JP6836362B2 - 伸縮性配線基板の製造方法及び伸縮性配線基板 - Google Patents
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Description
しかしながら、上記した公知技術のいずれにも、外部端子と伸縮性配線との位置合わせについて考慮したことは一切記載されていない。
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、外部端子と伸縮性配線との位置合わせを容易にし、伸縮性配線基板の製造の歩留まりを高めることができる伸縮性配線基板の製造方法及び伸縮性配線基板を提供するものである。
本発明の一態様の伸縮性配線基板は、一の主面の端部に局所的に端子部を有する第1シート部材と、当該第1シート部材よりも高い伸縮性を有し、前記端子部と接続される伸縮性配線部を前記第1シート部材の前記主面と対向する主面に備えると共に前記第1シート部材と重ねて接合される第2シート部材と、を有する伸縮性配線基板であって、前記第2シート部材は、前記第1シート部材と重ならない伸縮領域を有し、前記伸縮性配線基板は、前記第1シート部材と前記第2シート部材が重なる領域であって前記端子部よりも前記伸縮領域側に延在する補強領域を有し、該補強領域において、前記第2シート部材は、前記第1シート部材の前記主面における前記端子部の非形成領域であって、前記端子部よりも中央側、及び前記端子部が設けられている前記端部に対する逆側の端部で直接接合されており、前記伸縮性配線部は、前記第1シート部材の一方の主面の端部にある前記端子部から、前記第2シート部材上の前記補強領域を超えて前記伸縮領域に至るまで同一層であり、上面視において一定の幅を有することを特徴とする。
図1は、本実施形態の伸縮性配線基板100の上面図である。図2は、図1に示した外部端子31及び伸縮性配線部55の一部を拡大して示した図である。図3は、図1に示した伸縮性配線基板100の一点鎖線3−3に沿う断面図である。各図面において、対応する構成要素には共通の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
なお、本明細書でいう「面」とは、幾何学的に完全な平面であることを要するものではなく、凹部または凸部が形成されていることを許容する。また、本明細書でいう「フィルム」とは、シートや膜状物等、一般的に厚みの薄い形状物を広く含む。即ち、シート、フィルムまたは膜状物等の称呼の違いにより個別の厚みの大小を規定するものではない。
また、本実施形態は、便宜上、以下の説明において図の下方側を下面側、上方側を上面側と呼称する場合がある。ただし、これは構成要素の相対的な位置関係を説明するために便宜的に規定するものであり、重力方向の上下とは必ずしも一致しない。
本実施形態の伸縮性配線基板100は、一の主面に端子部である外部端子31を有する第1シート部材を備えている。本実施形態では、第1シート部材を以降、フィルム基材33と記す。また、フィルム基材33において、外部端子31が設けられた主面を主面33bとし、主面33bに対する裏面を主面33aとする。
本実施形態の伸縮性配線基板100は、さらに、フィルム基材33よりも高い伸縮性を有し、外部端子31と接続される伸縮性配線部55をフィルム基材33の主面33bと対向する主面に備えると共に、フィルム基材33と接合される第2シート部材を有している。本実施形態では、第2シート部材を以降伸縮性基材53とし、伸縮性基材53の伸縮性配線部55が形成されている面を以降主面53aと記す。また、主面53aに対する裏面を主面53bと記す。伸縮性配線部55は、外部端子31から伸縮性基材53上のフィルム基材33と重ならない領域である伸縮領域50に至るまで(図1では伸縮性電極57に至るまで)同一層であり、上面視において一定の幅Wを有している。
上記記載において、「主面」とは、薄板の面のうち他の面よりもはるかに面積の大きい面を指す。薄板である以上、主面の裏面には同様の面積を有する面が存在し、本実施形態では、この裏面も「主面」とする。また、本実施形態の「同一層」とは、一のプロセスで形成された同一の部材でなる一続きの層を指す。本実施形態においては、特に、異なる層同士の「継ぎ目」がない層を指している。さらに、「一定の幅を有する」ことは、伸縮性配線部55の幅方向の長さが一定であり、配線上に配線同士を接続するためのランドやティアドロップのパターンがないことを指している。
以下、以上の構成を順に説明する。
フィルム基材33は、可撓性を有する部材であって、伸縮性基材53よりも大きなヤング率を有している。なお、本実施形態では、フィルム基材33は伸縮性基材53よりも伸縮性が低く、実質的に伸縮しない部材とする。フィルム基材33の材質は特に限定されないが、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)またはフッ素樹脂等の、低摺動性、耐食性かつ高強度の合成樹脂を用いることができる。このほか、フィルム基材33には、セルロースナノファイバーペーパー等相応の耐久性を備えた紙素材を用いてもよい。
伸縮性基材53は、フィルム基材33よりも高い伸縮性を有している。伸縮性基材53を構成する好ましい素材としては、ニトリルゴム、ラテックスゴム、ウレタン系エラストマー、またはシリコーン系エラストマー等のエラストマー材料を挙げることができるが、これに限定されない。特に、医療用に用いられるウレタン系エラストマーシートを用いることで、人体の皮膚に貼り付けた場合でも高い安全性を得ることができる。
なお、本明細書において伸び率とは、外力が付加されていない場合の寸法(伸び率0%寸法)に対し、力が加えられることで面内方向の一方向に伸びた割合を意味する。たとえば伸び率50%であれば伸び率0%寸法の1.5倍の伸び率であり、伸び率100%であれば伸び率0%寸法の2倍の伸び率である。
図2に示すように、外部端子31は、複数(本実施形態では10個)の端子部31aから端子部31jによって構成されている。また、伸縮性配線部55は、複数(本実施形態では6つ)の配線部55aから55fによって構成されている。本実施形態では、端子部は配線部と1対1に対応して直接接続されている。図2に示した例では、端子部31cに配線部55aが位置合わせして接合されている。また、同様に、端子部31dに配線部55bが位置合わせして接合され、端子部31eに配線部55cが位置合わせして接合され、端子部31fに配線部55dが位置合わせして接合されている。さらに、端子部31gに配線部55eが位置合わせして接合され、端子部31hに配線部55fが位置合わせして接合されている。端子部と配線部との位置合わせの具体的な方法は、後に詳述する。
端子部と配線部との接合は、例えば、ラミネート接続や加圧プレスによって行われる。
さらに、本実施形態の伸縮性配線基板100は、図1に示した補強領域30及び伸縮領域50上に図示しない保護層を有している。保護層は、伸縮性基材53の主面53aに形成された伸縮性配線部55の形成面を覆う伸縮性のシート状のカバーである。本実施形態の保護層は伸縮領域50のみならず補強領域30に至る大きさで形成されており、フィルム基材33の主面33aを覆う。
保護層を設けることで伸縮性配線基板100を面内方向に伸長させた際に伸縮性基材53の全体が比較的均一に伸長し、伸縮性配線部55の断線を抑制することができる。また、保護層が伸縮領域50と補強領域30とに亘って形成されていることで、保護層の端縁に発生する応力集中が補強領域30によって分散されるため、伸縮性配線部55の断線を更に抑制することができる。更に、伸縮性配線部55が保護層と伸縮性基材53とによって厚み方向に挟まれていることで、伸縮領域50において伸縮性配線部55が伸縮性配線基板100の略厚み中心に位置することとなる。このため、伸縮性配線基板100を面直方向に折り曲げた際に、伸縮性配線部55に作用する引張応力と圧縮応力とが相殺されて伸縮性配線部55が保護される。
保護層の厚みは特に限定されないが、伸縮性配線基板100の伸縮性を妨げないという観点からは、100μm以下であることが好ましく、50μm以下であることがより好ましく、30μm以下であることがさらに好ましい。
次に、本実施形態の伸縮性配線基板の製造方法について説明する。
本実施形態の伸縮性配線基板の製造方法は、図3に示したように、フィルム基材33の一方の主面33bに外部端子31を形成する端子形成工程と、伸縮性基材53の一方の主面53aに伸縮性配線部55を形成する配線形成工程と、外部端子31と伸縮性配線部55とを位置合わせして、フィルム基材33と伸縮性基材53とに圧力及び熱を加えて接合することによって外部端子31と伸縮性配線部55とを接続する接合工程と、を含んでいる。
本実施形態では、フィルム基材33の主面33bの前面に易接着層35が形成されている。易接着層35は、伸縮性基材53と同一の材料を塗布して形成された薄膜で、主面33bと伸縮性配線部55との接合強度を高める目的で主面33bと伸縮性配線部55との間に挿入されている。次に、主面33bには、易接着層35を介して外部端子31が形成される。外部端子31は、カーボンペースト等の耐摩耗性かつ導電性の被膜を積層して作成することができる。カーボンペーストの積層は、例えば、印刷法によって行うことができる。印刷法では、端子部31aから端子部31jのパターンに合わせて導電性部材を含むカーボンペーストをフィルム基材33の主面33b上に塗布した後、所定の温度、時間で乾燥または硬化反応させ、固化する。カーボンペーストは非金属性のカーボンを導電性粒子として用いるためイオンマイグレーションの抑制や耐摩耗性の向上が期待できる。
伸縮性配線部55は、さらに樹脂バインダを含むことが好ましい。すなわち、本実施形態の伸縮性配線部55は、樹脂材料に導電性粒子が分散して配合された導電性材料で形成されている。伸縮性配線部55が樹脂バインダを含むことにより、伸縮性基材53の伸縮によって伸縮性配線部55が破断することが抑制される。樹脂バインダとしては、たとえばウレタン樹脂バインダ、アクリル樹脂バインダ等の熱可塑性のエラストマー材料を挙げることができるが、これに限定されない。樹脂バインダとしては、塗膜化された状態における伸縮性配線部55の弾性率が伸縮性基材53の弾性率に比して同等か、またはより小さくなるように低ヤング率のものを選定することが望ましい。エラストマー材料は一種類で用いてもよく、または複数種類のエラストマー材料を混合して用いてもよい。
具体的な印刷法は特に限定されないが、たとえば、スクリーン印刷方法、インクジェット印刷方法、グラビア印刷方法、オフセット印刷方法等を例示することができる。このうち、微細解像性や厚膜安定性の観点から、スクリーン印刷が好適に用いられる。スクリーン印刷において、塗布の開始部分の導電性ペーストが盛り上がることを避けるため、主面53a全体にスクリーン印刷により導電性ペーストを塗布し、これをリソグラフィによってパターニングして伸縮性配線部55を形成してもよい。
また、印刷法で伸縮性配線部55を形成する場合、上述した導電性粒子及び樹脂バインダならびに有機溶剤を含む導電性ペーストを調製して印刷法に供するとよい。伸縮性配線部55に、銀等の金属粒子を主成分とする伸縮性の導電性ペーストを用いることによって、たとえば50%以上70%以下程度の伸び率を実現することができ、伸長特性に優れた配線の形成が可能となる。
図4(a)、(b)は、外部端子31と伸縮性配線部55との位置合わせについて説明するための模式図であって、図4(a)は切断前のフィルム基材シート300を示し、図4(b)は切断前の伸縮性基材シート500を示している。フィルム基材シート300に破線で示したパターン313は、後に型抜きされる形状を示した仮想的な領域である。パターン313には端子部31aから端子部31eが形成されている。パターン313の内部及び周辺には位置合わせ用のピンが挿入されるピン穴311が形成されている。
また、伸縮性基材シート500に破線で示したパターン513は、後に型抜きされる形状を示した仮想的な領域である。パターン513には伸縮性配線部55の配線部55aから配線部55eが形成されている。パターン513の領域の外には位置合わせ用のピンが挿入されるピン穴511が形成されている。
本実施形態では、先ず、フィルム基材シート300のうち、後に伸縮性基材シート500を接合した際に該伸縮性基材シート500に形成された配線部55を含む伸縮領域50の全体が露出されるように、開口部を金型打ち抜き等の加工により形成する。その後、このフィルム基材シート300を図示しない作業台の作業面に載置(セット)する。作業面には上下動できるピンが設けられていて、ピンをピン穴311に貫通させることによってパターン313を係止する。
次に、本実施形態では、フィルム基材シート300に重なるように伸縮性基材シート500をセットする。このとき、フィルム基材シート300に形成された端子部31と、伸縮性基材シート500に形成された配線部55とが、互いに対向するように対面配置とする。伸縮性基材シート500のセットは、伸縮性基材シート500の状態で行ってもよいし、パターン513毎に切り離して行ってもよい。このとき、伸縮性基材シート500は、ピン穴511がピンに挿通されるようにセットされる。このようにすることにより、パターン513の配線部55aから55eが端子部31aから端子部31eに正確に位置合わせされる。本実施形態の伸縮性配線部55と外部端子31との位置合わせにおいて許容されるずれ量は、±300μmである。
より具体的には、本実施形態では、フィルム基材33と伸縮性基材53とが加熱及び加圧されて互いに融着することによって接合する。加熱手段には、加熱ロールによるラミネート手法や、加熱プレスの手段を採用することができる。加圧プレスは大気中で行ってもよく、または真空中で行ってもよい。これにより、フィルム基材33は伸縮性基材53の熱融着性によって機械的に接合されるとともに、外部端子31は伸縮性配線部55による熱融着性によって機械的及び電気的に接続される。このため、接着剤や粘着剤を用いることなく、外部端子31と伸縮性配線部55とを直接的に接続することができる。この結果、極めて簡便に接続作業が完了する。
補強部材37を作成する材料としては、PET、PEN、PI等の低摺動性、耐食性かつ高強度の合成樹脂を用いることができるほか、紙素材を用いてもよい。補強部材37は、フィルム基材33と同種の材料で作成してもよく、またはフィルム基材33と異種の材料で作成してもよい。このほか補強部材37には、薄板状の金属板を用いてもよい。補強部材37をフィルム基材33に接合するにあたっては、一般的な粘着剤や接着剤を用いることができる。
また、本実施形態は、上記したように、フィルム基材33と伸縮性基材53との熱収縮率が異なっている場合に特に顕著な効果を奏するものといえる。
図6(a)、(b)に示したように、本実施形態の伸縮性配線基板100は、最大抵抗値(図中に「Max」と記す)及び最小抵抗値(図中に「Min」と記す)が公知の構成よりも低く、また、平均の抵抗置(図中に「AVG」と記す)も僅かながら公知の構成よりも低くなっている。
上記測定の結果は、本実施形態の伸縮性配線部55が外部端子31との接合部から伸縮性電極57まで同一のプロセスで形成された継ぎ部分の無い同層の配線であることによると考えられる。
また、本実施形態の伸縮性配線部55は、易接着層35が主面33b上に形成されている。易接着層35の材質は多孔性の伸縮性基材53と同一であるため、フィルム基材33と伸縮性基材53との接合後、主面33b上において伸縮性配線部55の「滲み」が発生せずに明瞭な伸縮性配線部55のパターンを得られることが本発明者により観察された。このため、本実施形態の伸縮性配線基板100は、信号のノイズを低減して明瞭かつ安定な信号を得ることができる。
本実施形態では、伸縮性電極57が生体電極として機能する。このため、本実施形態は、伸縮性基材53の主面53aに、生体からの電気信号が入力される生体電極と接続される伸縮性配線部55を形成するものであり、伸縮性配線基板100を生体センサシートとすることができる。
生体センサシートは、伸縮性基材53が生体に貼り付けられて使用される。伸縮性基材53は、その伸縮性によって生体の表面の凹凸や動きに応じて伸縮し、生体から得られる電気信号を伸縮性電極57に入力する。生体は、例えば人であって、生体センサシートは、例えば人の腕や足に貼り付けられて筋肉の動きを示す信号を検出する。あるいは、人の額や頭部に貼り付けられて脳の働きを示す信号を検出する。このような生体センサシートは、生体の動作を妨げることがなく、装着による生体への負荷が小さいために生体にかかるストレスを軽減することができる。
たとえば、伸縮性配線基板100には、人体の表面に伸縮性配線基板100を貼り付けるための貼付層(図示せず)を設けてもよい。貼付層は、伸縮性配線基板100の用途により、伸縮性配線基板100の上面側に設けてもよく、または下面側に設けてもよい。貼付層はゲル剤や粘着剤により作成することができる。
(1)
第1シート部材の一方の主面に端子部を形成する端子形成工程と、
前記第1シート部材よりも伸縮性が高い第2シート部材の一方の主面に伸縮性配線部を形成する伸縮性配線部形成工程と、
前記端子部と前記伸縮性配線部とを位置合わせして、前記第1シート部材と前記第2シート部材とに圧力及び熱を加えて接合することにより、前記端子部と前記伸縮性配線部とを接続する接合工程と、を含むことを特徴とする伸縮性配線基板の製造方法。
(2)
前記第1シート部材の熱収縮率と前記第2シート部材の熱収縮率とが相違する、(1)の伸縮性配線基板の製造方法。
(3)
前記伸縮性配線部は、生体からの電気信号が入力される生体電極と接続される、(1)または(2)に記載の伸縮性配線基板の製造方法。
(4)
一の主面に端子部を有する第1シート部材と、当該第1シート部材よりも高い伸縮性を有し、前記端子部と接続される伸縮性配線部を前記第1シート部材の前記主面と対向する主面に備えると共に前記第1シート部材と接合される第2シート部材と、を有し、
前記伸縮性配線部は、前記端子部から前記第2シート部材上の前記第1シート部材と重ならない領域に至るまで同一層であり、上面視において一定の幅を有することを特徴とする、伸縮性配線基板。
31・・・外部端子
31a〜31j・・・端子部
33・・・フィルム基材
33a,33b・・・主面
35・・・易接着層
37・・・補強部材
50・・・伸縮領域
53・・・伸縮性基材
53a,53b・・・主面
55,95・・・伸縮性配線部
55a〜55f・・・配線部
57・・・伸縮性電極
91・・・引出配線
100・・・伸縮性配線基板
300・・・フィルム基材シート
311,511・・・ピン穴
313,513・・・パターン
500・・・伸縮性基材シート
W・・・幅
Claims (4)
- 第1シート部材の一方の主面の端部に局所的に端子部を形成する端子形成工程と、
前記第1シート部材よりも伸縮性が高い第2シート部材の一方の主面に伸縮性配線部を形成する伸縮性配線部形成工程と、
前記端子部と前記伸縮性配線部とを位置合わせして、前記第1シート部材と前記第2シート部材とを重ねて圧力及び熱を加えて接合することにより、前記端子部と前記伸縮性配線部とを接続する接合工程と、を含み、
前記接合工程において、前記第2シート部材上の前記第1シート部材と重ならない伸縮領域と、前記第1シート部材と前記第2シート部材が重なる領域であって前記端子部よりも前記伸縮領域側に延在する補強領域と、を形成し、該補強領域で、前記第2シート部材を、前記第1シート部材の前記主面における前記端子部の非形成領域であって、前記端子部よりも中央側、及び前記端子部が設けられている前記端部に対する逆側の端部で直接接合し、
前記伸縮性配線部は、前記第1シート部材の一方の主面の端部にある前記端子部から、前記第2シート部材上の前記補強領域を超えて前記伸縮領域に至るまで同一層である、伸縮性配線基板の製造方法。 - 前記第1シート部材の熱収縮率と前記第2シート部材の熱収縮率とが相違する、請求項1に記載の伸縮性配線基板の製造方法。
- 前記伸縮性配線部は、生体からの電気信号が入力される生体電極と接続される、請求項1または請求項2に記載の伸縮性配線基板の製造方法。
- 一の主面の端部に局所的に端子部を有する第1シート部材と、当該第1シート部材よりも高い伸縮性を有し、前記端子部と接続される伸縮性配線部を前記第1シート部材の前記主面と対向する主面に備えると共に前記第1シート部材と重ねて接合される第2シート部材と、を有する伸縮性配線基板であって、
前記第2シート部材は、前記第1シート部材と重ならない伸縮領域を有し、
前記伸縮性配線基板は、前記第1シート部材と前記第2シート部材が重なる領域であって前記端子部よりも前記伸縮領域側に延在する補強領域を有し、該補強領域において、前記第2シート部材は、前記第1シート部材の前記主面における前記端子部の非形成領域であって、前記端子部よりも中央側、及び前記端子部が設けられている前記端部に対する逆側の端部で直接接合されており、
前記伸縮性配線部は、前記第1シート部材の一方の主面の端部にある前記端子部から、前記第2シート部材上の前記補強領域を超えて前記伸縮領域に至るまで同一層であり、上面視において一定の幅を有することを特徴とする、伸縮性配線基板。
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