JPWO2015145881A1 - 電気素子、携帯機器、および、電気素子の製造方法 - Google Patents

電気素子、携帯機器、および、電気素子の製造方法 Download PDF

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Abstract

電気素子(10)はフレキシブルアンテナ(11)およびフレキシブルアンテナ(11)よりも剛性の高いリジッド部材(12)を備える。フレキシブルアンテナ(11)またはリジッド部材(12)のうち少なくとも一方は熱可塑性樹脂から形成されている。フレキシブルアンテナ(11)には、電気素子(10)の主機能を司る部分の少なくとも一部を構成する導体パターンが形成されている。リジッド部材(12)には、電気素子(10)の主機能を司る部分を構成する導体パターンが形成されていない。フレキシブルアンテナ(11)とリジッド部材(12)とは対向する面同士が直接的に接合されている。

Description

本発明は、フレキシブル基板およびリジッド部材を備える電気素子、その電気素子を備える携帯機器、および、その電気素子の製造方法に関する。
フレキシブル基板およびフレキシブル基板よりも剛性の高いリジッド部材を備える電気素子として、例えば、特許文献1に記載のものがある。特許文献1では、導体パターンが形成されたフレキシブルプリント配線板(フレキシブル基板)の主面に、硬質板からなる樹脂補強板(リジッド部材)が接着剤で接着されている。
特開2009−218447号公報
特許文献1のように構成される電気素子では、フレキシブルプリント配線板に樹脂補強板を接着剤で接着している。このため、フレキシブルプリント配線板に樹脂補強板が取り付けられた状態の寸法精度やフレキシブルプリント配線板に対する樹脂補強板の位置精度にばらつきが生じたり、フレキシブルプリント配線板と樹脂補強板との間の接合状態にばらつきが生じたりするおそれがある。すなわち、特許文献1のように構成される電気素子では、フレキシブルプリント配線板と樹脂補強板との接合精度が低くなるおそれがある。
本発明の目的は、フレキシブル基板とリジッド部材との接合精度が良好な電気素子、その電気素子を備える携帯機器、および、その電気素子を製造することが可能な製造方法を提供することにある。
(1)本発明の電気素子はフレキシブル基板およびフレキシブル基板よりも剛性の高いリジッド部材を備える。フレキシブル基板またはリジッド部材のうち少なくとも一方は熱可塑性樹脂から形成されている。フレキシブル基板には、電気素子の主機能を司る部分の少なくとも一部を構成する導体パターンが形成されている。リジッド部材には、電気素子の主機能を司る部分を構成する導体パターンが形成されていない。フレキシブル基板とリジッド部材とは対向する面同士が直接的に接合されている。なお、電気素子の主機能を司る部分とは、たとえば、コイル素子であればコイルであり、伝送線路素子であれば信号線路やグランド導体である。電気素子の主機能を司る部分を構成する導体パターンとは、電気素子の主機能の特性を考慮してパターニングされたものである。
この構成では、接着剤や半田、ネジ等の、フレキシブル基板およびリジッド部材以外の部材を用いずに、リジッド部材をフレキシブル基板に直接的に接合している。このため、フレキシブル基板とリジッド部材との接合精度が良好な電気素子を実現することができる。
また、例えば、複数の基材層を積層してなる多層基板から不要な部分を取り除くことでフレキシブル部とリジッド部とを形成すると、材料ロスが大きくなり、また、基材層を熱圧着する際に基材層全体を加熱する必要がある。本発明の構成では、フレキシブル基板およびリジッド部材を別個に作製した上で、両者を直接的に接合するため、材料ロスを低減することができる。また、フレキシブル基板とリジッド部材とを接合する際、フレキシブル基板とリジッド部材とが接触する部分のみを局所的に加熱すればよい。
(2)本発明の電気素子では、リジッド部材は、フレキシブル基板と電気素子近傍の他の部材との間隔を保つスペーサであってもよい。
一般的に、電気素子の特性は、電気素子と、電気素子に近接する金属部材との距離により変化する。この構成では、フレキシブル基板にリジッド部材が接合された状態の寸法精度やフレキシブル基板に対するリジッド部材の位置精度のばらつきが小さいので、リジッド部材をスペーサとして用いることで、フレキシブル基板と電気素子近傍の他の部材との相対的な位置関係がばらつくことを抑制することができる。この結果、電気素子近傍の他の部材が金属部材であっても、電気素子の特性がばらつくことを抑制できる。
(3)本発明の電気素子では、フレキシブル基板に形成された導体パターンは、主機能を司る高周波回路の少なくとも一部を構成してもよい。
高周波帯域で電気素子が使用される場合、電気素子の特性は、電気素子に近接する金属部材に特に影響される。このため、この構成では、本発明の効果が特に顕著になる。
(4)本発明の電気素子では、高周波回路はアンテナ回路でもよい。
アンテナの特性は、アンテナに近接する金属部材に特に影響される。このため、この構成では、本発明の効果が特に顕著になる。
(5)本発明の電気素子は次のように構成されてもよい。リジッド部材にはグランド導体および引出配線が形成されている。グランド導体は、リジッド部材のフレキシブル基板に接合されている面とは反対側の略全面に形成されている。引出配線は、グランド導体からリジッド部材のフレキシブル基板に接合されている面まで延伸し、アンテナ回路に接続されている。なお、グランド導体および引出配線は、電気素子の主機能(アンテナとしての機能)の特性を考慮してパターニングされたものではないので、電気素子の主機能を司る部分を構成する導体パターンではない。
この構成では、フレキシブル基板とグランド導体との相対的な位置関係のばらつきが抑制されるので、電気素子の特性のばらつきを抑制できる。
(6)本発明の電気素子では、リジッド部材には導体パターンが形成されていなくてもよい。
この構成では、リジッド部材に、電気素子の主機能と関連する導体パターン以外の導体パターンも形成されないので、リジッド部材の構造を簡素にすることができる。
(7)本発明の電気素子では、フレキシブル基板とリジッド部材とは主成分が実質的に同一の熱可塑性樹脂から形成されていることが好ましい。
この構成では、フレキシブル基板の基材層とリジッド部材とが、主成分が実質的に同一である熱可塑性樹脂から形成され、互いに略等しい誘電率を有する。フレキシブル基板とリジッド部材との間には、誘電率が当該熱可塑性樹脂の誘電率と異なる層、例えば、接着剤等からなる層が介在していない。このため、電気素子の特性を制御することが容易となるので、電気素子の特性が劣化することを抑制できる。なお、フレキシブル基板の基材層とリジッド部材とが、主成分が実質的に同一であっても、リジッド部材の厚みをフレキシブル基板の厚みより大きくすれば、リジッド部材の剛性を容易に高めることができる。
また、フレキシブル基板の基材層とリジッド部材とが互いに略等しい熱膨張係数を有する。フレキシブル基板とリジッド部材との間には、熱膨張係数が前記熱可塑性樹脂の熱膨張係数と異なる層、例えば、接着剤等からなる層が介在していない。このため、熱膨張係数の差により生じるフレキシブル基板の基材層とリジッド部材との間の接合不良を防止することができる。
(8)本発明の携帯機器は本発明の電気素子を備える。本発明の携帯機器では、電気素子はリジッド部材を介して携帯機器内の部材と接触している。
携帯機器では、その狭い内部空間に多数の部材が配置されるので、電気素子を他の部材に近接させて配置する必要がある。このため、この構成では、本発明の効果が特に顕著になる。
(9)本発明の電気素子の製造方法は、フレキシブル基板およびフレキシブル基板よりも剛性の高いリジッド部材を備える電気素子の製造方法である。本発明の電気素子の製造方法では、フレキシブル基板の主面の一部にリジッド部材を接触させる工程と、フレキシブル基板とリジッド部材とが接触した部分を局所的に加熱して、フレキシブル基板またはリジッド部材のうち少なくとも一方を構成する熱可塑性樹脂を溶融させることで、フレキシブル基板とリジッド部材との対向する面同士を直接的に接合する工程とを備える。
この構成では、フレキシブル基板とリジッド部材とが接触する部分のみを局所的に加熱し、その部分の熱可塑性樹脂のみを局所的に溶融させる。このため、フレキシブル基板およびリジッド部材は大きく塑性変形しない。また、加熱温度を調整することにより、熱可塑性樹脂の流動性を容易に制御することができる。このため、寸法精度が高い電気素子を作製することができる。
(10)本発明の電気素子の製造方法において、接合する工程では、超音波振動を加えることにより、フレキシブル基板とリジッド部材とが接触した部分を局所的に加熱することが好ましい。
この構成では、フレキシブル基板とリジッド部材との間の摩擦により、フレキシブル基板とリジッド部材とが接触する部分のみを効率良く加熱することができる。
本発明によれば、フレキシブル基板とリジッド部材との接合精度が良好な電気素子を実現することができる。
図1(A)は、第1の実施形態に係る電気素子の外観斜視図である。図1(B)は、第1の実施形態に係る電気素子の側面図である。 第1の実施形態に係る電気素子の製造方法を示す外観斜視図である。 第2の実施形態に係る携帯機器の内部を示す平面図である。 第3の実施形態に係る携帯機器の一部を示す断面図である。 第3の実施形態の変形例に係る携帯機器の一部を示す断面図である。 図6(A)は、第4の実施形態に係る電気素子と、プリント基板との接続構造を示す外観斜視図である。図6(B)は、第4の実施形態に係る電気素子と、プリント基板との接続構造を示す断面図である。 図7(A)は、第5の実施形態に係る電気素子と、プリント基板との接続構造を示す外観斜視図である。図7(B)は、第5の実施形態に係る電気素子と、プリント基板との接続構造を示す模式的断面図である。 第6の実施形態に係る電気素子の外観斜視図である。 第6の実施形態に係る電気素子の分解斜視図である。 図10(A)は、第6の実施形態に係る電気素子の平面図である。図10(B)は、第6の実施形態に係る電気素子の底面図である。 第6の実施形態に係る電気素子の製造方法を示す図である。 第6の実施形態に係る電気素子の製造方法を示す図である。 図13(A)は、第6の実施形態に係る電気素子と金属筐体との配置関係を示す断面図である。図13(B)は、第6の実施形態に係る電気素子と絶縁基板との配置関係を示す断面図である。 第6の実施形態の変形例に係る電気素子の側面図である。 図15(A)は、第7の実施形態に係る電気素子の分解斜視図である。図15(B)は、第7の実施形態に係る電気素子のB−B断面図である。 第7の実施形態に係る電気素子の製造方法を示す断面図である。
《第1の実施形態》
本発明の第1の実施形態に係る電気素子10について説明する。図1(A)は電気素子10の外観斜視図である。図1(B)は電気素子10の側面図である。電気素子10は、矩形平板状のフレキシブルアンテナ11および直方体状のリジッド部材12を備える。フレキシブルアンテナ11はフレキシブル性を有し、リジッド部材12は、フレキシブルアンテナ11よりも剛性が高く、リジッド性を有する。リジッド部材12はフレキシブルアンテナ11の主面S1に直接的に接合されている。言い換えると、リジッド部材12とフレキシブルアンテナ11とは、その間に他の部材(接着剤等)を介さずに接合されている。フレキシブルアンテナ11は本発明のフレキシブル基板の一例である。
フレキシブルアンテナ11は、積層されたフレキシブル性を有する基材層と、その基材層に形成された導体パターン(図示せず)とで構成されている。フレキシブルアンテナ11の基材層は液晶ポリマー等の熱可塑性樹脂からなる。導体パターンは、例えば、コイル状に形成され、コイルアンテナとして機能する。
リジッド部材12は、フレキシブルアンテナ11と、電気素子10近傍の他の部材との間隔を保つスペーサとして用いられる。リジッド部材12は液晶ポリマー等の熱可塑性樹脂からなる。フレキシブルアンテナ11とリジッド部材12とは主成分が実質的に同一の熱可塑性樹脂から形成されている。リジッド部材12には導体パターンが形成されていない。
すなわち、フレキシブルアンテナ11またはリジッド部材12のうち少なくとも一方は熱可塑性樹脂から形成されている。フレキシブルアンテナ11には、電気素子10の主機能(アンテナとしての機能)を司る部分の少なくとも一部を構成する導体パターンが形成されている。リジッド部材12には、電気素子10の主機能を司る部分を構成する導体パターンが形成されていない。電気素子10の主機能の特性を考慮してパターニングされた導体パターンをリジッド部材12に形成すると、リジッド部材12とフレキシブルアンテナ11との接合時の位置精度によって高周波特性にバラツキが生じてしまう可能性がある。フレキシブルアンテナ11とリジッド部材12とは対向する面同士が直接的に接合されている。フレキシブルアンテナ11に形成された導体パターンは、主機能を司る高周波回路の少なくとも一部を構成している。この高周波回路はアンテナ回路である。
リジッド部材12を介してフレキシブルアンテナ11と他の部材とを配置する際、フレキシブルアンテナ11の主面S1と同一の方向を向いたリジッド部材12の主面S2を他の部材に接触させる。これにより、フレキシブルアンテナ11と他の部材との間隔が一定に保たれる。
図2は、電気素子10の製造方法を示す外観斜視図である。図2に示すように、超音波接合によりフレキシブルアンテナ11とリジッド部材12とを接合する。これにより、フレキシブルアンテナ11とリジッド部材12とが接触する部分のみを効率良く加熱することができる。具体的には、フレキシブルアンテナ11の上面にリジッド部材12を加圧、接触させる。その状態で、フレキシブルアンテナ11、リジッド部材12に超音波振動を加える。フレキシブルアンテナ11とリジッド部材12とが接触する部分が摩擦により加熱され、その部分の熱可塑性樹脂が溶解することで、フレキシブルアンテナ11とリジッド部材12とが接合される。
すなわち、フレキシブルアンテナ11の主面の一部にリジッド部材12を接触させる。その状態で、フレキシブルアンテナ11とリジッド部材12とが接触した部分を局所的に加熱して、フレキシブルアンテナ11またはリジッド部材12のうち少なくとも一方を構成する熱可塑性樹脂を溶融させることで、フレキシブルアンテナ11とリジッド部材12との対向する面同士を直接的に接合する。
一般的に、電気素子と、電気素子に近接する金属部材との距離が変化すると、電気素子に形成された導体パターンと、金属部材との間の電界や磁界の結合度が変化する。このため、電気素子と金属部材との位置関係は電気素子の特性に影響を与える。電気素子がアンテナとして機能する場合、この影響は特に大きくなる。
第1の実施形態では、フレキシブルアンテナ11にリジッド部材12が接合された状態の寸法精度やフレキシブルアンテナ11に対するリジッド部材12の位置精度のばらつきが小さいので、リジッド部材12をスペーサとして用いることで、フレキシブルアンテナ11と電気素子10近傍の他の部材との相対的な位置関係がばらつくことを抑制することができる。この結果、電気素子10近傍の他の部材が金属部材であっても、電気素子10の特性がばらつくことを抑制できる。
たとえば、フレキシブルアンテナ11の主面S1とリジッド部材12の主面S2との距離のばらつきが小さくなる。このため、リジッド部材12を介してフレキシブルアンテナ11と他の部材とを配置することで、フレキシブルアンテナ11と他の部材との相対的な位置関係がばらつくことを抑制することができる。
また、フレキシブルアンテナ11の基材層とリジッド部材12とは、主成分が実質的に同一の熱可塑性樹脂からなり、互いに略等しい誘電率を有する。フレキシブルアンテナ11とリジッド部材12との間には、誘電率が当該熱可塑性樹脂の誘電率と異なる層、例えば、接着剤等からなる層が介在していない。このため、フレキシブルアンテナの特性を制御することが容易となるので、フレキシブルアンテナの特性が劣化することを抑制できる。
また、フレキシブルアンテナ11の基材層とリジッド部材12とは、主成分が実質的に同一の熱可塑性樹脂からなり、互いに略等しい熱膨張係数を有する。フレキシブルアンテナ11とリジッド部材12との間には、熱膨張係数が当該熱可塑性樹脂の熱膨張係数と異なる層、例えば、接着剤等からなる層が介在していない。このため、熱膨張係数の差により生じるフレキシブルアンテナ11とリジッド部材12との間の接合不良を防止することができる。
また、フレキシブルアンテナ11とリジッド部材12とを接合する際、フレキシブルアンテナ11とリジッド部材12とが接触する部分のみを局所的に加熱し、その部分の熱可塑性樹脂のみを局所的に溶融させる。このため、フレキシブルアンテナ11およびリジッド部材12は大きく塑性変形しない。また、フレキシブルアンテナ11にレジストが形成されていても、レジストはほとんど変形しない。また、加熱温度を調整することにより、フレキシブルアンテナ11およびリジッド部材12を構成する熱可塑性樹脂の流動性を容易に制御することができる。これらの結果、寸法精度が高い電気素子10を作製することができる。
また、例えば、複数の基材層を積層してなる多層基板から不要な部分を取り除くことでフレキシブル部とリジッド部とを形成すると、材料ロスが大きくなる。第1の実施形態では、フレキシブルアンテナ11とリジッド部材12とを別個に作製した上で、両者を直接的に接合するため、材料ロスを低減することができる。このため、第1の実施形態では、例示した工法に比べて材料の使用量を低減することができる。また、例示した工法では、基材層を熱圧着する際に基材層全体を加熱する必要がある。一方、第1の実施形態では、フレキシブルアンテナ11とリジッド部材12とを接合する際、フレキシブルアンテナ11とリジッド部材12とが接触する部分のみを局所的に加熱すればよい。
なお、第1の実施形態では、フレキシブルアンテナ11およびリジッド部材12が実質的に同一の熱可塑性樹脂から形成されているが、本発明のフレキシブル基板およびリジッド部材はこれに限定されない。フレキシブル基板およびリジッド部材は、互いに主成分が異なる熱可塑性樹脂から形成されてもよい。また、フレキシブル基板およびリジッド部材のうち少なくとも一方が熱可塑性樹脂から形成されていればよいので、たとえば、フレキシブル基板を熱可塑性樹脂で形成し、リジッド部材を熱硬化性樹脂で形成してもよい。
また、第1の実施形態のフレキシブルアンテナ11は複数の基材層を積層してなるが、本発明のフレキシブル基板はこれに限られない。本発明のフレキシブル基板は単一の基材層から構成されてもよい。また、本発明のリジッド部材は、多層基板から構成されてもよいし、単層基板から構成されてもよい。
また、第1の実施形態では、フレキシブルアンテナ11とリジッド部材12とが接触する部分を局所的に加熱するために、リジッド部材12に超音波振動を加えたが、本発明はこれに限定されない。本発明では、ヒーターで所定の加熱温度に温められたコテを、フレキシブルアンテナ11とリジッド部材12とが接触した部分に当ててもよい。
また、第1の実施形態のフレキシブルアンテナ11に形成された導体パターンは、アンテナを構成しているが、本発明のフレキシブル基板に形成された導体パターンは、これに限られない。本発明のフレキシブル基板に形成された導体パターンは、たとえば、高周波伝送線路など、アンテナ以外の高周波回路を構成してもよいし、高周波回路以外の電気素子の主機能を司る部分を構成してもよい。
《第2の実施形態》
本発明の第2の実施形態に係る携帯機器23について説明する。図3は、携帯機器23の内部を示す平面図である。携帯機器23は、電気素子20、筐体25、電池パック26および回路基板27A,27Bを備える。
電気素子20は伝送線路21および伝送線路21よりも剛性の高いリジッド部材22を備える。伝送線路21は本発明のフレキシブル基板に相当する。伝送線路21またはリジッド部材22のうち少なくとも一方は熱可塑性樹脂から形成されている。伝送線路21には、電気素子20の主機能(信号を伝送する機能)を司る部分の少なくとも一部を構成する導体パターンが形成されている。リジッド部材22には、電気素子20の主機能を司る部分を構成する導体パターンが形成されていない。伝送線路21とリジッド部材22とは対向する面同士が直接的に接合されている。
回路基板27A、電池パック26および回路基板27Bは、筐体25の長手方向に沿ってこの順で、筐体25内に設けられている。回路基板27A上の配線と回路基板27B上の配線とは伝送線路21により接続されている。伝送線路21は筐体25の側面と電池パック26の側面との隙間を延伸している。伝送線路21と電池パック26との間には、スペーサとして用いられるリジッド部材22が設けられている。リジッド部材22は電池パック26に接触している。すなわち、電気素子20はリジッド部材22を介して携帯機器23内の部材と接触している。
第2の実施形態では、第1の実施形態と同様に、伝送線路21と筐体25内の他の部材との相対的な位置関係がばらつくことを抑制することができる。このため、伝送線路21の近傍に電池パック26があっても、伝送線路21の特性がばらつくことを抑制できる。
携帯機器では、その狭い内部空間に多数の部材が配置されるので、電気素子を他の部材に近接させて配置する必要がある。このため、本発明の電気素子は、携帯機器に内蔵される場合に特に有用である。
《第3の実施形態》
本発明の第3の実施形態に係る携帯機器33について説明する。図4は、携帯機器33の一部を示す断面図である。携帯機器33は、電気素子30、マザー基板35およびインダクタブリッジ36を備える。
電気素子30はフレキシブルアンテナ11およびフレキシブルアンテナ11よりも剛性の高いリジッド部材32A,32Bを備える。フレキシブルアンテナ11またはリジッド部材32A,32Bのうち少なくとも一方は熱可塑性樹脂から形成されている。フレキシブルアンテナ11には、電気素子30の主機能を司る部分の少なくとも一部を構成する導体パターンが形成されている。リジッド部材32A,32Bには、電気素子30の主機能を司る部分を構成する導体パターンが形成されていない。フレキシブルアンテナ11とリジッド部材32A,32Bとは対向する面同士が直接的に接合されている。
マザー基板35の上方には電気素子30が設けられている。マザー基板35と電気素子30との間には、インダクタブリッジ36が設けられている。マザー基板35の上面に形成された配線と、電気素子30のフレキシブルアンテナ11とは、インダクタブリッジ36により接続されている。
マザー基板35は、第1端部と、第1端部の反対側に位置する第2端部とを有する。マザー基板35の第1端部はマザー基板35の他の部分に比べて厚くなっている。フレキシブルアンテナ11は、マザー基板35の上方にマザー基板35と平行に配置されている。電気素子30のリジッド部材32A,32Bはフレキシブルアンテナ11の下面に形成されている。リジッド部材32A,32Bはスペーサとして用いられる。リジッド部材32Bはリジッド部材32Aに比べて厚くなっている。
インダクタブリッジ36は、積層されたフレキシブル性を有する細長状の基材層と、その基材層に形成された導体パターン(図示せず)とを備える。この導体パターンは伝送線路を構成している。また、この導体パターンの一部は、コイル状やミアンダ状に形成され、インダクタを構成している。インダクタブリッジ36は、マザー基板35の上面に沿ってマザー基板35の第1端部側からマザー基板35の第2端部側へ延伸している。インダクタブリッジ36の両端部には、コネクタが設けられている。
マザー基板35の第1端部側では、インダクタブリッジ36の端部がコネクタを介してフレキシブルアンテナ11の下面に接続されている。また、マザー基板35の第1端部側では、フレキシブルアンテナ11とインダクタブリッジ36との間に、リジッド部材32Aが配置されている。リジッド部材32Aの上面はフレキシブルアンテナ11に接合し、リジッド部材32Aの下面はインダクタブリッジ36に接触している。
マザー基板35の第2端部側では、インダクタブリッジ36の端部がコネクタを介してマザー基板35の配線に接続されている。また、マザー基板35の第2端部側では、フレキシブルアンテナ11とマザー基板35との間に、リジッド部材32Bが配置されている。リジッド部材32Bの上面はフレキシブルアンテナ11に接合し、リジッド部材32Bの下面はマザー基板35に接触している。
携帯機器33では、携帯機器23(図3参照)の場合と同様に、フレキシブルアンテナ11と、インダクタブリッジ36の導体パターンとの相対的な位置関係がばらつくことを抑制することができる。このため、フレキシブルアンテナ11の近傍にインダクタブリッジ36があっても、フレキシブルアンテナ11の特性がばらつくことを抑制できる。
図5は、第3の実施形態の変形例に係る携帯機器43の一部を示す断面図である。携帯機器43は、マザー基板35、フレキシブルアンテナ11および電気素子40を備える。電気素子40はインダクタブリッジ41およびインダクタブリッジ41よりも剛性の高いリジッド部材42を備える。インダクタブリッジ41は本発明のフレキシブル基板に相当する。インダクタブリッジ41またはリジッド部材42のうち少なくとも一方は熱可塑性樹脂から形成されている。インダクタブリッジ41には、電気素子40の主機能(インダクタとしての機能)を司る部分の少なくとも一部を構成する導体パターンが形成されている。リジッド部材42には、電気素子40の主機能を司る部分を構成する導体パターンが形成されていない。インダクタブリッジ41とリジッド部材42とは対向する面同士が直接的に接合されている。
リジッド部材42はマザー基板35とインダクタブリッジ41との間に配置されている。リジッド部材42の上面はインダクタブリッジ41に接合し、リジッド部材42の下面はマザー基板35に接触している。その他の構成は携帯機器33(図4参照)の構成と同様である。携帯機器43では、携帯機器33の場合と同様に、フレキシブルアンテナ11の近傍にインダクタブリッジ41があっても、フレキシブルアンテナ11の特性がばらつくことを抑制できる。
《第4の実施形態》
本発明の第4の実施形態に係る電気素子50について説明する。図6(A)は、電気素子50とプリント基板55との接続構造を示す外観斜視図である。図6(B)は、電気素子50とプリント基板55との接続構造を示す断面図である。
プリント基板55とフレキシブル基板51のランド57とは、バネ端子56を介して接続されている。バネ端子56は、バネ端子56の貫通孔にリジッド部材52の凸部58が嵌入することで、所定位置に配置されるとともに、リジッド部材52に支持される。
電気素子50はフレキシブル基板51およびフレキシブル基板51よりも剛性の高いリジッド部材52を備える。フレキシブル基板51またはリジッド部材52のうち少なくとも一方は熱可塑性樹脂から形成されている。フレキシブル基板51には、電気素子50の主機能を司る部分の少なくとも一部を構成する導体パターンが形成されている。リジッド部材52には、電気素子50の主機能を司る部分を構成する導体パターンが形成されていない。フレキシブル基板51とリジッド部材52とは対向する面同士が直接的に接合されている。
リジッド部材52はフレキシブル基板51の上面に接合されている。リジッド部材52の上面には2つ凸部58が形成されている。2つの凸部58はフレキシブル基板51の短手方向に沿って並んでいる。リジッド部材52の凸部58には、フレキシブル基板51の上面から所定の高さだけ離れた位置に、凸部58の側面を一周する溝が形成されている。フレキシブル基板51の上面には、平面視でリジッド部材52の縁に沿って2つのランド57が形成されている。2つのランド57はフレキシブル基板51の短手方向に沿って並んでいる。
プリント基板55は、フレキシブル基板51と対向するようにフレキシブル基板51の上方に配置されている。プリント基板55の短手方向はフレキシブル基板51の短手方向を向いている。プリント基板55の下面の端部には、半田59を介して2つのバネ端子56が設けられている。2つのバネ端子56は、プリント基板55の短手方向に沿って並んでいる。
バネ端子56は、弾性を有する金属板からなる。バネ端子56は、半田59を介してプリント基板55に接続された第1端部と、第1端部と反対側に位置する第2端部とを有する。バネ端子56はリジッド部材52の上面および側面に沿って延伸している。バネ端子56のうちリジッド部材52の上面に沿う部分に貫通孔が形成されている。バネ端子56の貫通孔にリジッド部材52の凸部58が嵌入するとともに、リジッド部材52の凸部58の溝にバネ端子56の貫通孔の縁が陥入している。バネ端子56はその第2端部側に屈曲部を有する。バネ端子56の屈曲部は、ランド57に押しつけられ、ランド57と接触している。これにより、バネ端子56とランド57とが導通する。
第4の実施形態では、第1の実施形態と同様に、リジッド部材52を精度良く配置することができる。そして、リジッド部材52の凸部58によりバネ端子56の位置が固定されるので、バネ端子56を精度良く配置することができるとともに安定して支持することができる。また、バネ端子56の屈曲部は、バネ端子56の弾性変形で生じる応力によりランド57に押しつけられる。これらの結果、バネ端子56とランド57とを確実に導通させることができる。
《第5の実施形態》
本発明の第5の実施形態に係る電気素子60について説明する。図7(A)は、電気素子60とプリント基板55との接続構造を示す外観斜視図である。図7(B)は、電気素子60とプリント基板55との接続構造を示す模式的断面図である。なお、図7(A)ではプリント基板55を省略している。
プリント基板55とフレキシブル基板51のランド57とは、接合端子65の導体パターン67を介して接続されている。接合端子65はリジッド部材52を覆うように設けられている。接合端子65は、接合端子65の樹脂キャップ66の貫通孔にリジッド部材52の凸部58が嵌入することで、所定位置に配置されるとともに、リジッド部材52に支持される。
電気素子60はフレキシブル基板51およびフレキシブル基板51よりも剛性の高いリジッド部材52を備える。フレキシブル基板51またはリジッド部材52のうち少なくとも一方は熱可塑性樹脂から形成されている。フレキシブル基板51には、電気素子60の主機能を司る部分の少なくとも一部を構成する導体パターンが形成されている。リジッド部材52には、電気素子60の主機能を司る部分を構成する導体パターンが形成されていない。フレキシブル基板51とリジッド部材52とは対向する面同士が直接的に接合されている。
リジッド部材52はフレキシブル基板51の上面に接合されている。リジッド部材52の上面に形成された2つの凸部58は、フレキシブル基板51の短手方向に沿って並んでいる。フレキシブル基板51の上面には、平面視でリジッド部材52を囲むように8つのランド57が形成されている。平面視で、リジッド部材52の縁端部のうちフレキシブル基板51の長手方向に平行なそれぞれの縁端部に沿って、3つのランド57が形成されている。平面視で、リジッド部材52の縁端部のうちフレキシブル基板51の短手方向に平行なそれぞれの縁端部に沿って、1つのランド57が形成されている。
プリント基板55の短手方向はフレキシブル基板51の長手方向を向いている。プリント基板55の下面には、半田59を介して接合端子65が設けられている。接合端子65は、樹脂で形成された樹脂キャップ66と、樹脂キャップ66に形成された導体パターン67とを有する。樹脂キャップ66は、箱型形状であり、矩形状の開口部を有する。樹脂キャップ66の側面の開口部側には、樹脂キャップ66の側面に垂直な方向に樹脂キャップ66の外側に向かって広がる外縁部が形成されている。樹脂キャップ66の底面には、フレキシブル基板51の長手方向に沿って並んだ2つの貫通孔が形成されている。樹脂キャップ66は、その開口部側が下側を向き、その外縁部がフレキシブル基板51の上面に接触するように、配置されている。樹脂キャップ66の貫通孔にリジッド部材52の凸部58が嵌入するとともに、リジッド部材52の凸部58の溝に樹脂キャップ66の貫通孔の縁が陥入している。
樹脂キャップ66の側面のうちフレキシブル基板51の長手方向に平行なそれぞれの側面の内面側には、3つの導体パターン67が形成されている。樹脂キャップ66の側面のうちフレキシブル基板51の短手方向に平行なそれぞれの側面の内面側には、1つの導体パターン67が形成されている。
導体パターン67は、樹脂キャップ66の底面の縁から樹脂キャップ66の外縁部へ延伸している。導体パターン67の端部のうち樹脂キャップ66の底面側に位置する第1端部は、樹脂キャップ66内面側から外面側に向けて貫通し、樹脂キャップ66の外面側に露出している。導体パターン67の第1端部は、半田59を介してプリント基板55に接続されている。導体パターン67の端部のうち樹脂キャップ66の外縁部側に位置する第2端部は、フレキシブル基板51のランド57に接触している。
第5の実施形態では、第4の実施形態と同様に、接合端子65の導体パターン67とフレキシブル基板51のランド57とを確実に導通させることができる。
《第6の実施形態》
本発明の第6の実施形態に係る電気素子70について説明する。図8は電気素子70の外観斜視図である。図9は電気素子70の分解斜視図である。図10(A)は電気素子70の平面図である。図10(B)は電気素子70の底面図である。
リジッド部材72には、導体パターン77および引出配線78が形成されている。導体パターン77は、リジッド部材72のフレキシブルアンテナ71に接合されている面とは反対側の略全面に形成されている。引出配線78は、導体パターン77からリジッド部材72のフレキシブルアンテナ71に接合されている面まで延伸し、アンテナパターン74(アンテナ回路の一部)に接続されている。導体パターン77はグランド導体である。
電気素子70はフレキシブルアンテナ71およびフレキシブルアンテナ71よりも剛性の高いリジッド部材72を備える。フレキシブルアンテナ71の基材層73およびリジッド部材72は熱可塑性樹脂から形成されている。フレキシブルアンテナ71には、電気素子70の主機能を司る部分を構成する導体パターンが形成されている。リジッド部材72には、電気素子70の主機能を司る部分を構成する導体パターンが形成されていない。フレキシブルアンテナ71とリジッド部材72とは、対向する面同士が直接的に接合されている。
電気素子70は略直方体状である。電気素子70の幅方向に垂直な側面は台形状である。フレキシブルアンテナ71は矩形平板状の基材層73を折り曲げてなる。フレキシブルアンテナ71は、リジッド部材72の上面全体、および、電気素子70の長さ方向に垂直な側面S71全体に配置されている。フレキシブルアンテナ71は、リジッド部材72の上面および側面S71に跨るように配置されている。フレキシブルアンテナ71とリジッド部材72とは一体化されている。フレキシブルアンテナ71とリジッド部材72との間には、接着剤等の接合用の部材が介在していない。
基材層73のリジッド部材72とは反対側の主面には、アンテナパターン74が形成されている。アンテナパターン74は、電気素子70の主機能(アンテナとしての機能)を司る部分を構成する導体パターンである。アンテナパターン74は放射電極パターン75および接続端子電極76A,76Bからなる。放射電極パターン75は基材層73の主面の縁に沿って延伸している。放射電極パターン75の一方の端部には、接続端子電極76Aが形成されている。放射電極パターン75の他方の端部付近には、電気素子70の幅方向に延出する延出部が形成されている。この延出部の端部には、接続端子電極76Bが形成されている。接続端子電極76Aは給電回路(図示せず)に接続される。接続端子電極76Bはグランドに接続される。
リジッド部材72は略直方体状である。リジッド部材72の幅方向に垂直な側面S72は台形状である。なお、第6の実施形態のリジッド部材は直方体状でもよい。リジッド部材72には、矩形平板状の導体パターン77、引出配線78および接続端子電極76Cが形成されている。導体パターン77はグランドとして機能する。導体パターン77、引出配線78および接続端子電極76Cは、電気素子70の主機能の特性を考慮してパターニングされるものでないので、電気素子70の主機能を司る部分を構成する導体パターンではない。
導体パターン77はリジッド部材72の下面の略全面に形成されている。引出配線78は導体パターン77からリジッド部材72の上面まで延伸している。引出配線78は、リジッド部材72の側面S72を通ってリジッド部材72の下面から上面まで延伸している。引出配線78におけるリジッド部材72の上面側の端部には、接続端子電極76Cが形成されている。接続端子電極76Cは平面視で接続端子電極76Bに重なっている。接続端子電極76Bと接続端子電極76Cとは、フレキシブルアンテナ71に形成された層間接続導体(図示せず)を介して接続されている。
図11および図12は電気素子70の製造方法を示す図である。まず、片面全面に導体箔が貼られた基材層73を用意する。次に、図11(A)に示すように、エッチング等により基材層73の導体箔をパターニングすることでアンテナパターン74を形成する。基材層73の材料は、液晶ポリマー等からなる熱可塑性樹脂である。基材層73の導体箔は銅箔等である。また、図11(B)に示すように、平面視で接続端子電極76Bに重なる位置に、基材層73を貫通する貫通孔を形成する。そして、この貫通孔に導電ペースト81を充填する。導電ペースト81はCu-Sn系の導電材料等からなる。次に、図11(C)に示すように、基材層73のアンテナパターン74が形成された面を外側にして、基材層73の短手方向に沿って、基材層73を折り曲げる。
次に、図12に示すように、基材層73をリジッド部材72の上面および側面S71に沿うように配置する。リジッド部材72の材料は、液晶ポリマー等からなる熱可塑性樹脂である。リジッド部材72には、レーザ法やメッキ法により、導体パターン77(図10参照)、引出配線78および接続端子電極76Cが形成されている。そして、基材層73をリジッド部材72に押し当てながら加熱することにより、基材層73とリジッド部材72とを加熱圧着させる。また、加熱プレスの際、導電ペースト81(図11参照)が硬化することにより、接続端子電極76B,76Cに接合された層間接続導体が形成される。これにより、フレキシブルアンテナ71の基材層73とリジッド部材72とを接合用の部材を介することなく容易に直接接合させることができる。また、フレキシブルアンテナ71の導体部分とリジッド部材72の導体部分とを接合用の部材を介することなく容易に直接接合させることができる。以上の工程により、電気素子70が完成する。
図13(A)は、電気素子70と金属筐体85との配置関係を示す断面図である。図13(A)に図示された電気素子70の断面はA−A断面(図10参照)に対応する。電気素子70と金属筐体85とは近接している。電気素子70は、導体パターン77の主面と金属筐体85の主面とが対向するように配置されている。電気素子70は両面テープ等の粘着シート84で金属筐体85に固定されている。なお、電気素子70はネジ止めで金属筐体85に固定されてもよい。また、図13(B)に示すように、電気素子70は、導体パターン87が形成された絶縁基板86に近接して配置されてもよい。電気素子70は、導体パターン77の主面と絶縁基板86の主面とが対向するように配置されている。
アンテナパターンを備える電気素子を金属筐体に固定する場合、アンテナパターンと金属筐体との距離が電気素子の特性に影響を与える。一方、電気素子を粘着シートやネジ止めで金属筐体に固定すると、アンテナパターンと金属筐体との距離のばらつきが大きくなる。このため、電気素子の特性のばらつきが大きくなるおそれがある。
第6の実施形態では、グランドとして機能する導体パターン77がリジッド部材72の下面の略全面に形成されている。図13(A)に示すように、導体パターン77の主面と金属筐体85の主面とが対向するように電気素子70を配置すると、アンテナパターン74と金属筐体85との距離は電気素子70の特性にあまり影響せず、アンテナパターン74と導体パターン77との距離が電気素子70の特性に主に影響することになる。一方、上述のように、フレキシブルアンテナ71にリジッド部材72が接合された状態の寸法精度やフレキシブルアンテナ71に対するリジッド部材72の位置精度のばらつきが小さいので、アンテナパターン74と導体パターン77との距離がばらつくことを抑制することができる。このため、電気素子70を粘着シートやネジ止めで金属筐体に固定しても、電気素子70の特性がばらつくことを抑制できる。
また、導体パターンが形成された絶縁基板に電気素子を配置する場合、電気素子と絶縁基板上の導体パターンとの位置関係、すなわち、絶縁基板の主面上における電気素子の位置も電気素子の特性に影響を与える。第6の実施形態では、図13(B)に示すように、リジッド部材72の下面の略全面に形成された導体パターン77の主面と絶縁基板86の主面とが対向するように電気素子70を配置すると、アンテナパターン74と絶縁基板86の導体パターン87との位置関係は電気素子70の特性にあまり影響しない。このため、絶縁基板86の主面上における電気素子の位置にかかわらず、電気素子70の特性を安定させることができる。なお、一部に導体部分を有する樹脂筐体の近傍に電気素子70を配置する場合でも、同様の効果を得ることができる。
また、アンテナパターン74と金属筐体85との距離は電気素子70の特性にあまり影響を与えないので、アンテナパターン74と金属筐体85との距離に高い精度を要求する必要がない。また、筐体が電気素子70の特性にあまり影響を与えないので、筐体の選択自由度が広くなる。
次に、第6の実施形態の変形例に係る電気素子90について説明する。図14は電気素子90の側面図である。リジッド部材72の上面にフレキシブルアンテナ91が配置されている。フレキシブルアンテナ91の一方の端部は、リジッド部材72の側面に沿うように折れ曲がりながら延伸している。フレキシブルアンテナ91の他方の端部は、リジッド部材72から突出するように延伸している。フレキシブルアンテナ91のリジッド部材72とは反対側の主面には、実装部品88Aが設けられている。フレキシブルアンテナ91の他方の端部のリジッド部材72側の主面には、実装部品88Bが設けられている。実装部品88A,88Bは、例えば、整合回路を含むチップ部品、コネクタ等である。このように、フレキシブルアンテナの接合部以外の部分に実装部品を搭載してもよい。
《第7の実施形態》
本発明の第7の実施形態に係る電気素子100について説明する。電気素子100の外観は図8および図10に示したものと同様である。図15(A)は電気素子100の分解斜視図である。図15(B)は電気素子100のB−B断面図である。第7の実施形態については、第6の実施形態と異なる点について説明する。
リジッド部材102の上面および側面S71には凹部109が形成されている。凹部109は、フレキシブルアンテナ71の主面に垂直な方向から見て、アンテナパターン74と同一の位置に配置されている。なお、接続端子電極76Cは凹部109に形成されているが、接続端子電極76Cが形成された部分は凹まなくてもよい。これにより、後述の超音波接合の際、フレキシブルアンテナ71の層間接続導体と接続端子電極76Cとを確実に接続させることができる。フレキシブルアンテナ71の露出面は、アンテナパターン74が基材層73にめり込むことにより平坦となっている。基材層73のリジッド部材102側の主面には、リジッド部材102の凹部109に嵌合する部分が形成されている。
図16は、電気素子100の製造方法を示す断面図である。まず、図16(A)に示すように、アンテナパターン74等が形成された基材層73を用意する。次に、図16(B)に示すように、導体パターン77、凹部109等が形成されたリジッド部材102を用意する。凹部109は、突起部を有する金型で樹脂部材をプレスすることにより形成される。次に、図16(C)に示すように、平面視でアンテナパターン74と凹部109とが重なるように、基材層73およびリジッド部材102を配置する。そして、超音波接合により基材層73とリジッド部材102とを接合する。この際、アンテナパターン74は熱可塑性樹脂を介して凹部109に嵌合する。
第7の実施形態では、リジッド部材102に凹部109が形成されている。超音波接合の際、アンテナパターン74が熱可塑性樹脂を介して凹部109に嵌合するので、リジッド部材102に対するフレキシブルアンテナ71の位置ズレを抑制することができる。また、超音波接合の際、基材層73の主面に均一に圧力がかかるので、アンテナパターン74が形成された部分に荷重が集中することを抑制できる。このため、集中荷重による意図しない熱可塑性樹脂の変形に伴って電気素子100の特性が変化してしまうことを抑制できる。
なお、第7の実施形態ではリジッド部材102に凹部109が形成されているが、本発明はこれに限られない。本発明では、フレキシブルアンテナのリジッド部材側の主面に、アンテナパターンに対応する凹部が形成されてもよい。
また、第6の実施形態および第7の実施形態のリジッド部材には、電気素子の主機能を司る部分ではない他の部分を構成する導体パターンが形成されているが、本発明のリジッド部材はこれに限られない。本発明のリジッド部材には、いずれの回路にも接続されていないダミーパターンが形成されていてもよい。
S1,S2…主面
S71,S72…側面
10〜70,90,100…電気素子
11,71,91…フレキシブルアンテナ(フレキシブル基板)
12,22,32A,32B,42,72,102…リジッド部材
21…伝送線路
23,33,34,43…携帯機器
25…筐体
26…電池パック
27A,27B…回路基板
35…マザー基板
36,41…インダクタブリッジ
51…フレキシブル基板
52…リジッド部材
55…プリント基板
56…バネ端子
57…ランド
58…凸部
59…半田
65…接合端子
66…樹脂キャップ
67,77,87…導体パターン
73…基材層
74…アンテナパターン
75…放射電極パターン
76A〜76C…接続端子電極
78…引出配線
81…導電ペースト
84…粘着シート
85…金属筐体
86…絶縁基板
88A,88B…実装部品
109…凹部
(1)本発明の電気素子はフレキシブル基板およびフレキシブル基板よりも厚みが厚く剛性の高いリジッド部材を備える。フレキシブル基板またはリジッド部材のうち少なくとも一方は熱可塑性樹脂から形成されている。フレキシブル基板には、電気素子の主機能を司る部分の少なくとも一部を構成する導体パターンが形成されている。リジッド部材には、電気素子の主機能を司る部分を構成する導体パターンが形成されていない。フレキシブル基板とリジッド部材とは対向する面同士が直接的に接合されている。なお、電気素子の主機能を司る部分とは、たとえば、コイル素子であればコイルであり、伝送線路素子であれば信号線路やグランド導体である。電気素子の主機能を司る部分を構成する導体パターンとは、電気素子の主機能の特性を考慮してパターニングされたものである。
(9)本発明の電気素子の製造方法は、フレキシブル基板およびフレキシブル基板よりも厚みが厚く剛性の高いリジッド部材を備える電気素子であって、リジッド部材には電気素子の主機能を司る部分を構成する導体パターンが形成されていない電気素子の製造方法である。本発明の電気素子の製造方法では、フレキシブル基板の主面の一部にリジッド部材を接触させる工程と、フレキシブル基板とリジッド部材とが接触した部分を局所的に加熱して、フレキシブル基板またはリジッド部材のうち少なくとも一方を構成する熱可塑性樹脂を溶融させることで、フレキシブル基板とリジッド部材との対向する面同士を直接的に接合する工程とを備える。

Claims (10)

  1. フレキシブル基板および前記フレキシブル基板よりも剛性の高いリジッド部材を備える電気素子であって、
    前記フレキシブル基板または前記リジッド部材のうち少なくとも一方は熱可塑性樹脂から形成され、
    前記フレキシブル基板には、前記電気素子の主機能を司る部分の少なくとも一部を構成する導体パターンが形成され、
    前記リジッド部材には、前記電気素子の主機能を司る部分を構成する導体パターンが形成されておらず、
    前記フレキシブル基板と前記リジッド部材とは対向する面同士が直接的に接合されている、電気素子。
  2. 前記リジッド部材は、前記フレキシブル基板と前記電気素子近傍の他の部材との間隔を保つスペーサである、請求項1に記載の電気素子。
  3. 前記フレキシブル基板に形成された前記導体パターンは、前記主機能を司る高周波回路の少なくとも一部を構成する、請求項1または2に記載の電気素子。
  4. 前記高周波回路はアンテナ回路である、請求項3に記載の電気素子。
  5. 前記リジッド部材には、前記リジッド部材の前記フレキシブル基板に接合されている面とは反対側の略全面に形成されているグランド導体と、前記グランド導体から前記リジッド部材の前記フレキシブル基板に接合されている面まで延伸し、前記アンテナ回路に接続されている引出配線と、が形成されている、請求項4に記載の電気素子。
  6. 前記リジッド部材には導体パターンが形成されていない、請求項1ないし4のいずれかに記載の電気素子。
  7. 前記フレキシブル基板と前記リジッド部材とは主成分が実質的に同一の熱可塑性樹脂から形成されている、請求項1ないし6のいずれかに記載の電気素子。
  8. 請求項1ないし7のいずれかに記載の電気素子を備える携帯機器であって、
    前記電気素子は前記リジッド部材を介して前記携帯機器内の部材と接触している、携帯機器。
  9. フレキシブル基板および前記フレキシブル基板よりも剛性の高いリジッド部材を備える電気素子の製造方法であって、
    前記フレキシブル基板の主面の一部に前記リジッド部材を接触させる工程と、
    前記フレキシブル基板と前記リジッド部材とが接触した部分を局所的に加熱して、前記フレキシブル基板または前記リジッド部材のうち少なくとも一方を構成する熱可塑性樹脂を溶融させることで、前記フレキシブル基板と前記リジッド部材との対向する面同士を直接的に接合する工程とを備える、電気素子の製造方法。
  10. 前記接合する工程では、超音波振動を加えることにより、前記フレキシブル基板と前記リジッド部材とが接触した部分を局所的に加熱する、請求項9に記載の電気素子の製造方法。
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