(57)【要約】【課題】電子部品を高密度に搭載しながらも、製造上の制約条件を満たすこと。【解決手段】実施形態のフレキシブル基板によれば、表面に設けられ電子部品を搭載するための複数の表面電極、裏面に設けられ前記表面電極のいずれかと接続された裏面電極、内部に設けられると共に、前記表面電極と端面に設けられた端子とを接続する複数の導電層が形成されたユニット基板と、このユニット基板の裏面側に異方性導電膜を介して配置され、前記裏面電極に対向する位置に設けられた表面補助電極、内部に設けられると共に、前記表面補助電極と端面に設けられた端子とを接続する複数の導電層が形成された増設ユニット基板とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に設けられ電子部品を搭載するための複数の表面電極、裏面に設けられ前記表面電極のいずれかと接続された裏面電極、内部に設けられると共に、前記表面電極と端面に設けられた端子とを接続する複数の導電層が形成されたユニット基板と、
このユニット基板の裏面側に異方性導電膜を介して配置され、前記裏面電極に対向する位置に設けられた表面補助電極、内部に設けられると共に、前記表面補助電極と端面に設けられた端子とを接続する複数の導電層が形成された増設ユニット基板とを備えており、
前記ユニット基板と前記増設ユニット基板は、折曲部を有している
ことを特徴とするフレキシブル基板。
【請求項２】
表面に設けられ電子部品を搭載するための複数の表面電極、裏面に設けられ前記表面電極のいずれかと接続された裏面電極、内部に設けられると共に、前記表面電極と端面に設けられた端子とを接続する複数の導電層が形成されたユニット基板と、
このユニット基板の裏面側に異方性導電膜を介して配置され、前記裏面電極に対向する位置に設けられた表面補助電極、裏面に設けられ表面補助電極のいずれかと接続された裏面補助電極、内部に設けられると共に、前記表面補助電極と端面に設けられた端子とを接続する複数の導電層が形成された増設ユニット基板とを備えており、
前記ユニット基板と前記増設ユニット基板は、折曲部を有している
ことを特徴とするフレキシブル基板。
【請求項３】
少なくとも第１及び第２のユニット基板を積層配置して構成されるフレキシブル基板の製造方法において、
前記第１のユニット基板を基板ステージに設置し、
前記第１のユニット基板の表面に異方性導電膜を仮貼りし、
前記第１のユニット基板上に前記第２のユニット基板を、対応する電極を合わせて位置決めし、
前記第２のユニット基板側から凸部を有する熱圧着ツールを当接させ、前記第１のユニット基板及び前記第２のユニット基板に折曲部を形成しつつ、前記異方性導電膜を熱圧着して、前記第１のユニット基板の電極と前記第２のユニット基板の電極とを導通させる
ことを特徴とするフレキシブル基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、フレキシブル基板、及び、フレキシブル基板製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療診断装置は、内蔵されるセンシング部品（電子部品）によって生体情報を取得し、医療分野で患者の診断に用いられる。例えば、超音波診断装置の超音波プローブは、フレキシブル基板に搭載される圧電素子（電子部品）によって、被検体に超音波を送波し、反射波を受波することで被検体の患部を画像化して診断に用いられている。近年では、精度の高い診断を行うために、圧電素子をマトリックス状に配列した２次元アレイの超音波プローブが用いられてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５０７５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超音波プローブでは、圧電素子の数に対応してフレキシブル基板の配線を高密度化させる必要があり、そのためには基板の多層化及び配線の微細化を行っている。製造上の制約から多層化は６層程度まで、微細化はライン／スペース幅でそれぞれ１０μｍ／３０μｍが下限であり、これに合わせて圧電素子の密度の上限が決まっていた。
【０００５】
近年、小形医療診断装置において高精度化のニーズが増えている。このため、センシング部品を高密度に搭載しながらも、製造上の制約を満たすフレキシブル基板が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態のフレキシブル基板は、表面に設けられ電子部品を搭載するための複数の表面電極、裏面に設けられ前記表面電極のいずれかと接続された裏面電極、内部に設けられると共に、前記表面電極と端面に設けられた端子とを接続する複数の導電層が形成されたユニット基板と、このユニット基板の裏面側に異方性導電膜を介して配置され、前記裏面電極に対向する位置に設けられた表面補助電極、内部に設けられると共に、前記表面補助電極と端面に設けられた端子とを接続する複数の導電層が形成された増設ユニット基板とを備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態に係るフレキシブル基板が搭載された小型医療診断装置を模式的に示す説明図。
【図２】同フレキシブル基板を模式的に示す説明図。
【図３】同フレキシブル基板の製造工程を模式的に示す説明図。
【図４】第２の実施の形態に係るフレキシブル基板が搭載された小型医療診断装置を模式的に示す説明図。
【図５】同小型医療診断装置の製造工程を模式的に示す説明図。
【図６】同小型医療診断装置の製造工程を模式的に示す説明図。
【図７】同小型医療診断装置の製造工程を模式的に示す説明図。
【図８】同小型医療診断装置の製造工程を模式的に示す説明図。
【図９】同小型医療診断装置の製造工程を模式的に示す説明図。
【図１０】同小型医療診断装置の製造工程を模式的に示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は第１の実施の形態に係るフレキシブル基板１１０が搭載された超音波プローブ（小型医療診断装置）１００を模式的に示す説明図、図２はフレキシブル基板１１０を模式的に示す説明図、図３はフレキシブル基板１１０の製造工程を模式的に示す説明図である。
【０００９】
超音波プローブ１００は、プローブ本体１０１と、このプローブ本体１０１内に配置された複数の制御基板１０２と、この制御基板１０２に接続されたフレキシブル基板１１０と、フレキシブル基板１１０に搭載された複数の積層圧電振動子（電子部品）１５０とを備えている。また、図１中１０３はケーブル、１０４は制御盤を示している。
【００１０】
フレキシブル基板１１０は、ユニット基板１２０と増設ユニット基板１３０とが異方性導電膜１４０を介して積層して配置されている。
【００１１】
ユニット基板１２０は、ポリイミド材製の基板本体１２１とを備えている。基板本体１２１は、表面には積層圧電振動子１５０を搭載するための複数の表面電極１２２が設けられており、裏面には表面電極１２２に導通される裏面電極１２３とが設けられている。また、基板本体１２１は、６〜８層程度の導電層１２４が形成され（図２では簡略のため４層のみ表示）、その一部は表面電極１２２と裏面電極１２３とを接続し、さらに他の部分は端面側の端子１２５に引き出している。すなわち、表面電極１２２は裏面電極１２３あるいは端子１２５のいずれかに導電層１２４を介して接続されている。各導電層１２４間はスルーホール１２４ａにより接続されている。さらに、端子１２５は制御基板１０２に接続されている。
【００１２】
上述した表面電極１２２、裏面電極１２３、端子１２５は例えばニッケル／金で表面めっき処理されている。また、例えば、導電層１２４は銅及び銅合金等の良導体である。
【００１３】
増設ユニット基板１３０は、ポリイミド材製の基板本体１３１とを備えている。基板本体１３１は、表面には裏面電極１２３に対向する位置に設けられた表面補助電極１３２が設けられており、裏面には表面補助電極１３２に導通される裏面補助電極１３３とが設けられている。また、基板本体１３１は、複数の導電層１３４が形成され、表面補助電極１３２と裏面補助電極１３３とを接続し、さらに端面側の補助端子１３５に引き出している。各導電層１３４間はスルーホール１３４ａにより接続されている。補助端子１３５は制御基板１０２に接続されている。上述した表面補助電極１３２、裏面補助電極１３３、補助端子１３５はニッケル／金で表面めっき処理されている。また、導電層１３４は銅及び銅合金等の良導体である。
【００１４】
なお、増設ユニット基板１３０の図２中下方には、積層圧電振動子１５０の搭載密度に応じて、さらに増設ユニット基板１３０を異方性導電膜１４０を介して接続することができる。
【００１５】
次に、上述したフレキシブル基板１１０の製造方法におけるユニット基板１２０と補助ユニット基板１３０とを圧着する工程について説明する。図３はパルスヒート方式熱圧着装置３００を示している。パルスヒート方式熱圧着装置３００は、支持台３１０と、この支持台３１０に対向配置された熱圧着ツール３２０とを備えている。
【００１６】
支持台３１０は、平滑な上面を有している。例えば、支持台３１０は石英で形成されている。また、別の例では、支持台３１０は、上面中央部に凹部３１１が設けられ、この凹部３１１にガラス材製のステージ３１２が嵌合されている形態でもよい。
【００１７】
熱圧着ツール３２０は、抵抗発熱により加熱源となるヒータツール３２１と、このヒータツール３２１の下端に設けられた平滑板材３２２とを備えている。ヒータツール３２１は、例えばスーパーインバー、超硬合金、Ｔｉ等で中空形状に形成されている。また、平滑板材３２２は、高精度の平滑面を有し、かつ、熱変形が少なく形成されている。例えば、平滑板材３２２は、ＡＩＮ等のセラミック材で形成される。
【００１８】
このようなパルスヒート方式熱圧着装置３００では、補助ユニット基板１３０、異方性導電膜１４０を配置し、ヒータツール３２１を用い、例えば８０℃、１〜３秒、圧力１ＭＰａで仮貼りを行う。次に、ユニット基板１２０を位置決めして積層配置し、平滑板材３２２を挟み、ヒータツール３２１を加熱すると共に下方に圧力をかけて、異方性導電膜１４０を溶融しながら、ユニット基板１２０の裏面電極１２３と補助ユニット基板１３０の表面補助電極１３２とを接合する。この時は、例えば１５０〜２００℃、５〜１０秒間、圧力２〜４ＭＰａで行う。なお、図３中Ｑは熱圧着部を示している。
【００１９】
ここで、例えば、平滑板材３２２はヒータツール３２１に懸架され、ヒータツール３２１と一体化している構成でもよい。
【００２０】
この時、平滑板材３２２を挟んでいるため、ヒータツール３２１の平滑度がそれほど高くなくてもよい。例えば、ツール幅が１３ｍｍの時、ツール底面に凹凸差１０〜１５μｍ程度があるような場合、異方性導電膜１４０の接続不良を起こす虞があるが、３ｍｍ厚の平滑板材３２２を挟むと、凹凸差８μｍ以下に改善することができる。
【００２１】
なお、ヒータツール３２１では、温度プロファイルを自由に設定でき、加工温度を所望の状態にすることができる。また、熱圧着後に加圧状態で冷却できるため、スプリングバック防止、サンプルの反り抑制の効果がある。また、待機中は加熱しないように設定できるため、位置合わせ時、ユニット基板等に熱ダメージを与えることが無い、というメリットがある。
【００２２】
次に、フレキシブル基板１１０を用いた場合の信号の流れについて説明する。すなわち、複数の積層圧電振動子１５０から出力された信号は、ユニット基板１２０の表面電極１２２を介して基板本体１２１内の導電層１２４に伝達される。ここで、導電層１２４から一部は端子１２５に伝達され、制御基板１０２に入力される。また、端子１２５に接続されていない導電層１２４は裏面電極１２３に接続されており、異方性導電膜１４０を介して補助ユニット基板１３０の表面補助電極１３２に伝達される。表面補助電極１３２に伝達された信号は、導電層１３４を介して補助端子１３５あるいは裏面補助電極１３３に伝達される。ここで、導電層１３４から一部は補助端子１３５に伝達され、制御基板１０２に入力される。
【００２３】
なお、ユニット基板１２０及び増設ユニット基板１３０は、導電層１２４，１３４がそれぞれ６〜８層設けられ、また、内部の配線が例えば４０〜６０μｍのピッチ、２０μｍ／４０μｍのライン／スペースといった微細配線となっており、製造上の制約を確保する必要がある。このため、積層圧電振動子１５０をさらに高密度配置する場合には、導電層の積層数及び微細配線の製造上の制約を維持するために、増設ユニット基板１３０をさらに増設して対応する。
【００２４】
このように構成されたフレキシブル基板１１０では、積層圧電振動子１５０が高密度配置する場合であっても、増設ユニット基板１３０の数を増やすことで、ユニット基板１２０及び増設ユニット基板１３０内の導電層数の増加や配線の微細化を行うことなく、制御基板１０２への信号の伝達を行うことができる。このため、製造上の制約を維持しつつ、超音波プローブ１００の高精度化が可能となる。
【００２５】
図４は第２の実施の形態に係るフレキシブル基板２１０が搭載された携帯型医療診断装置２００を模式的に示す説明図、図５〜１０は携帯型医療診断装置２００の製造工程を模式的に示す説明図である。なお、図４中Ｍは、人体を示している。
【００２６】
図４に示すように、携帯型医療診断装置２００は、装置本体２１０と、この装置本体２１０を人体の胸部や手首等に固定するための貼付テープ２９０とを備えている。装置本体２１０は、柔軟なエラストマ材製の中空の筐体２１１と、この筐体２１１内部に収容された電装部２２０とを備えている。
【００２７】
筐体２１１には、蓋部２１１ａが設けられ、電池交換等を行うことができる。
【００２８】
電装部２２０は、フレキシブル基板２３０と、このフレキシブル基板２３０の表面側に搭載されたセンサ等の電子部品２４０及び電池２４１と、裏面側に搭載された心電図電極２５０とを備えている。
【００２９】
フレキシブル基板２３０は、２枚のユニット基板２３１，２３２と、これらに挟まれた異方性導電膜２３３とを備えている。ユニット基板２３１については上述したユニット基板１３０、ユニット基板２３２については上述した増設ユニット基板１４０と同様に構成されている。なお、フレキシブル基板２３０は全体として中央に１０°以上の折曲部２３０ａが形成され、補強材２３９が挿入されており、フレキシブル基板２３０は図４中左右で揺動可能に形成されている。補強材２３９は筐体２１１及びフレキシブル基板２３０を折曲した際にその揺動中心となる。
【００３０】
心電図電極２５０は、さらに人体貼付電極２５１に接続されており、上述した貼付テープ２９０の開口部から外部に露出している。
【００３１】
このように構成された携帯型医療診断装置２００は、人体表面に貼着することで、人体貼付電極２５１から人体内部の電流等を検知することができ、この検知情報に基づいて、電子部品２４０により診断を行うことができる。この時、筐体２１１及びフレキシブル基板２３０は柔軟に動くため、人体の動きに追随できる。また、搭載する電子部品２４０の数が多い場合には、必要な導電層が多くなった場合であっても、ユニット基板２３２が設けられているため、フレキシブル基板２３０を構成するユニット基板２３１の導電層を柔軟さを維持可能な数に抑えることができる。なお、搭載する電子部品２４０の数が増えた場合には、ユニット基板２３２をさらに増設することで、各ユニット基板２３１，２３２における導電層の数を増やすことなく、また、内部の配線の微細化を製造上の制約を確保しながら対応することが可能となる。
【００３２】
次に、携帯型医療診断装置２００の製造方法について説明する。図５に示すように、ユニット基板２３２上に異方性導電膜２３３を仮貼りする。このとき、異方性導電膜２３３には、あらかじめセパレータ２３３aが付着している。
【００３３】
次に、セパレータ２３３aを異方性導電膜２３３から剥がす。そして、図６に示すように、ユニット基板２３１を異方性導電膜２３３が仮貼りされたユニット基板２３２の上に位置合わせし、窪部４０１を有するガラス製基板ステージ４００上に配置する。そして、上方から凸部４１１を有するヒートツール４１０で加熱・押圧して本圧着する。この時、フレキシブル２３０は柔軟であるため、中央部は窪部４０１に陥入し、図７に示すように折曲部２３０ａが形成される。
【００３４】
次に、図８に示すように、マジックレジンプレート５００上にフレキシブル基板２３０を載置し、電子部品２４０及び心電図電極２５０を両面リフロープレートはんだ付けにより実装し、電装部２２０を組み立てる。
【００３５】
次に、図９に示すように、金型６００内に補強材２３９と共に電装部２２０を投入し、溶融ゴム（エラストマ）を注入し、筐体２１１を形成する。最後に、筐体２１１に電池２４１を取り付け、蓋部２１１ａで蓋をして完成する。
【００３６】
本実施形態に係る携帯型医療診断装置２００によれば、フレキシブル基板２３０に搭載する電子部品２４０の数が多くなった場合であっても、ユニット基板２３１，２３２における導電層の層数を一定数以上に増やすことがないため、フレキシブル基板２３０の柔軟性を保つことができる。また、製造上の制約を維持しつつ、携帯型医療診断装置２００の高機能化が可能となる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００３８】
例えば、本発明では、小型医療診断装置として超音波プローブを例示したが、電子部品を搭載するフレキシブル基板を用いた装置であれば適用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１００…超音波プローブ、１１０…フレキシブル基板、１２０…ユニット基板、１２１…基板本体、１２２…表面電極、１２３…裏面電極、１２４…導電層、１２５…端子、１３０…増設ユニット基板、１３１…基板本体、１３２…表面補助電極、１３３…裏面補助電極、１３４…導電層、１３５…補助端子、１４０…異方性導電膜、１５０…積層圧電振動子（電子部品）、２００…携帯型医療診断装置、２１１…筐体、２２０…電装部、２３０…フレキシブル基板、２３１，２３２…ユニット基板、３００…パルスヒート方式熱圧着装置、３２０…熱圧着ツール、３２１…ヒータツール、３２２…平滑板材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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