JP2012033744A - 回路基板の製造方法、及び、面圧分布センサ - Google Patents

Abstract

【課題】大面積であっても高精細に回路パターンを形成することができる回路基板の製造方法を提供する。また、該回路基板の製造方法を用いて製造される面圧分布センサを提供する。
【解決手段】基板５上に回路パターンを形成する工程と、前記回路パターンが形成された基板５の長手方向に破線状の切り込み１を複数列形成する行程と、前記回路パターンと前記切り込み１とが形成された基板５の少なくとも一部を切り込み１と直交する方向に拡張することにより回路パターンを引き延ばして幾何学パターンを形成する工程とを有し、前記切り込み１を複数列形成する行程において、破線状の切り込み１は、奇数列と偶数列とで破線の周期がずれており、かつ、破線の切り込み１の部分の合計の長さは、破線全体の合計長さの半分以上である回路基板の製造方法。
【選択図】図４

Description

本発明は、大面積であっても高精細に回路パターンを形成することができる回路基板の製造方法に関する。また、該製造方法により得られた回路基板を用いて製造される面圧分布センサに関する。

近年、電子デバイスの製造プロセスに印刷技術を利用するプリンタブル・エレクトロニクスが大きな注目を集めている。プリンタブル・エレクトロニクスにおいては、インクジェットやスクリーン印刷といった高精度かつ高速な印刷技術を利用することで、プロセスの簡略化、製造期間の短縮、劇的な低コスト化が可能となり、電子デバイス業界に革新をもたらすと考えられている。

電子デバイスに通常用いられる樹脂基板に大面積の回路パターンの印刷を行おうとすると、樹脂の大きな線膨張係数や柔らかさのため、基板の端部において位置決め（レジストレーション）が難しくなるという問題があった。特に、トランジスタ等の素子を形成する場合は精密な回路パターンの形成が必要であり、基板の温度変化や温度分布、印刷時に基板に加わる力、印刷工程や乾燥工程の熱履歴等による基板の変形が問題になる。そのため、例えば、特許文献１に開示されているように線膨張係数の小さい樹脂フィルムを用いることが提案されている。しかしながら、特許文献１に開示された樹脂フィルムを用いても、大面積の回路パターンを高精細に形成することは困難であった。
また、従来の方法で回路パターンを形成する場合、例えば、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）のアンテナとトランジスタとを印刷で製造する場合においては、精密回路が必要なトランジスタの部分と高い精密性を必要としないアンテナの部分とを別々の樹脂基板の上に印刷し、後で両樹脂基板を貼り付けるといった工程が必要となっていた。

国際公開第０５／１１０７１８号パンフレット

本発明は、大面積であっても高精細に回路パターンを形成することができる回路基板の製造方法を提供することを目的とする。また、該製造方法により得られた回路基板を用いて製造される面圧分布センサを提供することを目的とする。

本発明は、基板上に回路パターンを形成する工程１と、上記回路パターンが形成された基板の長手方向に破線状の切り込みを複数列形成する行程２と、上記回路パターンと上記切り込みとが形成された基板の少なくとも一部を切り込みと直交する方向に拡張することにより回路パターンを引き延ばして幾何学パターンを形成する工程３とを有し、上記工程２において、破線状の切り込みは、奇数列と偶数列とで破線の周期がずれており、かつ、破線の切り込みの部分の合計の長さは、破線全体の合計長さの半分以上である回路基板の製造方法である。
以下に本発明を詳述する。

本発明者らは、前もって基板に所定の回路パターンと、奇数列と偶数列とで周期をずらした複数列の破線状の切り込みとを形成しておき、その後基板を拡張することで、大面積かつ高精細の回路パターンを有する回路基板を製造することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。

本発明の回路基板の製造方法は、上記基板上に回路パターンを形成する工程１を有する。
上記回路パターンを形成する配線の材料は特に限定されず、例えば、銀、銀ペースト、銅、アルミニウム、鉄、ステンレス、真鍮、磁性体、誘電体等が挙げられる。

引き延ばし後に格子形状のマトリックス回路とする場合の引き延ばし前の回路パターン（以下、格子形状とする場合の引き延ばし前回路パターンともいう）の一例を図１に示す。図１には工程２で形成する破線状の切り込みも示した。上記格子形状とする場合の引き延ばし前回路パターンにおいて、電気信号をやりとりする複数の配線は、破線状の切り込みに沿うものとなるように交差させる必要がある。例えば、２種類の信号の場合、図１に示したように電極配線Ａ及び電極配線Ｂによる階段状の配線パターンを交差させる。
また、上記基板は配線の取り出し部分を有することが好ましく、図２に示したように、配線の取り出し部分は直線のパターンとすることが好ましい。図２にも図１と同様に工程２で形成する破線状の切り込みも示した。

上記回路パターンを形成する方法としては、印刷、蒸着、メッキ、又は、エッチングによる方法であることが好ましい。なかでも、安価かつ容易に高精細の回路パターンを形成することができることから、印刷による方法がより好ましい。また、インプリント、ナノインプリント等の方法で基板に溝を形成し、形成した溝の中にインクジェット法やスクリーン印刷法等により導電性材料を埋め込む方法を用いてもよい。
また、大型フルカラーＬＥＤ映像装置等に用いる場合には、上記回路パターンは、柔軟なシートにワイヤを貼り付けたり、埋め込んだりする方法で形成してもよい。

上記格子形状とする場合の引き延ばし前回路パターンにおいて、素子を実装する場合の回路パターンの一例を図３に示す。図３には工程２で形成する破線状の切り込みも示した。図３に示したように、階段状に形成された電極配線Ａ及び電極配線Ｂは、格子点に配置されている素子に接続する。
なお、本明細書において、基板の長手方向における切り込みと切り込みの間の、基板の拡張後に格子点となる部分を単に格子点ともいう。また、上記格子点以外の切り込みを形成しない部分で線状になる部分をストランドともいう。

上記素子としては、圧力センサ、温度センサ、光センサ、ひずみセンサ、加速度センサ、磁気センサ、キャパシタ、圧電センサ、キャパシタ、インダクター、抵抗、光発光素子、液晶駆動電極、電子ペーパー駆動電極のうち少なくとも一つの機能を有する素子であることが好ましい。

上記素子を形成する方法としては、印刷、蒸着、メッキ、エッチング、又は、インプリントによる方法であることが好ましい。例えば、素子として圧力センサの機能を有する素子（以下、圧力センサ素子ともいう）を用いて面圧分布センサ等を作製する場合、該圧力センサ素子は、チップタイプの物を表面実装してもよいし、印刷等で形成してもよいし、電極配線／感圧抵抗体／感圧抵抗体／（感圧抵抗体）／（絶縁層）／電極配線の順に積層して作製してもよい。
また、ＬＥＤ電光掲示板等においてフルカラーＬＥＤを実装する場合は、４本の電極配線をＬＥＤ素子まで接続し、該４本の電極配線は更に隣のＬＥＤ素子まで接続する。これらの４本の電極配線は、ＬＥＤ素子実装部において多層印刷により立体交差させたり、ＬＥＤ素子を実装する基板として電極配線を立体交差させる機能を有するものを使用したりすることで接続することができる。

本発明の回路基板の製造方法は、上記回路パターンが形成された基板の長手方向に破線状の切り込みを複数列形成する行程２を有する。図４に破線状の切り込みを複数形成した基板の一例を示す。本発明の回路基板の製造方法において、該切り込みを入れた基板は切り込みと直行方向に引っ張ることで拡張することができる。

上記シート状の基板を構成する材料は特に限定されず、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、紙と樹脂との複合材料、ガラス繊維と樹脂との複合材料、高誘電率材料、低誘電率材料、薄いガラス材料、薄いセラミック材料、金属に樹脂をコーティングした材料、金属と樹脂とを張り合わせた材料等が挙げられる。大面積の面圧分布センサ等に用いる場合は、ロール状にして取り扱うことのできる材料が好適である。

上記破線状の切り込みの形状は、繰り返すパターンであれば、単なる線であってもよいし、略長方形状、略菱形状に切り取った状態であってもよいが、基板の拡張後の格子点の部分に素子を実装する場合や基板の拡張前に素子を印刷する場合は、必要な面積を確保するため拡張後の格子点の部分が略正方形状や略円状となる形状であることが好ましい。
上記工程２において、上記切り込みは奇数列と偶数列とで破線の周期をずらして形成される。奇数列と偶数列とが同じパターンの破線で、周期が半周期ずれる場合、拡張した基板による格子の形状は左右対称となる。
奇数列と偶数列の破線の切り込みの部分の長さは異なってもよいが、各破線において、破線の切り込みの部分の合計の長さは破線全体の合計長さの半分以上である。
また、破線の切り込みの部分は、規則性があり、かつ、切り込みの部分の合計の長さが破線全体の合計長さの半分以上であれば長い切り込みと短い切り込みとを組み合わせて形成してもよい。

また、基板に上記破線状の切り込みとは別のカッティングパターンを形成しておき、部分的に約１８０°折り返すことにより、回路の多層化や基板の上下接続を行うことができる。

本発明の回路基板の製造方法は、上記回路パターンと上記切り込みとが形成された基板の少なくとも一部を切り込みと直交する方向に拡張することにより回路パターンを引き延ばして幾何学パターンを形成する工程３を有する。

上記工程３において、基板を切り込みと直交する方向に拡張すると、図５のようになり、垂直方向に力が加わるとねじれが生じる場合がある。
上記回路基板は拡張後に接着、積層等の工法により固定したりシート成型したりすることが好ましく、発泡樹脂材料等と同時にシート成型したり、接着シートの粘着層を厚くしたりすることにより拡張方向以外のひずみを与えないでシート化することが可能になる。
また、本発明の回路基板の製造方法においては、工程３の前に、格子点に切り込みと平行な方向に折り目を付けてもよい。例えば、図６に示したように、格子点に約１８０°の折り目を奇数列で山折、偶数列で谷折と反転させて入れたり、図７に示したように、格子点のストランド側の片方を谷折、もう一方を山折に約９０°折り曲げ、奇数列と偶数列とで折り方を逆にしたりすることにより、配線部分にねじれを生じさせずに基板を拡張することが可能となる。

配線の取り出し部分を有する基板を拡張する際には、必要な部分（回路を形成する部分）だけを拡張し、配線の取り出し部分を拡張しないでおくことにより、配線の取り出し部分の幅を小さくすることができる。
本発明の回路基板の製造方法においては、回路を形成する部分と配線の取り出し部分とを同時に形成する事ができる。

基板を拡張して得られる格子状の回路パターンの一例を図８に示す。図８の場合、格子状の回路パターンは斜めに形成されているため、配線は対向する側面の両側から取り出される。また、図８の配線の上下端を折り返す構造とすることにより片側のみでも配線を取り出すことができる。

基板を拡張し、格子状の回路パターンを形成した後の素子周辺部の一例を図９に示す。図２の回路パターンが引き延ばされたものが図９となる。図９では配線は電極配線Ａと電極配線Ｂとの二種類としているが、必要に応じて多層印刷（導体印刷／絶縁層印刷／導体印刷）したり裏面に印刷したりすることにより、三種類以上の配線を行うことも可能である。

また、本発明の回路基板の製造方法は、上記幾何学パターンとして、上述した格子形状のマトリックス回路のみでなく、図１０に示したようなループ状の回路パターン、図１１（ａ）、（ｂ）に示したような略Ｃ字状の回路パターン、図１２（ａ）、（ｂ）に示したようなスパイラル状の回路パターン、十字状の回路パターン、Ｙ字状の回路パターン、及び、Ｔ字状の回路パターン等をアレイ状に配列させて形成することができる。
例えば、上記ループ状及び上記スパイラル状の回路パターンは上記格子状の回路パターンの一部を形成しないことにより作製することができ、上記略Ｃ字状の回路パターンは上記ループ状の回路パターンの一部を形成しないことにより作製することができる。また、これらの回路パターンは、基板の裏面にマトリックス回路パターンを作製することによって接続することができる。

また、ループ状、略Ｃ字状、スパイラル状、十字状、Ｙ字状、及び／又は、Ｔ字状の回路パターンを形成し、それらをキャパシタで接続することでＦＳＳ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｕｒｆａｃｅ）アンテナ素子を製造することができる。該ＦＳＳアンテナの導体パターン（金属パターン）を本発明の回路基板の製造方法を用いてアレイ状に配列することにより、無線ＬＡＮ等の電波シールドに用いることができる。この場合、回路パターンの組み合わせの調整、パターンサイズの調整、及び、導電性材料や基板材料の選択により適宜シールドする周波数を選択することができる。

更に、本発明の回路基板の製造方法を用いて基板の表面に、例えば、スパイラル状の回路パターンを作製し、該スパイラル状の回路パターンと、基板の裏面に作製した集電パターンとをスルーホール等の方法を用いて接続することにより、平面アンテナ、レクテナ（Ｒｅｃｔｅｎｎａ）等を製造することもできる。この場合、回路パターンのサイズ、形状、材質、基板材料（誘電体材料）の厚みは、目的の周波数により適宜選択される。

加えて、本発明の回路基板の製造方法は、微小な分割リング共振器（ＳＲＲ）をアレイ状に配列することにより作製されるメタマテリアルの製造方法にも用いることもできる。具体的には例えば、導電膜が形成された変形可能な薄いセラミック基板上にリソグラフ等を用いてＳＲＲを形成し、更にリソグラフ等を用いて基板に破線状の切り込みパターンを入れた後、基板を拡張することによりＳＲＲをアレイ状に配列することができる。

本発明の回路基板の製造方法を、上記ＦＳＳアンテナ素子、上記平面アンテナ、上記レクテナ、上記メタマテリアル等の製造に用いる場合、回路基板を弾力性のある材料で作製し、張力を掛けて保持し、必要に応じ拡張率を変更する事により、アンテナやメタマテリアルの対応周波数を変更することもできる。

本発明の回路基板の製造方法において、格子点に圧力センサ、光センサ、ひずみセンサ、キャパシタ、インダクター、圧電センサのうち少なくとも一つの機能を有する素子を配置することにより、得られる回路基板を面圧分布センサの製造に用いることができる。
本発明の回路基板の製造方法を用いて製造される面圧分布センサもまた、本発明の１つである。

本発明によれば、大面積であっても高精細に回路パターンを形成することができる回路基板の製造方法を提供することができる。また、該製造方法により得られた回路基板を用いて製造される面圧分布センサを提供することができる。
本発明によれば、高精細パターンを拡張前の狭い幅のシートの上に形成すればよいため、印刷時のレジストレーションが容易になり、幅の狭い印刷装置を用いても大面積かつ高精細な回路パターンを形成することができる。
具体的には例えば、電光掲示板やビル面等に設置される数メートル程度の大型フルカラーＬＥＤ映像装置の場合、１０〜１００ｃｍ程度の幅で回路を作り、格子点にＬＥＤを実装した後に幅を拡張することにより容易に製造することができる。また、従来の面圧分布センサやディスプレイはパネル本体と配線の取り出し部分の回路とを別々に作製し、それぞれの回路を導電性接着剤等で接続する必要があったが、本発明によれば、基板にパネル部分と配線の取り出し部分とを設け、パネル部分は拡張し、配線の取り出し部分は拡張せず狭めておくことにより、パネル本体と配線の取り出し部分の回路とを一体で製造することができ、接続部分での品質の問題が発生しない。

格子形状とする場合の引き延ばし前回路パターンの一例を示す模式図である。 配線の取り出し部の一例を示す模式図である。 格子形状とする場合の引き延ばし前回路パターンにおいて、素子を実装する場合の回路パターンの一例を示す模式図である。 破線状の切り込みを複数形成した基板の一例を示す模式図である。 基板を拡張して得られる回路パターンの断面（拡張方向）の模式図である。 格子点に約１８０°の折り目を奇数列で山折、偶数列で谷折と反転させて入れる場合の回路パターンの断面（拡張方向）の模式図である。 格子点のストランド側の片方を谷折、もう一方を山折に９０°折り曲げ、奇数列と偶数列とで折り方を逆にする場合の回路パターンの断面（拡張方向）の模式図である。 基板を拡張して得られる格子状の回路パターンの一例を示す模式図である。 基板を拡張し、格子状の回路パターンを形成した後の素子周辺部の一例を示す模式図である。 基板を拡張して得られるループ状の回路パターンの一例を示す模式図である。 基板を拡張して得られる略Ｃ字状の回路パターンの例を示す模式図である。 基板を拡張して得られるスパイラル状の回路パターンの例を示す模式図である。 実施例１において、ＰＥＴ基板の面圧分布センサの面となる部分に形成した切り込みを示す模式図である。

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。

（実施例１）
（面圧分布センサの作製）
長さ４５０ｃｍ×１５ｃｍ×２００μｍのシート状のＰＥＴ基板に２０本の銀電極配線、及び、圧力センサ素子を印刷した、格子点の部分は９ｍｍ径円状の部分に６ｍｍ径の円状の圧力センサ（抵抗体センサー）を印刷した。印刷時の圧力センサ素子のピッチは横方向７ｃｍ幅方向１ｃｍであり、面圧分布センサの面となる部分の印刷広さは長さ１４１ｃｍ幅１１ｃｍであった。
作製する面圧分布センサの面となる部分には階段状に銀電極配線を印刷し、配線が交わる部分に圧力センサ素子を配置した。また、配線の取り出し部分には直線状のパターンを印刷した。その後、銀電極配線及び圧力センサ素子を印刷した基板に面圧分布センサの面となる部分には図１３、配線の取り出し部分には図２のように切り込みを入れた。図１３に示したように、面圧分布センサの面となる部分において、格子点の部分は略円状、ストランドは細線とした。配線の取り出し部分の終わりの部分は、コネクタに接続するため切り込みは入れなかった。
作製した切り込みと銀電極配線とが形成された基板の面圧分布センサの面となる部分を切り込みと直交する方向に拡張することにより回路パターンを引き延ばして図８のように格子状にし、長さ１００ｃｍ×１００ｃｍの面圧分布センサの面となる部分を有する回路基板を作製した。
得られた回路基板をＰＥＴシートで挟み込み、面圧分布センサを作製した。
得られた面圧分布センサにおいて、回路基板の配線の取り出し部分から、コネクタ／アンプ／マルチプレクサ／ＡＤ変換／ＣＰＵの順に接続し、面圧分布センサからの信号を処理することができた。

本発明によれば、大面積であっても高精細に回路パターンを形成することができる回路基板の製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、該回路基板の製造方法を用いて製造されるタッチパネルを提供することができる。

１ 切り込み
２ 電極配線Ａ
３ 電極配線Ｂ
４ 素子
５ 基板
６ 格子点
７ ストランド

Claims (10)

1. 基板上に回路パターンを形成する工程１と、
   前記回路パターンが形成された基板の長手方向に破線状の切り込みを複数列形成する行程２と、
   前記回路パターンと前記切り込みとが形成された基板の少なくとも一部を切り込みと直交する方向に拡張することにより回路パターンを引き延ばして幾何学パターンを形成する工程３とを有し、
   前記工程２において、破線状の切り込みは、奇数列と偶数列とで破線の周期がずれており、かつ、破線の切り込みの部分の合計の長さは、破線全体の合計長さの半分以上である
   ことを特徴とする回路基板の製造方法。
2. 幾何学パターンが格子状、ループ状、略Ｃ字状、スパイラル状、十字状、Ｙ字状、若しくは、Ｔ字状、又は、その組み合わせよりなることを特徴とする請求項１記載の回路基板の製造方法。
3. 引き延ばす前の回路パターンは、一部が階段状の配線パターンが交差してなるものであることを特徴とする請求項１又は２記載の回路基板の製造方法。
4. 回路パターンと切り込みとが形成された後に、拡張後の基板の格子点となる部分に切り込みと平行な方向に折り目を付けることを特徴とする請求項１、２又は３記載の回路基板の製造方法。
5. 基板は、配線の取り出し部分を有し、該配線の取り出し部分は切り込みと直交する方向に拡張しないことを特徴する請求項１、２、３又は４記載の回路基板の製造方法。
6. 印刷、蒸着、メッキ、エッチング、又は、インプリントによって回路パターンを形成することを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の回路基板の製造方法。
7. 回路パターンは、ワイヤを用いて形成されることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の回路基板の製造方法。
8. 拡張後の基板の格子点となる部分に、圧力センサ、温度センサ、光センサ、ひずみセンサ、加速度センサ、磁気センサ、キャパシタ、インダクター、抵抗、圧電センサ、光発光素子、液晶駆動電極、電子ペーパー駆動電極のうち少なくとも一つの機能を有する素子を配置することを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の回路基板の製造方法。
9. 印刷、蒸着、メッキ、エッチング、又は、インプリントによって素子を形成することを特徴とする請求項８記載の回路基板の製造方法。
10. 請求項８又は９記載の製造方法を用いて製造される回路基板において、配置する素子が圧力センサ、光センサ、ひずみセンサ、キャパシタ、圧電センサのうち少なくとも一つの機能を有する素子である回路基板を用いて製造されることを特徴とする面圧分布センサ。
    

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