JP7165374B1 - 電子装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
熱可塑性樹脂からなり厚み方向に変形可能な基材の一面に金属めっき層からなる導電性パターンが配置された回路基板と、
前記基材の一面とは反対側の他面で、前記基材を覆う硬質樹脂層と、前記硬質樹脂層よりも剛性が低く前記基材において前記回路基板に実装された外部接続端子に近い領域で前記基材を接着層を介さずに覆う軟質樹脂層とが一体成形された樹脂層と、を備えた、
ことを特徴とする。
熱可塑性樹脂からなり厚み方向に変形可能な基材の一面に金属めっき層からなる導電性パターンが配置された回路基板と、
前記基材の一面とは反対側の他面で、前記基材を覆う硬質樹脂層と、前記硬質樹脂層よりも剛性が低く前記基材において電子装置が外部に固定される固定部に近い領域で前記基材を接着層を介さずに覆う軟質樹脂層とが一体成形された樹脂層と、を備えた、
ことを特徴とする。
熱可塑性樹脂からなり厚み方向に変形可能な基材の一面に金属めっき層からなる導電性パターンが配置された回路基板と、
前記基材の一面とは反対側の他面で、前記基材を覆う硬質樹脂層と、前記硬質樹脂層よりも剛性が低く前記基材において電子装置が外部に接続される接続部に近い領域で前記基材を接着層を介さずに覆う軟質樹脂層とが一体成形された樹脂層と、を備えた、
ことを特徴とする。
前記基材の他面が前記軟質樹脂層で覆われた領域に形成された前記導電性パターンは、前記硬質樹脂層で覆われた領域に形成された前記導電性パターンよりも前記基材が厚み方向に変形した場合に伸び率が小さくなるようにミアンダ形状で形成されている、
ことを特徴とする。
前記他面が前記軟質樹脂層で覆われた領域の前記基材は、前記樹脂層で覆われた領域の前記基材よりも前記基材が厚み方向に変形した場合に伸び率が大きくなるように厚み方向に切り込みが形成されている、
ことを特徴とする。
前記硬質樹脂層が、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ポリカーボネートアクリロニトリルブタジエンスチレン(PC/ABS)樹脂からなる群から選択される少なくとも1種の樹脂材料を含む場合、前記軟質樹脂層は、熱可塑性ポリウレタンエラストマー(TPU)または熱可塑性ポリエステルエラストマー(TPC)が組み合わされ、
前記硬質樹脂層が、ポリプロピレン(PP)樹脂又はポリエチレン(PE)樹脂からなる樹脂材料を含む場合、前記軟質樹脂層は、オレフィン系熱可塑性エラストマー(TPO)が組み合わされる、
ことを特徴とする。
熱可塑性樹脂からなり厚み方向に変形可能な基材の一面に金属めっき層からなる導電性パターンが配置された回路基板の前記基材の一面とは反対側の他面で前記基材を覆う硬質樹脂層と、前記硬質樹脂層よりも剛性が低く前記基材を接着層を介さずに覆う軟質樹脂層とが一体成形された電子装置の製造方法であって、
前記基材を準備する工程と、
前記基材の前記一面に電解めっきまたは無電解めっきにより前記導電性パターンを配置する工程と、
前記導電性パターンが配置された前記基材の前記軟質樹脂層が形成される領域に前記基材の厚み方向に切り込みを形成する工程と、
前記基材の他面に前記軟質樹脂層が形成される領域を除いて接着剤を塗布する工程と、
前記接着剤が塗布された前記基材を金型に載置して前記基材の少なくとも一面を覆う硬質樹脂層と軟質樹脂層を順に射出成形して一体化する工程と、を含む、
ことを特徴とする。
尚、以下の図面を使用した説明において、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
図1Aは本実施形態に係る電子装置1の一例を示す平面模式図、図1Bは電子装置1の一例を示す断面模式図、図2Aは基材2に形成される切り込みSを導電性パターン3との関係で説明する平面模式図、図2Bは切り込みSが形成された基材2を厚み方向に変形させた場合の導電性パターン3の伸びと切り込みSの開きを説明する図、図3Aは軟質樹脂層5Bが固定部8に近い領域で基材2の他面2bを覆うように形成されている電子装置1の一例を示す平面模式図、図3Bは断面模式図、図4Aは軟質樹脂層5Bが回路基板4に実装された電子部品3Dを囲う領域で基材2の他面2bを覆うように形成されている電子装置1の一例を示す平面模式図、図4Bは断面模式図である。
以下、図面を参照しながら、本実施形態に係る電子装置1の構成について説明する。
本実施形態における基材2は、合成樹脂材料からなり厚み方向に変形可能で実質的に伸縮性を有しない絶縁性のフィルム状の基材である。ここで、「変形可能な基材」は、導電性パターン3を配置後に変形できる、すなわち、熱成形、真空成形または圧空成形によって実質的に平坦な2次元形状から実質的に立体的な3次元形状に変形することができる基材を意味する。
また、基材2が、「実質的に伸縮性を有しない」とは、基材2に対してある方向に引っ張る力を加えても、基材2が、殆ど伸びないことを意味する。例えば、所定の大きさのサンプルに対して、サンプルを材料引張試験機で長手方向に引っ張って、サンプルが破断するときの破断伸度が10%以下である場合、そのサンプルは、長手方向に伸縮性を有しない。
後述するように、基材2が厚み方向に変形を受ける領域Wにはミアンダ形状の導電性パターン3Bが配置され、ミアンダ形状に屈曲した導電性パターン3Bの間となる領域R2に切り込みSを形成することが望ましい。基材2が変形を受けた場合に、切り込みSが開いて伸びることで、ミアンダ形状の導電性パターン3Bが配置された領域R1の伸びを少なくして、導電性パターン3Bの変形(曲げ)に伴う断線を抑制することができる。
特にポリエステルがより好ましく、さらにその中でもポリエチレンテレフタレート(PET)が経済性、電気絶縁性、耐薬品性等のバランスが良く最も好ましい。
導電性パターン3は、基材2が厚み方向に変形を受けない領域に配置された直線形状の導電性パターン3Aと、基材2が厚み方向に変形を受ける領域に配置されたミアンダ形状の導電性パターン3Bからなる。
導電性パターン3は、図1においては、タッチセンサ3Cとして配置されている例を示しているが、導電性パターン3には、複数の電子部品3Dが取り付けられてもよい。電子部品3Dとしては、制御回路、歪み、抵抗、静電容量、TIRなどの接触感知、および光検出部品、圧電アクチュエータまたは振動モータなどの触知部品または振動部品、LEDなどの発光部品、マイクおよびスピーカーなどの発音または受音、メモリチップ、プログラマブルロジックチップおよびCPUなどのデバイス操作部品、デジタル信号プロセッサ(DSP)、ALSデバイス、PSデバイス、処理デバイス、MEMS等が挙げられる。
コネクタ6は、導電性パターン3と電気的に接続され外部に設けられた外部素子と電気的に接続するための端子部61と、端子部61を保持するハウジング62と、ハウジング62が配置される回路基板4にハウジング62を固定させるテール63と、を備える。
樹脂層5は、基材2の導電性パターン3が配置された一面2aとは反対側の他面2bを覆う硬質樹脂層5Aと、硬質樹脂層5Aよりも剛性が低く基材2の他面2bを接着層を介さずに覆う軟質樹脂層5Bとが一体成形されている。
硬質樹脂層5Aは、射出成形可能な熱可塑性樹脂材料からなる熱可塑性樹脂である。具体的には、アクリルブタジエンスチレン(ABS)樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ポリカーボネートアクリロニトリルブタジエンスチレン(PC/ABS)樹脂、ポリプロピレン(PP)樹脂、ポリエチレン(PE)樹脂からなる群から選択される少なくとも1種の樹脂材料を含み、接着層ADを介して基材2の厚み方向に変形を受けない領域の他面2bを覆うように形成されている。
オレフィン系熱可塑性エラストマーの具体例としては、例えば、エチレン-プロピレン共重合体エラストマーが挙げられる。
図5は電子装置1の製造方法の概略の手順の一例を示すフローチャート図、図6は電子装置1の製造過程を説明するための電子装置1の部分断面模式図である。
基材の準備工程S11においては、まず、所定の形状及び大きさに形成された実質的に平坦なフィルム状の基材2に導電性パターン3を配置するために、基材2上に金属めっき成長のきっかけとなる金属ナノ粒子等の触媒粒子からなる下地層をミアンダ形状を含む所定のパターン状に形成する。尚、基材2には、金属ナノ粒子等の触媒粒子からなる触媒インクを均一に塗布するために、例えば、コロナ処理、プラズマ処理、溶剤処理、プライマー処理等の表面処理を施すことが好ましい。
焼成温度は、100°C~300°Cが好ましく、150°C~200°Cがより好ましい。焼成温度が低すぎると、金属ナノ粒子同士の焼結が不十分となるとともに、金属ナノ粒子以外の成分が残ることで、密着性が得られない虞がある。また、焼成温度が高すぎると、基材2の劣化や歪みが発生する虞がある。
基材2上に形成された下地層に対し、電解めっきまたは無電解めっきを行うことにより、下地層の表面および内部にめっき金属を析出させ導電性パターン3A、3Bを配置する(図6A 参照)。めっき方法は公知のめっき液およびめっき処理と同様であり、具体的に無電解銅めっき、電解銅めっきが挙げられる。
基材2が厚み方向に変形を受ける領域Wのミアンダ形状の導電性パターン3Bが形成され、ミアンダ形状に屈曲した導電性パターン3Bの間となる領域R2に、切り込みSを形成する(図6B 参照)。
樹脂充填工程S14では、まず、基材2の導電性パターン3が配置された一面2aとは反対側の他面2bの硬質樹脂層5Aが形成される領域に基材2と硬質樹脂層5Aの樹脂素材の組み合わせに応じて接着層ADを形成するバインダーインクを塗布する(図6C 参照)。バインダーインクは、接着性樹脂を含み、スクリーン印刷、インクジェット印刷、スプレーコート、筆塗り等で塗布され、基材2と射出成形される硬質樹脂層5Aとの接着性を向上させる。
樹脂の充填は、硬質樹脂層5Aと軟質樹脂層5Bを順次充填する2色成形法で実施するのが好ましい。
次に、射出成形用金型Kを開いて金型を回転し、射出成形用金型Kに第2キャビティCA2が形成された状態(図6D 参照)で第2のノズル(不図示)から軟質樹脂層5Bを形成する溶融樹脂を充填して軟質樹脂層5Bを成形する。
このとき、後から成形された軟質樹脂層5Bは先に成形された硬質樹脂層5Aと接触する領域で熱融着し一体化される。尚、硬質樹脂層5Aと軟質樹脂層5Bの充填順は、いずれが先であってもよい。
同様に、硬質樹脂層5Aを形成する樹脂として、ポリプロピレン(PP)樹脂、ポリエチレン(PE)樹脂のいずれかを用いる場合、軟質樹脂層5Bを形成する樹脂は、オレフィン系熱可塑性エラストマー(TPO)を用いることで、硬質樹脂層5Aと軟質樹脂層5Bの密着性が向上する。
実装工程S15では、回路基板4の導電性パターン3に電子部品3D及びコネクタ6を電気的に接合して表面実装する。
電子部品3Dは、金属配線の一端部(不図示)をはんだで固定、または実装態様に合わせて導電性の線材で超音波利用のワイヤーボンディング方法で電気的及び機械的に接合する。
コネクタ6は、端子部61が導電性パターン3の一端に形成されたコネクタ接続パッド3aにはんだ固定される。特に、基材2のコネクタ6が実装される領域の他面2bに軟質樹脂層5Bが形成されることで、電子装置1として基材2の厚み方向に変形可能であり、コネクタ6の取り付けばらつきを吸収しやすくなっている。
図7はフレキシブル領域で基材2の厚み方向に変形を受けた電子装置1を示す断面模式図である。
電子装置1は、基材2の一面2aに一部ミアンダ形状を有する導電性パターン3Bが配置された回路基板4と、基材2の一面2a上に表面実装された電子部品3D及びコネクタ6と、基材2の一面2aとは反対側の他面2bで、基材2を覆う硬質樹脂層5Aと、硬質樹脂層5Aよりも剛性が低く基材2を接着層ADを介さずに覆う軟質樹脂層5Bとが一体成形された樹脂層5とを備えている。
軟質樹脂層5Bは、基材2が厚み方向に変形を受ける領域(フレキシブル領域)の他面2bを覆うように形成されている。
2・・・基材、2a・・・一面(導電性パターン3側)、2b・・・他面(樹脂層5側)
3・・・導電性パターン、3A・・・直線形状の導電性パターン、3B・・・ミアンダ形状の導電性パターン、3C・・・タッチセンサ
3D・・・電子部品
4・・・回路基板
5・・・樹脂層、5A・・・硬質樹脂層、5B・・・軟質樹脂層
6・・・コネクタ、61・・・端子部
S・・・切り込み
AD・・・接着層
K・・・射出成形用金型
CA・・・キャビティ、CA1・・・第1キャビティ、CA2・・・第2キャビティ
Claims (7)
- 熱可塑性樹脂からなり厚み方向に変形可能な基材の一面に金属めっき層からなる導電性パターンが配置された回路基板と、
前記基材の一面とは反対側の他面で、前記基材を覆う硬質樹脂層と、前記硬質樹脂層よりも剛性が低く前記基材において前記回路基板に実装された外部接続端子に近い領域で前記基材を接着層を介さずに覆う軟質樹脂層とが一体成形された樹脂層と、を備えた、
ことを特徴とする電子装置。 - 熱可塑性樹脂からなり厚み方向に変形可能な基材の一面に金属めっき層からなる導電性パターンが配置された回路基板と、
前記基材の一面とは反対側の他面で、前記基材を覆う硬質樹脂層と、前記硬質樹脂層よりも剛性が低く前記基材において電子装置が外部に固定される固定部に近い領域で前記基材を接着層を介さずに覆う軟質樹脂層とが一体成形された樹脂層と、を備えた、
ことを特徴とする電子装置。 - 熱可塑性樹脂からなり厚み方向に変形可能な基材の一面に金属めっき層からなる導電性パターンが配置された回路基板と、
前記基材の一面とは反対側の他面で、前記基材を覆う硬質樹脂層と、前記硬質樹脂層よりも剛性が低く前記基材において電子装置が外部に接続される接続部に近い領域で前記基材を接着層を介さずに覆う軟質樹脂層とが一体成形された樹脂層と、を備えた、
ことを特徴とする電子装置。 - 前記基材の他面が前記軟質樹脂層で覆われた領域に形成された前記導電性パターンは、前記硬質樹脂層で覆われた領域に形成された前記導電性パターンよりも前記基材が厚み方向に変形した場合に伸び率が小さくなるようにミアンダ形状で形成されている、
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の電子装置。 - 前記他面が前記軟質樹脂層で覆われた領域の前記基材は、前記樹脂層で覆われた領域の前記基材よりも前記基材が厚み方向に変形した場合に伸び率が大きくなるように厚み方向に切り込みが形成されている、
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の電子装置。 - 前記硬質樹脂層が、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ポリカーボネートアクリロニトリルブタジエンスチレン(PC/ABS)樹脂からなる群から選択される少なくとも1種の樹脂材料を含む場合、前記軟質樹脂層は、熱可塑性ポリウレタンエラストマー(TPU)または熱可塑性ポリエステルエラストマー(TPC)が組み合わされ、
前記硬質樹脂層が、ポリプロピレン(PP)樹脂又はポリエチレン(PE)樹脂からなる樹脂材料を含む場合、前記軟質樹脂層は、オレフィン系熱可塑性エラストマー(TPO)が組み合わされる、
ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の電子装置。 - 熱可塑性樹脂からなり厚み方向に変形可能な基材の一面に金属めっき層からなる導電性パターンが配置された回路基板の前記基材の一面とは反対側の他面で前記基材を覆う硬質樹脂層と、前記硬質樹脂層よりも剛性が低く前記基材を接着層を介さずに覆う軟質樹脂層とが一体成形された電子装置の製造方法であって、
前記基材を準備する工程と、
前記基材の前記一面に電解めっきまたは無電解めっきにより前記導電性パターンを配置する工程と、
前記導電性パターンが配置された前記基材の前記軟質樹脂層が形成される領域に前記基材の厚み方向に切り込みを形成する工程と、
前記基材の他面に前記軟質樹脂層が形成される領域を除いて接着剤を塗布する工程と、
前記接着剤が塗布された前記基材を金型に載置して前記基材の少なくとも一面を覆う硬質樹脂層と軟質樹脂層を順に射出成形して一体化する工程と、を含む、
ことを特徴とする電子装置の製造方法。
Applications Claiming Priority (1)
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PCT/JP2022/006516 WO2023157206A1 (ja) | 2022-02-18 | 2022-02-18 | 電子装置及びその製造方法 |
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JP2022536479A Active JP7165374B1 (ja) | 2022-02-18 | 2022-02-18 | 電子装置及びその製造方法 |
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JP2009158571A (ja) * | 2007-12-25 | 2009-07-16 | Fujitsu Ltd | 配線基板および配線基板の製造方法 |
WO2011040393A1 (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-07 | 株式会社村田製作所 | 回路基板及びその製造方法 |
JP2018116959A (ja) * | 2017-01-16 | 2018-07-26 | 日立化成株式会社 | 回路基板装置 |
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2022
- 2022-02-18 WO PCT/JP2022/006516 patent/WO2023157206A1/ja active Application Filing
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