柔性印刷电路板、天线以及无线供电设备的制作方法

本发明涉及柔性印刷电路板、天线以及无线充电设备。

背景技术：

近年来，随着利用诸如RFID(射频识别)系统和非接触式IC卡等近场通讯(NFC)技术的物品的使用的广泛普及，使用线圈作为天线的设备被广泛使用。这种设备的已知的实例为利用电磁感应现象的无线(非接触式)充电设备。在该无线充电设备中，将接收天线(次级线圈)放置为面向发射天线(初级线圈)，使用通过使电流经过发射天线而产生的磁通在接收天线中产生电流。这种天线作为用于移动设备的充电设备正变得普遍(例如，参见日本未审查专利申请公开No.11-266545)。

引用文献列表

专利文献

专利文献1：日本未审查专利申请公开No.11-266545

技术实现要素：

技术问题

这种用于移动设备的天线要求具有小尺寸并且能够有效地发送电力。然而，由于当天线由常规的漆包线线圈形成时，需要增加线圈的厚度以便增加单位面积的电感，因此限制了天线尺寸的减小。另外，在单纯地增加线圈的匝数时，线圈的一端与另一端之间的电位差增加。这导致产生非均匀磁场，从而导致电力的发送和接收效率减小。类似地，这种问题还可能发生在使用常规的漆包线线圈的变压器中。

本发明是在上述背景下作出的。本发明的一个目的是：提供具有小尺寸并且能够有效地发送和接收电力的柔性印刷电路板、天线和无线充电设备。

对技术问题的解决方案

为了实现上述目的而制造的根据本发明的实施例的柔性印刷电路板包括：至少一个绝缘层，其具有柔性并且包含作为主要成分的合成树脂；以及至少一个导电层，其包括电路图案，其中，电路图案包括连续螺旋图案，并且柔性印刷电路板包括弯曲部分，弯曲部分弯曲为使得螺旋图案的一侧和另一侧被布置成彼此接近。

为了实现上述目的而制造的根据本发明的实施例的天线包括柔性印刷电路板。

为了实现上述目的而制造的根据本发明的实施例的无线充电设备包括发送器和接收器，其中，发送器或接收器包括天线。

本发明的有益效果

根据本发明的柔性印刷电路板、天线和无线充电设备具有小尺寸并且能够有效地发送和接收电力。

附图说明

[图1]图1是根据本发明的实施例的柔性印刷电路板从其正面侧观看时的平面示意图。

[图2]图2是沿图1中的线A-A截取的示意性剖视图。

[图3]图3是根据除图1中的实施例以外的实施例的柔性印刷电路板的示意性透视图。

附图标记列表

1 绝缘层

2 导电层

2a 电路图案

2b 连接端子

3 覆盖层

3a 覆盖膜

3b 粘合剂层

4 磁性层

4a 磁性片材

4b 粘合剂层

B 弯曲部分

X 弯曲中心线

具体实施方式

[本发明实施例的说明]

根据本发明的实施例的柔性印刷电路板包括：至少一个绝缘层，其具有柔性并且包含作为主要成分的合成树脂；以及至少一个导电层，其包括电路图案，其中，电路图案包括连续螺旋图案，并且柔性印刷电路板包括弯曲部分，弯曲部分弯曲为使得螺旋图案的一侧和另一侧被布置成彼此接近。

柔性印刷电路板包括弯曲部分，弯曲部分弯曲为使得形成线圈的连续螺旋图案的一侧和另一侧被布置成彼此接近。这提供了磁通三维交叉的线圈，这使得能够显著地增加线圈的耦合系数。柔性印刷电路板能够在抑制线圈的面积和厚度的增加的同时增加线圈的匝数并调节电感，从而增加耦合系数并且还实现尺寸的减小。另外，柔性印刷电路板容易结合到诸如可穿戴终端等具有大量弯曲表面的物品中。

弯曲部分优选地具有1mm以上且500mm以下的平均曲率半径。弯曲部分如此形成为具有在这样范围中的平均曲率半径，以便容易地并确实地增加线圈的耦合系数，并且还有助于结合到可穿戴终端等中。

螺旋图案优选地具有矩形状或圆状的外形，并且弯曲部分优选地相对于作为中心线的矩形或圆的对称轴线而弯曲。螺旋图案如此形成为具有矩形状或圆状的外形，从而增加了面积效率和制造效率。另外，弯曲部分形成为使得相对于作为中心线的矩形或圆的对称轴线而弯曲，从而扩展了磁通交叉的区域。这导致进一步增加了线圈的耦合系数，换言之，进一步增强了聚集磁通的效果。

螺旋图案优选地具有长方形状或椭圆状的外形，并且弯曲部分优选地相对于作为中心线的长方形或椭圆的短轴而弯曲。螺旋图案如此形成为具有长方形状或椭圆状的外形，并且弯曲部分形成为相对于作为中心线的外形的短轴而弯曲，从而更确实地增加了线圈的耦合系数。

柔性印刷电路板优选地还包括磁性层。设置该磁性层，以便阻挡由螺旋图案产生的磁通，从而防止磁通影响周围电路。

根据本发明的另一实施例的天线包括该柔性印刷电路板。

由于天线包括该柔性印刷电路板，因此能够减小天线的尺寸并且还能够有效地发送和接收电力。

根据本发明的又一实施例的无线充电设备包括发送器和接收器，其中发送器或接收器包括所述天线。

由于发送器和接收器中至少一个包括所述天线，因此无线充电设备能够减小尺寸并且同时具有非常高的电力发送接收效率。

顺便提及，术语“螺旋”不限于严格的螺旋构造，而是还包括这样的构造的概念：多个圆弧或多个多边形的一部分排列为形成多排，并且外侧的圆弧或多边形的一部分的端部经由直线或曲线连接到内侧的圆弧或多边形的一部分的端部。术语“矩形”意思是两个相邻的侧边彼此垂直的矩形，诸如长方形或正方形等。术语“矩形状”是不限于严格的矩形，而是还包括例如这些构造的概念：顶点具有不精确直角(具有圆顶角)的构造、侧边稍微弯曲的构造以及侧边是彼此大致平行(彼此之间形成5°以内的角度)并连接在一起的多个直线的构造。术语“圆”意思是具有两个或更多个对称轴线的弯曲构造，诸如椭圆或正圆等。术语“圆状”是不限于真正的圆，而是还包括例如这些构造的概念：具有非恒定不变的曲率的构造以及局部具有直线(例如，占整个圆周的10％以下)的构造。术语“对称轴线”意思是这样的线：穿过图形的几何重心以将图形分割为关于该线轴对称的部分。术语“长方形”意思是两个相邻侧边具有不同长度的矩形。术语“椭圆”意思是长轴和短轴具有不同长度的圆。

[本发明的实施例的详细说明]

在下文中，将参考附图对根据本发明的实施例的柔性印刷电路板进行详细说明。顺便提及，根据实施例的柔性印刷电路板的“正面和反面”的意思如下：在柔性印刷电路板的厚度方向上，形成导电层的一侧被称为“正面”，而与形成导电层的一侧相反的另一侧被称为“反面”；并且所述的正面和反面不表示柔性印刷电路板在使用时的正面和反面。

图1和图2中的柔性印刷电路板包括：单个绝缘层，其具有柔性并且包含作为主要成分的合成树脂；以及单个导电层，其具有电路图案。换言之，柔性印刷电路板主要包括绝缘层1以及形成在绝缘层1的正面上的导电层2。柔性印刷电路板还包括布置在导电层2的正面上的覆盖层3以及布置在绝缘层1的反面上的磁性层4。在柔性印刷电路板中，电路图案包括连续螺旋图案，并且弯曲部分B弯曲为使得螺旋图案的一侧和另一侧被布置成彼此接近。

根据柔性印刷电路板的用途，适当地设计柔性印刷电路板的厚度。在本实施例中，包括单个绝缘层1以及仅形成在绝缘层1的单个表面上的导电层2的柔性印刷电路板可以具有30μm以上且100μm以下的平均厚度。

<绝缘层>

绝缘层1具有柔性和电绝缘性，并且由合成树脂形成。绝缘层1还用作在其上形成导电层2的基膜(基材)。

用于绝缘层1的材料不受特定限制，只要该材料具有柔性和绝缘性即可。该材料可以是形成为具有片材形状的低介电常数合成树脂膜。该合成树脂的主要成分的实例包括聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、液晶聚合物和氟树脂。顺便提及，主要成分表示含量最高的成分，例如占材料的质量百分比为50％以上的成分。

绝缘层1的平均厚度的下限优选为5μm，更优选为10μm。绝缘层1的平均厚度的上限优选为50μm，更优选为40μm。当绝缘层1的平均厚度小于下限时，绝缘层1的绝缘强度可能不足。另一方面，当绝缘层1的平均厚度大于上限时，柔性印刷电路板的厚度可能过大。

<导电层>

导电层2由具有导电性的材料形成，并且形成在绝缘层1的正面上。导电层2包括电路图案2a和连接端子2b。

用于导电层2的材料不受特定限制，只要该材料具有导电性即可。该材料优选地具有低电阻。导电层2可以由例如铜或银形成。导电层2可以镀覆例如金、银、锡或镍。作为选择，导电层2可以通过使用例如包含诸如铜、银或镍等金属的糊剂或墨印刷而形成。

导电层2的平均厚度的下限优选为0.1μm，更优选为1μm。导电层2的平均厚度的上限优选为100μm，更优选为80μm。当导电层2的平均厚度小于下限时，内部电阻可能变高，这将导致过高传输损耗，并且强度可能变得不足，这将增加导电层2的断裂的可能性。当导电层2的平均厚度大于上限时，柔性印刷电路板的厚度可能过大的或柔性可能不足。

导电层2的电路图案2a包括螺旋图案。该螺旋图案构成单个闭合环。螺旋图案的外形(由最外侧的布线形成的形状)不受特定限制，并且可以是诸如正方形状或长方形状等矩形状或者诸如正圆状或椭圆状等圆状。顺便提及，术语“单个闭合环”意思是没有分支或断点的单个连续回路。

如图1所示，导电层2包括连接端子2b，连接端子2b连接至螺旋图案最内侧的布线的端部分。该连接端子2b以及连接至螺旋图案最外侧的布线的另一连接端子(未示出)构成螺旋图案的一对连接端子。

电路图案2a的平均宽度的下限优选为0.03mm，更优选为0.2mm。电路图案2a的平均宽度的上限优选为1.5mm，更优选为1.25mm。当电路图案2a的平均宽度小于下限时，电路图案2a的机械强度可能不足并且可能断裂。另一方面，当电路图案2a的平均宽度大于上限时，柔性印刷电路板的尺寸可能过大。顺便提及，在本实施例中，电路图案2a的螺旋图案优选地具有恒定不变的宽度。

平面图中的螺旋图案的环间隙宽度不受特定限制，并且例如可以为0.02mm以上且4.5mm以下。

根据例如柔性印刷电路板的预期用途或目标电感适当地设计螺旋图案的匝数，并且螺旋图案的匝数例如是2以上且100以下。

<覆盖层>

柔性印刷电路板中的覆盖层3主要保护导电层2。覆盖层3包括覆盖膜3a和粘合剂层3b。顺便提及，在覆盖层3的与布置连接端子2b的位置对应的区域中可选地形成开口。

(覆盖膜)

覆盖膜3a具有柔性和绝缘性。覆盖膜3a的主要成分的实例包括聚酰亚胺、环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、聚酯、热塑性聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、氟树脂和液晶聚合物。在这些成分中，从耐热性的角度考虑优选聚酰亚胺。覆盖膜3a优选地包含作为主要成分的高介电常数材料。覆盖膜3a可以包含例如除主要成分以外的树脂、耐候剂或防静电剂。

覆盖膜3a的平均厚度的下限不受特定限制，并且优选为3μm，更优选为10μm。覆盖膜3a的平均厚度的上限不受特定限制，并且优选为500μm，更优选为150μm。当覆盖膜3a的平均厚度小于下限时，对导电层2等的保护变得不足，并且在使覆盖膜3a形成为具有绝缘性的情况下，可能不能提供足够的绝缘性。另一方面，当覆盖膜3a的平均厚度大于上限时，对导电层2等增加的保护效果可能变弱，并且覆盖膜3a的柔性可能不足。

(粘合剂层)

形成粘合剂层3b的粘合剂不受特定限制，并且优选为具有高塑性和高耐热性的粘合剂。这种粘合剂的实例包括各种树脂，诸如环氧树脂、聚酰亚胺、聚酯、酚醛树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂、密胺树脂和聚酰胺-酰亚胺等。

粘合剂层3b的平均厚度的下限优选为5μm，更优选为10μm。粘合剂层3b的平均厚度的上限优选为50μm，更优选为40μm。当粘合剂层3b的平均厚度小于下限时，覆盖层3与导电层2及绝缘层1之间的粘结强度可能不足。另一方面，当粘合剂层3b的平均厚度大于上限时，柔性印刷电路板的厚度可能过大或柔性可能不足。

<磁性层>

布置在绝缘层1的反面上的磁性层4阻挡由螺旋图案产生的磁通，以防止磁通影响周围电路。磁性层4包括磁性片材4a和粘合剂层4b。

(磁性片材)

磁性片材4a例如可以是通过将磁性材料分散在合成树脂中而制备的片材，或是通过在片状磁性材料中形成多个裂缝(分割槽)并且用保护膜覆盖该材料而制备的片材。从柔性印刷电路板在弯曲部分B处容易弯曲的角度考虑，优选具有多个裂缝的磁性片材。裂缝例如可以形成为具有网格图案。预先形成这种裂缝，以防止在弯曲部分B的形成期间由于磁性材料的断裂而导致的导磁率的变化。

用于磁性片材4a的保护膜不受特定限制，只要该保护膜能阻止磁性材料飞散和掉落即可。保护膜例如是包含作为主要成分的诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯等合成树脂的膜。

磁性片材4a的平均厚度的下限优选为10μm，更优选为20μm。另一方面，磁性片材4a的平均厚度的上限优选为1000μm，更优选为500μm。当磁性片材4a的平均厚度小于下限时，磁性片材4a可能不能充分地阻挡由螺旋图案形成的磁通。当磁性片材4a的平均厚度大于上限时，柔性印刷电路板的厚度可能过大或柔性可能不足。

(粘合剂层)

形成磁性层4的粘合剂层4b的粘合剂不受特定限制，并且可以与用于覆盖层3的粘合剂层3b相同。

粘合剂层4b的平均厚度的下限优选为5μm，更优选为10μm。粘合剂层4b的平均厚度的上限优选为50μm，更优选为40μm。当粘合剂层4b的平均厚度小于下限时，磁性层4与绝缘层1之间的粘结强度可能不足。另一方面，当粘合剂层4b的平均厚度大于上限时，柔性印刷电路板的厚度可能过大或柔性可能不足。

<弯曲部分>

弯曲部分B是柔性印刷电路板的这样的部分：在该部分中，绝缘层1、导电层2、覆盖层3和磁性层4相对于作为中心线且与柔性印刷电路板的正面平行的线而弯曲。具体地说，弯曲部分B表示，在柔性印刷电路板的弯曲部分内，被展开为平坦构造状态的柔性印刷电路板的包括螺旋图案区域的部分。顺便提及，术语“弯曲”意思是柔性印刷电路板的垂直于柔性印刷电路板的正面的截面弯曲。

当螺旋图案具有矩形状或圆状的外形时，弯曲部分B优选地相对于作为弯曲中心线X的矩形或圆的对称轴线而弯曲。根据螺旋图案的外形，可以有多个对称轴线；可以从这些对称轴线适当地选择弯曲中心线X。此外，当螺旋图案具有长方形状或椭圆状的外形时，弯曲部分B更优选地相对于作为弯曲中心线X的矩形或椭圆的短轴而弯曲。弯曲部分B可以相对于作为弯曲中心线X的除长方形或椭圆的短轴以外的线(例如，长方形或椭圆的长轴)而弯曲；然而，为了有效地扩展线圈的磁通交叉的区域，优选地选择短轴作为弯曲中心线X。作为选择，弯曲部分B可以相对于作为弯曲中心线X的除对称轴线(诸如短轴和长轴等)以外的直线而弯曲。顺便提及，弯曲部分B的曲率半径优选为常数。

弯曲部分B的平均曲率半径R的下限优选为1mm，更优选为3mm。另一方面，弯曲部分B的平均曲率半径R的上限优选为500mm，更优选为300mm。当弯曲部分B的平均曲率半径小于下限时，使线圈的耦合系数增加的效果可能变得不足。相反地，当弯曲部分B的平均曲率半径R大于上限时，弯曲部分B可能变得难以形成。顺便提及，例如可以这样确定平均曲率半径R：在弯曲部分B的总长度(在弯曲部分B的正面，在垂直于弯曲中心线X的方向上的长度)范围内求弯曲部分B的单位长度的曲率半径的合计值，并将该合计值除以弯曲部分B的总长度。

弯曲部分B的平均曲率半径R与螺旋图案的弯曲部分长度L的比率的下限优选为0.01，更优选为0.1。另一方面，弯曲部分B的平均曲率半径R与螺旋图案的弯曲部分长度L的比率的上限优选为100，更优选为50。当该比率小于下限时，弯曲部分B可能变得难以形成。相反地，当该比率大于上限时，使线圈的耦合系数增加的效果可能变得不足。顺便提及，短语“螺旋图案的弯曲部分长度L”意思是，在柔性印刷电路板被展开为平坦构造(未弯曲构造)的状态下，在包括在弯曲部分B里的布线中，螺旋图案的在垂直于弯曲中心线X的方向上的最外侧的两布线之间的距离。短语“布线之间的距离”意思是螺旋图案的外侧布线边缘之间的距离。

弯曲部分B的弯曲量C的下限优选为0.02mm，更优选为0.05mm。另一方面，弯曲部分B的弯曲量C的上限优选为50mm，更优选为30mm。当弯曲部分B的弯曲量C小于下限时，使线圈的耦合系数增加的效果可能变得不足。相反地，当弯曲部分B的弯曲量C大于上限时，弯曲部分B可能变得难以形成。顺便提及，短语“弯曲部分的弯曲量”意思是，在沿垂直于弯曲中心线X的方向截取的弯曲部分B的截面中，在包括螺旋图案的弯曲部分B的外表面上的两点之间在弯曲方向上的最大距离。术语“弯曲方向”意思是弯曲部分B相对于弯曲中心的法线方向。

如图3所示，柔性印刷电路板可以具有这样的构造：弯曲部分B具有半圆状截面，并且由电路图案2a形成的线圈的约一半区域与剩余区域彼此对置并大致彼此平行，并且弯曲部分B位于该一半区域与剩余区域之间。这种构造例如能够使柔性印刷电路板易于容纳在移动终端内，并且还能够进一步增加耦合系数。特别地，这种柔性印刷电路板可以类似地布置在充电设备中，以显著地增加发送效率。

<制造方法>

通过例如包括导电层形成步骤、覆盖层叠层步骤、磁性层叠层步骤以及弯曲步骤的制造方法可以容易并确实地制造柔性印刷电路板。

(导电层形成步骤)

在导电层形成步骤中，将导电材料叠置在绝缘层1的正面上以形成导电层2。可以通过与例如形成导电材料层的方法相应的适当方法来形成导电层2的电路图案2a和连接端子2b的平面构造。例如，可以掩蔽并刻蚀形成在绝缘层1上的金属膜以形成图案。金属膜可以通过例如使用粘合剂等将金属箔等粘合至绝缘层1或者将金属气相沉积在绝缘层1上而形成。作为选择，当导电层2由导电糊剂形成时，可以采用印刷技术以形成电路图案和端子。

(覆盖层叠层步骤)

在覆盖层叠层步骤中，将覆盖层3叠置在导电层2的正面上。具体地说，通过经由粘合剂层3b将覆盖膜3a粘合至绝缘层1和导电层2的正面而形成覆盖层3。

(磁性层叠层步骤)

在磁性层叠层步骤中，将磁性层4叠置在绝缘层1的反面上。具体地说，通过经由粘合剂层4b将磁性片材4a粘合至绝缘层1的反面而形成磁性层4。顺便提及，覆盖层叠层步骤和磁性层叠层步骤中的一者可以选择为在另一者之前执行。磁性层叠层步骤甚至可以在导电层形成步骤之前执行。

(弯曲步骤)

在弯曲步骤中，包括绝缘层1、导电层2、覆盖层3和磁性层4的层叠体相对于作为中心的弯曲中心线X而弯曲。该弯曲可以通过已知方法来执行，例如通过使用夹具来弯曲柔性印刷电路板的方法。

<优点>

柔性印刷电路板包括弯曲部分B，弯曲部分B弯曲为使得构成线圈的连续螺旋图案的一侧和另一侧被布置成彼此接近。这提供了磁通三维交叉的线圈，这样导致了线圈的耦合系数的显著增加。另外，柔性印刷电路板使得能够在抑制线圈的面积和厚度的增加的同时增加线圈的匝数并调节电感，从而增加耦合系数并且还实现尺寸的减小。此外，柔性印刷电路板容易结合到诸如可穿戴终端等具有大量弯曲表面的物品中。

<天线>

由于柔性印刷电路板的上述优点，包括该柔性印刷电路板的天线有助于减少尺寸并还能够实现有效的电力发送和接收。因此，包括该柔性印刷电路板的天线适于诸如可穿戴设备等移动设备的无线接收天线和通信天线。天线的频带不受特定限制，并且例如是30MHz以下。

顺便提及，除了上述天线之外，柔性印刷电路板还适用于变压器。

<无线充电设备>

在包括发送器和接收器的无线充电设备中，发送器和接收器包括该天线，使得发送器和接收器中至少一者具有高的电发送接收效率。结果，无线充电设备具有非常高的电发送接收效率并且还能够减少尺寸。特别地，发送器和接收器优选为均包括该天线。

[其它实施例]

本文所公开的实施例应当理解为在所有方面上为实例而不是限制性的。本发明的范围不限于上述实施例的构造而是通过权利要求来表示。本发明的范围意在将所有修改包括在权利要求的等同物的意思和范围内。

在上述实施例中，柔性印刷电路板包括单个绝缘层以及形成在绝缘层的一个表面上的单个导电层。另外，本发明的范围包括在单个绝缘层的两个表面上形成具有电路图案的导电层的构造，并且在平面图中多个导电层的这些电路图案形成螺旋图案。在这种情况下，多个电路图案经由多个通孔连接在一起，以形成单个闭合环，在该单个闭合环中电流在整个螺旋图案中逆时针或顺时针流动，从而形成具有高耦合系数的线圈。当柔性印刷电路板包括多个导电层时，磁性层布置在位于最外侧的导电层的一个导电层的外表面上。

作为选择，柔性印刷电路板可以是包括多个绝缘层的多层柔性印刷电路板，在多个绝缘层中，每个绝缘层在一个表面或两个表面上具有导电层。在这种情况下，如上文所述，在柔性印刷电路板中，多个导电层的电路图案可以形成单个闭合环，或在各导电层中可以独立地形成独立的电路图案。

顺便提及，包括单个绝缘层和形成在绝缘层的两个表面上的导电层的双面柔性印刷电路板可以具有100μm以上且260μm以下的平均厚度。包括多个绝缘层和多个导电层的多层柔性印刷电路板可以具有260μm以上且400μm以下的平均厚度。

柔性印刷电路板可以包括在弯曲部分的正面或反面上的支持膜，支持膜由有助于保持弯曲的材料形成。在柔性印刷电路板中，仅弯曲部分的覆盖层可以由有助于保持弯曲的不同材料形成。该材料例如可以是液晶聚合物。

柔性印刷电路板可以包括多个弯曲部分。在这种情况下，多个弯曲部分的弯曲中心线X不必彼此平行，并且柔性印刷电路板可以作为整体三维地弯曲。

在柔性印刷电路板中，磁性层不是必要元件而是可以省略。

实例

在下文中，将参考实例对本发明进行更加详细地说明。然而，本发明不限于以下实例。

工业实用性

如已描述的，根据本发明的柔性印刷电路板具有小尺寸并且能够有效地发送和接收电力，使得其适合用于诸如可穿戴设备等移动设备的例如发送天线、接收天线以及变压器。