CN116390330A - 三维成型电路部件 - Google Patents

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resin film
film
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山本智史
鬼头朗子
太田宽纪
后藤英斗
臼杵直树
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Maxell Ltd
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Abstract

本发明提供一种三维成型电路部件。一种三维成型电路部件，其具有：包含金属部和树脂部的基材、形成于所述金属部上且包含热固性树脂或光固化性树脂的树脂薄膜、由包含化学镀膜的镀膜形成于所述树脂部或树脂薄膜上的层叠电路图案、以及安装于所述树脂薄膜上、且在所述树脂薄膜上与形成于所述树脂薄膜上的所述层叠电路图案电连接的安装部件，所述树脂薄膜的厚度为大于0.01mm且小于或等于0.5mm，形成有所述层叠电路图案的树脂部或树脂薄膜具有粗化部。

Description

三维成型电路部件
本申请是申请日为2017年4月26日，申请号为201780025359.6，发明名称为《三维成型电路部件》的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及在包含金属部和树脂部的基材上形成有电路图案的三维成型电路部件。
背景技术
近年来，MID(模塑互连器件：Molded Interconnected Device)已经在智能手机等中实用化，期待将来在汽车领域中的应用扩大。MID为在成型体的表面由金属膜形成有三维电路的装置，可以有助于产品的轻量化、薄壁化以及部件数量减少。
也提出了安装有发光二极管(LED)的MID。LED由于通过通电会发热，因此需要来自背面的排热，重要的是提高MID的散热性。
在专利文献1中，提出了一种使MID与金属制的散热材料一体化而成的复合部件。根据专利文献1，该复合部件兼顾了MID的散热性和小型化。另一方面，散热性高的金属与树脂材料的粘接性一般较低。在专利文献2中，提出了一种提高了金属与树脂材料的密合性的纳米成型技术(NMT)。在纳米成型技术(NMT)中，对金属表面进行化学性粗化而设置纳米级别大小的凹凸后，与树脂材料一体成型。根据专利文献2，如果使用纳米成型技术(NMT)，则金属与树脂材料的接合界面的接触面积显著扩大而密合性提高，在热冲击试验中金属与树脂材料之间的剥离被抑制，散热性也提高。在专利文献3中，提出了一种使用纳米成型技术(NMT)，将金属与树脂材料接合而制造的LED用散热灯。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3443872号公报
专利文献2：日本特开2009-6721号公报
专利文献3：日本专利第5681076号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，近年来电子设备进行高性能化和小型化，在电子设备中使用的MID的高密度、高功能化也发展，要求更高的散热性。本发明是解决这些课题的发明，提供一种具有高散热性、进一步成型容易且生产率高的三维成型电路部件。
解决课题的方法
根据本发明的第1形态，提供一种三维成型电路部件，其特征在于，具有包含金属部和树脂部的基材、形成于上述树脂部上的电路图案、以及安装于上述基材上且与上述电路图案电连接的安装部件，上述树脂部包含厚度为0.01mm～0.5mm的包含热塑性树脂的树脂薄膜作为其一部分，上述树脂薄膜形成于上述金属部上，上述安装部件隔着上述树脂薄膜配置于上述金属部上。
在本形态中，配置于上述树脂薄膜上的每一个上述安装部件的上述树脂薄膜的面积可以为0.1cm2～25cm2。上述基材可以为上述金属部与上述树脂部的一体成型体。
根据本发明的第2形态，提供一种三维成型电路部件，其具有：包含金属部和树脂部的基材、形成于上述树脂部上的电路图案、形成于上述金属部上且包含热固性树脂或光固化性树脂的树脂薄膜、以及安装于上述树脂薄膜上且与上述电路图案电连接的安装部件。
在本形态中，上述树脂薄膜的厚度可以为0.01mm～0.5mm。另外，在上述树脂薄膜中也可以含有绝缘性的散热材料。
在本发明的第1和第2形态中，上述树脂部可以包含发泡单元，进一步上述树脂薄膜也可以实质上不含发泡单元。上述金属部可以为散热片。上述安装部件可以为LED。在上述金属部的表面也可以形成有镍磷膜。
在本发明的第1和第2形态中，在上述基材上通过由上述树脂部形成的侧壁和由上述树脂薄膜形成的底而划分出凹部，相对于一个上述凹部安装一个上述安装部件，上述凹部的底的形状和面积可以与上述安装部件的与上述底接触的面的形状和面积大致相同。
发明效果
本发明提供一种具有高散热性、进一步成型容易且生产率高的三维成型电路部件。
附图说明
[图1]图1是第1实施方式中制造的三维成型电路部件的截面示意图。
[图2]图2是图1所示的三维成型电路部件的截面示意图中的安装部件周边的放大图。
[图3]图3是第1实施方式中制造的三维成型电路部件的另一个例子的截面示意图。
[图4]图4的(a)和(b)是第1实施方式中制造的三维成型电路部件的又一个例子的截面示意图。
[图5]图5是第1实施方式的变形例1中制造的三维成型电路部件的截面示意图。
[图6]图6是第1实施方式的变形例2中制造的三维成型电路部件的截面示意图。
[图7]图7是第2实施方式中制造的三维成型电路部件的截面示意图。
具体实施方式
[第1实施方式]
(1)三维成型电路部件
在本实施方式中，对图1所示的三维成型电路部件100进行说明。三维成型电路部件100具有：包含金属部11和树脂部12的基材10、在树脂部12上由镀膜形成的电路图案14、以及安装于形成在基材10上的凹部13且与电路图案14电连接的安装部件15。如图2所示，凹部13的侧壁13a由树脂部12形成，凹部13的底13b由树脂薄膜16形成。安装部件15隔着树脂薄膜16配置于金属部11上。在本实施方式中，树脂薄膜16为树脂部12的一部分。因此，树脂薄膜16由与树脂部12相同的树脂形成。
基材10只要是将金属部11与树脂部12接合而成的复合体就可以使用任意基材，在本实施方式中，使用将金属部11与树脂部12一体成型而成的一体成型体。这里，所谓一体成型，不是一个个制作的构件的粘接、接合(二次粘接、机械接合)，而是指在构件成型时将各构件接合的加工(典型为注塑成型)。
金属部11将安装于基材10上的安装部件15所产生的热散发。因此，金属部11优选使用具有散热性的金属，例如可以使用铁、铜、铝、钛、镁、不锈钢(SUS)等。其中，从轻量化、散热性和成本的观点考虑，优选使用镁、铝。这些金属可以单独使用，也可以混合两种以上来使用。
树脂部12使形成于其上的电路图案14与作为导体的金属部11绝缘。树脂部12优选使用具有耐回流焊性且具有耐热性的高熔点的热塑性树脂。例如可以使用6T尼龙(6TPA)、9T尼龙(9TPA)、10T尼龙(10TPA)、12T尼龙(12TPA)、MXD6尼龙(MXDPA)等芳香族聚酰胺和它们的合金材料、聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)等。这些热塑性树脂可以单独使用，也可以混合两种以上来使用。另外，在本实施方式中，通过焊接而对安装部件15进行安装的树脂薄膜16为树脂部12的一部分。因此，为了能够焊接，在树脂部12中使用的树脂优选熔点为260℃以上，更优选为290℃以上。需要说明的是，关于安装部件15的安装，使用低温焊料的情况不限于此。另外，从尺寸稳定性、刚性提高的观点考虑，在这些热塑性树脂中也可以含有玻璃填料、矿物填料等无机填料。
金属部11和树脂部12的形状和大小可以根据三维成型电路部件100的用途而设为任意的形状和大小。由于电路图案14立体地形成于树脂部12上，因此树脂部12具有多个面、或具有包含球面等的立体形状的面。在本实施方式中，如图1所示，使作为热塑性树脂层的树脂部12一体地成型于弯曲的金属板即金属部11上。由此，热塑性树脂层(树脂部12)沿着弯曲的金属板(金属部11)弯曲而具有多个面。从散热性的观点考虑，金属板(金属部11)的厚度t11例如为0.5mm以上，优选为1mm以上，另一方面，从重量和成本的降低、以及加工性提高的观点考虑，例如为20mm以下，优选为10mm以下。这里，金属板(金属部11)的厚度t11是垂直于与树脂部12的界面的方向上的厚度。从成型容易性这样的观点考虑，热塑性树脂层(树脂部12)的厚度t12例如为0.5mm以上，优选为1mm以上，另一方面，从成本的观点考虑，例如为5mm以下，优选为3mm以下。这里，热塑性树脂层(树脂部12)的厚度t12是指除安装有安装部件15的凹部13以外的部分的厚度，为垂直于与金属部11的界面的方向上的厚度。另外，热塑性树脂层(树脂部12)是为了使电路图案14与金属部11绝缘而设置的，因此在没有形成电路图案14的部分也可以不设置热塑性树脂层(树脂部12)。
需要说明的是，在本实施方式中，金属部11不限于金属板，也可以使用通过压铸成型的复杂形状的金属。
电路图案14由于形成于作为绝缘体的树脂部12上，因此优选通过化学镀敷来形成。因此，电路图案14可以包含例如化学镀镍磷膜、化学镀铜膜、化学镀镍膜等化学镀膜，其中优选包含化学镀镍磷膜。如果由化学镀镍磷膜形成电路图案14，则能够同时在金属部11的表面形成镍磷膜(化学镀镍磷膜)18，能够提高金属部11的耐腐蚀性。电路图案14也可以在化学镀膜上进一步层叠有其他种类的化学镀膜、电镀膜。通过使镀膜的总厚度变厚，能够减小电路图案14的电阻。从降低电阻的观点考虑，层叠于化学镀膜上的镀膜优选化学镀铜膜、电镀铜膜、电镀镍膜等。另外，为了提高镀膜的焊料湿润性以便能够应对回流焊，也可以在电路图案14的最表面形成锡、金、银等镀膜。
沿着树脂部12的多个面、或包含球面等的立体形状的面立体地形成电路图案14。电路图案14为沿着树脂部12的多个面或包含球面等的立体形状的表面立体地形成、且具有导电性的立体电路。为了与安装于凹部13的安装部件15电连接，电路图案14也可以形成于凹部13的侧壁13a和底13b上。
安装部件15通过焊料17而与电路图案14电连接，通过通电产生热而成为发热源。作为安装部件15，例如可列举LED(发光二极管)、电源模块、IC(集成电路)、热阻等。在本实施方式中，使用LED作为安装部件15。本实施方式的三维成型电路部件100即使使用发热量大的LED作为安装部件，也能够使LED所产生的热有效地散发。另外，LED从与发光面相反一侧的背面发热。本实施方式的三维成型电路部件100通过在LED(安装部件15)的背面侧配置作为散热构件的金属部11，从而能够使LED所产生的热有效地散发。
安装部件15安装于形成在基材10上的凹部13。相对于一个凹部13，可以安装一个安装部件15，也可以安装多个安装部件15。凹部13的侧壁13a由树脂部12形成，凹部13的底13b由树脂薄膜16形成。安装部件15隔着树脂薄膜16配置于金属部11上。在本实施方式中，树脂薄膜16为树脂部12的一部分。即，在本实施方式中，凹部13形成于热塑性树脂层(树脂部12)，树脂薄膜16为热塑性树脂层的厚度薄的部分。因此，树脂薄膜16由与树脂部12相同的热塑性树脂形成。在本实施方式中，金属部11和包含树脂薄膜16的树脂部12构成了基材10。
从散热的观点考虑，希望将安装部件15直接配置于金属部11上，但由于安装部件15与金属部11必须绝缘，因此难以直接安装。在本实施方式中，通过隔着薄的树脂薄膜16将安装部件15配置于金属部11上，从而兼顾了安装部件15与金属部11的绝缘和散热性。
树脂薄膜16的厚度t16为0.01mm～0.5mm。由于树脂材料具有绝热性，因此如果树脂薄膜16的厚度t16为通常的注射成型体的厚度即1～5mm程度，则散热性变得不充分。通过将树脂薄膜16的厚度t16设为0.5mm以下，能够使安装部件15所产生的热通过金属部11充分散发。另外，为了使安装部件15与电路图案14电连接，也可以在树脂薄膜16上由镀膜形成配线。详细内容后述，但由于在由镀膜构成的配线的形成中使用激光描绘，因此树脂薄膜16必须为膜不会通过激光描绘而贯通的厚度。进一步，本实施方式的树脂薄膜16例如通过注塑成型等而成型，因此必须为熔融树脂能够流动的厚度。如果树脂薄膜16的厚度t16为0.01mm以上，则能够在树脂薄膜16上使用激光描绘形成配线，另外也能够使用注塑成型来进行树脂薄膜16的成型。从以上说明的观点考虑，树脂薄膜16的厚度t16进一步优选为0.1mm～0.2mm。
需要说明的是，在树脂薄膜16的厚度t16不固定的情况下，树脂薄膜16的厚度的平均值(平均厚度)为0.01mm～0.5mm，优选为0.1mm～0.2mm。树脂薄膜16的厚度的平均值(平均厚度)例如可以如下求出：在垂直于树脂薄膜16于金属部11的界面的方向上的树脂薄膜16的截面上，在3处、或3处以上测定树脂薄膜16的厚度，作为测定值的平均值而求出。另外，即使在树脂薄膜16的厚度t16不固定的情况下，树脂薄膜16的厚度t16也优选在0.01mm～0.5mm的范围内变动，更优选在0.1mm～0.2mm的范围内变动。即，厚度t16为0.01mm～0.5mm的范围、优选为0.1mm～0.2mm范围的区域也可以为树脂薄膜16。
树脂薄膜16的面积、即凹部13的底13b的面积优选相对于配置于树脂薄膜16上的一个安装部件15为0.1cm2～25cm2。树脂薄膜16的面积越大，散热效果越高，但成型越难。如果将树脂薄膜16的面积设为上述范围内，则能够兼顾高的散热效果和成型容易性。在本实施方式中，将散热性高的树脂薄膜16限定于对安装部件15进行安装的部分。由此，将难以成型的薄膜部分控制到最小限度，提高成型的容易性，作为结果，提高三维成型电路部件的生产率。
在本实施方式中，如图2所示，树脂薄膜16的面积例如为具有比周围树脂部12的厚度t12薄的厚度t16的区域S16的面积，即凹部13的底13b的面积。需要说明的是，区域S16不限于与安装部件15接触的区域，如图2所示，可以为比与安装部件15接触的区域S15宽的区域。
凹部13可以用作安装部件15的安装位置的定位用凹部。对于三维电路(立体电路)，必须在三个方向上确定安装部件的安装位置，与二维电路(平面电路)相比安装位置的定位困难。在本实施方式的三维成型电路部件100中，通过将安装部件15的安装位置设为凹部，从而容易检测安装位置。在将凹部13用作安装部件15的定位用凹部的情况下，例如如图3所示，相对于一个凹部13安装一个安装部件15，凹部13的底13b的形状和面积优选与安装部件15的与底13b接触的面的形状和面积大致相同。在这种情况下，如图3所示，树脂薄膜16的面积(区域S16的面积)与安装部件15所接触的区域S15的面积大致相同。由此，进一步使安装部件15的安装位置的定位变得容易。从使安装部件15的安装位置的定位容易的观点考虑，凹部13的深度d13优选为0.1mm～5mm。
在本实施方式的金属部11的表面也可以形成有镍磷膜18。镍磷膜18由于耐腐蚀性高，因此可提高金属部1 1的耐腐蚀性。
(2)三维成型电路部件的制造方法
对三维成型电路部件100的制造方法进行说明。首先，制造包含金属部11和树脂部12的基材10。在本实施方式中，通过向预先配置有金属部11的模具内注射填充热塑性树脂而成型树脂部12的注塑成型(一体成型)，从而制造基材10。为了提高金属部11与树脂部12的密合性，例如也可以使用专利文献2或3所公开的纳米成型技术(NMT)。另外，作为提高金属部11与树脂部12的密合性的其他方法，也可以将金属部11与树脂部12的表面形状设为不会物理性脱离的形状。
在本实施方式中，树脂薄膜16为树脂部12的一部分，凹部13形成于树脂部12的表面。因此，在本实施方式中，使用在腔内形成有与凹部13对应的凸部的模具，对包含树脂薄膜16的树脂部12进行成型。
接着，在树脂部12上形成由镀膜形成的电路图案14。形成电路图案14的方法没有特别限制，可以使用通用的方法。例如可列举如下方法，即：使用光致抗蚀剂对镀膜进行图案化，通过蚀刻将除电路图案以外的部分的镀膜除去的方法；对要形成电路图案的部分照射激光而使基材粗化、或赋予官能团而仅在激光照射部分形成镀膜的方法等。
在本实施方式中，通过以下所说明的方法来形成电路图案14。首先，在树脂部12的表面形成催化剂活性阻碍层。接着，在形成有催化剂活性阻碍层的树脂部12的表面对形成化学镀膜的部分、即形成电路图案14的部分进行激光描绘。在经激光描绘的树脂部12的表面施加化学镀催化剂，接着与化学镀液接触。在该方法中，催化剂活性阻碍层会妨碍(阻碍)施加于其上的化学镀催化剂的催化剂活性。因此，在催化剂活性阻碍层上，可抑制化学镀膜的生成。另一方面，在激光描绘部分，由于阻碍层被除去，因此生成化学镀膜。由此，能够在树脂部12的表面由化学镀膜形成的电路图案14。
催化剂活性阻碍层例如优选包含具有酰胺基和氨基的至少一方的聚合物(以下，适当记载为“含酰胺基/氨基的聚合物”)。含酰胺基/氨基的聚合物作为妨碍(阻碍)或降低化学镀催化剂的催化剂活性的催化剂活性阻碍剂起作用。含酰胺基/氨基的聚合物妨碍化学镀催化剂的催化剂活性的机理尚不明确，但推测：酰胺基和氨基在化学镀催化剂上进行吸附、配位、反应等，由此化学镀催化剂不能作为催化剂起作用。
含酰胺基/氨基的聚合物可以使用任意的聚合物，从妨碍化学镀催化剂的催化剂活性的观点考虑，优选为具有酰胺基的聚合物，另外优选为具有侧链的支链聚合物。在支链聚合物中，优选侧链包含酰胺基和氨基的至少一方，更优选侧链包含酰胺基。支链聚合物优选为枝状聚合物。枝状聚合物为由支链有规则地频繁重复的分子结构构成的聚合物，分类为树枝状聚合物和超支化聚合物。树枝状聚合物为具有以成为核的分子为中心、有序且完全地进行了树状分支的结构的直径数nm的球形聚合物，超支化聚合物与具有完全的树状结构的树枝状聚合物不同，为具有不完全树状支链的聚合物。在枝状聚合物中，超支化聚合物比较容易合成且廉价，因此优选作为本实施方式的支链聚合物。
在激光描绘中使用的激光和化学镀催化剂没有特别限制，可以适当选择通用的物质而使用。
化学镀液没有特别限制，可以适当选择通用的化学镀液而使用，根据以下所说明的理由，优选为中性的化学镍磷镀液。这里，“中性”的化学镍磷镀液例如是指pH为5.5～7.0的化学镍磷镀液。根据本发明人等的研究可知：金属部11根据所使用的金属种类会担心被化学镀液侵蚀、腐蚀。例如如果使用碱性的化学铜镀液，则在金属部11使用镁的情况下不会产生腐蚀，但在使用铝的情况下产生腐蚀。另一方面，如果使用中性的化学镍磷镀液，则能够抑制铝的腐蚀。因此，通过使用化学镍磷镀液，在金属部11中使用的金属的选择范围变宽，例如可以在金属部11中使用比镁廉价的铝。另外，从提高镀敷反应性的观点考虑，也可以使用pH4.0～5.5程度的弱酸性的化学镍磷镀液。在这种情况下，由于在铝表面的镍磷镀膜的生长速度快于酸性液对铝的侵蚀速度，因此能够被覆镀膜，不会对铝造成损伤。需要说明的是，虽然已知铝通过在表面形成氧化被膜的阳极氧化法(耐酸铝处理)会提高耐腐蚀性，但耐酸铝处理会成为成本升高的因素。在本实施方式中，即使不进行耐酸铝处理，通过在电路图案14的形成中使用化学镍磷镀液，也能够在形成电路图案14的同时在铝的表面形成镍磷膜18，能够提高金属部11的耐腐蚀性。
在电路图案14的形成中，也可以在化学镀膜上进一步层叠其他种类的化学镀膜、电镀膜。这时，如果在金属部11的表面形成有镍磷膜18，则能够抑制由其他化学镀液或电镀液引起的金属部11的腐蚀。
在树脂部12形成电路图案14后，将安装部件15安装于形成在基材10上的凹部13，与电路图案14电连接。由此，得到本实施方式的三维成型电路部件100。安装方法没有特别限制，可以使用通用的方法，例如可以通过使配置有安装部件15的基材10通过高温的回流炉的回流焊法、或对基材10与安装部件15的界面照射激光而进行焊接的激光焊接法(点安装)，从而将安装部件15焊接于基材10上。
需要说明的是，在以上说明的本实施方式的三维成型电路部件100中，将安装部件15安装于形成在基材10上的凹部13，但本实施方式不限于此。例如，如图4的(a)和(b)所示，只要安装部件15隔着厚度为0.01mm～0.5mm的树脂薄膜16配置于金属部11上，安装部件15就不一定必须安装于凹部。通过将安装部件15安装于树脂薄膜16上而不是安装于凹部，也能够使安装部件15所产生的热通过金属部11充分散发。
[变形例1]
接着，对图5所示的本实施方式的变形例1进行说明。在上述图1所示的三维成型电路部件100中，使用了弯曲的金属板作为金属部11，但在图5所示的变形例1的三维成型电路部件200中，使用散热片作为金属部21。金属部21使用散热片，除此以外，三维成型电路部件200的构成与三维成型电路部件100同样。关于三维成型电路部件200，除金属部21使用散热片以外，可以通过与三维成型电路部件100同样的方法来制造。三维成型电路部件200通过在金属部21使用散热片，从而可进一步提高散热效果。
[变形例2]
接着，对图6所示的本实施方式的变形例2进行说明。在图6所示的变形例2的三维成型电路部件300中，树脂部32包含发泡单元39。另一方面，树脂薄膜36实质上不含发泡单元。这里，所谓树脂薄膜36“实质上不含发泡单元”，除了包括树脂薄膜36完全不含发泡单元的情况以外，也包括树脂薄膜36以对其散热性和回流时不造成不良影响的程度包含少量发泡单元的情况。即，即使树脂薄膜36中包含发泡单元，其量也少，树脂薄膜36所含的发泡单元的密度低于除树脂薄膜36以外的部分的树脂部32所含的发泡单元39的密度。除树脂部32以外的三维成型电路部件300的构成与三维成型电路部件100同样。
本变形例的三维成型电路部件300通过树脂部32具有发泡单元39，从而可实现部件整体的轻量化和尺寸精度提高。另一方面，树脂薄膜36由于实质上不含发泡单元39，因此可维持树脂薄膜36的散热性。
对本变形例的三维成型电路部件300的制造方法进行说明。首先，通过一体成型而制造包含金属部11和树脂部32的基材30。这时，对树脂部32进行发泡成型。树脂部32优选使用二氧化碳、氮等物理发泡剂进行发泡成型。发泡剂的种类有化学发泡剂和物理发泡剂，但化学发泡剂由于分解温度低，因此难以使高熔点的树脂材料发泡。树脂部32优选使用高熔点的耐热性高的树脂。如果使用物理发泡剂，则可以使用高熔点树脂使树脂部32发泡成型。作为使用了物理发泡剂的成型法，可以使用采用了超临界流体的MuCell(注册商标)、本发明人等提出的不需要高压设备的低压发泡成型法(例如，记载于WO2013/027615号公报)。
在本变形例中，在树脂部32的成型中，通过物理发泡剂的溶解来降低熔融树脂粘度。由此，可促进模具腔内的与树脂薄膜36对应的窄区域内的熔融树脂的流动，使树脂薄膜36的成型变得容易。另外，在模具腔内的与树脂薄膜36对应的窄区域，由于熔融树脂的固化速度快，因此发泡单元难以生长。由此，在树脂薄膜36中实质上难以形成发泡单元39。从抑制在树脂薄膜36内形成发泡单元的观点考虑，树脂薄膜36的厚度t36优选为0.01mm～0.3mm，更优选为0.01mm～0.2mm，进一步更优选为0.01mm～0.1mm。
接着，通过与上述三维成型电路部件100同样的方法，在树脂部32形成由镀膜形成的电路图案14。形成电路图案14后，将安装部件15安装于形成在基材30上的凹部33，与电路图案14电连接。由此，得到本变形例的三维成型电路部件300。在本变形例中，优选通过激光焊接法(点安装)对安装部件15进行安装。例如，在通过回流焊法对安装部件15进行安装的情况下，必须使基材30在温度230～240℃以上的回流炉中通过。这时，即使在树脂部32中使用具有比回流温度高的熔点的热塑性树脂，也担心作为发泡成型体的树脂部32由于内部的水分等膨胀而引起表面膨胀。另一方面，激光焊接法(点安装)可以使成为高温的范围止于最小限度。照射激光的部分由于为实质上不存在发泡单元的树脂薄膜36，因此即使通过激光进行加热，也难以产生表面的膨胀。
[第2实施方式]
(1)三维成型电路部件
在本实施方式中，对图7所示的三维成型电路部件400进行说明。三维成型电路部件400具有：包含金属部41和树脂部42的基材40、在树脂部42上由镀膜形成的电路图案14、以及安装于形成在基材40上的凹部43且与电路图案14电连接的安装部件15。凹部43的侧壁43a由树脂部42形成，凹部43的底43b由树脂薄膜46形成。安装部件15隔着树脂薄膜46配置于金属部41上。在第1实施方式中，如图1所示，树脂薄膜16为树脂部12的一部分，由热塑性树脂形成。而在本实施方式中，如图7所示，树脂薄膜46不是树脂部42的一部分，而是由热固性树脂或光固化性树脂形成。
基材40只要是将金属部41与树脂部42接合而成的复合体，就可以与第1实施方式同样地使用任意的基材。另外，在第1实施方式中，使用将金属部11与树脂部12一体成型而得的一体成型体，但本实施方式不限于此。例如也可以使用通过利用三嗪硫醇衍生物的接合技术将金属部41与树脂部42接合而成的基材40。
作为金属部41和树脂部42的材料，可以使用与第1实施方式同样的材料。在本实施方式中，使用金属块作为金属部41。另外，在第1实施方式中，由于树脂薄膜16为树脂部12的一部分，因此在树脂部12中使用耐热性高的热塑性树脂，但本实施方式不限于此。在本实施方式中，由于树脂薄膜46和树脂部42由不同的树脂形成，因此可以用耐热性高的树脂形成树脂薄膜46，用较廉价的耐热性低的树脂形成树脂部42。由此，能够降低三维成型电路部件400的整体成本。例如，不是通过回流焊将安装部件15安装于基材40的情况下，由于树脂部42不要求耐回流焊性，因此可以使用作为通用工程塑料的ABS树脂、聚碳酸酯(PC)、ABS树脂与PC的聚合物合金(ABS/PC)等。这些热塑性树脂可以单独使用，也可以混合两种以上来使用。另外，本实施方式的树脂部42可以与图6所示的第1实施方式的变形例2的树脂部32同样地在内部具有发泡单元。通过在内部具有发泡单元，可实现三维成型电路部件400的轻量化。
电路图案14和安装部件15可以使用与第1实施方式同样的图案和部件。安装部件15安装于形成在基材40上的凹部43。凹部43的底43b的面积、凹部43的深度与第1实施方式的凹部13同样。
本实施方式的树脂薄膜46由热固性树脂或光固化性树脂形成。由于固化前的热固性树脂和光固化性树脂为低粘度，因此树脂薄膜46的薄膜化容易。另外，固化后的热固性树脂和光固化性树脂为高耐热性和高密度，适合作为形成供焊接安装部件15的凹部43的底43b的材料。形成树脂薄膜46的树脂优选熔点为260℃以上，更优选为290℃以上。作为热固性树脂，例如可以使用环氧树脂、硅树脂、聚酰亚胺树脂等耐热树脂，作为光固化性树脂，例如可以使用聚酰亚胺树脂、环氧树脂等。这些热固性树脂可以单独使用，也可以混合两种以上来使用。同样地，这些光固化性树脂可以单独使用，也可以混合两种以上来使用。
树脂薄膜46也可以含有绝缘性的散热材料。由于在树脂薄膜46上形成电路图案14，因此不能使用碳等廉价的导电性的散热材料。虽然绝缘性的散热材料高价，但通过仅使供安装部件15安装的树脂薄膜46含有，能够兼顾抑制成本上升和提高散热性。作为绝缘性的散热材料，例如可列举作为高热导率的无机粉末的氧化铝、氮化硼、氮化铝等陶瓷粉。优选在树脂薄膜46中包含10重量％～90重量％绝缘性的散热材料，更优选包含30重量％～80重量％。
本实施方式的树脂薄膜46的厚度t46优选为0.01mm～0.5mm。如果存在于安装部件15与金属部41之间的树脂薄膜46的厚度t46处于该范围，则能够使安装部件15所产生的热通过金属部41充分地散发，另外，也能够在树脂薄膜46上进行激光描绘。从以上说明的观点考虑，进一步树脂薄膜46的厚度t46优选为0.01mm～0.1mm，更优选为0.03mm～0.05mm。
(2)三维成型电路部件的制造方法
对三维成型电路部件400的制造方法进行说明。首先，在基材40的金属部41(金属块)的表面41a形成由热固性树脂或光固化性树脂形成的树脂薄膜46。树脂薄膜46例如可以如下形成：将热固性树脂或光固化性树脂溶解于溶剂而制成树脂溶液，将树脂溶液涂布于金属部41的表面41a并干燥，然后进行加热或光照射，从而形成。由于树脂溶液为低粘度，因此薄膜的形成容易。
接着，将形成有树脂薄膜46的金属部41与树脂部42接合而制造基材40。将金属部41与树脂部42接合的方法没有特别限制，可以使用任意的方法。例如，可以与第1实施方式同样地通过注塑成型等进行一体成型。
在基材40的制造中，在树脂薄膜46的周围形成由树脂部42形成的侧壁43a。由此，在基材40的表面形成通过侧壁43a和底43b划分出的凹部43。
接着，在树脂部42上形成由镀膜形成的电路图案14。作为形成电路图案14的方法，可以使用与第1实施方式同样的方法。
在树脂部42形成电路图案14后，将安装部件15安装于形成在基材40上的凹部43，并与电路图案14电连接。由此，得到本实施方式的三维成型电路部件400。安装方法没有特别限制，可以与第1实施方式同样地使用通用的方法，但在本实施方式中，优选使用激光焊接法、利用点加热器进行的局部加热法(点安装)。对于激光焊接法、利用点加热器进行的局部加热法，由于仅对树脂薄膜46进行加热，因此树脂部42可以使用较廉价的耐热性低的树脂，可实现三维成型电路部件400整体的低成本化。
需要说明的是，在以上说明的本实施方式的三维成型电路部件400中，将安装部件15安装于形成在基材40上的凹部43，但本实施方式不限于此。例如，只要与上述第1实施方式同样地将安装部件15安装于树脂薄膜46上，安装部件15就不一定必须安装于凹部。通过将安装部件15安装于树脂薄膜46上而不是安装于凹部，也能够使安装部件15所产生的热通过金属部41充分地散发。
实施例
以下，通过实施例和比较例具体地说明本发明，但本发明不限于下述的实施例和比较例。
[实施例1]
在本实施例中，如图1所示，使用金属部11和树脂部12一体成型且树脂薄膜16为树脂部12的一部分的基材10，制造三维成型电路部件100。另外，作为安装部件15，使用LED(发光二极管)。
(1)基材的制造
金属部11使用铝板，树脂部12使用含无机填料的芳香族聚酰胺(东洋纺制，VYLOAMIDE GP2X-5，熔点310℃)，通过注塑成型制造基材10。
如图1所示，准备与作为弯曲板状体的基材10对应的具有腔的模具。与基材10的厚度t10对应的腔的厚度设为2mm。在模具的腔中，与凹部13对应的部分(腔内的凸部)可以使用嵌套(nesting)来改变形状，以使树脂薄膜16的厚度t16和面积可以变化。
根据模具的腔的形状，对板厚1mm的铝板进行弯曲加工。为了通过纳米成型技术(NMT)来提高金属部11与树脂部12的密合力，对经弯曲加工的铝板的表面进行蚀刻处理。将经蚀刻处理的铝板配置于模具的腔内的适当位置，向腔内的空区域注射填充芳香族聚酰胺而进行注塑成型。关于注塑成型，使用通用的注射成型装置，模具温度设为140℃，树脂温度设为340℃。关于所得到的基材10，金属部11(金属板)的厚度t11为1mm，树脂部12(热塑性树脂层)的厚度t12为1mm。另外，通过调整模具腔内的嵌套的大小，从而将树脂薄膜16的厚度t16设为0.2mm，将面积设为0.49cm2(0.7cm×0.7cm)。凹部13的深度d13设为1.8mm。
(2)电路图案的形成
在本实施例中，通过以下说明的方法，在树脂部12上形成由镀膜形成的电路图案14。
(a)催化剂活性阻碍剂的合成
将酰胺基导入式(1)所表示的市售超支化聚合物(日产化学工业制，HYPERTECHHPS-200)中，合成式(2)所表示的超支化聚合物。
[化1]
Figure BDA0004169049700000151
[化2]
Figure BDA0004169049700000152
首先，将式(1)所表示的超支化聚合物(1.3g，二硫代氨基甲酸酯基：4.9mmol)、N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)(1.10g，9.8mmol)、α,α’-偶氮双异丁腈(AIBN)(81mg，0.49mmol)、脱水四氢呋喃(THF)(10mL)加入Schlenk管中，进行3次冷冻脱气。然后，使用油浴在70℃搅拌一晚(18小时)使其反应，反应结束后，使用冰水进行冷却，使用THF适度稀释。接着，在己烷中再沉淀，将所得到的固体产物在60℃真空干燥一晚。进行产物的NMR(核磁共振)测定和IR(红外吸收光谱)测定。其结果可以确认，在式(1)所表示的市售超支化聚合物中导入了酰胺基，并生成了式(2)所表示的聚合物。接着，通过GPC(凝胶渗透色谱)测定产物的分子量。分子量为数均分子量(Mn)＝9,946，重均分子量(Mw)＝24,792，超支化结构独特的数均分子量(Mn)和重均分子量(Mw)为大大不同的值。式(2)所表示的超支化聚合物的收获率为92％。
(b)催化剂活性阻碍层的形成
将合成的式(2)所表示的聚合物溶解于甲基乙基酮中，调制聚合物浓度0.5重量％的聚合物液。在室温下将已成型的基材10在调制好的聚合物液中浸渍5秒钟，然后，在85℃干燥机中干燥5分钟。由此，在基材10表面形成催化剂活性阻碍层。催化剂活性阻碍层的膜厚为约70nm。
(c)激光描绘
在形成了催化剂活性阻碍层的树脂部12的表面，使用3D激光打标机(基恩士制，光纤激光器，输出功率50W)，以2000mm/s的加工速度对与电路图案14对应的部分进行激光描绘。描绘图案的线宽设为0.3mm，相邻的描绘线间的最小距离设为0.5mm。通过激光描绘，能够除去激光描绘部分的催化剂活性阻碍层。另外，将激光描绘部分粗化，包含在树脂部12内的填料露出。
(d)化学镀催化剂的施加和镀膜的形成
将进行了激光描绘的基材10在30℃的氯化钯溶液(奥野制药工业制，活化剂)中浸渍5分钟，施加化学镀催化剂。对基材10进行水洗，接着，使基材10在60℃的化学镍磷镀液(奥野制药工业制，TOPNICORON LPH-L，pH6.5)中浸渍10分钟。在树脂部12上的激光描绘部选择性地生长约1μm镍磷膜(化学镀镍磷膜)。同时在金属部11(铝板)的表面也形成约1μm镍磷膜18。
在激光描绘部的镍磷膜上进一步通过通用的方法依次层叠10μm电镀铜膜、1μm电镀镍膜、0.1μm电镀金膜，从而形成电路图案14。在本实施例中，在树脂薄膜16上也不断线地形成有电路图案14。
(3)安装部件的安装
在形成于基材10上的凹部13配置焊料17、安装部件(LED)15。进一步，在基材10上的除凹部13以外的部分配置未图示的焊料和电阻。安装部件15和电阻(未图示)配置于能够与电路图案14电连接的位置。接着，使基材10通过回流炉。在回流炉内对基材10进行加热，基材10的最高到达温度为约240℃，基材10以最高到达温度被加热的时间为约30秒。通过焊料17将安装部件15安装于基材10，得到本实施例的三维成型电路部件100。
[实施例2]
在本实施例中，将树脂薄膜16的厚度设为0.05mm，除此以外，通过与实施例1同样的方法，制造图1所示的三维成型电路部件100。
[实施例3]
在本实施例中，将树脂薄膜16的厚度设为0.1mm，除此以外，通过与实施例1同样的方法，制造图1所示的三维成型电路部件100。
[实施例4]
在本实施例中，将树脂薄膜16的厚度设为0.5mm，除此以外，通过与实施例1同样的方法，制造图1所示的三维成型电路部件100。
[实施例5]
在本实施例中，将树脂薄膜16的面积设为4cm2(2cm×2cm)，除此以外，通过与实施例1同样的方法，制造图1所示的三维成型电路部件100。
[实施例6]
在本实施例中，将树脂薄膜16的面积设为16cm2(4cm×4cm)，除此以外，通过与实施例1同样的方法，制造图1所示的三维成型电路部件100。
[实施例7]
在本实施例中，将树脂薄膜16的面积设为25cm2(5cm×5cm)，除此以外，通过与实施例1同样的方法，制造图1所示的三维成型电路部件100。
[比较例1]
在本比较例中，将树脂薄膜16的厚度设为0.008mm，除此以外，通过与实施例1同样的方法，制造图1所示的三维成型电路部件100。
[比较例2]
在本比较例中，将树脂薄膜16的厚度设为0.7mm，除此以外，通过与实施例1同样的方法，制造图1所示的三维成型电路部件100。
[三维成型电路部件的评价]
对实施例1～7以及比较例1和2中制造的三维成型电路部件进行以下的评价。将结果示于表1中。
(1)树脂薄膜的成型性
关于基材一体成型时的树脂薄膜的成型性，根据以下的评价基准进行评价。
＜树脂薄膜的成型性的评价基准＞
○：在树脂薄膜上未产生熔融树脂的未填充部分。
×：在树脂薄膜上产生了熔融树脂的未填充部分。
(2)三维成型电路部件的散热性
将预定电压施加于所制造的三维成型电路部件而将LED点亮。通过测温法(Thermography)测定点亮后1小时后的LED表面温度。根据以下的评价基准，评价三维成型电路部件的散热性。
＜三维成型电路部件的散热性的评价基准＞
○：点亮后1小时后的LED表面温度为100℃以下。
×：点亮后1小时后的LED表面温度超过了100℃。
[表1]
Figure BDA0004169049700000181
如表1所示，对于树脂薄膜的厚度为0.01mm～0.5mm范围内的实施例1～7，树脂薄膜的成型性和三维成型电路部件的散热性均良好。对仅树脂薄膜的厚度不同的实施例1～4进行比较可知：树脂薄膜的厚度越薄，点亮后1小时后的LED表面温度越低，三维成型电路部件的散热性越高。另外，对仅树脂薄膜的面积不同的实施例1和5～7进行比较可知：树脂薄膜的面积越大，点亮后1小时后的LED表面温度越低，三维成型电路部件的散热性越高。虽然树脂薄膜的面积越大，树脂薄膜的成型越困难，但即使在树脂薄膜为25cm2的实施例7中，也没有产生熔融树脂的未填充部分，成型性良好。
另一方面，对于树脂薄膜的厚度薄至0.008mm的比较例1，产生了熔融树脂的未填充部分，成型性不良。因此，在比较例1中，不进行三维成型电路部件的散热性评价。对于树脂薄膜的厚度厚至0.7mm的比较例2，三维成型电路部件的散热性不良。
[实施例8]
在本实施例中，作为金属部，使用铝制的散热片代替铝板，除此以外，通过与实施例1同样的方法制造三维成型电路部件。即，本实施例中制造的三维成型电路部件为图5所示的三维成型电路部件200。
与实施例1同样地对(1)树脂薄膜的成型性和(2)三维成型电路部件的散热性进行评价。树脂薄膜的成型性良好。三维成型电路部件的散热性也良好，点亮后1小时后的LED表面温度为70℃，比实施例1低10℃。由该结果可以确认，通过在金属部中使用散热片，从而散热性提高。
[实施例9]
在本实施例中，将树脂薄膜的厚度设为0.15mm，对基材的树脂部进行发泡成型，通过激光焊接法(点安装)将安装部件(LED)安装于基材上。除此以外，通过与实施例1同样的方法制造三维成型电路部件。即，本实施例中制造的三维成型电路部件为图6所示的三维成型电路部件300。需要说明的是，在本实施例中，使用与实施例1中所用的模具同样的模具，通过注塑成型将基材一体成型，但作为成型装置，使用WO2013/027615号公报的图11所公开的成型装置，作为物理发泡剂，使用加压氮气，对树脂部进行发泡成型。氮气的填充压力设为10MPa，排放减压部的背压阀压力设为6MPa。
所得到的三维成型电路部件300的树脂部32与固体(非发泡体)相比，比重低约8％。对树脂部32和树脂薄膜36的截面进行显微镜观察。树脂部32的单元39的单元直径微细至30～80μm。另一方面，在树脂薄膜36的截面没有发现发泡单元。即，树脂薄膜36实质上不含发泡单元。另外，在安装部件(LED)的激光焊接法(点安装)中，照射了激光的树脂薄膜36未观察到膨胀。
进一步，在所得到的三维成型电路部件300中，对于包含发泡单元39的树脂部32，进行照射与激光焊接法(点安装)中使用的相同激光的实验。照射激光时，包含发泡单元39的树脂部32发生了膨胀。由该结果可知，通过进行发泡成型，树脂部32的耐热性会降低，但通过在树脂薄膜36中不形成发泡单元，能够维持供LED安装的树脂薄膜36的耐热性。本实施例的三维成型电路部件300一边维持LED安装部分的耐热性，一边成功地使部件整体轻量化。
[实施例10]
在本实施例中，如图7所示，使用金属部41与树脂部42一体成型且树脂薄膜46由热固性树脂形成的基材40，制造三维成型电路部件400。另外，作为安装部件15，使用LED(发光二极管)。
(1)基材的制造
金属部41使用铝块，树脂部42使用与实施例1中使用的树脂同样的含无机填料的芳香族聚酰胺(东洋纺制，VYLOAMIDE GP2X-5，熔点310℃)。另外，在树脂薄膜46中含有平均粒径4μm的氮化硼粉作为绝缘性的散热材料，使用作为热固性树脂的聚酰亚胺。
首先，将作为聚酰亚胺前体的聚酰胺酸和氮化硼粉分散和溶解于N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中，调制聚酰亚胺浓度(固体成分浓度)12重量％、氮化硼浓度50重量％的树脂浆料溶液。将调制好的树脂浆料溶液涂布于金属部41的表面41a，以350℃加热30分钟使其固化，形成树脂薄膜46。树脂薄膜46的面积设为1cm2(1cm×1cm)，厚度t46设为20μm。另外，树脂薄膜46中的氮化硼粉的含量设为70体积％。
准备与图7所示的基材40对应的具有腔的模具。模具的腔内设有与凹部43对应的部分(腔内的凸部)。为了通过纳米成型技术(NMT)提高金属部41与树脂部42的密合力，对金属部41(铝块)的表面进行蚀刻处理。将经蚀刻处理的金属部41配置于模具的腔内的适当位置，向腔内的空区域注射填充芳香族聚酰胺而进行注塑成型。注塑成型使用与实施例1同样的注射成型装置，在同样的成型条件(模具温度140℃，树脂温度340℃)下进行。在所得到的基材40上形成有通过由树脂部42形成的侧壁43a和由树脂薄膜46形成的底43b划分出的凹部43。凹部43的深度设为1.8mm。
(2)电路图案的形成和安装部件的安装
通过与实施例1同样的方法，在树脂部42上形成由镀膜形成的电路图案14。在本实施例中，在树脂薄膜46上也没有断线地形成有电路图案14。接着，通过与实施例1同样的方法，将安装部件(LED)15安装于形成在基材40上的凹部43。由此，得到了图7所示的三维成型电路部件400。
通过与实施例1同样的方法，评价三维成型电路部件的散热性。三维成型电路部件的散热性良好，点亮后1小时后的LED表面温度为65℃，比实施例1低15℃。由该结果可以确认，通过使树脂薄膜变薄，且进一步含有散热材料，从而散热性提高。另外可以确认，通过使用热固性树脂，能够容易地制造薄的树脂薄膜。
[实施例11]
在本实施例中，在电路图案的形成中，使用强碱性的化学铜镀液(奥野制药工业制，pH12)代替中性的化学镍磷镀液，除此以外，通过与实施例1同样的方法，制造三维成型电路部件。
在本实施例中得到的三维成型电路部件的金属部(铝板)的表面被腐蚀，且在一部分析出了铜。析出的铜的密合性低，容易剥离。将金属部表面的腐蚀部分和铜剥离而除去后，通过与实施例1同样的方法，评价三维成型电路部件的散热性。本实施例的三维成型电路部件的散热性良好，点亮后1小时后的LED表面温度为80℃，与实施例1同等。由该结果可知：如果金属部使用铝，镀液使用强碱性的镀液，则会产生金属部的腐蚀。但是可以确认，只要进行金属部表面的腐蚀部分和铜的除去，三维成型电路部件在实用方面就没有问题。
工业上的可利用性
本发明的三维成型电路部件具有高散热性，进一步成型容易且生产率高。因此，能够抑制由于LED等安装部件的发热而引起三维成型电路部件变得高温。本发明的三维成型电路部件能够应用于智能手机、汽车部件。
符号说明
10，30，40基材
11，21，41金属部
12，32，42树脂部
14电路图案
13，33，43凹部
13a，43a凹部的侧壁
13b，43b凹部的底
15安装部件
16，36，46树脂薄膜
39发泡单元
100，200，300，400三维成型电路部件。

Claims (8)

1.一种三维成型电路部件，其具有：
包含金属部和树脂部的基材、
形成于所述金属部上且包含热固性树脂或光固化性树脂的树脂薄膜、
由包含化学镀膜的镀膜形成于所述树脂部或树脂薄膜上的层叠电路图案、以及
安装于所述树脂薄膜上、且在所述树脂薄膜上与形成于所述树脂薄膜上的所述层叠电路图案电连接的安装部件，
所述树脂薄膜的厚度为大于0.01mm且小于或等于0.5mm，
形成有所述层叠电路图案的树脂部或树脂薄膜具有粗化部。
2.根据权利要求1所述的三维成型电路部件，其特征在于，在所述树脂薄膜中含有绝缘性的散热材料。
3.根据权利要求1或2所述的三维成型电路部件，其特征在于，所述树脂部包含发泡单元。
4.根据权利要求3所述的三维成型电路部件，其特征在于，所述树脂部包含发泡单元，所述树脂薄膜实质上不含发泡单元。
5.根据权利要求1或2所述的三维成型电路部件，其特征在于，所述金属部为散热片。
6.根据权利要求1或2所述的三维成型电路部件，其特征在于，所述安装部件为LED。
7.根据权利要求1或2所述的三维成型电路部件，其特征在于，在所述金属部的表面形成有镍磷膜。
8.根据权利要求1或2所述的三维成型电路部件，其特征在于，在所述基材上通过由所述树脂部形成的侧壁和由所述树脂薄膜形成的底而划分出凹部，
相对于一个所述凹部安装一个所述安装部件，
所述凹部的底的形状和面积与所述安装部件的与所述底接触的面的形状和面积大致相同。
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