JP2023019076A

JP2023019076A - 回路基板

Info

Publication number: JP2023019076A
Application number: JP2021123547A
Authority: JP
Inventors: 和洋吉田; Kazuhiro Yoshida
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2021-07-28
Filing date: 2021-07-28
Publication date: 2023-02-09
Also published as: US11839022B2; US20230033032A1

Abstract

【課題】搭載される電子部品との接続信頼性を確保するとともに、外部電極の間隔の変動を抑制可能な回路基板を提供する。
【解決手段】本回路基板は、第１主面、及び前記第１主面の反対面である第２主面を備えた支持部材と、一方の面、及び前記一方の面の反対面である他方の面を備え、前記他方の面の少なくとも一部が前記支持部材の前記第１主面及び前記第２主面に固定された可撓性又は伸縮性の配線基板と、を有し、前記配線基板の一方の面は、電子部品が搭載された回路領域と、外部電極が配置された電極領域と、を含み、前記回路領域は、前記支持部材の前記第１主面上に配置され、前記配線基板が前記支持部材に沿って折り曲げられ、前記電極領域の少なくとも一部は、前記支持部材の第２主面上に配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、回路基板に関する。

生体信号を計測する各種回路基板が知られている。このような回路基板では、生体へ装着する際の追従性を高めるため、基体となる部分に伸縮性の高い材料が用いられる場合がある。例えば、基体となる部分に、合成高分子や天然高分子、ゴム、エラストマー等の高分子を材料とする高分子ナノシートを用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２０－１９８３９６号公報

しかしながら、回路基板を構成する配線基板に可撓性や伸縮性を有する材料を用いると、配線基板の伸縮により、配線基板に搭載される電子部品との接合部が破断したり、測定に用いる外部電極の間隔が変動して安定的に信号を取得できなかったりするおそれがある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、搭載される電子部品との接続信頼性を確保するとともに、外部電極の間隔の変動を抑制可能な回路基板を提供することを課題とする。

本回路基板は、第１主面、及び前記第１主面の反対面である第２主面を備えた支持部材と、一方の面、及び前記一方の面の反対面である他方の面を備え、前記他方の面の少なくとも一部が前記支持部材の前記第１主面及び前記第２主面に固定された可撓性又は伸縮性の配線基板と、を有し、前記配線基板の一方の面は、電子部品が搭載された回路領域と、外部電極が配置された電極領域と、を含み、前記回路領域は、前記支持部材の前記第１主面上に配置され、前記配線基板が前記支持部材に沿って折り曲げられ、前記電極領域の少なくとも一部は、前記支持部材の第２主面上に配置される。

開示の技術によれば、搭載される電子部品との接続信頼性を確保するとともに、外部電極の間隔の変動を抑制可能な回路基板を提供できる。

第１実施形態に係る回路基板を例示する平面図である。図１のＡ－Ａ線に沿う断面図である。第１実施形態に係る配線基板が折り曲げられていない状態を例示する平面図である。第１実施形態の変形例１に係る回路基板を例示する断面図である。第１実施形態の変形例２に係る回路基板を例示する断面図である。第１実施形態の変形例２に係る配線基板が折り曲げられていない状態を例示する平面図である。第２実施形態に係る回路基板を例示する斜視図である。第２実施形態に係る配線基板が折り曲げられていない状態を例示する平面図である。第２実施形態の変形例１に係る回路基板を例示する斜視図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１実施形態〉
図１は、第１実施形態に係る回路基板を例示する平面図である。図２は、図１のＡ－Ａ線に沿う断面図である。図３は、第１実施形態に係る配線基板が折り曲げられていない状態を例示する平面図である。図１～図３を参照すると、回路基板１は、配線基板１１０と、電子部品１２０と、接着層１３１～１３３と、支持部材１４０とを有している。

配線基板１１０は、可撓性を有する基板である。配線基板１１０は、例えば、ヤング率が低く可撓性を有する絶縁性樹脂上に、配線パターン、部品搭載用のパッド、絶縁層等を有している。ヤング率が低く可撓性を有する絶縁性樹脂としては、例えば、ポリイミド系樹脂やエポキシ系樹脂、液晶ポリマー等が挙げられる。配線基板１１０は、ウレタン等を用いた伸縮性を有する基板であってもよい。配線基板１１０の平面形状は、例えば、長方形であるが、これには限定されない。配線基板１１０の厚さは、例えば、２０～１００μｍ程度とすることができる。

図３を参照すると、配線基板１１０の一方の面１１０ａは、回路領域１１１と、電極領域１１２及び１１３とを含む。配線基板１１０が折り曲げられる前の状態で、回路領域１１１は、一方の面１１０ａの長手方向の略中央に設けられている。また、電極領域１１２及び１１３は、一方の面１１０ａの回路領域１１１の両外側に設けられている。

回路領域１１１には、複数の電子部品１２０が搭載されている。電子部品１２０は、半導体部品及び受動部品を含んでもよい。電子部品１２０は、例えば、生体信号を処理する回路を構成している。電子部品１２０を構成する半導体部品としては、例えば、信号処理用の集積回路等が挙げられる。電子部品１２０を構成する受動部品としては、例えば、抵抗、コンデンサ、インダクタ、アンテナ、コネクタ等が挙げられる。なお、配線基板１１０の他方の面１１０ｂには、電子部品等は実装されていない。

電極領域１１２には外部電極１１６が配置され、電極領域１１３には外部電極１１７が配置されている。外部電極１１６及び１１７の平面形状は例えば円形であるが、矩形等であってもよい。外部電極１１６及び１１７は、図示しない配線により、電子部品１２０の必要な部分と電気的に接続されている。外部電極１１６及び１１７の材料としては、例えば、銅等を用いることができる。外部電極１１６及び１１７の厚さは、例えば、５～３５μｍ程度とすることができる。

図２を参照すると、複数の電子部品１２０が実装された配線基板１１０の他方の面１１０ｂは、接着層１３１～１３３を介して、支持部材１４０に固定されている。支持部材１４０は、第１主面１４０ａ、及び第１主面１４０ａの反対面である第２主面１４０ｂを備えており、平面視で回路領域１１１より大きいことが好ましい。

支持部材１４０の材料や厚さは、使用用途により適宜選択できる。例えば、比較的大きな曲率半径で曲げたい場合には、曲がりやすい材料や厚さを選択する。支持部材１４０の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、ガラスエポキシ基板等が挙げられる。支持部材１４０は、可撓性を有してもよい。また、接着層１３１～１３３としては、例えば、アクリル系樹脂やエポキシ系樹脂等が挙げられる。接着層１３１～１３３の供給形態としては、例えば、液状態やフィルム状態等が挙げられる。接着層１３１～１３３のそれぞれの厚さは、例えば、２０～１００μｍ程度とすることができる。

具体的には、配線基板１１０の他方の面１１０ｂにおいて、平面視で回路領域１１１と重複する領域は、接着層１３１を介して、支持部材１４０の第１主面１４０ａに固定されている。すなわち、配線基板１１０の回路領域１１１は、支持部材１４０の第１主面１４０ａ上に配置されている。

また、配線基板１１０の両端側は、回路領域１１１と電極領域１１２との間の領域、及び回路領域１１１と電極領域１１３との間の領域で支持部材１４０の両端部に沿って折り曲げられている。そして、配線基板１１０の他方の面１１０ｂにおいて、平面視で電極領域１１２と重複する領域は、接着層１３２を介して、支持部材１４０の第２主面１４０ｂに固定されている。

また、配線基板１１０の他方の面１１０ｂにおいて、平面視で電極領域１１３と重複する領域は、接着層１３３を介して、支持部材１４０の第２主面１４０ｂに固定されている。すなわち、配線基板１１０の電極領域１１２及び１１３は、支持部材１４０の第２主面１４０ｂ上に配置されている。このように、回路領域１１１と電極領域１１２及び１１３とは、断面視において、支持部材１４０を挟んで反対側に配置されている。すなわち、電子部品１２０と、外部電極１１６及び１１７とは、断面視において、支持部材１４０を挟んで反対側に配置されている。

回路基板１は、例えば、外部電極１１６及び１１７が生体と接することで、生体から各種の生体情報を検出するセンサとして利用できる。具体的には、回路基板１は、例えば、筋電センサとして利用できる。或いは、回路基板１は、心電センサや脳磁センサとして利用してもよい。

このように、回路基板１では、配線基板１１０が支持部材１４０に支持されているため、配線基板１１０の伸縮が抑制される。その結果、配線基板１１０の伸縮により電子部品１２０の接合部（はんだ等）が破断するおそれを低減可能となり、電子部品１２０との接続信頼性を確保できる。また、配線基板１１０の伸縮が抑制されるため、外部電極１１６と外部電極１１７との間隔の変動を抑制可能となる。例えば、回路基板１を筋電センサとして使用する場合、仮に外部電極１１６と外部電極１１７の間隔が変動したとすると測定値が不安定になる。しかし、回路基板１では、支持部材１４０を設けたことで外部電極１１６と外部電極１１７の間隔の変動が抑制されているため、安定した測定値が得られる。

また、回路基板１では、支持部材１４０の材料や厚さの選択により、配線基板１１０の伸縮を抑制しつつ、可撓性を持たせて湾曲させることが可能である。したがって、回路基板１の用途を広げることができる。

また、回路基板１では、電子部品１２０は配線基板１１０の一方の面１１０ａのみに実装され、外部電極１１６及び１１７も配線基板１１０の一方の面１１０ａのみに配置されている。そのため、回路基板１では、配線基板１１０を折り曲げるだけで電子部品１２０と外部電極１１６及び１１７とを支持部材１４０の反対面側に容易に配置可能であり、支持部材１４０に層間接続構造を形成する必要がなく、コストを抑えることができる。また、電子部品１２０や外部電極１１６等を支持部材１４０の両側に配置できるため、レイアウトの自由度を向上できる。

〈第１実施形態の変形例１〉
第１実施形態の変形例１では、接着層を設ける位置が異なる回路基板の例を示す。なお、第１実施形態の変形例１において、既に説明した実施形態と同一構成部品についての説明は省略する場合がある。

図４は、第１実施形態の変形例１に係る回路基板を例示する断面図であり、図２に対応する断面を示している。図４に示す回路基板１Ａのように、接着層１３１は、配線基板１１０の他方の面１１０ｂの一部と支持部材１４０の第１主面１４０ａの一部とを接着してもよい。

図４の例では、配線基板１１０の他方の面１１０ｂにおいて、平面視で回路領域１１１と重複する領域の少なくとも一部は、接着層１３１を介して、支持部材１４０の第１主面１４０ａに固定されている。そして、配線基板１１０の他方の面１１０ｂは、平面視で接着層１３１の両側に、接着層が設けられていない未接着領域Ｂを有する。つまり、平面視で、接着層１３１の両側に位置する未接着領域Ｂでは、配線基板１１０の他方の面１１０ｂと支持部材１４０の第１主面１４０ａとは接着されていない。未接着領域Ｂにおいて、配線基板１１０の他方の面１１０ｂと支持部材１４０の第１主面１４０ａとは接していてもよいし、両者の間に空隙が存在していてもよい。

また、配線基板１１０の他方の面１１０ｂにおいて、支持部材１４０の第２主面１４０ｂと対向する領域の少なくとも一部は、接着層１３２及び１３３を介して、支持部材１４０の第２主面１４０ｂに固定されている。配線基板１１０の他方の面１１０ｂにおいて、平面視で接着層１３１と接着層１３２との間、及び平面視で接着層１３１と接着層１３３との間は、未接着領域Ｂである。

例えば、配線基板１１０の他方の面１１０ｂにおいて、平面視で電極領域１１２と重複する領域の少なくとも一部は、接着層１３２を介して、支持部材１４０の第２主面１４０ｂに固定されている。また、配線基板１１０の他方の面１１０ｂにおいて、平面視で電極領域１１３と重複する領域の少なくとも一部は、接着層１３３を介して、支持部材１４０の第２主面１４０ｂに固定されている。

或いは、配線基板１１０の他方の面１１０ｂにおいて、平面視で外部電極１１６と重複する領域の少なくとも一部が、接着層１３２を介して、支持部材１４０の第２主面１４０ｂに固定されてもよい。また、配線基板１１０の他方の面１１０ｂにおいて、平面視で外部電極１１７と重複する領域の少なくとも一部が、接着層１３３を介して、支持部材１４０の第２主面１４０ｂに固定されてもよい。図４で示す位置に接着層１３１～１３３を設けることで、未接着領域Ｂが形成され、未接着領域Ｂの配線基板１１０が比較的自由に動くことができる。そのため、配線基板１１０に伸縮性がある場合に、その機能を十分に発揮できる。また、支持部材１４０に変形可能な部材を用いた場合、配線基板１１０が伸縮することで支持部材１４０の変形に追従することができる。

〈第１実施形態の変形例２〉
第１実施形態の変形例２では、第１実施形態とは異なる配線基板を有する回路基板の例を示す。なお、第１実施形態の変形例２において、既に説明した実施形態と同一構成部品についての説明は省略する場合がある。

図５は、第１実施形態の変形例２に係る回路基板を例示する断面図であり、図２に対応する断面を示している。図６は、第１実施形態の変形例２に係る配線基板が折り曲げられていない状態を例示する平面図である。図５及び図６を参照すると、回路基板１Ｂは、配線基板１１０が配線基板１１０Ａに置換された点が、回路基板１（図１～図３参照）と相違する。

図６を参照すると、配線基板１１０Ａの一方の面１１０ａは、回路領域１１１Ａと、電極領域１１２Ａとを含む。配線基板１１０Ａが折り曲げられる前の状態で、回路領域１１１Ａは、一方の面１１０ａの長手方向の一端側に設けられている。回路領域１１１Ａには、複数の電子部品１２０が実装されている。なお、配線基板１１０Ａの他方の面１１０ｂには、電子部品等は実装されていない。また、電極領域１１２Ａは、一方の面１１０ａの長手方向の他端側に回路領域１１１Ａに隣接して設けられている。電極領域１１２Ａには外部電極１１６及び１１７が配置されている。

図５を参照すると、複数の電子部品１２０が実装された配線基板１１０Ａは、接着層１３１及び１３２を介して、支持部材１４０に固定されている。具体的には、配線基板１１０Ａの他方の面１１０ｂにおいて、平面視で回路領域１１１Ａと重複する領域は、接着層１３１を介して、支持部材１４０の第１主面１４０ａに固定されている。すなわち、配線基板１１０Ａの回路領域１１１Ａは、支持部材１４０の第１主面１４０ａ上に配置されている。

また、配線基板１１０Ａの他端側は、回路領域１１１Ａと電極領域１１２Ａとの間の領域で支持部材１４０の端部に沿って折り曲げられている。そして、配線基板１１０Ａの他方の面１１０ｂにおいて、平面視で電極領域１１２Ａと重複する領域は、接着層１３２を介して、支持部材１４０の第２主面１４０ｂに固定されている。すなわち、配線基板１１０Ａの電極領域１１２Ａは、支持部材１４０の第２主面１４０ｂ上に配置されている。このように、回路領域１１１Ａと電極領域１１２Ａとは、断面視において、支持部材１４０を挟んで反対側に配置されている。

このように、配線基板１１０Ａが折り曲げられる前の状態で、外部電極１１６及び１１７が配置された１つの電極領域１１２Ａが、一方の面１１０ａの回路領域１１１Ａの片側に設けられてもよい。回路基板１Ｂは、このような構造により、第１実施形態に係る回路基板１と同様の効果を奏する。

〈第２実施形態〉
第２実施形態では、外部電極を４つ有する回路基板の例を示す。なお、第２実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部品についての説明は省略する場合がある。

図７は、第２実施形態に係る回路基板を例示する斜視図である。図８は、第２実施形態に係る配線基板が折り曲げられていない状態を例示する平面図である。図７及び図８を参照すると、回路基板１Ｃは、配線基板１１０が配線基板１１０Ｂに置換された点が、回路基板１（図１～図３参照）と相違する。

図８を参照すると、配線基板１１０Ｂの一方の面１１０ａは、回路領域１１１Ｂと、電極領域１１２Ｂとを含む。電極領域１１２Ｂは、平面視で４つの辺を備えた矩形状であり、配線基板１１０Ｂの長手方向に沿って設けられている。配線基板１１０Ｂが折り曲げられる前の状態で、回路領域１１１Ｂは、一方の面１１０ａの電極領域１１２Ｂの１辺（長辺の一方）の外側に延伸している。回路領域１１１Ｂには、複数の電子部品１２０が実装されている。なお、配線基板１１０Ｂの他方の面１１０ｂには、電子部品等は実装されていない。

また、電極領域１１２Ｂには、外部電極１１６、１１７、１１８、及び１１９が配置されている。外部電極１１６及び１１７は正極及び負極として使用され、外部電極１１８及び１１９は参照電極として使用される。外部電極１１６、１１７、１１８、及び１１９は、図示しない配線により、電子部品１２０の必要な部分と電気的に接続されている。外部電極１１８及び１１９の材料や厚さは、例えば、外部電極１１６及び１１７と同様とすることができる。

図７及び図８を参照すると、配線基板１１０Ｂの回路領域１１１Ｂは支持部材１４０の第１主面１４０ａ上に配置されている。また、電極領域１１２Ｂにおいて、外部電極１１６及び１１７が配置された領域は支持部材１４０の第２主面１４０ｂ上に配置されている。つまり、回路領域１１１Ｂと電極領域１１２Ｂの外部電極１１６及び１１７が配置された領域とは、断面視において、支持部材１４０を挟んで反対側に配置されている。また、電極領域１１２Ｂにおいて、外部電極１１８及び１１９が配置された領域は、平面視で、支持部材１４０の両側に配置されている。

回路基板１Ｃは、このような構造により、第１実施形態に係る回路基板１と同様の効果を奏する。また、例えば、回路基板１Ｃを筋電センサとして使用する場合、配線基板１１０Ｂがウレタン等を用いた伸縮性を有する基板であっても、正極及び負極として使用される外部電極１１６及び１１７は支持部材１４０により間隔の変動が抑制されている。そのため、回路基板１Ｃは、安定的な筋電信号の検出が可能となる。

一方、参照電極として使用される外部電極１１８及び１１９が配置された領域は、支持部材１４０の影響を受けないため、自由に伸縮可能である。その結果、配線基板１１０Ｂの外部電極１１８及び１１９が配置された領域を用いて、回路基板１Ｃを生体に固定することが容易となる。また、参照電極は、筋電信号の基準電位となる。そのため、回路基板１Ｃは、参照電極として使用される外部電極１１８及び１１９を設けたことで、より安定的な筋電信号の検出が可能となる。

なお、図９に示す回路基板１Ｄのように、支持部材１４０の両側を配線基板１１０Ｂ上に延伸させてもよい。この場合、例えば、破線Ｃで示す部分の配線基板１１０Ｂと支持部材１４０との間に接着層を設け、両者が接着される。二点鎖線Ｄで示す部分は、接着層が設けられていない未接着領域となる。

図９で示す位置に未接着領域Ｄを設けることで、支持部材１４０に変形可能な部材を用いた場合、配線基板１１０が伸縮することで支持部材１４０の変形に追従することができる。なお、図９において、電極領域や外部電極１１８及び１１９と接着層が形成される破線Ｃで示す部分とを略同一の大きさとして、両者が重なるようにしてもよい。

以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ回路基板
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ配線基板
１１０ａ一方の面
１１０ｂ他方の面
１１１、１１１Ａ、１１１Ｂ回路領域
１１２、１１２Ａ、１１２Ｂ、１１３電極領域
１１６、１１７、１１８、１１９外部電極
１２０電子部品
１３１、１３２、１３３接着層
１４０支持部材
１４０ａ第１主面
１４０ｂ第２主面

Claims

第１主面、及び前記第１主面の反対面である第２主面を備えた支持部材と、
一方の面、及び前記一方の面の反対面である他方の面を備え、前記他方の面の少なくとも一部が前記支持部材の前記第１主面及び前記第２主面に固定された可撓性又は伸縮性の配線基板と、を有し、
前記配線基板の一方の面は、電子部品が搭載された回路領域と、外部電極が配置された電極領域と、を含み、
前記回路領域は、前記支持部材の前記第１主面上に配置され、
前記配線基板が前記支持部材に沿って折り曲げられ、前記電極領域の少なくとも一部は、前記支持部材の第２主面上に配置される、回路基板。
前記配線基板が折り曲げられる前の状態で、複数の前記外部電極が配置された１つの前記電極領域が、前記一方の面の前記回路領域の片側に設けられ、
前記配線基板が前記回路領域と前記電極領域との間の領域で前記支持部材に沿って折り曲げられ、前記電極領域の少なくとも一部は、前記支持部材の第２主面上に配置される、請求項１に記載の回路基板。
前記配線基板が折り曲げられる前の状態で、複数の前記電極領域が、前記一方の面の前記回路領域より外側に設けられ、
前記配線基板が前記回路領域と各々の前記電極領域との間の領域で前記支持部材に沿って折り曲げられ、各々の前記電極領域は、前記支持部材の第２主面上に配置される、請求項１に記載の回路基板。
前記電極領域は、平面視で４つの辺を備え、
前記配線基板が折り曲げられる前の状態で、前記回路領域が、前記一方の面の前記電極領域の１辺の外側に延伸する、請求項２に記載の回路基板。
前記電極領域には、４つの前記外部電極が配置され、
前記電極領域において、２つの前記外部電極が配置された領域は前記支持部材の第２主面上に配置され、他の２つの前記外部電極が配置された領域は、平面視で、前記支持部材の両側に配置されている、請求項２又は４に記載の回路基板。
前記配線基板は、伸縮性を有する、請求項５に記載の回路基板。
前記他方の面において、平面視で前記回路領域と重複する領域の少なくとも一部は、第１接着層を介して前記支持部材の前記第１主面に固定され、
前記他方の面は、平面視で前記第１接着層の両側に、接着層が設けられていない未接着領域を有する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の回路基板。
前記他方の面において、前記支持部材の第２主面と対向する領域の少なくとも一部は、第２接着層を介して、前記支持部材の第２主面に固定され、
前記他方の面において、平面視で前記第１接着層と前記第２接着層との間は、前記未接着領域である、請求項７に記載の回路基板。