JP2013128013A - 立体回路基板の製造方法、立体回路基板、近接センサ及び発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凹部の壁面に形成される反射面の面粗度を低減し、発光素子からの放射強度を向上する。
【解決手段】１ショットレーザ輪郭除去法による立体回路基板は次の様に製造される。成形した樹脂基板５には、すり鉢状の凹部５ａが形成される。樹脂基板５の表面に、スパッタリングによりＣｕ薄膜７を形成する。Ｃｕ薄膜７のうち、回路パターンを形成する部分の輪郭８をレーザ光で除去する。給電部分を含む所定範囲に電解Ｃｕめっきが行われ、Ｃｕ薄膜７ｂにＣｕめっき層９ｂを厚付けする。エッチングにてＣｕめっき層９ｂの一部を除去すると共に、樹脂基板５の周囲におけるＣｕ薄膜７ｄを除去する。回路パターンを形成するＣｕめっき層９ｂの部分に対してワット浴でＮｉめっきを行い、Ｎｉめっき層１４を形成する。その上にＡｕめっきを行い、Ａｕめっき層１６を形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、少なくとも発光素子が実装される立体回路基板を製造する立体回路基板の製造方法、立体回路基板、並びに立体回路基板を備える近接センサ及び発光装置に関する。

近年、携帯情報端末等の電子機器は機能毎に製造された各モジュールが基板上に組み合わせて実装されることが多く、電子機器の高機能化が急速に進展している。また、省資源化及び携帯性の観点から、電子機器の薄型化及び軽量化が望まれている。

しかし、電子回路を形成するガラスエポキシ基板等のプリント配線基板は平面的な構造をしており、更に電子部品の実装形態にも制約があるため、更なる高機能化と薄型化と軽量化とを同時に達成することが困難となっている。

この様な背景の下、射出成形品の表面に立体的な電気回路を直接的に形成するＭＩＤ（Molded Interconnected Device）技術が注目されている。ＭＩＤ技術は、モジュールを実装するためのモジュール基板に、機構部品としての機械的機能と配線回路基板としての電気的機能とを与えることができる。従って、ＭＩＤ技術は、電子機器の小型化と電子機器を構成するモジュール基板の高精度化とを同時に実現することができ、更に、モジュール基板の組み立て工数を削減することができる。

上述した立体回路基板を備える近接センサには、発光受光分離型の近接センサと発光受光一体型の近接センサとが知られている。発光受光分離型の近接センサは、発光素子と受光素子とが異なる基板上にそれぞれ形成されて構成されたものである。例えば、発光素子はＭＩＤ基板上に形成され、受光素子はプリント基板上に形成される。一方、発光受光一体型の近接センサは、発光素子と受光素子が同一の基板、例えば、プリント基板、ＭＩＤ基板及び積層セラミック基板のうちいずれかの基板上に形成されたものである。

また、従来から、立体回路基板を製造する方法には、２ショット法とＬＤＳ法とが知られている。２ショット法は、２度の射出成形を行って立体回路基板を製造する方法である。一方、ＬＤＳ（Laser-Direct-Structuring）法は、例えば銅原子を含む有機材料で覆われた樹脂を用いて目的の回路パターンに沿ってレーザ光を照射し、レーザ光が照射された箇所に銅めっきを析出させることにより、回路を形成する方法である。

発光素子の実装に関する先行技術として、凹面に反射面が形成された樹脂基板に発光素子が搭載された透明基板と、受光素子が搭載された透明基板と、フレネルレンズと半球レンズとが一体化されたフォトインタラプタが知られている（例えば特許文献１参照）。このフォトインタラプタでは、発光素子からの光が反射面において平行光束線として反射され、照射光集光手段としてのフレネルレンズによって集光され、被検出物に照射される。また、被検出物からの反射光は、反射光集光手段としての半球レンズに集光され、受光素子に導かれる。

特開平０５−２７０３４号公報

しかしながら、従来の立体回路基板の製造方法では、次の様な問題があった。即ち、従来の２ショット法及びＬＤＳ法を用いて凹部の壁面に反射面を形成した場合、面粗度が高くなり、回路パターンを形成する基板の表面が荒くなる。このため、この様な基板上に発光素子を実装した場合には、発光素子からの光が効率的に集光できずに拡散してしまい、発光素子からの放射強度を上げることが困難であった。

発光素子からの放射強度は、発光素子から出射された直接光の放射強度と、発光素子から出射された直接光が凹部の壁面において反射した反射光の放射強度との和によって定まる。壁面の反射率が悪い場合には、反射光の放射強度が、壁面の反射率が良い場合の反射光の放射強度に比べて低くなる。

また、上記した特許文献１では、フレネルレンズを用いて放射強度を上げなければならず、フレネルレンズが一体化された透明基板などの部材を必要とした。このため、立体製造板の製造コストがかかり、部品点数の削減も困難であった。

本発明は、従来の事情に鑑みてなされたものであり、凹部の壁面に形成される反射面の面粗度を低減し、発光素子からの放射強度を向上する立体回路基板の製造方法、立体回路基板、近接センサ及び発光装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の立体回路基板の製造方法は、発光素子が実装される立体回路基板の製造方法であって、前記発光素子が載置される底面と前記底面を囲む壁面とを有する凹部を含む立体回路基板を準備する工程と、前記立体回路基板の前記凹部の底面及び壁面を含む表面に銅薄膜を形成する工程と、前記銅薄膜を除去して回路の輪郭を形成する工程と、前記輪郭で囲まれた前記底面及び前記壁面に形成された前記銅薄膜に銅めっきを行い、銅めっき層を形成する工程と、前記底面及び前記壁面に形成された前記銅めっき層にニッケルめっきを行い、ニッケルめっき層を形成する工程と、前記形成された前記ニッケルめっき層に金膜を形成する工程と、を有する。

更に、本発明の第２の立体回路基板の製造方法は、前記金膜の面粗度が０．０５〜０．５μｍであることを特徴とする。

更に、本発明の第３の立体回路基板の製造方法は、前記準備する工程では、射出成形により前記立体回路基板が成形され、前記射出成形においては、前記凹部に当接すると共に研磨された凸部の面を有する金型が用いられることを特徴とする。

更に、本発明の第４の立体回路基板の製造方法は、前記ニッケルめっき層を形成する工程では、ワット浴でニッケルめっきを行うことを特徴とする。

更に、本発明の第５の立体回路基板の製造方法は、前記銅めっき層を形成する工程の後、前記立体回路基板に形成された前記銅薄膜を削る工程を更に行うことを特徴とする。

更に、本発明の第６の立体回路基板の製造方法は、前記準備する工程の前記射出成形では、前記立体回路基板に、受光素子が載置される底面と前記底面を囲む壁面とを有する第２凹部を更に成形し、前記銅めっき層を形成する工程では、前記第２凹部の底面に形成された前記銅薄膜に銅めっきを行い、銅めっき層を形成し、前記ニッケルめっき層を形成する工程では、前記第２凹部の底面に形成された銅めっき層にニッケルめっきを行い、ニッケルめっき層を形成し、前記金膜を形成する工程では、前記第２凹部の底面に形成されたニッケルめっき層に金膜を形成することを特徴とする。

更に、本発明の第１の立体回路基板は、上述した第１〜第６の各発明のうちいずれか一項に記載の立体回路基板の製造方法によって製造されることを特徴とする。

更に、本発明の第２の立体回路基板は、上述した第１の立体回路基板であって、前記凹部及び前記第２凹部とともに、照度を検出する照度センサが底面に載置される第３凹部が更に形成されたことを特徴とする。

更に、本発明の第１の近接センサは、第１の立体回路基板を有する近接センサであって、前記凹部の底面に載置された発光素子と、前記第２凹部の底面に載置され、前記発光素子が投射した光の反射光を受光する受光素子と、を備えることを特徴とする。

更に、本発明の第２の近接センサは、第３の立体回路基板を有する近接センサであって、前記凹部の底面に載置された発光素子と、前記第２凹部の底面に載置され、前記発光素子が投射した光の反射光を受光する受光素子と、前記第３凹部の底面に載置された照度センサと、を備えることを特徴とする。

更に、本発明の第３の近接センサは、第１〜第５のうちいずれかの立体回路基板の製造方法によって製造される２つの立体回路基板を用いて構成される近接センサであって、前記近接センサは、第１の立体回路基板と、前記第１の立体回路基板と異なる第２の立体回路基板とにより分離して構成され、前記第１の立体回路基板には前記発光素子が載置され、前記第２の立体回路基板には受光素子が載置されることを特徴とする。

更に、本発明の第１の発光装置は、第１〜第５のうちいずれかの立体回路基板の製造方法によって製造される立体回路基板を用いて構成される発光装置であって、前記立体回路基板には、前記発光素子が載置されることを特徴とする。

本発明によれば、凹部の壁面に形成される反射面の面粗度を低減することができ、発光素子からの放射強度を上げることができる。

従来の２ショット法による立体回路基板の製造プロセス（製造方法）を、立体回路基板の断面図を用いて時系列に説明する図 従来のＬＤＳ法による立体回路基板の製造プロセス（製造方法）を、立体回路基板の断面図を用いて時系列に説明する図 第１の実施形態における１ショットレーザ輪郭除去法による立体回路基板の製造プロセスの前半部を、立体回路基板の断面図を用いて時系列に説明する図 第１の実施形態における１ショットレーザ輪郭除去法による立体回路基板の製造プロセスの後半部を、立体回路基板の断面図を用いて時系列に説明する図 金型Ａと金型Ｂとを用いて樹脂基板を成形する様子を示す図 （Ａ）従来の２ショット法又はＬＤＳ法によって製造された立体回路基板の表面の粗さを説明するための立体回路基板の断面図、（Ｂ）本実施形態の１ショットレーザ輪郭除去法によって製造された立体回路基板の表面の粗さを説明するための立体回路基板の断面図 本実施形態の立体回路基板の凹部壁面の形状を示す図 発光素子が給電部分に実装された立体回路基板を有する近接センサの断面構造を示す断面図 照射強度の測定結果を示すグラフ 発受光一体型の立体回路基板の外観を示す斜視図 第２の実施形態における１ショットレーザ輪郭除去法による、発受光一体型の立体回路基板の製造プロセスの前半部を、立体回路基板の断面図を用いて時系列に説明する図 第２の実施形態における１ショットレーザ輪郭除去法による、発受光一体型の立体回路基板の製造プロセスの後半部を、立体回路基板の断面図を用いて時系列に説明する図 金型Ｂと金型Ｃとを用いて樹脂基板を成形する様子を示す図 発受光一体型の立体回路基板を有する近接センサの断面構造を示す断面図 照度センサが組み込まれた発受光一体型の立体回路基板を有する近接センサの断面構造を示す断面図 第１の実施形態における１ショットレーザ輪郭除去法による立体回路基板の製造プロセスの後半部を、立体回路基板の断面図を用いて時系列に説明する他の一例を示す図

（従来技術）
先ず、本発明に係る立体回路基板の製造方法を説明する前に、本発明に係る立体回路基板の製造方法と比較するために、従来技術として用いられた２ショット法及びＬＤＳ法によるそれぞれの立体回路基板の製造方法を、図１及び図２を参照して説明する。

図１及び図２の説明において、立体回路基板（樹脂基板）は、発光素子の電気回路が実装される例えば円形の底部と、当該底部を囲む様に形成された円形の凹部とにより構成される。

（２ショット法）
図１は、従来の２ショット法による立体回路基板の製造プロセス（製造方法）を、立体回路基板の断面図を用いて時系列に説明する図である。２ショット法による立体回路基板の製造プロセスは、以下の（工程ａ）〜（工程ｆ）に示す各プロセスの順番に従って行われる。

（工程ａ）一次成形のプロセスでは、後述する金属のめっき可能な材料（例えば樹脂等）に、目的の製品の形状に合わせた金型を用いることにより、射出成形により樹脂基板が成形される。

（工程ｂ）一次成形のプロセスの次の表面粗化のプロセスでは、金属のめっきと樹脂基板との密着力を出すために、（工程ａ）により成形された樹脂基板の表面がエッチングされる。これにより、樹脂基板の表面がアンカー構造となる。

（工程ｃ）表面粗化のプロセスの次の二次成形のプロセスでは、金属のめっきのパターンが不要な箇所がインサート成形によってマスキングされる。このマスキングには、例えば水溶性の樹脂が用いられる。

（工程ｄ）二次成形のプロセスの次の触媒付与のプロセスでは、金属のめっきが反応するための触媒が、二次成形のプロセスによってマスキングされた樹脂基板の全体に付与される。

（工程ｅ）触媒付与のプロセスの次の二次成形除去のプロセスでは、二次成形のプロセスにおいて付与されたマスクが除去される。これにより、二次成形のプロセスにおいてマスキングされていなかった箇所に、触媒付与のプロセスにおいて付与された触媒のパターンが残る。

（工程ｆ）最後に、二次成形除去のプロセスの次の無電解めっきのプロセスでは、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）等の金属が無電解めっきされる。これにより、二次成形除去のプロセスにおいて残った触媒のパターン上に、目的の電気回路パターンが形成される。

以上の様な各プロセスを経て、２ショット法による立体回路基板の製造方法は完了する。

（ＬＤＳ法）
図２は、従来のＬＤＳ法による立体回路基板の製造プロセス（製造方法）を、立体回路基板の断面図を用いて時系列に説明する図である。ＬＤＳ法による立体回路基板の製造プロセスは、以下の（工程ａ）〜（工程ｃ）に示すプロセスの順番に従って行われる。

（工程ａ）一次成形のプロセスでは、有機材料で覆われた例えば銅原子（Ｃｕ原子）を含む樹脂に、目的の製品の形状に合わせた金型を用いることにより、射出成形により樹脂基板が成形される。

（工程ｂ）一次成形のプロセスの次のレーザパターニングのプロセスでは、レーザを用いて目的の電気回路が形成される回路パターンの部分の表面に沿ってレーザ光の照射が行われる。これにより、レーザ光が照射された部分に、銅原子が露出する。

（工程ｃ）最後に、レーザパターニングのプロセスの次の無電解めっきのプロセスでは、銅（Ｃｕ）の無電解めっきが行われる。これにより、レーザパターニングのプロセスにおいて露出した銅原子が核となって無電解銅（Ｃｕ）めっき層が成長し、目的の電気回路の回路パターンが形成される。

なお、図２には図示していないが、（工程ｃ）無電解めっきのプロセスでは、銅（Ｃｕ）だけでなく、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）等の金属も無電解めっきされる。これにより、図２の（工程ｃ）において形成された目的の電気回路の回路パターンに、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）のめっき層が形成される。

以上の様な各プロセスを経て、ＬＤＳ法による立体回路基板の製造方法は完了する。

図１又は図２に示した従来の２ショット法又はＬＤＳ法を用いて、立体回路基板に設けられた凹部の壁面に反射面を形成した場合には、当該壁面の面粗度が高くなり、表面が荒くなる。従って、立体回路基板の凹部で囲まれた底部に発光素子が実装（載置）された場合には、発光素子からの光が拡散し、発光素子からの光の放射強度を向上することが困難であった。

（本実施形態）
次に、本実施形態の立体回路基板の製造方法、立体回路基板、近接センサ及び発光装置の実施形態について、図面を参照して説明する。

以下の各実施形態では、近接センサ、発光装置、或いは近接センサ若しくは発光装置に用いられる発光素子が実装される立体回路基板を製造する立体回路基板の製造方法を示す。

（第１の実施形態）
第１の実施形態では、発光素子が実装される立体回路基板の製造プロセス（製造方法）を説明する。

（１ショットレーザ輪郭除去法）
図３は、第１の実施形態における１ショットレーザ輪郭除去法による立体回路基板の製造プロセスの前半部を、立体回路基板の断面図を用いて時系列に説明する図である。図４は、第１の実施形態における１ショットレーザ輪郭除去法による立体回路基板の製造プロセスの後半部を、立体回路基板の断面図を用いて時系列に説明する図である。

本実施形態の立体回路基板の製造プロセス（製造方法）では、１ショットレーザ輪郭除去法が用いられる。１ショットレーザ輪郭除去法は、１度の射出成形を行い、射出成形された基板上における、目的の電気回路が実装される回路パターンの周囲の輪郭をレーザ光で照射し、所望の金属の層又は膜を形成させて立体回路基板を製造する方法である。

本実施形態の説明において、立体回路基板は、発光素子の電気回路が実装される例えば円形の底部（底面）と、当該底部（底面）の周囲を囲む壁面とにより形成された円形の凹部を有する構成である。本実施形態の１ショットレーザ輪郭除去法による立体回路基板の製造プロセス（製造方法）は、以下の（工程１）〜（工程６）のプロセスの順番に従って行われる。

（工程１）一次成形のプロセスでは、射出成形機において、発光素子が実装される立体回路基板の凹部の形状に合わせた金型として金型Ａと金型Ｂとが設置され、金型Ａと金型Ｂとの間の空間にめっき可能な樹脂材料が注入される。樹脂材料には、例えばポリフタルアミド（ＰＰＡ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）及び窒化アルミ（ＡｌＮ）が用いられ、以下の各実施形態においても同様である。（工程１）のプロセスは、本実施形態の立体回路基板１を準備する工程であって、同プロセスによって、本実施形態の立体回路基板１の下地（一次成形品）としての樹脂基板５が成形される。なお、準備する工程としては、（工程１）の一次成形のプロセスにて樹脂基板５を射出成形する工程に限定されず、例えば第三者（例えば製造委託者等）から購入した樹脂基板５を用いる工程も含まれる。図３に示す様に、樹脂基板５には、金型Ａ及び金型Ｂの形状に合わせて、すり鉢状の凹部５ａが形成される。

図５は、金型Ａと金型Ｂとを用いて樹脂基板５を成形する様子を示す図である。金型Ａには、樹脂基板５の凹部５ａに当接する凸部１１ａが形成されている。この凸部１１ａの先端面１１ｂは予め平坦な面に研磨されており、更に凸部１１ａの側面１１ｃも予め平滑な面又は曲面に研磨されている。

（工程１）のプロセスは、予め研磨された先端面１１ｂ及び側面１１ｃを有する金型Ａを用いることにより、射出成形された樹脂基板５の凹部５ａに、底部としての平滑な底面５ｂ及び平滑な壁面５ｃを形成することができる。

なお、（工程１）のプロセスでは、射出成形された樹脂基板５の凹部５ａに、平滑な底面５ｂ及び曲面的に滑らかな壁面５ｃが形成されてもよい。また、（工程１）のプロセスと（工程２）のプロセスとの間では、一次成形品としての樹脂基板５に対してプラズマ処理されることが好ましい。これにより、樹脂基板５の表面が活性化することになる。

（工程２）一次成形のプロセスの次のメタライジングのプロセスでは、樹脂基板５の表面又は全面に、スパッタリングにより例えばＣｕ薄膜（銅薄膜）７が形成される。（工程２）のプロセスでは、樹脂基板５の表面又は全面に形成されるＣｕ薄膜７の厚さは例えば０．３μｍである。（工程１）のプロセスでは研磨された金型Ａが用いられているため、樹脂基板５の凹部５ａの表面（底面５ｂ，壁面５ｃ）は滑らかに形成されている。従って、（工程２）のプロセスにおいて、樹脂基板５の表面に形成されたＣｕ薄膜７も同様に滑らかに形成される。

（工程３）メタライジングのプロセスの次のレーザパターニングのプロセスでは、Ｃｕ薄膜７に対し、目的の発光素子の電気回路が実装される回路パターンを形成する箇所を含む所定範囲の輪郭８の部分がレーザ光により除去される。この所定範囲は、樹脂基板５の凹部５ａの左側表面の一部から凹部５ａの左側の壁面５ｃ、底面５ｂ、凹部５ａの右側の壁面５ｃ、樹脂基板５の右側表面の一部にまで及ぶ範囲である（図３の（工程３）参照）。この結果、樹脂基板５には、上述した所定範囲の輪郭８の部分が除去されたＣｕ薄膜７ｂ，７ｄが残る。

（工程４）レーザパターニングのプロセスの次の電解Ｃｕめっきのプロセスでは、目的の発光素子の電気回路が実装される給電部分を含む所定範囲（上述参照）に電解Ｃｕ（銅）めっきが行われる。この電解Ｃｕめっきにより、目的の発光素子の電気回路が実装される給電部分を含む所定範囲の輪郭８の部分に囲まれたＣｕ薄膜７ｂにＣｕめっき層９ｂが厚付け、即ち、所定の厚さを有するＣｕめっき層９ｂが形成される（図３の（工程４）参照）。（工程４）のプロセスでは、Ｃｕめっき層９ｂの厚さは１２μｍである。

なお、（工程１）のプロセスにおいて研磨された金型が用いられているため、Ｃｕめっき層９ｂの下地部分となる樹脂基板５の成形面、更にこの成形面上に形成されたＣｕ薄膜７ｂの表面が滑らかである。このため、Ｃｕめっき層９ｂの厚さは比較的薄くてもよい。

（工程５）電解Ｃｕめっきのプロセスの次のエッチングのプロセスでは、１つ前の電解ＣｕめっきのプロセスにおいてＣｕめっき層９ｂが形成された樹脂基板５に対して、等方性又は異方性のエッチングが行われる。（工程５）のエッチングにより、Ｃｕめっき層９ｂの表面は、例えば厚さ２μｍ程一様に溶融するため、滑らかになる。これにより、Ｃｕめっき層９ｂの厚さは１０μｍになる。

また、この（工程５）のエッチングのプロセスでは、Ｃｕめっき層９ｂの他に、樹脂基板５の表面の一部、側面及び背面にも形成されているＣｕ薄膜７ｄに対してもエッチングが行われる。これにより、樹脂基板５の表面の一部、側面及び背面に形成されているＣｕ薄膜７ｄが削られる。

（工程６）最後に、エッチングのプロセスの次の電解Ｎｉ−Ａｕめっきのプロセスでは、電解めっきにより、ニッケル（Ｎｉ）のめっき層が形成され、ニッケル（Ｎｉ）のめっき層の上に、金（Ａｕ）のめっき層が更に形成される。

より具体的には、目的の発光素子の電気回路が実装される給電部分を含む所定範囲上に形成されたＣｕめっき層９ｂに対して、ワット浴によって電解Ｎｉめっきが行われる。これにより、Ｃｕめっき層９ｂにＮｉめっき層１４が形成される（図４の（工程６）参照）。（工程６）のプロセスでは、ワット浴を用いて、樹脂基板５の凹部５ａの底面５ｂ及び壁面５ｃにＮｉめっき層１４を形成することにより、非常に高い光沢性を実現することができ、更に平坦且つ滑らかにすることができる。なお、上述した様に、壁面５ｃは、平坦でなくても曲面であってもよい。

更に、（工程６）のプロセスでは、Ｎｉめっき層１４の上に対して電解Ａｕめっきが行われる。これにより、樹脂基板５の凹部５ａの底面５ｂ及び壁面５ｃの上に形成された各Ｎｉめっき層１４の上に、各Ａｕめっき層１６（金膜）が更に形成される。

図３及び図４の１ショットレーザ輪郭除去法により、本実施形態の立体回路基板は、目的の発光素子の電気回路が実装される給電部分を含む所定範囲に、Ｃｕ薄膜７ｂ、Ｃｕめっき層９ｂ、Ｎｉめっき層１４及びＡｕめっき層１６が順番に形成される。従って、本実施形態の立体回路基板は、発光素子からの光を反射するための反射面として設けられた樹脂基板５の壁面５ｃ上にも、Ｃｕ薄膜７ｂ、Ｃｕめっき層９ｂ、Ｎｉめっき層１４及びＡｕめっき層１６が順番に形成される。

この様なプロセスを経て、１ショットレーザ輪郭除去法による立体回路基板１は製造される。なお、上述したＣｕ薄膜７ｂ、電解めっきにより厚付けされるＣｕめっき層９ｂ、及びエッチング後のＣｕめっき層９ｂの厚さの値は、一例であり、この数値に限定されない。

本実施形態の立体回路基板の製造方法に１ショットレーザ輪郭除去法を用いると、立体回路基板の凹部の壁面の面粗度を低くすることができる。図６（Ａ）は、従来の２ショット法又はＬＤＳ法によって製造された立体回路基板の表面の粗さを説明するための立体回路基板の断面図である。図６（Ｂ）は、本実施形態の１ショットレーザ輪郭除去法によって製造された立体回路基板の表面の粗さを説明するための立体回路基板の断面図である。

図６（Ａ）に示す様に、従来の２ショット法又はＬＤＳ法によって形成されたＡｕのめっき層（Ａｕめっき膜）の面粗度を示す指標となる算術平均粗さ（Ｒａ）は、１μｍであり非常に大きいものであった。従って、図６（Ａ）に示す様に、従来の２ショット法又はＬＤＳ法によって電気回路が実装される回路パターン上に形成されたＡｕのめっき層（Ａｕめっき膜）は平坦でなく、滑らかでもなかった。

一方、図６（Ｂ）に示す様に、本実施形態の１ショットレーザ輪郭除去法によって形成されたＡｕのめっき層（Ａｕめっき膜）の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．０５〜０．５μｍの範囲として計測された。従って、図６（Ｂ）に示す様に、本実施形態の１ショットレーザ輪郭除去法によって電気回路が実装される回路パターン上に形成されたＡｕのめっき層（Ａｕめっき膜）は平坦であり、更に滑らかである。

図７は、本実施形態の立体回路基板の凹部５ａの壁面５ｃの形状を示す図である。凹部５ａの壁面５ｃは、直線状に形成されてもよいし、図７に示すように曲線状に形成されてもよい。この壁面５ｃの形状は、発光素子の発光特性に合わせて最適となるように設計される。例えば、図中、点ａと点ｂとを通る直線ａｂと、点ｂと点ｃとを通る直線ｂｃとがなす角度θは４０°〜８０°程度であることが好ましい。また、壁面５ｃの形状は、パラボラ形状であってもよい。

図８は、発光素子１０が給電部分に実装された立体回路基板１を有する近接センサ１９の断面構造を示す断面図である。図８は、発光素子１０が給電部分に実装された立体回路基板１を有する発光装置の断面構造を示す図でもよい。なお、本実施形態の発光装置は、立体回路基板１の凹部５ａの底面５ｂに発光素子１０Ａが載置（実装）されて構成される。図８に示す様に、発光素子１０はＡｕめっき層１６の上に載置され、発光素子１０とＡｕめっき層１６とは接着剤１７によって固定される。発光素子１０から放射される光は、直接に出射され、又は凹部５ａの壁面５ｃに形成された反射面によって正反射されて拡散が抑制された状態で前方（図８中、上方）に出射される。

図９は、放射強度の測定結果を示すグラフである。縦軸は放射強度（ｍＷ／ｓｒ）を表す。従来の２ショット法又はＬＤＳ法を用いたＡｕめっき層の算術平均粗さＲａが１μｍである場合に比べ、本実施形態の１ショットレーザ輪郭除去法を用いた場合のＡｕめっき層の算術平均粗さＲａが０．５μｍである場合、発光素子からの放射強度は１８％アップすることが確かめられた。

また、立体回路基板１のＡｕめっき層の算術平均粗さＲａが低くなり、発光素子が実装される給電部分となる回路パターンの表面が平滑化されることにより、実装時におけるワイヤボンディングの品質が向上することになる。

以上により、第１の実施形態の立体回路基板の製造方法によれば、凹部５ａの壁面５ｃに形成される反射面（Ｎｉめっき層，Ａｕめっき層）の面粗度（算術平均粗さＲａ）を低減することができ、発光素子からの放射強度を向上することができる。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、発光素子が実装される立体回路基板の製造プロセスを説明した。第２の実施形態では、発光素子及び受光素子が共に実装される発受光一体型の立体回路基板の製造プロセスを説明する。

図１０は、発受光一体型の立体回路基板２１の外観を示す斜視図である。発受光一体型の立体回路基板２１では、第１凹部としてのすり鉢状の凹部２５ａの底部（底面）に発光素子が実装され、第２凹部としての矩形の凹部２５ｂの底部（底面）に受光素子が実装され、発受光一体型素子である近接センサが形成される。この様な近接センサを用いた場合、発光素子と受光素子とが異なる基板に実装される近接センサに比べて、発光素子と受光素子の光学的な調整が不要となり、取扱いが容易になる。

図１１は、第２の実施形態における１ショットレーザ輪郭除去法による、発受光一体型の立体回路基板の製造プロセスの前半部を、立体回路基板の断面図を用いて時系列に説明する図である。図１２は、第２の実施形態における１ショットレーザ輪郭除去法による、発受光一体型の立体回路基板の製造プロセスの後半部を、立体回路基板の断面図を用いて時系列に説明する図である。

本実施形態の立体回路基板の製造プロセス（製造方法）でも、第１の実施形態と同様に、１ショットレーザ輪郭除去法が用いられる。１ショットレーザ輪郭除去法による立体回路基板の製造は、第１の実施形態と同様に、以下の（工程１）〜（工程６）のプロセスの順番に従って行われる。

（工程１）一次成形のプロセスでは、射出成形機において、発受光一体型素子の形状に合わせた金型として、すり鉢状の凹部２５ａを形成するために金型Ａと金型Ｂとが設置され、更に矩形の凹部２５ｂを形成するために金型Ｂと金型Ｃとが設置される。この後、第１の実施形態と同様に、金型Ａと金型Ｂとの間、及び金型Ｂと金型Ｃとの間の各空間にめっき可能な樹脂材料が注入される。（工程１）のプロセスは、本実施形態の立体回路基板２１を準備する工程であって、同プロセスにより、本実施形態の立体回路基板２１の下地（一次成形品）としての樹脂基板２５が成形される。なお、準備する工程としては、（工程１）の一次成形のプロセスにて樹脂基板２５を射出成形する工程に限定されず、例えば第三者（例えば製造委託者等）から購入した樹脂基板２５を用いる工程も含まれる。図１１に示す様に、樹脂基板２５には、金型Ａ及び金型Ｂのすり鉢状の凹部２５ａ、及びこれに隣接して矩形の凹部２５ｂが形成される。

図１３は、金型Ｂと金型Ｃとを用いて樹脂基板を成形する様子を示す図である。金型Ｃには、樹脂基板２５の凹部２５ａに当接する凸部１１ｄが形成されている。この凸部１１ｄの先端面１１ｂは予め平坦な面に研磨されており、更に凸部１１ｄの側面１１ｃも予め平滑な曲面に研磨されている。本実施形態において、金型Ａは凹部２５ａに合わせた形状を有する凸部（不図示）が形成され、金型Ｃは凹部２５ｂに合わせた形状を有する凸部（不図示）が形成される。また、本実施形態では、製造効率を向上させるために、金型Ａと金型Ｃとは一体に構成された金型であることが好ましい。

この様な表面を有する金型Ａ及び金型Ｃを用いて射出成形された樹脂基板２５の凹部２５ａ、２５ｂでは、平坦な底面及び平滑な壁面が形成される。また、第１の実施形態と同様に、（工程１）のプロセスと（工程２）のプロセスとの間では、一次成形品としての樹脂基板５に対してプラズマ処理されることが好ましい。これにより、樹脂基板５の表面が活性化することになる。

（工程２）一次成形のプロセスの次のメタライジングのプロセスでは、樹脂基板２５の表面又は全面に、スパッタリングにより例えばＣｕ（銅）薄膜２７が形成される。（工程２）のプロセスでは、樹脂基板２５の表面又は全面に形成されるＣｕ薄膜２７の厚さは例えば０．３μｍである。（工程１）のプロセスでは研磨された金型Ａ及び金型Ｃが用いられているため、樹脂基板２５の凹部２５ａ、２５ｂの表面（底面，壁面）は滑らかに形成されている。従って、（工程２）のプロセスにおいて、樹脂基板２５の表面に形成されるＣｕ薄膜２７も同様に滑らかに形成される。

（工程３）メタライジングのプロセスの次のレーザパターニングのプロセスでは、Ｃｕ薄膜２７に対し、目的の発光素子の電気回路が実装される回路パターンを形成する箇所を含む所定範囲の輪郭２８の部分がレーザ光により除去される。この所定範囲は、樹脂基板２５の凹部２５ａの左側表面の一部から凹部２５ａの左側の壁面、底面、凹部２５ａの右側の壁面、樹脂基板２５の右側表面の一部にまで及ぶ範囲である（図１１の（工程３）参照）。この結果、樹脂基板２５には、目的の発光素子の電気回路が実装される回路パターンを形成する箇所を含む所定範囲の輪郭２８の部分が除去されたＣｕ薄膜２７ｂが残る。

なお、（工程３）のレーザパターニングのプロセスでは、目的の受光素子の電気回路が実装される回路パターンを形成する輪郭２８の部分がレーザ光により除去される。この結果、樹脂基板２５には、目的の受光素子の電気回路が実装される回路パターンを形成する箇所の輪郭２８の部分が除去されたＣｕ薄膜２７ｃが残る。更に、凹部２５ａと凹部２５ｂとの間の領域においてＣｕ薄膜２７ｅが残る。

（工程４）レーザパターニングのプロセスの次の電解Ｃｕめっきのプロセスでは、目的の発光素子の電気回路が実装される給電部分を含む所定範囲（上述参照）に電解Ｃｕ（銅）めっきが行われる。更に、本プロセスでは、目的の受光素子の電気回路が実装される給電部分に電解Ｃｕ（銅）めっきが行われる。この電解Ｃｕめっきにより、Ｃｕ薄膜２７ｂ，２７ｃの上にＣｕめっき層２９が厚付け、即ち、所定の厚さを有するＣｕめっき層２９ｂ，２９ｃが形成される（図１１の（工程４）参照）。（工程４）のプロセスでは、Ｃｕめっき層の厚さは１２μｍである。なお、（工程１）のプロセスにおいて研磨された金型が用いられているため、Ｃｕめっき層２９ｂ，２９ｃの下地部分となる樹脂基板２５の成形面、更にこの成形面上に形成されたＣｕ薄膜２７ｂ，２７ｃの表面が滑らかに形成されている。このため、Ｃｕめっき層２９ｂ，２９ｃの厚さは比較的薄くてもよい。

（工程５）電解Ｃｕめっきのプロセスの次のエッチングのプロセスでは、１つ前の電解ＣｕめっきのプロセスにおいてＣｕめっき層２９ｂ，２９ｃが形成された樹脂基板２５に対して、等方性又は異方性のエッチングが行われる。（工程５）のエッチングにより、Ｃｕめっき層２９ｂ，２９ｃの表面は、例えば厚さ２μｍ程一様に溶融するため、滑らかになる。これにより、Ｃｕめっき層２９ｂ，２９ｃの厚さは１０μｍになる。

また、この（工程５）のエッチングのプロセスでは、Ｃｕめっき層２９ｂ，２９ｃの他に、樹脂基板２５の表面の一部、凹部２５ｂの底面の一部及び壁面、樹脂基板２５の側面及び背面にも形成されたＣｕ薄膜２７ｄ，２７ｅに対してもエッチングが行われる。これにより、樹脂基板２５の表面の一部、凹部２５ｂの底面の一部及び壁面、樹脂基板２５の側面及び背面に形成されたＣｕ薄膜２７ｄ，２７ｅが削られる。

（工程６）最後に、エッチングのプロセスの次の電解Ｎｉ−Ａｕめっきのプロセスでは、電解めっきにより、ニッケル（Ｎｉ）のめっき層が形成され、ニッケル（Ｎｉ）のめっき層の上に、金（Ａｕ）のめっき層が更に形成される。

より具体的には、目的の発光素子及び受光素子の各電気回路が実装される給電部分となるＣｕめっき層２９ｂ，２９ｃに対して、ワット浴によって電解Ｎｉめっきが行われる。これにより、Ｃｕめっき層２９ｂ，２９ｃ上にＮｉめっき層３４がそれぞれ形成される（図１２の（工程６）参照）。（工程６）のプロセスでは、ワット浴を用いて、樹脂基板２５の凹部２５ａの底面及び壁面にＮｉめっき層３４を形成することにより、非常に高い光沢性を実現することができ、更に平坦且つ滑らかにすることができる。なお、上述した様に、壁面は、平坦でなくても曲面であってもよい。

更に、（工程６）のプロセスでは、Ｎｉめっき層３４の上に対して電解Ａｕめっきが行われる。これにより、樹脂基板２５の凹部２５ａの底面及び壁面の上に形成された各Ｎｉめっき層３４の上に、各Ａｕめっき層３６（金膜）が更に形成される。

図１１及び図１２の１ショットレーザ輪郭除去法により、本実施形態の立体回路基板は、目的の発光素子及び受光素子の電気回路が実装される給電部分に、Ｃｕ薄膜２７ｂ，２７ｃ、Ｃｕめっき層２９ｂ，２９ｃ、Ｎｉめっき層３４及びＡｕめっき層３６が順番に形成される。従って、本実施形態の立体回路基板は、発光素子からの光を反射するための反射面として設けられた樹脂基板２５の凹部２５ａの壁面上にも、Ｃｕ薄膜２７ｂ、Ｃｕめっき層２９ｂ、Ｎｉめっき層３４及びＡｕめっき層３６が順番に形成される。

更に、本実施形態の立体回路基板は、目的の受光素子の電気回路が実装される給電部分に、凹部２５ｂの底面上にＣｕ薄膜２７ｃ、Ｃｕめっき層２９ｃ、Ｎｉめっき層３４及びＡｕめっき層３６が順番に形成される。

この様なプロセスを経て、１ショットレーザ輪郭除去法による発受光一体型の立体回路基板２１は製造される。なお、上述したＣｕ薄膜２７、電解めっきにより厚付けされるＣｕめっき層２９、及びエッチング後のＣｕめっき層２９の厚さの値は、一例であり、この数値に限定されない。

図１４は、発光素子３１及び受光素子３２が各給電部分に実装された発受光一体型の立体回路基板２１を有する近接センサ３９の断面構造を示す断面図である。凹部２５ａでは、発光素子３１はＡｕめっき層３６の上に載置され、発光素子３１とＡｕめっき層３６とは接着剤３７によって固定される。凹部２５ｂでは、受光素子３２はＡｕめっき層３６の上に載置され、受光素子３２とＡｕめっき層３６とは接着剤３７によって固定される。

発光素子３１から放射される光は、直接に出射され、又は凹部２５ａの壁面に形成された反射面によって正反射されて拡散が抑制された状態で前方（図中、上方）に出射される。また、被検出物によって反射された光（反射光）は、凹部２５ｂ内に入射すると、受光素子３２によって受光される。

以上により、第２の実施形態の立体回路基板の製造方法によれば、第１の実施形態の効果に加え、次の様な効果を得ることができる。即ち、凹部２５ａに発光素子が実装され、凹部２５ｂに受光素子が実装されることによって、発受光一体型素子である近接センサ３９が形成されるため、発光素子と受光素子の光学的な調整が不要となり、取扱いが容易になる。

以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種実施の形態の変更例または修正例、更に各種実施の形態の組み合わせ例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、第２の実施形態と同様の製造プロセスによって、照度センサが実装された発受光一体型の立体回路基板を製造することも可能である。図１５は、照度センサ３３が組み込まれた発受光一体型の立体回路基板４１を有する近接センサ４９の断面構造を示す断面図である。なお、第２の実施形態の近接センサ３９を構成する要素と同一の構成要素には、同一の符号が付加されている。樹脂基板２５には、受光素子３２が実装される凹部２５ｂと同様、照度センサ３３が実装される凹部２５ｃ（第３凹部）が形成される。

なお、上述した各実施形態では、（工程４）の電解Ｃｕめっきのプロセスの次にエッチングのプロセスが行われたが、エッチングのプロセスの前に、（工程５）としてＣｕめっき層９ｂ上にレジストＲｅが塗布されてもよい（図１６参照）。図１６は、第１の実施形態における１ショットレーザ輪郭除去法による立体回路基板の製造プロセスの後半部を、立体回路基板の断面図を用いて時系列に説明する他の一例を示す図である。レジストＲｅの塗布により、エッチングのプロセスにおいて凹部５ａの壁面５ｃのＣｕめっき層９ｂが削られることを避けることができる。以下、図１６を参照して、（工程５）以降のプロセスを説明する。

（工程５）電解Ｃｕめっきのプロセスの次のレジスト塗布のプロセスでは、樹脂基板５上に形成されたＣｕめっき層９ｂ上にレジストＲｅが塗布される。レジストＲｅが塗布される箇所は、目的の発光素子の電気回路が実装される回路パターンを形成する箇所を含む所定範囲に対応する。

（工程６）レジスト塗布のプロセスの次のエッチングのプロセスでは、レジスト塗布のプロセスにおいてレジストＲｅが塗布されていない箇所に対するＣｕ薄膜７ｄのエッチングが行われる。（工程６）のエッチングにより、Ｃｕ薄膜７ｄは削られる。

（工程７）エッチングのプロセスの次のレジスト剥離のプロセスでは、有機溶剤が用いられ、（工程５）のプロセスにおいてＣｕめっき層９ｂ上に塗布されたレジストＲｅが剥離される。

（工程８）最後に、レジスト剥離のプロセスの次の電解Ｎｉ−Ａｕめっきのプロセスでは、電解めっきにより、Ｎｉめっき層１４が形成され、続けてＮｉめっき層１４の上にＡｕめっき層１６が更に形成される。なお、図示は省略するが、第２の実施形態においても、図１６の（工程５）から（工程８）のプロセス、即ち目的の発光素子の電気回路が実装される回路パターンを形成する箇所を含む所定範囲にレジストＲｅが塗布されてもよい。

本発明は、発光素子が組み込まれる立体回路基板を製造する際、凹部の壁面に形成される反射面の面粗度を低減することができ、発光素子からの放射強度を上げることができ、有用である。

１、２１、４１ 立体回路基板
５、２５ 樹脂基板
５ａ、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ 凹部
５ｂ 底面
５ｃ 壁面
７、７ｂ、２７ Ｃｕ薄膜
８ 輪郭
９、９ｂ、２９ Ｃｕめっき層
１０、３１ 発光素子
１１ａ 凸部
１１ｂ 先端面
１１ｃ 側面
１４、３４ Ｎｉめっき層
１６、３６ Ａｕめっき層
１７、３７ 接着剤
１９、３９、４９ 近接センサ
３２ 受光素子
３３ 照度センサ

Claims (12)

1. 発光素子が実装される立体回路基板の製造方法であって、
   前記発光素子が載置される底面と前記底面を囲む壁面とを有する凹部を含む立体回路基板を準備する工程と、
   前記立体回路基板の前記凹部の底面及び壁面を含む表面に銅薄膜を形成する工程と、
   前記銅薄膜を除去して回路の輪郭を形成する工程と、
   前記輪郭で囲まれた前記底面及び前記壁面に形成された前記銅薄膜に銅めっきを行い、銅めっき層を形成する工程と、
   前記底面及び前記壁面に形成された前記銅めっき層にニッケルめっきを行い、ニッケルめっき層を形成する工程と、
   前記形成された前記ニッケルめっき層に金膜を形成する工程と、を有する立体回路基板の製造方法。
2. 請求項１記載の立体回路基板の製造方法であって、
   前記金膜の面粗度が０．０５〜０．５μｍである立体回路基板の製造方法。
3. 請求項１又は２記載の立体回路基板の製造方法であって、
   前記準備する工程では、射出成形により前記立体回路基板が成形され、
   前記射出成形においては、前記凹部に当接すると共に研磨された凸部の面を有する金型が用いられる立体回路基板の製造方法。
4. 請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の立体回路基板の製造方法であって、
   前記ニッケルめっき層を形成する工程では、ワット浴でニッケルめっきを行う立体回路基板の製造方法。
5. 請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の立体回路基板の製造方法であって、
   前記銅めっき層を形成する工程の後、前記立体回路基板に形成された前記銅薄膜を削る工程を更に行う立体回路基板の製造方法。
6. 請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の立体回路基板の製造方法であって、
   前記準備する工程の前記射出成形では、前記立体回路基板に、受光素子が載置される底面と前記底面を囲む壁面とを有する第２凹部を更に成形し、
   前記銅めっき層を形成する工程では、前記第２凹部の底面に形成された前記銅薄膜に銅めっきを行い、銅めっき層を形成し、
   前記ニッケルめっき層を形成する工程では、前記第２凹部の底面に形成された銅めっき層にニッケルめっきを行い、ニッケルめっき層を形成し、
   前記金膜を形成する工程では、前記第２凹部の底面に形成されたニッケルめっき層に金膜を形成する立体回路基板の製造方法。
7. 請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の立体回路基板の製造方法によって製造される立体回路基板。
8. 請求項７に記載の立体回路基板であって、
   前記凹部及び前記第２凹部とともに、照度を検出する照度センサが底面に載置される第３凹部が更に形成された立体回路基板。
9. 請求項７に記載の立体回路基板を有する近接センサであって、
   前記凹部の底面に載置された発光素子と、
   前記第２凹部の底面に載置され、前記発光素子が投射した光の反射光を受光する受光素子と、を備える近接センサ。
10. 請求項８に記載の立体回路基板を有する近接センサであって、
    前記凹部の底面に載置された発光素子と、
    前記第２凹部の底面に載置され、前記発光素子が投射した光の反射光を受光する受光素子と、
    前記第３凹部の底面に載置された照度センサと、を備える近接センサ。
11. 請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の立体回路基板の製造方法によって製造される２つの立体回路基板を用いて構成される近接センサであって、
    前記近接センサは、第１の立体回路基板と、前記第１の立体回路基板と異なる第２の立体回路基板とにより分離して構成され、
    前記第１の立体回路基板には前記発光素子が載置され、
    前記第２の立体回路基板には受光素子が載置される近接センサ。
12. 請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の立体回路基板の製造方法によって製造される立体回路基板を用いて構成される発光装置であって、
    前記立体回路基板には、前記発光素子が載置される発光装置。

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