KR20110053897A

KR20110053897A - 배선 회로 기판 및 연료 전지

Info

Publication number: KR20110053897A
Application number: KR1020100091717A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 하나조노; 신이치 이노우에
Original assignee: 닛토덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2011-05-24
Also published as: EP2302986A1; US20110076522A1; CN102036473A; TW201125201A; JP2011091030A

Abstract

FPC 기판은 베이스 절연층을 구비한다. 베이스 절연층은 제 1 절연부 및 제 2 절연부로 이루어진다. 제 1 절연부에는 절곡부가 설치된다. 베이스 절연층의 일 면에는 도체층이 형성된다. 도체층은 집전부 및 인출 도체부로 이루어진다. 도체층을 덮도록 피복층이 형성된다. 베이스 절연층의 재료로서 액정 폴리머가 사용된다.

Description

배선 회로 기판 및 연료 전지{PRINTED CIRCUIT BOARD AND FUEL CELL}

본 발명은 배선 회로 기판 및 그것을 사용한 연료 전지에 관한 것이다.

휴대 전화 등의 모바일 기기에는, 소형이고 또한 고용량인 전지가 요구된다. 그래서, 리튬 2차 전지 등의 종래 전지에 비해 높은 에너지 밀도를 얻는 것이 가능한 연료 전지의 개발이 진행되고 있다. 연료 전지로서는, 예컨대 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cells)가 있다.

직접 메탄올형 연료 전지에서는, 메탄올이 촉매에 의해 분해되어 수소 이온이 생성된다. 그 수소 이온과 공기 중의 산소를 반응시킴으로써 전력을 발생시킨다. 이 경우, 화학 에너지를 극히 효율적으로 전기 에너지로 변환할 수 있어 매우 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있다.

이러한 직접 메탄올형 연료 전지의 내부에는, 집전 회로로서 예컨대 가요성(flexible) 배선 회로 기판(이하, FPC 기판으로 약기함)이 설치된다(예컨대, 일본 특허공개 2004-200064호 공보 참조).

FPC 기판은 베이스 절연층 상에 도체층이 형성된 구성을 갖는다. FPC 기판의 일부는 연료 전지의 외부로 인출된다. 연료 전지의 외부로 인출된 FPC 기판의 부분에 여러 가지 외부 회로가 접속된다.

FPC 기판의 베이스 절연층으로서는 폴리이미드가 사용된다. 그러나, 폴리이미드는 흡습성이 높기 때문에, 폴리이미드를 베이스 절연층의 재료로 하는 FPC 기판을 연료 전지에 사용한 경우 다음과 같은 불량이 발생한다.

예컨대, 연료 전지의 외측에서, 분위기 중의 수증기 또는 다른 액체가 베이스 절연층에 흡수된다. 그 액체는 FPC 기판의 베이스 절연층을 타고 연료 전지 내에 불순물로서 침입한다. 그에 의해, 연료 전지 내에서, 연료로서 공급되는 메탄올에 불순물이 혼입되어 연료 전지의 성능이 저하된다.

또한, 연료 전지 내에서 FPC 기판의 베이스 절연층에 메탄올이 흡수되어, 그 메탄올이 FPC 기판의 베이스 절연층을 타고 연료 전지의 외부로 누설되는 경우도 있다.

나아가, 베이스 절연층이 액체를 흡수함으로써 팽창하여 도체층이 베이스 절연층으로부터 박리되는 경우도 있다.

본 발명의 목적은 베이스 절연층에 액체가 흡수되는 것에 의한 불량이 방지된 배선 회로 기판 및 그것을 구비한 연료 전지를 제공하는 것이다.

(1) 본 발명의 일 국면에 따른 배선 회로 기판은 연료 전지에 사용되는 배선 회로 기판으로서, 액정 폴리머로 이루어지는 절연층과, 절연층 상에 설치된 도체층을 구비하고, 도체층은 집전부와, 집전부로부터 연장되는 전극부를 포함하는 것이다.

그 배선 회로 기판에 있어서는, 액정 폴리머로 이루어지는 절연층 상에 집전부 및 전극부를 포함하는 도체층이 설치된다. 액정 폴리머는 폴리이미드 등의 일반적인 수지 재료와 비교하여 흡습성이 낮다. 그 때문에, 이 배선 회로 기판을 연료 전지에 사용한 경우, 연료 전지의 외부에서 배선 회로 기판의 절연층에 액체가 흡수되어, 그 액체가 배선 회로 기판의 절연층을 타고 연료 전지의 내부에 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 그에 의해, 연료 전지 내에 공급되는 연료에 불순물이 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 연료 전지의 성능 저하를 방지할 수 있다.

또한, 연료 전지 내에 공급된 연료가 배선 회로 기판의 절연층에 흡수되어 연료 전지의 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 절연층이 액체를 흡수하는 것에 의한 절연층의 팽창을 방지할 수 있으므로, 절연층으로부터 도체층이 박리되는 것을 방지할 수 있다.

(2) 액정 폴리머는 하기 화학식 1로 표시되는 분자 구조를 갖고, 몰비 [c/(c+d+e)]는 0.5 이상 0.8 이하이고, 몰비 [d/(c+d+e)]는 0.01 이상 0.49 이하이며, 몰비 [e/(c+d+e)]는 0.01 이상 0.49 이하이어도 좋다.

이 경우, 절연층이 높은 내열성을 갖는다. 그 때문에, 이 배선 회로 기판을 연료 전지에 사용한 경우에, 화학 반응에 의한 열에 의해 절연층의 온도가 상승하더라도 절연층이 변형되는 것을 방지할 수 있다.

(3) 액정 폴리머는 하기 화학식 2로 표시되는 분자 구조를 갖고, 몰비 [a/(a+b)]는 0.5 이상 0.8 이하이며, 몰비 [b/(a+b)]는 0.2 이상 0.5 이하이어도 좋다.

(4) 배선 회로 기판은 도전성 및 내산성을 갖고, 도체층의 표면을 덮도록 형성된 피복층을 추가로 가져도 좋다.

이 경우, 연료 전지 내에서, 도체층과 다른 요소 사이의 도전성을 확보하면서, 연료로서 공급되는 산에 의한 도체층의 부식을 방지할 수 있다.

(5) 피복층은 탄소를 함유하는 수지 조성물을 포함하여도 좋다.

이 경우, 저비용으로, 연료 전지 내에서의 도체층과 다른 요소 사이의 도전성을 확보하면서, 연료로서 공급되는 산에 의한 도체층의 부식을 방지할 수 있다.

(6) 상기 피복층은 내산성을 갖는 금속 재료로 이루어져도 좋다.

이 경우, 연료 전지 내에서의 도체층과 다른 요소 사이의 도전성을 충분히 확보하면서, 연료로서 공급되는 산에 의한 도체층의 부식을 방지할 수 있다.

(7) 배선 회로 기판은 절연층과 피복층의 계면을 덮는 커버 절연층을 추가로 구비하여도 좋다.

이 경우, 연료 전지 내에서 연료로서 공급되는 산이 절연층과 피복층의 계면을 타고 도체층의 집전부와 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 그에 의해, 도체층의 집전부의 부식을 확실히 방지할 수 있다.

(8) 본 발명의 다른 국면에 따른 배선 회로 기판은 연료 전지에 사용되는 배선 회로 기판으로서, 액정 폴리머로 이루어지는 절연층과, 절연층 상에 설치된 도체층을 구비하고, 도체층은 제 1 및 제 2 집전부와, 제 1 및 제 2 집전부로부터 각각 연장되는 제 1 및 제 2 전극부를 포함하고, 절연층 및 도체층은, 도체층이 내측에 위치하도록 제 1 및 제 2 집전부 사이에서 절곡(折曲) 가능하게 구성되는 것이다.

그 배선 회로 기판에 있어서는, 액정 폴리머로 이루어지는 절연층 상에, 제 1 및 제 2 집전부와 제 1 및 제 2 전극부를 포함하는 도체층이 형성된다. 이 배선 회로 기판을 연료 전지에 사용하는 경우, 배선 회로 기판의 절연층 및 도체층이, 도체층이 내측에 위치하도록 제 1 및 제 2 집전부 사이에서 절곡된다. 제 1 및 제 2 전극부는 연료 전지의 외부로 인출된다.

이 경우, 절연층이 흡습성이 낮은 액정 폴리머로 이루어지므로, 연료 전지의 외부에서 배선 회로 기판의 절연층에 액체가 흡수되어, 그 액체가 배선 회로 기판의 절연층을 타고 연료 전지의 내부에 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 그에 의해, 연료 전지 내에 공급되는 연료에 불순물이 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 연료 전지의 성능 저하를 방지할 수 있다.

(9) 본 발명의 또 다른 국면에 따른 연료 전지는, 전지 요소와, 본 발명의 다른 국면에 따른 배선 회로 기판과, 배선 회로 기판 및 전지 요소를 수용하는 하우징을 구비하고, 배선 회로 기판은, 전지 요소를 제 1 집전부와 제 2 집전부 사이에 협지한 상태로 하우징 내에 수용되고, 제 1 및 제 2 전극부가 하우징으로부터 외부로 인출된 것이다.

그 연료 전지의 배선 회로 기판에 있어서는, 액정 폴리머로 이루어지는 절연층 상에, 제 1 및 제 2 집전부와 제 1 및 제 2 전극부를 포함하는 도체층이 형성된다.

배선 회로 기판의 절연층 및 도체층이, 도체층이 내측에 위치하도록 제 1 및 제 2 집전부 사이에서 절곡된다. 절곡된 배선 회로 기판의 제 1 및 제 2 집전부 사이에 전지 요소가 배치된다.

그 상태로, 배선 회로 기판 및 전지 요소가 하우징 내에 수용됨과 동시에, 배선 회로 기판의 제 1 및 제 2 전극부가 하우징으로부터 외부로 인출된다. 제 1 및 제 2 인출 전극부에는 외부 회로가 접속된다.

이 경우, 배선 회로 기판의 절연층이 흡습성이 낮은 액정 폴리머로 이루어지므로, 연료 전지의 외부에서 배선 회로 기판의 절연층에 액체가 흡수되어, 그 액체가 배선 회로 기판의 절연층을 타고 연료 전지의 내부에 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 그에 의해, 연료 전지 내에 공급되는 연료에 불순물이 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 연료 전지의 성능 저하를 방지할 수 있다.

본 발명에 의하면, 연료 전지의 외부에서 배선 회로 기판의 절연층에 액체가 흡수되어, 그 액체가 배선 회로 기판의 절연층을 타고 연료 전지의 내부에 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 그에 의해, 연료 전지 내에 공급되는 연료에 불순물이 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 연료 전지의 성능 저하를 방지할 수 있다. 또한, 연료 전지 내에 공급된 연료가 배선 회로 기판의 절연층에 흡수되어 연료 전지의 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 절연층이 액체를 흡수하는 것에 의한 절연층의 팽창을 방지할 수 있으므로, 절연층으로부터 도체층이 박리되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 실시형태에 따른 가요성 배선 회로 기판의 구성을 나타내는 도면,
도 2는 가요성 배선 회로 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도,
도 3은 가요성 배선 회로 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도,
도 4는 도 1의 가요성 배선 회로 기판을 사용한 연료 전지의 구성을 나타내는 도면,
도 5는 가요성 배선 회로 기판의 변형예를 나타내는 단면도,
도 6은 표 1의 결과를 그래프로 나타낸 도면이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시형태에 따른 배선 회로 기판 및 연료 전지에 관하여 설명한다. 한편, 본 실시형태에서는, 배선 회로 기판의 예로서 굴곡성을 갖는 가요성 배선 회로 기판에 관하여 설명한다.

(1) 가요성 배선 회로 기판의 구성

도 1(a)는 본 실시형태에 따른 가요성 배선 회로 기판의 평면도이고, 도 1(b)는 도 1(a)의 가요성 배선 회로 기판의 A-A선 단면도이다. 이하의 설명에 있어서는, 가요성 배선 회로 기판을 FPC 기판으로 약기한다.

도 1(a) 및 도 1(b)에 나타내는 바와 같이, FPC 기판(1)은 베이스 절연층(2)을 구비한다. 베이스 절연층(2)은 직사각형의 제 1 절연부(2a), 및 제 1 절연부(2a)의 한 변으로부터 외측으로 연장되는 제 2 절연부(2b)로 이루어진다. 이하, 제 1 절연부(2a)의 상기 한 변과 그에 평행한 다른 한 변을 측변이라고 칭하고, 제 1 절연부(2a)의 측변에 수직인 다른 한 쌍의 변를 끝변이라고 칭한다.

본 실시형태에서는, 베이스 절연층(2)의 재료로서 액정 폴리머(LCP)가 사용된다. 구체적으로는, 하기 화학식 1로 표시되는 분자 구조를 갖는 액정 폴리머(이하, 제 1 액정 폴리머라고 함), 또는 하기 화학식 2로 표시되는 분자 구조를 갖는 액정 폴리머(이하, 제 2 액정 폴리머라고 함)를 사용하는 것이 바람직하다.

[화학식 1]

[화학식 2]

화학식 1에 있어서, 몰비 [c/(c+d+e)]는 0.5 이상 0.8 이하인 것이 바람직하고, 몰비 [d/(c+d+e)]는 0.01 이상 0.49 이하인 것이 바람직하며, 몰비 [e/(c+d+e)]는 0.01 이상 0.49 이하인 것이 바람직하다. 화학식 2에 있어서, 몰비 [a/(a+b)]는 0.5 이상 0.8 이하인 것이 바람직하고, 몰비 [b/(a+b)]는 0.2 이상 0.5 이하인 것이 바람직하다.

제 1 및 제 2 액정 폴리머의 중량 평균 분자량은 각각 예컨대 10,000 이상 150,000 이하이고, 20,000 이상 70,000 이하인 것이 바람직하다.

제 1 및 제 2 액정 폴리머는 예컨대 랜덤 공중합체이고, 블록 공중합체, 교대 공중합체 또는 그래프트 공중합체이어도 좋다.

제 1 및 제 2 액정 폴리머에 있어서는, 내열성을 나타내는 하중 휨 온도가 260℃ 이상으로, 다른 분자 구조를 갖는 액정 폴리머에 비해 높다. 그 때문에, 후술하는 연료 전지 내에서 화학 반응에 의한 열에 의해 베이스 절연층(2)의 온도가 상승하더라도 베이스 절연층(2)의 변형이 방지된다.

또한, 베이스 절연층(2)의 재료로서 하기 화학식 3으로 표시되는 분자 구조를 갖는 액정 폴리머(이하, 제 3 액정 폴리머라고 함)를 사용하여도 좋다.

화학식 3에 있어서, 몰비 [f/(f+g)]는 0.2 이상 0.5 이하인 것이 바람직하고, 몰비 [g/(f+g)]는 0.5 이상 0.8 이하인 것이 바람직하다.

제 3 액정 폴리머의 중량 평균 분자량은 예컨대 10,000 이상 150,000 이하이고, 20,000 이상 70,000 이하인 것이 바람직하다.

제 3 액정 폴리머는 예컨대 랜덤 공중합체이고, 블록 공중합체, 교대 공중합체 또는 그래프트 공중합체이어도 좋다.

베이스 절연층(2)의 제 1 절연부(2a)에는, 끝변에 평행하고 또한 제 1 절연부(2a)를 거의 이등분하도록 절곡부(B1)가 설치된다. 후술하는 바와 같이, 제 1 절연부(2a)는 절곡부(B1)를 따라 절곡된다. 절곡부(B1)는, 예컨대 선 형상의 얕은 홈이어도 좋고, 또는 선 형상의 마크(mark) 등이어도 좋다. 또는, 절곡부(B1)에서 제 1 절연부(2a)를 절곡 가능하면, 절곡부(B1)에 특별히 아무것도 없어도 좋다. 상기 제 2 절연부(2b)는 절곡부(B1)를 경계로 하는 제 1 절연부(2a)의 한쪽 영역의 측변으로부터 외측으로 연장되도록 형성된다.

절곡부(B1)를 경계로 하는 제 1 절연부(2a)의 한쪽 영역에는 복수(본 예에서는 6개)의 개구(H1)가 형성된다. 또한, 절곡부(B1)를 경계로 하는 제 1 절연부(2a)의 다른쪽 영역에는 복수(본 예에서는 6개)의 개구(H2)가 형성된다.

베이스 절연층(2)의 일 면에는, 예컨대 구리로 이루어지는 도체층(3)이 형성된다. 도체층(3)은 한 쌍의 직사각형 집전부(3a, 3b), 및 집전부(3a, 3b)로부터 장척 형상으로 연장되는 인출 도체부(4a, 4b)로 이루어진다.

집전부(3a, 3b)의 각각은 제 1 절연부(2a)의 측변에 평행한 한 쌍의 측변 및 제 1 절연부(2a)의 끝변에 평행한 한 쌍의 끝변을 갖는다. 집전부(3a)는 절곡부(B1)를 경계로 하는 제 1 절연부(2a)의 한쪽 영역에 형성되고, 집전부(3b)는 절곡부(B1)를 경계로 하는 제 1 절연부(2a)의 다른쪽 영역에 형성된다.

베이스 절연층(2)의 개구(H1) 상에서의 집전부(3a)의 부분에는, 개구(H1)보다도 직경이 큰 개구(H11)가 형성된다. 베이스 절연층(2)의 개구(H2) 상에서의 집전부(3b)의 부분에는, 개구(H2)보다도 직경이 큰 개구(H12)가 형성된다.

인출 도체부(4a)는 집전부(3a)의 측변으로부터 제 2 절연부(2b) 상에 직선 형상으로 연장되도록 형성된다. 인출 도체부(4b)는 집전부(3b)의 측변으로부터 제 2 절연부(2b) 상에 굴곡하여 연장되도록 형성된다.

도체층(3)을 덮도록, 베이스 절연층(2) 상에 피복층(6a, 6b)이 형성된다. 피복층(6a, 6b)은 탄소를 함유한 수지 조성물로 이루어진다.

구체적으로는, 피복층(6a, 6b)의 재료로서, 탄소를 함유하는 에폭시 수지 또는 탄소를 함유하는 폴리이미드 수지가 사용된다. 또한, 탄소는 카본 블랙에 한정되지 않고, 흑연 등의 여러 가지 탄소 재료를 사용할 수 있다.

피복층(6a)은 도체층(3)의 집전부(3a) 및 인출 도체부(4a)를 덮도록 형성되고, 피복층(6b)은 도체층(3)의 집전부(3b) 및 인출 도체부(4b)를 덮도록 형성된다. 집전부(3a)의 개구(H11) 내에서, 피복층(6a)은 베이스 절연층(2)의 상면에 접한다. 또한, 집전부(3b)의 개구(H12) 내에서, 피복층(6b)은 베이스 절연층(2)의 상면에 접한다.

인출 도체부(4a, 4b)의 선단부는 피복층(6a, 6b)으로 덮지 않고서 노출된다. 이 노출된 인출 도체부(4a, 4b)의 부분을 이하에서 인출 전극(5a, 5b)이라고 칭한다.

(2) FPC 기판의 제조 방법

다음으로, 도 1에 나타낸 FPC 기판(1)의 제조 방법을 설명한다. 도 2 및 도 3은 FPC 기판(1)의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.

우선, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 액정 폴리머(LCP)로 이루어지는 절연막(20)과 예컨대 구리로 이루어지는 도체막(21)으로 이루어지는 2층 기재를 준비한다. 절연막(20)의 두께는 예컨대 25㎛이고, 도체막(21)의 두께는 예컨대 18㎛이다. 한편, 도체층(3)의 재료로서는, 구리 합금, 알루미늄 등의 다른 금속 재료가 사용되어도 좋다.

다음으로, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 도체막(21) 상에 소정의 패턴을 갖는 에칭 레지스트(22)가 형성된다. 에칭 레지스트(22)는, 예컨대 드라이 필름 레지스트 등에 의해 도체막(21) 상에 레지스트막을 형성하고, 그 레지스트막을 소정의 패턴으로 노광하고, 그 후 현상함으로써 형성된다.

다음으로, 도 2(c)에 나타내는 바와 같이, 에칭에 의해, 에칭 레지스트(22) 아래의 영역을 제외한 도체막(21)의 영역이 제거된다. 다음으로, 도 2(d)에 나타내는 바와 같이, 에칭 레지스트(22)를 박리액에 의해 제거한다. 이에 의해, 절연막(20) 상에 도체층(3)이 형성된다.

계속해서, 도 3(e)에 나타내는 바와 같이, 도체층(3) 상에 예컨대 카본 블랙을 함유하는 수지 조성물의 도포 또는 라미네이트에 의해 피복막(23)이 형성된다. 피복막(23)의 두께는 예컨대 10㎛이다.

다음으로, 도 3(f)에 나타내는 바와 같이, 피복막(23)을 소정의 패턴으로 노광하고, 그 후 현상함으로써 피복층(6a, 6b)이 형성된다. 그리고, 도 3(g)에 나타내는 바와 같이, 절연막(20)이 소정 형상으로 절단됨으로써, 베이스 절연층(2), 도체층(3) 및 피복층(6a, 6b)으로 이루어지는 FPC 기판(1)이 완성된다.

한편, 베이스 절연층(2)의 두께는 5㎛ 이상 50㎛ 이하인 것이 바람직하고, 12.5㎛ 이상 25㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 도체층(3)의 두께는 3㎛ 이상 35㎛ 이하인 것이 바람직하고, 5㎛ 이상 20㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 피복층(6)의 두께는 5㎛ 이상 25㎛ 이하인 것이 바람직하고, 10㎛ 이상 20㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.

또한, 도 2 및 도 3에서는, 감산법(subtractive method)에 의한 FPC 기판(1)의 제조 방법을 나타냈지만, 이에 한정되지 않고, 반가산법(semi-additive method) 등의 다른 제조 방법을 사용하여도 좋다. 또한, 도 2 및 도 3에서는, 노광법을 사용하여 피복층(6a, 6b)을 형성하는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않고, 인쇄 기술을 사용하여 소정 패턴의 피복막을 형성하고, 그 후 열경화 처리를 행함으로써 피복층(6a, 6b)을 형성하여도 좋다.

(3) FPC 기판을 사용한 연료 전지

다음으로, 상기 FPC 기판(1)을 사용한 연료 전지에 관하여 설명한다. 도 4(a)는 상기 FPC 기판(1)을 사용한 연료 전지의 외관 사시도이고, 도 4(b)는 연료 전지 내에서의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 연료 전지(30)는 반체(半體)(31a, 31b)로 이루어지는 직방체상 하우징(31)을 갖는다. FPC 기판(1)은 도체층(3)(도 1) 및 피복층(6a, 6b)이 형성된 일 면을 내측으로 하여 도 1의 절곡부(B1)를 따라 절곡된 상태로 반체(31a, 31b)에 의해 협지된다.

FPC 기판(1)의 베이스 절연층(2)의 제 2 절연부(2b)는 반체(31a, 31b) 사이에서 외측으로 인출된다. 그에 의해, 제 2 절연부(2b) 상의 인출 전극(5a, 5b)이 하우징(31)의 외측에 노출된 상태가 된다. 인출 전극(5a, 5b)에는, 여러 가지 외부 회로의 단자가 전기적으로 접속된다.

도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 하우징(31) 내에서, 절곡된 FPC 기판(1)의 집전부(3a) 및 집전부(3b) 사이에는 전극막(35)이 배치된다. 전극막(35)은 연료극(35a), 공기극(35b) 및 전해질막(35c)으로 이루어진다. 연료극(35a)은 전해질막(35c)의 일 면에 형성되고, 공기극(35b)은 전해질막(35c)의 다른 면에 형성된다. 전극막(35)의 연료극(35a)은 FPC 기판(1)의 집전부(3b)에 대향하고, 공기극(35b)은 FPC 기판(1)의 집전부(3a)에 대향한다.

전극막(35)의 연료극(35a)에는, FPC 기판(1)의 개구(H2, H12)를 통해서 연료가 공급된다. 한편, 본 실시형태에서는 연료로서 메탄올을 사용한다. 전극막(35)의 공기극(35b)에는, FPC 기판(1)의 개구(H1, H11)를 통해서 공기가 공급된다.

이 경우, 연료극(35a)에서, 메탄올이 수소 이온과 이산화탄소로 분해되어 전자가 생성된다. 생성된 전자는 FPC 기판(1)의 집전부(3b)로부터 인출 전극(5b)(도 4(a))으로 인도된다. 메탄올로부터 분해된 수소 이온은 전해질막(35c)을 투과하여 공기극(35b)에 도달한다. 공기극(35b)에서, 인출 전극(5a)(도 4(a))으로부터 집전부(3a)로 인도된 전자를 소비하면서 수소 이온과 산소가 반응하여 물이 생성된다. 이렇게 하여, 인출 전극(5a, 5b)에 접속된 외부 회로에 전력이 공급된다.

(4) 본 실시형태의 효과

본 실시형태의 FPC 기판(1)에서는, 베이스 절연층(2)의 재료로서 액정 폴리머가 사용된다. 액정 폴리머는 베이스 절연층(2)의 재료로서 일반적으로 사용되고 있는 폴리이미드와 비교하여 흡습성이 낮다.

그 때문에, 하우징(31)의 외측에서, 베이스 절연층(2)의 제 2 절연부(2b)에 분위기 중의 수증기 및 다른 액체가 흡수되는 것이 방지된다. 그에 의해, 베이스 절연층(2)을 타고 하우징(31) 내에 불순물이 혼입되는 것이 방지된다. 그 결과, 하우징(31) 내에서, 메탄올에 불순물이 혼입되는 것이 방지되어 연료 전지(30)의 성능 저하가 방지된다.

또한, 하우징(31) 내에서, 베이스 절연층(2)에 메탄올이 흡수되는 것이 방지된다. 그에 의해, 연료로서 공급된 메탄올이 베이스 절연층(2)을 타고 하우징(31)의 외부로 누설되는 것이 방지된다.

나아가, 베이스 절연층(2)이 액체를 흡수하여 팽창하는 일이 없으므로, 도체층(3) 및 피복층(6a, 6b)이 베이스 절연층(2)으로부터 박리되는 것이 방지된다.

또한, 본 실시형태에서는, 도체층(3)의 표면이 피복층(6a, 6b)에 의해 덮여 있다. 그 때문에, 연료 전지(30) 내에서, FPC 기판(1)의 표면에 메탄올 등의 산이 접촉하는 상태이더라도 도체층(3)이 부식되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 피복층(6a, 6b)이 탄소를 포함함으로써, 전극막(35)과 도체층(3) 사이의 도전성을 확보할 수 있다. 나아가, Au(금) 등의 비싼 재료를 사용하지 않아도 되므로, 저비용으로 도체층(3)의 부식을 방지할 수 있다. 또한, 피복층(6a, 6b)에 의해 도체층(3)의 이온 이동(migration)이 방지된다.

또한, 본 실시형태에서는, 인출 전극(5a, 5b)이 베이스 절연층(2)의 공통의 제 2 절연부(2b)의 동일 면 상에 병설된다. 그에 의해, FPC 기판(1)을 사용한 연료 전지(30)에 있어서, 인출 전극(5a, 5b)과 외부 회로 단자의 위치 정합 및 접속을 용이하고 또한 정확하게 행할 수 있다. 따라서, 외부 회로와 연료 전지(30)의 접속 신뢰성이 향상된다.

(5) 변형예

(5-1)

피복층(6a, 6b)의 재료로서, 탄소를 함유하는 액정 폴리머를 사용하여도 좋다. 이 경우, 피복층(6a, 6b)에 액체가 흡수되는 것이 방지된다. 그에 의해, 피복층(6a, 6b)를 타고 하우징(31) 내에 불순물이 침입하는 것, 및 피복층(6a, 6b)을 타고 메탄올이 하우징(31)의 외부로 누설되는 것이 방지된다. 또한, 피복층(6a, 6b)이 팽창하는 것이 방지된다.

(5-2)

도 5는 FPC 기판(1)의 변형예를 나타내는 단면도이다. 도 5의 예에서는, 피복층(6a, 6b) 대신에, 니켈 및 금 등의 내식성이 높은 금속 재료로 이루어지는 피복층(6c)이 도체층(3)을 덮도록 설치된다. 또한, 피복층(6c)과 베이스 절연층(2)의 계면을 덮도록, 예컨대 에폭시 등의 수지 재료로 이루어지는 커버 절연층(7)이 설치되어도 좋다.

이 경우, FPC 기판(1)의 표면에 메탄올 등의 산이 접촉하는 상태이더라도 도체층(3)이 부식되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 피복층(6c)과 베이스 절연층(2)의 계면이 커버 절연층(7)에 의해 덮여 있으므로, 메탄올 등의 산이 피복층(6c)과 베이스 절연층(2)의 계면을 타고 도체층(3)에 접촉하는 것이 방지된다. 그에 의해, 도체층(3)의 부식이 보다 확실히 방지된다.

또한, 커버 절연층(7)의 재료로서 액정 폴리머를 사용하여도 좋다. 이 경우, 커버 절연층(7)에 액체가 흡수되는 것이 방지된다. 그에 의해, 커버 절연층(7)을 타고 하우징(31) 내의 불순물이 침입하는 것, 및 커버 절연층(7)을 타고 메탄올이 하우징(31)의 외부로 누설되는 것이 방지된다. 또한, 커버 절연층(7)이 팽창하는 것이 방지된다.

또한, 커버 절연층(7)의 재료로서 액정 폴리머를 사용하는 경우, 상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머를 사용하는 것이 바람직하다. 그 경우, 연료 전지(30) 내에서 화학 반응에 의한 열에 의해 커버 절연층(7)의 온도가 상승하더라도 커버 절연층(7)의 변형이 방지된다.

(6) 실시예 및 비교예

(6-1) 실시예 1

실시예 1로서, 피복층(6a, 6b)이 설치되지 않는 점을 제외하고는 도 1의 FPC 기판과 동일한 구성을 갖는 샘플을 제작했다. 한편, 베이스 절연층(2)의 재료로서 상기 제 2 액정 폴리머(주식회사 구라레이(Kuraray Co., Ltd.)제 벡스타(VECSTAR))를 사용했다. 또한, 도체층(3)의 재료로서 구리를 사용했다. 또한, 베이스 절연층(2)의 두께를 25㎛로 하고, 도체층(3)의 두께를 18㎛로 했다.

(6-2) 비교예

비교예로서, 베이스 절연층(2)의 재료로서 폴리이미드를 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 구성을 갖는 샘플을 제작했다.

(6-3) 실시예 1 및 비교예의 평가

실시예 1 및 비교예의 샘플을 농도 3%의 메탄올 용액에 2주간 침투시켜 FPC 기판(1)의 중량 변화율을 측정했다. 이 경우, 동일한 측정을 3회 행했다.

표 1 및 도 6에는, 실시예 1 및 비교예에 있어서의 중량 변화율의 측정 결과가 나타나 있다. 표 1의 Ave란, 3회 측정으로 얻어진 중량 변화율의 평균치(이하, 평균 중량 변화율이라고 함)이다. 또한, 도 6에 있어서는, 3회 측정으로 얻어진 중량 변화율의 최소치와 최대치의 차이가 선분으로 표시되고, 평균치가 막대 그래프로 표시된다.

표 1 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 실시예 1의 평균 중량 변화율은 0.2%였다. 한편, 비교예의 평균 중량 변화율은 2.0%였다.

이와 같이, 액정 폴리머의 평균 중량 변화율은 폴리이미드의 평균 중량 변화율보다도 작았다. 이에 의해, 액정 폴리머의 흡습성이 폴리이미드의 흡습성보다도 작음을 알 수 있었다.

그 결과, FPC 기판(1)의 베이스 절연층(2)의 재료로서 액정 폴리머를 사용함으로써, 베이스 절연층(2)에 액체가 흡수됨에 따라 생기는 불량이 방지됨을 알 수 있었다.

(6-4) 실시예 2, 실시예 3 및 실시예 4

실시예 2에서는, 베이스 절연층(2)의 재료로서 상기 제 1 액정 폴리머(스미토모화학 주식회사(Sumitomo Chemical Co., Ltd.)제 스미카수퍼(SUMIKASUPER))를 사용했다.

실시예 3에서는, 베이스 절연층(2)의 재료로서 상기 제 2 액정 폴리머(주식회사 구라레이제 벡스타 및 재팬 고어텍스 주식회사(Japan Gore-Tex Inc.)제 BIAC)를 사용했다.

실시예 4에서는, 베이스 절연층(2)의 재료로서 상기 제 3 액정 폴리머를 사용했다.

(6-5) 실시예 2~4의 평가

실시예 2~4의 샘플의 베이스 절연층(2)의 하중 휨 온도를 JIS 규격에서 정해진 「하중 휨 온도의 시험 방법(JISK7191)」을 사용하여 측정했다.

표 2에는, 실시예 2~4에 있어서의 베이스 절연층(2)의 하중 휨 온도의 측정 결과가 나타나 있다. 표 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 2의 베이스 절연층(2)의 하중 휨 온도는 300℃이고, 실시예 3의 베이스 절연층(2)의 하중 휨 온도는 335℃이며, 실시예 4의 베이스 절연층(2)의 하중 휨 온도는 220℃였다.

이와 같이, 제 1 액정 폴리머 및 제 2 액정 폴리머를 재료로 하는 베이스 절연층(2)의 하중 휨 온도는 제 3 액정 폴리머를 재료로 하는 베이스 절연층(2)의 하중 휨 온도보다도 높음을 알 수 있었다. 이에 의해, 베이스 절연층(2)의 재료로서 제 1 및 제 2 액정 폴리머를 사용함으로써 베이스 절연층(2)의 내열성이 향상됨을 알 수 있었다.

(7) 청구항의 각 구성 요소와 실시형태의 각 요소의 대응

이하, 청구항의 각 구성 요소와 실시형태의 각 요소의 대응 예에 관하여 설명하지만, 본 발명은 하기 예에 한정되지 않는다.

상기 실시형태에서는, 베이스 절연층(2)이 절연층의 예이고, 도체층(3)이 도체층의 예이고, 집전부(3a, 3b)가 집전부의 예이고, 인출 도체부(4a, 4b)가 전극부의 예이고, 피복층(6a, 6b, 6c)이 피복층의 예이며, 커버 절연층(7)이 커버 절연층의 예이다.

또한, 집전부(3a)가 제 1 집전부의 예이고, 집전부(3b)가 제 2 집전부의 예이고, 인출 도체부(4a)가 제 1 전극부의 예이고, 인출 도체부(4b)가 제 2 전극부의 예이고, 전극막(35)이 전지 요소의 예이며, 하우징(31)이 하우징의 예이다.

청구항 마다의 각 구성 요소로서, 청구항에 기재되어 있는 구성 또는 기능을 갖는 다른 여러 가지 요소를 사용할 수도 있다.

Claims

연료 전지에 사용되는 배선 회로 기판으로서,
액정 폴리머로 이루어지는 절연층과,
상기 절연층 상에 설치된 도체층을 구비하고,
상기 도체층은
집전부와,
상기 집전부로부터 연장되는 전극부를 포함하는, 배선 회로 기판.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 폴리머는 하기 화학식 1로 표시되는 분자 구조를 갖고, 몰비 [c/(c+d+e)]는 0.5 이상 0.8 이하이고, 몰비 [d/(c+d+e)]는 0.01 이상 0.49 이하이며, 몰비 [e/(c+d+e)]는 0.01 이상 0.49 이하인, 배선 회로 기판.
[화학식 1]
제 1 항에 있어서,
상기 액정 폴리머는 하기 화학식 2로 표시되는 분자 구조를 갖고, 몰비 [a/(a+b)]는 0.5 이상 0.8 이하이며, 몰비 [b/(a+b)]는 0.2 이상 0.5 이하인, 배선 회로 기판.
[화학식 2]
제 1 항에 있어서,
도전성 및 내산성을 갖고, 상기 도체층의 표면을 덮도록 형성된 피복층을 추가로 갖는, 배선 회로 기판.
제 4 항에 있어서,
상기 피복층은 탄소를 함유하는 수지 조성물을 포함하는, 배선 회로 기판.
제 4 항에 있어서,
상기 피복층은 내산성을 갖는 금속 재료로 이루어지는, 배선 회로 기판.
제 6 항에 있어서,
상기 절연층과 상기 피복층의 계면을 덮는 커버 절연층을 추가로 구비하는, 배선 회로 기판.
연료 전지에 사용되는 배선 회로 기판으로서,
액정 폴리머로 이루어지는 절연층과,
상기 절연층 상에 설치된 도체층을 구비하고,
상기 도체층은
제 1 및 제 2 집전부와,
상기 제 1 및 제 2 집전부로부터 각각 연장되는 제 1 및 제 2 전극부를 포함하고,
상기 절연층 및 상기 도체층은, 상기 도체층이 내측에 위치하도록 상기 제 1 및 제 2 집전부 사이에서 절곡 가능하게 구성되는, 배선 회로 기판.
전지 요소와,
제 8 항에 기재된 배선 회로 기판과,
상기 배선 회로 기판 및 상기 전지 요소를 수용하는 하우징을 구비하고,
상기 배선 회로 기판은, 상기 전지 요소를 상기 제 1 집전부와 상기 제 2 집전부 사이에 협지한 상태로 상기 하우징 내에 수용되고, 상기 제 1 및 제 2 전극부가 상기 하우징으로부터 외부로 인출된, 연료 전지.