沖電線　伸縮FPC (伸縮フレキシブル基板)　テクニカルレビュー

ウエアラブルデバイス向け 伸縮フレキシブル基板 岩崎　 とも子 　電子機器の高機能化、小型化が進む中、クラウドデー ウエアラブルデバイスの動向と配線材への要求 タやデータ解析技術を活かしたウエアラブルデバイス 　ウエアラブルデバイスとは、腕や胸部などの人体に装 サービスが実現し、多種多様なウエアラブル機器が開発 着して利用するICT端末の総称である。ウエアラブルデバ されている。その中で、OKI電線（以下、当社）は体周りの イスを通して収集したデータを分析することでさまざま 配線など、新たな要求を満足させる、伸縮フレキシブル基 な分野・対象に対して多彩なサービスが検討され、実際 板を開発中であり、以下に紹介する。 に、健康管理、スポーツ、医療などの分野で先進的な製品、 サービスが登場しはじめている。これは近年、①半導体技 術の進展によるデバイスの小型、軽量化、②スマートフォン フレキシブル基板とは の普及によるデバイスとの無線通信の簡便化、③クラウド 　フレキシブル基板は、薄く柔軟性のあるポリイミドフィ データサービスの普及、の三つの背景からウエアラブルデ ルム上に銅箔（はく）で回路形成したプリント基板である。 バイスサービスの市場規模が増加しているためである1）。 　一般的なリジッド基板は厚み1.6ｍｍ程度のガラスエポ 　写真3は胸部に装着するウエアラブルデバイスである。 キシ樹脂を基材として銅箔で回路形成しているが、フレキ 胸部に装着した端末が、衣服の下に配線されたセンサー シブル基板は、リジッド基板と比較し、厚さはおよそ1/10 を通して得た生体データを集約し、無線通信を介してタ 以下と軽薄性に優れ、小型電子機器内の配線材として広 ブレットなどの端末へ送信、解析結果が表示される。人 く用いられている（写真1）。 体へ沿わせる配線材は装着した際の柔らかさや、人の動 きへの高追従性など、従来の配線材とは異なる新たな特 性が求められる。当社はこのようなウエアラブルデバイス 用配線材への要求に応える手段の一つとして、伸縮フレ キシブル基板を開発している。 写真 1　フレキシブル基板の例 　フレキシブル基板は、前述の軽薄性に加え、柔軟性に優れる ため、曲げることで立体配線が可能となる。そのため、スペー スに余裕のない筐体（きょうたい）内部でも配線が可能である。 加えて、スライド屈曲などの可動配線も可能であり、ケーブルで は対応が困難だった狭小部への可動配線を実現する（写真2）。 写真 3　胸部に装着されたウエアラブルデバイスの例 ウエアラブルEIT：装着型肺密度検査装置 （POSH WELLNESS LABORATORY株式会社） 伸縮フレキシブル基板 　伸縮フレキシブル基板は、基板自体が伸縮するため複 写真 2　フレキシブル基板とケーブルの比較 雑な動作へ追従可能なフレキシブル基板である（写真4）。 1 OKI テクニカルレビュー 2018 年 12 月／第 232 号 Vol.85 No.2

図 3　伸縮時のミアンダパターン 　また、銅箔を用いているため、部品実装に非伸縮部を 設ければ、その部分には従来のフレキシブル基板同様に 実装が可能である（写真5）。 写真 4　伸縮フレキシブル基板 　伸縮性を実現するために、従来のフレキシブル基板と は異なった材料を用いている。従来のフレキシブル基板 は、絶縁体としてポリイミドフィルム、導体として銅箔で 構成されるため、伸縮性を持たない（図1）。 写真 5　部品実装例 （2）導電ペースト 　導電ペーストは、自身に伸縮性を持つ伸縮性導電ペース 図 1　従来のフレキシブル基板の構成 トを用いている。これは、銀フィラー（充填剤）などの導 電性粒子と、伸縮性のあるバインダー（接合剤）樹脂から 　対して、伸縮フレキシブル基板は、絶縁体としてゴムの なる。そのため、銅箔のようにミアンダパターンを形成さ ように伸縮可能な基材、導体として銅箔若しくは、導電 せる必要がなく、従来のフレキシブル基板同様に配線可 ペーストで構成されている（図2）。 能である。また、基板全てが伸縮材料で構成されるため、 全方向への伸縮が可能になる（写真6）。 図 2　伸縮フレキシブル基板の構成 伸縮フレキシブル基板の導体 　前述したとおり、伸縮フレキシブル基板は、導体として、 写真 6　全方向への伸縮例 銅箔若しくは、導電ペーストを用いている。それぞれの特 徴を紹介する。 伸縮フレキシブル基板の特性 （1）銅箔 　伸縮フレキシブル基板の伸張性、伸縮性及びそのほか 　銅箔は、自身に伸縮性がないため、ミアンダパターンを の特性を紹介する。 採用することで、伸縮性を持たせている。 　図3に伸縮時のミアンダパターンを示す。図左が伸縮前、 （1）伸張性と伸縮性 図右が伸縮後である。基材に合わせてミアンダパターン 　伸縮フレキシブル基板を一方向へ伸張させた際の抵抗 の間隔が広がることで、基材の伸縮に追従している。 変化を図4に示す。 OKI テクニカルレビュー 2018 年 12 月／第 232 号 Vol.85 No.2 2

　従来のフレキシブル基板とは異なった材料を用いてい 20 1200 15 1000 るが、絶縁抵抗、耐電圧、半田耐熱はいずれも従来のフレ 10 800 5 キシブル 基 板と同 様に特 性を満 足した 。また、 0 600 ‐5 400 125℃500Hの高温環境下でも特性の劣化は見られな ‐10 200 ‐15 かった。そのほかの環境下（恒温恒湿、温度サイクルな ‐20 0 0 20 40 60 80 100 0 50 100 ど）の特性や、導電ペーストも同様に確認する予定である。 図 4　銅箔と導電ペーストの伸張性 伸縮フレキシブル基板の今後の展開 　銅箔は伸張率が増加しても導体の抵抗変化が少ない 　今後の展開として、当社の独自技術である長尺化技術 傾向にある。対して導電ペーストは伸張率の増加に伴い と銅箔導体の伸縮フレキシブル基板を組み合わせた長尺 抵抗変化が大幅に上昇する。 伸縮フレキシブル基板がある。 　図5は伸縮フレキシブル基板を一方向へ繰り返し伸縮 　通常のフレキシブル基板の製品長は、最大500mm程 させた際の抵抗変化を示す。伸縮率は10%とした。 度であるが、当社では最大100ｍの長尺化が可能であり、 半導体製造装置を始めとした各種産業用機器や医療機 20 1200 器など、さまざまな用途で採用されている。 15 1000 10 　ウエアラブルデバイスにも長尺化への要求がある。胴 5 800 0 600 周りや、両腕の指先から指先までの長さを配線するため ‐5 400 10 には、通常の伸縮フレキシブル基板の場合、複数枚で繋 15 200 20 0 ぐ必要がある。しかし、この場合は、接続部が多いため、 0 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 0 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 重量増や可動域の制限が生じる。それに対し、長尺の伸 図 5　銅箔と導電ペーストの繰り返し伸縮性 縮フレキシブル基板は、1枚で配線が可能であるため、こ れらの問題を解決できる。長尺伸縮フレキシブル基板の 　銅箔は伸縮回数が増加しても導体の抵抗変化は小さ 試作品を写真7に示す。 い傾向にある。対して導電ペーストは伸縮回数の増加に 伴い抵抗値が上昇している。 　上記のように導体によって伸張性、伸縮性は異なる。 　銅箔はミアンダパターンが必要であるが、一方向の伸 張性、伸縮性に優れる。導電ペーストは抵抗変化が大き いが、ミアンダパターンが不要で、全方向への伸縮が可能 である。銅箔はウエアラブル機器内配線及び周辺の回路 用、導電ペーストはより高い追従性が求められる人体末 端部のセンサー用、といったウエアラブルデバイス配線の 要求に応じて使い分けることが考えられる。 （2）そのほかの特性 写真 7　長尺伸縮フレキシブル基板の例 　伸縮フレキシブル基板（銅箔）の縁抵抗、耐電圧、半田 耐熱の特性を表1に示す。 表 1　伸縮フレキシブル基板の特性（銅箔） おわりに 　当社では、ウエアラブルデバイス市場をはじめとする電 子機器市場で、新たに生まれるさまざまな要求を満足す る製品を開発し、今後も社会に貢献する。　　　 ◆◆ 3 OKI テクニカルレビュー 2018 年 12 月／第 232 号 Vol.85 No.2

1）総務省 政策白書28年度版 情報通信白書 第3章 第1節 4． ウエアラブルデバイス http://www.soumu.go.jp/johotsusintokei/whitepaper/ ja/h28/html/nc131410.html 岩崎とも子：Tomoko Iwasaki. 沖電線株式会社 FPC事業部 ポリイミド 　エンジニアリングプラスチックの一種。剛直で強固な分 子構造をもち、高分子中で最高レベルの熱的、機械的、化 学的性質を備える。フレキシブル基板の絶縁基材として広 く使われている。 ICT（Information and Communication Technology） 　情報通信に関する技術の総称。 ウエアラブルEIT （EIT=Electrical Impedance Tomography） 　胸部に巻きつけて人体の電気インピーダンスの変化を 画像化し、肺の病態や異常を簡易的に解析する医療機器。 ミアンダパターン（meander pattern） 　プリント基板上に意図的に設計したミアンダ（蛇行）形状 の導体パターン。 　パターン配線長を揃え、信号の遅延時間を合わせるため の等長配線設計に多く使用されるパターンの呼び名。 OKI テクニカルレビュー 2018 年 12 月／第 232 号 Vol.85 No.2 4