JP6930681B2 - 伸縮性実装基板 - Google Patents

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Description

本発明は、伸縮性実装基板に関する。
近年、配線基板を用いて、生体情報を取得及び解析することによって、生体(例えば、人体)の状態等を管理することが行われている。
このような配線基板には、電子部品が実装されることがある。例えば、特許文献1には、半導体素子がフリップチップボンディング法によって実装されたリジットフレキシブル基板が開示されている。また、特許文献2には、部品が実装されたフレキシブル印刷配線板が開示されている。
特開2003−332743号公報 特開平8−139437号公報
配線基板に電子部品が実装された実装基板においては、生体に貼り付けられる場合に生体の動きに追従可能な伸縮性が求められる。このような伸縮性を有する実装基板を伸縮させると、配線及び電子部品の接続領域に応力が集中しやすくなり、結果的に、配線が断線したり、配線の抵抗が上昇したりすることがある。
特許文献1では、リジットフレキシブル基板が伸縮性を有することが開示されておらず、伸縮時における、配線の断線及び抵抗上昇を抑制することが意図されていない。
特許文献2では、フレキシブル印刷配線板が伸縮性を有することが開示されておらず、伸縮時における、配線の断線及び抵抗上昇を抑制することが意図されていない。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、伸縮時における、伸縮性配線の断線及び抵抗上昇を抑制できる伸縮性実装基板を提供することを目的とするものである。
本発明の伸縮性実装基板は、伸縮性基材と、上記伸縮性基材の一方主面上に配置される伸縮性配線と、上記伸縮性配線に接続される電子部品と、上記伸縮性配線と接し、かつ、上記伸縮性配線及び上記電子部品の接続領域の端部と平面視で重なる硬質樹脂部と、を備え、上記硬質樹脂部のヤング率は、上記伸縮性基材のヤング率よりも高く、上記硬質樹脂部には、上記伸縮性配線と重なる切り欠き部が設けられている、ことを特徴とする。
本発明によれば、伸縮時における、伸縮性配線の断線及び抵抗上昇を抑制できる伸縮性実装基板を提供できる。
本発明の実施形態1の伸縮性実装基板を示す平面模式図である。 図1中の線分A1−A2に対応する部分を示す断面模式図である。 図1中の切り欠き部がR形状である場合を示す平面模式図である。 本発明の実施形態1の変形例1の伸縮性実装基板を示す平面模式図である。 図4中の線分A3−A4に対応する部分を示す断面模式図である。 本発明の実施形態1の変形例2の伸縮性実装基板を示す平面模式図である。 図6中の線分A5−A6に対応する部分を示す断面模式図である。 本発明の実施形態1の変形例3の伸縮性実装基板を示す平面模式図である。 図8中の線分A7−A8に対応する部分を示す断面模式図である。 本発明の実施形態2の伸縮性実装基板を示す平面模式図である。 図10中の線分A9−A10に対応する部分を示す断面模式図である。 本発明の実施形態2の変形例1の伸縮性実装基板を示す平面模式図である。 図12中の線分A11−A12に対応する部分を示す断面模式図である。 本発明の実施形態2の変形例2の伸縮性実装基板を示す平面模式図である。 図14中の線分A13−A14に対応する部分を示す断面模式図である。 本発明の実施形態3の伸縮性実装基板を示す平面模式図である。 図16中の線分A15−A16に対応する部分を示す断面模式図である。 実施例1の伸縮性実装基板を示す斜視模式図である。 実施例2の伸縮性実装基板を示す斜視模式図である。 比較例1の伸縮性実装基板を示す斜視模式図である。 比較例2の伸縮性実装基板を示す斜視模式図である。 実施例1、比較例1、及び、比較例2の伸縮性実装基板について、伸長時に伸縮性配線に加わる応力のシミュレーション結果を示すグラフである。 実施例1、比較例1、及び、比較例2の伸縮性実装基板について、その伸長率と伸縮性配線の抵抗との関係を示すグラフである。 実施例1、比較例1、及び、比較例2の伸縮性実装基板について、その伸長率と伸縮性配線の抵抗変化率との関係を示すグラフである。 実施例1の伸縮性実装基板について、硬質樹脂部の切り欠き部の奥行きと伸長時に伸縮性配線に加わる応力との関係を示すグラフである。 実施例1の伸縮性実装基板について、硬質樹脂部の切り欠き部の幅と伸長時に伸縮性配線に加わる応力との関係を示すグラフである。 実施例1の伸縮性実装基板について、硬質樹脂部の切り欠き部の半径と伸長時に伸縮性配線に加わる応力との関係を示すグラフである。 実施例1及び実施例2の伸縮性実装基板について、伸長時に伸縮性配線に加わる応力のシミュレーション結果を示すグラフである。
以下、本発明の伸縮性実装基板について説明する。なお、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更されてもよい。また、以下において記載する個々の好ましい構成を複数組み合わせたものもまた本発明である。
以下に示す各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示す構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもない。実施形態2以降では、実施形態1と共通の事項についての記載は省略し、異なる点を主に説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態毎に逐次言及しない。以下の説明において、各実施形態を特に区別しない場合、単に「本発明の伸縮性実装基板」と言う。
本明細書中、「厚み」は、断面視で、伸縮性基材の表面に対して垂直な方向における長さを意味する。また、「厚み」及び「長さ」は、特に断らない限り、伸縮性実装基板を伸縮させていない状態のものとして示される。
本発明の伸縮性実装基板は、伸縮性基材と、伸縮性基材の一方主面上に配置される伸縮性配線と、伸縮性配線に接続される電子部品と、伸縮性配線と接し、かつ、伸縮性配線及び電子部品の接続領域の端部と平面視で重なる硬質樹脂部と、を備え、硬質樹脂部のヤング率は、伸縮性基材のヤング率よりも高く、硬質樹脂部には、伸縮性配線と重なる切り欠き部が設けられている、ことを特徴とする。本発明の伸縮性実装基板では、伸縮性基材と、伸縮性配線と、電子部品と、硬質樹脂部と、が上記の位置関係で配置されている領域が少なくとも存在していればよいが、以下に示す各実施形態では、伸縮性配線が複数配置されている例を示す。
[実施形態1]
本発明の伸縮性実装基板では、切り欠き部は、伸縮性配線と平面視で重なっていてもよい。また、本発明の伸縮性実装基板では、硬質樹脂部は、伸縮性配線の伸縮性基材とは反対側と接し、かつ、電子部品を覆っていてもよい。このような例を、本発明の実施形態1の伸縮性実装基板として説明する。
図1は、本発明の実施形態1の伸縮性実装基板を示す平面模式図である。図2は、図1中の線分A1−A2に対応する部分を示す断面模式図である。図1、2に示すように、伸縮性実装基板1aは、伸縮性基材10aと、伸縮性配線20a、20bと、電子部品30と、硬質樹脂部40aと、を有している。
伸縮性基材10aの構成材料としては、例えば、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、オレフィン系樹脂、ウレタン系樹脂、スチレン・ブタジエン系樹脂、等のエラストマー系樹脂等の樹脂が挙げられる。ウレタン系樹脂としては、例えば、熱可塑性ポリウレタンが挙げられる。
伸縮性実装基板1aが生体に貼り付けられる場合、生体表面の伸縮を阻害しない観点からは、伸縮性基材10aの厚みは、好ましくは100μm以下であり、より好ましくは50μm以下である。また、伸縮性基材10aの厚みは、好ましくは0.1μm以上である。
伸縮性配線20a、20bは、伸縮性基材10aの一方主面上に配置されている。
伸縮性配線20a、20bの構成材料としては、導電性粒子及び樹脂の混合物が好ましい。
導電性粒子としては、例えば、銀、銅、ニッケル、等の金属粉が挙げられる。導電性粒子の平均粒径は、好ましくは0.01μm以上、10μm以下である。導電性粒子の形状は、球形であることが好ましい。
樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、等のエラストマー系樹脂が挙げられる。
伸縮性配線20a、20bの構成材料は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
伸縮性配線20a、20bの厚みは、各々、好ましくは100μm以下であり、より好ましくは50μm以下である。また、伸縮性配線20a、20bの厚みは、各々、好ましくは1μm以上である。伸縮性配線20a、20bの厚みは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
電子部品30は、伸縮性配線20a、20bに接続されている。より具体的には、電子部品30は、伸縮性配線20a、20bに、接続部50a、50bを介して各々接続されている。接続部50a、50bとしては、例えば、はんだ、導電性接着剤、等が挙げられる。なお、電子部品30は、伸縮性配線20a、20bに直に接続されていてもよい。
電子部品30は、能動部品及び受動部品に大別される。能動部品としては、例えば、増幅器(オペアンプ、トランジスタ、等)、ダイオード、等が挙げられる。受動部品としては、例えば、コンデンサ、抵抗器、インダクタ、等が挙げられる。
硬質樹脂部40aは、伸縮性配線20a、20bと接している。より具体的には、硬質樹脂部40aは、伸縮性配線20a、20bの伸縮性基材10aとは反対側と接し、かつ、電子部品30を覆っている。つまり、硬質樹脂部40aは、電子部品30を保護する封止樹脂部として機能している。
硬質樹脂部40aは、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域の端部60aと平面視で重なっている。また、硬質樹脂部40aは、伸縮性配線20b及び電子部品30の接続領域の端部60bと平面視で重なっている。なお、硬質樹脂部40aは、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域の端部60aと、伸縮性配線20b及び電子部品30の接続領域の端部60bと、のうちの一方と平面視で重なっていてもよい。つまり、硬質樹脂部40aは、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域の端部60aと、伸縮性配線20b及び電子部品30の接続領域の端部60bと、のうちの少なくとも一方と平面視で重なっていればよい。
本明細書中、「伸縮性配線及び電子部品の接続領域」は、伸縮性配線及び電子部品が実質的に接続されている平面視での領域であって、より具体的には、以下に例示する領域を意味する。また、その接続領域の端部は、電子部品から遠い側の端部を意味する。
伸縮性配線及び電子部品が、はんだ等の接続部を介して接続されている場合、「伸縮性配線及び電子部品の接続領域」は、平面視での接続部の配置領域を意味する。つまり、図1に示すように、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域の端部60aは、接続部50aの配置領域における電子部品30から遠い側の端部に相当する。また、伸縮性配線20b及び電子部品30の接続領域の端部60bは、接続部50bの配置領域における電子部品30から遠い側の端部に相当する。この場合、硬質樹脂部40aは、接続部50aの配置領域における電子部品30から遠い側の端部と、接続部50bの配置領域における電子部品30から遠い側の端部と、のうちの少なくとも一方と平面視で重なっていれば、電子部品30と平面視で重なっていなくてもよい。
一方、伸縮性配線及び電子部品が直に接続されている場合、「伸縮性配線及び電子部品の接続領域」は、伸縮性配線及び電子部品が平面視で重なる領域を意味する。
硬質樹脂部40aのヤング率は、伸縮性基材10aのヤング率よりも高い。
硬質樹脂部40aの構成材料としては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、液晶ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン、フェノール樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、スチレン・ブタジエン系樹脂等のエラストマー系樹脂、等が挙げられる。
硬質樹脂部40aには、伸縮性配線20a、20bと平面視で各々重なる切り欠き部41a、41bが設けられている。なお、切り欠き部41aが伸縮性配線20aと平面視で重なっている一方で、切り欠き部41bが伸縮性配線20bと平面視で重なっていなくてもよい。また、切り欠き部41bが伸縮性配線20bと平面視で重なっている一方で、切り欠き部41aが伸縮性配線20aと平面視で重なっていなくてもよい。
本明細書中、「切り欠き部」は、両脇が突出し、その内側が凹んでいる形状を有する部分を意味する。図1では、平面視で凹型の切り欠き部41a、41bが例示されている。
伸縮性実装基板1aは、電子部品30とは異なる位置に、伸縮性配線20a、20bのうちの少なくとも一方に接続される電極を有していてもよい。伸縮性実装基板1aは、電極を介して生体に貼り付けられることによってセンサとして使用できる。
電極は、ゲル電極であることが好ましい。ゲル電極を介することによって、伸縮性実装基板1aの生体への貼り付けが容易になる。ゲル電極は、例えば、水、アルコール、保湿剤、電解質、等を含む導電性のゲル材料から構成される。このようなゲル材料としては、例えば、ハイドロゲル等が挙げられる。
伸縮性実装基板1aにおいて、電子部品30は伸縮性配線20aよりも伸縮しにくい。そのため、伸縮性実装基板1aの伸縮時(伸縮性実装基板1aを、例えば、伸縮性配線20aの延伸方向に伸縮させるとき)に、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域(図1では、接続部50aの配置領域)において、伸縮性配線20aが伸縮しようとしても電子部品30が伸縮しにくい。よって、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域の端部60aの近傍において、伸縮性配線20aに応力が集中しやすくなることが考えられる。
これに対して、伸縮性実装基板1aにおいては、硬質樹脂部40aが、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域の端部60aと平面視で重なっている。そのため、伸縮性実装基板1aの伸縮時に、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域の端部60aの近傍において、伸縮性配線20aに加わる応力が小さくなる。
一方、伸縮性実装基板1aにおいて、硬質樹脂部40aは伸縮性配線20aよりも伸縮しにくい。そのため、伸縮性実装基板1aの伸縮時に、伸縮性配線20a及び硬質樹脂部40aの接触領域において、伸縮性配線20aが伸縮しようとしても硬質樹脂部40aが伸縮しにくい。よって、伸縮性配線20a及び硬質樹脂部40aの接触領域の端部80aの近傍において、伸縮性配線20aに応力が集中しやすくなることが考えられる。
これに対して、伸縮性実装基板1aにおいて、硬質樹脂部40aには、伸縮性配線20aと平面視で重なる切り欠き部41aが設けられている。よって、伸縮性配線20a及び硬質樹脂部40aの接触領域が狭くなるため、伸縮性実装基板1aの伸縮時に、伸縮性配線20a及び硬質樹脂部40aの接触領域の端部80aの近傍において、伸縮性配線20aに加わる応力が小さくなる。
以上の結果、伸縮性実装基板1aの伸縮時における、伸縮性配線20aの断線及び抵抗上昇が抑制される。
また、伸縮性実装基板1aにおいては、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域の端部60aが硬質樹脂部40aで覆われている。そのため、電子部品30へ外力(衝撃)が加わるときに、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域の端部60aが保護される。
以上の効果は、伸縮性配線20b及び電子部品30の接続領域の端部60bと、伸縮性配線20b及び硬質樹脂部40aの接触領域の端部80bと、に着目しても同様に発揮される。
本発明の伸縮性実装基板では、同一方向において、切り欠き部の奥行きをX、伸縮性配線及び電子部品の接続領域の端部から突出する硬質樹脂部の長さをA、とするとき、0.45≦X/A<1という関係を満たすことが好ましい。
より具体的には、図1に示すように、同一方向(図1では、左右方向:伸縮性配線20aの延伸方向)において、切り欠き部41aの奥行きをX、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域の端部60aから突出する硬質樹脂部40aの長さをA、とするとき、0.45≦X/A<1という関係を満たすことが好ましい。切り欠き部41aがこのような関係を満たすように設けられていると、伸縮性実装基板1aの伸縮時において、伸縮性配線20aに加わる応力の低減効果がより顕著に発揮される。なお、X/A≧1である場合、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域の端部60aが硬質樹脂部40aから露出することになるため、伸縮性実装基板1aの伸縮時に、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域の端部60aの近傍において、伸縮性配線20aに応力が集中してしまう。そのため、X/A<1である必要がある。以上の説明は、硬質樹脂部40a及び切り欠き部41bに着目しても同様に成り立つ。
本発明の伸縮性実装基板では、同一方向において、切り欠き部の幅をY、硬質樹脂部の幅をB、とするとき、0.2≦Y/B≦0.7という関係を満たすことが好ましい。
より具体的には、図1に示すように、同一方向(図1では、上下方向:伸縮性配線20aの延伸方向と直交する方向)において、切り欠き部41aの幅をY、硬質樹脂部40aの幅をB、とするとき、0.2≦Y/B≦0.7という関係を満たすことが好ましい。切り欠き部41aがこのような関係を満たすように設けられていると、伸縮性実装基板1aの伸縮時において、伸縮性配線20aに加わる応力の低減効果がより顕著に発揮される。以上の説明は、硬質樹脂部40a及び切り欠き部41bに着目しても同様に成り立つ。
本発明の伸縮性実装基板では、切り欠き部の電子部品側の角部は、半径CのR形状であり、切り欠き部の幅をYとするとき、0.5≦C/0.5Y≦1という関係を満たすことが好ましい。
図3は、図1中の切り欠き部がR形状である場合を示す平面模式図である。図3に示すように、切り欠き部41aの電子部品30側の角部は、半径CのR形状であり、切り欠き部41aの幅をYとするとき、0.5≦C/0.5Y≦1という関係を満たすことが好ましい。切り欠き部41aがこのような関係を満たすように設けられていると、伸縮性実装基板1aの伸縮時において、伸縮性配線20aに加わる応力の低減効果がより顕著に発揮される。以上の説明は、切り欠き部41bに着目しても同様に成り立つ。
[実施形態1の変形例1]
本発明の実施形態1の伸縮性実装基板では、伸縮性配線は3本以上であり、かつ、平面視で電子部品から放射状に延伸していてもよい。このような例を、本発明の実施形態1の変形例1の伸縮性実装基板として説明する。本発明の実施形態1の変形例1の伸縮性実装基板は、伸縮性配線の本数以外、本発明の実施形態1の伸縮性実装基板と同様である。
図4は、本発明の実施形態1の変形例1の伸縮性実装基板を示す平面模式図である。図5は、図4中の線分A3−A4に対応する部分を示す断面模式図である。図4、5に示すように、伸縮性実装基板1bは、伸縮性基材10aと、伸縮性配線20a、20b、20c、20d、20e、20fと、電子部品30と、硬質樹脂部40aと、を有している。
電子部品30は、伸縮性配線20a、20b、20c、20d、20e、20fに、接続部50a、50b、50c、50d、50e、50fを介して各々接続されている。
硬質樹脂部40aは、伸縮性配線20a、20b、20c、20d、20e、20fと電子部品30との各接続領域の端部60a、60b、60c、60d、60e、60fと平面視で重なっている。
硬質樹脂部40aには、伸縮性配線20a、20b、20c、20d、20e、20fと平面視で各々重なる切り欠き部41a、41b、41c、41d、41e、41fが設けられている。
伸縮性配線20a、20b、20c、20d、20e、20fは、平面視で電子部品30から放射状に延伸している。このように伸縮性配線が3本以上(図4では、6本)であっても、硬質樹脂部40a(切り欠き部41a、41b、41c、41d、41e、41f)の作用によって、伸縮性実装基板1bの伸縮時における、伸縮性配線20a、20b、20c、20d、20e、20fの断線及び抵抗上昇が抑制される。また、伸縮性配線20a、20b、20c、20d、20e、20fが狭ピッチで配置されても、硬質樹脂部40aの作用によって、高湿環境下における結露及びイオンマイグレーションが抑制される。
[実施形態1の変形例2]
本発明の実施形態1の伸縮性実装基板では、伸縮性配線、電子部品、及び、硬質樹脂部は、ヤング率が硬質樹脂部よりも低い軟質樹脂部で覆われていてもよい。このような例を、本発明の実施形態1の変形例2の伸縮性実装基板として説明する。本発明の実施形態1の変形例2の伸縮性実装基板は、軟質樹脂部が配置されていること以外、本発明の実施形態1の伸縮性実装基板と同様である。
図6は、本発明の実施形態1の変形例2の伸縮性実装基板を示す平面模式図である。図7は、図6中の線分A5−A6に対応する部分を示す断面模式図である。図6、7に示すように、伸縮性実装基板1cは、伸縮性基材10aと、伸縮性配線20a、20bと、電子部品30と、硬質樹脂部40aと、軟質樹脂部70と、を有している。
軟質樹脂部70のヤング率は、硬質樹脂部40aのヤング率よりも低い。
軟質樹脂部70の構成材料としては、例えば、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、オレフィン系樹脂、ウレタン系樹脂、スチレン・ブタジエン系樹脂、等のエラストマー系樹脂等の樹脂が挙げられる。
軟質樹脂部70は、伸縮性配線20a及び硬質樹脂部40aを覆っており、結果的に、電子部品30も覆っていることになる。伸縮性配線20a、電子部品30、及び、硬質樹脂部40aが軟質樹脂部70で覆われることによって、伸縮性実装基板1cの伸縮時に、伸縮性配線20a及び硬質樹脂部40aの接触領域の端部80aの近傍において、伸縮性配線20aに加わる応力がより小さくなる。このような効果は、伸縮性配線20bに対しても同様に発揮される。
[実施形態1の変形例3]
本発明の実施形態1の伸縮性実装基板では、伸縮性配線は、第一の配線部と、第二の配線部と、を有し、第一の配線部は、電子部品に接続され、第二の配線部は、切り欠き部と重なり、かつ、平面視で第一の配線部よりも太くてもよい。このような例を、本発明の実施形態1の変形例3の伸縮性実装基板として説明する。本発明の実施形態1の変形例3の伸縮性実装基板は、伸縮性配線の形状以外、本発明の実施形態1の伸縮性実装基板と同様である。
図8は、本発明の実施形態1の変形例3の伸縮性実装基板を示す平面模式図である。図9は、図8中の線分A7−A8に対応する部分を示す断面模式図である。図8、9に示すように、伸縮性実装基板1dは、伸縮性基材10aと、伸縮性配線20a、20bと、電子部品30と、硬質樹脂部40aと、を有している。
伸縮性配線20aは、第一の配線部21aと、第二の配線部22aと、を有している。第一の配線部21aは、電子部品30に接続部50aを介して接続されている。第二の配線部22aは、切り欠き部41aと平面視で重なり、かつ、平面視で第一の配線部21aよりも太い。
伸縮性配線20bは、第一の配線部21bと、第二の配線部22bと、を有している。第一の配線部21bは、電子部品30に接続部50bを介して接続されている。第二の配線部22bは、切り欠き部41bと平面視で重なり、かつ、平面視で第一の配線部21bよりも太い。
伸縮性配線20aにおいて、切り欠き部41aと平面視で重なる第二の配線部22aが太いため、伸縮性実装基板1dの伸縮時に、伸縮性配線20aに加わる応力がより小さくなる。このような効果は、伸縮性配線20bに対しても同様に発揮される。
[実施形態2]
本発明の伸縮性実装基板では、切り欠き部は、伸縮性配線と平面視で重なっていてもよい。また、本発明の伸縮性実装基板では、硬質樹脂部は、伸縮性配線の伸縮性基材側と接し、かつ、伸縮性基材と接していてもよい。このような例を、本発明の実施形態2の伸縮性実装基板として説明する。本発明の実施形態2の伸縮性実装基板は、硬質樹脂部の位置以外、本発明の実施形態1の伸縮性実装基板と同様である。
図10は、本発明の実施形態2の伸縮性実装基板を示す平面模式図である。図11は、図10中の線分A9−A10に対応する部分を示す断面模式図である。図10、11に示すように、伸縮性実装基板1eは、伸縮性基材10aと、伸縮性配線20a、20bと、電子部品30と、硬質樹脂部40bと、を有している。
硬質樹脂部40bのヤング率は、伸縮性基材10aのヤング率よりも高い。
硬質樹脂部40bは、伸縮性配線20a、20bの伸縮性基材10a側と接し、かつ、伸縮性基材10aと接している。より具体的には、硬質樹脂部40bは、伸縮性基材10aに埋め込まれているような位置に存在している。
硬質樹脂部40bは、例えば、特開2017−110217号公報に記載の方法を利用して形成される。より具体的には、伸縮性基材10aに対して、一部の架橋度が高まるように活性エネルギー線を選択的に照射することによって、硬質樹脂部40bを形成する。
硬質樹脂部40bは、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域(図10では、接続部50aの配置領域)の端部60aと平面視で重なっている。そのため、伸縮性実装基板1eの伸縮時に、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域の端部60aの近傍において、伸縮性配線20aに加わる応力が小さくなる。また、硬質樹脂部40bには、伸縮性配線20aと平面視で重なる切り欠き部41aが設けられている。よって、伸縮性配線20a及び硬質樹脂部40bの接触領域が狭くなるため、伸縮性実装基板1eの伸縮時に、伸縮性配線20a及び硬質樹脂部40bの接触領域の端部80aの近傍において、伸縮性配線20aに加わる応力が小さくなる。その結果、伸縮性実装基板1eの伸縮時における、伸縮性配線20aの断線及び抵抗上昇が抑制される。このような効果は、伸縮性配線20bに対しても同様に発揮される。
[実施形態2の変形例1]
本発明の実施形態2の伸縮性実装基板では、伸縮性配線及び電子部品の接続領域の端部は、ヤング率が伸縮性基材よりも高い別の硬質樹脂部で覆われていてもよい。このような例を、本発明の実施形態2の変形例1の伸縮性実装基板として説明する。本発明の実施形態2の変形例1の伸縮性実装基板は、伸縮性配線及び電子部品の接続領域の端部が別の硬質樹脂部で覆われていること以外、本発明の実施形態2の伸縮性実装基板と同様である。
図12は、本発明の実施形態2の変形例1の伸縮性実装基板を示す平面模式図である。図13は、図12中の線分A11−A12に対応する部分を示す断面模式図である。図12、13に示すように、伸縮性実装基板1fは、伸縮性基材10aと、伸縮性配線20a、20bと、電子部品30と、硬質樹脂部40a、40bと、を有している。
硬質樹脂部40aには、実施形態1と同様に切り欠き部が設けられていてもよく、設けられていなくてもよい。
伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域の端部60aは、硬質樹脂部40aで覆われている。そのため、電子部品30へ外力(衝撃)が加わるときに、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域の端部60aが保護される。このような効果は、伸縮性配線20b及び電子部品30の接続領域の端部60bに対しても同様に発揮される。
[実施形態2の変形例2]
本発明の実施形態2の伸縮性実装基板では、硬質樹脂部は、伸縮性基材に埋め込まれているような位置に存在しておらず、かつ、伸縮性基材及び伸縮性配線の間に配置される絶縁部であってもよい。このような例を、本発明の実施形態2の変形例2の伸縮性実装基板として説明する。本発明の実施形態2の変形例2の伸縮性実装基板は、硬質樹脂部の位置以外、本発明の実施形態2の伸縮性実装基板と同様である。
図14は、本発明の実施形態2の変形例2の伸縮性実装基板を示す平面模式図である。図15は、図14中の線分A13−A14に対応する部分を示す断面模式図である。図14、15に示すように、伸縮性実装基板1gは、伸縮性基材10aと、伸縮性配線20a、20bと、電子部品30と、硬質樹脂部40bと、を有している。
硬質樹脂部40bは、伸縮性基材10aに埋め込まれているような位置に存在しておらず、かつ、伸縮性基材10a及び伸縮性配線20a、20bの間に配置される絶縁部である。
硬質樹脂部40bが絶縁部として機能する場合、その構成材料としては、例えば、ウレタン系、スチレン系、オレフィン系、シリコーン系、フッ素系、ニトリルゴム、ラテックスゴム、塩化ビニル、エステル系、アミド系等のエラストマー系樹脂、エポキシ、フェノール、アクリル、ポリエステル、イミド系、ロジン、セルロース、ポリエチレンテレフタレート系、ポリエチレンナフタレート系、ポリカーボネート系樹脂、等が挙げられる。
[実施形態3]
本発明の伸縮性実装基板では、切り欠き部は、伸縮性配線と断面視で重なっていてもよい。また、本発明の伸縮性実装基板では、硬質樹脂部は、第一の樹脂部と、第二の樹脂部と、を有し、第一の樹脂部は、伸縮性配線の伸縮性基材側と接し、かつ、伸縮性基材と接し、第二の樹脂部は、伸縮性配線の伸縮性基材とは反対側と接し、かつ、電子部品を覆っていてもよい。このような例を、本発明の実施形態3の伸縮性実装基板として説明する。本発明の実施形態3の伸縮性実装基板は、硬質樹脂部の位置以外、本発明の実施形態1の伸縮性実装基板と同様である。
図16は、本発明の実施形態3の伸縮性実装基板を示す平面模式図である。図17は、図16中の線分A15−A16に対応する部分を示す断面模式図である。図16、17に示すように、伸縮性実装基板1hは、伸縮性基材10b、10cと、伸縮性配線20a、20bと、電子部品30と、硬質樹脂部40cと、を有している。
伸縮性基材10bは、基材層11a、11bを有している。
伸縮性基材10cは、基材層11c、11dを有している。
硬質樹脂部40cは、第一の樹脂部42と、第二の樹脂部43と、を有している。
第一の樹脂部42は、樹脂層44a、44bを有している。樹脂層44aのヤング率は、基材層11aのヤング率よりも高い。樹脂層44bのヤング率は、基材層11bのヤング率よりも高い。
第一の樹脂部42は、伸縮性配線20a、20bの伸縮性基材10b側と接し、かつ、伸縮性基材10bと接している。より具体的には、第一の樹脂部42は、伸縮性基材10bに埋め込まれているような位置に存在している。樹脂層44aは基材層11aに埋め込まれているような位置に存在しており、樹脂層44bは基材層11bに埋め込まれているような位置に存在している。
第一の樹脂部42は、例えば、以下のように形成される。まず、基材層11aに対して、一部の架橋度が高まるように活性エネルギー線を選択的に照射することによって、樹脂層44aを形成する。そして、基材層11a及び樹脂層44aが一体化したものの一方主面上に、基材層11bを配置する。その後、基材層11bに対して、一部の架橋度が高まるように活性エネルギー線を選択的に照射することによって、樹脂層44bを形成する。その結果、樹脂層44a、44bで構成される第一の樹脂部42が形成される。上述した活性エネルギー線の照射方法としては、例えば、特開2017−110217号公報に記載の方法が挙げられる。
第二の樹脂部43は、樹脂層44c、44dを有している。樹脂層44cのヤング率は、基材層11cのヤング率よりも高い。樹脂層44dのヤング率は、基材層11dのヤング率よりも高い。
第二の樹脂部43は、伸縮性配線20a、20bの伸縮性基材10bとは反対側と接し、かつ、電子部品30を覆っている。また、第二の樹脂部43は、伸縮性配線20a、20bの伸縮性基材10c側と接し、かつ、伸縮性基材10cと接している。より具体的には、第二の樹脂部43は、伸縮性基材10cに埋め込まれているような位置に存在している。樹脂層44cは基材層11cに埋め込まれているような位置に存在しており、樹脂層44dは基材層11dに埋め込まれているような位置に存在している。
第二の樹脂部43は、例えば、以下のように形成される。まず、上述した方法で得られた、伸縮性基材10b及び第一の樹脂部42が一体化したものの一方主面上に、伸縮性配線20a、20bと、電子部品30と、基材層11cと、を配置する。そして、基材層11cに対して、一部の架橋度が高まるように活性エネルギー線を選択的に照射することによって、樹脂層44cを形成する。そして、基材層11c及び樹脂層44cが一体化したものの一方主面上に、基材層11dを配置する。その後、基材層11dに対して、一部の架橋度が高まるように活性エネルギー線を選択的に照射することによって、樹脂層44dを形成する。その結果、樹脂層44c、44dで構成される第二の樹脂部43が形成される。上述した活性エネルギー線の照射方法としては、例えば、特開2017−110217号公報に記載の方法が挙げられる。
硬質樹脂部40cには、伸縮性配線20a、20bと断面視で各々重なる切り欠き部41g、41hが設けられている。なお、切り欠き部41gが伸縮性配線20aと断面視で重なっている一方で、切り欠き部41hが伸縮性配線20bと断面視で重なっていなくてもよい。また、切り欠き部41hが伸縮性配線20bと断面視で重なっている一方で、切り欠き部41gが伸縮性配線20aと断面視で重なっていなくてもよい。
硬質樹脂部40c(第一の樹脂部42及び第二の樹脂部43)は、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域(図16では、接続部50aの配置領域)の端部60aと平面視で重なっている。そのため、伸縮性実装基板1hの伸縮時に、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域の端部60aの近傍において、伸縮性配線20aに加わる応力が小さくなる。また、硬質樹脂部40cには、伸縮性配線20aと断面視で重なる切り欠き部41gが設けられている。よって、伸縮性配線20a及び硬質樹脂部40cの接触領域が狭くなるため、伸縮性実装基板1hの伸縮時に、伸縮性配線20a及び硬質樹脂部40cの接触領域の端部80aの近傍において、伸縮性配線20aに加わる応力が小さくなる。その結果、伸縮性実装基板1hの伸縮時における、伸縮性配線20aの断線及び抵抗上昇が抑制される。このような効果は、伸縮性配線20bに対しても同様に発揮される。
また、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域の端部60aは、硬質樹脂部40cの第二の樹脂部43で覆われている。そのため、電子部品30へ外力(衝撃)が加わるときに、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域の端部60aが保護される。このような効果は、伸縮性配線20b及び電子部品30の接続領域の端部60bに対しても同様に発揮される。
以下、本発明の伸縮性実装基板をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
[実施例1]
図18は、実施例1の伸縮性実装基板を示す斜視模式図である。図18に示すように、実施例1の伸縮性実装基板は、実施形態1の伸縮性実装基板に相当する。
[実施例2]
図19は、実施例2の伸縮性実装基板を示す斜視模式図である。図19に示すように、実施例2の伸縮性実装基板は、実施形態1の変形例2の伸縮性実装基板に相当する。
[比較例1]
図20は、比較例1の伸縮性実装基板を示す斜視模式図である。図20に示すように、比較例1の伸縮性実装基板は、硬質樹脂部40aに切り欠き部41a、41bが設けられていないこと以外、実施例1の伸縮性実装基板と同様である。
[比較例2]
図21は、比較例2の伸縮性実装基板を示す斜視模式図である。図21に示すように、比較例2の伸縮性実装基板は、硬質樹脂部40aが配置されていないこと以外、実施例1の伸縮性実装基板と同様である。
<評価1>
実施例1、比較例1、及び、比較例2の伸縮性実装基板をX軸方向(伸縮性配線20a、20bの延伸方向)に7%伸長させたときに伸縮性配線20a、20bに加わる応力について、有限要素法(FEM:Finite Element Method)を用いてシミュレーションを行った。シミュレーション条件については、下記の通り設定した。また、応力の評価点については、伸縮性配線20a、20bのYZ平面の中心に設定した。
(伸縮性基材10a)
X軸方向の長さ:10mm
Y軸方向の長さ:4mm
Z軸方向の長さ:0.04mm
ヤング率:9.9MPa
ポアソン比:0.48
メッシュ条件:0.2mm
(伸縮性配線20a、20b)
X軸方向の長さ:4.75mm
Y軸方向の長さ:0.2mm
Z軸方向の長さ:0.025mm
ヤング率:73.6MPa
ポアソン比:0.48
メッシュ条件:0.025mm
(電子部品30)
X軸方向の長さ:1mm
Y軸方向の長さ:0.5mm
Z軸方向の長さ:0.2mm
ヤング率:73.2GPa
ポアソン比:0.38
メッシュ条件:0.2mm
(硬質樹脂部40a)
X軸方向の長さ:4mm
Y軸方向の長さ:2mm
Z軸方向の長さ:0.25mm
ヤング率:3.44GPa
ポアソン比:0.41
メッシュ条件:0.5mm
(切り欠き部41a、41b)
X軸方向の長さ:1mm
Y軸方向の長さ:1mm
Z軸方向の長さ:0.25mm
図22は、実施例1、比較例1、及び、比較例2の伸縮性実装基板について、伸長時に伸縮性配線に加わる応力のシミュレーション結果を示すグラフである。なお、図22中の横軸は、伸縮性配線20bの電子部品30とは反対側の端部を原点としたときのX軸座標(単位:mm)を示す。図22に示すように、実施例1では、比較例2よりも、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域の端部60aの近傍において、伸縮性配線20aに加わる応力が小さかった。よって、硬質樹脂部40aを配置したことによる応力の低減効果が確認された。また、実施例1では、比較例1よりも、伸縮性配線20a及び硬質樹脂部40aの接触領域の端部80aの近傍において、伸縮性配線20aに加わる応力が小さかった。よって、硬質樹脂部40aに切り欠き部41aを設けたことによる応力の低減効果も確認された。以上のような応力の低減効果は、伸縮性配線20bに対しても同様に確認された。
<評価2>
実施例1、比較例1、及び、比較例2の伸縮性実装基板を実際に作製し、伸長率を変化させながら伸縮性配線20aの抵抗及びその変化率を測定した。伸縮性実装基板の各部材としては、下記のものを用いた。
伸縮性基材10a:熱可塑性ポリウレタン
伸縮性配線20a、20b:銀及び共重合樹脂の混合物
電子部品30:角形チップ抵抗器
硬質樹脂部40a:アクリル系樹脂
図23は、実施例1、比較例1、及び、比較例2の伸縮性実装基板について、その伸長率と伸縮性配線の抵抗との関係を示すグラフである。図24は、実施例1、比較例1、及び、比較例2の伸縮性実装基板について、その伸長率と伸縮性配線の抵抗変化率との関係を示すグラフである。なお、図24中の縦軸で示した「伸縮性配線の抵抗変化率」(単位:%)は、伸縮性実装基板の伸長率がある値であるときの伸縮性配線の抵抗をR1(単位:Ω)、伸縮性実装基板の伸長率が0%であるときの伸縮性配線の抵抗をR2(単位:Ω)とするとき、100×(R1−R2)/R2、で定義される。図23、24に示すように、実施例1では、比較例1、2よりも、伸縮性実装基板の伸長に伴う伸縮性配線20aの抵抗上昇が抑制されていた。また、図23中で伸縮性配線20aの抵抗が急上昇し始めるのは、伸縮性配線20aが断線し始めることを示していると考えられるが、実施例1では、比較例1、2よりも、伸縮性実装基板の伸長時における伸縮性配線20aの断線が抑制されていた。以上の結果は、伸縮性配線20bに対しても同様に確認された。
<評価3>
実施例1の伸縮性実装基板をX軸方向(伸縮性配線20a、20bの延伸方向)に10%伸長させたときに伸縮性配線20aに加わる応力について、硬質樹脂部40aの切り欠き部41aの奥行きX(X軸方向の寸法)を変化させながら、有限要素法(FEM)を用いてシミュレーションを行った。なお、応力の評価点については、伸縮性配線20a及び硬質樹脂部40aの接触領域の端部80aに設定した。その他のシミュレーション条件については、上述した評価1と同様に設定した。
図25は、実施例1の伸縮性実装基板について、硬質樹脂部の切り欠き部の奥行きと伸長時に伸縮性配線に加わる応力との関係を示すグラフである。なお、図25中の横軸で示した「X/A」について、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域の端部60aから突出する硬質樹脂部40aの長さA(X軸方向の寸法)を、一例として1.5mmに設定した。図25に示すように、X/Aが大きくなるにつれて伸縮性配線20aに加わる応力が小さくなった。また、X/A=0.45付近を境界として、伸縮性配線20aに加わる応力が急降下した。なお、X/A≧1である場合、伸縮性配線20a及び電子部品30の接続領域の端部60aが硬質樹脂部40aから露出してしまうため、伸縮性配線20aに加わる応力の低減効果が発揮されない。以上より、0.45≦X/A<1である場合が好ましいことが分かった。
<評価4>
実施例1の伸縮性実装基板をX軸方向(伸縮性配線20a、20bの延伸方向)に9%伸長させたときに伸縮性配線20aに加わる応力について、硬質樹脂部40aの切り欠き部41aの幅Y(Y軸方向の寸法)を変化させながら(X=1.4mmに固定)、有限要素法(FEM)を用いてシミュレーションを行った。なお、応力の評価点については、伸縮性配線20a及び硬質樹脂部40aの接触領域の端部80aに設定した。その他のシミュレーション条件については、上述した評価1と同様に設定した。
図26は、実施例1の伸縮性実装基板について、硬質樹脂部の切り欠き部の幅と伸長時に伸縮性配線に加わる応力との関係を示すグラフである。図26に示すように、Y/Bが小さくなるにつれて伸縮性配線20aに加わる応力が小さくなった。また、Y/B=0.7付近を境界として、伸縮性配線20aに加わる応力が急降下した。以上より、0.2≦Y/B≦0.7である場合が好ましいことが分かった。
<評価5>
実施例1の伸縮性実装基板について、図3に示すように切り欠き部をR形状にした。このような状態で、実施例1の伸縮性実装基板をX軸方向(伸縮性配線20a、20bの延伸方向)に10%伸長させたときに伸縮性配線20aに加わる応力について、切り欠き部の半径Cを変化させながら(X=1.4mm、Y=0.4mmに固定)、有限要素法(FEM)を用いてシミュレーションを行った。なお、応力の評価点については、伸縮性配線20a及び硬質樹脂部40aの接触領域の端部80aに設定した。その他のシミュレーション条件については、上述した評価1と同様に設定した。
図27は、実施例1の伸縮性実装基板について、硬質樹脂部の切り欠き部の半径と伸長時に伸縮性配線に加わる応力との関係を示すグラフである。図27に示すように、0.5≦C/0.5Y≦1である場合、伸縮性配線20aに加わる応力がより小さくなり、好ましいことが分かった。
<評価6>
実施例1及び実施例2の伸縮性実装基板をX軸方向(伸縮性配線20a、20bの延伸方向)に7%伸長させたときに伸縮性配線20a、20bに加わる応力について、有限要素法(FEM)を用いてシミュレーションを行った。シミュレーション条件については、軟質樹脂部70を下記の通りとしたこと以外、上述した評価1と同様に設定した。また、応力の評価点についても、上述した評価1と同様に設定した。
(軟質樹脂部70)
X軸方向の長さ:10mm
Y軸方向の長さ:4mm
Z軸方向の長さ:0.3mm
ヤング率:9.9MPa
ポアソン比:0.48
メッシュ条件:0.2mm
図28は、実施例1及び実施例2の伸縮性実装基板について、伸長時に伸縮性配線に加わる応力のシミュレーション結果を示すグラフである。なお、図28中の横軸は、図22中の横軸と同様のX軸座標(単位:mm)を示す。図28に示すように、実施例2では、実施例1よりも、伸縮性配線20a及び硬質樹脂部40aの接触領域の端部80aの近傍において、伸縮性配線20aに加わる応力が小さかった。よって、硬質樹脂部40aに加えて軟質樹脂部70を配置したことによる応力の低減効果が確認された。以上のような応力の低減効果は、伸縮性配線20bに対しても同様に確認された。
1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g、1h 伸縮性実装基板
10a、10b、10c 伸縮性基材
11a、11b、11c、11d 基材層
20a、20b、20c、20d、20e、20f 伸縮性配線
21a、21b 第一の配線部
22a、22b 第二の配線部
30 電子部品
40a、40b、40c 硬質樹脂部
41a、41b、41c、41d、41e、41f、41g、41h 切り欠き部
42 第一の樹脂部
43 第二の樹脂部
44a、44b、44c、44d 樹脂層
50a、50b、50c、50d、50e、50f 接続部
60a、60b、60c、60d、60e、60f 伸縮性配線及び電子部品の接続領域の端部
70 軟質樹脂部
80a、80b 伸縮性配線及び硬質樹脂部の接触領域の端部

Claims (12)

  1. 伸縮性基材と、
    前記伸縮性基材の一方主面上に配置される伸縮性配線と、
    はんだ又は導電性接着剤を含む接続部を介して前記伸縮性配線に接続され、かつ、前記伸縮性基材と平面視で重なる電子部品と、
    前記伸縮性配線と接し、かつ、前記伸縮性配線及び前記電子部品の接続領域の端部と平面視で重なる硬質樹脂部と、を備え、
    前記接続部は、前記伸縮性基材と平面視で重なり、
    前記硬質樹脂部のヤング率は、前記伸縮性基材のヤング率よりも高く、
    前記硬質樹脂部には、前記伸縮性配線と重なる切り欠き部が設けられている、ことを特徴とする伸縮性実装基板。
  2. 記接続部は、前記伸縮性配線と平面視で重なる、請求項1に記載の伸縮性実装基板。
  3. 前記硬質樹脂部は、前記電子部品の全体と平面視で重なる、請求項1又は2に記載の伸縮性実装基板。
  4. 前記切り欠き部は、前記伸縮性配線と平面視で重なる、請求項1〜3のいずれかに記載の伸縮性実装基板。
  5. 前記硬質樹脂部は、前記伸縮性配線の前記伸縮性基材とは反対側と接し、かつ、前記電子部品を覆う、請求項に記載の伸縮性実装基板。
  6. 前記硬質樹脂部は、前記伸縮性配線の前記伸縮性基材側と接し、かつ、前記伸縮性基材と接する、請求項又はに記載の伸縮性実装基板。
  7. 前記切り欠き部は、前記伸縮性配線と断面視で重なる、請求項1〜3のいずれかに記載の伸縮性実装基板。
  8. 前記硬質樹脂部は、第一の樹脂部と、第二の樹脂部と、を有し、
    前記第一の樹脂部は、前記伸縮性配線の前記伸縮性基材側と接し、かつ、前記伸縮性基材と接し、
    前記第二の樹脂部は、前記伸縮性配線の前記伸縮性基材とは反対側と接し、かつ、前記電子部品を覆う、請求項に記載の伸縮性実装基板。
  9. 同一方向において、前記切り欠き部の奥行きをX、前記伸縮性配線及び前記電子部品の接続領域の端部から突出する前記硬質樹脂部の長さをA、とするとき、0.45≦X/A<1という関係を満たす、請求項1〜のいずれかに記載の伸縮性実装基板。
  10. 同一方向において、前記切り欠き部の幅をY、前記硬質樹脂部の幅をB、とするとき、0.2≦Y/B≦0.7という関係を満たす、請求項1〜のいずれかに記載の伸縮性実装基板。
  11. 前記切り欠き部の前記電子部品側の角部は、半径CのR形状であり、前記切り欠き部の幅をYとするとき、0.5≦C/0.5Y≦1という関係を満たす、請求項1〜10のいずれかに記載の伸縮性実装基板。
  12. 前記伸縮性配線は、第一の配線部と、第二の配線部と、を有し、
    前記第一の配線部は、前記電子部品に接続され、
    前記第二の配線部は、前記切り欠き部と重なり、かつ、平面視で前記第一の配線部よりも太い、請求項1〜11のいずれかに記載の伸縮性実装基板。
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