WO2018164125A1 - 伸縮性配線体及び伸縮性基板 - Google Patents

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WO2018164125A1
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stretchable
soft resin
binder
substrate
wiring body
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和敏 小清水
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株式会社フジクラ
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    • H05K2201/09045—Locally raised area or protrusion of insulating substrate

Definitions

  • the present invention relates to a stretchable wiring body and a stretchable substrate.
  • a stretchable wiring body For the designated countries that are allowed to be incorporated by reference, the contents described in Japanese Patent Application No. 2017-045481 filed in Japan on March 9, 2017 are incorporated herein by reference.
  • Japanese Patent Application No. 2017-045481 filed in Japan on March 9, 2017 are incorporated herein by reference.
  • a stretchable substrate As a stretchable substrate, a stretchable base material and a conductive pattern formed on the stretchable base material and containing conductive fine particles and an elastomer are known, and the elastomer is not crosslinked with a crosslinking agent (for example, see Patent Document 1).
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a stretchable wiring body and a stretchable substrate capable of improving durability while suppressing a decrease in conductivity.
  • a stretchable wiring body includes a binder, a conductor portion including conductive particles dispersed in the binder, and a soft resin embedded in the binder and relatively softer than the binder.
  • the conductive particles are stretchable wiring bodies that are not covered with the soft resin.
  • the shape of the soft resin may be granular.
  • the soft resin may be dispersed in the binder.
  • a stretchable substrate according to the present invention is a stretchable substrate comprising the stretchable wiring body and a stretchable base material provided with the conductor portion.
  • At least a part of the soft resin may be a protrusion from which a part of the stretchable substrate protrudes.
  • the soft resin can follow the deformation of the wiring body, the occurrence of cracks in the conductor portion can be suppressed. Thereby, the fall of the electroconductivity of a conductor part can be suppressed.
  • the soft resin is embedded in the binder, it is difficult to expose to the outside. For this reason, deterioration of the soft resin can be suppressed, and the durability of the entire stretchable substrate can be improved.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a stretchable substrate for connecting external circuits according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the stretchable substrate cut in the height direction along the extending direction.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of a conductor portion and a soft resin according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the particle size of the particles.
  • FIG. 5A is a partially enlarged view of the conductor portion according to the comparative example, showing a state before the stretchable substrate is stretched
  • FIG. 5B is a partially enlarged view of the conductor portion according to the comparative example. Yes, shows a state after the stretchable substrate is stretched.
  • FIG. 6A is a partially enlarged view of a conductor portion according to an embodiment of the present invention, showing a state before the stretchable substrate is stretched
  • FIG. 6B is an embodiment of the present invention. It is the elements on larger scale of the conductor part which concerns on a form, and shows the state after extending
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a stretchable substrate according to another embodiment of the present invention cut in the height direction.
  • FIG. 8A is a plan view showing a stretchable substrate according to another embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a modification of the stretchable substrate according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a stretchable substrate according to another embodiment of the present invention cut in the height direction.
  • FIG. 10A is a plan view showing a stretchable substrate according to another embodiment of the present invention, and
  • FIG. 10B is a modification of the stretchable substrate according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a stretchable substrate that connects external circuits according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the stretchable substrate cut in the height direction along the extending direction.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of a conductor portion and a soft resin according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the particle size of particles.
  • the stretchable substrate 10 shown in FIG. 1 is a stretchable wiring substrate that electrically connects external circuits 100 such as a rigid substrate and a flexible printed wiring board (FPC).
  • a stretchable substrate 10 is not particularly limited.
  • the stretchable substrate 10 is applied to a portion requiring flexibility and stretchability, such as a movable portion such as an industrial robot, a bent portion, and an internal wiring of a laptop personal computer.
  • the stretchable substrate 10 includes a stretchable base material 20 and a stretchable wiring body 30.
  • the stretchable base material 20 is a plate-like member formed in a rectangular shape having stretchability.
  • an elastic sheet (elastomer sheet) or a fabric made of fibers can be used.
  • the elastomer for example, natural rubber, styrene butadiene rubber, butadiene rubber, chloroprene rubber, butyl rubber, nitrile rubber, ethylene propylene rubber, acrylic rubber, urethane rubber, silicone rubber, or fluorine rubber can be used.
  • Other elastomer materials may be used.
  • the fiber that can be used include rayon, nylon, polyester, acrylic, polyurethane, vinylon, polyethylene, Nafion (registered trademark), aramid, and cotton.
  • the Young's modulus of the stretchable substrate 20 is preferably 0.1 to 35 MPa.
  • the maximum elongation of the stretchable substrate 20 is preferably 5 to 50%.
  • the maximum elongation means the maximum value of the elongation rate that can be elastically deformed in each configuration.
  • the elongation at break of the stretchable substrate 20 is preferably 50% or more.
  • the thickness of the stretchable substrate 20 is preferably 20 to 300 ⁇ m.
  • the stretchable wiring body 30 has stretchability and is provided on the stretchable base material 20 as shown in FIG. As shown in FIG. 3, the stretchable wiring body 30 includes a conductor portion 40 and a soft resin 50.
  • the conductor part 40 is composed of an arbitrary pattern such as a linear pattern or a curved pattern, and is provided on the stretchable base material 20 (specifically, the main surface 21).
  • the conductor portion 40 includes a binder 41 and conductive particles 42.
  • the binder 41 is a binder resin, which binds the plurality of conductive particles 42 included in the conductor portion 40 and stabilizes the conductive particles 42 so as not to be condensed again when the stretchable substrate 10 is deformed. Therefore, it is contained in the conductor part 40.
  • the conductor portion 40 preferably has elasticity like the elastic substrate 20, and in this case, it is preferable to use a synthetic resin or an elastomer as the binder 41. As a result, even when the elastic substrate 10 is deformed by an external force such as stretching or bending, the original shape can be obtained by removing the external force.
  • polyester resin polyurethane resin
  • acrylic resin acrylic rubber
  • urethane rubber nitrile rubber
  • silicone rubber fluororubber
  • a composite of two or more of these can be used.
  • Such a binder 41 may be a crosslinkable resin composition or an uncrosslinkable resin composition.
  • the Young's modulus of the binder 41 is preferably 1 to 35 MPa.
  • the maximum elongation of the binder 41 is preferably 5 to 50%.
  • the breaking elongation of the binder 41 is preferably 50% or more.
  • the conductive particles 42 are dispersed in the binder 41.
  • a metal material such as gold, silver, platinum, ruthenium, lead, tin, zinc, bismuth, or a metal material thereof, or a non-metallic material such as carbon can be used.
  • the shape of the conductive particles 42 is preferably a scaly or irregular shape.
  • the proportion of the conductive particles 42 in the stretchable wiring body 30 is preferably 50% or more.
  • the presence ratio in the stretchable wiring body 30 refers to the ratio of the area that occupies the total cross-sectional area of the stretchable wiring body 30 in a cross section obtained by cutting the stretchable wiring body 30 along the height direction. .
  • the particle size D of the conductive particles 42 is preferably 0.5 to 20 ⁇ m.
  • the particle diameter of the conductive particles 42 is an average particle diameter, and means the average value of the diameters D of virtual circles C circumscribing the conductive particles 42 as shown in FIG.
  • the soft resin 50 is a resin composition that is relatively softer than the binder 41.
  • the soft resin 50 is provided to improve the stretchability of the conductor portion 40 so that the conductor portion 40 can follow the deformation of the stretchable base material 20.
  • This soft resin 50 is an elastomer and has elasticity.
  • a soft resin 50 the same material as the above-mentioned binder 41 can be used.
  • the binder 41 and the soft resin 50 may be made of the same material.
  • a plasticizer or the like is added to the soft resin 50 to make the soft resin 50 softer than the binder 41.
  • the Young's modulus of the soft resin 50 is preferably relatively lower than the Young's modulus of the binder 41.
  • the Young's modulus of such a soft resin 50 is preferably 0.1 to 20 MPa.
  • This soft resin 50 is embedded in the binder 41.
  • the shape of the soft resin 50 is granular.
  • the granular soft resin 50 is dispersed in the binder.
  • the shape of the granular soft resin 50 may be, for example, a one-sided or indefinite shape, similar to the conductive particles 42.
  • the length L of the soft resin 50 is preferably 0.5 to 10 ⁇ m in an unloaded state.
  • the length L of the soft resin 50 means an average value of the longest length of the soft resin 50.
  • the particle size of the soft resin particles is used as the length L of the soft resin 50.
  • the relationship between the particle diameter D of the conductive particles 42 and the length L of the soft resin 50 is expressed by the following equation (2). It is preferable to set so as to satisfy. D> L (2)
  • the conductive particles 42 and the soft resin 50 are separated and dispersed without aggregating with each other. For this reason, the conductive particles 42 are not covered with the soft resin 50.
  • the conductive particles 42 and the soft resin 50 may be in contact with each other, but the outer periphery of the conductive particles 42 is not completely covered with the soft resin 50.
  • the proportion of the soft resin 50 in the stretchable wiring body 30 is preferably 1 to 50%. .
  • Such a conductor portion 40 is formed by applying a conductive paste on the main surface 21 of the stretchable base material 20 and curing it.
  • a conductive paste include the binder 41, the conductive particles 42, and the soft resin 50 described above, water, a solvent, and various additives (for example, an anti-aging agent, a flame retardant, a softening agent, etc. ) Can be exemplified.
  • Examples of the solvent contained in the conductive paste include butyl cellosolve acetate, carbitol acetate, butyl carbitol acetate, dipropylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, cyclohexanone, isophorone, and terpineol.
  • examples of the method for applying the conductive paste include a dispensing method, an ink jet method, and a screen printing method.
  • a slit coating method, a bar coating method, a blade coating method, a dip coating method, a spray coating method, a spin coating method, and the like can be given.
  • Examples of the method for curing the conductive paste include heat treatment, irradiation with energy rays such as infrared rays, ultraviolet rays, and laser beams.
  • FIG. 5A is a partially enlarged view of a conductor portion according to a comparative example, showing a state before the stretchable substrate is stretched
  • FIG. 5B is a partially enlarged view of the conductor portion according to the comparative example, The state after extending
  • substrate is shown.
  • 6A is a partially enlarged view of a conductor portion according to an embodiment of the present invention, showing a state before the stretchable substrate is stretched
  • FIG. 6B is an embodiment of the present invention. It is the elements on larger scale of the conductor part which concerns on a form, and shows the state after extending
  • the conductor portion 140 includes the binder resin 141 and the conductive particles 142.
  • the occurrence of cracks in the conductor portion 140 can be suppressed by expanding and contracting the binder resin 141 following the deformation of the stretchable substrate 110. It becomes possible.
  • the resin composition such as the binder tends to decrease the maximum elongation and the breaking elongation, and the rigidity tends to improve.
  • the Young's modulus Accordingly, the maximum elongation and the breaking elongation tend to be improved, and the rigidity tends to be lowered accordingly. If the Young's modulus of the binder 141 is lowered to improve the stretchability of the conductor part 140 in order to make the conductor part 140 easily follow the deformation of the stretchable substrate 110, the rigidity of the binder 141 decreases, and as a result, the conductor The durability of the entire portion 140 is reduced.
  • the conductor part 140 follow the deformation of the stretchable substrate 110 easily, when the Young's modulus of the binder 141 is lowered and the stretchability of the conductor part 140 is improved, the extension of the conductor part 140 is performed in the entire region. It occurs evenly. For this reason, in the state where the elastic substrate 110 is deformed, the conductive particles 142 are separated from each other, or the contact resistance between the conductive particles 142 is increased, so that the conductivity of the conductor portion 140 is lowered.
  • a soft resin 50 that is relatively softer than the binder 41 is embedded in the binder 41 as shown in FIG.
  • the soft resin 50 can follow the deformation of the stretchable substrate 10, the stretchability of the conductor portion 40 can be improved.
  • the soft resin 50 is hardly exposed to the outside of the stretchable substrate 10. For this reason, since deterioration of the soft resin 50 inferior in durability can be suppressed, the durability of the entire stretchable wiring body 30 can be improved.
  • the soft resin 50 is deformed in preference to the binder 41 with respect to the deformation of the stretchable substrate 10, so that the entire area of the conductor portion 40 is expanded. It is possible to suppress stretching evenly. Thereby, when the elastic substrate 10 is deformed, it is possible to prevent the conductivity of the conductor portion 40 from being lowered.
  • the conductive particles 42 are not covered with the soft resin 50. For this reason, even if an external force is applied to the stretchable substrate 10, the conductor portion 40 is deformed, and the arrangement of the conductive particles 42 is changed, the conductive particles 42 can contact each other. In this case, since a new conduction path is generated in the conductor portion 40, the conductivity of the conductor portion 40 can be improved.
  • the relationship between the diameter D of the conductive particles 42 and the diameter L of the soft resin 50 satisfies the above formula (2). For this reason, generation
  • the soft resin 50 is granular, the stretchability of the conductor portion 40 can be easily exhibited regardless of the direction of the external force applied to the stretchable wiring body 30.
  • the granular soft resin 50 is dispersed in the binder 41.
  • stretchability can be provided to the whole stretchable wiring body 30.
  • the “elastic substrate 10” in the present embodiment corresponds to an example of the “elastic substrate” in the present invention
  • the “elastic substrate 20” in the present embodiment corresponds to an example of the “elastic substrate” in the present invention.
  • the “stretchable wiring body 30” corresponds to an example of the “stretchable wiring body” in the present invention
  • the “conductor portion 40” in the present embodiment corresponds to an example of the “conductor portion” in the present invention.
  • the “binder 41” in the present embodiment corresponds to an example of the “binder” in the present invention
  • the “conductive particle 42” in the present embodiment corresponds to an example of the “conductive particle” in the present invention.
  • the “soft resin 50” in the form corresponds to an example of the “soft resin” in the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a stretchable substrate according to another embodiment of the present invention cut in the height direction
  • FIG. 8A is a plan view showing the stretchable substrate according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8B is a plan view showing a modified example of the stretchable substrate according to another embodiment of the present invention.
  • symbol is attached
  • the stretchable wiring body 30B includes a first region 301 in which the soft resin 50 is present and a second proportion in which the soft resin 50 is present in a low ratio compared to the first region 301.
  • the area 302 is included.
  • the first region 301 is, for example, a region where a difference in stretchability is likely to occur between the stretchable substrate 20 and the conductor portion 40 such as the vicinity of the main surface 21 of the stretchable substrate 20 (for example, the stretchable substrate 20 And the conductor portion 40).
  • the second region 302 is arranged corresponding to a region in which the difference in stretchability hardly occurs in the region other than the first region 301 in the conductor portion 40.
  • region 302 are laminated
  • the existence ratio of the soft resin 50 in the second region 302 by setting the existence ratio of the soft resin 50 in the second region 302 to 0%, that is, because the soft resin 50 does not exist in the second region 302,
  • the existing ratio of the soft resin 50 is lower than the existing ratio of the soft resin 50 in the first region 301.
  • the proportion of the soft resin 50 in the second region 302 may be set to be higher than 0% and lower than the proportion of the soft resin 50 in the first region 301.
  • the soft resin 50 is dispersed on the main surface 21 of the stretchable base material 20.
  • the plurality of soft resins 50 are evenly arranged in the entire area of the main surface 21 of the stretchable base material 20, but the present invention is not particularly limited thereto.
  • the soft resin 50 corresponds only to a region where the conductor portion 40 is provided on the main surface 21 of the stretchable base material 20 as in the stretchable substrate 10C (stretchable wiring body 30C) shown in FIG. It may be arranged.
  • Such a stretchable substrate 10B can be manufactured by the following method. That is, first, a solution composed of the soft resin 50 mixed with water or a solvent and various additives is applied onto the main surface 21 of the stretchable base material 20, and the solution is dried. And the above-mentioned conductive paste is apply
  • the conductive paste in which the soft resin 50 is not dispersed can be used as the conductive paste for forming the conductor portion 40, various wide-ranging according to the demand for the stretchable substrate 10 can be used. Can be easily used.
  • the soft resin 50 is disposed corresponding to the interface between the stretchable base material 20 and the conductor portion 40 that easily causes a difference in extensibility, the difference in extensibility is caused at these interfaces. The resulting crack is less likely to occur. Thereby, the durability of the stretchable substrate 10B can be improved.
  • the soft resin is not dispersed in the binder 41 of the conductor portion 40, but is not particularly limited thereto. That is, the soft resin 50 may be disposed corresponding to the interface between the stretchable base material 20 and the conductor portion 40, and the granular soft resin may be dispersed in the binder 41 of the conductor portion 40.
  • FIG. 9 is a sectional view of a stretchable substrate according to another embodiment of the present invention cut in the height direction
  • FIG. 10A is a plan view showing the stretchable substrate according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10B is a plan view showing a modified example of the stretchable substrate according to another embodiment of the present invention.
  • symbol is attached
  • the soft resin 50B of the stretchable wiring body 30D is formed in a prismatic shape having a substantially square cross-sectional shape.
  • the soft resin 50 ⁇ / b> B is directly provided on the main surface 21 of the stretchable base material 20 and protrudes toward the side away from the main surface 21.
  • the plurality of soft resins 50B are arranged in a zigzag shape (zigzag shape) in plan view.
  • sequence method of the some soft resin 50B is not specifically limited above, You may arrange in a grid
  • the plurality of soft resins 50B are evenly distributed over the entire upper surface 21 (main surface 21).
  • the present invention is not particularly limited thereto, and the plurality of soft resins 50 are illustrated in FIG.
  • regions having different arrangement densities of the soft resin 50 ⁇ / b> B may be mixed and arranged.
  • the conductor portion 40 is formed by applying and curing a conductive paste so as to cover the soft resin 50B.
  • the soft resin 50B having a prismatic shape is embedded in the binder 41.
  • the length L of the soft resin 50B is preferably smaller than the height H of the conductor portion 40 (see FIG. 2) (H> L).
  • the length L of the soft resin 50B is preferably smaller than the particle size D (see FIG. 4) of the conductive particles 42 (D> L).
  • the soft resin 50B of this embodiment has a sufficiently large aspect ratio, the length of the soft resin 50B in the height direction is approximated to the length L of the soft resin 50B.
  • Such a soft resin 50B may be formed by applying and curing a soft resin composition on the main surface 21 using a method such as a dispensing method, an inkjet method, or a screen printing method.
  • the soft resin 50B may be formed by pressing a plate (not shown) against the main surface 21 of the stretchable base material 20 using an imprint method.
  • the soft resin 50B is a protrusion from which a part of the stretchable base material 20 protrudes, and the stretchable base material 20 and the soft resin 50B are integrated.
  • an arrangement of a plurality of soft resins 50B can be set in advance.
  • the proportion of the soft resin 50 in the stretchable wiring body 30D is increased, the stretchability of the conductor portion 40 tends to be improved accordingly, and the durability of the conductor portion 40 tends to be lowered.
  • the proportion of the soft resin 50 in the binder 41 is decreased, the stretchability of the conductor portion 40 tends to decrease accordingly, and the durability of the conductor portion 40 tends to improve. is there.
  • the conductor portion 40 is required to have high stretchability.
  • the soft resin 50B is present in a large amount, Since the conductor portion 40 is required to have durability higher than the stretchability, the soft resin 50B is present in a small amount. Thereby, in the elastic substrate 10D, both the elasticity and durability of the conductor part 40 can be improved as required.
  • the soft resin is not dispersed in the binder 41 of the conductor portion 40, but is not particularly limited thereto. That is, the soft resin 50 ⁇ / b> B may be directly provided on the main surface 21 of the stretchable base material 20, and the granular soft resin may be dispersed in the binder 41 of the conductor portion 40. In this case, the soft resin 50B which is at least a part of the soft resin may be a protrusion from which a part of the stretchable base material 20 protrudes.
  • the conductor portion 40 is directly provided on the stretchable base material 20.
  • the present invention is not particularly limited thereto, and an intervening layer exists between the stretchable base material 20 and the conductor portion 40. You may do it.
  • a material constituting this intervening layer for example, a polyester resin, a polyurethane resin, an acrylic resin, a silicon resin, or the like can be used.
  • One or a plurality of such intervening layers may be laminated between the stretchable base material 20 and the conductor portion 40.

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Abstract

伸縮性配線体３０は、バインダ４１及びバインダ４１中に分散された導電性粒子４２を含む導体部４０と、バインダ４１に埋設され、バインダ４１よりも相対的に軟らかい軟質樹脂５０と、を備え、導電性粒子４２は、軟質樹脂５０によって覆われていない。

Description

伸縮性配線体及び伸縮性基板
　本発明は、伸縮性配線体及び伸縮性基板に関するものである。
　文献の参照による組み込みが認められる指定国については、２０１７年３月９日に日本国に出願された特願２０１７－０４４５８１に記載された内容を参照により本明細書に組み込み、本明細書の記載の一部とする。
　伸縮性基板として、伸縮性基材と、この伸縮性基材上に形成され、導電性微粒子及びエラストマーを含む導電パターンとを備え、エラストマーを架橋剤により架橋していないものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１４－２３６１０３号公報
　一般に伸縮性基板では、伸縮性基材の変形に対して導電パターンが追従できなくなると、当該導体パターンにクラックが生じてしまい、当該導体パターンの導電性が低下してしまうという問題がある。
　一方で、上記伸縮性基板のように、エラストマーを架橋剤により架橋せず高い柔軟性を付与することで、伸縮性基材の変形によって導体パターンにクラックが発生するのを抑制することが考えられるが、この場合、エラストマーのヤング率が低下してしまうため、耐久性に劣るという問題がある。
　本発明が解決しようとする課題は、導電性の低下を抑えつつ、耐久性を向上できる伸縮性配線体及び伸縮性基板を提供することである。
［１］本発明に係る伸縮性配線体は、バインダ及び前記バインダ中に分散された導電性粒子を含む導体部と、前記バインダに埋設され、前記バインダよりも相対的に軟らかい軟質樹脂と、を備え、前記導電性粒子は、前記軟質樹脂によって覆われていない伸縮性配線体である。
［２］上記発明において、下記（１）式を満たしてもよい。
　Ｄ＞Ｌ　…　（１）
　但し、上記（１）式において、Ｄは前記導電性粒子の粒径であり、Ｌは前記軟質樹脂の長さである。
［３］上記発明において、前記軟質樹脂の形状は、粒状であってもよい。
［４］上記発明において、前記軟質樹脂は、前記バインダ中に分散されていてもよい。
［５］本発明に係る伸縮性基板は、上記伸縮性配線体と、前記導体部が設けられた伸縮性基材と、を備える伸縮性基板である。
［６］上記発明において、前記軟質樹脂の少なくとも一部は、前記伸縮性基材の一部が突出した突起であってもよい。
　本発明によれば、配線体の変形に対して軟質樹脂が追従できるため、導体部にクラックが生じるのを抑制できる。これにより、導体部の導電性の低下を抑えることができる。
　また、軟質樹脂はバインダに埋設されているため、外部に露出し難い。このため、軟質樹脂の劣化を抑えることができ、伸縮性基板全体の耐久性の向上を図ることができる。
図１は、本発明の一実施の形態に係る外部回路同士を接続する伸縮性基板を示す斜視図である。 図２は、その伸縮性基板をその延在方向に沿って高さ方向に切断した断面図である。 図３は、本発明の一実施の形態に係る導体部及び軟質樹脂の部分拡大図である。 図４は、粒子の粒径を説明するための図である。 図５（Ａ）は、比較例に係る導体部の部分拡大図であり、伸縮性基板を伸張させる前の状態を示し、図５（Ｂ）は、比較例に係る導体部の部分拡大図であり、伸縮性基板を伸張させた後の状態を示す。 図６（Ａ）は、本発明の一実施の形態に係る導体部の部分拡大図であり、伸縮性基板を伸張させる前の状態を示し、図６（Ｂ）は、本発明の一実施の形態に係る導体部の部分拡大図であり、伸縮性基板を伸張させた後の状態を示す。 図７は、本発明の他の実施の形態に係る伸縮性基板を高さ方向に切断した断面図である。 図８（Ａ）は、本発明の他の実施の形態に係る伸縮性基板を示す平面図であり、図８（Ｂ）は、本発明の他の実施の形態に係る伸縮性基板の変形例を示す平面図である。 図９は、本発明の他の実施の形態に係る伸縮性基板を高さ方向に切断した断面図である。 図１０（Ａ）は、本発明の他の実施の形態に係る伸縮性基板を示す平面図であり、図１０（Ｂ）は、本発明の他の実施の形態に係る伸縮性基板の変形例を示す平面図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１は本発明の一実施の形態に係る外部回路同士を接続する伸縮性基板を示す斜視図、図２はその伸縮性基板をその延在方向に沿って高さ方向に切断した断面図、図３は本発明の一実施の形態に係る導体部及び軟質樹脂の部分拡大図、図４は粒子の粒径を説明するための図である。
　図１に示す伸縮性基板１０は、例えば、リジッド基板やフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）等の外部回路１００同士を電気的に接続する伸縮性を有する配線基板である。このような伸縮性基板１０は、特に限定しないが、例えば、産業用ロボット等の可動部、屈曲部や、ラップトップ型のパーソナルコンピュータの内部配線といった屈曲性、伸縮性が必要な箇所に適用される。この伸縮性基板１０は、図２に示すように、伸縮性基材２０と、伸縮性配線体３０と、を備えている。
　伸縮性基材２０は、伸縮性を有する矩形状に形成された板状部材である。この伸縮性基材２０は、例えば、弾性体シート（エラストマーシート）や繊維からなる布帛を用いることができる。エラストマーとしては、例えば、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、又はフッ素ゴム等を用いることができる。なお、その他のエラストマー材料を用いてもよい。繊維としては、例えば、レーヨン、ナイロン、ポリエステル、アクリル、ポリウレタン、ビニロン、ポリエチレン、ナフィオン（登録商標）、アラミド、綿等を用いることができる。
　伸縮性基材２０のヤング率としては、０．１～３５ＭＰａであることが好ましい。また、伸縮性基材２０の最大伸度としては、５～５０％であることが好ましい。なお、最大伸度とは、各構成において弾性変形可能な伸び率の最大値のことを言う。また、伸縮性基材２０の破断伸度としては、５０％以上であることが好ましい。また、伸縮性基材２０の厚みとしては、２０～３００μｍであることが好ましい。
　伸縮性配線体３０は、伸縮性を有しており、図２に示すように、伸縮性基材２０上に設けられている。この伸縮性配線体３０は、図３に示すように、導体部４０と、軟質樹脂５０と、を備えている。
　導体部４０は、直線状パターンや曲線状パターン等の任意のパターンから構成されており、伸縮性基材２０（具体的には、主面２１）上に設けられている。この導体部４０は、バインダ４１と、導電性粒子４２とを含んでいる。バインダ４１は、バインダ樹脂であり、導体部４０に含まれる複数の導電性粒子４２同士を結着させ、伸縮性基板１０が変形した際に、導電性粒子４２同士が再凝縮しないように安定化させるために導体部４０に含有されている。導体部４０は、伸縮性基材２０と同様、伸縮性を有することが好ましく、この場合、バインダ４１としては、合成樹脂やエラストマーを用いることが好ましい。これによって、伸縮性基板１０に対して伸張や折り曲げといった外力による変形が加わっても、外力を除去することで元の形状に戻る性質が得られる。
　バインダ４１としては、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、アクリルゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、これらの２種以上の複合体等を用いることができる。このようなバインダ４１は、架橋性樹脂組成物であってもよいし、未架橋性樹脂組成物であってもよい。
　バインダ４１のヤング率としては、１～３５ＭＰａであることが好ましい。また、バインダ４１の最大伸度としては、５～５０％であることが好ましい。また、バインダ４１の破断伸度としては、５０％以上であることが好ましい。
　導電性粒子４２は、バインダ４１中に分散されている。この導電性粒子４２としては、金、銀、白金、ルテニウム、鉛、錫、亜鉛、ビスマス等の金属又はこれらの合金からなる金属材料、若しくは、カーボン等の非金属材料を用いることができる。導電性粒子４２の形状としては、片鱗状又は不定状とされた形状であることが好ましい。伸縮性配線体３０における導電性粒子４２の存在割合は５０％以上であることが好ましい。なお、伸縮性配線体３０における存在割合とは、伸縮性配線体３０を高さ方向に沿って切断した断面において、伸縮性配線体３０の総断面積に対して占める面積の割合のことを言う。
　導電性粒子４２の粒径Ｄとしては、０．５～２０μｍであることが好ましい。なお、導電性粒子４２の粒径とは、平均粒径のことであり、図４に示すように、導電性粒子４２に外接する仮想円Ｃの直径Ｄの平均値のことを言う。
　軟質樹脂５０は、バインダ４１よりも相対的に軟らかい樹脂組成物である。この軟質樹脂５０は、伸縮性基材２０の変形に導体部４０が追従できるように、導体部４０の伸縮性を向上するために設けられている。
　この軟質樹脂５０は、エラストマーであり、伸縮性を有している。このような軟質樹脂５０としては、上述のバインダ４１と同様の材料を用いることができる。例えば、バインダ４１と軟質樹脂５０とを同一の材料により構成してもよい。この場合には、軟質樹脂５０に可塑剤等を添加して、軟質樹脂５０をバインダ４１に比べて軟らかくする。
　この軟質樹脂５０のヤング率は、バインダ４１のヤング率よりも相対的に低いことが好ましい。このような軟質樹脂５０のヤング率としては、０．１～２０ＭＰａであることが好ましい。
　この軟質樹脂５０は、バインダ４１に埋設されている。本実施形態では、軟質樹脂５０の形状は、粒状とされている。このような粒状とされた軟質樹脂５０がバインダ中に分散されて存在している。この粒状の軟質樹脂５０の形状としては、例えば、導電性粒子４２と同様、片鱗状又は不定状とされた形状であってもよい。このような軟質樹脂５０の長さＬとしては、無負荷状態において、０．５～１０μｍであることが好ましい。なお、軟質樹脂５０の長さＬとは、軟質樹脂５０の最長長さの平均値のことを言う。本実施形態では、軟質樹脂５０が粒状であるため、軟質樹脂５０の長さＬとしては、軟質樹脂粒子の粒径を用いる。
　導体部４０でのクラックの発生や、発生したクラックの伝搬、進展を抑える観点から、導電性粒子４２の粒径Ｄと、軟質樹脂５０の長さＬとの関係が、下記（２）式を満たすように設定されていることが好ましい。
　Ｄ＞Ｌ　…　（２）
　バインダ４１中においては、導電性粒子４２と軟質樹脂５０とが互いに凝集することなく分離して分散されている。このため、導電性粒子４２は、軟質樹脂５０によって覆われていない。導電性粒子４２と軟質樹脂５０とは相互に接していてもよいが、導電性粒子４２の外周は、軟質樹脂５０によって完全に覆われていない。なお、導体部４０の伸縮性を向上しつつ、導体部４０の導電性の低下を抑制する観点から、伸縮性配線体３０における軟質樹脂５０の存在割合は、１～５０％であることが好ましい。
　このような導体部４０は、導電性ペーストを伸縮性基材２０の主面２１上に塗布して硬化させることで形成されている。このような導電性ペーストの具体例としては、上述のバインダ４１、導電性粒子４２、及び軟質樹脂５０を、水、もしくは溶剤、及び各種添加剤（例えば、老化防止剤、難燃剤、軟化剤等）に混合して構成される導電性ペーストを例示することができる。導電性ペーストに含まれる溶剤としては、例えば、ブチルセロソルブアセテート、カルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、シクロヘキサノン、イソホロン、テルピネオール等を用いることができる。
　なお、導電性ペーストの塗布方法としては、ディスペンス法、インクジェット法、スクリーン印刷法を挙げることができる。もしくはスリットコート法、バーコート法、ブレードコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スピンコート法等を挙げることができる。また、導電性ペーストの硬化方法としては、加熱処理、赤外線、紫外線、レーザ光等のエネルギー線の照射等を挙げることができる。また導電性ペーストの硬化処理として、乾燥のみを行ってもよい。
　本実施形態の伸縮性配線体３０及び伸縮性基板１０の作用を説明する。図５（Ａ）は比較例に係る導体部の部分拡大図であり、伸縮性基板を伸張させる前の状態を示し、図５（Ｂ）は比較例に係る導体部の部分拡大図であり、伸縮性基板を伸張させた後の状態を示す。また、図６（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る導体部の部分拡大図であり、伸縮性基板を伸張させる前の状態を示し、図６（Ｂ）は本発明の一実施の形態に係る導体部の部分拡大図であり、伸縮性基板を伸張させた後の状態を示す。
　第１の比較例に係る伸縮性基板１１０では、図５（Ａ）に示すように、導体部１４０にバインダ樹脂１４１と、導電性粒子１４２とが含まれている。この伸縮性基板１１０に外力が加えられた場合、導体部１４０においては、伸縮性基板１１０の変形に追従してバインダ樹脂１４１が伸縮することで、導体部１４０にクラックの発生を抑制することが可能となる。
　ここで、バインダ等の樹脂組成物は、ヤング率が高くなると、これに応じて、最大伸度及び破断伸度が低下する傾向にあり、また、剛性が向上する傾向にあり、一方、ヤング率が低くなると、これに応じて、最大伸度及び破断伸度が向上する傾向にあり、また、剛性が低下する傾向にある。導体部１４０を伸縮性基板１１０の変形に追従し易くするため、バインダ１４１のヤング率を低くして、導体部１４０の伸縮性を向上させると、バインダ１４１の剛性が下り、延いては、導体部１４０全体の耐久性が低下してしまう。一方で、伸縮性基板１１０全体の耐久性を向上させるために、バインダ１４１のヤング率を高くして、バインダ１４１の剛性を向上させると、バインダ１４１の伸縮性が損なわれてしまい、図５（Ｂ）に示すように、導体部１４０が伸縮性基板１１０の変形に追従できず、導体部１４０にクラックが生じてしまう。
　また、導体部１４０を伸縮性基板１１０の変形に追従し易くするため、バインダ１４１のヤング率を低くして導体部１４０の伸縮性を向上させた場合、導体部１４０の伸張は、その全域で均等に生じる。このため、伸縮性基板１１０が変形した状態では、導電性粒子１４２同士が離れたり、導電性粒子１４２同士間の接触抵抗が増大したりして、導体部１４０の導電性が低下してしまう。
　この比較例に対し、本実施形態では、図６（Ａ）に示すように、バインダ４１よりも相対的に軟らかい軟質樹脂５０を、当該バインダ４１に埋設している。この場合、軟質樹脂５０は、伸縮性基板１０の変形に対して追従できるため、導体部４０の伸縮性の向上を図ることができる。一方で、軟質樹脂５０をバインダ４１に埋設することで、軟質樹脂５０が伸縮性基板１０の外部に露出し難くなっている。このため、耐久性に劣る軟質樹脂５０の劣化を抑えることができるので、伸縮性配線体３０全体の耐久性の向上を図ることができる。
　また、本実施形態では、図６（Ｂ）に示すように、伸縮性基板１０の変形に対して、軟質樹脂５０がバインダ４１に対して優先して変形することで、導体部４０の全域が均等に伸張するのを抑えることができる。これによって、伸縮性基板１０を変形させた際に、導体部４０の導電性が低下するのを抑制することができる。
　また、本実施形態では、導電性粒子４２は、軟質樹脂５０によって覆われていない。このため、伸縮性基板１０に外力が加えられ、導体部４０が変形し、導電性粒子４２同士の配列が組み変わっても、導電性粒子４２同士が接触し合うことができる。この場合、導体部４０において、新たな導通経路が生じるため、導体部４０の導電性の向上を図ることができる。
　また、本実施形態では、導電性粒子４２の直径Ｄと、軟質樹脂５０の直径Ｌとの関係が、上記（２）式を満たしている。このため、軟質樹脂５０の表面に沿った導体部４０でのクラックの発生や、発生したクラックの伝搬、進展を抑えることができる。
　また、本実施形態では、軟質樹脂５０が粒状であるため、伸縮性配線体３０に対して印加される外力の向きに因らず、導体部４０の伸縮性を発揮し易くすることができる。
　また、本実施形態では、粒状の軟質樹脂５０がバインダ４１中に分散されている。この場合、導体部４０の全体に粒状の軟質樹脂５０が存在しているため、伸縮性配線体３０の全体に伸縮性を付与することができる。
　本実施形態における「伸縮性基板１０」が本発明における「伸縮性基板」の一例に相当し、本実施形態における「伸縮性基材２０」が本発明における「伸縮性基材」の一例に相当し、本実施形態における「伸縮性配線体３０」が本発明における「伸縮性配線体」の一例に相当し、本実施形態における「導体部４０」が本発明における「導体部」の一例に相当し、本実施形態における「バインダ４１」が本発明における「バインダ」の一例に相当し、本実施形態における「導電性粒子４２」が本発明における「導電性粒子」の一例に相当し、本実施形態における「軟質樹脂５０」が本発明における「軟質樹脂」の一例に相当する。
　図７は本発明の他の実施の形態に係る伸縮性基板を高さ方向に切断した断面図、図８（Ａ）は本発明の他の実施の形態に係る伸縮性基板を示す平面図、図８（Ｂ）は本発明の他の実施の形態に係る伸縮性基板の変形例を示す平面図である。なお、上述の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略して、上述の実施形態においてした説明を援用する。
　図７に示す伸縮性基板１０Ｂでは、伸縮性配線体３０Ｂは、軟質樹脂５０が存在する第１の領域３０１と、第１の領域３０１と比較して、軟質樹脂５０の存在割合が低い第２の領域３０２と、を含んでいる。
　第１の領域３０１は、例えば、伸縮性基材２０の主面２１近傍等の伸縮性基材２０と導体部４０との間で伸縮性に差が生じ易い領域（例えば、伸縮性基材２０と導体部４０との界面）に対応して配されている。第２の領域３０２は、導体部４０において第１の領域３０１以外の領域で伸縮性に差が生じ難い領域に対応して配されている。本実施形態では、伸縮性配線体３０Ｂの高さ方向に沿って、伸縮性基材２０に近い側から順に第１の領域３０１と第２の領域３０２とが積層されている。
　特に、本実施形態では、第２の領域３０２における軟質樹脂５０の存在割合を０％としたことにより、すなわち、第２の領域３０２に軟質樹脂５０が存在しないことにより、第２の領域３０２における軟質樹脂５０の存在割合が、第１の領域３０１における軟質樹脂５０の存在割合と比較して低くなっている。なお、第２の領域３０２における軟質樹脂５０の存在割合を０％よりも高く、且つ、第１の領域３０１における軟質樹脂５０の存在割合よりも低くなるように設定してもよい。
　この軟質樹脂５０は、伸縮性基材２０の主面２１上に分散されている。本実施形態では、図８（Ａ）に示すように、複数の軟質樹脂５０が伸縮性基材２０の主面２１の全域において均等に配されているが、特にこれに限定されず、複数の軟質樹脂５０は、図８（Ｂ）に示す伸縮性基板１０Ｃ（伸縮性配線体３０Ｃ）のように、伸縮性基材２０の主面２１において導体部４０が設けられる領域にのみに対応して配されていてもよい。
　このような伸縮性基板１０Ｂは、以下の方法により製造することができる。すなわち、まず、伸縮性基材２０の主面２１上に、軟質樹脂５０を、水、もしくは溶剤、及び各種添加剤に混合して構成される溶液を塗布して、当該溶液を乾燥させる。そして、軟質樹脂５０が残存した主面２１上に、上述の導電性ペーストを塗布して、当該導電性ペーストを硬化させ、導体部４０を形成する。以上により、伸縮性基板１０Ｂを得ることができる。
　このように本実施形態では、導体部４０を形成する導電性ペーストとしては、軟質樹脂５０が分散されていない導電性ペーストを用いることができるので、伸縮性基板１０への要請に応じた種々広範な導電性ペーストを容易に使用することができる。
　また、本実施形態では、伸張性に差が生じ易い伸縮性基材２０と導体部４０との界面に対応して軟質樹脂５０を配しているため、これらの界面において、伸張性の差に起因したクラックが生じ難にくくなる。これによって、伸縮性基板１０Ｂの耐久性を向上させることができる。
　なお、本実施形態では、導体部４０のバインダ４１中に軟質樹脂が分散されていないが、特にこれに限定されない。すなわち、伸縮性基材２０と導体部４０との界面に対応して軟質樹脂５０を配すると共に、導体部４０のバインダ４１中に粒状の軟質樹脂を分散していてもよい。
　図９は本発明の他の実施の形態に係る伸縮性基板を高さ方向に切断した断面図、図１０（Ａ）は本発明の他の実施の形態に係る伸縮性基板を示す平面図、図１０（Ｂ）は本発明の他の実施の形態に係る伸縮性基板の変形例を示す平面図である。なお、上述の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略して、上述の実施形態においてした説明を援用する。
　図９に示す伸縮性基板１０Ｄでは、伸縮性配線体３０Ｄの軟質樹脂５０Ｂは、略正方形の断面形状を有する角柱状に形成されている。この軟質樹脂５０Ｂは、伸縮性基材２０の主面２１上に直接設けられており、主面２１から離れる側に向かって突出している。
　複数の軟質樹脂５０Ｂは、図１０（Ａ）に示すように、平面視において、千鳥状（ジグザグ状）に配列されている。なお、複数の軟質樹脂５０Ｂの配列方法は、特に上述に限定されず、格子状に配列されていてもよいし、ランダムに配列されていてもよい。また、本実施形態では、複数の軟質樹脂５０Ｂは、上面２１（主面２１）の全域に均等に配されているが、特にこれに限定されず、複数の軟質樹脂５０は、図１０（Ｂ）に示す伸縮性基板１０Ｅ（伸縮性配線体３０Ｅ）のように、伸縮性基材２０の主面２１において導体部４０が設けられる領域にのみに対応して配されていてもよい。また、上面２１上において、軟質樹脂５０Ｂの配置密度の異なる領域が混在して配列されていてもよい。
　導体部４０は、この軟質樹脂５０Ｂを覆うように、導電性ペーストを塗布して硬化させることで形成されている。これによって、角柱状とされた軟質樹脂５０Ｂが、バインダ４１中に埋設されている。なお、図９に示すように、軟質樹脂５０Ｂの長さＬは、導体部４０の高さＨ（図２参照）に比べて小さいことが好ましい（Ｈ＞Ｌ）。また、軟質樹脂５０Ｂの長さＬは、導電性粒子４２の粒径Ｄ（図４参照）よりも小さいことが好ましい（Ｄ＞Ｌ）。なお、本実施形態の軟質樹脂５０Ｂは、アスペクト比が十分に大きいため、高さ方向における軟質樹脂５０Ｂの長さを、軟質樹脂５０Ｂの長さＬに近似している。
　このような軟質樹脂５０Ｂは、ディスペンス法、インクジェット法、スクリーン印刷法等の方法を用いて主面２１上に軟質樹脂組成物を塗布して硬化させることで形成してもよい。或いは、インプリント法を用いて、伸縮性基材２０の主面２１に版（不図示）を押し付けて、軟質樹脂５０Ｂを形成してもよい。この場合、軟質樹脂５０Ｂは、伸縮性基材２０の一部が突出する突起となっており、伸縮性基材２０と軟質樹脂５０Ｂとは、一体的となっている。
　このような伸縮性基板１０Ｄでは、複数の軟質樹脂５０Ｂの配列を予め設定することができる。ここで、伸縮性配線体３０Ｄにおける軟質樹脂５０の存在割合を増加させると、それに応じて、導体部４０の伸縮性は向上する傾向にあり、また、導体部４０の耐久性は低下する傾向にあり、一方で、バインダ４１中の軟質樹脂５０の存在割合を減少させると、それに応じて、導体部４０の伸縮性は低下する傾向にあり、また、導体部４０の耐久性は向上する傾向にある。この場合、例えば、伸縮性基板１０Ｄの変形量が大きい領域では、導体部４０に高い伸縮性が求められるので、軟質樹脂５０Ｂを多く存在させる一方で、伸縮性基板１０Ｄの変形量の小さい領域では、導体部４０には伸縮性よりも高い耐久性が求められるので、軟質樹脂５０Ｂを少なく存在させる。これにより、伸縮性基板１０Ｄにおいて、要求に応じて導体部４０の伸縮性と耐久性との両方を向上させることができる。
　なお、本実施形態では、導体部４０のバインダ４１中に軟質樹脂が分散されていないが、特にこれに限定されない。すなわち、伸縮性基材２０の主面２１上に軟質樹脂５０Ｂを直接設けると共に、導体部４０のバインダ４１中に粒状の軟質樹脂を分散していてもよい。この場合、軟質樹脂の少なくとも一部である軟質樹脂５０Ｂは、伸縮性基材２０の一部が突出する突起であってもよい。
　なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
　例えば、上述の実施形態では、伸縮性基材２０上に導体部４０が直接設けられていたが、特にこれに限定されず、伸縮性基材２０と導体部４０との間に介在層が存在していてもよい。この介在層を構成する材料としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂等を用いることができる。このような介在層は、伸縮性基材２０と導体部４０との間に一又は複数積層されていてもよい。
１０…伸縮性基板
　２０…伸縮性基材
　　２１…主面
　３０…伸縮性配線体
　　　３０１…第１の領域
　　　３０２…第２の領域
　　４０…導体部
　　　４１…バインダ
　　　４２…導電性粒子
　　５０…軟質樹脂

Claims (6)

  1. 　バインダ及び前記バインダ中に分散された導電性粒子を含む導体部と、
    　前記バインダに埋設され、前記バインダよりも相対的に軟らかい軟質樹脂と、を備え、
    　前記導電性粒子は、前記軟質樹脂によって覆われていない伸縮性配線体。
  2. 　請求項１に記載の伸縮性配線体であって、
    　下記（１）式を満たす伸縮性配線体。
    　Ｄ＞Ｌ　…　（１）
    　但し、上記（１）式において、Ｄは前記導電性粒子の粒径であり、Ｌは前記軟質樹脂の長さである。
  3. 　請求項１又は２に記載の伸縮性配線体であって、
    　前記軟質樹脂の形状は、粒状である伸縮性配線体。
  4. 　請求項３に記載の伸縮性配線体であって、
    　前記軟質樹脂は、前記バインダ中に分散されている伸縮性配線体。
  5. 　請求項１～４の何れか一項に記載の伸縮性配線体と、
    　前記導体部が設けられた伸縮性基材と、を備える伸縮性基板。
  6. 　請求項５に記載の伸縮性基板であって、
    　前記軟質樹脂の少なくとも一部は、前記伸縮性基材の一部が突出した突起である伸縮性基板。
PCT/JP2018/008586 2017-03-09 2018-03-06 伸縮性配線体及び伸縮性基板 WO2018164125A1 (ja)

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