JP6578965B2 - フレキシブル基板 - Google Patents

Description

本発明はフレキシブル基板に係り、光通信用デバイスの基板としての使用に好適なフレキシブル基板に関する。

特許文献１および２には、フレキシブル基板が開示されている。特許文献１に示すフレキシブル基板は、基板に規定の強さ以上の曲げ応力が加わったことを検知する機能を備える。このフレキシブル基板では、ダミーパターンの破断を電気信号として通知することで、基板に加わった応力を検知する。特許文献２において、フレキシブル基板は基板に加わった加圧力を検知する機能を備える。

特開２０１２−８４７９８号公報 特開平８−２５５９５８号公報

フレキシブル基板を使用する場合、基板が湾曲した際に基板内部に発生する応力の大きさを検知することが必要とされる場合がある。ここで、特許文献１に示される方法では、応力の検知に通電が必要である。また、特許文献２に示される方法は加圧力の検知を目的としており、基板内部に発生する応力を検知することはできない。

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、通電をせずに基板が湾曲した際に基板内部に発生する応力の大きさを判断することが可能なフレキシブル基板を得ることである。

本発明に係るフレキシブル基板は、柔軟性を備え、湾曲変形時に内部に応力を発生させる第１絶縁層と、前記第１絶縁層の表面に配置された第１接着層と、前記第１接着層の表面に配置された導体配線層と、前記導体配線層の表面に配置された第２接着層と、前記第２接着層の表面に配置され、柔軟性を備え、湾曲変形時に内部に応力を発生させる第２絶縁層と、を備え、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層は、規定の強さの応力を受けると変色する発色材料を備え、前記発色材料は、前記導体配線層の前記表面よりも前記第２絶縁層側と、前記導体配線層の前記表面と反対側の面である裏面よりも前記第１絶縁層側のみに設けられる。

本発明におけるフレキシブル基板では、基板が湾曲すると第１絶縁層の内部に発生する応力に応じて、発色材料が変色する。このため、通電をせずに、基板が湾曲した際に基板内部に発生する応力の大きさを判断することが可能になる。

本発明の実施の形態１におけるフレキシブル基板の断面図である。 本発明の実施の形態１におけるフレキシブル基板が湾曲した状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態２におけるフレキシブル基板の断面図である。 本発明の実施の形態２におけるフレキシブル基板が湾曲した状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態３におけるフレキシブル基板の断面図である。

本発明の実施の形態に係るフレキシブル基板について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるフレキシブル基板１００の断面図である。フレキシブル基板１００は第１絶縁層１６を備える。第１絶縁層１６の表面には第１接着層１２が配置される。第１接着層１２の表面には導体配線層１０が配置される。第１接着層１２は、第１絶縁層１６と導体配線層１０を接着している。導体配線層１０は、パターン化された銅箔から形成された配線層を備える。導体配線層１０の表面には第２接着層１４が配置される。第２接着層１４の表面には第２絶縁層１８が配置される。第２接着層１４は、導体配線層１０と第２絶縁層１８を接着する。

第１絶縁層１６および第２絶縁層１８は、柔軟性を備えた有機系の絶縁性樹脂である。また、第１絶縁層１６および第２絶縁層１８は湾曲変形時に内部に応力を発生させる。第１絶縁層１６および第２絶縁層１８にはポリイミドを用いることが出来る。

第１絶縁層１６は、規定の強さの応力を受けると変色する発色材料２０を備える。発色材料２０には、例えば応力に応じて変色するコロイド結晶を用いる。発色材料２０は、第１絶縁層１６の全域に渡って埋め込まれる。また、発色材料２０は、第１絶縁層１６の内部に一様に分布するように配置される。

図２は、本実施の形態におけるフレキシブル基板１００が湾曲した状態を示す断面図である。フレキシブル基板１００が湾曲すると、第１絶縁層１６に曲げ応力が発生する。この時、発色材料２０は、導体配線層１０より内側に配置される場合には圧縮応力を受ける。また、発色材料２０は、導体配線層１０より外側に配置される場合には引っ張り応力を受ける。従って、図２においては、発色材料２０は圧縮応力を受ける。これらの応力が規定の強さに至ると、発色材料２０は変色する。図２では、湾曲変形量の大きい領域に配置された発色材料２１が発色している。本実施の形態において、規定の強さとは導体配線層１０に破断を発生させる応力に比してわずかに小さく、応力の設計値よりも大きい値を示す。

フレキシブル基板は、電子機器の筐体内で回路基板間または回路基板と電子デバイス間の接続に用いられることが多い。ここで、フレキシブル基板は柔軟性を持つため、湾曲した状態で使用することが可能である。フレキシブル基板を湾曲した状態で使用することで、筐体の省スペース化および小型化が可能になる。しかし、フレキシブル基板を湾曲した状態で使用する場合、基板内部には応力が発生する。この応力によって、フレキシブル基板の導体配線層に破断が生じる場合がある。

本実施の形態では、湾曲変形時に第１絶縁層１６の内部に設計値の応力が生じる範囲では、発色材料２０は変色しない。一方、応力が設計値を超え、規定の強さよりも大きくなると発色材料２０は変色する。このため、フレキシブル基板１００に対して適正な作業が実施されたか否かが判断できる。ここで、発色材料２０の変色を検知するために、第１絶縁層１６は発色材料２０の色を目視で確認できる程度の透過性を備えるものとする。以上から、発色材料２０の色が変化しないようにフレキシブル基板１００を使用することで、フレキシブル基板１００の導体配線層１０の破断を防止することが可能になる。

基板内部に発生する応力の大きさを判断する別の方法として、規定の強さの応力により破断するダミーパターンを設けることが考えられる。この場合、ダミーパターンの破断が電気信号として通知されることで、基板に発生した応力の大きさを判断できる。しかし、この方法では、破断の検知に通電が必要となる。従って、通電前の組み立て段階では破断を検知できない。また、ダミーパターンおよびダミーパターンの破断を通知するための回路を設ける必要があり、装置の小型化の妨げとなる。これに対し、本実施の形態では、通電しなくても応力の大きさを判断することが出来る。

また、本実施の形態では、破断を防ぐための手段として、基板内部に発生する応力の大きさを判断するものとした。これに対し、所望の湾曲の大きさを確認するための手段として、予め設定した閾値を超える応力の発生を検知するものとしても良い。このとき、発色材料２０は、フレキシブル基板１００が所望の湾曲状態になった段階で変色するものを用いる。このため、使用者は、発色材料２０の変色を確認することで、フレキシブル基板１００が所望の湾曲状態になっていることを確認することが出来る。

実施の形態２．
図３は、実施の形態２におけるフレキシブル基板２００の断面図である。本実施の形態では、第１絶縁層１６は、第１発色材料２２と第２発色材料２４を備える。第１発色材料２２は、実施の形態１で説明した発色材料２０と同じものである。また、第２発色材料２４は、第１発色材料２２よりも弱い応力によって変色する。従って、本実施の形態では、基板内部に発生する応力の大きさを２段階で判断することが可能になる。

図４は、本実施の形態におけるフレキシブル基板２００が湾曲した状態を示す断面図である。フレキシブル基板２００の湾曲が大きくなると、第１絶縁層１６の内部に発生する応力が大きくなる。この時、まず第２発色材料２４が変色する。図４において、第２発色材料２８が、変色した発色材料を示す。これにより、使用者に対して湾曲の大きさが設計値の上限に近いことを警告することが出来る。さらに、第１絶縁層１６に発生する応力が設計値よりも大きくなり、規定の強さを超えると、第１発色材料２２が変色する。使用者は第２発色材料２４が変色した状態よりも湾曲量を大きくしないようにすることで、フレキシブル基板２００の導体配線層１０の破断を防止することが出来る。なお、第１発色材料２２と第２発色材料２４は、互いに区別が可能な状態に変色するものとする。

本実施の形態では、第１発色材料２２と第２発色材料２４を用いて応力の大きさを２段階で判断するものとした。本実施の形態の変形例として、第１絶縁層１６は３種類以上の発色材料を備えるものとしても良い。各種類の発色材料は、それぞれ異なる応力によって変色する。従って、基板内部に発生する応力の大きさを３段階以上で判断することが可能になる。

本実施の形態の別の変形例として、第１発色材料２２は内部に発色成分が封入された第１カプセルであり、第２発色材料２４は内部に発色成分が封入された第２カプセルであるとしてもよい。ここで、第２カプセルには、第１カプセルに封入された発色成分と区別が可能な状態に変色する発色成分が封入される。

第１カプセルおよび第２カプセルは、それぞれ第１発色材料２２と第２発色材料２４が変色する強さの応力に応じて割れる。第１カプセルおよび第２カプセルが割れると、内部に封入された発色成分がカプセルの外部に現れる。このため、第１絶縁層１６が発色成分の色に着色される。従って、第１発色材料２２および第２発色材料２４を用いた場合と同様に、使用者が基板内部に発生する応力の大きさを判断することが可能になる。

第１カプセルおよび第２カプセルには、マイクロカプセルまたはナノカプセルを使用する。マイクロカプセルまたはナノカプセルの場合、カプセルが割れる応力の強さをカプセル膜厚の変更によって調整することが出来る。カプセル膜厚が薄いほど、小さな応力でカプセルが割れる。また、第１カプセルおよび第２カプセルは球状である。このため、応力が加わる方向に依存せずに、規定の強さの応力でカプセルが割れるようにすることが可能になる。ここで、カプセルが割れる前に発色成分の色が見えないようにするため、第１カプセルおよび第２カプセルは透過性を抑制した材料で構成される。

本変形例では、第１カプセルおよび第２カプセルの膜厚の変更によって、所望の強さの応力で変色する発色材料を容易に得ることが出来る。このため、応力の設計値に対して、どの段階で使用者に通知するかを自在に設定可能になる。

本実施の形態の別の変形例として、第１カプセルまたは第２カプセルに封入される発色成分は大気に含まれる成分と反応して変色する成分を含むものとしても良い。本変形例では、第１絶縁層１６は大気導入機能を有する構造を備える。第１カプセルまたは第２カプセルが割れると、大気導入機能によって第１絶縁層１６に取り込まれた大気と発色成分が接触する。この結果、発色成分は変色する。本変形例では、第１カプセルまたは第２カプセルの透過性を抑制する必要が無くなる。大気導入機能を備えた第１絶縁層１６としては、通気性ポリイミドを用いることが出来る。また、大気に含まれる成分のうち、発色成分と反応するものは酸素、窒素、二酸化炭素または水である。

また、第１絶縁層１６に大気導入機能を備える代わりに、発色成分が第１絶縁層１６内を拡散し、第１絶縁層１６の表面において大気と接触するようにしても良い。この場合、第１絶縁層１６は発色成分が容易に拡散できる構造を備える。発色成分が容易に拡散できる第１絶縁層１６としては、例えば多孔質ポリイミドを用いることが出来る。

本実施の形態の別の変形例として、発色成分は、第１絶縁層１６を構成する材料と反応して変色する成分を含むものとしてもよい。この場合、第１カプセルまたは第２カプセルが割れることにより、発色成分は第１絶縁層１６を構成する材料と接触し、変色する。第１絶縁層１６を構成する材料のうち発色成分と反応するものとしては、例えば有機溶剤または水である。本変形例においても、第１カプセルまたは第２カプセルの透過性を抑制する必要が無くなる。また、大気導入機能または発色成分が拡散できる構造を第１絶縁層１６に備える必要が無くなる。さらに、大気に含まれる成分と導体配線層１０が接触し、反応することを考慮する必要が無くなる。

実施の形態３．
図５は、実施の形態３におけるフレキシブル基板３００の断面図である。本実施の形態では、第１絶縁層１６は、実施の形態２で説明した第１カプセル２５および第２カプセル２６を備える。第１カプセル２５の内部には発色成分２５１が封入される。また、第２カプセル２６は内部に発色成分２６１が封入される。さらに、第１絶縁層１６は補助カプセル３０を備える。補助カプセル３０には、マイクロカプセルまたはナノカプセルを使用する。ここで、補助カプセル３０は、第１カプセル２５および第２カプセル２６が割れる強さ以下の強さの応力で割れる。また、補助カプセル３０には、補助成分３０１が封入されている。発色成分２５１、２６１は、補助成分３０１と反応して変色する。

本実施の形態では、湾曲により第１絶縁層１６の内部に応力が発生すると、まず補助カプセル３０が割れる。この結果、補助成分３０１が補助カプセル３０の外部に現れる。さらに応力が強まり、応力の大きさが設計値の上限に近づくと、第２カプセル２６が割れる。なお、第２カプセル２６は、補助カプセル３０と同じ応力で割れても問題ない。この結果、発色成分２６１が補助成分３０１と接触し変色する。さらに第１絶縁層１６に発生する応力が大きくなり、規定の強さを超えると、第１カプセル２５が割れる。この結果、発色成分２５１が変色する。発色成分２５１と発色成分２６１は互いに区別が可能な状態に変色する。以上から、使用者が基板内部に発生する応力の大きさを判断することが可能になる。本実施の形態では、第１カプセル２５、第２カプセル２６、発色成分２５１、２６１、補助カプセル３０および補助成分３０１が発色材料となる。

本実施の形態では、発色成分２５１、２６１は、補助成分３０１と反応して変色する。このため、実施の形態２のようにカプセルの透過性を抑制する必要がなくなる。また、第１絶縁層１６に大気導入機能または発色成分２６１が拡散できる構造を備える必要がなくなる。また、本実施の形態では、発色成分２５１、２６１と補助成分３０１について、両者が反応して変色する組み合わせを選択することが出来る。このため、発色成分が大気または第１絶縁層１６を構成する材料と反応する場合と比較して、発色成分２５１、２６１の選択肢が広がる。

実施の形態１〜３では、第１絶縁層１６に発色材料が埋め込まれた。この変形例として、第２絶縁層１８にも発色材料を備えるものとしても良い。上述したように、フレキシブル基板１００、２００、３００が湾曲すると、発色材料は導体配線層１０より内側に配置される場合に圧縮応力を受ける。また、発色材料は導体配線層１０より外側に配置される場合には引っ張り応力を受ける。発色材料としてマイクロカプセルを用いる場合、引っ張り応力よりも圧縮応力のほうがマイクロカプセルは割れやすい。このため、第１絶縁層１６および第２絶縁層１８の両方に発色材料を備えることで、基板がどちら側に湾曲しても、同じ条件で応力の大きさを判断することが可能になる。

実施の形態１〜３では、第１絶縁層１６の全域に渡って発色材料を配置した。これに対し、第１絶縁層１６のうち使用時に湾曲する箇所にのみ発色材料を設けるものとしても良い。また、実施の形態１〜３の変形例として、フレキシブル基板１００、２００、３００は第２接着層１４および第２絶縁層１８を設けないものとしてもよい。また、第２絶縁層１８のみを設けないものとしてもよい。この場合、フレキシブル基板１００、２００、３００は実装先の装置に接着して使用される。

また、実施の形態１〜３において発色材料は規定の強さの応力を受けると変色するものとした。ここで、発色材料は無色透明から発色するものとしても良い。さらに、実施の形態１〜３では、第１絶縁層１６は発色材料の変色を目視で確認できる程度の透過性を必要とする。これに対し、発色材料は規定の強さの応力を受けると赤外線や紫外線など、可視光以外の電磁波を発生するものとしても良い。このとき、可視光以外の電磁波を検知する装置を用いることで、基板内部に発生する応力の大きさを判断することが出来る。この場合、第１絶縁層１６は可視光以外の電磁波の透過性があれば良く、可視光の透過性を備える必要がなくなる。

１００、２００、３００ フレキシブル基板、１０ 導体配線層、１２ 第１接着層、１４ 第２接着層、１６ 第１絶縁層、１８ 第２絶縁層、２０ 発色材料、２５ 第１カプセル、２５１、２６１ 発色成分、３０ 補助カプセル、３０１ 補助成分

Claims (12)

1. 柔軟性を備え、湾曲変形時に内部に応力を発生させる第１絶縁層と、
   前記第１絶縁層の表面に配置された第１接着層と、
   前記第１接着層の表面に配置された導体配線層と、
   前記導体配線層の表面に配置された第２接着層と、
   前記第２接着層の表面に配置され、柔軟性を備え、湾曲変形時に内部に応力を発生させる第２絶縁層と、
   を備え、
   前記第１絶縁層と前記第２絶縁層は、規定の強さの応力を受けると変色する発色材料を備え、
   前記発色材料は、前記導体配線層の前記表面よりも前記第２絶縁層側と、前記導体配線層の前記表面と反対側の面である裏面よりも前記第１絶縁層側のみに設けられることを特徴とするフレキシブル基板。
2. 前記発色材料は、前記第１絶縁層の全域にわたって配置されることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル基板。
3. 前記発色材料は、前記第２絶縁層の全域にわたって配置されることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル基板。
4. 前記発色材料は、異なる強さの応力で変色する複数の種類の発色材料を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のフレキシブル基板。
5. 前記発色材料は、前記規定の強さの応力で変色するコロイド結晶を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のフレキシブル基板。
6. 前記発色材料は、
   前記規定の強さの応力によって割れる第１カプセルと、
   前記第１カプセルに封入された発色成分と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のフレキシブル基板。
7. 前記第１絶縁層は、大気導入機能を有する構造を備え、
   前記発色成分は、大気に含まれる成分と反応して変色する成分を含むことを特徴とする請求項６に記載のフレキシブル基板。
8. 前記発色成分は、前記第１絶縁層を構成する材料と反応して変色する成分を含むことを特徴とする請求項６または７に記載のフレキシブル基板。
9. 前記第１カプセルは、マイクロカプセルを含むことを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載のフレキシブル基板。
10. 前記第１カプセルは、ナノカプセルを含むことを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載のフレキシブル基板。
11. 前記発色材料は、前記規定の強さ以下の応力によって割れ、補助成分が封入された補助カプセルを備え、
    前記発色成分は、前記補助成分と反応し変色する成分を含むことを特徴とする請求項６〜１０の何れか１項に記載のフレキシブル基板。
12. 前記補助カプセルは、マイクロカプセル、またはナノカプセルの何れか一つを含むことを特徴とする請求項１１に記載のフレキシブル基板。

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