JP2022114804A - 回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】配線の形状等を自由に設計でき、柔軟性・信頼性等に優れ、かつ、比較的容易なプロセスで製造可能な回路基板を提供すること。
【解決手段】第一絶縁層、及び、前記第一絶縁層の表面及び内部の少なくとも何れかに設けられた第一配線を備える第一回路基板と、第二絶縁層、及び、前記第二絶縁層の表面及び内部の少なくとも何れかに設けられた第二配線を備え、かつ、前記第一回路基板に重なる第二回路基板とを備え、前記第二絶縁層は、前記第一絶縁層よりも引張弾性率が大きく、前記第一配線と前記第二配線とが電気的に接続されており、前記第一配線は、導電性非繊維素材で形成されている、回路基板。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路基板、特に伸縮性を有する回路基板に関する。

エレクトロニクス分野、特にセンサ、ディスプレイ、ロボット用人工皮膚などの様々な用途において、装着性や形状追従性の要求が高まっており、曲面や凹凸面などに配置したり自由に変形させたりすることが可能な柔軟ないわゆるパッチデバイス等が要求されている。このような要求に対して、伸縮性を有する電子デバイスに関する研究がなされており、次世代を担うストレッチャブルエレクトロニクス技術として非常に期待されている。

しかし、電子デバイスを自由自在に変形させるためには、電子回路基板に伸縮性が必要なだけでなく、実装される電子部品にかかる変形応力に対しても耐性が必要である。そこで、これまでにも電子回路にかかる応力集中を緩和し伸縮時の配線部の断線を防止する手段が検討されている。

例えば、特許文献１には、伸縮性を有するシート状の伸縮性基材と、前記伸縮性基材の主面の少なくとも一方側に形成された伸縮性の配線部と、前記配線部と接続された外部端子と、を備える伸縮性配線基板であって、前記伸縮性配線基板は、前記伸縮性基材よりも面内剛性が高い補強領域と、前記補強領域を除く伸縮領域と、を有しており、前記配線部は、前記補強領域と前記伸縮領域との境界部を跨いで形成されており、伸縮性を有するシート状の伸縮性補材が、前記配線部が形成されている前記境界部に設けられていることを特徴とする伸縮性配線基板が報告されている。

しかしながら、上記特許文献１に記載のような基板では、例えば、ハンダを用いて部品実装する際に、伸縮性配線と非伸縮性金属層が同一平面上に形成された回路基板に部品実装がなされるようになる。そうなると、実装基板としての耐久性、柔軟性、および、プロセス工程が煩雑になるという問題がある。

そのような問題に対して、特許文献２では、屈曲性を有する第１の基板前記第１の基板上に設けられ、第１の電極を有する第２の基板と、前記第１の基板上に前記第２の基板から離間して設けられ、第２の電極を有する第３の基板と、前記第２の基板上に設けられ、前記第１の電極に電気的に接続された第１の電子部品と、前記第３の基板上に設けられ、前記第２の電極に電気的に接続された第２の電子部品と、前記第１の基板に伸縮可能な状態で縫い込まれ、前記第１の電極と前記第２の電極とを電気的に接続する導電性糸状部材を有する配線と、を含む電子機器が報告されている。

特開２０１７－３４０３８号公報 特開２０１９－１７５９９３号公報

しかしながら、上記特許文献２記載の技術のように、導電性糸状部材を用いて、それを基板に縫い込む構造だと、基板と導電性糸状部材の密着性が十分に確保できないと考えられ、さらに、配線を分岐させたりといった設計の自由度が制限されるという問題がある。また、基板の製造プロセスにおいても、糸状部材を縫い付けるという工程が必須となるため、煩雑となるおそれがある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、配線の形状等を自由に設計でき、柔軟性・信頼性等に優れ、かつ、比較的容易なプロセスで製造可能な回路基板を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の一局面に関する回路基板は、第一絶縁層、及び、前記第一絶縁層の表面及び内部の少なくとも何れかに設けられた第一配線を備える第一回路基板と、第二絶縁層、及び、前記第二絶縁層の表面及び内部の少なくとも何れかに設けられた第二配線を備え、かつ、前記第一回路基板に少なくとも一部が重なっている第二回路基板とを備え、前記第二絶縁層は、前記第一絶縁層よりも引張弾性率が大きく、前記第一配線と前記第二配線とが電気的に接続されており、前記第一配線は、導電性非繊維素材で形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、配線の形状等を自由に設計でき、柔軟性・信頼性等に優れ、かつ、比較的容易なプロセスで製造可能な回路基板を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る、回路基板の示す概略図である。 図２は、本発明の回路基板における、その他の実施形態例を示す概略図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面などを用いて具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。

本実施形態に係る回路基板１０は、主にエレクトロニクス用部材に用いられる回路基板であり、図１に示すように、第一回路基板１と第二回路基板２とを備える、多層回路基板であることを特徴とする。

本実施形態において、第一回路基板１は、第一絶縁層１１、及び、前記第一絶縁層１１の表面及び内部の少なくとも何れかに設けられた第一配線１２を備える。また、第二回路基板２は前記第一回路基板１に少なくとも一部が重なっており、第二絶縁層２１、及び、前記第二絶縁層２１の表面及び内部の少なくとも何れかに設けられた第二配線２２を備える。そして、前記第一配線１２と前記第二配線２２とは電気的に接続されている。

このように回路基板上に２つ（もしくはそれ以上）の回路基板を設けることによって、いずれか一方の回路基板のみを先に部品実装したりすることができ、既存の部品実装方法（例えば半田リフロー）などにより部品実装部分を容易に製造することができるという利点がある。

また、第二回路基板２が第一回路基板１と重なっていることにより、回路基板１０の小型化を図れるという利点もある。基板の小型化という観点からは、図１に示すように、第二回路基板２は第一回路基板１と完全に重なっていてもよいが、それに限定はされるわけではなく、第一配線１２と第二配線２２とが電気的に接続されている限り、第二回路基板２の一部のみが第一回路基板１と重なっている構造であってもよい。

本実施形態の回路基板１０において、第二回路基板が有する第二絶縁層は、第一回路基板が有する第一絶縁層より、引張弾性率が大きい。このような構成により、伸縮性の高い回路部と、当該回路部より伸縮性の低い回路部（例えば、非伸縮回路部）とが、回路基板内に共存でき、製造時のプロセスを分離できる。つまり、従来の伸縮性回路部と非伸縮性回路部とが搭載された回路基板より容易なプロセスで製造を行うことができるという利点がある。また、第一回路基板に伸縮性・柔軟性を持たせ、第二回路基板に電子部品３等を実装することによって、伸縮性・柔軟性を備えつつ、部品実装部の変形応力を抑制でき、部品実装部が壊れにくい回路基板とすることができる。

本実施形態の第一配線１２は、導電性非繊維素材で形成されている。このように第一配線が導電性非繊維素材で形成されていることによって、糸状部材などより配線の設計の自由度を得ることができ、例えば、配線を分岐させたり、より複雑な回路デザインを設計するといったことも可能となる。さらに、配線を形成するプロセスについても、糸状部材では縫い付ける工程が必要となるが、本実施形態のでは不要である。

好ましい実施形態において、回路基板１０は、第一回路基板１と第二回路基板２との間に接着層４を備えていてもよい。この場合、第一回路基板１と第二回路基板２とは、接着層４を介して重なっている。本実施形態において、接着層４の引張弾性率は、前記第一絶縁層の引張弾性率よりも大きく、前記第二絶縁層の引張弾性率よりも小さいことが好ましい。それにより、回路基板を伸縮させたとしても、第一回路基板１と第二回路基板２との接続部で破断等が起こりにくくなり、前記接続部の耐久性が良好になる。

上述の通り、本実施形態の第一配線１２と前記第二配線２２とは電気的に接続されているが、この接続については、前記第一配線１２と前記第二配線２２とが、前記第二絶縁層２１に形成された貫通孔（図示せず）を通じて電気的に接続されていることが好ましい。なお、本実施形態の回路基板１０が上述の接着層４を備える場合には、前記貫通孔は、第二絶縁層２１に形成されていてもよいし、あるいは、第二絶縁層２１及び接着層４の両方に形成されていてもよい。また、貫通孔を用いて電気的に接続する方法としては、前記貫通孔に導電性材料や導電性ペーストを充填することによって電気的接続を得る方法等が挙げられる。さらには、第二絶縁層２１のみに貫通孔を設け、接着層４として導電フィルムを使用することによっても、第一配線１２と前記第二配線２２とを電気的に接続することができる。

なお、図１に示す実施形態における回路基板１０では、第二回路基板２が第一回路基板１の上に重なって載っている形態であるが、本発明の回路基板１０はこのような実施形態に限定されるわけではない。

図２に、その他の実施形態の構造をいくつか例示する。例えば、図２（Ａ）では、第二回路基板２は第１回路基板と完全に重なっているわけではなく、一部のみが重なっている構造となっている。

また、図２（Ｂ）に示すように、第二回路基板２の方が第一回路基板１より下層に設けられていてもよい。この場合、第一回路基板１の第一配線１２は、第一回路基板１の裏面に設けられ、第二回路基板２の第二配線２２と電気的に接続されていてもよい。

さらには、本実施形態の回路基板１０においては、１つの第二回路基板２だけでなく、図２（Ｃ）に示すように、複数の第二回路基板２が第一回路基板１の上に設けられていてもよい。

次に、第一回路基板についてより詳しく説明する。

本実施形態における第一回路基板では、第一絶縁層および第二配線はともに伸縮性を有することが好ましい。ここで「伸縮性を有する」とは弾性変形可能であることをさし、本実施形態の第一絶縁層は、以下に示す引張弾性率および／または破断伸び率を満たすことが好ましい。

より具体的には、第一絶縁層は、引張弾性率が０．５ＭＰａ以上であることが好ましい。上限は特に限定はされないが、１００ＭＰａ以下であることが好ましい。より好ましくは、引張弾性率が１．０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下、さらに好ましくは１．５ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下である。

また、第一絶縁層の破断伸び率は、５０％以上１０００％以下であることが好ましい。本実施形態において、破断伸び率は破断するまでの伸長率をさし、上述の引張弾性率と共に絶縁層の柔軟性を示す指標である。より好ましい破断伸び率は、１００％以上、５００％以下である。

上述したような範囲の引張弾性率および／または破断伸び率を有する絶縁層を備えた回路基板であれば、任意の形へ変形時の追従性が高いために、例えば、衣服などに優れた追従性を有し、かつ破壊されにくく、伸縮性に優れた回路基板を得ることが出来ると考えられる。

本実施形態の引張弾性率と破断伸び率は、以下の方法によって測定した値である：
まず、絶縁層を構成する樹脂の硬化物をダンベル６号型（ＪＩＳ Ｋ ６２５１、２０１７年）にカットし、万能試験機（株式会社島津製作所社製ＡＧＳ－Ｘ）に取り付ける。そして、室温（２５℃）にて、引張速度：２５ｍｍ／ｍｉｎで試験を行い、０～０．０５の歪（ｒ）に対応するすべての応力（σ）データから最小二乗法を用いてｒ－σの傾きを求めて初期引張弾性率を算出する。
歪（ｒ）＝ｘ／ｘ０（ｘはつかみ具の移動距離、ｘ０は初期つかみ具間距離）
応力（σ）＝Ｆ／（ｄ・ｌ）（Ｆは試験力、ｄはフィルム膜厚、ｌは試験片の幅）

また、破断伸び率については、各硬化樹脂フィルムが破断した際の伸び率を前記試験器で計測する。

また、第一絶縁層の５０％伸長時の引張応力は、０．１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下であることが好ましい。「５０％伸長時の引張応力」は＿前述した引張試験において、伸び率が５０％になった際の引張応力を指し、上述の引張弾性率と共に絶縁層の柔軟性を示す指標であり、それが前記範囲内であることにより、（上述した引張弾性率と同様に）任意の形へ変形時の追従性が高いために、配線および部品実装部が破壊されにくいという利点がある。前記引張応力のより好ましい範囲は、０．５ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下である。

前記引張応力は、以下の方法で測定した値である：
前述の引張伸び率の測定と同様に、絶縁層を構成する樹脂の硬化物をダンベル６号型（ＪＩＳ Ｋ ６２５１、２０１７年）にカットし、万能試験機（株式会社島津製作所社製ＡＧＳ－Ｘ）に取り付ける。そして、室温（２５℃）にて、引張速度：２５ｍｍ／ｍｉｎで試験を行い、引張伸び率が５０％となった際の応力値を算出する。
応力（σ）＝Ｆ／（ｄ・ｌ）（Ｆは試験力、ｄはフィルム膜厚、ｌは試験片の幅）

本実施形態の第一絶縁層は、硬化性樹脂組成物または熱可塑性樹脂組成物で構成されることが好ましい。使用する硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂組成物であることが好ましく、ハンダ等で、リフロー炉やハンダゴテを用いて電子部品と回路基板とを接合する場合の温度にも十分な耐熱性を有するものであればより好ましい。また上記熱可塑性樹脂としては、その軟化点または融点が１４０℃以上、好ましくは１６０℃以上、より好ましくは１８０℃以上であることが望ましい。それにより、ハンダ実装における加熱温度に対して、確実に耐えることができると考えられる。

本実施形態の第一絶縁層に使用し得る、硬化性樹脂組成物をとしては、例えばシリコン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素ゴムが挙げられ、また、熱可塑性樹脂としては、例えばウレタン樹脂、各種ゴム、アクリル樹脂、オレフィン系樹脂、エチレンプロピレンジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴムが挙げられる。特に、耐熱性の観点から硬化性樹脂組成物を用いることが好ましく、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂を用いることが好ましく、エポキシ樹脂を用いることがさらに好ましい。

接着性や耐熱性に優れる点、低熱膨張、弾性率制御、熱導電性、光反射性などの機能を付与できるという観点から、前記樹脂組成物は、熱硬化性樹脂を含有していることが好ましく、より具体的には、アルキレンオキサイド変性または炭素数が２～５０００の２価の有機基を含むことを特徴とするエポキシ樹脂、ポリロタキサン樹脂、イソシアネート樹脂、ポリオール樹脂、水添スチレン系エラストマー樹脂、アクリル酸エステル共重合樹脂などの樹脂があげられる。これらは単独で用いても良いし、２種類以上組み合わせても良い。さらに、前記樹脂組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲で、硬化剤、硬化促進剤、充填材等の各種添加剤を含まれていてもよい。

第一絶縁層に使用できる具体的な樹脂組成物としては、例えば、ポリロタキサン、熱硬化性樹脂及び硬化剤を含む樹脂組成物（例えば、国際公開ＷＯ２０１５／０５２８５３号パンフレット等に記載の樹脂組成物）等が挙げられる。

本実施形態の第一絶縁層は、上述したような樹脂組成物を、未硬化または半硬化の状態でＰＥＴフィルムなどの支持体上に塗布し、適宜加熱・加圧・乾燥などすることによって、硬化物とすることによって形成できる。樹脂組成物の加熱・加圧・乾燥等の条件は、主成分となる樹脂の種類および含有量等によって適宜好ましい範囲を設定することができる。

あるいは、絶縁性の繊維基材を、本実施形態の第一絶縁層として用いてもよい。繊維基材としては、例えば、織物、編物、組物、不織布またはこれらの組み合わせ等が挙げられる。さらには、これらの繊維基材に上述したような樹脂組成物を含浸させて得られる繊維シートを第一絶縁層とすることも可能である。

本実施形態の第一配線は、上述したような第一絶縁層の表面および内部の少なくともいずれかに設けられている。つまり、第一配線は、第一絶縁層表面に形成されていてよいし、第一絶縁層に埋め込まれる形で形成されていてもよい。

本実施形態の第一配線に使用できる配線材料としては、導電性非繊維素材である限り特に限定はされないが、上述した第一絶縁層の伸縮性が損なわれない範囲の引張弾性率および／または伸長性（破断伸び率）等を有していることが好ましい。

すなわち、第一配線は、引張弾性率が０．５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下程度であることが好ましく、また、第一配線の破断伸び率は、５０％以上１０００％以下程度であることが好ましい。

前記導電性非繊維素材としては、導電性を有する非繊維素材であれば特に限定なく使用できるが、例えば、導電性樹脂組成物の半硬化物もしくは硬化物、導電性粒子の焼結体、及び、液体金属から選ばれる少なくとも１つであることが好ましい。

第一配線に使用し得る導電性樹脂組成物は、硬化性樹脂組成物または熱可塑性樹脂組成物を含んでいることが好ましい。硬化性樹脂組成物の場合には熱分解温度（Ｔｄ５）が１４０℃以上であり、前記熱可塑性樹脂組成物の場合には軟化点、融点は、いずれも１４０℃以上、好ましくは１６０℃以上、より好ましくは１８０℃以上であるあることが望ましい。それにより、例えば、ハンダ実装における加熱温度等に対する耐熱性を得られると考えられる。

硬化性樹脂組成物としては、例えばシリコン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素ゴムが挙げられ、また、熱可塑性樹脂組成物としては、例えばウレタン樹脂、各種ゴム、アクリル樹脂、オレフィン系樹脂、エチレンプロピレンジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴムが挙げられる。特に、耐熱性の観点から、熱硬化性樹脂組成物を用いることが好ましく、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂がより好ましく、エポキシ樹脂を用いることがさらに好ましい。

本実施形態で使用し得る導電性樹脂組成物としては、例えば、上述したような樹脂からなるバインダー樹脂と導電性粒子を含有する導電性樹脂組成物等が挙げられる。それにより、良好な導電性と伸縮性を両立する伸縮性配線が得られるという利点がある。

前記導電性粒子のより具体的な例としては、銀、銀被覆銅（銅の表面の一部を銀が被覆する構成を含む）、銅、金、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、導電性高分子、錫、ビスマス、インジウム、ガリウム等やこれら金属の合金で構成される粒子が挙げられる。

本実施形態で用いることのできる導電性樹脂組成物としては、好ましくは、伸縮性のエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂、スチレンブタジエン共重合樹脂と、銀粉、銀フレーク、などを組み合わせた銀ペーストや銀インク等が挙げられる。

より具体的な例示の１つとしては、分子構造が、（メタ）アクリル酸エステル、スチレン、及びアクリロニトリルから選択される少なくとも１つを構成要素として含む樹脂、硬化剤、及び、導電性粒子を含む導電性樹脂組成物（例えば、 特開２０１８－３５２８６等に記載の導電性樹脂組成物）が挙げられる。

また、前記導電性非繊維素材は、導電性粒子の焼結体であってもよい。導電性粒子としては、上述したような導電性粒子を使用することができる。焼結体とは、銀、銅、金等の微細粒子を適正な焼成温度で加熱することで粒子もしくは粒子表面が溶融して固溶したものであり、上記微細粒子を水や有機溶媒に分散させた金属粒子分散インクを印刷・加熱乾燥・焼成することによって得られる。

本実施形態で使用できる液体金属としては、例えば、ガリウム単体もしくはガリウム／インジウム合金、ガリウム／インジウム／スズ合金、ガリウム／インジウム／スズ／亜鉛合金等が挙げられる。

本実施形態の第一配線の形成方法は、特に限定はされないが、例えば、印刷法などによって形成することができる。具体的には、上述したような導電性樹脂組成物のペーストまたは液状金属を、スクリーン印刷、インクジェット印刷、グラビア印刷、オフセット印刷などの印刷法によって、前記第一配線の表面に印刷塗布して所望のパターンを有する配線を形成することができる。

導電性粒子の焼結体を用いて第一配線を形成する場合、例えば、上述したような導電性粒子の焼結体を含むインク（金属粒子分散インク）をインクジェットやなどにより印刷し、加熱乾燥・焼成することによって形成できる。

第一絶縁層の内部に第一配線を形成する場合は、例えば、絶縁層に溝形状をレーザーカッター等によって形成したのち、ディスペンサ等によって前記金属粒子分散インクや液体金属を溝内に印刷し、蓋をするような形で更に絶縁層を積層することによって形成することができる。

本実施形態の第一回路基板において、第一絶縁層および第一配線の厚みは特に限定されないが、伸縮性と強度のバランスを保つため、例えば、第一配線の厚みは１μｍ～５０μｍ、第一絶縁層の厚みは１０μｍ～５００μｍ程度とすることができる。

次に、第二回路基板について詳しく説明する。

本実施形態における第二回路基板としては、第二絶縁層の引張弾性率が第一絶縁層の引張弾性率より大きくなっている限り、特に限定なく、通常の回路基板を使用することができ、例えば、いわゆるリジット回路基板、フレキシブル回路基板等であってもよい。さらに、第一絶縁層より引張弾性率が大きくなっていれば、第一絶縁層と同様に伸縮性を有する素材（いわゆるストレッチャブル樹脂）を使用することもできる。

第二絶縁層の引張弾性率は、上述の第一絶縁層の引張弾性率より大きく、かつ、１．０ＭＰａ以上５ＧＰａ以下、より好ましくは、５．０ＭＰａ以上５００ＭＰａであることが好ましい。第二絶縁層の引張弾性率がこの範囲であることによって、部品実装基板としての耐久性と柔軟性を両立できるといった利点がある。

第二絶縁層を構成する材料としても、引張弾性率が上述の通りとなっている限り、上述したような第二絶縁層に使用できる樹脂組成物の他、一般的なリジット回路基板、フレキシブル回路基板等に使用できる樹脂組成物を使用することができる。具体的には、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ポリアミド樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリスチレン樹脂、フェノール樹脂等を含む樹脂組成物を使用することができる。

第二絶縁層に使用する樹脂組成物は、さらに、耐熱性や難燃性などを向上させるため、硬化剤、充填剤、難燃剤等の各種添加剤を含んでいてもよいし、繊維質基材として、例えば、ガラスクロス、不織布、パルプ紙、及びリンター紙等をさらに含んでいてもよい。

本実施形態の第二絶縁層は、上述したような樹脂組成物を、未硬化または半硬化の状態でＰＥＴフィルムなどの支持体上に塗布し、適宜加熱・加圧・乾燥などにより、硬化物とすることによって形成できる。樹脂組成物の加熱・加圧・乾燥等の条件は、主成分となる樹脂の種類および含有量等によって適宜好ましい範囲を設定することができる。

あるいは、一般的に知られる製造方法によって作製されるリジッド基板やフレキ基板として第二絶縁層を形成することもできる。

第二回路基板における第二配線は、上述したような第二絶縁層の表面および内部の少なくともいずれかに設けられている。つまり、第二配線は、第二絶縁層表面に形成されていてよいし、第一絶縁層に埋め込まれる形で形成されていてもよい。また、第二配線は第二絶縁層の片方の表面（すなわち、片面）に設けられていてもよいし、第二絶縁層の両方の表面（すなわち、両面）に設けられていてもよい。

本実施形態の第二配線に使用できる配線材料としては、特に限定はされず、従来の回路基板において配線に使用されている材料等を使用可能である。

具体的には、第二配線は、金属箔、金属メッキ、導電性粒子の焼結体、及び、金属蒸着層から選択される少なくとも１つからなる配線であることが好ましい。

金属箔としては、例えば、銅箔、アルミ箔、ニッケル箔等が挙げられる。

金属メッキとしては、例えば、銅、銀、金、ニッケル等が挙げられる。

焼結体とする導電性粒子としては、例えば、銀、銀被覆銅、銅等が挙げられる。

金属蒸着層としては、例えば、銅、銀、金、ニッケル等の金属を用いて形成される金属層が挙げられる。

本実施形態の第二配線の形成方法は、特に限定はされないが、例えば、金属箔を用いる場合、予めパターニングした金属箔を前記第二絶縁層に積層して形成することもできるし、金属箔と第二絶縁層を加熱加圧成形して積層一体化してから、表面の金属箔をエッチング加工等して回路（配線）形成をすることによって、積層体の表面に回路として導体パターン（配線）を設けた第二回路基板を得ることができる。回路形成する方法としては、上記記載の方法以外に、例えば、セミアディティブ法（ＳＡＰ：Ｓｅｍｉ Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ）やモディファイドセミアディティブ法（ＭＳＡＰ：Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｓｅｍｉ Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ）による回路形成等が挙げられる。

前記金属箔と前記第二絶縁層を積層一体化する方法は特に限定はされず、金属箔に第二絶縁層となる樹脂層をワニス塗布などにより形成して、加熱・乾燥によって樹脂層を硬化させたり、または、第二絶縁層と金属箔を加熱圧着などにより加熱成形により貼り合わせたりすることができる。さらに、第二絶縁層と金属箔とを接着剤で貼り合わせることも可能である。

第二配線を形成するその他の方法としては、銀や銅等の金属粒子を含む導電性インク（ナノインク）を印刷してから光や熱による焼結で金属層を形成する方法、金属等を蒸着により金属層を形成する方法、電解や無電解メッキにより金属層を形成する方法などがあげられる。

あるいは、液体金属を用いて第二配線を形成することもでき、その場合に使用する液体金属としては、第一配線と同様の液体金属を用いて、第一配線と同様に印刷などによって第二配線を形成することも可能である。

また、第二絶縁層の内部に第二配線を形成する場合は、例えば、上述したような第一配線を第一絶縁層の内部に形成する方法と同様の方法で形成されるほか、絶縁層上に上述した方法で配線を形成した後にさらに絶縁層を積層すること等によって形成する。

本実施形態の第二回路基板において、第二絶縁層および第二配線の厚みは特に限定されないが、回路基板全体としての柔軟性を担保するという観点から、例えば、第二配線の厚みは１μｍ～５０μｍ、第二絶縁層の厚みは１０μｍ～５００μｍ程度とすることができる。

本実施形態の回路基板においては、上述したように、第一回路基板と第二回路基板とを接着層を介して貼り付けてもよい。この接着層の引張弾性率は、前記第一絶縁層の引張弾性率よりも大きく、前記第二絶縁層の引張弾性率よりも小さいことが好ましい。つまり、接着層の引張弾性率は、第一絶縁層の引張弾性率と第二絶縁層の引張弾性率の間の値となることが好ましい。

前記接着層の引張弾性率は、好ましくは、０．５ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下である。

このような接着層を構成する材料としては、特に限定はされないが、例えば、硬化性樹脂、粘着性の高い樹脂、熱可塑性樹脂等を用いることが出来る。より具体的には、アクリル樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、アミド樹脂などの硬化性樹脂が好ましく例示される。また、電気接続と接着を兼ねる目的で、異方導電性接着材を用いることもできる。

本実施形態の接着層の厚みも、特に限定されるわけではないが、例えば、１０μｍ～２００μｍ程度であることが好ましく、さらに好ましくは１５μｍ～１００μｍ程度である。

また、本実施形態の接着層は、シート状の接着フィルムで形成されていてもよく、そのような接着フィルムを構成する樹脂としては、上述したような熱硬化性樹脂などが挙げられる。あるいは、異方導電性シートを用いることもできる。

さらに、図１等に示すように、本実施形態における回路基板１０は、第二回路基板２に電子部品３が実装されていてもよい。電子部品３は、第二回路基板２の第二配線２２に重なるように実装されていればよく、第二配線２２の上にハンダ部（図示せず）を形成し、その上に実装してもよい。ここで、ハンダ部の実装方法は、公知の手段を用いることができ、例えば、メタルマスクやフレキソによるハンダ印刷、リフロー炉等による加熱や超音波等による局所的に加熱することによって形成できる。

本実施形態で使用できる電子部品としては特に限定はなく、例えば、トランジスタ、信号発信素子、発光素子、太陽発電素子、ダイオード、スイッチング素子、コンデンサー、コイル、液晶、ブルートゥース（登録商標）などの無線モジュール、加速度センサや湿度センサ、温度センサといった各種センサ、ＲＦＩＤ等に使われるチップ部品などが挙げられる。

さらに、本実施形態の回路基板には、外部からの接触や摺動による保護、絶縁や防水といった目的で、回路の一部または全体を樹脂などの被覆体により保護する保護層を設けてもよい。また、第一回路基板に電子部品を実装することもできる。

（製造方法）
本実施形態の回路基板を製造する方法は特に限定はされないが、例えば、以下のような方法で製造することができる。

まず、第一絶縁層となるフィルム基材上に、第一配線となる導電性ペーストを所定のパターンでスクリーン印刷し、加熱乾燥することで、第一回路基板を形成する。そして、別に用意した第二絶縁層となるフィルム基材上の両面に第二配線となる金属箔を貼り合わせ、加熱硬化させる。その後、貫通孔を形成し、金属メッキ加工により第二配線の上層と下層を電気接続し、両面エッチング加工により回路形成することによって、第二回路基板を形成する。

そして、第二回路基板上にクリーム半田をメタルマスク印刷し、電子部品をマウントした後、リフロー炉による加熱を行うことで、電子部品が実装された第二回路基板を得る。

次に、第一回路基板の上層に異方導電性フィルムの接着層を貼り合わせ、その後、第二回路基板の下層に圧着して貼り合わせる。これによって第一配線と第二配線が電気的に接続されている、回路基板を得ることができる。

より具体的には、例えば、以下の製法によって製造することができる。

・製造例１
＜第一回路基板の作成＞
ＰＥＴフィルム基材（三井化学東セロ社製、ＳＰ－ＰＥＴ ０１）上に、樹脂（東レダウコーニング社製、ＳＩＬＰＯＴ１８４）をバーコーターで塗布し、１００℃３０分加熱乾燥・硬化させ、第一絶縁層を得た。その樹脂側に銀ペースト（デュポン社製、ＰＥ８０３）をスクリーン版で印刷し、１００℃３０分加熱乾燥させ、第一配線を形成して第一回路基板を得た。

＜第二回路基板の作成＞
厚み５０μｍのポリイミド樹脂層の両面に厚み１２μｍの銅箔が貼り合わせたフレキ基板（パナソニック社製、Ｒ－Ｆ７７５）をドリル加工により貫通孔を形成し、銅めっき加工を行った。その後、ドライフィルムレジストを両面に貼り合わせ、フォトリソグラフィーにて現像、銅箔エッチングにより、第二回路基板を得た。

＜第二回路基板への部品実装＞
第二回路基板の銅箔パターン上にクリーム半田をメタルマスクで印刷し、電子部品（チップ抵抗：１６０８、５０２５サイズ）を実装した。実装は１８０℃に設定したホットプレート上にて行った。

＜第一回路基板と第二回路基板の接着、電気接続＞
第一回路基板の第一配線形成側に異方導電性フィルム（デクセリアルズ社製、ＣＰ９２３ＣＭ－２５ＡＣ）をスキージにて貼り合わせ、その後、第二回路基板の下層と重ねて、１５０℃に設定したホットプレート上で、圧力１．０ＭＰａとなるように圧着した。最後に、第一回路基板のＰＥＴフィルムを剥離することで伸縮性の回路基板を得た。

・製造例２
＜第一回路基板の作成＞
まず、第一絶縁層用の樹脂を以下のようにして作成した。ポリロタキサン樹脂（ＡＳＭ社製、ＳＨ１３００Ｐ）１００質量部、エポキシ樹脂（三菱化学社製、ＪＥＲ１００３）７５質量部、イミダゾール系硬化促進剤（四国化成製、２Ｅ４ＭＺ）１．１質量部、及び、架橋剤：（イソシアネート樹脂、ＤＩＣ社製、ＤＮ９５０）４５質量部を、固形分濃度が４０質量％となるように、溶剤（メチルエチルケトン）に添加して、各成分を均一に混合し（３００ｒｐｍ、３０分間）、樹脂組成物を調製した。

ＰＥＴフィルム基材（三井化学東セロ社製、ＳＰ－ＰＥＴ ０１）上に、調整した樹脂組成物をバーコーターで塗布し、１６０℃６０分加熱乾燥・硬化させ、第一絶縁層を得た。その樹脂側に銀ペースト（デュポン社製、ＰＥ８０３）をスクリーン版で印刷し、１００℃３０分加熱乾燥させ、第一配線を形成して第一回路基板を得た。

＜第二回路基板の作成＞
まず、第二絶縁層用の樹脂を以下のようにして作成した。ポリロタキサン樹脂（ＡＳＭ社製、ＳＨ１３００Ｐ）１００質量部、エポキシ樹脂（三菱化学社製、ＪＥＲ１００９）７５質量部、イミダゾール系硬化促進剤（四国化成製、２Ｅ４ＭＺ）１．１質量部、及び、架橋剤：（イソシアネート樹脂、ＤＩＣ社製、ＤＮ９５０）４５質量部を、固形分濃度が４０質量％となるように、溶剤（メチルエチルケトン）に添加して、各成分を均一に混合し（３００ｒｐｍ、３０分間）、樹脂組成物を調製した。

銅箔（三井金属社製、ＪＴＣ－ＬＰ、厚み１２μｍ）のマット面上に、調整した樹脂組成物をバーコーターで塗布し、１００℃１０分で加熱乾燥し、その後、樹脂面側にさらにもう上記と同じ銅箔をマット面が樹脂面側になるように貼り合わせ、１６０℃６０分加熱硬化させた。

得られたシートをドリル加工により貫通孔を形成し、銅めっき加工を行った。その後、ドライフィルムレジストを両面に貼り合わせ、フォトリソグラフィーにて現像、銅箔エッチングにより、第二回路基板を得た。

＜第二回路基板への部品実装＞
製造例１と同様にして、第二回路基板へ部品実装を行った。

＜第一回路基板と第二回路基板の接着、電気接続＞
製造例１と同様にして行った。

・製造例３
＜第一回路基板の作成＞
第一絶縁層としてウレタン樹脂フィルム（Ｌｕｂｒｉｚｏｌ社製、ＥＳＴＡＮＥ５８２３８）を用いて、その樹脂上に銀ペースト（デュポン社製、ＰＥ８０３）をスクリーン版で印刷し、１００℃３０分加熱乾燥させ、第一配線を形成して第一回路基板を得た。

＜第二回路基板の作成＞
製造例２と同様にして第二回路基板を得た。

＜第二回路基板への部品実装＞
製造例１と同様にして、第二回路基板へ部品実装を行った。

＜第一回路基板と第二回路基板の接着、電気接続＞
製造例１と同様にして行った。

・製造例４
＜第一回路基板の作成＞
製造例２と同様にして第一回路基板を得た。

＜第二回路基板の作成＞
製造例１と同様にして第二回路基板を得た。

＜第二回路基板への部品実装＞
製造例１と同様にして、第二回路基板へ部品実装を行った。

＜第一回路基板と第二回路基板の接着、電気接続＞
まず、接着層となる樹脂組成物を以下のようにして作成した。ポリロタキサン樹脂（ＡＳＭ社製、ＳＨ１３００Ｐ）１００質量部、エポキシ樹脂（三菱化学社製、ＪＥＲ１００９）７５質量部、イミダゾール系硬化促進剤（四国化成製、２Ｅ４ＭＺ）１．１質量部、及び、架橋剤：（イソシアネート樹脂、ＤＩＣ社製、ＤＮ９５０）４５質量部を、固形分濃度が４０質量％となるように、溶剤（メチルエチルケトン）に添加して、各成分を均一に混合し（３００ｒｐｍ、３０分間）、樹脂組成物を調製した。

ＰＥＴフィルム基材（三井化学東セロ社製、ＳＰ－ＰＥＴ ０１）上に、調整した樹脂組成物をバーコーターで塗布し、１００℃１０分加熱乾燥させ、接着層となるフィルムを得た。そして、得られたフィルムにレーザー加工により貫通孔を形成した。

第一回路基板の第一配線形成側に上記で得られた接着フィルムを貫通孔の位置を第一配線に合わせてスキージにて貼り合わせた。更に接着層の貫通孔内に液体金属（インジウムコーポレーション社製 ５１Ｅ）を充填した。

その後、第二回路基板の下層と重ねて、１６０℃に設定したホットプレート上で、圧力０．３ＭＰａとなるように圧着した。

最後に、第一回路基板層のＰＥＴフィルムを剥離して、伸縮性の回路基板を得た。

（用途）
本実施形態の回路基板は、部品実装部の変形応力を抑制できるため、柔軟性のある基板に電子部品を実装しても当該部品が壊れにくく、光学分野、電子分野、接着分野、医療分野など様々な技術分野に適用でき、産業利用上非常に有利である。

具体的には、例えば、パッチデバイス、折り曲げ可能な電子ペーパー、有機ＥＬディスプレイ、ウェアラブル機器等に用いる回路基板として非常に好適である。

特に、医療、スポーツなどバイタルセンシングをするため等の用途に用いるため、洋服などに付着させるパッチデバイスとしても有用である。

その場合、本実施形態の回路基板における電子部品は、外部システムと通信する機能と、センサ機能とを少なくとも有していることが好ましい。それにより、デバイス本体を意識することなく外部システムによりデバイスの稼働状況を確認することが出来るといった利点がある。あるいは、外部システムからの指示によって駆動するシステムを有していることも好ましい。それにより、外部システムより遠隔操作にてデバイス動作を命令駆動させることが出来るといった利点がある。さらには、上述の機能を全て有している電子部品を備えたデバイスであってもよい。

本発明は、回路基板やそれを用いた各種電子デバイスに関する技術分野において、広範な産業上の利用可能性を有する。

１ 第一回路基板
１１ 第一絶縁層
１２ 第一配線
２ 第二回路基板
２１ 第二絶縁層
２２ 第二配線
３ 電子部品
４ 接着層
１０ 回路基板

Claims (12)

1. 第一絶縁層、及び、前記第一絶縁層の表面及び内部の少なくとも何れかに設けられた第一配線を備える第一回路基板と、
   第二絶縁層、及び、前記第二絶縁層の表面及び内部の少なくとも何れかに設けられた第二配線を備え、かつ、前記第一回路基板に少なくとも一部が重なっている、第二回路基板とを備え、
   前記第二絶縁層は、前記第一絶縁層よりも引張弾性率が大きく、
   前記第一配線と前記第二配線とが電気的に接続されており、
   前記第一配線は導電性非繊維素材で形成されている、
   回路基板。
2. 前記導電性非繊維素材は、導電性樹脂組成物の半硬化物もしくは硬化物、導電性粒子の焼結体、及び、液体金属から選ばれる少なくとも１つである、請求項１に記載の回路基板。
3. 前記第一絶縁層の引張弾性率が０．５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下である、請求項１または２に記載の回路基板。
4. 前記第一絶縁層の破断伸び率が５０％以上１０００％以下である、請求項１から３のいずれかに記載の回路基板。
5. 前記第一絶縁層の５０％伸長時の引張応力が０．１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下である、請求項１から４のいずれかに記載の回路基板。
6. 前記第二絶縁層の引張弾性率が１．０ＭＰａ以上５ＧＰａ以下である、請求項１から５のいずれかに記載の回路基板。
7. 前記第二配線が、金属箔、金属メッキ、導電性粒子の焼結体、及び、金属蒸着層から選択される少なくとも１つからなる配線である、請求項１から６のいずれかに記載の回路基板。
8. 前記第一回路基板と前記第二回路基板とは、接着層を介して重なり、
   前記接着層の引張弾性率は、前記第一絶縁層の引張弾性率よりも大きく、前記第二絶縁層の引張弾性率よりも小さい、
   請求項１から７のいずれかに記載の回路基板。
9. 前記接着層は、シート状の接着フィルムで形成されている、請求項８に記載の回路基板。
10. 前記第一配線と前記第二配線とが、前記第二絶縁層に形成された貫通孔を通じて電気的に接続されている、請求項１から９のいずれかに記載の回路基板。
11. 前記第一配線と前記第二配線とが、前記接着層に形成された貫通孔を通じて電気的に接続されている、請求項１０に記載の回路基板。
12. 前記第二回路基板に電子部品が実装されている、請求項１から１１のいずれかに記載の回路基板。

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