1面41に導電性ペーストを所定のパターンで印刷することにより、配線52を形成した。印刷法としては、スクリーン印刷を用いた。導電性ペーストとしては、銀の導電性粒子を含むものを用いた。配線52は、200μmの幅、40mmの長さを有する。また、支持基板40の一部分をサンプルとして取り出し、支持基板40の弾性係数を、ASTM D882に準拠した引張試験により測定した。結果、支持基板の弾性係数は2.2GPaであった。
基材20<調整層31<配線52<支持基板40
接着層60が形成されている基材20に張力を加え、基材20及び接着層60を第1方向D1において50%伸長させた状態で、配線52及び調整層31が設けられた支持基板40を接着層60に接合させた。この状態における配線52の抵抗は35Ωであった。
支持基板40の第1面41側において配線52と重ならない領域にもウレタン樹脂を含む調整層31を形成したこと以外は、実施例1の場合と同様にして、配線基板10を作製した。この状態における配線52の抵抗は35Ωであった。
支持基板40の第1面41に調整層31を形成しなかったこと以外は、実施例1の場合と同様にして、配線基板10を作製した。この状態における配線52の抵抗は47Ωであった。
20 基材
21 第1面
22 第2面
23 山部
24 谷部
25 山部
26 谷部
30 調整機構
31 調整層
32 接着層
33 山部
34 谷部
37 重なり部分
40 支持基板
41 第1面
42 第2面
51 電子部品
52 配線
53 山部
54 谷部
Claims (30)
- 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、伸縮性を有する基材と、
前記基材の前記第1面側に位置し、前記基材の前記第1面の面内方向の1つである第1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と、
前記基材の前記第1面側に位置し、前記第1面の法線方向に沿って見た場合に前記配線との間に間隔を空けて前記第1方向に延びる側縁を有し、表面に樹脂又はエラストマーを含む調整機構と、を備える、配線基板。 - 前記調整機構は、前記第1方向に直交する第2方向において前記配線を挟むように位置している、請求項1に記載の配線基板。
- 前記調整機構は、前記配線よりも低い弾性係数を有する調整層を含む、請求項1又は2に記載の配線基板。
- 前記調整機構は、前記基材よりも高い曲げ剛性又は弾性係数を有する調整層を含む、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の配線基板。
- 前記配線は、ベース材及び導電性粒子を含む、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の配線基板。
- 前記調整機構は、前記第1方向に直交する第2方向において、前記配線の幅以上の寸法を有する、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の配線基板。
- 前記調整機構は、前記第1方向に直交する第2方向において、前記配線の幅の2倍以上の寸法を有する、請求項6に記載の配線基板。
- 前記調整機構の前記側縁と前記配線との間の前記間隔が、配線の幅以下である、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の配線基板。
- 前記調整機構の前記側縁と前記配線との間の前記間隔が、100μm以下である、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の配線基板。
- 前記調整機構は、前記第1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、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の配線基板。
- 前記基材の前記第2面側における前記配線基板の表面のうち前記配線の前記蛇腹形状部に重なる部分に現れる山部及び谷部の振幅が、前記基材の前記第1面側における前記配線基板の表面のうち前記配線の前記蛇腹形状部に重なる部分に現れる山部及び谷部の振幅と異なる、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の配線基板。
- 前記基材の前記第2面側における前記配線基板の表面のうち前記配線の前記蛇腹形状部に重なる部分に現れる山部及び谷部の振幅が、前記基材の前記第1面側における前記配線基板の表面のうち前記配線の前記蛇腹形状部に重なる部分に現れる山部及び谷部の振幅よりも小さい、請求項11に記載の配線基板。
- 前記基材の前記第2面側における前記配線基板の表面のうち前記配線の前記蛇腹形状部に重なる部分に現れる山部及び谷部の周期が、前記基材の前記第1面側における前記配線基板の表面のうち前記配線の前記蛇腹形状部に重なる部分に現れる山部及び谷部の周期と異なる、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の配線基板。
- 前記基材の前記第2面側における前記配線基板の表面のうち前記配線の前記蛇腹形状部に重なる部分に現れる山部及び谷部の周期が、前記基材の前記第1面側における前記配線基板の表面のうち前記配線の前記蛇腹形状部に重なる部分に現れる山部及び谷部の周期よりも大きい、請求項13に記載の配線基板。
- 前記基材の前記第2面側における前記配線基板の表面のうち前記配線の前記蛇腹形状部に重なる部分に現れる山部及び谷部の位置が、前記基材の前記第1面側における前記配線基板の表面のうち前記配線の前記蛇腹形状部に重なる部分に現れる山部及び谷部の位置からずれている、請求項1乃至14のいずれか一項に記載の配線基板。
- 前記配線基板を前記第1方向において伸長させながら、前記配線基板に加えられている張力及び前記配線の電気抵抗を測定した場合、前記電気抵抗は、前記第1方向における前記配線基板の伸長量が第1伸長量のときに、単位伸長量当たりの前記電気抵抗の増加量が変化する第1転換点を示し、前記張力は、前記第1方向における前記配線基板の伸長量が前記第1伸長量よりも小さい第2伸長量のときに、単位伸長量当たりの前記張力の増加量が変化する第2転換点を示す、請求項1乃至15のいずれか一項に記載の配線基板。
- 前記第1伸長量は、前記第2伸長量の1.1倍以上である、請求項16に記載の配線基板。
- 前記第1方向における前記配線基板の伸長量が前記第2伸長量より小さいときの、単位伸長量当たりの前記張力の増加量を第1張力増加率と称し、前記第1方向における前記配線基板の伸長量が前記第2伸長量より大きいときの、単位伸長量当たりの前記張力の増加量を第2張力増加率と称する場合、前記第2張力増加率は前記第1張力増加率より大きい、請求項16又は17に記載の配線基板。
- 前記第2張力増加率は前記第1張力増加率の2倍以上である、請求項18に記載の配線基板。
- 前記第1方向における前記配線基板の伸長量が前記第1伸長量より小さいときの、単位伸長量当たりの前記電気抵抗の増加量を第1電気抵抗増加率と称し、前記第1方向における前記配線基板の伸長量が前記第1伸長量より大きいときの、単位伸長量当たりの前記電気抵抗の増加量を第2電気抵抗増加率と称する場合、前記第2電気抵抗増加率は前記第1電気抵抗増加率より大きい、請求項16乃至19のいずれか一項に記載の配線基板。
- 前記第2電気抵抗増加率は前記第1電気抵抗増加率の2倍以上である、請求項20に記載の配線基板。
- 前記基材は、熱可塑性エラストマー、シリコーンゴム、ウレタンゲル又はシリコンゲルを含む、請求項1乃至21のいずれか一項に記載の配線基板。
- 支持基板を更に備える、請求項1乃至22のいずれか一項に記載の配線基板。
- 前記支持基板は、前記基材よりも高い弾性係数を有し、前記配線を支持する、請求項23に記載の配線基板。
- 前記支持基板は、前記配線と前記基材の前記第1面との間に位置し、前記配線を支持する、請求項23又は24に記載の配線基板。
- 前記支持基板は、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、又はポリエチレンテレフタラートを含む、請求項23乃至25のいずれか一項に記載の配線基板。
- 前記配線に電気的に接続される電子部品を更に備える、請求項1乃至26のいずれか一項に記載の配線基板。
- 配線基板の製造方法であって、
伸縮性を有する基材に、前記基材の第1面の面内方向の1つである第1方向において張力を加えて、前記基材を伸長させる第1伸長工程と、
前記第1伸長工程によって伸長した状態の前記基材の第1面側に、前記第1方向に延びる配線を設ける配線形成工程と、
伸長した状態の前記基材の第1面側に、前記第1面の法線方向に沿って見た場合に前記配線との間に間隔を空けて前記第1方向に延びる側縁を有し、表面に樹脂又はエラストマーを含む調整機構を設ける調整機構形成工程と、
前記基材から前記張力を取り除く収縮工程と、を備える、配線基板の製造方法。 - 前記配線基板を前記第1方向において伸長させながら、前記配線基板に加えられている張力及び前記配線の電気抵抗を測定した場合、前記電気抵抗は、前記第1方向における前記配線基板の伸長量が第1伸長量のときに、単位伸長量当たりの前記電気抵抗の増加量が変化する第1転換点を示し、前記張力は、前記第1方向における前記配線基板の伸長量が第1伸長量よりも小さい第2伸長量のときに、単位伸長量当たりの前記張力の増加量が変化する第2転換点を示す、請求項28に記載の配線基板の製造方法。
- 前記調整機構形成工程において、前記調整機構は、前記基材に前記配線を設けた後、前記第1伸長工程よりも小さな伸長率で伸長した状態の前記基材の第1面側に設けられる、請求項29に記載の配線基板の製造方法。
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