JP2015175038A - 樹脂成形品への金属メッキ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを増加させることなく、汎用的な樹脂材料を用いつつ電気回路にも対応可能な微細な金属パターンを無電解メッキにより形成する方法を提供する。【解決手段】樹脂成形品１の表面２に金属メッキ（１０ｃ〜１０ｅ）によるパターン１０を形成する方法であって、前記パターンを描画するようにレーザー光線を前記樹脂成形品の表面に照射して、当該樹脂成形品における前記レーザー光線の照射部位を多孔質化させる発泡粗化ステップｓ２と、前記多孔質化した部位にメッキ塗料を選択的に塗布するメッキ塗料塗布ステップｓ３と、無電解メッキ法により、前記多孔質化された部位で、かつ前記メッキ塗料が塗布された部位に１層以上の金属メッキ層を形成するメッキステップ（ｓ６〜ｓ８）とを含んでいる樹脂成形品への金属メッキ方法としている。【選択図】図３

Description

この発明は、樹脂成形品への金属メッキ方法に関する。具体的には、樹脂成形品の表面に金属メッキによるパターンを形成する方法に関する。

従来、樹脂成形品の表面に金属によるパターンを形成するために、樹脂成形品側に平面形状が所望のパターンとなる溝を形成しておき、その溝にパターン形状に切り抜いた板金など嵌め込むなどしていた。しかし、この従来方法では、成形品や金属パターンの形状ごとに金型を用意する必要があることから、仕様変更などに柔軟に対応することができなかった。そこで最近では、ＬＤＳ（Laser Direct Structuring）法と呼ばれる樹脂成形品への金属メッキ方法が普及している。

ＬＤＳ法は、ＬＣＰ（液晶ポリマー）やＰＢＴ（ポリブチレンテフタレート）などのベースポリマーにフィラーとＬＤＳ添加剤と呼ばれる有機金属を混合した特殊な樹脂材料からなる成形品を用意し、その成形品に対してレーザー光線を照射してパターンを描画する。レーザー光線が照射された部位はＬＤＳ添加剤が金属核として析出するため、レーザー光線照射後の成形品を金属の無電解メッキ浴に浸漬すると、析出したＬＤＳ添加剤に選択的に金属がメッキされて金属のパターンが形成される。このＬＤＳ法は、とくに樹脂成形品の表面に微細な電気配線を形成できることから、例えば、スマートフォン（多機能携帯電話機）などに組み込まれる各種帯域に対応するアンテナを、スマートフォンの樹脂製筐体の裏側に形成するのに利用されている。なおＬＤＳ法に関わる技術については以下の特許文献１〜３などに記載されている。また以下の特許文献４には、本発明に関連する技術について記載されている。

特表２０００−５０３８１７号公報 特表２００４−５３４４０８号公報 特許第５３４０５１３号公報 特開２０１３−１９５５号公報

上述したようにＬＤＳ法は電気回路にも対応可能な微細な金属パターンを樹脂成形品上に形成することができる。しかしながら、ＬＤＳ法では成形品を専用の樹脂を用いて成形する必要があるため、樹脂材料自体が高価であり、成形品のコストが嵩む。またＬＤＳ法では、レーザー光線を成形品に照射した際に樹脂が溶融し、その溶融した樹脂が飛散して成形品の意図しない部位に付着する、所謂「飛び」が発生することがある。そして、その「飛び」を放置したまま金属メッキを行えばその意図しない部位に金属が析出することになる。複雑な形状の成形品であれば、レーザー光源からレーザー光線を目的とする照射位置までの途上の部位にレーザー光線のスポットの一部が照射される可能性もあり、その目的外の照射部位もメッキされてしまう。このように意図しない部位に金属がメッキされた場合、形成しようとする金属パターンが電気回路であれば、その回路が短絡する可能性がある。金属パターンが装飾であれば美観を大きく損ねる結果となる。

また、既存の成形品に対する仕様変更などによって、成形品の形状を変えずに金属パターンのみをその成形品の表面に形成する必要が生じた場合、譬え成形品用の成形金型が同じであっても樹脂材料が異なることになり、当然、その成形条件（射出成形時の温度、圧力など）を変える必要がある。したがって、ＬＤＳ法では急な仕様変更などに即応することができない。

そこで本発明は、製造コストを増加させることなく、汎用的な樹脂材料を用いつつ電気回路にも対応可能な微細な金属パターンを無電解メッキにより形成する方法を提供することを主な目的としている。

上記目的を達成するための本発明は、樹脂成形品の表面に金属メッキによるパターンを形成する方法であって、
前記パターンを描画するようにレーザー光線を前記樹脂成形品の表面に照射して、当該樹脂成形品における前記レーザー光線の照射部位を多孔質化させる発泡粗化ステップと、
前記多孔質化した部位にメッキ塗料を選択的に塗布するメッキ塗料塗布ステップと、
無電解メッキ法により、前記多孔質化された部位で、かつ前記メッキ塗料が塗布された部位に１層以上の金属メッキ層を形成するメッキステップと
を含むことを特徴とする樹脂成形品への金属メッキ方法としている。

前記発泡粗化ステップにて描画した前記パターンを縁取るように、当該発泡粗化ステップにて用いたレーザー光線の強度よりも強いレーザー光線を照射することで、当該パターンの輪郭を明瞭化するトリミング工程を含むことを特徴とする樹脂成形品への金属メッキ方法としてもよい。

前記パターンが電気回路を構成する導体パターンである樹脂成形品への金属メッキ方法、および当該導体パターンがアンテナのパターンである樹脂成形品への金属メッキ方法とすることもできる。

本発明の製造方法によれば、製造コストを増加させることなく、汎用的な樹脂材料を用いつつ電気回路にも対応可能な微細な金属パターンを無電解メッキにより形成することができる。その他の効果については以下の記載で明らかにする。

本発明の実施例に係る金属メッキ方法によってアンテナとなる導体パターン（アンテナパターン）が形成された成形品を示す概略図である。 上記アンテナパターンの形状を示す概略図である。 上記実施例に係る金属メッキ方法の流れを示す図である。 上記アンテナパターンの形成過程を示す遷移図である。 上記アンテナパターンの形成過程における上記成形品の表面状態を示す図である。 上記アンテナパターンの表面状態を示す図である。 上記アンテナの特性を示す図である。

本発明の実施例について、添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明に用いた図面において、同一または類似の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。図面によっては説明に際して不要な符号を省略することもある。

＝＝＝実施例＝＝＝
本発明の一実施例として樹脂成形品の表面にアンテナとして機能する導体パターン（以下、アンテナパターン）を形成する事例を挙げる。

＜アンテナパターンの構成＞
本実施例では、スマートフォンの筐体を構成する背面カバー（裏蓋）にアンテナを形成することを想定し、その裏蓋を模した樹脂成形品の表面にアンテナパターンを形成した。図１にアンテナパターン１０が形成された状態の成形品１の概略図を示した。成形品１は矩形皿状で、その成形品１の内側の面（以下、表面とも言う）２にアンテナパターン１０が形成されている。図２は本実施例の方法によって試作したアンテナパターン１０の平面図である。この図に示したアンテナパターン１０は、８００ＭＨｚ帯の電波を送信（あるいは受信）するアンテナとして機能し、葛折れ状の配線パターン１１の一端および他端にＬ字状および矩形状の端子パッド（１２，１３）を備えた導体により構成されている。アンテナパターン１０を構成する導体は成形品１の表面に無電解メッキされた金属であり、成形品の表面を下地として、その下地から上方に向かってＣｕ、Ｎｉ、Ａｕの各メッキ層が順に積層されたものである。

ここで葛折れ状のパターン（以下、葛折れ部）の延長方向を前後方向とするとともに、Ｌ字状の端子パッド１２側を前方とし、成形品の表面上で前後方向と直交する方向を左右方向とする。また左右の各方向については便宜的に前方から後方を見たときの方向で規定すると、試作したアンテナパターンは、前後長Ｌ＝４２．２２ｍｍ、左右幅Ｗ＝５．４８ｍｍである。葛折れ部１１については、前後長Ｌａ＝２２．００ｍｍ、左右幅Ｗａ＝２．５０ｍｍ、線幅ｄ＝０．５０ｍｍとなっている。また葛折れ部１１における繰り返しパターンのピッチＰはＰ＝２．００ｍｍである。葛折れ部１１の前方に配置されたＬ字状の端子パッド１２は、前端側が左方に屈曲する形状で、前後方向の全長Ｌｂ＝８．４７ｍｍのうち、前端側の前後長Ｌｂ１＝４．６０ｍｍの部分が左右幅Ｗｂ１＝４．３８ｍｍの幅広の矩形領域となっており、この幅広の矩形領域の後方に前後長Ｌｂ２＝３．８７ｍｍ、左右幅Ｗｂ２＝２．００ｍｍの細長い矩形領域が連続している。後方の端子パッド１３は、前後長Ｌｃ＝１１．７５ｍｍ、左右幅Ｗｃ＝３．５７ｍｍのサイズを有している。

＜アンテナパターンの形成手順＞
図３に本実施例に係る金属メッキ方法の流れ図を示した。また図４に上記アンテナパターン１０の形成過程における成形品１の表面２の状態の遷移を（Ａ）〜（Ｆ）の順に示した。まず樹脂材料からなる成形品を用意する（図３，成形品準備：ｓ１）。ここでは図１に示した矩形皿状の成形品１を用意する。つぎに、図４（Ａ）に示したように、アンテナパターン１０の平面形状を描画するように成形品１の表面２の所定位置にレーザー光線を照射する。本実施例では、レーザー光源として波長１０６４ｎｍのＹＶＯ₄レーザーを用いている。そしてこのレーザー光線の照射に際し、成形品１の表面の樹脂成分を蒸散させたり焼失させたりせず、成形品１の表面２が多孔質となるように改質している。所謂「発泡粗化」している（発泡粗化工程：ｓ２）。

具体的には、樹脂を多孔質化させるために、レーザー光線の強度、すなわちレーザー光線の照射条件（照射時間、同じパターンを繰り返し描画する回数（描画回数）、レーザー光線の出力、焦点位置を調整することによる照射部位におけるレーザー光のスポット径など）を調整している。それによって成形品１を構成する樹脂が溶融と固化を繰り返えしたり、樹脂成分がガスとして揮発したりして成形品１の表面２が発泡（多孔質化）して粗面化した表面状態となる。なお、レーザー光線の照射条件は、樹脂材料や樹脂の色などに応じて適宜に調整すればよい。
つぎに、図４（Ｂ）に示したように、レーザー光線を照射して多孔質化された領域１０ａにメッキ塗料２０を選択的に塗布するとともに（メッキ塗料塗布工程：ｓ３）、そのメッキ塗料２０が塗布された成形体を６０℃の温度下で２０分おいてメッキ塗料２０の溶媒を揮発させる（乾燥工程：ｓ４）。それによって、メッキ塗料２０がその多孔質化した領域１０ａに選択的に吸収されるとともに、この領域１０ａにメッキ塗料２０が定着する。なお、メッキ塗料２０としては、例えば上記特許文献４などにも記載されているパラジウムを含むメッキ塗料２０を用いることができる。またメッキ塗料２０の塗布方法については、本実施例では手筆を用いて塗布しているが、工業生産時にはロボットアームにディスペンサーを取り付けるなどしてメッキ塗料塗布工程を自動化すればよい。
乾燥工程ｓ４を終えたならば、最終的に微細な線幅の導体からなるアンテナパターンが短絡しないように、発泡粗化工程ｓ２においてレーザー光線によって描画したパターン１０ａの周囲をトリミングする（トリミング工程：ｓ５）。具体的には、発泡粗化工程ｓ２において照射したレーザー光線よりも強いレーザー光線を、図４（Ｃ）に示したように、多孔質化されているアンテナ状のパターン１０ａの輪郭を縁取るように照射し、当該輪郭部分１０ｂを蒸散あるいは焼失させる。

参考までに、トリミング工程ｓ５を経た成形品１の樹脂表面２の状態を図５に示した。図５（Ａ）はトリミング工程ｓ５を経て形成されたアンテナ状のパターンの一部を拡大した顕微鏡写真である。図５（Ｂ）は当該パターンの表面粗さを示しており、（Ａ）における直線ａ−ａに沿って走査したときの表面粗さに対応している。図５（Ｃ）は（Ａ）におけるａ−ａ矢視断面の顕微鏡写真である。図５（Ａ）に示したように、成形品１の表面２において、レーザー光線が照射された領域（１０ａ，１０ｂ）が変質していることが確認できる。しかも発泡粗化工程ｓ２において照射された領域１０ａとトリミング工程ｓ５において照射された領域１０ｂとが明確に区分されて、多孔質化された領域１０ａの輪郭が明瞭になっている。

また図５（Ｂ）に示したように、多孔質化された部分１０ａは当初の表面２よりも突出し、鋭利な凹凸がある「荒れた」状態になっていることもわかる。なお当初の樹脂表面２に対する突出量ｔ１は０．０３ｍｍ〜０．０４ｍｍであった。そして図５（Ｃ）に示したように、レーザー光線が照射された部位（１０ａ，１０ｂ）では樹脂が深さ方向にも変質していることが確認できる。

さらに、同じ図５（Ｃ）に示したように、本実施例では、発泡粗化工程ｓ２によって描出したアンテナ状のパターンの輪郭がより明瞭になるように、発泡粗化工程ｓ２におけるレーザー光線の照射領域１０ａの幅Ｌ１に対し、トリミング工程ｓ５におけるレーザー光線の照射領域１０ｂの幅Ｌ２を所定幅ΔＬだけ重複させている。なお、トリミング工程ｓ５は、最終的なアンテナパターンの輪郭が明瞭となるようすることが目的である。したがって、配線間の間隔が広く短絡の可能性が無い金属パターンなど簡素なパターン、あるいは電気回路として利用されないパターンなどを形成するのであれば、このトリミング工程は省略することができる。

このように、成形品１の表面２に目的とするアンテナパターンの形状の多孔質化領域１０ａが形成され、かつその領域１０ａにメッキ塗料が塗布され、所定のトリミングを行ったならば、このメッキ塗料が塗布された多孔質化領域１０ａに無電解メッキにより金属メッキ層を形成する。本実施例では、成形品１を３種類の金属メッキ浴に順次浸漬することで、図４（Ｄ）〜（Ｆ）に示したように、３層の金属メッキ層（１０ｃ〜１０ｅ）を積層していく。最初に無電解メッキによりＣｕメッキ層１０ｃを形成し（Ｃｕ無電解メッキ工程：ｓ６）、次いで、Ｎｉメッキ層１０ｄを形成する（Ｎｉ無電解メッキ工程：ｓ７）。最後に保護層としてＡｕメッキ層１０ｅを無電解メッキにより形成する（Ａｕ無電解メッキ工程：ｓ８）。本実施例では、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕの各メッキ層（１０ｃ〜１０ｅ）の厚さを、それぞれ１０μｍ、２μｍ、０．０５μｍとしている。

本実施例では、以上説明した各工程ｓ１〜ｓ８を経て導体からなるアンテナパターン１０が成形品１の表面２に形成される。図６に最終的なアンテナパターン１０の表面状態を示した。図６（Ａ）はアンテナパターン１０の表面粗さを示しており、図６（Ｂ）はアンテナパターン１０の断面を示す顕微鏡写真である。図６（Ｃ）は、（Ｂ）における矩形１００内を拡大した図である。図６（Ａ）に示したように、アンテナパターン１０の表面は、メッキ層（１０ｃ〜１０ｅ）が積層されて最終的な厚さｔ２が約０．０５ｍｍ〜０．０６ｍｍとなっている。

またメッキ後の表面状態は、発泡粗化工程ｓ２による荒れた表面形状が維持されている。これは、下地の鋭利な凹凸がメッキ層（１０ｃ〜１０ｅ）に食い込む、所謂「バンプ効果」によってメッキ層（１０ｃ〜１０ｅ）が樹脂表面に強固に固定されていることを意味する。さらに、図６（Ｂ）、（Ｃ）に示したように、樹脂の深さ方向にメッキ層（１０ｃ〜１０ｅ）を構成する金属が網目構造を形成していることが確認できる。これは、樹脂表面が確実に多孔質化されていることを意味するとともに、その網目構造によってメッキ層（１０ｃ〜１０ｅ）が上記のバンプ効果に加えてさらに強固に固定されていることも意味する。

このように本実施例に係る金属メッキ方法によれば、ＬＤＳ法のように特殊な樹脂材料を用いることなく汎用的な樹脂からなる成形品１の表面２に金属メッキによるパターン１０を形成することができる。また、金属メッキ層（１０ｃ〜１０ｅ）は発泡粗化工程ｓ２によって多孔質化された部位で、かつメッキ塗料２０が塗布された部位にのみ形成されるため、発泡粗化工程ｓ２によって「飛び」が発生したり、目的外の部位が多孔質化されたりしたとしても、メッキ塗料２０がその目的外の部位に塗布されていなければその部位には金属がメッキされない。すなわち、短絡などを確実に防止することができる。

さらに、多孔質化されているとともに鋭利な凹凸を多数有する樹脂表面に金属メッキ層（１０ｃ〜１０ｅ）が形成されるため、メッキ層（１０ｃ〜１０ｅ）を構成する金属が樹脂表面の凹凸に食い込み、さらには樹脂内部に複雑な網目構造を形成する。それによって、衝撃や摩擦などによるメッキ層（１０ｃ〜１０ｅ）が剥がれを防止することができる。

＜アンテナ特性＞
上述したように、本実施例に係る金属メッキ方法によって成形品１の表面２に微細なアンテナパターン１０を実際に形成することができた。しかし、そのアンテナパターン１０が実際にアンテナとして機能することはもちろん、性能がリン青銅の板金などからなる従来のアンテナに対して大きく劣っていては実用上問題がある。また、成形品１を構成する樹脂材料によってアンテナの特性がばらついては成形品１を構成する樹脂の種類が限定され、汎用性に欠ける。そこで形状が同じで樹脂材料が異なる成形品１に上記実施例の方法でアンテナパターン１０を形成するとともに、そのアンテナパターン１０のアンテナ特性を評価した。具体的には図１に示したスマートフォンの裏蓋を模した成形品１をアクリル樹脂によって成形し、その成形品１に上記アンテナパターン１０を形成したサンプル（以下、サンプル１）と、同じ形状で樹脂材料をポリカーボネイト（ＰＣ）樹脂とした成形品１に同様のアンテナパターン１０を形成したサンプル（サンプル２）を作製するとともに、本発明の実施例に対する比較例として、リン青銅の板金からなる従来のアンテナをサンプル（サンプル３）として用意した。なおアンテナパターンが金属自体で構成されるサンプル３については、アンテナパターン１０の形状に打ち抜いたリン青銅の板材をＡＢＳ樹脂の表面に貼着したものとした。そして周知のネットワークアナライザを用い、各サンプル１〜３におけるアンテナの放射効率を求めた。

図７に各サンプル１〜３におけるアンテナの放射効率を示した。ここでは、各サンプル１〜３が備えるアンテナの特性を正しく比較評価できるように、インピーダンス整合後の放射効率特性を示した。この図７に示したように、各サンプル１〜３の放射効率特性に大きな差が無く、本実施例の方法で作製したアンテナパターンは、実際にアンテナとして動作し、かつその特性が成形品１の樹脂材料に依存しないことが確認できた。さらにその特性は従来のアンテナと同等であり、十分に実用性があることも確認できた。

このように本実施例の金属メッキ方法によれば、従来技術であるＬＤＳ法のように特殊な樹脂材料を用いることなく、一般的な樹脂材料からなる成形品の表面に微細な導体パターンを形成することができる。導体パターンがアンテナである場合、ＬＤＳ法では金属を主体とするＬＤＳ添加剤が含まれた樹脂材料を用いて成形品を成形しているため、電波が透過しにくく特性が劣化することが懸念されるが、本実施例の金属メッキ方法ではＬＤＳ添加物を含まない樹脂材料を用いることができ、樹脂材料本来の電波透過特性を損なうことがない。また本実施例の金属メッキ方法では、成形品１の形状や樹脂材料を一切変えることなく、金属メッキによるパターンのみを自由に変更することが可能となる。したがって、来急な仕様変更にも速やかに対応することができる。既存の成形品１に金属メッキのパターンを追加することもできる。

＝＝＝その他の実施例＝＝＝
上述した本発明の実施例では、スマートフォンの裏蓋内面に８００ＭＨｚ帯域の電波に対応するアンテナを形成する方法を挙げた。しかしスマートフォンは、様々な帯域の電波を送受信したり、ＴＶ放送波を受信したりする機能を備えている。したがって、実際のスマートフォンに本発明を適用する際には、筐体の裏側などに複数のアンテナを形成することになる。また、使用する帯域に加え、筐体の形状やスマートフォンに実装されている電子回路が発する電磁波との干渉なども考慮すれば、アンテナの形状やサイズも上記実施例とは異なるものとなる。

上記実施例の方法は、アンテナパターンの形成だけではなく、例えばコネクタの端子やその他の電気回路用配線の形成に適用することもできる。アンテナや端子などの電気回路の一部となる導体パターンに限らず、名入れや模様などの装飾に適用することも可能である。もちろん無電解メッキする金属の種類も上記実施例に限らない。メッキ工程の回数が１回でもよい。いずれにしても、無電解メッキが可能であればメッキする金属やメッキ工程の数は金属メッキの対象となる成形品の用途に応じて適宜に設定することができる。

この発明は、電気回路や装飾など、樹脂成形品の表面に金属メッキを施す用途に適している。例えば、スマートフォンの樹脂製筐体の裏側にアンテナとなる導体パターンを形成するのに好適である。

１ 成形品、２ 成形品の表面、１０ アンテナパターン、
１０ａ 多孔質化されている領域、１０ｂ トリミング領域、１０ｃ Ｃｕメッキ層、
１０ｄ Ｎｉメッキ層、１０ｅ Ａｕメッキ層、２０ メッキ塗料

Claims (4)

1. 樹脂成形品の表面に金属メッキによるパターンを形成する方法であって、
   前記パターンを描画するようにレーザー光線を前記樹脂成形品の表面に照射して、当該樹脂成形品における前記レーザー光線の照射部位を多孔質化させる発泡粗化ステップと、
   前記多孔質化した部位にメッキ塗料を選択的に塗布するメッキ塗料塗布ステップと、
   無電解メッキ法により、前記多孔質化された部位で、かつ前記メッキ塗料が塗布された部位に１層以上の金属メッキ層を形成するメッキステップと
   を含むことを特徴とする樹脂成形品への金属メッキ方法。
2. 前記発泡粗化ステップにて描画した前記パターンを縁取るように、当該発泡粗化ステップにて用いたレーザー光線の強度よりも強いレーザー光線を照射することで、当該パターンの輪郭を明瞭化するトリミング工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形品への金属メッキ方法。
3. 前記パターンは電気回路を構成する導体パターンであることを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂成形品への金属メッキ方法。
4. 前記導体パターンはアンテナのパターンであることを特徴とする請求項３に記載の樹脂成形品への金属メッキ方法。