JP7429426B2 - 電子部品付き基材及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、布又は紙のいずれかで構成される基材に電子部品が設けられた、電子部品付き基材に関する。

近年、布上に直接形成した電子回路を用いて、日常生活下での生体情報センシングを行う研究開発が進められている。電子回路の基材としては、普段身に着けている被服と同じ材料である布を用いることが望まれている。これは、センシングデバイスの装着による不快感をなくすためであり、また、装着による生理現象の変化や動作の変化等の影響を少なくするためである。

従来、布上に配線構造を形成する手法としては、次の２つの手法が知られている。第１は、布に導電糸を、縫ったり、織ったり、編んだりすることにより、導電糸を布に固定して配線構造を形成する方法である（特許文献１参照）。第２は、導電インクを、インクジェット印刷、ステンシル印刷、スクリーン印刷等により、印刷する手法である（特許文献２参照）。

また、先行文献調査をしたところ、次のような文献（特許文献３）があった。特許文献３では、生体情報計測ウエアに関し、布地への金属回路の形成方法が示されている。特許文献３では、金属回路が金属メッキ層により形成された導電層であり、該導電層が、布地表面に露出した繊維を覆い、かつ一部は繊維間に入り込むように形成されていることが示されている。また、導電層が金属めっきによる金属回路であるので、はんだ付けを採用することができるのに対して、導電性ペーストを用いて形成された金属回路の場合は有機バインダが含まれているため、はんだ付けができないことが、特許文献３（段落５８、５９参照）に記載されている。

特開２０１４－０２５１８０号公報 特開２００５－１４６４９９号公報 特開２０１７－１４７３８４号公報

近年、日常生活下での本来の生体情報をセンシング可能とするために、通常の被服等と同じ素材に電子機能を付加することが望まれている。しかしながら、布や紙の基材に直接形成することが可能であるのは、一部のセンサ（歪みセンサ、温度センサ、湿度センサ、圧力センサ等）と配線のみであった。そのため、これらセンサや配線と、別の製造プロセスで製作した電子部品等を、布上において電気的かつ機械的に接続する必要がある。

電子部品を布上に電気的かつ機械的に接続する構造としては、次の構造が考えられる。第１は、電子部品の電極の形状を導電糸が結び付けられる形状にして、センサや配線として用いる導電糸を電子部品の電極に直接結び付けて接続する構造である（特許文献１参照）。第２は、電子部品の電極と、布上に直接形成したセンサや配線とを、導電性接着剤を用いて接続する構造である（特許文献２参照）。しかしながら、第１の構造においては、表面実装用の小さな電子部品等を導電糸に接続することが困難であるという問題がある。また、第２の構造においては、接続部の機械的強度が弱く、布の変形によって接続部が断線しやすいという問題がある。また、第１と第２の構造に共通して、従来の電子回路で用いられるはんだ接続と比較すると、接続部の電気抵抗が高くなり電気的接続が十分でないという問題もある。

また、電子部品の電極と、布上に導電インクの印刷により直接形成した配線とを、はんだ付けにより接続しようとすると、次の困難が生じる。導電インクによる配線が溶けたはんだと合金化することにより、配線が基材から剥離し、断線するために、はんだ付けできないという問題がある。また、仮に剥離せずに接続できたとしても、はんだと配線の剛性の違いにより、はんだと配線の接続部にて応力集中が生じ、変形によって断線しやすいという問題がある。

布上に形成する電子回路についての問題を上述したが、紙上に形成する電子回路にも共通する問題である。

本発明は、これらの問題を解決しようとするものであり、本発明は、布や紙の基材自体の機能を備えながらも電子部品を搭載した、電子部品付き基材を提供することを目的とする。また、本発明は、布や紙の基材に電子部品を機械的かつ電気的に接続する、電子部品付き基材の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために、以下の特徴を有するものである。

（１） 布又は紙のいずれかで構成される基材と、前記基材内部に基材の厚みの一部又は全体に設けられた導電性領域であって、導電材料が前記基材内部の繊維間に入り込んだ状態の導電性領域と、前記基材の表面に配置された電子部品と前記基材の前記導電性領域とを電気的及び機械的に接続するはんだ部と、を備えることを特徴とする電子部品付き基材。
（２） 前記導電性領域は、前記基材の表面から所定の深さに浸透した導電材料及び有機高分子バインダを含有すること、を特徴とする前記（１）記載の電子部品付き基材。
（３） 前記導電性領域は、配線又は電極であること、を特徴とする前記（１）又は（２）記載の電子部品付き基材。
（４） 前記導電性領域中の前記導電材料は、導電インクの導電フィラーであること、を特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれか１項記載の電子部品付き基材。
（５） 前記導電性領域は、導電率が１．０×１０^２Ｓ／ｍ以上１．０×１０^８Ｓ／ｍ以下であること、を特徴とする前記（１）乃至（４）のいずれか１項記載の電子部品付き基材。
（６） 前記導電性領域は、前記基材内に一部固定された導電糸と電気的に接続されていること、を特徴とする前記（１）乃至（５）のいずれか１項記載の電子部品付き基材。
（７） 前記導電性領域は、前記基材表面に設けられた導電膜と電気的に接続されていること、を特徴とする前記（１）乃至（５）のいずれか１項記載の電子部品付き基材。
（８） 前記導電性領域の基材表面及び前記はんだ部は、絶縁性の保護材で覆われていること、を特徴とする前記（１）乃至（７）のいずれか１項記載の電子部品付き基材。
（９） 布又は紙のいずれかで構成される基材に、導電インクを前記基材の中に染み込むように塗布し、導電材料が前記基材内部の繊維間に入り込んだ状態の導電性領域を形成する工程と、前記基材の表面に配置された電子部品と前記導電性領域とを電気的及び機械的に接続するはんだ部を形成する工程と、を備えることを特徴とする電子部品付き基材の製造方法。
（１０） 前記基材内に一部固定して設けられる導電体又は基材表面に設けられる導電体の少なくともいずれかを、前記導電性領域と電気的に接続する工程を、さらに備えること、を特徴とする前記（９）記載の電子部品付き基材の製造方法。
（１１） 前記導電性領域及び前記はんだ部を、絶縁性の保護材で覆う工程を、さらに備えることを特徴とする前記（９）又は（１０）記載の電子部品付き基材の製造方法。

本発明の電子部品付き基材は、布や紙の基材自体の機能を備えながらも、電子部品を搭載した、電子部品付き基材であり、基材の変形による断線が生じにくく、耐久性に優れている。また、本発明の電子部品付き基材は、布や紙として要求される諸特性、例えば、可撓性、洗濯耐久性、通気性等と、電子回路に要求される特性の、双方の優れた特性を併せ持ち、双方の機能を有する。

本発明の電子部品付き基材によれば、基材に直接形成した導電性領域からなる配線と、別の製造プロセスで製作した電子部品、例えば表面実装用の小さな電子部品とを、電気的にかつ機械的に強固に接続できる。また、本発明において、接続構造の機械的強度が高いために、布や紙の基材が変形しても壊れにくい電子回路を実現できる。

本発明の製造方法では、印刷プロセスやはんだ付けプロセスを用いることにより、従来のエレクトロニクスで用いられる製造プロセスとの親和性を保ったまま、少工程数ながらも電気的かつ機械的に信頼性の高い電子回路を実現できる。

従来、布や紙の基材上に導電インクにより印刷した配線に、電子部品を電気的に接続しようとする場合、はんだ付けでは配線の剥離や断線が生じ不可能であったが、本発明では、はんだ付けを用いても、機械的に強固でかつ低抵抗の十分な電気接続を実現できた。

本発明の効果を説明する図である。 第１の実施形態における電子部品付き基材の断面の模式図である。 第１の実施形態における変形例の断面の模式図である。 第２の実施形態における電子部品付き基材の断面の模式図である。 第２の実施形態における変形例の断面の模式図である。 第３の実施形態における電子部品付き基材の断面の模式図である。 第３の実施形態における変形例の断面の模式図である。

本発明の実施形態について以下説明する。

本発明者は、電子部品付き基材において、その基材における電極又は配線の構造と、該構造と電子部品との接続構造とに着目して、研究開発を進め、本発明を得るに到ったものである。

本実施形態の電子部品付き基材は、布又は紙のいずれかで構成される基材と、前記基材内部に基材の厚みの一部又は全体に設けられた導電性領域と、前記基材の表面に配置された電子部品と前記基材の前記導電性領域とを電気的に接続するはんだ部と、を備える。

本実施形態における基材は、布や紙を用いることができる。布は、織物、編み物、フェルト、不織布などをいう。織物として、平織、綾織、繻子織等が挙げられる。編み物として、下着やＴシャツ等のメリヤス生地、ニット等が挙げられる。紙は、植物繊維又はその他の繊維を、膠着させて製造したものをいう。

本実施形態における導電性領域は、導電材料が基材内部の複数の繊維間に入り込んだ状態の導電性領域である。導電性領域が電極又は配線構造の機能を有するために、高導電度を有する。本実施形態においては、基材内部に導電インクが染み込んだ導電性領域の基材表面に、さらに染み込んでいない導電膜を備えている状態も含む。

導電性領域を構成する材料は、主として、繊維と導電材料であり、具体的には、繊維間に入り込んだ状態の導電フィラーと有機高分子バインダで構成される。導電フィラーと有機高分子バインダは、製造時の導電インクの材料成分の主要部である。導電性領域における有機高分子バインダは、導電インクの印刷後の熱処理等により、硬化又は収縮した状態のものである。

導電フィラーとして一般的に、カーボン系、金属系、金属酸化物系、金属被覆系、金属酸化物被覆系などの種類が知られている。本実施形態においては、導電フィラーとして、金属系を用いる。はんだ付け特性が優れているからである。導電フィラーの形状は、代表的な形状として、フレーク状、球状、樹状などがある。導電フィラーのサイズは、基材の繊維への染み込みが可能であれば特に限定されない。導電フィラーとしては、例えば、銀粒子、銅粒子、金粒子、アルミニウム粒子等が挙げられる。導電フィラー単体としての導電性が高い方が好ましく、例えば、１．０×１０^６Ｓ／ｍ以上であることが好ましい。例えば、銀粒子（導電率６．１×１０^７Ｓ／ｍ）、銅粒子（導電率５．９×１０^７Ｓ／ｍ）、金粒子（導電率４．６×１０^７Ｓ／ｍ）を用いることが好ましい。また、導電フィラーは、はんだと電気的及び機械的な信頼性が高い接合を得るために、はんだとの濡れ性が良い方が好ましく、銀粒子、銅粒子、金粒子を用いることが好ましい。一方で、材料コストが低い方が好ましく、銀粒子、銅粒子を用いることが好ましい。

有機高分子バインダとしては、はんだの融点よりも耐熱性が高いものが好ましい。例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素ゴム、シリコーンゴム等が挙げられる。基材となる布や紙の柔らかさを損なわないことを考えると、ヤング率が１ＭＰａから１００ＭＰａ程度の可撓性エポキシ樹脂や耐熱性ゴム材料を用いる方が好ましい。また、はんだ付け時の熱ダメージを考えると、耐熱性が１８３℃以上を有する可撓性エポキシ樹脂や耐熱性ゴム材料を用いる方が好ましい。

導電性領域は、基材内部の繊維間において、収縮した有機高分子バインダによって導電フィラー同士が接触して電気的に接続されているので、高導電度を有する。導電性領域は、基材に深く染みこむように、導電インクを塗布すること等により作成する。導電性領域は、基材表面に形成されるのではなく、基材の厚みの一部又は全部に深く形成されていることにより、高い導電性を有する。本実施形態における導電性領域は、導電率が１．０×１０^２Ｓ／ｍ以上１．０×１０^８Ｓ／ｍ以下である。

導電性領域を形成する方法として、例えば、導電インクを印刷する各種方法が挙げられる。印刷により、配線形状、電極形状に適宜形成する。導電性領域は、印刷形成により、染み込ませた配線であるので、微細な配線パターンを形成することができる。

基材内の導電性領域の導電性は、電極及び配線の機能を可能とする程度の導電性を有している必要がある。例えば、導電インクの布への染み込み深さに関しては、次の点を考慮して、導電インク、基材材料、印刷形成方法等を適宜選択する。染み込み深さが浅く、基材表面にのみ導電インクがのるように形成された配線に、はんだを用いて電子部品を接続しようとした場合、導電インクが溶けたはんだと合金化することにより、配線が布から剥離し、断線する問題がある。また、仮に剥離せずに接続できたとしても、はんだと配線の剛性の違いにより、はんだと配線の接続部にて応力集中が生じ、布の変形によって断線しやすいこともある。一方で、染み込み深さが深い導電性領域の配線に、はんだを用いて電子部品を接続しようとした場合、配線自体は布を構成する糸、又は糸と糸の間に導電インクが染込んだ構造となり、配線が布に機械的に強固に形成されている。このため、はんだ付けを行ってもアンカー効果により配線の剥離が生じない。また、配線の厚さ（染み込み深さ）が厚くなることにより配線の剛性（ヤング率と断面積の積）が大きくなり、はんだと配線接続部での応力集中が軽減されるために、布の変形による断線が生じにくくなる。

導電インクの布への染み込み深さについて、図１を参照して説明する。図１は、布上に形成した直線状の一対の配線に、抵抗値が０Ωの表面実装用の抵抗器をはんだで接続した構造に、伸び率５％の伸縮変形を繰り返して印加した場合の、構造の電気抵抗の変化を示している。抵抗の変化は［抵抗／初期抵抗］で評価されている。なお、導電インクとしては、導電フィラーに銀フレーク、有機高分子バインダに耐熱性ゴム材料を用いたインク（東洋紡、ＳＳＰ２８０１）を、布としては、平織の綿布を用いた。図１の実線が本実施形態の実験結果を示し、灰色の線が比較例の実験結果を示す。比較例として、基材への染み込みがない配線を有する構造を作成した。布の厚さが０．２２ｍｍに対して、配線の厚さが０．０１ｍｍ、平均染み込み深さが０ｍｍの比較例の場合、伸び率５％の伸縮変形によって、はんだと配線の接続部において断線が生じた。伸縮変形のサイクル数が１桁であっても、［抵抗／初期抵抗］が１００以上となった。一方、本発明の実施形態として、基材への染み込みがあるものを作成した。布の厚さが０．２２ｍｍに対して、配線の厚さが０．０５ｍｍ（染み込み部分の深さも合計したもの）、平均染み込み深さが布表面より０．０３ｍｍの場合、同条件の伸縮変形を行った結果、断線が生じなかった。サイクル数が１００回でも［抵抗／初期抵抗］が１０以下であった。よって、導電性領域は、基材への染み込み深さが、１０μｍ以上で、基材の厚み以下であることが好ましい。基材への染み込み深さが、１０μｍ以上であれば、伸び率５％の伸縮変形によって、サイクル数が１００回でも［抵抗／初期抵抗］が１０以下を実現できる。

基材に深く染み込むようにするには、導電インクを用いる場合、導電インクの粘度と基材の吸油性を考慮して、導電インク、印刷方法、基材の材質等を適宜選択する必要がある。導電インクの布への染み込み深さは、主に導電インクの粘度と布の吸油性によって決定される。導電インクの粘度に関しては、１Ｐａ・ｓ以上１０Ｐａ・ｓ以下が好ましい。これは、スクリーン印刷用インクの中で粘度が低いインクに該当する。導電インクがインクジェット用インクのように粘度が低い場合（０．１Ｐａ・ｓ未満程度）、染み込み深さ自体は深くなるが、インクの導電フィラー含有量が低く、導電性領域内において導電フィラー同士が接触しないために、導電性領域は導電性を示さない。導電インクがスクリーン印刷用インクの中でも高粘度の場合（粘度１０Ｐａ・ｓより大で１０００Ｐａ・ｓ以下等）、布へ導電インクが染込まない、もしくは導電インクの染み込み深さが浅くなるために、剥離や断線が生じやすくなる。布の素材については、導電インクには有機高分子材料が用いられているために、綿のように吸油性に優れる材料が好ましい。

紙の場合においても、紙への染み込み深さは、主に導電インクの粘度と紙の吸油性によって決定される。導電インクの粘度に関しては、１Ｐａ・ｓ以上１０Ｐａ・ｓ以下が好ましい。紙の素材については、パルプのように吸油性に優れる材料が好ましい。

本実施形態におけるはんだ部は、基材の表面に配置された電子部品と前記基材中の前記導電性領域とを電気的かつ機械的に接続する。はんだ部に用いる材料は、はんだとして知られるいずれの材料でも用いることができる。はんだ材料は、鉛と錫を主成分とした合金であり、Ｓｎ－Ｐｂ系、Ｐｂ－Ｓｎ－Ｓｂ系、Ｓｎ－Ｓｂ系、Ｓｎ－Ｐｂ－Ｂｉ系、Ｂｉ－Ｓｎ系、Ｓｎ－Ｃｕ系、Ｓｎ－Ｐｂ－Ｃｕ系、Ｓｎ－Ｉｎ系、Ｓｎ－Ａｇ系、Ｓｎ－Ｐｂ－Ａｇ系、Ｐｂ－Ａｇ系等が挙げられる。

従来、布上の電子回路における電子部品の接続には、はんだを用いることはできなかった。本実施形態では、はんだによって電子部品と接続する配線を、布や紙に、深く染込ませた導電性領域で実現した。したがって、本実施形態では、はんだ部を形成する際に、配線や基材などの耐熱温度を考慮する必要がある。例えば、従来の電子回路に用いられる共晶はんだの融点は１８３℃である。基材として用いる布や紙、基材に染込ませる導電インクの耐熱性が、はんだの融点よりも高い必要がある。布に関しては、被服にも用いられる綿の耐熱温度が２３５℃、ナイロンの耐熱温度が２３０℃程度、ポリエステルの耐熱温度が２４０℃程度であり、布の素材によっては耐熱温度がはんだの融点よりも高いため、素材を選択することにより、はんだを用いることができる。導電インクに関しても、有機高分子バインダに用いられるエポキシ樹脂の耐熱温度が２５０℃程度、フッ素ゴムの耐熱温度が２３０℃、シリコーンゴムの耐熱温度が２３０℃である。したがって、導電インクの構成材料を適宜選択することにより、はんだを用いることができる。基材が紙の場合も、上述の布の場合と同様に、耐熱性を考慮して、材料を適宜選択することにより、本発明を実施できる。例えば、紙の主な材料となるセルロースは、耐熱温度が３００℃程度であり、表面に非耐熱性のポリマー材料等が塗布されていない紙であれば、はんだを用いることができる。

本実施形態の電子部品付き基材は、基材が通常の布や紙であるので、布や紙を素材にして作成される物に広く適用できる。例えば、被服、その他身体に付ける物品、日用品、アミューズメント用品、玩具、医療用品、ペット用品、各種ウエラブル電気機器等が挙げられる。布を用いた具体例としては、Ｔシャツや下着、靴下、ベッドのシーツ、枕カバー、カーテン、カーペット、便座カバー、座席シート、シートベルト、テントなどが挙げられる。紙を用いた具体例としては、オムツや漫画雑誌、障子、壁紙などが挙げられる。

電子部品は、特に限定されない。具体的には、例えば、抵抗、コイル、コンデンサ、トランジスタ、ダイオード、半導体素子、集積回路、スイッチ、コネクタ、電池、マイコン、配線用線材、その他これらの複合電子部品等である。表面実装用の電子部品であることが好ましい。ここで電子部品は、電子部品機能を有する部品であればよく、少なくとも電気接続可能な端子又は電極等を有していればよい。

電極又は配線構造の機能を有する導電性領域は、基材内又は基材表面に設けられる配線に電気接続することができる。電源やその他の部品に接続するためである。配線として、例えば、基材内に一部固定された導電糸や、前記基材表面に設けられた導電膜が挙げられる。導電糸は、例えば、銀、銅、金等の金属材料、及び導電性有機高分子材料を含む導電糸が挙げられる。導電膜を導電インクで形成する場合は、銀、銅、金等の金属材料、及び導電性有機高分子材料を含む導電インク等が挙げられる。また、導電性領域を、直接、基材内又は基材表面に設けられる電源や電子部品に電気接続することもできる。

電子部品付き基材の保護のため、少なくとも導電性領域の表面とはんだ部とを覆う絶縁性の保護材を設けるとよい。保護材とは、膜状、又はモールド等の膜形状以外でもよい。保護材は、電子部品付き基材の全体を被覆するものでもよい。なお、布や紙のうち、電子部品付き基材に関して絶縁保護が必要な部分のみに、又は、必要な部分を十分含む部分に、絶縁性の保護材を設けてもよい。

保護材は、絶縁性に加え、さらに、曲げ性と、伸縮性と、耐水性と、耐油性を有していることが望ましい。材料は、特に限定されないが、例えば、可撓性エポキシやフッ素ゴム、シリコーンゴムが挙げられる。伸縮性は、有さないものでもよい。保護材は、電子部品付き基材の電子回路の構造を被覆するように周囲に、液状の状態で、塗布し、その後硬化させることが好ましい。硬化の際に加熱する場合の加熱の温度は、はんだの融点、布の耐熱温度、導電インクの耐熱温度、および電子部品の耐熱温度よりも低い温度が好ましい。耐水性の保護材を用いることにより、水洗が可能になる。また、耐油性の保護材を用いることにより、クリーニングが可能になる。

本実施形態における電子部品付き基材の製造方法は、少なくとも第１の工程と第２の工程を、備える。

（第１の工程（導電性領域の形成工程）） 布又は紙のいずれかで構成される基材に、導電インクを前記基材の中に染み込むように塗布し、導電材料が前記基材内部の繊維間に入り込んだ状態の導電性領域を形成する工程。この工程において、染み込ませた導電インクの熱処理を行い、導電性を発現させる。

（第２の工程（はんだ工程）） 基材の表面に配置された電子部品と前記基材中の前記導電性領域とを電気的に接続するはんだ部を形成する工程。例えば、導電インクを染み込ませた導電性領域の上に、ステンシル印刷等によってクリーム状のはんだを印刷形成する。例えば、ディスペンスによるディスペンス形成でもよい。次に、電子部品を、はんだ上に位置を合わせながら載せる。次に、はんだを加熱することで融解させた後、冷却して固めることにより、はんだ部を形成する。

前記第１の工程と第２の工程に加えて、さらに、次の工程を設けることができる。

（導電体の形成工程） 基材内に一部固定して設けられる導電体又は基材表面に設けられる導電体の少なくともいずれかを、形成する工程。第１又は第２の工程の、前又は後に設ける。

（導電体と導電性領域の接続工程） 導電体と導電性領域とを電気的に接続する工程。導電体の形成工程と同時でもよい。

（保護材の被覆工程） 少なくとも導電性領域及びはんだ部を、絶縁性の保護材で覆う工程。保護材は、電子部品付き基材の電子回路の構造を被覆するように周囲に、塗布し、その後、必要に応じて硬化させる。

（第１の実施形態）
本実施形態では、電子部品付き基材について、図２及び３を参照して説明する。図２は、本実施形態の電子部品付き基材１１の一例の断面模式図である。図２の電子部品付き基材１１は、基材１と、基材中の一部に設けられた導電性領域２と、基材の表面に配置された電子部品４と、該電子部品と導電性領域２とを電気的に接続するはんだ部３を備える。図２では、導電性領域２は、さらに他の電子部品にはんだ部により電気的に接続されている。図では、電子部品付き基材の両端は、破断線で図示している。基材自体の全体形状は、目的とする物品の形状に応じた形状を有する。

本実施形態の電子部品付き基材は、次のように製造する。まず、基材１に深く染み込ませるように、導電インクを配線形状に印刷形成する。例えば、スクリーン印刷によって布上に導電インクを布に染込むように印刷する。次に、導電インクの染み込みより形成された導電性領域２からなる配線と、電子部品４とをはんだ部３によって電気的かつ機械的に接続する。

基材が布の場合は、織物でも編み物でも良い。織物の場合は、縦糸と横糸の太さがそれぞれ０．０１ｍｍ以上で１ｍｍ以下、かつ縦糸同士と横糸同士の間隔が０．０１ｍｍ以上で１ｍｍ以下であることが望ましい。編み物の場合は、ウェール（ｗａｌｅ）とコース（ｃｏｕｒｓｅ）の幅（網目の大きさ）が０．０１ｍｍ以上で１ｍｍ以下であることが望ましい。ウェールとは、長さ方向（経）に連結した網目をいい、コースとは、幅の方向（緯）に連結した網目をいう。糸同士の間隔が上述の範囲を満たさないと、十分な導電性を有する導電性領域を形成できなかったり、微細な配線を印刷形成することができないからである。布基材の耐熱温度は、共晶はんだの融点（１８３℃）よりも高いことが望ましい。さらに、布基材は導電性を有さず、絶縁性に優れていることが望ましい。加えて、布基材は吸油性に優れる材料が好ましい。なお、基材は布に限定されず、同様の条件を満たせば紙基材でもよい。

導電インクは、導電フィラーと有機高分子バインダで主に構成されている。導電フィラーは、銀または銅が好ましい。これらの金属は、導電性に優れており、かつはんだの濡れ性が優れており、電気的・機械的に高信頼な接続が可能なためである。バインダは、エポキシ系、ポリエステル系、フッ素ゴム系、シリコーンゴム系が好ましい。導電インクの硬化後において、導電インク自体は曲げ性を有している方が好ましい。加えて、導電インク自体が伸縮性も有していることが好ましい。バインダ自体が曲げ性や伸縮性を有していることにより、布の変形によっても配線を断線しにくくすることができるためである。導電インクの粘度は、１Ｐａ・ｓ以上１０Ｐａ・ｓ以下が好ましい。また、導電インクの印刷形成の手法としては、スクリーン印刷が好ましい。これは、導電インクの粘度に起因する。導電インクの導電性発現のための熱処理温度としては、８０℃以上で、基材の耐熱温度よりも低い温度が好ましい。印刷形成後に加熱処理をすることによって、有機高分子バインダが硬化又は収縮し、導電フィラー同士が接触するために導電性が発現する。熱処理の雰囲気は、導電インクの種類にもよる。例えば、大気雰囲気でよい。熱処理の温度も導電インクの種類による。例えば、８０℃から３００℃が好ましい。導電インクによっては、熱処理をせずに、室温・大気圧下で放置し、導電インクを硬化させてもよい。

はんだは、共晶はんだや鉛フリーはんだなど、従来の電子回路において一般に利用されているはんだを用いることができる。製造時に、布基材上に印刷形成したり、ディスペンス形成したりできるように、ペースト状のはんだであるものが好ましい。

図３は、図２に示す電子部品付き基材の変形例の断面模式図である。図３の電子部品付き基材１２は、図１の電子部品付き基材１１の構造の周囲を保護材で覆ったものであり、その他は、図３の電子部品付き基材１１と同様である。保護材６は、導電性領域２と、はんだ部３と、基材表面の電子部品４とを覆う。保護材５は、基材の面のうち電子部品が配置された面とは異なる面を覆う。

（第２の実施形態）
本実施形態では、電子部品付き基材について、図４及び５を参照して説明する。図４は、本実施形態の電子部品付き基材１３の一例の断面模式図である。第１実施形態に係る電子部品接続構造では、電子部品と電子部品を導電性領域によって接続している形態を説明したが、第２実施形態は、導電糸と電子部品を、導電性領域で接続した形態である。図４の電子部品付き基材１３は、基材１と、基材中の一部に設けられた導電性領域２と、基材の表面に配置された電子部品４と、該電子部品と導電性領域２とを電気的に接続するはんだ部３を備える。図４では、導電性領域２は、さらに、前記基材内に一部固定された導電糸７に、電気的に接続されている。導電糸は、配線の機能又はセンサの機能等を有するものを用いる。導電糸７は、基材１に、縫い、織り、編みによって固定される。本実施形態では、染み込ませる導電インクの導電性発現のための熱処理温度は、基材の耐熱温度に加えて、導電糸の耐熱温度よりも低い温度が好ましい。その他の詳細は図２と同じであるため省略する。

本実施形態では、第１の工程（導電性領域の形成工程）の前後のいずれかに、（導電体の形成工程）を実施できる。例えば、第１の工程に先だって、基材上に、導電糸によるセンサや配線を直接形成してもよい。この場合、第１の工程では、先に形成したセンサや配線の一部に、染込ませた導電インクによる配線が重なるようにして印刷する。

図５は、図４に示す電子部品付き基材の変形例の断面模式図である。図５の電子部品付き基材１４は、図４の電子部品付き基材１３の構造の周囲を保護材で覆ったものであり、その他は、図４の電子部品付き基材１３と同様である。保護材６は、導電性領域２と、はんだ部３と、基材表面の電子部品４とを覆う。保護材５は、基材の面のうち電子部品が配置された面とは異なる面を覆う。保護材を加熱によって硬化する場合の加熱温度は、はんだの融点と、基材の耐熱温度と、染み込ませた配線の耐熱温度と、電子部品の耐熱温度に加えて、導電糸の耐熱温度よりも低い方が好ましい。その他の詳細は図４と同じであるため省略する。

（第３の実施形態）
本実施形態では、電子部品付き基材について、図６及び７を参照して説明する。図６は、本実施形態の電子部品付き基材１５の一例の断面模式図である。第１実施形態に係る電子部品接続構造では、電子部品と電子部品を導電性領域で接続している形態を説明したが、第３実施形態は、基材表面に設けられた導電膜８と電子部品を、導電性領域で接続した形態である。図６の電子部品付き基材１５は、基材１と、基材内部の一部に設けられた導電性領域２と、基材の表面に配置された電子部品４と、該電子部品と導電性領域２とを電気的に接続するはんだ部３を備える。図６では、導電性領域２は、さらに、前記基材表面に形成された導電膜８に、電気的に接続されている。導電膜８は、配線の機能又はセンサの機能等を有するものを用いる。導電膜８は、導電インクの印刷等により形成する。本実施形態では、染み込ませる導電インクの導電性発現のための熱処理温度は、布の耐熱温度に加えて、導電膜８を形成するための導電インクの耐熱温度よりも低い温度が好ましい。その他の詳細は図２と同じであるため省略する。

本実施形態では、第１の工程（導電性領域の形成工程）の前後のいずれかに、（導電体の形成工程）を実施できる。例えば、第１の工程に先だって、基材上に、導電膜等の導電体によるセンサや配線を直接形成してもよい。この場合、第１の工程では、先に形成したセンサや配線の一部に、染み込ませた導電インクによる配線が重なるようにして印刷する。

図７は、図６に示す電子部品付き基材の変形例の断面模式図である。図７の電子部品付き基材１６は、図６の電子部品付き基材１５の構造の周囲を保護材で覆ったものであり、その他は、図６の電子部品付き基材１５と同様である。保護材６は、導電性領域２と、はんだ部３と、基材表面の電子部品４と、さらに、導電膜８を覆う。保護材５は、基材の面のうち電子部品が配置された面とは異なる面を覆う。保護材を加熱によって硬化する場合の加熱温度は、はんだの融点と、基材の耐熱温度と、染み込ませた導電インクの耐熱温度と、電子部品の耐熱温度とに加えて、導電膜８の導電インクの耐熱温度よりも低い方が好ましい。その他の詳細は図６と同じであるため省略する。

なお、上記実施形態等で示した例は、発明を理解しやすくするために記載したものであり、この形態に限定されるものではない。各実施形態で示した形態を複合した形態でもよい。基材として布を代表例として説明したが、紙の場合も同様である。

本発明の電子部品付き基材は、布や紙の基材自体の機能を備え、かつ電子部品を搭載した、剥がれや断線や変形の少ない構造であるので、被服、その他身体に付ける物品、日用品、アミューズメント用品、玩具、医療用品、ペット用品、各種ウエラブル電気機器等広く利用でき、産業上有用である。

１ 基材
２ 導電性領域
３ はんだ部
４ 電子部品
５、６ 保護材
７ 導電糸
８ 導電膜
１１、１２、１３、１４、１５、１６ 電子部品付き基材

Claims (11)

1. 布又は紙のいずれかで構成される基材と、
   前記基材内部に基材の厚みの一部又は全体に設けられた導電性領域であって、導電材料が前記基材内部の繊維間に入り込んだ状態の導電性領域であって、前記基材内に一部固定された導電糸と電気的に接続されてなる該導電性領域と、
   前記基材の表面に配置された電子部品と前記基材の前記導電性領域とを電気的及び機械的に接続するはんだ部と、を備える、電子部品付き基材。
2. 前記導電性領域は、前記基材の表面から所定の深さに浸透した導電材料及び有機高分子バインダを含有する、請求項１記載の電子部品付き基材。
3. 前記導電性領域は、配線又は電極である、請求項１又は２記載の電子部品付き基材。
4. 前記導電性領域中の前記導電材料は、導電インクの導電フィラーである、請求項１乃至３のいずれか１項記載の電子部品付き基材。
5. 前記導電性領域は、導電率が１．０×１０²Ｓ／ｍ以上１．０×１０⁸Ｓ／ｍ以下である、請求項１乃至４のいずれか１項記載の電子部品付き基材。
6. 前記導電性領域は、前記基材表面に設けられた導電膜と電気的に接続されている、請求項１乃至５のいずれか１項記載の電子部品付き基材。
7. 前記導電性領域の基材表面及び前記はんだ部は、絶縁性の保護材で覆われている、請求項１乃至６のいずれか１項記載の電子部品付き基材。
8. 布又は紙のいずれかで構成される基材に、導電インクを前記基材の中に染み込むように塗布し、導電材料が前記基材内部の繊維間に入り込んだ状態の導電性領域を形成する工程と、
   前記基材内に一部固定された導電糸を形成して、該導電糸を前記導電性領域と電気的に接続する工程と、
   前記基材の表面に配置された電子部品と前記導電性領域とを電気的及び機械的に接続するはんだ部を形成する工程と、を備える、電子部品付き基材の製造方法。
9. 布又は紙のいずれかで構成される基材に、導電インクを前記基材の中に染み込むように塗布し、導電材料が前記基材内部の繊維間に入り込んだ状態の導電性領域を形成する工程と、
   前記導電性領域を形成する工程の前に前記基材内に一部固定された導電糸を形成する工程と、
   前記基材の表面に配置された電子部品と前記導電性領域とを電気的及び機械的に接続するはんだ部を形成する工程と、を備え、
   前記導電性領域を形成する工程において、前記導電性領域を前記導電糸と電気的に接続する、電子部品付き基材の製造方法。
10. 前記基材表面に設けられる導電体を、前記導電性領域と電気的に接続する工程を、さらに備える、請求項８又は９記載の電子部品付き基材の製造方法。
11. 前記導電性領域及び前記はんだ部を、絶縁性の保護材で覆う工程を、さらに備える、請求項８乃至１０のいずれか１項記載の電子部品付き基材の製造方法。
    

Images