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JP2017118109A - 基板 - Google Patents

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JP2017118109A
JP2017118109A JP2016242164A JP2016242164A JP2017118109A JP 2017118109 A JP2017118109 A JP 2017118109A JP 2016242164 A JP2016242164 A JP 2016242164A JP 2016242164 A JP2016242164 A JP 2016242164A JP 2017118109 A JP2017118109 A JP 2017118109A
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JP
Japan
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stretchable
fiber
strips
substrate according
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP2016242164A
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English (en)
Inventor
享 澤田
Susumu Sawada
享 澤田
佳宏 冨田
Yoshihiro Tomita
佳宏 冨田
平野　浩一
Koichi Hirano
浩一 平野
大前　秀樹
Hideki Omae
秀樹 大前
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Abstract

【課題】可動部に無理なく装着でき、測定対象に密着してセンシングできる伸縮自在な基板を提供する。【解決手段】基板は、伸縮可能なシート５０と、シート５０上に配置された複数の非伸縮部材１０Ａと、複数の非伸縮部材１０Ａの間を接続する、伸縮可能な複数のストリップ１０Ｂと、複数の非伸縮部材１０Ａとシート５０とを縫い付ける複数の繊維糸７０と、を備える。伸縮可能なストリップ１０Ｂは、伸縮可能な形状を有することで配線層１０が伸縮できる。【選択図】図１

Description

本開示は、伸縮性を有する基板に関する。
近年、電子デバイスの小型化及び／又は薄型化に伴い、可撓性を有したフレキシブル基板が多く用いられている。フレキシブル基板は、典型的なエレクトロニクス機器の分野以外にも種々の分野で利用が図られている。例えば、フレキシブル基板は、スマートフォン等のモバイル機器、及び、ウェアラブル機器等に利用されている。
ウェアラブル機器は、測定対象（例えば人体）の可動部に無理なく装着でき、測定対象に密着してセンシングできることが求められる。従って、フレキシブル基板には、十分な伸縮性を備えていることが要求される。従来技術として、蛇行構造体を有するフレキシブル基板が知られている（特許文献１参照）。
特開２０００−２９４８８６号公報 特開２０１３−１４７７６７号公報
本開示は、伸縮自在な基板を提供する。
本開示の一実施形態に係る基板は、伸縮可能なシートと、前記シート上に配置された複数の非伸縮部材と、前記複数の非伸縮部材の間を接続する、伸縮可能な複数のストリップと、前記複数の非伸縮部材と前記シートとを縫い付ける複数の繊維糸と、を備える。
本開示の基板は十分な伸縮特性を有する。
図１は、一実施形態に係る伸縮性フレキシブル基板を模式的に示した図である。 図２Ａは、一実施形態に係る伸縮性フレキシブル基板の一例を模式的に示した図である。 図２Ｂは、図２Ａに示される伸縮性フレキシブル基板の断面構造の一例を模式的に示す図である。 図２Ｃは、一実施形態に係る伸縮性フレキシブル基板の一例を模式的に示した図である。 図３Ａは、一実施形態に係る伸縮性フレキシブル基板の配線層の一例を模式的に示した図である。 図３Ｂは、一実施形態に係る伸縮性フレキシブル基板の配線層の一例を模式的に示した図である。 図４は、配線層と配線層にかかる力の向きの関係の一例を説明するための模式図である。 図５は、一実施形態に係る伸縮性フレキシブル基板の一例を模式的に示した図である。 図６Ａは、一実施形態に係る伸縮性フレキシブル基板の配線層の伸縮挙動を説明するための模式図である。 図６Ｂは、一実施形態に係る伸縮性フレキシブル基板の配線層の伸縮挙動を説明するための模式図である。 図７Ａは、一実施形態に係る伸縮性フレキシブル基板の一例を示すための模式図である。 図７Ｂは、図７Ａに示される伸縮性フレキシブル基板の断面構造の一例を模式的に示す図である。 図７Ｃは、図７Ａに示される伸縮性フレキシブル基板の断面構造の一例を模式的に示す図である。 図８Ａは、ニット構造を有する繊維編物を模式的に示した図である。 図８Ｂは、ニット構造を有する繊維編物の変形を説明するための模式図である。 図９Ａは、ネット構造を有する繊維編物を模式的に示した図である。 図９Ｂは、ネット構造を有する繊維編物の変形を説明するための模式図である。 図１０Ａは、一実施形態に係る伸縮性フレキシブル基板の第１の変形例を模式的に示した図である。 図１０Ｂは、図１０Ａに示される伸縮性フレキシブル基板の断面構造を示す図である。 図１０Ｃは、一実施形態に係る伸縮性フレキシブル基板の第２の変形例を模式的に示した図である。 図１０Ｄは、図１０Ｃに示される伸縮性フレキシブル基板の断面構造の一例を示す図である。 図１０Ｅは、図１０Ｃに示される伸縮性フレキシブル基板の断面構造の別の例を示す図である。 図１１Ａは、一実施形態に係る伸縮性フレキシブル基板の第３の変形例を模式的に示した断面図である。 図１１Ｂは、一実施形態に係る伸縮性フレキシブル基板の第４の変形例を模式的に示した断面図である。 図１１Ｃは、一実施形態に係る伸縮性フレキシブル基板の第５の変形例を模式的に示した断面図である。 図１１Ｄは、一実施形態に係る伸縮性フレキシブル基板の第６の変形例を模式的に示した断面図である。
まず、本発明者らが本開示の伸縮性フレキシブル基板を案出するに至った経緯について説明する。本発明者らは、次の４つの課題を見出した。
（１）従来のフレキシブル基板では、フレキシブル基板の延在方向に伸縮可能であるものの、当該延在方向と異なる方向には伸縮しにくい。それゆえ、市場のニーズに応える程の十分な伸縮性が呈され難い。
（２）従来のフレキシブル基板では、高い伸縮性を確保することと、伸張による配線の破断を防止することを両立することが難しい。
（３）従来の導電性糸を織り込んだ織物は、配線抵抗の安定性を確保することが難しい。
（４）従来の導電性糸を織り込んだ織物は、電子部品の実装において信頼性を確保することが難しい。
上記（２）について詳述する。従来のフレキシブル基板は、湾曲部を有する配線を備える 。例えば、フレキシブル基板が人体又はロボットアームの可動部に装着される場合、可動部の曲げまたは伸びなどの動きに沿って基板が伸張される。しかし、基板の伸張量が一定のレベルを超えると、配線の湾曲部が延び、配線のうち応力の集中しやすい部分で破断が生じる虞がある。この問題を回避するために、配線の幅を広くすることが考えられる。これにより、引張り方向に交差する断面の断面積が増え、配線の強度が増す。しかしながら、配線の幅を広くすると、配線が湾曲するための空間が小さくなり、十分な伸縮性が得られなくなる。
上記（３）について詳述する。高い伸縮性を与えるために、導電性の糸を織り込んだ織物が提案されている（特許文献２）。この織物では、導電性の糸が配線として機能する。しかし、導電性の糸による配線は、典型的な金属配線よりも抵抗値が高く、伸縮時における配線抵抗の変化が大きい。この傾向は、配線が長くなるほど、顕著になる。そのため、この織物は、例えばＬＥＤマトリクスのような、大電流用途のデバイスには適さない。
上記（４）について詳述する。導電性の糸を織り込んだ織物は、典型的なフレキシブル基板と比較すると平坦性が劣る。そのため、この織物上に電子部品を高密度に配置することは難しい。また、織物は、典型的なフレキシブル基板と比較すると耐熱性が劣る。そのため、この織物には、はんだ実装のような高熱を要する実装方法が適用できない。従って、導電性の糸を織り込んだ織物は、実装手法が限定され、高い実装信頼性を得ることが難しい。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した。配線層の非伸縮部と伸縮可能な基材とが繊維糸によって縫い付けられた伸縮性フレキシブル基板を案出するに至った。
この伸縮性フレキシブル基板において、配線層は、非伸縮部と、非伸縮部に接続された伸縮ストリップを有する。伸縮ストリップが伸び縮みすることにより、配線層は伸縮性を有する。配線層が例えば平板状の導電層を備える場合、この導電層は、導電性の糸に比べて、配線抵抗が低く、伸縮時の配線抵抗の変化も小さい。また、このような導電層は、配線層は比較的高い耐熱性を有する。非伸縮部が平板状である場合、電子部品を配置しやすい。さらに、配線層と基材とが繊維糸で縫い付けられているので、基材上において配線層がある程度可動する。そのため、配線層と基材との縫い付けは、伸縮ストリップの伸び縮みを実質的に阻害しない。
以下では、一実施形態に係る伸縮性フレキシブル基板について説明する。図面に示す各種の要素は、本開示の理解のために模式的に示したにすぎず、寸法比および外観などは実物と異なり得る。
一実施形態に係る伸縮性フレキシブル基板１００は、図１、および２Ａ〜２Ｃに示すように、配線層１０および基材５０を有する。配線層１０は導電配線を有する。配線層１０は非伸縮部１０Ａとそれに接続された伸縮ストリップ１０Ｂとを含む。伸縮ストリップ１０Ｂは、伸縮可能な形状を有し、これにより、配線層１０が伸縮できる。非伸縮部１０Ａと伸縮ストリップ１０Ｂは、例えば、一体的または連続的に接続されていることが望ましい。つまり、非伸縮部１０Ａと伸縮ストリップ１０Ｂとは継ぎ目なく一体化していることが望ましい。
本実施形態における基材５０は、本開示における「シート」の一例である。本実施形態における非伸縮部１０Ａは、本開示における「非伸縮部材」の一例である。本実施形態における伸縮ストリップ１０Ｂは、本開示における「ストリップ」の一例である。
図３Ａおよび図３Ｂには配線層１０のみが示される。図示するように、配線層１０においては、非伸縮部１０Ａが複数設けられており、隣接する非伸縮部１０Ａが伸縮ストリップ１０Ｂによって相互に接続されている。複数の非伸縮部１０Ａは二次元マトリックス状に配列されてもよく、それらの非伸縮部１０Ａの間を連結するように伸縮ストリップ１０Ｂも二次元マトリックス状に配列されてもよい。伸縮ストリップ１０Ｂは湾曲部を有することが望ましい。この場合、湾曲部の曲率が変化することによって、伸縮ストリップ１０Ｂが伸び縮みし、これにより、配線層１０が全体として伸縮性を呈する。伸縮ストリップ１０Ｂは各非伸縮部１０Ａに対して、２つ以上設けられてもよい。複数の伸縮ストリップ１０Ｂは、間隙１５を隔てて互いに離間していることが望ましい。間隙１５が大きいほど、伸縮ストリップ１０Ｂの曲率変化の自由度が大きくなり、これにより、伸縮性フレキシブル基板１００が全体として伸縮しやすくなる。伸縮性フレキシブル基板１００は、例えば、三次元的に変形及び／又は伸縮する。
例えば、伸縮ストリップ１０Ｂは蛇行状又は渦巻き状に湾曲している。図３Ａに示される伸縮ストリップ１０Ｂは、ある平面内で、蛇行している。換言すれば、図３Ａに示される伸縮ストリップ１０Ｂは、ミアンダ形状を有している。互いに隣接する非伸縮部１０Ａは、それらの間で蛇行状に湾曲する伸縮ストリップ１０Ｂを介して接続されている。図３Ｂに示される伸縮ストリップ１０Ｂは、ある平面内で、渦を巻いている。互いに隣接する非伸縮部１０Ａは、それらの間で渦巻き状に湾曲する伸縮ストリップ１０Ｂを介して接続されている。
複数の非伸縮部１０Ａが所定のピッチで配列される場合、渦巻き状の伸縮ストリップ１０Ｂを有する配線層１０は、蛇行状の伸縮ストリップ１０Ｂを有する配線層１０よりも、大きく伸張しうる。これは次の２つの理由による。
（１）渦巻き状の伸縮ストリップ１０Ｂの湾曲部は、蛇行状の伸縮ストリップ１０Ｂの湾曲部よりも、大きな曲率半径で湾曲する。これにより、伸縮ストリップ１０Ｂのゆとり長さをより大きく取ることができる。
（２）渦巻き状の伸縮ストリップ１０Ｂは、渦巻きがほどけるように変位するため、この変位が伸縮ストリップの伸長を助力し得る。
また、渦巻き状の伸縮ストリップ１０Ｂを有する配線層１０は、蛇行状の伸縮ストリップ１０Ｂを有する配線層１０よりも、小さい引張り力で伸張しうる。
渦巻き状の伸縮ストリップ１０Ｂは、例えば、図４に示すように、中心部（例えば非伸縮部１０Ａ）から延びる配線を、破線矢印で示される時計周り方向に湾曲させることによって得られる。渦巻き状の伸縮ストリップ１０Ｂの曲率は、伸縮性フレキシブル基板１００の伸張に伴って、小さくなる。これにより、伸縮ストリップ１０Ｂは、非伸縮部１０Ａに接続された一端から他端に向かうにつれて、非伸縮部１０Ａの外周から離れるように変形する。
図４に示されるように、１つの非伸縮部１０Ａに接続される複数の渦巻き状の伸縮ストリップ１０Ｂは、いずれも、その非伸縮部１０Ａの外周に沿って湾曲している。そのため、伸縮ストリップ１０Ｂの間のマージンを狭くすることができ、伸縮ストリップ１０Ｂ及びその上に形成された配線の収容性を高めることができる。例えば非伸縮部１０Ａと複数の渦巻き状の伸縮ストリップ１０Ｂとを含む単位がマトリクス状に配置された場合、伸縮ストリップ１０Ｂが伸縮性と、その上の配線の収容性を高めることができる。
渦巻き状の伸縮ストリップ１０Ｂは、非伸縮部１０Ａを半周以上囲めばよい。渦巻き状の伸縮ストリップ１０Ｂは、例えば、非伸縮部１０Ａの回りを１周以上周回していてもよく、３周以上周回していてもよい。なお、非伸縮部１０Ａの形状は、特に限定されるものではない。非伸縮部１０Ａの形状は、円形や楕円形であってもよく、四角形や六角形等の多角形であってもよい。伸縮ストリップ１０Ｂの湾曲部は、曲線状にカーブしていてもよく、角張って屈曲していてもよい。
配線層１０は、導電配線を含む。例えば、配線層１０は、図３Ａ及び３Ｂにおける部分断面図に示されるように、絶縁基材１２および導電配線１６を含む。導電配線１６は、例えば、絶縁基材１２の主面上に設けられている。言い換えると、絶縁基材１２と導電配線１６とは互いに積層されている。導電配線１６が屈曲部を有する場合、単位面積当たりに収容できる導電配線１６の長さを増大させることができる。
絶縁基材１２は、電気的な絶縁性を有する。絶縁基材はシート状であることが望ましい。絶縁基材１２は、可撓性を有することがより望ましい。絶縁基材１２の材質は樹脂材であってもよい。例えば、絶縁基材１２の材質としては、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂およびエポキシ樹脂などからなる群から選択される少なくとも１種の材質を挙げることができる。
導電配線１６は、導電性を有する。導電配線１６は、薄膜状であってもよい。導電配線１６は金属材料を含有することが望ましい。導電配線１６の金属材料としては、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）および亜鉛（Ｚｎ）からなる群から選択される少なくとも１種を挙げることができる。導電配線１６の厚さは、例えば、５μｍ〜１０００μｍ程度であってもよく、好ましくは５μｍ〜５００μｍ程度であってもよく、より好ましくは５μｍ〜２５０μｍ程度であってもよい。導電配線１６は、金属箔から構成された層であってもよい。この場合、金属箔は、例えば、パターニング処理されていてもよい。
例えば、図５に示されるように、配線層１０の上に電子部品８０が設けられていてもよい。電子部品８０は、配線層１０（例えば導電配線１６）と電気的に接続される。図５に示されるように、電子部品８０は配線層１０の非伸縮部１０Ａの上に設けられていることが望ましい。これにより、伸縮性フレキシブル基板１００の伸縮が電子部品８０へ与える影響を低減できる。電子部品８０は、エレクトロニクス実装分野で用いられている種々の電子部品であればよく、特に制限されない。例えば、電子部品８０として、半導体素子、温度センサ、圧力センサおよびアクチュエーター等を挙げることができる。半導体素子とは、例えば、発光素子、受光素子、ダイオードおよびトランジスタである。電子部品８０として、例えば、ＩＣ（例えばコントロールＩＣ）、インダクタ、コンデンサ、パワー素子、チップ抵抗、チップコンデンサ、チップバリスタ、チップサーミスタ、その他チップ状の積層フィルター、接続端子などを挙げることができる。複数種類の電子部品８０が伸縮性フレキシブル基板１００に設けられていてもよい。
製造者は、配線層１０の非伸縮部１０Ａに電子部品８０を実装し、その後、配線層１０を基材５０に縫い付けてもよい。配線層１０に電子部品８０を実装するために、高熱を要する実装方法が採用されてもよい。
基材５０は、例えば、配線層１０を支持する。基材５０は、例えば絶縁性を有している。基材５０は、配線層１０と直接的または間接的に接するように設けられている。図１および図２Ｂに示されるように、配線層１０と基材５０とは互いに積層されていてもよい。配線層１０の主面と基材５０の主面とは、互いに対向している。配線層１０の主面とは、非伸縮部１０Ａ及び伸縮ストリップ１０Ｂが配列されている方向に広がる面である。
基材５０は、例えば、可撓性を有するシートである。これにより、伸縮性フレキシブル基板１００は、可撓性を有しうる。基材５０は、さらに、伸縮性を有してもよい。これにより、伸縮性フレキシブル基板１００は、伸縮性を有しうる。基材５０は、例えば、樹脂材（例えば、エラストマー材）であってもよく、繊維布であってもよい。基材５０は、通気性および／または光透過性を有していてもよい。
配線層１０と基材５０とは、図１および図２Ａ〜２Ｃに示されるように、繊維糸７０によって縫い付けられている。繊維糸７０は、配線層１０の伸び縮みを大きく阻害することなく、配線層１０を基材５０に取り付けることができる。繊維糸７０による縫い付け方は特に限定されない。縫い付け方として、例えば、衣服に対してボタンを糸で取り付ける際に用いられる方法が採用されてもよい。配線層１０と基材５０とは、繊維糸７０によってのみ取り付けられていてもよい。繊維糸７０による取り付け位置が点在することにより、伸縮性フレキシブル基板１００の柔軟な伸縮性が確保される。
繊維糸７０は、繊維そのものであってもよく、繊維を加工することによって得られた糸であってもよい。繊維糸７０は、可撓性を有していることが望ましい。繊維糸７０に含まれる繊維は、短繊維であっても長繊維であってもよく、中空繊維であってもよい。繊維糸７０は、撚糸であってもよい。この場合、繊維糸７０は高い強度を有しうる。
非伸縮部１０Ａは、繊維糸７０を介して基材５０に取り付けられているが、例えば、基材５０に対して回転及び／又は変位することが可能であってもよい。これは、例えば、非伸縮部１０Ａと基材５０とを、繊維糸７０で緩く縫い付けることによって実現されうる。あるいは、繊維糸７０が弾性を有することによって実現されうる。
例えば、配線層１０が伸縮する際に、非伸縮部１０Ａは、図６Ａ及び６Ｂに示されるように、繊維糸７０によって取り付けられた位置を中心として、回転してもよい。これにより、非伸縮部１０Ａにかかる応力の一部を逃がすことができ、伸縮性フレキシブル基板１００の伸縮の自由度を向上させることができる。
例えば、配線層１０が伸縮する際に、非伸縮部１０Ａは基材５０に対して所定の方向に変位してもよい。例えば、非伸縮部１０Ａの主面に垂直な方向から見たときに、繊維糸７０が非伸縮部１０Ａを通過する位置と、繊維糸７０が基材５０を通過する位置とがずれることができるように設計されていてもよい。これにより、非伸縮部１０Ａにかかる応力の一部を逃がすことができ、伸縮性フレキシブル基板１００の伸縮の自由度を向上させることができる。
繊維糸７０は、非伸縮部１０Ａの中心と、基材５０とを縫い付けていてもよい。非伸縮部１０Ａは、この非伸縮部１０Ａに接続されている複数の伸縮ストリップ１０Ｂが伸縮する際に、繊維糸７０を中心として回転してもよい。言い換えると、ある非伸縮部１０Ａに接続される複数の伸縮ストリップ１０Ｂは、その非伸縮部１０Ａに取り付けられた繊維糸７０を中心として、回転対称に配置されていてもよい。回転対称は、例えば、点対称であってもよい。これにより、例えば複数の伸縮ストリップ１０Ｂの伸縮によって非伸縮部１０Ａに回転力がかかるとき、非伸縮部１０Ａの回転によって、応力を効率的に逃がすことができる。その結果、伸縮性フレキシブル基板１００の伸縮の自由度を向上させることができる。ここで、「中心」とは、厳密な中心に限定されない。例えば、非伸縮部１０Ａの主面に垂直な方向から見て、繊維糸７０が非伸縮部１０Ａの所定の領域にかかるように配置されている場合、この所定の領域が、「中心」に相当する。
「複数の伸縮ストリップ１０Ｂが回転対称に配置される」とは、厳密な回転対称に限定されない。例えば、非伸縮部１０Ａの形状が回転対称性を有さない場合、複数の伸縮ストリップ１０Ｂは、非伸縮部１０Ａとの接続部を除いて、回転対称性を有していればよい。
繊維糸７０は導電性を有していてもよい。例えば、繊維糸７０を介して、配線層１０の表面の導電部材と、裏面の導電部材とが電気的に接続されてもよい。あるいは、繊維糸７０を介して、配線層１０内の導電部材と基材５０内の導電部材とが電気的に接続されてもよい。導電性を有する繊維糸７０は、比較的軽い導体であるため、これによって、伸縮性フレキシブル基板１００が軽量化されうる。また、導電性を有する繊維糸７０は、縫い付け方（例えば、糸の巻き数）などを適宜変えることによって比較的簡易に電気抵抗を調整することができる。
導電性を有する繊維糸は、例えば、金属繊維、めっき繊維、導電性ポリマー繊維、またはそれらから形成、構成もしくは加工された糸であってもよい。例えば、金属繊維は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）および亜鉛（Ｚｎ）からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含んでもよい。めっき繊維は、ポリマー、カーボン、綿の少なくとも１つを含む繊維又は糸を上記の金属でめっきすることによって形成されていてもよい。導電性ポリマー繊維は、例えばポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリパラフェニレンビニレンおよび／またはポリピロールであってもよい。
伸縮性フレキシブル基板１００の１つの例示的な構成について詳述する。図７Ａは、湾曲した伸縮ストリップ１０Ｂを含む配線層１０と、繊維布から構成された基材５０とを備える伸縮性フレキシブル基板１００を模式的に示している。図７Ｂ及び７Ｃは、図７ＡのＸ−Ｘにおける断面を示す。図７Ｂは、伸縮性フレキシブル基板１００が伸張していないときの断面図である。図７Ｃは、伸縮性フレキシブル基板１００が伸張しているときの断面図である。
配線層１０では、複数の非伸縮部１０Ａが二次元マトリックス状に配列され、複数の伸縮ストリップ１０Ｂがそれらの非伸縮部１０Ａの間をつないでいる。言い換えると、複数の伸縮ストリップ１０Ｂの交点に相当する位置に非伸縮部１０Ａが配置されている。複数の非伸縮部１０Ａは島状に散在している。電子部品８０が非伸縮部１０Ａ上に搭載されていてもよい。複数の伸縮ストリップ１０Ｂは、非伸縮部１０Ａの間で蛇行状に湾曲している。
図７Ｂに示されるように、配線層１０は、絶縁基材１２と導電配線１６とを含み、これらは互いに積層されている。例えば、絶縁基材１２としてポリイミドフィルムを用い、導電配線１６としてパターン形成された銅箔を用いてもよい。繊維糸７０は、配線層１０の非伸縮部１０Ａと基材５０とを互いに縫い付けている。
図７Ｃに示されるように、伸縮性フレキシブル基板１００に引張り外力が加えられた際、配線層１０の伸縮ストリップ１０Ｂが伸びたり、撓んだりすることによって、伸縮性フレキシブル基板１００が伸縮する。このとき、基材５０が繊維布であれば、繊維布の弾性力（すなわち、反力）によって、配線層１０の塑性変形が防止される。その結果、配線層１０の破断及び／又は断線が防止され得る。
基材５０は、例えば繊維布である。繊維布は、化学繊維及び／又は天然繊維からなる。
化学繊維は、合成繊維、半合成繊維、再生繊維および／または無機繊維であってもよい。合成繊維としては、脂肪族ポリアミド系繊維（例えば、ナイロン６繊維、ナイロン６６繊維）、芳香族ポリアミド系繊維、ポリビニルアルコール系繊維（例えば、ビニロン繊維）、ポリ塩化ビニリデン系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリエステル系繊維（例えば、ポリエステル繊維、ＰＥＴ繊維、ＰＢＴ繊維、ポリアリレート繊維）、ポリアクリロニトリル系繊維、ポリエチレン系繊維、ポリプロピレン系繊維、ポリウレタン系繊維、フェノール系繊維およびポリフルオロエチレン系繊維などを挙げることができる。半合成繊維としては、セルロース系繊維および蛋白質系繊維などを挙げることができる。再生繊維としては、レーヨン繊維、キュプラ繊維およびリヨセル繊維などを挙げることができる。そして、無機繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維および金属繊維などを挙げることができる。
天然繊維は、植物繊維、動物繊維またはそれらの混合繊維であってもよい。植物繊維としては、綿および麻（例えば、アマ、ラミー）などを挙げることができる。動物繊維としては、毛（例えば、羊毛、アンゴラ、カシミヤ、モヘヤ）、絹および羽毛（例えば、ダウン、フェザー）などを挙げることができる。
繊維布に用いられる繊維自体は、短繊維であっても長繊維であってもよく、さらには中空繊維であってもよい。また、繊維布に用いられる繊維は、糸形態であってもよく、例えば繊維を撚り合わせた撚糸の形態であってもよい。繊維、または、繊維からなる糸は、それ自体が弾性特性を有していてもよい。
繊維布は、繊維織物、繊維編物および不織布のいずれであってもよい。つまり、繊維布が、いわゆるタテ糸とヨコ糸とを交差させるように織り込んだ織物であってもよく、あるいは、糸が屈曲するように編み込まれた網物であってもよい。あるいは、繊維布は、不織布（例えば、ニードルパンチ布またはスパンボンド布）であってもよい。
基材５０は、引張ると変形し、除力すると実質的に元の形状に戻り、引っ張りによる変形量が所定のレベルを超えると反力（すなわち弾性力）が急増するような生地であってもよい。これにより、伸縮性フレキシブル基板の伸張時に配線層１０が塑性変形に至ることを防止することができ、配線層１０の破断及び／又は断線を防止できる。このような生地は、例えば、屈曲した繊維糸から構成され、屈曲の変形によって柔軟に伸びることができ、屈曲が伸びきると反力（すなわち弾性力）が急増する。
繊維布は、例えば図８Ａ及び８Ｂに示すようなニット構造を有していてもよい。ニット構造を有する生地は、隣接する繊維糸と交互に絡めながら編まれている。ニット構造において、１本の繊維糸に着目すると、図示されるように交互に蛇行しながら隣の繊維糸と絡んでいる。繊維糸が蛇行しているため、引張りに対して伸張するゆとりが十分に確保される。ニット構造は、例えば、セーターやジャージまたはメリアスシャツなどの生地として用いられている。このようなニット構造を有する生地は、伸張量が比較的小さい領域では柔軟性および伸縮性に富み、伸張が進行して、繊維糸がほぼ一杯まで伸びきった状態になると、急激に反力が大きくなりそれ以上伸張し難くなる。
繊維布は、例えば図９Ａ及び９Ｂに示すようなネット構造を有していてもよい。ネット構造を有する生地は、繊維糸同士を交点で結んで格子状にして、格子点をつなぐ繊維糸はゆとりを持って蛇行している。ネット構造の繊維糸は、無伸張時には、蛇行しており、伸びきると急激に反力を増加させ、それ以上の伸張が難しくなる。
（変形例）
図１０Ａは、伸縮性フレキシブル基板１００の第１の変形例を示し、図１０Ｂは、図１０Ａに示される非伸縮部１０Ａ付近の断面を示す。第１の変形例において、非伸縮部１０Ａの導電配線１６は導電パッドであり、繊維糸７０は、この導電パッドを通っている。導電パッドが比較的固い金属で構成される場合、繊維糸７０による縫いつけを容易に行うことができる。
図１０Ｃは、伸縮性フレキシブル基板１００の第２の変形例を示し、図１０Ｄは、図１０Ｃに示される非伸縮部１０Ａ付近の断面を示す。第２の変形例において、非伸縮部１０Ａには、導電パッドを通る開口部１７が設けられている。繊維糸７０は、この開口部１７を通っている。非伸縮部１０Ａは、この開口部１７の大きさに応じて、基材５０上の所定の位置からわずかに変位することができる。これにより、非伸縮部１０Ａにかかる応力の一部を逃がすことができ、伸縮性フレキシブル基板１００の伸縮の自由度を向上させることができる。また、導電パッドが比較的固い金属で構成される場合、繊維糸７０による縫いつけを容易に行うことができる。なお、開口部１７は、図１０Ｅに示されるように、配線層１０全体を通っていてもよい。
図１１Ａは、伸縮性フレキシブル基板１００の第３の変形例を示す。図１１Ａでは、簡便のため、非伸縮部１０Ａの中心を通り、かつ、伸縮ストリップ１０Ｂの延びる方向に沿った断面を示している。第３の変形例において、配線層１０は、絶縁基材１２の表面側と裏面側との双方に導電配線１６を有している。これにより、配線層１０の配線パターンの自由度が増す。さらに、繊維糸７０が導電性を有する場合、繊維糸７０は、表面側の導電配線１６と裏面側の導電配線１６を電気的に接続することができる。
図１１Ｂは、伸縮性フレキシブル基板１００の第４の変形例を示す。図１１Ｂでは、簡便のため、非伸縮部１０Ａの中心を通り、かつ、伸縮ストリップ１０Ｂの延びる方向に沿った断面を示している。第４の変形例では、導電性を有する繊維糸７０が、基材５０に巻き付いており、この巻きついた繊維糸７０のうち基材５０の裏面上に露出した部分が、裏面電極７０Ａとして機能する。これにより、伸縮性フレキシブル基板１００の設計の自由度が増す。
図１１Ｃは、伸縮性フレキシブル基板１００の第５の変形例を示す。図１１Ｃでは、簡便のため、非伸縮部１０Ａの中心を通り、かつ、伸縮ストリップ１０Ｂの延びる方向に沿った断面を示している。第５の変形例では、複数の配線層１０が基材５０上で積層されており、繊維糸７０が複数の配線層１０を通過して、それらを基材５０に縫い付けている。これにより、単位面積当たりの回路の密度を高めることができ、伸縮性フレキシブル基板１００の設計の自由度が増す。
図１１Ｄは、伸縮性フレキシブル基板１００の第６の変形例を示す。図１１Ｄでは、簡便のため、非伸縮部１０Ａの中心を通り、かつ、伸縮ストリップ１０Ｂの延びる方向に沿った断面を示している。第６の変形例では、導電性を有する繊維糸７０が、離間して隣り合う複数の配線層１０を通って、それらと基材５０とを縫い付けている。これにより、繊維糸７０が、離間して隣り合う複数の配線層１０を電気的に接続する。
本開示は、上記の実施形態及びその変形例で説明された特定の例に限定されず、それらに対して、適宜、変更、置き換え、付加、省略、組み合わせなどを行った形態をも含む。
本開示の伸縮性フレキシブル基板は、エレクトロニクス機器の分野、ウェアラブル機器の分野、ヘルスケア分野、医療分野および介護分野などにおいて利用可能である。
１０ 配線層
１０Ａ 非伸縮部
１０Ｂ 伸縮ストリップ
１２ 絶縁基材
１６ 導電配線
１７ 開口部
５０ 基材
７０ 繊維糸
７０Ａ 裏面電極
８０ 電子部品
１００ 伸縮性フレキシブル基板

Claims (19)

  1. 伸縮可能なシートと、
    前記シート上に配置された複数の非伸縮部材と、
    前記複数の非伸縮部材の間を接続する、伸縮可能な複数のストリップと、
    前記複数の非伸縮部材と前記シートとを縫い付ける複数の繊維糸と、を備える、
    基板。
  2. 前記複数の非伸縮部材のうちの１つを第１の非伸縮部材とし、
    前記複数のストリップのうち、前記第１の非伸縮部材に接続されている少なくとも２つを複数の第１のストリップとし、
    前記複数の繊維糸のうち、前記第１の非伸縮部材と前記シートを縫い付ける１つを第１の繊維糸とするとき、
    前記複数の第１のストリップは、前記第１の繊維糸を中心として、回転対称に配置される、
    請求項１に記載の基板。
  3. 前記複数の非伸縮部材のうちの１つを第１の非伸縮部材とし、
    前記複数のストリップのうち、前記第１の非伸縮部材に接続されている少なくとも２つを複数の第１のストリップとし、
    前記複数の繊維糸のうち、前記第１の非伸縮部材と前記シートを縫い付ける１つを第１の繊維糸とするとき、
    前記第１の非伸縮部材は、前記複数の第１のストリップが伸縮するときに、前記第１の繊維糸を中心に回転する、
    請求項１に記載の基板。
  4. 前記第１の繊維糸は、前記第１の非伸縮部材の主面に垂直な方向から見たときに、前記第１の繊維糸が前記第１の非伸縮部材を通過する位置が、前記第１の繊維糸が前記シートを通過する位置からずれることを許容する、
    請求項２に記載の基板。
  5. 前記複数の繊維糸のそれぞれは、伸縮可能である、
    請求項１から４のいずれか一項に記載の基板。
  6. 前記複数の繊維糸のそれぞれは、導電性を有する、
    請求項１から５のいずれか一項に記載の基板。
  7. 前記複数の繊維糸のそれぞれは、撚糸である、
    請求項１から６のいずれか一項に記載の基板。
  8. 前記複数のストリップのそれぞれは、湾曲している、
    請求項１から７のいずれか一項に記載の基板。
  9. 前記複数のストリップのそれぞれは、蛇行している、
    請求項８に記載の基板。
  10. 前記複数の第１のストリップのそれぞれは、前記第１の非伸縮部材を半周以上囲む渦巻き形状を有する、
    請求項８に記載の基板。
  11. 前記複数の非伸縮部材のそれぞれは、導電層を含む平板である、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の基板。
  12. 前記複数の繊維糸のそれぞれは、導電性を有し、
    前記複数の繊維糸のそれぞれは、前記複数の非伸縮部材のうちの対応する１つの前記導電層を通過する、
    請求項１１に記載の基板。
  13. 前記複数のストリップのそれぞれは、導電配線を含む、
    請求項１から１２のいずれか一項に記載の基板。
  14. 前記複数のストリップのそれぞれは、絶縁性部材をさらに含む、
    請求項１３に記載の基板。
  15. 前記シートは、繊維布を含む、
    請求項１から１４のいずれか一項に記載の基板。
  16. 前記繊維布は、ニット構造を有する、
    請求項１５に記載の基板。
  17. 前記繊維布は、ネット構造を有する、
    請求項１５に記載の基板。
  18. 前記繊維布は、エラストマーをさらに含む、
    請求項１５から１７のいずれか一項に記載の基板。
  19. 前記複数の非伸張部材の少なくとも１つの上にそれぞれ配置された少なくとも１つの電子部品をさらに備える、
    請求項１から１８のいずれか一項に記載の基板。
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