以下、本開示の実施形態に係る配線基板の構成及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は本開示の実施形態の一例であって、本開示はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本明細書において、「基板」、「基材」、「シート」や「フィルム」など用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。例えば、「基板」は、基材、シートやフィルムと呼ばれ得るような部材も含む概念である。更に、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」や「直交」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。
以下、図1乃至図14を参照して、本開示の一実施の形態について説明する。
(配線基板)
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の配線基板のA-A線に沿った断面図の一例である。配線基板10は、基材20及び配線52を少なくとも備える。配線基板10は、電子部品51を備えていてもよい。以下、配線基板10の各構成要素について説明する。
〔基材〕
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。また、基材20の第1面21の法線方向に沿って見た場合、基材20は、第1方向D1において間隔を空けて対向する第1領域31及び第2領域32と、第1領域31と第2領域32との間に位置する中間領域33と、を含む。第1領域31、第2領域32及び中間領域33は、一体的に構成されていてもよい。例えば、第1領域31、第2領域32及び中間領域33は、単一の基材を、レーザー等を用いて切断加工することによって形成されていてもよい。第1方向D1は、基材20の第1面21の面内方向における一方向である。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。例えば、基材20は、第1方向D1、及び第2方向D2に直交する第2方向D2において、伸縮性を有していてもよい。
基材20の厚みは、例えば10μm以上10mm以下であり、より好ましくは20μm以上3mm以下である。基材20の厚みを10μm以上にすることにより、基材20の耐久性を確保することができる。また、基材20の厚みを10mm以下にすることにより、配線基板10の装着快適性を確保することができる。なお、基材20の厚みを小さくしすぎると、基材20の伸縮性が損なわれる場合がある。
なお、基材20の伸縮性とは、基材20が伸び縮みすることができる性質、すなわち、常態である非伸長状態から伸長することができ、この伸長状態から解放したときに復元することができる性質をいう。非伸長状態とは、引張応力が加えられていない時の基材20の状態である。本実施形態において、伸縮可能な基材は、好ましくは、破壊されることなく非伸長状態から1%以上伸長することができ、より好ましくは20%以上伸長することができ、更に好ましくは75%以上伸長することができる。このような能力を有する基材20を用いることにより、配線基板10が全体に伸縮性を有することができる。さらに、人の腕などの身体の一部に取り付けるという、高い伸縮が必要な製品や用途において、配線基板10を使用することができる。一般に、人の脇の下に取り付ける製品には、垂直方向において72%、水平方向において27%の伸縮性が必要であると言われている。また、人の膝、肘、臀部、足首、脇部に取り付ける製品には、垂直方向において26%以上42%以下の伸縮性が必要であると言われている。また、人のその他の部位に取り付ける製品には、20%未満の伸縮性が必要であると言われている。
また、非伸長状態にある基材20の形状と、非伸長状態から伸長された後に再び非伸長状態に戻ったときの基材20の形状との差が小さいことが好ましい。この差のことを、以下の説明において形状変化とも称する。基材20の形状変化は、例えば面積比で20%以下、より好ましくは10%以下、さらに好ましくは5%以下である。形状変化の小さい基材20を用いることにより、後述する山部や谷部の形成が容易になる。
基材20の伸縮性を表すパラメータの例として、基材20の弾性係数を挙げることができる。基材20の弾性係数は、例えば10MPa以下であり、より好ましくは1MPa以下である。このような弾性係数を有する基材20を用いることにより、配線基板10全体に伸縮性を持たせることができる。以下の説明において、基材20の弾性係数のことを、第1の弾性係数とも称する。基材20の第1の弾性係数は、1kPa以上であってもよい。
基材20の第1の弾性係数を算出する方法としては、基材20のサンプルを用いて、JIS K6251に準拠して引張試験を実施するという方法を採用することができる。また、基材20のサンプルの弾性係数を、ISO14577に準拠してナノインデンテーション法によって測定するという方法を採用することもできる。ナノインデンテーション法において用いる測定器としては、ナノインデンターを用いることができる。基材20のサンプルを準備する方法としては、配線基板10から基材20の一部をサンプルとして取り出す方法や、配線基板10を構成する前の基材20の一部をサンプルとして取り出す方法が考えられる。その他にも、基材20の第1の弾性係数を算出する方法として、基材20を構成する材料を分析し、材料の既存のデータベースに基づいて基材20の第1の弾性係数を算出するという方法を採用することもできる。なお、本願における弾性係数は、25℃の環境下における弾性係数である。
基材20の伸縮性を表すパラメータのその他の例として、基材20の曲げ剛性を挙げることができる。曲げ剛性は、対象となる部材の断面二次モーメントと、対象となる部材を構成する材料の弾性係数との積であり、単位はN・m2又はPa・m4である。基材20の断面二次モーメントは、配線基板10の伸縮方向に直交する平面によって、基材20のうち配線52と重なっている部分を切断した場合の断面に基づいて算出される。
基材20を構成する材料の例としては、例えば、エラストマーを挙げることができる。また、基材20の材料として、例えば、織物、編物、不織布などの布を用いることもできる。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、ポリウレタン系エラストマー、スチレン系エラストマー、ニトリル系エラストマー、オレフィン系エラストマー、塩ビ系エラストマー、エステル系エラストマー、アミド系エラストマー、1,2-BR系エラストマー、フッ素系エラストマー、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を用いることができる。機械的強度や耐磨耗性を考慮すると、ウレタン系エラストマーを用いることが好ましい。また、基材20が、ポリジメチルシロキサンなどのシリコーンを含んでいてもよい。シリコーンは、耐熱性・耐薬品性・難燃性に優れており、基材20の材料として好ましい。
第1領域31、第2領域32及び中間領域33の形状について説明する。図1に示すように、第1領域31及び第2領域32は、平面視において、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していてもよい。
図4は、基材20の中間領域33の一例を拡大して示す平面図である。図1及び図4に示すように、中間領域33は、第1領域31に接続されている第1端331及び第2領域32に接続されている第2端332を含む。また、中間領域33は、第1領域31と第2領域32との間に並ぶ複数の伸縮構造部34を有する。複数の伸縮構造部34が並ぶ方向は、第1方向D1に平行であってもよい。
伸縮構造部34は、第1領域31と第2領域32との間の間隔を広げる向きの力が基材20に加えられる場合に、第1方向D1における寸法を拡大させるように変形するよう構成されている。例えば図4に示すように、伸縮構造部34は、第1方向D1に交差する方向に延びるとともに第1方向D1において対向する第1要素35及び第2要素36と、第1要素35と第2要素36とを接続する接続要素37と、を含む。このように伸縮構造部34は、いわゆるジグザグ形状を有する。
図4においては、第1要素35及び第2要素36が、第1方向D1に直交する第2方向D2において少なくとも部分的に直線状に延び、接続要素37が、第1方向D1において少なくとも部分的に直線状に延びる例が示されている。図示はしないが、第1要素35及び第2要素36は、第1方向D1及び第2方向D2の両方に対して交差する方向に延びていてもよい。
図4において、符号K1は、複数の伸縮構造部34の配列周期を表す。配列周期は、例えば、伸縮構造部34が並ぶ方向における一定の範囲にわたって、伸縮構造部34の中心点の間隔を測定し、それらの平均を求めることにより算出される。伸縮構造部34の中心点は、第1要素35と第2要素36との間の、第1方向D1における中間点である。
また、符号K2は、第1要素35と第2要素36との間の間隔の最小値を表す。図4に示す例において、第1要素35と第2要素36との間の間隔は、第2方向D2における位置に依らず一定である。
第1要素35と第2要素36との間の間隔の最小値K2は、複数の伸縮構造部34の配列周期K1の0.4倍よりも小さくてもよく、0.3倍よりも小さくてもよく、0.2倍よりも小さくてもよく、0.1倍よりも小さくてもよい。
図5は、基材20の中間領域33のその他の例を示す平面図である。図5に示すように、第1要素35と接続要素37とが接続される部分において、基材20の輪郭が湾曲していてもよい。これにより、伸縮構造部34が変形する際に第1要素35と接続要素37とが接続される部分に応力が集中することを抑制することができる。第2要素36と接続要素37とが接続される部分においても、基材20の輪郭が湾曲していてもよい。
図6Aは、基材20の中間領域33のその他の例を示す平面図である。図6Aに示すように、伸縮構造部34は、馬蹄形状を有していてもよい。この場合、第1要素35、第2要素36及び接続要素37は、少なくとも部分的に湾曲している。第1要素35と第2要素36との間の間隔は、第2方向D2において接続要素37とは反対側の位置で、最小値K2を示す。また、第1要素35と第2要素36との間の間隔は、伸縮構造部34と、第1要素35と第2要素36との間の間隔が最小値K2を示す位置との間で、最大値K3を示す。
図6Aに示す例において、第1要素35と第2要素36との間の間隔の最小値K2は、複数の伸縮構造部34の配列周期K1の0.2倍よりも小さくてもよく、0.15倍よりも小さくてもよく、0.1倍よりも小さくてもよい。また、第1要素35と第2要素36との間の間隔の最大値K3は、複数の伸縮構造部34の配列周期K1の0.3倍よりも大きくてもよく、0.4倍よりも大きくてもよく、0.5倍よりも大きくてもよく、0.6倍よりも大きくてもよい。
図6Bは、馬蹄形状を有する伸縮構造部34及び配線52の中間部分63のその他の例を示す平面図である。図6Bに示す例において、符号Cが付された直線は、第2方向D2における伸縮構造部34の中央を通り、第1方向D1に延びる中央線である。図6Bに示す例において、伸縮構造部34は、中央線Cよりも第2方向における一方の側に位置し、中央線Cにおいて開口している円弧Q1と、中央線Cよりも第2方向における他方の側に位置し、中央線Cにおいて開口し、円弧Q1に接続されている円弧Q2とを、第1方向D1に周期的に並べた形状を有している。配線52の中間部分63も同様である。このような形状を採用することにより、伸縮構造部34及び配線52の中間部分63の、伸長に対する耐性を高めることができる。
図6Bにおいて、符号θは、円弧Q1、Q2の円周角を表し、符号Rは、円弧Q1、Q2の半径を表す。また、符号Wは、配線52の中間部分63の幅を表す。円弧Q1、Q2の円周角θは、好ましくは180°以上270°以下である。図6Bに示す例において、θは270°である。円弧Q1、Q2の半径Rを配線52の中間部分63の幅Wで割った値(=R/W)は、好ましくは15以上である。
〔粘着層〕
図3は、図1の配線基板10のA-A線に沿った断面図の一例である。図3に示すように、基材20の第2面22側には粘着層71が設けられていてもよい。粘着層71は、配線基板10を人の腕などの対象物に貼り付けるための粘着剤を含む。図3に示すように、配線基板10は、粘着層71を覆う保護シート73を含んでいてもよい。保護シート73は、配線基板10を対象物に貼り付ける際に剥がされる。
図3に示すように、粘着層71は、基材20の第2面22の面内方向に並ぶ複数の粘着部72を含んでいてもよい。複数の粘着部72は、間隔を空けて配置されている。これにより、配線基板10に、粘着層71を介して対象物に固定されてはいない部分を設けることができる。
〔配線〕
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。本実施の形態において、配線52は、基材20の第1面21側に位置している。図2に示すように、配線52は、基材20の第1面21に接していてもよい。図示はしないが、基材20の第1面21と配線52との間にその他の部材が介在されていてもよい。
配線52は、基材20の第1領域31に位置する第1部分61と、第2領域32に位置する第2部分62と、中間領域33に位置し、第1部分61及び第2部分62に接続されている中間部分63と、を含む。図1及び図2に示す例において、第1部分61及び第2部分62は第1方向D1に延びている。
配線52の中間部分63は、基材20の中間領域33に沿って延びている。例えば、中間部分63は、中間領域33と同様に平面視においてジグザグ形状を有する。中間部分63は、第1領域31と第2領域32との間の間隔を広げる向きの力が基材20に加えられる場合に、第1方向D1における寸法を拡大させるように中間領域33に追従して変形することができる。
配線52の材料としては、後述する蛇腹形状部の解消及び生成を利用して基材20の伸長及び収縮に追従することができる材料が用いられる。配線52の材料は、それ自体が伸縮性を有していてもよく、伸縮性を有していなくてもよい。
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。
好ましくは、配線52は、変形に対する耐性を有する構造を備える。例えば、配線52は、ベース材と、ベース材の中に分散された複数の導電性粒子とを有する。この場合、ベース材として、樹脂などの変形可能な材料を用いることにより、基材20の伸縮に応じて配線52も変形することができる。また、変形が生じた場合であっても複数の導電性粒子の間の接触が維持されるように導電性粒子の分布や形状を設定することにより、配線52の導電性を維持することができる。
配線52のベース材を構成する材料としては、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、例えば、スチレン系エラストマー、アクリル系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ポリブタジエン、ポリクロロプレン等を用いることができる。中でも、ウレタン系、シリコーン系構造を含む樹脂やゴムが、その伸縮性や耐久性などの面から好ましく用いられる。また、配線52の導電性粒子を構成する材料としては、例えば銀、銅、金、ニッケル、パラジウム、白金、カーボン等の粒子を用いることができる。中でも、銀粒子が好ましく用いられる。
配線52の厚みは、基材20の伸縮に耐え得る厚みであればよく、配線52の材料等に応じて適宜選択される。
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。
配線52の幅は、配線52に求められる電気抵抗値に応じて適宜選択される。配線52の幅は、例えば1μm以上であり、好ましくは50μm以上である。また、配線52の幅は、例えば10mm以下であり、好ましくは1mm以下である。
配線52の形成方法は、材料等に応じて適宜選択される。例えば、基材20上または後述する支持基板80上に蒸着法、スパッタリング法、めっき法、金属箔の積層等により金属膜を形成した後、フォトリソグラフィ法により金属膜をパターニングする方法が挙げられる。基材20上または後述する支持基板80上に金属箔を積層する場合、基材20または支持基板80と金属箔との間に接着層などが介在されていてもよい。また、配線52の材料自体が伸縮性を有する場合、例えば、基材20上または支持基板80上に一般的な印刷法により上記の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をパターン状に印刷する方法が挙げられる。これらの方法のうち、材料効率がよく安価に製作できる印刷法が好ましく用いられ得る。
〔電子部品〕
電子部品51は、基材20の第1面21側において配線52に電気的に接続されている。なお、配線基板10は、電子部品51が搭載されていない状態で流通したり使用されたりしてもよい。この場合、配線基板10は、電子部品51を搭載可能なように構成されている。
電子部品51は、配線52に接続される電極を有していてもよい。この場合、配線基板10は、電子部品51の電極に接するとともに配線52に電気的に接続された接続部を有する。接続部は、例えばパッドである。
また、電子部品51は、配線52に接続される電極を有していなくてもよい。例えば、電子部品51は、配線基板10の複数の構成要素のうちの少なくとも1つの構成要素と一体的な部材を含んでいてもよい。このような電子部品51の例として、配線基板10の配線52を構成する導電層と一体的な導電層を含むものや、配線52を構成する導電層とは別の層に位置する導電層を含むものを挙げることができる。例えば、電子部品51は、配線52を構成する導電層よりも平面視において広い幅を有する導電層によって構成されたパッドであってもよい。パッドには、検査用のプローブ、ソフトウェア書き換え用の端子などが接続される。また、電子部品51は、導電層が平面視においてらせん状に延びることによって構成された配線パターンであってもよい。このように、導電層がパターニングされて所定の機能が付与された部分も、電子部品51となり得る。
電子部品51は、能動部品であってもよく、受動部品であってもよく、機構部品であってもよい。電子部品51の例としては、トランジスタ、LSI(Large-Scale Integration)、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)、リレー、LED、OLED、LCDなどの発光素子、センサ、ブザー等の発音部品、振動を発する振動部品、冷却発熱をコントロールするペルチェ素子や電熱線などの冷発熱部品、抵抗器、キャパシタ、インダクタ、圧電素子、スイッチ、コネクタなどを挙げることができる。電子部品51の上述の例のうち、センサが好ましく用いられる。センサとしては、例えば、温度センサ、圧力センサ、光センサ、光電センサ、近接センサ、せん断力センサ、生体センサ、レーザーセンサ、マイクロ波センサ、湿度センサ、歪みセンサ、ジャイロセンサ、加速度センサ、変位センサ、磁気センサ、ガスセンサ、GPSセンサ、超音波センサ、臭いセンサ、脳波センサ、電流センサ、振動センサ、脈波センサ、心電センサ、光度センサ等を挙げることができる。これらのセンサのうち、生体センサが特に好ましい。生体センサは、心拍や脈拍、心電、血圧、体温、血中酸素濃度等の生体情報を測定することができる。
次に、電極を有さない電子部品51の用途について説明する。例えば、上述のパッドは、検査用のプローブ、ソフトウェア書き換え用の端子などが接続される部分として機能し得る。また、らせん状に延びることによって構成された配線パターンは、アンテナなどとして機能し得る。
次に、配線基板10の断面形状について詳細に説明する。図4は、配線基板10のうち配線52を備える部分を拡大して示す図である。
後述するように、配線52は、張力を加えられて第1伸長量で伸長された状態の基材20に設けられる。この場合、基材20から張力が取り除かれて基材20が収縮するとき、配線52は、図7に示すように、蛇腹状に変形して蛇腹形状部55を有するようになる。
配線52の蛇腹形状部55は、配線52が延びる第1方向D1方向に沿って並ぶ複数の山部53を含む。山部53は、配線52の表面において第1面21の法線方向に隆起した部分である。図7に示すように、配線52が延びる方向において隣り合う2つの山部53の間には谷部54が存在していてもよい。
配線52の山部53及び谷部54並びに基材20の第1面21の山部23及び谷部24は、配線52が延びる方向に並んでいる。しかしながら、これに限られることはなく、図示はしないが、配線52の山部53及び谷部54並びに基材20の第1面21の山部23及び谷部24が並ぶ方向と、配線52が延びる方向とが一致していなくてもよい。また、図7においては、蛇腹形状部55の複数の山部53及び谷部54が一定の周期で並ぶ例が示されているが、これに限られることはない。図示はしないが、蛇腹形状部55の複数の山部53及び谷部54は、不規則に並んでいてもよい。例えば、隣り合う2つの山部53の間の間隔が一定でなくてもよい。
図7において、符号S1は、第1面21側における配線基板10の表面のうち配線52の蛇腹形状部55に重なる部分に現れる山部及び谷部の振幅を表す。図7に示す例においては、配線52が配線基板10の表面に位置しているので、振幅S1は、配線52の山部53及び谷部54の振幅である。振幅S1は、例えば1μm以上であり、より好ましくは10μm以上である。振幅S1を10μm以上とすることにより、基材20の伸長に追従して配線52が変形し易くなる。また、振幅S1は、例えば500μm以下であってもよい。
山部及び谷部の振幅は、例えば、山部及び谷部が並ぶ方向における一定の範囲にわたって、隣り合う山部と谷部との間の、基材20の法線方向における距離を測定し、それらの平均を求めることにより算出される。「山部及び谷部が並ぶ方向における一定の範囲」は、例えば10mmである。隣り合う山部と谷部との間の距離を測定する測定器としては、レーザー顕微鏡などを用いた非接触式の測定器を用いてもよく、接触式の測定器を用いてもよい。また、断面写真などの画像に基づいて、隣り合う山部と谷部との間の距離を測定してもよい。
図7において、符号F1は、第1面21側における配線基板10の表面のうち配線52の蛇腹形状部55に重なる部分に現れる山部及び谷部の周期を表す。図7に示す例においては、配線52が配線基板10の表面に位置しているので、周期F1は、配線52の山部53及び谷部54の周期である。周期F1は、例えば10μm以上であり、より好ましくは100μm以上である。また、周期F1は、例えば100mm以下であり、より好ましくは10mm以下である。山部及び谷部の周期F1は、山部及び谷部が並ぶ方向における一定の範囲にわたって、複数の山部の間隔を測定し、それらの平均を求めることにより算出される。
図7において、符号S2は、配線52の蛇腹形状部55に重なる部分において基材20の第1面21に現れる山部23及び谷部24の振幅を表す。図7に示すように配線52が基材20の第1面21上に位置している場合、基材20の第1面21の山部23及び谷部24の振幅S2は、配線52の蛇腹形状部55の振幅S1に等しい。
図7に示すように、配線基板10のうち基材20の第2面22側の表面にも、配線52が延びる方向に沿って並ぶ複数の山部25や谷部26が現れてもよい。図7に示す例において、第2面22側の山部25は、配線52の蛇腹形状部55の谷部54に重なる位置に現れ、第2面22側の谷部26は、配線52の蛇腹形状部55の山部53に重なる位置に現れている。
図7において、符号S3は、基材20の第2面22側における配線基板10の表面において配線52が延びる方向に沿って並ぶ複数の山部25及び谷部26の、基材20の第2面22の法線方向における振幅を表す。第2面22側の山部25及び谷部26の振幅S3は、第1面21側の山部53及び谷部54の振幅S1と同一であってもよく、異なっていてもよい。例えば、第2面22側の山部25及び谷部26の振幅S3が、第1面21側の山部53及び谷部54の振幅S1よりも小さくてもよい。例えば、振幅S3は、振幅S1の0.9倍以下であってもよく、0.8倍以下であってもよく、0.6倍以下であってもよい。また、振幅S3は、振幅S1の0.1倍以上であってもよく、0.2倍以上であってもよい。なお、「第2面22側の山部25及び谷部26の振幅S3が、第1面21側の山部53及び谷部54の振幅S1よりも小さい」とは、第2面22側における配線基板10の表面に山部及び谷部が現れない場合を含む概念である。
図7において、符号F3は、基材20の第2面22側における配線基板10の表面において配線52が延びる方向に沿って並ぶ複数の山部25及び谷部26の周期を表す。第2面22側の山部25及び谷部26の周期F3は、図7に示すように、第1面21側の山部53及び谷部54の周期F1と同一であってもよい。
図8は、配線基板10に生じる蛇腹形状部55の一例を拡大して示す平面図である。図8に示すように、複数の山部53を含む蛇腹形状部55は、配線52のうち20の第1領域31に位置する第1部分61に生じていてもよい。図示はしないが、蛇腹形状部55は、基材20の第2領域32に位置する配線52の第2部分62に生じていてもよい。また、図8に示すように、蛇腹形状部55は、基材20の中間領域33に位置する配線52の中間領域33に生じていてもよい。
中間部分63のようなジグザグ形状を有する部分に生じる蛇腹形状部55は、図8に示すように、配線52が延びる方向に並ぶ複数の山部53を含んでいてもよい。このような蛇腹形状部55は、例えば、異なる2方向において基材20を伸長させた状態で基材20にジグザグ形状の中間部分63を設けた後、基材20を収縮させることにより、形成され得る。異なる2方向は、例えば第1方向D1及び第2方向D2である。
図8において、符号F11は、第1面21側における配線基板10の表面のうち配線52の第1部分61の蛇腹形状部55に重なる部分に現れる山部及び谷部の周期を表す。また、符号F12は、第1面21側における配線基板10の表面のうち配線52の中間部分63の蛇腹形状部55に重なる部分に現れる山部及び谷部の周期を表す。周期F12は、周期F11と同一であってもよく、異なっていてもよい。例えば、周期F12は、周期F11よりも大きくてもよく、小さくてもよい。
周期F12が、周期F11よりも大きい場合、周期F12は、周期F11の1.1倍以上であってもよく、1.2倍以上であってもよく、1.5倍以上であってもよく、2.0倍以上であってもよい。
周期F12が、周期F11よりも小さい場合、周期F12は、周期F11の0.9倍以下であってもよく、0.8倍以下であってもよく、0.7倍以下であってもよく、0.5倍以下であってもよい。
また、第1面21側における配線基板10の表面のうち配線52の中間部分63の蛇腹形状部55に重なる部分に現れる山部及び谷部の振幅(以下、振幅S12とも表す)は、第1面21側における配線基板10の表面のうち配線52の第1部分61の蛇腹形状部55に重なる部分に現れる山部及び谷部の振幅(以下、振幅S11とも表す)と同一であってもよく、異なっていてもよい。例えば、振幅S12は、振幅S11よりも大きくてもよく、小さくてもよい。
振幅S12が、振幅S11よりも大きい場合、振幅S12は、振幅S11の1.1倍以上であってもよく、1.2倍以上であってもよく、1.5倍以上であってもよく、2.0倍以上であってもよい。
振幅S12が、振幅S11よりも小さい場合、振幅S12は、振幅S11の0.9倍以下であってもよく、0.8倍以下であってもよく、0.7倍以下であってもよく、0.5倍以下であってもよい。
図9は、配線基板10の断面図のその他の例を示している。図9に示すように、第2面22側の山部25及び谷部26の周期F3は、第1面21側の山部53及び谷部54の周期F1よりも大きくてもよい。例えば、周期F3は、周期F1の1.1倍以上であってもよく、1.2倍以上であってもよく、1.5倍以上であってもよく、2.0倍以上であってもよい。なお、「第2面22側の山部25及び谷部26の周期F3が、第1面21側の山部53及び谷部54の周期F1よりも大きい」とは、第2面22側における配線基板10の表面に山部及び谷部が現れない場合を含む概念である。
図10は、配線基板10の断面図のその他の例を示している。図10に示すように、第2面22側の山部25及び谷部26の位置が、第1面21側の谷部54及び山部53の位置からJだけずれていてもよい。ずれ量Jは、例えば0.1×F1以上であり、0.2×F1以上であってもよい。
(配線基板の製造方法)
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。図11(a)~(c)は、配線基板10の製造方法の一例を説明するための平面図である。図12(a)~(c)は、図11(a)~(c)の配線基板10のB-B線に沿った断面図である。
まず、図11(a)及び図12(a)に示すように、第1面21及び第2面22を含み、伸縮性を有する矩形状の基材20を準備する基材準備工程を実施する。図12(a)の符号L0は、張力が加えられていない状態の基材20の、第1方向D1における寸法を表している。
続いて、図11(b)及び図12(b)に示すように、第1方向D1において基材20に第1張力T1を加えて、基材20を寸法L1まで伸長させる第1伸長工程を実施する。第1方向D1における基材20の伸長率(=(L1-L0)×100/L0)は、例えば10%以上且つ200%以下である。伸長工程は、基材20を加熱した状態で実施してもよく、常温で実施してもよい。基材20を加熱する場合、基材20の温度は例えば50℃以上且つ100℃以下である。図11(b)に示すように、第2方向D2においても基材20に第1張力T1を加えて、基材20を第2方向D2に伸長させてもよい。
続いて、図11(b)及び図12(b)に示すように、第1伸長工程における第1張力T1によって伸長した状態の基材20の第1面21に配線52を設ける配線形成工程を実施する。例えば、ベース材及び導電性粒子を含む導電性ペーストを基材20の第1面21に印刷する。配線52は、第1部分61、第2部分62及び中間部分63を含む。中間部分63は、第1方向D1に並ぶ複数の伸縮構造部64を含む。複数の伸縮構造部64を含む中間部分63は、平面視において、上述の基材20の伸縮構造部34と相似の形状を有する。例えば、中間部分63は、図11(b)に示すようにジグザグ形状を有する。
その後、基材20から第1張力T1を取り除く第1収縮工程を実施する。これにより、図11(c)及び図12(c)において矢印Cで示すように、第1方向D1において基材20が収縮し、基材20に設けられている配線52にも変形が生じる。配線52の変形は、上述のように蛇腹形状部55として生じ得る。このようにして、蛇腹形状部が現れている配線基板10を得ることができる。上述の第1伸長工程において基材20が第2方向D2においても伸長されている場合、基材20は、第2方向D2においても収縮し、第2方向D2に並ぶ複数の山部を有する蛇腹形状部55が生じる。
その後、基材20を部分的に切断する切断工程を実施する。切断工程においては、基材20を、第1方向D1において間隔を空けて対向する上述の第1領域31及び第2領域32と、第1領域31に接続されている第1端331及び第2端332に接続されている第2端332を含む中間領域33と、に区画する。基材20を切断するための方法としては、例えばレーザー加工を用いることができる。例えば、基材20の第1領域31と第2領域32との間の部分のうち配線52の中間部分63の周囲の部分以外を除去するよう、レーザーを基材20に照射する。このようにして、図1に示す配線基板10を得ることができる。
(配線基板の使用方法)
次に、配線基板10の使用方法の一例について説明する。図13は、人の腕などの対象物100に貼り付けられている状態の配線基板10の一部を示す図である。ここでは、配線基板10のうち基材20の第1領域31、中間領域33及び第2領域32に対応する部分がそれぞれ、人の腕の前腕、肘及び上腕に貼り付けられている場合について説明する。
図13においては、粘着部72が点線で表されている。図13に示すように、配線基板10のうち基材20の中間領域33に対応する部分においては、第1要素35及び第2要素36の一部に粘着部72が設けられていてもよい。この場合、基材20の中間領域33のうち隣り合う2つの粘着部72の間に位置する部分は、肘に貼り付けられていない。粘着部72は、好ましくは、中央線Cに重なる位置に設けられている。これにより、配線基板10が伸縮する際に、ジグザグ状の中間領域33の湾曲部や屈曲部に加わる応力を低減することができる。
腕を動かしたり曲げたりすると、腕の皮膚が変位したり伸びたりし、これに伴って配線基板10の基材20にも伸びが生じ得る。ここで本実施の形態によれば、配線基板10の配線52が蛇腹形状部55を有している。このため、配線基板10の基材20が伸長する際、配線52は、蛇腹形状部55の起伏を低減するように変形することによって、すなわち蛇腹形状を解消することによって、基材20の伸長に追従することができる。このため、基材20の伸長に伴って配線52の全長が増加することや、配線52の断面積が減少することを抑制することができる。このことにより、配線基板10の伸長に起因して配線52の抵抗値が増加することを抑制することができる。また、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。
ところで、肘において生じる皮膚の伸びの程度は、前腕及び上腕において生じる皮膚の伸びの程度に比べて大きい。このため、基材20の中間領域33及び中間領域33に位置する配線52の中間部分63には、基材20の第1領域31及び第1領域31に位置する配線52の第1部分61、並びに、基材20の第2領域32及び第2領域32に位置する配線52の第2部分62に比べて大きな伸長性が求められる。
ここで本実施の形態によれば、基材20の中間領域33は、複数の伸縮構造部34を有している。また、配線52の中間部分63は、伸縮構造部34に沿って延びる伸縮構造部64を含んでいる。このため、第1領域31と第2領域32との間の間隔を広げる向きの力が基材20に加えられる場合に、伸縮構造部34は、図14に示すように、第1要素35及び第2要素36が傾くことによって第1要素35と第2要素36との間の間隔を拡大させることができる。このように、本実施の形態によれば、蛇腹形状の解消に加えて、伸縮構造部34の形状の変化を利用して、基材20の中間領域33を伸長させることができる。これにより、中間領域33の伸長性を、第1領域31及び第2領域32の伸長性に比べて高くすることができる。このことにより、肘のような局所的に大きく変形する部分を含む対象物100に対処し易くなる。例えば、配線基板10の伸長に起因して配線52の抵抗値が増加することを抑制することができる。また、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。
なお、基材20に張力を加えた場合に、基材20の中間領域33において、蛇腹形状の解消又は伸縮構造部34の形状の変化のいずれが先に生じるかは、特には限られない。例えば、基材20に張力を加えた場合に、まず、中間領域33において、伸縮構造部34の形状の変化に起因する中間領域33の伸長が生じ、続いて、第1領域31、第2領域32及び中間領域33において、蛇腹形状の解消に起因する基材20の伸長が生じてもよい。若しくは、まず、第1領域31、第2領域32及び中間領域33において、蛇腹形状の解消に起因する基材20の伸長が生じ、続いて、中間領域33において、伸縮構造部34の形状の変化に起因する中間領域33の伸長が生じてもよい。若しくは、蛇腹形状の解消又は伸縮構造部34の形状の変化の両方が同時に中間領域33において生じてもよい。
本実施の形態において得られる、配線52の電気抵抗値に関する効果の一例について説明する。ここでは、張力が基材20に加えられていない第1状態における配線52の電気抵抗値を、第1電気抵抗値と称する。また、基材20に張力を加えて基材20を第1状態に比べて50%伸長させた第2状態における配線52の抵抗値を、第2電気抵抗値と称する。また、基材20に張力を加えて基材20を第1状態に比べて80%伸長させた第3状態における配線52の抵抗値を、第3電気抵抗値と称する。
本実施の形態によれば、基材20の第1領域31において配線52の第1部分61に蛇腹形状部55を形成することにより、第1電気抵抗値に対する、第1電気抵抗値と第2電気抵抗値の差の絶対値の比率を、20%以下にすることができ、より好ましくは10%以下にすることができ、更に好ましくは5%以下にすることができる。すなわち、基材20の第1領域31に位置する配線52の第1部分61に、50%の伸長に対する耐性を持たせることができる。基材20の第2領域32に位置する配線52の第2部分62についても同様である。
また、本実施の形態によれば、基材20の中間領域33に位置する配線52の中間部分63において生じる、第1電気抵抗値に対する、第1電気抵抗値と第2電気抵抗値の差の絶対値の比率を、配線52の第1部分61の場合に比べて小さくすることができる。また、基材20の中間領域33に位置する配線52の中間部分63において生じる、第1電気抵抗値に対する、第1電気抵抗値と第3電気抵抗値の差の絶対値の比率を、20%以下にすることができ、より好ましくは10%以下にすることができ、更に好ましくは5%以下にすることができる。すなわち、基材20の中間領域33に位置する配線52の中間部分63に、80%の伸長に対する耐性を持たせることができる。
ここで比較のため、配線基板10全体に、80%の伸長に対する耐性を持たせる場合について考える。この場合、上述の第1伸長工程において、基材20全体を例えば80%以上伸長させることが必要になる。この結果、収縮後の配線基板10の寸法が小さくなり、配線基板10の生産性が低下してしまう。また、配線基板10の配線52の全体が、80%以上の基材20の伸長に対応する蛇腹形状部55を有するので、配線52の信頼性が低下し易くなる。
これに対して、本実施の形態においては、第1伸長工程おける基材20の伸長率を、80%よりも低く、例えば50%に維持しながら、基材20の中間領域33に位置する配線52の中間部分63に、80%の伸長に対する耐性を持たせることができる。このため、収縮後の配線基板10の寸法が小さくなることを抑制することができ、配線基板10の生産性を維持することができる。また、配線52の信頼性が低下することを抑制することができる。
好ましくは、上述のように、配線基板10のうち基材20の中間領域33に対応する部分が、間隔を空けて配置された複数の粘着部72によって対象物100に貼り付けられている。この場合、中間領域33のうち隣り合う2つの粘着部72の間に位置する部分は、対象物100からの束縛を受けることなく自由に変形し易い。このことも、中間領域33の伸長性を高めることや、配線52の信頼性を高めることに寄与し得る。以下、その理由について説明する。
対象物100及び対象物に貼り付けられている配線基板10の変形や伸長は、対象物100の一部において局所的に大きく生じることがある。例えば、人の肘に貼り付けられている配線基板10の基材20の中間領域33の一部において、関節の構造などに起因して、局所的に大きな伸長が生じることがある。基材20の中間領域33の全域が粘着層71を介して隙間なく肘に貼り付けられている場合、中間領域33及び中間部分63の各部分が、局所的に生じ得る最大の伸長に耐えることが求められる。
一方、図13及び図14に示すように、配線基板10の中間領域33が、間隔を空けて配置された複数の粘着部72によって対象物100に貼り付けられている場合、中間領域33のうち隣り合う2つの粘着部72の間に位置する部分は、対象物100の伸長に応じて一様に伸長する。例えば、対象物100のうち隣り合う2つの粘着部72の間に位置する一部(以下、極大伸長部とも称する)で大きな伸長が生じた場合について考える。中間領域33は、対象物100の極大伸長部には貼り付けられていない。このため、隣り合う2つの粘着部72の間に位置する部分が、極大伸長部の伸長に相当する分だけ変形することによって、極大伸長部に対処することができる。従って、中間領域33のうち極大伸長部に貼り付けられている部分だけで対処する場合に比べて、中間領域33に求められる伸長性の程度を低減することができる。
配線基板10の用途としては、ヘルスケア分野、医療分野、介護分野、エレクトロニクス分野、スポーツ・フィットネス分野、美容分野、モビリティ分野、畜産・ペット分野、アミューズメント分野、ファッション・アパレル分野、セキュリティ分野、ミリタリー分野、流通分野、教育分野、建材・家具・装飾分野、環境エネルギー分野、農林水産分野、ロボット分野などを挙げることができる。例えば、人の腕などの身体の一部に取り付ける製品を、本実施の形態による配線基板10を用いて構成する。配線基板10は伸長することができるので、例えば配線基板10を伸長させた状態で身体に取り付けることにより、配線基板10を身体の一部により密着させることができる。このため、良好な着用感を実現することができる。また、配線基板10が伸長した場合に配線52の電気抵抗値が低下することを抑制することができるので、配線基板10の良好な電気特性を実現することができる。他にも配線基板10は伸長することができるので、人などの生体に限らず曲面や立体形状に沿わせて設置や組込むことが可能である。それらの製品の一例としては、バイタルセンサ、マスク、補聴器、歯ブラシ、絆創膏、湿布、コンタクトレンズ、義手、義足、義眼、カテーテル、ガーゼ、薬液パック、包帯、ディスポーザブル生体電極、おむつ、リハビリ用機器、家電製品、ディスプレイ、サイネージ、パーソナルコンピューター、携帯電話、マウス、スピーカー、スポーツウェア、リストバンド、はちまき、手袋、水着、サポーター、ボール、グローブ、ラケット、クラブ、バット、釣竿、リレーのバトンや器械体操用具、またそのグリップ、身体トレーニング用機器、浮き輪、テント、水着、ゼッケン、ゴールネット、ゴールテープ、薬液浸透美容マスク、電気刺激ダイエット用品、懐炉、付け爪、タトゥー、自動車、飛行機、列車、船舶、自転車、ベビーカー、ドローン、車椅子、などのシート、インパネ、タイヤ、内装、外装、サドル、ハンドル、道路、レール、橋、トンネル、ガスや水道の管、電線、テトラポッド、ロープ首輪、リード、ハーネス、動物用のタグ、ブレスレット、ベルトなど、ゲーム機器、コントローラーなどのハプティクスデバイス、ランチョンマット、チケット、人形、ぬいぐるみ、応援グッズ、帽子、服、メガネ、靴、インソール、靴下、ストッキング、スリッパ、インナーウェア、マフラー、耳あて、鞄、アクセサリー、指輪、時計、ネクタイ、個人ID認識デバイス、ヘルメット、パッケージ、ICタグ、ペットボトル、文具、書籍、ペン、カーペット、ソファ、寝具、照明、ドアノブ、手すり、花瓶、ベッド、マットレス、座布団、カーテン、ドア、窓、天井、壁、床、ワイヤレス給電アンテナ、電池、ビニールハウス、ネット(網)、ロボットハンド、ロボット外装を挙げることができる。
なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、必要に応じて図面を参照しながら、変形例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。また、上述した実施の形態において得られる作用効果が変形例においても得られることが明らかである場合、その説明を省略することもある。
(第1の変形例)
本変形例においては、配線基板10が、配線52に生じる蛇腹形状部55の周期や振幅を調整する調整層41を備える例について説明する。
図15は、第1の変形例に係る配線基板10を示す断面図である。図15に示すように、配線基板10は、基材20の第1面21側に位置する調整層41を備えていてもよい。図15に示す例において、調整層41は、配線52に重なるよう配置されている。調整層41は、配線52と重ならない位置において、基材20の第1面21側に設けられていてもよい。
〔調整層〕
調整層41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層である。調整層41は、基材20の広域にわたって設けられている。例えば、調整層41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、調整層41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に調整層41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。
なお「調整層の占有率」とは、基材20の第1面21の法線方向に沿って見た場合の配線基板10全体の面積に対する、基材20の第1面21の法線方向に沿って見た場合の、第1面21側に位置する全ての調整層41の面積の比率である。同様に、「配線の占有率」とは、基材20の第1面21の法線方向に沿って見た場合の配線基板10全体の面積に対する、基材20の第1面21の法線方向に沿って見た場合の、第1面21側に位置する全ての配線52の面積の比率である。
調整層41は、基材20の第1の弾性係数よりも高い弾性係数を有してもよい。また、調整層41の弾性係数は、配線52の弾性係数よりも低くてもよい。調整層41の弾性係数は、例えば10GPa以上500GPa以下であり、より好ましくは1GPa以上300GPa以下である。調整層41の弾性係数が低すぎると、基材20の伸長を抑制できない場合がある。また、調整層41の弾性係数が高すぎると、基材20が伸縮した際に、割れやひびなど構造の破壊が調整層41に起こる場合がある。調整層41の弾性係数は、基材20の第1の弾性係数の1.1倍以上5000倍以下であってもよく、より好ましくは10倍以上3000倍以下である。以下の説明において、調整層41の弾性係数のことを、第2の弾性係数とも称する。
調整層41の材料は、伸縮性を有していてもよく、伸縮性を有していなくてもよい。中でも、調整層の材料は伸縮性を有することが好ましい。調整層41が伸縮性を有する材料を含む場合には、変形に対する耐性を有することができるからである。
調整層41に用いられる伸縮性を有さない材料としては、例えば、樹脂を挙げることができる。樹脂としては、一般的な樹脂を用いることができ、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等のいずれも用いることができる。また、調整層41が樹脂又はエラストマーを含む場合、調整層としては、樹脂基材を用いることもできる。
調整層41に用いられる伸縮性を有する材料の伸縮性としては、基材20の伸縮性と同様とすることができる。
調整層41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41を構成する材料がこれらの樹脂である場合、調整層41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41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41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。
また、調整層41は、絶縁性を有していてもよい。絶縁性を有する調整層41の材料としては、樹脂やエラストマーを用いることができる。
調整層41の第2の弾性係数を算出する方法は、調整層41の形態に応じて適宜定められる。例えば、調整層41の第2の弾性係数を算出する方法は、上述の基材20の弾性係数を算出する方法と同様であってもよく、異なっていてもよい。後述する支持基板80の弾性係数も同様である。例えば、調整層41又は支持基板80の弾性係数を算出する方法として、調整層41又は支持基板80のサンプルを用いて、ASTM D882に準拠して引張試験を実施するという方法を採用することができる。
調整層41の厚みは、伸縮に耐え得る厚みであればよく、調整層41の材料等に応じて適宜選択される。調整層41の厚みは、例えば、0.1μm以上とすることができ、1μm以上であってもよく、10μm以上であってもよい。また、調整層41の厚みは、例えば、5mm以下とすることができ、1mm以下であってもよく、500μm以下であってもよく、100μm以下であってもよい。調整層41が薄すぎると、応力集中を低減する効果が十分に得られない場合がある。また、調整層41が厚すぎると、調整層41の弾性係数が上述の関係を満たしていても、調整層41の曲げ剛性が大きくなり、応力集中を低減することが困難になる場合がある。
調整層41の特性を、弾性係数に替えて曲げ剛性によって表してもよい。調整層41の断面二次モーメントは、配線52が延びる方向に直交する平面によって調整層41を切断した場合の断面に基づいて算出される。調整層41の曲げ剛性は、基材20の曲げ剛性の1.1倍以上であってもよく、より好ましくは2倍以上であり、更に好ましくは10倍以上である。なお、曲げ剛性は、対象となる部材の断面二次モーメントと、対象となる部材を構成する材料の弾性係数との積であり、単位はN・m2又はPa・m4である。
調整層41の形成方法は、材料等に応じて適宜選択される。例えば、基材20上または後述する支持基板80上に配線52を形成した後、調整層41を構成する材料を印刷法により基材20上に印刷する方法が挙げられる。調整層41を構成する金属箔、樹脂フィルムなどの部材を基材20に接着層などを介して貼り付けてもよい。
図16は、配線基板に生じる蛇腹形状部の一例を拡大して示す断面図である。配線52と同様に調整層41も、張力を加えられて伸長された状態の基材20に設けられる。例えば、第1伸長量で伸長された状態の基材20に配線52を設ける工程において、調整層41も基材20に設けられる。この場合、基材20から張力が取り除かれて基材20が収縮するとき、調整層41は、図16に示すように、蛇腹状に変形して蛇腹形状部45を有するようになる。調整層41の蛇腹形状部45は、第1方向D1方向に沿って並ぶ複数の山部43及び谷部44を含む。
図16において、符号S4は、調整層41に現れる山部43及び谷部44の振幅を表す。振幅S4は、例えば1μm以上であり、より好ましくは10μm以上である。また、振幅S4は、例えば500μm以下であってもよい。
調整層41の蛇腹形状部45における振幅S4は、配線52の蛇腹形状部55における振幅S1と同一であってもよく、異なっていてもよい。例えば、調整層41の蛇腹形状部45における振幅S4が、配線52の蛇腹形状部55における振幅S1よりも大きくてもよく、振幅S1よりも小さくてもよい。
図16において、符号F4は、調整層41の蛇腹形状部45の山部43及び谷部44の周期を表す。調整層41の蛇腹形状部45の周期F4は、配線52の蛇腹形状部55の周期F1と同一であってもよく、異なっていてもよい。例えば、調整層41の蛇腹形状部45の周期F4が、配線52の蛇腹形状部55の周期F1よりも大きくてもよく、周期F1よりも小さくてもよい。
(第2の変形例)
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。
図17は、第2の変形例に係る配線基板10のうち配線52を含む部分の断面図であり、上述の実施の形態における図2に相当する図である。配線基板10は、基材20、支持基板80及び配線52を少なくとも備える。配線基板10は、配線52に電気的に接続されるよう支持基板80に搭載されている電子部品51を備えていてもよい。
〔支持基板〕
支持基板80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80は、基材20側に位置する第2面82と、第2面82の反対側に位置する第1面81と、を含む。図17に示す例において、支持基板80は、その第1面81側において配線52を支持している。また、支持基板80は、その第2面82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80との間に、接着剤を含む接着層85が設けられていてもよい。接着層85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85の厚みは、例えば5μm以上且つ200μm以下である。
図18は、図17の配線基板10を拡大して示す断面図である。本変形例においては、支持基板80に接合された基材20から張力が取り除かれて基材20が収縮するとき、配線52の山部53及び谷部54と同様の山部及び谷部が支持基板80にも現れる。支持基板80の特性や寸法は、このような山部や谷部が形成され易くなるよう設定されている。例えば、支持基板80は、基材20の第1の弾性係数よりも大きい弾性係数を有する。以下の説明において、支持基板80の弾性係数のことを、第3の弾性係数とも称する。
なお、図示はしないが、支持基板80は、その第2面82側において配線52を支持していてもよい。
支持基板80の第3の弾性係数は、例えば100MPa以上であり、より好ましくは1GPa以上である。また、支持基板80の第3の弾性係数は、基材20の第1の弾性係数の100倍以上50000倍以下であってもよく、好ましくは1000倍以上10000倍以下である。このように支持基板80の第3の弾性係数を設定することにより、山部53及び谷部54の周期F1が小さくなり過ぎることを抑制することができる。また、山部53及び谷部54において局所的な折れ曲がりが生じることを抑制することができる。
なお、支持基板80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80が変形し易く、この結果、支持基板80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80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。
また、支持基板80の厚みは、例えば500nm以上10μm以下であり、より好ましくは1μm以上5μm以下である。支持基板80の厚みが小さすぎると、支持基板80の製造工程や、支持基板80上に配線52などの部材を形成する工程における、支持基板80のハンドリングが難しくなる。支持基板80の厚みが大きすぎると、弛緩時の基材20の復元が難しくなり、目標の基材20の伸縮が得られなくなる。
支持基板80を構成する材料としては、例えば、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、アクリル樹脂等を用いることができる。その中でも、耐久性や耐熱性がよいポリエチレンナフタレートかポリイミドが好ましく用いられ得る。
支持基板80の第3の弾性係数は、基材20の第1の弾性係数の100倍以下であってもよい。支持基板80の第3の弾性係数を算出する方法は、基材20又は調整層41の場合と同様である。
(配線基板の製造方法)
次に、図19(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。
まず、支持基板80を準備する。続いて、支持基板80の第1面81に配線52を設ける。例えば、まず、蒸着法、めっき法などによって支持基板80の第1面81に銅層などの金属層を形成する。続いて、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて金属層を加工する。これにより、第1面81に配線52を得ることができる。
続いて、図19(b)に示すように、第1方向D1において基材20に第1張力T1を加えて、基材20を寸法L1まで伸長させる第1伸長工程を実施する。続いて、第1伸長工程における第1張力T1によって伸長した状態の基材20の第1面21に配線52を設ける配線形成工程を実施する。本変形例の配線形成工程においては、図19(b)に示すように、基材20の第1面21に、配線52が設けられた支持基板80の第2面82を接合させる。この際、基材20と支持基板80との間に接着層85を設けてもよい。
その後、基材20から第1張力T1を取り除く第1収縮工程を実施する。これにより、図19(c)において矢印Cで示すように、第1方向D1において基材20が収縮し、基材20に設けられている支持基板80及び配線52にも変形が生じる。支持基板80及び配線52の変形は、上述のように蛇腹形状部として生じ得る。
その後、基材20及び支持基板80を部分的に切断する切断工程を実施する。切断工程においては、上述の実施の形態の場合と同様に、基材20を、第1方向D1において間隔を空けて対向する上述の第1領域31及び第2領域32と、第1領域31に接続されている第1端331及び第2端332に接続されている第2端332を含む中間領域33と、に区画する。また、支持基板80を、基材20と同様に区画する。基材20及び支持基板80を切断するための方法としては、上述の実施の形態の場合と同様に、レーザー加工を用いることができる。例えば、基材20の第1領域31と第2領域32との間の部分のうち配線52の中間部分63の周囲の部分以外、及び、対応する支持基板80の部分を除去するよう、レーザーを基材20及び支持基板80に照射する。このようにして、複数の伸縮構造部34を含む中間領域33を有する基材20と、平面視において中間領域33と同一の輪郭を有する部分を含む支持基板80と、を備える配線基板10を得ることができる。
なお、図17乃至図19においては、支持基板80が接着層85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80が基材20に接合されていてもよい。この場合、基材20と支持基板80との間に接着層が設けられていなくてもよい。
なお、上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。