(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
フレキシブル基板は2次元の平板であり、曲がった平板を形成することはできるものの、例えば立体物のコーナーにおける縦横高さの3次元に広がる面をカバーするような回路や配線を形成することはできない。このことは、2次元の平面上に配置された銅箔をこの平面上の折線に沿って折り曲げる特許文献1の立体回路基板も同様である。例えば、特許文献1の技術において、銅箔に例えば突起を形成できたとしても、これに相応する形状のプリプレグシートとともに加熱加圧した場合、銅箔にしわや歪みが生じたり途中で切れたりするおそれがある。
【0005】
本発明は上記問題点を解決し、制約された空間に収容可能で、かつ、信頼性の高い高密配線が可能な立体積層配線基板を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成する本発明の立体積層配線基板は、3次元立体面を成すように形成された絶縁フィルムと、該絶縁フィルムの前記3次元立体面上に延在する導体パターンとを
それぞれが有する
3つ以上の立体配線基板が積層され、
それら3つ以上の立体配線基板のうち中間に配置された中間立体配線基板には孔又は切欠きが設けられ、
3つ以上の立体配線基板のうちの上記中間立体配線基板に隣接する立体配線基板が、上記孔又は切欠きを貫通してその中間立体配線基板を挟んで反対側に配置された別の立体配線基板に突き当たる、上記絶縁フイルムの一部分として形成されたスペーサ突起を有することを特徴とする。
【0007】
本発明の立体積層配線基板では、3次元立体面を有する立体配線基板が積層されるため、例えば電子機器のコーナー部分のような制約された空間に収容可能な、信頼性の高い高密配線が可能となる。
また、本発明の立体積層配線基板によれば、絶縁フィルムの一部分として形成されたスペーサ突起により、隣接した立体配線基板同士に間隔をあけることができるので、絶縁フィルムの表裏両面に導体パターンを互いに短絡することなく配置することができる。
【0008】
ここで、上記本発明の立体積層配線基板において、上記
3つ以上の立体配線基板は、いずれも略同一の3次元立体面を有し、これら略同一の3次元立体面が揃うように積層されたものであってもよい。
【0009】
各立体配線基板の3次元立体面に延在する導体パターンが入れ子状に配置される。したがって、3次元立体面を利用してより高密度な配線が可能となる。
【0010】
また、上記本発明の立体積層配線基板において、上記
3つ以上の立体配線基板のそれぞれは、互いに異なる形状の導体パターンが設けられたものであってもよい。
【0011】
3つ以上の立体配線基板のそれぞれに、異なる形状の導体パターンによって、例えば
3つ以上のアンテナ素子を有するアンテナのような異なる特性を有する素子を構成することができる。したがって、形状が制約された空間に複数の機能を収容することができる。
【0015】
また、上記本発明の立体積層配線基板において、上記立体配線基板の導体パターンが、上記スペーサ突起の表面に延び、この別の立体配線基板の導体パターンと接触したものであってもよい。
【0016】
スペーサ突起を介して、互いに隣接した2枚の立体配線基板に設けられた導体パターンを電気的に接続することができる。したがって、2枚の立体配線基板に設けられた導体パターンで1つの回路を形成することができる。
【0017】
また、上記本発明の立体積層配線基板において、上記
3つ以上の立体配線板のうちの互いに隣接した2枚の立体配線基板の導体パターンが、コンデンサ素子を形成する平行平板電極を形成したものであってもよい。
【0018】
スペーサ突起の高さによって静電容量を設定可能なコンデンサ素子が実現する。
【0019】
また、上記本発明の立体積層配線基板において、上記
3つ以上の立体配線基板のそれぞれの縁には、互いに重なりを避けた位置に突出した突出片が設けられ、この
3つ以上の立体配線基板それぞれの導体パターンがこの
3つ以上の立体配線基板それぞれの突出片上に延びていてもよい。
【0020】
突出片に設けられた導体パターンを立体配線基板の外部接続端子として利用することができる。このとき、外部接続端子同士の接触が避けられる。また、各外部接続端子の視認性が高いので接続作業が容易である。
【0021】
また、上記本発明の立体積層配線基板において、上記導体パターンは、めっき用触媒がプリントされて3次元立体面を成すように成形された絶縁フィルム上に、このめっき用触媒の作用によりめっきされたものであってもよい。
【0022】
めっき用触媒がプリントされて成形された絶縁フィルム上にめっきがなされた立体積層配線基板では、3次元立体面を成す面と面との境界である稜線や頂点に亘り、導体パターンが途切れなく連続して形成される。したがって、3次元立体面に延在する複雑な導体パターンの形成の信頼性が高い。
【発明の効果】
【0023】
以上説明したように、本発明によれば、制約された空間に収容可能で、かつ、信頼性の高い高密配線が可能な立体積層配線基板が実現する。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【0026】
図1は、本発明の立体積層配線基板の第1実施形態を示す斜視図である。
【0027】
図1に示す立体積層配線基板1は、配置される空間に相応した形状を有する基板である。具体的には、立体積層配線基板1は、部材と部材の間の隙間に配置するための3次元立体形状を有する。立体積層配線基板1は、例えば図示しない電子機器の筐体内のコーナー部分に配置され、筐体内に配置される他の部品Pとの隙間に配置される。本実施形態の立体積層配線基板1は、
図1に破線で示す他の部品Pの、角錐台部分P1に被さるよう、角錐台状の外形を有する。
【0028】
例示された立体積層配線基板1は、3つの回路を有する配線基板である。より詳細には、立体積層配線基板1は、特性が互いに異なる3種類のアンテナ素子を備えている。立体積層配線基板1の縁には、3つの外部接続端子101,102,103が設けられている。外部接続端子101,102,103には、図示しないリード線や別の回路基板が接続される。
【0029】
図2は、
図1に示す立体積層配線基板の分解斜視図である。
【0030】
図2に示すように、立体積層配線基板1は、互いに積み重ねられた3つの立体配線基板11,12,13を有する。なお、立体配線基板11,12,13のそれぞれを、
図2における上から順に、第1基板11、第2基板12、および第3基板13とも称する。まず、立体配線基板11,12,13のそれぞれに共通の構成を、第1基板11を代表として採り上げ説明する。
【0031】
第1基板11は、絶縁フィルム111および導体パターン112を備えている。
【0032】
絶縁フィルム111は、樹脂材料からなるフィルムである。樹脂材料は、熱可塑性または熱硬化性を有する樹脂である。樹脂材料は、例えば、PET(ポリエチレンテレフタラート)、PC(ポリカーボネート)、ポリイミド、およびPPS(ポリフェニレンスルフィド)が挙げられる。絶縁フィルム111は、3次元立体面を成すように形成されている。ここで、3次元立体面とは、平板状のフィルムが単に折線に沿って折り曲げられた形状とは異なり、取り巻き部分よりも突出した部分を有する形状を意味している。本実施形態の絶縁フィルム111は、3次元立体面として、底面が開口した四角錐台状の外形を有する。より詳細には、四角錐台状の絶縁フィルム111の上面eは4つの頂点a,b,c,d、すなわち角を有している。4つの頂点a,b,c,dのうちの1つの頂点aに着目すると、この頂点aには、横方向(斜め横方向X’)、縦方向(斜め縦方向Y’)、および高さ方向Zの互いに独立した3次元の方向に向いた面f,g,eが接している。頂点aは、面f,g,eを通りこの頂点aを取り巻いた環状の領域に対して突出した形状となっている。これと同様のことが、残りの3つの頂点b,c,dについてもいえる。また、本実施形態の絶縁フィルム111の上面eに着目すると、この上面eは、上面eに四方で接し、上面eを取り巻く4つの斜面f,g,h,iよりも突出しているといえる。このような絶縁フィルム111の3次元立体面は、単に平板状のフィルムを折線に沿って折り曲げることでは形成できず、例えば、成型用の型を用い平板状のフィルムを加熱加圧することで形成する。絶縁フィルム111の形成方法については、後述する。
【0033】
第1基板11の絶縁フィルム111には、3つのスペーサ突起111jが設けられている。スペーサ突起111jは、第1基板11が隣接する第2基板12に向かって突出している。スペーサ突起111jは、第1基板11が第2基板12に重ねられた状態で、第2基板12に突き当たる。これによって、第1基板11のスペーサ突起111jを除いた部分と第2基板12との間隔が維持される。
【0034】
また、絶縁フィルム111には、縁から突出した突出片111kが設けられている。第1基板11の導体パターン112は、突出片111kの上まで延びている。突出片111k上の導体パターン112が、外部接続端子101を構成している。
【0035】
以上説明した第1基板11の構造は、第2基板12および第3基板13についても共通である。第1基板11、第2基板12および第3基板13は、いずれも同様(ほぼ同一)の3次元立体面を有している。そして、第1基板11、第2基板12および第3基板13は、
図1に示す状態では、3次元立体面が揃うように積層されている。
【0036】
第1基板11のスペーサ突起111jと第2基板12のスペーサ突起121jとは異なる位置に配置されている。これによって、第1基板11と第2基板12が重なったときに、第2基板12のスペーサ突起121jに第1基板11のスペーサ突起111jが入り込むことが防止される。より詳細には、第1基板11のスペーサ突起111jと第2基板12のスペーサ突起121jとは、上面eの中心に対して点対称の位置に設けられている。したがって、第1基板11と第2基板12とは、共通の成型用型によって形成し、反対向きの姿勢をすることで実現できる。
【0037】
第1基板11の突出片111k、第2基板12の突出片121k、および第3基板13の突出片131kは、互いに重なりを避けた位置に配置されている。このため、立体積層配線基板1では、突出片111k,121k,131k上に構成される3つの外部接続端子101,102,103同士の接触が避けられる。また、各外部接続端子101,102,103が容易に視認されるので、他の部品やリード線との接続作業が容易である。
【0038】
本実施形態における第1基板11、第2基板12および第3基板13は、互いに異なる形状の導体パターン112,122,132が形成されている。導体パターン112は、導電性の金属材料で形成されている。金属材料としては、例えば銅、ニッケル、金が挙げられる。より詳細には、立体配線基板11,12,13は、めっき用触媒がプリントされて3次元立体面を成すように成形された絶縁フィルム111,121,131上に、めっき用触媒の作用によりめっきされた構造を有する。導体パターン112,122,132は、絶縁フィルム111,121,131の3次元立体面上にそれぞれ延在し、突出片111k,121k,131kまで延びている。導体パターン112,122,132は、外部接続端子101,102,103を給電点とする3つのアンテナ素子として機能する。これらのアンテナ素子は、3次元立体面に配置された導体パターン112,122,132の形状に応じて、互いに異なる放射特性を有している。例えば、第1基板11の導体パターン112と、第3基板13の導体パターン132とは、アンテナとして同様の周波数特性を有するが、空間内における放射分布が異なる。また、第1基板11の導体パターン112と、第2基板12の導体パターン122とは、周波数特性が異なる。
【0039】
図1に示す立体積層配線基板1が取り付けられた図示しない電子機器は、状況に応じて3種類のアンテナを選択的あるいは同時に使用する。立体積層配線基板1を用いることで、例えば電子機器のコーナーのような制約された空間に3種類のアンテナが内蔵できる。
【0040】
本実施形態における、第1基板11、第2基板12および第3基板13は、いずれも同様の3次元立体面を有し、3次元立体面が揃うように積層されている。このため、組立時における導体パターン112,122,132の相互間の位置決めが容易である。また、相互作用に起因する特性の変動や、製品ごとの個体差が抑えられる。
【0041】
図3は、立体配線基板の製造工程を説明する図である。
図3のパート(A)からパート(B)までには、例として第1基板11の製造工程が順に示されている。ただし、製造工程は他の基板も同様である。
【0042】
第1基板11を製造するには、まず、
図3のパート(A)に示すように、平板状に広がる樹脂製の絶縁フィルム1F上に、めっき用触媒1Cをプリントする。めっき用触媒としては、例えば、導電性ポリマが挙げられる。なお、めっき用触媒1Cのプリント前に、エッチング処理や下地層処理が実施されてもよい。
【0043】
次に、
図3のパート(B)に示すように、絶縁フィルム1Fを加熱するとともに、成型用型によって3次元立体面を成すように成形する。成型の方法としては、例えば、空気の吸引によって絶縁フィルム1Fを型に吸い付ける真空成型法や、空気の押出しによって絶縁フィルム1Fを型に押し当てる圧空成形法、機械的な型押し成形法等がある。
【0044】
次に、
図3のパート(C)に示すように、成形された絶縁フィルムに化学めっき処理を施す。めっき用触媒1Cの作用により、めっきがなされる。めっき用触媒1Cがプリントされた部分に金属製の導体パターン112が形成される。このようにして、第1基板11が完成する。
【0045】
めっき処理は、絶縁フィルム1Fの成形後に実施されるので、金属の導体パターン112が3次元立体面における頂点や稜線において途切れることなく連続して形成される。したがって、3次元立体面上に複雑な導体パターンを形成した場合でも、接続の信頼性が高い。
【0046】
最後に、完成した第1基板11を、この第1基板11と同様に製造した第2基板12、第3基板13(
図2参照)と重ね、接着材等により固定する。このようにして、
図1に示す立体積層配線基板1が完成する。
【0047】
ところで、
図2に示す3次元立体面に類似した形状は、例えば、平板状のフレキシブル基板に、立体の展開図を想定した切り込みを入れて折り曲げ、さらに縁を継貼りすることにより形成することが考えられる。しかし、この場合には、3次元立体面のうち、切り込みを継ぎ貼りした部分で導体パターンを連続させることはできない。したがって、導体パターンの形状に制約が生じる。また、3次元立体面の形成作業が複雑であり、機械化が困難である。
【0048】
また、射出成型等により、
図2に示す3次元立体面に類似した形状を製造しようとした場合には、形成される基板の厚みを、射出成型可能な厚みとすることが必要となる。したがって、物品の隙間のような狭い空間に積層配置することができない。
【0049】
また、3次元立体面を有しないフレキシブル基板において、導体パターンを多層配置しようとした場合には、導体パターンの形成と絶縁層の形成を交互に繰り返す必要がある。したがって、多層構造の形成に時間がかかる。これに対し、本実施形態の立体積層配線基板1は、各層の形成を略同時に製造し、3次元立体面を合わせるように組み合わせることで各層間の位置決めを行うことができる。したがって、短時間で配置精度の高い多層基板回路が製造できる。
【0050】
製造された立体積層配線基板1は、電子機器等の限定された配置場所に適応した3次元立体面に、接続信頼性の高い複雑な導体パターンを高密度に配置することができる。
【0051】
[第2実施形態]
上述した第1実施形態の立体積層配線基板1は、第1基板11、第2基板12および第3基板13のそれぞれの上を向いた凸側面、つまり一方の面にのみ導体パターンが形成されている。続いて、基板の凹側面、または両面に導体パターンが形成された本発明の第2実施形態について説明する。
【0052】
図4は、第2実施形態の立体積層配線基板の構造を示す断面図である。
【0053】
図4に示す立体積層配線基板2は、第1基板21、第2基板22、および第3基板23を備えている。一番下の第3基板23では、第1実施形態の場合と同様、絶縁フィルム231の凸側面に導体パターン232が設けられている。しかし、一番上の第1基板21では、絶縁フィルム211の凹側面に導体パターン212が設けられている。また、第2基板22では、絶縁フィルム221の両面に導体パターン222,223が設けられている。なお、図では、絶縁フィルムや導体パターンの厚みが誇張して示されている。
【0054】
第1基板21の導体パターン212は、絶縁フィルム211のスペーサ突起211jの表面に延び、第2基板22の導体パターン222と接触している。このため、互いに隣接する第1基板21および第2基板22の導体パターン212,222によって、1つの回路が構成される。
【0055】
また、第2基板22の、上記導体パターン222とは反対の面に配置された導体パターン223は、絶縁フィルム221のスペーサ突起221jの表面に延び、第3基板23の導体パターン232と接触している。このため、互いに隣接する第2基板22および第3基板23の導体パターン233,232によって、1つの回路が構成されている。なお、導体パターン223,232は、半田、導電性接着剤等を用いて互いに接合してもよい。
【0056】
このように、立体積層配線基板2によれば、1つの回路を、互いに隣接する2つの基板21,22を利用して構成することが可能である。また、
図4において明らかなように、スペーサ突起211j,221jが基板同士の隙間を保持しているため、スペーサ突起211j,221j以外の部分では、導体パターン同士の不用意な接触が避けられる。
【0057】
[第3実施形態]
続いて、導体パターンによってコンデンサ素子が形成された、本発明の第3実施形態について説明する。
【0058】
図5は、第3実施形態の立体積層配線基板の構造を示す断面図である。
【0059】
図5に示す立体積層配線基板3は、第1基板31の絶縁フィルム311に形成されたスペーサ突起311jの水平方向に沿った長さが、第2実施形態におけるスペーサ突起211j(
図4参照)よりも大きい。そして、スペーサ突起311jの表面には、平板状に広がった導体パターン312が設けられている。また、絶縁フィルム311には、上記導体パターン312とは離れた位置に、別の、平板状に広がった導体パターン313が設けられている。
【0060】
第2基板32の絶縁フィルム321の凸側面には、導体パターンは設けられていない。第2基板32の凹側面には、第1基板31の導体パターン312,313と相応する領域を含んで平板状に広がった導体パターン323が設けられている。
【0061】
第2基板32の導体パターン323と、第1基板31の導体パターン312によって、第1のコンデンサ素子C1が形成されている。第1のコンデンサ素子C1は、一対の平行平板電極となる導体パターン323,312が重なる面積、ならびに絶縁フィルム321の厚みおよび誘電率に応じた静電容量を有する。また、第2基板32の導体パターン323と、第1基板31のもう一つの導体パターン313によって、第2のコンデンサ素子C2が形成されている。第2のコンデンサ素子C2は、一対の平行平板電極となる導体パターン323,313が重なる面積、絶縁フィルム321の厚みおよび誘電率、ならびに、スペーサ突起311jの高さおよび空気の誘電率に応じた静電容量を有する。第2のコンデンサ素子C2は、スペーサ突起311jの高さによって、静電容量の調整が可能である。
【0062】
[第4実施形態]
続いて、本発明の第4実施形態について説明する。
【0063】
図6は、第4実施形態の立体積層配線基板のスペーサ突起部分を示す断面図である。
【0064】
図6に示す立体積層配線基板4は、第1基板41、第2基板42、第3基板43、および第4基板44である4つの立体配線基板が積層されたものである。第2基板42および第3基板43は、第1基板41および第4基板44の中間に配置されている。第2基板42および第3基板43のそれぞれは、本発明にいう中間立体配線基板の一例に相当する。
【0065】
第2基板42および第3基板43には、孔42h,43hがそれぞれ設けられている。第4基板44に設けられたスペーサ突起441jは、孔42h,43hを貫通して、第1基板41に突き当たっている。
【0066】
[第5実施形態]
続いて、本発明の第5実施形態について説明する。
【0067】
図7は、第5実施形態の立体積層配線基板を示す斜視図である。
【0068】
図7に示す立体積層配線基板5は、2つの立体配線基板である第1基板51および第2基板52が積層されたものである。第1基板51および第2基板52は、3次元立体面を成すように形成された絶縁フィルム511,521をそれぞれ備えている。より詳細には、絶縁フィルム511の3次元立体面は、1つの頂点aに、横方向X、縦方向Y、および高さ方向Zの互いに独立した3次元の方向に向いた面f,g,eが接してなる三角錐状の突形状である。この形状は、第1基板51の奥(裏側)に配置された第2基板42についても同様である。第1基板51および第2基板52は、3次元立体面より具体的には頂点aの位置が揃うように積層されている。第1基板51の絶縁フィルム511の3次元立体面上には、アンテナ素子として機能する導体パターン512が延在している。また、第1基板51の内側に配置された第2基板52の絶縁フィルム521にも、アンテナ素子として機能する、第1基板51のものとは異なる形状の図示しない導体パターンが延在している。
【0069】
図8は、
図7の立体積層配線基板の応用例を示す斜視図である。
【0070】
図8には、応用例として携帯通信端末装置9が示されている。携帯通信端末装置9の一例は、スマートフォンである。携帯通信端末装置9は、薄い直方体状であり、コーナー部分の、筐体91と内蔵部品92との隙間には、
図7に示す立体積層配線基板5が搭載されている。立体積層配線基板5は、
図7に示すように3次元立体面を成す第1基板51および第2基板52が積層された構造によって、携帯通信端末装置9の限られた隙間に、2種類のアンテナを内蔵させることができる。
【0071】
なお、上述した実施形態には、本発明にいう導体パターンの例として、アンテナ素子を構成する導体パターンが示されている。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、導体パターンは、一般的な閉回路を構成するものであってもよい。また、導体パターンには、電子部品が搭載されたものであってもよい。したがって、本発明の立体積層配線基板は、例えば通信機能を有しない装置に適用されるものであってもよい。
【0072】
また、上述した実施形態には、本発明にいう立体積層配線基板の例として、2つから4つの基板が積層された構造が示されている。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、積層される立体配線基板の数は、5以上であってもよい。
【0073】
また、上述した実施形態には、本発明にいう3次元立体面を成す形状の例として、角錐台状や角錐状のものが示されている。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、球状や円柱状であってもよい。また、立体配線基板は、平板状の一部に3次元立体面を成す部分が設けられたものであってもよい。
【0074】
また、上述した実施形態には、本発明にいう孔又は切欠きの例として、孔42h、43hkが示されている。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、スペーサ突起が貫通するのは切欠きであってもよい。
【0075】
また、上述した実施形態には、本発明にいう立体配線基板の例として、突出片111kを有するものが示されている。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、突出片がないものであってもよい。
【0076】
また、上述した実施形態には、本発明にいう複数の立体配線基板の例として、互いに異なる形状の導体パターンが設けられた基板が示されている。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、アレイアンテナを構成する場合のように、同じ形状の導体パターンが設けられたものであってもよい。
【0077】
また、本発明にいう立体積層配線基板の例として、上述した実施形態の要素を併用、入替えしたものであってもよい。例えば、第1実施形態または第5実施形態の立体積層配線基板における各基板の両面に、第2実施形態の導体パターンが設けられてもよく、また、第3実施形態のコンデンサが形成されてもよい。