(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
平面視で、前記第2配線が前記第1配線と交差している部分の両側の第2配線の下にそれぞれ前記絶縁層の前記第1切欠き部が設けられている請求項2に記載の伸縮性配線基板。
平面視で、前記第1切欠き部の奥行きは、平面視で前記第1配線と前記絶縁層が重ならない部分の幅の0.25倍以上である請求項1〜3のいずれか1項に記載の伸縮性配線基板。
前記第1配線及び前記第2配線のヤング率は、前記絶縁層のヤング率及び前記伸縮性基材のヤング率のいずれよりも高い請求項1〜4のいずれか1項に記載の伸縮性配線基板。
前記絶縁層は、少なくとも1つの第2切欠き部を有し、前記第2切欠き部は平面視で前記第2配線と重ならず、前記第1配線と重なる請求項1〜5のいずれか1項に記載の伸縮性配線基板。
平面視で、前記第2配線は前記第1配線と交差しており、前記第2配線が前記第1配線と交差している部分の両側の第1配線の上にそれぞれ前記絶縁層の前記第2切欠き部が設けられている請求項6に記載の伸縮性配線基板。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の伸縮性配線基板について説明する。
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい構成を2つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
【0014】
以下に示す各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもない。第2実施形態以降では、第1実施形態と共通の事項についての記述は省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態毎には逐次言及しない。
以下の説明において、各実施形態を特に区別しない場合、単に「本発明の伸縮性配線基板」という。
【0015】
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る伸縮性配線基板を模式的に示す平面図である。
図1に示す伸縮性配線基板1は、伸縮性基材10と、伸縮性基材10上に配置された第1配線20と、第1配線20の一部と重なるように配置された絶縁層40と、第1配線20と絶縁層40を介してその一部が重なるように配置された第2配線30とを備えている。
伸縮性配線基板1では第1配線20と第2配線30は交差しており、その交差角度は直交である。
【0016】
伸縮性基材10は、例えば、伸縮性を有する樹脂材料から構成される。樹脂材料としては、例えば、熱可塑性ポリウレタン等が挙げられる。
【0017】
伸縮性基材10の厚さは特に限定されないが、生体に貼り付けた際に生体表面の伸縮を阻害しない観点からは、100μm以下であることが好ましく、1μm以下であることがより好ましい。また、伸縮性基材10の厚さは、0.1μm以上であることが好ましい。
【0018】
第1配線20及び第2配線30は、導電性粒子と樹脂を含んでいることが好ましく、伸縮性を有する配線であることが好ましい。例えば、導電性粒子としてのAg、Cu、Niなどの金属粉と、シリコーン樹脂などのエラストマー系樹脂からなる混合物が挙げられる。
導電性粒子の平均粒径は特に限定されるものではないが、0.01μm以上、10μm以下であることが好ましい。また、導電性粒子の形状は球形であることが好ましい。
【0019】
第1配線20及び第2配線30の厚さは特に限定されないが、100μm以下であることが好ましく、50μm以下であることがより好ましい。また、第1配線20及び第2配線30の厚さは0.01μm以上であることが好ましい。
【0020】
第1配線20の線幅(
図1中、両矢印A1で示す幅)及び第2配線30の線幅(
図1中、両矢印A2で示す幅)は特に限定されないが、0.1μm以上であることが好ましく、10mm以下であることがより好ましい。
【0021】
絶縁層40は、第1配線20の一部と重なるように配置されており、第2配線30は絶縁層40を介してその一部が第1配線20と重なるように配置される。すなわち、絶縁層40は厚さ方向において第1配線20と第2配線30の間に配置されており、第1配線20と第2配線30が直接接触してショートすることを防止する。
【0022】
絶縁層40は、樹脂材料、又は、樹脂材料及び無機材料からなる混合物であることが好ましく、樹脂材料として例えば、ウレタン系、スチレン系、オレフィン系、シリコーン系、フッ素系、ニトリルゴム、ラテックスゴム、塩化ビニル、エステル系、アミド系等のエラストマー系樹脂、エポキシ、フェノール、アクリル、ポリエステル、イミド系、ロジン、セルロース、ポリエチレンテレフタレート系、ポリエチレンナフタレート系、ポリカーボネート系樹脂が挙げられる。
絶縁層40の厚さは特に限定されないが、0.01μm以上であることが好ましく、200μm以下であることがより好ましい。
【0023】
絶縁層40は、第1切欠き部41を2つ有している。第1切欠き部41は、平面視で第1配線20と重ならず、第2配線30と重なる位置に設けられている。
具体的には、第1切欠き部41は、第2配線30が第1配線20と交差している部分の両側の第2配線30の下にそれぞれ設けられている。
【0024】
本明細書における切欠き部は、上面視において両脇に突出した部分があってその内側が凹んでいる形状である。
図1には上面視が凹型である第1切欠き部を示している。
【0025】
図1には伸縮性配線基板1が使用される際に想定される伸縮方向を太い両矢印で示している。この伸縮方向は第2配線30の伸縮する方向に沿っている。
なお、この伸縮方向の矢印は、この伸縮性配線基板がこの方向にしか伸縮しないことを意味するものではなく、伸縮性配線基板が両矢印以外の方向に伸縮してもよい。
【0026】
第2配線30は伸縮性を有するが、絶縁層40は第2配線30に比べて伸縮性に劣ることが多い。このような場合は、伸縮性配線基板1が伸縮する際に第2配線30と絶縁層40が接触している部位において第2配線30が伸びようとしても絶縁層40が伸びないので第2配線30の伸縮が絶縁層40によって拘束されるため、第2配線30に応力が加わりやすい。そのため、第2配線30に断線が生じることが考えられる。
なお、本発明の伸縮性配線基板は、絶縁層が第2配線に比べて伸縮性に劣るものに限定されるものではない。
第1切欠き部41が第2配線30と重なる位置に設けられていると、第2配線30と絶縁層40が伸縮方向において接触する面積が小さくなるために伸縮性配線基板1が伸縮方向に沿って伸縮する際に第2配線30に加わる応力が小さくなり、第2配線30が断線することが防止される。
また、第1切欠き部41は平面視で第1配線20と重ならない位置に設けられているので、第1切欠き部41を設けても第1配線20と第2配線30が接触することはなく、第1配線20と第2配線30がショートすることは防止される。
【0027】
また、伸縮性配線基板1においては、平面視で、第2配線30が第1配線20と交差している部分の両側の第2配線30の下にそれぞれ絶縁層40の第1切欠き部41が設けられている。
第1切欠き部が配線が交差している部分の両側に設けられていると、配線の両側において第2配線に加わる応力が低減されるので、第2配線が断線することをより確実に防止することができる。
【0028】
また、第1切欠き部の寸法に関して、平面視で第1配線と絶縁層が重ならない部分の幅(
図1において両矢印Xで示す幅)に対して、第1切欠き部の奥行(
図1において両矢印Yで示す幅)が0.25倍以上であることが好ましく、0.75倍以上であることがより好ましい。第1切欠き部がこの規定を満たす程度に深く設けられていると、第2配線に加わる応力の低減効果がより確実に発揮される。
なお、平面視で第1配線と絶縁層が重ならない部分の幅に対して、第1切欠き部の奥行が1.00倍以上となると第1切欠き部が深すぎて第1切欠き部が第1配線と重なってしまい、第1配線と第2配線がショートしてしまう。そのため、平面視で第1配線と絶縁層が重ならない部分の幅に対して、第1切欠き部の奥行は1.00倍未満である必要がある。第1配線と第2配線のショートを防止するために安全を考慮すると好ましくは0.90倍以下である。
【0029】
また、第1切欠き部の幅(
図1において両矢印Zで示す幅)が配線幅(
図1において両矢印A2で示す幅)以上であることが好ましい。
また、絶縁層の幅(
図1において両矢印Wで示す幅)に対して第1切欠き部の幅(
図1において両矢印Zで示す幅)が0.99倍以下であることが好ましい。
上記関係を満たすと、第2配線の断線及び抵抗率の悪化をより確実に抑制することができる。
【0030】
また、第1配線、第2配線、絶縁層及び伸縮性基材のヤング率に関して、第1配線及び第2配線のヤング率は、絶縁層のヤング率及び伸縮性基材のヤング率のいずれよりも高いことが好ましい。
ヤング率が上記関係を満たすと、第1配線及び第2配線の断線及び抵抗率の悪化を抑制しつつ、より伸縮性能を維持することができる。
【0031】
以下、本発明の伸縮性配線基板の別の実施形態について説明する。
上記第1実施形態において説明した事項と同様の事項は省略し、異なる事項について説明する。
[第2実施形態]
本発明の伸縮性配線基板では、平面視で、第1切欠き部の第1配線側の角はR面取りがされた形状であり、R面取りの半径は第2配線の線幅の0.01倍以上であることが好ましい。
【0032】
図2は、本発明の第2実施形態に係る伸縮性配線基板を模式的に示す平面図である。
図2に示す伸縮性配線基板2では、第1切欠き部41の第1配線20側のそれぞれの角41aにR面取りがされている。
また、R面取りの半径が第2配線の線幅(
図2で両矢印A2で示す幅)の0.01倍以上となっている。
このようにR面取りがされていることで、伸縮性配線基板の伸縮時に第2配線に加わる応力がより低減される。
【0033】
[第3実施形態]
本発明の伸縮性配線基板では、絶縁層は、少なくとも1つの第2切欠き部を有し、第2切欠き部は平面視で第2配線と重ならず、第1配線と重なることが好ましい。また、平面視で、第2配線は第1配線と交差しており、第2配線が第1配線と交差している部分の両側の第1配線の上にそれぞれ絶縁層の第2切欠き部が設けられていることが好ましい。
【0034】
図3は、本発明の第3実施形態に係る伸縮性配線基板を模式的に示す平面図である。
図3に示す伸縮性配線基板3では、絶縁層40は、第1配線20の一部と重なるように配置されており、第2配線30は絶縁層40を介してその一部が第1配線20と重なるように配置される。
絶縁層40は、第1切欠き部41を2つ有している。第1切欠き部41は、平面視で第1配線20と重ならず、第2配線30と重なる位置に設けられている。
さらに、絶縁層40は、第2切欠き部42を2つ有している。第2切欠き部42は、平面視で第2配線30と重ならず、第1配線20と重なる位置に設けられている。
第2切欠き部42の形状も、第1切欠き部41の形状と同様に上面視が凹型の形状である。
【0035】
図3には、
図3に示す伸縮性配線基板3が使用される際に想定される伸縮方向を2つの太い両矢印で示している。すなわち、図面縦方向及び横方向の両方が伸縮方向として想定されている。
なお、この伸縮方向の矢印は、この伸縮性配線基板がこの方向にしか伸縮しないことを意味するものではなく、伸縮性配線基板が両矢印以外の方向に伸縮してもよい。
【0036】
図3中で横方向に伸縮性配線基板3が伸縮する場合、第1配線20が伸縮する。この伸縮方向を想定した場合に、絶縁層40に第2切欠き部42が設けられていると、第1配線20と絶縁層40が伸縮方向において接触する面積が小さくなるために伸縮性配線基板3が
図3中の横方向を伸縮方向として伸縮する際に第1配線20に加わる応力が小さくなり、第1配線20が断線することが防止される。
また、第2切欠き部42は平面視で第2配線30と重ならない位置に設けられているので、第2切欠き部42を設けても第2配線30と第1配線20が接触することはなく、第2配線30と第1配線20がショートすることは防止される。
【0037】
また、伸縮性配線基板3においては、平面視で、第2配線30が第1配線20と交差している部分の両側の第1配線20の上にそれぞれ絶縁層40の第2切欠き部42が設けられている。
第2切欠き部が配線が交差している部分の両側に設けられていると、配線の両側において第1配線に加わる応力が低減されるので、第1配線が断線することをより確実に防止することができる。
【0038】
[第4実施形態]
本発明の伸縮性配線基板では、切欠き部の形状が上面視凹型である形状でなくてもよい。例えば、切欠き部の形状が上面視半円状や上面視半楕円状であってもよい。
【0039】
図4は、本発明の第4実施形態に係る伸縮性配線基板を模式的に示す平面図である。
図4に示す伸縮性配線基板4では、第1切欠き部41の形状が上面視半楕円状になっている。このような第1切欠き部の形状であっても、第1切欠き部を設けることにより第2配線に加わる応力を防止する効果が発揮される。
この場合、第1切欠き部41の切欠き深さが最も深くなる箇所(
図4で参照符号41bで示す箇所)が第1配線20と重ならないようにする。そのようにすることで第2配線30と第1配線20がショートすることは防止される。
【0040】
[第5実施形態]
本発明の伸縮性配線基板では、第1配線と第2配線が交差する角度は直交でなくてもよい。
【0041】
図5は、本発明の第5実施形態に係る伸縮性配線基板を模式的に示す平面図である。
図5に示す伸縮性配線基板5では、第1配線20と第2配線30が交差する角度が直交(90°)ではなく、第2配線30が第1配線20に対して斜め60°に交差している。
絶縁層40も第2配線30に沿って設けられていて、絶縁層40の長辺方向も第1配線20に対して斜め60°に交差している。
すなわち、第5実施形態の伸縮性配線基板5は、第1実施形態の伸縮性配線基板1における第2配線30と絶縁層40を一緒に30°傾けた形態であるともいえる。
【0042】
図5には、伸縮性配線基板5が使用される際に想定される伸縮方向を太い両矢印で示している。すなわち、第1配線20に対して斜め60°の方向が伸縮方向として想定されている。
なお、この伸縮方向の矢印は、この伸縮性配線基板がこの方向にしか伸縮しないことを意味するものではなく、伸縮性配線基板が両矢印以外の方向に伸縮してもよい。
【0043】
第1切欠き部41は第2配線30の伸縮する方向に合わせて形成されている。これまで説明した本発明の各実施形態の伸縮性配線基板と同様に、本実施形態においても第1切欠き部41を設けることにより伸縮性配線基板5が伸縮する際に第2配線30が断線することが防止される。
【0044】
[第6実施形態]
本発明の伸縮性配線基板では、第1配線と第2配線が交差する角度は直交でなくてもよく、さらに、絶縁層は第2配線に沿って設けられていなくてもよい。
【0045】
図6A及び
図6Bは、それぞれ本発明の第6実施形態に係る伸縮性配線基板を模式的に示す平面図である。
図6Aに示す伸縮性配線基板6aと
図6Bに示す伸縮性配線基板6bでは、第1切欠き部41の大きさが異なるが、第1配線、第2配線、絶縁層及び第1切欠き部の位置関係は同様である。
【0046】
図6Aに示す伸縮性配線基板6aでは、第1配線20と第2配線30が交差する角度が直交(90°)ではなく、第2配線30が第1配線20に対して斜め60°に交差している。
絶縁層40は第2配線30に沿う方向に設けられているわけではなく、絶縁層40の長辺方向は第1配線20に沿う方向に伸びている。
伸縮性配線基板6aでは絶縁層40の横幅が縦幅よりも広くなっている。
絶縁層40の上側では第1切欠き部41は右側で第2配線30と重なっていて、第1切欠き部41の左側は空いた状態となっている。
絶縁層40の下側では第1切欠き部41は左側で第2配線30と重なっていて、第1切欠き部41の右側は空いた状態となっている。
【0047】
図6Bに示す伸縮性配線基板6bでは、第1切欠き部41の幅を狭くすることで、
図6Aにおいて第1切欠き部41が空いていた部分を第1切欠き部としないようにしており、第1切欠き部41は必要最小限の位置に形成されているといえる。
すなわち、絶縁層40の上側では第1切欠き部41は右側で第2配線30と重なっていて、第2配線30の左右で第1切欠き部41の幅はほぼ同じである。
絶縁層40の下側では第1切欠き部41は左側で第2配線30と重なっていて、第2配線30の左右で第1切欠き部41の幅はほぼ同じである。
【0048】
これまで説明した本発明の各実施形態の伸縮性配線基板と同様に、本実施形態においても第1切欠き部41を設けることにより伸縮性配線基板6a、6bが伸縮する際に第2配線30が断線することが防止される。
【0049】
図7は、本発明の伸縮性配線基板を使用するデバイス全体の一例を模式的に示す上面図である。
本発明の伸縮性配線基板7には、電子部品を実装することができ、チップ部品50、チップ部品60が実装されている。
第1配線20と第2配線30が交差しており、絶縁層40には第1切欠き部41が2つ、第2切欠き部42が2つ設けられている。第1切欠き部41と第2切欠き部42が設けられている態様は第3実施形態の伸縮性配線基板3と同様である。
チップ部品の例としては、増幅器(オペアンプ、トランジスタ等)、チップコンデンサ、チップ抵抗等が挙げられる。
【0050】
伸縮性配線基板は生体に貼り付けることによりセンサとして使用することができる。
伸縮性配線基板の第1配線、絶縁層及び第2配線が設けられていない側の面には生体適合性を有する粘着層が設けられていてもよく、粘着層により生体に貼り付けられるようになっていてもよい。また、伸縮性配線基板の全体をテーピングして肌に固定してもよい。
また、第1配線と第2配線及び電子部品が人体に接触することを防ぐために、伸縮性配線基板の全体を生体適合性を有する樹脂材料で被覆してもよい。
また、肌との通気性を向上させるために、第1配線と第2配線及び電子部品が配置されていない領域には、肌が外気に露出又は通気しやすい部分を有する構造としてもよい。
【0051】
また、ここまで説明した本発明の各実施形態の伸縮性配線基板は、いずれも平面視において第1配線と第2配線が交差する形態のものであるが、平面視において第1配線と第2配線がその一部で重なっていれば、第1配線と第2配線は交差していなくてもよい。
例えば、第1配線が横方向に伸びており、U字型の第2配線が縦方向から伸びていて、U字型の底部のみが第1配線と重なっているような態様が挙げられる。
言い換えれば、横方向に伸びる第1配線の上側から第2配線が入って、第2配線と第1配線が重なり、第2配線は第1配線の下側から出るのではなく第1配線の上側から出る態様ともいえる。
このような形態の場合にも、第2配線が第1配線に入る箇所、第2配線が第1配線から出る箇所において絶縁層に切欠き部を設けることで本発明の伸縮性配線基板の効果を発揮させることができる。
【実施例】
【0052】
厚さ40μmの熱可塑性ポリウレタン樹脂シートを3mm×3mmに切断して伸縮性基材とした。伸縮性基材上に、銀ペーストを使用して第1配線を線幅0.5mm、膜厚25μmで直線状に形成した。
第1配線の一部と重なるように、アクリル系樹脂及び無機材料からなる混合物である絶縁層を厚さ40μm、0.9mm×0.9mm角で形成した。
絶縁層上に、第1配線と直交する向きに、銀ペーストを使用して第2配線を線幅0.5mm、膜厚25μmで形成した。
伸縮性基材のヤング率は9.9MPa、第1配線及び第2配線のヤング率は73.6MPa、絶縁層のヤング率は4.63MPaであった。
【0053】
上記のように配置した伸縮性配線基板は、
図1に示す形状であり、
図1における幅A1及び幅A2がそれぞれ0.5mm、幅Wが0.9mm、幅Xが0.2mm(200μm)である。
そして、第1切欠き部を幅W0.8mmで第1切欠き部の奥行Y(Y寸法)を変化させて形成した試験片をそれぞれ用意した。
これらの試験片のそれぞれにつき、ポリウレタン樹脂を伸長率6%で伸長して第2配線表面の引張応力の最大値を測定した。
【0054】
図8は、Y寸法の長さと第2配線表面の引張応力の最大値の関係を示す図である。
Y寸法が0μmのときは第1切欠き部が形成されていないことを意味する。
図8から、絶縁層に第1切欠き部が形成されていると第2配線に加わる引張応力が低くなることが分かる。また、平面視で第1配線と絶縁層が重ならない部分の幅(200μm)に対して、第1切欠き部の奥行が0.75倍以上(150μm以上)のときに第2配線に加わる引張応力がより低くなっている。
これらの結果から、絶縁層に第1切欠き部を形成することで、伸縮性配線基板が伸縮方向に沿って伸縮する際に第2配線に加わる応力が小さくなり、第2配線が断線することが防止されることがわかる。
【0055】
次に、上記実施例に類似した条件の伸縮性配線基板において第2配線に加わる引張応力をシミュレーションにより確認した結果について示す。上記実施例に対して、第1配線及び第2配線のヤング率を73.6MPaから9.9MPaに変更した他は同じ条件である。
シミュレーションソフトとしてはムラタソフトウェア株式会社製のFemtet(登録商標)を使用した。
これは、第1配線及び第2配線のヤング率が伸縮性基材のヤング率と同じ場合の例である。
【0056】
上記実施例と同様に、第1切欠き部の奥行Y(Y寸法)を変化させた場合につき、ポリウレタン樹脂を伸長率6%で伸長して第2配線表面の引張応力の最大値を確認した。
そして、Y寸法の長さを変化させた場合の第2配線表面の引張応力の最大値につき、Y寸法が0μm(Y=0)の場合の引張応力の最大値を1とした相対値として確認した。
【0057】
上記条件のシミュレーション結果を
図9に示した。
図9は、第1配線及び第2配線のヤング率が伸縮性基材のヤング率と同じ場合に、Y寸法の長さと第2配線表面の引張応力の最大値の関係を示す図である。
【0058】
図9からは、第1配線及び第2配線のヤング率が伸縮性基材のヤング率と同じ場合においても、絶縁層に第1切欠き部を形成することで、伸縮性配線基板が伸縮方向に沿って伸縮する際に第2配線に加わる応力が小さくなり、第2配線が断線することが防止されることがわかる。