JP2011042106A - 回路基板がインサートされた成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】線幅の狭い回路がインサートされた成型品を高い生産効率で生産する。
【解決手段】ロール版に導電性ペーストを塗布して印刷用パターンを形成し、ロール版に形成された印刷用パターンをフィルム３に転写して回路パターン４を形成する第１工程と、相対的に接近離間する一対の成形型１４ａ，１４ｂの内部に、回路パターン４が可動型１４ｂの成形面に対面するように、回路パターン４が形成されたフィルム３をセットする第２工程と、成形型１４ａ，１４ｂによって形成されるキャビティＣ内部に溶融樹脂を射出する第３工程と、を有する製造方法。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、回路基板がインサートされた成形品の製造方法に関するものである。

スクリーン印刷によって文字、記号、図形が印刷されたシートを用いてインサート成形する技術が知られている（特許文献１）。

特開２００３−２２０６２３号公報

ところで、デジタルカメラ等の電子機器の筺体内部にはプリント回路基板が配設されているが、電子機器の小型化・高機能化の進行に伴い、プリント回路基板には更なる高密度化が望まれており、この要請に対応できる回路インサート成形品を効率良く生産するための新たな手法が希求されている。
しかしながら、孔版をこすって印刷を行うスクリーン印刷は、印刷速度が遅く、精度が低いため、線幅の狭い回路パターンを高い生産効率で印刷することができないという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、線幅の狭い回路基板がインサートされた成形品を高い生産効率で回路基板を生産することである。

本発明は、回路基板がインサートされた成形品の製造方法であって、ロール版に導電性ペーストを塗布して印刷用パターンを形成し、前記ロール版に形成された印刷用パターンをフィルムに転写して回路パターンを形成する第１工程と、相対的に接近離間する一対の成形型の内部に、前記回路パターンが前記成形型の一方の型の成形面に対面するように、前記フィルムをセットする第２工程と、前記成形型によって形成されるキャビティ内部に溶融樹脂を射出する第３工程とを有することにより、上記課題を解決する。

上記発明において、前記第２工程は、前記回路パターンが形成されたフィルムに当該回路パターンを覆うように保護シートを積層し、前記保護シートの主面が前記一方の型の成形面に接するように、前記保護シートが積層されたフィルムを前記一方の型の成形面にセットする工程であり、さらに、前記第３工程により得られた成形品から前記保護シートを除去する第４工程を備えることができる。

上記発明において、前記第３工程と第４工程との間に、前記一方の型の成形面から出没するノックアウトピンにより前記保護シートを押して成形品を離型させる工程をさらに備えることができる。

上記発明において、前記第１工程は、さらに、前記フィルムに形成された回路パターンの上にカーボン層を形成し、前記回路パターンが形成されていないフィルムの上に絶縁層を形成する工程を含むようにすることができる。

上記発明において、前記第３工程において、前記フィルム及び回路パターンは、前記溶融樹脂の射出により前記一方の型の成形面に応じた形状に成形品が成形されるようにすることができる。

本発明の成形品の製造方法によれば、ロール版に形成された印刷用パターンをフィルムに転写することにより回路パターンを形成し、このフィルムをインサートして成形品を製造するので、回路の線幅を狭くすることができるとともに、生産時間を短縮することができる。その結果、線幅の狭い回路がインサートされた成形品を高い生産効率で生産することができる。

本発明の製造方法により得た成形品の斜視図である。 図１Ａに示す成形品のＩＢ-ＩＢ断面図である。 本発明における回路基板の平面図である。 図２Ａに示す回路基板のIIＢ-IIＢ断面図である。 回路パターンの印刷方式（その１）の概要図である。 回路パターンの印刷方式（その２）の概要図である。 回路パターンの印刷方式（その３）の概要図である。 回路パターンの印刷方式（その４）の概要図である。 回路基板にカーボン層、絶縁層を形成し、さらに保護シートを積層したシートの断面図である。 回路基板が成形型にセットされた状態を示す図である。 型締め後、溶融樹脂が射出された状態を示す図である。

以下において、例えば、その表面にデジタルカメラのスイッチ類の接点部として機能する回路基板が形成され、デジタルカメラの筺体の一部又は別部品として用いられる部材を成形品とした実施形態を説明する。

図１Ａ及び図１Ｂに本実施形態に係る成形品１の一例を示す。図１Ａに示すように、本実施形態の成形品１は、適宜の形に形成された樹脂基材６の表面に回路基板２が埋没されている。この回路基板２は、図１Ｂに示すように、フィルム３の主面に回路パターン４が形成されたものであり、樹脂基材６と一体に成形されている。樹脂基材６がデジタルカメラの筺体に相当し、回路基板２が図示しないスイッチ類の接点部に相当する。

以下、図面に基づいて、回路基板２がインサートされた成形品の製造方法を説明する。

まず、第１の工程として、図２Ａ及び図２Ｂに示す回路基板２を作製する。同図に示す回路基板２は、５０μｍ〜１５０μｍ程度のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリカーボネートなどの樹脂製のフィルム３の主面に、銀、銅、カーボンなどの導電材を含む導電性ペーストを用いて所望の形状の回路パターン４を印刷する。

本実施形態では、ロール版に導電性ペーストを塗布して印刷用パターンを形成し、ロール版に形成された印刷用パターンをフィルムに転写する印刷方式により回路パターンを形成して回路基板２を作製する。

具体的に、本実施形態では、オフセット印刷（平版印刷）、グラビア印刷（凹版印刷）、活版印刷（凸版印刷）などのロール版を用いた転写印刷方式により回路パターン４をフィルム３に印刷し、回路基板２を作製する。

ここで、各印刷手法を説明する。

図３は、オフセット印刷（平版印刷）方式の概要図である。
オフセット印刷（平版印刷）方式では、まず、導電性ペースト（インキ）が載る親油性の部分と親水性の部分を版胴Ａ１の外周に形成された版Ａ２に形成する。この版Ａ２に水ローラＡ４から水を供給すると、線画部は水をはじき非線画部には水が付着する。また、インキローラＡ３から導電性ペーストＫを供給すると、親油性の線画部に導電性ペーストが載る。これを樹脂製のブランケット胴Ａ５に転写すると、導電性ペーストが塗布された印刷用パターンがブランケット胴Ａ５に形成される。そして、圧胴Ａ６で押さえて印圧を与えつつ、ブランケット胴Ａ５に形成された印刷用パターンを、フィルム３に転写して、回路パターンを形成する。

図４は、活版印刷（凸版印刷）方式に属するフレキソ印刷方式の概要図である。
フレキソ印刷（凸版印刷）方式では、版胴Ｂ１の外周に形成された凸版Ｂ２に、アニックスロールＢ３を介して導電性ペーストＫを供給し、圧胴Ｂ４で押さえて印圧を与えつつ、版Ｂ２の凸により形成された印刷用パターンを、フィルム３に転写して、回路パターンを形成する。このフレキソ印刷方式では版Ｂ２が柔軟（フレキシブル）な樹脂やゴムで形成されている。

図５は、グラビア印刷（凹版印刷）方式の概要図である。
グラビア印刷（凹版印刷）方式では、凹版Ｃ２を有する版胴Ｃ１を、導電性ペースト槽Ｃ３に浸漬し、ドクターブレードＣ４で余分な導電性ペーストを掻きとって凹部にのみ導電性ペーストを残す。そして、圧胴Ｃ５で押さえて印圧を与えつつ、版Ｃ２の凹により形成された印刷用パターンを、フィルム３に転写して、回路パターンを形成する。

図６は、グラビア印刷方式の特徴とオフセット印刷方式の特徴を併せ持つ、オフセットグラビア印刷方式の概要図である。
オフセットグラビア方式では、凹版Ｄ２を有する版胴Ｄ１を、導電性ペースト槽Ｄ３に浸漬し、ドクターブレードＤ４で余分な導電性ペーストを掻きとって凹部にのみ導電性ペーストを残す。この版Ｃ２の凹により形成された印刷用パターンを、ブランケットロールＤ５に転写する。ブランケットロールＤ５に形成された印刷用パターンを、所定の印圧を与えつつフィルム３に転写して、回路パターンを形成する。

以上に例示した、ロール版に形成された印刷用パターンをフィルムに転写する印刷方式によれば、線幅が狭い、輪郭がシャープな線図を印刷することができる。また、転写方式であるので、短いタクトタイムで回路基板２を作製することができる。ちなみに、グラビア印刷の通常印刷速度は数十ｍ／ｍｉｎ〜１００ｍ／ｍｉｎ程度であり、最高では１０００ｍ／ｍｉｎ程度まで可能である。

特に、グラビア印刷（凹版印刷）、オフセットグラビア印刷方式、活版印刷（凸版印刷）方式では、凸版又は凹版により印刷用パターンを形成するため、凸版又は凹版の加工精度に応じた高い印刷精度を実現することができる。このため、これらの印刷方式によれば、線幅が５μｍ〜８０μｍ程度のピッチの回路パターンを高い生産効率で形成することができる。

ところで、本実施形態の印刷方式とは異なり、スクリーン印刷方式は、版が平で、版に形成された孔を通過させたインクをフィルムに印刷する方式である。

具体的に、スクリーン印刷方式では、スクリーン版内にインク（導電性ペースト）を入れて、スキージと称するヘラを所定のスキージ角度でスクリーン版に当接させ、スキージ角度を維持しつつスキージを移動させる。このスキージの移動に伴いスクリーン版の上でインクが移動する。このとき、スクリーン版に形成された孔をインクが通過し、通過したインクがスクリーン版の下にあるフィルムに転写される。一回の印刷が終わったら、次のフィルムを印刷するため、印刷済のフィルムを取り除き、新たなフィルムをスクリーン版の下にセットし、同じようにスキージを移動させて印刷を行う。

このように、スクリーン印刷方式は、一回の印刷が終了するたびに印刷済のフィルムを取り除き、新たなフィルムをセットする必要があるので、転写印刷方式よりも印刷速度が大幅に遅い。また、スクリーン印刷方式は、版をスキージでこするというものであるが、スキージの移動速度の高速化には限界があり、必然的に１回の印刷時間がスキージの移動時間以上になるので、印刷速度の高速化が困難である。

さらに、スクリーン印刷方式は、版をスキージでこすることから、スクリーンの伸縮により再現性や精密度が低くなる。さらに孔版を形成するレジストの劣化も起こるため、孔版の耐久性にも限界がある。また、スクリーン印刷方式による回路パターンの微細化には、スキージのアタック角度（スキージの取り付け角）、スキージ角度（スキージの当接角、取り付け角）、スキージ速度（スキージの移動速度，いわゆる印刷速度）、コート速度（スキージが前進した後、ドクターブレードがインクを後方から塗り広げる時の速度）、ドクター角度（ドクターブレードの当接角度）、版離れ量（スキージにてインクを転写した直後、版がフィルムから離れる量）、版のクリアランス条件（スクリーン版の下面とフィルムとの間隙）の設定、印圧（スキージにかける圧力）などの要因をコントロールする必要がある。

これに対し、本実施形態のロール版に形成された印刷用パターンをフィルムに転写する印刷方式は、ロール版がフィルム３に接触することで回路パターン４が形成されるので、連続的な高速印刷が可能である。また、凹凸加工精度に応じた高い精度で形成された版により形成された回路パターン４を、直接フィルムに転写することができるので、回路パターンの微細化及び細線化が可能である。

次の工程では、必要に応じて、回路基板２に保護加工を行う。図７は、保護加工がされた回路基板２の断面図である。断面視の方向は、図２Ａに示すIIＢ−IIB方向と共通の方向である。

まず、フィルム３に回路パターン４を印刷した後、回路パターン４を保護するためのカーボン層７を形成する。具体的には、回路パターン４の上にカーボンペーストを重ねて印刷する。カーボン層７は導電性を備えるので、回路パターン４の機能を保ちつつ、回路パターン４を外部の衝撃から保護する。

また、回路パターン４が形成されていないフィルム３の上には、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂をベースにした液状のカバーコートインクを用いて、同じく印刷により絶縁層８を形成する。これにより、回路パターン４間にマイグレーションなどによる短絡が起こることを防止する。

さらに、成形工程を経る回路基板２を保護するため、成形型に対面する面に保護シート５を積層する。図７に示すように、保護シート５は、回路パターン４又は回路パターン４の上に形成されたカーボン層７を覆うように積層されている。保護シート５の材質は特に限定されないが、成形型１４ｂ（図８）に対する離型容易性の観点からシリコン系樹脂を用いることが好ましい。
また、この保護シート７は成形後に取り除かれるため、保護シート７と回路パターン４との間及び／又は保護シート７と成形面との間には、微粘着性を備える剥離剤又は剥離シートを介在させることが好ましい。なお、この保護シート５を積層する工程は設けなくてもよいし、保護シート５の積層に代えて、他の保護手法を用いることも可能である。

次の工程では、作製した回路基板２をインサート成形する。インサート成形の工程を図８及び図９に基づいて説明する。図８は、回路基板が成形型にセットされた状態を示す図であり、図９は型締め後、溶融樹脂が射出された状態を示す図である。

図８及び図９に示す射出成型装置１０は、樹脂を可塑化、軽量及び射出させるホッパ１１と、図外の射出シリンダ及びブランジャと、ゲートノズル１３と、ゲートノズル１３が嵌め込まれた固定型１４ａ（成形型の他方の型）と、この固定型１４ａと一対となってキャビティＣを形成し、相対的に接近離間する可動型１４ｂ（成形型の一方の型）とを有する。この一対の可動型１４ｂ及び固定型１４ａを型締めすることによって、その間には密閉可能なキャビティＣが形成される。また、ノックアウトピン１２は、型の開閉方向（図中矢印ｙ）に沿って往復運動が可能であり、型締め時には、キャビティＣから後退する方向に移動し、射出成型時にはキャビティＣの成形面と同一面を形成し、射出成形後、型開きをする際には、キャビティＣに向かって前進する方向に移動する。

図８及び図９に示す射出成型装置１０では、ゲートノズル１３が嵌め込まれた固定型１４ａを固定としたので、図外の型締め装置により可動型１４ｂが固定型１４ａに対して上下に移動させられる。もちろん、成形型１４ａ，１４ｂは、横型であっても良いし、成形型１４ｂを固定型としてもよい。なお、同図では、説明の簡素化のためにキャビティＣを単純な形状としたが、実際は、成形品１が組み込まれるデジタルカメラなどの電子機器の筺体の構造に応じた形状となる。

図８に示すように、可動型１４ｂを固定型１４ａから離間させ、キャビティＣが開放された状態で、先に作製した回路基板２をキャビティＣ内にセットする。このとき、フィルム３に形成された回路パターン４が可動型１４ｂの成形面に対面するようにセットする。このとき、回路基板２にカーボン層７が形成されている場合は、カーボン層７も可動型１４ｂの成形面に対面している。

また、回路パターン４が保護シート５に覆われている場合は、図８に示すように、保護シート５の主面が可動型１４ｂの成形面に接するように、保護シート５が積層されたフィルム３を可動型１４ｂの成形面にセットする。これにより、回路パターン４が可動型１４ｂに直接接触しないようにすることができ、回路パターン４にかかる負荷を軽減することができる。

回路基板２をキャビティＣにセットしたら、インサート射出成形工程に移る。射出される樹脂は、特に限定されないが、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合樹脂（ＡＢＳ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ＰＣ／ＡＢＳポリマーアロイ樹脂、又はエラストマーを用いることができる。

まず、可動型１４ｂを固定型１４ａに接近させ、密閉されたキャビティＣを形成する。射出に備え、樹脂を射出温度に加熱し、成形型１４ａ，１４ｂを所定温度に昇温させる。ＡＢＳ樹脂を用いる場合は、ＡＢＳ樹脂を射出温度である２２０〜２６０℃に加温し、成形型１４ａ，１４ｂを７０〜８０℃に昇温させる。

そして、ゲートノズル１３はホッパ１１から供給された所定量の溶融樹脂をキャビティＣ内に射出する。
この溶融樹脂の射出により、回路パターン４が形成されたフィルム３は、溶融樹脂の射出により可動型１４ｂの成形面に応じた形状に成形される。つまり、回路パターン４及びフィルム３は、樹脂基材６の形状に沿った形状となり、樹脂基材６と一体として成形品１を構成する。

所定時間の放熱工程を経て、型開きを行う。可動型１４ｂを固定型１４ａから離間させるように移動させる。成形品１は凹凸形状が付された可動型１４ｂとともに固定型１４ａから離れる。可動型１４ｂに設けられたノックアウトピン１２を、キャビティＣ側に押し出す。これにより、ノックアウトピン１２が可動型１４ｂの成形面から突き出て、成形品１に当接し、成形品１はノックアウトピン１２に押し出され、離型する。

このとき、回路基板２に保護シート５が積層されていれば、ノックアウトピン１２は保護シート５に接し、直接、回路パターン４に接しない。このため、回路パターン４に負荷をかけることなく、容易に離型を行うことができる。

最後に、離型後、成形品１から保護シート５を除去して、使用可能な状態の成形品１を得る。

以下、本実施形態の回路基板２に係る実施例を説明する。
実施例１は、図６で示すグラビアオフセット印刷方式により、Ａｇペースト（藤倉化成株式会社製 ＦＡ３３３）を用いて、厚さ１００μｍのＰＥＴフィルムに、下掲の表１のとおりの印刷条件で回路パターンの印刷を行った。

他方、比較例１は、スクリーン印刷方式により、実施例と同じＡｇペースト（藤倉化成株式会社製 ＦＡ３３３）を用いて、厚さ１００μｍのＰＥＴフィルムに、下掲の表１のとおりの印刷条件で回路パターンの印刷を行った。

表１に示すように、グラビアオフセット印刷方式による実施例１の生産速度は１０sec/sheetであり、スクリーン印刷方式による比較例１の生産速度１５sec/sheetよりも生産時間を短縮することができた。

また、表１に示すように、グラビアオフセット印刷方式による実施例１の回路線幅は５０μｍであり、スクリーン印刷方式による比較例１の回路線幅１００μｍよりも細線化させることができた。

このように、本実施形態の製造方法によれば、線幅の狭い回路がインサートされた成型品を高い効率で生産することができる。また、線幅を狭くすることが可能であるため、回路パターンを高密度にすることができる。その結果、回路基板がインサートされる成形品を小型にすることができる。さらに、小型化によって、生産コストを低減させることができる。

本実施形態の成形品１は、デジタルカメラなどの電子機器の筺体として用いられる。本実施形態の製造方法によれば電子機器の筺体の内側表面に回路パターン４を形成することができる。このような筺体を用いることができれば、電子機器の内部にフレキシブル基板を実装する作業が不要となり、フレキシブル基板のハンドリングによる損傷などを防止することができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

１…成形品（電子機器の筺体など）
２…回路基板
３…フィルム
４…回路パターン
５…保護シート
６…樹脂基材
７…カーボン層
８…絶縁層
１０…射出成形装置
１３…ゲートノズル
１４ａ…固定型（他方の型）
１４ｂ…可動型（一方の型）
Ｃ…キャビティ

Claims (5)

1. 回路基板がインサートされた成形品の製造方法であって、
   ロール版に導電性ペーストを塗布して印刷用パターンを形成し、前記ロール版に形成された印刷用パターンをフィルムに転写して回路パターンを形成する第１工程と、
   相対的に接近離間する一対の成形型の内部に、前記回路パターンが前記成形型の一方の型の成形面に対面するように、前記回路パターンが形成されたフィルムをセットする第２工程と、
   前記成形型によって形成されるキャビティ内部に溶融樹脂を射出する第３工程と、を有する製造方法。
2. 請求項１に記載の製造方法において、
   前記第２工程は、前記回路パターンが形成されたフィルムに当該回路パターンを覆うように保護シートを積層し、前記保護シートの主面が前記一方の型の成形面に接するように、前記保護シートが積層されたフィルムを前記一方の型の成形面にセットする工程であり、
   さらに、前記第３工程により得られた成形品から前記保護シートを除去する第４工程を有する製造方法。
3. 請求項２に記載の製造方法において、
   前記第３工程と第４工程との間に、前記一方の型の成形面から出没するノックアウトピンにより前記保護シートを押して成形品を離型させる工程をさらに有する製造方法。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の製造方法において、
   前記第１工程は、さらに、前記フィルムに形成された回路パターンの上にカーボン層を形成し、前記回路パターンが形成されていないフィルムの上に絶縁層を形成する工程を含む製造方法。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の製造方法において、
   前記第３工程において、前記フィルム及び回路パターンは、前記溶融樹脂の射出により前記一方の型の成形面に応じた形状に成形される成形品の製造方法。

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