JP6721829B2 - 配線基板及び電子機器 - Google Patents
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Description
まず、配線基板の第1の例を図1及び図2に示す。図1(A)には、配線基板の一例の要部平面を模式的に図示し、図1(B)には、図1(A)のM1−M1断面を模式的に図示している。図2には、伸ばされた配線基板の一例の要部平面を模式的に図示している。
基材10には、シリコーンゴム等の弾性体(エラストマー)が用いられる。基材10には、例えば図1(A)に示すように、その平面形状が長方形又は略長方形のものが用いられる。配線部20aには、基材10に比べて伸び性の低い、銅(Cu)箔等の金属箔が用いられる。図1(A)及び図1(B)には一例として、基材10上に設けられ、基材10の長手方向Xである方向Qに延在された、1本の配線部20aを図示している。尚、伸び性とは、或る方向の引っ張り力に対してその方向に弾性的に伸びる性質をいうものとする。
図5は第1の実施の形態に係る配線基板の一例を示す図である。図5(A)には、配線基板の一例の要部平面を模式的に図示し、図5(B)には、図5(A)のM4−M4断面を模式的に図示している。
図6には、比較のため、上記第3の例に係る配線基板1Cの伸び性を説明するための図を示し、図7には、この第1の実施の形態に係る配線基板1の伸び性を説明するための図を示している。図6(A)には、配線基板1Cの要部平面を模式的に図示し、図6(B)には、図6(A)の点線部分(配線領域)60を拡大して図示している。図7(A)には、配線基板1の要部平面を模式的に図示し、図7(B)には、図7(A)の点線部分(配線領域)70を拡大して図示している。
図7(A)及び図7(B)に示す配線基板1に関し、主伸び方向Sの力Fに対する配線領域70の伸びΔLは、初期長L、基材10のヤング率Ee及び断面積Ae、導体部30の幅Wc、ヤング率Ec及び断面積Acを用いて、次のような式(2)及び式(3)で表される。尚、断面積Ae,Acは、短手方向Yの切断面の断面積である。
At=Ac+Ae ・・・(3)
例えば、配線領域60及び配線領域70の、基材10のヤング率Eeを40MPa、厚みTeを2mm、幅Weを20mmとし、導体部30のヤング率Ecを120GPa、厚みTcを0.05mm、幅Wcを4mmとする。この場合、配線基板1の配線領域70は、配線基板1Cの配線領域60に比べ、12.8倍の伸びを示すという結果が得られる。
図8〜図11は配線基板の抵抗の説明図である。
図8(A)には、配線基板1Cの配線領域60(図6)におけるクラック発生前の配線40を模式的に図示し、図8(B)には、図8(A)の配線40の等価回路を図示している。
Rc=KcL/(TcWc) ・・・(5)
式(4)及び式(5)より、配線40の抵抗R(1/R=1/Ra+1/Rc)は、次のような式(6)で表される。
次いで図9を参照し、主伸び方向Sと平行な方向Qに延在された配線40の、クラック発生後の抵抗について述べる。
この式(7)及び上記の式(6)より、配線部20上の導体部30にクラック51が発生した配線40(式(7))では、クラック51が発生していない配線40(式(6))に比べ、KaLcr/TaWaの分だけ高抵抗となる。配線40をその一端から他端に向かって流れる電流Iの経路のうち、導体部30を流れる電流の経路が、クラック51によって上流側と下流側に分断されるため、その分断部分の配線部20の抵抗Rcr分、配線40の抵抗Rが増大する。
図10(A)には、配線基板1の配線領域70(図7)におけるクラック発生前の配線40を模式的に図示し、図10(B)には、図10(A)の配線40の等価回路を図示している。
次いで図11を参照し、主伸び方向Sと直交する方向Pに延在された配線40の、クラック発生後の抵抗について述べる。
Rc1=KcL/(TcW) ・・・(10)
Rc2=KcL/{Tc(Wc−W)} ・・・(11)
式(9)、式(10)及び式(11)より、主伸び方向Sと直交する方向Pに延在された配線40で、その配線部20上の導体部30にクラック52が発生した配線40の抵抗R(1/R=1/Ra+1/Rc1+1/Rc2)は、次のような式(12)で表される。
この式(12)は、上記の式(8)と同じである。即ち、配線基板1では、配線部20上の導体部30に方向Pに走るクラック52が発生しても、また、そのクラック52で分断された導体部30の幅W(又は幅Wc−W)がどのような値でも、配線40の抵抗Rは、クラック52が発生する前と同じ値となる。配線40をその一端から他端に向かって流れる電流Iの経路のうち、導体部30を流れる電流の経路が、クラック52によって上流側と下流側に分断されないため、配線40の抵抗Rは、クラック52が発生する前と変わらず、増大が抑えられる。
上記の説明では、配線基板1の主伸び方向Sと直交する方向Pに延在された配線40(配線部20及び導体部30)を例にしたが、配線40が延在される方向Pは、主伸び方向Sと直交する方向には限定されない。この点について、次の図12及び図13を参照して説明する。
図12(A)は、配線基板の一例の要部平面模式図、図12(B)は、図12(A)の配線基板における配線部上の導体部にクラックが発生した時の配線の平面模式図、図12(C)は、図12(A)の配線基板における導体部の平面模式図である。また、図13(A)は、配線基板の別例の要部平面模式図、図13(B)は、図13(A)の配線基板における配線部上の導体部にクラックが発生した時の配線の平面模式図、図13(C)は、図13(A)の配線基板における導体部の平面模式図である。
即ち、図12(C)に示すように、主伸び方向S(基材10の長手方向X)と直交する方向Sv(基材10の短手方向Y)と導体部30の方向Pとの角度αが、導体部30の方向Pとその対角線31との角度βよりも大きいと、クラック53により配線40の抵抗が増大する。
図14(A)に示すような、基材10の長手方向Xと直交する方向Pに配線40(配線部20及び導体部30)が延在された配線基板1において、その主伸び方向Sは、基材10の長手方向Xと斜めに交差する方向とされてもよい。この場合の主伸び方向Sは、例えば、上記図13について述べた観点から、主伸び方向Sと直交する方向(Sv)に対する導体部30の方向Pの角度(α)が、導体部30の方向Pとその対角線の角度(β)よりも小さくなる方向とする。このようにすると、配線部20上の導体部30に、主伸び方向Sと直交する方向に走るようなクラックが発生した場合でも、そのクラックによる配線40の抵抗の増大を抑えることができる。
図15は湾曲された配線基板の一例を示す図である。図15には、湾曲された配線基板の一例の要部断面を模式的に図示している。
導体部30の破断歪みをVとすると、U≦Vのとき、導体部30の破断が回避される。このU≦Vの関係と上記の式(13)より、次の式(14)で表されるような条件を満たす時、導体部30の破断が回避される。
配線基板1又は配線基板1aを方向Pに湾曲させる場合には、この式(14)で表されるような条件を満たすように、配線基板1又は配線基板1aを湾曲させるか、或いは配線基板1又は配線基板1aを湾曲させて配置する場所を規定することが好ましい。また別の観点では、湾曲させた時に、又は湾曲させて配置した時に、式(14)の条件を満たすように、配線基板1又は配線基板1aを設計することが好ましい。
また、配線基板1cの、方向Qの配線140については、配線部120とその上に設けられた導体部130により、低抵抗な配線140が実現される。但し、この配線140については、主伸び方向Sの伸びに対し、方向Pに走るようなクラックが導体部130に発生する可能性はある。導体部130にクラックが発生すると配線140が高抵抗化し得るが、導体部130にそのようなクラックが発生しない限りは、配線140の抵抗は低く抑えられる。
尚、図16(B)では、配線140と配線40とが、互いに分離された状態で、基材10上に配置された例を示したが、この例に限らず、配線140と配線40とは、互いに接続された状態で、基材10上に配置されてもよい。
図17は第1の実施の形態に係る配線基板の配線構造の説明図である。図17(A)には、配線基板の一例の要部平面を模式的に図示し、図17(B)〜図17(D)にはそれぞれ、配線基板に設けられる配線の一例の要部断面を模式的に図示している。尚、図17(B)〜図17(D)はそれぞれ、図17(A)のM5−M5断面に相当する断面模式図である。
図18は第1の実施の形態に係る配線基板の配線構造の説明図である。図18(A)には、第1の実施の形態に係る配線基板の一例の要部平面を模式的に図示し、図18(B)及び図18(C)にはそれぞれ、第1の実施の形態に係る配線基板に設けられる配線の一例の要部断面を模式的に図示している。尚、図18(B)及び図18(C)はそれぞれ、図18(A)のM6−M6断面に相当する断面模式図である。
図19は第1の実施の形態に係る配線基板の配線構造の説明図である。図19(A)及び図19(B)にはそれぞれ、第1の実施の形態に係る配線基板の一例の要部平面を模式的に図示している。
図20は第1の実施の形態に係る配線基板の配線構造の説明図である。図20(A)及び図20(B)にはそれぞれ、第1の実施の形態に係る配線基板の一例の要部断面を模式的に図示している。
伸び性を有する配線基板は、その伸び性を活かして、曲面に沿った設置や外力による曲げ伸ばしを伴う電子機器に好適に採用することができる。このような電子機器として、例えば、所定の情報(電子標識)を発信する無線通信機器であるビーコンや、身体に装着して利用されるウェアラブル端末が挙げられる。
図21は一形態に係るビーコンの構成例を示す図である。図21(A)には、ビーコンの要部平面を模式的に図示している。図21(B)には、図21(A)のM7−M7断面を模式的に図示し、図21(C)には、図21(A)のM8−M8断面を模式的に図示している。尚、図21(A)では便宜上、外装材の一部の図示を省略している。
電源部400には、一次電池、二次電池、太陽電池等、各種電源が用いられる。各種電源のうち、ビーコン200Aの設置場所に応じて柔軟に変形させることができ、且つ取り替え作業等のメンテナンスを不要に又はメンテナンスの回数を減らすことができるという観点では、電源部400には太陽電池を用いることが好ましい。電源部400は、配線基板300Aの一対の配線340に電気的に接続される。
図22は第2の実施の形態に係るビーコンの構成例を示す図である。図22には、ビーコンの要部平面を模式的に図示している。尚、図22では便宜上、外装材の一部の図示を省略している。
図23は第2の実施の形態に係るビーコンの第1の変形例を示す図である。図23には、ビーコンの要部平面を模式的に図示している。
ビーコン200aでは、一対の配線340間の対向する突出配線360同士の間、及び対向する突出配線360と配線350との間に、それぞれチップコンデンサ等の蓄電素子500群(ここでは一例として7個の蓄電素子500群)が接続される。
図24に示すビーコン200bは、上記図23に示した蓄電素子500群の配置及び接続構造を、更に並列化した構成を有する。
図25に示すビーコン200cは、上記図23に示した蓄電素子500群の配置及び接続構造において、更に蓄電素子500の個数を増大させた構成を有する。
図26は第2の実施の形態に係る導体部の一例を示す図である。
図27は第2の実施の形態に係る配線基板の一例を示す図である。図27には、配線基板の一例の要部平面を模式的に図示している。
例えば図28(A)に実線で示すように、方向Pに延在される導体部330を、その中間部333から方向Pの両端部334に向かって徐々に拡幅されるような平面形状とする。換言すれば、方向Pに延在される導体部330を、その両端部334からそれらの中間部333に向かって徐々に縮幅されるような平面形状とする。
図29(A)には、配線部320上に上記図28(A)に示したような導体部330を設けた配線340を有する配線基板300の一例を示している。導体部330の、方向Qの2方向に確保された、配線部320上の2箇所の配置スペースに、それぞれ蓄電素子500が接続され、接続された2個の蓄電素子500はそれぞれ、他配線370に接続される。このような構成を有する配線基板300を用いてビーコンを実現してもよい。
上記第2の実施の形態で述べたビーコン200,200a,200b,200c等は、各種電子機器に設置又は搭載することができる。
ここではビーコンとして、上記図22に示したようなビーコン200を例にする。ビーコン200は、例えば、照明機器に設置したり、ウェアラブル端末に搭載したりすることができ、図30には、そのような照明機器やウェアラブル端末といった各種電子機器800に、ビーコン200が設置又は搭載されている様子を模式的に図示している。尚、ビーコン200は、電子機器800の形態に応じ、伸ばされた状態で電子機器800に設置又は搭載され得るが、ここでは便宜上、伸ばされていない状態でビーコン200を図示している。
また、以上説明した、伸び性を有する配線基板は、ビーコンに限らず、各種電子機器、例えばコンピュータ(パーソナルコンピュータ、スーパーコンピュータ、サーバ等)、スマートフォン、携帯電話、タブレット、センサ、カメラ、オーディオ機器、測定装置、検査装置、製造装置といった、各種電子機器に採用することもできる。この場合、当該配線基板は、電子部品を実装する用途のほか、コネクタを利用して電子部品間又は電子装置間を接続する用途で採用されてもよい。
(付記1) 伸び性を有する基材と、
前記基材上に設けられ、前記基材の長手方向と交差する第1方向に延在された第1配線部と、
前記第1配線部上に設けられ、前記第1方向に延在された第1導体部と
を含むことを特徴とする配線基板。
前記第1導体部は、前記第1配線部よりも低い伸び性を有し、且つ前記第1配線部よりも低い抵抗率を有することを特徴とする付記1に記載の配線基板。
前記第1導体部は、金属材料又は炭素材料を含むことを特徴とする付記1又は2に記載の配線基板。
(付記5) 前記基材の前記長手方向と直交する短手方向と前記第1方向との角度が、前記第1導体部の対角線と前記第1方向との角度よりも小さいことを特徴とする付記1乃至4のいずれかに記載の配線基板。
(付記7) 前記第1導体部は、側端が凹状に湾曲していることを特徴とする付記6に記載の配線基板。
前記第2配線部上に設けられ、前記第1方向に延在された第2導体部と
を更に含むことを特徴とする付記1乃至8のいずれかに記載の配線基板。
前記基材上に設けられ、前記第2配線部から前記第1配線部側に、前記第3配線部と対向するように突出した第4配線部と
を更に含むことを特徴とする付記9に記載の配線基板。
(付記12) 伸び性を有する基材と、
前記基材上に設けられ、前記基材の長手方向と交差する第1方向に延在された第1配線部と、
前記第1配線部上に設けられ、前記第1方向に延在された第1導体部と
を含む配線基板を備えることを特徴とする電子機器。
前記配線基板上の、前記第1配線部と前記第2配線部との間に実装された蓄電素子を更に備えることを特徴とする付記12に記載の電子機器。
前記基材上に設けられ、前記第1配線部と並んで前記第1方向に延在された第2配線部と、
前記第2配線部上に設けられ、前記第1方向に延在された第2導体部と
を更に含み、
前記配線基板上の、前記第1配線部と前記第2配線部との間に実装された蓄電素子を更に備えることを特徴とする付記12に記載の電子機器。
前記基材上に設けられ、前記第1配線部から前記第2配線部側に突出した第3配線部と、
前記基材上に設けられ、前記第2配線部から前記第1配線部側に、前記第3配線部と対向するように突出した第4配線部と
を更に含み、
前記蓄電素子は、前記第3配線部と前記第4配線部とに接続されることを特徴とする付記14に記載の電子機器。
前記配線基板上に搭載され、前記第1配線部及び前記第2配線部と電気的に接続され、前記蓄電素子から前記電荷が供給される負荷部と
を更に備えることを特徴とする付記13乃至15のいずれかに記載の電子機器。
(付記18) 伸び性を有し、前記配線基板を覆う外装材を更に備えることを特徴とする付記12乃至17のいずれかに記載の電子機器。
10,310 基材
20,20a,120,320,381a 配線部
21 上端面
22 バインダー
23 フィラー
30,130,330,381b 導体部
31 対角線
33 部材
34 CNT
35 グラフェン
40,100,140,340,350,370,380,381 配線
50,51,52,53,54 クラック
60,70 配線領域
200,200a,200b,200c,200A ビーコン
331,332,334 端部
333 中間部
336 鎖線
337 太実線
360 突出配線
361 隙間
400 電源部
500 蓄電素子
600 負荷部
610 制御部
611,612,613 電子部品
620 無線通信モジュール
700 外装材
800 電子機器
900 受信機器
Claims (8)
- 伸び性を有する基材と、
前記基材上に設けられ、平面視で、前記基材の長手方向と交差する第1方向に延在された第1配線部と、
前記第1配線部上に設けられ、平面視で、前記第1方向に延在された第1導体部と
を含み、
前記第1方向は、平面視で、前記基材の前記長手方向と直交する短手方向であるか、又は、前記短手方向と前記第1方向との角度が、前記第1導体部の対角線と前記第1方向との角度よりも小さくなる方向であり、
前記第1配線部は、平面視で、第1幅を有し、
前記第1導体部は、平面視で、前記第1幅よりも狭い第2幅を有し、前記第1方向の端部が拡幅されていることを特徴とする配線基板。 - 前記第1配線部は、伸び性を有し、
前記第1導体部は、前記第1配線部よりも低い伸び性を有し、且つ前記第1配線部よりも低い抵抗率を有することを特徴とする請求項1に記載の配線基板。 - 前記第1導体部は、側端が凹状に湾曲していることを特徴とする請求項1又は2に記載の配線基板。
- 前記基材が前記短手方向に伸びるように湾曲される時の前記基材の曲率半径は、前記基材の厚みを前記第1導体部の破断歪みで除した値以上とされることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の配線基板。
- 伸び性を有する基材と、
前記基材上に設けられ、平面視で、前記基材の長手方向と交差する第1方向に延在された第1配線部と、
前記第1配線部上に設けられ、平面視で、前記第1方向に延在された第1導体部と
を含み、
前記第1方向は、平面視で、前記基材の前記長手方向と直交する短手方向であるか、又は、前記短手方向と前記第1方向との角度が、前記第1導体部の対角線と前記第1方向との角度よりも小さくなる方向であり、
前記第1配線部は、平面視で、第1幅を有し、
前記第1導体部は、平面視で、前記第1幅よりも狭い第2幅を有し、前記第1方向の端部が拡幅されている配線基板を備えることを特徴とする電子機器。 - 前記配線基板は、
前記基材上に設けられ、平面視で、前記第1配線部と並んで前記第1方向に延在された第2配線部と、
前記第2配線部上に設けられ、平面視で、前記第1方向に延在された第2導体部と
を更に含み、
前記配線基板上の、前記第1配線部と前記第2配線部との間に実装された蓄電素子を更に備えることを特徴とする請求項5に記載の電子機器。 - 前記配線基板は、
前記基材上に設けられ、平面視で、前記第1配線部から前記第2配線部側に突出した第3配線部と、
前記基材上に設けられ、平面視で、前記第2配線部から前記第1配線部側に、前記第3配線部と対向するように突出した第4配線部と
を更に含み、
前記蓄電素子は、前記第3配線部と前記第4配線部とに接続されることを特徴とする請求項6に記載の電子機器。 - 前記配線基板上に搭載され、前記第1配線部及び前記第2配線部と電気的に接続され、前記蓄電素子に電荷を供給する電源部と、
前記配線基板上に搭載され、前記第1配線部及び前記第2配線部と電気的に接続され、前記蓄電素子から前記電荷が供給される負荷部と
を更に備えることを特徴とする請求項6又は7に記載の電子機器。
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